汽车转向系硬点布置

冯帆 刘优

摘 要：汽车转向系统由转向传动结构、转向器及转向拉杆三部分组成，合理布置好转向系统，能保证各转向轮之间有恰当的转角关系，保证车辆行驶的稳定、运行的安全、轮胎的使用寿命。本文介绍了转向系的结构及布置原理，结合工程经验，提出了某类型车的转向系硬点布置方案。

关键词：硬点；万向节夹角；转向梯形

一、转向系结构及布置原理

转向传动机构是从转向盘到转向器之间一系列零件，它包括转向管柱、上万向节、下万向节和传动轴，主要保证传动轴的扭矩、转速、夹角、长度。根据双接头万向节的特性和传动轴的参数设计，同时结合汽车转向的实际布置环境得出以下结论：夹角相等，即上下节叉角相等，且不大于35°为最佳；因输入轴和输出轴不在一个平面内，需保证输入、输出轴等速，添加了一个相位角负相关的设计要求。

转向器依靠齿轮机构可以用来传递空间任意两轴间的运动和动力，拥有结构紧凑、工作可靠、传动平稳、效率高、寿命长、能保证恒定的传动比等优势而被广泛应用于目标类型车辆，本车型采用的是交错轴斜齿圆柱齿轮的齿轮齿条转向器。

为了实现内外转向轮偏转角之间的关系，由横拉杆和左右转向梯形臂组成的梯形杆系即转向梯形，两主销中心线延长线到地面交点之间连线和拉杆和转向器的中心线分别为梯形的两底边，如图1。

二、转向系统硬点布置

已知某型车前悬，按设计要求轮距在原本基础上加宽60mm，方向盘位置为新的人机输入，提取已知硬点，见表1。

根据周边环境确定转向器位置：Z方向主要考虑与周边零件的间隙，Y方向上由于T点连线长度与参考车型转向器长度相差只有7mm，故采用参考车型的转向器长度，X方向即梯形高，对转向性能的影响很大，需运用到曲柄滑块的原理，同时受到转向阿克曼曲线和最小转弯半径的限制来调试。

（二）确定齿轮角度及其啮合位置

齿轮角度是由两个角度组成：YZ平面上的齿轮齿条啮合角和YZ平面上布置角。

YZ平面上的啮合角确定根据交错轴斜齿轮配合和转向的正负效率的原理，转向器啮合角度选在8°～10°之间为最佳，选择与参考车相同的8°。

YZ平面布置角因转向器360°旋转都不影响其本身的性能，所以其在YZ平面上的布置主要是配合中间轴布置。

齿轮齿条啮合位置布置：因啮合位置不影响转向器工作，所以其位置主要是配合中间轴的布置。齿轮和管柱越接近在一个平面内传动效率越高，所以啮合点越靠边越好，但是转向器安装位置跨度越大越稳定，则安裝点在齿轮外边与内边需进行选择。

（三）中间轴的布置

根据人机给的方向盘位置，优先选取管柱垂直方向盘，只有在特殊情况下考虑偏转一定角度，但不大于2°。管柱长度由布置在上面的零件所需长度决定，一般在550mm左右。

两个不等速万向节组成等速的条件：万向节夹角相等，输入轴和输出轴在一个平面内。因汽车转向的输出轴（齿轮）和输入轴（管柱）不在一个平面内，从而加入了相位角。由于多了一个相位角，万向节的角度一般取不大于30°。

中间轴长度：输入、输出轴位置及万向节夹角决定了传动轴的长度，由于决定因素是都是在一定的可变范围内，所以中间轴长度是在一个范围值内选取，而中间轴的长度以取其最大值和最小值之中间值为适宜。

采用参考车的转向器，故需要调整到齿轮长度和参考车的一样，参考车型为188.15mm，见图3。

万向节夹角调整方法为：逆时针旋转齿轮位置，缩短管柱长度，可增大上节叉夹角，同时也减小下节叉夹角。缩短管柱长度50mm，调整后结果见图4。

如果旋转角度和缩短管柱到一定程度还达不到想要的结果，可以偏转管柱，即使管柱与方向盘不垂直，而使得管柱与齿轮更倾向于平行。

（四）提取硬点

转向系硬点布置提取结果见表2。

三、结语

转向系硬点布置过程中，应充分考虑人机工程、法规安全、布置空间及零件的设计，转向系硬点布置应根据工程师的经验，反复调整转向系各硬点，再根据调整的点进行性能计算，硬点布置工作反复且容易出现误差。

参考文献：

[1] 王学刚.对客车转向拉杆系统失效的研究[J].科技创新导报，2010（14）.

[2] 黄桥，游祥军.基于ADAMS转向系统硬点优化[J].研究与开发，2013（12）.

作者简介：冯帆（1989-），男，陕西西安人，助教，研究方向：汽车检测与维修技术；刘优（1989-），男，湖南邵阳人，工程师，研究方向：汽车整车设计。