汽車轉向拉桿內球銷點的位置確定

馮帆　劉優(yōu)

摘 要：轉向硬點的布置及轉向極限角的選取，與轉向拉桿內球銷點的位置相關。本文介紹了在已知轉向節(jié)的條件下確定轉向拉桿內球銷點位置的原理，詳細論述了考慮到阿克曼轉向幾何關系內球銷點的調整，以某型車麥弗遜懸架為例介紹了位置確定的方法。

關鍵詞：內球銷點；三心定理；阿克曼轉向幾何

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

1 理論基礎

根據前懸架的結構特點找出轉向節(jié)臂與連桿連接的球鉸中心的運動軌跡的瞬心，內球銷點應與這個瞬心重合。尋找瞬心基于三心定理，即四連桿機構中，作平面平行運動的三個構件共有三個瞬心，它們位于同一直線上。某型車采用麥弗遜式懸架，見圖1。

其中，D為下橫臂轉軸（雙橫臂懸架另外有一個上橫臂轉軸），E為減震器上端點（雙橫臂懸架為上橫臂球鉸點），G為下橫臂球鉸點，T為轉向拉桿內球銷點，U為轉向節(jié)臂鉸點。

2 內球銷點的確定

基于三心定理確定瞬心，以過擺臂軸線中點所作垂面為當量平面進行投影和運動分析。

（1）確定轉向節(jié)的瞬時運動中心P1點。轉向節(jié)在E點的絕對速度就是沿著減震器軸線的相對速度，在這一點的牽連速度（由減震器軸線繞E點轉動引起）為零，所以轉向節(jié)在E點的瞬時運動中心位于過E點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的延長線與EP1相交與P1點，如圖2，其就是轉向節(jié)的瞬時運動中心。

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

（3）確定а。U點是轉向節(jié)臂與轉向橫拉桿的鉸點。轉向橫拉桿應該位于U、P1點的連線上（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。過P1做一條直線P1P3，使其與直線P1P2的夾角也為а，P1P3與U、G連線的延長線交于點P3，如圖5。

（5）確定內球銷點T。P3、D點連線的延長線與直線P1U交于點T，它就是轉向拉桿的初步內球銷點，如圖6。

3 內球銷點的調整

3.1 阿克曼幾何關系

在轉向過程中，為了使各個車輪都處于純滾動狀態(tài)而無滑動發(fā)生，則要求全部車輪都繞一個瞬時轉向中心做圓周運動。對兩個后輪來說，他們的運動方向應該與它們到轉向中心的連線垂直，即轉向中心在后軸軸線的延長線上。同樣，內前輪的運動方向也與它到轉向中心的連線垂直，這樣就可以確定上述三個車輪的轉向中心O。如果外前輪的滾動軸線的延長線也與O相交，則各個車輪都繞同一個瞬時轉向中心O做圓周運動，各個車輪處于純滾動狀態(tài)。

3.2 側偏角

阿克曼幾何關系比較適用于低速轉向行駛的場合，汽車側向加速度小，輪胎側偏角很小。但是汽車主要以中、高速行駛，而在此時轉向，輪胎產生不可忽略的側向力和側偏角，對阿克曼轉向幾何關系有影響。實際上，只要使在內輪最大轉角時的阿克曼校正率大于75%（理論上73%～93%時，內、外前輪的側偏角趨于一致，輪胎的磨損最小），效果都很好，即輪胎不會發(fā)生異常磨損。在保證沒有發(fā)生輪胎異常磨損的前提下，為了減小轉向半徑，一些車的阿克曼校正率在60%以下。

3.3 理論最佳內球銷點

轉向齒條、轉向拉桿、轉向節(jié)構成了一個曲柄滑塊結構（不考慮實際局限），由阿克曼轉向幾何關系可知，內、外轉角是有差距的，所得是個偏心曲柄滑塊，具有急回特性，同時考慮轉向行程，就可以初步確定內球銷點位置。由內、外極限圓，見圖7，可知：

P2（轉向節(jié)臂到旋轉中心的距離）<轉向總行程

則內球銷點調整為：

X方向（粗調），相當于調整曲柄滑塊偏心距離；Y方向（微調），適當調整拉桿長度和轉向行程；Z方向（避讓），不改變運動機結構。

4 總結

在轉向節(jié)確定的情況下，轉向梯形的方向就確定了，則找到的瞬心點的調整方向只有一個，X的位置改變曲柄滑塊運動結構，為主要的調整參數。根據制造情況適當調整齒條長度、轉向拉桿長度，對運動結構有稍許影響，Y只用來微調，這樣內球銷點位置就可確定。由于Z方向的改變不影響運動結構，對其的調整主要是考慮周邊避讓問題。

參考文獻：

[1]劉惟信.汽車設計[M].北京：清華大學出版社，2001：608-649.

[2]黃橋，游祥軍.基于ADAMS轉向系統(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。