汽車(chē)轉(zhuǎn)向系硬點(diǎn)布置

馮帆 劉優(yōu)

摘 要：汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向傳動(dòng)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(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)角關(guān)系，保證車(chē)輛行駛的穩(wěn)定、運(yùn)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(yàn)，提出了某類(lèi)型車(chē)的轉(zhuǎn)向系硬點(diǎn)布置方案。

關(guān)鍵詞：硬點(diǎn)；萬(wàn)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(dòng)機(jī)構(gòu)是從轉(zhuǎn)向盤(pán)到轉(zhuǎn)向器之間一系列零件，它包括轉(zhuǎn)向管柱、上萬(wàn)向節(jié)、下萬(wàn)向節(jié)和傳動(dòng)軸，主要保證傳動(dòng)軸的扭矩、轉(zhuǎn)速、夾角、長(zhǎng)度。根據(jù)雙接頭萬(wàn)向節(jié)的特性和傳動(dòng)軸的參數(shù)設(shè)計(jì)，同時(shí)結(jié)合汽車(chē)轉(zhuǎn)向的實(shí)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(gè)平面內(nèi)，需保證輸入、輸出軸等速，添加了一個(gè)相位角負(fù)相關(guān)的設(shè)計(jì)要求。

轉(zhuǎn)向器依靠齒輪機(jī)構(gòu)可以用來(lái)傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，擁有結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、傳動(dòng)平穩(wěn)、效率高、壽命長(zhǎng)、能保證恒定的傳動(dòng)比等優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用于目標(biāo)類(lèi)型車(chē)輛，本車(chē)型采用的是交錯(cuò)軸斜齒圓柱齒輪的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。

為了實(shí)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(xiāo)中心線延長(zhǎng)線到地面交點(diǎn)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(diǎn)布置

已知某型車(chē)前懸，按設(shè)計(jì)要求輪距在原本基礎(chǔ)上加寬60mm，方向盤(pán)位置為新的人機(jī)輸入，提取已知硬點(diǎn)，見(jiàn)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(diǎn)連線長(zhǎng)度與參考車(chē)型轉(zhuǎn)向器長(zhǎng)度相差只有7mm，故采用參考車(chē)型的轉(zhuǎn)向器長(zhǎng)度，X方向即梯形高，對(duì)轉(zhuǎn)向性能的影響很大，需運(yùn)用到曲柄滑塊的原理，同時(shí)受到轉(zhuǎn)向阿克曼曲線和最小轉(zhuǎn)彎半徑的限制來(lái)調(diào)試。

（二）確定齒輪角度及其嚙合位置

齒輪角度是由兩個(gè)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(cuò)軸斜齒輪配合和轉(zhuǎn)向的正負(fù)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(chē)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(gè)平面內(nèi)傳動(dòng)效率越高，所以嚙合點(diǎn)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(diǎn)在齒輪外邊與內(nèi)邊需進(jìn)行選擇。

（三）中間軸的布置

根據(jù)人機(jī)給的方向盤(pán)位置，優(yōu)先選取管柱垂直方向盤(pán)，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(zhǎng)度由布置在上面的零件所需長(zhǎng)度決定，一般在550mm左右。

兩個(gè)不等速萬(wàn)向節(jié)組成等速的條件：萬(wàn)向節(jié)夾角相等，輸入軸和輸出軸在一個(gè)平面內(nèi)。因汽車(chē)轉(zhuǎn)向的輸出軸（齒輪）和輸入軸（管柱）不在一個(gè)平面內(nèi)，從而加入了相位角。由于多了一個(gè)相位角，萬(wàn)向節(jié)的角度一般取不大于30°。

中間軸長(zhǎng)度：輸入、輸出軸位置及萬(wàn)向節(jié)夾角決定了傳動(dòng)軸的長(zhǎng)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(zhǎng)度是在一個(gè)范圍值內(nèi)選取，而中間軸的長(zhǎng)度以取其最大值和最小值之中間值為適宜。

采用參考車(chē)的轉(zhuǎn)向器，故需要調(diào)整到齒輪長(zhǎng)度和參考車(chē)的一樣，參考車(chē)型為188.15mm，見(jiàn)圖3。

萬(wàn)向節(jié)夾角調(diào)整方法為：逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)齒輪位置，縮短管柱長(zhǎng)度，可增大上節(jié)叉夾角，同時(shí)也減小下節(jié)叉夾角。縮短管柱長(zhǎng)度50mm，調(diào)整后結(jié)果見(jiàn)圖4。

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

（四）提取硬點(diǎn)

轉(zhuǎn)向系硬點(diǎn)布置提取結(jié)果見(jiàn)表2。

三、結(jié)語(yǔ)

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

參考文獻(xiàn)：

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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)與維修技術(shù)；劉優(yōu)（1989-），男，湖南邵陽(yáng)人，工程師，研究方向：汽車(chē)整車(chē)設(shè)計(jì)。