b2.4第四章及整车的匹配设计

1、第四章与整车的匹配设计常设发挥作用，包还必须使该动力转向器在汽，车上匹配计的好。括在汽车上的布置要合理相关联的转向盘、转向传 动 装 置 、转 向 器 支 架 、转向摇臂、直拉杆设计的合理，动力转向器本身选型合理以及配套的转向油泵和转向油罐选型及匹配的合理。这些因素都将对动力转向器能否在汽车上正常发挥作用产生影响。下边将分别讨论：1 .布置方式分类在汽车上布置整体式动力转向器必须按我国公路法规规定转向器必须布置在汽车前进方向的左侧般称为左置转向器。按转向器相对车架的位置分为立置、斜置和卧置(见 图 4.1 )。按转向器相对支架的位置分为输出轴朝内和输出轴朝外两种。2.整体式动力转向器布置的要求

2、(1)要把转向盘一转向传动装置一整体式动力转向器一转向杆系一车轮作为一个系统来考虑。选择最优方案进行具体设计。(2)尽量保证转向盘的大小，布置角度适合不同车型人体工程学的要求。(3 )尽量保证转向传动轴的布置能使转向盘与转向器转向轴 等 速 ，并 保证作到布置在、八前翻驾驶为了使一个性能好的动力转向器能在汽车上正室上的在翻转动作中不出现运动干涉。(4 )最大程度地发挥动力转向器的输出、输出援角。a ) 立置；b ) 斜置；。)卧置(5 )保证杆系的运动合理，即直拉杆的不与轮胎产生于涉。横拉杆布置符合转向几何前轮在行驶中上下跳动不能引发出现前(6)保证前轮左右转向角度达到设证整车转弯半径达到设计

3、要求。3.整体式动力转向器布置要点(1)转向盘的角度车型不同转向盘度不同，它的确定取决于人体工程学的考虑，目 是让驾驶员以最佳角度舒适的操纵转向盘。轿车转向盘上平面相对于垂线的夹角应为汽车图确定的。由于转向盘的布置是与下面的转向传动装置及动力转向器相关联的，因此它应该是由总布置与转向系统设计人员共同确定的。(2）转向盘的尺寸与结构对于采用整体式动力转向器的汽车,其转向盘的选用主要应考虑驾驶员操作的舒适和方便O由于转向盘操纵手力大大降低，不再需要靠增大转向盘直径来减轻转向手力了。 一般加装动力转向后,汽车转向盘正常驾驶的手力值规定如下：转向盘上平的角度布计最终作面是总置设轿车、轻型汽车不大于30

4、5 0 N进行强度计算时,施于0500转向盘的最大6 0 0 N计算即最大为15 0N - m。转 向 盘 直径一般按以下值确定：轿车、轻型汽车3 80mm400mm中型汽车450mm重型汽车500mm转向盘的幅条结构应在保证转向盘强度的前提下，选用美观大方的双幅条结构，这是目前流行的中、重型汽车不大于508 0 N强度(3加)强筋可以向是管、六柱角钢、圆钢和圆钢管制成。安全转为保证在汽车撞击障碍物或紧急制动时，避免出现因车身变形造成转向盘和转向轴后移或驾驶员前扑对驾驶员造成伤害，现代汽车已越来越多的采用了安全转向管柱。这种装置可以在汽车撞击障碍物或紧急制动时在驾驶员与转向盘产生撞击时转向轴在

5、外力作用下迅速缩短一定的距离可以吸收相当部分的冲击能量，在一定的程度上降低对驾驶员的伤害程度，从而保证驾驶员的安全。这种吸收冲击能量的安全转向管柱在国内汽车上应用的越来越广泛，从轿车到重型汽车都有应用。安全转向管柱的结构多种多样，现仅举五个实例(见图 4.2)。(4)转向传动轴在汽车上，转向器的转向铀和转向盘中心线往往不能布置在同一直线上。驾驶室和车架在汽车行驶时有相对运动，对前翻驾驶室二者相对移动量更大这些因素都要求在转向盘和转向器之间采用可伸缩的转向传动轴以保证在产生这些相对移动时转向轴不致脱开使转向器失去操纵。常用的转向传动轴多为万向书式，也可以是其转向盘的轮线和轮幅内部都应有加强筋以提

6、高趋势。转向盘的轮缘多采用聚胺脂发泡自结皮的软化结构。轮缘的下都应做出与手形相配合的有规律的凹部位，断面亦做成非圆的易手握的扇卵形， 其 内 切 圆 也 有 增 大 趋 势 ，般达到035型式的结构。为保证传递转向盘转动信号平稳，就需要转向盘过转向 传动轴传到 转向器 的 转 向输入轴 的 转速是仝:上图4.2各种安全转向管柱a)波纹管式b)网格式；C )塑!料销式d)特殊粘接式;e)钢球连接式入轴的转速是等速的O因此转向传动轴多采用双万向节结构,可以是平行线式和变角度式,但都必须保证夹角a相等(见图4.3)这样才能保证等角速传动O为解决转向盘和转向器出现相对移动时转向传动轴脱开或产生干涉造成

7、损坏,还应在双万向节式传动轴的中间轴上采用带滑动花键结构，这种结构对有、八 刖翻驾驶室的车型尤为适用。对于轿车和旅行车整体式车身结构就无须采用带滑动花键的中间轴结构了O在前翻驾驶室汽车转向系统布置时(见图4.3),下边的转向器万向节轴心线最好布置在驾驶室翻转轴轴心线上这样驾驶室翻转到任意位置都不会引起中间轴长度的变化。如在图4.3前翻驾驶室转向系布置简图C一转向盘端万向,节铰也要链点尽量布d 转向盘布置上有困难置在翻转轴轴心线附近,尽量近翻转轴轴心线,这样可以使驾驶室翻转时中间轴拉长的距离最小,尽量控制在所选转向传动轴中间轴滑动花键允许的花键行程之内O该滑动花键的老结构是采用润滑脂润滑新结构是

8、采用花键表面喷塑无须再润滑O为减小中间轴花键结构可能增加圆周方向转动的自由间隙,该花键设a一车身回转铰链点；b -转向器端万向节较链点；计时应采用齿侧定心。转向传动轴的万向节总成多采用十字轴结构，其十字轴轴径-一-般根据车型不同，所采用转向盘大小不同其尺寸在81 2mm,既可以保证强度，又可使结构轻巧。十字轴端部轴承可采用滑动轴承、滚针轴承或DU复合轴承。轴承外端可用孔用弹性挡圈眼位亦可铆死。万向节又可以是锻件、精铸件,也可以是冲压件。近年来随着引进国外车型，冲压式万向节又由于它轻巧的结构节省材料，在国内车型上用的越来 越 多 。 由 于转向传动轴转速很低所以也不需要进行动平衡。(5)转向器布

9、置整体式动力转向器在汽车上的布置:比;机械转向器在汽车上的布置要复杂-一-些，考虑的因素要多-一-些。要考虑转向器与转 向 盘 和 转 向管柱的相对位置，要使它们和转向传动轴中间轴的夹角相等且尽量小。设计时以满载时状态为准，该夹角不得超过所选转向传动轴允许最大工作角度。要考虑与车架的相对位置，考虑转向器支架的固定方式和位置保证转向器装拆方便液压管路接头装拆方便。考虑转向器摇臂与直拉杆连接方式和拆装方便。保证直拉杆的布置结果不与轮胎在运动中产生干涉。确定转向器输出轴的位置，是朝内还是朝外，同时必须注意螺纹滚道的旋向应做相应改变。转向器的布置不能太靠下，影响汽车的接近性。低于保险杠还会容易与地面障

10、碍物碰撞而造成损坏。转向器前后位置的确定一定要保证车轮跳动时，车轮按直拉杆前铰链点的跳动轨迹与车轮按钢板弹簧前铰链点或其它悬挂装置跳动中心的跳动轨迹最大相差量不超过3mm,否则将造成跳动过程中车轮摆头。不符合上述要求则要设法调整转向器及摇臂的位置。对于前翻驾驶室的车辆则如前所述，应考虑转向器布置尽量靠前，使安装在转向器转向轮的万向节轴心线尽量靠近驾驶 室 翻 转 轴 轴 心 线 ， 以 保证在驾驶室翻转时转向传动轴中间带花键轴拉长距离最小。在立式布置转向器确有困难，直拉杆的运动与轮胎于涉解决不了时,前轮的跳动轨迹差超差引起车轮摆头解决不了时,则要考虑将转向器改成卧式布置并加直角传动机构。这样可

11、以大大减轻以上几方面的不利效果，但是也还必须重新进行校核以确定最佳：位置。此时要注意改变螺纹滚道的旋向。转向器的布置是应该综合考虑上述清因素的要求，合理的确定，使之更好地发挥作用。(6）转向器支架整体式动力转向器由于其输出负荷大,所以对转向器支架的强度和刚度要求高，绝不允许动力转向器在工作过程中随转向器支架晃动，否则将导致增加转向间隙，产生转向滞后，对转向过程不利,也增加了不安全因素。对转向器支架及固：定转向器的要求：有较好的强度和刚度，最好采用整体铸钢件o设计合理，有较大的装拆空间。转向器支架孔的配合间隙要小位置准确度高O般要用钻模板钻孔以保证位置度和配合间隙O适当加强转向器支架固定在车架部

12、位的车架强度，-一-般采用加强板加强车架强度O建议使用碟形垫圈代替普通弹簧垫圈增强螺栓防松性能O对于尺寸较长的动力转向器特别是卧置的长动力转向器除用转向器支架固定转向器壳体部位外，需增加伸长端的辅助定位确保动力转向器不因输出力矩大而在工作中上下摇动O(7)转向摇臂转向摇臂的长度O转向摇臂的长度取决于直拉杆工作需要的行程范围可由转向系统杯系的运动校核来确定O直拉杆工作行程范围取决于轮胎的摆角和转向节臂的长度O-一-般讲转向摇臂的长度近似等于转向节臂的长度但也有特殊情况O转向摇臂长度的确定主要应考虑在满足直拉杆行程的、八 刖提下尽量发挥转向器的输出摆角以保证-定的转向器总圈数O摆角小可以加长摇臂摆

13、角大可以减短摇臂所以要综合考虑这些因素最终确定摇臂长度。转向摇臂原始位置的确定O为保证转向器缸体部分磨损均匀必须充分发挥齿条活塞在缸体里的行程O确定转向摇臂原始安装位置时必须考虑车轮实-际左右转角的不同。对于左置转向器来说左车轮向左转角都要比向右转角大O车型不同其值亦不同，左车轮左转和右车轮右转都属内轮转向，转角一般为35°74 2°左车轮右转和右车轮左转都属外轮转向，转角一般为 2 7° 33°,这都是由转向梯形机构按转向 几 何 学原 理 决 定 的 。另外还要考虑转向直拉杆空间运动的范围应尽量小,改善转向摇臂受力状态。一般将转向 摇 臂 原 始 安

14、装位置相对垂线后摆3°5O，该值应由作图确定。转向摇臂的形状。转向摇臂 的 形 状 以 直形最好，工艺简单易于加工。但由于车型不同转向器相对车架和车轮位置不同，极有可能出现运动中直拉杆与车轮干涉现象。为避免出现此 种 状 况 , 常用改变摇臂形状的方法适当地解决干涉问题。一般都是将摇臂设计成向内侧弯曲 的 形 状, 尽 量 达 到 在保证强度的前提下使直拉杆让开轮胎。(8 )直拉杆直拉杆的尺寸在转向器位置、转向摇 臂 和 转 向 节 臂位置确定 后 就 定下 来 了 , 由 此可定出直线行驶位置时直拉杆前后球销 中 心 的 直 线距离。然后要考虑运动过程中其前后球销摆动的角度，不得超

15、出直拉什球销允许摆角。还要考虑在其运动过程中不能与轮胎干涉。所以在各种汽车中有些车型直拉杆是直的形状很简单, 有 些 车 型 直拉杆的 形 状 很 复 杂 ，都必须经过直拉杆运动校核确定。直拉杆断面形状多为圆管型材, 其 尺 寸 由 强度计算确定。计算载荷由动力转向器最大输出力矩确定。直拉杆运动校校的方 法 ( 见图 4.4 ) ：要以最大可能产生与轮胎干涉的位置进行运动校核。最大可能产生与轮胎干涉的位置是左前轮向右转到最大角度，同时轮胎上跳到极限位置。此时直拉杆运动位置最靠外，直拉杆处在轮胎中心水平线以上该位置即是最大可能产生与轮胎干涉的位置。作图采用三维作图法。分别画出三个坐标上轮胎转到极

16、限位置时轮胎与直拉杆的相对位置。左侧钢板弹簧压缩到极限位置；左轮 胎 向 右转到极限位置。要求此时左前轮内侧胎冠外线与直拉杆的距离保持20-30m m。若发生干涉或未保持距离，则应改变直拉杆形状,使直拉杆变弯让过轮胎，保持直拉杆与轮胎的距离。同时要考虑直拉杆空间运动轨迹，尽量使直拉杆空间受力方向改变的最小，又要考虑不与其它附近的支架和附件干涉。要同时考虑适当调整转向器支架位置、转向摇臂形状、直拉杆的形状等，综合考虑各方面因素最终确定直拉杆的形状，力求使直拉杆的形状改变最小使加工工艺性最好。(9)转向节臂转向节臂的长度近似等于转向摇臂的长度。转向节臂的连接球销的位置也因车轮转角两个方向不等不在刖

17、轴中心线上。为保证车轮两个方向转动时直拉杆受力方向改变最小，中间直线行驶位置转向节臂球销中心-一-般布£9 >1 J b*. qy'4.4 直拉杆运动校核图的形状都应通过运动校核确定。4整体式动力转向器造型方法在车型设计时，选择合适的动力转向器为车型配套要考虑的因素是多方面的，因此选型的方法也是多种多样的。下面分别介绍应如何考虑动力转向器的选型。(1)根据车型发展选型在重型汽车及其变型客车上安装动力转向器，通常的作法是以前轴负荷为40 kN 作；标准。但现在已经有很大变化，随着对汽车轻便性的要求越来越高，各汽车厂家在中型汽车上也纷纷装用了动力转向器。如一汽生产的9平柴、

18、6平柴、5平柴等车型，二汽生产的8平柴、6平柴等车型及中型客车上也都选用了动力转向在前轴中心线以后，其距离大小和节臂置器。国外进口的轻型豪华客车包括917人座的车型都安装了动力转向器，相信国产9人座和1722人座的豪华型轻型客车都会很快安装动力转向器。无一例外这些车型都是选用了转阀式整体动力转向器。这是因为该种动力转向器结构紧凑小巧，输出力矩大，易布置，能满足不同车型助力转向需要。(2)根据动力转向器结构和性能选型动力转向器品种较多，目前国内外流行的是整体式动力转向器。整体式动力转向器主要有两种，一种是滑阀式动力转向器，另一种是转阀式动力转向器。这两种整体式动力转向器结构上的相同点是都采用了

19、循环球螺杆螺母传动副和齿条齿扇传动副，都采用了活塞式油缸结构。不同点主要是控制阀分另U为滑阀和转阀。其次在转阀式动力转向器中，齿条、活塞、螺母完全成一体，因此结构更简单。而滑阀式动力转向器中则不是做成一体活塞和螺母是分开的，因此结构复杂 。回位元件也有不同，转阀式动力转向器都采用了扭杆弹簧结构，回位结构简单、可靠。滑阀式动力转向器则各有不同结构, 分别有弹簧、簧片、弹性杆等，回位结构复杂。从零件数量上讲转阀式动力转向器要少于滑间式动力转向器，因此质量也轻。从尺寸上讲，转阀式动力转向器也短于滑间式动力转向器，一般在轴向尺寸上要短40 /60m m 。这两种整体式动力转向器在性能上也有不同转阀式动

20、力转向器转向特性可按用户要求进行调整通过改变扭杆尺寸和问刃口形状实现，而滑阀式动力转向器则不能随意调整。从转向手力上看转阀式动力转向器的转向手力要大大小于滑阀式动力转向器，一般要轻20% - 3 0%。转阀式动力转向器的使用工作压力逐渐提高，现在已用至U 15M Pa输出扭矩也有较大增加，再加上质量减轻，所以单位质量输出扭矩也大大增高，最大已超过180N m/K ；。所以无论从结构上、性 能 上 ，国内外都趋于选择转阀式整体动力转向器。(3)根据汽车转向系载荷选型从结构和性能上已确定了所选择动力转向器的型式，及在哪些车型上装动力转向器。那么具体应如何选择哪种型号的动力转向器呢？首先要确定转向系

21、的载荷根据转向系统的载荷确定出相应输出力矩的转阀式动力转向器。转向系计算载荷的计算方法多种多样，有公式计算法，有图表法，现作一简单介绍。转向系计算载荷多用于计算转向阻力矩其计算公式统计起来不下十余个。但每个公式都有其使用的局限性。一般的方法是根据车型、前轴负荷、前轮定位参数、轮胎气压等计算。最通用的方法是a汽车理论教课书中推荐使用的原苏联的半经验公式。转向阻力短见用下式计算：M r=(G13p)1/3/ .3Nm4.1)式中：-轮胎与地面滑动摩擦系数J般取0 .7G -轴负荷NP -轮胎气压N/ m2转向手力Fr用下式计算：Fr=L1MrL 2 Rr iwnt式中：L 1- 转向摇臂长mm；L

22、 2- 转向节臂长mm；Rr-转向盘半径mm；iw-转向器角传动比n t- 转向器正机械效率。)该公式多适用于中、轻型汽车，其悬挂为钢板弹簧时，用于计算最大转向阻力矩(原地转向阻力矩)。该公式为半经验公式仅考虑了、八前桥负荷和轮胎气压的影响，实际上属于统计公式。另外还有雷索夫公式、塔布莱克公式等，它们的侧重点各有不同。有的着重考虑了车轮的主销偏移距d轮胎静力半径有的着重考虑了轮胎接地面积的影响从轮胎在地面上的压印面积上计算还有的分别计算左右轮的最大转向阻力矩，再把右轮的转向阻力矩叠加到左轮上得到整车要考虑的最大转向阻力矩。也有些公司根据 经 验 和 统 计 数 据 ，整理出图表，根据图表可以求

23、得不同主销偏移距、不同轮胎、不同轴荷的转向阻力矩。总之这些计算方法使用起来由于考虑的因素不同所以差别 较 大 。 现 在汽车车型如此繁多从轿车到超重型汽车结构上差别很大，轮胎尺寸、 轮 胎 气 压 、主销定位参数、主销偏移距、 转 向 轴 载 荷等等都不同，所以是无法用统一的公式进行计算的。只能针对具体车型采用不同公式计算。在计算载荷确定之 后 ， 可 根 据载荷选取适合的动力转向器。(4)根据转向器生产厂家推荐的型谱选型选择具体型号的动力转向器，也可以按照八、转向器生产专业厂家推荐的型谱里规定的适用转向轴负荷参考选用。由于生产厂家已做了大量研究和试验提出了适应不同轴荷的该厂产品系列。所以完全

24、可以参考厂家型谱选用。表1.2.1显示出各家工厂的 型 谱 ， 基 本的参数都已表示出来了。如前轴负荷、动力转向器的工作压力、最大输出扭矩、传动比、齿扇轴直径、输出摆角 。 有 些 更 详细，还把转向器内部的参数也 列 出 来 ， 如齿扇模数、中心距、缸径、自 重 等 。 有 的型谱还应各型图号动1.2.3力是转美向器所需油公泵司的最流新T量r A。s系国TRW列动力转向器应用实例。图中推荐出各种不同型号机型适用不同轴荷车型的情况。该图强调了几个使用特点：一是同一前轴负荷在不同前轮最大转角时应采用的机型不同，最大转角较大时要增大一个转向器型号使用。这与增大转角时转向阻力矩有明显增大有关， 若

25、使用转角较小时则可减少一个转向器型号使用，转向器价格将相应减少，对汽车制造厂家是有利的。最大转角的分界线是 ±40°使用中必须注意。二是推荐的转向器型号与车型的使用工况有紧密的联系，是自卸车、越野车、公共汽车，还是普通卡车；是长头车还是平头车。各种不同使用工况的车辆使用的动力转向器都有所不同。一般在恶劣路面工况使用的车辆 ， 如越野汽车、自卸汽车等都应增大一个型号选用。(5 )配套的转向油泵对选型的影响选择各种动力转向器型号时，必须考虑与之配套的转向油泵是否适用。因为有时不一定能买到非常合适的油泵与动力转向器匹配。配套的转向油泵的工作压力必须满足动力转向器的要求。如果所配转

26、向油泵工作压力低于动力转向器要求则出对列考应虑选择大个档的动力转向器，尺寸以满足输出力矩的需要。fltaMiK'Matnirtietta图系列应用实例4.5 TAS3:州 h L=一l-l *1得实际需要流量。油泵的流量不够会出现明显的加力滞后现象，给驾驶员以沉重的感觉。在满足输出力矩情况下可考虑选用小-一-档动力转向器。所以动力转向器的选型必须综合各方面因素考虑。(6)根据整车布置的需要选到整车布置不同所选择的动力转向器的结构也套转计配的向油泵应考虑到算所同。不转向器对整车来讲是左置还是右置，相对转向器支架转向器输出轴朝左还是朝右固定都会使所选动力转向器结构有很大变化。二是要确定输出轴相对转向轴向左还是向右伸出 ， 会 给 转向器壳体带来相应变化。二是要注意输出轴安装方向和输出轴摆动方向给螺杆螺母滚道螺旋线方向带来的变化。对于整体式动力转向器