設計 | 麥弗遜懸架齒輪齒條轉向器的轉向桿系布置

一、前言
汽車轉向系是用來保持或改變汽車行駛方向的機構，在汽車轉向行駛時，還要保證各轉向輪之間有協(xié)調的轉角關系。駕駛員通過操縱轉向系統(tǒng)，使汽車保持在直線或轉彎運動狀態(tài)，或者使上述兩種運動狀態(tài)相互轉換。我們在對汽車的轉向桿系進行設計布置的時候，主要是針對轉向梯形斷開點位置的設計及整個齒條行程是否滿足要求，因此要求整個轉向桿系：1、應滿足整車最小轉彎半徑要求、2、有合理的阿克曼角，滿足車輛的不足轉向特性要求。3、能夠實現靈活準確的轉向運動；在懸架跳動過程中桿系不發(fā)生運動干涉，產生轉向，使車輪的前束角在常用的跳動行程范圍內變化量最小。
現采用傳統(tǒng)平面作圖法，針對前懸架為麥弗遜式獨立懸架，轉向器采用齒輪齒條轉向器的前輪轉向車輛的轉向桿系的布置和優(yōu)化做如下分析。
二、轉向梯形斷開點確定
首先根據懸架的安裝點、轉向梯形臂的位置、轉向中心的位置、確定轉向拉桿在縱向投影上的斷開點位置。根據轉向橫拉桿與下擺臂、主銷中心線的現對位置不同（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為下擺臂內旋轉中心點，U為轉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點及為轉向器橫拉桿的內球頭點。

三、齒條行程確定
在確定了轉向橫拉桿的斷開點位置之后，需要確定齒條行程。在轉向節(jié)和主銷位置參數一定、橫拉桿斷開點位置確定的情況下，齒條行程大小決定了轉向輪的最大轉角的大小，進而決定車輛的最小轉彎半徑，即通過性的好壞。
齒輪齒條轉向器在設計布置中通常有如圖 4所示的幾種形式：轉向器前置、轉向梯形后置（圖 4 a）；轉向器后置、轉向梯形前置(圖 4 b)；轉向器前置、轉向梯形前置（圖 4 c）；轉向器后置、轉向梯形后置（圖 4 d）。

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

四、結論
綜上所述，本文所介紹的麥弗遜獨立懸架齒輪齒條轉向器的轉向桿系的設計布置方式。既可以在確定轉向器的周邊條件的情況下，可通過上述方式設計轉向桿系和齒條運動行程，從而完成轉向傳動系統(tǒng)的幾何設計；也可以運用此方式對現有轉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向系統(tǒng)模型，分析現有轉向梯形斷開點對阿克曼轉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)化設計功能對現有轉向梯形斷開點位置進行優(yōu)化。