工程机械底盘转向系统模拟设计计算说明书【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 I 页 摘要 汽车转向器是汽车的重要组成部分，也是决定汽车主动安全性的关键总成，它的质量严重影响汽车的操纵稳定性。随着汽车工业的发展，汽车转向器也在不断的得到改进，虽然电子转向器已开始应用，但机械式转向器仍然广泛地被世界各国汽车及汽车零部件生产厂商所采用。而在机械式转向器中，循环球式转向器由于其自身的特点被广泛应用于各级各类汽车上。 本文用 工程机械底盘转向器进行仿真。转向器选择循环球式转向器， 这种转向器的优点是，操纵轻便，磨损小，寿命长。缺点是结构复杂，成本高，转向灵敏度不如齿轮齿条式。因此逐 渐被齿轮齿条式取代。但随着动力转向的应用，循环球式转向器近年来又得到广泛使用。 其主要内容有：用拟循环球式转向器，转向传动机构和转向系统，将模拟效果用屏输出。 统是 3D ， 体设计系统。强大的绘图功能、空前的易用性，以及一系列旨在提高设计效率的新特征，使其逐渐成为主流 3断推进业界对三维设计的采用，也加速了整个 3D 行业的发展步伐。 关键词 : 环球式转向器；转向系统；模拟；三维造型； 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 页 is an of in of s s of is is of to of at of is of is is by of in of D , of as as a of to it of D D to D of of 3文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 页 目录 1绪论 . 1 2汽车转向系的组成及分类 . 3 . 3 械式转向系 . 6 力转向器 . 7 向系主要性能参数 . 7 . 7 . 9 . 12 向操纵机构及转向传动机构 . 12 . 12 . 13 3转向器总成方案分析 . 14 . 14 . 14 4循环球式转向器设计 . 17 5循环球式转向器主要尺寸参数选择 . 21 介绍 . 23 介 . 23 发展和荣誉 . 23 件特点 . 24 建模界面 . 24 7主要零部件及装配体的三维建模 . 26 述 . 26 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 页 . 26 . 26 . 27 . 27 . 28 8结论 . 32 参考文献 . 33 致 谢 . 34 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 1 页 1 绪论 循环球式转向器的英文名称是 环球式转向器由两对传动副组成，一对是螺杆、螺母，另一对是齿条、齿扇或曲柄销 。在螺杆和螺母之间装有可循环滚动的钢球，使滑动摩擦变为滚动摩擦，从而提高了传动效率。 循环球式：这种转向装置是由齿轮机构将来自转向盘的旋转力进行减速，使转向盘的旋转运动变为涡轮蜗杆的旋转运动，滚珠螺杆和螺母夹着钢球啮合，因而滚珠螺杆的旋转运动变为直线运动，螺母再与扇形齿轮啮合，直线运动再次变为旋转运动，使连杆臂摇动，连杆臂再使连动拉杆和横拉杆做直线运动，改变车轮的方向 ， 这是一种古典的机构，现代轿车已大多不再使用，但又被最新方式的助力转向装置所应用。它的原理相当于利用了螺母与螺栓在旋转过程中产生的相对移动，而 在螺纹与螺纹之间夹入了钢球以减小阻力，所有钢球在一个首尾相连的封闭的螺旋曲线内循环滚动，循环球式故而得名 本文选择 工程机械底盘转向器进行仿真。其主要内容有： 循环球式转向器的主要参数选择及其设计，设计部分还包括转向摇臂轴，扇形齿轮轴以及螺杆轴的设计。最后 用 转向器，转向传动机构和转向系统进行模拟，并将模拟用 转向器按结构形式可分为多种类型。历史上曾出现过许多种形式的转向器，目前较常用的有齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球式、循环球曲柄指销式、蜗杆滚轮式 等。 作为汽车关键部件之一的转向系统也得到了相应的发展，基本已形成了专业化、系列化生产的局面。有资料显示，国外有很多国家的转向器厂，都已发展成大规模生产的专业厂，年产超过百万台，垄断了转向器的生产，并且销售点遍布了全世界。汽车转向器的结构很多，从目前使用的普遍程度来看，主要的转向器类型有 4种：有蜗杆销式 (、蜗杆滚轮式 (、循环球式 (、齿轮齿条式 (。这四种转向器型式，已经被广泛使用在汽车上。 综合上述对有关转向器品种的使用分析 ,得出以下结论 ： 循环球式转向器和齿轮齿条式转向器，已成 为当今世界汽车上主要的两种转向器；而蜗轮 在逐步被淘汰或保留较小的地位。在小客车上发展转向器的观点各异，美国和日本重点发展循环球式转向器 ,比率都已达到或超过 90%；西欧则重点发展齿轮齿条式转向器，比率超过50%，法国已高达 95%。 据了解，在全世界范围内，汽车循环球式转向器占 45%左右，有继续发展之势；齿条齿轮式转向器在 40%左右；蜗杆滚轮式转向器占 10%左右；其它型式的转向器占 5%。所以可以说循环球式转向器在稳步发展。而西欧小客车中，齿条齿轮式转向器有很大的发展。日本汽车转 向器的特点是循环球式转向器占的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 2 页 比重越来越大，日本装用不同类型发动机的各类型汽车，采用不同类型转向器，在公共汽车中因使用循环球式转向器，由 60年代占总数的 展到现今的100%了 (蜗杆滚轮式转向器在公共汽车上已经淘汰 )。大、小型货车中，也大都采用循环球式转向器；但齿条齿轮式转向器有所发展；微型货车用循环球式转向器占 65%，齿条齿轮式占 35%。 由于循环球式转向器的种种优点，在中、小型号的车辆上都有良好的应用，而大型车辆更以循环球式转向器为主要结构。由此我们不难看出循环球式转向器设计具有很重要的意义，其 应用前景也非常的好。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 3 页 2 汽车转向系的组成及分类 车转向系的类型和组成 汽车转向系可按转向能源的不同分为机械式转向系和动力转向系两大类。汽车转向器是用来保持或改变汽车形式方向的机构，在汽车转向行使时，还要保证各转向轮之间有协调的转角关系。驾驶员通过操纵转向系统，使汽车保持直线或转弯运动状态，或者上述两种运动状态相互转换。 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。转向操纵机构 转向盘即通常所说的方向盘。转向盘内部有金属制成的骨架，是用钢、铝合金或镁合金等材料制成。由圆环状的盘圈、插入转向轴的转向盘毂，以及连接盘圈和盘毂的辐条构成。采用焊接或铸造等工艺制造，转向轴是由细齿花键和螺母连接的。骨架的外侧一般包有柔软的合成 橡胶或树脂，也有采用皮革包裹以及硬木制作的转向盘。转向盘外皮要求有某种程度的柔软度，手感良好，能防止手心出汗打滑的材质，还需要有耐热、耐候性。 转向盘的功能：转向盘位于司机的正前方，是碰撞时最可能伤害到司机的部件，因此需要转向盘具有很高的安全性，在司机撞在转向盘上时，骨架能够产生变形，吸收冲击能，减轻对司机的伤害。转向盘的惯性力矩也是很重要的，惯性力矩小，我们就会感到“轮轻”，操做感良好，但同时也容易受到转向盘的反弹 (即“打手” )的影响，为了设定适当的惯性力矩，就要调整骨架的材料或形状等。现在的转向盘与以 前的看似没有太大变化，但实际上已经有了改进。由于转向助力装置的普及，转向盘外径变小了，而手握处却变粗了，采用柔软材料，使操作感得到了改善。现在有越来越多的汽车在转向盘里安装了安全气囊，也使汽车的安全性大大提高了。转向盘的集电环：转向盘上有喇叭开关，必须时刻与车身电器线路相连，而旋转的转向盘与组合开关之间显然不能用导线直接相连，因此就必须采用集电环装置。集电环好比环形的地铁轨道，喇叭开关的触点就象奔跑在轨道上的电车，时刻保持接通的状态。由于是机械接触，长时间使用触点会因磨损影响导电性，导致紧急时刻喇叭不鸣甚至气囊不工作。因此，最近装备气囊的汽车开始装用电缆盘，代替集电环。 转向盘的端子与组合开关的端子用电缆线连接，电缆盘将电线卷入盘内，类似于吸尘器的电线卷取机构，在转向盘旋转范围内，电线卷筒自由伸缩。 转向器分类 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 4 页 转向器按结构形式可分为多种类型。历史上曾出现过许多种形式的转向器，目前较常用的有齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球式、循环球曲柄指销式、蜗杆滚轮式等。其中第二、第四种分别是第一、第三种的变形形式，而蜗杆滚轮式则更少见。如果按照助力形式，又可以分为机械式（无助力），和动力式（有助力）两种，其中动力转向器 又可以分为气压动力式、液压动力式、电动助力式、电液助力式等种类。 1）齿轮齿条式转向器 它是一种最常见的转向器。其基本结构是一对相互啮合的小齿轮和齿条。转向轴带动小齿轮旋转时，齿条便做直线运动。有时，靠齿条来直接带动横拉杆，就可使转向轮转向。所以，这是一种最简单的转向器。它的优点是结构简单，成本低廉，转向灵敏，体积小，可以直接带动横拉杆。在汽车上得到广泛应用。 图 2轮齿条式转向器 2）蜗杆曲柄销式转向器 它是以蜗杆为主动件，曲柄销为从动件的转向器。蜗杆具有梯形螺纹，手指状的锥形指销用轴承支承在 曲柄上，曲柄与转向摇臂轴制成一体。转向时，通过转向盘转动蜗杆、嵌于蜗杆螺旋槽中的锥形指销一边自转，一边绕转向摇臂轴做圆弧运动，从而带动曲柄和转向垂臂摆动，再通过转向传动机构使转向轮偏转。这种转向器通常用于转向力较大的载货汽车上。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 5 页 图 2杆曲柄销式转向器 3）循环球式转向器 循环球式：这种转向装置是由齿轮机构将来自转向盘的旋转力进行减速，使转向盘的旋转运动变为涡轮蜗杆的旋转运动，滚珠螺杆和螺母夹着钢球啮合，因而滚珠螺杆的旋转运动变为直线运动，螺母再与扇形齿轮啮合，直线运动再次变为旋转运动，使连杆臂摇动 ，连杆臂再使连动拉杆和横拉杆做直线运动，改变车轮的方向。 这是一种古典的机构，现代轿车已大多不再使用，但又被最新方式的助力转向装置所应用。它的原理相当于利用了螺母与螺栓在旋转过程中产生的相对移动，而在螺纹与螺纹之间夹入了钢球以减小阻力，所有钢球在一个首尾相连的封闭的螺旋曲线内循环滚动，循环球式故而得名。 图 2环球式转向器 齿轮齿条液压助力转向器，是相对于齿轮齿条机械转向器而言的，主要是增加了转向油泵、转向油壶、转向油管、转向阀、转向油缸等部件，以期达到买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 6 页 改善驾驶员手感，增加转向助力的目的的转向装置 。国内经过 10多年来的发展，已经形成成熟的研发和制造技术的厂家有豫北光洋转向器有限公司等企业。 转向系统发展随着汽车工业的飞速发展以及人们对于舒适、安全性能要求的不断提高，转向系统也随着科技的发展日新月异。就目前而言，电动助力转向系统是转向行业前沿研究项目，按照其布局形式，可以分为管柱助力、齿轮助力、齿条助力、拉杆助力、电液助力等形式。以前在一些科幻电影中才能出现的无人飞机、无人驾驶汽车等现在已经成为现实，转向系统也在朝着更加先进的方向发展，比如由日本 械式转向系 机械式转向器的能量来源是人力，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。 这种转向器有两对传动副组成，一对是螺杆、螺母，另一对是齿条、齿扇或曲柄销。在螺杆和螺母之间装有可循环滚动的钢球，使滑动摩擦变为滚动摩擦，从而提高了传动效率。 这种转向器的优点是，操纵轻便，磨损小，寿命长。缺点是结构复杂，成本高，转向灵敏度不如齿轮齿条式。因此逐渐被齿轮齿条式取 代。但随着动力转向的应用，循环球式转向器近年来又得到广泛使用。 当汽车转向时，驾驶员对转向盘施加一个转向力矩。该力矩通过转向轴、转向万向节、和转向传动轴输入转向器。经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向摇臂，再通过转向直拉杆传给固定于左转向节上的转向节臂，使左转向节和它所支撑的左转向轮偏转。 从转向盘到转向传动轴这一系列零件和部件，均属于转向操纵机构。有转向摇臂至转向梯形这一系列零件和部件（不含转向节），均属于转向传动机构。 目前较常用的机械式转向器有齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球 杆 滚轮式等。其中第二、第四种分别是第一、第三种的变形形式，而蜗杆滚轮式则更少见。 方向盘转动使方向机蜗杆转动、涡杆与蜗轮咬合（也有循环球咬合的）涡轮轴带动方向机摇臂前后摆动，方向机摇臂通过球头销与竖拉杆相连、竖拉杆另一端与左前轮轴头摇臂相连，轴头摇臂通过立销（主销）与前桥相连，摇臂前后摆动就可使车轮轴头（沿主销）左右转向了，左前轮通过横拉杆与右车轮相连，这样转动方向盘就可以让左右前轮同时转向了 2 汽车行驶中经常需要改变行驶方向，即所谓的转向，这就需要有一套能够按照司机意志使汽车转向的机构，它将司机转动方向盘 的动作转变为车轮 (通常是前轮 )的偏转动作。 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买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 7 页 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。 力转向器 动力转向器是兼用驾驶员体力和发动机动力为转向能源的转向系。在正常情况下，汽车转向所需的能量，只有一小部分由驾驶员提供，而大部分是由发动机通过转向加力装置提供的。但在转向加力装置失效时，一般还应当能由驾驶员独立承担汽车转向任务。因此，动力转向器是在机械转向器的基础上加设一套转向加力装置而形成的。 动力转向器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。转向助力装置有以下几种： (1)液压式动力转向装置 (2)电动式动力转向装置 (3)电动液压式动力转向装置 向系主要性能参数 向器的效率 转向器的输出功率与输入功率之比，称为转向器的传动效率。功率 1p 从转向轴输入，经转向摇臂轴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 表示， 443 /)( 。式中， 2p 为转向器中的摩擦功率； 3p 为作用在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，车轮与路面之间的作用力传至转向盘上要尽可能小，防止打手又要求此逆效率尽 可能低。 转向器的正效率 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 8 页 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、结构特点与正效率 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，因结构不同其正效率也不一样。另外两种结构的转向器正效率，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 动轴承可使正逆效率提高约 10。 (2) 转向器的结构参数与正效率 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，其正效率可用下式计算 )t a n (/t a （ 2 式中，0为蜗杆 (或螺杆 )的螺线导程角； 为摩擦角， =f 为摩擦因数 )。 2）转向器逆效率 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 ” ，使之精神状态紧张。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。属于可逆式的转向器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 00 t a n/)t a n ( (2 2) 式 (2 1)和式 (2 2)表明：增加导程角0,正、逆效率均增大。受0增大买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 9 页 的影响，0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。为此，导程角必须大于摩擦角。通常 螺线导程角选在 8 10之间。 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0为力传动比，即2。 转向盘转动角速度 w与同侧转向节偏转角速度 k之比，称为转向系角传动比0i，即 /0式中， d 为转向盘转角增量；转向节转角增量； 时间增量。它又由转向器角传动比 0 转向盘角速度w与摇臂轴转动角速度p之比，称为转向器角传动比即 /0式中 , 摇臂轴转角增量。 此定义适用于除齿轮齿条式之外的转向器。 摇臂轴转动角速度p与同侧转向节偏转角速度w之比，称为转向传动机构的角传动比 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 10 页 /。 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有如下关系 （ 2 3） 式中， a 为主销偏移距，指从转向节主销轴线的延长线与支承平面的交点至车轮中心平面与支承平面交线间的距离。 作用在转向盘上的手力(2 4） 式中，向盘直径。 将式 (2 3)、式 (2 4)代入 2后得到 （ 2 5） 分析式 (2 5)可知，当主销偏移距为 a 时，力传动比 常轿车的 a 值在 货车的 a 值在 40 60向盘直径 80550 如果忽略摩擦损失，根据能量守恒原理，M /2为 02r （ 2 6） 将式 (2 6)代人式 (2 5)后得到 （ 2 7） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 11 页 当 a 和 传动比 然转向越轻，但明转向不灵敏。 3）转向系的角传动比用 / 表示以外，还可以近似地用转向节臂臂长 2L 与摇臂臂长 1L 之比来表示，即 12 / 。现代汽车结构中， 2L 与 1L 的比值大约在 近似认为其比值为 1。则 0 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 4）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 2式可知，当大操纵轻便。 考虑到ww 0，由0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。 循环球齿条齿扇式转向器的角传动比 2。因结构原因，螺距 P 不能变化，但可以用改变齿扇啮合半径 r 的方法，达到使循环球齿条齿扇式转向器实现变速比的目的。 随转向盘转角变化，转向器角传动比可以设计成减小、增大或保持不变的。影响选取角传动比变化规律的因素，主要是转向轴负荷大小 和对汽车机动能力的要求。若转向轴负荷小，在转向盘全转角范围内，驾驶员不存在转向沉重问题。装用动力转向的汽车，因转向阻力矩由动力装置克服，所以在上述两种情况下，均应取较小的转向器角传动比并能减少转向盘转动的总圈数，以提高汽车的机动能力。 转向轴负荷大又没有装动力转向的汽车，因转向阻力矩大致与 车轮偏转角度大小成正比变化，汽车低速急转弯行驶时的操纵轻便性问题突出，故应选用大些的转向器角传动比。汽车以较高车速转向行驶时，转向轮转角较小，转向阻力矩也小，此时要求转向轮反应灵敏，转向器角传动比应当小些。因此，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 12 页 转向器角 传动比变化曲线应选用大致呈中间小两端大些的下凹形曲线，如图 2 图 2向器角传动比变化特性曲线 转向盘在中间位置的转向器角传动比不宜过小。过小则在汽车高速直线行驶时，对转向盘转角过分敏感和使反冲效应加大，使驾驶员精确控制转向轮的运动有困难。直行位置的转向器角传动比不宜低于 15 16。 向盘自由行程 对转向盘自由行程的认识 转向盘在空转阶段中的角行程，称为转向盘自由行程。转向盘自由行程对于缓和路面冲击及避免使驾驶员过度紧张是有利的，但不宜过大，以免过分影响灵敏性。一般说来，转向盘 从相应于汽车直线行驶的中间位置向任一方向的自由行程最好不超过 10 15。当零件磨损严重到十转向盘自由行程超过25 35时，必须进行调整。 2） 转向盘自由行程过大的原因 造成转向盘自由行程过大的原因，主要有如下几个方面： (1)转向器蜗杆与滚轮 (或齿扇、指销等 )间隙过大； (2)转向传动装置松动； (3)转向传动装置的球铰链间隙过大 (松动 )； (4)前轮轴承或转向节主销与衬套 配合不紧 等。 向操纵机构及转向传动机构 向操纵机构 转向盘的功能： 现在有越来越多的汽车在转向盘里安装了安全气囊，也使汽车的安全性大买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 13 页 大提高了。转向盘的集电环：转向盘上有喇叭开关，必须时刻与车身电器线路相连，而旋转的转向盘与组合开关之间显然不能用导线直接相连，因此就必须采用集电环装置。集电环好比环形的地铁轨道，喇叭开关的触点时刻保持接通的状态。由于是机械接触，长时间使用触点会因磨损影响导电性，导致紧急时刻喇叭不鸣甚至气囊不工作。因此，最近装备气囊的汽车开始装用电缆盘，代替集电环。 转向盘的端子与组合开关的端子用电缆线连接，电缆盘将电线卷入盘内，在转向盘旋转范围内，电线靠卷筒自 由伸缩。这种装置大大提高了电器装置的可靠性。 向传动机构 为牢固支承转向盘而设有转向柱。传递转向盘操作的转向轴从中穿过，内部有轴承和衬套支承。转向机构应备有吸收汽车碰撞时产生的冲击能的装置，许多国家都规定轿车必须安装吸能式转向柱。吸能装置的方式很多，大都通过转向柱的支架变形来达到缓冲吸能的作用。 转向轴与转向器齿轮箱之间采用联轴节相连 (即两个万向节 )，之所以用联轴节，除了可以改变转向轴的方向，还有就是使得转向轴可以作纵向的伸缩运动，以配合转向柱的缓冲运动。即： （ 1）可倾斜式转向机构； （ 2） 可伸缩式转向机构。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 14 页 3 转向器总成方案分析 向器设计要求 （ 1） 汽车转弯行驶时，全部车轮应绕顺时针方向旋转，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） 汽车转向行驶后，在驾驶员松开转向盘的情况下，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，转向轮不得产生振动，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，具有快速和小转弯能力。 （ 6） 操纵轻便。 （ 7） 转向轮碰到障碍物以后，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的变形而后移时，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，保证转向盘与转向轮转动方向一致。 正确设计转向梯形机构，可以使第一项得到保证。转向系中设有转向减震器时，能够防止转向轮产生振动，同时又能使传动转向盘上的反冲力明显下降。为了使汽车具有良好的机动性能，必须使转向轮有尽可能大的转角，并要达到按前外轮车轮轨迹计算，其最小转弯半径能达到汽车轴距的 。通常用转 向时驾驶员作用在转向盘上的切向力大小和转向盘转动圈数多少两项指标来评价操纵轻便性。没有动力转向的轿车，在行驶中转向，此力应为 50动力转向时，此力在 20货车从直线行驶状态，以 10Km/h 的速度在柏油路或水泥的水平路段上转入沿半径 12m 的圆周行驶，且路面干燥，若转向系内没有装动力转向器，上述切向力不得超过 250N;有动力转向器时，不得超过 120N。轿车转向盘从中间位置转到每一端的圈数不得超过 车则要求不超过 向器总成方案设计 循环球式转向器又称为综合式转向器 （因为它由两级传动副组成），是目前国内、外汽车上较为流行的一种结构形式。循环球式转向器中一般有两级传动副，第一级是由螺杆和螺母共同形成的螺旋槽内装有钢球构成的传动副，第二级是由螺母上齿条与摇臂轴上齿扇构成的齿条 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 15 页 转向时，转动转向盘，与转向轴连为一体的螺杆带动方形螺母作轴向移动（因螺杆在轴向方向固定在转向器壳上），螺母的下端制成齿条，因而能带动与转向摇臂轴做成一体的齿扇的转动。 图 3齿扇转向器。转向螺杆的轴径支撑在两个角接触球轴承上，轴承紧度可用调整垫片调整。转向螺母外 侧的下平面加工成齿条，与齿扇轴（即摇臂轴）上的齿扇啮合。可见，转向螺母即是第一级传动副的从动件，也是第二级传动副（齿条 主动件（齿条）。通过转向盘和转向轴转动转向螺杆时，转向螺母不能转动，只能轴向移动，并驱使齿扇轴转动。 1转向摇臂 2 向心推力球轴承 3螺杆副总成 4壳体组件 5螺栓 6上盖调整垫片 8上盖 9柱管夹子 10螺杆油封 11铁丝 12顶丝 13柱管 14转向轴组件 15支承套 16自攻螺钉 17 螺母 8螺母 9螺栓 20垫圈 21 滤气螺塞 图 3环球式转向器 为了减少转向螺杆和转向螺母之间的摩擦和磨损，二者的螺纹制成半圆形凹槽，并不直接接触，其间装有许多钢球，从而将滑动摩擦变为滚动摩擦。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近似半圆的螺旋槽。两者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面的螺旋管状通道，这样可以使转向螺母和转向螺杆轴向定位好，滚道和钢球间有间隙，可以用来贮存碎屑和润滑油，有助于减少螺母和螺杆之间的磨损。螺母侧面有两对通孔，可将钢球从此孔塞入螺旋形通道内。两根 插入螺母侧面的两对通孔中，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，在螺杆与螺母两者和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”。钢球在管状通道内绕行 出螺母而进入导管的一端，再由导管另一端流回螺旋管状通道。因此，在转向器工作时，两列钢球买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 16 页 只是在各自封闭的“流道”内循环，而不致脱出。 与齿条相啮合的齿扇，其齿厚是在分度圆上沿齿扇轴线按线性关系变化的，故为 变厚齿扇。只要使齿扇轴相对于齿条作轴向移动，即能调整两者的啮合间隙。调整螺钉装在侧盖上，并用螺母锁紧。齿扇轴内侧端部有切槽，调整螺钉的圆柱形端头即嵌入此切槽中。将调整螺钉旋入，则啮合间隙减少；反之，则啮合间隙增大。 循环球式转向器的优点： 在螺杆和螺母之间因为有可以环流的钢球，将滑动摩擦，因而传动效率可达到 70% 85%； 在结构和工艺上采取措施后，包括提高制造进度，改善工作表面的表面粗糙度和螺杆、螺母经淬火和磨削加工，使之有足够的硬度和耐磨性能，可以保证足够大使用寿命； 转向器传动比可以变化； 工作平稳可 靠； 齿条和齿扇之间的间隙调整工作易于进行； 适合来做整体式动力转向器 循环球式转向器的主要缺点是： 逆效率高，结构复杂，制造困难，制造精度要求高。 对于前轴轴载质量不大而又经常在平坦路面上行使的轻中型载货汽车而言，这一缺点影响不大；而对于载重量较大的汽车，使用循环球式转向器时，除可以在转向器中增加吸振装置以减少路面冲击反力外，往往装有液力转向加力器。由于循环球式转向器在结构上便于与液力转向加力器设计为一个整体，而液力系统又正可以缓和路面的冲击，因此，循环球式转向器得到日益广泛的应用。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 17 页 4 循环球式转向器 设计 （ 1）钢球中心距 D 、螺杆外径 1D 、 螺母内径 2D 尺寸 D 、 1D 、 2D 如图 3 钢球中心距 D 是基本尺寸 , 螺杆外径 1D 、螺母内径 2D 及钢球直径 d 对确定钢球中心距 D 的大小有影响，而又对转向器结构尺寸和强度有影响。在保证足够的强度条件下 ,尽可能将 D 值取小些。选取规律是随着扇齿模数的增大，钢球中心距也相应增加。设计时先参考同类型汽车的参数进行选取，经强度验算后，再进行修正。螺杆外径 1D 通常在 20 38设计时应根据转向轴负荷的不同来选定 径 2D 应大于 1D ,一般要求 12 5% 10%） D . 图 4杆钢球螺母传动副 （ 2）钢球直径 d 及数量 n 钢球直径尺寸 d 取得大，能提高承载能力，同时螺杆和螺母传动机构和转响器的尺寸也随之增大。钢球直径应 符合国家标准，一般常在 7 9围内选用（表 4 增加钢球数量 n ，能提高承载能力，但是钢球流动性变坏，从而使传动效率降低。因为钢球本身有误差，所以共同参加工作的钢球数量并不是全部钢球数。经验证明，