某前橋轉向阻滯力優化研究

錢收云，王俊偉，章軻，李濤

某前橋轉向阻滯力優化研究

錢收云，王俊偉，章軻，李濤

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

前橋轉向阻滯力影響整車轉向輕便性和回正性，通過對前橋轉向阻滯力優化來提升整車的轉向操縱性。

轉向阻滯力；滾針軸承；旋轉力矩；摩擦力矩

CLC NO.: U463.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-58-03

引言

隨著經濟發展，物質水平提高，中重卡用戶對車輛性能的要求越來越高，不僅要求承載性能好、質量可靠，更要求能夠以經濟、舒適的方式完成貨物的運輸。前橋作為車輛的關鍵部件，對車輛的安全性、 操控性及可靠性等性能指標都具有重要影響。國內重型卡車市場競爭日趨激烈，而國內產品借用平臺基本上相同，出現產品同質化，在配置基本相同的情況下，產品力將主要在系統性能、耐久性等軟實力上比拼。如轉向系統回正性、輕便性以及前輪啃胎等情況與前橋有很大關系。前橋四輪定位參數和轉向阻滯力直接影響轉向運動穩定性、操作輕便性。故本文以提升整車轉向輕便性和回正性為目標，對前橋轉向阻滯力進行優化。

1 前橋轉向阻滯力產生機理和測量方法

1.1 前橋轉向阻滯力產生機理

前橋是汽車中連接左右(前中或后)車輪，并通過懸架與車架連接的部件。前橋的作用是傳遞車架（或承載式車身）與車輪之間各方向的作用力和力矩以及轉向。當整車轉向時，前橋起著轉向作用。在裝車前，需要對前橋轉向阻滯力進行控制。前橋裝配完成需要在轉向彎臂上施加一個力才能使整個前橋來回轉動。這個力就是前橋轉向阻滯力。

1.2 前橋轉向阻滯力測量方法

將前橋總成固定，利用數顯彈簧秤鉤住轉向彎臂，前橋處于中位時，轉向角為0時，模仿直拉桿方向進行向前和向后拉動，測出的前橋轉向阻滯力為彈簧秤上啟動力矩。

2 某前橋轉向阻滯力現狀

表1

市場反饋裝配某前橋車輛轉向沉重，回正性差，該問題引起客戶抱怨及強烈不滿，急需解決。轉向沉重由多方面因素引起，前橋分組影響轉向沉重主要是轉向阻滯力；該前橋采用阻尼軸承、轉向主銷孔采用銅套，橫拉桿球銷擺動力矩和旋轉力矩進行檢測，基本都在13-16N.m之間。對某前橋總成進行測量，前橋阻滯力（中位啟動力）如表1所示。

3 前橋轉向阻滯力優化

前橋轉向阻滯力與前橋轉向系統間摩擦有密切關系，主要著手從減小前橋轉動件之間摩擦系數來減低轉向阻滯力。前橋轉向時運動副有主銷與轉向節襯套、轉向節、前軸與平面軸承、橫拉桿球銷與球銷座，故需要對前橋零部件進行以下優化。

3.1 轉向節襯套優化

前橋轉向時轉向節為運動件，主銷不動。轉向節襯套與主銷產生為滑動摩擦，摩擦系數大，轉動轉向節阻力大。

圖1 轉向節襯套（銅套）

主銷與轉向節運動副摩擦系數優化：轉向節襯套改為滾針軸承結構，主銷與滾針軸承之間產生滾動摩擦，摩擦系數大大減低，轉動轉向節阻力減小。此結構易于安裝，僅將帶安裝套管滾針軸承壓入轉向節主銷孔內。

圖2 滾針軸承示意圖

3.2 平面軸承優化

某前橋平面軸承采用阻尼軸承，阻尼軸承工作原理是前軸壓在軸承外罩上，將車輛載荷傳遞至阻尼軸承總成，阻尼軸承總成通過阻尼環、推力環將載荷傳遞至轉向節。軸承外罩和阻尼環扣壓在一起，不可相對運動，而阻尼環和推力環能夠相對自由轉動，使前輪轉向輕便靈活。軸承摩擦力矩：，其中P為軸承載荷(N)，d為軸承內徑(mm)，μ為軸承摩擦系數；摩擦力矩公式中P和d都不能改變，唯一可以改變是軸承摩擦系數；而阻尼軸承摩擦系數較大，導致摩擦阻力矩較大引起轉向阻滯力大；

圖3 阻尼軸承結構示意圖

優化后推力滾子軸承工作原理是前軸壓在外罩上通過座圈與滾子進行滾動，推力滾子軸承摩擦系數為比較小，摩擦阻力矩也比較小。

圖4 推力軸承結構示意圖

3.3 橫拉桿球銷優化

橫拉桿總成是由桿身和兩個接頭組成，而橫拉桿轉動體是橫拉桿接頭中球銷與球座運動。球銷是保證汽車操縱的穩定性，行駛平順性、舒適性、安全性及使汽車正確、準確行駛的關鍵零部件，故球銷旋轉是影響前橋轉向阻滯力一個因素，而影響球銷旋轉因素主要三個：最大擺角、擺動力矩、旋轉力矩。

3.3.1 最大擺角

沿著圖樣規定方向往復擺動球銷，使球接頭總成中的球頭銷通過球頭銷座中心從一個極限位置擺到另一個極限位置，球頭銷在兩個極限位置之間的夾角，如圖 3所示。內部結構改進使得最大擺角不小于20°。

圖5 球銷最大擺角示意圖

3.3.2 擺動力矩

球銷在最大擺角范圍內以一定的頻率，在接頭總成的對稱平面或設計指定平面內做連續擺動時力矩（N.m），通過調整球銷與球座之間的間隙來減小，球銷擺動力矩控制在4-6N.m。

3.3.3 轉動力矩球銷軸線與接頭球座孔軸線重合，球銷繞軸線勻速旋轉往復旋轉時的力矩（N·m）。通過調整球銷與球座之間的間隙，球銷旋轉力矩控制在4-6N.m。

圖6

3.4 優化驗證

通過以上優化，裝配后前橋轉向阻滯力（中位啟動力）平均減小約90N，見如表2。

優化后效果明顯，整車匹配該前橋后轉向輕便性參數明顯減小，方向沉重問題明顯有改善。

4 總結

本文對前橋的橫拉桿球頭銷、平面軸承以及滾針軸承代替銅套等進行優化，前橋的阻滯力平均減小約90N,該前橋搭載整車上，轉向輕便性和回正性的性能有明顯提高，也提升了整車操縱舒適性。

表2

[1] 徐灝主編.機械設計手冊.機械工業出版社,1992.

[2] 李著信主編.機械零件的簡易設計與選用.北京.金盾出版社, 1984.

[3] 張質文主編.起重機械設計手冊.中國鐵道工業出版社.

Research on optimization of steering force of a front axle

Qian Shouyun, Wang Junwei, Zhang Ke, Li Tao
（Anhui Jianghuai Automobie group Co., LTD. Technical Center, Anhui Hefei 230601）

The steering force of the front axle affects the steering portability and the return of the vehicle, The steering maneuverability of the vehicle is improved by optimizing the steering force of the front axle.

Steering force; Needle bearing; Rotary moment; Friction moment

U463.4

A

1671-7988 (2017)16-58-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.16.021

錢收云，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。