转向系设计.ppt

1 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器设计与计算第五节动力转向机构第六节转向传动机构第七节转向减振器 自学 第八节转向系结构元件 自学 2 第一节概述 一 设计要求 1 保证汽车有较高的机动性2 转弯行驶时 全部车轮应绕一个瞬心旋转 不应有侧滑 3 传给转向盘的反冲 要尽可能小4 悬架导向装置和车轮传动机构共同工作时 由于运动不协调造成的车轮摆动应小 3 一 设计要求 5 操纵轻便6 转向后 方向盘应能够自动回正 是汽车保持在稳定的直线行驶状态 7 转向器和转向机构的球头处 有消除因磨损产生间隙的调整机构 8 车祸中 转向系要有使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置 7 1概述 4 作用在转向盘上的切向力 轿车原地转向 150 200N货车原地转向 500N货车8字转向 60N 20Km h 方向盘转角轿车 轻货车 3 4圈中 重货车 4 6圈 7 1概述 5 二 转向器分类 机械式 齿轮齿条式循环球式蜗杆滚轮式蜗杆指销式动力转向液压式 电控液压式 电动式 7 1概述 6 一 机械式转向器方案分析1 齿轮齿条式 第二节转向器方案分析 7 一 机械式转向器方案分析1 齿轮齿条式 7 2转向器方案分析 8 一 机械式转向器方案分析1 齿轮齿条式 7 2转向器方案分析 9 一 机械式转向器方案分析1 齿轮齿条式 7 2转向器方案分析 10 一 机械式转向器方案分析2 循环球式 7 2转向器方案分析 11 一 机械式转向器方案分析2 循环球式 7 2转向器方案分析 12 一 机械式转向器方案分析 7 2转向器方案分析 13 一 机械式转向器方案分析 7 2转向器方案分析 14 一 机械式转向器方案分析用途 1 齿轮齿条式 广泛用于微型 普通 中高级轿车 部分前悬独立的货车 客车2 循环球式 广泛用于货车 客车3 蜗杆滚轮式 淘汰4 蜗轮指销式 濒临淘汰 7 2转向器方案分析 15 二 防伤安全机构方案分析与计算 一 要求1 48km h正面碰撞时 转向管柱和转向器后移不大于127mm2 台架试验中 模型以6 7m s碰撞转向盘 轴向力不大于11123N 7 2转向器方案分析 16 二 方案措施万向节连接转向轴两段式防伤转向轴转向管柱波纹管转向管柱塑料销钉铆接管柱轴向滑动管柱弹性联轴器连接管柱网格状转向吸能管柱 7 2转向器方案分析 17 二 方案措施 7 2转向器方案分析 万向节连接转向轴 两段式防伤转向轴 18 二 方案措施 7 2转向器方案分析 塑料销钉铆接轴向滑动管柱 弹性联轴器 19 二 方案措施 7 2转向器方案分析 吸能管柱波纹管转向管柱 20 第三节转向系主要性能参数 一 转向效率1 正效率 功率由转向轴输入 经转向摇臂输出所得到的效率影响因素 转向器类型和结构特点结构参数制造质量 21 一 转向效率1 正效率转向器类型和结构特点 7 3转向系主要性能参数 22 一 转向效率1 正效率 结构参数 0 螺线导程角 一般取8 10 摩擦角 tan 1ff 摩擦系数 7 3转向系主要性能参数 23 一 转向效率2 逆效率 影响汽车的使用性能根据逆效率分类可逆式 逆效率较高 如循环球式 齿轮齿条式不可逆式 0 0极限可逆式 介于以上二者之间 7 3转向系主要性能参数 24 一 转向效率2 逆效率 影响汽车的使用性能结构参数 0 螺线导程角 一般取8 10 摩擦角 tan 1ff 摩擦系数 7 3转向系主要性能参数 25 二 传动比的变化特性1 转向系传动比的组成 7 3转向系主要性能参数 26 2 力传动ip比与角传动比i 0的关系 7 3转向系主要性能参数 27 7 3转向系主要性能参数 2 力传动ip比与角传动比i 0的关系 28 3 转向系角传动比i 0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i 0近似等于转向器角传动比i 7 3转向系主要性能参数 29 4 转向器角传动比iw1 增大iw iw0 则ip 由ip 2Fw Fh 故Fh 转向轻便2 iw0 k 转向节角增量与转向系角传动比成反比 增大iw iw0 转向迟钝 如何解决 用可变传动比的转向器 7 3转向系主要性能参数 30 5 转向器角传动比iw变化规律各种结构形式的转向器 都可以变传动比1 齿轮齿条式转向器相互啮合的齿轮基圆齿距必须相等 即Pb1 Pb2 7 3转向系主要性能参数 31 5 转向器角传动比i 变化规律1 齿轮齿条式转向器Pb1 Pb2Pb1 m1cos 1Pb2 m2cos 2如果m1 1固定 而m2 2只要满足等式要求 齿轮和齿条仍然可以正常啮合 7 3转向系主要性能参数 32 齿轮齿条式转向器齿条中部 转向盘中间位置 压力角最大 齿轮节圆半径大 转向时位移大 两侧压力角逐渐变小 模数也逐渐减小 齿轮节圆半径小 转向时位移小 7 3转向系主要性能参数 33 2 循环球式转向器i 2 r 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 以轻便为主前轴负荷小 有助力转向 以机动性为主 7 3转向系主要性能参数 34 5 转向器角传动比i 变化规律直行位置的转向器角传动比不宜低于15 16 7 3转向系主要性能参数 35 三 转向器传动副的传动间隙 t1 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时间隙要极小或者无间隙 7 3转向系主要性能参数 36 三 转向器传动副的传动间隙 t2 获得传动间隙特性的方法 对于循环球齿轮齿扇式 1 偏心法 齿槽同宽 中间齿正常厚度 往两边依次递减 公式7 8 当n一定时 取决于摇臂轴转角 p 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 7 3转向系主要性能参数 37 四 转向系刚度转向系刚度cs对侧偏特性影响大cs小则汽车趋向不足转向 太小则影响操纵性 转向迟钝 7 3转向系主要性能参数 38 7 4机械式转向器设计与计算 一 转向系计算载荷的确定转向阻力 轮胎在路面上的转动阻力 车轮稳定阻力 转向系内摩擦阻力 39 二 齿轮齿条式转向器的设计1 采用斜齿圆柱齿轮 模数2 3mm齿数5 7压力角20度螺旋角9 15度2 齿条变压力角12 35度 7 4机械式转向器设计与计算 40 三 循环球式转向器设计 一 主要尺寸参数的选择 图7 19 1 螺杆 钢球 螺母传动副1 钢球中心距D 参考取值 尽量取小2 螺杆外径D1 螺母内径D2 D2 D1 5 10 D 7 4机械式转向器设计与计算 41 一 主要尺寸参数的选择1 螺杆 钢球 螺母传动副3 钢球直径d 参考取值 钢球数量n n不超过60 4 滚道截面 单圆弧 四段圆弧 椭圆滚道5 接触角 大则径向力大 轴向力小 多取45度 7 4机械式转向器设计与计算 42 一 主要尺寸参数的选择1 螺杆 钢球 螺母传动副6 螺距t和螺旋线导程角 0螺距影响角传动比的大小 螺距大则角传动比下降d一定 t下降 则b变小 易断裂b t d 2 5 0 5 8度 7 4机械式转向器设计与计算 43 一 主要尺寸参数的选择1 螺杆 钢球 螺母传动副7 工作钢球圈数W两个环路 W 承载力 工作应力 W 钢球受力不均匀 螺杆长度 刚度 一般取1 5和2 5圈 表7 1 8 导管内径d1d1 d e钢球与导管之间的间隙e 0 4 0 8mm导管壁厚取1mm 7 4机械式转向器设计与计算 44 一 主要尺寸参数的选择2 齿条齿扇传动副设计齿扇 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 7 4机械式转向器设计与计算 45 四 循环球式转向器强度计算 一 转向轴扭转强度 7 4机械式转向器设计与计算 46 四 循环球式转向器强度计算 二 钢球与滚道之间的接触应力 7 4机械式转向器设计与计算 R2为滚道截面半径 r为钢球半径 E为材料弹性模量 k为系数 根据A B值从表7 3查取 47 四 循环球式转向器强度计算 三 齿的弯曲应力 7 4机械式转向器设计与计算 式中 F为作用在齿扇上的圆周力 h为齿扇的齿高 B为齿扇的齿宽 s为基圆齿厚 许用弯曲应力为 540MPa 前轴负荷不大的汽车 渗碳层深度在0 8 1 2mm 前轴负荷大的汽车 渗碳层深度在1 05 1 45mm 表面硬度为58 63HRC 48 四 循环球式转向器强度计算 四 摇臂计算1 摇臂直径的确定 7 4机械式转向器设计与计算 K为安全系数 根据汽车使用条件不同可取2 5 3 5 MR为转向阻力矩 0为扭转强度极限 49 四 循环球式转向器强度计算 四 摇臂计算2 弯曲应力 7 4机械式转向器设计与计算 50 四 摇臂3 扭转剪切应力应力 7 4机械式转向器设计与计算 51 第五节动力转向机构 设计原则 当前轴负荷大于40KN时 必须采用动力转向 当前轴负荷在25 40KN之间时 可装可不装 当前轴负荷小于25KN时 不必装动力转向 52 一 设计要求1 运动学的随动 转向轮转角和方向盘转角的关系 2 力的随动 路感 即不同路面上 驾驶员的手力感觉3 动力转向失灵时 仍能够用机械转向操纵4 当Fh 0 025 0 19KN时 动力转向起作用5 应能够自动回正 保证汽车稳定 直线行驶 7 5动力转向机构 53 二 液压式动力转向机构布置方案分析1 动力转向结构形式1 液压式 由油泵 动力阀 动力缸组成 尺寸小 压力大 灵敏度高 可吸收冲击 无需润滑 2 气压式 体积大 质量大 灵敏度低 压力低 7 5动力转向机构 54 二 结构型式和方案选择 二 布置方案 7 5动力转向机构 55 二 结构型式和方案选择 三 分配阀结构方案转阀式 灵敏度高 密封件少 结构先进复杂滑阀式 结构简单 工艺性好 操纵方便 易于布置 7 5动力转向机构 56 三 动力转向的计算 一 动力缸尺寸 1 内径 7 5动力转向机构 57 三 动力转向的计算 一 动力缸尺寸 2 活塞行程 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 7 5动力转向机构 58 三 动力转向的计算 二 分配滑阀参数选择 三 分配阀的回位弹簧 四 动力转向器的作用效能动力效能指标S Fh Fh 五 路感 六 转向灵敏度 转向盘行程与滑阀行程的比值 7 5动力转向机构 59 四 油泵 7