什么是转向节衬套？功能与应用

转向节衬套是安装在转向节或轮架处，或者紧邻该位置的弹性体接头，用于将转向节或轮架连接到悬架连杆、控制臂、减振器或轮架的另一组成部分。在本文重点讨论的乘用车应用中，这类衬套通常在刚性金属件之间设置橡胶，使接头既能传递车轮载荷，又能允许受控的转动和位移。

这个名称并不对应一种跨车型通用的零件。衬套可能压装在转向节的安装孔内，也可能压装在相连连杆的耳环孔中，再通过螺栓固定到转向节上。有些悬架会在同一位置使用球头。对于重型车辆转向桥，“steering knuckle bushing”又经常指润滑式主销衬套，它属于另一种轴承结构，并不是本文主要讨论的橡胶—金属弹性接头。

因此，正确识别该零件的方法是沿连接界面进行追踪：衬套装在哪个零件中，内套由什么结构夹紧，接头需要完成什么运动，又有哪些载荷需要通过该接头传递？

“转向节衬套”具体指什么？

转向节是转向车轴上的轮端结构件。它支承或定位轮毂轴承，并为转向和悬架部件提供连接位置。非转向车轴上功能相近的零件通常称为轮架、轮毂支架或 upright。卡尔斯鲁厄理工学院的一份工程研究资料明确区分了这两个名称：与轮毂轴承连接的部件，在转向车轴上称为 knuckle，在非转向车轴上称为 wheel carrier。

这也解释了为什么整车图纸、零件目录、专利和维修手册会使用不同名称。同一功能类别的橡胶—金属接头可能被称为：

• 转向节衬套；
• 轮架衬套；
• 轮毂支架衬套；
• 控制臂外侧衬套；
• 连杆轮端衬套；
• 后转向节衬套；
• 悬架铰接衬套。

在没有核对图纸之前，不能把这些名称视为完全相同的零件。它们可能对应不同的安装位置、尺寸、受力方向和保持方式。

更准确的定义是：

乘用车转向节衬套是一种具有顺从性的悬架接头。它通过弹性体变形允许规定的相对运动，同时在转向节或轮架与相邻刚性部件之间传递载荷。

这个定义说明了接头的功能，但不预设衬套一定安装在哪一个零件中。

转向节衬套安装在哪里？

很多轮端弹性接头可以归入以下两种安装形式。

形式一：衬套压装在转向节或轮架孔内

在这种结构中，轮架上设有经过加工或直接铸造成形的安装孔。衬套外套或受到保持约束的橡胶体安装在孔内，螺栓、销轴或铰接轴穿过衬套中心，并与悬架控制臂相连。

美国国家公路交通安全管理局收录的一份转向节轮架维修程序提供了一个直接实例。文件中的橡胶衬套安装在轮架孔内，铰接轴穿过衬套，悬架臂再连接到铰接轴上。在这种结构中，衬套属于轮架维修接口的一部分，但完整接头还包括铰接轴、紧固件、悬架臂和定位结构。

轮架孔压装结构需要重点考虑：

• 安装孔直径、圆度、表面粗糙度和孔口边缘状态；
• 衬套与轮架之间的过盈量或其他保持方式；
• 压装方向及装配工装；
• 具有空腔、法兰或非对称结构时的衬套方向；
• 轴向定位和防止衬套窜出的能力；
• 轮架材料与压装应力的匹配；
• 装配、更换和检查所需的操作空间。

形式二：衬套压装在连杆耳环孔内

在这种结构中，橡胶—金属衬套装入控制臂或悬架连杆端部的耳环孔。衬套内套管夹紧在轮架的两个叉耳或安装面之间。即使维修时衬套随连杆一起拆下，它仍然是连接转向节的弹性接头。

US20190054785A1展示了这一结构：橡胶—金属衬套安装在横向控制臂耳环孔中，再由螺栓夹紧到轮架两侧的安装部位。这个实例说明，只根据位置命名容易产生误解：轮架侧衬套在物理上可能属于控制臂总成。

这类结构的重要设计边界包括：

• 轮架叉耳的间距、宽度和平面度；
• 内套管长度与支架间隙的关系；
• 螺栓夹紧力及内套管端面摩擦状态；
• 相对转动是通过橡胶变形实现，还是发生了非预期的套管滑移；
• 车辆正常姿态下的安装角度；
• 控制臂、轮架、垫圈和法兰之间的摆转间隙。

无论采用哪一种形式，完整接头都不只是一个橡胶零件。衬套、轮架、连杆、紧固件、夹紧组合、安装角度以及周边间隙共同构成一个机械系统。

载荷如何通过转向节衬套传递？

路面和轮胎力首先从轮胎接地印迹进入车轮总成。车轮和轮毂通过轮毂轴承把载荷传递给转向节或轮架，悬架连杆再引导轮架相对于车身或副车架运动。如果某一个轮端接头采用弹性衬套，载荷就需要先通过该衬套，再进入悬架连杆。

简化后的载荷路径为：

轮胎接地印迹 → 车轮与轮毂 → 轮毂轴承 → 转向节/轮架 → 衬套接头 → 控制臂或连杆 → 副车架/车身

单个衬套承受的载荷方向和大小取决于悬架几何、其他连杆的约束、制动或驱动扭矩、转弯侧向力、路面垂向输入以及当时的车轮位置。因此，衬套实际承受的是组合载荷，而不是实验室中的单一纯载荷方向。

径向载荷

径向载荷大致垂直于衬套轴线。根据衬套安装方向，它可能包含纵向、横向和垂向车轮力的不同组合。弹性体通过压缩和剪切变形，把反力传递到控制臂或轮架。

不能仅根据橡胶硬度推断径向刚度。径向刚度还取决于弹性体厚度、粘接面积、空腔布置、内外套管直径、形状因子、预压缩量及载荷方向。非对称结构可以有意设计成在不同径向方向上具有不同刚度。

例如，EP0182606A2描述了一种用于上控制臂与轮架连接位置的弹性衬套。当路面输入使轮架产生转动趋势时，衬套的成形结构会产生非对称响应。这项专利展示的是一种工程原理，而不是通用结构：通过几何设计可以调节接头对不同受力方向的响应。

扭转摆动

悬架在压缩和回弹过程中运动时，连杆会相对于轮架发生转动。在传统粘接衬套中，这种运动通常由内外套管之间橡胶的扭转剪切变形来吸收。因此，接头不需要像球铰或滚动轴承那样设置自由运动的主滑动或滚动界面，也能完成有限摆转。

安装角度会直接影响衬套的工作状态。如果内套管通过夹紧力锁止，而紧固件又在错误的悬架位置下完成终拧，车辆尚未运动时橡胶就可能已经受到静态预扭。这会改变两个运动方向上的剩余角度，并增加局部应变。具体终拧姿态由车型和接头设计决定，应以整车维修程序和工程图纸为准，不能套用通用做法。

顺从性与车轮定位响应

弹性体接头在载荷下会发生位移。位移的方向和大小会参与车桥的运动学与顺从性响应，包括载荷作用下的前束和外倾变化。工程师可以利用这种特性，在转向响应、冲击生硬感、稳定性和耐久性之间进行平衡。

这并不意味着某一个衬套能够单独“控制车轮定位”。车轮响应是连杆几何、接头位置、各方向刚度、结构柔度、轮胎力及其他悬架接头共同作用的结果。

工程难点在于允许设计所需的运动，同时限制不希望出现的位移。SAE 2010-01-0721把衬套顺从性视为涉及操稳、乘坐舒适性和耐久性的多目标问题。因此，“软就舒适”或“硬就精准”都不足以作为衬套选型规则。

转向节衬套有哪些主要功能？

1. 沿规定路径传递车轮载荷

接头负责在转向节与定位连杆之间传递反力，同时必须避免出现不受控的间隙、套管位移、保持失效，或者周边金属件之间的破坏性接触。

2. 允许悬架运动

弹性体通过变形允许有限的角位移和平移，使连杆能够沿设计的悬架运动轨迹摆动。在主要橡胶—金属界面中，不需要传统滑动轴承的滑动配合面，也能实现规定运动。

3. 调节方向顺从性

通过橡胶几何设计，可以使接头在一个方向上刚度较高，在另一个方向上更具顺从性。空腔、法兰、变化的橡胶厚度和非对称轮廓都可以用来调节力—位移曲线。这类方向性设计可以用于管理纵向冲击、横向车轮控制或载荷作用下的转向响应。

4. 降低冲击和振动传递

弹性体能够储存并耗散能量，因此可以降低部分轮端与车身结构之间传递的结构振动。隔振性能取决于具体工况。SAE 2021-01-0317指出，橡胶衬套响应与振幅和频率有关；其他研究也表明，温度、预载及载荷历史会影响其特性。

因此，衬套规范必须同时定义试验条件。单一静态刚度值无法描述其完整的动态行为。

5. 管理接头接触状态和耐久性

设计合理的衬套应在规定运动范围内保持刚性部件分离，使载荷分布在设计的橡胶和金属表面，并在设置端面接触或渐进式限位结构时控制其介入过程。耐久性取决于应变分布、粘接边缘应力、材料老化、保持状态、污染物以及装配后的运动包络。

转向节衬套的典型结构

常见圆柱形橡胶—金属衬套包括：

• 接受螺栓或销轴的内套管或刚性内件；
• 粘接或以其他方式保持在内件周围的弹性体；
• 压装到轮架孔或连杆耳环孔中的外套管；
• 用于轴向定位和方向性调校的可选法兰、端面橡胶、空腔、卸载槽或限位结构。

有些设计不使用传统外套管，而是把橡胶直接保持在壳体中。另一些结构围绕同一根轴使用两个独立衬套，或者使用多个弹性支承连接分体式轮架的不同部分。这些都属于相关的应用架构，但零件不能因此直接互换。

材料选择应以完整使用环境为基础。橡胶胶料、粘接体系、套管材料及表面涂层必须适应温度、臭氧、水、道路污染物、疲劳要求和动态特性目标。几何与材料需要同步开发，因为同一种胶料在不同结构中会产生完全不同的部件刚度和应变场。

转向节衬套应用在哪些位置？

下表列出可能采用这类衬套的应用。它并不表示每一种同类悬架都会在轮端使用橡胶衬套。

悬架或车辆场景	可能采用的轮端接头	使用弹性衬套的作用	关键边界
前多连杆独立悬架	连杆耳环孔衬套夹紧到转向节，或衬套装在轮架凸台孔内	在传递连杆力的同时允许规定摆转，并调节纵向或横向顺从性	其他连杆可能采用球头；转向运动和所需角自由度可能限制衬套的使用
前双叉臂悬架	特殊架构中选定的控制臂—转向节弹性接头	在指定连接位置调节顺从性并过滤振动输入	上下控制臂外接头通常需要多轴摆转，因此也可能选择球头
后多连杆独立悬架	前束连杆、外倾连杆、纵臂或横向连杆通过轮架侧衬套连接	在紧凑的连杆系统中提供方向顺从性和摆转能力	后轮并非传统意义上的转向轮时，该零件可能称为轮架或轮毂支架，而不是转向节
纵臂式或整体连杆式后悬架	轮架凸台、铰接轴或连杆耳环孔位置的衬套	在允许规定悬架轨迹的同时承担车轮导向载荷	一个维修总成可能同时包括成对衬套、铰接轴、垫圈和多个悬架臂
分体式或隔振式轮架	轮侧部分与导向侧部分之间设置多个弹性支承	解耦选定的振动传递路径，并调节轮架各部分的相对运动	这是轮架集成方案，不是一个普通的可更换连杆衬套
重型车辆整体式转向桥	安装在转向节孔内的主销衬套	围绕主销支承并引导转向节转动	通常属于润滑式滑动轴承，不是本文讨论的乘用车橡胶—金属接头

US20200282788A1提供了一个有参考价值的多连杆实例。该专利把轮架侧接头称为外接头，并说明这些接头可以采用弹性接头、枢轴轴承或球头。具体选择取决于所需自由度、刚度、布置空间、载荷和耐久目标。

转向节衬套与球头、轮毂轴承和主销衬套有何区别？

部件	主要运动形式	主要结构任务	典型结构	识别方法
转向节或轮架弹性衬套	通过橡胶变形实现有限转动和位移	传递悬架连杆力，同时提供受控顺从性和一定的隔振能力	内件、弹性体以及通常设置的外套管	位于连杆—轮架连接处或轮架内部的弹性接口；没有球销或滚动体
球头总成	多轴角运动，部分设计还允许球销转动	连接控制臂或转向连杆与转向节，同时允许接头角度变化	球销、球座、壳体、润滑剂和防尘套	锥形或其他形式固定的球销插入转向节；外部可见橡胶通常只是密封防尘套
轮毂轴承	车轮连续旋转，并提供受控的轴向和径向支承	支承轮毂和车轮相对于转向节或轮架转动	滚动体、滚道、密封件，通常还集成轮毂	与车轮旋转轴同心；它支承轮毂，而不是连接悬架连杆
主销衬套	围绕主销进行受引导的往复转动	在重型车辆转向桥上支承并定位转向节	金属或复合材料滑动轴承衬套、润滑通道和密封结构	安装在围绕主销对正的转向节孔内；维修程序可能要求铰削和润滑孔对正

仅凭看到橡胶无法正确识别部件。球头防尘套虽然是柔性橡胶件，但它只负责密封，并不承担主要导向功能。轮毂轴承位于转向节内部或附近，但它的任务是支承车轮旋转，而不是提供悬架顺从性。

重型车辆中的名称歧义尤其需要注意。NHTSA收录的 Hendrickson 和 Isuzu 维修资料都使用“主销衬套”描述压入转向节孔内的衬套，并规定了孔径测量、安装方向和润滑孔对正。这些程序描述的是围绕主销工作的轴承界面，不能用来规定橡胶—金属粘接衬套。

为什么必须结合试验条件定义方向刚度？

工程图纸可能需要规定多个方向上的力—位移或力矩—角度特性：

• 两个相互垂直方向的径向刚度；
• 轴向刚度或受控的端面顺从性；
• 扭转力矩—角度关系；
• 存在偏轴转动时的锥摆或万向摆动刚度；
• 在规定频率、振幅、温度和预载下的动态刚度及损耗特性。

坐标系必须与零件实际安装方向一致。当非对称衬套在前后方向和横向方向上具有不同特性时，只写“径向”并不准确。

橡胶具有非线性和黏弹性。SAE 2026-26-0094说明，悬架衬套的实测刚度会随应变幅值变化，并展示了试验量程如何影响车桥K&C运动学与顺从性模型的相关性。因此可以形成一条实用原则：如果没有同时说明位移或力幅、方向、预载、加载速率或频率以及温度，那么一个孤立的刚度数值并不完整。

对于维修替换件，应以车型专用维修资料和经过验证的零件身份为准。对于新的OE或定制开发项目，衬套目标则应与车桥K&C、NVH、强度、疲劳、环境老化和实际装配状态验证建立联系。

选型或开发前需要定义哪些信息？

项目应从连接界面开始，而不是先指定某种橡胶材料或目录尺寸。

1. 明确衬套装在哪个零件中。 衬套是压入转向节或轮架、装在连杆耳环孔，还是集成在分体式轮架之间？
2. 定义配合零件。 记录安装孔或耳环孔、叉耳端面、轴或螺栓、垫圈、支架间隙和保持方式。
3. 建立坐标系。 明确衬套轴线以及整车纵向、横向和垂向方向。
4. 绘制载荷图。 包括通过接头传递的径向、轴向、扭转、锥摆、制动、转弯、冲击和疲劳工况。
5. 定义运动包络。 说明正常安装角度、压缩与回弹摆转、适用时与转向相关的运动，以及错位量。
6. 规定功能曲线。 使用力—位移和力矩—角度特性；涉及NVH时还要规定动态条件。不能用邵氏硬度代替部件性能。
7. 描述使用环境。 包括温度、水、盐、臭氧、油液或其他介质、污染物和腐蚀暴露。
8. 控制装配状态。 定义过盈配合、方向、压装方法、内套管夹紧状态和终拧位置。
9. 建立验证证据。 使材料、粘接、尺寸、静态、动态、疲劳、环境和装配总成试验分别对应真实要求。
10. 确认维修策略。 明确批准单独更换衬套、连杆总成，还是完整轮架总成。

这些信息还能防止采购错误。两个尺寸相似的零件可能具有不同的空腔方向、套管长度、装配预载、粘接体系或方向刚度，因此未必具有功能等效性。

常见问题

每个转向节都有衬套吗？

不是。每个转向节都存在连接界面，但这些界面可能使用球头、刚性紧固结构、滚动轴承、滑动轴承、弹性衬套或集成式总成。每个位置采用哪种接头，取决于整车悬架架构。

转向节衬套与控制臂衬套相同吗？

有时，同一个接头会因为观察方向不同而使用不同名称。如果衬套压装在控制臂外端耳环孔内，再通过螺栓连接到转向节，零件目录可能称其为控制臂衬套，而接口分析可能称其为转向节侧或轮端衬套。安装在副车架或车身侧的控制臂衬套则属于另一个位置，即使两者结构看起来相似。

转向节衬套会影响车轮定位吗？

衬套顺从性会参与载荷作用下的前束或外倾变化，磨损或损坏也可能产生非预期位移。但是，静态定位和顺从性响应仍取决于完整悬架系统。诊断时还需要检查其他接头、轮毂轴承、结构件、紧固件、轮胎和定位参数。

衬套越硬，操控一定越好吗？

不一定。提高某一方向的刚度可能减少该方向位移，但也可能增加冲击传递、局部载荷、噪声或其他部件的应力。几何、方向刚度、阻尼、摆转和耐久性必须综合评估。

转向节衬套可以单独更换吗？

这取决于车辆批准的维修设计。有些衬套可以使用规定工装和程序单独更换，另一些只能随连杆或完整轮架供应。把未经批准的零件压入安全关键的轮端结构，可能损坏安装孔或形成未经验证的载荷路径。

如果主要问题是异响，应怎样处理？

首先要确认噪声确实来自该接头，并核对零件身份。异响也可能来自球头、轮毂轴承、紧固件滑移、制动部件、减振器、弹簧或相邻零件接触。关于以工艺和问题闭环为重点的讨论，可参阅光益减震的转向节衬套异响处理指南。

先定义接口，再规定衬套

理解转向节衬套的最佳方式，是把它视为车轮到车身载荷路径中的受控弹性接头。它的功能来自完整装配系统，包括衬套所在零件、套管、橡胶几何、螺栓或销轴、夹紧面、安装方向、运动包络及周边悬架几何。

对于现有车辆，在订购或压装任何零件之前，应根据车型专用图纸、维修手册或经过验证的零件数据确认部件身份。对于新开发项目，则应先定义接口和试验条件，再讨论胶料硬度或样件尺寸。

光益减震在橡胶衬套页面中，把衬套定义为围绕径向、轴向和扭转载荷、材料环境、几何及目标刚度进行开发的定制弹性接头；其汽车NVH解决方案也介绍了橡胶—金属衬套开发及静动态刚度调校能力。这些属于相关的综合能力，但不能据此认定所有被称为“转向节衬套”的零件都是标准产品。

提交定制询盘时，应提供总成图纸、衬套所在零件、配合界面、坐标系、载荷和运动工况、刚度目标、使用环境、年需求量及验证要求。具备这些输入后，工程团队才能判断橡胶—金属接头是否适合该应用，以及应如何设计和验证。

参考资料

1. 卡尔斯鲁厄理工学院，《电动汽车特定道路噪声成分的降低》，悬架架构及转向节/轮架术语。
2. 美国国家公路交通安全管理局，SB1272转向节轮架维修程序，包含橡胶衬套和铰接轴结构。
3. Google Patents，US20190054785A1，夹紧到轮架的控制臂橡胶—金属衬套。
4. Google Patents，EP0182606A2，轮架位置的非对称弹性体接头。
5. Google Patents，US20200282788A1，后多连杆悬架中的弹性接头、枢轴接头及球头选择。
6. SAE International，2010-01-0721，《在操稳、乘坐舒适性与耐久性约束下优化悬架弹性体衬套顺从性》。
7. SAE International，2021-01-0317，《用于载荷分析的橡胶衬套模型对比》。
8. SAE International，2026-26-0094，《衬套刚度测量方法对车桥弹性运动学的影响》。
9. NHTSA收录的 Hendrickson AIRTEK维修资料，转向节孔和主销衬套维修程序。
10. NHTSA收录的 Isuzu维修公告，主销衬套安装方向及润滑孔对正。