管柱式电动助力转向系统巾间轴简述 上海交通大学机械与动力工程学院［摘张剑 要］本文简述了管柱助力电动转向系统中间轴的研究现状，介绍了中间轴的工作原理、结构及其特点，分析了管柱助力电动转 向系统中间轴的性能要求及目前面临的主要问题，并展望发展趋势。 ［关键词］中间轴 转向系统 管柱助力电动转向 １．引言 相比较传统的机械转向系统、液压转向系统，电动助力转向系统 （Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｓｖｓｔｅｍ，ＥＰＳ）具有节能环保、布置灵活、性能拓 展性强等优点，在各级别乘用车中应用普遍。具备完全取代传统液压 助力转向系统的趋势。管柱式电动助力转向系统（ＣＤ—ＥＰＳ）作为电动 助力转向技术的解决方案之一，在紧凑型轿车中的应用优势明显。并 往往对滑动摩擦力也要求不超过一定范围。 （４）隔离振动和噪音 随着消费者对汽车产品ＮＶＨ品质要求的不断提高，和其他汽车零 部件一样，中间轴也需要具备一定的隔离振动和噪音的要求。通常会 在内、外轴的花键接合面注塑一层尼龙材料，既保证一定的扭矩传递、 控制滑动摩擦力，也可以隔离振动和噪音。 且，在中高级轿车和ＳＵＶ中逐渐也有应用。 十字轴式万向传动轴是应用于两相交轴或两平行轴之间的动力和 运动传递装置…。中间轴（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｓｈａｆｔ，Ｉ－Ｓｈａｆｔ）是汽车转向系统中 的主要部件之一，机械连接转向管柱和机械转向器、传递转向扭矩、满 足装配便利的要求、具备碰撞溃缩保护功能以及优良的ＮＶＨ表现。伴 随着ＣＤ—ＥＰＳ应用的普及以及在中高级车中应用的增多，对中间轴的 要求也在发生变化，成为汽车设计者的重点研究对象之一。本文将介 绍应用于管柱式电动助力转向系统中间轴的结构、工作原理及其特点， 分析其性能和面临的主要问题，展望未来的发展趋势。 ２．中间轴结构、工作原理及特点 ２．１中间轴结构 管柱式电动助力转向系统包括电动助力转向管柱总成、中间轴和 齿轮齿条式机械转向器三部分。如图１所示。 图１管柱式电动助力转向系统（耐斯特） 中间轴通常由一对可滑动的内、外轴和两个十字轴万向节组成。 如图２所示。 图２滑动中间轴 ２．２中间轴工作原理及特点 常规的转向中间轴的工作原理和特点包括： （１）连接转向管柱输出端和转向器的输入端 这是中间轴的基本要求，保证转向管柱和转向器的机械连接，避免 由于连接中断造成扭矩无法传递、车辆失去转向功能。因此中间轴需 要具备一定的强度，在一定的受力条件下不允许断裂。现在汽车设计 和制造考虑了对应的防错设计，预防中间轴错装或漏装。 （２）扭矩传递 由于整车布置的原因，转向系统既要保证整车操纵稳定性符合设 计要求，同时管柱以及方向盘的布置也需要满足法规要求的人机工程 条件（现代的乘用车中管柱都具备一定的角度调节功能）。一般情况 下，中间轴输入、输出两端夹角很大，设计人员需要选择合适的相位角 尽可能保证在任何工作条件下，中间轴的扭矩传递波动在可接受的范 围之内。表现良好的扭矩传递性能是获得汽车优异操控性能的前提。 （３）中间轴可以上下滑动 为了补偿整车制造的误差、满足管柱角度调校功能以及车辆运动 中转向系统产生的位移，通常中间轴都具备滑动的功能。这个功能同 样被要求保证在汽车碰撞时，中间轴可以正常溃缩，避免伤害驾驶员。 另外，为了保证整车装配时的便利性，中间轴在具备可滑动的前提下， ３．用于ＣＤ—ＥＰＳ中间轴的性能要求 除了具备上面介绍的中间轴性能要求外，用于ＣＤ—ＥＰＳ管柱式助 力转向系统的中间轴具备一些特殊的性能要求。 ３．１ ＣＤ—ＥＰＳ的中间轴扭矩构成 如图ｌ所示，中间轴所承受的扭矩ＴＩ由两部分组成，驾驶员的手力 ＴＨ以及电动机和变速机构提供的助力ＴＡ。即：ＴＩ＝ＴＨ＋ＴＡ。 ３．２ ＣＤ—ＥＰＳ中间轴的扭矩传递特点 正常使用情况下，驾驶员的手力一般不会超过１０Ｎｍ，原地泊车时 通常在３～５Ｎｍ之间。但是，伴随着ＣＤ—ＥＰＳ应用范围从小型车到中高 级车不断扩大，随着车辆前桥轴荷的提高，电机提供的助力也在不断提 高。目前，小型车需要的电机助力在４０～６０Ｎｍ之间，但是现在市场上已 经出现高达８０Ｎｍ电机助力的ＥＰＳ系统。也就是说ＣＤ—ＥＰＳ中间轴需 要传递５０Ｎｍ以上，甚至９０Ｎｍ或更高的扭矩。而同时，前文所提到对 中间轴的要求并不能降低。 ３．３ ＣＤ—ＥＰＳ中间轴的性能要求 对于ＣＤ—ＥＰＳ中间轴来说，由于高扭矩传递的特殊要求，其性能指 标也有具体体现，通常要求会包括： （１）在０扭矩和高扭矩加载下，滑动摩擦力不超过相应的范围。 （２）整车装配位置，不同转速下摩擦力不超过相应的范围。 （３）扭转刚度要求高、扭转间隙小。 （４）静扭强度一般要求大于２５０Ｎｍ。 （５）耐久试验后，性能衰退满足要求，通常要求衰退不超过３０～ ５０％。 由此可见，在满足要求的前提下，尽可能减少间隙是ＣＤ—ＥＰＳ中间 轴设计和制造的关键。 ４．高传递扭矩中间轴发展趋势 ４．１传统花键式滑动中间轴示意图 主轴内轴 图３花键式滑动中间轴示意图 图３为传统花键式滑动中间轴，在ＣＤ—ＥＰＳ中应用普遍。中间轴主 轴是由内外两根花键轴配合而成，换件之间注塑有耐磨的非金属材 料。随着中间轴传递扭矩的不断提供，图示内外轴的花键配合面、十字 轴万向节轴承和轴颈的配合面，都可能因为大扭矩的工作，而产生早期 的磨损、变形或者预压力的缺失。 ＥＰＳ中间轴出现的这些问题会导致整车转向性能的降低、噪音的 产生，这是整车厂和终端客户所不能接受的。 ４．２中间轴主轴的发展趋势 ４．２ １中间轴主轴的设计要点 基于前文的分析，应用于高扭矩传递的中间轴主轴的设计需要兼 顾这几个要点。 （１）扭转间隙小。 （２）扭转刚度高。 （３）滑动摩擦力小。 （４）疲劳耐久特性好（通常是评估耐久试验后，样件扭转间隙和刚 度的衰退率不超过某个限值）。 不难看出，上述要点１、２与要点３、４的要求是相互矛盾的。扭转间 隙越小，内外花键轴配合越紧密，自然摩擦力就会增大。传统的设计很 难平衡这些设计要求。 ４．２．２中间轴主轴改进措施 针对上面提到的设计矛盾，目前普遍采用的解决方案是在内外花 键轴之间增加滚珠结构，在不降低扭转刚度的前提下，减小滑动摩擦 力、消除扭转间隙，并且耐久特性符合设计要求。如图４所示，为类似 －－——１４３・－—— 科技信息 的滚珠滑动轴承。 图４滚珠滑动轴承示例 图５是捷太格特公司的另一种类似设计。 盖 支 架 图６中间轴万向节结构图 － ４．３３中间轴万向节发展趋势 滚针轴承以及装配工艺对万向节以及中间轴的性能影响很大。伴 随着轴承技术的不断进步，中间轴万向节未来的发展趋势可以总结如 下： 图５滚珠花键式结构（捷太格特） 。 捷太格特公司的设计综合了传统花键配合与滚珠滑动轴承的特 点，将两者合二为一。该结构的设计思路是：通过与滚珠接触的支撑弹 簧提供一定的预载力，可以消除传递间隙，保证扭转刚度达到一定的范 围。在中间轴使用周期内，大多数工况的传递扭矩并不大，这种工况下 的小扭矩可以有滚珠承载，满足低摩擦力的要求，同时还可以减少花键 结构的磨损，提高耐久特性。 ４．２．３中间轴主轴发展趋势 未来，高扭矩传递中间轴主轴的设计趋势可以总结如下： （１）低成本、轻量化设计。 （２）高扭矩传递１＝况下低滑动摩擦力。 （３）高扭矩传递工况下高扭转刚度。 ４３中间轴万向节发展趋势。 ４３．１中间轴万向节基本结构 中间轴万向节一般由两个节叉、十字轴、密封圈和滚针轴承组成。 如罔６所示。 （１）低成本、轻量化设计。 （２）小间隙（径向、轴向）高精度滚针轴承，同时需要考虑合理的十 字轴材料，制造、热处理工艺以及轴承装配工艺。 （３）合理的预载力设置，保证万向节耐久试验前后特性的稳定一 致。 ５．结论 总体而言，中间轴自身结构的特点决定了其设计的关键是平衡扭 转间隙、刚度与摩擦力、耐久特性的矛盾。为此，设计人员开发出了若 干种带滚珠设计的主轴和优化的滚针轴承及装配工艺。中间轴设计追 求的目标是：扭矩传递高、转向手感好，换言之就是扭转刚度高、间隙 小、滑动摩擦力小、万向节扭转力小，同时使用寿命长。除此之外，还需 要满足ＮＶＨ的要求，尤其是粘滑（Ｓｔｉｅｋ—Ｓｌｉｐ）噪音是中间轴研究的重点 之一『 参考文献 ［１］薛锦达．十字轴式万向传动轴的原理及其结构［Ｊ］．机械制造 １９９７（７），１４—１６ ４．３．２中间轴万向节设计要点 与中间轴主轴的设计要求类似，万向节的设计需要满足下面几点： （１，间隙小。 （２）扭转刚度高。 （３）旋转扭矩低。 （４）疲劳耐久特性好。 ［２］ＵＥＤＡ Ｈ．Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｔｒｅｎｄｓ Ｒｅｇａｒｄｉｎｇ Ｉｎｔｅｍｍｄｉａｔｅ Ｓｈａｆｔ １ｎ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ Ｊｌ Ｋｏｙｏ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｏｕｒｎａｌ Ｅｎｇｌｉｓｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ Ｎｏ １６８Ｅ， ２００５． 『３］ＷＡＮＧ Ｄ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｓｔｉｃｋ—Ｓｌｉｐ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ ＢｅｔＷｅｅｎ Ｓｔｅｅｒｉｎ￡Ｉｎｔｅｒ— ｍｅｄｉａｔｅ Ｓｈａｆｔｓ Ｕｓｉｎｇ ＡＤＡＭＳ－Ｓｉｍｕｌｉｎｋ Ｃｏ—Ｓｉｎｍｌａｔｉｏｎ ｌＪ Ｊ．ＳＡＥ ２（）（）８— ０１一ｆ）４９６ 高校实验室知识管理的误区 西南交通大学地球科学与环境工程学院王桂晨刘洋 ［摘要］高校实验室知识管理日渐得到重视，但很多实验室管理者对实验室的知识管理的认识存在误区． 误区主要集中表现在三 个方面：１认为培训是实验室知识管理的主要内容；２．认为专业技术培训是工作人员培训的主要内容；３．认为知识管理的效果是难以 考核的，考核伤害知识管理工作。这些误区使实验室知识管理工作效果不明显，流于表面。纠正这些对实验室知识管理的误区对深 化实验室质量管理，建设健康团队十分有帮助。 ［关键词］实验室 知识管理误区 质量管理 团队建设 高校实验室知识管理是质量的延伸 ，它将质量管理中对实验室 设施、设备、仪器、文件等硬件实物的管理拓展到技术、信息、经验、专业 知识、丁作人员丁作态度等软件上来。它也是质量管理最终能否实现 并延续下去的关键” 。目前，越来越多的实验室管理者认识到知识管理 的重要性，为工作人员提供了很多的技术培训机会，却发现这对提升实 验室工作效率和成果水平没有太多帮助，进而认为知识管理没有用。 这些情况大多是因为许多管理者对知识管理认识存在误区。 １．误区一：培训是实验室知识管理的主要内容 提到知识管理，许多人认为培训是其主要内容。其实，知识管理的 核心任务应该是共享和提升。培训仅是实现这个核心任务的一种手 段。 通过培训，实验室可以获得新的信息和知识。但这种新的信息和 知识是仅成为工作人员个人的财富还是有效地成为整个团队的收获， 从而实现实验室整体水平的提升，就不仅仅是培训能够做到的了。因 此，培训只是知识管理过程中的－－４，部分。在对工作人员个人进行培 训后，实验室管理者还要鼓励其将新的信息和知识与团队共享。受训 人员可以通过小组讨论、报告等形式在团队中进行交流，而在这个共享 的过程中，受训人员通常会得到提升，团队凝聚力也会有所增强。 同时，知识管理不能忽视对已有知识、技能以及经验的梳理、保存 和交流。每位实验室成员对其所从事的工作都有一些自己的经验、技 巧和窍门等。这些都是实验室宝贵的隐性知识财富。如果能够将这些 个人的隐性知识进行整理、交流，使之成为能够传承、讨论、改进的吲队 财富，那么对实验室Ｔ作效率和能力的提高是有很大帮助的。而且，通 过这种共享，实验室团队更容易形成凝聚力和团队文化，对团队建设有 事半功倍的效果。但这种隐性知识容易被其所有者“敝帚自珍”，如果 能在绩效考核及团队文化建设方面给予适当的支持，可以推动这种共 享。 ２．误区二：专业技术培训是培训的主要内容 ２．１培训应首重忠减和工作态度的养成 通常人们对实验室Ｔ作人员培训的理解局限于专业知识技能的培 训。其实，对于实验室而言，培训应首重忠诚和Ｔ作态度的养成。 忠诚是任何团体都重视的品格。没有忠诚，任何技能都没有意义， 就好比许多“０”前缺少了一个…１’。因此，培养实验室Ｔ作人员对实验 室的忠诚感是培训］一作最需要重视的工作之一。 “态度决定一切！”工作人员对所从事的工作是否有使命感，决定了 其是否会主动地学习相关知识技能，是否有改进工作的意愿，同时也决 定了其学习效果和工作水平。这些都是实验室质量管理的关键。同 时，个人的工作态度也会影响团队文化的形成。只有安于工作、乐于丁 作的个人才可能形成稳定、高效的团队。 另外，人际技能、写作技能、外语和计算机技能、团队协作技能都是 培训不可忽视的内容。这些技能的培训不仅有助于提升个人价值，同 时也对减少团队消耗，提升团队水平有帮助。 １４４－－——
