設計 | 麥弗遜懸架齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向桿系布置

一、前言
汽車轉(zhuǎn)向系是用來保持或改變汽車行駛方向的機構(gòu)，在汽車轉(zhuǎn)向行駛時，還要保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關系。駕駛員通過操縱轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使汽車保持在直線或轉(zhuǎn)彎運動狀態(tài)，或者使上述兩種運動狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換。我們在對汽車的轉(zhuǎn)向桿系進行設計布置的時候，主要是針對轉(zhuǎn)向梯形斷開點位置的設計及整個齒條行程是否滿足要求，因此要求整個轉(zhuǎn)向桿系：1、應滿足整車最小轉(zhuǎn)彎半徑要求、2、有合理的阿克曼角，滿足車輛的不足轉(zhuǎn)向特性要求。3、能夠?qū)崿F(xiàn)靈活準確的轉(zhuǎn)向運動；在懸架跳動過程中桿系不發(fā)生運動干涉，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向，使車輪的前束角在常用的跳動行程范圍內(nèi)變化量最小。
現(xiàn)采用傳統(tǒng)平面作圖法，針對前懸架為麥弗遜式獨立懸架，轉(zhuǎn)向器采用齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的前輪轉(zhuǎn)向車輛的轉(zhuǎn)向桿系的布置和優(yōu)化做如下分析。
二、轉(zhuǎn)向梯形斷開點確定
首先根據(jù)懸架的安裝點、轉(zhuǎn)向梯形臂的位置、轉(zhuǎn)向中心的位置、確定轉(zhuǎn)向拉桿在縱向投影上的斷開點位置。根據(jù)轉(zhuǎn)向橫拉桿與下擺臂、主銷中心線的現(xiàn)對位置不同（如圖 1 至圖 3），求斷開點的作線方式略有差異，但是基本思路都如下所述。
以XY面為投影面投影（后視圖），E為減震器上擺動中心點，G為下擺臂球銷球心點，D為下擺臂內(nèi)旋轉(zhuǎn)中心點，U為轉(zhuǎn)向橫拉桿外球頭球心點。
分別連接E、G點和G、D點，過E點作EG的垂線GD延長線相交于點P1 ；連接E、D點，過G點作EG的垂線與ED延長線相交于P2 ；分別連接P1 、P2點和P1 、U點；連接U、G點，過P1點作直線使其與P1P2的夾角與∠EP1U相等，并與UG的延長線相交于點P3 ；連接P3 、D點，并延長交P1 U于點T。T點及為轉(zhuǎn)向器橫拉桿的內(nèi)球頭點。

三、齒條行程確定
在確定了轉(zhuǎn)向橫拉桿的斷開點位置之后，需要確定齒條行程。在轉(zhuǎn)向節(jié)和主銷位置參數(shù)一定、橫拉桿斷開點位置確定的情況下，齒條行程大小決定了轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角的大小，進而決定車輛的最小轉(zhuǎn)彎半徑，即通過性的好壞。
齒輪齒條轉(zhuǎn)向器在設計布置中通常有如圖 4所示的幾種形式：轉(zhuǎn)向器前置、轉(zhuǎn)向梯形后置（圖 4 a）；轉(zhuǎn)向器后置、轉(zhuǎn)向梯形前置(圖 4 b)；轉(zhuǎn)向器前置、轉(zhuǎn)向梯形前置（圖 4 c）；轉(zhuǎn)向器后置、轉(zhuǎn)向梯形后置（圖 4 d）。

下面以轉(zhuǎn)向器前置、轉(zhuǎn)向梯形前置為例，通過圖解計算的方式來確定齒條位移量與內(nèi)外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角之間的關系。如圖 5所示，當齒條向左側(cè)運動行程S時，所對應的內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關系。

四、結(jié)論
綜上所述，本文所介紹的麥弗遜獨立懸架齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向桿系的設計布置方式。既可以在確定轉(zhuǎn)向器的周邊條件的情況下，可通過上述方式設計轉(zhuǎn)向桿系和齒條運動行程，從而完成轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)的幾何設計；也可以運用此方式對現(xiàn)有轉(zhuǎn)向桿系進行設計校核，從而達到優(yōu)化的目的。但是由于采用的是平面作圖法，忽略了主銷后傾角和擺臂軸軸線的空間角度，使斷開點不在最優(yōu)位置?？稍诓捎闷矫孀鲌D法確定斷開點的基礎上，利用ADAMS/Car建立試驗樣車懸架轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型，分析現(xiàn)有轉(zhuǎn)向梯形斷開點對阿克曼轉(zhuǎn)向特性和車輪前束角變化特性的影響，同時利用ADAMS/Insight的優(yōu)化設計功能對現(xiàn)有轉(zhuǎn)向梯形斷開點位置進行優(yōu)化。