某前橋轉(zhuǎn)向阻滯力優(yōu)化研究

錢(qián)收云，王俊偉，章軻，李濤

某前橋轉(zhuǎn)向阻滯力優(yōu)化研究

錢(qián)收云，王俊偉，章軻，李濤

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

前橋轉(zhuǎn)向阻滯力影響整車(chē)轉(zhuǎn)向輕便性和回正性，通過(guò)對(duì)前橋轉(zhuǎn)向阻滯力優(yōu)化來(lái)提升整車(chē)的轉(zhuǎn)向操縱性。

轉(zhuǎn)向阻滯力；滾針軸承；旋轉(zhuǎn)力矩；摩擦力矩

CLC NO.: U463.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-58-03

引言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，物質(zhì)水平提高，中重卡用戶(hù)對(duì)車(chē)輛性能的要求越來(lái)越高，不僅要求承載性能好、質(zhì)量可靠，更要求能夠以經(jīng)濟(jì)、舒適的方式完成貨物的運(yùn)輸。前橋作為車(chē)輛的關(guān)鍵部件，對(duì)車(chē)輛的安全性、 操控性及可靠性等性能指標(biāo)都具有重要影響。國(guó)內(nèi)重型卡車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，而國(guó)內(nèi)產(chǎn)品借用平臺(tái)基本上相同，出現(xiàn)產(chǎn)品同質(zhì)化，在配置基本相同的情況下，產(chǎn)品力將主要在系統(tǒng)性能、耐久性等軟實(shí)力上比拼。如轉(zhuǎn)向系統(tǒng)回正性、輕便性以及前輪啃胎等情況與前橋有很大關(guān)系。前橋四輪定位參數(shù)和轉(zhuǎn)向阻滯力直接影響轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、操作輕便性。故本文以提升整車(chē)轉(zhuǎn)向輕便性和回正性為目標(biāo)，對(duì)前橋轉(zhuǎn)向阻滯力進(jìn)行優(yōu)化。

1 前橋轉(zhuǎn)向阻滯力產(chǎn)生機(jī)理和測(cè)量方法

1.1 前橋轉(zhuǎn)向阻滯力產(chǎn)生機(jī)理

前橋是汽車(chē)中連接左右(前中或后)車(chē)輪，并通過(guò)懸架與車(chē)架連接的部件。前橋的作用是傳遞車(chē)架（或承載式車(chē)身）與車(chē)輪之間各方向的作用力和力矩以及轉(zhuǎn)向。當(dāng)整車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)，前橋起著轉(zhuǎn)向作用。在裝車(chē)前，需要對(duì)前橋轉(zhuǎn)向阻滯力進(jìn)行控制。前橋裝配完成需要在轉(zhuǎn)向彎臂上施加一個(gè)力才能使整個(gè)前橋來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)。這個(gè)力就是前橋轉(zhuǎn)向阻滯力。

1.2 前橋轉(zhuǎn)向阻滯力測(cè)量方法

將前橋總成固定，利用數(shù)顯彈簧秤鉤住轉(zhuǎn)向彎臂，前橋處于中位時(shí)，轉(zhuǎn)向角為0時(shí)，模仿直拉桿方向進(jìn)行向前和向后拉動(dòng)，測(cè)出的前橋轉(zhuǎn)向阻滯力為彈簧秤上啟動(dòng)力矩。

2 某前橋轉(zhuǎn)向阻滯力現(xiàn)狀

表1

市場(chǎng)反饋裝配某前橋車(chē)輛轉(zhuǎn)向沉重，回正性差，該問(wèn)題引起客戶(hù)抱怨及強(qiáng)烈不滿(mǎn)，急需解決。轉(zhuǎn)向沉重由多方面因素引起，前橋分組影響轉(zhuǎn)向沉重主要是轉(zhuǎn)向阻滯力；該前橋采用阻尼軸承、轉(zhuǎn)向主銷(xiāo)孔采用銅套，橫拉桿球銷(xiāo)擺動(dòng)力矩和旋轉(zhuǎn)力矩進(jìn)行檢測(cè)，基本都在13-16N.m之間。對(duì)某前橋總成進(jìn)行測(cè)量，前橋阻滯力（中位啟動(dòng)力）如表1所示。

3 前橋轉(zhuǎn)向阻滯力優(yōu)化

前橋轉(zhuǎn)向阻滯力與前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)間摩擦有密切關(guān)系，主要著手從減小前橋轉(zhuǎn)動(dòng)件之間摩擦系數(shù)來(lái)減低轉(zhuǎn)向阻滯力。前橋轉(zhuǎn)向時(shí)運(yùn)動(dòng)副有主銷(xiāo)與轉(zhuǎn)向節(jié)襯套、轉(zhuǎn)向節(jié)、前軸與平面軸承、橫拉桿球銷(xiāo)與球銷(xiāo)座，故需要對(duì)前橋零部件進(jìn)行以下優(yōu)化。

3.1 轉(zhuǎn)向節(jié)襯套優(yōu)化

前橋轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)向節(jié)為運(yùn)動(dòng)件，主銷(xiāo)不動(dòng)。轉(zhuǎn)向節(jié)襯套與主銷(xiāo)產(chǎn)生為滑動(dòng)摩擦，摩擦系數(shù)大，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié)阻力大。

圖1 轉(zhuǎn)向節(jié)襯套（銅套）

主銷(xiāo)與轉(zhuǎn)向節(jié)運(yùn)動(dòng)副摩擦系數(shù)優(yōu)化：轉(zhuǎn)向節(jié)襯套改為滾針軸承結(jié)構(gòu)，主銷(xiāo)與滾針軸承之間產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦，摩擦系數(shù)大大減低，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié)阻力減小。此結(jié)構(gòu)易于安裝，僅將帶安裝套管滾針軸承壓入轉(zhuǎn)向節(jié)主銷(xiāo)孔內(nèi)。

圖2 滾針軸承示意圖

3.2 平面軸承優(yōu)化

某前橋平面軸承采用阻尼軸承，阻尼軸承工作原理是前軸壓在軸承外罩上，將車(chē)輛載荷傳遞至阻尼軸承總成，阻尼軸承總成通過(guò)阻尼環(huán)、推力環(huán)將載荷傳遞至轉(zhuǎn)向節(jié)。軸承外罩和阻尼環(huán)扣壓在一起，不可相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而阻尼環(huán)和推力環(huán)能夠相對(duì)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，使前輪轉(zhuǎn)向輕便靈活。軸承摩擦力矩：，其中P為軸承載荷(N)，d為軸承內(nèi)徑(mm)，μ為軸承摩擦系數(shù)；摩擦力矩公式中P和d都不能改變，唯一可以改變是軸承摩擦系數(shù)；而阻尼軸承摩擦系數(shù)較大，導(dǎo)致摩擦阻力矩較大引起轉(zhuǎn)向阻滯力大；

圖3 阻尼軸承結(jié)構(gòu)示意圖

優(yōu)化后推力滾子軸承工作原理是前軸壓在外罩上通過(guò)座圈與滾子進(jìn)行滾動(dòng)，推力滾子軸承摩擦系數(shù)為比較小，摩擦阻力矩也比較小。

圖4 推力軸承結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 橫拉桿球銷(xiāo)優(yōu)化

橫拉桿總成是由桿身和兩個(gè)接頭組成，而橫拉桿轉(zhuǎn)動(dòng)體是橫拉桿接頭中球銷(xiāo)與球座運(yùn)動(dòng)。球銷(xiāo)是保證汽車(chē)操縱的穩(wěn)定性，行駛平順性、舒適性、安全性及使汽車(chē)正確、準(zhǔn)確行駛的關(guān)鍵零部件，故球銷(xiāo)旋轉(zhuǎn)是影響前橋轉(zhuǎn)向阻滯力一個(gè)因素，而影響球銷(xiāo)旋轉(zhuǎn)因素主要三個(gè)：最大擺角、擺動(dòng)力矩、旋轉(zhuǎn)力矩。

3.3.1 最大擺角

沿著圖樣規(guī)定方向往復(fù)擺動(dòng)球銷(xiāo)，使球接頭總成中的球頭銷(xiāo)通過(guò)球頭銷(xiāo)座中心從一個(gè)極限位置擺到另一個(gè)極限位置，球頭銷(xiāo)在兩個(gè)極限位置之間的夾角，如圖 3所示。內(nèi)部結(jié)構(gòu)改進(jìn)使得最大擺角不小于20°。

圖5 球銷(xiāo)最大擺角示意圖

3.3.2 擺動(dòng)力矩

球銷(xiāo)在最大擺角范圍內(nèi)以一定的頻率，在接頭總成的對(duì)稱(chēng)平面或設(shè)計(jì)指定平面內(nèi)做連續(xù)擺動(dòng)時(shí)力矩（N.m），通過(guò)調(diào)整球銷(xiāo)與球座之間的間隙來(lái)減小，球銷(xiāo)擺動(dòng)力矩控制在4-6N.m。

3.3.3 轉(zhuǎn)動(dòng)力矩球銷(xiāo)軸線(xiàn)與接頭球座孔軸線(xiàn)重合，球銷(xiāo)繞軸線(xiàn)勻速旋轉(zhuǎn)往復(fù)旋轉(zhuǎn)時(shí)的力矩（N·m）。通過(guò)調(diào)整球銷(xiāo)與球座之間的間隙，球銷(xiāo)旋轉(zhuǎn)力矩控制在4-6N.m。

圖6

3.4 優(yōu)化驗(yàn)證

通過(guò)以上優(yōu)化，裝配后前橋轉(zhuǎn)向阻滯力（中位啟動(dòng)力）平均減小約90N，見(jiàn)如表2。

優(yōu)化后效果明顯，整車(chē)匹配該前橋后轉(zhuǎn)向輕便性參數(shù)明顯減小，方向沉重問(wèn)題明顯有改善。

4 總結(jié)

本文對(duì)前橋的橫拉桿球頭銷(xiāo)、平面軸承以及滾針軸承代替銅套等進(jìn)行優(yōu)化，前橋的阻滯力平均減小約90N,該前橋搭載整車(chē)上，轉(zhuǎn)向輕便性和回正性的性能有明顯提高，也提升了整車(chē)操縱舒適性。

表2

[1] 徐灝主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社,1992.

[2] 李著信主編.機(jī)械零件的簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)與選用.北京.金盾出版社, 1984.

[3] 張質(zhì)文主編.起重機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).中國(guó)鐵道工業(yè)出版社.

Research on optimization of steering force of a front axle

Qian Shouyun, Wang Junwei, Zhang Ke, Li Tao
（Anhui Jianghuai Automobie group Co., LTD. Technical Center, Anhui Hefei 230601）

The steering force of the front axle affects the steering portability and the return of the vehicle, The steering maneuverability of the vehicle is improved by optimizing the steering force of the front axle.

Steering force; Needle bearing; Rotary moment; Friction moment

U463.4

A

1671-7988 (2017)16-58-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.16.021

錢(qián)收云，就職于安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司。