[發明專利]一種提高轉向管柱固有頻率的方法

有效

• 申請號: 201010284747.6
• 申請日: 2010-09-08
• 公開（公告）號: CN102039924A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發明（設計）人: 徐愛群;孫祖銘
• 申請（專利權）人: 浙江萬達汽車零部件有限公司
• 主分類號: B62D1/18
• 分類號: B62D1/18;B62D65/00
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務所 33206
• 代理人: 曹紹文

技術領域：

本發明涉及一種提高機械系統固有頻率的方法，特別是汽車轉向管柱固有頻率的提高。

背景技術：

汽車轉向系統的功能是遵循駕駛員的輸入指令使轉向輪轉向，以獲得總體上的車輛方向控制。其轉向管柱在汽車中主要起支撐、固定轉向盤，傳遞駕駛人員通過轉向盤施加的扭矩，驅動方向機工作，以起到控制汽車行駛方向的作用。傳統的轉向管柱主要包括轉向軸、轉向管柱管體、轉向管柱安裝支架。轉向軸通常是一根上端加工有連接花鍵、下端焊接萬向節叉的整體軸，轉向管柱管體是上下兩端鉚合安裝軸承的圓管，在轉向管柱管體上焊接有剛性的安裝支架，轉向管柱通過螺栓螺母與車輛前部的支架連接固定。汽車行駛時，路面不平度以及發動機、傳動系和車輪等旋轉部件引起汽車的振動，使轉向管柱會出現不同程度的振動現象，當振動頻率等于轉向管柱固有頻率時振動會加劇，甚至方向盤不容易控制，給司機操縱帶來不便，影響到駕駛員的疲勞程度、舒適性乃至安全問題。

傳統轉向管柱在設計時，很少考慮根據其固有頻率進行設計，也很少去考慮如何來提高轉向管柱的固有頻率。為避免車輛行駛時，轉向管柱產生共振而影響車輛的性能，一般是采用提高轉向管柱的固有頻率避開共振區域的方法。如果廠家生產的轉向管柱固有頻率達不到客戶的需求，采用的方法往往是增大轉向管的壁厚和加大轉向柱的直徑。轉向管柱的固有頻率與其剛度成正比、與其質量成反比，在加大轉向管柱幾何尺寸時，其剛度雖有所增加，但其質量也隨著增加，導致轉向管柱的固有頻率提高不明顯；如果加大轉向管柱幾何尺寸后的系統剛度與系統質量之比小于尺寸變化前的剛度與質量之比，則轉向管柱的固有頻率反而會下降。而且也受到了車輛結構與安裝空間的限制，以及轉向管柱制造成本的影響，因此，不能盲目地加大轉向管柱的幾何尺寸。

發明內容：

鑒于上述問題，本發明的目的提出了一種提高汽車轉向管柱固有頻率的方法。這種方法能有效提高轉向管柱的固有頻率，增強駕駛員對方向盤的的操縱性能，減輕了駕駛員的疲勞程度，從而確保證了車輛的安全駕駛。

根據機械系統的固有頻率公式式中ω為系統的固有頻率，k為系統的等效剛度，m為系統的等效質量；由公式可知，提高轉向管柱的振動固有頻率的方法有：①在系統質量不變時，提高系統的剛度；②在系統剛度不變時，減少系統的質量；③提高系統的剛度，同時減少系統的質量。

本發明所述的一種提高汽車轉向管柱固有頻率的方法，是以機械系統的固有頻率公式為理論基礎，在不加大轉向管柱幾何尺寸、不增加轉向管壁厚、不增加產品制造成本和重量的前提下，采用簡單的方法和簡易的機構來提高轉向管柱的固有頻率。其具體方法是：設計了一個帶有止推臺階的外螺紋預緊螺母，將外螺紋預緊螺母安裝在轉向柱管內，并使外螺紋預緊螺母的止推臺階頂住轉向軸上軸承的內圈，通過旋轉外螺紋預緊螺母來調節轉向軸的上軸承的內外圈、軸承緩沖墊圈及軸用擋圈的相對位移量，來提高轉向管柱固有的頻率，并可有效提高轉向系統的剛度。

所設計的外螺紋預緊螺母的外圈與內圈是相互活動的，并在所設計的外螺紋預緊螺母的端面內，鑲嵌有滾動體，以便于外螺紋預緊螺母的外圈與內圈可靈活地相對旋轉運動，防止上軸承內圈的運動與轉向管的靜止發生運動干涉，并保證結構緊湊。

附圖說明：

圖1是轉向管柱結構示意圖

圖2是轉向管柱結構的局部放大示意圖

圖3本發明的外螺紋預緊螺母結構示意圖

其中：1-轉向軸??2-外螺紋預緊螺母??3-孔用彈性擋圈??4-上軸承??5-緩沖墊圈??6-轉向柱管??7-調整支架??8-下軸承9-下支架??10-螺母??21-外螺紋預緊螺母外圈??22-外螺紋預緊螺母內圈??23-滾動體

具體實施方式：

轉向管柱結構如圖1所示，轉向軸1由上軸承4、下軸承8支承安裝于轉向柱管6內，整個轉向管柱通過調整支架7和下支架9安裝于車身上。上軸承4安裝在軸承座內，軸承外圈與轉向管內軸承座相配合，由孔用彈性擋圈3進行軸向固定，而軸承內圈與轉向管內的軸承座不接觸，軸承內圈與轉向軸過盈配合，并用2個軸用擋圈進行軸向固定，軸承座與轉向管采用過盈配合。如圖2所示，車輛需轉向時，駕駛員扭轉方向盤，可帶動轉向軸轉動實現車輛的轉向，此時，上軸承的內圈隨轉向軸轉動，而上軸承的外圈與軸承座保持相對靜止狀態。