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1、 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文） 題 目： 貨車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計 （英文）： 院別： 專業(yè)： 姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 日 期： 貨車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計 摘要 汽車在行駛的過程中，經(jīng)常需要改變行駛的方向，稱為轉(zhuǎn)向。輪式汽車行駛是通過轉(zhuǎn)向輪(一般是前輪)對汽車縱向軸線偏轉(zhuǎn)一定角度來實現(xiàn)的。駕駛操縱用來改變或恢復(fù)汽車行駛方向的專用機構(gòu)稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。常用的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為非動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩大類。非動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又稱機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，是以人的體力為動力源，其中所有的傳力器件都是機械的，主要由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動

2、機構(gòu)三部分組成，其中轉(zhuǎn)向器是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要零部件，其性能的好壞直接影響汽車行駛的安全性和可靠性。汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Power Steering System)，亦可稱作轉(zhuǎn)向加力系統(tǒng)，是在機械轉(zhuǎn)向系的基礎(chǔ)上增設(shè)了一套轉(zhuǎn)向加力裝置所構(gòu)成的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 本課題的題目是貨車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計。課題以機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計與校核、整體式轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)的設(shè)計與驗算為中心。首先對汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行概述,分析各種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理和優(yōu)缺點、發(fā)展現(xiàn)狀,說明各種轉(zhuǎn)向器的工作原理.并對轉(zhuǎn)向系的設(shè)計進行一定的概述.二是作設(shè)計前期數(shù)據(jù)準備,對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的整體方案進行選擇,還有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要性能參數(shù)的確定.三

3、是轉(zhuǎn)向器形式的選擇以與初定各個參數(shù),對循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的各個數(shù)據(jù)進行選擇,并對其主要部件進行受力分析與數(shù)據(jù)校核.四是對動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設(shè)計,概述對動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的要求,對動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的布置方案進行選擇并進行各個數(shù)據(jù)的計算。五是整體式轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)的設(shè)計以與驗算,并根據(jù)梯形數(shù)據(jù)對轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)作尺寸設(shè)計。最后設(shè)計中運用AutoCAD作出循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的零件圖以與裝配圖.在本文中主要進行了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計和對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零件的校核，主要方法和理論采用汽車設(shè)計的經(jīng)驗參數(shù)和大學(xué)所學(xué)機械設(shè)計的課程容進行設(shè)計，其結(jié)果滿足強度要求，安全可靠。 關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；機械型轉(zhuǎn)向器 ；循環(huán)球式；液壓式助力轉(zhuǎn)向器

4、 Truck circulating ball type steering system design Abstract Cars in the course of traveling, often need to 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 dri

5、ving control is used to change or restore the direction of vehicle travel special body called the automobile steering 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 mech

6、anical steering system, based on a person's physical power source, power transmission devices are mechanical steering 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 reliabili

7、ty of the cars. Power steering system (Power Steering System), also called steering afterburner system in the mechanical steering system based on the creation of a steering system steering afterburner device. This topic entitled trucks recirculating ball steering system design. Subject to mechanica

8、l steering recirculating ball steering system design and check the overall steering trapezoid design and checking. First automobile steering systems overview, analysis of the working principle and the advantages and disadvantages of various steering system, development status, the working principle

9、of the various steering and steering system design overview of two preliminary data preparation for design , the steering 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 param

10、eters, select the data of the recirculating ball steering, and its main components stress analysis and data check. 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 steer

11、ing trapezoidal design and checking the size of the design of the steering linkage and data according to the trapezoid. 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

12、steering and check the steering system parts, the main methods and theoretical parameters of automotive design experience. 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 ty

13、pe steering gear;Circulating ball type; Hydraulic power steering gear 45 / 52 目錄 1 緒論1 1.1 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述1 1.1.1機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1 1.1.2液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）2 1.1.3電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）2 1.1.4電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）3 1.1.5線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SBW）5 1.2 轉(zhuǎn)向系設(shè)計概述6 1.2.1 對轉(zhuǎn)向系的要求6 1.2.2 轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)7 1.2.3 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)7 1.2.4 轉(zhuǎn)向器8 2 轉(zhuǎn)型系方案的選擇

14、與主要參數(shù)的確定10 2.1 轉(zhuǎn)向系方案的選擇10 2.1.1 轉(zhuǎn)向盤10 2.1.2 轉(zhuǎn)向軸10 2.1.3 轉(zhuǎn)向器10 2.1.4 轉(zhuǎn)向梯形12 2.1.5 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計算13 2.2 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)15 2.2.1 轉(zhuǎn)向器的效率15 2.2.2 傳動比的變化特性17 2.2.3 轉(zhuǎn)向器角傳動比與其變化規(guī)律19 2.2.4 轉(zhuǎn)向器傳動副的傳動間隙19 2.2.5 轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動圈數(shù)22 3 機械式轉(zhuǎn)向器設(shè)計與計算23 3.1主要尺寸參數(shù)的選擇23 3.2 螺桿、鋼球、螺母傳動副設(shè)計25 3.2.1 鋼球中心距螺桿外徑螺母徑25 3.2.2 鋼球直徑d

15、與數(shù)量n25 3.2.3 滾道截面26 3.2.4 接觸角26 3.2.5 螺距和螺旋線導(dǎo)程角26 3.2.6 工作鋼球圈數(shù)27 3.3轉(zhuǎn)向器的計算和校核27 3.3.1循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件的強度計算27 3.4循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件強度計算29 3.4.1 鋼球與滾道間的接觸應(yīng)力29 3.4.2 齒的彎曲應(yīng)力30 3.4.3 轉(zhuǎn)向搖臂軸直徑的確定30 4 動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計31 4.1對動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的要求31 4.2 動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)布置方案31 4.2.1動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)布置方案31 4.2.2 分配閥的結(jié)構(gòu)方案32 4.3動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的計算33 4.3.1動力缸尺寸的計

16、算33 4.3.2 分配滑閥參數(shù)的選擇35 5 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)設(shè)計39 5.1轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)原理39 5.2轉(zhuǎn)向梯形的布置40 5.3 轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)尺寸的初步確定40 5.4轉(zhuǎn)向傳送機構(gòu)的臂、桿與球銷41 5.5轉(zhuǎn)向橫拉桿與其端部41 5.6桿件設(shè)計結(jié)果42 結(jié)論43 參考文獻44 致46 1 緒論 1.1 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車底盤的重要組成部分，轉(zhuǎn)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、減少交通事故以與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(shù)的

17、迅速發(fā)展，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已從純機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系(HPS）、電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS），發(fā)展到利用現(xiàn)代電子和控制技術(shù)的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）與線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SBW）。 按轉(zhuǎn)向力能源的不同，可將轉(zhuǎn)向系分為機械轉(zhuǎn)向系和動力轉(zhuǎn)向系。 機械轉(zhuǎn)向系的能量來源是人力，所有傳力件都是機械的，由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)方向盤、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三大部分組成。其中轉(zhuǎn)向器是將操縱機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃訖C構(gòu)的直線運動嚴格講是近似直線運動的機構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件。 動力轉(zhuǎn)向系除具有以上三大部件外，其最主要的動力來源是轉(zhuǎn)向助力裝置。由于轉(zhuǎn)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

18、、活塞和儲油罐，它們分別相當于電路系統(tǒng)中的電池、導(dǎo)線、開關(guān)、電機和地線的作用。 通常，對轉(zhuǎn)向系的主要要: 1 保證汽車有較高的機動性，在有限的場地面積，具有迅速和小半徑轉(zhuǎn)彎的能力，同時操作輕便 ; 2 汽車轉(zhuǎn)向時，全部車輪應(yīng)繞一個瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，不應(yīng)有側(cè)滑 ; 3 傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖要盡可能的小 ; 4 轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向盤應(yīng)自動回正，并應(yīng)使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài); 5 發(fā)生車禍時，當轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向軸由于車架和車身變形一起后移時，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最好有保護機構(gòu)防止傷與乘員。 1.1.1機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 汽車的轉(zhuǎn)向運動是由駕駛員操縱方向盤，通過轉(zhuǎn)向器和一系列的桿件傳遞到轉(zhuǎn)向輪來完成的。機械

19、式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作過程為：駕駛員對轉(zhuǎn)向盤施加的轉(zhuǎn)向力矩通過轉(zhuǎn)向軸輸入轉(zhuǎn)向器，減速傳動裝置的轉(zhuǎn)向器中有1、2 級減速傳動副，經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大后的力矩和減速后的運動傳到轉(zhuǎn)向橫拉桿，再傳給固定于轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂，使轉(zhuǎn)向節(jié)和它所支承的轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。純機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)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。 純機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為了產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)向扭矩需要使用大直徑的轉(zhuǎn)向盤，需占用較大的空間，整個機構(gòu)笨拙，特別是對轉(zhuǎn)向阻力較大的中重型汽車，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向難度很大，這就大大限制了其使用圍。但因結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、造價低廉，目前該類轉(zhuǎn)向系統(tǒng)除在一些轉(zhuǎn)向操縱力不大、對操控性能

20、要求不高的農(nóng)用車上使用外已很少被采用。 1.1.2液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS） 裝配機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車，在泊車和低速行駛時駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱負擔(dān)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(zhuǎn)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)是建立在機械系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，額外增加了一個液壓系統(tǒng)。液壓轉(zhuǎn)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(zhì)，通過液壓泵產(chǎn)生動力來推動機械轉(zhuǎn)向器，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般由機械轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向器和動力缸置于一個整體，

21、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(zhuǎn)向軸上的撥叉撥動。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向橫拉桿相接。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)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(jīng)控制閥流向動力缸的一側(cè)，推動活塞帶動齒條運動，通過橫拉桿使車輪偏轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)向。 液壓助力轉(zhuǎn)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(chǎn)生的壓力來實現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向。由于液壓轉(zhuǎn)向可以減少駕駛員手動轉(zhuǎn)向力矩，從而改善了汽車的轉(zhuǎn)向輕便性和操縱穩(wěn)定性。為保證汽車原地轉(zhuǎn)向或者低速轉(zhuǎn)向

22、時的輕便性，液壓泵的排量是以發(fā)動機怠速時的流量來確定。汽車起動之后，無論車子是否轉(zhuǎn)向，系統(tǒng)都要處于工作狀態(tài)，而且在大轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向系統(tǒng)還存在低溫工作性能差等缺點。 1.1.3電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS） 由于液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無法兼顧車輛低速時的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，因此，在1983年日本Koyo 公司推出了具備車速感應(yīng)功能的電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）。EHPS 是在液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)起來的，在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)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

23、電機驅(qū)動，取代了由發(fā)動機驅(qū)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(zhuǎn)向系統(tǒng)安全工作；低速時轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向系統(tǒng)是將液壓助力轉(zhuǎn)向與電子控制技術(shù)相結(jié)合的機電一體化產(chǎn)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(zhuǎn)角傳感器和電控單元ECU組成；機械部分包括齒輪齒條轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)向時，電子控制單元驅(qū)動液壓泵以高速運轉(zhuǎn)輸出較大功率，使駕駛員打方向省力；汽車在高速行駛時

24、，液壓控制單元驅(qū)動液壓泵以較低的速度運轉(zhuǎn)，在不至影響高速打轉(zhuǎn)向的需要的同時，節(jié)省一部分的發(fā)動機的功率。 電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理：在汽車直線行駛時，方向盤不轉(zhuǎn)動，電動泵以很低的速度運轉(zhuǎn)，大部分工作油經(jīng)過轉(zhuǎn)向閥流回儲油罐，少部分經(jīng)液控閥然后流回儲油罐；當駕駛員開始轉(zhuǎn)動方向盤時，ECU根據(jù)檢測到的轉(zhuǎn)角、車速以與電動機轉(zhuǎn)速的反饋信號等，判斷汽車的轉(zhuǎn)向狀態(tài)，決定提供助力大小，向驅(qū)動單元發(fā)出控制指令，使電動機產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)速以驅(qū)動油泵，進而輸出相應(yīng)流量和壓力的高壓油。高壓油經(jīng)轉(zhuǎn)向控制閥進入齒條上的動力缸，推動活塞以產(chǎn)生適當?shù)闹?，協(xié)助駕駛員進行轉(zhuǎn)向操作，從而獲得理想的轉(zhuǎn)向效果。 電控液壓助力轉(zhuǎn)向

25、系統(tǒng)在傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)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、不便于安裝維修與檢測等問題。電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向電動的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的過渡。 1.1.4電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS） 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(zhuǎn)向柱助力式電動助力轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向系統(tǒng)，從此揭開了電動助力轉(zhuǎn)向在汽車上應(yīng)用的歷史。EPS 是在 EHPS 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 它取消 EHPS 的液壓油泵、油管、油缸和密

26、封圈等部件完全依靠電動機通過減速機構(gòu)直接驅(qū)動轉(zhuǎn)向機構(gòu)其結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)向系統(tǒng)在本田飛度、思域以與豐田新皇冠、奔馳新 A-class 等車型上紛紛被采用。 1.1.4.1電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)構(gòu)成 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般是由轉(zhuǎn)矩（轉(zhuǎn)向）傳感器、電子控制單元ECU、電動機、電磁離合器以與減速機構(gòu)組成。 1.1.4.2電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理 電動助力轉(zhuǎn)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

27、傳感器一般是和扭矩傳感器裝在一起的（有些傳感器已經(jīng)將這2 個功能集成為一體） 扭矩和方向盤位置信息經(jīng)過控制單元處理，連同傳入控制單元的車速信號，根據(jù)預(yù)先設(shè)計好的程序產(chǎn)生助力指令。該指令傳到電機，由電機產(chǎn)生扭矩傳到助力機構(gòu)上去，這里的齒輪機構(gòu)則起到增大扭矩的作用。這樣，助力扭矩就傳到了轉(zhuǎn)向柱并最終完成了助力轉(zhuǎn)向。 1.1.4.3 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點 1.節(jié)約了能源消耗。 與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，沒有系統(tǒng)要求的常運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向油泵，且電動機只是在需要轉(zhuǎn)向時才接通電源，所以動力消耗和燃油消耗均可降到最低。還消除了由于轉(zhuǎn)向油泵帶來的噪音污染。液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要發(fā)動機帶動液壓油泵，使液壓油

28、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(zhuǎn)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(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向與當前的車速有關(guān)。當轉(zhuǎn)向盤不轉(zhuǎn)向時，電機不工作；需要轉(zhuǎn)向時，電機在控制模塊的作用下開始工作，輸出相應(yīng)大小與方向的轉(zhuǎn)矩以產(chǎn)生助動轉(zhuǎn)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)，在各種行駛條件下可節(jié)能80左右。 2.改善了轉(zhuǎn)向回正特性。 當駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤一角度然后松開時，EPS 系統(tǒng)能夠自動調(diào)整使車輪回到正中。同時還可利用軟件在最大限度調(diào)整設(shè)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

29、不同車速與不同車況下的轉(zhuǎn)矩特性，這些轉(zhuǎn)矩特性使得該系統(tǒng)能顯著地提高轉(zhuǎn)向能力，提供了與車輛動態(tài)性能相匹配的轉(zhuǎn)向回正特性。而在傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)中，要改善這種特性必須改造底盤的機械結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)起來很困難。 3.提高了操縱穩(wěn)定性。 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向由于不能很好地對助力進行實時調(diào)節(jié)與控制，所以協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)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調(diào)節(jié)與控制，可以很好地解決這個矛盾。

30、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)與汽車點火系統(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(yīng)的故障代碼，轉(zhuǎn)為手動轉(zhuǎn)向，按普通轉(zhuǎn)向控制方式進行工作，確保了行車的安全。 1.1.5線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SBW） 在車輛高速化、駕駛?cè)藛T大眾化、車流密集化的今天，針對更多不同水平的駕駛?cè)巳?，汽車的易操縱性設(shè)計顯得尤為重要。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Steering-By-WireSysterm，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(zhuǎn)向系統(tǒng)，具有比EPS 操縱穩(wěn)定性更好

31、的特點，它取消轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機械連接，完全由電能實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，徹底擺脫傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所固有的限制，提高了汽車的安全性和駕駛的方便性。 1.1.5.1 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)成 SBW 系統(tǒng)一般由轉(zhuǎn)向盤模塊、轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊和主控制器ECU、自動防故障系統(tǒng)以與電源等模塊組成。轉(zhuǎn)向盤模塊包括路感電機和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器等，轉(zhuǎn)向盤模塊向駕駛員提供合適的轉(zhuǎn)向感覺（ 也稱為路感） 并為前輪轉(zhuǎn)角提供參考信號。轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊包括轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角、向轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向盤模塊和轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊的協(xié)調(diào)工作。 1.1.5.2 線控轉(zhuǎn)

32、向系統(tǒng)的工作原理 當轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動時 轉(zhuǎn)向傳感器和轉(zhuǎn)向角傳感器檢測到駕駛員轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角并轉(zhuǎn)變成電信號輸入到ECU，ECU 根據(jù)車速傳感器和安裝在轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)上的位移傳感器的信號來控制轉(zhuǎn)矩反饋電動機的旋轉(zhuǎn)方向并根據(jù)轉(zhuǎn)向力模擬生成反饋轉(zhuǎn)矩 控制轉(zhuǎn)向電動機的旋轉(zhuǎn)方向、轉(zhuǎn)矩大小和旋轉(zhuǎn)角度通過機械轉(zhuǎn)向裝置控制轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向位置，使汽車沿著駕駛員期望的軌跡行駛。 1.1.5.3線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點 （1） 取消了方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的機械連接，通過軟件協(xié)調(diào)它們之間的運動關(guān)系，因而消除了機械約束和轉(zhuǎn)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(shè)置傳動比。 （2）去掉了原來轉(zhuǎn)向系

33、統(tǒng)各個模塊之間的剛性機械連接，采用柔性連接，使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車上的布置更加靈活，轉(zhuǎn)向盤的位置可以方便地布置在需要的位置。 （3） 提高了汽車的操縱性。由于可以實現(xiàn)傳動比的任意設(shè)置，并針對不同的車速，轉(zhuǎn)向狀況進行參數(shù)補償，從而提高了汽車的操縱性。 （4） 改善駕駛員的“路感”。由于轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間無機械連接，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(zhuǎn)向盤回正力矩的控制變量，使轉(zhuǎn)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”。 （5）減少了機構(gòu)部件數(shù)量，而減少了從執(zhí)行機構(gòu)到轉(zhuǎn)向車輪之間的傳遞過程

34、，使系統(tǒng)慣性、系統(tǒng)摩擦和傳動部件之間的總間隙都得以降低，從而使系統(tǒng)的響應(yīng)速度和響應(yīng)的準確性得以提高。 1.2 轉(zhuǎn)向系設(shè)計概述 1.2.1 對轉(zhuǎn)向系的要求 1）汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，全部車輪應(yīng)繞瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，任何車輪不應(yīng)有側(cè)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。 2）汽車轉(zhuǎn)向行駛時，在駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤的條件下，轉(zhuǎn)向輪能自動返回到直線行駛位置，并穩(wěn)定行駛。 3）汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪都不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動。 4）轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置共同工作時，由于運動不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生的擺動應(yīng)最小。 5）保證汽車有較高的機動性，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力。

35、 6）操縱輕便。 7) 轉(zhuǎn)向輪碰撞到障礙物以后，傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。 8)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機構(gòu)。 9)在車禍中，當轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤由于車架或車身變形而共同后移時，轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。 10)進行運動校核，保證轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動方向一致。 1.2.2 轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu) 轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)包括轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向管柱。有時為了布置方便，減小由于裝配位置誤差與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與便于拆裝，在轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向器的輸入端之間安裝轉(zhuǎn)向萬向節(jié)，如圖 3-1。采用柔性萬向節(jié)可減少傳至轉(zhuǎn)

36、向軸上的振動，但柔性萬向節(jié)如果過軟，則會影響轉(zhuǎn)向系的剛度。采用動力轉(zhuǎn)向時，還應(yīng)有轉(zhuǎn)向動力系統(tǒng)。 1.2.3 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu) 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)包括轉(zhuǎn)向臂、轉(zhuǎn)向縱拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向梯形臂以與轉(zhuǎn)向橫拉桿等。（見圖1.1） 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)用于把轉(zhuǎn)向器輸出的力和運動傳給左、右轉(zhuǎn)向節(jié)并使左、右轉(zhuǎn)向輪按一定關(guān)系進行偏轉(zhuǎn)。 圖中1-轉(zhuǎn)向萬向節(jié)；2-轉(zhuǎn)向傳動軸；3-轉(zhuǎn)向管柱；4-轉(zhuǎn)向軸；5-轉(zhuǎn)向盤 圖 1.1 轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu) 1.2.4 轉(zhuǎn)向器 機械轉(zhuǎn)向器是將司機對轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動變?yōu)檗D(zhuǎn)向搖臂的擺動（或齒條沿轉(zhuǎn)向車軸軸向的移動），并按一定的角轉(zhuǎn)動比和力轉(zhuǎn)動比進行傳遞的機構(gòu)。 機械轉(zhuǎn)向器與動力系

37、統(tǒng)相結(jié)合，構(gòu)成動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。高級轎車和重型載貨汽車為了使轉(zhuǎn)向輕便，多采用這種動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。采用液力式動力轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)。 為了避免汽車在撞車時司機受到的轉(zhuǎn)向盤的傷害，除了在轉(zhuǎn)向盤中間可安裝安全氣囊外，還可在轉(zhuǎn)向系中設(shè)置防傷裝置。為了緩和來自路面的沖擊、衰減轉(zhuǎn)向輪的擺振和轉(zhuǎn)向機構(gòu)的震動，有的還裝有轉(zhuǎn)向減振器。 多數(shù)兩軸與三軸汽車僅用前輪轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向；多軸汽車根據(jù)對機動性的要求，有時要增加轉(zhuǎn)向輪的數(shù)目，制止采用全輪轉(zhuǎn)向 。 1-轉(zhuǎn)向搖臂；2-轉(zhuǎn)向縱拉桿；3-轉(zhuǎn)向

38、節(jié)臂；4-轉(zhuǎn)向梯形臂；5-轉(zhuǎn)向橫拉桿 圖 1.2 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu) 汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑 Rmin 與其、外轉(zhuǎn)向輪在最大轉(zhuǎn)角 i max 與 o max 、軸距 L、主銷距 K 與轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)臂 a 等尺寸有關(guān)。在轉(zhuǎn)向過程中除、外轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角外，其他參數(shù)是不變的。最小轉(zhuǎn)彎半徑是指汽車在轉(zhuǎn)向輪處于最大轉(zhuǎn)角的條件下以低速轉(zhuǎn)彎時前外輪與地面接觸點的軌跡構(gòu)成圓周的半徑?？砂聪率接嬎悖? (1.1) 中型車的最小轉(zhuǎn)彎半徑一般為?8.00～12.00m,這里取=12m. 圖1.3 理想的、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角間的關(guān)系 操縱輕便型的要通過合理地選擇轉(zhuǎn)向系的角傳

39、動比、力傳動比和傳動效率來達到。 對轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向盤或轉(zhuǎn)向輪能自動回正的要求和對汽車直線行駛穩(wěn)動性的要求則主要是通過合理的選擇主銷后傾角和傾角，消除轉(zhuǎn)向器傳動間隙以與選用可逆式轉(zhuǎn)向器來達到。但要使傳遞到轉(zhuǎn)向盤上的反向沖擊小，則轉(zhuǎn)向器的逆效率有不宜太高。至于對轉(zhuǎn)向系的最后兩條要求則主要是通過合理地選擇結(jié)構(gòu)以與結(jié)構(gòu)布置來解決。 轉(zhuǎn)向器與其縱拉桿與緊固件的稱重，約為中級以與上轎車、載貨汽車底盤干重的 1.0～1.4；小排量以與下轎車干重的 1.5～2.0。轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)型式對汽車的自身質(zhì)量影響較小。 2 轉(zhuǎn)型系方案的選擇與主要參數(shù)的確定 2.1 轉(zhuǎn)向系方案的選

40、擇 2.1.1 轉(zhuǎn)向盤 轉(zhuǎn)向盤有盤轂、輪緣和輪輻組成。一般輪輻有兩根和三根的，也有四根的。 轉(zhuǎn)向盤的尺寸和形狀直接影響轉(zhuǎn)向操縱的輕便性。選用大直徑轉(zhuǎn)向盤會使駕駛員進、出駕駛室感到困難；選用小直徑轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向時要求駕駛員施加較大的力，從而使汽車操縱困難。 轉(zhuǎn)向盤必須符合 4505-1986 轉(zhuǎn)向盤尺寸標準。該標準規(guī)定：轉(zhuǎn)向盤直徑尺寸 380mm、400mm、425mm、450mm、500mm、550mm。轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向軸采用圓柱直尺漸開線花鍵連接形式，可參照下表選擇。 表2.1 各類車型的轉(zhuǎn)向盤直徑 汽車類型 轉(zhuǎn)向盤直徑/mm 轎車、小型客車、輕型貨車汽車 380、400、425

41、 中型客車、中型載貨汽車 450、475、500 大客車、重型載貨車 550 2.1.2 轉(zhuǎn)向軸 早期汽車的轉(zhuǎn)向軸通常用一根無縫鋼管制造，其結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，成本低，但從汽車上拆、裝轉(zhuǎn)向器較為困難。這種結(jié)構(gòu)在某些輕型汽車上還有應(yīng)用。目前大多數(shù)汽車轉(zhuǎn)向軸上裝置了萬向節(jié)，使轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向器再汽車上布置更為合理，拆裝方便，從而提高了操縱方便性、行駛安全性和轉(zhuǎn)向機構(gòu)的壽命。特別對可翻轉(zhuǎn)駕駛室的平頭車，可將萬向節(jié)布置在駕駛室翻轉(zhuǎn)軸線上，有利于駕駛室的翻轉(zhuǎn)。 萬向節(jié)有柔性和剛性兩種。柔性萬向節(jié)，若剛性很大則不能滿足使用要求，剛性大小又不能適應(yīng)汽車轉(zhuǎn)向要求，故一般應(yīng)用較少。剛性萬向節(jié)多是十字

42、軸式,可使用單萬向節(jié),也可使用雙萬向節(jié).雙萬向節(jié)要求布置適當,達到等角速運動.本課題選用裝有單十字軸萬向節(jié)的轉(zhuǎn)向軸. 2.1.3轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)向器(也常稱為轉(zhuǎn)向機)是完成由旋轉(zhuǎn)運動到直線運動(或近似直線運動)的一組齒輪機構(gòu)，同時也是轉(zhuǎn)向系中的減速傳動裝置。目前較常用的有齒輪齒條式、循環(huán)球曲柄指銷式、蝸桿曲柄指銷式、循環(huán)球-齒條齒扇式、蝸桿滾輪式等。我們主要介紹前幾種。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，已成為當今世界汽車上主要的兩種轉(zhuǎn)向器；蝸桿式轉(zhuǎn)向器和蝸桿銷式轉(zhuǎn)向器，正在逐步被淘汰或保留較小的地位。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的特點是：效率高，操縱輕便，有一條平滑的操縱力特性曲線。布置方便。特別適合

43、大、中型車輛和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配合使用；易于傳遞駕駛員操縱信號；逆效率高、回位好，與液壓助力裝置的動作配合得好。可以實現(xiàn)變速比的特性，滿足了操縱輕便性的要求。中間位置轉(zhuǎn)向力小、且經(jīng)常使用，要求轉(zhuǎn)向靈敏，因此希望中間位置附近速比小，以提高靈敏性。大角度轉(zhuǎn)向位置轉(zhuǎn)向阻力大，但使用次數(shù)少，因此希望大角度位置速比大一些，以減小轉(zhuǎn)向力。由于循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器可實現(xiàn)變速比，應(yīng)用正日益廣泛。 通過大量鋼球的滾動接觸來傳遞轉(zhuǎn)向力，具有較大的強度和較好的耐磨性。并且該轉(zhuǎn)向器可以被設(shè)計成具有等強度結(jié)構(gòu)，這也是它應(yīng)用廣泛的原因之一。 變速比結(jié)構(gòu)具有較高的剛度，特別適宜高速車輛車速的提高。高速車輛需要在高速時有較好的轉(zhuǎn)向

44、穩(wěn)定性，必須保證轉(zhuǎn)向器具有較高的剛度。 齒條齒扇副磨損后可以重新調(diào)整間隙，使之具有合適的轉(zhuǎn)向器傳動間隙，從而提高轉(zhuǎn)向器壽命，也是這種轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點之一。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器有一蝸桿。您可以將此轉(zhuǎn)向器想象為兩部分。第一部分是帶有螺紋孔的金屬塊。此金屬塊外圍有切入的輪齒，這些輪齒與驅(qū)動轉(zhuǎn)向搖臂的齒輪相結(jié)合（參見圖2.2）。方向盤連接在類似螺栓的螺桿上，螺桿則插在金屬塊的孔。轉(zhuǎn)動方向盤時，它便會轉(zhuǎn)動螺栓。由于螺栓與金屬塊之間相對固定，因此旋轉(zhuǎn)時，它不會像普通螺栓那樣鉆入金屬塊中，而是帶動金屬塊旋轉(zhuǎn)，進而驅(qū)動轉(zhuǎn)動車輪的齒輪。 螺栓并不直接與金屬塊上的螺紋結(jié)合在一起，所有螺紋中都填滿了滾珠軸承，當齒輪轉(zhuǎn)

45、動時，這些滾珠將循環(huán)轉(zhuǎn)動。滾珠軸承有兩個作用：第一，減少齒輪的摩擦和磨損；第二，減少齒輪的溢出。如果齒輪溢出，則會在轉(zhuǎn)動方向盤時感覺到。而如果轉(zhuǎn)向器中沒有滾珠，輪齒之間會暫時脫離，從而造成方向盤松動。循環(huán)球式系統(tǒng)中的動力轉(zhuǎn)向工作原理與齒條齒輪式系統(tǒng)類似。其輔助動力也是通過向金屬塊一側(cè)注入高壓液體來提供的。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對汽車的行駛安全至關(guān)重要，因此汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的零件都稱為保安件。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是目前國外應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式之一，一般有兩級傳動副，第一級是螺桿螺母傳動副，第二級是齒條齒扇傳動副。為了減少轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)向螺母之間的摩擦，二者的螺紋并不直接接觸，其間裝有多個鋼球，以實現(xiàn)滾動摩擦。轉(zhuǎn)向螺桿和

46、螺母上都加工出斷面輪廓為兩段或三段不同心圓弧組成的近似半圓的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圓形斷面的螺旋管狀通道。螺母側(cè)面有兩對通孔，可將鋼球從此孔塞入螺旋形通道。轉(zhuǎn)向螺母外有兩根鋼球?qū)Ч?，每根?dǎo)管的兩端分別插入螺母側(cè)面的一對通孔中。導(dǎo)管也裝滿了鋼球。這樣，兩根導(dǎo)管和螺母的螺旋管狀通道組合成兩條各自獨立的封閉的鋼球“流道”。 轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)動時，通過鋼球?qū)⒘鹘o轉(zhuǎn)向螺母，螺母即沿軸向移動。同時，在螺桿與螺母與鋼球間的摩擦力偶作用下，所有鋼球便在螺旋管狀通道滾動，形成“球流”。在轉(zhuǎn)向器工作時，兩列鋼球只是在各自的封閉流道循環(huán)，不會脫出。 本設(shè)計采用的是循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器. 2.1.4 轉(zhuǎn)向梯形

47、 汽車轉(zhuǎn)向時,左右車輪的轉(zhuǎn)角要符合一定的規(guī)律,以保證所有車輪在轉(zhuǎn)向的過程中都繞一個圓心以一樣的瞬時角速度運動.轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)可以使汽車在轉(zhuǎn)向過程中所有車輪都是純滾動或有極小的滑移,從而提高輪胎的使用壽命,保證汽車操縱的輕便性和穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)由梯形臂、橫拉桿和前軸組成。 根據(jù)梯形機構(gòu)相對前軸的位置可分為前置式和后置式兩種。后置轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)是將轉(zhuǎn)向梯形放在前軸之后,簡單可靠,因此應(yīng)用廣泛。 前置轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)是在發(fā)動機位置很低或前軸為驅(qū)動軸時,轉(zhuǎn)向梯形實在不能布置在轉(zhuǎn)向軸之間,才不得不把轉(zhuǎn)向梯形放在前軸之前。 根據(jù)前懸架形式的不同,轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)又可分為整體式和分段式兩種。 整體式轉(zhuǎn)向梯

48、形機構(gòu)用于非獨立懸架的汽車。分段式轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)用于獨立懸架的汽車,以保證任一前輪的跳動不致牽動拉桿而涉與另一車輪的偏轉(zhuǎn)。分段式轉(zhuǎn)向梯形比較復(fù)雜,鉸接點多。 因本車型采用非獨立懸架,故本文采用后置整體式轉(zhuǎn)向梯形。 轉(zhuǎn)向設(shè)計的前提條件: 整車形式與布置形式:平頭,發(fā)動機前置,非獨立懸架,輪胎規(guī)格7.50R16LT 14PR,發(fā)動機采用型號YN33CRD1。 圖2.1 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器 圖2.2 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 2.1.5 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計算 a=16.26 數(shù)據(jù)的初定: 表2.2 主要技術(shù)參數(shù) 數(shù) 據(jù) 全長[mm] 5990

49、 全寬[mm] 2240 全高[整車裝備質(zhì)量時][mm] 2320 輪胎 7.50R16LT 14PR 輪胎壓力[Mpa] 0.75 主銷偏移距[mm] 50 方向盤直徑[mm] 425 最小轉(zhuǎn)彎半徑[m] 12 轉(zhuǎn)向搖臂[mm] 200 轉(zhuǎn)向節(jié)臂[mm] 200 兩主銷延長線至地面交點的距離[mm] 1300 軸距[mm] 3308 輪距[前輪 后輪][mm] 1665 1525 最小轉(zhuǎn)彎半徑[沿前外輪中心][mm] 12000 質(zhì)量參數(shù) 最大裝載質(zhì)量[kg] 2000

50、整車裝備質(zhì)量[kg] 2495 前橋軸荷[整車裝備質(zhì)量時][kg] 2805 后橋軸荷[整車裝備質(zhì)量時][kg] 4685 最大總質(zhì)量[kg] 7490 2.2 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù) 2.2.1 轉(zhuǎn)向器的效率 功率從轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出所求得的效率稱之為正效率，用符號表示，；反之則稱為逆效率，用符號表示，。式中為轉(zhuǎn)向器中的摩擦功率；為轉(zhuǎn)向搖臂軸上的功率。為了保證轉(zhuǎn)向時駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤輕便，要求正效率高，為了保證汽車轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤能自動返回到直線行駛位置，又需要有一定的逆效率。為了減輕在不平路面上行駛時駕駛員的疲勞，車輪于路面之間的作用力傳至轉(zhuǎn)向盤

51、上要盡可能小，防止打手，這又要求此逆效率盡可能低。 影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有：轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。 2.2.1.1 轉(zhuǎn)向器的正效率 影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有:轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等. (1)轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點與效率 在前述轉(zhuǎn)向器中,齒輪齒條式、循環(huán)球式轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向器的正效率要明顯低一些. 同一類型轉(zhuǎn)向器,因結(jié)構(gòu)不同效率也不一樣.如蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的滾輪與支持軸之間的軸承,可以選用滾針軸承、圓錐滾子軸承和球軸承等三種結(jié)構(gòu)之一。第一種結(jié)構(gòu)除滾輪與滾針之間有摩擦損失外，滾輪側(cè)翼與墊片之間還

52、存在滑動摩擦損失，故這種轉(zhuǎn)向器的效率僅有54%，另外兩種結(jié)構(gòu)在前述四種轉(zhuǎn)向器中，齒輪齒條式、循環(huán)球式轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向器的正效率要明顯的低些。同一類型轉(zhuǎn)向器，因結(jié)構(gòu)不同效率也不一樣。如蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的滾輪與支持軸之間的軸承可以選用滾針軸承、圓錐滾子軸的轉(zhuǎn)向器效率，根據(jù)試驗結(jié)果分別為70%和75%。轉(zhuǎn)向搖臂軸軸承的形式對效率也有影響，用滾針軸承比用滑動軸承可使正或逆效率提高約10%。 (2)轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和效率 如果忽略軸承和其它地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，對于蝸桿和螺桿類轉(zhuǎn)向器，其效率可用下式計算

53、 （2.1） 式中，為螺桿（或蝸桿）的螺線導(dǎo)程角,通常螺線導(dǎo)程角選在之間,為摩擦角，；為摩擦因數(shù)。取為8°；取0.03，； 2.2.1.2 轉(zhuǎn)向器的逆效率 根據(jù)逆效率大小不同，轉(zhuǎn)向器又有可逆式、極限可逆式和不可逆式之分。 路面作用在車輪上的力，經(jīng)過轉(zhuǎn)向系可大部分傳遞到轉(zhuǎn)向盤，這種逆效率較高的轉(zhuǎn)向器屬于可逆式。它能保證轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動回正。這既減輕了駕駛員的疲勞，又提高了行駛安全性。但是，在不平路面上行駛時，車輪受到的沖擊力能大部分傳至轉(zhuǎn)向盤，造成駕駛員“打手”，使之精神緊；如果長時間在不平路面上行駛，易使駕駛員疲勞，影響安全駕駛。屬于可逆式的有齒

54、輪齒條式和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。 不可逆式轉(zhuǎn)向器，是指車輪受到的沖擊力不能傳到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向器。該沖擊力由轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)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(zhuǎn)向器。 極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于上述兩者之間。在車輪受到?jīng)_擊力作用時，此力只有較小一部分傳至轉(zhuǎn)向盤。它的逆效率較低，在不平路面上行駛時，駕駛員并不十分緊，同時轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的零件所承受的沖擊力也比不可逆式轉(zhuǎn)向器要小。 如果忽略軸承和其它地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，則逆效率可用下式計算 （2.2） 式（

55、2.1）和（2.2）表明：增加導(dǎo)程角，正、逆效率均增大。受增大的影響，不宜取得過大。當導(dǎo)程角小于或等于摩擦角時，逆效率為負值或者為零，此時表明該轉(zhuǎn)向器是不可逆式轉(zhuǎn)向器。 2.2.2 傳動比的變化特性 2.2.2.1 轉(zhuǎn)向系傳動比 轉(zhuǎn)向系的傳動比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動比和轉(zhuǎn)向系的力傳動比。從輪胎接地面中心作用在兩個轉(zhuǎn)向輪上的合力與作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力之比，稱為力傳動比，即 （2.3） 轉(zhuǎn)向盤角速度與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度之比，稱為轉(zhuǎn)向系角傳動比，即 （2.4） 式中為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量；為

56、轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量；為時間增量。它又由轉(zhuǎn)向器角傳動比和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)角傳動比所組成，即。 轉(zhuǎn)向盤角速度與搖臂軸角速度之比，稱為轉(zhuǎn)向器角傳動比，即 （2.5） 式中，為搖臂軸轉(zhuǎn)角增量。此定義適應(yīng)于除齒輪齒條式之外的轉(zhuǎn)向器。 搖臂軸角速度與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度之比，稱為轉(zhuǎn)向機構(gòu)的角傳動比，即 （2.6） 2.2.2.2 力傳動比與轉(zhuǎn)向系角傳動比的關(guān)系 輪胎與地面之間的阻力和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩之間有如下關(guān)系 （2.7） 式中，為主銷偏移距，指

57、從轉(zhuǎn)向節(jié)主銷軸線的延長線與支撐平面的交點至車輪中心平面與支承平面交線間的距離。 作用在方向盤上的手力可用下式表示 （2.8） 式中，為作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩；為轉(zhuǎn)向盤直徑。 將式（2.3）和（2.4）帶入后得到 （2.9） 分析式（2.9）可知，當主銷偏移距小時，力傳動比應(yīng)取大些才能保證轉(zhuǎn)向輕便。通常輕型越野車的值在0.4～0.6倍輪胎的胎面寬度尺寸圍選取。轉(zhuǎn)向盤直徑應(yīng)根據(jù)車型不同在GB5911—86轉(zhuǎn)向盤尺寸標準中規(guī)定的系列選取。本次設(shè)計用原有車型的數(shù)據(jù)。 如果忽略

58、摩擦損失，根據(jù)能量守恒原理，可用下式表示 （2.10） 將式（2.10）代入式（2.9）后得到 （2.11） 當和不變時，力傳動比越大，雖然轉(zhuǎn)向越輕，但也越大，表明轉(zhuǎn)向不靈敏。 2.2.2.3 轉(zhuǎn)向系的角傳動比 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)角傳動比，除用表示以外，還可以近似地用轉(zhuǎn)向節(jié)臂臂長與搖臂長之比來表示，即。現(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)中，與的比值大約在0.85～1.1之間，可近似認為其比值為1，則。由此可見，研究轉(zhuǎn)向系的傳動比特性，只需研究轉(zhuǎn)向器的角傳動比與其變化規(guī)律即可。 2.2.3 轉(zhuǎn)向器角傳動比與其

59、變化規(guī)律 式（2-7）表明：增大角傳動比可以增加力傳動比。從可知，當一定時，增大能減少作用在方向盤上的手力，使操縱輕便。 考慮到，由的定義可知：對于一定的轉(zhuǎn)向盤角速度，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度與轉(zhuǎn)向器角傳動比成反比。角傳動比增加后，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度對轉(zhuǎn)向盤角速度的影響應(yīng)變得遲鈍，使轉(zhuǎn)向操縱時間增長，汽車轉(zhuǎn)向靈敏性降低，所以“輕”和“靈”構(gòu)成一對矛盾。為解決這對矛盾，可采用變速比轉(zhuǎn)向器。 齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器都可以制成變速比轉(zhuǎn)向器。對乘用車,推薦轉(zhuǎn)向器角傳動比在17-25選取;對商用車,在23-32選取. 2.2.4 轉(zhuǎn)向器傳動副的傳動間隙 2.2.4.1轉(zhuǎn)向器傳動副傳動間隙

60、特性 傳動間隙是指各種轉(zhuǎn)向器中傳動副之間的間隙.該間隙隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的大小不同而改變,這種變化關(guān)系稱為轉(zhuǎn)向器傳動副傳動間隙特性.(圖2.3) 研究該特性的意義在于,它與直線行駛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向器的使用壽命相關(guān). 傳動副的傳動間隙在轉(zhuǎn)向盤處于中間與其附近位置時要極小,最好無間隙.若轉(zhuǎn)向器傳動副存在傳動間隙,一旦轉(zhuǎn)向輪受到側(cè)向力作用,車輪將偏離原行駛位置,使汽車失去穩(wěn)定. 傳動副在中間與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(jīng)調(diào)整消除該處間隙. 為此,傳動副傳動間隙我應(yīng)當設(shè)計成圖2.3所示的逐漸加大的形狀. 圖2.3 轉(zhuǎn)向器傳動副傳動間隙

61、特性 圖中曲線1表明轉(zhuǎn)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(diào)整后并消除中間位置處間隙的轉(zhuǎn)向器傳動間隙變化特性. 2.2.4.2 如何獲得傳動間隙特性 齒扇通常有5個齒，它與搖臂軸為一體。齒扇的齒厚沿齒長方向是變化的，這樣即可通過軸向移動搖臂軸來調(diào)節(jié)齒扇與齒條的嚙合間隙。由于轉(zhuǎn)向器經(jīng)常處于中間位置工作，因此齒扇與齒條的中間齒磨損最厲害。為了消除中間齒磨損后產(chǎn)生的間隙而又不致在轉(zhuǎn)彎時使兩端齒卡住，則應(yīng)增大兩端齒嚙合時的齒側(cè)間隙。這種必要的齒側(cè)間隙的改變可通過使齒扇各齒具有不同的齒厚來達到。即齒扇由中間齒向兩端齒的齒厚是逐

62、漸減小的。為此可在齒扇的切齒過程中使毛坯繞工藝中心轉(zhuǎn)動，如圖2.4所示，相對于搖臂軸的中心有距離為的偏心。這樣加工的齒扇在齒條的嚙合中由中間齒轉(zhuǎn)向兩端的齒時，齒側(cè)間隙也逐漸加大，可表達為 (2.12） 式中——徑向間隙； ——嚙合角； ——齒扇的分度圓半徑； ——搖臂軸的轉(zhuǎn)角。 圖2.4 為獲得變化的齒側(cè)間隙齒扇的加工原理和計算簡圖 圖2.5 用于選擇偏心n的線圖 當，確定后，根據(jù)上式可繪制如圖2.5所示的線圖，用于選擇適當?shù)闹?，以便使齒條、齒扇傳動副兩端齒嚙合時，齒側(cè)間隙能夠適應(yīng)消除中間齒最大磨損量所形成的間隙的需要。 齒條、齒扇傳動副各對嚙合齒齒側(cè)

63、間隙的改變也可以用改變齒條各齒槽寬而不改變齒扇各輪齒齒厚的辦法來實現(xiàn)。一般是將齒條(一般有4個齒)兩側(cè)的齒槽寬制成比中間齒槽大0.20～0.30mm即可。本次設(shè)計采用直齒齒輪。 2.2.5 轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動圈數(shù) 轉(zhuǎn)向盤從一個極端位置轉(zhuǎn)到另一個極端位置時所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)稱為轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動圈數(shù).它與轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)向第的角傳動比有關(guān),并影響轉(zhuǎn)向的操縱輕便性和靈敏性.轎車轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動圈數(shù)較少,一般約在3.6圈以;貨車一般不宜超過6圈. 3 機械式轉(zhuǎn)向器設(shè)計

64、與計算 3.1主要尺寸參數(shù)的選擇 前軸載荷根據(jù)表（2.2）取得為2805Kg，再根據(jù)表（3.2）選擇齒扇模數(shù)為6。在確定齒扇模數(shù)后，轉(zhuǎn)向器其他參數(shù)根據(jù)表（3.1）和表（3.4）進行選取。 根據(jù)所選擇的齒扇模數(shù)，根據(jù)表（3.1）和表（3.3）選取對應(yīng)的參數(shù)為： 鋼球直徑：8.000mm 螺距：11.000mm 工作圈數(shù)：2.5 螺桿外徑：34mm 環(huán)流行數(shù)：2 螺母長度：72mm 齒扇齒數(shù)：5 齒扇壓力角：2230′ 切削角：630′ 齒扇寬：34mm 表3.

65、1 循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的主要參數(shù) 參數(shù) 數(shù)值 齒扇模數(shù)/mm 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0 6.5 搖臂軸直徑/mm 22 26 30 32 32 38 42 鋼球中心距/mm 20 23 25 28 30 35 40 螺桿外徑/mm 20 23 25 28 29 34 38 鋼球直徑/mm 5.556 6.350 6.350 7.144 7.144 8.000 螺距/mm 7.938 8.731 9.525 10.000 11.000 工作圈數(shù) 1.5 2.5 2.5 環(huán)流行數(shù)

66、 2 螺母長度 41 45 46 58 59 72 80 52 齒扇齒數(shù) 5 5 齒扇整圓齒數(shù) 12 13 13 14 15 齒扇壓力角 22°30′ 27°30′ 切削角 6°30′ 6°30′ 7°30′ 齒扇寬/mm 22 25 25 27 25 28 30 28-32 34 38 35 38 表3.2 各類汽車循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的齒扇齒模數(shù) 齒扇齒模數(shù)m／mm 3.0 3.5 4．O 4.5 5．O 6.0 6.5 轎車 發(fā)動機排量／ml 500 1000 ～ 1800 1600 ～ 2000 2000 2000 — — 前軸負荷/N 3500 ～ 3800 4700 ～ 7350 7000 ～ 9000 8300 ～11000 10000 ～11000 — — 貨車和大客車 前軸負荷／N 3000 ～ 5000 4500 ～ 7500 5500 ～ 18500 7000 ～ 19500 9