馬（mǎ）顯　邊文賢　陳紅運

（長（zhǎng）城汽車股份有限公司）

　　摘　要：轉（zhuǎn）向傳動軸同轉向器（qì）與轉向管的連（lián）接通常采用十（shí）字軸結構，由於十字軸結構輸入輸出軸之間存在夾（jiá）角，傳動時存在（zài）著附加力矩，使十字軸在使用過程（chéng）中產生晃動，本文從轉向器的支承結構上進行優化（huà）設（shè）計，並在ADAMS中進行驗證結果，對轉向係統（tǒng）的設計（jì）有一定的參考意義。

　　關鍵詞：轉向傳動（dòng）軸；十字軸；附加力矩；振動
　　在轉（zhuǎn）向傳動軸的設計過程中（zhōng），通常通過保證傳動軸上段與中段的夾角（jiǎo）和中段（duàn）與下段的夾角一（yī）致，並且相位角符合結構（gòu）布置要求來保證轉（zhuǎn）向力矩波動Z小。但這要求傳動軸在使（shǐ）用的（de）過程中一直處（chù）於理論的設計狀態。在實際情況中（zhōng），由於輸入軸和輸出軸之間存在夾角，其主、從動軸上的力矩作用在不（bú）同的平（píng）麵上，因此僅在輸入（rù）叉軸的扭矩和輸出叉軸的（de）反作用扭矩的作用（yòng）下是不能（néng）平衡的。從十（shí）字軸萬向節的力（lì）矩平衡上來看，必（bì）然還存在著其他的力矩。根（gēn）據受力情況和力矩三角形可以得出，附加力矩T2′=T1×Sinα（其中T1為輸（shū）入軸扭矩，α為輸入輸出軸的夾角）。
　　附加彎矩T2′在零與Z大值間作（zuò）周期為180°的變化（huà），其使輸出叉軸的支承（chéng）承受周期性變化（huà）的徑向載荷為F2=T1×Sinα/L2（其中L2為傳（chuán）動軸十字軸中心點到支承的（de）距離）。
　　某車型在先行車實驗過程中，發（fā）現有轉向傳動軸下十字節與護罩幹涉的（de）現象發生。靜態測量其間（jiān）隙，發（fā）現滿足一般間隙要求。再次（cì）進行實驗，對問題還原，發現該現象在極限轉向力矩輸入的情況（kuàng）下發生。經係統的分析原因，認為（wéi）幹涉現象是由於轉向傳動軸十字軸的附加（jiā）力（lì）矩（jǔ）引起的。轉向器的（de）安（ān）裝結構如圖1：

　　由於本車型（xíng）采用管柱式電（diàn）動助力轉向，輸入到轉向傳動軸的轉（zhuǎn）向力矩增大（dà），對於轉向傳動軸與轉向器連接的十字軸來說，輸入力矩（jǔ）增大，電機助力輸入的扭矩設計為33Nm。該（gāi）車型為四驅車型，轉向器支承點靠下，轉向器安裝襯套距離轉向傳動軸十字軸的距離為320mm，中間傳動軸與輸出軸（即轉向器的輸入軸（zhóu））的夾（jiá）角α為27.5°，可根（gēn）據上式計算出輸出軸（zhóu）的附加力矩：T2′=33×sin27.5=15.23Nm，支承力F2=15.23/0.32=47.6N。
　　由於轉向器安裝點同副車架之間的連接為采用襯套方式連接，其襯套的（de）三個方向的線剛度為5000/5000/1000N/mm，故支承力47.5N引起的襯套的（de）線性方向的變（biàn）形可以忽略不計，由於襯套的扭轉（zhuǎn）剛度為2400Nmm/deg（整車Y方向），可以計算出由於輸出力矩附加力矩T2′引起的十字軸的轉動量為D=sin（15.23×1000/2400/2）×3200mm=17.7mm。
　　Adams/view模塊是設計中常用的運動學與動力學分析軟件，分析處理受力模型非常方（fāng）便。在其（qí）中建立模型，對係統進行（háng）分析，對上述計算過程（chéng）進行驗證，建立的模型如圖2，十字軸（zhóu）的運動量（liàng）達到17mm。計（jì）算結果（guǒ）、分析結果和設（shè）計實驗記過趨於一致。

　　為解決問題，根據實際情況，由於傳動軸夾角（jiǎo）α受周邊零件布置位置的影響不能繼續優化，則T2′不能減小，為減小（xiǎo）十字軸的晃動（dòng）量D，隻能減小（xiǎo）L2或者增大轉向器安裝襯套的剛（gāng）度。
　　經對結構進行優化設計，在轉向器的後方增加了（le）Z向布置的襯套，並通過支架與X向（xiàng）襯套支架連接，此結構使得副車架的支承結構未做（zuò）變化，而轉向器的支承點由兩個支承點變為三角形的三個支承點，增大了轉向器安裝支承的扭轉剛度，同時減小了轉向器支承到十字軸中心點的距離（lí），如圖3。

　　由於之前分析建立的Adams模型已經經過驗證，此時直接在原模型上進行修改，建立仿真分析，進行優化方（fāng）案的驗證。建立的模型如圖4。經（jīng）分析，轉向傳動軸下十（shí）字軸的Z大晃動量減小到1.8mm左右，做周期為180°範圍變（biàn）化，改善效果顯著，滿足設計使用要求。

　　經以上分析驗證（zhèng），得知轉（zhuǎn）向器支承的襯套布置和剛度對轉向傳動軸的十字軸晃動有著很大的影響（xiǎng），在轉向係統設計初期就應當對此問題進行（háng）分析，設（shè）定（dìng）好轉向器的支承方式和位置，避免發生後期失效的問題。
　　參考文（wén）獻：
　　[1]劉維信.汽（qì）車（chē）設（shè）計[M].北京：清華大學出（chū）版社，2001.

來源：《中小企業管理與科技（下旬刊）》2015年09期（qī）