【汽车设计过学迅】转向系统设计.解读.ppt

,7.1概述7.2转向系统主要性能参数7.3机械式转向器方案设计7.4机械式转向器设计7.5动力转向系统设计7.6转向传动机构设计7.7转向操纵机构设计7.8转向减振器与转向系统结构元件设计7.9四轮转向与线控转向习题,第7章转向系统设计,主要内容本章介绍汽车转向系统的类型及设计要求,重点介绍机械式转向器设计和动力转向系统设计,包括齿轮齿条式转向器、循环球式转向器的设计,液压式动力转向机构布置方案分析,液压式动力转向机构的计算和电动助力转向系统的设计,最后介绍转向传动机构、转向操纵机构设计、转向减振器设计以及四轮转向与线控转向。本章要求:1.了解转向系统主要性能参数、机械式转向器方案设计；2.掌握机械式转向器设计、动力转向系统设计、转向传动机构设计、转向操纵机构设计；3.了解转向减振器与转向系统结构元件设计、四轮转向与线控转向。,第7章转向系统设计,7.1概述,7.1.1转向系统的组成和分类,转向系统按转向能源的不同分为机械转向系统和动力转向系统两类。,转向系统分类,7.1.2转向系统的设计要求,()保证汽车有较高的机动性。()正确设计转向梯形机构。()转向轮碰撞到障碍物后，传给转向盘的反冲击力要尽可能小。()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。()操纵轻便。()转向传动机构和悬架导向装置共同工作时，由于运动干涉使车轮产生的摆动应最小。()汽车转向行驶后，在驾驶人松开转向盘的条件下，转向盘应自动回正，并能使汽车保持在稳定的直线行驶状态。()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。()当汽车发生碰撞转向盘和转向轴由于车架或车身变形而共同后移时，转向系统应有能使驾驶人免遭或减轻伤害的防伤装置。()进行运动校核，保证转向轮与转向盘转动方向一致。,7.2转向系统主要性能参数,7.2.1转向器的效率,根据效率的定义，因功率输入来源不同，转向器的效率有正效率和逆效率两种。当功率1由转向盘输入，经转向摇臂输出所求得的效率称为正效率，用符号+表示。反之称为逆效率，用符号-表示。,.转向器的正效率,.转向器的逆效率,(7-1),(7-2),(7-3),(7-4),7.2.2转向系统传动比及其变化特性,.转向系统传动比的组成,转向系统的传动比包括转向系统的力传动比p和角传动比0。,(7-7),(7-6),(7-5),.转向系统力传动比与角传动比的关系,轮胎和地面之间的转向阻力w与作用在转向节上的转向阻力矩r有如下的关系:,作用在转向盘上的手力h可由下式表示:,忽略摩擦损失,根据能量守恒原理,转向系统的角传动比i0表示为:,(7-8),(7-9),(7-12),(7-11),(7-10),.转向系统的角传动比i0,转向传动机构的角传动比,可用转向摇臂轴转角增量dP与同侧转向节转角增量dk之比来表示,也可以近似地用转向节臂臂长L2与摇臂长L1之比表示,即:,.转向器角传动比i及其变化规律,(7-14),(7-13),齿条齿压力角变化简图,转向器角传动比变化特性曲线,7.2.3转向器传动副的传动间隙,.转向器传动间隙特性,.如何获得转向器传动间隙特性,(7-15),转向器传动副间隙特性,齿扇齿切齿轴线偏移的传动副径向间隙R及传动间隙t的示意图,7.2.4转向系统的刚度,(7-16),转向系统刚度s,对轮胎的侧偏刚度影响很大。设不考虑转向系统刚度时的轮胎侧偏刚度为a，而考虑转向系统刚度时的轮胎侧偏刚度为a，则两者之间存在以下关系:,考虑转向系统刚度时的轮胎的侧偏刚度,7.3机械式转向器方案设计,7.3.1齿轮齿条式转向器,四种形式的齿轮齿条式转向器,横拉杆与齿条的连接,齿轮齿条式转向器的四种布置形式,形断面齿条,形断面齿条,7.3.2循环球式转向器,循环球式转向器(循环球齿条齿扇式),循环球式转向器的几种间隙调整机构,7.3.3蜗杆滚轮式转向器,蜗杆滚轮式转向器的传动副是球面蜗杆及滚轮。,7.3.4蜗杆滚轮式转向器,蜗杆曲柄指销式转向器的传动副是转向蜗杆及装在摇臂轴曲柄端部的指销。根据指销能否自转，可分为固定指销式和旋转指销式。根据指销数量不同，又可分为单指销式和双指销式。,7.4机械式转向器设计,7.4.1转向系统计算载荷的确定,推荐用足够精确的半经验公式来计算汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转向阻力矩,即:,作用在转向盘上的手力为:,(7-17),(7-18),7.4.2齿轮齿条式转向器的设计,齿轮齿条式转向系统角传动比i0为:,(7-19),7.4.3循环球式转向器的设计,(7-20),.循环球式转向器主要尺寸参数的选择,)螺杆、钢球和螺母传动副()钢球中心距()螺杆外径和螺母内径()钢球直径及数量()滚道截面()接触角()螺距和螺旋线导程角()工作钢球圈数()导管内径,每个环路中的钢球数可用下式确定:,四段圆弧滚道截面,螺母移动的距离为:,(7-21),(7-22),(7-23),螺杆、钢球和螺母传动副,)齿条、齿扇传动副设计,用滚刀加工变厚齿扇的进给运动,变厚齿扇的截面,变厚齿扇的齿形计算用图,.循环球式转向器零件的强度计算,)钢球与滚道之间的接触应力,螺杆受力简图,)齿的弯曲应力,)转向摇臂轴直径的确定,(7-27),(7-26),(7-25),(7-24),7.5动力转向系统设计,7.5.1对动力转向系统的要求,()工作可靠。()有随动作用。()转向灵敏。()良好的“路感”。()具有自动回正能力。()密封性能好，内、外泄漏少。,7.5.2液压式动力转向机构布置方案分析,.动力转向机构布置方案,液压式动力转向机构由储油罐、液压泵、转向分配阀、转向动力缸、机械转向器(齿轮齿条式或循环球式)及油管等组成。,动力转向机构布置方案图,)整体式)分置式,.分配阀的结构方案,液压式动力转向的分配阀有滑阀式和转阀式两种结构方案，前者分配阀中的阀与阀体以轴向移动方式来控制油路，后者则以旋转运动来控制油路。,7.5.3液压式动力转向机构的计算,.动力缸主要尺寸的计算,)动力缸内径,动力缸截面面积：,)活塞行程,)动力缸壳体壁厚度,(7-32),(7-31),(7-30),(7-29),(7-28),动力缸的布置,确定动力缸长度尺寸简图,.分配阀参数的选择,)分配阀的泄漏量,)中间位置的液流流速,)滑阀进、出口油压差,预开隙,(7-35),(7-34),(7-33),.分配阀的复位弹簧,复位弹簧预压缩力的最小值，应大于转向器逆传动时的摩擦力。,.动力转向器的评价指标,)动力转向器的作用效能)液压式动力转向的路感)转向灵敏度)动力转向器的静特性,转向灵敏度可以用转向盘行程与滑阀行程的比值i来评价，即:,(7-36),静特性曲线分段示意图,7.5.4电控液压动力转向机构,.电控液压动力转向机构的分类.流量控制式电控液压动力转向机构.油压反馈控制式电控液压动力转向机构,油压反馈控制式电控液压动力转向的助力特性,7.5.5电动助力转向机构,.电动助力转向机构的分类.电动液压式动力转向机构.电动机直接助力式转向机构,)电动机直接助力式转向机构的结构和工作原理)电动机直接助力式转向的特点,电动液压式动力转向的助力特性,电动机直接助力式转向机构示意图,)电动机直接助力式转向机构布置方案()转向轴助力式电动助力转向机构的电动机布置在靠近转向盘下方，并经蜗轮蜗杆机构与转向轴连接。()齿轮助力式电动助力转向机构的电动机布置在与转向器主动齿轮相连的位置，并通过驱动主动齿轮实现助力。()齿条助力式电动助力转向机构的电动机和减速机构等布置在齿条处，并直接驱动齿条实现助力。,电动机直接助力式转向机构的布置方案,)电动机直接助力式转向的助力特性,()转向轻便性与路感,路感强度为:,(7-37),(7-39),(7-40),(7-41),(7-42),(7-43),(7-44),(7-38),()直线型助力特性,()车速感应型助力特性,车速感应型助力特性,直线型助力特性曲线的斜率,直线型助力特性曲线的助力区段,7.6转向传动机构设计,7.6.1转向梯形机构的设计,.整体式转向梯形机构,汽车中心线上的T点，可以计算得到梯形底角的余切值为:,整体式转向梯形几何参数初选简图,(7-45),内、外轮转角的几何关系为:,(7-46),理想的转向梯形特性线图,转向梯形的实际特性曲线,.断开式转向梯形机构,转向轮垂直方向相对汽车车身移动距离为h则上横臂端部b点、下横臂端部d点和横拉杆的端部f点在水平方向移动的距离分别近似为:,横向位移分别是：,独立悬架的断开式转向梯形,双横臂独立悬架转向梯形横拉杆断开点,(7-47),(7-48),(7-49),7.6.2转向传动机构部件的设计,.球头销,球头销常由于球面部分磨损而损坏，为此应验算接触应力:,(7-50),.转向拉杆,转向拉杆包括转向纵拉杆、横拉杆，应有较小的质量和足够的刚度。,.转向摇臂,危险断面在摇臂根部，应按第三强度理论验算其强度。,(7-51),转向摇臂受力图,7.7转向操纵机构设计,7.7.1转向盘的布置及尺寸,转向盘由轮毂、轮缘和轮幅构成。若采用大直径的转向盘，会使驾驶人进出驾驶室感到困难，若是采用小直径转向盘，则在转向时要求驾驶人施加较大的力。转向盘布置过高，会影响驾驶人对道路和仪表板的观察视野，转向盘布置过低，则在操纵离合器、制动踏板时影响驾驶人腿部的动作。,7.7.2转向轴的防伤安全措施,防伤转向传动轴简图,防伤转向轴简图,7.8转向减振器与转向系统结构元件设计,7.8.1转向减振器设计,转向减振器的工作原理图,转向减振器的示功图,7.8.2转向系统结构元件设计,球接头结构简图,7.9四轮转向与线控转向,7.9.1四轮转向,.四轮转向系统小转角控制,)按照汽车横向加速度车速进行控制的4WS系统,按横向加速度车速进行控制的系的工作特性,按横向加速度车速进行控制的系统,)按照前轮转角车速进行控制的4WS系统,.四轮转向系统大转角控制,)按照前轮转角进行控制的4WS系统,)根据转角比车速进行控制的4WS系统,按前轮转角车速进行控制的4WS系统,按照前轮转角进行控制的系统的后轮转向机构的输入输出特性,按照前轮转角进行控制的系统的后轮转向机构原理图,按前轮转角车速进行控制的系统的后轮转角特性,7.9.2线控转向,按转角比车速进行控制的系统的工作特性,线控转向系统组成示意图,习题,.转向系统的性能参数包