雙前軸重型汽車轉向系統裝配工藝研究

羅宏剛，孫文濤，馬國興，王曉鋒

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

雙前軸重型汽車轉向系統裝配工藝研究

羅宏剛，孫文濤，馬國興，王曉鋒

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

轉向系統作為重型汽車的重要組成部分，由于設計或者裝配制造的不當，可導致轉向傳動部件之間的干涉，危及駕駛員的人身安全，因此需深入研究轉向系統設計和裝配方法。文章以轉向系統故障重現的方式為切點，通過數模仿真校驗、結構優化實驗、工藝方法提升等途徑，全方位解析和處理了轉向傳動部件干涉問題。強化了對轉向系統的深刻認知和系統學習，而且此類分析問題的方法，有助于解決其他相對運動部件較多的干涉現象。

轉向系統；傳動；干涉

CLC NO.:U463.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-85-03

引言

轉向系作為整車的重要組成部分，其用來保持或者改變汽車的行駛方向。駕駛員通過轉向操縱裝置，實現車輛的直行或轉彎狀態。承載較重的重型汽車，轉向系統對駕駛的舒適型和安全性也起著至關重要的作用，因此，轉向系統各部件結構的設計與匹配都尤為重要，裝調過程中各部件之間的連接也必須按照工藝要求操作，以保證轉向系統功能項。

1、轉向系統工作原理

雙轉向軸的重型汽車，其轉向系統包括：轉向操縱、轉向助力、轉向傳動三部分。其中轉向傳動結構中包括：轉向器、轉向器支架、搖臂、拉桿、轉向梯形、助力缸等部件。駕駛員給方向盤施加一個外力，通過轉向管柱和伸縮軸傳遞給轉向器輸入軸，經轉向器放大力矩和減速運動后傳到轉向搖臂，再通過轉向拉桿傳遞給轉向軸上的節臂，使轉向軸偏轉，實現轉向功能，如圖1所示。

車輛在轉向過程中，轉向傳動系處于運動狀態，桿系、搖臂、助力缸、節臂等部件隨之一同運動。而在運動過程中，傳動部件可能會發生相互干涉現象，易引發重大安全事故。因此檢查和消除轉向系的干涉現象尤為重要，下文以某裝配單元裝調過程中發生的轉向系部件相互干涉為例，最終通過數模分析、結構優化、工藝改進等措施，解決轉向傳動系的干涉問題。

圖1

2、轉向系統故障再現

現場查看該批問題車輛，車輛啟動后向左轉動方向盤至極限位置時，轉向機正常卸荷，此時方向盤轉動了兩圈。而將方向盤向右旋轉至極限位置時，轉向系統出現了以下干涉情況：搖臂與轉向器支架后端干涉、轉向直拉桿與左前輪胎干涉、拉桿球頭相互干涉等，此時方向盤旋轉了3.2圈。

通過方向盤的左、右圈數不一致，且左轉向正常，而右轉向發生干涉，初步判斷左、右轉向不中分，車輛右轉角大于左轉角，可造成以上問題。

3、轉向系統故障問題分析

經查閱技術文件，獲知該A轉向器的相應參數如表1：

表1 A轉向器相應參數

A轉向器連接拉桿之前，在任何情況下，轉向搖臂的擺角不能超過右31°和左31.8°的行程，否則會破壞卸荷閥的初始位置，使轉向器行程增大，卸荷滯后，損壞轉向器等弊端，工作時搖臂行程為（-47°，+47°），如圖2所示：

圖2 A轉向器的關鍵特性參數

3.1 重新構建數模進行仿真校核

①按照轉向角44°的設計理論值進行校核，此時的轉向搖臂擺角為左35.8°，右39.7°，處于搖臂擺角（-47°，47°）范圍，且各部件之間均存在間隙，不會發生干涉，如表2。

表2 數模仿真轉向傳動的運動情況

②按照轉向搖臂的擺角處于±47°的極限位置進行校核，此時除了拉桿與輪胎干涉外，其余部件理論上均存在間隙，但考慮到累計裝配公差及各零部件尺寸公差等因素，此種狀態下易發生干涉，如表2。

經過反復實驗，發現轉向器的行程卸荷閥容易被壓縮，即使在轉向直拉桿與搖臂連接后，通過施加在方向盤上的外力也易使轉向搖臂的轉角超出設計范圍，從而增大了轉向傳動系干涉的風險。

3.2 轉向搖臂的結構優化

通過上一步的數模仿真和實驗，為了規避干涉風險，我們考慮改變轉向搖臂初始位置的角度進行補償。如圖3中所示，將轉向搖臂向后錯一齒（7.5°）進行裝配，以1：26.2的傳動比換算到方向盤上，此時方向可向左多轉196.5°（大約0.6圈），對應地向右少轉196.5°（大約0.6圈）。再結合故障發生時，左轉向2圈不干涉，右轉向3.2圈干涉的現象，搖臂錯齒裝配后，理論上可實現左轉向2.6圈，右轉向2.6圈。

圖3

圖4

經過實車驗證，在此狀態下方向盤轉至左、右極限位置時，搖臂不與轉向器支架干涉，且搖臂距離轉向器支架前、后兩端間隙均勻，其他轉向傳動部件之間也不再干涉，同時方向盤的左、右圈數一致，轉向器正常卸荷。

3.3 裝配工藝優化

為了提升轉向傳動系的裝配質量，我們從工藝方法、裝備、質量過程控制等方面進行了過程能力提升。

①針對轉向器分裝工序，優化轉向器分裝臺，重置了轉向搖臂限位棒位置，保證搖臂擺浮較小，同時保證搖臂與軸頭刻線對齊裝配。

②針對轉向直拉桿裝配工序，裝配拉桿時，必須保證軸頭與轉向器本體的刻線對齊，同時保證轉向軸處于直行狀態。

③新增 “最小轉彎半徑調整”工序，進行轉向傳動系統極限狀態下的檢驗，提前識別設計與裝配問題，并檢查轉向系的干涉情況。

4、結束語

轉向傳動系的干涉現象易于識別，但故障排查過程較為復雜。而且桿系干涉等造成的后果都比較嚴重，常常會威脅到駕駛員的人身安全，因此汽車設計、制造、檢驗環節都尤為重要。在生產制造過程中，若發現了轉向傳動干涉的問題，一定要解決該問題。排除干涉問題時，通常需從設計和裝配過程進行分析，最終找到干涉的因素，進行改進，消除干涉現象。

[1] 余志生.汽車理論.機械工業出版社.2009.3.

[2] 陳家瑞.汽車構造.人民交通出版社.2011-08.

[3] 王霄鋒.汽車底盤設計.清華大學出版社.2010.3.

[4] 王寶璽,賈慶祥.汽車制造工藝學.機械工業出版社.2010.1.

Study on assembly process of double front axle steering system of heavy vehicles

Luo Honggang, Sun Wentao, Ma Guoxing, Wang Xiaofeng
( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi’an 710200 )

As an important part of heavy vehicle, due to the improper design or assembly, the interference between the steering gear components is likely to endanger the driver's personal safety.The steering system fault recurrence as the cutoff point, through model simulation verification, structure optimization and process improvement of experimental approaches, comprehensive analysis and processing the steering parts interference problem. Strengthen the deep understanding of the steering system and system learning, and the method of this kind of analysis problems, help to solve the interference of other relative moving parts.

steering system; transmission; interference

U463.4

A

1671-7988 (2017)08-85-03

羅宏剛，就職于陜西重型汽車有限公司汽車總裝配廠。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.029