汽車轉向系硬點布置

馮帆 劉優

摘 要：汽車轉向系統由轉向傳動結構、轉向器及轉向拉桿三部分組成，合理布置好轉向系統，能保證各轉向輪之間有恰當的轉角關系，保證車輛行駛的穩定、運行的安全、輪胎的使用壽命。本文介紹了轉向系的結構及布置原理，結合工程經驗，提出了某類型車的轉向系硬點布置方案。

關鍵詞：硬點；萬向節夾角；轉向梯形

一、轉向系結構及布置原理

轉向傳動機構是從轉向盤到轉向器之間一系列零件，它包括轉向管柱、上萬向節、下萬向節和傳動軸，主要保證傳動軸的扭矩、轉速、夾角、長度。根據雙接頭萬向節的特性和傳動軸的參數設計，同時結合汽車轉向的實際布置環境得出以下結論：夾角相等，即上下節叉角相等，且不大于35°為最佳；因輸入軸和輸出軸不在一個平面內，需保證輸入、輸出軸等速，添加了一個相位角負相關的設計要求。

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

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

二、轉向系統硬點布置

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

根據周邊環境確定轉向器位置：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向器長度相差只有7mm，故采用參考車型的轉向器長度，X方向即梯形高，對轉向性能的影響很大，需運用到曲柄滑塊的原理，同時受到轉向阿克曼曲線和最小轉彎半徑的限制來調試。

（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交錯軸斜齒輪配合和轉向的正負效率的原理，轉向器嚙合角度選在8°～10°之間為最佳，選擇與參考車相同的8°。

YZ平面布置角因轉向器360°旋轉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傳動效率越高，所以嚙合點越靠邊越好，但是轉向器安裝位置跨度越大越穩定，則安裝點在齒輪外邊與內邊需進行選擇。

（三）中間軸的布置

根據人機給的方向盤位置，優先選取管柱垂直方向盤，只有在特殊情況下考慮偏轉一定角度，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。

兩個不等速萬向節組成等速的條件：萬向節夾角相等，輸入軸和輸出軸在一個平面內。因汽車轉向的輸出軸（齒輪）和輸入軸（管柱）不在一個平面內，從而加入了相位角。由于多了一個相位角，萬向節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，所以中間軸長度是在一個范圍值內選取，而中間軸的長度以取其最大值和最小值之中間值為適宜。

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

萬向節夾角調整方法為：逆時針旋轉齒輪位置，縮短管柱長度，可增大上節叉夾角，同時也減小下節叉夾角。縮短管柱長度50mm，調整后結果見圖4。

如果旋轉角度和縮短管柱到一定程度還達不到想要的結果，可以偏轉管柱，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

轉向系硬點布置提取結果見表2。

三、結語

轉向系硬點布置過程中，應充分考慮人機工程、法規安全、布置空間及零件的設計，轉向系硬點布置應根據工程師的經驗，反復調整轉向系各硬點，再根據調整的點進行性能計算，硬點布置工作反復且容易出現誤差。

參考文獻：

[1] 王學剛.對客車轉向拉桿系統失效的研究[J].科技創新導報，2010（14）.

[2] 黃橋，游祥軍.基于ADAMS轉向系統硬點優化[J].研究與開發，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；劉優（1989-），男，湖南邵陽人，工程師，研究方向：汽車整車設計。