【毕业论文】微型汽车循环球式转向器设计【2014年汽车机械专业答辩资料】

I 目 录 摘要 . 1 Abstract . 2 第一章 绪论 . . 3 1.1简介 . 3 1.2课题目的与意义 . 4 1.3循环球式转向器的发展史 . 4 1.4循环球式转向器的前景与市场 . 7 1.5本课题研究的难点 . 7 第二章 汽车转向器的组成与分类 . . 9 2.1汽车转向器的类型与组成 . 9 2.1.1 机械式转向系 . 10 2.1.2 动力转向器转向系 . 11 第三章 转向系设计概述 . . 12 3.1对转向系的要求 . 12 3.2转向传动机构 . 13 3.3转向器 . 14 3.4转角及最 小转弯半径 . 14 第四章 汽车转向器的组成与分类 . . 17 4.1齿轮齿条式转向器 . 17 4.2循环球式转向器 . 18 4.3蜗杆滚轮式 转向器 . 19 4.4蜗杆指销式转向器 . 19 第五章 转向系的主要性能参数 . . 21 5.1转向系的效率 . 21 5.1.1 转向系的正效率 . 21 5.1.2 转向系的逆效率 . 21 5.2传动比变化特性 . 22 5.2.1 转向系传动比 . 22 5.2.2 力传动比与转向系角传动比的关系 . 23 II 5.2.3 转向器角传动比的选择 . 24 5.3转向器传动副的传动间隙 . 24 5.4转向 盘的总转动圈数 . 25 第六章 转向器的设计计算 . . 26 6.1转向系计算载荷的确定 . 26 6.2转向器设计 . 26 6.2.1 参数的选取 . 26 6.2.2 计算参数 . 27 6.3 循环球式转向器零件强度计算 . 27 6.3.1 钢球与滚道之间的接触应力 . 27 6.3.2 转向摇臂直径的确定 . 28 第七章 汽车转向器的组成与分类 . . 29 7.1对动力转向机构的要求 . 29 7.2液压式动力转向机构的计算 . 29 7.2.1 动力缸尺寸计算 . 29 7.2.2 分配阀的参数选择与设计计算 . 30 7.3动力转向的评价指标 . 32 第八章 转向器传动机构设计 . . 35 8.1转向传送机构的臂、杆与球销 . 35 8.2 杆件设计结果 . 35 结论 . 37 致谢 . 38 参考文献 . 39 英文翻译 . 40 1 全套 资料 ， 扣扣 414951605 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，循环球齿条 -齿扇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。 本文的主要内容：汽车转向器的组成分类；转向器总成方案分析及其数据确定和转向器的设计过程。 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。 关键词； 转向器 操纵稳定性 循环球齿条 -齿扇式转向器 2 Abstract Gear cars an important component of the initiative is decided automobile safety of the key assembly, It seriously affected the quality of the vehicle handling and stability. Along with the development of the auto industry, automobile steering gear is continuously improved, although the electronic steering gear has begun to use But mechanical steering gear is still widely been world motor vehicles and parts manufacturers adopted. And the mechanical steering gear, Rack cycle ball-type steering gear tooth fans as its own characteristics has been widely used in various types vehicles. The graduation design options main contents are : automotive steering gear components classification； assembly was to program analysis and data to identify and steering gear design process. The advantage of such steering gear, and manipulating light, wear and tear, long life. The disadvantage is that the structure is complicated and costly, than steering rack and pinion sensitivity. Therefore gradually being replaced by rack and pinion. However, with the power steering applications, the ball-type steering gear cycle and are widely used in recent years. Keywords； Diverter Ball handling and stability Cycle rack-type steering gear diverter 3 第一章 绪 论 1.1.简介 循环球式转向器的英文名称是 Recirculating Ball Steering Gear。 循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 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。 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 -齿条齿扇式、循环球曲柄指销式、蜗杆滚轮式等。 在当前国家重点鼓励发展的产业、产品和 技术目录中，汽车关键零部件开发和制造被列为重点扶持的项目，国家计委和科技部也将汽车关键零部件划入当前国家优先发展的高技术产业化重点领域，所以，具有先进水平的汽车转向器的研发、生产将会得到有力的政策支持。 随着全球汽车工业的迅速发展，汽车的需求量大幅攀升，汽车制造已向发展中国家转移。随着国际上汽车行业开始实行零部件 “ 全球化采购 ”策略及国际跨国汽车企业推行本土化策略，国内汽车市场将出现巨大的零部件配件缺口。到 2010 年，中国汽车零部件国内产值将突破 1 万亿元，市场前景广阔。 按照汽车零部件工业 “ 十五 ” 发展目标，到 2005年中国汽车保有量为 2198 2315万辆，其中轿车 843 860 万辆。当年汽车需求量为： 271 310 万辆，其中轿车 110 121 4 万辆，汽车工业增加值占 GDP 的 1%左右，汽车零部件工业产值将占汽车工业总产值的 25%左右。因此作为关键零部件的汽车转向器在中国销售市场上前景广阔。 “十五”期间，我国机动车行业包括汽车、农用车、工程机械等将发展成为国民经济的支柱产业，汽车转向器是符合国家重点扶持和优惠政策的汽车关键零部件，是汽车重要的保安件之一。 1.2.课题的目的与意义 用来改变或保持汽车行驶或倒退方向 的一系列装置称为汽车转向系统汽车转向系统的功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统的零件都称为保安件。 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，循环球式转向器已成为当今世界汽车上主要应用的转向器之一，本文针对微型汽车进行循环球式转向器的设计与研究。 1.3循环球式转向器的发展史 100多年前，汽车刚刚诞生后不久，其转向操作是模仿马车和自行车的转向方式，用一个操纵杆或手柄来使前轮偏转实现转向的 。由于操纵费力且不可靠，以致时常发生车毁人亡的事故。 第一辆不用马拉的四轮汽车问世时，它已经吧前桥和前轮组成为了一总成。该总成别安装在枢轴上，可以绕前桥中心的一个点转动，利用一个杆柱连接前桥的中点，通过地板往上延伸，转向盘就紧固再杆柱上端，以此操纵汽车。 这种装置在汽车车速不超过马车的速度时，还是很好用的，但当车速提高后，驾驶员就要求提高转向的准确性，以减少轮胎的磨损，延长轮胎的使用寿命。后来他们发现，正在探索的这种理论在 1817年就已经呗阐明了。 1817 年，德国人林肯斯潘杰提出了类似于现 代汽车的将前轮用转向节与前梁连接方式。（即改进转向器的想法）。他研制了一种允许汽车前轮在主轴上独立回转的结构 把车轮与转向节连接起来，转向节又用可转动的销轴与前轴连接，从而发明了转向梯形机构，并与第二年将其向英国政府申请专利的权力转让给了出版商、英籍德国人阿克曼。不久，阿曼克向英国专利局申请了 “ 平行连杆式转向机构 ” 专利。 1879 年，法国四轮马车制造商杰特发明了第一个平行四边形转向联动机构。杰特的转向机构可以把转向中心点移向两侧。他把一根杆子与带有两个连接臂的转向节相连。当时称为转向臂和随动臂。杰特 把转向柱的一端与转向臂连接，当转动转向柱 5 时，通过转向臂和随动臂、横拉杆和车轮轴转动车轮，实现汽车转向。 1857 年，英国的达吉恩蒸汽汽车是第一辆采用转向盘来实现汽车转向的机动车辆。 1872 年苏格兰的查理士第一个把转向盘安装到煤气发动机车辆上。此前，想把转向盘安装到车辆上的多次尝试均未得到认可。 1878年， “ 现代汽车之父 ” 、德国的卡尔 本茨在他的三轮乘坐车上首次采用了所谓的齿轮齿条式转向器，但却考一根操纵杆来控制汽车行使方向。 1886年，英国的弗雷德里克 斯特里克兰说服了 他的朋友、汽车制造商雷克，把一个用于轮船上的转向柱和转向盘装到了一辆新的戴姆勒 弗顿敞蓬车上。斯特里克是以建造蒸汽机船为职业的，德雷克则是戴姆勒英国公司的领导人。后来，向大西洋两岸销售的每一辆戴姆勒 弗顿汽车都装上了舵柄（转向盘）。早期的那些试验，包括戴姆勒 弗顿敞篷汽车上的转向器都已消亡，因为高踞在垂直转向柱上短的转向盘的高度几乎已达到驾驶员眼睛的位置，因此，对任何一个人来说，驾驶这种车辆都会感到困难。 汽车转向盘是关系着驾驶员与乘客生命安危的重要部件，它控制着车辆的行使方向。早期的蒸汽汽车上安装 的转向盘都心爱用垂直安装方式，专项通过向上或下旋转实现。这种安装方式不利于驾驶员操纵，也常常妨碍驾驶视线。这一切在 1887 年秋因一次意外事故而发生了改变。 1887年，一辆戴姆勒 弗顿汽车呗送往英国考文垂的戴姆勒工厂作一次大修，当时汽车上的转向器仍能使用。大修需要把 车身与底盘分离，当车身落到转向柱上，把转向柱崖城倾斜状态。当一个工人上车做到驾驶员座位上时，立即发现转向柱和转向盘的倾斜角使驾驶条件大为改善。这个偶然的发现，促成了戴妙勒 帕利生于 1890年制成世界上第一辆转向柱与转向盘倾斜的汽车，从此，人类的汽 车驾驶就踏上了更舒适、安全的旅程。此后，各国汽车公司纷纷效仿，使转向盘日臻完善并最终定性，于是转向盘就以现在的样子出现在我们的面前。 最早采用的传动减速机构蜗轮副，被安装在转向柱的末端。蜗杆驱动一个蜗轮，再有蜗轮副被装配在铸铁壳里，这个壳被固定在汽车的大桥梁上。基于蜗轮副的减速机构在汽车工业中应用已有很多年了，但还有两种结构是值得注意的。其中一种是于1908年投产的美国福特 T型车采用的转向齿轮结构（行星齿轮转向器）。福特 T型车装置了一套周转（或行星）轮系，把齿轮安装在减速器壳体内直接固定到转向盘的下方，行星齿轮盘直接驱动紧固在转轴上的主齿轮。这就把转向装置置于驾驶员的手下方，即转向柱的上端，而不是在转向柱的下端。 所谓 “ 现在 ” 齿轮齿条式转向器，是奔驰汽车于 1885 年首先采用的。这种形式的转向器同样也使用在 1905年生产的凯迪拉克汽车和 1911 1920年制造的许多其他型式的汽车上。 6 在 20 世纪初，汽车已经是一个沉重而又高速疾驰的车辆，充气轮胎代替了实心车轮。由于转向柱直接于转向节连接，所以转动车轮式很费劲的。即使是一个健壮的驾驶员，要控制转向仍然是很劳累的事情。因此，汽车常常冲出路外。 于是，降低转向操纵力的问题就变得赐教迫切了。 为了使转向操纵轻便，工程师设计了在转向盘和转向节之间安装齿轮减速机构的转向器。从那时起，转向机构就一直被这样沿用下来。 从 1903 年开始，助力辅助转向机构不断出现，多数是用在可车上。助力辅助转向机构中，有一些采用真空助力，还有一些是采用压缩空气助力。 1905 年出版的汽车时代杂志谈到了哥伦比亚汽车的助力转向器。据说这总简单的装置在车速为 29公里 /小时时，仍能使汽车保持不偏离路线。 1923年，美国底特律市的亨利 马尔斯为了减少 蜗轮副和滚动轴之间的接触摩擦力，在两者之间接触处放置滚珠支撑，这就出现了滚珠蜗轮转向器。这种型式的转向器就成为现在大家所熟知的循环球式转向器，目前仍被广泛地应用在美国和日本制造的汽车上。 1928年，弗朗西斯 戴维斯所研制成功并首次应用了液压助力辅助转向器。这种转向器由维克斯公司制造，该公司并制定了此项标准， 26 后为汽车工业所采纳。第二次世界大战时期，汽车转向虽然采用了转向器，但对其实施操纵仍然不是一键轻松的事。当汽车质量增大、转向费劲时，驾驶员要求能有更好的办法来解决，这才重新推广了一种已经大约有 3/4个世纪历史的助力辅助转向器。 1954 年，凯迪拉克汽车公司首先把液压助力转向器应用于汽车上，助力专项的历史又回到了以前的道路。 早在第二次世界大战期间，较高级的助力转向系统就开始应用于各种军用车辆。20世纪 50年代初期，由于出现了重型的汽车以及速度很高的高级小客车，指靠转向器本身的结构，既要是汽车转向操纵省力，又要灵活，显然已难以兼顾，于是把战争时期使用的助力转向器经过改进，使用在了中型汽车和高级小客车上。后来，因为得到普遍使用，在 20 世纪 50年代末就研制出了质量小、结构紧凑、自行润滑 的助力转向器。这种助力转向器使转向操纵十分省力，只要适当选择转向器传动比，就可以同时满足转向灵敏的要求。 1967年，美国的汤姆森制造了一辆四轮专项的印迪赛车，但未进行实际使用。 1981 年，日本研制出能原地转向的汽车。他们在车身尾部下边装设了一直横向小车轮，只需按一下电钮就可使小车轮落地并把后轮抬起，在转动横向小车轮，汽车变以前轮为中心原地转向。 1985 年，日本丰田公司的克雷西达汽车成了第一个采用计算机控制辅助转向系统的汽车产品，丰田公司称此系统为先进的动力齿轮齿条转向系。该机构 在变速器力 7 有个传感器，它可以监视车辆车速度，把信号输入计算机，计算机再根据此信号控制电磁液流控制阀，通过液压系统供给转向齿条高压动力油流。汽车在公路上高速行使使，转向需要的动力需要的动力较少，计算机液流控制阀降低油压，同时把转向器稳住，当停车或汽车低速行驶转向时，计算机液流控制阀提高油流压力，这就使得驾驶员很容易操纵转向盘。 1986年 10月 8 日，日本本田汽车公司宣布，已研制出一种被称为 4WS的四轮转向汽车。汽车转向盘转动的角度首先使前轮转向，同时经输出轴带动后转向机，使后轮与前轮同向或反向转动。 现在，动力转向系统已成为一些轿车的标准设置，全世界约有一半的轿车采用动力转向。随着汽车电子技术的发展，目前一些轿车已经使用电动助力转向器，使汽车的经济性、动力性和机动性都有所提高。 电动助力转向系统的英文缩写叫 “EPS” （ Electrical Power Steering），它利用电动机产生的动力协助驾车者进行转向。此类系统一般由转矩传感器 (3)、电控单元（微处理器） (5)、电动机 (4)、减速器 (2)、机械转向器 (1)和蓄电池电源 (6)所组成。 1.4循环球式转向器的前景与市场 不过，随着转向助力技术的广 泛应用，齿轮齿条式转向器很快后来居上，因为它的结构更简单从而更利于安装助力装置，另外，和循环球式转向器相比，齿轮齿条式转向器的转向更直接，反馈也更灵敏，这在强调路感的运动风格乘用车上更受欢迎，但对于经常在复杂路况上驾驶的越野车来说，循环球式转向器倒是更加安全也更加皮实，比如奔驰 G 级、吉普牧马人，以及过去的大小切诺基、丰田巡洋舰、三菱帕杰罗等等。 在中、大型商用汽车上循环球式转向器还扮演着重要角色，但是在小型乘用车当中，采用循环球式转向器的已经越来越少了，就连一直坚持用循环球转向的奔驰也逐步转变为齿轮齿条。 1.5 本 课题研究的 难点 循环球式转向器主要由螺杆、螺母、转向器壳体以及许多小钢球等部件组成，所谓的循环球指的就是这些小钢球，它们被放置于螺母与螺杆之间的密闭管路内，起到将螺母螺杆之间的滑动摩擦转变为阻力较小的滚动摩擦的作用，当与方向盘转向管柱固定到一起的螺杆转动起来后，螺杆推动螺母上下运动，螺母在通过齿轮来驱动转向摇臂往复摇动从而实现转向。在这个过程当中，那些小钢球就在密闭的管路内循环往 8 复的滚动，所以这种转向器就被称为循环球式转向器。 相比齿轮齿条式转向器，循环球式转向器由于更多依靠滚动摩擦，所以具有较高 的传动效率，操纵起来比较请便舒适，机械部件的磨损较小，使用寿命相对较长，因此如何提高传动效率、减小部件磨损是我要考虑的重要问题 。 9 第二章 汽车转向系的组成及分类 2.1汽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， 10 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。 2.1.1 机械式转向系 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 -齿条齿扇式、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。 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。 11 2.1.2 动力转向器 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 12 第三章 . 转向 系设计概述 3.1对转向系的要求 3 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。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）汽车转向行驶时，在驾驶员松开转向盘的条件下，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，转向轮都不得产生自振，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，具有迅速和小转弯行驶能力。 6）操纵轻便。 7) 转向轮碰撞到占该物以后 ，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变形而共同后移时，转向系应有能使驾驶员免遭或减轻上海的防伤装置。 10) 进行运动校核，保证转向轮与转向盘转动方向一致。 3.2转向操纵机构 转向操纵机构包括转向盘，转向轴，转向管柱。有时为了布置方便，减小由于装置位置误差及部件相对运动所引起的附加载荷，提高汽车正面碰撞的安全性以及便于拆装，在转向轴与转向器的输入端之间安装转向万向节，如图 2-1。采用柔性万向 节可减少传至转向轴上的振动，但柔性万向节如果过软，则会影响转向系的刚度。采用动力转向时，还应有转向动力系统。但对于中级以下的轿车和前轴负荷不超过 3t 的载货汽车，则多数仅在用机械转向系统而无动力转向装置。 13 图 3-1转向操纵机构 1-方向盘； 2-转向轴； 3-橡胶垫； 4-转向柱管支架； 5-转向柱管支座； 6-转向操纵机构支架； 7-转向轴限位弹簧； 8-上万向节； 9-转向传动轴； 10-花键防护套； 11-下万向节； 12-转向柱管； 5-转向节衬套。 3.2 转向传动机构 4 转向传动机构包括转向臂、转向纵拉杆、转向节臂、转向梯形臂以及转向横拉杆等。（见图 3-2） 转向传动机构用于把转向器输出的力和运动传给左、右转向节并使左、右转向轮按一定关系进行偏转。 14 图 3-2 转 向传动机构 1-转向摇臂； 2-转向纵拉杆； 3-转向节臂； 4-转向梯形臂； 5-转向横拉杆 3.3 转向器 5 机械转向器是将司机对转向盘的转动变为转向摇臂的摆动（或齿条沿转向车轴轴向的移动），并按一定的角转动比和力转动比进行传递的机构。 机械转向器与动力系统相结合，构成动力转向系统。高级轿车和重型载货汽车为了使转向轻便，多采用这种动力转向系统。采用液力式动力转向时，由于液体的阻尼作用，吸收了路面上的冲击载荷，故可采用可逆程度大、正效率又高的转向器结构。 为了避免汽车在撞车时司机受到的转向盘的伤害，除了在转向盘 中间可安装安全气囊外，还可在转向系中设置防伤装置。为了缓和来自路面的冲击、衰减转向轮的摆振和转向机构的震动，有的还装有转向减振器。 多数两轴及三轴汽车仅用前轮转向；为了提高操纵稳定性和机动性，某些现代轿车采用全四轮转向；多轴汽车根据对机动性的要求，有时要增加转向轮的数目，制止采用全轮转向 。 3.4 转角及最小转弯半径 汽车的机动性，常用最小转弯半径来衡量，但汽车的高机动性则应由两个条件保证。即首先应使左、右转向轮处于最大转角时前外轮的转弯值在汽车轴距的 22.5倍范围内；其次，应这样选择转向系的角传动比，即 由转向盘处于中间的位置向左或右旋转至极限位置的总旋转全书，对轿车应不超过 1.8圈，对货车不应超过 3.0圈。 两轴汽车在转向时，若不考虑轮胎的侧向偏离，则为了满足上述对转向系的第 (2)条要求，其内、外转向轮理想的转角关系如图 3-3所示，由下式决定： 15 LKBD CODOio c o tc o t (3-1) 式中： o 外转向轮转角； i 内转向轮转角； K 两转向主销中心线与地面交点间的距离； L 轴距 内、外转向轮转角的合理匹配是由转向梯形来保证。 图 3-3 理想的内、外转向轮转角间的关系 汽车的最小转弯半径 Rmin 与其内、外转向轮在最大转角 maxi 与 maxo 、轴距 L、主销距 K及转向轮的转臂 a等尺寸有关。在转向过程中除内、外转向轮的转角外，其他参数是不变的。最小转弯半径是指汽车在转向轮处于最大转角的条件下以低 速转弯时前外轮与地面接触点的轨迹构成圆周的半径。可按下式计算： aLoR m a xm in s in (3-2) 通常 maxi 为 35 40，为了减小 Rmin 值， maxi 值有时可达到 45 操纵轻便型的要求是通过合理地选择转向系的角传动比、力传动比和传动效率来达到。 对转向后转向盘或转向轮能自动回正的要求和对汽车直线行驶稳动 性的要求则主要是通过合理的选择主销后倾角和内倾角，消除转向器传动间隙以及选用可逆式转向器来达到。但要使传递到转向盘上的反向冲击小，则转向器的逆效率有不宜太高。至于对转向系的最后两条要求则主要是通过合理地选择结构以及结构布置来解决。 16 转向器及其纵拉杆与紧固件的称重，约为中级以及上轿车、载货汽车底盘干重的1.0% 1.4%；小排量以及下轿车干重的 1.5% 2.0%。转向器的结构型式队汽车的自身质量影响较小。 17 第四章 . 机械式转向器方案分析 4.1 齿轮齿条式转向器 6 齿轮齿条式转向器由与转向轴做成一体的转向 齿轮和常与转向横拉杆做成一体的齿条组成。与其他形式的转向器比较，齿轮齿条式转向器最主要的优点是：结构简单、紧凑；壳体采用铝合金或镁合金压铸而成，转向器的质量比较小；传动效率高达90%；齿轮与齿条之间因磨损出现间隙以后，利用装在齿条背部、靠近主动小齿轮处的压紧力可以调节的弹簧。能自动消除齿间间隙，这不仅可以提高转向系统的刚度。还可以防止工作时产生冲击和噪声；转向器占用的体积小；没有转向摇臂和直拉杆，所以转向轮转角可以增大；制造成本低。 齿轮齿条式转向器的主要缺点是：因逆效率高，汽车在不平路面上行驶时，发生在转 向轮与路面之间冲击力的大部分能传至转向盘，称之为反冲。反冲现象会使驾驶员精神紧张，并难以准确控制汽车行驶方向，转向盘突然转动又会造成打手，同时对驾驶员造成伤害。 根据输入齿轮位置和输出特点不同，齿轮齿条式转向起有四种形式：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。 采用侧面输入，中间输出方案时，与齿条连的左，右拉杆延伸到接近汽车纵向对称平面附近。由于拉杆长度增加，车轮上、下跳动时拉杆摆角减小，有利于减少车轮上、下跳动时转向系与悬架系的运动干涉。拉杆与齿条用螺栓固定连接， 因此，两拉杆那与齿条同时向左或右移动，为此在转向器壳体上开有轴向的长槽，从而降低了它的强度。 采用两端输出方案时，由于转向拉杆长度受到限制，容易与悬架系统导向机构产生运动干涉。 侧面输入，一端输出的齿轮齿条式转向器，常用在平头货车上。 容易齿轮齿条式转向器采用直齿圆柱齿轮与直齿齿条啮合，则运转平稳降低，冲击大，工作噪声增加。此外，齿轮轴线与齿条轴线之间的夹角只能是直角，为此因与总体布置不适应而遭淘汰。采用斜齿圆柱齿轮与斜齿齿条啮合的齿轮齿条式转向器，重合度增加，运转平稳，冲击与工作噪声均下降，而且齿轮轴线与 齿条轴线之间的夹角易于满足总体设计的要求。因为斜齿工作时有轴向力作用，所以转向器应该采用推力轴承，使轴承寿命降低，还有斜齿轮的滑磨比较大是它的缺点。 齿条断面形状有圆形、 V 形和 Y 形三种。圆形断面齿条的制作工艺比较简单。 V 18 形和 Y形断面齿条与圆形断面比较，消耗的材料少，约节省 20%，故质量小；位于齿下面的两斜面与齿条托座接触，可用来防止齿条绕轴线转动； Y形断面齿条的齿宽可以做得宽些，因而强度得到增加。在齿条与托座之间通常装有用减磨材料（如聚四氟乙烯）做的垫片，以减少滑动摩擦。当车轮跳动、转向或转向器工作时，如在 齿条上作用有能使齿条旋转的力矩时，应选用 V形和 Y形断面齿条，用来防止因齿条旋转而破坏齿轮、齿条的齿不能正确啮合的情况出现。 为了防止齿条旋转，也有在转向器壳体上设计导向槽的，槽内嵌装导向块，并将拉杆、导向块与齿条固定在一起。齿条移动时导向块在导向槽内随之移动，齿条旋转时导向块可防止齿条旋转。要求这种结构的导向块与导向槽之间的配合要适当。配合过紧会为转向和转向轮回正带来困难，配合过松齿条仍能旋转，并伴有敲击噪声。 根据齿轮齿条式转向器和转向梯形相对前轴位置的不同，齿轮齿条式转向器在汽车上有四种布置：形式转向器 位于前轴后方，后置梯形；转向器位于前轴后方，前置梯形；转向器位于前轴前方，后置梯形；转向器位于前轴前方，前置梯形。 齿轮齿条式转向器广泛应用于乘用车上。载质量不大，前轮采用独立悬架的货车和客车有些也用齿轮齿条式转向器。 4.2 循环球式转向器 循环球式转向器有螺杆和螺母共同形成的落选槽内装钢球构成的传动副，以及螺母上齿条与摇臂轴上齿扇构成的传动副组成，如图 3-1所示。 图 4-1 循环球式转向器示意图 循环球式转向器的优点是：在螺杆和螺母之间因为有可以循环流动的钢球，将滑动摩擦转变为滚动摩擦，因而传动效率可 以达到 75% 85%；在结构和工艺上采取措施后，包括提高制造精度，改善工作表面的表面粗糙度和螺杆、螺母上的螺旋槽经淬火和磨削加工，使之有足够的使用寿命；转向器的传动比可以变化；工作平稳可靠； 19 齿条和齿扇之间的间隙调整工作容易进行，（图 4-2）；适合用来做整体式动力转向器。 图 4-2 循环球式转向器的间隙调整机构 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。循环球式转向器主要用于商用车上。 4.3 蜗杆滚轮式转向器 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；因为滚轮的齿面和蜗杆上的螺纹呈面接触，所以有比较高的强度，工作可靠，磨损小，寿命长；逆效率低。 蜗杆滚轮式转向器的主要缺点是：正效率低；工作齿面磨损以后，调整啮合间隙比较困难；转向器的传动比不能变化。 这种转向器曾在汽车上广泛使用过。 4.4蜗杆指销式转向器 蜗杆指销式转向器的销子如不能自转，称为固定销式蜗杆指销式转向器；销子除随同摇臂轴转动外，还能绕自身州县转动的，称为旋转销式转向器。根据销子数量不同，又有单销和双销之分。 蜗杆指销式转向器的优点是：转向器的传动比可以做成不变的或者变化的；指销和 蜗杆之间的工作面磨损后，调整间隙工作容易进行。 20 固定销蜗杆指销式转向器的结构简单、制造容易；但是因销子不能自转，销子的工作部位基本保持不变，所以磨损快、工作效率低。旋转销式转向器的效率高、磨损慢，但结构复杂。 要求摇臂轴有较大的转角时，应该采用双销式结构。双销式转向器在直线行驶区域附近，两个销子同时工作，可降低销子上的负荷，减少磨损。当一个销子脱离啮合状态是，另一个销子要承受全部作用力，而恰恰在此位置，作用力达到最大值，所以设计师要注意核算其强度。双销与单销蜗杆指销式转向器比较，结构复杂、尺寸和质量大，并且 对两主销间的位置精度、蜗杆上螺纹槽的形状及尺寸精度等要求高。此外，传动比的变化特性和传动间隙特性的变化受限制。 蜗杆指销式转向器应用较少。 21 第五章 .转向系的主要性能参数 7 5.1转向系的效率 功率 p1 从转向轴输入，经转向摇臂轴输出所求得的效率称为转向器的正效率，用符号 表示，；反之称为逆效率，用符号 表示。 正效率 计算公式： ppp121 （ 5-1） 逆效率 计算公式： ppp323 （ 5-2） 式中， p1 为作用在转向轴上的功率； p2为转向器中的磨擦功率； p3为作用在转向摇臂轴上的功率。 正效率高，转向轻便；转向器应具有一定逆效率，以保证转向轮和转向盘的自动返回能力。但为了减小传至转向盘上的路面冲击力，防止打手，又要求此逆效率尽可能低。 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。 5.1.1 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、结构特点、结构参数和制造质量等。 （ 1）转向器类型、结 构特点与效率 在四种转向器中，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固定销和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，因结构不同效率也不一样。如蜗杆滚轮式转向器的滚轮与支持轴之间的轴承可以选用滚针轴承、圆锥滚子轴承和球轴承。选用滚针轴承时，除滚轮与滚针之间有摩擦损失外，滚轮侧翼与垫片之间还存在滑动摩擦损失，故这种轴向器的效率 +仅有 54%。另外两种结构的转向器效率分别为 70%和 75%。 转向摇臂轴的轴承采用滚针轴承比采用滑动轴承可使正或逆效率提高约 10%。 （ 2） 转向器的结构参数与效率 如果忽略轴承和其经地方的摩擦损失，只考虑啮合副的摩擦损失，对于蜗杆类转向器，其效率可用下式计算 22 )tan (tan 0 0 a a （ 5-3） 式中， a0为蜗杆（或螺杆）的螺线导程角；为摩擦角， =arctanf； f为磨擦因数。 5.1.2 转向器的逆效率 根据逆效率不同，转向器有可逆式、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。它能保证转向轮和转向盘自动回正，既可以减轻驾驶员的疲劳，又可以提高行驶安全性。但是，在不平路面上行驶时，传至转向盘上的车轮冲击力，易使驾驶员疲劳，影响安全行驾驶。 属于可逆式的转向器有齿轮齿条式和循环球式转向器。 不可逆式和极限可逆式转向器 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可逆式与不可逆式转 向器两者之间。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。 如果忽略轴承和其它地方的磨擦损失，只考虑啮合副的磨擦损失，则逆效率可用下式计算 00tan )tan( aa （ 5-4） 式（ 5-3）和式（ 5-4）表明：增加导程角 a0，正、逆效率均增大。受 增大的影响， a0不宜取得过大。当导程角小于或等于 磨擦角时，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，导程角必须大于磨擦角。 5.2传动比变化特性 5.2.1 转向系传动比 转向系的传动比包括转向系的角传动比0i和转向系的力传动比pi。 转向系的力传动比 : FFi Wp /2 （ 5-5） 81.22 转向系的角传动比 : 23 kkkw dddtd dtdi /0 （ 5-6） 转向系的角传动比0i由转向器角传动比i和转向传动机构角传动比 i组成， 即 iii 0 （ 5-7） 转向器的角传动比 : pppw dddtd dtdi / （ 5-8） 22 转向传动机构的角传动比 : kpkpkp dddtd dtdi / （ 5-9） 1 5.2.2 力传动比与转向系角传动比的关系 转向阻力 FW与转向阻力矩 Mr的关系式： aMFw r （ 5-10） 作用在转向盘上的手力 Fh与作用在转向盘上的力矩 Mh的关系式： swhh DMF 2 （ 5-11） =41.54 N 将式（ 5-10）、式（ 5-11）代入 hWp FFi /2 后得到 aMDMi h swrp （ 5-12） =81.22 如果忽略磨擦损失，根据能量守恒原理， 2Mr/Mh可用下式表示 02 iddMMkhr （ 5-13） 24 将式（ 5-10）代入式（ 5-11）后得到 aDii swp 20 （ 5-14） 当 a和 Dsw不变时，力传动比pi越大，虽然转向越轻，但0i也越大，表明转向不灵敏。 5.2.3 转向器角传动比的选择 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主要因素是转向轴负荷大小和对汽车机动能力的要求。 若转向轴负荷小或采用动力转向的汽车，不存在转向沉重问题，应 取较小的转向器角传动比，以提高汽车的机动能力。若转向轴负荷大，汽车低速急转弯时的操纵轻便性问题突出，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，要求转向轮反应灵敏，转向器角传动比应当小些。汽车高速直线行驶时，转向盘在中间位置的转向器角传动比不宜过小。否则转向过分敏感，使驾驶员精确控制转向轮的运动有困难。 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 5-1所示。 图 5-1转向器角传动比变化特性曲线 5.3 转向器传动副的传动间隙 t 传动间隙是指各种转向器中传动副之间的 间隙。该间隙随转向盘转角的大小不同而改变，并把这种变化关系称为转向器传动副传动间隙特性（图 5-2）。 研究该特性的意义在于它与直线行驶的稳定性和转向器的使用寿命有关。 传动副的传动间隙在转向盘处于中间及其附近位置时要极小，最好无间隙。若转向器传动副存在传动间隙，一旦转向轮受到侧向力作用，车轮将偏离原行驶位置，使汽车失去稳定。 传动副在中间及其附近位置因使用频繁，磨损速度要比两端快。在中间附近位置 25 因磨损造成的间隙过大时，必须经调整消除该处间隙。 为此，传动副传动间隙特性应当设计成图 5-2所示的逐渐加大的形状。 图 5-2 转向器传动副传动间隙特性 转向器传动副传动间隙特性 图中曲线 1 表明转向器在磨损前的间隙变化特性；曲线 2表明使用并磨损后的间隙变化特性，并且在中间位置处已出现较大间隙；曲线3表明调整后并消除中间位置处间隙的转向器传动间隙变化特性。 5.4转向盘的总转动圈数 转向盘从一个极端位置转到另一个极端位置时所转过的圈数称为转向盘的总转动圈数。它与转向轮的最大转角及转向系的角传动比有关，并影响转向的操纵轻便性和灵敏性。轿车转向盘的总转动阁数较少，一般约在 3.6圈以内；货车一般不宜超过6圈。 26 第六章 .转向器设计计算 6.1转向系计算载荷的确定 8 为了保证行驶安全，组成转向系的各零件应有足够的强度。欲验算转向系零件的强度，需首先确定作用在各零件上的力。影响这些力的主要因素有转向轴的负荷，地面阻力和轮胎气压等。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摩擦阻力等。 精确地计算这些力是困难的，为此推荐用足够精确的半经验公式来计算汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转向阻力距 Mr（ Nmm),即 Pf GMr133 (6-1) 147623.29 Nmm 式中， f为轮胎和路面见的摩擦因素，一般取 0.7； G1为转向轴负荷（ N） ；p为轮胎气压（ MPa）。 作用在转向盘上的手力为 iDL MLF SW rh 2 12 （ 6-2） 41.54 N 式中， L1 为转向摇臂长； 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。 6.2转向器设计 6.2.1 参数的选取 9 摇臂轴直径 /mm 26 钢球中心距 D/mm 25 螺杆外径 D1/mm 23 钢球直径 d /mm 5.556 27 螺距 P /mm 8.731 工作圈数 W 1.5 螺母长度 L /mm 45 导管壁厚 /mm 1.5 钢球直径与导管内径之间的间隙 e/mm 0.5 螺线导程角 0a / 7 法向压力角 0a / 20 接触角 / 45 环流行数 2 6.2.2 计算参数 1.螺母内径 D2 应大于 D1 ，一般要求 DDD %)10%5(12 （ 6-3） D2 =D1 +（ 5%10%） D=25+8%*25 =27 2. 钢球数量 n n= 19.215 .5 5 6 5.125d D Wco sd D W 0 a个 （ 6-4） 22个 3. 滚道截面半径 R2 R2=（ 0.510.53） d=0.52 5.556=2.889 mm （ 6-5） 6.3循环球式转向器零件强度计算 10 6.3.1 钢球与滚道之间的接触应力 =k 3222223)()(rRrREF （ 6-6） =2253.34 式中， k为系数，根据 A/B值查表， A=（ 1/r） -(1/ 2R )/2, B=(1/r)+(1/ 1R )/2； 2R 为滚道截面半径， k取 2.271； r为 钢球半径； 1R 为螺杆外径； E为材料弹性模量，等于 2.1 105 MPa ； 3F 为钢球与螺杆之间的正压力，即 3F=oanF coscos02 （ 6-7） 28 342.43 式中， 0a 为螺杆螺线的导程角； o 为接触角； n为参与工作的钢球数； F2为作用在螺杆上的轴向力当接触表面硬度为 5864HRC；拍时，许用接触应力 =2500 MPa 由于 ,因此满足强度。 6.3.2 转向摇臂直径的确定 转向摇臂直径 d 为 02.0 RKMd 式中， K为安全系数，根据汽车使用条件不同可取 2.53.5； MR为转向阻力矩；0 为扭转强度极限。 摇臂轴用 20CrMnTi 钢制造，表面渗碳，渗碳层深度在 0.81.2mm。对于前轴负荷大的汽车，渗碳层深度为 1.051.45mm。表面硬度为 5863HRC 29 第七章 动力转向机构设计 7.1对动力转向机构 的要求 11 1.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.随着转向轮阻力的增大（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 Fh 0.025 0.190kN时，动力转向器就应开始工作。 4.转向后 ,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.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.动力转向失灵时，仍能用机械系统操纵车轮转向。 7.密封性能好 ，内、外泄漏少。 7.2液压式动力转向机构的计算 7.2.1 动力缸尺寸计算 动力缸的主要尺寸有动力缸内径、活塞行程、活塞杆直径和动力缸体壁厚。 动力缸产生的推力 F为 LF LF 11 式中， L1 为转向摇臂长度； L为转向摇臂轴到动力缸活塞之间的距离。 推力 F与工作油液压力 p和动力缸截面面积 S之间有如下关系 pLS LF 11 (7-1) 因为动力缸活塞两侧的工作面积不同，应按较小一侧的工作面积来计算，即 )(4 22 dD pS （ 7-2） 式中， D为动力缸内径； dp为活塞杆直径，初选 dp 0.35D，压力 p 6.3Mpa。 联立式 (6-1)和式（ 6-2）后得到 30 dLF ppLD 2114 （ 7-3） =63 mm 所以 d=22mm 活塞行程是车轮转制最大转角时，由直拉杆的的移动量换算到活塞杆处的移动量得到的。 活塞厚度可取为 B=0.3D。动力缸的最大长度 s为 sDDs 13.0)6.05.0(10 (7-4) =130mm 动力缸壳体壁厚 t,根据计算轴向平面拉应力 z来确定，即 nDtpsz tD )(4 22 （ 7-5） 式中， p 为油液压力； D 为动力缸内径； t 为动力缸壳体壁厚； n 为安全系数，n=3.55.0；s 为壳体材料的屈服点。壳体材料用球墨铸铁采用 QT500 05，抗拉强度为 500MPa,屈服点为 350MPa。 t=5mm 活塞杆用 45刚制造，为提高可靠性和寿命，要求表面镀铬并磨光。 7.2.2 分配阀的参数选择与设计计算 分配阀的要参数有 :滑阀直径 d、预开隙 e1 密封长度 e2 、滑阀总移动量 e、滑阀在中间位置时的液流速度 v、局部压力降和泄漏量等。 1.油泵排量与油罐容积的确定 转向油泵的排量应保证转向动力缸能比无动力转向时以更高的转向时汽车转向轮转向，否则动力转向反而会形成快速转向的辅加阻力。油泵排量要达到这一要求，必须满足如下不等式： ddD tscVQ 24)1( 式中 Q 油泵的计算排量； V 油泵的容积，计算时一 般取 V 0.75 0.85； 泄漏系数， 0.05 0.10； Dc 动力缸缸径； ddts/ 动力缸活塞移动速度； dd ts/ 0tannd hs 31 式中 nh 转向盘转动的最大可能频率，计算时对轿车取 nh 1.51.7s1 ；则动力转向系的油泵排量 Q可表达为 Vhsc ndDQ )1(4ta n 022 (7-6) =47L/s 2.预开隙 e1 预开隙 e1 ，为滑阀处于中间位置时分配阀内各环形油路沿滑阀轴向的开启量，也是为使分配阀内某油路关闭所需的滑阀最小移动量。 e1 值过小会使油液常流时局部阻力过大； e1 值过大则转向盘需转过一个大的角度才能使动力缸工作，转向灵敏度低。一般要求转向盘转角 52 时滑阀就移动 e1 的距离。 e1 t360 t36052 (7-7) 0.2mm 式中 相应的转向盘转角，（）； t 转向螺杆的螺距， mm. 3.滑阀总移动量 滑阀总移动量 e 过大时，会使转向盘停止转动后滑阀回到中间位置的行程长，致使转向车轮停止偏转的时刻也相应“滞后”，从而使 灵敏度降低；如 e 值过小，则使密封长度 ee e 12 过小导致密封不严，这就容易产生油液泄漏致使进、回油路不能完全隔断而使工作油液压力降低和流量减少。通常，当滑阀总移动量为 e时，转向盘允许转动的角度约为 20左右。 te 36020 (7-8) =0.49mm 4.局部压力降 p 当汽车宜行时，滑阀 处于中间位置，油液流经滑阀后再回到油箱。油液流经滑阀时产生的局部压力降 p (MPa)为 vvp 242 108.132 （ 7-9） 式中 油液密度， kg/m3 ； 局部阻力系数，通常取 3.0； v 油液的流速， m/s。 32 p 的允许值为 0.03 0.04MPa。 5.油液流速的允许值 v 由于 p 的允许值 p =0.030.04MPa,代入上式，则可得到油液流速的允许值 v smp /38.566.48.1310 4 (7-10) 6.滑阀直径 d vvd eQeQ1m a x1m a x7.37612 (7-11) =110mm 式中 Qmax 溢流阀限制下的油液最大排量， L/min, 般约为发动机怠速时油泵排量的 1.5倍； e1 预开隙， mm； v 滑阀在中间位置时的油液流速， m/s 7. 滑阀在中间位置时的油液流速 v eQeQddv 1m a x1m a x7.37612 (7-12) =5m/s 8.分配阀的泄漏量 Q eppQ2312 （ 7-13） =2.26 1010 cm/s 式中 滑阀也阀体建的径向间隙，一般 0.0005 0.00125cm； p 滑阀进、出口油液的压力差； d 滑阀直径； e2 密封长度； 油液的动力粘度。 7.3动力转向的评价指标 动力转向器的作用效能 用效能指标 FFhhs来评价动力转向器的作用效能。现有动力转向器的效能指标 s=115。 33 路感 驾驶员的路感来自于转动转向盘时，所要克服的液压阻力。液压阻力等于 反作用阀面积与工作液压压强的乘积。在最大工作压力时，轿车：换算以转向盘上的力增加约 3050N。 转向灵敏度 转向灵敏度可以用转向盘行程与滑阀行程的比值 i 来评价 2Dswi (7-14) 比值 i 越小，则动力转向作用的灵敏度越高。 动力转向器的静特性 动力转向器的静特性是指输入转矩与输出转矩之间的变化 关系曲线，是用来评价动力转向器的主要特性指标。因输出转矩等于油压压力乘以动力缸工作面积和作用力臂，对于已确定的结构，后两项是常量，所以可以用输入转矩 M与输出油压 p之间的变化关系曲线来表示动力转向的静特性，如图 7-1示。 常将静特性曲线划分为四个区段。在输入转矩不大的时候，相当于图中 A段；汽车原地转向或调头时，输入转矩进入最大区段（图中 C段）； B区段属常用快速转向行驶区段； D区段曲线就表明是一个较宽的平滑过渡区间。 要求动力转向器向右转和向左转的静特性曲线应对称。对称性可以评价滑阀的加工和装配质量。要求对称 性大于 0.85。 图 7-1静特性曲线分段示意图 34 第八章 .转向传动机构设计 转向传动机构是由转向摇臂至左、右转向车轮之间用来传递力及运动的转向杆、臂系统。其任务是将转向器输出端的转向摇臀的摆动转变为左、右转向车轮绕其转向主销的偏转，并使它们偏转到绕同一瞬时转向中心的不向轨迹圆上，实现车轮无滑动地滚动转向。为了使左、右转向车轮偏转角之间的关系能满足这一汽车转向运动学的要求，则要由转向传动机构中的转向梯形机构的精确设计来保证。 非独立悬架汽车的转向系中，转向传动机构由转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂、两个 相同的转向梯形臂和转向横拉杆组成。后者与左、右转向梯形臂又组成转向梯形机构。转向器在汽车上应这样安置：首先应使转向摇臂下端与纵拉杆铰接的球头中心在转向过程中是在平行于汽车纵向平面的平面内移动 (在图 8-1 (a)中为了清楚地表明杆、臂间的连接关系，已将该球心所在乎面移至该图平面上 )；其次，为了使转向纵拉杆与纵置钢板弹簧协调运动以避免转向车轮的摆振，如图 8-2所示，转向摇臂下端的球头中心 B应尽量与转向节臂与纵拉杆铰接球头中心 A2 的摆动中心 O2 重合。 图 8-1与非独立悬架转向轮匹配是转向系简图 35 图 8-1 转向纵拉杆与纵置钢板弹簧的运动协调分析 8.1转向传送机构的臂、杆与球销 转向摇臂、转向节臂和梯形臂由中碳钢或中碳合金钢如 35Cr， 40， 40Cr和 40CrNi用模锻加工制成。多采用沿其长度变化尺寸的椭圆形截面以合理地利用材料和提高其强度与刚度。转向摇臂与转向摇臂轴用三角花键联接，且花键轴与花键孔具有一定的锥度以得到无隙配合，装配时花键轴与孔应按标记对中以保证转向摇臂的正确安装位置。转向摇臂的长度与转向传动机构的布置及 传动比等因素有关，一般在初选时对小型汽车可取 100 150mm，我的设计尺寸为 140mm。 转向传动机构的杆件应选用刚性好、质量小的 20、 30或 35号钢的无缝钢管制造，其沿长度方向的外形可根据总布置的需要确定。 转向传动机构的各元件间采用球形铰接球形铰接的主要特点是能够消除由于铰接处的表而磨损而产生的间隙，也能满足两铰接件间复杂的相对运动。在现代球形铰接的结构中均是用弹簧将球头与衬垫压紧。弹簧沿拉杆轴线压紧的结构制造容易，常为中、重型载货汽车所采用。但这种结构有明显的缺点，即弹簧的压紧力必须显著地大于汽车 在最坏的行驶条件下作用于拉杆上的轴向力，这对于球头和衬垫的寿命也有不利的影响。弹簧沿球销轴线压紧的结构无上述缺点。在这种结构中弹簧的弹性压紧力必须显著地大于由于车轮通过不平路面而产生的作用于拉杆的最大垂向惯性力。以免在球形铰接处出现间隙。整体式转向横拉杆两端和分段式横拉杆左右边杆外端的球形铰接应作为单独组件，组装好后以其壳体上的螺纹旋到杆的端部。以使杆长可调以便用于调节前束。其他杆端的球形铰接，其外壳应与杆件制成一个整体。球头与衬垫需润滑，并应采用有效结构措施保持住润滑材料及防止灰尘污物进入。 球销与衬垫均 采用低碳合金钢如 12CrNi3A， 18MnTi，或 20CrN 制造，工作表面经渗碳淬火处理，渗碳层深 1.5 3.0mm，表面硬度 HRC 56 63。允许采用中碳钢 40 36 或 45 制造并经高频淬火处理，球销的过渡圆角处则用滚压工艺增强。球形铰接的壳体则用钢 35或 40制造。 为了提高球头和衬垫工作表面的耐磨性，可采用等离子或气体等离子金属喷镀工艺；对于轿车亦可采用耐磨性好的工程塑料制造衬垫。后者在制造过程中可渗入专门的成分 (例如尼龙 二硫化钼 )，对这类衬垫则可免去润滑。 8.2杆件设计结果 转向摇臂 /mm 140 转向纵拉杆 /mm 240 转向节臂 /mm 140 转向梯形臂 /mm 200 转向横拉杆 /mm 600 37 结 论 转向系是用来保持或者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。 本次设计，所选用的转向器为适用于各种车型的循环球式转向器，对于已知的汽车数据如轴距，整备质量等参数，计算转向系所需要的相关数据，并且对其进行了强度校核的分析。同时还进行了，转向器的正，逆效率计算，转向系传动比，力传动比，角传动比等计算。动力缸的设计计算以及常流式滑阀的设计计算。其计算结果 符合设计要求，并且满足强度条件。 但由于经验较少，所选用的杆件长度，均按同类车型尺寸选取，难免有不当之处，需要今后在实践自中总结经验。 38 致 谢 短短的 半个学期毕业设计即将结束，我的大学生活也即将画上了圆满的句号。在这次设计过程中得到了许多老师的热心指导，尤其是 刘克铭 老师在百忙之中多次给与指导，在此表示衷心的谢意！ 通过这次毕业设计，使自己更加清醒地认识到知识的无穷无尽以及自己所学的微小。在实习中 学到了许多书上所没有的东西，知识面得到了极大的扩展和丰富，特别是一些与实际 联系密切的问题，如怎样设计更能满足操作人员的需要和具体工作环境的要求，还有设计的产品是否有一定的社会需求，通过这些，使我的专业知识更加坚实。 毕业设计是对我们大学四年所学知识的一次 总结 ，同时也是对我们各种能力的一次考验。设计过程中通过初步尝试、发现问题、寻找解决方法、确定方案的步骤，逐渐培养了我们独立思考问题的能力和创新能力，同时也是我们更加熟悉了一些基本的机械设计知识。本次设计几乎运用了我们所学的全部机械课程，内容涉及到机械设计、机械材料、力学、液压传动、机械图学等知识，以及一些生产实际方面的知识。通过设 计巩固了理论知识，接触了实际经验 ，最令我印象深刻的就是，为了取得有关杆件的长度，我自己来到修车场，向一些资深的师父寻求答案 ，提高了设计能力和查阅文献的能力，为今后工作最后一次在学校充电。 在我结束毕业设计的同时，也结束了我的大学生活。这意味着我进入了人生新的起点，我会用我在学校所学到的知识在崭新的生活中不断进取，发奋图强。用我的事业成就来报答学校和老师对我的栽培，回报社会对我的关爱！ 39 参考文献 1高连兴 史岩 师帅兵主编 .汽车设计学 .下册 .底盘及电气 .北京 :中国工业出版社， 2000 2 Badawy A, Bolourchi F, Gaut S E. SteerTM System Redefines Steering Technology .Automotive EngineerJ. 1997, 105(9) :15-18 . 3陈家瑞主编 .汽车构造 .下册 .第三版 .北京 .人民交通出版社， 1997 4（加）唐 诺里斯，（美）杰克 尔贾维克著；李卓森 等 译 . 悬架系统及转向系统 . 吉林科学技术出版社 / 1998.8 5幺居标主编 .汽车底盘构造与维修 .北京 :机械工业出版社， 2002 6高延龄主编 .汽车运用工程 .第二版 .北京 :人民交通出版社， 2001 7清华大学 余志生主编 .汽车理论 .第 2版 .北京 :机械工业出版社， 1998 8肖盛云 徐中明编 .汽车运用工程基础 .重庆 :重庆大学出版社， 1997 9钟建国 廖耘 刘宏编著 .汽车构造与驾驶 .长沙 :中南大学出版社， 2002 10吉林工业大学汽车教研室 .汽车构造 .北京 .中国机械出版社， 1980 11德 M.米奇克 .汽车动力学 .北京 :机械工业出版社， 1980 12华中农业大学主编 .汽车学 .第二册 .拖拉机汽车构造（第二版） .北京 .工业出版社， 1995 40 附录 A 译文 随着汽车电子技术的迅猛发展 ,人们对汽车转向操纵性能的要求也日益提高。汽车转向系统已从传统机械转向、液压助力转向 (Hydraulic Power Steering ,简称HPS) 、电控液压助力转向 ( Elect ric Hydraulic PowerSteering , 简称 EHPS) , 发展到电动助力转向系统 (Elect ric Power Steering ,简称 EPS) ,最终还将过渡到线控转向系统 (Steer By Wire ,简称 SBW)。 机械转向系统是指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 ,汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘 ,通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机械 3大部分组成。 通常根据机械式转向器形式可以分为 :齿轮齿条 式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。应用最广的两种是齿轮齿条式和循环球式 (用于需要较大的转向力时 ) 。在循环球式转向器中 ,输入转向圈与输出的转向摇臂摆角是成正比的 ；在齿轮齿条式转向器中 ,输入转向圈数与输出的齿条位移是成正比的。循环球式转向器由于是滚动摩擦形式 ,因而正传动效率很高 ,操作方便且使用寿命长 ,而且承载能力强 ,故广泛应用于载货汽车上。齿轮齿条式转向器与循环球式相比 ,最大特点是刚性大 ,结构紧凑重量轻 ,且成本低。由于这种方式容易由车轮将反作用力传至转向盘 ,所以具有对路面状态反应灵敏的优点 ,但同时也容易产 生打手和摆振等现象 ,且其承载效率相对较弱 ,故主要应用于小汽车及轻型货车上 ,目前大部分低端轿车采用的就是齿轮齿条式机械转向系统。 随着车辆载重的增加以及人们对车辆操纵性能要求的提高 ,简单的机械式转向系统已经无法满足需要 ,动力转向系统应运而生 ,它能在驾驶员转动方向盘的同时提供助力 ,动力转向系统分为液压转向系统和电动转向系统 2 种。其中液压转向系统是目前使用最为广泛的转向系统。 液压转向系统在机械系统的基础上增加了液压系统 ,包括液压泵、 V 形带轮、油管、供油装置、助力装置和控制阀。它借助于汽车发动机的动力驱动液压 泵、空气压缩机和发电机等 ,以液力、气力或电力增大驾驶员操纵前轮转向的力量 ,使驾驶员可以轻便灵活地操纵汽车转向 ,减轻了劳动强度 ,提高了行驶安全性。 液压助力转向系统从发明到现在已经有了大约半个世纪的历史 ,可以说是一种较为完善的系统 ,由于其工作可靠、技术成熟至今仍被广泛应用。它由液压泵作为动力源 ,经油管道控制阀向动力液压缸供油 ,通过活塞杆带动转向机构动作 ,可通过改变缸径及油压的大小来改变助力的大小 ,由此达到转向助力的作用。传统液压式动力转向系统一般按液流的形式可以分为 :常流式和常压式 2 种类型 ,也可根据控制阀形 式分为转阀式和滑阀式。 41 随着液压动力转向系统在汽车上的日益普及 ,人们对操作时的轻便性和路感的要求也日益提高 ,然而液压动力转向系统却存在许多的缺点 : 由于其本身的结构决定了其无法保证车辆在任何工况下转动转向盘时 ,都有较理想的操纵稳定性 ,即无法同时保证低速时的转向轻便性和高速时的操纵稳定性 ； 汽车的转向特性受驾驶员驾驶技术的影响严重 ； 转向传动比固定 ,使汽车转向响应特性随车速、侧向加速度等变化而变化 ,驾驶员必须提前针对汽车转向特性幅值和相位的变化进行一定的操作补偿 ,从而控制汽车按其意愿行驶。这样增加了驾驶 员的操纵负担 ,也使汽车转向行驶中存在不安全隐患 ；而此后出现了电控液压助力系统 ,它在传统的液压动力转向系统的基础上增加速度传感器 ,使汽车能够随着车速的变化自动调节操纵力的大小 ,在一定程度上缓和了传统的液压转向系统存在的问题。 目前我国生产的商用车和轿车上采用的大多是电控液压助力转向系统 ,它是比较成熟和应用广泛的转向系统。尽管电控液压助力装置从一定程度上缓解了传统的液压转向中轻便性和路感之间的矛盾 ,然而它还是没有从根本上解决 HPS 系统存在的不足 ,随着汽车微电子技术的发展 ,汽车燃油节能的要求以及全球性倡导环保 ,其在布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面的不足已越来越明显 ,转向系统向着电动助力转向系统发展。 电动助力转向系统是现在汽车转向系统的发展方向 ,其工作原理是 :EPS 系统的ECU 对来自转向盘转矩传感器和车速传感器的信号进行分析处理后 ,控制电机产生适当的助力转矩 ,协助驾驶员完成转向操作。近几年来 ,随着电子技术的发展 ,大幅度降低 EPS的成本已成为可能 ,日本的大发汽车公司、三菱汽车公司、本田汽车公司、美国的 Delphi 汽车系统公司、 TRW公司及德国的 ZF 公司都相继研制出 EPS。 Mercedes2Benz 和 Siemens Automotive 两大公司共同投资 6500万英镑用于开发 EPS ,目标是到 2002 年装车 ,年产 300 万套 ,成为全球 EPS 制造商。到目前为止 ,EPS 系统在轻微型轿车、厢式车上得到广泛的应用 ,并且每年以 300 万台的速度发展。 转向 是一个 专业 术语 ,适用于采集部件 ,联系等 ,其中允许一 艘 (舰 船 )或 汽车 (轿车 )按照 预期的 方向行驶 . 一个例外的情况 是 铁路运输 由 路轨 组合在一起 铁路道岔 提供 转向功能。 许多现代轿车使用 齿轮 齿条式 转向 器 ,在方向盘 末端有 转动齿轮 ；该 齿轮带动齿条移动 ,它是一种线性的齿轮紧密配合 ,从一边到一边 。这种运动把转矩通过转向横拉杆和一种叫做转向节臂的短形臂传递给转向轮的主销。 以前的 设计往往采用 循环球 式转向器 ,而这种转向器 仍然 应用在 卡车和多用途车辆 。 这是一 种老式的螺母和齿扇 设计 ， 该转向 管 柱转 动 大螺丝 (蜗轮 ),它与一个齿扇 齿轮 啮合 ,当蜗轮转动时，齿扇也随之转动，一个安装在齿扇轴上且与转向 联动有关的摇臂带动转向节臂 ,从而 使车轮转动 . 循环球 式转向器通过安装滚珠减少螺母 42 和螺杆之间的摩擦 ；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“流到”。 齿轮 齿条式转向器 设计具有很大程度的反馈和直接转向 路感 ；它也通常不会有任何 反弹 ,或呆滞 。 缺点是 ,它是不可调的 ,因此当它磨损唯一的解决办法更换 。 循环球 式转向器 的 优点是 机械优势 ,因此 ,它被 使用在 较大较重的车辆 ,而 齿轮 齿条 式 原本仅限于较小和较轻 ；由于几乎普遍采用 动力转向系统 ,不过 ,这已不再是一个重要的优势 ,导致越来越多地 在 新型汽车 应用齿轮齿条式转向器。 循环球 式转向器 设计 在中心 也有明显的 冲击 ,或 死 点 。 凡一分钟交替方向盘出不来并不移动 转向机构 ；这是很容易可调螺杆的端部 来减少 磨损 ,但它并不能完全消除或机制开始磨损很快 。 这项设计目前仍在使用中 ,在卡车和其他大型车辆 ,也应用于 迅速转向 ,路感与 稳健 性 ,可维护性 ,和机械的优势 相比不太重要的场合。 较小程度的反馈 ,这样的设计也有时是一种优点 ；当前轮碰撞时，使用齿轮 齿条转向 的司机只有 自己的大 拇指受伤 ,造成方向盘揭开一边突然 (因为 驾驶教练告诉学生把自己的大拇指在前面的方向盘 ,而非 放在 左右的内边缘 ). 这种效果 在像卡车一样的 重型汽车 更为明显 ；循环球式转向防止这种程度的反馈 ,只是因为它可以在正常情况下防止可取反馈 。 转向 连锁 连接转向器 和车轮通常符合一个 阿克曼转向几何 的变化 ,它 交代了一个事实 :当 转 向是 ,内轮 转过的 半径 比外轮小得多，因此 适合驾驶的直路 ,是不适合曲折 。 由于车辆已成为较重而改 用 前轮驱动 ,为了扭转方向盘 ， 通常的 ,主要的 是体力。为了解决 这一问题 ,汽车业 发展 的动力转向 系统 。 有两种类型的助力转向系统 -液压和电气 /电子 。 还有一种液压 -电动混合系统 。 液压助力转向系统 (hps)利用 油 压供应的一个发动机驱动泵 ,以协助将方向盘 转转动。 电动助力转向系统 (EPS)方式 ,是较有效率的液压助力转向系统 ,由于电动助力转向汽车只需要提供协助时 ,方向盘被 转动 ,而液压泵必须不断运行 。 在 EPS 的帮助下 是很容易 调节 车型 ,最高车速 ,甚至驾驶的喜好 。 另外一个好处是 ,通过泄漏和处置动力转向液 消除对环境构成危险 。 动力 转向 的分支 是速度可调转向而转向是大量辅助以低速行驶 ,稍微 协助高速 。 汽车制造商认为 ,当要停车时 驾驶人可能需要做出大量转向投入 ， 但当时高速 行驶时则不然。 第一辆有这特点的 汽车 ,是 雪铁龙 与其 diravi， 虽然 改变了现代汽车转向系统资金的投入，但 它改变了定心凸轮 的压力， 使得方向盘 尽力去回到原来的位置。 现代速度可调式动力转向系统 ,当速度增长时减少了活塞的压力 ,给予更直接的感受 。这一特点 在 所有新车 正 逐渐成为司空见惯 。 四轮转向 (或全轮转向 )是一种 系统 ,当高速行驶时能增加车辆稳定型，而在低速行驶时可以减小转弯半径。 大多数的四轮转向系统 ,后轮转向通过单片机 和驱动器 实现。 后轮一般不能反过 43 来 ,有几个系统 ,包括 Delphi 的 quadrasteer， 该系统在本田的 生产前 线 ，当前轮低速时，允许后轮在相反方向转向。 这使得车辆转弯半径较小 ,有时 应用 于大型 卡车 车辆及挂车 。 44 附录 B 外文文献 Along with automobile electronic technology swift and violent development, the people also day by day enhance to the motor turning handling quality request. The motor turning system changed, the hydraulic pressure boost from the traditional machinery changes (Hydraulic Power Steering, is called HPS), the electrically controlled hydraulic pressure boost changes (Elect ric Hydraulic Power Steering, is called EHPS), develops the electrically operated boost steering system (Elect ric Power Steering, is called EPS), finally also will transit to the line controls the steering system (Steer By Wire, will be called SBW). The machinery steering system is refers by pilots physical strength achievement changes the energy, in which all power transmission all is mechanical, the automobile changes the movement is operates the steering wheel by the pilot, transmits through the diverter and a series of members changes the wheel to realize. The mechanical steering system by changes the control mechanism, the diverter and major part changes the gearing 3 to be composed. Usually may divide into according to the mechanical diverter form: The gear rack type, follows round the world -like, the worm bearing adjuster hoop type, the worm bearing adjuster refers sells the type. Is the gear rack type and follows using the broadest two kinds round the world -like (uses in needing time big steering force).In follows round the world -like in the diverter, the input changes the circle and the output steering arm pivot angle is proportional； In the gear rack type diverter, the input changes the turn and the output rack displacement is proportional. Follows round the world -like the diverter because is the rolling friction form, thus the transmission efficiency is very high, the ease of operation also the service life are long, moreover bearing capacity, therefore widely applies on the truck. The gear rack type diverter with follows round the world -like compares, the most major characteristic is the rigidity is big, the structure compact weight is light, also the cost is low. Because this way passes on easily by the wheel the reacting force to the steering wheel, therefore has to the pavement behavior response keen merit, but simultaneously also easy to have phenomena and so on goon and oscillation, also its load bearing efficiency relative weak, therefore mainly applies on the compact car and the pickup truck, at present 45 the majority of low end passenger vehicle uses is the gear rack type machinery steering system. Along with the vehicles carrying capacity increase as well as the people to the vehicles handling quality request enhancement, the simple mechanical type steering system were already unable to meet the needs, the power steering system arise at the historic moment, it could rotate the steering wheel while the pilot to provide the boost, the power steering system divides into the hydraulic pressure steering system and the electrically operated steering system 2kinds.Hydraulic pressure steering system is at present uses the most widespread steering system. The hydraulic pressure steering system increased the hydraulic system in the mechanical system foundation, including hydraulic pump, V shape band pulley, drill tubing, feed installment, boost installment and control valve. It with the aid of in the motor car engine power actuation hydraulic pump, the air compressor and the generator and so on, by the fluid strength, the physical strength or the electric power increases the pilot to operate the strength which the front wheel changes, enables the pilot to be possible nimbly to operate motor turning facilely, reduced the labor intensity, enhanced the travel security. The hydraulic pressure boost steering system from invented already had about half century history to the present, might say was one kind of more perfect system, because its work reliable, the technology mature still widely is applied until now. It takes the power supply by the hydraulic pump, after oil pipe-line control valves to power hydraulic cylinder feed, through the connecting rod impetus rotation gear movement, may changes the boost through the change cylinder bore and the flowing tubing head pressure size the size, from this achieved changes the boost the function. The traditional hydraulic pressure type power steering system may divide into generally according to the liquid flow form: Ordinary flow type and atmospheric pressure type 2 kind of types, also may divide into according to the control valve form transfers the valve type and the slide-valve type. Along with hydraulic pressure power steering system on automobile daily popularization, the people to operates when the portability and the road feeling request also day by day enhance, however the hydraulic pressure power 46 steering system has many shortcomings actually: Because its itself structure had decided it is unable to guarantee vehicles rotates the steering wheel when any operating mode, all has the ideal operation stability, namely is unable simultaneously to guarantee time the low speed changes the portability and the high speed time operation stability； The automobile changes the characteristic to drive the pilot technical the influence to be serious； The steering ratio is fixed, causes the motor turning response characteristic along with changes and so on vehicle speed, transverse acceleration to change, the pilot must aim at the motor turning characteristic peak-to-peak value and the phase change ahead of time carries on certain operation compensation, thus controls the automobile according to its wish travel. Like this increased pilots operation burden, also causes in the motor turning travel not to have the security hidden danger； But hereafter appeared the electrically controlled hydraulic booster system, it increases the velocity generator in the traditional hydraulic pressure power steering system foundation, enables the automobile along with the vehicle speed change automatic control force size, has to a certain extent relaxed the traditional hydraulic pressure steering system existence question. At present our country produces on the commercial vehicle and the passenger vehicle uses mostly is the electrically controlled hydraulic pressure boost steering system, it is quite mature and the application widespread steering system. Although the electrically controlled hydraulic servo alleviated the traditional hydraulic pressure from certain degree to change between the portability and the road feeling contradiction, however it did not have fundamentally to solve the HPS system existence insufficiency, along with automobile microelectronic technology development, automobile fuel oil energy conservation request as well as global initiative environmental protection, it in aspect and so on arrangement, installment, leak-proof quality, control sensitivity, energy consumption, attrition and noise insufficiencies already more and more obvious, the steering system turned towards the electrically operated boost steering system development. The electrically operated boost steering system is the present motor turning system development direction, its principle of work is: EPS system ECU after comes from the steering wheel torque sensor and the vehicle speed 47 sensor signal carries on analysis processing, controls the electrical machinery to have the suitable boost torque, assists the pilot to complete changes the operation. In the last few years, along with the electronic technology development, reduces EPS the cost to become large scale possibly, Japan sends the car company, Mitsubishi Car company, this field car company, USs Delphi automobile system company, TRW Corporation and Germanys ZF Corporation greatly all one after another develops EPS.Mercedes2Benz 和Siemens Automotive Two big companies invested 65,000,000 pounds to use in developing EPS, the goal are together load a car to 2002, yearly produce 300 ten thousand sets, became the global EPS manufacturer. So far, the EPS system in the slight passenger vehicle, on the theater box type vehicle obtains the widespread application, and every year by 300 ten thousand speed development. Steering is the term applied to the collection of components, linkages, etc. which allow for a vessel (ship, boat) or vehicle (car) to follow the desired course. An exception is the case of rail transport by which rail tracks combined together with railroad switches provide the steering function. The most conventional steering arrangement is to turn the front wheels using a hand operated steering wheel which is positioned in front of the driver, via the steering column, which may contain universal joints to allow it to deviate somewhat from a straight line. Other arrangements are sometimes found on different types of vehicles, for example, a tiller or rear wheel steering. Tracked vehicles such as tanks usually employ differential steering that is, the tracks are made to move at different speeds or even in opposite directions to bring about a change of course. Many modern cars use rack and pinion steering mechanisms, where the steering wheel turns the pinion gear； the pinion moves the rack, which is a sort of linear gear which meshes with the pinion, from side to side. This motion applies steering torque to the kingpins of the steered wheels via tie rods and a short lever arm called the steering arm. Older designs often use the recirculating ball mechanism, which is still found on trucks and utility vehicles. This is a variation on the older worm and sector design； the steering column turns a large screw (the worm gear) which meshes with a sector of a gear, causing it to rotate about its axis as the worm gear is turned； an arm attached to the axis of the sector moves the 48 pitman arm, which is connected to the steering linkage and thus steers the wheels. The recirculating ball version of this apparatus reduces the considerable friction by placing large ball bearings between the teeth of the worm and those of the screw； at either end of the apparatus the balls exit from between the two pieces into a channel internal to the box which connects them with the other end of the apparatus, thus they are recirculated. The rack and pinio