重型自卸汽车转向系及前桥设计【优秀机械毕业设计论文】
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重型
汽车
转向
前桥
设计
优秀
优良
机械
毕业设计
论文
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文档包括:
说明书一份。41页，12200字。
开题报告一份。
外文翻译一份。
图纸共5张，如下所示
A0-前桥总成.dwg
A0-转向器总成.dwg
A0-转向系.dwg
A3-螺杆.dwg
A3-齿扇轴.dwg
- 内容简介：
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外文资料及翻译 n to or to to be s is to to 1)To by so on to be (2)s s or to to on on or (3)to to on to to nd by to be y to to be y if a by he by s by to be (1)by so on to be is s to to (2)is is to or a of is in to to to to to so 1)or s as in a to be in it to to to of in it to in s to be s a s to be 2)is of is is In to s s is is or of s to of in s in a of in s to in in 3)to he to s by it is in to to it (3)is to to is as as 1) to to is in by is in in in of is or in s to of 0,if is in is of 2) to be in be in to be 3) s is to or It to is or of is in is 转向系统 汽车转向系统：汽车上用来改变或恢复其行驶方向的专设机构称为汽车转向系统。汽车的转向系统是用来改变汽车行驶方向和保持汽车直线行驶的机构 基本组成 (1)转向操纵机构主要由转向 盘、转向轴、转向管柱等组成。 (2)转向器将转向盘的转动变为转向摇臂的摆动或齿条轴的直线往复运动，并对转向操纵力进行放大的机构。转向器一般固定在汽车车架或车身上，转向操纵力通过转向器后一般还会改变传动方向。 (3)转向传动机构将转向器输出的力和运动传给车轮 (转向节 )，并使左右车轮按一定关系进行偏转的机构。 类型 按转向能源的不同，转向系统可分为机械转向系统和动力转向系统两大类。 机械转向系：由转向器和转向传动机构组成 . 转向器：由方向盘，方向盘转向轴，转向啮合付 (转向器 )组成 . 转向传动机构：由转向臂 (转向 垂臂 )，直拉杆，直拉杆臂，左右梯形臂，横拉杆，若干球头关节组成 . 动力转向系：由机械转向系加转向加力装置构成 . 1机械转向系 机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的。机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。 （ 1）转向操纵机构 转向操纵机构由方向盘、转向轴、转向管柱等组成，它的作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。 （ 2）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 杆滚轮式等。我们主要介绍前几种。 1）齿轮齿条式转向器 齿轮齿条式转向器分两端输出式和中间（或单端）输出式两种。 两端输出的齿轮齿条式转向器，作为传动副主动件的转向齿轮轴通过轴承和安装在转向器壳体中，其上端通过花键与万向节叉和转向轴连接。与转向齿轮啮合的转向齿条水平布置，两端通过球头座与转向横拉杆相连。弹簧通过压块将齿条压靠在齿轮上，保证无间隙啮合。 弹簧的预紧力可用调整螺塞调整。当转动转向盘时，转向器齿轮转动， 使与之啮合的齿条沿轴向移动，从而使左右横拉杆带动转向节左右转动，使转向车轮偏转，从而实现汽车转向。 中间输出的齿轮齿条式转向器，其结构及工作原理与两端输出的齿轮齿条式转向器基本相同，不同之处在于它在转向齿条的中部用螺栓与左右转向横拉杆相连。在单端输出的齿轮齿条式转向器上，齿条的一端通过内外托架与转向横拉杆相连。 2）循环球式转向器 循环球式转向器是目前国内外应用最广泛的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。 3）蜗杆曲柄指销式转向器 蜗杆曲柄指销式转向器的传动副 (以转向蜗杆为主动件，其从动件是装在摇臂轴曲柄端部的指销。转向蜗杆转动时，与之啮合的指销即绕摇臂轴轴线沿圆弧运动，并带动摇臂轴转动。 （ 3）转向传动机构 转向传动机构的功用是将转向器输出的力和运动传到转向桥两侧的转向节，使两侧转向轮偏转，且使二转向轮偏转角按一定关系变化，以保证汽车转向时车轮与地面的相对滑动尽可能小。 1）与非独立悬架配用的转向传动机构 与非独立悬架配 用的转向传动机构主要包括转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂、和转向梯形。在前桥仅为转向桥的情况下，由转向横拉杆和左、右梯形臂组成的转向梯形一般布置在前桥之后，当转向轮处于与汽车直线行驶相应的中立位置时，梯形臂与横拉杆在与道路平行的平面 (水平面 )内的交角 90。 在发动机位置较低或转向桥兼充驱动桥的情况下，为避免运动干涉，往往将转向梯形布置在前桥之前，此时上述交角 90，若转向摇臂不是在汽车纵向平面内前后摆动，而是在与道路平行的平面向左右摇动，则可将转向直拉杆横置，并借球头销直接带动转向横拉杆，从而推使两侧梯形臂 转动。 2）与独立悬架配用的转向传动机构 当转向轮独立悬挂时，每个转向轮都需要相对于车架作独立运动，因而转向桥必须是断开式的。与此相应，转向传动机构中的转向梯形也必须是断开式的。 3）转向直拉杆 转向直拉杆的作用是将转向摇臂传来的力和运动传给转向梯形臂 (或转向节臂 )。它所受的力既有拉力、也有压力，因此直拉杆都是采用优质特种钢材制造的，以保证工作可靠。在转向轮偏转或因悬架弹性变形而相对于车架跳动时，转向直拉杆与转向摇臂及转向节臂的相对运动都是空间运动，为了不发生运动干涉，上述三者间的连接都采用球销。 河南科技大学毕业设计（论文）开题报告 （学生填表） 学院： 车辆与动力工程 2013 年 4 月 20 日 课题名称 重型自卸汽车设计（ 转向系 及前桥设计） 学生姓名 樊廷祥 专业班级 车辆 092 课题类型 毕业设计 指导教师 曹艳玲 薛运起 职称 副教授 高工 课题来源 结合生产 1. 设计（或研究）的依据与意义 重型自卸汽车广泛服务于公路客货运输、工程建设、能源、矿山、林业和建筑等行业及现代化国防事业，在国民经济和社会发展中有着十分重要的地位和 作用。在各基础产业部门的生产和社会活动中，通常要生产很大的运量，因而需要使用大量重型自卸车辆。尤其是在特殊的作业环境下，重型自卸车更有其不可替代的作用。 转向系统是整车系统中必不可少的最基本的组成系统。 汽车在行驶过程中能按照驾驶员的操纵要求而适时地改变其行驶方向，并在受到路面传来的偶然冲击及汽车意外地偏离行驶方向时，能与行驶系统配合共同保持汽车继续稳定行驶。因此，转向系统的性能直接影响着汽车的操纵稳定性和安全性，也 是决定汽车主动安全性的关键总成。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，它对于 确保车辆的安全行驶、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件起着重要的作用。 汽车在行驶过程中，需按驾驶员的意志经常改变其行驶方向，即所谓汽车转向。就 重型自卸车 而言，实现汽车转向的方法是，驾驶员通过一套专设的机构，使汽车转向桥上的车轮相对于汽车纵轴线偏转一定角度。在汽车直线行驶时，往往转向轮也会受到路面侧向干扰力的作用，自动偏转而改变行驶方向。此时，驾驶员也可以利用这套机构使转向轮向相反方向偏转，从而使汽车恢复原来的行驶方向。这一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，即称为汽车转向 系统。因此，汽车转向系的功用是，保证汽车能按驾驶员的意志而进行转向行驶。 前桥是汽车上一个重要的总成件，主要包括转向节、转向主销、前轴等零部件，由于在汽车的行驶过程中，前桥所处的工作环境恶劣，工况复杂，其承受的载荷也多为交变载荷，从而其零部件易出现疲劳裂纹甚至断裂现象。这就要求其在结构设计上必须有足够的强度、刚度和抗疲劳破坏的能力。 车桥通过悬架与车架连接，支撑着汽车（拖拉机）大部分重量，并将车轮的牵引力或者制动力，以及侧向力经过悬架传给车架。 为了便于与不同悬架相配合，车桥分为整体式和断开式两种。按照 使用功能划分，车桥又可分为转向桥、转向驱动桥、驱动桥和支持桥。 2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述 汽车工业做为我国重点发展的支柱产业，其前景相当广阔。 目前汽车零部件的生产有一定的潜力，但大多数企业在产品研究，开发等环节存在一定的欠缺，尤其缺少产品的自主开发能力，不能适应系统配套，模块供货，难以参与国际分工。因此，在今后的发展中，我国企业应积极吸收国际汽车先进技术，不断完善自主体系，如制动系统，转向系统等，扩大该产业的产品品种，提高整体技术水平，增 强技术开发能力，促使企业更快的发展，适应汽车行业全球化趋势。由于国外汽车发展起步早，技术投入大，因此在技术上远远领先国内市场，当然也还有很多不足的地方，还需要改进，技术也还需要有所突破。 作为汽车的一个重要组成部分，汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成，如何设计汽车的转向特性，使汽车具有良好的操纵性能，始终是各汽车生产厂家和科研机构的重要研究课题。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同水平的驾驶人群，汽车的操纵设计显得尤为重要。汽车转向系统经历了纯机械式转向系统、 液压助力转向系统、电动助力转向系统 3 个基本发展阶段 机械式的转向系统，采用纯粹的机械解决方案，为了产生足够大的转向扭矩需要使用大直径的转向盘，因此占用的空间很大，整个机构显得比较笨拙，驾驶员负担较重，特别是重型汽车转向阻力较大，单纯靠驾驶员的转向力很难实现转向，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，目前在一部分转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用。 自 1953 年通用汽车公司在凯迪莱克和别克轿车上首次批量使用液压动力转向系统（ 来 , 液压动力转向系统给 汽车带来了巨大的变化 :人不再需要靠大直径的转向盘来产生足够的转向力矩 , 转向盘的减小 , 使得驾驶室变得宽敞起来 , 座椅布置也变得更为舒适了 ;液压动力转向系统在降低了转向操纵力的同时 , 也使转向变得更为灵敏。随着技术的发展 ,液压动力转向系统在体积、价格和所消耗的功率等方面都取得了惊人的进步。今天 ,液压动力转向系统几乎成为 重型汽 车的标准装备。 3. 课题设计（或研究）的内容 本毕业论文课题的研究内容主要包括： 1. 熟悉和掌握 重型自卸 汽车转向系统的现状及其各大类型分类 以及前桥设计 ； 2. 比较研究各种汽车转向系统在实 际汽车车型中的应用； 3. 熟悉和掌握 重型自卸汽车 转向系统 及前桥 的结构构造和工作原理； 4. 熟悉和掌握 重型自卸汽车 转向系统 及前桥 的功能特点和关键技术参量； 5. 分析和研究 重型自卸汽车 转向系统在国产化设计、制造时的应注意的事项； 6. 分析未来汽车转向系统的发展新趋势 总之，本设计的主要工作就是设计 重型自卸汽车 转向系统 及前桥 的结构组成、功能特点和技术参量；通过大量的数据文献资料及实践调研得出 重型自卸汽车 转向系统的实际应用。 4. 设计（或研究）方法 为了提高驾驶舒适度，减驾驶员的负担，本方案 在传统的机械转向系中增加助力转向装置，以减轻驾驶员的转向力。 1、机械式转向器的选择 机械式转向器常见的有齿轮齿条式、循环球式、球面蜗杆滚轮式、蜗杆指销式等。齿轮齿条式转向器利用齿轮齿条将方向盘的回转运动转换为横拉杆的直线运动，由于齿条可集成为横拉杆的一部分，固可省去转向直拉杆，使转向系结构，体积减小，所以本转向器采用齿轮齿条式结构。目前大部分轿车转向系统也都采用该结构。 2、布置方案的选择 液压动力转向系中，根据机械式转向器、转向动力缸和转向控制阀三者在转向装置中的布置和联接关系的不同，液压式动力转向装置 分为整体式、组合式和分离式三种结构形式。整体式结构紧凑、占用空间少，且适用于 循环球式 转向器， 5. 实施计划 2 周 调研，搜集、分析资料，明确具体任务，制定方案，撰写开题报告 ； 2 周 完成转向系及前桥计算、布置草图 ； 3 周 完成转向系及前桥总图及零、部件图设计 ； 2 周 编写设计说明书和翻译。 1 周 绘制设计中的典型零件图、装配图、工作原理图等。 1 周 撰写设计计算说明书； 1 周 完善设计环节，准备答辩相关材料。 指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日 教研室意见 教研室主任签字： 年 月 日 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 I 重型自卸汽车设计（转向系及前桥设计） 摘 要 汽车在行驶的过程中，需要按照驾驶员的意志经常改变其行驶方向，即所谓的汽车转向。汽车的转向系统是一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专用机构，本文的研究内容即是重型自卸汽车的转向系设计。 本文针对的是与非独立悬架相匹配的整体式两轮转向机构。利用相关汽车设计和连杆机构运动学的知识，首先对汽车总体参数进行设计，在此基础上，对转向器，转向传动机构进行选择，接着再对转向器和转向传动机构（主要是转向梯形）进行设计，最后，利用软件 成转向梯形和转向器的设计图纸。 转向器在设计中选用的是循环球式齿条齿扇转向器，在对转向器的设计中，包括了螺杆 钢球 螺母传动副的设计和齿条 齿扇传动副的设计，前者是基于参照同类汽车，确定出钢球中心距，设计出一系列的尺寸，而后者则是根据汽车前轴的载荷来确定出齿扇模数，再由此设计出所有参数的。 转向梯形的设计选用的是整体式转向梯形，本文在设计中借鉴同类汽车转向梯形设计的经验尺寸对转向梯形进行尺寸初选。再通过对转向内轮实际达到的最大偏转角时与转向外轮理想最大偏转角度的差值的检验，和作为一个四杆机构对其最小传动角的检验，来判定转向梯形的设计是否符 合基本要求。 本文在消化，吸收，总结，归纳前人的成果上，系统、全面地对机械动力转向系进行理论分析，设计及优化。为重型自卸汽车转向系的设计开发提供了一种步骤简单的设计方法。 关键词：转向系，转向器，转向梯形 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 F F n a to is to or a in of a of is of is at to of of of of of in to to of is of in of a is on to to of of a of is on to of of is a of is in a in of of to to in in of of as a of to of in 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 n up of to a 辆与动力工程学院毕业设计说明书 录 前言 . 1 第一章 从动桥结构方案的确定 . 2 动桥总体方案确定 . 2 第二章 转向系结构方案的确定 . 3 向系整体方案的分析 . 3 向器方案的分析 . 3 环球式转向器结构及工作原理 . 3 力转向系统分类 . 4 向系整体方案的分析 . 5 第三章 从动桥的设计计算 . 6 动桥主要零件尺寸的确定 . 6 动桥主要零件工作应力的计算 . 6 动工况下的前梁应力计算 . 7 最大侧向力 (侧滑 )工况下的前梁应力 计算 . 9 向节在制动和侧滑工况下的应力计算 . 10 制动工况下 . 10 侧滑况下 . 11 销与转向节衬套在制动和侧滑工况下的应力计算 . 12 制动工况下 . 12 侧滑工况下 . 13 第四章 转向系统的设计计算 . 15 向系主要性能参数 . 15 向器的效率 . 15 动比的变化特性 . 16 定的主要计算参数 . 16 向盘回转总圈数 n . 17 向系计算载荷的确定 . 17 环球式转向器的计算 . 18 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 V 环球式转向器主要参数 . 18 杆、钢球和螺母传动副 . 18 条、齿扇传动副设计 . 19 环球式转向器零件强度的校核 . 21 球与滚道间的接触应力 . 21 的弯曲应力 . 22 压动力转向机构的计算 . 23 力转向系统的工作原理 . 23 向动力缸的工作分析 . 24 向梯形机构确定、计算及优化 . 27 向梯形结构方案 分析 . 27 体式转向梯形机构优化设计 . 28 第六章 结论 . 34 参考文献 . 35 致 谢 . 36 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 1 前言 自卸车是利用发动机动力驱动液压举升机构，将车厢倾斜一定角度从而达到自动卸货，并依靠箱货自重使其复位的专用汽车。 自卸车用途广泛，在矿山、水利工程、城市建设、公路、环卫等行业都有专用的自卸车，在国民经济和社会发展中有着十分重要的地位还作用。这些年来，随着经济的持续快速发展，基础建设投资逐年增加，重型自卸车市场需求量急剧扩大，有着良好的市场前景。在这样的背景下，我们对重型自卸汽车的设计就有着广阔的发展空间和重要的现实意义。 本次毕业设计主要是完成重型自卸汽车的 前桥和转向系统的设计。对前桥和转向系统的分类和工作原理进行了深入的对比和分析，选出最优方案来进行设计；对于转向系统的重要组成部分转向器和转向传动机构进行分析设计，选择合适的机构和零件。转向系要求根据车型好转向轻便、灵敏的原则，选择转向系的类型好计算转向系的各项参数，并对转向梯形进行优化设计；前桥要求根据前桥载荷选择前桥型式好校核前桥各部件的强度。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 2 第一章 从动桥结构方案的确定 动桥总体方案确定 转向从动桥的主要零件有前梁，转向节，主销、主销上下轴承及转向节衬套，转向节推力轴承，轮毂等。 转向前桥有断开式和非断开式两种。断开式前桥与独立悬架相配合，结构比较复杂但性能比较好，多用于轿车等以载人为主的高级车辆。非断开式又称整体式，它与非独立悬架配合。它的结构简单，承载能力大，这种形式现在在汽车上得到广泛应用。因此本次设计就采用了非断开式从动桥，所以前桥采用整体式前桥。 作为主要零件的前梁是用中碳钢或中碳合金钢的，其两端各有一呈拳形的加粗部分为安装主销的前梁拳部；为提高其抗弯强度，其较长的中间部分采用工字形断面并相对两端向下偏移一定距离，以降低发动机从而降低传动系的安装位置以及传动轴万向节的夹角。 为提高其抗扭强度，两端与拳部相接的部分采用方形断面，而靠近两端使拳部与中间部分相联接的向下弯曲部分则采用两种断面逐渐过渡的形状。中间部分的两侧还要锻造出钢板弹簧支座的加宽文承面。 转向节用中碳合金钢模级成整体式结构。转向节通过主销与前梁的拳部相连，使前轮可以绕主销偏转一定的角度使汽车转向。为减小磨损，转向节销孔内设计时压入青铜衬套，衬套上的润滑油槽在上面端部是切通的，用装在转向节上的油嘴注入润滑脂润滑，为使转向轻便，在转向节和前梁拳部设有圆锥推力滚子轴承。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 3 第二章 转向系结构方案的确定 用来改变或恢复汽车 行驶方向的专设机构即称作汽车的转向系。转向系可按转向能源的不同分为机械转向系和动力转向系两大类。 向系整体方案的分析 向器方案的分析 根据转向器所用传动副的不同，转向器有多种。常见的有循环球式球面蜗杆蜗轮式、蜗杆曲柄销式和齿轮齿条式等。 转向器的结构形式，决定了其效率特性以及对角传动比变化特性的要求。选用那种效率特性的转向器应有汽车用途来决定，并和转向系方案有关。经常行驶在好路面上的轿车和市内用客车，可以采用正效率较高的、可逆程度大的转向器。 循环球式转向器效率高、工作可靠、平稳，蜗 杆和螺母上的螺旋槽在淬火后经过磨削加工，所以耐磨且寿命较长。齿扇和齿条啮合间隙的调整工作容易进行。和其它形式转向器比较，其结构复杂，对主要零件加工精度要求较高。 蜗杆曲柄销式转向器角传动比的变化特性和啮合间隙特性变化受限制，不能完全满足设计者的意图。 齿轮齿条式转向器的结构简单，因此制造容易，成本低，正、逆效率都高。为了防止和缓和反向冲击传给方向盘，必须选择较大的传动比，或装有吸振装置的减振器。 本设计采用循环球式转向器。 环球式转向器结构及工作原理 循环球式转向器中一般有两级传动副。第一级 是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。 转向螺杆的轴颈支撑在两个圆锥滚子轴承上。轴承紧度可用调整垫片调整。转向螺母的下平面上加工成齿条，与齿扇轴内的齿扇部分相啮合。通过车辆与动力工程学院毕业设计说明书 4 转向盘转动转向螺杆时，转向螺母不转动，只能轴向移动，并驱使齿扇轴转动。为了减小转向螺杆和转向螺母之间的摩擦，其间装有小钢球以实现滚动摩擦。二者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面轮廓的螺旋管状通道。转向螺母外有两根导管，两端分别插入螺母的一对通孔。导管内装满了钢球。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。转向器工作是两 列钢球只是在各自封闭的流道内循环，而不脱出。 转向螺母上的齿条式倾斜的，因此与之啮合的齿应当是分度圆上的齿厚沿齿扇轴线按线性关系变化的变厚齿扇。因为循环球转向器的正传动效率很高，操作轻便，使用寿命长。经常用于各种汽车。 力转向系统分类 目前，轿车上配置的助力转向系统大致分为三类：机械液压助力转向系统、电子液压助力转向系统和电动助力转向系统。 ）机械式液压动力转向系统 机械式的液压动力转向系统一般由液压泵、油管、压力流量控制阀体、 油罐等部件构成。液压泵靠发动机皮带直接驱动，无论 车是否转向，这套系统都要工作，而且在大转向车速上浪费了能量。驾驶这类车，尤其是低速转弯时，觉得方向比较沉，发动机也比较费力气。又由于液压泵的压力较低时，需要液压泵输出更大的功率以获得比较大的助力，目前采用重型车普遍采用液压助力转向系统。 ）电控式液压助力转向系统 主要由储油罐、助力转向控制单元、电动泵、转向机、助力转向传感器（用来检测转向时方向盘的角度和汽车转向的方向，为防侧倾控制提供转向信息）等构成，其中助力转向控制单元和电动泵是一个整体结构。电子液压转向助力系统克服了传统的液压转向助力系统的缺点。它所 采用的液压泵不再靠发动机皮带直接驱动，而是采用一个电动泵，动力来自于蓄电池。它所有的工作的状态都是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，电子控制单元驱动电子液压泵以高速运转输出较大功率，使驾驶员打方向省力；汽车在高速行驶时，液压控制单元驱动电子液压泵以较低的速度运转，在不至于影响高速打转向的需要同时，节省一部分发动机功率。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 5 ）电动助力转向系统 电动助力转向系统 (简称 利用电动机产生的动力协 助驾车者进行动力转向。 构成，不同的车尽管结构部件不一样，但大体是雷同。一般是由转向传感器、电子控制单元、电动机、减速器、机械转向器、以及畜电池电源所构成。汽车在转向时，转向传感器会“感觉”到转向盘的力矩和拟转动的方向，这些信号会通过数据总线发给电子控制单元，电控单元会根据传动力矩、拟转的方向等数据信号，向电动机控制器发出动作指令，从而电动机就会根据具体的需要输出相应大小的转动力矩，从而产生了助力转向。在电子控制单元控制下，汽车能容易地实现可变助力功能，即在车速较低的时候助力能量大，方向盘轻，车速高时 助力能量小，方向盘重，这样给安全行车带来好处。如果不转向，则本套系统就不工作，处于休眠状态等待调用。一般高档轿车使用这样的助力转向系统的比较多。 向系整体方案的分析 此次毕业设计的是满载质量为 64t 的重型自卸车，析可知：采用液压整体式助力转向系，机械转向器采用循环球式转向器，分配阀采用转阀，转向传动机构采用整体式转向梯形，且布置在前桥之后。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 6 第三章 从动桥的设计计算 动桥主要零件尺寸的确定 转向从动桥采用工字形断面的前梁 ， 可保证其质量最小而在垂向平面内的刚度大，强度高。工字形断面尺寸的推荐值，见图 4中虚线绘出的是其当量断面。该断面的垂向弯曲截面系数位为 3可近似取为： (3式中： 由经验公式：2200式中： l 取2l= 7252 1200 为前轮距，为 2650S 为前梁上两钢板弹簧中心间的距离，取为 1200 动桥主要零件工作应力的计算 主要是计算前梁、转向节、主销、主销上下轴承 (即转向节衬套 )、转向节推 力轴承或止推垫片等在制动和侧滑两种工况下的工作应力。绘制计算用简图时可忽略车轮的定位角，即认为主销内倾角、主销后倾角，车轮外倾角均为零，而左右转向节轴线重合且与主销轴线位于同一侧向垂直平面内。如下所示： 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 7 1 2图 3 1 转向从动桥在制动和侧滑工况下的受力分析简图 动工况下的前梁应力计算 制动时前轮承受的制动力Z 传给前梁，使前梁承受弯矩和转矩。考虑到制动时汽车质量向前，转向桥转移，则前轮所承受的地面垂直反力为：2 111 式中： 1G 汽车满载静止于水平路面时前桥给地面的载荷， 143992N； 1m 汽车制动时对前桥的质量转移系数， g /)(11 ； 为轮胎与路面的附着系数，b 为整车质心到后桥中心线的水平距离（ 146 1 g 41 11 前轮所承受的制动力： 1 轮胎与路面的附着系数取为 z 由于 1Z 和 前梁引起的垂向弯矩别为： 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 8 2)2()( 112122 11212 N 中 ： 2l 见图 3 1，取 2l =725mm 车轮 (包括轮毅、制动器等 )所受的重力， N；取229N； B 前轮轮距取 B=2650 S 前梁上两钢板弹簧座中心间的距离取为 1200v 100 4879002 120 0265 0)322 9141 833( 02472 120 0265 33制动力 使前梁在主销孔至钢板弹簧座之间承受转矩 T： T=式中： r 轮胎的滚动半径取 680有 675 12440680992 83(a) -断面 (b) -断面 图 3 2 33-车辆与动力工程学院毕业设计说明书 9 33- 6)(b 6262前梁在钢板弹簧座附近危险断面（ -断面 ） 处的弯矩和扭矩最大。 弯曲应力w（单位为： - 式中 :333- 61866 ) v ）（333- 6 ）（前梁应力的许用值为 w=300 a=45，w= 扭转应力 （单位为：， W T 47 6777 5675 1244 0)/(m 前梁横截面的极惯性矩。443 前梁横截面的最大宽度。故 a=45足使用条件。 最大侧向力 (侧滑 )工况下的前梁应力计算 设车辆向左侧滑，如汽车高速行驶时急速右转弯，侧滑时侧向力达到最大。对右前轮接地点取距： )21(2111 1 11111 )21(2 式中：汽车质心高度取为 14601 车轮与地面附着系数取为车辆与动力工程学院毕业设计说明书 10 此时 右作用。则有： 95)265 0 21(2 921 L 1 -、 -断面所受弯矩为： L7824)140680(72 120 0265 95)(11L 257 72 120 0265 952 1-取 y=140mm，80 ，50 87 2618 782 4 000 696 18 ， 其中，32- 135 00006 v 向节在制动和侧滑工况下的应力计算 如图 4 2 所 示，转向节的危险断面在轴径为1 制动工况下 面处的轴径仅受垂向弯矩和水平方向的弯矩而不受转矩，因制动力矩不经转向节的轮轴传递而直接由制动底板传给在转向节上的安装平面。 所以合成弯矩为： L 033480992 83141 833 22212133 3 43001.0 ， 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 11 d 转向节轴颈根部直径，取0； c 轮胎中心线至 -断面的距离，取c 80。 图 3 3 转向节受力简图 则 0 0334 故 70轴颈满足要求。 转向节采用 3040中碳合金钢制造，心部硬度 285，高频 淬火后表面硬度 65，硬化层深 轴根部的圆角液压处理。 侧滑况下 在侧滑时左、右转向节在危险断面 的弯矩是不等的，以向左侧滑为例，有： NB 7)265 0 146 92)21(2 1 NB hY 65 0 146 92)21(2 1 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 12 NB 65 0 146 92)21(2 1 左右转向节轴颈处的弯矩为： - 0 95- 0 7- 因此左右转向节都符合要求。 销与转向节衬套在制动和侧滑工况下的应力计算 主销常采用 202020低碳合金钢制造，渗碳淬火，渗碳层深 火后表面硬度为 5662简化设计，设主销后倾角和前轮外 倾角均为零，并假定力的作用点位于主销衬套中点。受力分析见图 33 图 3 4 主销受力简图 制动工况下 制动时，支撑力 Q、1，依据主销上力矩平车辆与动力工程学院毕业设计说明书 13 衡关系，得： 0305 8331 0305 8331 制动力 平衡，取20 ，即： zQ、2： z 0165140 165992 832 z 2165140 140992 832 取00 ，转向横拉杆反力 N 在主销支撑上产生两个同向力3Q、3： 4165140 833 7165140 833 式中，为主销内倾角，=08。 通过制动底板传来的制动力使转向节产生转动趋势，主销支撑上两个反向力4Q、4用以制止其转动趋势： z 98165140 8344 综上： 180 9)2()7857 90()()(22242231 侧滑工况下 以向左侧滑为例，分别计算左右主销上下衬套上的作用力： 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 14 6165140)895)87)0 61165140)895)87)0 2165140)87)88)0 3165140)87)88)0 取Q、L、L、 ， 计算主销在前轴拳部下端面处的弯曲应力w和剪切应力s： 30m 184 220m 式中： h 为主销下衬套中点至前轴拳部下端面的距离（ 0 主销的许用弯曲应力 ，许用剪切应力。 主销衬套的挤压应力为： 180m 式中： l 为衬套长（ 经校 核强度满足要求。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 15 第四章 转向系统的设计计算 向系主要性能参数 向器的效率 功率 1转向器输出所求得的效率称为正效率，用符号表示， 121/)( ；反之称为逆效率，用符号 23 /)( 。 其中，2 3为作用在齿条轴上的功率。 为了保证转向时驾驶员转动方向盘轻便，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回正，又需要一定的逆效率。为了减轻在不平路面上行驶时驾驶员的疲劳，车轮与路面之间的作用力传至方向盘时应尽可能小，防止打手，这又要求此逆效率尽可能低。 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、结果特点、结构参数和制造质量等。转向器类型、结构特点与效率在前述的几种转向器中，齿轮齿条式、循环球式的正效率比较高。 转向器逆效率： 根据逆效率大小的不同，转向器又分为可逆式、极限可逆式、和不可逆式三种。 循环球式转向器属于可逆式转向器，其逆效率相当高，它能保证转向后，转向轮和转向盘自动回正。这既减轻了驾驶员的疲劳，又提高了行驶的安全性。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。 本车设计转向器为循环球式，其传动副之间用滚动摩擦代替滑动摩擦，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： ) 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 16 00 式中：0 螺杆的螺线导程角； 摩擦角，； f 摩擦因数。 取00 8，： ，上式表明：增加导成角正逆效率均增大。受 增大的影响0不宜过大，一般000 10本车选用08。 动比的变化特性 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。 2. 力传动比与转向系角传动比的关系 轮胎与地面之间的转向阻力间的关系 F a(4式中， a 为主销偏移距此处122a 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撑平面交线间的距离。作用在方向盘上的手力为2 hh (4式中， 将式 (4 (4入2 wp 后得到 r a(4有 (4，当 主销偏移矩 a 小时，力传动比 定的主要计算参数 轴距 L=4580辆与动力工程学院毕业设计说明书 17 轮距前轮 2650胎 =1430=360胎气压： 750680小转弯半径小于等于 轮的最大转角：9汽车总重： 23t(空载 )、 64t（满载） 前轴载荷： 载）、 载） 向盘回转总圈数 n 根据总布置设计，得到转向轮的最大转角在转向系设计之初，可以根据车型和选择的 转向器型式，给出大致的转向系角传动比0 有了上述参数，可计算转向盘总回转圈数 n。 360)(360 )( m axm 内转向轮最大转角（度）； 外转向轮最大转角（度 ）； 向系计算载荷的确定 转向系全部零件的强度，是根据作用在转向系零、部件上的力进行确定的。影响这个力的因素很多，如前轴负荷和路面阻力的变化等。驾驶员转向轮所需克服的阻力，主要是车轮转动阻力、车轮稳定阻力和转向系中特别是在转向器和转向节中的摩擦阻力等所组成。 汽车在沥青或者混凝土路面上原地转向阻力矩： 中 :f轮胎和路面的摩擦因数 ,取f 1G转向轴负荷 1G p轮胎气压 P 代入得： 于转向器和动力转向器动力缸以前零件的 计车辆与动力工程学院毕业设计说明书 18 算载荷，应取驾驶员作用在转向盘轮缘上的最大瞬时力00 环球式转向器的计算 循环球式转向器中螺杆、钢球和螺母传动副的结构图如图 4 图 4钢球 ,螺母传动副 环球式转向器主要参数 参考汽车设计表 7： 齿扇模数 m=臂轴直径 D=45球中心距1D=40杆外径2D=38球直径 d=距 P=作圈数 W=流行数b=2， 螺母长度： 82扇齿数z=5，齿扇整圆齿数 Z=15，齿扇压力角为 2730，切削角=7 30，齿扇宽 B=38 杆、钢球和螺母传动副 D= 1+%)8%5( D=40%38 = 每个环路中钢球的数量为： 螺杆的螺线导程角，选 8。 般取 45，以使轴向力和径向力分配均匀。 ，对应螺母移动距离 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 19 2 (4与此同 时齿扇节圆转过的弧长等与 s，相应摇臂轴转过p角，其关系： (4其中 联立（ 4 4=2 ，将 对p求导，得转向器角传动比1i为： 12 2 . 滚动截面 一般取 条、 齿扇传动副设计 循环球式转向器的齿扇为变厚齿扇，它的齿顶和齿根的轮廓是圆锥的一部分，分度圆上的齿厚是变化的，所以此传动副的设计主要是变厚齿扇的设计。 表 4准剖面（ 1面）的齿形计算 名称 公式 结果 (分度圆直径 ( 1*1 ( *1 11 fa 11 2 aa 20 分度圆齿厚 01 1 0( 2 21101 01 顶圆齿厚 011 1 1 0 2( ) 61大变位系数剖面（ 2面）齿顶变尖核算 名称 公式 结果（ 最大
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