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汽车机械转向系统设计[循环球式转向器]【4张CAD图纸+WORD毕业论文】【车辆专业】

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关键词：: 汽车机械转向系统设计全套 cad 图纸 word 毕业论文车辆专业

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毕业设计说明书中文摘要

汽车机械转向系统设计

摘要：汽车工业的快速发展和市场竞争的需求极大地促进了汽车电子技术的应用和发展，而汽车电子技术本身的创新和进步也为汽车产业的发展提供了技术保证，并为汽车向电子化、智能化、网络化和多媒体方向发展创造了条件。汽车电子技术的发展正在改变着汽车的传统结构和扩展着汽车的功能。在设计中分析了现在常见的转向器结构形式，根据设计需要采用循环球式转向器。但是整个系只是简单的机械连接，仅仅从理论上实现了汽车的转向。

关键词方向盘转向系转向器

毕业设计说明书外文摘要

The automotive Design for mechanical steering system

Abstract：

With the rapid development of automobile industry ,the demand for market competition has greatly facilitated ,the application of automotive electronic technology and development of automotive electronic. Technology 、 innovation and progress are as well as the development of the automobile industry provides technical guarantee for the car to the electronic, intelligent and network and multimedia technologies to create the conditions for development. The development of automotive electronic technology is changing the traditional structure of the car and expanding the functions of the car. In the design analysis of the structure is now a common form of steering gear, according to the design require the use of circulating ball steering gear. But simply the entire Department of mechanical connection, only in theory the achievement of a car steering。

Keywords Steering wheel Steering System Steering Gear

1引言1

2设计任务书3

3机械转向简介4

3.1转向操纵机构4

3.2转向器4

4转向系的设计要求4

5机械式转向器方案分析5

5.1齿轮齿条式5

5.2循环球式7

5.3蜗杆滚轮式、蜗杆指销式8

6计算设计说明书9

6.1转向器的效率9

6.2转向器类型、结构特点与效率9

6.3转向器的结构参数与效率9

7传动比的变化特性10

7.1转向系传动比10

7.2力传动比与转向系角传动比的关系11

7.3转向系的角传动比12

7.4转向器角传动比及其变化规律12

8齿轮齿条转向器变速比工作原理12

8.1转向器角传动比的选择13

9转向系计算载荷的确定14

10转向梯形结构方案分析14

10.1整体式转和梯形15

10.2断开式转向梯形15

11转向系统-零部件参数16

12转向系统-发展趋势17

12.1现代汽车转向装置的设计趋势17

12.2现代汽车转向装置的发展趋势18

13设计小结20

14标准化审查报告20

14.1产品图样的审查20

14.2产品技术文件的审查21

14.3标准件的使用情况21

14.4审查结论21

15使用说明书21

结论23

参考文献24

致谢25

汽车机械转向机构设计

1引言

在汽车行驶中，转向运动是最基本的运动。我们通过方向盘来操纵和控制汽车的行驶方向，从而实现自己的形式意图。在现代汽车上，转向系统是必不可少的最基本的系统之一，它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，车流密集的今天，针对更多不同的驾驶人群，汽车的操纵性设计显得尤为重要。

从上世纪四十年代起，为减轻驾驶员体力负担，在机械转向系统基础上增加了液压助力系统HPS(hydraulic power steering)，它是建立在机械系统的基础之上的，额外增加了一个液压系统，一般有油泵、V形带轮、油管、供油装置、助力装置和控制阀。由于其工作可靠、技术成熟至今仍被广泛应用。现在液压助力转向系统在实际中应用的最多，根据控制阀形式有转阀式和滑阀式之分。这个助力转向系统最重要的新功能是液力支持转向的运动，因此可以减少驾驶员作用在方向盘上的力。

虽然传统转向系统工作最可靠，但是也存在很多固有的缺点，传统转向系统由于方向盘和转向车轮之间的机械连接而产生一些自身无法避免的缺陷：①汽车的转向特性受驾驶员驾驶技术的影响严重；②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。这就变相地增加了驾驶员的操纵负担，使汽车转向行驶存在很大的不安全隐患；③液压助力转向系统经济性差，一般轿车每行驶一百公里要多消耗0.3~0.4升的燃料；另外，存在液压油泄漏问题，对环境造成污染，在环保性能被日益强调的今天，无疑是一个明显的劣势。

电液动力转向系统

近年来，随着电子技术的不断发展，转向系统中愈来愈多的采用电子器件。相应的就出现了电液助力转向系统。电液助力转向可以分为两大类：电动液压助力转向系统EHPS(electro-hydraulic power steering)、电控液压助力转向ECHPS(electronically controlled hydraulic power steering)。EHPS是在液压助力系统基础上发展起来的，其特点是原来有发动机带动的液压助力泵改由电机驱动，取代了由发动机驱动的方式，节省了燃油消耗。ECHPS是在传统的液压助力转向系统的基础上增加了电控装置构成的。电液助力转向系统的助力特性可根据转向速率、车速等参数设计为可变助力特性，使驾驶员能够更轻松便捷的操纵汽车。

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循环球式转向器图.gif

右转向节.gif

转向操纵机构图.gif

左转向节.gif

内容简介：: 山西农业大学本科生毕业论文（设计）选题审批表毕业论文（设计）题目汽车机械转向系统设计指导教师贺俊林职称教授学生具备条件修完本专业的所有必修课程及相应的选修课程，有一定的专业知识背景选题完成形式提交开题报告内容简要：我设计的是汽车机械转向系统。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。进行参数选择，设计，着重分析前驱动桥和转向器的工作原理，工作条件，及零件的设计和校核。系主任签字：年月日院长签字：年月日 nts 山西农业大学本科生毕业论文开题报告题目汽车机械转向系统设计学院名称山西农业大学专业名称机械设计制造及其自动化年级 2005 级学生姓名孙晋卿学号 01 号指导教师贺俊林职称教授 2009 年 3 月 25 号 nts 选题的依据及意义（包括课题的理论价值和实践价值；国内外的研究概况等）：在汽车行驶中，转向运动是最基本的运动。我们通过方向盘来操纵和控制汽车的行驶方向，从而实现自己的形式意图。在现代汽车上，转向系统是必不可少的最基本的系统之一，它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，车流密集的今天，针对更多不同的驾驶人群，汽车的操纵性设计显得尤为重要。 nts 本课题研究内容汽车在行驶过程中需要不断改变方向，转向系就是通过一系列机械传动使得前轮发生偏转，从而实现汽车转向，达到改变行驶方向的目的。本课题研究方案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。研究的创新之处在转向操纵机构中加入了万向节。 nts 研究过程 (含完成期限 ) 一，查阅资料阶段（ 3 月中旬 -4 月上旬）二，毕业论文写作阶段（ 4 月上旬 -5 月下旬）三，毕业论文整理阶段（ 6 月上旬 -6 月中旬）四，论文完成，修改和完善阶段（ 6 月中旬 -答辩）指导教师意见指导教师签名：年月日教研室意见教研室主任签名：年月日院系意见主管领导签名：年月日 nts nts毕业设计说明书中文摘要汽车机械转向系统设计摘要：汽车工业的快速发展和市场竞争的需求极大地促进了汽车电子技术的应用和发展，而汽车电子技术本身的创新和进步也为汽车产业的发展提供了技术保证，并为汽车向电子化、智能化、网络化和多媒体方向发展创造了条件。汽车电子技术的发展正在改变着汽车的传统结构和扩展着汽车的功能。在设计中分析了现在常见的转向器结构形式，根据设计需要采用循环球式转向器。但是整个系只是简单的机械连接，仅仅从理论上实现了汽车的转向。关键词方向盘转向系转向器 nts毕业设计说明书外文摘要 The automotive Design for mechanical steering system Abstract： With the rapid development of automobile industry ,the demand for market competition has greatly facilitated ,the application of automotive electronic technology and development of automotive electronic. Technology 、 innovation and progress are as well as the development of the automobile industry provides technical guarantee for the car to the electronic, intelligent and network and multimedia technologies to create the conditions for development. The development of automotive electronic technology is changing the traditional structure of the car and expanding the functions of the car. In the design analysis of the structure is now a common form of steering gear, according to the design require the use of circulating ball steering gear. But simply the entire Department of mechanical connection, only in theory the achievement of a car steering。 Keywords Steering wheel Steering System Steering Gear nts nts 目录 1引言 . - 1 - 2设计任务书 . - 3 - 3机械转向简介 . - 4 - 3.1转向操纵机构 . - 4 - 3.2转向器 . - 4 - 4转向系的设计要求 . - 4 - 5机械式转向器方案分析 . - 5 - 5.1齿轮齿条式 . - 5 - 5.2循环球式 . - 7 - 5.3蜗杆滚轮式、蜗杆指销式 . - 8 - 6计算设计说明书 . - 9 - 6.1转向器的效率 . - 9 - 6.2转向器类型、结构特点与效率 . - 9 - 6.3转向器的结构参数与效率 . - 9 - 7传动比的变化特性 . - 10 - 7.1转向系传动比 . - 10 - 7.2力传动比与转向系角传动比的关系 . - 11 - 7.3转向系的角传动比 . - 12 - 7.4转向器角传动比及其变化规律 . - 12 - 8齿轮齿条转向器变速比工作原理 . - 12 - 8.1转向器角传动比的选择 . - 13 - 9转向系计算载荷的确定 . - 14 - 10转向梯形结构方案分析 . - 14 - 10.1整体式转和梯形 . - 15 - 10.2断开式转向梯形 . - 15 - 11转向系统 -零部件参数 . - 16 - nts 12转向系统 -发展趋势 . - 17 - 12.1现代汽车转向装置的设计趋势 . - 17 - 12.2现代汽车转向装置的发展趋势 . - 18 - 13设计小结 . - 20 - 14标准化审查报告 . - 20 - 14.1产品图样的审查 . - 20 - 14.2产品技术文件的审查 . - 21 - 14.3标准件的使用情况 . - 21 - 14.4审查结论 . - 21 - 15使用说明书 . - 21 - 结论 . - 23 - 参考文献 . - 24 - 致谢 . - 25 - nts山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 1 - 汽车机械转向机构设计 1 引言在汽车行驶中，转向运动是最基本的运动。我们通过方向盘来操纵和控制汽车的行驶方向，从而实现自己的形式意图。在现代汽车上，转向系统是必不可少的最基本的系统之一，它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，车流密集的今天，针对更多不同的驾驶人群，汽车的操纵性设计显得尤为重要。从上世纪四十年代起，为减轻驾驶员体力负担，在机械转向系统基础上增加了液压助力系统 HPS(hydraulic power steering)，它是建立在机械系统的基础之上的，额外增加了一个液压系统，一般有油泵、 V形带轮、油管、供油装置、助力装置和控制阀。由于其工作可靠、技术成熟至今仍被广泛应用。现在液压助力转向系统在实际中应用的最多，根据控制阀形式有转阀式和滑阀式之分。这个助力转向系统最重要的新功能是液力支持转向的运动，因此可以减少驾驶员作用在方向盘上的力。虽然传统转向系统工作最可靠，但是也存在很多固有的缺点，传统转向系统由于方向盘和转向车轮之间的机械连接而产生一些自身无法避免的缺陷：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。这就变相地增加了驾驶员的操纵负担，使汽车转向行驶存在很大的不安全隐患；液压助力转向系统经济性差，一般轿车每行驶一百公里要多消耗 0.30.4升的燃料；另外，存在液压油泄漏问题，对环境造成污染，在环保性能被日益强调的今天，无疑是一个明显的劣势。电液动力转向系统近年来，随着电子技术的不断发展，转向系统中愈来愈多的采用电子器件。相应的就出现了电液助力转向系统。电液助力转向可以分为两大类：电动液压助力转向系统EHPS(electro-hydraulic power steering)、电控液压助力转向 ECHPS(electronically controlled hydraulic power steering)。 EHPS 是在液压助力系统基础上发展起来的，nts孙晋卿：汽车机械转向机构设计 - 2 - 其特点是原来有发动机带动的液压助力泵改由电机驱动，取代了由发动机驱动的方式，节省了燃油消耗。 ECHPS 是在传统的液压助力转向系统的基础上增加了电控装置构成的。电液助力转向系统的助力特性可根据转向速率、车速等参数设计为可变助力特性，使驾驶员能够更轻松便捷的操纵汽车。现代电液动力转向系统主要通过车速传感器将车速传递给电子元件，或微型计算机系统，控制电液转换装置改变动力转向的助力特性，使驾驶员的转向手力根据车速和行驶条件变化而改变，即在低速行驶或转急弯时能以很小的转向手力进行操作，在高速行驶时能以稍重的转向手力进行稳定操作，使操纵轻便性和稳定性达 EHPS相比传统 HPS降低了能源损耗。但电液动力转向系统，不论 ECHPS 还是 EHPS都与传统的 HPS一样存在液压油泄漏问题。电动助力转向系统电动转向系统 EPS(Electric Power Steering)把一个机械的系统和一个电控的电动马达结合在一起形成的一个动力转向系统。与液压系统不同的是，助力改由电机提供，因此，要有一个力矩传感器来测量作用在方向盘上的力矩，由电子控制单元来计算所需要的力矩。作用在方向盘上的力矩曲线由一个电动马达来分配。通过电动马达提供转向所必须要的力，它通过一个减速器作用在转向柱上，在循环球式的传动装置中，直接作用在齿扇上的力太大，因此大多选用齿轮齿条转向器。根据助力位置不同分为三种形式：1、转向柱助力式 .2、小齿轮助力式 .3、齿条助力式 . 由于 EPS改由电机提供助力，助力大小由电控单元 ECU实时调节与控制，可以较好解决汽车操纵时轻与灵的矛盾。电动助力转向最早应用在微型汽车上， 1988 年 2月日本铃木公司首次在其 Cervo车上装备，目前电动助力转向系统主要应用在轿车上，并逐渐从微型轿车向更大型轿车和商务车发展。其优点有： 1.EPS能在各种行驶工况下提供最佳助力，减小由路面不平所引起的对转向系统的扰动，改善汽车的转向特性，减轻汽车低速行驶时的转向操纵力，提高汽车高速行驶时的转向稳定性，进而提高汽车的主动安全性。并且可通过设置不同的转向手力特性来满足不同使用对象的需要。 nts山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 3 - 2 EPS只在转向时电动机才提供助力 (不像 HPS，即使在不转向时，油泵也一直运转 )，因而能减少燃料消耗。 3.由于直接由电动机提供助力，电动机由蓄电池供电，因此 EPS能否助力与发动机是否起动无关，即使在发动机熄火或出现故障时也能提供助力。 4. EPS取消了油泵、皮带、皮带轮、液压软管、液压油及密封件等，其零件比 HPS大大减少，因而其质量更轻、结构更紧凑，在安装位置选择方面也更容易，并且能降低噪声。 5 .EPS没有液压回路，比 HPS更易调整和检测，装配自动化程度更高，并且可以通过设置不同的程序，快速与不同车型匹配，因而能缩短生产和开发周期。 6 .EPS不存在渗油问题，消除了液压助力中液压油泄漏问题，可大大降低保修成本，减小对环境的污染，改善了环保性。 7.EPS比 HPS具有更好的低温工作性能。电动助力转向目前已成为世界汽车技术发展的研究热点之一。汽车转向系统分类汽车转向系统分为两大类：机械转向系统和动力转向系统。完全靠驾驶员手里操纵的转向系统称为机械转向系统。借助动力来操纵的转向系统称为动力转向系统，动力转向系统又可分为液压动力转向系统和电动助力动力转向系统。 2 设计任务书汽车在行驶过程中需要不断改变方向，转向系就是通过一系列机械传动使得前轮发生偏转，从而实现汽车转向，达到改变行驶方向的目的。驾驶员操纵方向盘，通过转向器把方向盘的旋转运动转化成转向摇臂一定角度的摆动，带动转向梯形运动，使前轮偏转一定的角度，实现汽车转向。这次设计主要目的是总结所学知识，在设计中没有考虑到实际需要，只是从本专业nts孙晋卿：汽车机械转向机构设计 - 4 - 出发，基于自己的实际能力对基础的机械设计进行练习。设计中对前桥的受力做简单的分析，对一些常见的转向器结构稍作分析并加以选择，并设计循环球式转向器。 3 机械转向简介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。 3.1 转向操纵机构转向器操纵机构由方向盘，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。 3.2 转向器转向器（也常称为转向机）是完成有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、循环球一齿条式扇式、蜗杆滚轮式等。汽车转向系的功用：汽车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。汽车转向系的形式和组成：汽车转向机构分为机械转向和动力转向两种形式。机械转向主要是由转向盘、转向器和转向传动机构等组成，动力转向还包括动力系统。机械转向是依靠驾驶员的手力转动转向盘，经转向器和转向传动机构使转向轮偏转。动力转向是在机械转向的基础上，加装动力系统，并借助此系统来减轻驾驶员的手力。动力转向包括液压式动力转向和电控式动力转向。液压式动力转向已在汽车上广泛应用。近年来，电控动力转向已得到较快发展。 4 转向系的设计要求 nts山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 5 - 1）汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转。 2）转向轮具有自动回正能力。 3）在行驶状态下，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。 6）操纵轻便。 7）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）转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。 10）转向盘转动方向与汽车行驶方向的改变相一致。正确设计转向梯形机构，可以保证汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转。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。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。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，其最小转弯半径能达到汽车轴距的 22.5 倍。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 250N 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 2.0圈，货车则要求不超过 3.0圈。 5 机械式转向器方案分析 5.1 齿轮齿条式齿轮齿条式转向器的主要优点是：结构简单、紧凑、体积小、质量轻；传动效率nts孙晋卿：汽车机械转向机构设计 - 6 - 高达 90%；可自动消除齿间间隙 (图 1-1 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。齿轮齿条式转向器的主要缺点是：逆效率高（ 60%70%）。因此，汽车在不平路面上行驶时，发生在转向轮与路面之间的冲击力，大部分能传至转向盘。图 1-1 自动消除间隙装置根据输入齿轮位置和输出特点不同，齿轮齿条式转向器有四种形式：中间输入，两端输也（图 1-2a）；侧面输入，两端输出（图 1-2b）；侧面输入，中间输出（图 1-2c）；侧面输入，一端输出（图 1-2d）。图 1-2 齿轮齿条式转向器的四种形式采用侧面输入、中间输出方案时，由于拉杆长度增加，车轮上、下跳动时位杆摆角减小，有利于减少车轮上、下跳动时转向系与悬架系的运动干涉。而采用两侧输出方案时，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，常用在平头微型货车上。 nts山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 7 - 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。齿条断面形状有圆形、 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。根据齿轮齿条式转向器和转向梯形相对前轴位置的不同，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，见图 1-3。图 1-3 齿轮齿条式转向器的四种布置形式齿轮齿条式转向器广泛应用于微型、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也用齿轮齿条式转向器 5.2 循环球式循环球式转向器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，以及螺母上齿条与摇臂轴上齿扇构成的传动副组成，如图 1-4所示。循环球式转向器的优点是：传动效率可达到 75%85%；转向器的传动比可以变化；工作平稳可靠；齿条和齿扇之间的间隙调整容易；适合用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。循环球式转向器主要用于货车和客车上。 nts孙晋卿：汽车机械转向机构设计 - 8 - 图 1-4 循环球式转向器图 1-5 循环球式转向器的间隙调整机构 5.3 蜗杆滚轮式、蜗杆指销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。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。蜗杆指销式转向器的优点是：传动比可以做成不变的或者变化的；工作面间隙调整容易。固定销式转向器的结构简单、制造容易。但销子的工作部位磨损快、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，应采用双销式结构。双销式转向器的结构复杂、尺寸nts山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 9 - 和质量大，并且对两主销间的位置精度、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。蜗杆滚轮式和蜗杆指销式转向器应用较少。 6 计算设计说明书 6.1 转向器的效率功率 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： +=（ P1-P2） /P1 逆效率计算公式： =（ P3-P2） /P3 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。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。 6.2 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%。 6.3 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nts孙晋卿：汽车机械转向机构设计 - 10 - 器，其效率可用下式计算（ 1）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。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（ 2）式（ 1）和式（ 2）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 7 传动比的变化特性 7.1 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。转向系的力传动比 : )tan (tan 0 0 a a00tan )tan ( aa 0i pihWp FFi /2nts山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 11 - 转向系的角传动比 : 转向系的角传动比由转向器角传动比和转向传动机构角传动比组成，即转向器的角传动比 : 转向传动机构的角传动比 : 7.2 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：（ 3）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：（ 4）将式（ 3）、式（ 4）代入后得到（ 5）如果忽略磨擦损失，根据能量地恒原理， 2Mr/Mh可用下式表示（ 6）将式（ 6）代入式（ 5）后得到（ 7） kkkw dddtd dtdi /00ii iii 0pppw dddtd dtdi /kpkpkp dddtd dtdi /aMF rW swhh DMF 2hWp FFi /2aMDMi h swrp 02 iddMMkhr aDii swp 20ints孙晋卿：汽车机械转向机构设计 - 12 - 当 a和 Dsw不变时，力传动比越大，虽然转向越轻，但也越大，表明转向不灵敏。 7.3 转向系的角传动比转向传动机构角传动比可用表示以外，还可以近拟地用转向节臂臂长 L2与摇臂臂长 L1 之比来表示，。在汽车结构中， L2与 L1的比值大约在 0.851.1 之间，可近似认为其比值为 1，则。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及其变化规律即可。 7.4 转向器角传动比及其变化规律式（ 7）表明，增大角传动比可以增加力传动比。当 Fw一定时，增大力传动比能减小作用在转向盘上的手力 Fh，使操纵轻便。由的定义可知：对于一定的转向盘角速度，转向轮偏转角速度与转向器角度传动比在反比。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，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。齿轮齿条式、循环球式、蜗式指销式转向器都可以制成变速比转向器。 8 齿轮齿条转向器变速比工作原理根据相互啮合齿轮的基圆齿距必须相等，即 pb1=pb2。其中齿轮基圆齿距 pb1=m1cosa1，齿条基圆齿距 pb2= m2cosa2。由上述两式可知：当齿轮具有标准模数 m1和标准压力角 a1与一个具有变模数 m2、变压力角 a2的齿条相啮合，并始终保持 m1cosa1= m2cosa2时，它们就可以啮合运转。如果齿条中部（相当汽车直线行驶位置）齿的压力角最大，向两端逐渐减小（模数也随之减小）则主动齿轮啮合半径也减小，致使转向盘每转动某同一角度时，齿条行程也随之减小。因此，转同器的传动比是变化的。图 1-6是根据上述原理设计的齿轮齿条式转向器齿条压力角变化示例。从图中可pi 0ikp ddi /120 / LLddi kp ddii /0 0ints山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 13 - 以看到，位于齿条中部位置处的齿有较大压力角和齿轮有较大的节圆半径，而齿条齿有宽的齿根和浅斜的齿侧面；位于具条两端的齿，齿根减薄，齿有陡斜的齿侧面。图 1-6 齿条压力角变化简图 a）齿条中部齿 b）齿条两端齿 8.1 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 1-7所示。 nts孙晋卿：汽车机械转向机构设计 - 14 - 图 1-7 转向器角传动比变化特性曲线 9 转向系计算载荷的确定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。计算汽车在沥青或者混凝土跨面上的原地转向阻力矩 MR（ Nmm ）的半径经验公式（ 8）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）。作用在转向盘上的手力为（ 9）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； +为转向器正效率对给定的汽车，用式（ 9）计算出来的的作用力是最大值。 10 转向梯形结构方案分析 PGfMR313 iDLMLFswRh212nts山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 15 - 10.1 整体式转和梯形整体式转向梯形是由转向横拉杆 1，转向梯形臂 2和汽车前轴 3组成，如图 1-8所示。图 1-8 整体式转向梯形 1 横拉杆 2 梯形臂 3 前轴这种方案的优点是结构简单，调整前束容易，制造成本低；主要缺点是一侧转向轮上、下跳动时，会影响另一侧转向轮。 10.2 断开式转向梯形转向梯形的横拉杆做成断开的，称之为断开式转向梯形。断开式转向梯形方案之一如图 1-15所示。 nts孙晋卿：汽车机械转向机构设计 - 16 - 图 1-15 断开式转向梯形断开式转向梯形的主要特点： 1）能够保证一侧车轮上、下跳动时，不会影响另一侧车轮； 2）由于杆系、球头增多，所以结构复杂，制造成本高，并且调整前束比较困难。横拉杆上断开点的位置与独立悬架形式有关。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 11 转向系统 -零部件参数转向盘直径 380毫米转向盘转动总圈数 3.5 圈驾驶员侧机械式安全气囊 SRS-40 转向柱安全转向柱 nts山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 17 - 转向系总传动比 17.2 转向器线角传动比 53.143 转向器总行程 186毫米车轮 6JX15铝车轮轮胎 205R15(T级 ) 内轮最大转角 39.6 外轮最大转角 33.5 最小转弯直径不大于 11.6m 12 转向系统 -发展趋势改革开放以来，中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。 12.1 现代汽车转向装置的设计趋势适应汽车高速行驶的需要从操纵轻便性、稳定性及安全行驶的角度，汽车制造广泛使用更先进的工艺方法，使用变速比转向器、高刚性转向器。“变速比和高刚性”是目前世界上生产的转向器结构的方向。充分考虑安全性、轻便性随着汽车车速的提高，驾驶员和乘客的安全非常重要，目前国内外在许多汽车上已普遍增设能量吸收装置，如防碰撞安全转向柱、安全带、安全气囊等，并逐步推广。从人类工程学的角度考虑操纵的轻便性，已逐步采用可调整的转向管柱和动力转向系统。低成本、低油耗、大批量专业化生产 nts孙晋卿：汽车机械转向机构设计 - 18 - 随着国际经济形势的恶化，石油危机造成经济衰退，汽车生产愈来愈重视经济性，因此，要设计低成本、低油耗的汽车和低成本、合理化生产线，尽量实现大批量专业化生产。对零部件生产，特别是转向器的生产，更表现突出。汽车转向器装置的电脑化汽车的转向器装置，必定是以电脑化为唯一的发展途径。 12.2 现代汽车转向装置的发展趋势现代汽车转向装置的使用动态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：有蜗杆肖式 (WP 型 )、蜗杆滚轮式 (WR型 )、循环球式 (BS 型 )、齿条齿轮式 (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，发展到现今的 100了 (蜗杆滚轮式转向器在公共汽车上已经被淘汰 )。大、小型货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，齿条齿轮式占 35。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 #0；蜗杆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。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。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；而大型车辆则以循环球式转向器为主要结构。 nts山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 19 - 循环球式转向器特点循环球式转向器的特点是：效率高，操纵轻便，有一条平滑的操纵力特性曲线。布置方便。特别适合大、中型车辆和动力转向系统配合使用；易于传递驾驶员操纵信号；逆效率高、回位好，与液压助力装置的动作配合得好。可以实现变速比的特性，满足了操纵轻便性的要求。中间位置转向力小、且经常使用，要求转向灵敏，因此希望中间位置附近速比小，以提高灵敏性。大角度转向位置转向阻力大，但使用次数少，因此希望大角度位置速比大一些，以减小转向力。由于循环球式转向器可实现变速比，应用正日益广泛。通过大量钢球的滚动接触来传递转向力，具有较大的强度和较好的耐磨性。并且该转向器可以被设计成具有等强度结构，这也是它应用广泛的原因之一。变速比结构具有较高的刚度，特别适宜高速车辆车速的提高。高速车辆需要在高速时有较好的转向稳定性，必须保证转向器具有较高的刚度。间隙可调。齿条齿扇副磨损后可以重新调整间隙，使之具有合适的转向器传动间隙，从而提高转向器寿命，也是这种转向器的优点之一。中国的转向器生产，除早期投产的解放牌汽车用蜗杆 #0；滚轮式转向器，东风汽车用蜗杆肖式转向器之外，其它大部分车型都采用循环球式结构，并都具有一定的生产经验。目前解放、东风也都在积极发展循环球式转向器，并已在第二代换型车上普遍采用了循环球式转向器。由此看出，中国的转向器也在向大量生产循环球式转向器发展。转向器生产专业化循环球式转向器在国外实现了专业化生产，同时以专业厂为主、大力进行试验和研究，大大提高了产品的产量和质量。在日本“精工” (NSK)公司的循环球式转向器就以成本低、质量好、产量大，逐步占领日本市场，并向全世界销售它的产品。德国 ZF公司也作为一个大型转向器专业厂著称于世。它从 1948年开始生产 ZF型转向器，年产各种转向器 200多万台。还有一些比较大的转向器生产厂，如美国德尔福公司 SAGINAW分部；英国 BURM#0； AN公司都是比较有名的专业厂家，都有很大的产量和销售面。专业化生产已成为一种趋势，只有走这条道路，才能使产品质量高、产量大、成本低，在市nts孙晋卿：汽车机械转向机构设计 - 20 - 场上有竞争力。动力转向是发展方向动力转向系统的应用日益广泛，不仅在重型汽车上必须装备，在高级轿车上应用的也较多，在中型汽车上的应用也逐渐推广。主要是从减轻驾驶员疲劳，提高操纵轻便性和稳定性出发。虽然带来成本较高和结构复杂等问题，但由于优点明显，还是得到很快的发展。动力转向有 3种形式：整体式、半分置式及联阀式动力转向结构。目前 3种形式各有特点，发展较快，整体式多用于前桥负荷 3 8t汽车，联阀式多用于前桥负荷 5#0；18t汽车，半分置式多用于前桥负荷 6t以上到超重型汽车。从发展趋势上看，国外整体式转向器发展较快，而整体式转向器中转阀结构是目前发展的方向 13 设计小结这次设计以汽车转向系为基础。在设计中分析计算了受力情况，并对其中的连接件进行强度校核。同时确定转向器的类型，简单设计了循环球式转向器。达到了总结知识，练习简单机械设计的目的在这次设计中，由于对汽车不是很了解，加之专业知识缺乏，转向操纵机构各部件的受力不清楚，很多零件无法校核。在以后的设计中，争取解决上述问题，加强该设计的实用性。 14 标准化审查报告 14.1 产品图样的审查该转向设计已基本完成，现具备全套图纸和统一基本数据，根据有关规定，对其进行标准化审查，结果如下：（ 1）产品图样完整、统一、表达准确清楚、图样清楚。符合 GB/T1800、 3-1998的规定。 nts山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 21 - （ 2）产品图样公差与配合的选择与标准符合 GB/T1800、 3-1998的规定。（ 3）产品图样的标号符合 JB/T5054.5-2000中华人民共和国机械行业标准产品图样及设计的完整性。（ 4）图纸标题栏与明细栏符合 GB/T10609.1-1989GB/T10690.2-1989d 的规定（ 5）产品图样粗糙度的标注符合 GB131-83 表面特征代号及注法的规定。 14.2 产品技术文件的审查（ 1）产品技术文件名词、术语符合 ZB/TJ01 和 0351-90产品图样及设计文件术语及有关标准的规定。（ 2）量和单位符合 GB3100 GB3102-93 的规定。（ 3）技术文件所用的编码符合 JB/T8823-1998机械工业企业计算机辅助管理信息分类编码导则的规定。（ 4）技术文件的完整性符合 JB/T5054.5-2000产品图样及技术文件完整性的规定及相关部门有关具体要求。 14.3 标准件的使用情况本设计所用的紧固件均采用标准的螺

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