汽车转向系统双十字轴万向节式中间轴受力分析

潘乙山 李 晗

(博世华域转向系统有限公司,上海 201801)

0 引言

双十字轴式万向节从首次被用在汽车上至今已有一百多年，由于其构简单而被广泛用于汽车转向系统。十字轴式万向节的不等速特性由法国工程师Jean Victor Poncelet用球面三角公式首次证明，十字轴式万向节在转动过程中，节叉会同时受到扭矩和弯矩的作用[1-2]。汽车转向系统上的中间轴安装在转向机和转向管柱之间，由于安装转向机的副车架和安装转向管柱的横梁，两者相对位置在汽车行驶过程中会产生微小变化，该变化导致中间轴产生伸缩运动，伸缩运动产生的轴向滑动力也会影响到中间轴的受力。转向系统中的多种噪音与中间轴的受力情况相关，如粘-滑尖叫声(Stick - Slip)、转向管柱周期性咯哒声等，所以在转向系统设计时对其进行正确受力分析至关重要。本文将扭矩、弯矩及滑动力三者同时在转向管柱坐标系中表示出来，以便于后续对转向管柱支撑轴承的受力情况进行分析。

1 中间轴受力分析

中间轴用于传递驱动单元的输出扭矩到机械转向机上。不同结构的中间轴所能承载的最大扭矩不同，如图1给出了ZF公司不同结构中间轴所能承受的最大扭矩范围[3]。注塑滑动结构的中间轴能传递的扭矩较小，而球滑动结构的中间轴能传递的扭矩较大。直线安装的中间轴仅能传递扭矩，无附加弯矩产生，带角度安装的中间轴在传递扭矩的同时会产生附加弯矩。为便于装配以及提供溃缩功能，中间轴一般都有伸缩功能，伸缩过程中会产生轴向滑动力。……