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附录 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 (简称 、电控液压助力转向 ( 简称 , 发展到电动助力转向系统 (简称 ,最终还将过渡到线控转向系统 (y 简称 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。 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 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 :统的 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 日本的大发汽车公司、三菱汽车公司、本田汽车公司、美国的 车系统公司、 F 公司都相继研制出 大公司共同投资 6500万英镑用于开发 目标是到 2002 年装车 ,年产 300 万套 ,成为全球 造商。到目前为止 ,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。 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 “（ 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。 汽车转向时，转矩传感器检测到转向盘的力矩和转动方向，将这些信号输送到电控单元，电控单元 根据转向盘的转动力矩、转动方向和车辆速度等数据向电动机控制器发出信号指令，使电动机输出相应大小及方向的转动力矩以产生助动力。当不转向时，电控单元不向电动机控制器发信号指令，电动机不工作。同时，电控单元根据车辆速度信号，通过电液转换器确定输给转向盘的作用力，减少驾车者在高速行驶时方向盘 “ 飘 ” 的感觉。 由于电动助力转向系统只需电力不用液压，与机械式液压动力转向系统相比较省略了许多元件。没有液压系统所需要的油泵、油管、压力流量控制阀、储油罐等，零件数目少，布置方便，重量轻。而且无 “ 寄生损失 ” 和液体泄漏损失。因此电 动助力转向系统在各种行驶条件下均可节能 80%左右，提高了汽车的运行性能。因此在近年得到迅速的推广，也是今后助力转向系统的发展方向。 有一些汽车冠以电动助力转向，其实不是真正意义上的纯电动的助力转向，它还需要液压系统，只不过由电动机供油。传统的液压动力转向系统的油泵由发动机驱动。为保证汽车原地转向或者低速转向时的轻便性，油泵的排量是以发动机怠速时的流量来确定的。而汽车行驶中大部分时间处于高于怠速的速度和直线行驶状态，只能将油泵输出的油液大部分经控制阀回流到储油罐，造成很大的“ 寄生损失 ” 。为了减少此类损失采用了 电动机驱动油泵，当汽车直线行驶时电动机低速运转，汽车转向时电动机高速运转，通过控制电动机的转速调节油泵的 。 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 电子 。 还有一种液压 系统 。 液压助力转向系统 (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 (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 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。 后轮一般不能反过来 ,有几个系统 ,包括 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 。 附录 I 摘要 汽车转向系统分为机械式转向系统和 动力力式式转向系。其中动 力式的是在机械转向器基础上发展的。 动力转向系统是一套兼用驾驶员体力和发动机动力为转向能源的转向系统。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，而大部分能量由发动机通过转向加力装置提供。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， 在今天 ，动 力式转向系统因其优良的稳定性和可操作性开始垄断市场 。而滑阀式常流液压动力转向器由于其结构简单，造价低，泄漏较少，消耗功率较小等优点曾被广泛应用。例如斯达 1 系列、河地盘等均采用滑阀式常流液压动力转向器。 因此，本设计将针对重型载货汽车，进行滑阀式常流液压助力转向系统的结构设计计算。 关键词：重型 货车；滑阀；常流液压；助力 转向 ；结构设计 is is on of a s a of by of in be to by of of is to of 1 to of 目录 前言 . 1 1 汽车主要参数的选择 . 2 车主要尺寸的确定 . 2 距 L . 2 轮距 后轮距 . 3 廓尺寸 . 4 悬 后悬 . 4 车质量参数的确定 . 5 车整备质量 . 5 车的载客量和装载质量 . 6 量系数 . 6 车总质量 . 7 荷分配 . 7 2 转向系的概述及主要性能参数 . 9 向系的概述 . 9 向操纵机构 . 9 向传动机构 . 10 向器 . 10 角及最小转弯半径 . 11 转向系的 要求 . 13 向系主要性能参数 . 13 向系的效率 . 13 向器的正效率 . 14 向器的逆效率 . 15 传动比 . 15 传动比 . 16 向器传动副的传动间隙 t . 17 向盘的总转动圈数 . 17 3 转向器机械部分的设计与计算 . 19 向器的结构形式选择 . 19 向系计算载荷的确定 . 20 环球式转向器设计与计算 . 20 环球式转向器零件强度计算 . 22 4 动力转向系的 设计计算 . 23 动力转向机构的要求 . 23 力转向机构布置方案的选择 . 23 力转向形式与结构方案 . 23 能介质的选择 . 24 压转向加力装置的选择 . 25 压转向加力装置转向控制阀的选择 . 26 力缸的设计计算 . 27 径尺寸 计算 . 27 塞行程 s 的计算 . 29 力缸缸筒壁厚 t 的计算 . 30 配阀的参数选择与设计计算 . 30 开隙1e. 30 阀总移动量 e . 31 部压力降 p . 31 液流速的允许值 v . 32 阀直径 d . 32 阀在中间位置时的油液流速 v . 32 配阀的泄漏量 Q . 33 位弹簧的预紧力和反作用阀直径的确定 . 33 泵排量与油罐容积的确定 . 34 压动力转向的工作特性 . 35 5 转向传动机构设计 . 37 向传送机构的臂、杆与球销 . 38 向操纵机构的防伤安全措施 . 39 6 经济技术路线分析 结论 . 43 致谢 . 44 参考文献 . 45 附录 A 译文 . 46 附录 B 外文文献 . 51 大学 本科 毕业设计 开题报告 题 目 重型货车液压助力转向系统结构设计 指 导 教 师 院（系、部） 机械学院 专 业 班 级 学 号 姓 名 日 期 教务处印制 1 一、 选题的目的、意义和研究现状 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。 汽车液压动力转向装置具有操作轻便、 转向灵活、 随动精度高、 能吸收路面冲击波等优点，并且 能提供大的转向操纵助力 ， 在液压系统发生故障时能够依靠机械转向器实现应急转向。 由于本次设计对象为重型载货汽车，所以将采用液压助力方式对其转向系统进行结构设计。 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， 它对汽车的操纵稳定性、平顺性和驾驶员的安全驾驶都有着直接的影响。 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。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； 代表着未来动力转向技术的发展方向， 来一段时间在动力转向领域占据主导地位；而 更新一代的线控转向系统 由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。 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。 2 二、研究方案及预期结果 1. 主要研究内容 本设计针对重型载货汽车，采用液压助力进行转向系统的设计，机械转向器部分采用循环球式转向器进行设计，分配阀采用滑阀式分配阀，并对动力缸及转向机构的臂、杆进行设计及转向梯形的优化。 方法 通过对前人的设计进行总结，运用了机械原理、机械设计、材料力学、理论力学、汽车理论等进行设计。 论文框架 （ 1） 第一章 对转向系统的历史、国内外的研究现状及发展 等介绍分析。 （ 2） 第二章 对所选的重型载货汽车的主要参数进行选择。包括尺寸参数 轮距、轴距等， 及质量参数 整车整备质量、轴荷分配等等 。 （ 3） 第三章 转向 系 的方案分析 ，选择转向器及转向阀 以及分布 形式 等 。 转向系的主要性能 参数。正、逆效率以及角、力传动比等。 （ 4） 第四章 机械转向器的设计计算。包括尺寸计算及校核。 （ 5） 第五章 动力转向机构的设计计算。包括动力缸尺寸计算和分配阀的参数选择及设计计算等。转向传动机构的设计计算。包括转向机构的臂、杆件的设计等。 （ 6） 第六章 转向梯形的优化设计。 （ 7） 第七章 对所做设计进行总结。 预计完成约 50 页说明书，一张装配图，两张零件图，一张原理图。 本设计能够满足重型载货汽车转向系 统 操作轻便、 转向灵活、 随动精度高、 能吸收路面冲击波，并且 能提供大的转向操纵助力 等要求。 3 三、研究进度 第 1 2 周 毕业实习 ，完成 实习 报告。 第 3 4 周 查阅资料，对所选的重型载货汽车的主要参数进行选择。选择转向器类型及转向阀以及分布形式等。 第 5 6 周 确定转向系的主要性能参数。对机械转向器进行设计计算。 第 7 8 周对动力转向机构 进行 设计计算。 第 9 10 周对转向传动机构进行设计计算及转向梯形的优化设计。 第 11 12 周画动力缸零件图、分配阀零件图、原理图。 第 13 14 周画转向器装配图。 第 15 16 周 写说明书 、准备答辩。 四、主要参考文献 1 陈家瑞 M民交通出版社， 2005. 2 王望予 M械工业出版社， 2007. 3 石美玉 M学工业出版社， 2005. 4 吴基安，吴洋 M子工业出版社， 2006. 5 余志生 M械工业出版社， 2007. 6 李建秋 M华大学出版社， 2006. 7 孙恒 M等教育出版社， 2006. 8 孙志礼 M北大学出版社， 2000. 9 徐灏 M械工业出版社， 1992. 10李京生 M械工业出版社， 2000. 11刘惟信 M华大学出版社， 2001 12 陈军 西北农业大学学报 ,2000 年 ,第 7 期 ,13 晓青 . 现代汽车转向系统的发展趋势 J上海汽车 , 2004,(11) 4 五、指导教师意见 指导教师签字： 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 目录 前言 . 1 1 汽车主要参数的选择 . 2 车主要尺寸的确定 . 2 距 L . 2 轮距 后轮距 . 3 廓尺寸 . 4 悬 后悬 . 4 车质量参数的确定 . 5 车整备质量 . 5 车的载客量和装载质量 . 6 量系数 . 6 车总质量 . 7 荷分配 . 7 2 转向系的概述及主要性能参数 . 9 向系的概述 . 9 向操纵机构 . 9 向传动机构 . 10 向器 . 10 角及最小转弯半径 . 11 转向系的 要求 . 13 向系主要性能参数 . 13 杨露露： 重型货车液压助力转向系统结构设计 2 向系的效率 . 13 向器的正效率 . 14 向器的逆效率 . 15 传动比 . 15 传动比 . 16 向器传动副的传动间隙 t . 17 向盘的总转动圈数 . 17 3 转向器机械部分的设计与计算 . 19 向器的结构形式选择 . 19 向系计算载荷的确定 . 20 环球式转向器设计与计算 . 20 环球式转向器零件强度计算 . 22 4 动力转向系的 设计计算 . 23 动力转向机构的要求 . 23 力转向机构布置方案的选择 . 23 力转向形式与结构方案 . 23 能介质的选择 . 24 压转向加力装置的选择 . 25 压转向加力装置转向控制阀的选择 . 26 力缸的设计计算 . 27 径尺寸 计算 . 27 塞行程 s 的计算 . 29 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 力缸缸筒壁厚 t 的计算 . 30 配阀的参数选择与设计计算 . 30 开隙1e. 30 阀总移动量 e . 31 部压力降 p . 31 液流速的允许值 v . 32 阀直径 d . 32 阀在中间位置时的油液流速 v . 32 配阀的泄漏量 Q . 33 位弹簧的预紧力和反作用阀直径的确定 . 33 泵排量与油罐容积的确定 . 34 压动力转向的工作特性 . 35 5 转向传动机构设计 . 37 向传送机构的臂、杆与球销 . 38 向操纵机构的防伤安全措施 . 39 6 经济技术路线分析 结论 . 43 致谢 . 44 参考文献 . 45 杨露露： 重型货车液压助力转向系统结构设计 4 前言 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。 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，多数是用在客 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， 而 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。 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、辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 动力性和机动性都有所提高。 1 汽车主要参数的选择 车主要尺寸的确定 汽车的主要尺寸参数包括轴距、轮距、总长、总宽、总高、前悬、后 悬、接近角、离去角 、 最小离地间隙等，如图 1 图 1车的主要参数尺寸 he of 距 L 轴距 他尺寸参数、质量参数和使用性能的影响。轴距短一些，汽车总长、质量、最小转弯半径和纵向通过半径就小一些。但轴距过短也会带来一系列问题，例如车厢长度不足或后悬过长；汽车行驶时其纵向角振动过大；汽车加速、制动或上坡时轴荷转移过大而导致其制动性和操纵稳定性变坏；万向节传动的夹角过大等。因此，在选择轴距时应综合考虑对有关方面的影响。当然，在满足所设计汽车的车厢尺寸、轴荷分配、主要性能和整体布置等要求的前提下，将轴距设计得短一些为好。 (1)载货汽车的轴距 在整车选型初期，可根据要求的货厢长度及驾驶室布置尺寸初步确定 轴距 L： L J+ (1式中 货厢长度，可根据汽车的装载质量、载货长度来确定，或参考同类型 前轮中心至驾驶室后壁的距离 ,在该布置方案选定后可通过对驾驶室、发动杨露露： 重型货车液压助力转向系统结构设计 6 机和前轴的初步布置或参考同型、同类布置的汽车的这一尺寸初步确定 S 驾驶室与货厢之间的间隙，一般取 50 100考虑发动机维修时的需要； 后悬尺寸，可根据道路条件或参考同类型汽车初步确定。 轴距的最终确定应通过总布置和相应的 计算来完成，其中包括检查最小转弯半径和万向节传动的夹角是否过大，轴荷分配是否合理，乘坐是否舒适以及能否满足整车总体设计的要求等。 轻型货车、鞍式牵引车和矿用自卸车等车型要求有小的转弯半径，故其轴距比一般货的短，而经常运送大型构件、长尺寸或轻抛货物的货车和集装箱运输车，则轴距可取得长一些。汽车总质量愈大，轴距一般也愈长。为了满足不同用户的需要，常同时选定几种轴距，构成汽车的系列产品，如基本型、长轴距、短轴距等汽车变型。数据，是基本型货车轴距的选择范围，供设计时参考。 三轴汽车的中后轴之间的轴距，多取为轮胎直径 的 表 1类汽车的轴距和轮距 of of 型 类别 轴距 L/距 B/用车 发动机排量 V/L 900 3900 1560 1620 商用车 客车 城市客车 4500 5000 1740 2050 长途客车 5000 6500 4 2货车 汽车总质量 700 2900 1150 1350 300 3600 1300 1650 600 5500 1700 2000 500 5600 1840 2000 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 轮距 后轮距 变汽车轮距 汽车总宽、总质量、侧倾刚度、最小转弯直径等因素发生变化、增大轮距则车厢内宽随之增加，并导致汽车的比功率、币转矩指标下降，机动性变坏。 受汽车总宽不得超过 制，轮距不宜过大。但在选定的前轮距 能布置下发动机、车架、前悬架和前轮，并保证前轮有足够的转向空间，同时转向杆系与车架、车轮之间有足够的运动间隙。在确定后轮距 考虑两纵梁之间的宽度、悬架宽度和轮胎宽度以及它们之间应留有必要的间隙。 各类汽车的轮距可参考表 1 廓尺寸 汽车的外廓尺寸包括其总长 、总宽、总高。它应根据汽车的类型、用途、承载员、道路条件、结构选型与布置以及有关标准、法规限制等因素来确定。在满足使用要求的前提下，应力求减小汽车的外廓尺寸，以减小汽车的质量，降低制造成本，提高汽车的动力性、经济性和机动性。 589 79对汽车外廓尺寸界限作了规定。 各国对公路运输车辆的外廓尺寸都有法规限制，以使其适应该国的公路、桥梁、涵洞和铁路运输的有关标准，保证行驶安全及交通畅通。我国对公路车辆的限制尺寸是：总高不大于 4m；总宽 (不包括后视镜 )不大于 、右后视镜等突出部分的侧向尺寸总共不 大于 250长：载货汽车及越野汽车不大于 12m；牵引车带半挂车不大于 16m；汽车拖带挂车不大于 20m；挂车不大于 8m；大客车不大于 12m；铰接式大客车不大于 18m。在设计重型汽车和大客车时要特别注意这些限制。还应注意，即使同一种车型在不同的使用条件下，设计也会不同。例如城市公共汽车因有站立乘客易超载且要求有较好的机动性，因此设计时车身不宜过长；而长途公共汽车、团体用和旅游用大客车技座位数乘客，车身则可设计得长些。大客车的总宽多在 般大客车的总高多为 长途大型公共汽车 由于设置行李舱地板较高，则总高为 质量为 15高则为 型货车的总宽多为 高多为 装箱运输汽车的总高为 车的外廓尺寸要由总布置最后确定。 杨露露： 重型货车液压助力转向系统结构设计 8 悬 后悬 悬尺寸对汽车通过性、碰撞安全性、驾驶员视野、前钢板弹簧长度、上车和下车的方便性以及汽车造型等均有影响。增加前悬尺寸，减小了汽车的接近角，使通过性降低，并使驾驶员视野变坏。因在前悬这段尺寸内要布置保险杠、散热 器风扇、发动机、转向器等部件，故前悬不能缩短。长些的前悬尺寸有利于在撞车时对乘员起保护作用，也有利于采用长些的钢板弹簧。对平头汽车，前悬还会影响从前门上、下车的方便性。初选的前悬尺寸，应当在保证能布置下上述各总成、部件的同时尽可能短些。对载客量少些的平头车，考虑到真面碰撞能有足够多的结构件碰撞能量，保护前排乘员的安全，这又要求前悬有一定的尺寸。 车质量参数的确定 汽车的质量参数包括整车整备质量 载客量装载质量、质量系数、汽车总质量 荷分配等。 车整备质量 整车整备质量是指车上带有全部装备（包括随车工具、备胎等），加满燃料、水、但没有装货和在人时的整车质量。 整车整备质量对汽车的制造成本和燃油经济型有影响。目前，尽可能见嫂整车整备质量的目的是：通过减轻整备质量增加载质量或载客量，抵消因满足安全标准、排气净化标准和噪声标准所带来的整备质量的增加，节约燃料。减少整车整备质量的措施主要有：新设计的车型应使其结构更合理，采用强度足够的轻质材料，如塑料、铝合金等等。过去用金属材料制作的仪表板、油箱等大 型结构件，用塑料取代后减重效果十分明显，目前得到比较广泛的应用。今后，塑料载汽车上会进一步得到应用。 整车整备质量在设计阶段需估算确定。在日常工作种，收集大量同类汽车各总成、部件和整车的有关质量数据，结合新车设计的特点、工艺水平等初步估算各总成、部件的质量，再累计成整车整备质量。 乘用车和商用客车的整备质量，也可按每人所占汽车整备质量的统计平均值估计，可辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 参考表 1 12 用车 人均整备质量值 商用客车 人均整备质量值 发动机排量 V/L V 车辆总长La/m 汽车的载客量和装载质量 （ 1）汽车的载客量 乘用车的载客量包括驾驶员在内不超过 9座，又称之为 他 员数及汽车的最大设计总质量见表 1 （ 2）汽车的载质量 汽车的载质量是指在硬质良好路面上行驶时所允许的额定载质量。汽车在碎石路面上行驶时，载质量约为好路面的 75 85。越野汽车的载质量是指越野汽车行驶时或在土路上行驶的额定在质量。 商用货车载质量 先应与企业商品规划符合，其次要考虑到汽车的用途和使用条件。原则上，货流大 、运距长或矿用自卸车应采用大吨位货车以利降低运输成本，提高效率；对货源变化频繁、运距短的市内运输车，宜采用中、小吨位的货车比较经济。 量系数 0m 质量系数0m是指汽车载质量与整车整备质量的比值，即00。该系数反映了杨露露： 重型货车液压助力转向系统结构设计 10 汽车的设计水平和工艺水平，0m值越大，说明该汽车的结构和制造工艺越先进。 车总质量 汽车总质量按规定装满客、货时的整车质量。 乘用车和商用客车的总质 量 员和驾驶员质量以及乘员的行李质量三部分构成。其中，乘员和驾驶员每人质量按 65是 0 65am m n n (12) 式中， 为行李系数。 商用货车的总质量质量 0165m m n k g （ 13） 式中，1等于座位数。 荷分配 汽车的轴荷分配是汽车的重要质量参数，它对汽车的牵引性、通过性、制动性、操纵件和稳定性等主要使用性能以及轮胎的使用寿命都有很大的影响。因此，在总体设计时应根 据汽车的布置型式、使用条件及性能要求合理地选定其轴荷分配。汽车的布置型式对轴荷分配影响较大，例如对载货汽车而言，长头车满载时的前轴负荷分配多在 28上下，而平头车多在 33 35。对轿车而言， 前置发动机前轮驱动的轿车满载时的前轴负荷最好在 55以上，以保证爬坡时有足够的附着力；前置发动机后轮驱动的轿车满载时的后轴负荷一般不大于 52；后置发动机后轮驱动的轿车满载时后轴负荷最好不超过 59，否则，会导致汽车具有过多转向特性而使操纵性变坏。 在确定轴荷分配时也要考虑到汽车的使用条件。对于常在较差路面上行驶的载货汽车，为了保证其在泥泞路而上的通过能力，常将满载前轴负荷控制在 26 27，以减小前轮的滚动阻力并增大后驱动轮的附着力。对于常在潮湿路面上行驶的后驱动轮装用单胎辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 的 4 2平头货车，空载时后铀负 荷应不小于 41，以免引起例滑。 在确定轴荷分配时还要充分考虑汽车的结构特点及性能要求。例如：重型矿用自卸汽车的轴距短、质心高，制动或下坡时质量转移会使前轴负荷过大，故在设计时可将其前轴负荷适当减小，使后轴负荷适当加大。为了提高越野汽车在松软路面和无路地区的通过 。 根据以上的论述，本次设计初选数据如下： 表 1车主要参数 动形式 6 4 外形尺寸（ 长： 9186 宽： 2480 高： 3020 轴距（ 4600+1350 前轮距（ 1958 后轮距（ 1856 最小离地间隙（ 298 前悬（ 1576 后悬（ 2900 接近角（） 29 离去角（） 22 整车整备质量（ 12000 载质量（ 20000 总质量（ 32000 前轴承载质量（ 7500 后轴承载质量（ 2 13000 轮胎选择 标准轮辋 面宽（ 315 外直径（ 1125 单胎最大负荷（ 3730 双胎最大负荷（ 3270 杨露露： 重型货车液压助力转向系统结构设计 12 单胎充气压力（ 810 双胎充气压力（ 740 2 转向系的 概述 及主要性能参数 向系的概述 转向系是通过对左、右转向车轮不同转角之间的合理匹配来保证汽车能沿着设想的轨迹运动的机构。它由转向操纵机构、转向器和转向传动机构组成 。 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。 图 2向操纵机构 of 234512 3 45宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 向传动机构 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 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。 图 2向传动机构 -2 of 2345杆 12- 3 转向器 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。 杨露露： 重型货车液压助力转向系统结构设计 14 多数两轴及三轴汽车仅用前轮转向 （见图 2；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 图 2向系简图 a）与非独立悬架转向轮匹配时；（ b）与独立悬 架转向轮匹配时； (a) (b) 12， 43561 - 2,4 - 3 - 5 - 6 - - 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 2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 货车不应超过 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 2下式决定： c （ 2 式中：0 外转向轮转角； 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 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 2想的内、外转向轮转角间的关系 车的最小转弯半径转向轮在最大转角0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： m i n 0 m a xs i (2通常 35 40，为了减小 ， 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。 杨露露： 重型货车液压助力转向系统结构设计 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、 小排量以及下轿车干重的 转向器的结构型式队汽车的自身质量影响较小。 转向系的要求 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。 向系主要性能参数 向系的效率 功率1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： 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 121 （ 23） 逆效率 计算公式： 323 （ 24） 式 中，1 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。 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 ) a a= （ 25） 式中，08 10，取 8； a r c t a n a r c t a n 0 . 0 3 1 . 7 1 8f ， 取 杨露露： 重型货车液压助力转向系统结构设计 18 向器的逆效率 逆效率表示转向器的可逆性。 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 00 = （ 2 6） 式（ 2 5）和式（ 2 6）表明：增加导程角0，正、逆效率均增大。受 增大的影响，0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。 通常螺线导程角选在 8 10之间。 传动比 转向盘转角的增量 与 同侧转向节转角的相应增量 之比，称为转向系的角传动比 转向盘转角的增量 与转向摇臂轴转角的相应增量 之比，称为转向器的角传动比 i。转向摇臂轴转角的增量 与同侧转向节转角的相应增量 之比，称为转向传动机构的角传动比 i。它们之间的关系为 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 0i i i （ 2 7） i i 式中 0i 转向系的角传动比； i 转向 器的角传动比； i 转向传动机构的角传动比； 转向盘转角的增量； 转向摇臂轴转角的增量； 同侧转向节转角的相应增量。 转向传动机构的布置，通常取其在中间位置时使转向摇臂及转向节臂均垂直于其转向纵拉杆 (见图 2 3)，而在向左和向右转到底的位置时，应使转向摇臂与转向节臂分别 与转向纵拉杆的 交兔相等。这时， 转向传动机构的角传动比亦可取为 31li l（ 28） 式中 1l 转向摇臂长 3l 转向节臂长 现代汽车转向传动机构的角传动比多在 . 1 之间，即近似为 1。故研究转向系的角传动比时，为简化起见往往只研究转向器的角传动比及其变化规律即可。 传动比 转向传动机构的力传动比 之比值。转向传动机构的结构布置型式及其杆件所处的转向位置有关。对于图 2 3所示的非独立悬架汽车的转向传动机构来说，当转向轮由转向传动机构带动而转 向且后者处于图示虚线位置时，其转向摇臂上的力矩为 杨露露： 重型货车液压助力转向系统结构设计 20 1 3 1 30 . 5 0 . 5r r L l l T l l m m （ 2 9） 转向传动机构的力传 动比为 312 R l l m m （ 2 10） 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 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 2示的逐渐加大的形状。 图 2转向器传动副传动间隙特性 of 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。 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。辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 21 轿车转向盘的总转动阁数较少，一般约在 以内；货车一般不宜超过 6 圈 。 杨露露： 重型货车液压助力转向系统结构设计 22 3 转向器 机械部分的 设计 与 计算 向器的结构形式选择 根据所采用的转向传动副的不同，转向器的结构型式有多种。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 型轿车以及前轴轴荷小于 车，多采用齿轮齿条式 转向器。球面蜗杆滚轮式转向器曾广泛用在轻型和中型汽车上，例如 :当前轴轴荷不大于 环球式转向器则是当前广泛使用的一种结构，高级轿车和轻型及以上的客车、货车均多采用。轿车、客车多行驶于好路面上 逆程度大些的转向器。矿山、工地用汽车和越野汽车，经常在坏路或无路地带行驶。推荐选用极限 可 逆式转向器，但当系统中装有液力式动力转向或在转向横拉杆上装有减振器时，则可采用正、逆效率均高的转向器， 因为路面的冲击可由液体或减振器吸收，转向盘不会产生“打手”现象。 关于转向器角传动比对使用条件的适应性间题，也是选择转向器时应考虑的一个方面。对于前轴负荷不大的或装有动力转向的汽车来说，转向的轻便性不成问题，而主要应考虑汽车高速直线行驶的稳定性和减小转向盘的总圈数以提高汽车的转向灵敏性。因为高速行 驶时，很小的前轮转角也会导致产生较大的横向加速度使轮胎发生侧滑。这时应选用转向盘处于中间位置