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毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 : 东风轻型货车 转向系统 设计 院 系 名 称 : 汽车与交通工程学院 专 业 班 级 : 车辆工程 07 学 生 姓 名 : 导 师 姓 名 : 开 题 时 间 : 2011 年 3 月 11 日 指导委员会 审查意见： 签字： 年 月 日 毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 系部 汽车工程系 专业、班级 车辆 07 6 班 指导教师姓名 职称 副教授 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是 否 题目名称 东风轻型货车转向系统设计 一、课题研究现状、选题目的和意义 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。 1)纯机械式转向系统 ,由于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 , 这样一来 , 占用驾驶室的空间很大 , 整个机构显得比较笨拙 , 驾驶员负担较重 , 特别是重型汽车由于转向阻力较大 ,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。 2)液压助力转向系统 ,1953 年通用汽车公司首次使用了液压助 力转向系统 , 此后该技术迅速发展 , 使得动力转向系统在体积、功率消耗和价格等方面都取得了很大的进步。 80 年代后期 , 又出现了变减速比的液压动力转向系统。在接下来的数年内 , 动力转向系统的技术革新差不多都是基于液压转向系统 , 比较有代表性的是变流量泵液压动力转向系统 ( 和电动液压助力转向 ( 简称 系统。变流量泵助力转向系统在汽车处于比较高的行驶速 度或者不需要转向的情况下 , 泵的流量会相应地减少 , 从而有利于减少不必要的功耗。电动液压转向系统采用电动机驱动转向泵 , 由于电机的转速可调 , 可以即时关闭 , 所以也能够起到降低功耗的功效。液压助力转向系统使驾驶室变得宽敞 , 布置更方便 , 降低了转向操纵力 , 也使转向系统更为灵敏。由于该类转向系统技术成熟、能提供大的转向操纵助力 , 目前在部分乘用车、大部分商用车特别是重型车辆上广泛应用。但是液压助力转向系统在系统布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面存在不足。3)汽车电动助力转向系统 (日本最先获得实际应用 , 1988 年日本铃木公司首次开发出一种全新的电子控制式电动助力转向系统 , 并装在其生产的 上 , 随后又配备在 。此后 , 电动助力转向技术得到迅速发展 , 其应用范围已经从微型轿车向大型轿车和客车方向发展。日本的大发汽车公司、三菱汽车公司、本田汽车公司 , 美国的 司 , 英国的 司 , 德国的 司 , 都研制出了各自的 助力形式也从低速范围助力型向全速范 围助力型发展 , 并且其控制形式与功能也进一步加强。日本早期 开发的 低速和停车时提供助力 , 高速时 停止工作。新一代的 不仅在低速和停车时提供助力 , 而且还能在高速时提高汽车的操纵稳定性。随着电子技术的发展 , 术日趋完善 , 并且其成本大幅度降低 , 为此其应用范围将越来越大。 4)线控转向系统 ,线控转向系统 ( 是更新一代的汽车电子转向系统 , 线控转向系统与上述各类转向系统的根本区别就是取消了转向盘和转向轮之间的机械连接。该系统具有 两 个电机 :路感电机和驱动电机。路感电机安装在转向柱上 , 控制器根 据汽车转向工况控制路感电机产生合适的转矩 , 向驾驶员提供模拟路面信息。驱动电机安装在齿条上 , 汽车的转向阻力完全由驱动电机来克服 , 转向盘只是作为转向系统的一个转角信号输入装置。线控转向系统能够提高汽车被动安全性 , 有利于汽车设计制造 , 并能大大提高汽车的乘坐舒适性。但是由于转向盘和转向柱之间无机械连接 , 生成让驾驶员能够感知汽车实际行驶状态和路面状况的“路感”比较困难 ; 且电子器件的可靠性难以保证。所以线控转向系统目前处于研究阶段 , 只配备在一些概念汽车上。汽车转向技术的发展趋势助力转向系统经过几十年的发 展 , 技术日趋完善。今后 , 电动助力转向系统将进一步成熟 , 线控转向系统将成为我们研究的努力方向。 纯机械式转向系统结构简单、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 ;液压助力转向系统技术成熟、能提供大的转向操纵助力 , 在重型车辆上广泛应用 ; 其特有的优越性而得到青睐 , 它代表着未来动力转向技术的发展方向 , 作为标准配置装备到汽车上 , 未来一段时间在动力转向领域占据主导地位 ; 而 于有利于提高汽车被动安全性、有利于汽车设计制 造、有利于提高汽车乘坐舒适性和汽车操控稳定性等原因 , 将成为动力转向系统的发展方向。 汽车的转向系统的性能是汽车的主要性能之一，直接影响到汽车的操纵稳定性，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。如何合理地设计转向系统，使汽车具有良好的操作性能，始终是设计人员的重要研究课题。在本次毕业设计中选择的是机械式转向系统，选择的是能将滑动摩擦通过钢球转变成滚动摩擦的循环球式转向器。 二、 设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题 转向系设计的基 本内容： 本设计的题目是轻型货车转向系的设计。以循环球式转向器的设计为中心，一是汽车总体构架参数对汽车转向的影响；二是机械转式向器的选择；三是转向传动机构的选择；四是梯形结构设计。因此本设计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，通过万向节带动蜗杆轴旋转，蜗杆轴与扇形齿轮啮合，通过安装在扇形轴上的转向臂向转向拉杆机构传递操作力，实现转向。 (1) 汽车转向系方案的设计 (2) 汽车转向器方案的设计 (3) 汽车转向传动机构的设计 (4) 汽车转向 系的设计计算 (5) 用 装配图和零件图 ，合计 3 张零号图 拟解决的主要问题 ： 此次设计 针对的是与非独立悬架相匹配的整体式两轮转向机构。 在轻型货车转向系统设计中，主要是对转向器和转向梯形的设计，因此， 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 确定 ，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 成 其 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，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。 三、技术路线（研究方法） 汽车总体参数的确定 汽车形式的确定 调查研究 开题报告 汽车主要参数的确定 转向器的结构型式选择及其设计计算 发动机的确定 轮胎的确定 整体式转向梯形结构优化设计 转向系结构元件 汽车转向系方案的选择 转向系主要性能参数选择 转向系的选择 转向传动机构的选择 转向梯形的选择 转向系的设计计算 完成 图 完成说明书的编写 四、进度安排 (1) 收集资料，调研， 撰 写开题报告 第一周 (2) 周四交开题报告，实习了解转向系统的构造 第二周 (3) 完成各参数的设计、计算和校核工作，至少应有装配图的草图 第三周 (4) 中期检查，画装配图和零件图 第八周 (5) 画装配图和零件图，编写说明书 第九周 (6) 交毕业设计说明书和装配图、零件图，修改 第十二周 (7) 毕业设计指导教师审核 第十三周 (8) 毕业设计修改 第十四周 (9) 毕业设计评阅教师 评阅或 预审 第十五周 (10) 毕 业设计修改 第十六周 (11) 毕业设计答辩 第十七周 五、参考文献 1 刘惟信 M华大学出版社， 2001 2 陈家瑞 M民交通大学出版社， 2008 3 王望予 M械工业出版社， 2008 4 李庆华 M南交通大学出版社， 2006 5 余志生 M械工业出版社， 2008 6 刘朝儒 M等教育出版社， 2001 7 汽车工程手册编辑委员会 . 汽车工程手册 M：基础篇 民交通出版社， 2001 8 汽车工程手册编辑委员会 . 汽车工程手册 M：设计篇 民交通出版社， 2001 9 季学武 J2001,10 10 徐梁征，肖成永等 J2003,12 11 宋晓琳，徐成，殷其华 J2002,5 12 丁礼灯，杨家军等 J( 自然 科学版 )，2001,3 13 王玉梅，岳静等 J 报 6（ 2） ： 145 147 14 钟兵 J2006， 4（ 3） ： 54 55 15 邱峰 J2001,5 16 A 17 i, 18 K， On 003 、备注 指导教师意见： 签字： 年 月 日 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 目 录 摘要 . . 第 1 章 绪论 .向系概述 .车转向系统的现状及发展趋势 . 2 章 汽车转向系方案的 设 计 .向系主要性能参数 . 转向器的效率 . 传动比的变化特性 . 转向器传动副的传动间隙 . 转向盘的总转动圈数 .向系的选择 . 机械转向系 . 动力转向系 . 3 章 汽车转向器方案的设计 .械式转向器的选择 . 齿轮齿条式转向器 . 循环球式转向器 . 蜗杆滚轮式转向器 . 蜗杆指销式转向器 . 4 章 汽车转 向传动机构的设计 .向传动机构的选择 . 与非独立悬架配用的转向传动机构 . 与独立悬架配用的转向传动机构 .向梯形的 选择 . 整体式转向梯形 . 断开式转向梯形 .龙江工程学院本科生毕业设计 2 第 5 章 转向系的设计计算 .向器的结构型式选择及其设计计算 . 螺杆 钢球 螺母传动副的设计 . 齿条、齿扇传动副的设计 . 循环球式转向器零件强度计算 .体式转向梯形结构优化设计 .向系结构元件 .论 .考文献 .谢 .录 .龙江工程学院本科生毕业设计 3 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轻型 货 车的转向系 统 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进行设计，最后，利用软件 成转向 系统 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、全面地对机械转向系进行理论分析，设计及优化。为轻型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 ； 传动副 ； 结构元件 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 n a to is to or a in of a of is of is at to of of of of to to of is of in of a is on to to of of a of is on to of of is a of is in a in of of to to in in of of as a of to of in In up of to a 龙江工程学院本科生毕业设计 5 第 1 章 绪 论 向系概述 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。 机械转向系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。有些汽车还装有防伤机构和转 向减振器。采用动力转向的汽车，还装有动力系统，并借助此系统来减轻驾驶员的手力。 对转向系提出的要求有： 1） 汽车转弯行驶时，理想情况下全部车轮应绕瞬时转向中心旋转，任何车轮不应有侧滑。否则会加速轮胎磨损，并降低汽车的行驶稳定性； 2） 汽车转向行驶后，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） 转向轮碰撞到障碍物以后，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伤害的防伤装置； 10） 进行运动校核，保证转向轮与转向盘转动方向一致。 车转向系统的现状及发展趋势 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。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 机械式转向系统 机械式的转向系统 , 由于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 , 这样一来 , 占用驾驶室的空间很大 , 整 个机构显得比较笨拙 , 驾驶员负担较重 , 特别是重型汽车由于转向阻力较大 ,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。 压助力转向系统 1953 年通用汽车公司首次使用了液压助力转向系统 , 此后该技术迅速发展 , 使得动力转向系统在体积、功率消耗和价格等方面都取得了很大的进步。 80 年代后期 , 又出现了变减速比的液压动力转向系统。在接下来的数年内 , 动力转向系统 的技术革新差不多都是基于液压转向系统 , 比较有代表性的是变流量泵液压动力转向系统 ( 和电动液压助力转向 ( 简称 系统。变流量泵助力转向系统在汽车处于比较高的行驶速度或者不需要转向的情况下 , 泵的流量会相应地减少 , 从而有利于减少不必要的功耗电动液压转向系统采用电动机驱动转向泵 , 由于电机的转速可调 , 可以即时关闭 , 所以也能够起到降低功耗的功效。 液压助力转向系统使驾驶室变得宽敞 , 布置更方便 , 降低了转向操纵力 , 也使转向系统更为灵敏。由于该类转向系统技术成熟、能提供大的转向操纵助力 , 目前在部分乘用车、大部分商用车特别是重型车辆上广泛应用。但是液压助力转向系统在系统布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面存在不足。 车电动助力转向系统 (日本最先获得实际应用 , 1988 年日本铃木公司首次开发出一种全新的电子控制式电动助力转向系统 , 并装在其生产的 上 , 随后又配备在 。此后 , 电动助力转向技术得到迅速发展 , 其应用范围已经从微型轿车向大型轿车和客车方向发展。日本的大发汽车公司、三菱汽车公司、本田汽车公司 , 美国的司 , 英国的 司 , 德国的 司 , 都研制出了各自的 助力形式也从低速范围助力型向全速范围助力型发展 , 并且其控制形式与功能也进一步加强。日本早期开发的 低速和停车时提供助力 , 高速时 停止工作。新一代的 不仅在低速和停车时提供助力 , 而且还能在高速时提高汽车的操纵稳定性。随着电子技术的发展 , 术日趋完善 , 并且其成本大幅度降低 , 为此其应用范围将越来越大。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 控转向系统 线控转向系统 ( 是更新一代的汽车电子转向系统 , 线控转向系统与上述各类转向系统的根本区别就是取消了转向盘和转向轮之间的机械连接。该系统具有两个电机 :路感电机和驱动电机。路感电机安装在转向柱上 , 控制器根据汽车转向工况控制路感电机产生合适的转矩 , 向驾驶员提供模拟路面信息。驱动电机安装在齿条上 , 汽车的转向阻力完全由驱动电机来克服 , 转向盘只是作为转向系 统的一个转角信号输入装置。线控转向系统能够提高汽车被动安全性 , 有利于汽车设计制造 , 并能大大提高汽车的乘坐舒适性。但是由于转向盘和转向柱之间无机械连接 , 生成让驾驶员能够感知汽车实际行驶状态和路面状况的“路感”比较困难 ,而且电子器件的可靠性难以保证。所以线控转向系统目前处于研究阶段 , 只配备在一些概念汽车上，并不能得到广泛应用。汽车转向技术的发展趋势助力转向系统经过几十年的发展 , 技术日趋完善。今后 , 电动助力转向系统将进一步成熟 , 线控转向系统将成为我们研究的努力方向。具体来说 , 转向系统主要从以下几个 方面进一步发展 : （ 1） 传感器技术 性能完善的电动助力转向系统需要采集转向盘转角信号、转向盘转矩信号、转向盘转速信号、电机电压信号、电机电流信号等。目前 , 传感器的成本是制约电动助力转向系统迅速市场化的主要因素 , 因此 , 设计和开发适合电动助力转向系统使用的性价比较高的传感器是未来技术发展的关键。 （ 2） 控制策略的研究 控制策略是影响助力转向系统性能的关键因素之一 , 也是电动助力转向系统的核心技术之一。目前 , 国内外许多学者都在探讨将先进的控制理论应用于助力转向系统的研究 , 如鲁棒控制理论、模糊控制理论、神经网络控制理论和自适应控制理论等。今后 , 控制策略研究的重点主要集中在如何抑制电机的力矩波动、如何获得较好的路感、如何抑制路面干扰和传感器的噪声等方面 , 以进一步优化和改善助力转向系统的动态性能和稳定性。 （ 3） 助力电机的研究 助力电机是电动助力转向系统的执行元件 ,助力电机的特性直接影响到控制的难易程度和驾驶员的手感。目前 , 电动助力转向系统普遍采用成本较低的直流有刷电机。由于直流无刷电机采用电子换向 , 减少了换向时的火花 , 不需要经常维护以及具有较高的效率和 功率密度等优点而受到越来越多的关注。因此 , 开发适合助力转向系统使用的低成本的直流无刷电机是今后助力电机的研究方向。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 型货车转向系统设计主要内容 本设计 以循环球式转向器的设计为中心，一是汽车总体构架参数对汽车转向的影响；二是机械转式向器的设计；三是转向传动机构的设计；四是梯形结构设计。因此本设计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，通过万向节带动蜗杆轴旋转，蜗杆轴与扇形齿轮啮合，通过安装在扇形轴上的转向臂向转向拉杆机构传递操作力，实现转向。 (1)汽车转向系方 案的设计。 (2)汽车转向器方案的设计。 (3)汽车转向传动机构的设计。 (4)转向系的设计计算。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 第 2 章 汽车转向系方案的设计 向系主要性能参数 转向系的主要性能参数有转向系的效率，转向系的角传动比与力传动比，转向器传动副的传动间隙特性，转向系的刚度以及转向盘的总转动圈数。 向器的效率 转向系的效率 0 由转向器的效率 和转向操纵机构的效率 决定，即： 0 （ 转向器效率 又有正效率 与逆效率 之分。功率1转向摇臂轴输出所求得的效率称为正效率，反之为逆效率。 121() （ 323() （ 式中 1P 作用在转向轴上的功率； 2P 转向器中的摩擦功率； 3P 作用在转向摇臂轴上的功率。 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)转向器的类型、结构特点与效率 汽车上常用的转向器形式有循环球式、蜗杆滚轮式、齿轮齿条式和蜗杆指销式等几种。齿轮齿条式。循环球式转向器的正效率比较高，其正效率 可达到 85%。同一类型的转向器，因结构不同，效率也有较 大差别。如蜗杆滚轮式转向器的滚轮黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 与支持轴之间的轴承可以有滚针轴承、锥轴承和滚珠轴承三种结构。第一种结构除滚轮与滚针之间有摩擦损失外，滚轮侧翼与垫片之间还有滑动摩擦损失，故这种转向器的效率 仅达 54%左右。根据试验，其余两种转向器结构的效率分别为 70%和75%。 (2)转向器的结构参数与效率 蜗杆滚轮式转向器的传动副存在较大滑动摩擦，效率较低。对于蜗杆和螺杆类转向器，如果忽略轴承和其他地方的抹茶损失，只考虑啮合副的摩擦损失，其效率为 00ta n ( ) （ 式中 0 蜗杆或螺杆的螺线导程角； 摩擦角， =f ； f 摩擦系数。 2. 转向器逆效率 根据逆效率大小不同，转向器又有可逆式、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，这种转向器是可逆式的。它能保证汽车转向后，转向轮和转向盘自动回正。这既减少驾驶员疲劳，又提高了行驶安全性。但是，在坏路上行驶时，车轮受到的冲击力，大部分都传给转向盘，驾驶员容易“打手”，使之精神状态紧张，如长时间在坏路上行驶，易使驾驶员疲劳，影响安全行驶。因此，这类转向器适用于在良好路面上行驶的车辆。齿轮齿条式和循环球式都属于可逆式转向器。 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。该冲击力由转向传动机构的零件承受，因而这些零件容易损坏。同时，它不能保证车轮自动回正，驾驶员又缺乏路面感觉。因此，现代汽车基本不采用这种转向器。 极限可逆式转向器介于上述两者之间。当车轮受有冲击力作用时，此力只有较小的一部分传至转向盘。它的逆效率较低，因此在坏路上行驶时，驾驶员并不十分紧张，同时转向传动机构的零件，所受冲击力也比不可逆式转向器要小。 如果只考虑啮合副的摩擦，忽略轴承和其他地方的摩擦损失，则逆效率可以用下式计算： 黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 00ta n ( )ta n （ 式（ 明：增加导程角，逆效率也增大。因此，虽然增加导程角能提高正效率，但此时因为逆效率也增大，故导程角不应取得过大；当导程角小于或等于摩擦角时，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，导程角的最小值必须大于摩擦角。通常螺线的导程角选在 8 10之间。 动比的变化特性 转向系 的传动比包括转向系的角传动比0 从轮胎接地面中心作用在两个转向轮上的合力 2F与作用在转向盘上的手力为力传动比，即 2/ F。 转向盘角速度为转向系角传动比0 0 /Ww k k kw d d t di w d d t d （ 式中， d 为转向盘转角增量；转向节转角增量； 时间增量。 0转向传动机构角传动比 0w w wi i i （ 转向盘角速度为转向器角传动比 / P Pw d d t di w d d t d （ 式中，摇臂轴转角增量。 此定义适用于除齿轮齿条式之外的转向器。 摇臂轴角速度为转向传动机构的角传动比 黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 /P P K Kw d d t di w d d t d （ 轮胎与地面之间的转向阻力 F和作用在转向节上的转向阻力矩 a （ 式中 ,为 a 为主销偏移距，指从转向节主销轴线的延长线与支承平面的交点至车轮中心平面与支承平面的交线的距离。 作用在转向盘上的手力 2 hh （ 式中，转向盘直径。 将式 （ ， （ 代入 2p 后得到 a（ 分析式 （ 可知，主销偏移距 a 越小，力传动比向越轻便。通常乘用车的 a 值在 轮胎的胎面宽度尺寸范围内选取，而货车的 a 值在 4060围内选取。转向盘直径轻便性有影响，选用尺寸小写的转向盘，虽然占用的空间少，但转向时需要对转向盘施以较大的力，而选用尺寸大些的转向盘又会使驾驶员进出驾驶室时入座困难。根据齿形不同，转向盘直径 380 550果忽略摩擦损失， 2/ 02 d （ 将式 （ 代入式 （ 后得到 黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 02 sp a （ 当 a 和变时，力传动比然转向越轻，但0i也越大，表明转向不灵敏。 向传动机构的角传动比，还可以近似地用转向节臂臂长2： 21 （ 在现代汽车结构中，2间，可粗略认为其比值为1，即 i近似为 1，则： 0 （ 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。 变化规律 式 （ 表明：增大角传动比可以增加力传动比。当转向阻力 F一定时，增大力传动比能减少作用在转向盘上的手力操纵轻便。 考虑到0，由0i的定义可知：对于一定的转向盘转角，转向轮转角与转向器角传动比成反比。角传动比增加后，转向轮转角对同一转向盘转角的响应变的迟钝，操纵时间增 长，汽车转向灵敏性降低，所以“轻”和“灵”构成了一队矛盾。为解决这对矛盾，可采用变传动比转向器。 齿轮齿条式、循环球齿条齿扇式、蜗杆滚轮式及蜗杆指销式转向器都可以制成变速比转向器。 对于循环齿条齿扇式转向器的角传动比 2/i r P 。因结构原因，螺距 P 不能黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 变化，但可以用改变齿扇啮合半径 r 的方法，达到使循环球齿条齿扇式转向器实现变速比的目的。 对于乘用车，推荐转向器角传动比 i在 1725 范围内选取；对于商用车， i在2332 范围内选取。 向器传动副的传动间隙 传动间隙是指各种转向器中传动副（如循环球式转向器的齿扇和齿条）之间的间隙。该间隙随转向盘转角大小的不同而改变，这种变化和转向器的使用寿命有关。 如何获得传动间隙特性将在后面转向器的设计中介绍。 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。桥车转向盘的总转动圈数较少，一般约在 以内；货车一般不宜超过 6 圈。 向系的选择 汽车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。本设计采用的是机械式转向系。 械转向系 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。 图 示为红旗 轿车的机械转向系统 。当汽车转向时，驾驶员对转向盘施加一个转向力矩。该力矩通过转向轴和柔性联轴节输入转向器，再经左，右横拉杆 ,传给固定于两侧转向节上的左、右转向节臂，使转向节和它所支撑的转向轮绕主销轴线偏移一定角度，实现转向。 目前，许多国内外生产的新车型在转向操纵机构中采用了万向传动装置（转向万向节和转向传动轴）。如图 有助于转向盘和转向器等部件和组件的通用化和系列化。只要适当改变转向万向传动装置的几何参数，便可以满足各种变型车的总布置要求。即使在转向盘与转向器同轴线的情况下，其间也可以采用万向传动装置，以补 偿由于部件在车上的安装误差和安装基体（驾驶室、车架）的变形所造成黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 的二者轴线实际上的不重合。 图 旗 图 车转向系示意图 转向盘在驾驶室内的安置位置与各国交通法规规定车辆靠道路左侧还是右侧通行有关。包括我国在内的大多数国家规定车辆右侧通行，相应地应将转向盘安置在驾驶室左侧。这样，驾驶员左方的视野较广阔，有利于两车安全交会。相反，在一些规定车辆靠左侧通行的国家和地区使用的汽车上，转向盘则应安置在驾驶室右侧。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 16 力转向系 为了减轻转向时驾驶员作用到转向盘上的手力和提高行驶安全，在有些汽车上装设了动力转向机构。 发动机排量在 上的乘用车，由与对其操纵轻便性的要求越来越高，采用或者可供选装动力转向器的逐渐增多。转向轴轴载质量超过 货车，可以采用动力转向；当超过 4t 时，应该采用动力转向。 动力转向系统是兼用驾驶员体力和发动机（或电动机）的动力作为转向能源的转向系统。动力转向系统是在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置而形成的。 在正常情况下，汽车转向所需能量，只 有一小部分由驾驶员提供，而大部分是由发动机通过动力转向装置提供的。但在动力转向装置失效时，一般还应当能由驾驶员独立承担汽车转向任务。因此，动力转向系是在机械转向系的基础上加设一套动力转向装置而形成的。 对最大总质量在 50 吨以上的重型汽车而言，一旦动力转向装置失效，驾 驶员通过机械传动系加于万向节的力远不足以使转向轮偏转而实现转向。故这种汽车的动力转向装置应当特别稳定可靠。 液压式动力转向由于油压工作压力高，动力缸尺寸，质量小，结构紧凑 ,油液具有不可压缩性，灵敏 度高以及油液的阻尼作用可以吸收路面冲击等优点二被广泛应用。 图 一汽轿车公司生产的 轿车的液压助力转向系统。其中属于动力转向装置的部件是：转向油罐、转向油泵、转向控制阀和转向动力缸。当驾驶员逆时针转动转向盘时，转向摇臂带动转向直拉杆前移，直拉杆的力作用于转向节臂，并依次传到梯形臂和转向横拉杆，使之右移。与此同时，转向直拉杆还带动转向控制阀中的滑阀，使转向动力缸的右腔接通液面压力为零的转向油罐。油泵的高压油进入转向动力缸的左腔，于是转向动力缸的活塞上受到向右的液压作用力便经推杆施加在 横拉杆上，也使之右移。这样驾驶员施于转向盘上很小的转向力矩，便能克服地面作用于转向轮上的转向阻力矩。 随着转向轴负荷的增加，为转动转向轮驾驶员作用在转向盘上的力增加得也越多。这不仅容易造成驾驶员疲劳，而且疲劳驾驶也极易引发交通事故。为了满足在黑龙江工程学院本科生毕业设计 17 任何行驶工况下转向行驶都能保证良好的操纵轻便性和操纵稳定性，就必须采用车速传感型动力转向机构。 图 目前已有的车速感应型动力转向机构，有 电控液压动力转向机构和电动助力转向机构两种。 章小结 本章主要对转向系统的方案进行设计。包括通过转向器的效率公式确定导程角，通过传动比的变化特性确定传动比及转向盘的总转动圈数和机械转向系的确定，为下面的设计过程做铺垫。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 18 第 3 章 汽车转向器方案的设计 械式转向器的选择 根据所采用的转向传动副的不同，转向器的结构形式有多种。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。 对转向器结构型式的选择，主要是根据汽车的类型，前轴负荷，使用条件等来决定， 并要考虑其效率特性，角传动比变化特性等对使用条件的适应性以及转向器的其他性能，寿命，制造工艺等。 本设计选用的是循环球 齿条齿扇式转向器。 轮齿条式转向器 齿轮齿条式转向器（图 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，转向器的质量比较少；传动效率高达 90%；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 轮齿条式式转向器最主要的缺点是：因逆效率高（ 60% 70%），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转至转向盘，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。 环球式转向器 循环球式转向器由螺杆和螺母共同形成的螺旋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 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，使之有足够的硬度和耐磨损性能，可保证有足够的使用寿命；转向器的传动比可以变化；工作平稳可靠；齿条和齿扇之间的间隙调整工作容易进行；适合用来做整体式动力转向器。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 19 图 轮齿条式转向器示意图 图 环球式转向器示意图 循环球式转向器的缺点 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。 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。其主要优点是：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改变。 这种转向器曾在汽车上广泛使用过。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 20 杆指销式转向器 蜗杆指销式转向器的销子若 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，还能绕自身轴线转动的，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。 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。 蜗杆指销式转向器应有较少。 章小结 本章主要对转向器进行 选择，通过对齿轮齿条式转向器、循环球式转向器、蜗杆滚轮式转向器和蜗杆指销式转向器的对比，选择了循环球式齿条齿扇转向器，为下面的设计做准备。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 21 第 4 章 汽车转向传动机构的设计 向传动机构的选择 从转向器到转向轮之间的所有传动杆件总称为转向传动机构。 转向传动机构的功用是将转向器输出的力和运动传到转向桥两侧的转向节，使转向轮偏转，并使两转向轮偏转角按一定关系变化，以保证汽车转向时车轮与地面的相对滑动尽可能小。 非独立悬架配用的转向传动机构 1 转向传动机构的组成 转向传动机构由转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂和转向梯形等零部件共同组成，其中转向梯形由梯形臂、转向横拉杆和前梁共同构成 ，如图 图 非独立悬架配用的转向传动机构示意图 2 转向摇臂 循环球式转向器和蜗杆曲柄指销式转向器通过转向摇臂与转向直拉杆相连。转向摇臂的大端用锥形三角细花键与转向器中摇臂轴的外端连接，小端通过球头销与转向直拉杆作空间铰链连接 ，如图 3 转向直拉杆 转向直拉杆 是转向摇臂与转向节臂之间的传动杆件，具有传力和缓冲作用。在转向轮偏转且因悬架弹性变形而相对于车架跳动时，转向直拉杆与转向摇