转向系的设计

1、摘 要转向器又名转向机、方向机，它是转向系中最重要的部件。历史上曾出现过许多种形式的转向器，随着汽车工业的飞速发展以及人们对于舒适、安全性能要求的不断提高，转向系统也随着科技的发展日新月异。转向器作为汽车的重要组成部分，也是决定汽车主动安全性的关键总成，它的质量严重影响汽车的操纵稳定性。目前较常用的有齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、循环球曲柄指销式、蜗杆滚轮式等。本设计以M1型车为设计对象，根据原有数据计算转向系的传动比，并确定齿轮齿条的几何参数。齿轮齿条式转向器总体设计，受力分析，及对齿轮齿条的疲劳强度校核、齿根弯曲疲劳强度校核。修正齿轮齿条式转向器中不合理的数据。转向系是用

2、来保持或者改变汽车行使方向的机构，转向系统应准确，快速、平稳地响应驾驶员的转向指令，转向行使后或受到外界扰动时，在驾驶员松开方向盘的状态下，应保证汽车自动返回稳定的直线行使状态。本次设计以某款轻型汽车转向器的参数作为依据，设计一款某轻型车的转向器。根据该车型对于市场的定位及对制造成本的考虑，同时参考同类车型的转向系统，将该车的转向系统设计为一款齿轮齿条转向器，对转向系系统做简单分析，并进行转向器零件设计、工艺性及尺寸公差等级分析，同时按以下步骤对转向器及零部件进行设计方案论证：第一步对所选的转向器总成进行剖析；第二步利用所学的知识对总成中的零部件进行力学分析和分析各项参数：汽车类型：M1 乘员

3、数：4 轴数：两轴 驱动形式:4×2 布置形式：FR 尺寸参数：（发动机排量1.6V2.5）轴距L2500mm 前悬LF835mm 后悬LR835mm C取0.6轮距B1400mm 车宽Ba1600mm轴间底部离地高hm200mm 室内高hB1200mm 车顶造型高度ht30mm 地板及下部零件高hp20mm人均整备质量取0.25/t*人-1汽车总质量ma=1375kg最高车速150km*h-1 比功率50kw*t-1 比转矩100N*m*t-1接近角25° 离去角20° 纵向通过半径5m静挠度200mm 动挠度80mm 偏频1.3Hz发动机最大功率51.81kw

4、最大功率转速4000r/min发动机最大转矩148.42N*m1转向系系统分析1.1转向系统的设计要求转向系是用来保持或者改变汽车行使方向的机构，包括转向操纵机构（转向盘、转向上、下轴、）、转向器、转向传动机构（转向拉杆、转向节）等。转向系统应准确，快速、平稳地响应驾驶员的转向指令，转向行使后或受到外界扰动时，在驾驶员松开方向盘的状态下，应保证汽车自动返回稳定的直线行使状态。图2-1 转向系1-方向盘； 2-转向上轴 ；3-托架； 4-万向节； 5-转向下轴； 6-防尘罩 ；7-转向器 ；8-转向拉杆1.2转向系统的要求如下：1.汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转，任何车轮不应有侧滑

5、。不满足这项要求会加速轮胎磨损，并降低汽车的行驶稳定性。2.汽车转向行驶后，在驾驶员松开转向盘的条件下，转向轮能自动回到直线行驶位置，并稳定行驶。3.汽车在任何形式状态下，转向轮都不能产生自振，转向盘没有摆动。4.转向传动机构和悬架导向装置共同工作时，由于运动不协调使车轮产生的摆动应该最小。5.保证汽车有较高的机动性，具有迅速和小转弯行驶能力。6.操纵轻便。7.转向轮碰撞到障碍物以后，传给方向盘的反冲力要尽可能小。8.在车祸中，当转型轴和转向盘由于车架或者车身变形而共同后移时，转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。9.进行运动的校核，保证转向轮与转向盘转动方向一致。2.结构方案分析齿轮

6、齿条转向器设计方案选择M1车型的整车参数名称驱动形式总质量（kg）满载轴荷（kg）发动机最大功率（kw）数值4×21980830/115051.81名称轴距(mm)轮距(mm)轮胎最小转弯半径（mm）数值25001400175 R13LT4.5根据所采用的转向传动副的不同，转向器的结构形式有多种。常见的有齿轮齿条式、循环球式、球面蜗杆滚轮式、蜗杆指销式等。对转向器结构形式的选择，主要是根据汽车的类型、前轴负荷、使用条件等来决定，并要考虑其效率特性、角传动比变化特性等对使用条件的适应性以及转向器的其他性能、寿命、制造工艺等。中、小型轿车以及前轴轴荷小于1.2t的客车、货车，多采用齿轮齿

7、条式转向器。球面蜗杆滚轮式转向器曾广泛应用在轻型和中型汽车上，例如：当前轴轴荷不大于2.5t且无动力转向和不大于4t带动力转向的汽车均可选用这种结构型式。循环球式转向器则是当前广泛使用的一种结构，高级轿车和轻性以及以上的客车、货车均多采用。转向器必须具备以下几种品质：在直驶位置时没有晃动；低摩擦，从而具有高效率；高刚性；可调整性。3.转向器设计与计算3.1转向系计算载荷的确定为了行驶安全，组成转向系的各零件应有足够的强度。欲验算转向系零件的强度需首先确定作用在各零件上的力。影响这些力的主要因素有转向轴的负荷，路面阻力和轮胎气压等。为转动转向轮要克服的阻力，包括转向轮绕主销转动的阻力、车轮稳定阻

8、力、轮胎变形阻力和转向系中的内摩擦阻力等。3.1.1原地转向阻力矩精确地计算这些力是困难的，为此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，式中，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）。=55% g=55%*(1375+80+75*4)*9.8N =945.945N= M=14473.19f=100=0.7按汽车设计，取满载质量m的55%p=0.22Mpa车整备质量=1375kg3.1.2转向盘上的作用力作用在转向盘上的作用力为：。式中为转向垂臂长度；为转向节壁长度；R为转向盘半径；为转向器传动比；为转向器传动

9、效率。由汽车设计，在0.851.1之间，可近似是1。 = =2344.6N=2344.6*0.4*0.5 =468.92转向盘直径R在380550mm之间，选R=400mm齿轮齿条最大正传动效率=90%转向器角传动比在1719间，选=183.2齿轮齿条设计齿轮齿条转向器的齿轮多数采用斜齿轮。齿轮模数多在23mm之间，主动小齿轮齿数多数在57个齿范围变化，压力角去，齿轮螺旋角的取值范围多为。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。变速比的齿轮压力角，对现有结构在范围内变化。此外，设计时应验算齿轮的抗弯强度和接触强度 。齿条选用45钢制造，而主动小齿轮选用20Cr

10、Mo材料制造，为减轻质量壳体用铝合金压铸。正确啮合条件：；根据设计的要求，齿轮齿条的主要参数见下表：表1 齿轮齿条的主要参数名称齿轮齿条齿数Z622模数Mn2.52.5压力角螺旋角1= 2=-变位系数Xn00齿轮： = =15.3 齿顶高 齿轮： = 2.5 齿条：2.5 齿根高 齿轮： = 3.125 齿条： = 3.125 齿全高 h齿轮：5.625 齿条：5.625 齿顶圆 齿轮： = 20.3 齿根圆 齿轮：9.05 基圆直径 由 得20.41齿轮： 表2 齿轮齿条的结构尺寸名称齿轮齿条分度圆直径15.3齿顶高 2.52.5齿根高 3.1253.125齿全高 h5.6255.625齿顶

11、圆 20.3齿根圆 9.05基圆直径 14.34齿宽b40204.1转向梯形4.1.1整体式转向梯形整体式转向梯形是由转向横拉杆、转向梯形臂和汽车前轴组成。其中梯形臂呈收缩向后延伸。优点是构造简单，调整前束容易，制造成本低；缺点是一侧转向轮上、下跳动时，会影响另一侧的转向轮。4.1.2断开式转向梯形转向梯形的横拉杆做成断开的，称之为断开式转向梯形。断开式转向梯形的主要优点是它与前轮采用独立悬架相配合，能够保证一侧车轮上、下跳动时，不会影响另一侧车轮。与整体式转向梯形比较，由于其杆系、球头增多，所以结构复杂；制造成本高；并且调整前束比较困难。4.2转向梯形的布置为保证汽车形式的安全性，在一般情况下应该尽量将梯形布置在前轴之后，横拉杆的高度应该在前轴下表面以上15mm处，以避免障碍物的装机。只有在发动机的位置很低或者车前轴是驱动轴时，由于梯形臂的横拉杆难于布置时才不得不把转向梯形放在前轴之前，此时横拉杆位置应该尽量高些。设计工作总结通过此次设计，我把我所学习到的知识进行了比较全面的运用和对其相关知识进一步的了解。在这次的设计中,我系统接触并了解汽车转向器尤其是齿轮齿条式转向器的工作原理以及基本构造。通过对转向器的设计,我对当今汽车转向器也