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汽 车 设 计 转向系设计 二一年十一月 汽车设计 第七章 转向系设计 本章主要学习： （1）转向系的设计要求； （2）转向系主要性能参数 ； （3）机械式转向器方案分析与设计计算 ； （4）动力转向机构的设计要求与方案分析 ； （5）转向梯形机构方案及整体式转向梯形 机构优化设计。 1转向盘 2转向轴 3转向万向节 4转向传动轴 5转向器 6转向摇臂 7转向直拉杆 8转向节臂 9左转向节 10,12梯形臂 11转向横拉杆 转向系：用来保持或改变汽车行驶方向的机构 ，在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的 转角关系。 汽车设计 第七章 转向系设计 第七章 转向系设计 第一节 概述 第二节 机械式转向器方案分析 第三节 转向系主要性能参数 第四节 机械式转向系设计计算 第五节 动力转向机构 第六节 转向梯形 第七节 转向减振器（自学） 第八节 转向系结构元件（自学） 汽车设计 第七章 转向系设计 第一节 概 述 一、转向系的主要设计要求 (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。 （2）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。 （3）在任何行驶状态下，转向轮不得产生自振，转向盘没 有摆动。 （4）转向传动机构和悬架导向装置产生的运动不协调，应 使车轮产生的摆动最小。 （5）转向灵敏，最小转弯直径小。 汽车设计 第七章 转向系设计 第一节 概 述 一、转向系的主要设计要求 （6）操纵轻便。 （7）转向轮碰撞到障碍物以后， 转向轮传给转向盘的反冲 力要尽可能小。 （8）转向器和转向传动机构中应有间隙调整机构。 （9）当转向盘和转向轴由于车架或车身变形而后移时， 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， 转向盘转动方向与汽车行驶方向的改 变相一致。 汽车设计 第七章 转向系设计 第一节 概 述 二、转向系的分类与组成 转向操纵机构 转向器 转向传动机构 汽车设计 第七章 转向系设计 第一节 概 述 三、转向系设计时注意的几个问题 （1）正确设计转向梯形机构，可以保证汽车转弯行驶时，全 部车轮绕瞬时转向中心旋转。 （2）转向轮的自动回正能力决定于转向轮的定位参数和转 向器逆效率的大小。合理确定转向轮的定位参数，正确选择转 向器的形式，可以保证汽车具有良好的自动回正能力。 （3）转向系中设置有转向减振器时，能够防止转向轮产生 自振，同时又能使传到转向盘上的反冲力明显降低。 （4）为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，或采用多轴转向。 汽车设计 第七章 转向系设计 第一节 概 述 三、 转向系设计时注意的几个问题 （5）转向操纵的轻便性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。 轿车 货车 机械转向 50100n（150200n） 250n （500n） 动力转向 2050n 120n 轿车转向盘从中间位置转到第一端的圈数不得超过2圈，货 车则要求不超过3圈。 近年来，电动、电控动力转向器已有逐步取代传统液压动 力转向器，快速转入商品装车使用。 汽车设计 第七章 转向系设计 第二节 机械式转向器方案分析 一、机械式转向器方案分析 按机械式转向器 结构特点分类 齿轮齿条式转向器 循环球式转向器 蜗杆滚轮式转向器 蜗杆指销式转向器 二、防伤安全机构方案分析计算 三、转向盘的尺寸及布置 汽车设计 第七章 转向系设计 第二节 机械式转向器方案分析 一、机械式转向器方案分析 1.齿轮齿条式 主要优点：结构简单、 紧凑、体积小、质量轻； 传动效率高达90%； 可自动消除齿间间隙(图7-1所示)； 没有转向摇臂和直拉杆， 转向轮转角可以增大；制造成本低。 主要缺点：逆效率高（60%70%）。在不平路面上行驶时 ， 转向轮与路面之间的冲击力，大部分能传至转向盘（反冲） 。 应用：微型、普通级、中级和中高级轿车上； 装载量不大、前轮采用独立悬架的货车和客车。 汽车设计 第七章 转向系设计 第二节 机械式转向器方案分析 一、机械式转向器方案分析 图7-2 齿轮齿条式转向器的四种形式 1.齿轮齿条式 转向器形式（根据输入齿轮位置和输出特点） 中间输入， 两端输出 侧面输入，两端输出 侧面输入，中间输出 侧面输入，一端输出 汽车设计 第七章 转向系设计 第二节 机械式转向器方案分析 一、机械式转向器方案分析 1.齿轮齿条式 侧面输入，中间输出形式 拉杆与齿条的螺栓连接 可使得拉杆长度增加，有利于减少与悬架系的干涉 斜齿圆柱齿轮与 斜齿齿条啮合副 转向器壳体需开槽 汽车设计 第七章 转向系设计 第二节 机械式转向器方案分析 一、机械式转向器方案分析 齿条断面形状 有o形、v形和y形三种。圆形断 面齿条制作工艺比较简单。v形和y 形断面齿条与圆形断面比较，消耗 的材料少，故质量小。 1.齿轮齿条式 汽车设计 第七章 转向系设计 第二节 机械式转向器方案分析 一、机械式转向器方案分析 转向器在车上的布置形式 1.齿轮齿条式 （转向器与转向梯形与前轴的相对位置） 汽车设计 第七章 转向系设计 第二节 机械式转向器方案分析 一、机械式转向器方案分析 2. 循环球式转向器 两级传动副：由螺杆-钢球 -螺母构成的传动副；螺母上齿 条与摇臂轴上齿扇构成的传动副 。 优点：传动效率较高（75% 85%）；转向器传动比可变；工 作平稳可靠；齿条和齿扇之间的 间隙调整容易；适合做整体式动 力转向器。 缺点：逆效率高，结构复杂， 制造困难，制造精度要求高。 应用：主要用于商用车（货 车和客车）上。 汽车设计 第七章 转向系设计 第二节 机械式转向器方案分析 一、机械式转向器方案分析 2. 循环球式 循环球式转向器：齿 条和齿扇之间的间隙调 整机构 汽车设计 第七章 转向系设计 第二节 机械式转向器方案分析 一、机械式转向器方案分析 3.蜗杆滚轮式 蜗杆滚轮式转向器由蜗杆和滚轮啮合而构成。 主要优点是：结构简单；制造容易；强度比较高、工作可靠、 寿命长；逆效率低。 主要缺点是：正效率低；调整啮合间隙比较困难；传动比不能 变化。 4. 蜗杆指销式 蜗杆指销式转向器有固定销式和旋转销式两种形式。根据销子 数量不同，又有单销和双销之分。 （已淘汰） （濒临淘汰） 汽车设计 第七章 转向系设计 第二节 机械式转向器方案分析 一、机械式转向器方案分析 比较 内容 循环球式蜗杆滚轮蜗杆指销式 齿轮齿条式 死销活销 +高低低较高高 -高低较高较高高 i可变基本不变可变可变可变 磨损慢慢快较快较慢 调整易难易易易 可靠性可靠可靠较差较可靠可靠 汽车设计 第七章 转向系设计 第二节 机械式转向器方案分析 一、机械式转向器方案分析 比较内容 循环球蜗杆滚轮蜗杆指销式 齿轮齿条 式 死销活销 结构 复杂简单简单较复杂简单 制造 困难易易较难易 制造精度 高不高不高变i高变i高 可否用动力 转向 可以困难困难困难可以 质量 居中居中双销重单销轻轻 汽车设计 第七章 转向系设计 第二节 机械式转向器方案分析 二、防伤安全机构方案分析计算 1. 要求 （国标gb11557-1998） 1. 48km/h正面碰撞时，转向管柱和转向器后移不大 于127mm 2. 台架试验中，模型以6.7m/s碰撞转向盘，轴向力 不大于11123n 吸能方式 吸能元件 塑性弹性 摩擦 盘 轴 管柱 汽车设计 第七章 转向系设计 第二节 机械式转向器方案分析 二、防伤安全机构方案分析计算 2. 具体的结构方案 q万向节连接转向轴 不能吸收碰撞能量，但其 结构简单。 万向节连接的两轴之间存 在夹角，正面撞车后，转向 盘没有后移（转向器处在图中双 点划线的位置， ）便不会影响驾 驶员安全。 转向轴上设置万向节不仅 提高安全性，而且有利于 使转向盘和转向器在汽车 上得到合理布置，提高了 操纵方便性，拆装容易。 汽车设计 第七章 转向系设计 第二节 机械式转向器方案分析 二、防伤安全机构方案分析计算 2. 方案措施 q两段式防伤转向轴 汽车设计 第七章 转向系设计 第二节 机械式转向器方案分析 二、防伤安全机构方案分析计算 2. 方案措施 q 转向管柱 n塑料销钉铆接管柱 n波纹管转向管柱 n轴向滑动管柱 n弹性联轴器连接管柱 n网格状转向吸能管柱 塑料销钉铆接塑料销钉铆接安全联轴套管 汽车设计 第七章 转向系设计 弹性联轴节 第二节 机械式转向器方案分析 二、防伤安全机构方案分析计算 弹性垫片轴线可移动，缓 和冲击，且能撕裂直至断 开，这时，突缘斜面上的 轴向力和径向力相等，其 最大值由弹性垫片的强度 来决定。 (可取fx=9000n) 结构简单，制造容易，应注意弹性垫片的存在 会降低扭转刚度 汽车设计 第七章 转向系设计 第二节 机械式转向器方案分析 二、防伤安全机构方案分析计算 式中， 为互相平衡的径向力数或套管上的凹坑数； 为 计算断面套管间接触点处的法向力； ， 为外、内套管的 系数； 为套管壁厚； 为弹性模量。 吸能转向管柱 套管间的过盈量 汽车设计 第七章 转向系设计 转向盘由轮毂、轮缘和轮辐组成。若采用大直径的转 向盘，会使驾驶人员进出驾驶室感到困难；若采用小直 径的转向盘，则在转向时要求驾驶人员施加较大的力量 。转向盘布置过高会影响人对道路和仪表盘的视野；转 向盘布置过低，则在操纵离合器、制动踏板时影响驾驶 人员腿部的动作。 在选择转向盘直径时，应考虑与汽车的类型和大小相 适应。乘用车、小型客车、小型商用车的转向盘直径参 考直径为400mm；中型客车、中型商用车的转向盘参考 直径为450mm或者500mm；大型客车和大型商用车的转向 盘的参考直径为550mm。 第二节 机械式转向器方案分析 三、转向盘的尺寸及布置 汽车设计 第七章 转向系设计 第三节 转向系主要性能参数 一、转向器的效率 二、传动比的变化特性 三、转向器传动副的传动间隙t 与角传动比的关系 转向系传动比 角传动比 力传动比 转向器 传动机构 正效率， 逆效率 传动间隙特性及如何获取传动间隙特性 四、转向系的刚度cs 汽车设计 第七章 转向系设计 第三节 转向系主要性能参数 转向效率 汽车设计 第七章 转向系设计 第三节 转向系主要性能参数 一、转向器的效率 1. 转向器的正效率：功率由转向轴输入，经转 向摇臂输出所得到的效率 q影响因素： n转向器类型和结构特点 n结构参数 n制造质量 汽车设计 第七章 转向系设计 第三节 转向系主要性能参数 一、转向器的效率 （1 1）转向器类型和结构特点）转向器类型和结构特点 影响正效率的因素 循环球式循环球式 螺杆螺杆- -螺母指销式：螺母指销式： 7070 螺杆螺杆- -螺母齿扇式：螺母齿扇式：75758585 齿轮齿条式齿轮齿条式 螺旋齿螺旋齿 斜齿斜齿 （9090） 1. 转向器的正效率+ 汽车设计 第七章 转向系设计 第三节 转向系主要性能参数 一、转向器的效率 1. 转向器的正效率+ （2）结构参数与效率 0 0 + + 0 螺线导程角,一般取810 摩擦角， =arctan（f） f 摩擦系数 对蜗杆和螺杆类转向器： 汽车设计 第七章 转向系设计 第三节 转向系主要性能参数 一、转向器的效率 2. 转向器的逆效率- 转向器根据逆效率分类 n可逆式：逆效率较高，如循环球式、齿轮齿条式 n不可逆式： 0，-0 n极限可逆式：介于以上二者之间 转向系的逆效率表征的是：功率从车轮到转向盘的传 递特性，只能应用实验的方法确定在实际载荷下的转 向器的逆效率 汽车设计 第七章 转向系设计 0螺线导程角,一般取 810 摩擦角， =arctan f f摩擦系数 0 0 - - 第三节 转向系主要性能参数 一、转向器的效率 2. 转向器的逆效率- 对蜗杆和螺杆类转向器轴承，只考虑啮合副 的摩擦损失： 汽车设计 第七章 转向系设计 第三节 转向系主要性能参数 二、传动比的变化特性 1.转向系传动比 转 向 系 传 动 比 角传动比 转向器角传动比i 转向传动机构角传动比i 力传动比 轮胎与地面间的转向阻力 与方向盘上手力之比 ip = 以循环球式为例 汽车设计 第七章 转向系设计 第三节 转向系主要性能参数 二、传动比的变化特性 1.转向系传动比 汽车设计 第七章 转向系设计 第三节 转向系主要性能参数 二、传动比的变化特性 2.力传动比与角传动比的关系 当主销偏移距a和转向盘直径dsw不变时，力传动比 ip 越 大，则转向越轻，但 也越大，表明转向不灵敏。 mh 汽车设计 第七章 转向系设计 第三节 转向系主要性能参数 二、传动比的变化特性 2.力传动比与角传动比的 关系 车型主销偏移距a 商用车4060mm 乘用车(0.40.6)b 胎宽 a 转向盘直径在380550mm 的标准系列内选择 汽车设计 第七章 转向系设计 第三节 转向系主要性能参数 二、传动比的变化特性 3.转向系的角传动比 i0 转向传动机构的角传动比近似等于转向节臂臂长l2与 摇臂臂长l1之比来表示： 转向系角传动比i0 近似等于 转向器角传动比i 汽车设计 第七章 转向系设计 第三节 转向系主要性能参数 二、传动比的变化特性 4.转向器角传动比i及其变化规律 1)增大i，则ip，由ip=2fw/fh， 故fh，则：转向轻便 2)i0=k，转向节角增量与转向系角传动比 成反比，增大i(i0)，则：转向迟钝； 如何解决转向 “轻”与“灵”的矛盾？ 将各种转向器制成变速比转向器。 汽车设计 第七章 转向系设计 第三节 转向系主要性能参数 二、传动比的变化特性 4.转向器角传动比i及其变化规律 齿轮齿条转向器变速比工作原理 相互啮合的齿轮基圆齿距必须相等，即 pb1=pb2 如果m1、1固定，而m2、2的变化只要满足等式要求， 齿轮和齿条仍然可以正常啮合。 一般是采用一个变位小齿轮(其各齿形状完全相同 )与一个变模数、变压力角的齿条相啮合，实现变速 比传动。 汽车设计 第七章 转向系设计 第三节 转向系主要性能参数 二、传动比的变化特性 齿轮齿条转向器变速比工作原理 齿条中部齿： 压力角最大， 齿轮节圆半径大，转向时位移 大（ i小 ） 齿条压力角2 变化（12 3512） 齿条两端齿压力角逐渐变小（模 数也逐渐减小），齿轮节圆半径 小，转向时位移小 （ i大 ） 小齿轮的节圆半径 汽车设计 第七章 转向系设计 第三节 转向系主要性能参数 二、传动比的变化特性 4.转向器角传动比i及其变化规律 循环球齿条齿扇转向器 变速比工作原理 角传动比：i=2r/p 措施：螺距 p 不变，齿扇啮合半径 r 变化 前轴负荷大时，未装助力转向时，以低速急转轻便为主 前轴负荷小，有助力转向，以机动性为主 汽车设计 第七章 转向系设计 第三节 转向系主要性能参数 二、传动比的变化特性 4.转向器角传动比i及其变化规律 循环球齿条齿扇转向器 变速比工作原理 齿扇节圆半径r 随齿轮转角 发生变化 i=2r / p 汽车设计 第七章 转向系设计 第三节 转向系主要性能参数 二、传动比的变化特性 4.转向器角传动比i及其变化规律 车型转向器角传动比 商用车2332 乘用车1725 直行位置的转向器角传动比不宜低于1516 (避免在高速行驶时，对转向盘过分敏感和使反冲 效应加大，使驾驶员精确控制转向轮有困难) 汽车设计 第七章 转向系设计 第三节 转向系主要性能参数 三、转向器传动副的传动间隙t 1.转向器传动间隙特性 转向器传动间隙随转向盘转角 变化的关系称为转向器传动间 隙特性 影响汽车直线行驶的稳定性和 转向器寿命，转向盘处于中间位 置（1015）时间隙要极小或者 无间隙 图7-16 转向器传动副 传动间隙特性 传动副在中间位置因使用频繁，磨损速度要比两端快。必须调整消除该处间 隙。为此，传动副传动间隙特性应当设计成图7-16所示的逐渐加大的形状。 汽车设计 第七章 转向系设计 对于循环球齿轮齿扇式： （1）偏心法：齿条齿槽同宽，齿扇 中间齿正常厚度，往两边依次递减。 （公式7-8） 当偏心距n一定（0.5mm左右）时， t 取决于摇臂轴转角p （图7-18） （2）修正齿条法：两侧齿槽比中间宽 （两侧齿槽相等），齿扇的齿有相同 厚度。磨损后不致卡死。 第三节 转向系主要性能参数 三、转向器传动副的传动间隙t 2.如何获得传动间隙特性 汽车设计 第七章 转向系设计 第三节 转向系主要性能参数 转向系刚度cs对侧偏特性影响大 cs小则汽车趋向不足转向， 过小 则影响操纵性，转向迟钝。 四、转向系的刚度cs 汽车设计 第七章 转向系设计 第四节 机械式转向系设计与计算 一、转向系计算载荷的确定 转向阻力及影响因素 作用在方向盘上的力及原地转向阻力矩 二、齿轮齿条式转向器设计 三、循环球式转向器设计 四、循环球式转向器零件强度计算 汽车设计 第七章 转向系设计 第四节 机械式转向系设计与计算 一、转向系计算载荷的确定 转向阻力：为转动转向轮要克服的阻力，包括转向轮绕主 销转动的阻力、车轮稳定阻力、轮胎变形阻力和转向系中的 内磨擦阻力等。 影响因素：转向轴的负荷、道路情况和轮胎类型及 气压、转向系传动比和刚度等。 汽车设计 第七章 转向系设计 第四节 机械式转向系设计计算 一、转向系计算载荷的确定 原地转向阻力矩： 作用在方向盘上的力： 式中，f 为轮胎和路面间的滑动磨擦因数，一般取0.7 ；g1为转向轴负荷（n）；p为轮胎气压（mpa）。 式中，l1转向摇臂长；l2为转向节臂长；dsw为转向盘直 径；i为转向器角传动比；+为转向器正效率。 汽车设计 第七章 转向系设计 第四节 机械式转向系设计计算 二、齿轮齿条式转向器设计 1）采用斜齿圆柱齿轮 模数23mm 齿数57 压力角20o 螺旋角915o 2）齿条变压力角：1235o 齿数按最大移动行程确定 3）材料选择、强度验算 齿轮：低碳合金钢，20mncr等 齿条：中碳合金钢，45#等 壳体：铸铝合金压铸 汽车设计 第七章 转向系设计 第四节 机械式转向系设计计算 三、循环球式转向器设计 主要尺寸参数的选择 1.螺杆、钢球、螺母传动副 （1）钢球中心距d、螺杆外径 d1、螺母内径d2 (2)钢球直径d和数量n (3) 滚道截面 (4) 接触角 (5) 螺距p和螺旋线导程角0 (6) 工作钢球圈数w (7) 导管内径d1 单圆弧、四段圆弧、单圆弧、四段圆弧、 椭圆滚道椭圆滚道 （多取（多取4545度）度） （双环路）（双环路） 汽车设计 第七章 转向系设计 第四节 机械式转向系设计计算 三、循环球式转向器设计 2.齿条齿扇传动副 图7-21 用滚刀加工变厚齿扇的进给运动 图7-22 变厚齿扇的截面 变厚齿扇 汽车设计 第七章 转向系设计 第四节 机械式转向系设计计算 三、循环球式转向器设计 2.齿条齿扇传动副 变厚度齿扇 顶圆、根圆有锥度 （齿顶厚0.3m） 分度圆不变 分度圆齿厚变化 基圆为一圆柱 汽车设计 第七章 转向系设计 第四节 机械式转向系设计计算 四、循环球式转向器零件强度计算 1.钢球与滚道传动副的接触应力 2.齿扇齿的弯曲应力 3.齿扇轴（转向摇臂轴） 的扭转强度 汽车设计 第七章 转向系设计 n作业：教材练习题 7-1、7-3 n思考题： n 简述汽车转向系传动比的组成 n 什么是转向器的正/逆效率?影响因素有哪些? n 某循环球式转向器螺距p=15mm，齿扇节圆半径为 r=36mm，转向器的正效率为80%，求该转向器此时的 角传动比和力传动比。 n 简述转向器的间隙特性及其影响因素。 n 为转动转向轮要克服的阻力主要有哪些？ n 从设计角度出发，为了减少作用在方向盘上的手 力，可以采取的措施都有哪些? 汽车设计 第七章 转向系设计 第五节 动力转向机构 为减轻转向时驾驶员作用到转向 盘上的手力和提高行驶安全性，在 有些汽车上装设了动力转向机构。 中级以上乘用车，对其操纵轻 便性的要求越来越高，采用或者可 供选装动力转向器的逐渐增多。 转向桥轴荷质量超过2.5t的商 用车可以采用动力转向，当超过4t 时应该采用动力转向。 l.转向操纵机构 2.转向控制阀 3.机械转向器与转向动力缸总成 4.转向传 动结构 5.转向油罐 6.转向油泵 r.转向动力缸右腔 l.转向动力缸左腔 汽车设计 第七章 转向系设计 第五节 动力转向机构 汽车设计 第七章 转向系设计 第五节 动力转向机构 一、 动力转向机构的设计要求 (1) 运动随动性运动学上应保持转向轮转角和驾驶员转动 转向盘的转角之间保持一定的比例关系。 (2) 力的随动性随转向轮阻力的增大(或减小)，作用在转 向盘上的手力必须增大(或减小)，称之为“路感”。 (3) 当作用在转向盘上的切向力fh25190n时(因汽车形式不 同而异)，动力转向器就应开始工作。 (4) 稳定性转向后（主动或被动），转向盘应自动回正， 并使汽车保持在稳定的直线行驶状态。 (5) 快速性工作灵敏，即转向盘转动后，系统内压力能很 快增长到最大值。 (6) 安全性动力转向失灵时仍能用机械系统操纵车轮转向 (7) 可靠性密封性能好，内、外泄漏少。 汽车设计 第七章 转向系设计 第五节 动力转向机构 二、液压式动力转向 机构布置方案分析 转向助力装 置：由油泵、分配阀 、动力缸、转向器、 贮油罐、油管等组成 特点:动力缸 尺寸小，压力大，灵 敏度高，油液的阻尼 可吸收冲击，无需润 滑，技术最成熟 应用：最早， 最广泛 整体式动 力转向器 汽车设计 第七章 转向系设计 第五节 动力转向机构 二、液压式动力转向机构布置方案分析 1. 布置方案分析 根据分配阀、转向器和动力缸 三者相互位置的不同分为整体式 （图7-25a）和分置式两类。 分置式按分配阀所在位置不同 又分为：联阀式（图7-25b）、 连杆式（图7-25c ） 半分置式（图7-25d ） 图7-25 汽车设计 第七章 转向系设计 整体式联阀联阀 式半分置式连连杆式 结结构紧凑不紧凑不紧凑不紧凑 主要零件是否受载载是否否否 拆装困难容易较易容易 管路短短长长 是否引起转转向轮摆轮摆 振 不易容易不易容易 能否用典型转转向器不能能能能 布置容易较难易难 第五节 动力转向机构 二、液压式动力转向机构布置方案分析 1. 布置方案分析 汽车设计 第七章 转向系设计 第五节 动力转向机构 二、液压式动力转向机构布置方案分析 2. 分配阀的结构方案 分配阀中的阀与阀体以轴向移动方式来控制油路称为滑阀式 结构简单、工艺性好、操纵方便、易于布置 分配阀中的阀与阀体以旋转运动来控制油路的称为转阀式 灵敏度高、密封件少、结构先进但复杂 汽车设计 第七章 转向系设计 第五节 动力转向机构 三、液压式动力转向机构的计算 1. 动力缸尺寸的计算 受力分析 活塞杆直径 汽车设计 第七章 转向系设计 第五节 动力转向机构 三、液压式动力转向机构的计算 1. 动力缸尺寸的计算 缸体内径： 缸体壁厚： 缸体材料： 球墨铸铁(qt400-18) 铝合金(zl105) 缸体加工工艺： 活塞厚度： 活塞行程： 活塞材料：45钢 （车轮转至最大转角时，从直拉杆的位移量换算到活塞杆处的移动量）（车轮转至最大转角时，从直拉杆的位移量换算到活塞杆处的移动量） 汽车设计 第七章 转向系设计 第五节 动力转向机构 三、液压式动力转向机构的计算 2. 分配滑阀参数的选择 （1）分配阀的泄漏量 （2）局部压力降 （3）预开隙 整体式和半分置式 （4）滑阀总移动量 汽车设计 第七章 转向系设计 第五节 动力转向机构 三、液压式动力转向机构的计算 3分配阀的回位弹簧 为防止外界干涉破坏分配阀的正常工作和保证自 动回正，回位弹簧的力在保证转向轻便的条件下，应 尽可能取大些。回位弹簧预压缩力的最小值，应大于 转向器逆传动时的摩擦力 。 动力转向开始起作用时作用在转向盘上的切向力 应达到预定值：20n100n （根据车型选取） 汽车设计 第七章 转向系设计 第五节 动力转向机构 三、液压式动力转向机构的计算 4. 动力转向器的评价指标 1) 动力转向器的作用效能 2) 液压式动力转向的路感 3) 转向灵敏度 4) 动力转向器的静特性 静特性曲线划分为四个区段 （115之间） （输入转矩与输出转矩之间的关系） （对称） 汽车设计 第七章 转向系设计 第五节 动力转向机构 汽车设计 第七章 转向系设计 第五节 动力转向机构 型式齿轮泵叶片泵转子泵柱塞泵 结构紧凑简单紧凑简单不紧凑 压力mpa7 7 7.5 10 效率 0.850.900.620.92 0.930.98 其它可靠工艺性好寿命短 应用国内多国外多少少 三、液压式动力转向机构的计算 5. 油泵型式、油泵排量与油罐容积 汽车设计 第七章 转向系设计 第五节 动力转向机构 四、电控液压动力转向机构 在传统的hps基础上，增加控制器和执行机构，根 据车速控制电液转换装置改变助力特性 车速感应型 动力转向机构 “轻便性与路感” 直流电机驱动液压泵， 车速控制流量 车速信号控制的油压反馈式 汽车设计 第七章 转向系设计 第五节 动力转向机构 五、电动助力转向机构 汽车设计 第七章 转向系设计 第五节 动力转向机构 五、电动助力转向机构 汽车设计 第七章 转向系设计 eps 第五节 动力转向机构 五、电动助力转向机构 转向轴助力式 电动助力转向的动力学模型 汽车设计 第七章 转向系设计 第五节 动力转向机构 五、电动助力转向机构 电动助力转向的助力特性 以齿轮齿条式电动助力器为例 转向的轻便性与路感 车速感应式助力特性 图7-37 汽车设计 第七章 转向系设计 三种助力方式的比较 类类 型epsehpshps 能耗耗油最少介乎两者之间耗油最多 独立于发动机工作 可以可以不可以 方向跟随性极好差较差 回正能力最佳好一般 路感很好好一般 助力特性正确、灵活、方便、 控制性能可最优化 灵活性、传递特性较 hps差些 中等 环保性好较差差 集成性方便不方便不方便 占用空间只有4个组件，结构 紧凑，占用空间最小 零部件多（4050个 ），占用空间大 零部件多（4050个 ），占用空间大 耐寒性耐寒不耐寒，需预热不耐寒，需预热 重量最轻较重较重 效率很高中等差 汽车设计 第七章 转向系设计 四轮转向 汽车设计 第七章 转向系设计 第六节 转向梯形 n转向梯形的类型： 转向梯形有整体式和断开式两种。 转向梯形方案与悬架形式密切相关。 n转向梯形的设计要求： 1）正确选择转向梯形参数，保证汽车转弯时全部车 轮绕一个瞬时转向中心行驶（纯滚动运动）。 2）满足最小转弯直径的要求，转向轮应有足够大的 转角。 汽车设计 第七章 转向系设计 理论转向特性 第六节 转向梯形 汽车设计 第七章 转向系设计 第六节 转向梯形 汽车设计 第七章 转向系设计 第六节 转向梯形 汽车设计 第七章 转向系设计 第六节 转向梯形 一、转向梯形结构方案分析 1.整体式转向梯形 图7-38 整体式转向梯形 1横拉杆 2梯形臂 3前轴 结构简单，前束调整容易 ，制造容易，但车轮跳动 相互影响 与非独立悬架配合使用 前置梯形布置容易受发 动机、制动系的影响 汽车设计 第七章 转向系设计 第六节 转向梯形 一、转向梯形结构方案分析 1.整体式转向梯形前悬架用非独立悬架的转向杆系布置 整体式前桥运动分析 汽车设计 第七章 转向系设计 第六节 转向梯形 一、转向梯形结构方案分析 1.整体式转向梯形前悬架用非独立悬架的转向杆系布置 最佳的转向纵拉杆布置位置 汽车设计 第七章 转向系设计 板簧的转动中心近似在 第一板簧片的中点a的下方 一个卷耳半径e处。 应使转向节臂铰点(与 转向纵拉杆相连处)在侧视 图上与板簧的转动中心重 合，否则，制动时将产生 干涉转向，造成制动跑偏 。 第六节 转向梯形 一、转向梯形结构方案分析 1.整体式转向梯形前悬架用非独立悬架的转向杆系布置 制动时板簧产生s形变形 汽车设计 第七章 转向系设计 第六节 转向梯形 一、转向梯形结构方案分析 2.断开式转向梯形 图7-39 断开式转向梯形 布置方案之一 转向梯形的横拉杆做成断开的 ，称之为断开式转向梯形。 特点：左右车轮跳动互不影响 ，结构复杂，成本高，前束调整困 难。与独立悬架配合使用 在这种断开式转向梯形中，必 须有一个惰性摆臂，以使转向传动 机构只有一个受转向器控制的自由 度。 汽车设计 第七章 转向系设计 第六节 转向梯形 一、转向梯形结构方案分析 2.断开式转向梯形 1转向摇臂 2横拉杆 3梯形臂 汽车设计 第七章 转向系设计 第六节 转向梯形 双横臂独立悬架横拉杆 断开点位置确定 一、转向梯形结构方案分析 2.断开式转向梯形 采用双横臂独立悬架 ，常用图解法（基于 三心定理）确定断开 点的位置。 横拉杆上断开点的位置 与独立悬架形式有关。 汽车设计 第七章 转向系设计 第六节 转向梯形 双横臂独立悬架横拉杆 断开点位置确定 一、转向梯形结构方案分析 2.断开式转向梯形 汽车设计 第七章 转向系设计 第六节 转向梯形 双横臂独立悬架横拉杆 断开点位置确定 一、转向梯形结构方案分析 2.断开式转向梯形 汽车设计 第七章 转向系设计 第六节 转向梯形 双横臂独立悬架横拉杆 断开点位置确定 一、转向梯形结构方案分析 2.断开式转向梯形 汽车设计 第七章 转向系设计 当前轮上、下跳动 时，e 和g 点之间的距 离要发生变化。在确定 横拉杆断开点位置时， 首先确定转向节的运动 瞬时中心p2。 第六节 转向梯形 麦弗逊独立悬架横拉杆 断开点位置确定 一、转向梯形结构方案分析 2.断开式转向梯形 1 汽车设计 第七章 转向系设计 macpherson式悬架与齿轮齿条式转向器的连杆布置 第六节 转向梯形 麦弗逊独立悬架横拉杆断开点位置确定 一、转向梯形结构方案分析 2.断开式转向梯形 汽车设计 第七章 转向系设计 第六节 转向梯形 一、转向梯形结构方案分析 2.断开式转向梯形 汽车设计 第七章 转向系设计 第六节 转向梯形 二、整体式转向梯形机构优化设计 理想的内、外轮转角关系 在忽略侧偏角影响的条件下，转向后，两转向 前轮轴线的延长线交在后轴延长线上。 汽车设计 第七章 转向系设计 汽车设计 第七章 转向系设计 第六节 转向梯形 二、整体式转向梯形机构优化设计 作图法 转向梯形的基本尺 寸参数是: 梯形臂长度m 梯形底角 汽车设计 第七章 转向系设计 第