汽车转向系统现状

1、目 录中文摘要4英文摘要41 绪论51.1简介51.2汽车转向系统现状51.3课题研究内容81.4本章小结92 液压助力转向器方案及确定102.1 转向系的分析及选择102.2 转向器的选择122.2.1齿轮齿条式转向器122.2.2循环球式转向器142.2.3蜗杆滚轮式转向器142.2.4蜗杆指销式转向器143 齿轮齿条式液压助力转向器工作原理153.1工作原理163.2工作过程164 转向系主要性能参数194.1 转向系的效率194.2 转向系传动比194.3转向系传动副的间隙特性204.4 转向系的刚度204.5 转向盘的总转动圈数214.6 本章小结215 转向系统设计计算225.1

2、转向系计算载荷225.2 齿轮齿条式转向器的设计235.3选定齿轮类型、精度等级、材料及函数235.4齿面接触硬度设计235.5 齿根抗弯强度设计265.6 几何尺寸计算286 液压动力转向机构计算296.1 动力缸尺寸计算296.2 活塞行程计算306.3 分配阀回位弹簧306.4 动力转向器评价指标307 总结32谢辞33参考文献34轻型客车转向系设计摘要：汽车转向系统由转向器和转向传动机构两部分组成，其有着非常重要的作用：为汽车转向提供方向，保持汽车的形式。而在研究过程中，汽车的转向功能的研究更是重中之重。本文以家庭轿车转向系统的设计为例，对设计的相关参数进行解析，并为其拟定了合适的转向

3、机构。同时根据要求对转向机构的参数进行了划定与校准，对各部分的结构进行了优化性设计，从而对整车转向系统有了初步设计。在设计中，我们通过对转向器传动比、刚度等参数与转向盘相关参数进行了确定，并最终完成了转向系统的装配图与与之相应的零件图。关键词：转向系统；转向器；转向传动机构；轿车Steering system design of light busAbstract：Automobile steering system is composed of steering gear and steering transmission mechanism. It plays a very importa

4、nt role in providing direction for automobile steering and maintaining the form of automobile. In the research process, the vehicle steering function is more important. This paper takes the design of steering system of family car as an example, analyzes the relevant parameters of the design, and for

5、mulates the appropriate steering mechanism for it. At the same time, according to the requirements of the steering mechanism parameters were demarcated and calibrated, the structure of the parts of the optimization design, so as to have a preliminary design of the vehicle steering system. In the des

6、ign, we determined the steering gear ratio, stiffness and other parameters related to the steering wheel, and finally completed the assembly drawing of the steering system and the corresponding part drawing.Key Words: steering system; steering gear diverter; steering gear; car1 绪 论1.1简介转向器的品种较多且有着不同

7、的分类形式，依照传动构造的差别，我们可以对其进行分类，可分成齿轮齿条、循环球、涡轮曲柄等不同类型的传感器。发展至今，齿轮齿条与循环球曲柄转向器是目前比较常用的类型，其中前者在汽车上取得了较大的应用，因为其有着空间占用率小、结构优化合理且有着较高的传动效率。而后者的应用主要体现在载货汽车之上，同样有着较高的传动效率，对火车车身而言，结构优化较为合理，且有着较为合理的布置。除了此种分类外，还可以按照其不同的助力形式进行分类，可以分为液压与机械主力传感器，还有两种均包括的机械液压混合助理传感器。电动与机械液压的传感器，在汽车制造的方向上得到了广泛的应用。而根据转向器形式的不同，则对应不同类型的转向器

8、就有了不同的转向特点。比如机械液压类型的，对一些成本较低的经济型车辆就有着非常好的实用性，其构造较为简单，而且在实际的应用中又有着较快的相应速度与较高的效率，因此在经济适用车上应用较多。而在机械液压助力装置而言，这种装置能够较丰富的反馈路面的情况，因此对驾驶感受较为重视的车辆对其而言非常的合适，然而其同样也有着耗能较高，会降低车辆的综合效率，综上考虑，这种传感器还是广泛应用于目前的汽车市场之上，有着较为成熟的反响。无助力结构也是现今非常流行的一种，主要用于经济型小、微型的车辆上，比如面包车、三轮车等。除此之外，最近发展较快的为电动助力机构，随着新型产业的发展，其得到了最为迅速的发展，这种结构往

9、往能借助电子模拟，从而能够在汽车较高速度下保持着更重的转向，从而为汽车的行驶提供了更好的安全性能，在原地打转时则又可以为其提供更高的转向里，从而实现了更加轻便的目的。这种技术的出现，为自动驾驶技术带来了福音，然而由于其电子信号模拟的控制方式，在汽车行驶过程中的驾驶感受，则相较于之前有所下降。1.2汽车转向系统现状随着汽车产业的迅速进步，除了车辆本身的技术层面，车辆的安全性能和舒适性能越来越成为人们所考虑的因素。而评价整个车的关键便是车辆的转向性能与其驾驶中的可靠性能，因此研发机构与汽车机构非常看重其中转向系统的开发。而在现实进行设计时，若转向的结构与形式设计存在问题，则会对车辆的使用性能造成不

10、可估量的影响，体现在行车方面，可能会出现车辆的转向系统存在问题，转向力不足或力量过大，还可能导致车轮振动或不同程度磨损的出现，从而会影响车辆的使用，甚至影响车轮的使用寿命。在本文的研究之中，我们综合了车辆系统现有转向系统的结构设计方面的基础上，就存在的问题，对其进行了相应的优化与改进，以期解决此类问题。在先进的发展中，转向架的设计与制造已经脱离了过去的传统，向着智能化发展，而对转向系统的研究也不限于过去的研究，已经向着通过计算机电子化模拟设计的方向前进，并可以通过相关的模拟软件，对转向系统的实用性与各项指标进行全面的分析，从而可以非常方便的对转向架中存在的问题进行解决，从而对设计而言有着很大的

11、帮助。CATIA、Adams在现在的转向设计上都起到了非常大的作用，而有限元分析软件Ansys等也为转向系统的进一步研究提供了可靠的软件支持，下面我们将主要对转向系统的研究现状进行展开介绍。随着汽车产业的日益繁盛，车辆的发展也同样随着科技的进步变得更加智能，也就迎来了转向系统的进一步发展。转向系统历经设计与制造，都得到了很大程度的发展，加之目前愈加发展的仿真技术、3D打印等技术的利用，车辆更得到了深刻的发展。德国科学家沃克曼瑟其就对其进行了数学建模，并为其中的弹簧等弹性减震原件同样及你行了建模，从而能够对其系统的整体动态特性进行了相应的分析。研究人员在研究的过程之中，还利用了图解的形式，结合矩

12、阵论的描述方式，得到了其结构之间的相互联系的关系，从而使得转向的发展与运动学相结合。在研制的过程之中，德国科学家英台与科研公司共同研发出了汽车转向系统相关的，用于计算模拟的软件系统，从而在加上不同载荷的时，可以对其工作状态与相应力进行准确度较高的计算。随着科技的进步，从1970年开始，国外对于转向系统的研究已经伴随计算机的出现进入相对自动的领域，数字仿真与模拟优化系统的出现，让其设计方式已经完全替代传统的计算。CAD的出现，更加促进了汽车设计与性能优化的发展与进步，从而进一步将汽车相关的整体动态性能得以继续分析。与之前的传统分析相比，利用CAD技术，更能体现动态性，从而能够进而优化汽车的相关性

13、能参数，也能够在一定程度上降低汽车的研发成本，让其竞争力有着较大程度的提升。一些西方国家在汽车方向上的研究开始时间较早，且有着较为先进的科学技术，因此在其才用了CAD进行设计后，进一步降低了成本，而且其产品的品质也有着较高的品质。从上世纪七十年代开始，美国科学家便开始利用相关的模拟软件进行了转向减振的模拟，其通过对家用轿车、货车等车型进行了相应的模拟，并进行相关参数的设定，将减震性能当作其评价标准，通过此程序与参数设定，从而对其减震性能有着一定程度的研究。除了对减震系统的研究，国外对柔性动力学的研究，也促进了其转向系统的发展。当这一理论被国外学者提出之后，其便成为了机械复杂系统研究的重要工具，

14、能够提高其精度，所以也同样适用于车辆转向系统的研究，因此为建模带来了捷径，让大家对机械系统的研究更加合理、更加科学。而汤姆逊等科研人员对二自由度专项进行建模，并对其模型进行了研究，在1976年成功创建了最优模型，并对其进行分析与优化，从而使主动转向系统得意更加长远的发展，使其系统更加优化。这样的思想不仅是汤姆逊一人存在，在八十年代，美国通用公司同样提出了类似的思想，研制出了主动转向系统，这也意味着世界范围内不同的厂家都在进行转向系统的研发，促进了其发展。虽然在研究早期，由于系统的结构较为复杂且能得以应用的范围较窄，限制了其发展，但其不断地发展源源不断的促进了汽车舒适性的提高与安全性能的保障，随

15、着逐渐发展的过程中，到了九十年代初期，已经有了不仅有良好的系统特性，同时有着较好地经济收益的的系统，最有代表性的便是富兰克林公司所研制的液压控制系统，在自动控制系统进行阻尼变化的同时能保障最合适阻尼特性的调制。在进入新世纪以后，福特公司在其产品凯迪拉克轿车上进行了实际运用，并且取得了较大的成功，虽然其不像传统的主动系统有较高的效率与舒适性，但是其自身所具备的低能耗与较高效率的结构都有了较大成都的提升，因此让其产品有着较高的舒适性。而相对于国外的研究，国内对于转向系统的研究起始时间较晚，初步的起步主要是仿照国外现有技术的模仿，缺乏自主创新的能力。国内对于转向系统进行开发的公司多为与国外公司合作的

16、形式，大多为代工厂的存在。随着我国汽车市场的逐渐申根，国内汽车保有量的不断提高，我国对汽车行业也越来越重视，对其投入的资金与日俱增，因此也对汽车行业自身提出了更高的要求，最有代表性的便是国家在转向减振方面所提出来的国家标准GB12676-1999，这项标准的提出是在欧洲原有规定的基础上衍生而来，而CAD、Solidworks等建模软件的不断发展，同样对于汽车领域的不断进步与转向模型的研究起到了不可磨灭的推动作用。国内学者就此项技术也进行了相应的研究，如北理工的张斌教授就将实验过程中的数据与所做的研究相结合到了仪器，并以吉普为原型，对转向系统进行了数学建模，并对其减震的整体过程进行了相应的模拟。

17、在这个设计之中，为了模拟其过程的真实性，研究者对实验的变量进行了控制，分别对车速、载荷、路面状况等都进行了变量化处理，根据大量的实验得到结论，并由实验数据整理的到其具体的数学表达式，从而建立起模型。与之相似的是在1999年由重庆大学舒红教授所提出的模型。其构想从转向减震力与相应参数的设计，从而能够做到预测与相应结构的设计。此软件能够自主实现一般转向架减震系统的设计，并可进行结构的优化与相关性能的预测。南理工的王良模教授同样对转向系统进行研究，在对原有此方面理论进行完整的总结，并能于此知识上研制出了相应的仿真软件，并利用相关的实验进行了证明，从而确保了其实际生活中的可应用型。但其有着一定的缺陷，

18、因为其设计时并未考虑部件的旋转力矩，因此其模拟的数据缺乏一定的准确性与真实性。汽车行业的发展，为研究此行业的学者们带来了不竭的动力，也让其加倍努力，攻破难关，如孙妍妍研制的模糊控制方式，可以在多自由度的情况下控制车辆的转向系统，因此对实际的生产产生了较大的促进作用。同样的，李克教授通过用鲁棒控制分析的方式，解决了车轮模型振动的问题，同样的，张宏新的教研团队利用矢量控制，对整体转向系统进行了相应的研究与模拟实验，从而为转向系统的性能评估做出了重要贡献，推动了转向系统的研究与发展。1.3课题研究内容本文来源于实践，与企业与生产相密切结合，通过此过程内的了解，我对于转向系统了解了更多，让大学之中所学

19、到的知识得以实践，同样也让我不断扩充自己的储备知识，从而更好的应对此次课题。此次课题以江铃福特新世代全顺2016款2.2T短轴6座中低顶多功能车的转向系统为设计蓝本，进行相应的研究。在设计的开始阶段，首先我对转向相关的知识有了较为全面的了解，从而明确了此次课题的主要研究内容与预期达到的目的。其次，我对此车型进行了相应的分析，了解到了其主要特点与相应的参数，并对其动力系统与转向器系统进行相应的分析。通过分析，我们可以初步确定对转向系统设计的方案与相应的布置：我们采用了液压助力系统与齿轮条结构相结合。在这个基础上，对相应的齿轮条结构与转向器进行了相应的设计优化与强度上的校核，同样对其相应支撑、回位

20、的原件进行了轴承的设计与强度校核。最终在一系列的努力下，全面分析了所涉及的转向系统的性能特性，并进行了进一步的优化，利用CAD完成了对江铃福特新世代全顺2016款2.2T短轴6座中低顶多功能车转向系统的整体图的绘制与零件图的绘制工作。通过此次设计，我对转向系统有了更加深刻的了解，并对学校所学习的知识进行了进一步的掌握，对相应的设计基础与原理有了更深刻的认识，收获颇丰。参考车型为江铃福特新世代全顺2016款2.2T短轴6座中低顶多功能车，车型参数为：最大功率：92KW最大扭矩：350N.m最大功率转速：3500rpm最大扭矩转速：1500-2000rpm发动机：2.2T 125马力 L4变速箱：

21、6挡手动长宽高（mm）：4965、2000、2161轴距：2933mm前制动器：通风盘式后制动器：盘式排量：2198mL最大马力：125Ps 1.4本章小结本章对转向器和转向系统在研究现状和发展趋势方面进行了概括，对本课题的研究内容和目的进行了阐述。2 液压助力转向器方案及确定2.1转向系的分析及选择在车辆中，转向操作机构以及转向机构共同构成了转向系统。横拉杆、转向摇臂、转向梯形以及转向节臂等构成了转向传动机构。万向传动轴、转向轴以及方向盘等组成转向操作机构。如下图所示，是车辆转向系统的具体结构。图2-1 转向操纵机构1-方向盘；2-万向传动轴；3-转向器；4、7-转向摇臂；5-横拉杆；6、8

22、-转向节臂；9-转向梯形转向器需要获得司机在方向盘上作用的转向力矩，以此来经转向器使轮胎偏转，达到整车转向的目的，这个过程就需要转向操作机构的存在。车身上不变位置处的转向管柱里装有转向轴。经方向盘的带动，转向器来实现偏转。通过万向传动装置的带动，转向轴使得转向器实现转向。如下图所示，轮圈、轮辐以及轮毂是方向盘的组件，安全气囊以及车笛安排在方向盘处，轮辐可以是2根至4根。图2-2 转向操纵机构示意图转向系统在车辆中天然的具有缝隙，这是机械结构不可避免的问题。缝隙的存在导致方向盘在转动时会出现空转角度，这也被称为自由行程。自由行程尤其正面意义，比如能够对路面造成的碰撞起到缓冲的效果，使司机不至于太

23、过紧张。正负1015度是可以被接受的方向盘自由行程的范围，不超过此范围，影响都不会太大。转矩由方向盘被最终传导至转向器是转向轴存在的意义。万向传动轴是转向轴的主要形式。普通型以及可以对振动起吸收作用的结构是转向轴的两种主要结构形式。吸收能量式的转向轴11是当前的主流。固定以及连接车身、转向轴的是转向管柱。车身上安装有转向管柱。转向管柱里装有转向轴，转向管柱经轴承以及衬套与转向轴连通，实现转向轴转动于转向管柱里。要固定转向操纵系统，采用的是转向管柱中装设转向轴，车身上固定转向管柱的方式。这样做比较容易实现且十分可靠。调整方向盘位置也得到了保留，改变车身和转向管柱也可以实现。这就是转向系统于本次设

24、计中选用的类型。以助力形式划分，转向系统有机械助力转向器、液压助力转向器、机械液压助力转向器和电动助力转向器等几种。电动助力转向器以及机械液压助力是当前更多地应用在乘用车上的两种类型。电控式液压助力、机械式液压助力和电动式助力是转向助力的3种类型。机械液压助力是最成熟的类型，可以对路面的颠簸做出及时的反馈，能够带来明显的路况感受，缺点是机械液压助力结构更加耗能，会在一定程度上拉低车辆的综合效率。更为新颖且处于高速发展阶段的是电动助力转向结构12。电动助力转向结构没有机械液压助力那样良好的路感，但是电动助力转向结构能够使驾驶员在高速行驶时更加沉稳可靠的操纵车辆，在低速行驶时更轻松的实现对车辆的控

25、制，这些都是以电子模拟形式实现的。电动助力转向结构使得车辆的自动控制技术更加完善，为自动驾驶技术的实现和发展做好了坚实基础。如下表所示为几种转向助力方式的比较说明。类型机械液压助力（HPS）电控液压助力（EHPS）电动助力（EPS）能耗特性最耗油介于两者之间耗油最少是否可独立于发动机工作不可以可以可以节能环保效果不节能环保不节能环保较为节能环保集成性能不便于集成不便于集成方便体积大小零件达到四五十个，空间占用大零件达到四五十个，空间占用大四个组件，结构紧凑，空间占用小耐寒能力较差、需要预热较差、需要预热耐寒维护需要定期更换转向助力油需要定期更换转向助力油免维护综合效率特性一般中等较高结合上表所

26、展现出的内容，液压助力转向被选为本设计中江铃Ford新世代全顺的转向方式。2.2 转向器的选择2.2.1齿轮齿条式转向器转向齿轮以及齿条是齿轮齿条转向器的主体。两者分别与转向柱和转向横拉杆相连。转向器当前最被广泛采用的是齿轮齿条转向器，这是目前最流行的选择方案。齿轮齿条转向器有其优越之处，齿轮齿条转向器有着至少90%的传动效率。齿轮齿条转向器结构简单、设计紧凑，将转向器壳体镁合金化亦或铝合金化还能够实现结构整体的减重。磨损的情况肯定是要发生的，为了解决这个问题，可以通过调节临近主动齿轮且位于齿条背部的压紧弹簧，以此来自动消除齿间间隙 13。主流的将齿轮和齿条安装在齿轮齿条转向器方案有如下4种，

27、1）如图2-3a所示，中间位置是齿轮轴，中间输入，通过齿条的两端输出结构；2）如图2-3b所示，靠近单侧位置是齿轮轴，输入从侧面进行，输出经由齿条的两端；3）如图2-3c所示，靠近单侧位置是齿轮轴，输入从侧面进行，输出经由齿条的中间；4）如图2-3d所示，靠近单侧位置是齿轮轴，输入从侧面进行，输出经由齿条的一端。图2-3 齿轮齿条式转向器的四种形式以车辆上齿轮齿条转向器的方位与转向梯形的差异为划分，可以分为如下几种形式：在前轴的后部布置齿轮齿条转向器，转向梯形后置结构形式；齿轮齿条转向器布置在前轴的后部，转向梯形前置结构形式；齿轮齿条转向器布置在前轴的前部，转向梯形后置结构形式；齿轮齿条转向器

28、布置在前轴的前部，转向梯形前置结构形式，如图2-4所示。图2-4 转向器性和转向梯形布置方式2.2.2 循环球式转向器循环球式转向器相比之下结构较为简单，在商用车上方便安装，因此商用车大量使用了循环球式转向器。循环球式转向器有优势体现在循环球位于丝杠以及螺母中间，这样降低了丝杠和螺母之间自身存在的摩擦力，系统效率得到了提高，总体效率被拉高到了约80%。转向器的传动比有一定的活动范围，便于传动比的调节，可以使工作中更为稳定，存在于齿条与齿扇之间的空隙也有利于整体实现动力转向。系统以较为简约的设计实现了较为复杂多样的结构和功能，以提升生产加工时表面处理和热处理的水平为手段，能够将系统的耐磨性和硬度

29、提升到一定高度，实现系统整体的延寿。循环球转向的结构形式被循环球转向器利用，滚珠丝杠螺母由方向盘转动的带动而移动，以实现将滚珠丝杠的旋转动作转换成丝杠螺母的直线动作，齿扇在螺母的拉动下实现转动，进而使得摇臂摆动，使得连杆带动横拉杆移动，以此调节车轮角度 14。循环球式转向器同样有着一些缺点，那就是，有着较为复杂的滚珠丝杠装置结构，制造丝杠螺母的难度较高，对精度的要求比较高。2.2.3 蜗杆滚轮式转向器蜗杆滚轮式转向器，优点是有着较为简单的系统，相对单一的组成结构，磨损不易，有较好的结构强度，长寿命，能保证系统可靠工作。缺点是无法经系统磨损间隙的调整实现转向传动比的调节，且有着较为低下的转向效率

30、。2.2.4 蜗杆指销式转向器蜗杆指销式转向器结构较为简单，无法调节传动比，制出转向机的成本较高，却又传动效率低，有着不是很好的经济性，精度也不行，现在已经很少了，已近乎被淘汰。结合上述的说明和对比分析，转向器结构形式-齿轮齿条被本设计选中。3 齿轮齿条式液压助力转向器工作原理本章中，对汽车制动时的运动进行了分析，通过对在弯曲和直线运动时的两个方面进行探讨，知道车轮运动时的情况。通过对防抱死制动系统的基本工作原理进行分析，知道了抱死的基本情况。车辆的转向系统通常是为了减轻操作者的操作强度，通常要利用辅助动力，即应用辅助转向助力系统使操作者在转向器转向时更轻松。本次设计参照江铃福特新世代全顺车型

31、，如以下两图所示，将转向助力装置加装在齿轮齿条转向器之上，液压助力是其采用的类型。图2-5 右转弯时液压油缸动作1-活塞；2-齿条；3-右转弯油管图2-6 左转弯时液压油缸动作1-横拉杆；2-左转进油管；3-右转进油管；4-右转进油口；5-转向输入轴；6-旋转式控制阀；7-助力缸进油口；8-助力缸进油口；9-左转进油口；10-助力油缸；11-活塞； 12-转向齿条；13-防尘套。齿轮齿条式转向器采用液压助力转向类型时，转向器齿条上设计有活塞，转向器壳体内部是转向助力油缸。系统在实际的转向工作时，旋转转向盘紧接着就是在转向柱上的旋转阀齿条活塞两侧出现压差，齿条运动到低压处，实现了省力的目的15。

32、这是因为活塞用的是齿条，对齿条活塞设置的套管要做好密封工作，这样就有了一个完整的液压助力油缸，拥有独立油腔的油缸就有两个，拥有独立油腔的油缸与两个回路各自相连。3.1 工作原理液压式动力转向器形式包括常压式和常流式。常压式装置的储能装置使得液压系统工作管路保持一定的压力，不随转向盘的运动情况而相继变化。车辆沿直线行驶的过程中，油液由转向油泵出来后经用于转向的控制阀转回转向油管，但事实上，由于油泵的输出压力低，同时转向控制阀的阻力小，油泵就处于一种空转状态。转动方向盘时，转向动力缸与油泵输出管路相同，地面上的转向阻力作用到推杆以及活塞，这两者都是在转向动力缸中的。静止状态下的转向盘意味着转向控制

33、阀又回到中间处，这样一来转向动力缸就结束了工作16。3.2工作过程车辆沿直线行驶的过程中，转向控制阀在中间处。转向器壳体进油口0开始，工作液在转向油泵中会进入中间油环槽之于阀体13中，再由槽底的通孔到阀体13以及阀芯12中间，分离油液完成，按顺序经阀体以及阀芯纵槽与槽肩造就的对称的阀芯的纵槽、缝隙和阀体的径向孔，最终到达阀体外圆上和下油环槽，然后通过两条油道在壳体里分开后进入动力缸的上和下腔里去，油液进入阀体内腔，经过阀芯纵槽流向阀体上、油环槽过程中，经阀芯槽肩上的径向油孔进入转向螺杆以及输入轴中间的空隙里，通过阀体组件以及调整螺塞中的空隙进入回油口，之后再次到达油罐，完成常流式油液的循环。这

34、样一来，等量的较小上、下腔油压，中间位置的齿条一活塞，致使动力转向器静止。如下图所示。图2-7 汽车直线行驶时转阀的工作情况R接右转向动力腔；L接左转向动力腔；B接转向液压泵；G接转向油罐2齿条-活塞；12进油口；13阀体；22阀心如下图所示，汽车转向左的过程中，转向盘被作用导致逆时针转动短轴，阀芯被下端轴销子带动同样会发生转动，扭杆轴将扭距对下端轴盖输送，固定在阀体上的销子带动下端轴盖边沿上的缺口进而使阀体旋转，阀体经下端缺口以及销子，螺杆最终获得转向力矩。扭杆轴在转矩作用下弹性形变，阀芯的转动角度超过了阀体的转动角度，相对的角位移随之发生。通上动力腔的回油缝隙会发生减小，进油缝隙会发生增大

35、，油压会发生升高，通下动力腔的回油缝隙会发生增大，进油缝隙会发生减小，油压会发生降低。油压差产生在上、下动力腔之间，上、下动力腔油压差导致齿条一活塞发生位移，起到了助力的效果。压力油由转向油泵经槽隙进入动力缸上腔，还有油从动力缸下腔经槽隙、阀体径向孔、回油口以及阀芯径向孔重返储油罐17。(a)左行驶 (b)右行驶如上图所示，右转弯和左转弯转向器有着相近的运行形式。在转向时，阀芯与转向助力阀的阀体位移的角度有差异，使得齿条活塞中油腔的压力差异化，以达到助力右侧的目标。4 转向系主要性能参数4.1 转向系的效率转向轴主要是实现功率的输入，正效率的定义是在将机械能做的功经过转向机构所传递出来的那部分

36、功率，用符号进行表示为，逆效率的定义正好与之相反，使用符号表示的话为。正效率直接决定了在驾驶过程中驾驶员的操作便利性所以越高的正效率越有利于系统的操作性；而逆效率是能够帮助司机进行转向回正的助力系统，所以我们在一定程度上是需要逆效率18。在一般情况下，衡量正向效率主要是指转向盘到转向轮的能量传递效率，该项数值的一般值在67%-82%之间，而逆向效率能量流动的方向正好相反，并且该数值的范围在58%-63%。4.2 转向系传动比整个转向系统传动比的指标主要有角度的比值以及力的比值。具体的指标是衡量轮胎和地面的接触点处，在两个转向轮上产生的合力比上驾驶员在方向盘上的作用力，该结果为力的传动比结果。角

37、度的传动比的计算为方向盘的旋转角度比上相同侧的转向节的旋转角速度。公式为： （2-1）式中： 转向盘转角增量； 转向节转角增量； 时间增量。 又由转向器角传动比和转向传动机构角传动比所组成，即 （2-2）式中：转向器的角传动比； 转向传动机构的角传动比。角度传动比的参考数值范围是0.85-1.1，现代汽车的转向角就在其中，接近于1.而转向器的角传动比使用的是固定数值的角传动数值，比如轿车、货车的分别是=14-22以及20-25之间。本文采用的数值为20.=120=20转向传动机构的结构形式以及和设计的杆件进行转向的位置对于转向传动机构的力传动的比值结果具有一定的影响。=100 （2-3）式中：

38、主销偏移距，取值在40-60mm，取40mm；转向盘直径，取360mm4.3转向系传动副的间隙特性传动副之间的传动间隙是转向装置在工作过工程中的进行传动的空间缝隙，也就是转向器在传动过程中的传动间隙指标，这种间隙的大小取决于转向盘转角。对该特性的研究的必要性主要在于它在很大程度上影响转向器的寿命甚至是汽车的行驶稳定性19。为了在转动转向盘时不会使转向器传动副在其他啮合部位卡主的基础上消除磨损最大的中间部位的间隙。传动缝隙的变化应该是中间小两端大的变化趋势，并且在末端间隙能够达到数值的最大化，变化的趋势图应该和2-9所示的相近，这样可以提高工作间隙对于转向器工作性能的调节，并且可以延长转向器的使

39、用时间，对于不同型号的转向器型号和结构，其所具有的转向器运动的间隙性能也是不一样的20。图2-9 转向器传动副传动间隙特性4.4 转向系的刚度因为在转向系统中各个部件的加工和安装都存在一定的误差和间隙，不同部件之间的挤压会产生不同的弹性变形，该变形在实际的安装和操作过程中会使方向盘的转动产生一定的转角误差，并且会反映到车轮上面。该误差会导致实际的车轮转角要小于理论转角，从而出现转向不足的情况。因此整个转向系统的转向刚度对于转向来说具有十分重要的意义，转向刚度的大小直接决定了汽车转向的灵敏程度。4.5 转向盘的总转动圈数相比大型货车的转向系统，小型汽车的转向器的可转动圈数要少，一般不会超过3.5

40、圈，该数值在大型货车上一般取为6。转向器的旋转可以存在一定的旋转余量，通常在方向盘回正情况下的任意方向的空载行程误差在1015以内，这对实现车辆的直线行驶具有重要的作用。在实际的行驶过程中，空行程超过了预设值，达到2530了，此时必须通过进行人为的方向修正来实现系统的正常方向控制。4.6 本章小结本章主要阐述转向器如何选择、工作原理及各项参数5 转向系统设计计算本文中的设计车辆驱动类型为后驱前置，汽车的刹车系统使用经过通风盘、后盘式的设计，整个的重量可以达到1915kg，可以承载的负载重量为520kg，能够实现5个人的乘客量，双轮之间的轴距为2550mm，满载情况下的轴荷负载比值为900/14

41、70；车子的整体尺寸为435217941464单位是mm；采用的动力装置的功率为87.5kW，额定转速可以达到6150r/min，最高能够达到转矩转速比是147Nm/4300r/min，车速能够达到186km/h。5.1 转向系计算载荷我们通过在柏油马路上对车轮原地的转向时受到的阻力进行测量，来表示传动系统整体的所受到的负载力矩。计算公式为： （3-1） 式中：作用在转向盘上的手力为 （3-2）式中：转向盘直径；360mm转向系的角传动比；=20转向器的正效率；75%对于固定型号的汽车，通过公式（3-2）能够对施加在方向盘上的力进行计算。并且通过该计算结果能够得出可以加载的最大载荷是多少，在实

42、际的影响因素中，车辆的急转会使转向系统的整体发生一个较大的增量，考虑到该条件的影响，我们将作用在方向盘上的最大力量设置成600N。5.2 齿轮齿条式转向器的设计转向器中采用的齿轮齿条传动方式采用的使斜齿圆柱齿轮，选用该种齿轮的原因是其常用的模数值在23范围内，小齿轮的齿数取值范围是57。因为涉及到强度以及转向系统的安装空间需求，所以采用该种形式的齿轮齿条。在导向轮转到最大的偏角情况下进行轮齿的压力角、螺旋角的的确定，同时利用齿条工作过程中的最大导程进行齿条齿数的确定，同时该结构的强度需要时刻进行相关的校核21。当前系统选用的齿轮转速为13r/min，传动比为2.97，可以传递的功率为5.26w

43、。5.3选定齿轮类型、精度等级、材料及函数齿轮的类型选用常见的圆柱斜齿齿轮，因为硬面齿对于转向机构的影响较为明显，所有在齿轮的材质选用上利用15CrNi6合金钢作为加工材料，并进行性能改善工艺处理；达到齿面的硬度为5462HRC，齿轮内部的硬度为，齿条的处理工艺为淬火处理，利用45号钢的淬火性能进行提高硬度到58HRC。外壳采用铝合金材料进行压铸加工22。因为经过淬火的方式进行加工对于表面的外形变化影响较小，实现传动的精度可以采用7级精度。在封闭式的传动结构中，通过刚性接触实现的传递齿轮的齿数及其相应的齿条选择为、。5.4齿面接触硬度设计由相关的机械设计原理和计算公式完成相关的计算： （3-3

44、）公式中的不同参数值的选取：K=1.6表示的是载荷系数，小齿轮能够传递的转矩为：根据机械设计手册可以得到相应的设计参数为：，取、时，、； 根据设计手册中的参考数值及其相关的参数可以得到： ；应力循环的实际次数推到公式：查机械设计手册为：；1.27对齿轮齿条之间的接触疲劳压力的推导：根据机械设计手册参考失效概率不高于1%。 小齿轮的相关参数的推导： 首先是小齿轮的表示的是分度圆的大小，通过进行计算：齿轮的旋转速度：齿轮的横向尺寸计算=齿轮的魔术推导选用标准的数值有效工作齿数计算：两齿之间测啮合长度：5.5 齿根抗弯强度设计根据机械设计相关的概念，抗弯强度的推导为： 对于公式当中的各种参数，我们根

45、据相关的设计资料，并按照MQ的指标标准进行计算，得到最终的抗弯疲劳强度数值为：；抗疲劳强度的使用寿命的影响因子为： ；在抗弯疲劳前提下的主要应力计算：根据：以及：；齿面的不光滑程度表示为 在结构失效的概率低于1%的前提之下，对于相关的参数数值为：结合公式：承载载荷的计算：因为速度为，在选用的精度等级为8的前提下，根据相关的机械设计手册中选用的参数；采用，根据设计手册相关数据表可得： ；根据机械原理相关设计手册可知：、根据机械设计相关公式：对小齿轮和齿条相关参数进行计算两个齿的重合比例，根据可能产生的弯曲度计算结果为：在进行计算时齿轮模数的选择要是整数，因此为2.05.6 几何尺寸计算计算分度圆

46、直径mm；=17.88 mm；计算中心距mm6 液压动力转向机构计算6.1 动力缸尺寸计算动力缸的外壳的厚度、内径、活塞的运动范围及其尺寸大小都属于动力缸的主要参数尺寸，在计算动力缸的相关参数之前我们要对在其作用力的方向上的主要力大小进行相关的转换，即将通过（3-1）式可以得到其数值为5746N。动力缸在此条件下产生的推力为=5746N动力缸的横截面大小与以及压力和之间满足的条件关系如下：= 推出 （3-4）在进行有效的工作面积计算时，因为不同的活塞缸位置处具有不同的横截面积，这里采用受力面小的一侧进行计算，相应的公式为： （3-5） 在上式中，活塞的直径大小表示为，提供动力的缸体直径大小为，

47、并且活塞直径大小的选取范围为0.34，通常情况下取为0.55。经过上面的推导可以得出以下表达式： （3-6）P的取值为6.0时，mmP的取值为10.0时，mmmm其中压力的取值范围为6.010.0，其最高值为16.518.0之间。因为考虑到转向机构的安装空间等问题，因此取D=35mm，6.2 活塞行程计算动力缸体与转向部件结合在一起的时候，在计算活塞的运动行程时，能够在主动小齿轮的旋转走过的圆形路径的长短进行求解，从而能够对参数认定为；表示的是齿轮的节圆直径大小，数值为14.6mmmm6.3 分配阀回位弹簧通过在相关的装置上面安装可以实现能量回收的器件，就能够实现在方向盘进行转向之后的助力回正

48、，从而减轻操作人员的操控压力。该能量回收装置可以设置成为回拉弹簧，通过其能够帮助在该次的回转正常完成之后为下次的回拉做好能量的存储，因此在设计过程中应该尽量保证在前提轻便的条件下使弹簧的回拉力尽量大23。因此在我们进行整个的系统设计的过程中，为克服摩擦力的回位力应该适当的增加弹簧的预压力，这样情况下就能实现我们的使用目的，通常条件下可以通过实验来获得该数值23。6.4 动力转向器评价指标动力转向器使用效能指标采用来进行转向器的性能衡量。其中在没有动力转向器和有动力转向的的情况下需要加载在转向器上的力的大小，当前采用的效能参考值为。动力转向器采用液压传递的路感在传递的力量受到的阻碍情况下，在普通

49、的家用轿车上面，反映到司机的操作方向盘上大于会增加3050N的力，对于大型箱货汽车来说，增加的力量大约为80至100N之间。车辆转向的灵巧性能转向的灵巧性可以通过指标来进行评价，它表示的是方向盘的转动量和终端移动阀的运动行程，计算公式为：其中：滑阀行程表示为，表示为转向盘直径；转向盘转角用字母来表示。在实际的计算和衡量指标中可以通过对方向盘的转动要求用力以及相应的转向角来衡量整车的转向灵敏性，其指标为2050N范围的力和的转角。7 总 结经过此次毕业设计，让我在进一步的加深自己的专业知识的前提下对机械系统尤其是车辆的设计流程、设计目的、设计的意义等方面进行了全面的加深了解和深化。对于当前国内外各种不同的汽车品牌以及汽车系列的残酷竞争，对于加强企业的产品质量，增强用户的使用体验有着越来越高的要求。汽车的各个系统当中首当其中的当数车辆的安全性能，遇到经济情况下的汽车刹车反应具有极高的评价权重，本次设计就是在这一环境的前提下进行设计和选型的。我国的汽车市场在经过这些年的不断发展和完善逐渐具有了自己的设计理念以及设计体系，更多的适合中国人开的汽车在不断的出现在市场上。怎样在逐渐激烈的竞争中实现企业的生存和盈利，并且可以适应时代和用户的需求，这是一个亘古不变的追求，所以本课题的选取具有一定是现实意义以及实践指导意义。在该次的设计过程中主要通过轿车的