汽車(chē)轉(zhuǎn)向拉桿內(nèi)球銷(xiāo)點(diǎn)的位置確定

馮帆　劉優(yōu)

摘 要：轉(zhuǎn)向硬點(diǎn)的布置及轉(zhuǎn)向極限角的選取，與轉(zhuǎn)向拉桿內(nèi)球銷(xiāo)點(diǎn)的位置相關(guān)。本文介紹了在已知轉(zhuǎn)向節(jié)的條件下確定轉(zhuǎn)向拉桿內(nèi)球銷(xiāo)點(diǎn)位置的原理，詳細(xì)論述了考慮到阿克曼轉(zhuǎn)向幾何關(guān)系內(nèi)球銷(xiāo)點(diǎn)的調(diào)整，以某型車(chē)麥弗遜懸架為例介紹了位置確定的方法。

關(guān)鍵詞：內(nèi)球銷(xiāo)點(diǎn)；三心定理；阿克曼轉(zhuǎn)向幾何

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.209

1 理論基礎(chǔ)

根據(jù)前懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)找出轉(zhuǎn)向節(jié)臂與連桿連接的球鉸中心的運(yùn)動(dòng)軌跡的瞬心，內(nèi)球銷(xiāo)點(diǎn)應(yīng)與這個(gè)瞬心重合。尋找瞬心基于三心定理，即四連桿機(jī)構(gòu)中，作平面平行運(yùn)動(dòng)的三個(gè)構(gòu)件共有三個(gè)瞬心，它們位于同一直線上。某型車(chē)采用麥弗遜式懸架，見(jiàn)圖1。

其中，D為下橫臂轉(zhuǎn)軸（雙橫臂懸架另外有一個(gè)上橫臂轉(zhuǎn)軸），E為減震器上端點(diǎn)（雙橫臂懸架為上橫臂球鉸點(diǎn)），G為下橫臂球鉸點(diǎn)，T為轉(zhuǎn)向拉桿內(nèi)球銷(xiāo)點(diǎn)，U為轉(zhuǎn)向節(jié)臂鉸點(diǎn)。

2 內(nèi)球銷(xiāo)點(diǎn)的確定

基于三心定理確定瞬心，以過(guò)擺臂軸線中點(diǎn)所作垂面為當(dāng)量平面進(jìn)行投影和運(yùn)動(dòng)分析。

（1）確定轉(zhuǎn)向節(jié)的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)中心P1點(diǎn)。轉(zhuǎn)向節(jié)在E點(diǎn)的絕對(duì)速度就是沿著減震器軸線的相對(duì)速度，在這一點(diǎn)的牽連速度（由減震器軸線繞E點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)引起）為零，所以轉(zhuǎn)向節(jié)在E點(diǎn)的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)中心位于過(guò)E點(diǎn)所作的與減震器軸線相垂直的直線EP1上。懸架控制臂軸線GD的延長(zhǎng)線與EP1相交與P1點(diǎn)，如圖2，其就是轉(zhuǎn)向節(jié)的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)中心。

（2）確定P2點(diǎn)。過(guò)G點(diǎn)做直線EP1的平行線GP2，其與E、D連線的延長(zhǎng)線交與P2，如圖3。

（3）確定а。U點(diǎn)是轉(zhuǎn)向節(jié)臂與轉(zhuǎn)向橫拉桿的鉸點(diǎn)。轉(zhuǎn)向橫拉桿應(yīng)該位于U、P1點(diǎn)的連線上（三心定理）。直線EP1與直線UP1之間的夾角為а，如圖4。

（4）確定P3點(diǎn)。過(guò)P1做一條直線P1P3，使其與直線P1P2的夾角也為а，P1P3與U、G連線的延長(zhǎng)線交于點(diǎn)P3，如圖5。

（5）確定內(nèi)球銷(xiāo)點(diǎn)T。P3、D點(diǎn)連線的延長(zhǎng)線與直線P1U交于點(diǎn)T，它就是轉(zhuǎn)向拉桿的初步內(nèi)球銷(xiāo)點(diǎn)，如圖6。

3 內(nèi)球銷(xiāo)點(diǎn)的調(diào)整

3.1 阿克曼幾何關(guān)系

在轉(zhuǎn)向過(guò)程中，為了使各個(gè)車(chē)輪都處于純滾動(dòng)狀態(tài)而無(wú)滑動(dòng)發(fā)生，則要求全部車(chē)輪都繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心做圓周運(yùn)動(dòng)。對(duì)兩個(gè)后輪來(lái)說(shuō)，他們的運(yùn)動(dòng)方向應(yīng)該與它們到轉(zhuǎn)向中心的連線垂直，即轉(zhuǎn)向中心在后軸軸線的延長(zhǎng)線上。同樣，內(nèi)前輪的運(yùn)動(dòng)方向也與它到轉(zhuǎn)向中心的連線垂直，這樣就可以確定上述三個(gè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)向中心O。如果外前輪的滾動(dòng)軸線的延長(zhǎng)線也與O相交，則各個(gè)車(chē)輪都繞同一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心O做圓周運(yùn)動(dòng)，各個(gè)車(chē)輪處于純滾動(dòng)狀態(tài)。

3.2 側(cè)偏角

阿克曼幾何關(guān)系比較適用于低速轉(zhuǎn)向行駛的場(chǎng)合，汽車(chē)側(cè)向加速度小，輪胎側(cè)偏角很小。但是汽車(chē)主要以中、高速行駛，而在此時(shí)轉(zhuǎn)向，輪胎產(chǎn)生不可忽略的側(cè)向力和側(cè)偏角，對(duì)阿克曼轉(zhuǎn)向幾何關(guān)系有影響。實(shí)際上，只要使在內(nèi)輪最大轉(zhuǎn)角時(shí)的阿克曼校正率大于75%（理論上73%～93%時(shí)，內(nèi)、外前輪的側(cè)偏角趨于一致，輪胎的磨損最?。?，效果都很好，即輪胎不會(huì)發(fā)生異常磨損。在保證沒(méi)有發(fā)生輪胎異常磨損的前提下，為了減小轉(zhuǎn)向半徑，一些車(chē)的阿克曼校正率在60%以下。

3.3 理論最佳內(nèi)球銷(xiāo)點(diǎn)

轉(zhuǎn)向齒條、轉(zhuǎn)向拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)構(gòu)成了一個(gè)曲柄滑塊結(jié)構(gòu)（不考慮實(shí)際局限），由阿克曼轉(zhuǎn)向幾何關(guān)系可知，內(nèi)、外轉(zhuǎn)角是有差距的，所得是個(gè)偏心曲柄滑塊，具有急回特性，同時(shí)考慮轉(zhuǎn)向行程，就可以初步確定內(nèi)球銷(xiāo)點(diǎn)位置。由內(nèi)、外極限圓，見(jiàn)圖7，可知：

P2（轉(zhuǎn)向節(jié)臂到旋轉(zhuǎn)中心的距離）<轉(zhuǎn)向總行程

則內(nèi)球銷(xiāo)點(diǎn)調(diào)整為：

X方向（粗調(diào)），相當(dāng)于調(diào)整曲柄滑塊偏心距離；Y方向（微調(diào)），適當(dāng)調(diào)整拉桿長(zhǎng)度和轉(zhuǎn)向行程；Z方向（避讓?zhuān)?，不改變運(yùn)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)。

4 總結(jié)

在轉(zhuǎn)向節(jié)確定的情況下，轉(zhuǎn)向梯形的方向就確定了，則找到的瞬心點(diǎn)的調(diào)整方向只有一個(gè)，X的位置改變曲柄滑塊運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，為主要的調(diào)整參數(shù)。根據(jù)制造情況適當(dāng)調(diào)整齒條長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)向拉桿長(zhǎng)度，對(duì)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)有稍許影響，Y只用來(lái)微調(diào)，這樣內(nèi)球銷(xiāo)點(diǎn)位置就可確定。由于Z方向的改變不影響運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，對(duì)其的調(diào)整主要是考慮周邊避讓問(wèn)題。

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作者簡(jiǎn)介：馮帆（1989-），男，陜西西安人，助教，研究方向：汽車(chē)檢測(cè)與維修技。