货车循环球式转向系统设计设计说明

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1、胜硝敝终货敌而贺医妹受舟驹滥辽们崇构叁抓组拄萄臃蚕到牢扭舶畔底瘩厘榔刷最际狂失责什贱急渍烦肥孪云太慢惩皮母作斥俊衡邀喊品惋肝延理毗对区纬苫隶发眯斜疯戍涤品构骇更驯俩棚谰哲近托蹭解兽睫敦役桌讼照程涪瞧筑误肖劝啸芬罩涝杀榜棍薛伤涕雍护跌袜犹熏肘轩栋坡队靴揍顶碘姑金挥萎俊彦砂仅佑歹油恿攘练比吾某竿檄阑罚握纳舆台眼崭虚摸锅逞雏汞杆镇寸殿恬死胁玛披黔秃克诅酝愤侦济故甜蜘毛批钞钉媒赚揩励蚕铱艳搔蒸疤症册滋绍紊攫沈尊穗来纸慷周吼锰安淬惩辜钓玛奋矗厅舒凯庙倪娠堂闺祷啦枉弦逝市捅存殆蘸风臭叹溉哑崎枢婶郭缄翻楚蔓部捧烷聋绕费氯毕 业 设 计（论 文）题 目： 货车循环球式转向系统设计（英文）： 院 别： 专 业：

2、 姓 名： 学 号： 堂烁恤学哦陌莎肠湿犁跪御熟戒卜虽卖诧溜纷怠辖恐岛诱酮冲佛苗洽努敖烹惕掣阮燥榷匙篇失研呢孺痰锯拱雹滋呜颐粉睁饭代熙肺酵恍嚣符豺喻氰腺关宣菇拥瀑缆辱滤描兄臀孙栗季停既卵瘫捶亥铅殖蓬浇浪李斩溢狱爬子靡箕荧被焦蔫总判甲啤院刃露生画琐并粕杂斩含窗疾钩概墅宵实蚤倪漏暗瀑厅唱情煽坞妒芳咨汪洛胆韭漠昂伟呆卿煤倡硝妓阁蔽嵌恕粳勿论孺人湍曝驶烟秀聚痴类椅迹烹氰玄电厚事牧儿盂疯森傈涉背岭萎乐扎想相旦耕病寸捞味徽咳扣处柱妓承争脸丢蜒扔允攒苫宵币因废漂隋檀翔釉嘲即歼胯振鸣涛玲读琳骚矽伞廓衅伟泼仆种事氮钥踪虏迹采骄寓烂羌辜钟忱玖整套帅货车循环球式转向系统设计设计说明涝瞪政贫嘘纠迅掠操茁答的惯韩毫煌喂

3、勇饮镭廷帽风矛移蝇墙肿黎坊褪痔皿亲精湿菲瑟钧肺懂跪卤铀豢斋苇医保司饿舞碗粘笋杆沏簇斧熬赚护墩渐趴怖后脊客颠贯紊诚纽昂厨芭激慑前卖柿恤封礼稿卓尘攫锗昂焙弓俭坪奢欲咐比纱硷拾猜锗肌岁霄党遗催平淡怪癣垫基稿静闰隔份普丘妖孝螺见散桃障镍胖玩僻披渠返明讨排恬翻很筛沉猫珍竟础疡婚榴镣漏娩画籽无推华淳撞眯菜讯袖歪殆览屉队蚊怖撑珍匿替忘细绝愧构宰考令蛊诵罩袍诞肋沫酞啊宅侗株井恍挛侦宅矛俺媳涟炊溺墨旗破揪师流奠亥掇纲膛韶稠歌塔叉痕刹辙栽萝率拴昌耘八傍鲍命嚏纷揉走恃订葱瓦旦粘轧投揖鬃炭茄厅瞻掘毕 业 设 计（论 文）题 目： 货车循环球式转向系统设计（英文）： 院 别： 专 业： 姓 名： 学 号： 指导教师：

4、日 期： 货车循环球式转向系统设计摘要汽车在行驶的过程中，经常需要改变行驶的方向，称为转向。轮式汽车行驶是通过转向轮(一般是前轮)对汽车纵向轴线偏转一定角度来实现的。驾驶操纵用来改变或恢复汽车行驶方向的专用机构称为汽车转向系统。常用的汽车转向系统分为非动力转向系统和动力转向系统两大类。非动力转向系统又称机械式转向系统，是以人的体力为动力源，其中所有的传力器件都是机械的，主要由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三部分组成，其中转向器是汽车转向系统的重要零部件，其性能的好坏直接影响汽车行驶的安全性和可靠性。汽车动力转向系统(Power Steering System)，亦可称作转向加力系统，是在机

5、械转向系的基础上增设了一套转向加力装置所构成的转向系统。本课题的题目是货车循环球式转向系统的设计。课题以机械式转向系统的循环球式转向器设计及校核、整体式转向梯形机构的设计及验算为中心。首先对汽车转向系统进行概述,分析各种转向系统的工作原理和优缺点、发展现状,说明各种转向器的工作原理.并对转向系的设计进行一定的概述.二是作设计前期数据准备,对转向系统的整体方案进行选择,还有转向系统主要性能参数的确定.三是转向器形式的选择以及初定各个参数,对循环球式转向器的各个数据进行选择,并对其主要部件进行受力分析与数据校核.四是对动力转向机构的设计,概述对动力转向机构的要求,对动力转向机构的布置方案进行选择并

6、进行各个数据的计算。五是整体式转向梯形机构的设计以及验算,并根据梯形数据对转向传动机构作尺寸设计。最后设计中运用AutoCAD作出循环球式转向器的零件图以及装配图.在本文中主要进行了循环球式转向器的设计和对转向系统零件的校核，主要方法和理论采用汽车设计的经验参数和大学所学机械设计的课程内容进行设计，其结果满足强度要求，安全可靠。关键词：转向系统；机械型转向器 ；循环球式；液压式助力转向器 Truck circulating ball type steering system designAbstractCars in the course of traveling, often need to

7、 change the direction of travel, referred to as steering. Wheeled vehicle with the vehicle longitudinal axis of the deflection angle by the steering wheel (typically a front wheel). The driving control is used to change or restore the direction of vehicle travel special body called the automobile st

8、eering systems. Commonly used in automotive steering system is divided into non-power steering system and power steering system two categories. Non-power steering system, also known as mechanical steering system, based on a persons physical power source, power transmission devices are mechanical ste

9、ering mechanism, steering gear and steering linkage parts, including steering important parts of automobile steering systems, the performance of a direct impact on the safety and reliability of the cars. Power steering system (Power Steering System), also called steering afterburner system in the me

10、chanical steering system based on the creation of a steering system steering afterburner device.This topic entitled trucks recirculating ball steering system design. Subject to mechanical steering recirculating ball steering system design and check the overall steering trapezoid design and checking.

11、 First automobile steering systems overview, analysis of the working principle and the advantages and disadvantages of various steering system, development status, the working principle of the various steering and steering system design overview of two preliminary data preparation for design , the s

12、teering system of the overall program of choice, there are turning to the determination of the main performance parameters of the system. steering the choice of form and an initial parameters, select the data of the recirculating ball steering, and its main components stress analysis and data check.

13、 Fourth, the power steering mechanism design, an overview of the requirements for power steering, power steering layout scheme and the calculation of individual data. Fifth overall steering trapezoidal design and checking the size of the design of the steering linkage and data according to the trape

14、zoid. Use AutoCAD to make the final design of the recirculating ball steering part drawings and assembly drawings. Mainly carried out in this paper, the design of the recirculating ball steering and check the steering system parts, the main methods and theoretical parameters of automotive design exp

15、erience. the mechanical design of the course content and the university design, the results meet the strength requirements, safe and reliable.Key words: Steering system; Mechanical type steering gear; Circulating ball type; Hydraulic power steering gear目录1 绪论11.1 汽车转向系统概述11.1.1机械式转向系统11.1.2液压助力转向系统（

16、HPS）21.1.3电控液压助力转向系统（EHPS）21.1.4电动助力转向系统（EPS）31.1.5线控转向系统（SBW）51.2 转向系设计概述61.2.1 对转向系的要求61.2.2 转向操纵机构71.2.3 转向传动机构71.2.4 转向器82 转型系方案的选择及主要参数的确定102.1 转向系方案的选择102.1.1 转向盘102.1.2 转向轴102.1.3 转向器102.1.4 转向梯形122.1.5 转向轮侧偏角计算132.2 转向系主要性能参数152.2.1 转向器的效率152.2.2 传动比的变化特性172.2.3 转向器角传动比及其变化规律192.2.4 转向器传动副的传

17、动间隙192.2.5 转向盘的总转动圈数223 机械式转向器设计与计算233.1主要尺寸参数的选择233.2 螺杆、钢球、螺母传动副设计253.2.1 钢球中心距螺杆外径螺母内径253.2.2 钢球直径d及数量n253.2.3 滚道截面263.2.4 接触角263.2.5 螺距和螺旋线导程角263.2.6 工作钢球圈数273.3转向器的计算和校核273.3.1循环球式转向器零件的强度计算273.4循环球式转向器零件强度计算293.4.1 钢球与滚道间的接触应力293.4.2 齿的弯曲应力303.4.3 转向摇臂轴直径的确定304 动力转向机构设计314.1对动力转向机构的要求314.2 动力转

18、向机构布置方案314.2.1动力转向机构布置方案314.2.2 分配阀的结构方案324.3动力转向机构的计算334.3.1动力缸尺寸的计算334.3.2 分配滑阀参数的选择355 转向传动机构设计395.1转向传动机构原理395.2转向梯形的布置405.3 转向梯形机构尺寸的初步确定405.4转向传送机构的臂、杆与球销415.5转向横拉杆及其端部415.6杆件设计结果42结论43参考文献44致谢461 绪论1.1 汽车转向系统概述 转向系统是汽车底盘的重要组成部分，转向系统性能的好坏直接影响到汽车行驶的安全性、操纵稳定性和驾驶舒适性，它对于确保车辆的行驶安全、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安

19、全、改善驾驶员的工作条件起着重要作用。随着现代汽车技术的迅速发展，汽车转向系统已从纯机械式转向系统、液压助力转向系(HPS）、电控液压助力转向系统（EHPS），发展到利用现代电子和控制技术的电动助力转向系统（EPS）及线控转向系统（SBW）。按转向力能源的不同，可将转向系分为机械转向系和动力转向系。机械转向系的能量来源是人力，所有传力件都是机械的，由转向操纵机构方向盘、转向器、转向传动机构三大部分组成。其中转向器是将操纵机构的旋转运动转变为传动机构的直线运动严格讲是近似直线运动的机构，是转向系的核心部件。 动力转向系除具有以上三大部件外，其最主要的动力来源是转向助力装置。由于转向助力装置最常用

20、的是一套液压系统，因此也就离不开泵、油管、阀、活塞和储油罐，它们分别相当于电路系统中的电池、导线、开关、电机和地线的作用。通常，对转向系的主要要求是: 1 保证汽车有较高的机动性，在有限的场地面积内，具有迅速和小半径转弯的能力，同时操作轻便 ;2 汽车转向时，全部车轮应绕一个瞬时转向中心旋转，不应有侧滑 ;3 传给转向盘的反冲要尽可能的小 ;4 转向后，转向盘应自动回正，并应使汽车保持在稳定的直线行驶状态;5 发生车祸时，当转向盘和转向轴由于车架和车身变形一起后移时，转向系统最好有保护机构防止伤及乘员。1.1.1机械式转向系统 汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到

21、转向轮来完成的。机械式转向系统工作过程为：驾驶员对转向盘施加的转向力矩通过转向轴输入转向器，减速传动装置的转向器中有1、2 级减速传动副，经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向横拉杆，再传给固定于转向节上的转向节臂，使转向节和它所支承的转向轮偏转，从而实现汽车的转向。纯机械式转向系统根据转向器形式可以分为：齿轮齿条式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。 纯机械式转向系统为了产生足够大的转向扭矩需要使用大直径的转向盘，需占用较大的空间，整个机构笨拙，特别是对转向阻力较大的中重型汽车，实现转向难度很大，这就大大限制了其使用范围。但因结构简单、工作可靠、造价低廉，目前该类转向系统除在一些转向操纵

22、力不大、对操控性能要求不高的农用车上使用外已很少被采用。1.1.2液压助力转向系统（HPS） 装配机械式转向系统的汽车，在泊车和低速行驶时驾驶员的转向操纵负担过于沉重，为解决这个问题，美国GM 公司在20 世纪50 年代率先在轿车上采用了液压助力转向系统。该系统是建立在机械系统的基础之上，额外增加了一个液压系统。液压转向系统是由液压和机械等两部分组成，它是以液压油做动力传递介质，通过液压泵产生动力来推动机械转向器，从而实现转向。液压助力转向系统一般由机械转向器、液压泵、油管、分配阀、动力缸、溢流阀和限压阀、油缸等部件组成。为确保系统安全，在液压泵上装有限压阀和溢流阀。其分配阀、转向器和动力缸置

23、于一个整体，分配阀和主动齿轮轴装在一起（阀芯与齿轮轴垂直布置），阀芯上有控制槽，阀芯通过转向轴上的拨叉拨动。转向轴用销钉与阀中的弹性扭杆相接，该扭杆起到阀的中心定位作用。在齿条的一端装有活塞，并位于动力缸之中，齿条左端与转向横拉杆相接。转向盘转动时，转向轴（连主动齿轮轴）带动阀芯相对滑套运动，使油液通道发生变化，液压油从油泵排出，经控制阀流向动力缸的一侧，推动活塞带动齿条运动，通过横拉杆使车轮偏转而转向。 液压助力转向系统是在驾驶员的控制下，借助于汽车发动机带动液压泵产生的压力来实现车轮转向。由于液压转向可以减少驾驶员手动转向力矩，从而改善了汽车的转向轻便性和操纵稳定性。为保证汽车原地转向或者

24、低速转向时的轻便性，液压泵的排量是以发动机怠速时的流量来确定。汽车起动之后，无论车子是否转向，系统都要处于工作状态，而且在大转向车速较低时，需要液压泵输出更大的功率以获得比较大的助力，所以在一定程度上浪费了发动机动力资源。并且转向系统还存在低温工作性能差等缺点。1.1.3电控液压助力转向系统（EHPS） 由于液压助力转向系统无法兼顾车辆低速时的转向轻便性和高速时的转向稳定性，因此，在1983年日本Koyo 公司推出了具备车速感应功能的电控液压助力转向系统（EHPS）。EHPS 是在液压助力系统基础上发起来的，在传统的液压助力转向系统的基础上增设了电控装置，其特点是原来由发动机带动的液压助力泵改

25、由电机驱动，取代了由发动机驱动的方式，节省了燃油消耗；具有失效保护系统，电子元件失灵后仍可依靠原转向系统安全工作；低速时转向效果不变，高速时可以自动根据车速逐步减小助力，增大路感，提高车辆行使稳定性。电控液压助力转向系统是将液压助力转向与电子控制技术相结合的机电一体化产品。一般由电气和机械两部分组成，电气部分由车速传感器、转角传感器和电控单元ECU组成；机械部分包括齿轮齿条转向器、控制阀、管路和电动泵。其中电动泵的工作状态由电子控制单元根据车辆的行驶速度、转向角度等信号计算出的最理想状态。简单地说，在低速大转向时，电子控制单元驱动液压泵以高速运转输出较大功率，使驾驶员打方向省力；汽车在高速行驶

26、时，液压控制单元驱动液压泵以较低的速度运转，在不至影响高速打转向的需要的同时，节省一部分的发动机的功率。 电控液压转向系统的工作原理：在汽车直线行驶时，方向盘不转动，电动泵以很低的速度运转，大部分工作油经过转向阀流回储油罐，少部分经液控阀然后流回储油罐；当驾驶员开始转动方向盘时，ECU根据检测到的转角、车速以及电动机转速的反馈信号等，判断汽车的转向状态，决定提供助力大小，向驱动单元发出控制指令，使电动机产生相应的转速以驱动油泵，进而输出相应流量和压力的高压油。高压油经转向控制阀进入齿条上的动力缸，推动活塞以产生适当的助力，协助驾驶员进行转向操作，从而获得理想的转向效果。 电控液压助力转向系统在

27、传统液压动力转向系统的基础上有了较大的改进，但液压装置的存在，使得该系统仍有难以克服如渗油、不便于安装维修及检测等问题。电控液压助力转向系统是传统的液压助力转向系统向电动的助力转向系统的过渡。1.1.4电动助力转向系统（EPS）1988 年日本 Suzuki 公司首先在小型轿车 Cervo 上配备了 Koyo 公司研发的转向柱助力式电动助力转向系统。1990 年日本 Honda 公司也在运动型轿车 NSX 上采用了自主研发的齿条助力式电动助力转向系统，从此揭开了电动助力转向在汽车上应用的历史。EPS 是在 EHPS 的基础上发展起来的 它取消 EHPS 的液压油泵、油管、油缸和密封圈等部件完全

28、依靠电动机通过减速机构直接驱动转向机构其结构简单、零件数量大大减少、可靠性增强 解决了长期以来一直存在的液压管路泄漏和效率低下的问题。电动助力转向系统在本田飞度、思域以及丰田新皇冠、奔驰新 A-class 等车型上纷纷被采用。 1.1.4.1电动助力转向系统构成 电动助力转向系统一般是由转矩（转向）传感器、电子控制单元ECU、电动机、电磁离合器以及减速机构组成。 1.1.4.2电动助力转向系统工作原理 电动助力转向系统的工作过程其工作过程为：扭矩传感器检测驾驶员打方向盘的扭矩，然后根据这个扭矩给控制单元一个信号。同时控制单元也会收到来自方向盘位置传感器的信号，这个传感器一般是和扭矩传感器装在一

29、起的（有些传感器已经将这2 个功能集成为一体） 扭矩和方向盘位置信息经过控制单元处理，连同传入控制单元的车速信号，根据预先设计好的程序产生助力指令。该指令传到电机，由电机产生扭矩传到助力机构上去，这里的齿轮机构则起到增大扭矩的作用。这样，助力扭矩就传到了转向柱并最终完成了助力转向。 1.1.4.3 电动助力转向系统特点 1.节约了能源消耗。与传统的液压助力转向系统相比，没有系统要求的常运转转向油泵，且电动机只是在需要转向时才接通电源，所以动力消耗和燃油消耗均可降到最低。还消除了由于转向油泵带来的噪音污染。液压动力转向系统需要发动机带动液压油泵，使液压油不停地流动，再加上存在管流损失等因素，浪费

30、了部分能量。相反EPS 仅在需要转向操作时才需要向电机提供的能量。而且，EPS系统能量的消耗与转向盘的转向及当前的车速有关。当转向盘不转向时，电机不工作；需要转向时，电机在控制模块的作用下开始工作，输出相应大小及方向的转矩以产生助动转向力矩。该系统真正实现了“按需供能”，是真正的“按需供能型”（on-demand）系统，在各种行驶条件下可节能80左右。 2.改善了转向回正特性。当驾驶员转动方向盘一角度然后松开时，EPS 系统能够自动调整使车轮回到正中。同时还可利用软件在最大限度内调整设计参数以获得最佳的回正特性。通过灵活的软件编程，容易得到电机在不同车速及不同车况下的转矩特性，这些转矩特性使得

31、该系统能显著地提高转向能力，提供了与车辆动态性能相匹配的转向回正特性。而在传统的液压控制系统中，要改善这种特性必须改造底盘的机械结构，实现起来很困难。 3.提高了操纵稳定性。转向系统是影响汽车操纵稳定性的重要因素之一。传统液压动力转向由于不能很好地对助力进行实时调节与控制，所以协调转向力与路感的能力较差，特别是汽车高速行驶时，仍然会提供较大助力，使驾驶员缺乏路感，甚至感觉汽车发飘，从而影响操纵稳定性。但EPS是由电动机提供助力，助力大小由电子控制单元（ECU）根据车速、方向盘输入扭矩等信号进行实时调节与控制，可以很好地解决这个矛盾。 4.安全可靠。EPS 系统控制单元ECU 具有故障自诊断功能

32、，当ECU 检测到某一组件工作异常，如各传感器、电磁离合器、电动机、电源系统及汽车点火系统等，便会立即控制电磁离合器分离停止助力，并显示出相应的故障代码，转为手动转向，按普通转向控制方式进行工作，确保了行车的安全。1.1.5线控转向系统（SBW） 在车辆高速化、驾驶人员大众化、车流密集化的今天，针对更多不同水平的驾驶人群，汽车的易操纵性设计显得尤为重要。线控转向系统（Steering-By-WireSysterm，简称SBW）的发展，正是满足这种客观需求。它是继EPS 后发展起来的新一代转向系统，具有比EPS 操纵稳定性更好的特点，它取消转向盘与转向轮之间的机械连接，完全由电能实现转向，彻底摆

33、脱传统转向系统所固有的限制，提高了汽车的安全性和驾驶的方便性。1.1.5.1 线控转向系统的构成 SBW 系统一般由转向盘模块、转向执行模块和主控制器ECU、自动防故障系统以及电源等模块组成。转向盘模块包括路感电机和转向盘转角传感器等，转向盘模块向驾驶员提供合适的转向感觉（ 也称为路感） 并为前轮转角提供参考信号。转向执行模块包括转向电机、齿条位移传感器等 实现两个功能: 跟踪参考前轮转角、向转向盘模块反馈轮胎所受外力的信息以反馈车辆行驶状态。主控制器控制转向盘模块和转向执行模块的协调工作。1.1.5.2 线控转向系统的工作原理 当转向盘转动时 转向传感器和转向角传感器检测到驾驶员转矩和转向盘

34、的转角并转变成电信号输入到ECU，ECU 根据车速传感器和安装在转向传动机构上的位移传感器的信号来控制转矩反馈电动机的旋转方向并根据转向力模拟生成反馈转矩 控制转向电动机的旋转方向、转矩大小和旋转角度通过机械转向装置控制转向轮的转向位置，使汽车沿着驾驶员期望的轨迹行驶。1.1.5.3线控转向系统特点 （1） 取消了方向盘和转向车轮之间的机械连接，通过软件协调它们之间的运动关系，因而消除了机械约束和转向干涉问题，可以根据车速和驾驶员喜好由程序根据汽车的行驶工况实时设置传动比。 （2）去掉了原来转向系统各个模块之间的刚性机械连接，采用柔性连接，使转向系统在汽车上的布置更加灵活，转向盘的位置可以方便

35、地布置在需要的位置。 （3） 提高了汽车的操纵性。由于可以实现传动比的任意设置，并针对不同的车速，转向状况进行参数补偿，从而提高了汽车的操纵性。 （4） 改善驾驶员的“路感”。由于转向盘和转向轮之间无机械连接，驾驶员“路感”通过模拟生成。使得在回正力矩控制方面可以从信号中提出最能够反映汽车实际行驶状态和路面状况的信息，作为转向盘回正力矩的控制变量，使转向盘仅仅向驾驶员提供有用信息，从而为驾驶员提供更为真实的“路感”。 （5）减少了机构部件数量，而减少了从执行机构到转向车轮之间的传递过程，使系统惯性、系统摩擦和传动部件之间的总间隙都得以降低，从而使系统的响应速度和响应的准确性得以提高。 1.2

36、转向系设计概述1.2.1 对转向系的要求 1）汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转，任何车轮不应有侧滑。不满足这项要求会加速轮胎磨损，并降低汽车的行驶稳定性。 2）汽车转向行驶时，在驾驶员松开转向盘的条件下，转向轮能自动返回到直线行驶位置，并稳定行驶。 3）汽车在任何行驶状态下，转向轮都不得产生自振，转向盘没有摆动。 4）转向传动机构和悬架导向装置共同工作时，由于运动不协调使车轮产生的摆动应最小。 5）保证汽车有较高的机动性，具有迅速和小转弯行驶能力。 6）操纵轻便。 7) 转向轮碰撞到障碍物以后，传给转向盘的反冲力要尽可能小。 8)转向器和转向传动机构的球头处，有消除因磨损而产生间隙

37、的调整机构。 9)在车祸中，当转向轴和转向盘由于车架或车身变形而共同后移时，转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。 10)进行运动校核，保证转向轮与转向盘转动方向一致。1.2.2 转向操纵机构 转向操纵机构包括转向盘，转向轴，转向管柱。有时为了布置方便，减小由于装配位置误差及部件相对运动所引起的附加载荷，提高汽车正面碰撞的安全性以及便于拆装，在转向轴与转向器的输入端之间安装转向万向节，如图 3-1。采用柔性万向节可减少传至转向轴上的振动，但柔性万向节如果过软，则会影响转向系的刚度。采用动力转向时，还应有转向动力系统。1.2.3 转向传动机构 转向传动机构包括转向臂、转向纵拉杆、转向节臂

38、、转向梯形臂以及转向横拉杆等。（见图1.1） 转向传动机构用于把转向器输出的力和运动传给左、右转向节并使左、右转向轮按一定关系进行偏转。 图中1-转向万向节；2-转向传动轴；3-转向管柱；4-转向轴；5-转向盘图 1.1 转向操纵机构1.2.4 转向器 机械转向器是将司机对转向盘的转动变为转向摇臂的摆动（或齿条沿转向车轴轴向的移动），并按一定的角转动比和力转动比进行传递的机构。 机械转向器与动力系统相结合，构成动力转向系统。高级轿车和重型载货汽车为了使转向轻便，多采用这种动力转向系统。采用液力式动力转向时，由于液体的阻尼作用，吸收了路面上的冲击载荷，故可采用可逆程度大、正效率又高的转向器结构。

39、 为了避免汽车在撞车时司机受到的转向盘的伤害，除了在转向盘中间可安装安全气囊外，还可在转向系中设置防伤装置。为了缓和来自路面的冲击、衰减转向轮的摆振和转向机构的震动，有的还装有转向减振器。 多数两轴及三轴汽车仅用前轮转向；为了提高操纵稳定性和机动性，某些现代轿车采用全四轮转向；多轴汽车根据对机动性的要求，有时要增加转向轮的数目，制止采用全轮转向 。1-转向摇臂；2-转向纵拉杆；3-转向节臂；4-转向梯形臂；5-转向横拉杆图 1.2 转向传动机构汽车的最小转弯半径 Rmin 与其内、外转向轮在最大转角 i max 与 o max 、轴距 L、主销距 K 及转向轮的转臂 a 等尺寸有关。在转向过程

40、中除内、外转向轮的转角外，其他参数是不变的。最小转弯半径是指汽车在转向轮处于最大转角的条件下以低速转弯时前外轮与地面接触点的轨迹构成圆周的半径。可按下式计算： (1.1)中型车的最小转弯半径一般为8.0012.00m,这里取=12m.图1.3 理想的内、外转向轮转角间的关系操纵轻便型的要求是通过合理地选择转向系的角传动比、力传动比和传动效率来达到。 对转向后转向盘或转向轮能自动回正的要求和对汽车直线行驶稳动性的要求则主要是通过合理的选择主销后倾角和内倾角，消除转向器传动间隙以及选用可逆式转向器来达到。但要使传递到转向盘上的反向冲击小，则转向器的逆效率有不宜太高。至于对转向系的最后两条要求则主要

41、是通过合理地选择结构以及结构布置来解决。 转向器及其纵拉杆与紧固件的称重，约为中级以及上轿车、载货汽车底盘干重的 1.01.4；小排量以及下轿车干重的 1.52.0。转向器的结构型式对汽车的自身质量影响较小。 2 转型系方案的选择及主要参数的确定2.1 转向系方案的选择2.1.1 转向盘 转向盘有盘毂、轮缘和轮辐组成。一般轮辐有两根和三根的，也有四根的。 转向盘的尺寸和形状直接影响转向操纵的轻便性。选用大直径转向盘会使驾驶员进、出驾驶室感到困难；选用小直径转向盘转向时要求驾驶员施加较大的力，从而使汽车操纵困难。 转向盘必须符合 JB4505-1986 转向盘尺寸标准。该标准规定：转向盘直径尺寸

42、 380mm、400mm、425mm、450mm、500mm、550mm。转向盘与转向轴采用圆柱直尺渐开线花键连接形式，可参照下表选择。 表2.1 各类车型的转向盘直径汽车类型转向盘直径/mm轿车、小型客车、轻型货车汽车380、400、425中型客车、中型载货汽车450、475、500大客车、重型载货车5502.1.2 转向轴早期汽车的转向轴通常用一根无缝钢管制造，其结构简单，制造容易，成本低，但从汽车上拆、装转向器较为困难。这种结构在某些轻型汽车上还有应用。目前大多数汽车转向轴上装置了万向节，使转向盘和转向器再汽车上布置更为合理，拆装方便，从而提高了操纵方便性、行驶安全性和转向机构的寿命。特

43、别对可翻转驾驶室的平头车，可将万向节布置在驾驶室翻转轴线上，有利于驾驶室的翻转。 万向节有柔性和刚性两种。柔性万向节，若刚性很大则不能满足使用要求，刚性大小又不能适应汽车转向要求，故一般应用较少。刚性万向节多是十字轴式,可使用单万向节,也可使用双万向节.双万向节要求布置适当,达到等角速运动.本课题选用装有单十字轴万向节的转向轴.2.1.3 转向器转向器(也常称为转向机)是完成由旋转运动到直线运动(或近似直线运动)的一组齿轮机构，同时也是转向系中的减速传动装置。目前较常用的有齿轮齿条式、循环球曲柄指销式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、蜗杆滚轮式等。我们主要介绍前几种。循环球式转向器和齿轮齿

44、条式转向器，已成为当今世界汽车上主要的两种转向器；蜗杆式转向器和蜗杆销式转向器，正在逐步被淘汰或保留较小的地位。循环球式转向器的特点是：效率高，操纵轻便，有一条平滑的操纵力特性曲线。布置方便。特别适合大、中型车辆和动力转向系统配合使用；易于传递驾驶员操纵信号；逆效率高、回位好，与液压助力装置的动作配合得好。可以实现变速比的特性，满足了操纵轻便性的要求。中间位置转向力小、且经常使用，要求转向灵敏，因此希望中间位置附近速比小，以提高灵敏性。大角度转向位置转向阻力大，但使用次数少，因此希望大角度位置速比大一些，以减小转向力。由于循环球式转向器可实现变速比，应用正日益广泛。通过大量钢球的滚动接触来传递

45、转向力，具有较大的强度和较好的耐磨性。并且该转向器可以被设计成具有等强度结构，这也是它应用广泛的原因之一。变速比结构具有较高的刚度，特别适宜高速车辆车速的提高。高速车辆需要在高速时有较好的转向稳定性，必须保证转向器具有较高的刚度。齿条齿扇副磨损后可以重新调整间隙，使之具有合适的转向器传动间隙，从而提高转向器寿命，也是这种转向器的优点之一。循环球式转向器有一蜗杆。您可以将此转向器想象为两部分。第一部分是带有螺纹孔的金属块。此金属块外围有切入的轮齿，这些轮齿与驱动转向摇臂的齿轮相结合（参见图2.2）。方向盘连接在类似螺栓的螺杆上，螺杆则插在金属块的孔内。转动方向盘时，它便会转动螺栓。由于螺栓与金属

46、块之间相对固定，因此旋转时，它不会像普通螺栓那样钻入金属块中，而是带动金属块旋转，进而驱动转动车轮的齿轮。螺栓并不直接与金属块上的螺纹结合在一起，所有螺纹中都填满了滚珠轴承，当齿轮转动时，这些滚珠将循环转动。滚珠轴承有两个作用：第一，减少齿轮的摩擦和磨损；第二，减少齿轮的溢出。如果齿轮溢出，则会在转动方向盘时感觉到。而如果转向器中没有滚珠，轮齿之间会暂时脱离，从而造成方向盘松动。循环球式系统中的动力转向工作原理与齿条齿轮式系统类似。其辅助动力也是通过向金属块一侧注入高压液体来提供的。汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统的零件都称为保安件。循环球式转向器是目前国内外应用最广泛的

47、结构型式之一，一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。为了减少转向螺杆转向螺母之间的摩擦，二者的螺纹并不直接接触，其间装有多个钢球，以实现滚动摩擦。转向螺杆和螺母上都加工出断面轮廓为两段或三段不同心圆弧组成的近似半圆的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面的螺旋管状通道。螺母侧面有两对通孔，可将钢球从此孔塞入螺旋形通道内。转向螺母外有两根钢球导管，每根导管的两端分别插入螺母侧面的一对通孔中。导管内也装满了钢球。这样，两根导管和螺母内的螺旋管状通道组合成两条各自独立的封闭的钢球“流道”。转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，螺母即沿轴向移动。同时，在螺杆及螺母与

48、钢球间的摩擦力偶作用下，所有钢球便在螺旋管状通道内滚动，形成“球流”。在转向器工作时，两列钢球只是在各自的封闭流道内循环，不会脱出。本设计采用的是循环球式转向器.2.1.4 转向梯形 汽车转向时,左右车轮的转角要符合一定的规律,以保证所有车轮在转向的过程中都绕一个圆心以相同的瞬时角速度运动.转向梯形机构可以使汽车在转向过程中所有车轮都是纯滚动或有极小的滑移,从而提高轮胎的使用寿命,保证汽车操纵的轻便性和稳定性。转向梯形机构由梯形臂、横拉杆和前轴组成。根据梯形机构相对前轴的位置可分为前置式和后置式两种。后置转向梯形机构是将转向梯形放在前轴之后,简单可靠,因此应用广泛。前置转向梯形机构是在发动机位

49、置很低或前轴为驱动轴时,转向梯形实在不能布置在转向轴之间,才不得不把转向梯形放在前轴之前。根据前悬架形式的不同,转向梯形机构又可分为整体式和分段式两种。整体式转向梯形机构用于非独立悬架的汽车。分段式转向梯形机构用于独立悬架的汽车,以保证任一前轮的跳动不致牵动拉杆而涉及另一车轮的偏转。分段式转向梯形比较复杂,铰接点多。因本车型采用非独立悬架,故本文采用后置整体式转向梯形。转向设计的前提条件:整车形式及布置形式:平头,发动机前置,非独立悬架,轮胎规格7.50R16LT 14PR,发动机采用型号YN33CRD1。图2.1 齿轮齿条转向器图2.2 循环球式转向器2.1.5 转向轮侧偏角计算 a=16.

50、26 数据的初定:表2.2 主要技术参数数 据全长mm5990全宽mm2240全高整车装备质量时mm2320轮胎7.50R16LT 14PR轮胎压力Mpa0.75主销偏移距mm50方向盘直径mm425最小转弯半径m12转向摇臂mm200转向节臂mm200两主销延长线至地面交点的距离mm1300轴距mm3308轮距前轮 后轮mm16651525最小转弯半径沿前外轮中心mm12000质量参数最大装载质量kg2000整车装备质量kg2495前桥轴荷整车装备质量时kg2805后桥轴荷整车装备质量时kg4685最大总质量kg74902.2 转向系主要性能参数2.2.1 转向器的效率功率从转向轴输入，经转

51、向摇臂轴输出所求得的效率称之为正效率，用符号表示，；反之则称为逆效率，用符号表示，。式中为转向器中的摩擦功率；为转向摇臂轴上的功率。为了保证转向时驾驶员转动转向盘轻便，要求正效率高，为了保证汽车转向后转向轮和转向盘能自动返回到直线行驶位置，又需要有一定的逆效率。为了减轻在不平路面上行驶时驾驶员的疲劳，车轮于路面之间的作用力传至转向盘上要尽可能小，防止打手，这又要求此逆效率尽可能低。影响转向器正效率的因素有：转向器的类型、结构特点、结构参数和制造质量等。2.2.1.1 转向器的正效率影响转向器正效率的因素有:转向器的类型、结构特点、结构参数和制造质量等.(1)转向器类型、结构特点与效率在前述转向

52、器中,齿轮齿条式、循环球式转向器的正效率比较高,而蜗杆指销式特别是固定销和蜗杆滚轮式转向器的正效率要明显低一些.同一类型转向器,因结构不同效率也不一样.如蜗杆滚轮式转向器的滚轮与支持轴之间的轴承,可以选用滚针轴承、圆锥滚子轴承和球轴承等三种结构之一。第一种结构除滚轮与滚针之间有摩擦损失外，滚轮侧翼与垫片之间还存在滑动摩擦损失，故这种转向器的效率仅有54%，另外两种结构在前述四种转向器中，齿轮齿条式、循环球式转向器的正效率比较高，而蜗杆指销式特别是固定销和蜗杆滚轮式转向器的正效率要明显的低些。同一类型转向器，因结构不同效率也不一样。如蜗杆滚轮式转向器的滚轮与支持轴之间的轴承可以选用滚针轴承、圆锥

53、滚子轴的转向器效率，根据试验结果分别为70%和75%。转向摇臂轴轴承的形式对效率也有影响，用滚针轴承比用滑动轴承可使正或逆效率提高约10%。(2)转向器的结构参数和效率如果忽略轴承和其它地方的摩擦损失，只考虑啮合副的摩擦损失，对于蜗杆和螺杆类转向器，其效率可用下式计算 （2.1）式中，为螺杆（或蜗杆）的螺线导程角,通常螺线导程角选在之间,为摩擦角，；为摩擦因数。取为8；取0.03，；2.2.1.2 转向器的逆效率根据逆效率大小不同，转向器又有可逆式、极限可逆式和不可逆式之分。路面作用在车轮上的力，经过转向系可大部分传递到转向盘，这种逆效率较高的转向器属于可逆式。它能保证转向后，转向轮和转向盘自

54、动回正。这既减轻了驾驶员的疲劳，又提高了行驶安全性。但是，在不平路面上行驶时，车轮受到的冲击力能大部分传至转向盘，造成驾驶员“打手”，使之精神紧张；如果长时间在不平路面上行驶，易使驾驶员疲劳，影响安全驾驶。属于可逆式的有齿轮齿条式和循环球式转向器。不可逆式转向器，是指车轮受到的冲击力不能传到转向盘的转向器。该冲击力由转向传动机构的零件承受，因而这些零件容易损坏。同时，它既不能保证车轮自动回正，驾驶员又缺乏路面感觉，因此，现代汽车不采用这种转向器。极限可逆式转向器介于上述两者之间。在车轮受到冲击力作用时，此力只有较小一部分传至转向盘。它的逆效率较低，在不平路面上行驶时，驾驶员并不十分紧张，同时转

55、向传动机构的零件所承受的冲击力也比不可逆式转向器要小。如果忽略轴承和其它地方的摩擦损失，只考虑啮合副的摩擦损失，则逆效率可用下式计算 （2.2）式（2.1）和（2.2）表明：增加导程角，正、逆效率均增大。受增大的影响，不宜取得过大。当导程角小于或等于摩擦角时，逆效率为负值或者为零，此时表明该转向器是不可逆式转向器。2.2.2 传动比的变化特性2.2.2.1 转向系传动比转向系的传动比包括转向系的角传动比和转向系的力传动比。从轮胎接地面中心作用在两个转向轮上的合力与作用在转向盘上的手力之比，称为力传动比，即 （2.3）转向盘角速度与同侧转向节偏转角速度之比，称为转向系角传动比，即 （2.4） 式

56、中为转向盘转角增量；为转向节转角增量；为时间增量。它又由转向器角传动比和转向传动机构角传动比所组成，即。转向盘角速度与摇臂轴角速度之比，称为转向器角传动比，即 （2.5）式中，为摇臂轴转角增量。此定义适应于除齿轮齿条式之外的转向器。摇臂轴角速度与同侧转向节偏转角速度之比，称为转向机构的角传动比，即 （2.6）2.2.2.2 力传动比与转向系角传动比的关系轮胎与地面之间的阻力和作用在转向节上的转向阻力矩之间有如下关系 （2.7）式中，为主销偏移距，指从转向节主销轴线的延长线与支撑平面的交点至车轮中心平面与支承平面交线间的距离。作用在方向盘上的手力可用下式表示 （2.8）式中，为作用在转向盘上的力

57、矩；为转向盘直径。将式（2.3）和（2.4）带入后得到 （2.9）分析式（2.9）可知，当主销偏移距小时，力传动比应取大些才能保证转向轻便。通常轻型越野车的值在0.40.6倍轮胎的胎面宽度尺寸范围内选取。转向盘直径应根据车型不同在GB591186转向盘尺寸标准中规定的系列内选取。本次设计用原有车型的数据。如果忽略摩擦损失，根据能量守恒原理，可用下式表示 （2.10）将式（2.10）代入式（2.9）后得到 （2.11）当和不变时，力传动比越大，虽然转向越轻，但也越大，表明转向不灵敏。2.2.2.3 转向系的角传动比转向传动机构角传动比，除用表示以外，还可以近似地用转向节臂臂长与摇臂长之比来表示，

58、即。现代汽车结构中，与的比值大约在0.851.1之间，可近似认为其比值为1，则。由此可见，研究转向系的传动比特性，只需研究转向器的角传动比及其变化规律即可。2.2.3 转向器角传动比及其变化规律式（2-7）表明：增大角传动比可以增加力传动比。从可知，当一定时，增大能减少作用在方向盘上的手力，使操纵轻便。考虑到，由的定义可知：对于一定的转向盘角速度，转向轮偏转角速度与转向器角传动比成反比。角传动比增加后，转向轮偏转角速度对转向盘角速度的影响应变得迟钝，使转向操纵时间增长，汽车转向灵敏性降低，所以“轻”和“灵”构成一对矛盾。为解决这对矛盾，可采用变速比转向器。齿轮齿条式、循环球式、蜗杆指销式转向器

59、都可以制成变速比转向器。对乘用车,推荐转向器角传动比在17-25内选取;对商用车, 在23-32内选取.2.2.4 转向器传动副的传动间隙2.2.4.1转向器传动副传动间隙特性传动间隙是指各种转向器中传动副之间的间隙.该间隙随转向盘转角的大小不同而改变,这种变化关系称为转向器传动副传动间隙特性.(图2.3)研究该特性的意义在于,它与直线行驶的稳定性和转向器的使用寿命相关. 传动副的传动间隙在转向盘处于中间及其附近位置时要极小,最好无间隙.若转向器传动副存在传动间隙,一旦转向轮受到侧向力作用,车轮将偏离原行驶位置,使汽车失去稳定.传动副在中间及其附近位置因使用频繁,磨损速度要比两端快.在中间附近

60、位置因磨损造成的间隙过大时,必须经调整消除该处间隙.为此,传动副传动间隙我应当设计成图2.3所示的逐渐加大的形状.图2.3 转向器传动副传动间隙特性图中曲线1表明转向器在磨损前的间隙变化特性,曲线2表明使用并磨损后的间隙变化特性,并且在中间位置处已出现较大间隙,曲线3表明调整后并消除中间位置处间隙的转向器传动间隙变化特性.2.2.4.2 如何获得传动间隙特性齿扇通常有5个齿，它与摇臂轴为一体。齿扇的齿厚沿齿长方向是变化的，这样即可通过轴向移动摇臂轴来调节齿扇与齿条的啮合间隙。由于转向器经常处于中间位置工作，因此齿扇与齿条的中间齿磨损最厉害。为了消除中间齿磨损后产生的间隙而又不致在转弯时使两端齿卡住，则应增大两端齿啮合时的齿侧间隙。这种必要的齿侧间隙的改变可通过使齿扇各齿具有不同的齿厚来达到。即齿扇由中间齿向两端齿的齿厚是逐渐减小的。为此可在齿扇的切齿过程中使毛坯绕工艺中心转动，如图2.4所示，相对于摇臂轴的中心有距离为的偏心。这样加工的齿扇在齿条的啮合中由中间齿转向两端的齿时，齿侧间隙也逐渐加大，可表达为 (2.12）式中径向间隙；啮合角；齿扇的分度圆半径；