现代汽车构造 汽车设计-转向系设计 学习课件

汽车设计转向系设计二○一○年十一月山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计本章主要学习：（1）转向系的设计要求；（2）转向系主要性能参数；（3）机械式转向器方案分析与设计计算；（4）动力转向机构的设计要求与方案分析；

（5）转向梯形机构方案及整体式转向梯形机构优化设计。

1—转向盘2—转向轴3—转向万向节4—转向传动轴

5—转向器6—转向摇臂7—转向直拉杆8—转向节臂

9—左转向节10,12—梯形臂11—转向横拉杆

转向系：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。山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第七章

转向系设计第一节概述第二节机械式转向器方案分析第三节转向系主要性能参数第四节机械式转向系设计计算第五节动力转向机构第六节转向梯形第七节转向减振器（自学）第八节转向系结构元件（自学）山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第一节概

述一、转向系的主要设计要求

(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。（2）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。（3）在任何行驶状态下，转向轮不得产生自振，转向盘没有摆动。（4）转向传动机构和悬架导向装置产生的运动不协调，应使车轮产生的摆动最小。（5）转向灵敏，最小转弯直径小。山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第一节概

述一、转向系的主要设计要求（6）操纵轻便。（7）转向轮碰撞到障碍物以后，转向轮传给转向盘的反冲力要尽可能小。（8）转向器和转向传动机构中应有间隙调整机构。（9）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，

转向盘转动方向与汽车行驶方向的改变相一致。山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第一节概

述二、转向系的分类与组成转向操纵机构转向器转向传动机构山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第一节概

述

三、转向系设计时注意的几个问题（1）正确设计转向梯形机构，可以保证汽车转弯行驶时，全部车轮绕瞬时转向中心旋转。

（2）转向轮的自动回正能力决定于转向轮的定位参数和转向器逆效率的大小。合理确定转向轮的定位参数，正确选择转向器的形式，可以保证汽车具有良好的自动回正能力。

（3）转向系中设置有转向减振器时，能够防止转向轮产生自振，同时又能使传到转向盘上的反冲力明显降低。

（4）为使汽车具有良好的机动性能，必须使转向轮有尽可能大的转角，或采用多轴转向。山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第一节概

述

三、转向系设计时注意的几个问题（5）转向操纵的轻便性通常用转向时驾驶员作用在转向盘上的切向力大小和转向盘转动圈数多少两项指标来评价。

轿车

货车机械转向50~100N（≤150～200N）250N（≤500N）动力转向20~50N

120N

轿车转向盘从中间位置转到第一端的圈数不得超过2圈，货车则要求不超过3圈。近年来，电动、电控动力转向器已有逐步取代传统液压动力转向器，快速转入商品装车使用。山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计

第二节机械式转向器方案分析一、机械式转向器方案分析按机械式转向器结构特点分类

齿轮齿条式转向器循环球式转向器蜗杆滚轮式转向器蜗杆指销式转向器

二、防伤安全机构方案分析计算三、转向盘的尺寸及布置山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第二节机械式转向器方案分析一、机械式转向器方案分析1.齿轮齿条式

主要优点：结构简单、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；制造成本低。

主要缺点：逆效率高（60%~70%）。在不平路面上行驶时，

转向轮与路面之间的冲击力，大部分能传至转向盘（反冲）。

应用：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。山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第二节机械式转向器方案分析一、机械式转向器方案分析图7-2齿轮齿条式转向器的四种形式

1.齿轮齿条式

转向器形式（根据输入齿轮位置和输出特点）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，一端输出山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第二节机械式转向器方案分析一、机械式转向器方案分析1.齿轮齿条式侧面输入，中间输出形式

拉杆与齿条的螺栓连接可使得拉杆长度增加，有利于减少与悬架系的干涉斜齿圆柱齿轮与斜齿齿条啮合副转向器壳体需开槽山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第二节机械式转向器方案分析一、机械式转向器方案分析

齿条断面形状有O形、V形和Y形三种。圆形断面齿条制作工艺比较简单。V形和Y形断面齿条与圆形断面比较，消耗的材料少，故质量小。

1.齿轮齿条式山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第二节机械式转向器方案分析一、机械式转向器方案分析

转向器在车上的布置形式1.齿轮齿条式（转向器与转向梯形与前轴的相对位置）山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第二节机械式转向器方案分析一、机械式转向器方案分析2.

循环球式转向器两级传动副：由螺杆-钢球-螺母构成的传动副；螺母上齿条与摇臂轴上齿扇构成的传动副。优点：传动效率较高（75%

~85%）；转向器传动比可变；工作平稳可靠；齿条和齿扇之间的间隙调整容易；适合做整体式动力转向器。缺点：逆效率高，结构复杂，制造困难，制造精度要求高。应用：主要用于商用车（货车和客车）上。

山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第二节机械式转向器方案分析一、机械式转向器方案分析2.

循环球式

循环球式转向器：齿条和齿扇之间的间隙调整机构

山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第二节机械式转向器方案分析一、机械式转向器方案分析3.蜗杆滚轮式

蜗杆滚轮式转向器由蜗杆和滚轮啮合而构成。

主要优点是：结构简单；制造容易；强度比较高、工作可靠、寿命长；逆效率低。

主要缺点是：正效率低；调整啮合间隙比较困难；传动比不能变化。4.蜗杆指销式

蜗杆指销式转向器有固定销式和旋转销式两种形式。根据销子数量不同，又有单销和双销之分。

（已淘汰）（濒临淘汰）山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第二节机械式转向器方案分析一、机械式转向器方案分析比较内容

循环球式蜗杆滚轮蜗杆指销式齿轮齿条式死销活销η+高低低较高高η-高低较高较高高Iω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靠可靠较差较可靠可靠山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第二节机械式转向器方案分析一、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Iω高变Iω高可否用动力转向可以困难困难困难可以质量居中居中双销重单销轻轻山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第二节机械式转向器方案分析二、防伤安全机构方案分析计算1.要求（国标GB11557-1998）1.48km/h正面碰撞时，转向管柱和转向器后移不大于127mm2.台架试验中，模型以6.7m/s碰撞转向盘，轴向力不大于11123N吸能方式吸能元件塑性弹性摩擦盘轴管柱山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第二节机械式转向器方案分析二、防伤安全机构方案分析计算2.具体的结构方案万向节连接转向轴

不能吸收碰撞能量，但其结构简单。万向节连接的两轴之间存在夹角，正面撞车后，转向盘没有后移（转向器处在图中双点划线的位置，）便不会影响驾驶员安全。转向轴上设置万向节不仅提高安全性，而且有利于使转向盘和转向器在汽车上得到合理布置，提高了操纵方便性，拆装容易。山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第二节机械式转向器方案分析二、防伤安全机构方案分析计算2.方案措施两段式防伤转向轴山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第二节机械式转向器方案分析二、防伤安全机构方案分析计算

2.方案措施

转向管柱塑料销钉铆接管柱波纹管转向管柱轴向滑动管柱弹性联轴器连接管柱网格状转向吸能管柱塑料销钉铆接安全联轴套管山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计

弹性联轴节第二节机械式转向器方案分析二、防伤安全机构方案分析计算弹性垫片轴线可移动，缓和冲击，且能撕裂直至断开，这时，突缘斜面上的轴向力和径向力相等，其最大值由弹性垫片的强度来决定。

(可取Fx=9000N)结构简单，制造容易，应注意弹性垫片的存在会降低扭转刚度

山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第二节机械式转向器方案分析二、防伤安全机构方案分析计算式中，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。

吸能转向管柱套管间的过盈量山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计转向盘由轮毂、轮缘和轮辐组成。若采用大直径的转向盘，会使驾驶人员进出驾驶室感到困难；若采用小直径的转向盘，则在转向时要求驾驶人员施加较大的力量。转向盘布置过高会影响人对道路和仪表盘的视野；转向盘布置过低，则在操纵离合器、制动踏板时影响驾驶人员腿部的动作。在选择转向盘直径时，应考虑与汽车的类型和大小相适应。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。第二节机械式转向器方案分析三、转向盘的尺寸及布置山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第三节转向系主要性能参数一、转向器的效率η

二、传动比的变化特性三、转向器传动副的传动间隙Δt与角传动比的关系转向系传动比角传动比力传动比转向器传动机构正效率，逆效率传动间隙特性及如何获取传动间隙特性四、转向系的刚度Cs

山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第三节转向系主要性能参数转向效率

山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第三节转向系主要性能参数一、转向器的效率

1.转向器的正效率：功率由转向轴输入，经转向摇臂输出所得到的效率影响因素：转向器类型和结构特点结构参数制造质量山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第三节转向系主要性能参数一、转向器的效率

（1）转向器类型和结构特点影响正效率的因素循环球式螺杆-螺母指销式：70％螺杆-螺母齿扇式：75～85％齿轮齿条式螺旋齿斜齿（90％）1.

转向器的正效率η+

山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第三节转向系主要性能参数一、转向器的效率

1.

转向器的正效率η+

（2）结构参数与效率α0η+α0

—

螺线导程角,一般取8～10°Ρ

—

摩擦角，ρ=arctan（f）

f

—

摩擦系数对蜗杆和螺杆类转向器：山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第三节转向系主要性能参数一、转向器的效率

2.

转向器的逆效率η-

转向器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：α0≤ρ，η-≤0极限可逆式：介于以上二者之间转向系的逆效率表征的是：功率从车轮到转向盘的传递特性，只能应用实验的方法确定在实际载荷下的转向器的逆效率

山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计α0—螺线导程角,一般取

8～10°ρ—摩擦角，ρ=arctan

ff—摩擦系数α0η-第三节转向系主要性能参数一、转向器的效率

2.

转向器的逆效率η-

对蜗杆和螺杆类转向器轴承，只考虑啮合副的摩擦损失：山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第三节转向系主要性能参数二、传动比的变化特性1.转向系传动比转向系传动比角传动比转向器角传动比iω转向传动机构角传动比i

'ω力传动比轮胎与地面间的转向阻力与方向盘上手力之比

ip

=以循环球式为例山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第三节转向系主要性能参数二、传动比的变化特性1.转向系传动比山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第三节转向系主要性能参数二、传动比的变化特性2.力传动比与角传动比的关系

当主销偏移距a和转向盘直径Dsw不变时，力传动比ip越大，则转向越轻，但也越大，表明转向不灵敏。Mh山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第三节转向系主要性能参数二、传动比的变化特性2.力传动比与角传动比的关系车型主销偏移距a商用车40~60mm乘用车(0.4~0.6)B

胎宽a转向盘直径在380~550mm的标准系列内选择山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第三节转向系主要性能参数二、传动比的变化特性3.转向系的角传动比iω0

转向传动机构的角传动比近似等于转向节臂臂长l2与摇臂臂长l1之比来表示：转向系角传动比iω0

近似等于

转向器角传动比iω山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第三节转向系主要性能参数二、传动比的变化特性4.转向器角传动比iω及其变化规律1)增大iω，则ip↑，由ip=2Fw/Fh，

故Fh↓，则：转向轻便2)iω0=Δ

／Δβk，转向节角增量与转向系角传动比成反比，增大iω(iω0)，则：转向迟钝；

如何解决转向“轻”与“灵”的矛盾？

—将各种转向器制成变速比转向器。山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第三节转向系主要性能参数二、传动比的变化特性4.转向器角传动比iω及其变化规律

齿轮齿条转向器变速比工作原理相互啮合的齿轮基圆齿距必须相等，即

Pb1=Pb2

如果m1、α1固定，而m2、α2的变化只要满足等式要求，齿轮和齿条仍然可以正常啮合。

一般是采用一个变位小齿轮(其各齿形状完全相同)与一个变模数、变压力角的齿条相啮合，实现变速比传动。山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第三节转向系主要性能参数二、传动比的变化特性齿轮齿条转向器变速比工作原理

齿条中部齿：

压力角最大，齿轮节圆半径大，转向时位移大（iω小

）齿条压力角α2变化（12°～

35°～12°）齿条两端齿压力角逐渐变小（模数也逐渐减小），齿轮节圆半径小，转向时位移小（iω大）小齿轮的节圆半径山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第三节转向系主要性能参数二、传动比的变化特性4.转向器角传动比iω及其变化规律

循环球齿条齿扇转向器

变速比工作原理

角传动比：iω=2πr/P措施：螺距

P

不变，齿扇啮合半径

r

变化

前轴负荷大时，未装助力转向时，以低速急转轻便为主

前轴负荷小，有助力转向，以机动性为主山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第三节转向系主要性能参数二、传动比的变化特性4.转向器角传动比iω及其变化规律

循环球齿条齿扇转向器

变速比工作原理齿扇节圆半径r随齿轮转角发生变化

iω=2πr

/

P山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第三节转向系主要性能参数二、传动比的变化特性4.转向器角传动比iω及其变化规律车型转向器角传动比商用车23~32乘用车17~25直行位置的转向器角传动比不宜低于15～16(避免在高速行驶时，对转向盘过分敏感和使反冲效应加大，使驾驶员精确控制转向轮有困难)山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第三节转向系主要性能参数三、转向器传动副的传动间隙Δt1.转向器传动间隙特性

转向器传动间隙随转向盘转角φ变化的关系称为转向器传动间隙特性

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（10°～15°）时间隙要极小或者无间隙图7-16转向器传动副传动间隙特性传动副在中间位置因使用频繁，磨损速度要比两端快。必须调整消除该处间隙。为此，传动副传动间隙特性应当设计成图7-16所示的逐渐加大的形状。山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计对于循环球齿轮齿扇式：（1）偏心法：齿条齿槽同宽，齿扇中间齿正常厚度，往两边依次递减。（公式7-8）

当偏心距n一定（0.5mm左右）时，Δt

取决于摇臂轴转角βp

（图7-18）（2）修正齿条法：两侧齿槽比中间宽（两侧齿槽相等），齿扇的齿有相同厚度。磨损后不致卡死。第三节转向系主要性能参数三、转向器传动副的传动间隙Δt2.如何获得传动间隙特性山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第三节转向系主要性能参数

转向系刚度cs对侧偏特性影响大

cs小则汽车趋向不足转向，

过小则影响操纵性，转向迟钝。四、转向系的刚度cs山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第四节机械式转向系设计与计算一、转向系计算载荷的确定转向阻力及影响因素作用在方向盘上的力及原地转向阻力矩

二、齿轮齿条式转向器设计三、循环球式转向器设计四、循环球式转向器零件强度计算山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第四节机械式转向系设计与计算一、转向系计算载荷的确定

转向阻力：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、车轮稳定阻力、轮胎变形阻力和转向系中的内磨擦阻力等。

影响因素：转向轴的负荷、道路情况和轮胎类型及气压、转向系传动比和刚度等。山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第四节机械式转向系设计计算一、转向系计算载荷的确定

原地转向阻力矩：作用在方向盘上的力：式中，f

为轮胎和路面间的滑动磨擦因数，一般取0.7；G1为转向轴负荷（N）；p为轮胎气压（MPa）。式中，L1转向摇臂长；L2为转向节臂长；Dsw为转向盘直径；iω为转向器角传动比；η+为转向器正效率。山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第四节机械式转向系设计计算二、齿轮齿条式转向器设计1）采用斜齿圆柱齿轮

模数2~3mm齿数5~7压力角20o螺旋角9～15o2）齿条变压力角：12~35o

齿数按最大移动行程确定

3）材料选择、强度验算

齿轮：低碳合金钢，20MnCr等齿条：中碳合金钢，45#等壳体：铸铝合金压铸山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第四节机械式转向系设计计算三、循环球式转向器设计

主要尺寸参数的选择1.螺杆、钢球、螺母传动副（1）钢球中心距D、螺杆外径D1、螺母内径D2

(2)钢球直径d和数量n

(3)滚道截面

(4)接触角θ

(5)螺距P和螺旋线导程角α0

(6)工作钢球圈数W

(7)导管内径d1

单圆弧、四段圆弧、椭圆滚道（多取45度）（双环路）山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第四节机械式转向系设计计算三、循环球式转向器设计2.齿条齿扇传动副图7-21用滚刀加工变厚齿扇的进给运动图7-22变厚齿扇的截面变厚齿扇山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第四节机械式转向系设计计算三、循环球式转向器设计2.齿条齿扇传动副变厚度齿扇

顶圆、根圆有锥度（齿顶厚≥0.3m）

分度圆不变分度圆齿厚变化基圆为一圆柱山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第四节机械式转向系设计计算四、循环球式转向器零件强度计算1.钢球与滚道传动副的接触应力2.齿扇齿的弯曲应力3.齿扇轴（转向摇臂轴）的扭转强度山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第五节动力转向机构为减轻转向时驾驶员作用到转向盘上的手力和提高行驶安全性，在有些汽车上装设了动力转向机构。

中级以上乘用车，对其操纵轻便性的要求越来越高，采用或者可供选装动力转向器的逐渐增多。

转向桥轴荷质量超过2.5t的商用车可以采用动力转向，当超过4t时应该采用动力转向。l.转向操纵机构2.转向控制阀3.机械转向器与转向动力缸总成4.转向传动结构5.转向油罐6.转向油泵R.转向动力缸右腔L.转向动力缸左腔山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第五节动力转向机构山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第五节动力转向机构一、动力转向机构的设计要求(1)运动随动性—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)力的随动性—随转向轮阻力的增大(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Fh≥25~190N时(因汽车形式不同而异)，动力转向器就应开始工作。(4)稳定性—转向后（主动或被动），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)快速性—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)安全性—动力转向失灵时仍能用机械系统操纵车轮转向(7)可靠性—密封性能好，内、外泄漏少。山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第五节动力转向机构二、液压式动力转向机构布置方案分析

转向助力装置：由油泵、分配阀、动力缸、转向器、贮油罐、油管等组成

特点:动力缸尺寸小，压力大，灵敏度高，油液的阻尼可吸收冲击，无需润滑，技术最成熟

应用：最早，最广泛整体式动力转向器山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第五节动力转向机构二、液压式动力转向机构布置方案分析1.布置方案分析

根据分配阀、转向器和动力缸三者相互位置的不同分为整体式（图7-25a）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7-25b）、

连杆式（图7-25c）

半分置式（图7-25d）图7-25山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计

整体式联阀式半分置式连杆式结构紧凑不紧凑不紧凑不紧凑主要零件是否受载是否否否拆装困难容易较易容易管路短短长长是否引起转向轮摆振不易容易不易容易能否用典型转向器不能能能能布置容易较难易难第五节动力转向机构二、液压式动力转向机构布置方案分析1.布置方案分析山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第五节动力转向机构二、液压式动力转向机构布置方案分析2.分配阀的结构方案

分配阀中的阀与阀体以轴向移动方式来控制油路称为滑阀式

—结构简单、工艺性好、操纵方便、易于布置分配阀中的阀与阀体以旋转运动来控制油路的称为转阀式

—灵敏度高、密封件少、结构先进但复杂山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第五节动力转向机构三、液压式动力转向机构的计算1.动力缸尺寸的计算受力分析活塞杆直径山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第五节动力转向机构三、液压式动力转向机构的计算1.动力缸尺寸的计算缸体内径：缸体壁厚：缸体材料：球墨铸铁(QT400-18)铝合金(ZL105)缸体加工工艺：活塞厚度：活塞行程：活塞材料：45钢（车轮转至最大转角时，从直拉杆的位移量换算到活塞杆处的移动量）山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第五节动力转向机构三、液压式动力转向机构的计算2.分配滑阀参数的选择（1）分配阀的泄漏量（2）局部压力降（3）预开隙整体式和半分置式（4）滑阀总移动量山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第五节动力转向机构三、液压式动力转向机构的计算3．分配阀的回位弹簧为防止外界干涉破坏分配阀的正常工作和保证自动回正，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。动力转向开始起作用时作用在转向盘上的切向力应达到预定值：20N~100N（根据车型选取）山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第五节动力转向机构三、液压式动力转向机构的计算4.动力转向器的评价指标动力转向器的作用效能液压式动力转向的路感转向灵敏度动力转向器的静特性静特性曲线划分为四个区段（1~15之间）（输入转矩与输出转矩之间的关系）（对称）山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第五节动力转向机构山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第五节动力转向机构型式齿轮泵叶片泵转子泵柱塞泵结构紧凑简单紧凑简单不紧凑压力MPa7

7

7.5

10

效率0.85~0.900.62~0.92

0.93~0.98其它可靠工艺性好寿命短

应用国内多国外多少少三、液压式动力转向机构的计算5.油泵型式、油泵排量与油罐容积山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第五节动力转向机构四、电控液压动力转向机构在传统的HPS基础上，增加控制器和执行机构，根据车速控制电液转换装置改变助力特性—车速感应型动力转向机构—“轻便性与路感”直流电机驱动液压泵，车速控制流量车速信号控制的油压反馈式山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第五节动力转向机构五、电动助力转向机构山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第五节动力转向机构五、电动助力转向机构山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计EPS第五节动力转向机构五、电动助力转向机构转向轴助力式电动助力转向的动力学模型山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第五节动力转向机构五、电动助力转向机构

电动助力转向的助力特性—以齿轮齿条式电动助力器为例转向的轻便性与路感车速感应式助力特性图7-37山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计三种助力方式的比较类型EPSeHPSHPS能耗耗油最少介乎两者之间耗油最多独立于发动机工作可以可以不可以方向跟随性极好差较差回正能力最佳好一般路感很好好一般助力特性正确、灵活、方便、控制性能可最优化灵活性、传递特性较HPS差些中等环保性好较差差集成性方便不方便不方便占用空间只有4个组件，结构紧凑，占用空间最小零部件多（40~50个），占用空间大零部件多（40~50个），占用空间大耐寒性耐寒不耐寒，需预热不耐寒，需预热重量最轻较重较重效率很高中等差山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计四轮转向山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第六节转向梯形转向梯形的类型：转向梯形有整体式和断开式两种。转向梯形方案与悬架形式密切相关。转向梯形的设计要求：1）正确选择转向梯形参数，保证汽车转弯时全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶（纯滚动运动）。2）满足最小转弯直径的要求，转向轮应有足够大的转角。山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计理论转向特性ctgα-ctgβ=M/L红线为满足该条件的理想线第六节转向梯形山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第六节转向梯形校核方法：1、按照初选的转向梯形m和底角r，画出中间位置时的转向梯形；2、再给出一系列的内轮转角θi1，θi2，θi3，…，通过做图得到相应的θo1，θo2，θo3，…的值，并绘制到图上，将相应的射线交点连起来，得到实际特性曲线；3、从中选取最接近理论曲线的实际特性曲线的m和r。山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第六节转向梯形山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第六节转向梯形一、转向梯形结构方案分析1.整体式转向梯形图7-38整体式转向梯形1—横拉杆2—梯形臂3—前轴

结构简单，前束调整容易，制造容易，但车轮跳动相互影响

与非独立悬架配合使用

前置梯形布置容易受发动机、制动系的影响山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第六节转向梯形一、转向梯形结构方案分析1.整体式转向梯形—前悬架用非独立悬架的转向杆系布置

整体式前桥运动分析山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第六节转向梯形一、转向梯形结构方案分析1.整体式转向梯形—前悬架用非独立悬架的转向杆系布置

最佳的转向纵拉杆布置位置山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计

板簧的转动中心近似在第一板簧片的中点A的下方一个卷耳半径e处。

应使转向节臂铰点(与转向纵拉杆相连处)在侧视图上与板簧的转动中心重合，否则，制动时将产生干涉转向，造成制动跑偏。第六节转向梯形一、转向梯形结构方案分析1.整体式转向梯形—前悬架用非独立悬架的转向杆系布置

制动时板簧产生S形变形山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第六节转向梯形一、转向梯形结构方案分析2.断开式转向梯形图7-39断开式转向梯形布置方案之一

转向梯形的横拉杆做成断开的，称之为断开式转向梯形。

特点：左右车轮跳动互不影响，结构复杂，成本高，前束调整困难。与独立悬架配合使用在这种断开式转向梯形中，必须有一个惰性摆臂，以使转向传动机构只有一个受转向器控制的自由度。山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第六节转向梯形一、转向梯形结构方案分析2.断开式转向梯形1—转向摇臂2—横拉杆3—梯形臂山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第六节转向梯形双横臂独立悬架横拉杆断开点位置确定一、转向梯形结构方案分析2.断开式转向梯形采用双横臂独立悬架，常用图解法（基于三心定理）确定断开点的位置。

横拉杆上断开点的位置与独立悬架形式有关。山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第六节转向梯形双横臂独立悬架横拉杆断开点位置确定一、转向梯形结构方案分析2.断开式转向梯形山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第六节转向梯形双横臂独立悬架横拉杆断开点位置确定一、转向梯形结构方案分析2.断开式转向梯形山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第六节转向梯形双横臂独立悬架横拉杆断开点位置确定一、转向梯形结构方案分析2.断开式转向梯形山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计

当前轮上、下跳动时，E

和G

点之间的距离要发生变化。在确定横拉杆断开点位置时，首先确定转向节的运动瞬时中心P2。第六节转向梯形麦弗逊独立悬架横拉杆断开点位置确定一、转向梯形结构方案分析2.断开式转向梯形1山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计MacPherson式悬架与齿轮齿条式转向器的连杆布置第六节转向梯形麦弗逊独立悬架横拉杆断开点位置确定一、转向梯形结构方案分析2.断开式转向梯形山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第六节转向梯形一、转向梯形结构方案分析2.断开式转向梯形山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第六节转向梯形二、整体式转向梯形机构优化设计理想的内、外轮转角关系

在忽略侧偏角影响的条件下，转向后，两转向前轮轴线的延长线交在后轴延长线上。山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第七章转向系设计第六节转向梯形二、整体式转向梯形机构优化设计作图法转向梯形的基本尺寸参数是:梯形臂长度m梯形底角θ山东理工大学交通与车辆工程学院车辆工程系《汽车设计》第