转向管柱带中间轴总成设计指南

乘用车转向管柱及传动轴总成技术浅述摘要本文主要介绍了转向管柱的伸缩结构、倾角锁紧机构、吸能功能、倾角调节功能。

关键词转向管柱；转向轴组成；套管组成转向管柱是连接方向盘和转向器的传动元件，是汽车转向系统的核心部件。

主要用于控制汽车行进方向、传递扭矩、吸收汽车撞击时的能量。

1 性能要求转向管柱除具备上述基本功能外，还具有可调节方向盘的位置和防撞击并吸收部分有害撞击能量的功能，以起到适应驾驶员的操作习惯，并在汽车车发生正面碰撞时，能随汽车变形区域沿车体纵向同步阻尼收缩，使方向盘不向汽车乘员空间发生位移，避免侵入乘员空间，吸收部分撞击能量，降低驾乘人员受伤害的程度，使安全气囊有打开空间的作用。

管柱总成还具有一定的刚度，以保证车辆在正常行驶时驾驶人员有和使用原型转向管柱相同的“路感”。

要达到上述要求，一般乘用车转向管柱在方案设计时应达到下述性能：（1）管柱应能可靠地支撑、固定方向盘，有效传递驾驶人员通过方向盘施加的扭矩驱动方向机工作，以起到控制汽车行驶方向的作用。

（2）管柱自身摩擦扭矩值应在汽车行业规定的范围内。

（3）管柱方向盘端的位置，应能轻松地在一定范围内前后调节，调节结束后，应能方便、快速、有效地锁定管柱，使其不得有丝毫松动。

（4）管柱安装位置处于车体变形区，当车体变形，安装位置产生位移时，为使管柱不随变形车体发生位移，应有脱开装置使管柱和车体分离。

2 方案设计鉴于上述分析，一般乘用车转向管柱总成方案设计如图 1 所示，主要由上转向轴组成、套管组成、倾角锁紧机构、中间轴组成、上支架组成、下支架组成和传动轴组成七部分组成。

转向轴组成通过花键+锥面配合结构与方向盘连接，转向轴可以传递扭矩（转向启动力矩小于0.3Nm），其上焊接的方向锁套还担负锁车功能；中间轴组成设计成花键轴和花键套滑动配合结构，中间轴组成上还装有轴承架，轴承架与车身前围板连接；传动轴组成通过万向节叉上的花键与转向机连接。

套管组成是连接轴系与车体的纽带，套管组成主体是由套管（内部铆轴承）与两个冲压件焊接组成，内部通过轴承与轴系连接，外部安装有上、下支架组成。

浅谈C-EPS系统中转向器异响问题发布时间：2021-05-19T08:34:44.377Z 来源：《中国科技人才》2021年第8期作者：王海峰[导读] 汽车中用来改变或保持其向前行驶、倒退方向等一系列的装置被称为汽车的转向系统，英语通常称之为“Steering System”。

汽车驾驶员在驾驶汽车时，是通过方向盘来控制汽车向左转或向右转等转向行为，一旦汽车转向系统出现了异常响动或者振动，都会通过放线盘直接传递给驾驶员，从而影响到他们驾驶的舒适性。

安徽江淮汽车集团股份有限公司安徽合肥 230601摘要：在汽车系统中转向系统是其重要的组成部分，能够对汽车转向特性产生直接的影响，而C-EPS系统中的转向器异响问题，是当前阶段急需解决的一项问题。

因此，我们更加需要针对C-EPS系统中转向器异响问题展开深入的探讨。

关键词：C-EPS系统；转向器；异响问题引言：汽车技术随着时代的不断进步得到了迅猛的发展，使得人们关于汽车的要求也逐渐提高，尤其是在转向操纵性能方面的要求更高。

为了使车辆方向盘在任何情况进行转动的时候，其操纵的稳定性都比较理想，那么汽车制造业必须要积极的对助力转向系统进行广泛的使用。

助力转向系统在实际使用中具有众多优点，而通过对电子控制技术的充分使用下，能够使汽车大幅度提升驾驶性能。

所以转向器性能的优劣性能够对整车的转向性能直接产生影响，所以需要对转向器常见的故障问题进行解决。

相关概述1.1重要定义汽车中用来改变或保持其向前行驶、倒退方向等一系列的装置被称为汽车的转向系统，英语通常称之为“Steering System”。

汽车驾驶员在驾驶汽车时，是通过方向盘来控制汽车向左转或向右转等转向行为，一旦汽车转向系统出现了异常响动或者振动，都会通过放线盘直接传递给驾驶员，从而影响到他们驾驶的舒适性。

而电动助力转向系统，英文名称为“Electric Power Steering”，简写为EPS。

其主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元（ECU）等组成。

MODEL 3碰撞安全结构设计1前言根据目前行业内资料了解，Model 3在IIHS、NHTSA均取得了优秀的成绩，E-NCAP也取得了五颗星等级。

在E-NCAP测试中成人防护96%，儿童防护86%、行人防护74%，辅助安全系统94%，让这款车成为同级最安全的车款之一。

至于Model 3表现较差的部分，主要是行人碰撞保护方面的分数较低，在行人碰撞测试上，机舱盖对于行人头部的伤害较高，所以在整体行人防护项目中仅拿下74%。

IIHS向来被认为是最严苛的碰撞试验，而Model 3在八项测试项目中均拿到了「GOOD」评级。

NHTSA(2018年)-全五星Model 3从布置和结构设计上是如何对应碰撞安全的呢？我们下面来详细解析。

2碰撞安全设计理念通过对Model 3的布置和结构进行研究，能够发现Model 3对应碰撞安全有多方面的设计考虑。

•要能够满足全球主要检测机构的碰撞测试要求；•电动汽车独特的高压部件保护及传统的乘员保护相结合；图1 Model 3对应碰撞法规示意图3正面碰撞-传力路径Model 3在正碰过程中，机舱主要有三条传力路径：①吸能盒+纵梁②下横梁+副车架③Shotgun图2 正面碰撞传力路径示意图图3 正面碰撞传力路径示意图•路径①作为主要传力通道，有效传力至门槛边梁；•路径②下横梁可以在高速碰撞过程中通过副车架有效传力至Crossmemb er；Model 3作为纯电动车区别于传统车型设计，传统车型中地板上的传力纵梁在EV化的过程中被取消，由电池包内两根纵梁进行了替代，保证了碰撞力的有效传递及电池安全。

•路径③中Shotgun在X向与纵梁基本平齐，作为第三条传力路径避免了传力过程中的失效。

4正面碰撞-机舱布置本次解析的Model 3车型为后置后驱，前机舱无动力总成，吸能空间充裕。

图4 Model 3与一般车型机舱吸能行程对比示意图Model 3设计特点在短前悬的状态下做到吸能空间最大化（如表5）。

转向柱带中间轴总成试验规范1 范围本标准规定了转向柱带中间轴总成试验要求。

本标准适用于乘用车转向柱带中间轴总成。

2 规范性引用文件标准下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。

凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)，或修订版均不适用于本标准。

然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

QC/T647-2000 汽车转向万向节总成性能要求及试验方法QC/T649-2000 汽车转向传动轴总成性能要求及试验方法Q/SQR.04.028-2007 整车金属零部件涂层技术规范3 试验目的本标准规定了供应商提供的机械可调转向柱带中间轴总成工装样件的性能、耐久性试验方法和判断标准。

4 试验职责设计工程师必须对试验规范是否满足整车的设计要求、试验项目、试验条件及试验规范确定的目标值负责，试验工程师必须对试验数据的正确性负责，供应商提供的工装样件在无特殊说明的条件下，必须符合此规范中所述的产品定义。

5 试验项目要求新开发产品，在OTS认可前，供应商必须完成GB11557中转向盘遭撞击时吸收能量的试验，并出具具有资质试验机构的试验报告。

6 试验环境要求无特殊说明时，试验环境为常温、常湿；测试期间的测量时间,不包括测试准备，检验或报告写作时间；试验参数的公差、安装要求如下：试验参数公差范围见表1。

Ⅰ安装力矩要求见表2。

注：①无特殊说明时，本标准中提到的方向盘均为带安全气囊方向盘。

②如果实际使用的紧固件不在表中的范围，则拧紧力矩按照图纸或者技术部门的规范力矩执行。

7 性能试验7.1 转向柱带中间轴总成转动性能试验 7.1.1 转向芯轴转动力矩试验 7.1.1.1安装方法将转向柱总成（不带中间轴）通过其固定支架水平紧固在试验台架上。

7.1.1.2试验过程在0.3r/sec 到1r/sec 的转速下转动转向芯轴，顺时针转动360°，再逆时针转动360°，测量第三圈转动力矩。

转向管柱带中间轴总成设计指南底盘部图1 转向管柱带中间轴总成示意图1.概述转向管柱带中间轴总成是连接转向盘与转向机的传动机构。

它基本上有两部分组成：一部分是转向管柱总成，另一部分是中间轴总成。

它的作用是将作用在转向盘上的手力传递给转向机，并将转向轮受到的力和冲击回传到转向盘使驾驶员能够感知路面情况，对汽车采取正确的操控。

转向管柱上一般固定有方向盘、时钟弹簧、组合开关、点火开关以及组合开关护罩等件，所以设计时要做好各件配合部分的尺寸链计算。

从结构方面可以分为可调转向管柱和不可调转向管柱，可调转向管柱一般分角度可调、高度可调以及角度和高度均可调三种。

2.转向管柱带中间轴总成的布置要求2.1空间角度要求整车布置时考虑到人机工程以及为了避免与其他件干涉，转向管柱与中间轴总成布置时存在空间角度，即转向芯轴中心线、中间轴中心线、转向机输入轴中心线形成的空间角度，它们形成的夹角影响力矩波动和传动效率。

转向芯轴中心线与中间轴中心线形成的角度为β1中间轴中心线与转向机输入轴中心线形成的角度为β2（如图2所示）对于多段式空间布置的传动轴形式，我们首先考虑相邻三段轴的计算，按照下列公式可求得相邻三段的等效夹角：βe2 ＝（（β12-β22⨯cos 2（2（ψα+）））2+β24⨯sin 4（2（ψα+）））211β―――输入轴（转向芯轴）与中间轴夹角 2β―――中间轴与输出轴（转向机输入轴）夹角α―――输入轴（转向芯轴）和中间轴所在平面与中间轴和输出轴（转向机输入轴）所在平面的夹角ψ―――中间轴相位角e β―――等效夹角为了达到最佳的传动性能，等效夹角βe 应尽可能小，从上式可以看出，当α+ψ＝0时，等效夹角βe 取得最小值(β12 - β22 )1/2，也即是说ψ＝－α为中间轴下端连接叉的最佳相位角，在把传动轴调整到最佳相位角的基础上，三段式的传动轴可以简化成下式计算：e β= (|β12-β22|)21a.对传动效率的影响 为了获得较高的传动效率，要求1β、2β锐角小于等于030，此角度越小越好。

转向系统设计说明书设计原则：通过对所开发车型与已开发同类车型（或标杆车）的比较及所开发车型的前桥负荷,初步确定转向器总成的结构和相关参数。

故在选取时应遵循以下原则；1、转向器结构选型原则：1）、根据整车布置尺寸，确定转向器结构尺寸。

2）、根据使用和成本状况，确定是否使用通气螺塞。

2、转向器参数选型原则：1）、根据转向盘布置形式，确定是左置转向器或右置转向器。

2）、根据前桥负荷，选定转向器输出扭矩及输入轴花键。

3）、根据车型的最小转弯半径确定转向摇臂输出摆角能否满足使用要求。

4）、根据产品信函（或项目描述书）所描述的整车的使用情况，确定转向传动比是否采用变传动比形式。

5）、根据产品信函（或项目描述书）所描述的整车的使用情况，确定传动间隙特性。

3、转向摇臂选型原则：1）、根据标杆车进行类比。

2）、根据车型的最小转弯半径确定转向摇臂在转向器上的中间位置。

3）、根据车型总布置，确定转向摇臂的偏距和长度。

4、转向传动轴及管柱的选型原则：1）、根据标杆车进行类比。

2）、根据点火开关和组合开关确定转向传动轴及管柱的形式。

3）、根据整车需要或成本考虑确定是否采用双万向节结构，转向盘可调结构或缓冲吸能结构。

5、转向盘选型原则：1）、根据标杆车进行类比。

2）、根据总布置确定转向盘直径。

3）、根据整车需要或成本考虑，是否采用防伤转向盘。

一、转向机部分一．设计目标1.满足日本转向器样件的安装尺寸。

2.在结构上我们参考样件和恒隆公司现有的成熟产品的结构，确定为分体式结构。

3.产品性能达到或超过同类产品标准。

二．方案说明2.1扭杆与齿轮轴采用花键联结方式，其优点：a. 此结构利用花键过盈联结，省去了打销过程，简化了工艺。

b. 增大了密封空间。

2.2 齿条的支承型式齿条的一端通过常规的齿条支承座来支承，齿条支承座垫的材料选取的是含油聚甲醛，齿条的另一端通过缸端限位套总成来支承，在缸端限位套总成内含有聚甲醛材料的衬套，其主要优点是磨擦系数小，耐磨性好。

摘要随着福特第一辆T型车的出现，汽车越来越成为人么生活中的必需品，汽车改变了人们的生活，并且汽车也融入到了人们生活的方方面面，从人们出行驾驶的小型汽车、大巴车到运输货物的载货卡车，再到疾驰在赛场上的F1赛车，汽车都对我们的生活产生了巨大的影响。

小型汽车的产量也在不断的增加，据不完全统计，世界最大的汽车生产商丰田的年销量可以达到930万部。

虽然人们对小型汽车的需求是随着购买力的变化而变化的，但是人们对小汽车的性能的需求都是大致相同的，人们都希望小汽车有良好的驾驶体验，影响驾驶体验最直接的就是方向盘系统，在方向盘系统中，起到中枢作用的部件就是转向柱，方向盘的反馈的好换，转向时候的反应的快慢等因素都和转向柱的性能有着很大的关系。

转向柱在小汽车的方向盘系统中是连接方向盘和，转向柱下方的助力和转向系统的部件，其性能的好坏对整个小汽车的驾驶体验影响最直接。

本文以汽车方向盘的转向柱为研究对象，根据具体的需求对转向柱的结构进行了设计，并对转向柱里的标准件和关键件进行了校验，设计出了一个合理的转向柱。

关键词：转向柱、结构设计With the advent of the first vehicle of Ford's Model T cars, cars are more and become necessities of life car changed people's lives, and cars have come into people's life, from people to travel driving small cars and buses to transport goods by truck to gallop in the arena of F1 racing cars are on our life produced tremendous impact.Small car production is also increasing, according to incomplete statistics, the world's largest auto maker TOYOTA's annual sales can reach 9 million 300 thousand. Although the people's demand for small cars is changes with the variation of the force, but the needs of people on the car's performance is roughly the same, people hope that the car has good driving experience, driving under the influence of experience the most direct is the steering wheel system, in the square to the system disk to centrally acting parts is steering column, direction disc feedback for a good, to the speed of response time and other factors and steering column performance has a great relationship. Steering column in the car's steering wheel system is connected to the steering wheel and the steering column under the steering column under the power and steering components, its performance is good or bad for the entire car driving experience the most direct impact.The automobile steering wheel steering column as the research object, according to the specific needs of the steering column structure is designed and the steering column standard parts and key parts check, design a reasonable steering column.摘要 (1)1.绪论 (3)1.1汽车转向系统概述 (4)1.1.1机械式转向系统 (5)1.1.2液压助力转向系统（HPS） (6)1.1.3电控液压助力转向系统（EHPS） (7)1.1.4电动助力转向系统（EPS） (8)1.1.5线控转向系统（SBW） (9)1.2本章小结 (9)2. 转向系设计概述 (10)2.1主动转向系统特点 (10)2.2转向系结构分析 (11)2.2.1转向操纵机构 (11)2.2.2转向传动机构 (12)2.2.3转向器 (13)2.2.4转角及最小转弯半径 (13)3. 转向系设计计算 (15)3.1空心轴的设计 (15)3.1.1材料选择 (15)3.1.2空心轴的直径计算 (15)3.2 调节杆的设计 (16)3.2.1材料选择 (16)3.2.2调节杆的设计计算 (16)3.3转向柱轴承的选型计算 (17)3.3.1 选型 (17)3.3.2校核及寿命计算 (17)1.绪论汽车已经随着社会经济的发展人们生活水平的不断提高逐渐走向千家万户，汽车的普及率正逐年提高，对于许许多多的人来说，汽车已经从原先人们认为的的奢侈品变为了人们的出行必备的交通工具，汽车的存在给人们的生活提供了越来越多的便利。

转向系统设计与开发序言转向系统在底盘系统中占据着非常重要的地位，涉及了操纵稳定性，NVH性能，造型和人机工程学等多个领域。

国内外涉及转向系统零部件开发和系统集成的书籍不多，而且讲解不够全面。

为了提升转向系统的设计开发能力，积累案例和经验。

因此，科室基于在吉利汽车各项目中转向系统设计和开发过程中，对设计，试验，调试和开发流程进行总结；并借鉴了国内外零部件和OEM的设计和开发经验，组织科室工程师编著此书。

转向系统主要分为HPS（液压助力转向系统）和EPS（电动助力转向系统）两种形式，本书分别对这两种转向系统进行了详细的研究。

首先阐述了转向系统的结构、工作原理及设计准则，然后将系统目标分解到零部件级别。

研究内容包括：1.概述；2.结构工作原理；3.设计准则；4.技术标准；5.试验标准及设备。

从理论计算分析到实际开发的具体指标要求，涵盖了大量的公式、图表和数据，最终通过设计出合格的零部件来达到转向系统的要求。

本书在选择典型实例时，基本采用吉利产品研发中的实例，同时对标行业优秀产品，具有代表性和实际价值。

由于电子技术在汽车上应用的快速发展，本手册在转向系统的发展趋势和新技术方面也做了相应的介绍，包括可变传动比、线控转向、车道保持辅助、自动泊车、主动转向等一系列新技术。

除新技术外，本手册还从开发流程和性能开发两个方面分别对转向系统的开发体系进行了详细阐述。

手册的附录包含：设计问题汇总，国内外零部件和OEM的设计资料清单有利于工程师在产品开发时有依可循，对曾经出现过的问题进行规避。

本书名词术语和计量单位符合行业通用标准，并且做到了文字准确、简练、流程，图表正确，文图配合恰当，内容阐述条理清晰，循序渐进，理论与实践兼备，适合转向系统工程师学习。

承蒙吉利研究院底盘开发部各科室的大力支持和帮助，并提供了有关图纸和资料，谨此致谢。

编者2014年1月第一章液压助力转向系统1.1 基本理论1.1.1概述转向系统通过转向盘及相关的转向传动、执行机构来控制转向轮绕主销转动，从而实现汽车的转向，这就是汽车最基本的转向功能。