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目 录
摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract ………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章 绪论……………………………………………………………………………1
1.1 概述……………………………………………………………………………1
1.2 汽车转向系统的现状和发展趋势 ………………………………………………1
1.3 课题研究的目的和意义 …………………………………………………………3
第2章 转向系设计概述………………………………………………………5
2.1对转向系的要求 …………………………………………………………………5
2.2转向操纵机构 ……………………………………………………………………5
2.3转向传动机构……………………………………………………………………6
2.4转向梯形机构的设计………………………………………………………………6
2.4.1转向梯形理论特性……………………………………………………………7
2.5转角及最小转弯半径……………………………………………………………9
2.6汽车转向系方案的选择……………………………………………………11
2.6.1齿轮齿条转向器………………………………………………………………11
2.6.2其它转向器……………………………………………………………………14
2.7齿轮齿条式转向器布置和结构形式的选择…………………………………14
2.8数据的确定……………………………………………………………………15
2.9本章小结……………………………………………………………………15
第3章 转向系主要性能参数 ………………………………………………………16
3.1转向器的效率……………………………………………………………………16
3.1.1转向器的正效率………………………………………………………16
3.1.2转向器的逆效率………………………………………………………17
3.2传动比变化特性…………………………………………………………………18
3.2.1转向系传动比……………………………………………………………18
3.2.2力传动比与转向系角传动比的关系……………………………………18
3.2.3转向器角传动比的选择…………………………………………………19
3.3转向器传动副的传动间隙 …………………………………………………20
3.4转向盘的总转动圈数……………………………………………………………20
3.5本章小结…………………………………………………………………20
第4章 转向器设计计算 ……………………………………………………………21
4.1转向系计算载荷的确定…………………………………………………………21
4.2齿轮参数的选择…………………………………………………………………22
4.3齿轮几何参数的确定……………………………………………………………22
4.4齿根弯曲疲劳强度计算…………………………………………………………22
4.4.1齿轮精度等级、材料及参数的选择……………………………………22
4.4.2齿轮的齿根弯曲强度设计 ………………………………………………23
4.4.3齿面接触疲劳强度校核 …………………………………………………23
4.5齿条几何尺寸的确定……………………………………………………………24
4.6齿轮轴的设计……………………………………………………………………25
4.7其它零件的选择…………………………………………………………………26
4.8 动力转向机构设计………………………………………………………28
4.8.1对动力转向机构的要求………………………………………………………28
4.9液压式动力转向机构的计算…………………………………………………29
4.9.1动力缸尺寸计算 …………………………………………………………29
4.9.2分配阀的参数选择与设计计算 …………………………………………30
4.10 转向传动机构设计…………………………………………………………32
4.11转向传送机构的臂、杆与球销………………………………………………33
4.12本章小结…………………………………………………………………34
结论………………………………………………………………………………………35
参考文献 ………………………………………………………………………………36
致谢…………………………………………………………
第1章 绪 论
1.1 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。
1.2 汽车转向系统的现状和发展趋势
汽车自19世纪末诞生以来，已经走过了风风雨雨的一百多年。从卡尔.本茨造出的第一辆三轮汽车以每小时18公里的速度行驶，到现在的从零至百公里加速只需要三秒钟的超级跑车，汽车的发展直接影响着时代的进步和社会的繁荣。同时，汽车工业也造就诸如通用、福特、丰田、本田这样一些在各国经济中举足轻重的著名公司。
在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国汽车无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍然很大。
直到近年来，中国整体经济发展迅速，居民收入的持续增长以及扩大内需、拉动消费的财政政策，特别是在中国加入WTO以后，汽车关税不断下调，国外知名的汽车巨头也瞄准了中国这个巨大的市场，陆续在华投资设厂，越来越多款式新颖、乘坐舒适安全的汽车随之进入中国市场，加速了轿车进入家庭的步伐。随着我国汽车的销量的猛增，特别是轿车的销量取得了大幅增长，有些产品如雅阁、波罗等还供不应求，甚至有的还出现需要“加价”才能购买的情况。由此可见，中国汽车市场火爆的局面也似乎预示着中国汽车工业迎来了真正发展的春天。
随着汽车工业的迅速发展，转向装置的结构也有很大变化。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：有蜗杆曲柄指销式（WP型）、蜗杆滚轮式（WR型）、循环球式（BS型）、齿轮齿条式（RP型）。这四种转向器型式，已经被广泛使用在汽车上。
据了解，在世界范围内，汽车循环球式转向器占45％左右，齿条齿轮式转向器占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％。循环球式转向器一直在稳步发展。在西欧小客车中，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比重越来越大，日本装备不同类型发动机的各类型汽车，采用不同类型转向器，在公共汽车中使用的循环球式转向器，已由60年代的62.5％发展至今已达100％(蜗杆滚轮式转向器在公共汽车上已经被淘汰)。中、轻型商用车大都采用循环球式转向器，但齿条齿轮式转向器也有所发展。微型货车用循环球式转向器占65％，齿轮齿条式占35％。
据资料显示，截至到2007年，中国生产汽车转向系统产品的企业有150多家，其中民营企业占70％，国营企业占14％，合资企业占10％，独资企业占6%。转向行业中，规模较大的企业有上海ZF、恒隆集团、一汽光洋、新乡豫北和湖北三环等20多家，生产集中度约为80%。转向器行业的企业总资产约为130亿元，年生产能力超过1000万台（套）。2007年国内转向器产销量约940万台（套），总产值约为120亿元，出口创汇约2.2亿美元。产品结构基本合理，能覆盖国内全系列汽车，基本满足整车产业发展需求。
转向器发展的趋势是：
(1) 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；而蜗杆滚轮式转向器和蜗杆肖式转向器，正在逐步被淘汰或保留较小的地位；
(2) 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％；
(3)由于齿轮齿条式转向器的种种优点，在小型车上的应用(包括小客车、小型货车或客货两用车)得到突飞猛进的发展；而大型车辆以循环球式转向器为主要结构。
1.3 课题研究的目的和意义
1、目的：
改革开放以来，我国汽车工业发展迅猛。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。随着我国汽车转向器市场的迅猛发展，与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点。了解国内外汽车转向器生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势对于企业提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。
2、意义：
由于汽车转向器属于汽车系统中的关键部件，它在汽车系统中占有重要位置，因而它的发展同时也反映了汽车工业的发展，它的规模和质量也成为了衡量汽车工业发展水平的重要标志之一。随着汽车高速化和超低扁平胎的通用化，过去采用循环球转向器和循环球变传动比转向器只能相对地解决转向轻便性和操纵灵便性的问题，要想从跟本上解决这两个问题只有安装动力转向器。因此，除了重型汽车和高档轿车早已安装动力转向器外，近年来在中型货车、豪华客车及中档轿车上都已经开始安装动力转向器，随着动力转向器的设计水平的提高、生产规模的扩大和市场的需要，其他的一些车型也必须陆续安装动力转向器。虽然液压助力型转向器具有很多优点，在目前的技术水准下它仍然存在某些不足之处，例如助力较小等。因此，目前液压式动力转向器仍然占据着很大的市场份额，其性能也在不断地提高。对于液压助力型动力转向器的研究有着非常深远的意义。因此本课题在考虑上述要求和因素的基础上研究利用转向盘的旋转带动传动机构的齿轮齿条转向轴转向，通过万向节带动转向齿轮轴旋转，转向齿轮轴与转向齿条啮合，从而促使转向齿条直线运动，实现转向。实现了转向器结构简单紧凑，轴向尺寸短，且零件数目少的优点又能增加助力，从而实现了汽车转向的稳定性和灵敏性。
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