汽车设计转向ppt课件

1、第七章转向系设计.7-1概述7-2机械转向器方案分析7-3转向系主要性能参数7-4机械转向器设计计算7-5动力转向机构7-6转向梯形7-7转向减震器7-8转向系构造元件.如今运用最广泛的是哪两种转向器？各运用于什么场所？转向防伤机构的要求是什么？主要采用什么措施？如何选择转向器的间隙特性和传动比特性？断开式转向梯形断开点选择的原那么是什么？整体式转向梯形断的优化参数和优化目的是什么？本章重点.转向系的功用及组成汽车行驶方向的改动是由驾驶员经过支配转向系来改动转向轮(普通是前轮)的偏转角度实现的。转向系不仅可以改动汽车的行驶方向，使其按驾驶员规定的方向行驶，而且还可以抑制由于路面侧向干扰力使车轮

2、自行产生的转向，恢复汽车原来的行驶方向。汽车转向系组成普通由转向支配机构、转向器、转向传动机构三部分组成，但随着转向系的类型不同，其构造组成又有所差别。7-1 概述.转向系设计要求：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。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。-转向梯形2)汽车转向行驶后，在驾驶员松开转向盘的条件下，转向轮能自动前往到直线行驶位置，并稳定行驶。-转向轮定位3)汽车在任何行驶形状下，转向轮不得产生自振，转向盘没有摆动。-转向减震器4)转向传动机构和悬架导向安装共同任务时，由于运动不协调使车轮产生的摆动应最小。5)保证汽车有较高的机动性

3、，具有迅速和小转弯行驶才干。 Rmin=2-2.5L.转向系设计要求：6) 支配轻便。Fh和n见下页7) 转向轮碰撞到妨碍物以后，传给转向盘的反冲力要尽能够小。 防打手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。间隙调整9) 在车祸中，当转向轴和转向盘由于车架或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损伤的防伤安装。防伤机构10) 进展运动校核，保证转向盘与转向轮转动方向一致。.7作用在转向盘上的切向力： 轿车原地转向150200N 货车原地转向500N 货车8字转向60N20Km/h 方向盘转角 轿车、轻货车：34圈 中、重货车：46圈.7-2 机械转向

4、器方案分析转向系的类型 汽车转向系根据其转向能源的不同，可以分为机械转向系和动力转向系两大类型。1机械转向系以驾驶员的膂力作为转向能源，又称为人力转向系。.2动力转向系构造组成 动力转向系兼用驾驶员的膂力和发动机动力作为转向能源，并且以发动机动力作为主要能源。 动力转向系是在机械转向系根底上加设一套转向加力安装而成的 转向加力安装包括转向油罐、转向油泵、转向控制阀和转向动力缸等。转向油泵由发动机驱动，以产生高压油液。.10一、机械式转向器方案分析比较内容 循环球蜗杆滚轮蜗杆指销式 齿轮齿条式死销活销+高低低较高高-高低较高较高高I可变基本不变可变可变可变磨损慢慢快较快较慢调整易难易易易可靠性可

5、靠可靠较差较可靠可靠.11一、机械式转向器方案分析比较内容 循环球蜗杆滚轮蜗杆指销式 齿轮齿条式死销活销结构复杂简单简单较复杂简单制造困难易易较难易制造精度高不高不高变I高变I高可否用动力转向可困难困难困难可以质量居中居中双销重单销轻轻.12用途： 1.齿轮齿条式：广泛用于微型、普通、中高级轿车，部分前悬独立的货车、客车 2.循环球式：广泛用于货车、客车 3.蜗杆滚轮式：濒临淘汰 4.蜗轮指销式：淘汰.1、齿轮齿条式转向器 齿轮齿条式转向器的主要优点：构造简单、紧凑、体积小、质量轻；传动效率高达90%；可自动消除齿间间隙(图7-1所示)；没有转向摇臂和直拉杆，转向轮转角可以增大；制造本钱低。

6、齿轮齿条式转向器的主要缺陷： 逆效率高60%70%。 因此，汽车在不平路面上行驶时，发生在转向轮与路面之间的冲击力，大部分能传至转向盘。 .齿轮齿条式转向器的几种方式中间输入，两端输出侧面输入，两端输出侧面输入，中间输出侧面输入，一端输出.齿条的翻转力矩转向拉杆施加的在齿条上使其沿齿条轴向转动的力矩侧面输入，中间输出从上面看受力图从前面看.齿条断面外形圆形V形Y形减磨垫片齿条齿轮托座圆形断面齿条制造工艺比较简单。V形和Y形断面齿条与圆形断面比较，耗费的资料少，故质量小。 可防止齿条旋转。.齿形：采用斜齿，重合度大，运转平稳，可以设计齿轮齿条转向器的滑磨率，减低逆效率而防止打手；齿轮轴线还可以倾

7、斜以利于布置，广泛采用。齿条倾角安装角.根据齿轮齿条式转向器和转向梯形相对前轴位置的不同，在汽车上有四种布置方式：转向器位于前轴后方，后置梯形；转向器位于前轴后方，前置梯形；转向器位于前轴前方，后置梯形；转向器位于前轴前方，前置梯形。齿轮齿条式转向器广泛运用于微型、普通级、中级和中高级轿车上。装载量不大、前轮采用独立悬架的货车和客车也用齿轮齿条式转向器。 图7-3 齿轮齿条式转向器的四种布置方式 .2、循环球式转向器第一级是螺杆螺母，之间有钢球，将滑动摩擦变为滚动摩擦。第二级是齿条齿扇，齿扇是变齿厚的，类似于直齿锥齿轮的轮齿，以利于调整间隙。寿命长，效率高。与图78对照看.循环球式转向器的优点

8、是：传动效率可到达75%-85%；转向器的传动比可以变化；任务平稳可靠；齿条和齿扇之间的间隙调整容易；适宜用来做整体式动力转向器。 循环球式转向器的主要缺陷是：逆效率高，构造复杂，制造困难，制造精度要求高。循环球式转向器主要用于货车和客车上。 .要求GBll5571998防止汽车转向机构对驾驶员损伤的规定3 技术要求31 不装人体模块的整备车辆以48.353.1kmh之间的车速正面撞击妨碍壁时，转向柱管和转向轴的上端允许沿着平行于汽车纵向中心线的程度方向向后窜动，但其窜动量不得大于127mm在动态下丈量。32 人体模块以24.10+1.2 kmh的速度程度撞击转向盘时，作用在转向盘上的程度力不

9、得大于11123N。二、防伤平安机构方案分析计算 .措施减少转向盘、转向轴的后移采用吸能的转向盘、转向轴、转向柱管 吸能方式 吸能元件 塑性弹性 摩擦 盘 轴 管柱 有关资料分析阐明：汽车正面碰撞时，转向盘、转向管柱是使驾驶员受伤的主要元件。.a、万向节衔接转向轴 不断开，不吸能。构造简单，利于布置，.b、两段式防伤转向轴 断开，吸能少。构造简单，但是效果能够不理想. c、联轴套管 塑料销钉铆接，轴向滑动管柱，不断开，吸能。其中2为注塑销钉。断开时长度缩短，塑料增大摩擦并吸能。撞后不断开。 .d、弹性联轴器 断开，吸能。构造简单，制造容易，但是弹性垫片会降低转向系统的改动刚度。弹性垫片.e、网

10、格状转向吸能管柱 依托管柱与套管的挤压来吸收冲击能量。设计时选择适宜套管间的过盈量，满足所要求的压紧力。转向管柱套管.一、转向器的效率 1 、含义： 功率P1从转向轴输入，经转向摇臂轴输出所求得的效率称为转向器的正效率，用符号+表示；反之称为逆效率，用符号表示。 正效率+ 计算公式： +=P1-P2/P1 逆效率 计算公式： =P3-P2/P3式中， P1为作用在转向轴上的功率；P2为转向器中的磨擦功率；P3为作用在转向摇臂轴上的功率。 7-3 转向系主要性能参数.292、正效率影响要素： 影响转向器正效率的要素有转向器的类型、构造特点、构造参数和制造质量等。 转向器类型和构造特点循环球式螺杆

11、螺母指销式70螺杆螺母齿扇式7585齿轮齿条式螺旋齿80%斜齿75%蜗轮指销式固定销55旋转销75蜗杆滚轮式滚针轴承54%锥轴承70%滚珠轴承75 .30蜗杆、螺杆类0螺线导程角 摩擦角， =tg-1f f摩擦系数0 +.313、逆效率： 根据逆效率分类： 可逆式：逆效率较高，如循环球式、齿轮齿条式 不可逆式： 0，-0 ，现不采用极限可逆式：介于以上二者之间 0普通取8100 -.32逆效率影响汽车的运用性能 正常路面作用在车轮上的力，经过转向系可大部分传送到转向盘，这种逆效率较高的转向器属于可逆式。它能保证转向轮和转向盘自动回正，既可以减轻驾驶员的疲劳，又可以提高行驶平安性。 但是，在不平

12、路面上行驶时，传至转向盘上的车轮冲击力，易使驾驶员疲劳，影响平安行驾驶。.33二、传动比的变化特性 1、转向系传动比的组成：转向系传动比 转向系角传动比转向器角传动比转向传动机构角传动比转向系力传动比 .角传动比力传动比转向盘转动角速度 同侧转向节偏转角速度 不严厉的讲，就是转向盘转角与转向轮转角之比转向盘手力两个转向轮阻力和.转向系的角传动比 由转向器角传动比 和转向传动机构角传动比 组成，即 转向器的角传动比: 转向传动机构的角传动比: .2.力传动比与转向系角传动比的关系 转向阻力Fw与转向阻力矩Mr的关系式：作用在转向盘上的手力Fh与作用在转向盘上的力矩Mh的关系式：将式7-3、式7-

13、4代入 后得到 7-3 7-4 7-5 .假设忽略磨擦损失，根据能量守恒原理，2Mr/Mh可用下式表示 将式7-6代入式7-5后得到 当a和Dsw不变时，力传动比 越大，虽然转向越轻，但 也越大，阐明转向不灵敏。 7-6 7-7 2.力传动比与转向系角传动比的关系 .3.转向系的角传动比 转向传动机构角传动比可用 表示以外，还可以近拟地用转向节臂臂长L2与摇臂臂长L1之比来表示， 在汽车构造中，L2与L1的比值大约在0.851.1之间，可近似以为其比值为1那么由此可见，研讨转向系的传动比特性，只需研讨转向器的角传动比 及其变化规律即可。 .4.转向器角传动比及其变化规律 增大角传动比可以添加力

14、传动比。当Fw一定时，增大力传动比能减小作用在转向盘上的手力Fh，使支配轻便。 同时，对于一定的转向盘角速度，转向轮偏转角速度与转向器角传动比成反比。角传动比添加后，转向轮偏转角速度对转向盘角速度的呼应变得愚钝，汽车转向灵敏性降低，所以“轻和“灵构成一对矛盾。 为处理这对矛盾，可采用变速比转向器。 齿轮齿条式、循环球式、蜗式指销式转向器都可以制成变速比转向器。 .齿轮齿条变传动比的原理原理： 互啮合齿轮的基圆齿距必需相等， 即 Pbl=Pb2 齿轮基圆齿距Pbl=mlcos1齿条基圆齿距 Pb2=m2cos2 mlcos1m2cos2 让齿轮具有规范模数m1和规范压力角a1，经过改动不同位置处

15、齿条压力角2和模数m2变来获得传动比。节圆 齿轮齿条式转向器齿条中部转向盘中间位置压力角最大，齿轮节圆半径大，转向时位移大，转向灵敏。中间小 两侧压力角逐渐变小模数也逐渐减小，齿轮节圆半径小，转向时位移小，转向灵敏度下降，但转向轻便。两边大.转向器角传动比的选择 转向器角传动比可以设计成减小、增大或坚持不变的。影响选取角传动比变化规律的主要要素是转向轴负荷大小和对汽车机动才干的要求。 假设转向轴负荷小或采用动力转向的汽车，不存在转向繁重问题，应取较小的转向器角传动比，以提高汽车的机动才干。 循环球式转向器 i=2r/P 措施：螺距P不变，齿扇啮合半径r变化 .转向系(器)的传动比的变化对转向轴

16、荷较小，或者安装动力转向的车辆 中间位置传动比大为了高速支配的稳定性，由于过小会使车辆反响过于灵敏，很难支配；传动比大导致路感差；两端小那么为满足低速支配灵敏性。 .转向器角传动比的选择 假设转向轴负荷大，汽车低速急转弯时的支配轻便性问题突出，应选用大些的转向器角传动比。 汽车以较高车速转向行驶时，要求转向轮反响灵敏，转向器角传动比该当小些。 汽车高速直线行驶时，转向盘在中间位置的转向器角传动比不宜过小。否那么转向过分敏感，使驾驶员准确控制转向轮的运动有困难。 转向器角传动比变化曲线应选用大致呈中间小两端大些的下凹形曲线。.1、转向器传动间隙特性 转向器传动间隙随转向盘转角变化的关系称为转向器

17、传动间隙特性 影响汽车直线行驶的稳定性和转向器寿命，转向盘处于中间位置时，间隙要极小或者无间隙三、转向器传动副的传动间隙t .转向器传动副的传动间隙t要求：间隙中间小， 两边大。新的磨损后的调整过的 传动副的传动间隙在转向盘处于中间及其附近位置时要极小，最好无间隙。假设转向器传动副存在传动间隙，一旦转向轮遭到侧向力作用，车轮将偏离原行驶位置，使汽车失去稳定。 传动副在中间及其附近位置因运用频繁，磨损速度要比两端快。在中间附近位置因磨损呵斥的间隙过大时，必需经调整消除该处间隙。.462、获得传动间隙特性的方法： 对于循环球齿轮齿扇式： 1偏心法：齿槽同宽，中间齿正常厚度，往两边依次递减。当n一定

18、时，取决于摇臂轴转角p 2修正齿条法：两侧齿槽比中间宽，两侧齿槽相等，齿扇的齿有一样厚度。磨损后不致卡死。.四、转向系计算载荷确实定 为转动转向轮要抑制的阻力，包括转向轮绕主销转动的阻力、车轮稳定阻力、轮胎变形阻力和转向系中的内磨擦阻力等。 1、计算汽车在沥青或者混凝土跨面上的原地转向阻力矩MRNmm的半径阅历公式式中，f为轮胎和路面间的滑动磨擦因数，普通取0.7；G1为转向轴负荷N；p为轮胎气压MPa。 2、作用在转向盘上的手力为 式中，L1转向摇臂长；L2为转向节臂长；Dsw为转向盘直径；i为转向器角传动比；+为转向器正效率。对给定的汽车，计算出来的的作用力是最大值。 .48设计原那么：

19、当前轴负荷大于40KN时，必需采用动力转向； 当前轴负荷在2540KN之间时，可装可不装； 当前轴负荷小于25KN时，不用装动力转向。第五节动力转向机构 动力转向系统那么是在驾驶员的控制下，借助于汽车发动机产生的液体压力或电动机驱动力来实现车轮转向。 .一、设计要求 1.运动学的随动转向轮转角和方向盘转角的关系； 2.力的随动路感即不同路面上，驾驶员的手力觉得 ；3.动力转向失灵时，仍可以用机械转向支配； 4.当Fh0.0250.19KN时，动力转向起作用 ；5.应可以自动回正，保证汽车稳定、直线行驶； 6.任务灵敏，密封性能好，内、外走漏少。.动力转向动力转向的根本要求GB 17675-19

20、99 汽车转向系 根本要求： 不得装用全动力转向机构。 转向系统中的液压、气压或电气部件部分或全部失效后，转向系统必需有控制汽车行驶方向的才干。 因此，如今的动力转向普通是在原来机械转向系统的根底上添加助力机构实现的，机械机构用于平安贮藏. 液压式动力转向机构是由分配阀、转向器、动力缸、液压泵、贮油罐和油管等组成。 根据分配阀、转向器和动力缸三者相互位置的不同，它分为整体式图7-12a和分置式两类。 分置式按分配阀所在位置不同又分为：联阀式图7-12b、连杆式图7-12c 和 半分置式图7-12d 。图7-12 动力转向机构布置方案1分配阀 2转向器 3动力缸 一动力转向构造方式 1.液压式：

21、尺寸小，压力大，灵敏度高，可吸收冲击，无需光滑； 2.气压式：体积大，质量大，灵敏度低，压力低二、液压式动力转向机构布置方案分析 .在分析比较动力转向机构布置方案时，要思索以下几个方面： 1构造上能否紧凑； 2转向器主要零件能否接受由动力缸建立起来的 载荷； 3拆装转向器能否容易； 4管路，特别是软管的管路长短； 5转向轮在侧向力作用下能否容易产生摆振； 6能不能采用典型转向器等方面。.三、液压式动力转向器的评价目的 1动力转向器的作用效能用效能目的s=Fh/Fh来评价动力转向器的作用效能。 现有动力转向器的效能目的s=115。 2路感在最大任务压力时，轿车：换算以转向盘上的力添加约3050N

22、，货车：添加80100N。 3转向灵敏度 转向灵敏度可以用转向盘行程与滑阀行程的比值来评价 比值 越小，那么动力转向作用的灵敏度越高。高级轿车的 值在6.7以下。转向灵敏度也可以用接通动力转向时，作用到转向盘的手力的转角来评价，要求此力在20-50N，转角在1015范围。 .4动力转向器的静特性 动力转向器的静特性是指输入转矩与输出转矩之间的变化关系曲线，是用来评价动力转向器的主要特性目的。用输入转矩M与输出油压p之间的变化关系曲线来表示动力转向的静特性。 常将静特性曲线划分为四个区段。在输入转矩不大的时候，相当于图中A段；汽车原地转向或调头时，输入转矩进入最大区段图中C段；B区段属常用快速转

23、向行驶区段；D区段曲线就阐明是一个较宽的平滑过渡区间。 图7-13 静特性曲线分段表示图 要求动力转向器向右转和向左转的静特性曲线应对称。对称性可以评价滑阀的加工和装配质量。要求对称性大于0.85。 .能量耗费大。液压动力转向系统需求发动机带动液压油泵，使液压油不停地流动，浪费了部分能量。 构造复杂，可靠性差。液压动力转向系统必需有动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮等 ，任务介质为油液，易走漏。助力特性难以满足要求。主要问题具有固定放大倍率，支配轻便型和支配稳定性难以兼顾。液压式动力转向系统的缺陷为此采用车速感应型动力转向机构，有电控液压动力转向和电动助力转向系统. 具有

24、固定放大倍率的动力转向系统的主要缺陷放大倍率小，可减小汽车在停车或低速行驶形状下转动转向盘的力，但当汽车以高速行驶时，会使转动转向盘的力显得太小，不利于对高速行驶的汽车进展方向控制方向发飘；反之，放大倍率大，可添加汽车在高速行驶时的转向力，但当汽车停驶或低速行驶时，转动转向盘就会显得非常费劲转向繁重。 支配轻便型(低速形状)和支配稳定性(高速形状)难以兼顾。.是在传统的液压动力转向系统的根底上增设了控制液体流量的电磁阀、车速传感器和电子控制单元等，电子控制单元根据检测到的车速信号，控制电磁阀，使转向动力放大倍率实现延续可调，从而满足高、低速时的转向助力要求。 四、电控液压动力转向 这些安装保管

25、了原来的液压系统，所以构造复杂，本钱提高。.电控液压动力转向 EHPS表示图.电控液压动力转向 一种EHPS电动泵.电控液压动力转向 EHPS的车速感应功能EHPS的特性.分类液压式电子控制动力转向系统是在传统的液压动力转向系统的根底上增设电子控制安装而构成的。根据控制方式的不同，液压式电子控制动力转向系统又可分为流量控制式、油压反响控制式反力控制式、动力缸分流控制式和阀特性控制式阀灵敏度控制式几种方式。 . 流量控制式动力转向系统就是根据车速传感器的信号，控制电磁阀阀针的开启程度，从而控制转向动力缸活塞两侧油室的旁路液压油流量，来改动转向盘上的转向力。 车速越高，流过电磁阀电磁线圈的平均电流

26、值越大，电磁阀阀针的开启程度越大，旁路液压油流量越大，液压助力作用越小，使转动转向盘的力也随之添加。这就是流量控制式动力转向系统的任务原理。 流量控制式.电动助力转向系统上世纪80年代开场研制并商品化的电动助力转向EPS系统近年来在国内外得到迅速开展。早在1988年，这种转向系统首先装在日本的Suzuki Corvo 助力安装.电动助力转向系统任务原理转向轴装转向盘衔接转向器.电动式助力转向系统的优点：有许多液压式动力转向系统所不具备的优点： 1将电动机、离合器、减速安装、转向杆等各部件装配成一个整体，这既无管道也无控制阀，使其构造紧凑、质量减轻。普通电动式EPS的质量比液压式EPS质量轻25

27、%左右。 2没有液压式动力转向系统所必需的常运转转向油泵，电动机只是在需求转向时才接通电源，所以动力耗费和燃油耗费均可降到最低。 3省去了油压系统，所以不需求给转向油泵补充油，也不用担忧漏油。 4可以比较容易地按照汽车性能的需求设置、修正转向助力特性。.电动助力转向系统分类转向轴式转向齿轮式 双齿轮式 滚珠丝杠杆式齿条式.电动助力转向系统的特点助力特性可以根据车速调理转向盘转矩电动机电流150km/h0km/h.电动助力转向系统的特点助力特性曲线外形可调转向盘转矩电动机电流调理可以采用软件进展，减少开发本钱和周期68Nm12 NmP238，要求3偏大.电动助力转向系统的特点节能环保构造紧凑符合汽车的开展方向电动技术含量要求较高，目前国内不成熟助力不可以很大.全电动转向线控转向Steer-By-Wire特点：取消了转向盘和转向轮之间