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重型自卸汽车设计（转向系及前桥设计）（有cad图.doc

重型自卸汽车转向系及前桥设计【优秀含5张CAD图纸+汽车车辆全套毕业设计】

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关键词：: 重型汽车转向前桥设计优秀优良 cad 图纸车辆全套毕业设计

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摘要

汽车在行驶的过程中，需要按照驾驶员的意志经常改变其行驶方向，即所谓的汽车转向。汽车的转向系统是一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专用机构，本文的研究内容即是重型自卸汽车的转向系设计。

本文针对的是与非独立悬架相匹配的整体式两轮转向机构。利用相关汽车设计和连杆机构运动学的知识，首先对汽车总体参数进行设计，在此基础上，对转向器，转向传动机构进行选择，接着再对转向器和转向传动机构（主要是转向梯形）进行设计，最后，利用软件AUTOCAD完成转向梯形和转向器的设计图纸。

转向器在设计中选用的是循环球式齿条齿扇转向器，在对转向器的设计中，包括了螺杆—钢球—螺母传动副的设计和齿条—齿扇传动副的设计，前者是基于参照同类汽车，确定出钢球中心距，设计出一系列的尺寸，而后者则是根据汽车前轴的载荷来确定出齿扇模数，再由此设计出所有参数的。

转向梯形的设计选用的是整体式转向梯形，本文在设计中借鉴同类汽车转向梯形设计的经验尺寸对转向梯形进行尺寸初选。再通过对转向内轮实际达到的最大偏转角时与转向外轮理想最大偏转角度的差值的检验，和作为一个四杆机构对其最小传动角的检验，来判定转向梯形的设计是否符合基本要求。

本文在消化，吸收，总结，归纳前人的成果上，系统、全面地对机械动力转向系进行理论分析，设计及优化。为重型自卸汽车转向系的设计开发提供了一种步骤简单的设计方法。

关键词：转向系，转向器，转向梯形

THE DESIGN OF HEAVY DUMP (THE DESIGN OF STEERING SYSTEM AND RRONT AXLE)

ABSTRACT

In a moving vehicle, the driver will need to frequently change its traveling direction, the so-called steering. Vehicle steering system is used to change or restore a car in the direction of a dedicated agency, the contents of this paper is the study of light vehicle steering system design.

This article is aimed at non-independent suspension and would like to match the overall style of the two steering. The use of the relevant vehicle design and kinematic linkage of knowledge, first of all, the overall parameters of the vehicle design, in this basis, the steering gear, steering transmission choice, and then to the steering gear and steering transmission (mainly trapezoidal steering ) design, and finally, the use of AUTOCAD software and the steering gear steering linkage to complete the design drawings.

Steering the ball of choice is the cycle of fan-type steering gear rack teeth, in the design of steering gear, including a screw - Ball - Vice-nut drive the design and rack - fan drive gear pair design, the former is based on the reference to similar vehicles, to determine the center distance of the ball, the design of a series of size, while the latter is based on the vehicle front axle load to determine the fan module out of gear, and then all of the resulting design parameters.

Steering linkage design is a whole selection of steering trapezoid, the paper design is used in car steering linkage from a similar experience in the design of the size of the steering linkage to the primary size. Through to the actual steering wheel in the maximum deflection angle with the steering wheel in the most ideal test of the difference of deflection angle, and four institutions, as a minimum transmission angle of its examination, to determine whether the design of steering trapezoid in line with the basic requirements.

In this paper, digestion, absorption, and summing up, summing up the results of their predecessors, the systematic, comprehensive mechanical steering system to carry out theoretical analysis, design and optimization. For the light vehicle steering system design and development provides a simple design method steps.

Key word: steering system，steering gear，steering trapezoid

前言1

第一章从动桥结构方案的确定2

§1.1从动桥总体方案确定2

第二章转向系结构方案的确定3

§2.1转向系整体方案的分析3

§2.1.1转向器方案的分析3

§2.1.2 循环球式转向器结构及工作原理3

§2.1.2动力转向系统分类4

§2.2转向系整体方案的分析5

第三章从动桥的设计计算6

§3.1从动桥主要零件尺寸的确定6

§3.2 从动桥主要零件工作应力的计算6

§3.2.1 制动工况下的前梁应力计算7

§3.2.2 在最大侧向力(侧滑)工况下的前梁应力计算9

§3.3 转向节在制动和侧滑工况下的应力计算10

§3.3.1 在制动工况下10

§3.3.2 在侧滑况下11

§3.4 主销与转向节衬套在制动和侧滑工况下的应力计算12

§3.4.1 在制动工况下12

§3.4.2 在侧滑工况下13

第四章转向系统的设计计算15

§4.1 转向系主要性能参数15

§4.1.1 转向器的效率15

§4.1.2 传动比的变化特性16

§4.1.3 给定的主要计算参数16

§4.1.4 转向盘回转总圈数17

§4.2 转向系计算载荷的确定17

§4.3 循环球式转向器的计算18

§4.3.1 循环球式转向器主要参数18

§4.3.2 螺杆、钢球和螺母传动副18

§4.3.3 齿条、齿扇传动副设计19

§4.4 循环球式转向器零件强度的校核21

§4.4.1 钢球与滚道间的接触应力21

§4.4.2 齿的弯曲应力22

§4.5 液压动力转向机构的计算23

§4.5.1 动力转向系统的工作原理23

§4.5.2 转向动力缸的工作分析24

§4.6 转向梯形机构确定、计算及优化27

§4.6.1 转向梯形结构方案分析27

§4.6.2 整体式转向梯形机构优化设计28

第六章结论34

参考文献35

致谢36

内容简介：: 河南科技大学毕业设计（论文）开题报告（学生填表）学院：车辆与动力工程 2013 年 4 月 20 日课题名称重型自卸汽车设计（转向系及前桥设计）学生姓名樊廷祥专业班级车辆 092 课题类型毕业设计指导教师曹艳玲薛运起职称副教授高工课题来源结合生产 1. 设计（或研究）的依据与意义重型自卸汽车广泛服务于公路客货运输、工程建设、能源、矿山、林业和建筑等行业及现代化国防事业，在国民经济和社会发展中有着十分重要的地位和作用。在各基础产业部门的生产和社会活动中，通常要生产很大的运量，因而需要使用大量重型自卸车辆。尤其是在特殊的作业环境下，重型自卸车更有其不可替代的作用。转向系统是整车系统中必不可少的最基本的组成系统。汽车在行驶过程中能按照驾驶员的操纵要求而适时地改变其行驶方向，并在受到路面传来的偶然冲击及汽车意外地偏离行驶方向时，能与行驶系统配合共同保持汽车继续稳定行驶。因此，转向系统的性能直接影响着汽车的操纵稳定性和安全性，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、车流密集化的今天，它对于确保车辆的安全行驶、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的作用。汽车在行驶过程中，需按驾驶员的意志经常改变其行驶方向，即所谓汽车转向。就重型自卸车而言，实现汽车转向的方法是，驾驶员通过一套专设的机构，使汽车转向桥上的车轮相对于汽车纵轴线偏转一定角度。在汽车直线行驶时，往往转向轮也会受到路面侧向干扰力的作用，自动偏转而改变行驶方向。此时，驾驶员也可以利用这套机构使转向轮向相反方向偏转，从而使汽车恢复原来的行驶方向。这一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，即称为汽车转向系统。因此，汽车转向系的功用是，保证汽车能按驾驶员的意志而进行转向行驶。前桥是汽车上一个重要的总成件，主要包括转向节、转向主销、前轴等零部件，由于在汽车的行驶过程中，前桥所处的工作环境恶劣，工况复杂，其承受nts的载荷也多为交变载荷，从而其零部件易出现疲劳裂纹甚至断裂现象。这就要求其在结构设计上必须有足够的强度、刚度和抗疲劳破坏的能力。车桥通过悬架与车架连接，支撑着汽车（拖拉机）大部分重量，并将车轮的牵引力或者制动力，以及侧向力经过悬架传给车架。为了便于与不同悬架相配合，车桥分为整体式和断开式两种。按照使用功能划分，车桥又可分为转向桥、转向驱动桥、驱动桥和支持桥。 nts 2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述汽车工业做为我国重点发展的支柱产业，其前景相当广阔。目前汽车零部件的生产有一定的潜力，但大多数企业在产品研究，开发等环节存在一定的欠缺，尤其缺少产品的自主开发能力，不能适应系统配套，模块供货，难以参与国际分工。因此，在今后的发展中，我国企业应积极吸收国际汽车先进技术，不断完善自主体系，如制动系统，转向系统等，扩大该产业的产品品种，提高整体技术水平，增强技术开发能力，促使企业更快的发展，适应汽车行业全球化趋势。由于国外汽车发展起步早，技术投入大，因此在技术上远远领先国内市场，当然也还有很多不足的地方，还需要改进，技术也还需要有所突破。作为汽车的一个重要组成部分，汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成，如何设计汽车的转向特性，使汽车具有良好的操纵性能，始终是各汽车生产厂家和科研机构的重要研究课题。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同水平的驾驶人群，汽车的操纵设计显得尤为重要。汽车转向系统经历了纯机械式转向系统、液压助力转向系统、电动助力转向系统 3 个基本发展阶段机械式的转向系统，采用纯粹的机械解决方案，为了产生足够大的转向扭矩需要使用大直径的转向盘，因此占用的空间很大，整个机构显得比较笨拙，驾驶员负担较重，特别是重型汽车转向阻力较大，单纯靠驾驶员的转向力很难实现转向，这就大大限制了其使用范围。但因结构简单、工作可靠、造价低廉，目前在一部分转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用。自 1953 年通用汽车公司在凯迪莱克和别克轿车上首次批量使用液压动力转向系统（ HPS）以来 , 液压动力转向系统给汽车带来了巨大的变化 :人不再需要靠大直径的转向盘来产生足够的转向力矩 , 转向盘的减小 , 使得驾驶室变得宽敞起来 , 座椅布置也变得更为舒适了 ;液压动力转向系统在降低了转向操纵力的同时 , 也使转向变得更为灵敏。随着技术的发展 ,液压动力转向系统在体积、价格和所消耗的功率等方面都取得了惊人的进步。今天 ,液压动力转向系统几乎成为重型汽车的标准装备。 nts 3. 课题设计（或研究）的内容本毕业论文课题的研究内容主要包括： 1. 熟悉和掌握重型自卸汽车转向系统的现状及其各大类型分类以及前桥设计； 2. 比较研究各种汽车转向系统在实际汽车车型中的应用； 3. 熟悉和掌握重型自卸汽车转向系统及前桥的结构构造和工作原理； 4. 熟悉和掌握重型自卸汽车转向系统及前桥的功能特点和关键技术参量； 5. 分析和研究重型自卸汽车转向系统在国产化设计、制造时的应注意的事项； 6. 分析未来汽车转向系统的发展新趋势总之，本设计的主要工作就是设计重型自卸汽车转向系统及前桥的结构组成、功能特点和技术参量；通过大量的数据文献资料及实践调研得出重型自卸汽车转向系统的实际应用。 4. 设计（或研究）方法为了提高驾驶舒适度，减驾驶员的负担，本方案在传统的机械转向系中增加助力转向装置，以减轻驾驶员的转向力。 1、机械式转向器的选择机械式转向器常见的有齿轮齿条式、循环球式、球面蜗杆滚轮式、蜗杆指销式等。齿轮齿条式转向器利用齿轮齿条将方向盘的回转运动转换为横拉杆的直线运动，由于齿条可集成为横拉杆的一部分，固可省去转向直拉杆，使转向系结构，体积减小，所以本转向器采用齿轮齿条式结构。目前大部分轿车转向系统也都采用该结构。 2、布置方案的选择液压动力转向系中，根据机械式转向器、转向动力缸和转向控制阀三者在转向装置中的布置和联接关系的不同，液压式动力转向装置分为整体式、组合式和分离式三种结构形式。整体式结构紧凑、占用空间少，且适用于循环球式转向器， nts 5. 实施计划 2 周调研，搜集、分析资料，明确具体任务，制定方案，撰写开题报告； 2 周完成转向系及前桥计算、布置草图； 3 周完成转向系及前桥总图及零、部件图设计； 2 周编写设计说明书和翻译。 1 周绘制设计中的典型零件图、装配图、工作原理图等。 1 周撰写设计计算说明书； 1 周完善设计环节，准备答辩相关材料。指导教师意见指导教师签字：年月日 nts教研室意见教研室主任签字：年月日 nts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 I 重型自卸汽车设计（转向系及前桥设计）摘要汽车在行驶的过程中，需要按照驾驶员的意志经常改变其行驶方向，即所谓的汽车转向。汽车的转向系统是一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专用机构，本文的研究内容即是重型自卸汽车的转向系设计。本文针对的是与非独立悬架相匹配的整体式两轮转向机构。利用相关汽车设计和连杆机构运动学的知识，首先对汽车总体参数进行设计，在此基础上，对转向器，转向传动机构进行选择，接着再对转向器和转向传动机构（主要是转向梯形）进行设计，最后，利用软件 AUTOCAD 完成转向梯形和转向器的设计图纸。转向器在设计中选用的是循环球式齿条齿扇转向器，在对转向器的设计中，包括了螺杆钢球螺母传动副的设计和齿条齿扇传动副的设计，前者是基于参照同类汽车，确定出钢球中心距，设计出一系列的尺寸，而后者则是根据汽车前轴的载荷来确定出齿扇模数，再由此设计出所有参数的。转向梯形的设计选用的是整体式转向梯形，本文在设计中借鉴同类汽车转向梯形设计的经验尺寸对转向梯形进行尺寸初选。再通过对转向内轮实际达到的最大偏转角时与转向外轮理想最大偏转角度的差值的检验，和作为一个四杆机构对其最小传动角的检验，来判定转向梯形的设计是否符合基本要求。本文在消化，吸收，总结，归纳前人的成果上，系统、全面地对机械动力转向系进行理论分析，设计及优化。为重型自卸汽车转向系的设计开发提供了一种步骤简单的设计方法。关键词：转向系，转向器，转向梯形 nts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 II THE DESIGN OF HEAVY DUMP (THE DESIGN OF STEERING SYSTEM AND RRONT AXLE) ABSTRACT In a moving vehicle, the driver will need to frequently change its tra veling direction, the so-called steering. Vehicle steering system is used to change or restore a car in the direction of a dedicated agency, the contents of this paper is the study of light vehicle steering system design. This article is aimed at non-independent suspension and would like to match the overall style of the two steering. The use of the relevant vehicle design and kinematic linkage of knowledge, first of all, the overall parameters of the vehicle design, in this basis, the steering gear, steering transmission choice, and then to the steering gear and steering transmission (mainly trapezoidal steering ) design, and finally, the use of AUTOCAD software and the steering gear steering linkage to complete the design drawings. Steering the ball of cho ice is the cycle of fan-type steering gear rack teeth, in the design of steering gear, including a screw - Ball - Vice-nut drive the design and rack - fan drive gear pair design, the former is based on the reference to similar vehicles, to determine the center distance of the ball, the design of a series of size, while the latter is based on the vehicle front axle load to determine the fan module out of gear, and then all of the resulting design parameters. Steering linkage design is a whole selection of steering trapezoid, the paper design is used in car steering linkage from a similar experience in the design of the size of the steering linkage to the primary size. Through to the actual steering wheel in the maximum deflection angle with the steering wheel in the most ideal test of the difference of deflection angle, and four institutions, as a minimum transmission angle of its examination, to determine whether the design of steering trapezoid in line with the basic requirements. nts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 III In this paper, digestion, absorption, and summing up, summing up the results of their predecessors, the systematic, comprehensive mechanical steering system to carry out theoretical analysis, design and optimization. For the light vehicle steering system design and development provides a simple design method steps. Key word: steering system， steering gear， steering trapezoid nts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 IV 目录前言 . 1 第一章从动桥结构方案的确定 . 2 1.1 从动桥总体方案确定 . 2 第二章转向系结构方案的确定 . 3 2.1 转向系整体方案的分析 . 3 2.1.1 转向器方案的分析 . 3 2.1.2 循环球式转向器结构及工作原理 . 3 2.1.2 动力转向系统分类 . 4 2.2 转向系整体方案的分析 . 5 第三章从动桥的设计计算 . 6 3.1 从动桥主要零件尺寸的确定 . 6 3.2 从动桥主要零件工作应力的计算 . 6 3.2.1 制动工况下的前梁应力计算 . 7 3.2.2 在最大侧向力 (侧滑 )工况下的前梁应力计算 . 9 3.3 转向节在制动和侧滑工况下的应力计算 . 10 3.3.1 在制动工况下 . 10 3.3.2 在侧滑况下 . 11 3.4 主销与转向节衬套在制动和侧滑工况下的应力计算 . 12 3.4.1 在制动工况下 . 12 3.4.2 在侧滑工况下 . 13 第四章转向系统的设计计算 . 15 4.1 转向系主要性能参数 . 15 4.1.1 转向器的效率 . 15 4.1.2 传动比的变化特性 . 16 4.1.3 给定的主要计算参数 . 16 4.1.4 转向盘回转总圈数 n . 17 4.2 转向系计算载荷的确定 . 17 4.3 循环球式转向器的计算 . 18 nts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 V 4.3.1 循环球式转向器主要参数 . 18 4.3.2 螺杆、钢球和螺母传动副 . 18 4.3.3 齿条、齿扇传动副设计 . 19 4.4 循环球式转向器零件强度的校核 . 21 4.4.1 钢球与滚道间的接触应力 . 21 4.4.2 齿的弯曲应力 . 22 4.5 液压动力转向机构的计算 . 23 4.5.1 动力转向系统的工作原理 . 23 4.5.2 转向动力缸的工作分析 . 24 4.5 转向梯形机构确定、计算及优化 . 27 5.5.1 转向梯形结构方案分析 . 27 5.5.2 整体式转向梯形机构优化设计 . 28 第六章结论 . 34 参考文献 . 35 致谢 . 36 nts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 1 前言自卸车是利用发动机动力驱动液压举升机构，将车厢倾斜一定角度从而达到自动卸货，并依靠箱货自重使其复位的专用汽车。自卸车用途广泛，在矿山、水利工程、城市建设、公路、环卫等行业都有专用的自卸车，在国民经济和社会发展中有着十分重要的地位还作用。这些年来，随着经济的持续快速发展，基础建设投资逐年增加，重型自卸车市场需求量急剧扩大，有着良好的市场前景。在这样的背景下，我们对重型自卸汽车的设计就有着广阔的发展空间和重要的现实意义。本次毕业设计主要是完成重型自卸汽车的前桥和转向系统的设计。对前桥和转向系统的分类和工作原理进行了深入的对比和分析，选出最优方案来进行设计；对于转向系统的重要组成部分转向器和转向传动机构进行分析设计，选择合适的机构和零件。转向系要求根据车型好转向轻便、灵敏的原则，选择转向系的类型好计算转向系的各项参数，并对转向梯形进行优化设计；前桥要求根据前桥载荷选择前桥型式好校核前桥各部件的强度。 nts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 2 第一章从动桥结构方案的确定 1.1 从动桥总体方案确定转向从动桥的主要零件有前梁，转向节，主销、主销上下轴承及转向节衬套，转向节推力轴承，轮毂等。转向前桥有断开式和非断开式两种。断开式前桥与独立悬架相配合，结构比较复杂但性能比较好，多用于轿车等以载人为主的高级车辆。非断开式又称整体式，它与非独立悬架配合。它的结构简单，承载能力大，这种形式现在在汽车上得到广泛应用。因此本次设计就采用了非断开式从动桥，所以前桥采用整体式前桥。作为主要零件的前梁是用中碳钢或中碳合金钢的，其两端各有一呈拳形的加粗部分为安装主销的前梁拳部；为提高其抗弯强度，其较长的中间部分采用工字形断面并相对两端向下偏移一定距离，以降低发动机从而降低传动系的安装位置以及传动轴万向节的夹角。为提高其抗扭强度，两端与拳部相接的部分采用方形断面，而靠近两端使拳部与中间部分相联接的向下弯曲部分则采用两种断面逐渐过渡的形状。中间部分的两侧还要锻造出钢板弹簧支座的加宽文承面。转向节用中碳合金钢模级成整体式结构。转向节通过主销与前梁的拳部相连，使前轮可以绕主销偏转一定的角度使汽车转向。为减小磨损，转向节销孔内设计时压入青铜衬套，衬套上的润滑油槽在上面端部是切通的，用装在转向节上的油嘴注入润滑脂润滑，为使转向轻便，在转向节和前梁拳部设有圆锥推力滚子轴承。 nts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 3 第二章转向系结构方案的确定用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构即称作汽车的转向系。转向系可按转向能源的不同分为机械转向系和动力转向系两大类。 2.1 转向系整体方案的分析 2.1.1 转向器方案的分析根据转向器所用传动副的不同，转向器有多种。常见的有循环球式球面蜗杆蜗轮式、蜗杆曲柄销式和齿轮齿条式等。转向器的结构形式，决定了其效率特性以及对角传动比变化特性的要求。选用那种效率特性的转向器应有汽车用途来决定，并和转向系方案有关。经常行驶在好路面上的轿车和市内用客车，可以采用正效率较高的、可逆程度大的转向器。循环球式转向器效率高、工作可靠、平稳，蜗杆和螺母上的螺旋槽在淬火后经过磨削加工，所以耐磨且寿命较长。齿扇和齿条啮合间隙的调整工作容易进行。和其它形式转向器比较，其结构复杂，对主要零件加工精度要求较高。蜗杆曲柄销式转向器角传动比的变化特性和啮合间隙特性变化受限制，不能完全满足设计者的意图。齿轮齿条式转向器的结构简单，因此制造容易，成本低，正、逆效率都高。为了防止和缓和反向冲击传给方向盘，必须选择较大的传动比，或装有吸振装置的减振器。本设计采用循环球式转向器。 2.1.2 循环球式转向器结构及工作原理循环球式转向器中一般有两级传动副。第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。转向螺杆的轴颈支撑在两个圆锥滚子轴承上。轴承紧度可用调整垫片调整。转向螺母的下平面上加工成齿条，与齿扇轴内的齿扇部分相啮合。通过nts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 4 转向盘转动转向螺杆时，转向螺母不转动，只能轴向移动，并驱使齿扇轴转动。为了减小转向螺杆和转向螺母之间的摩擦，其间装有小钢球以实现滚动摩擦。二者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面轮廓的螺旋管状通道。转向螺母外有两根导管，两端分别插入螺母的一对通孔。导管内装满了钢球。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道。转向器工作是两列钢球只是在各自封闭的流道内循环，而不脱出。转向螺母上的齿条式倾斜的，因此与之啮合的齿应当是分度圆上的齿厚沿齿扇轴线按线性关系变化的变厚齿扇。因为循环球转向器的正传动效率很高，操作轻便，使用寿命长。经常用于各种汽车。 2.1.2 动力转向系统分类目前，轿车上配置的助力转向系统大致分为三类：机械液压助力转向系统、电子液压助力转向系统和电动助力转向系统。）机械式液压动力转向系统机械式的液压动力转向系统一般由液压泵、油管、压力流量控制阀体、 V型传动皮带、储油罐等部件构成。液压泵靠发动机皮带直接驱动，无论车是否转向，这套系统都要工作，而且在大转向车速上浪费了能量。驾驶这类车，尤其是低速转弯时，觉得方向比较沉，发动机也比较费力气。又由于液压泵的压力较低时，需要液压泵输出更大的功率以获得比较大的助力，目前采用重型车普遍采用液压助力转向系统。）电控式液压助力转向系统主要由储油罐、助力转向控制单元、电动泵、转向机、助力转向传感器（用来检测转向时方向盘的角度和汽车转向的方向，为防侧倾控制提供转向信息）等构成，其中助力转向控制单元和电动泵是一个整体结构。电子液压转向助力系统克服了传统的液压转向助力系统的缺点。它所采用的液压泵不再靠发动机皮带直接驱动，而是采用一个电动泵，动力来自于蓄电池。它所有的工作的状态都是由电子控制单元根据车辆的行驶速度、转向角度等信号计算出的最理想状态。简单地说，在低速大转向时，电子控制单元驱动电子液压泵以高速运转输出较大功率，使驾驶员打方向省力；汽车在高速行驶时，液压控制单元驱动电子液压泵以较低的速度运转，在不至于影响高速打转向的需要同时，节省一部分发动机功率。 nts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 5 ）电动助力转向系统电动助力转向系统 (Electronic Power Steering)，简称 EPS，它利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向。 EPS 的构成，不同的车尽管结构部件不一样，但大体是雷同。一般是由转向传感器、电子控制单元、电动机、减速器、机械转向器、以及畜电池电源所构成。汽车在转向时，转向传感器会“感觉”到转向盘的力矩和拟转动的方向，这些信号会通过数据总线发给电子控制单元，电控单元会根据传动力矩、拟转的方向等数据信号，向电动机控制器发出动作指令，从而电动机就会根据具体的需要输出相应大小的转动力矩，从而产生了助力转向。在电子控制单元控制下，汽车能容易地实现可变助力功能，即在车速较低的时候助力能量大，方向盘轻，车速高时助力能量小，方向盘重，这样给安全行车带来好处。如果不转向，则本套系统就不工作，处于休眠状态等待调用。一般高档轿车使用这样的助力转向系统的比较多。 2.2 转向系整体方案的分析此次毕业设计的是满载质量为 64t 的重型自卸车，满载时前桥载荷是14.3t，分析可知：采用液压整体式助力转向系，机械转向器采用循环球式转向器，分配阀采用转阀，转向传动机构采用整体式转向梯形，且布置在前桥之后。 nts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 6 第三章从动桥的设计计算 3.1 从动桥主要零件尺寸的确定转向从动桥采用工字形断面的前梁，可保证其质量最小而在垂向平面内的刚度大，强度高。工字形断面尺寸的推荐值，见图 4-1，图中虚线绘出的是其当量断面。该断面的垂向弯曲截面系数vW和水平弯曲截面系数hW（单位为 3mm ）可近似取为： 33205.5vhWa(3-1) 式中： a-工字形断面的中部尺寸。由经验公式：2200mlWv 式中： m-作用于前梁上的簧上质量； l -车轮中线至板簧中线的距离。取2S-Bl= 7252 1200-2650 mm(B 为前轮距，为 2650mm。 S 为前梁上两钢板弹簧中心间的距离，取为 1200mm) 3.2 从动桥主要零件工作应力的计算主要是计算前梁、转向节、主销、主销上下轴承 (即转向节衬套 )、转向节推力轴承或止推垫片等在制动和侧滑两种工况下的工作应力。绘制计算用简图时可忽略车轮的定位角，即认为主销内倾角、主销后倾角，车轮外倾角均为零，而左右转向节轴线重合且与主销轴线位于同一侧向垂直平面内。如下所示： nts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 7 1-制动工况下的弯矩图 2-侧滑工况下的弯矩图图 3 1 转向从动桥在制动和侧滑工况下的受力分析简图 3.2.1 制动工况下的前梁应力计算制动时前轮承受的制动力zP和垂直力 1Z 传给前梁，使前梁承受弯矩和转矩。考虑到制动时汽车质量向前，转向桥转移，则前轮所承受的地面垂直反力为：2 111 mGZ 式中： 1G 汽车满载静止于水平路面时前桥给地面的载荷， 143992N； 1m 汽车制动时对前桥的质量转移系数， bhm g /)(11 ； gh为整车满载质心高度；为轮胎与路面的附着系数，制动工况时取0.7； b为整车质心到后桥中心线的水平距离（ mm)。 97.1105 2146 07.01/11 bhm g NmGZ 141 8338.143 99297.1212 111 前轮所承受的制动力： 1ZPz式中：轮胎与路面的附着系数取为 0.7； NXP Lz 992831418337.01 由于 1Z 和 zp 对前梁引起的垂向弯矩 vM 和水平方向的弯矩 hM 在两钢板弹簧座之间达最大值，分别为： nts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 8 mmNSBgmGlgZM wwv 2)2()( 112122 11212 SBmGlZlPM zh N mm 式中： 2l 见图 3 1，取 2l =725mm wg 车轮 (包括轮毅、制动器等 )所受的重力， N；取wg=3229N； B 前轮轮距取 B=2650mm； S 前梁上两钢板弹簧座中心间的距离取为 1200mm 则mmNM v 100 4879002 120 0265 0)322 9141 833(mmNh 5.719 802472 120 0265 07.0141 833制动力 zP 还使前梁在主销孔至钢板弹簧座之间承受转矩 T： T=mmNrrz 式中： r 轮胎的滚动半径取 680mm 则有mmNT 675 12440680992 83(a) -断面 (b) -断面图 3 2 HbhHbWv 633-nts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 9 33- 6)(b bbhHbWh62-Hhv 62-HhWh 前梁在钢板弹簧座附近危险断面（ -断面）处的弯矩和扭矩最大。弯曲应力w（单位为aMP）为： - hhvvw WMWM 式中 :333- 75.187 261866 )8.3(25.3625.4 mma aaaaW v ）（333- 5.164 207225.46 )25.325.4(8.325.46 mma aaaaah ）（前梁应力的许用值为 w=300aMP,当 a=45mm 时，w=13.2aMP得： ww 扭转应力（单位为aMP）为：TWT， TW为前轴在危险断面处的扭转截面系数（3mm）。 aaKTMPMPJ TW T 15013.5225.191/247 6777 5675 1244 0)/(m ax KJ 前梁横截面的极惯性矩。443 247677751.154.04.0 mmahJ K max 前梁横截面的最大宽度。mma 25.19125.4m ax 故 a=45mm 满足使用条件。 3.2.2 在最大侧向力 (侧滑 )工况下的前梁应力计算设车辆向左侧滑，如汽车高速行驶时急速右转弯，侧滑时侧向力达到最大。对右前轮接地点取距： )21(2111 1BhGZ gL 11111 )21(2 BhGY gL 式中：gh 汽车质心高度取为 1460mm； 1 车轮与地面附着系数取为nts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 10 0.6；此时 LY1 ， RY1 向右作用。则有： NZ L 54.119 595)265 0 6.0146 021(2 8.143 9921 NZ LL 3.717576.0 11 -、 -断面所受弯矩为： mmNyrYxZM LL5.479 57824)140680(3.717 572 120 0265 054.119 595)(11mmNrYZM LL 257 3696186803.717 572 120 0265 054.119 5952 B-B 11-取 y=140mm，mmh 180 ，mmH 250 aVw MPWM 6.2575.187 2618 5.479 5782 4-2 awaVwMPMPWM 3006.190135 0000 4.257 3696 18-1 ，其中，32- 135 00006 mmHhW v 3.3 转向节在制动和侧滑工况下的应力计算如图 4 2 所示，转向节的危险断面在轴径为1d的轮轴根部即 III-III剖面处。 3.3.1 在制动工况下 III III 剖面处的轴径仅受垂向弯矩和水平方向的弯矩而不受转矩，因制动力矩不经转向节的轮轴传递而直接由制动底板传给在转向节上的安装平面。所以合成弯矩为： mmNcXZM LL 63.138 5033480992 83141 833 22212133 3 43001.0 mmdW ， nts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 11 d 转向节轴颈根部直径，取mmd 70； c 轮胎中心线至 -断面的距离，取c 80。图 3 3 转向节受力简图则 awaw MPMPWM 5506.403343 00 63.138 50334 故 70mm的轴颈满足要求。转向节采用 30Cr， 40Cr 等中碳合金钢制造，心部硬度 HRC241 285，高频淬火后表面硬度 HRC57 65，硬化层深 1.5 2.0mm。轮轴根部的圆角液压处理。 3.3.2 在侧滑况下在侧滑时左、右转向节在危险断面 III III 处的弯矩是不等的，以向左侧滑为例，有： NB hGZ gR 3.243 97)265 0 146 06.021(2 81.143 992)21(2 1 NB hY gL 3.717 576.0)265 0 146 06.021(2 81.143 992)21(2 1 nts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 12 NB hGY gR 4.146 386.0)265 0 146 06.021(2 81.143 992)21(2 1 左右转向节轴颈处的弯矩为： rYcZM LLL - rYcZM RRR -弯曲应力为： awaLWL MPMPWM 5505.438343 00 6803.717 578054.119 595- awaRWR MPMPWM 55012.60343 00 6804.146 38803.243 97- 因此左右转向节都符合要求。 3.4 主销与转向节衬套在制动和侧滑工况下的应力计算主销常采用 20Cr、 20CrNi、 20CrMnTi 等低碳合金钢制造，渗碳淬火，渗碳层深 1.01.5mm，淬火后表面硬度为 5662HRC。为简化设计，设主销后倾角和前轮外倾角均为零，并假定力的作用点位于主销衬套中点。受力分析见图 3-3、 3-4：图 3 4 主销受力简图 3.4.1 在制动工况下制动时，支撑力 LZ在主销上产生两个反向力1Q、1，依据主销上力矩平nts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 13 衡关系，得： NbablZQ L 7.660 50305 8sin165165141 833sin 01 NbaalZ L 0.857 90305 8sin140165141 833sin 01 制动力 zP产生的力矩由转向横拉杆反力矩 N 平衡，取mml 220 ，即： llPN zP在主销支撑上产生两个同方向2Q、2： Nba bPQ z 5.537 10165140 165992 832 baaP z 5.455 72165140 140992 832 取mml 200 ，转向横拉杆反力 N 在主销支撑上产生两个同向力3Q、3： Nba blllP Z 2.481 04165140 8sin165220220165992 83sin 03 Nba alllPQ Z 4.584 67165140 8sin140220220165992 83sin 03 式中，为主销内倾角，=08。通过制动底板传来的制动力使转向节产生转动趋势，主销支撑上两个反向力4Q、4用以制止其转动趋势： NbarPQQ z 1.219 198165140 8cos680992 83cos 044 综上： NQQQQ301 5180 9)1.219 1985.455 72()4.584 67857 90()()(22242231 3.4.2 在侧滑工况下以向左侧滑为例，分别计算左右主销上下衬套上的作用力： nts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 14 NbablZbrYQ LLl9.658 46165140)8sin140165(54.119 595)8cos165680(3.717 57)sin()cos(00 NbaalZarYQ LLl4.120 261165140)8sin140165(54.119 595)8cos140680(3.717 57)sin()cos(00 NbablZbrYQ RRR7.134 32165140)8sin165165(3.243 97)8cos165680(4.146 38)sin()cos(00 NbaalZarYQ RRR2.245 33165140)8sin140165(3.243 97)8cos140680(4.146 38)sin()cos(00 取Q、L、RQ、L、RQ中的最大值作为主销的计算载荷maxQ，则 N9.301518m ax ，计算主销在前轴拳部下端面处的弯曲应力w和剪切应力s： awaw MPMPd hQ 5006.464501.0 659.301 5181.0 330m ax asas MPMPdQ 1002.6850 659.301 5184 220m ax 式中： h 为主销下衬套中点至前轴拳部下端面的距离（ mm）：0d为主销直径（ mm）。主销的许用弯曲应力 aw MP500，许用剪切应力asMP100。主销衬套的挤压应力为： acaac MPMPMPldQ 506.3650165 9.301 5180m ax 式中： l 为衬套长（ mm）。经校核强度满足要求。 nts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 15 第四章转向系统的设计计算 4.1 转向系主要性能参数 4.1.1 转向器的效率功率 1p从转向轴输入，经转向器输出所求得的效率称为正效率，用符号表示， 121/)( ppp ；反之称为逆效率，用符号 p表示，323 /)( ppp 。其中，2p为转向器中的摩擦功率； 3为作用在齿条轴上的功率。为了保证转向时驾驶员转动方向盘轻便，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回正，又需要一定的逆效率。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方向盘时应尽可能小，防止打手，这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、结果特点、结构参数和制造质量等。转向器类型、结构特点与效率在前述的几种转向器中，齿轮齿条式、循环球式的正效率比较高。转向器逆效率：根据逆效率大小的不同，转向器又分为可逆式、极限可逆式、和不可逆式三种。循环球式转向器属于可逆式转向器，其逆效率相当高，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，又提高了行驶的安全性。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。本车设计转向器为循环球式，其传动副之间用滚动摩擦代替滑动摩擦，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，其效率可用下式计算： )tan (/tan 00 nts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 16 00 tan/)tan ( 式中：0 螺杆的螺线导程角；摩擦角，farctan； f 摩擦因数。取00 8，03.0f，得： 821.0，783.0上式表明：增加导成角正逆效率均增大。受增大的影响0不宜过大，一般000 10-8，本车选用08。 4.1.2 传动比的变化特性 1. 转向系传动比转向系的传动比包括转向系的角传动比和转向系的力传动比。 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wF和作用在转向节上的转向阻力矩 rM 之间的关系 rw MF a(4-1) 式中， a 为主销偏移距此处122a mm，指从转向节主销轴线的延长线与支撑平面的交点至车轮中心平面与支撑平面交线间的距离。作用在方向盘上的手力为hF为 2 hh swMF D(4-2) 式中，hM为作用在方向盘上的力矩；swD为方向盘的直径。将式 (4-1)、 (4-2)代入2 wp hFi F后得到 r swp hMDi Ma(4-3) 有 (4-3)知，当主销偏移矩 a 小时，力传动比pi应取大些才能保持转向轻便。 4.1.3 给定的主要计算参数轴距 L=4580mm nts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 17 轮距前轮 2650mm 轮胎 14.00-24 D=1430mm B=360mm 轮胎气压： 750aKp静力半径： 680mm 最小转弯半径小于等于 9.3m 外轮的最大转角：05.29内轮的最大转角：39汽车总重： 23t(空载 )、 64t（满载）前轴载荷： 84178.2N（空载）、 143992.8N（满载） 4.1.4 转向盘回转总圈数 n 根据总布置设计，得到转向轮的最大转角max和max；在转向系设计之初，可以根据车型和选择的转向器型式，给出大致的转向系角传动比0wi。有了上述参数，可计算转向盘总回转圈数 n。 360)(360 )( m axm axm axm ax0 www iiin式中 :max 内转向轮最大转角（度）； ax 外转向轮最大转角（度）； 4.2 转向系计算载荷的确定转向系全部零件的强度，是根据作用在转向系零、部件上的力进行确定的。影响这个力的因素很多，如前轴负荷和路面阻力的变化等。驾驶员转向轮所需克服的阻力，主要是车轮转动阻力、车轮稳定阻力和转向系中特别是在转向器和转向节中的摩擦阻力等所组成。汽车在沥青或者混凝土路面上原地转向阻力矩： pGfMr313式中 :f轮胎和路面的摩擦因数 ,取f 0.7; 1G转向轴负荷 1G 143992.8N； p轮胎气压 P 0.75Mpa；代入得：mmNM r 71047.1作用在方向盘上的手力：对于转向器和动力转向器动力缸以前零件的计nts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 18 算载荷，应取驾驶员作用在转向盘轮缘上的最大瞬时力NFh 700 4.3 循环球式转向器的计算循环球式转向器中螺杆、钢球和螺母传动副的结构图如图 4-1所示。图 4-1螺杆 ,钢球 ,螺母传动副 4.3.1 循环球式转向器主要参数参考汽车设计表 7-1，得：齿扇模数 m=6.5mm，摇臂轴直径 D=45mm，钢球中心距1D=40mm，螺杆外径2D=38mm,钢球直径 d=8.000mm,螺距 P=11.000mm,工作圈数 W=2.5，环流行数b=2，螺母长度： 82mm，齿扇齿数z=5，齿扇整圆齿数 Z=15，齿扇压力角为 2730，切削角=7 30，齿扇宽 B=38mm。 4.3.2 螺杆、钢球和螺母传动副 1.螺母内径 2D= 1+%)8%5( D=40%38 =41.2mm。每个环路中钢球的数量为： 3.398 5.240cos0 dDwd Dwn个取40n其中0为螺杆的螺线导程角，选 8。 2.接触角是钢球与螺杆滚道接触点的正压力方向与螺杆滚道法向截面轴线间的夹角，一般取 45，以使轴向力和径向力分配均匀。 3.转向盘转动角，对应螺母移动距离 s为： nts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 19 2 Ps (4-12) 与此同时齿扇节圆转过的弧长等与 s，相应摇臂轴转过p角，其关系： Rsp(4-13) 其中 r为齿扇节圆半径。联立（ 4-12）（ 4-13）得=2 prP ，将对p求导，得转向器角传动比1i为： wi2 rP 12 2 mZP mZP=27.85 4. 滚动截面一般取mmddR 16.452.0)53.051.0(2 4.3.3 齿条、齿扇传动副设计循环球式转向器的齿扇为变厚齿扇，它的齿顶和齿根的轮廓是圆锥的一部分，分度圆上的齿厚是变化的，所以此传动副的设计主要是变厚齿扇的设计。表 4-1 基准剖面（ 1-1 剖面）的齿形计算名称公式结果 (mm) 分度圆直径 mzd5.97d齿顶高 mhh aa )( 1*1 55.71ah齿根高 maf )( *1 1.71fh齿全高 11 fa hhh 625.14h齿顶圆直径 11 2 aa hdd 6.1121 adnts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 20 分度圆齿厚 01 1 0( 2 tan )2Sm 31.1101 s顶圆压力角 1101cos ( cos )rR01 8.39顶圆齿厚 011 1 1 0 2( )SS R inv invr 61s表 4-2 最大变位系数剖面（ 2-2 剖面）齿顶变尖核算名称公式结果（ mm）最大变位系数 mB 2ta n121m ax max=0.547 齿顶圆半径 mhzr aa )2( m ax*2 81.582 ar齿顶圆压力角 1202cos ( cos )rR02 67.42分度圆齿厚 02 max 0( 2 tan )2Sm 02S=13.90 齿顶圆齿厚 0212 2 0 2( )SS R inv invr 12S=2.132 nts车辆与动力工程学院毕业设计说明书 21 图 4-2 变厚齿扇齿形计算简图齿扇轴在从动线自左向右看是又窄又低的形状，变位系数逐渐增大，设0-0面与中间面 1-1面的间距mm5.60 。齿条在与齿扇配合时，因齿扇为变厚齿扇，则满足啮合间隙特性，齿条变厚方向应与齿扇相反，齿条的齿扇与齿扇的齿槽宽相等。二者啮合为等移距变位齿轮啮合传动。 4.4 循环球式转向器零件强度的校核为了进行强度计算，首先要确定其计算载荷，可利用汽车在干燥硬路面上作原地转向时转向轮的转向阻力矩，利用它可求得转向摇臂上的力矩和

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