馮帆 劉優(yōu)

摘 要：汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向傳動結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器及轉(zhuǎn)向拉桿三部分組成，合理布置好轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，能保證各轉(zhuǎn)向輪之間有恰當?shù)霓D(zhuǎn)角關(guān)系，保證車輛行駛的穩(wěn)定、運行的安全、輪胎的使用壽命。本文介紹了轉(zhuǎn)向系的結(jié)構(gòu)及布置原理，結(jié)合工程經(jīng)驗，提出了某類型車的轉(zhuǎn)向系硬點布置方案。

關(guān)鍵詞：硬點；萬向節(jié)夾角；轉(zhuǎn)向梯形

一、轉(zhuǎn)向系結(jié)構(gòu)及布置原理

轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)是從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向器之間一系列零件，它包括轉(zhuǎn)向管柱、上萬向節(jié)、下萬向節(jié)和傳動軸，主要保證傳動軸的扭矩、轉(zhuǎn)速、夾角、長度。根據(jù)雙接頭萬向節(jié)的特性和傳動軸的參數(shù)設(shè)計，同時結(jié)合汽車轉(zhuǎn)向的實際布置環(huán)境得出以下結(jié)論：夾角相等，即上下節(jié)叉角相等，且不大于35°為最佳；因輸入軸和輸出軸不在一個平面內(nèi)，需保證輸入、輸出軸等速，添加了一個相位角負相關(guān)的設(shè)計要求。

轉(zhuǎn)向器依靠齒輪機構(gòu)可以用來傳遞空間任意兩軸間的運動和動力，擁有結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、傳動平穩(wěn)、效率高、壽命長、能保證恒定的傳動比等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用于目標類型車輛，本車型采用的是交錯軸斜齒圓柱齒輪的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。

為了實現(xiàn)內(nèi)外轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系，由橫拉桿和左右轉(zhuǎn)向梯形臂組成的梯形桿系即轉(zhuǎn)向梯形，兩主銷中心線延長線到地面交點之間連線和拉桿和轉(zhuǎn)向器的中心線分別為梯形的兩底邊，如圖1。

二、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)硬點布置

已知某型車前懸，按設(shè)計要求輪距在原本基礎(chǔ)上加寬60mm，方向盤位置為新的人機輸入，提取已知硬點，見表1。

根據(jù)周邊環(huán)境確定轉(zhuǎn)向器位置：Z方向主要考慮與周邊零件的間隙，Y方向上由于T點連線長度與參考車型轉(zhuǎn)向器長度相差只有7mm，故采用參考車型的轉(zhuǎn)向器長度，X方向即梯形高，對轉(zhuǎn)向性能的影響很大，需運用到曲柄滑塊的原理，同時受到轉(zhuǎn)向阿克曼曲線和最小轉(zhuǎn)彎半徑的限制來調(diào)試。

（二）確定齒輪角度及其嚙合位置

齒輪角度是由兩個角度組成：YZ平面上的齒輪齒條嚙合角和YZ平面上布置角。

YZ平面上的嚙合角確定根據(jù)交錯軸斜齒輪配合和轉(zhuǎn)向的正負效率的原理，轉(zhuǎn)向器嚙合角度選在8°～10°之間為最佳，選擇與參考車相同的8°。

YZ平面布置角因轉(zhuǎn)向器360°旋轉(zhuǎn)都不影響其本身的性能，所以其在YZ平面上的布置主要是配合中間軸布置。

齒輪齒條嚙合位置布置：因嚙合位置不影響轉(zhuǎn)向器工作，所以其位置主要是配合中間軸的布置。齒輪和管柱越接近在一個平面內(nèi)傳動效率越高，所以嚙合點越靠邊越好，但是轉(zhuǎn)向器安裝位置跨度越大越穩(wěn)定，則安裝點在齒輪外邊與內(nèi)邊需進行選擇。

（三）中間軸的布置

根據(jù)人機給的方向盤位置，優(yōu)先選取管柱垂直方向盤，只有在特殊情況下考慮偏轉(zhuǎn)一定角度，但不大于2°。管柱長度由布置在上面的零件所需長度決定，一般在550mm左右。

兩個不等速萬向節(jié)組成等速的條件：萬向節(jié)夾角相等，輸入軸和輸出軸在一個平面內(nèi)。因汽車轉(zhuǎn)向的輸出軸（齒輪）和輸入軸（管柱）不在一個平面內(nèi)，從而加入了相位角。由于多了一個相位角，萬向節(jié)的角度一般取不大于30°。

中間軸長度：輸入、輸出軸位置及萬向節(jié)夾角決定了傳動軸的長度，由于決定因素是都是在一定的可變范圍內(nèi)，所以中間軸長度是在一個范圍值內(nèi)選取，而中間軸的長度以取其最大值和最小值之中間值為適宜。

采用參考車的轉(zhuǎn)向器，故需要調(diào)整到齒輪長度和參考車的一樣，參考車型為188.15mm，見圖3。

萬向節(jié)夾角調(diào)整方法為：逆時針旋轉(zhuǎn)齒輪位置，縮短管柱長度，可增大上節(jié)叉夾角，同時也減小下節(jié)叉夾角。縮短管柱長度50mm，調(diào)整后結(jié)果見圖4。

如果旋轉(zhuǎn)角度和縮短管柱到一定程度還達不到想要的結(jié)果，可以偏轉(zhuǎn)管柱，即使管柱與方向盤不垂直，而使得管柱與齒輪更傾向于平行。

（四）提取硬點

轉(zhuǎn)向系硬點布置提取結(jié)果見表2。

三、結(jié)語

轉(zhuǎn)向系硬點布置過程中，應(yīng)充分考慮人機工程、法規(guī)安全、布置空間及零件的設(shè)計，轉(zhuǎn)向系硬點布置應(yīng)根據(jù)工程師的經(jīng)驗，反復(fù)調(diào)整轉(zhuǎn)向系各硬點，再根據(jù)調(diào)整的點進行性能計算，硬點布置工作反復(fù)且容易出現(xiàn)誤差。

參考文獻：

[1] 王學剛.對客車轉(zhuǎn)向拉桿系統(tǒng)失效的研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010（14）.

[2] 黃橋，游祥軍.基于ADAMS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)硬點優(yōu)化[J].研究與開發(fā)，2013（12）.

作者簡介：馮帆（1989-），男，陜西西安人，助教，研究方向：汽車檢測與維修技術(shù)；劉優(yōu)（1989-），男，湖南邵陽人，工程師，研究方向：汽車整車設(shè)計。