汽车的设计 第九章 转向系的设计ppt课件

1、汽车设计电子教案第第9 9章章 转向系设计转向系设计汽车设计电子教案本本章章重重点点p 转向系结构型式转向系结构型式p 转向系主要性能参数转向系主要性能参数p 机械式转向系设计计算机械式转向系设计计算p 动力转向机构设计动力转向机构设计 p 转向梯形设计转向梯形设计p 转向杆系布置转向杆系布置p 四轮转向四轮转向汽车设计电子教案9.1 9.1 概述概述 转向系是用来保持或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。转向系的主要设计要求(1) 汽车转弯行驶时，全部车轮应绕一个瞬时转向中心旋转，任何车轮不应有侧滑。(2) 保证汽车有较高的机动性(转弯半径小)。(3)

2、 转向轮碰撞到障碍物以后，传给转向盘的反冲力要尽可能小。(4) 汽车在任何行驶状态下，转向轮都不得产生自激振动，转向盘没有摆动。(5) 悬架导向机构和转向传动机构共同工作时，由于运动不协调使车轮产生的摆动应尽可能小。(6) 操纵轻便，转向时，施加在转向盘上的切向力，对乘用车不应超过150200N，对商用车不应超过500N。(7) 转向后，转向盘应自动回正，并应使汽车保持在稳定的直线行驶状态。(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，当转向盘和转向轴由于车架或车身变形而后移时，转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。(10) 进行运动校核，保

3、证转向轮与转向盘转动方向一致。 汽车设计电子教案9.2 9.2 转向器结构方案分析转向器结构方案分析 9.2.1机械式转向器方案分析 根据所采用的转向传动副的不同，机械转向器的结构形式有多种。常见的有齿轮齿条式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式等。1齿轮齿条式转向器 2循环球式转向器 3蜗杆滚轮式转向器4蜗杆指销式9.2.2 转向盘的尺寸及布置乘用车、小型客车、小型商用车的转向盘直径参考直径为400mm；中型客车、中型商用车的转向盘参考直径为450mm或者500mm；大型客车和大型商用车的转向盘的参考直径为550mm。 汽车设计电子教案9.2.3 转向轴的防伤安全措施 (9-1)式中， 为实际

4、断面宽度； 为垫片厚度； 为垫片帘布的层数； 为考虑垫片不能同时损坏的系数，取0.85； 为考虑危险断面边缘的帘线完整性被破坏的系数，取0.80； 为拉伸应力， MPa。图9.5 弹性联轴节xt012lFFt k k 0t1k2k115.5汽车设计电子教案9.2.3 转向轴的防伤安全措施图9.6 吸能转向管柱简图套管间的过盈量 (9-2)式中， 为互相平衡的径向力数或套管上的凹坑数； 为计算断面套管间接触点处的法向力； ， 为外、内套管的系数； 为套管壁厚； 为弹性模量。jwn4nFEhh njFwnhE汽车设计电子教案9.3 转向系主要性能参数转向系主要性能参数9.3.1 转向系传动比1转向

5、系角传动比 转向系角传动比定义为转向盘转角增量与两侧转向节转角的相应增量的平均值之比。 (9-6)式中， 为转向系角传动比； 为转向盘转角增量； 、 为左、右转向节的转角增量。 转向器角传动比的定义为转向盘转角增量与摇臂轴转角的相应增量之比，即 (9-7)式中， 为转向器角传动比； 为转向盘转角增量； 为转向摇臂轴的转角增量， 转向传动机构角传动比的定义为转向摇臂轴转角的增量，与两侧转向节转角的相应增量的平均值之比，即 (9-11) 为转向传动机构传动比； 为转向摇臂轴转角增量； 、 为左、右转向节的转角增量。 可以看出，转向器与转向传动机构角传动比的乘积就是转向系的角传动比，即 (9-12)

6、hLR2i ihLRh0pipLLR2i 0 Lii i0ihpLipLp汽车设计电子教案2转向系转矩传动比 在实用中，转向系转矩传动比定义为 (9-15)式中， 为转向系转矩传动比； 为在转向节上克服的转向阻力矩，由作用在左、右转向节上的转向阻力矩 和 组成； 为施加在转向盘上的转矩； 为转向系的角传动比； 为转向器在实际载荷下的效率； 为转向传动机构在施加载荷下的效率。 9.3 转向系主要性能参数转向系主要性能参数RtTSGSLhTiiT TiRtTRt,LTRt,RThTiSGSL汽车设计电子教案9.3 转向系主要性能参数转向系主要性能参数3转向器角传动比的变化规律齿轮齿条式变速比转向器

7、 两齿轮正确啮合的条件是其基圆齿距必须相等，即 (9-18)式中， 为齿轮的模数； 为齿轮的压力角； 为齿条的模数； 为齿条的压力角。 小齿轮的节圆直径 越小，其转动一定圈数齿条的移动距离越小，速比越大。设小齿轮的基圆直径为 ，它是不变的。小齿轮与齿条啮合时的压力角 取决于在啮合点齿条的压力角 (9-19)1122coscosmm1m12m2dbd2b2cosdd汽车设计电子教案9.3 转向系主要性能参数转向系主要性能参数2) 循环球齿条齿扇式变速比转向器循环球齿条齿扇式转向器的角传动比可以由下式计算 (9-20)式中， t为螺杆螺距；r为齿扇的啮合半径。02rit图9.9 齿扇节圆半径随齿轮

8、转角发生变化 汽车设计电子教案9.3.2 转向器传动副的传动间隙1转向器传动间隙特性传动间隙是指各种转向器中传动副(如循环球式转向器的齿扇和齿条)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。 2. 如何获得传动间隙特性 循环球式转向器的齿条齿扇传动副的传动间隙特性，可通过将齿扇齿做成不同厚度来获取必要的传动间隙。即将中间齿设计成正常齿厚，从靠近中间齿的两侧齿到离开中间齿最远的齿，其厚度依次递减。 9.3 转向系主要性能参数转向系主要性能参数汽车设计电子教案9.3 转向系主要性能参数转向系主要性能参数9.3.3 转向器的效率1转向器的正效率转向

9、器的正效率表征的是功率从转向盘到车轮时的传递特性。 (9-23)式中， 为转向摇臂轴上的转向阻力矩； 为主动施加在转向盘上的转矩； 为转向器角传动比； 为转向器在实际载荷下的正效率。2转向器的逆效率转向器的逆效率表征的是功率从车轮到转向盘时的传递特性。 (9-26)式中， 为在转向摇臂轴上主动施加的力矩； 为驾驶员被动施加在转向盘上的转矩； 为转向器角传动比； 为转向器在实际载荷下的逆效率。pSGh 0TT ipThT0iSGh 0SGpT iTpThT0iSG汽车设计电子教案9.3 转向系主要性能参数转向系主要性能参数1转向器类型2转向器的结构参数00tantanSG0tanff00tant

10、anSG正效率可表示为式中， 为蜗杆(或螺杆)的螺线导程角(螺线升角)； 为摩擦角，逆效率可表示为 (9-29) (9-28)为摩擦因数。汽车设计电子教案9.4 机械式转向器的设计计算机械式转向器的设计计算9.4.1 转向器计算载荷的确定原地转向阻力矩MR (9-30)式中，f 为轮胎和路面间的滑动摩擦因数，一般取0.7； 为转向轴负荷(N)；p为轮胎气压(MPa)。作用在方向盘上的力为 (9-31)式中， 为转向摇臂长； 为转向节臂长； 为转向盘直径； 为转向器传动比； 为转向器正效率。 31R3GfMp1G1Rh2sw SG+2L MFL D i1L2LswD0iSG+汽车设计电子教案9.

11、4 机械式转向器的设计计算机械式转向器的设计计算9.4.2 齿轮齿条式转向器的设计齿轮齿条式转向器的齿轮多数采用斜齿圆柱齿轮，齿轮模数取值范围多在23mm之间。主动小齿轮齿数多数在57个齿范围变化，压力角取20，齿轮螺旋角取值范围多为915。齿条齿数应根据转向轮达到最大偏转角时，相应的齿条移动行程应达到的值来确定。变速比的齿条压力角，对现有结构在1235范围内变化 汽车设计电子教案9.4 机械式转向器的设计计算机械式转向器的设计计算9.4.3 循环球式转向器的设计 1主要尺寸参数的选择螺杆、钢球、螺母传动副钢球中心距D、螺杆外径D1、螺母内径D2 钢球直径d和数量n 每个环路中的钢球数可用公式

12、计算 (9-32)(3) 滚道截面 (4) 接触角 (5) 螺距P和螺旋线导程角 (6) 工作钢球圈数 0cosDWnd汽车设计电子教案9.4.3 循环球式转向器的设计 2) 齿条、齿扇传动副设计9.4 机械式转向器的设计计算机械式转向器的设计计算图9.16 用滚刀加工变厚齿扇的进给运动 图9.17 变厚齿扇的截面图9.18 变厚齿扇齿形计算简图 图9.19 螺杆受力简图汽车设计电子教案9.4.3 循环球式转向器的设计 2循环球式转向器零件强度计算钢球与滚道之间的接触应力齿的弯曲应力转向摇臂轴直径的确定9.4 机械式转向器的设计计算机械式转向器的设计计算2232322F ERrkR r230c

13、oscosFFnw26FhbsR300.2KMd汽车设计电子教案9.5 动力转向机构设动力转向机构设计计9.5.1 动力转向机构的设计要求(1) 运动学上应保持转向轮转角和驾驶员转动转向盘的转角之间保持一定的比例关系。(2) 随着转向轮阻力的增大(或减小)，作用在转向盘上的手力必须增大(或减小)，称之为“路感”。(3) 当作用在转向盘上的切向力kN时(因汽车形式不同而异)，动力转向器就应开始工作。(4) 转向后，转向盘应自动回正，并使汽车保持在稳定的直线行驶状态。(5) 工作灵敏，即转向盘转动后，系统内压力能很快增长到最大值。(6) 动力转向失灵时，仍能用机械系统操纵车轮转向。(7) 密封性能

14、好，内、外泄漏少。汽车设计电子教案9.5.2 液压式动力转向机构布置方案分析1动力转向机构布置方案2分配阀的机构方案分配阀有两种结构方案：分配阀中的阀与阀体以轴向移动方式来控制油路的称为滑阀式，以旋转运动来控制油路的称为转阀式。汽车设计电子教案9.5.3 液压式动力转向机构的计算1动力缸尺寸计算动力缸内径 动力缸壳体壁厚t，根据计算轴向平面拉应力来确定2分配滑阀参数的选择分配阀的泄漏量局部压力降3分配阀的回位弹簧回位弹簧的力在保证转向轻便的条件下，应尽可能取大些。回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 。21 1p4FLDdpL2Tz24DpnDtt3212r p dQe 3

15、21.38 10pv 汽车设计电子教案4动力转向器的评价指标动力转向器的作用效能路感 转向灵敏度动力转向器的静特性 hh/sFFSW2Di汽车设计电子教案9.6 转向梯形设转向梯形设计计9.6.1 理想的内、外轮转角关系ocotcotiKLoicotcotLLK9.6.2 整体式转向梯形机构的设计3cot4KL0.11 0.15mK汽车设计电子教案9.6.2 整体式转向梯形机构的设计初选了 和m以后，还需要校核这个梯形是否能满足要求，可以应用作图法进行校核。具体的作法如下：(1) 首先按式(9-54)初选转向梯形臂长m；按式(9-53)初选底角 ，画出中间位置时的转向梯形图，如图9.26所示；

16、(2) 再给出一系列内轮转角，通过作图求得对应的外轮转角。(3) 分别以A和B为原点， 把 和 画在图上，如图9.26所示。每对射线有一个交点，把这些交点连接起来，就得到在选定的梯形底角下的实际特性曲线。io汽车设计电子教案9.6.3 断开式转向梯形机构的设计1双横臂独立悬架横拉杆断开点位置确定1) 三心定理法(a) 悬架结构示意图 (b) 三心定理作图法示意图(c) 双横臂平行时的三心定理作图法汽车设计电子教案9.6.3 断开式转向梯形机构的设计1双横臂独立悬架横拉杆断开点位置确定2) 上下止点法汽车设计电子教案9.6.3 断开式转向梯形机构的设计2麦弗逊悬架横拉杆断开点位置确定汽车设计电子

17、教案9.6.4 转向传动机构强度计算1球头销2转向拉杆 3转向摇臂球头直径(mm)转向轮负荷(N)2060002260009000259000125002712500160003016000240003524000340004034000490004549000700005070000100000jFA222222wn4F dF eWW汽车设计电子教案9.7 转向杆系的布转向杆系的布置置9.7.1 前悬架采用非独立悬架的转向杆系布置 图9.36 整体式前桥运动分析图9.37 最佳的转向纵拉杆布置位置图9.38 板簧S变形对转向的影响汽车设计电子教案9.7.2 前悬架采用独立悬架的转向系统的布置

18、1齿轮齿条式转向器图9.39 MacPherson悬架与齿轮齿条式转向器(ETO)的布置图9.40 MacPherson悬架与齿轮齿条式转向器(CTO)系统的布置汽车设计电子教案2整体式转向器9.7.2 前悬架采用独立悬架的转向系统的布置图9.42 断开式转向梯形安装形式汽车设计电子教案9.8 四四 轮轮 转转 向向 四轮转向是现代乘用车采用的一项提高汽车操纵稳定性、操纵轻便性和机动性的关键技术措施。四轮转向汽车的后轮不仅可以与前轮同方向偏转，而且也可以与前轮的偏转方向相反。 乘用车四轮转向的控制系统有以下四种类型：(1) 按照汽车横向加速度车速进行控制。(2) 按照前轮转角车速进行控制。(3) 按照前轮转角进行控制。(4) 按照转角比车速进行控制。 在上述四项控制系统中前两项属微小转角控制，后两项为大转角控制。汽车设计电子教案9.8.1 四轮转向系统小转角控制1按照汽车横向加速度车速进行控制的4WS系统图9.43 按横向加速度车速进行控制的4WS系统图9.4