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摘 要
本论文基于整体式液压动力转向器设计，以循环球式转向器设计为主线，综合了液压动力的分析，对Jz100型货车的转向器进行设计。转向系作为现代车辆的重要系统之一，其主要作用是保证车辆按驾驶员设想的轨迹运动。转向器作为转向系最为重要的组成部分，其性能的好坏不仅直接影响转向灵敏度，而且对车辆的安全性也有重要影响。随着汽车工业的发展，汽车转向器也在不断的得到改进，过去采用循环球转向器和循环球变比转向器只能相对的解决转向轻便性和操纵灵敏性问题, 要想从根本上解决这两个问题只有安装动力转向器。因此, 除重型汽车和高档轿车早已安装动力转向器外, 近年来在中型货车、豪华客车及中档轿车上都已开始安装动力转向器。随着动力转向器技术水平的提高、生产规模的扩大和市场的需要, 其它一些车型也必将陆续安装动力转向器。
首先，简要介绍了汽车行业现在的情况和未来的发展趋势。
其次，对转向器进行了结构分析，确定了转向器设计的整体方案。根据汽车转向器设计手册和相关经验公式进行了必要的计算。
最后，完成了转向器的整体结构设计。
关键词：整体式液压动力转向器；液体压力；结构分析。
Abstract
In this paper, based on the overall hydraulic power steering device design, the main line of the recirculating ball type steering device, the analysis of the hydraulic power, the design of the steering gear of the Jz100 type truck. Steering system as one of the important systems of modern vehicles, its main role is to ensure that the vehicle according to the trajectory of the driver's track. As the most important part of the steering system, the performance of the steering system not only has a direct impact on the sensitivity, but also has an important influence on the safety of the vehicle. With the development of automobile industry, automobile steering gear is continuously improved, past the recirculating ball steering devices and recirculating ball ratio steering gear can only be relative solve steering portability and sensitivity control problem, want to fundamentally solve the two problems only with the installation of power steering gear. Therefore, in addition to heavy vehicles and luxury cars have been installed power steering gear, in recent years in the medium truck, luxury cars and mid-range cars have begun to install power steering gear. With the improvement of power steering technology, production scale and the market's need, some other models will also be installed power steering gear. Firstly, the present situation and future development trend of the automobile industry are introduced briefly.
Secondly, the structure of the steering gear is analyzed, and the overall scheme of the design of the steering gear is determined. According to the automobile steering gear design manual and relevant empirical formula for the calculation of the necessary.
Finally, the overall structure of the steering gear is designed.
Key phrase:Integral hydraulic power steering gear; fluid pressure; structural analysis.
目录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 汽车转向器的发展 2
1.3 我国汽车发展与国外的差距 3
1.4 我国汽车液压转向器工业的发展前景 4
1.5 毕业设计的要求及设计内容 4
1.5.1 设计要求 4
1.5.2 设计的主要内容 4
第2章 转器主要参数、原理和方案的选定 6
2.1 转向器的主要性能参数 6
2.1.1转向器的效率 6
2.1.2转向系的角传动比与力传动比 8
2.1.3转向系的传动间隙特性 12
2.1.4转向系的刚度 13
2.1.5转向盘的总转动圈数 14
2.1.6转向盘自由行程 15
2.2 整体式液压动力转向器工作原理 15
2.2.1转阀式液压动力转向器工作原理 16
2.2.2方向盘处于某一转角时 17
2.2.3助力装置的随动作用 17
2.2.4转向后方向盘回位的工作状况 17
2.2.5保证直线行驶稳定的情况 17
2.2.6液压助力装置失效时的工作情况 17
2.3 方案的选择 18
2.3.1转向器的设计分类 18
2.3.2液压动力转向机构布置方案 20
2.3.3转向分配阀的选择 22
2.4 转向器方案分析 22
2.5 防伤安全机构方案分析 23
2.6 本章小结 25
第3章 主要结构的设计和校核 26
3.1 转向系计算载荷的确定 26
3.2 螺杆、钢球和螺母传动副 28
3.2.1钢球中心距、螺杆外径和螺母内径 28
3.2.2钢球直径和数量 28
3.2.3滚道截面 29
3.2.4接触角 29
3.2.5螺距和螺线导程角 30
3.2.6工作钢球圈数 30
3.2.7导管内径 30
3.3 齿条齿扇传动副的设计 32
3.4 零件强度校核 36
3.4.1 钢球与滚道之间的接触应力 36
3.4.2 齿的弯曲应力 38
3.4.3 转向摇臂轴直径的确定 38
3.5 扭杆的设计 41
3.6 动力缸的计算 43
3.6.1 动力缸径的计算 43
3.6.2 螺母行程的计算 44
3.6.3 动力缸缸筒壁厚的计算 44
3.7 本章小结 47
第4章 阀口结构的优化 48
4.1 简单阀口的转阀 48
4.2 短切口转阀 50
4.3 本章小结 52
第5章 液压回路的设计 53
5.1 转向油泵的选择 53
5.2 转向油罐 54
5.3 本章小结 55
总结 56
致谢 58
参考文献 59
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第1章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
伴随着人们生活水平的不断提高，汽车在人们的日常生活中正变得越来越必不可缺少。2014年，我国汽车产销量双双实现世界第一，汽车保有量将近1.54亿辆。转向系作为现代车辆的重要系统之一，其主要作用是保证车辆按驾驶员设想的轨迹运动。转向器作为转向系最为重要的组成部分，其性能的好坏不仅直接影响转向灵敏度，而且对车辆的安全性也有重要影响。而伴随着我国农村购买能力的提高以及对安全高效运输工具的需求，低速货车在最近几年发展尤为迅速。但是，由于低速货车是从早期的四轮农用车发展而来，设计理念及制造工艺相对比较粗糙，车辆的整体性能相对不完善，加之驾驶员的驾驶水平参差不齐，以及低速货车长期处于重载、恶劣路况等相对复杂的驾驶操纵环境下,使得车辆的操作稳定性显得尤为重要。转向系统作为直接控制汽车的行动方向的系统，其性能的恶劣直接影响汽车的操纵稳定性。汽车的操作稳定性包含两方面的内容：操作性和稳定性。汽车操稳性主要影响汽车行驶安全性和操作复杂程度，随着汽车行驶速度的不断提高，为了保证行驶的安全性，汽车操作稳定性得到越来越多的关注，已经成为汽车性能优劣的重要标志之一。针对分析汽车转向系统对低速货车操作稳定性的影响就成为了众研究单位和汽车厂商一致追求的目标。汽车转向器作为转向系统中能够精确传递驾驶员意志的关键部件，其性能好坏会直接影响整个转向系统的执行能力。可以说，一个合格的转向器是汽车拥有良好转向性能的前提。
目前，动力转向系统主要有液压助力转向系统、电动助力转向系统、电液助力转向系统和线性控制转向系统等。由于各自性能和特点的不同，各类动力转向系统的发展情形和使用范围都不尽相同，而液压助力转向系统由于具备输出力大、转向平稳、安全性能高等优点，已经成为中大型吨位货车的最佳选择。整体式动力转向作为目前市场上最为主要的助力转向器，它将机械转向器，转向动力缸和转向控制阀整合到一起，大大减小转向系统所占的空间，方便转向系统在汽车上的布置。机械转向器和缸体形成左右两个工作腔，它们分别通过油道和转向控制阀相连。整体式液压转向器通过控制油压的大小实现汽车的转动。液压系统工作时无噪音，工作滞后时间短，而且能吸收来自不平路面的冲击。因此，液压动力转向器已在各类各级汽车上获得广泛应用。因此，本课题以Jz100型商用货车为基础，将循环球式转向器为研究对象，阐述整体式液压动力转向器的设计过程。
1.2 汽车转向器的发展
据了解，在世界范围内，汽车循环球式转向器占45％左右，齿条齿轮式转向器占40％左右，蜗杆滚轮式转向器占10％左右，其它型式的转向器占5％。循环球式转向器一直在稳步发展。在西欧小客车中，齿条齿轮式转向器有很大的发展。日本汽车转向器的特点是循环球式转向器占的比重越来越大，日本装备不同类型发动机的各类型汽车，采用不同类型转向器，在公共汽车中使用的循环球式转向器，已由60年代的62．5％，发展到现今的100％了(蜗杆滚轮式转向器在公共汽车上已经被淘汰)。大、小型货车大都采用循环球式转向器，但齿条齿轮式转向器也有所发展。微型货车用循环球式转向器占65％，齿条齿轮式占35％。
在国外，循环球式转向器实现了专业化生产，同时以专业厂为主、大力进行试验和研究，大大提高了产品的产量和质量。在日本“精工”(NSK)公司的循环球式转向器就以成本低、质量好、产量大，逐步占领日本市场，并向全世界销售它的产品。德国ZF公司也作为一个大型转向器专业厂著称于世。它从1948年开始生产ZF型转向器，年产各种转向器200多万台。还有一些比较大的转向器生产厂，如美国德尔福公司SAGINAW分部；英国AN公司是比较有名的专业厂家，有很大的产量和销售面。专业化生产已成为一种趋势，只有走这条道路，才能使产品质量高、产量大、成本低，在市场上有竞争力。
从发展趋势上看，国外整体式转向器发展较快，而整体式转向器中转阀结构是目前发展的方向。由于动力转向系统还是新的结构，各国的生产厂家都正在组织力量，大力开展试验研究工作，提高使用性能、减小总成体积、降低生产成本、保证产品质量稳定，以便逐步推广和普及。
随着科学技术的发展，国际经济形势的变化对汽车乃至汽车转向器的生产都有很大影响。特别是西方国家实行石油禁运以来，世界经济形势受冲击很大。随着能源危机的发展，汽车工业首当其冲，其发展方向有很大变化。从汽车设计、制造到各总成部件的生产都随着能源危机的发生而变化，表现在能源消耗、材料消耗、操纵轻便等各个方面。我国加入WTO，给汽车工业带来新的机遇，也带来挑战，国产汽车及零部件将会得到进一步发展。
我国的转向器生产，除早期投产的解放牌汽车用蜗杆滚轮式转向器，东风汽车用蜗杆肖式转向器之外，其它大部分车型都采用循环球式结构，并都具有一定的生产经验
。目前解放、东风也都在积极发展循环球式转向器，并已在第二代换型车上普遍采用了循环球式转向器。由此看出，我国的转向器也在向大量生产循环球式转向器发展。
随着我国汽车工业的迅猛发展，汽车转向器的生产水平也有了很大提高。在汽车转向器生产行业里，70年代推广了循环球转向器，80年代开发它推广了循环球变传动比转向器。对提高我国汽车转向轻便性水平起了很大的推动作用。到了90年代，驾驶员对汽车转向性能的要求有了进一步的提高，要求转向更轻便、操纵更灵敏。过去采用循环球转向器和循环球变比转向器只能相对的解决转向轻便性和操纵灵敏性问题，要想从根本上解决这两个问题只有安装动力转向器。因此，除重型汽车各高档轿车早已安装动力转向器外，近年来在中型货车、豪华客车及中档轿车上都已开始安装动力转向器。随着动力转向器技术水平的提高、生产规模的扩大和市场的需要，其它一些车型也必将陆续安装动力转向器。
目前国内这些车型和国外同类汽车的发展趋势一样，都采用了整体式动力转向器。除轿车全部采用了齿轮齿条整体式动力转向器外，其它车型大都采用循环球整体式动力转向器。在这些转向器中，其控制阀也由过去广泛采用的滑阀式结构几乎全部改为转阀式结构。
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