汽車畢業(yè)設計--轉向系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本課題的題目是轉向系的設計。以齒輪齒條轉向器的設計為中心，一是汽車總體構架參數(shù)對汽車轉向的影響；二是機械轉向器的選擇；三是齒輪和齒條的合理匹配，以滿足轉向器的正確傳動比和強度要求；四是動力轉向機構設計；五是梯形結構設計。因此本課題在考慮上述要求和因素的基礎上研究利用轉向盤的旋轉帶動傳動機構的齒輪齒條轉向軸轉向，通過萬向節(jié)

2、帶動轉向齒輪軸旋轉，轉向齒輪軸與轉向齒條嚙合，從而促使轉向齒條直線運動，實現(xiàn)轉向。實現(xiàn)了轉向器結構簡單緊湊，軸向尺寸短，且零件數(shù)目少的優(yōu)點又能增加助力，從而實現(xiàn)了汽車轉向的穩(wěn)定性和靈敏性。在本文中主要進行了轉向器齒輪齒條的設計和對轉向齒輪軸的校核，主要方法和理論采用汽車設計的經驗參數(shù)和大學所學機械設計的課程內容進行設計，其結果滿足強度要求，安全可靠。</p><p>　　關鍵詞：轉向系；機械型轉向器 ；齒輪齒條；

3、液壓式助力轉向器 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The title of this topic is the design of steering system. Rack and pinion steering gear to the design as the center, one vehicle parameter

4、s on the overall framework of the impact of vehicle steering; Second, the choice of mechanical steering; third rack gear and a reasonable match to meet the correct steering gear ratio and strength requirements; Fourth, p

5、ower steering mechanism design; Fifth, the structural design of trapezoidal. Therefore, taking into account the above issues and factors that </p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1汽車轉向

6、系統(tǒng)概述</p><p>　　轉向系統(tǒng)是汽車底盤的重要組成部分，轉向系統(tǒng)性能的好壞直接影響到汽車行駛的安全性、操縱穩(wěn)定性和駕駛舒適性，它對于確保車輛的行駛安全、減少交通事故以及保護駕駛員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要作用。隨著現(xiàn)代汽車技術的迅速發(fā)展，汽車轉向系統(tǒng)已從純機械式轉向系統(tǒng)、液壓助力轉向系（HPS）、電控液壓助力轉向系統(tǒng)（EHPS），發(fā)展到利用現(xiàn)代電子和控制技術的電動助力轉向系統(tǒng)（EPS）及線控

7、轉向系統(tǒng)（SBW）。</p><p>　　按轉向力能源的不同，可將轉向系分為機械轉向系和動力轉向系。</p><p>　　機械轉向系的能量來源是人力，所有傳力件都是機械的，由轉向操縱機構(方向盤)、轉向器、轉向傳動機構三大部分組成。其中轉向器是將操縱機構的旋轉運動轉變?yōu)閭鲃訖C構的直線運動(嚴格講是近似直線運動)的機構，是轉向系的核心部件[2]。</p><p>　　

8、動力轉向系除具有以上三大部件外，其最主要的動力來源是轉向助力裝置。由于轉向助力裝置最常用的是一套液壓系統(tǒng)，因此也就離不開泵、油管、閥、活塞和儲油罐，它們分別相當于電路系統(tǒng)中的電池、導線、開關、電機和地線的作用。</p><p>　　通常，對轉向系的主要要求是:</p><p>　　(1) 保證汽車有較高的機動性，在有限的場地面積內，具有迅速和小半徑轉彎的能力，同時操作輕便;</p&g

9、t;<p>　　(2) 汽車轉向時，全部車輪應繞一個瞬時轉向中心旋轉，不應有側滑;</p><p>　　(3) 傳給轉向盤的反沖要盡可能的小;</p><p>　　(4) 轉向后，轉向盤應自動回正，并應使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài);</p><p>　　(5) 發(fā)生車禍時，當轉向盤和轉向軸由于車架和車身變形一起后移時，轉向系統(tǒng)最好有保護機構防止傷及乘

10、員</p><p>　　1.1.1機械式轉向系統(tǒng)</p><p>　　汽車的轉向運動是由駕駛員操縱方向盤，通過轉向器和一系列的桿件傳遞到轉向輪來完成的。機械式轉向系統(tǒng)工作過程為：駕駛員對轉向盤施加的轉向力矩通過轉向軸輸入轉向器，減速傳動裝置的轉向器中有1、2 級減速傳動副，經轉向器放大后的力矩和減速后的運動傳到轉向橫拉桿，再傳給固定于轉向節(jié)上的轉向節(jié)臂，使轉向節(jié)和它所支承的轉向輪偏轉，從而

11、實現(xiàn)汽車的轉向。純機械式轉向系統(tǒng)根據(jù)轉向器形式可以分為：齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。</p><p>　　純機械式轉向系統(tǒng)為了產生足夠大的轉向扭矩需要使用大直徑的轉向盤，需占用較大的空間，整個機構笨拙，特別是對轉向阻力較大的重型汽車，實現(xiàn)轉向難度很大，這就大大限制了其使用范圍。但因結構簡單、工作可靠、造價低廉，目前該類轉向系統(tǒng)除在一些轉向操縱力不大、對操控性能要求不高的農用車上使用外已很少被采用

12、。</p><p>　　1.1.2液壓助力轉向系統(tǒng)（HPS）</p><p>　　裝配機械式轉向系統(tǒng)的汽車，在泊車和低速行駛時駕駛員的轉向操縱負擔過于沉重，為解決這個問題，美國GM 公司在20 世紀50 年代率先在轎車上采用了液壓助力轉向系統(tǒng)。該系統(tǒng)是建立在機械系統(tǒng)的基礎之上，額外增加了一個液壓系統(tǒng)。液壓轉向系統(tǒng)是由液壓和機械等兩部分組成，它是以液壓油做動力傳遞介質，通過液壓泵產生動力來推

13、動機械轉向器，從而實現(xiàn)轉向。液壓助力轉向系統(tǒng)一般由機械轉向器、液壓泵、油管、分配閥、動力缸、溢流閥和限壓閥、油缸等部件組成。為確保系統(tǒng)安全，在液壓泵上裝有限壓閥和溢流閥。其分配閥、轉向器和動力缸置于一個整體，分配閥和主動齒輪軸裝在一起（閥芯與齒輪軸垂直布置），閥芯上有控制槽，閥芯通過轉向軸上的撥叉撥動。轉向軸用銷釘與閥中的彈性扭桿相接，該扭桿起到閥的中心定位作用。在齒條的一端裝有活塞，并位于動力缸之中，齒條左端與轉向橫拉桿相接。轉向盤轉

14、動時，轉向軸（連主動齒輪軸）帶動閥芯相對滑套運動，使油液通道發(fā)生變化，液壓油從油泵排出，經控制閥流向動力缸的一側，推動活塞帶動齒條運動，通過橫拉桿使車輪偏轉而轉向。</p><p>　　液壓助力轉向系統(tǒng)是在駕駛員的控制下，借助于汽車發(fā)動機帶動液壓泵產生的壓力來實現(xiàn)車輪轉向。由于液壓轉向可以減少駕駛員手動轉向力矩，從而改善了汽車的轉向輕便性和操縱穩(wěn)定性。為保證汽車原地轉向或者低速轉向時的輕便性，液壓泵的排量是以發(fā)動

15、機怠速時的流量來確定。汽車起動之后，無論車子是否轉向，系統(tǒng)都要處于工作狀態(tài)，而且在大轉向車速較低時，需要液壓泵輸出更大的功率以獲得比較大的助力，所以在一定程度上浪費了發(fā)動機動力資源。并且轉向系統(tǒng)還存在低溫工作性能差等缺點。</p><p>　　1.1.3電控液壓助力轉向系統(tǒng)（EHPS）</p><p>　　由于液壓助力轉向系統(tǒng)無法兼顧車輛低速時的轉向輕便性和高速時的轉向穩(wěn)定性，因此，在19

16、83年日本Koyo 公司推出了具備車速感應功能的電控液壓助力轉向系統(tǒng)（EHPS）。EHPS 是在液壓助力系統(tǒng)基礎上發(fā)起來的，在傳統(tǒng)的液壓助力轉向系統(tǒng)的基礎上增設了電控裝置，其特點是原來由發(fā)動機帶動的液壓助力泵改由電機驅動，取代了由發(fā)動機驅動的方式，節(jié)省了燃油消耗；具有失效保護系統(tǒng)，電子元件失靈后仍可依靠原轉向系統(tǒng)安全工作；低速時轉向效果不變，高速時可以自動根據(jù)車速逐步減小助力，增大路感，提高車輛行使穩(wěn)定性。電控液壓助力轉向系統(tǒng)是將液壓助

17、力轉向與電子控制技術相結合的機電一體化產品。一般由電氣和機械兩部分組成，電氣部分由車速傳感器、轉角傳感器和電控單元ECU 組成；機械部分包括齒輪齒條轉向器、控制閥、管路和電動泵。其中電動泵的工作狀態(tài)由電子控制單元根據(jù)車輛的行駛速度、轉向角度等信號計算出的最理想狀態(tài)。簡單地說，在低速大轉向時，電子控制單元驅動液壓泵以高速運轉輸出較大功率，使駕駛員打方向省力；汽車在高速行駛時，液壓控制單元驅動液壓泵以較低的速度運轉，在不至影響高速打轉向的需

18、要的同時，節(jié)省一部分發(fā)動機功率。</p><p>　　電控液壓轉向系統(tǒng)的工作原理：在汽車直線行駛時，方向盤不轉動，電動泵以很低的速度運轉，大部分工作油經過轉向閥流回儲油罐，少部分經液控閥然后流回儲油罐；當駕駛員開始轉動方向盤時，ECU根據(jù)檢測到的轉角、車速以及電動機轉速的反饋信號等，判斷汽車的轉向狀態(tài)，決定提供助力大小，向驅動單元發(fā)出控制指令，使電動機產生相應的轉速以驅動油泵，進而輸出相應流量和壓力的高壓油。高壓

19、油經轉向控制閥進入齒條上的動力缸，推動活塞以產生適當?shù)闹Γ瑓f(xié)助駕駛員進行轉向操作，從而獲得理想的轉向效果。</p><p>　　電控液壓助力轉向系統(tǒng)在傳統(tǒng)液壓動力轉向系統(tǒng)的基礎上有了較大的改進，但液壓裝置的存在，使得該系統(tǒng)仍有難以克服如滲油、不便于安裝維修及檢測等問題。電控液壓助力轉向系統(tǒng)是傳統(tǒng)液壓助力轉向系統(tǒng)向電動助力轉向系統(tǒng)的過渡。</p><p>　　1.1.4電動助力轉向系統(tǒng)（E

20、PS）</p><p>　　1988年日本Suzuki公司首先在小型轎車Cervo 上配備了Koyo 公司研發(fā)的轉向柱助力式電動助力轉向系統(tǒng)。1990 年日本Honda 公司也在運動型轎車NSX 上采用了自主研發(fā)的齒條助力式電動助力轉向系統(tǒng)，從此揭開了電動助力轉向在汽車上應用的歷史。EPS 是在EHPS 的基礎上發(fā)展起來的, 它取消EHPS 的液壓油泵、油管、油缸和密封圈等部件,完全依靠電動機通過減速機構直接驅動

21、轉向機構, 其結構簡單、零件數(shù)量大大減少、可靠性增強, 解決了長期以來一直存在的液壓管路泄漏和效率低下的問題。電動助力轉向系統(tǒng)在本田飛度、思域以及豐田新皇冠、奔馳新A-class等車型上紛紛被采用。</p><p>　　1.1.4.1電動助力轉向系統(tǒng)構成</p><p>　　電動助力轉向系統(tǒng)一般是由轉矩（轉向）傳感器、電子控制單元ECU、電動機、電磁離合器以及減速機構組成。</p&g

22、t;<p>　　1．1.4.2電動助力轉向系統(tǒng)工作原理</p><p>　　電動助力轉向系統(tǒng)的工作過程其工作過程為：扭矩傳感器檢測駕駛員打方向盤的扭矩，然后根據(jù)這個扭矩給控制單元一個信號。同時控制單元也會收到來自方向盤位置傳感器的信號，這個傳感器一般是和扭矩傳感器裝在一起的（有些傳感器已經將這2 個功能集成為一體）。扭矩和方向盤位置信息經過控制單元處理，連同傳入控制單元的車速信號，根據(jù)預先設計好的程

23、序產生助力指令。該指令傳到電機，由電機產生扭矩傳到助力機構上去，這里的齒輪機構則起到增大扭矩的作用。這樣，助力扭矩就傳到了轉向柱并最終完成了助力轉向。</p><p>　　1.1．4.3 電動助力轉向系統(tǒng)特點</p><p>　　(1)節(jié)約了能源消耗。 與傳統(tǒng)的液壓助力轉向系統(tǒng)相比，沒有系統(tǒng)要求的常運轉轉向油泵，且電動機只是在需要轉向時才接通電源，所以動力消耗和燃油消耗均可降到最低。還消除

24、了由于轉向油泵帶來的噪音污染。液壓動力轉向系統(tǒng)需要發(fā)動機帶動液壓油泵，使液壓油不停地流動，再加上存在管流損失等因素，浪費了部分能量。相反EPS 僅在需要轉向操作時才需要向電機提供的能量。而且，EPS系統(tǒng)能量的消耗與轉向盤的轉向及當前的車速有關。當轉向盤不轉向時，電機不工作；需要轉向時，電機在控制模塊的作用下開始工作，輸出相應大小及方向的轉矩以產生助動轉向力矩。該系統(tǒng)真正實現(xiàn)了“按需供能”，是真正的“按需供能型”（on-demand）系統(tǒng)

25、，在各種行駛條件下可節(jié)能80%左右。</p><p>　　(2)改善了轉向回正特性。 當駕駛員轉動方向盤一角度然后松開時，EPS 系統(tǒng)能夠自動調整使車輪回到正中。同時還可利用軟件在最大限度內調整設計參數(shù)以獲得最佳的回正特性。通過靈活的軟件編程，容易得到電機在不同車速及不同車況下的轉矩特性，這些轉矩特性使得該系統(tǒng)能顯著地提高轉向能力，提供了與車輛動態(tài)性能相匹配的轉向回正特性。而在傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)中，要改善這種特性

26、必須改造底盤的機械結構，實現(xiàn)起來很困難。</p><p>　　(3)提高了操縱穩(wěn)定性。 轉向系統(tǒng)是影響汽車操縱穩(wěn)定性的重要因素之一。傳統(tǒng)液壓動力轉向由于不能很好地對助力進行實時調節(jié)與控制，所以協(xié)調轉向力與路感的能力較差，特別是汽車高速行駛時，仍然會提供較大助力，使駕駛員缺乏路感，甚至感覺汽車發(fā)飄，從而影響操縱穩(wěn)定性。但EPS是由電動機提供助力，助力大小由電子控制單元（ECU）根據(jù)車速、方向盤輸入扭矩等信號進行實時

27、調節(jié)與控制，可以很好地解決這個矛盾。</p><p>　　(4)安全可靠。 EPS 系統(tǒng)控制單元ECU 具有故障自診斷功能，當ECU 檢測到某一組件工作異常，如各傳感器、電磁離合器、電動機、電源系統(tǒng)及汽車點火系統(tǒng)等，便會立即控制電磁離合器分離停止助力，并顯示出相應的故障代碼，轉為手動轉向，按普通轉向控制方式進行工作，確保了行車的安全。</p><p>　　1.1.5線控轉向系統(tǒng)（SBW）&

28、lt;/p><p>　　在車輛高速化、駕駛人員大眾化、車流密集化的今天，針對更多不同水平的駕駛人群，汽車的易操縱性設計顯得尤為重要。線控轉向系統(tǒng)（Steering-By-Wire Systerm，簡稱SBW）的發(fā)展，正是滿足這種客觀需求。它是繼EPS 后發(fā)展起來的新一代轉向系統(tǒng)，具有比EPS 操縱穩(wěn)定性更好的特點，它取消轉向盤與轉向輪之間的機械連接，完全由電能實現(xiàn)轉向，徹底擺脫傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)所固有的限制，提高了汽車的安

29、全性和駕駛的方便性。</p><p>　　1.1.5.1 線控轉向系統(tǒng)的構成</p><p>　　SBW 系統(tǒng)一般由轉向盤模塊、轉向執(zhí)行模塊和主控制器ECU、自動防故障系統(tǒng)以及電源等模塊組成。轉向盤模塊包括路感電機和轉向盤轉角傳感器等，轉向盤模塊向駕駛員提供合適的轉向感覺（ 也稱為路感） 并為前輪轉角提供參考信號。轉向執(zhí)行模塊包括轉向電機、齒條位移傳感器等, 實現(xiàn)兩個功能: 跟蹤參考前輪轉

30、角、向轉向盤模塊反饋輪胎所受外力的信息以反饋車輛行駛狀態(tài)。主控制器控制轉向盤模塊和轉向執(zhí)行模塊的協(xié)調工作。</p><p>　　1.1.5.2 線控轉向系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　當轉向盤轉動時, 轉向傳感器和轉向角傳感器檢測到駕駛員轉矩和轉向盤的轉角并轉變成電信號輸入到ECU, ECU 根據(jù)車速傳感器和安裝在轉向傳動機構上的位移傳感器的信號來控制轉矩反饋電動機的旋轉方向,并根據(jù)轉

31、向力模擬,生成反饋轉矩, 控制轉向電動機的旋轉方向、轉矩大小和旋轉角度,通過機械轉向裝置控制轉向輪的轉向位置，使汽車沿著駕駛員期望的軌跡行駛。</p><p>　　1.1．5.3線控轉向系統(tǒng)特點</p><p>　?。?） 取消了方向盤和轉向車輪之間的機械連接，通過軟件協(xié)調它們之間的運動關系，因而消除了機械約束和轉向干涉問題，可以根據(jù)車速和駕駛員喜好由程序根據(jù)汽車的行駛工況實時設置傳動比。

32、</p><p>　?。?）去掉了原來轉向系統(tǒng)各個模塊之間的剛性機械連接，采用柔性連接，使轉向系統(tǒng)在汽車上的布置更加靈活，轉向盤的位置可以方便地布置在需要的位置。</p><p>　?。?） 提高了汽車的操縱性。由于可以實現(xiàn)傳動比的任意設置，并針對不同的車速，轉向狀況進行參數(shù)補償，從而提高了汽車的操縱性。</p><p>　?。?） 改善駕駛員的“路感”。由于轉向盤

33、和轉向輪之間無機械連接，</p><p>　　駕駛員“路感”通過模擬生成。使得在回正力矩控制方面可以從信號中提出最能夠反映汽車實際行駛狀態(tài)和路面狀況的信息，作為轉向盤回正力矩的控制變量，使轉向盤僅僅向駕駛員提供有用信息，從而為駕駛員提供更為真實的“路感”。</p><p>　?。?）減少了機構部件數(shù)量，而減少了從執(zhí)行機構到轉向車輪之間的傳遞過程，使系統(tǒng)慣性、系統(tǒng)摩擦和傳動部件之間的總間隙都

34、得以降低，從而使系統(tǒng)的響應速度和響應的準確性得以提高。</p><p>　　1.2齒輪齒條式轉向器概述</p><p>　　1.2.1齒輪齒條式轉向器結構及工作原理</p><p>　　齒輪齒條式轉向器分兩端輸出式和中間（或單端）輸出式兩種。 </p><p>　　圖1-11.轉向橫拉桿 2.防塵套 3.球頭座 4.轉向齒條 5.轉向器殼體

35、 6.調整螺塞 7.壓緊彈簧 8.鎖緊螺母 9.壓塊 10.萬向節(jié) 11.轉向齒輪軸 12.向心球軸承 13.滾針軸承</p><p>　　兩端輸出的齒輪齒條式轉向器如圖1-1所示，作為傳動副主動件的轉向齒輪軸11通過軸承12和13安裝在轉向器殼體5中，其上端通過花鍵與萬向節(jié)叉10和轉向軸連接。與轉向齒輪嚙合的轉向齒條4水平布置，兩端通過球頭座3與轉向橫拉桿1相連。彈簧7通過壓塊9將齒條壓靠在齒輪上，保證無間隙

36、嚙合。 彈簧的預緊力可用調整螺塞6調整。當轉動轉向盤時，轉向器齒輪11轉動，使與之嚙合的齒條4沿軸向移動，從而使左右橫拉桿帶動轉向節(jié)左右轉動，使轉向車輪偏轉，從而實現(xiàn)汽車轉向。 中間輸出的齒輪齒條式轉向器如圖1-2所示，其結構及工作原理與兩端輸出的齒輪齒條式轉向器基本相同，不同之處在于它在轉向齒條的中部用螺栓6與左右轉向橫拉桿7相連。在單端輸出的齒輪齒條式轉向器上，齒條的一端通過內外托架與轉向橫拉桿相連。 </p>

37、;<p>　　圖1-21.萬向節(jié)叉 2.轉向齒輪軸 3.調整螺母 4.向心球軸承 5.滾針軸承 6.固定螺栓 7.轉向橫拉桿 8.轉向器殼體 9.防塵套 10.轉向齒條 11.調整螺塞 12.鎖緊螺母 13.壓緊彈簧 14.壓塊</p><p>　　1.2.2齒輪齒條式轉向器功能特點</p><p>　　(1)構造筒單,結構輕巧。由于齒輪箱小,齒條本身具有傳動桿系的作用,因

38、此,它不需耍循環(huán)球式轉向器上所使用的拉桿(2)因齒輪和齒條直接嚙合,操縱靈敏性非常高。(3)滑動和轉動阻力小,轉矩傳遞性能較好,因此,轉向力非常輕。(4)轉向機構總成完全封閉,可免于維護。</p><p>　　1.3液壓助力轉向器概述 </p><p>　　兼用駕駛員體力和發(fā)動機(或電機)的動力為轉向能源的轉向系統(tǒng)，它是在機械轉向系統(tǒng)的基礎上加設一套轉向加力裝置而形成的。其中屬于轉向加力裝

39、置的部件是：轉向油泵5、轉向油管4、轉向油罐6以及位于整體式轉向器10內部的轉向控制閥及轉向動力缸等。</p><p>　　當駕駛員轉動轉向盤1時，轉向搖臂9擺動，通過轉向直拉桿11、橫拉桿8、轉向節(jié)臂7，使轉向輪偏轉，從而改變汽車的行駛方向。與此同時，轉向器輸入軸還帶動轉向器內部的轉向控制閥轉動，使轉向動力缸產生液壓作用力，幫助駕駛員轉向操縱。這樣，為了克服地面作用于轉向輪上的轉向阻力矩，駕駛員需要加于轉向盤

40、上的轉向力矩，比用機械轉向系統(tǒng)時所需的轉向力矩小得多?！　≡谥本€行駛時，方向盤處于中間位置，方向盤輻條處于水平位置，閥芯和閥套之間也處于中間位置，所有控制口接通，液壓油毫無阻礙地流經轉向閥返回到儲油罐。方向盤轉動時，轉向軸帶動閥芯相對于閥套運動，由于閥的控制邊口位置的變化，液壓油將進入轉向器的油缸內，推動活塞運動而產生推力。在齒條與小齒輪嚙合位置的背面裝有由彈簧壓緊的壓力塊，通過調節(jié)螺釘來改變彈簧的預緊力，可消除齒輪齒條嚙合的間隙。當

41、向右轉動方向盤時，轉向力矩使得彈性扭力桿扭轉，并且轉向管柱的轉角要比轉向機小齒輪轉得多一點，這就使得右邊旋轉柱塞閥芯下移，使得進油通道開大；左邊旋轉柱塞閥芯上移，關閉進油通道，此時左右旋轉柱塞閥芯分別打開和關閉各自的回油通道。根據(jù)右邊旋轉柱塞閥芯進油通道開度大小，來控制</p><p>　　當向左轉動方向盤時，情況與向右轉動方向盤時相反。</p><p>　　動力轉向器的閥孔同時也具有節(jié)流

42、阻尼的作用，不需要象機械轉向器那樣另外加轉向避振器。在轉向回正時，通過閥的阻尼力來防止轉向回正速度過快，增加轉向回正的舒適性，或者通過阻尼作用減小汽車直線行駛時由于路面的不平對前輪的沖擊引起方向盤的抖動和打手，提高其保持直線行駛的能力。</p><p>　　1．4國內外發(fā)展情況</p><p>　　1.5本課題研究的目的和意義</p><p>　　改革開放以來，我國

43、汽車工業(yè)發(fā)展迅猛。作為汽車關鍵部件之一的轉向系統(tǒng)也得到了相應的發(fā)展，基本已形成了專業(yè)化、系列化生產的局面。有資料顯示，國外有很多國家的轉向器廠，都已發(fā)展成大規(guī)模生產的專業(yè)廠，年產超過百萬臺，壟斷了轉向器的生產，并且銷售點遍布了全世界。</p><p>　　由于汽車轉向器屬于汽車系統(tǒng)中的關鍵部件，它在汽車系統(tǒng)中占有重要位置，因而它的發(fā)展同時也反映了汽車工業(yè)的發(fā)展，它的規(guī)模和質量也成為了衡量汽車工業(yè)發(fā)展水平的重要標志

44、之一。隨著汽車高速化和超低扁平胎的通用化，過去采用循環(huán)球轉向器和循環(huán)球變傳動比轉向器只能相對地解決轉向輕便性和操縱靈便性的問題，要想從跟本上解決這兩個問題只有安裝動力轉向器。因此，除了重型汽車和高檔轎車早已安裝動力轉向器外，近年來在中型貨車、豪華客車及中檔轎車上都已經開始安裝動力轉向器，隨著動力轉向器的設計水平的提高、生產規(guī)模的擴大和市場的需要，其他的一些車型也必須陸續(xù)安裝動力轉向器。液壓助力型轉向器的設計使汽車在低速行駛或車輛就位時，

45、駕駛員只需用較小的操作力就能靈活進行轉向;而在高速行駛時，則自動控制，使操作力逐漸增大，實現(xiàn)了穩(wěn)定操縱。雖然這種轉向器具有很多優(yōu)點，在目前的技術水準下它仍然存在某些不足之處，例如助力較小等;因此，目前液壓式動力轉向器仍然占據(jù)著很大的市場份額，其性能也在不斷地提高。對于液壓助力型動力轉向器的研究有著非常深遠的意義。因此本課題在考慮上述要求和因素的基礎上研究利用轉向盤的旋轉帶動傳動機構的齒輪齒條轉向軸</p><p>

46、;　　1.6本文主要研究內容</p><p>　　第二章 汽車主要參數(shù)的選擇</p><p>　　2.1汽車主要尺寸的確定</p><p>　　汽車的主要尺寸參數(shù)包括軸距、輪距、總長、總寬、總高、前懸、后懸、接近角、離去角、最小離地間隙等，如圖1-1所示。</p><p>　　圖2-1 汽車的主要參數(shù)尺寸</p><p&g

47、t;<b>　　2.1.1 軸距L</b></p><p>　　軸距L的選擇要考慮它對整車其他尺寸參數(shù)、質量參數(shù)和使用性能的影響。軸距短一些，汽車總長、質量、最小轉彎半徑和縱向通過半徑就小一些。但軸距過短也會帶來一系列問題，例如車廂長度不足或后懸過長；汽車行駛時其縱向角振動過大；汽車加速、制動或上坡時軸荷轉移過大而導致其制動性和操縱穩(wěn)定性變壞；萬向節(jié)傳動的夾角過大等。因此，在選擇軸距時應綜合

48、考慮對有關方面的影響。當然，在滿足所設計汽車的車廂尺寸、軸荷分配、主要性能和整體布置等要求的前提下，將軸距設計得短一些為好。</p><p>　　2.1.1.1普通車的軸距</p><p>　　轎車的軸距與其類型、用途、總長有密切關系。微型及普通級轎車要求制造成本低，使用經濟性好，機動靈活，因此汽車應輕而短，故軸距應取短一些；中高級轎車對乘坐舒適性、行駛乎順性和操縱穩(wěn)定性要求高，故軸距應設

49、計得長一些。轎車的軸距約為總長的54％—60％。軸距與總長之比越大，則車廂的縱向乘坐空間就愈大，這對改善汽車縱向角振動也有利。但若軸距與總長之比超過62％，則會使發(fā)動機、行李箱和備胎的布置困難，外形的各部分比例也不協(xié)調。</p><p>　　表2-1提供的數(shù)據(jù)可供初選軸距時參考</p><p>　　表2-1 各類汽車的軸距和輪距</p><p>　　2.1.2 前輪

50、距B1和后輪距B2</p><p>　　改變汽車輪距B會影響車廂或駕駛室內寬、汽車總寬、總質量、側傾剛度、最小轉彎直徑等因素發(fā)生變化、增大輪距則車廂內寬隨之增加，并導致汽車的比功率、轉矩指標下降，機動性變壞。</p><p>　　受汽車總寬不得超過2.5m限制，輪距不宜過大。但在選定的前輪距B1范圍內，應能布置下發(fā)動機、車架、前懸架和前輪，并保證前輪有足夠的轉向空間，同時轉向桿系與車架、車

51、輪之間有足夠的運動間隙。在確定后輪距B2時，應考慮兩縱梁之間的寬度、懸架寬度和輪胎寬度以及它們之間應留有必要的間隙。</p><p>　　各類汽車的輪距可參考表1-1提供的數(shù)據(jù)進行初選。</p><p>　　2.1.3 外廓尺寸</p><p>　　汽車的外廓尺寸包括其總長、總寬、總高。它應根據(jù)汽車的類型、用途、承載員、道路條件、結構選型與布置以及有關標準、法規(guī)限制

52、等因素來確定。在滿足使用要求的前提下，應力求減小汽車的外廓尺寸，以減小汽車的質量，降低制造成本，提高汽車的動力性、經濟性和機動性。GB1589—1989對汽車外廓尺寸界限作了規(guī)定。(附1)</p><p>　　2.2 汽車質量參數(shù)的確定</p><p>　　汽車的質量參數(shù)包括整車整備質量、載客量裝載質量、質量系數(shù)、汽車總質量ma、軸荷分配等。</p><p>　　2

53、.2.1 整車整備質量</p><p>　　整車整備質量是指車上帶有全部裝備（包括隨車工具、備胎等），加滿燃料、水、但沒有裝貨和在人時的整車質量。</p><p>　　整車整備質量對汽車的制造成本和燃油經濟型有影響。整車整備質量在設計階段需估算確定。在日常工作中，收集大量同類汽車各總成、部件和整車的有關質量數(shù)據(jù)，結合新車設計的特點、工藝水平等初步估算各總成、部件的質量，再累計成整車整備質量

54、。</p><p>　　乘用車和商用客車的整備質量，也可按每人所占汽車整備質量的統(tǒng)計平均值估計，可參考表2-2</p><p>　　表1-2乘用車和商用客車人均整備質量值[2]</p><p>　　2.2.2 汽車的載客量和裝載質量</p><p>　?。?）汽車的載客量 乘用車的載客量包括駕駛員在內不超過9座，又稱之為M1類汽車，其他M2、

55、M3類汽車的座位數(shù)、乘員數(shù)及汽車的最大設計總質量見表1-3。</p><p>　?。?）汽車的裝載質量me 汽車的載質量是指在硬質良好路面上行駛時所允許的額定載質量。汽車在碎石路面上行駛時，載質量約為好的行駛路面的75％～85％。越野汽車的載質量是指越野汽車行駛時或在土路上行駛的額定在質量。</p><p>　　商用貨車載質量me的確定，首先應與企業(yè)商品規(guī)劃符合，其次要考慮到汽車的用途和

56、使用條件。原則上，貨流大、運距長或礦用自卸車應采用大噸位貨車以利降低運輸成本，提高效率；對貨源變化頻繁、運距短的市內運輸車，宜采用中、小噸位的貨車比較經濟。</p><p><b>　　2.2.3質量系數(shù)</b></p><p>　　質量系數(shù)是指汽車車載質量與整車整備質量的比值，即=。該系數(shù)反映了汽車的設計水平和工藝水平，值越大，說明該汽車的結構和制造工藝越先進。&l

57、t;/p><p>　　2.2.4汽車總質量</p><p>　　汽車總質量是指裝備齊全，并按規(guī)定裝滿客、貨時的整車質量。</p><p>　　乘用車和商用客車的總質量由整備質量、乘員和駕駛員質量以及乘員的行李質量三部分構成。其中，乘員和駕駛員每人質量按65kg計，于是</p><p><b>　?。?-2）</b></

58、p><p>　　式中，n為包括駕駛員在內的載客數(shù)；為行李系數(shù)。</p><p><b>　　2.2.5軸荷分配</b></p><p>　　汽車的軸荷分配是汽車的重要質量參數(shù)，它對汽車的牽引性、通過性、制動性、操縱件和穩(wěn)定性等主要使用性能以及輪胎的使用壽命都有很大的影響。因此，在總體設計時應根據(jù)汽車的布置型式、使用條件及性能要求合理地選定其軸荷分配

59、。汽車的布置型式對軸荷分配影響較大，對轎車而言，前置發(fā)動機前輪驅動的轎車滿載時的前軸負荷最好在55％以上，以保證爬坡時有足夠的附著力；前置發(fā)動機后輪驅動的轎車滿載時的后軸負荷一般不大于52％；后置發(fā)動機后輪驅動的轎車滿載時后軸負荷最好不超過59％，否則，會導致汽車具有過多轉向特性而使操縱性變壞。</p><p><b>　　2.3輪胎的選擇</b></p><p>　

60、　輪胎的尺寸和型號是進行汽車性能計算和繪制總布置圖的重要原始數(shù)據(jù)之一，因此，在總體設計開始階段就應選定，而選擇的依據(jù)是車型、使用條件、輪胎的靜負荷、輪胎的額定負荷以及汽車的行駛速度。當然還應考慮與動力—傳動系參數(shù)的匹配以及對整車尺寸參數(shù)(例如汽車的最小離地間隙、總高等)的影響</p><p>　　輪胎所承受的最大靜負荷與輪胎額定負荷之比，稱為輪胎負荷系數(shù)。大多數(shù)汽車的輪胎負荷系數(shù)取為0.9～1.0，以免超載。轎車

61、、輕型客車及輕型貨車的車速高、輪胎受動負荷大，故它們的輪胎負荷系數(shù)應接近下限。</p><p>　　為了提高汽車的動力因數(shù)、降低汽車及其質心的高度、減小非簧載質量，對公路用車在其輪胎負荷系數(shù)以及汽車離地間隙允許的范圍內應盡量選取尺寸較小的輪胎。采用高強度尼龍簾布輪胎可使輪胎的額定負荷大大提高，從而使輪胎直徑尺寸也大為縮小。例如裝載員4t的載貨汽車在20世紀50年代多用的9.0～20輪胎早己被8.25—20，7.5

62、0~20至8.25～16等更小尺寸的輪胎所取代。越野汽車為了提高在松軟地面上的通過能力常采用胎面較寬、直徑較大、具有越野花紋的超低壓輪胎。山區(qū)使用的汽車制動頻繁，制動鼓與輪輞之間的間隙應大一些，以便散熱，故應采用輪輞尺寸較大的輪胎。轎車都采用直徑較小、面形狀扁平的寬輪輞低壓輪胎，以便降低質心高度，改善行駛平順性、橫向穩(wěn)定性、輪胎的附著性能并保證有足夠的承載能力。</p><p>　　3. 轉向系設計概述</

63、p><p>　　3.1對轉向系的要求</p><p>　　1）汽車轉彎行駛時，全部車輪應繞瞬時轉向中心旋轉，任何車輪不應有側滑。不滿足這項要求會加速輪胎磨損，并降低汽車的行駛穩(wěn)定性。</p><p>　　2）汽車轉向行駛時，在駕駛員松開轉向盤的條件下，轉向輪能自動返回到直線行駛位置，并穩(wěn)定行駛。</p><p>　　3）汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉向

64、輪都不得產生自振，轉向盤沒有擺動。</p><p>　　4）轉向傳動機構和懸架導向裝置共同工作時，由于運動不協(xié)調使車輪產生的擺動應最小。</p><p>　　5）保證汽車有較高的機動性，具有迅速和小轉彎行駛能力。</p><p><b>　　6）操縱輕便。</b></p><p>　　7) 轉向輪碰撞到障礙物以后，傳給

65、轉向盤的反沖力要盡可能小。</p><p>　　8) 轉向器和轉向傳動機構的球頭處，有消除因磨損而產生間隙的調整機構。</p><p>　　9) 在車禍中，當轉向軸和轉向盤由于車架或車身變形而共同后移時，轉向系應有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。</p><p>　　10) 進行運動校核，保證轉向輪與轉向盤轉動方向一致。</p><p>

66、<b>　　3.2轉向操縱機構</b></p><p>　　轉向操縱機構包括轉向盤，轉向軸，轉向管柱。有時為了布置方便，減小由于裝配位置誤差及部件相對運動所引起的附加載荷，提高汽車正面碰撞的安全性以及便于拆裝，在轉向軸與轉向器的輸入端之間安裝轉向萬向節(jié)，如圖3-1。采用柔性萬向節(jié)可減少傳至轉向軸上的振動，但柔性萬向節(jié)如果過軟，則會影響轉向系的剛度。采用動力轉向時，還應有轉向動力系統(tǒng)。<

67、/p><p>　　圖3-1轉向操縱機構</p><p>　　1-轉向萬向節(jié)；2-轉向傳動軸；3-轉向管柱；4-轉向軸；5-轉向盤</p><p>　　1-steering universal shaft; 2-steering propeller ; 3-steering column ; 4-steering axis; 5-steering wheel</p&

68、gt;<p><b>　　3.3轉向傳動機構</b></p><p>　　轉向傳動機構包括轉向臂、轉向縱拉桿、轉向節(jié)臂、轉向梯形臂以及轉向橫拉桿等。（見圖3-2）</p><p>　　轉向傳動機構用于把轉向器輸出的力和運動傳給左、右轉向節(jié)并使左、右轉向輪按一定關系進行偏轉。</p><p>　　圖3-2 轉向傳動機構</p&

69、gt;<p>　　Fig 3-2 the transmission system of steering</p><p>　　1-轉向搖臂；2-轉向縱拉桿；3-轉向節(jié)臂；4-轉向梯形臂；5-轉向橫拉桿</p><p><b>　　3.4轉向器</b></p><p>　　機械轉向器是將司機對轉向盤的轉動變?yōu)檗D向搖臂的擺動（或齒條沿

70、轉向車軸軸向的移動），并按一定的角轉動比和力轉動比進行傳遞的機構。</p><p>　　機械轉向器與動力系統(tǒng)相結合，構成動力轉向系統(tǒng)。高級轎車和重型載貨汽車為了使轉向輕便，多采用這種動力轉向系統(tǒng)。采用液力式動力轉向時，由于液體的阻尼作用，吸收了路面上的沖擊載荷，故可采用可逆程度大、正效率又高的轉向器結構。</p><p>　　為了避免汽車在撞車時司機受到的轉向盤的傷害，除了在轉向盤中間可安

71、裝安全氣囊外，還可在轉向系中設置防傷裝置。為了緩和來自路面的沖擊、衰減轉向輪的擺振和轉向機構的震動，有的還裝有轉向減振器。</p><p>　　多數(shù)兩軸及三軸汽車僅用前輪轉向；為了提高操縱穩(wěn)定性和機動性，某些現(xiàn)代轎車采用全四輪轉向；多軸汽車根據(jù)對機動性的要求，有時要增加轉向輪的數(shù)目，制止采用全輪轉向 。</p><p>　　3.5轉角及最小轉彎半徑</p><p>

72、　　汽車的機動性，常用最小轉彎半徑來衡量，但汽車的高機動性則應由兩個條件保證。即首先應使左、右轉向輪處于最大轉角時前外輪的轉彎值在汽車軸距的2~2.5倍范圍內；其次，應這樣選擇轉向系的角傳動比。</p><p>　　兩軸汽車在轉向時，若不考慮輪胎的側向偏離，則為了滿足上述對轉向系的第(2)條要求，其內、外轉向輪理想的轉角關系如圖3-3所示，由下式決定：</p><p><b>　

73、　(3-1)</b></p><p>　　式中：—外轉向輪轉角；</p><p><b>　　—內轉向輪轉角；</b></p><p>　　K—兩轉向主銷中心線與地面交點間的距離；</p><p><b>　　L—軸距</b></p><p>　　內、外轉向輪轉角

74、的合理匹配是由轉向梯形來保證。</p><p>　　圖3-3 理想的內、外轉向輪轉角間的關系</p><p>　　汽車的最小轉彎半徑與其內、外轉向輪在最大轉角與、軸距L、主銷距K及轉向輪的轉臂a等尺寸有關。在轉向過程中除內、外轉向輪的轉角外，其他參數(shù)是不變的。最小轉彎半徑是指汽車在轉向輪處于最大轉角的條件下以低速轉彎時前外輪與地面接觸點的軌跡構成圓周的半徑?？砂聪率接嬎悖?lt;/p>

75、;<p><b>　　(3-2)</b></p><p>　　通常為35º～40º，為了減小值，值有時可達到45º</p><p>　　操縱輕便型的要求是通過合理地選擇轉向系的角傳動比、力傳動比和傳動效率來達到。</p><p>　　對轉向后轉向盤或轉向輪能自動回正的要求和對汽車直線行駛穩(wěn)動性的要求則

76、主要是通過合理的選擇主銷后傾角和內傾角，消除轉向器傳動間隙以及選用可逆式轉向器來達到。但要使傳遞到轉向盤上的反向沖擊小，則轉向器的逆效率有不宜太高。至于對轉向系的最后兩條要求則主要是通過合理地選擇結構以及結構布置來解決。</p><p>　　轉向器及其縱拉桿與緊固件的稱重，約為中級以及上轎車、載貨汽車底盤干重的1.0%～1.4%；小排量以及下轎車干重的1.5%～2.0%。轉向器的結構型式對汽車的自身質量影響較小。

77、</p><p>　　第四章.轉向系的主要性能參數(shù)</p><p><b>　　4.1轉向系的效率</b></p><p>　　功率從轉向軸輸入，經轉向搖臂軸輸出所求得的效率稱為轉向器的正效率，用符號表示，；反之稱為逆效率，用符號表示。</p><p><b>　　正效率計算公式：</b></

78、p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　逆效率計算公式：</b></p><p><b>　?。?-2） </b></p><p>　　式中， 為作用在轉向軸上的功率；為轉向器中的磨擦功率；為作用在轉向搖臂軸上的功率。 </p><

79、;p>　　正效率高，轉向輕便；轉向器應具有一定逆效率，以保證轉向輪和轉向盤的自動返回能力。但為了減小傳至轉向盤上的路面沖擊力，防止打手，又要求此逆效率盡可能低。 </p><p>　　影響轉向器正效率的因素有轉向器的類型、結構特點、結構參數(shù)和制造質量等。 </p><p>　　3.1.1轉向器的正效率 </p><p>　　影響轉向器正效率的因素有轉向器的類型

80、、結構特點、結構參數(shù)和制造質量等。 </p><p>　　（1）轉向器類型、結構特點與效率 </p><p>　　在四種轉向器中，齒輪齒條式、循環(huán)球式轉向器的正效率比較高，而蝸桿指銷式特別是固定銷和蝸桿滾輪式轉向器的正效率要明顯的低些。</p><p>　　同一類型轉向器，因結構不同效率也不一樣。如蝸桿滾輪式轉向器的滾輪與支持軸之間的軸承可以選用滾針軸承、圓錐滾子軸

81、承和球軸承。選用滾針軸承時，除滾輪與滾針之間有摩擦損失外，滾輪側翼與墊片之間還存在滑動摩擦損失，故這種軸向器的效率η+僅有54%。另外兩種結構的轉向器效率分別為70%和75%。 </p><p>　　轉向搖臂軸的軸承采用滾針軸承比采用滑動軸承可使正或逆效率提高約10%。 </p><p>　　（2）轉向器的結構參數(shù)與效率 </p><p>　　如果忽略軸承和其經地

82、方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，對于蝸桿類轉向器，其效率可用下式計算 </p><p><b>　?。?-3） </b></p><p>　　式中，a0為蝸桿（或螺桿）的螺線導程角；ρ為摩擦角，ρ=arctanf；f為磨擦因數(shù)。</p><p>　　3.1.2轉向器的逆效率</p><p>　　根據(jù)逆效率不同，轉向

83、器有可逆式、極限可逆式和不可逆式之分。 </p><p>　　路面作用在車輪上的力，經過轉向系可大部分傳遞到轉向盤，這種逆效率較高的轉向器屬于可逆式。它能保證轉向輪和轉向盤自動回正，既可以減輕駕駛員的疲勞，又可以提高行駛安全性。但是，在不平路面上行駛時，傳至轉向盤上的車輪沖擊力，易使駕駛員疲勞，影響安全行駕駛。</p><p>　　屬于可逆式的轉向器有齒輪齒條式和循環(huán)球式轉向器。 <

84、;/p><p>　　不可逆式和極限可逆式轉向器</p><p>　　不可逆式轉向器，是指車輪受到的沖擊力不能傳到轉向盤的轉向器。該沖擊力轉向傳動機構的零件承受，因而這些零件容易損壞。同時，它既不能保證車輪自動回正，駕駛員又缺乏路面感覺，因此，現(xiàn)代汽車不采用這種轉向器。</p><p>　　極限可逆式轉向器介于可逆式與不可逆式轉向器兩者之間。在車輪受到沖擊力作用時，此力只

85、有較小一部分傳至轉向盤。</p><p>　　如果忽略軸承和其它地方的磨擦損失，只考慮嚙合副的磨擦損失，則逆效率可用下式計算</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　式（4-3）和式（4-4）表明：增加導程角，正、逆效率均增大。受增大的影響，不宜取得過大。當導程角小于或等于磨擦角時，逆效率為負值或者為零，此時表明該轉

86、向器是不可逆式轉向器。為此，導程角必須大于磨擦角。</p><p>　　4.2傳動比變化特性</p><p>　　4.2.1轉向系傳動比 </p><p>　　轉向系的傳動比包括轉向系的角傳動比和轉向系的力傳動比。</p><p>　　轉向系的力傳動比: （4-5）&

87、lt;/p><p>　　轉向系的角傳動比: 　　　　　　　　 （4-6）</p><p>　　轉向系的角傳動比由轉向器角傳動比和轉向傳動機構角傳動比組成，即 （4-7）</p><p>　　轉向器的角傳動比: 　　　　　 （4

88、-8）</p><p>　　轉向傳動機構的角傳動比: 　　　　 （4-9）</p><p>　　4.2.2力傳動比與轉向系角傳動比的關系 </p><p>　　轉向阻力與轉向阻力矩的關系式：</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　作用在轉向盤上的

89、手力與作用在轉向盤上的力矩的關系式：</p><p>　?。?-11）　　　 </p><p>　　將式（4-10）、式（4-11）代入 后得到 </p><p>　?。?-12） 　　　　　　　　 </p><p>　　如果忽略磨擦損失，根據(jù)能量守恒原理，2Mr/Mh可用下式表示 </p&g

90、t;<p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　將式（4-10）代入式（4-11）后得到 </p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　當a和Dsw不變時，力傳動比越大，雖然轉向越輕，但也越大，表明轉向不靈敏。</p><p>　　4.2.3

91、轉向器角傳動比的選擇</p><p>　　轉向器角傳動比可以設計成減小、增大或保持不變的。影響選取角傳動比變化規(guī)律的主要因素是轉向軸負荷大小和對汽車機動能力的要求。 </p><p>　　若轉向軸負荷小或采用動力轉向的汽車，不存在轉向沉重問題，應取較小的轉向器角傳動比，以提高汽車的機動能力。若轉向軸負荷大，汽車低速急轉彎時的操縱輕便性問題突出，應選用大些的轉向器角傳動比。</p>

92、;<p>　　汽車以較高車速轉向行駛時，要求轉向輪反應靈敏，轉向器角傳動比應當小些。汽車高速直線行駛時，轉向盤在中間位置的轉向器角傳動比不宜過小。否則轉向過分敏感，使駕駛員精確控制轉向輪的運動有困難。</p><p>　　轉向器角傳動比變化曲線應選用大致呈中間小兩端大些的下凹形曲線，如圖3-1所示。</p><p>　　圖4-1轉向器角傳動比變化特性曲線</p>

93、<p>　　4.3轉向器傳動副的傳動間隙△t</p><p>　　傳動間隙是指各種轉向器中傳動副之間的間隙。該間隙隨轉向盤轉角的大小不同而改變，并把這種變化關系稱為轉向器傳動副傳動間隙特性（圖4-2）。</p><p>　　研究該特性的意義在于它與直線行駛的穩(wěn)定性和轉向器的使用壽命有關。</p><p>　　傳動副的傳動間隙在轉向盤處于中間及其附近位置時

94、要極小，最好無間隙。若轉向器傳動副存在傳動間隙，一旦轉向輪受到側向力作用，車輪將偏離原行駛位置，使汽車失去穩(wěn)定。</p><p>　　傳動副在中間及其附近位置因使用頻繁，磨損速度要比兩端快。在中間附近位置因磨損造成的間隙過大時，必須經調整消除該處間隙。</p><p>　　為此，傳動副傳動間隙特性應當設計成圖4-2所示的逐漸加大的形狀。</p><p>　　圖4-2

95、 轉向器傳動副傳動間隙特性</p><p>　　轉向器傳動副傳動間隙特性 圖中曲線1表明轉向器在磨損前的間隙變化特性；曲線2表明使用并磨損后的間隙變化特性，并且在中間位置處已出現(xiàn)較大間隙；曲線3表明調整后并消除中間位置處間隙的轉向器傳動間隙變化特性。 </p><p>　　4.4轉向盤的總轉動圈數(shù)</p><p>　　轉向盤從一個極端位置轉到另一個極端位置時所轉過的

96、圈數(shù)稱為轉向盤的總轉動圈數(shù)。它與轉向輪的最大轉角及轉向系的角傳動比有關，并影響轉向的操縱輕便性和靈敏性。轎車轉向盤的總轉動圈數(shù)較少，一般約在3.6圈以內；貨車一般不宜超過6圈。</p><p>　　第五章 機械式轉向器方案分析及設計</p><p>　　5.1齒輪齒條式轉向器</p><p>　　齒輪齒條式轉向器由與轉向軸做成一體的轉向齒輪和常與轉向橫拉桿做成一體的

97、齒條組成。與其他形式的轉向器比較，齒輪齒條式轉向器最主要的優(yōu)點是：結構簡單、緊湊；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉向器的質量比較小；傳動效率高達90%；齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙以后，利用裝在齒條背部、靠近主動小齒輪處的壓緊力可以調節(jié)的彈簧。能自動消除齒間間隙，這不僅可以提高轉向系統(tǒng)的剛度。還可以防止工作時產生沖擊和噪聲；轉向器占用的體積小；沒有轉向搖臂和直拉桿，所以轉向輪轉角可以增大；制造成本低。</p><p

98、>　　齒輪齒條式轉向器的主要缺點是：因逆效率高，汽車在不平路面上行駛時，發(fā)生在轉向輪與路面之間沖擊力的大部分能傳至轉向盤，稱之為反沖。反沖現(xiàn)象會使駕駛員精神緊張，并難以準確控制汽車行駛方向，轉向盤突然轉動又會造成打手，同時對駕駛員造成傷害。</p><p>　　根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點不同，齒輪齒條式轉向起有四種形式，如圖5-1所示：中間輸入，兩端輸出(a)；側面輸入，兩端輸出(b)；側面輸入，中間輸出(

99、c)；側面輸入，一端輸出(d)。</p><p>　　圖5-1 齒輪齒條式轉向起有四種形式</p><p>　　采用側面輸入，中間輸出方案時，與齒條連的左，右拉桿延伸到接近汽車縱向對稱平面附近。由于拉桿長度增加，車輪上、下跳動時拉桿擺角減小，有利于減少車輪上、下跳動時轉向系與懸架系的運動干涉。拉桿與齒條用螺栓固定連接，因此，兩拉桿會與齒條同時向左或右移動，為此在轉向器殼體上開有軸向的長槽

100、，從而降低了它的強度。</p><p>　　采用兩端輸出方案時，由于轉向拉桿長度受到限制，容易與懸架系統(tǒng)導向機構產生運動干涉。</p><p>　　側面輸入，一端輸出的齒輪齒條式轉向器，常用在平頭貨車上。</p><p>　　采用齒輪齒條式轉向器采用直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合，則運轉平穩(wěn)降低，沖擊大，工作噪聲增加。此外，齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角只能是直角，為此因

101、與總體布置不適應而遭淘汰。采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉向器，重合度增加，運轉平穩(wěn)，沖擊與工作噪聲均下降，而且齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角易于滿足總體設計的要求。因為斜齒工作時有軸向力作用，所以轉向器應該采用推力軸承，使軸承壽命降低，還有斜齒輪的滑磨比較大是它的缺點。</p><p>　　齒條斷面形狀有圓形、V形和Y形三種。圓形斷面齒條的制作工藝比較簡單。V形和Y形斷面齒條與圓形斷面比較，消耗的材料

102、少，約節(jié)省20%，故質量小；位于齒下面的兩斜面與齒條托座接觸，可用來防止齒條繞軸線轉動；Y形斷面齒條的齒寬可以做得寬些，因而強度得到增加。在齒條與托座之間通常裝有用減磨材料（如聚四氟乙烯）做的墊片，以減少滑動摩擦。當車輪跳動、轉向或轉向器工作時，如在齒條上作用有能使齒條旋轉的力矩時，應選用V形和Y形斷面齒條，用來防止因齒條旋轉而破壞齒輪、齒條的齒不能正確嚙合的情況出現(xiàn)。</p><p>　　為了防止齒條旋轉，也有

103、在轉向器殼體上設計導向槽的，槽內嵌裝導向塊，并將拉桿、導向塊與齒條固定在一起。齒條移動時導向塊在導向槽內隨之移動，齒條旋轉時導向塊可防止齒條旋轉。要求這種結構的導向塊與導向槽之間的配合要適當。配合過緊會為轉向和轉向輪回正帶來困難，配合過松齒條仍能旋轉，并伴有敲擊噪聲。</p><p>　　根據(jù)齒輪齒條式轉向器和轉向梯形相對前軸位置的不同，齒輪齒條式轉向器在汽車上有四種布置：形式轉向器位于前軸后方，后置梯形(a)；

104、轉向器位于前軸后方，前置梯形(b)；轉向器位于前軸前方，后置梯形(c)；轉向器位于前軸前方，前置梯形(d)。</p><p>　　圖5-2 齒輪齒條式轉向器在汽車上有四種布置</p><p>　　齒輪齒條式轉向器廣泛應用于乘用車上。車載質量不大，前輪采用獨立懸架的貨車和客車有些也用齒輪齒條式轉向器。</p><p><b>　　5.2其他轉向器</b

105、></p><p>　　有循環(huán)球式轉向器，蝸桿滾輪式轉向器，蝸桿指銷式轉向器等。</p><p>　　循環(huán)球式轉向器的主要缺點是：逆效率高，結構復雜，制造困難，制造精度要求高。循環(huán)球式轉向器主要用于商用車上。</p><p>　　蝸桿滾輪式轉向器的主要缺點是：正效率低；工作齒面磨損以后，調整嚙合間隙比較困難；轉向器的傳動比不能變化。</p>&l

106、t;p>　　固定銷蝸桿指銷式轉向器的結構簡單、制造容易；但是因銷子不能自轉，銷子的工作部位基本保持不變，所以磨損快、工作效率低。旋轉銷式轉向器的效率高、磨損慢，但結構復雜。</p><p>　　所以我的設計選用齒輪齒條式轉向器為動力轉向裝置。</p><p>　　5.3齒輪齒條式轉向器布置和結構形式的選擇</p><p>　　圖5-3 采用如圖所示的布置形

107、式。</p><p>　　圖5-4 采用如圖所示的側面輸入兩端輸出的結構形式。</p><p><b>　　5.4數(shù)據(jù)的確定</b></p><p>　　根據(jù)以上的論述，本次設計初選數(shù)據(jù)如下：</p><p><b>　　表5-1 初選數(shù)據(jù)</b></p><p>　　參考

108、BJ121型輕型載貨汽車底盤架構和上海通用別克賽歐汽車轉向操作機構</p><p>　　5. 5設計計算過程</p><p>　　5.5.1 轉向輪側偏角計算</p><p><b>　　(5-1) </b></p><p><b>　　(5-2)</b></p><p>