畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、目 錄 摘 要 ........................................................................................................................................................................3 第一章 緒論 .................................................................................................................

2、.................................................4 1.1 汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述 .............................................................................................................................................4 1.2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器概述 ..............................................................................

3、.....................................................10 1.3 液壓助力轉(zhuǎn)向器概述 .......................................................................................................................................11 1.4 國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 ................................................................................

4、................................................................13 1.5 本課題研究的目的和意義 ................................................................................................................................13 1.6 本文主要研究?jī)?nèi)容 .........................................................................

5、...................................................................14 第二章 汽車(chē)主要參數(shù)的選擇 ....................................................................................................................................15 2.1 汽車(chē)主要尺寸的確定 ...................................................................

6、.....................................................................15 2.2 汽車(chē)質(zhì)量參數(shù)的確定 ........................................................................................................................................17 2.3 輪胎的選擇 .................................................................

7、.......................................................................................18 第三章 轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)概述 ............................................................................................................................................20 3.1 對(duì)轉(zhuǎn)向系的要求 ...........................................

8、.....................................................................................................20 3.2 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) ....................................................................................................................................................20 3.3 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu) .......................

9、.............................................................................................................................21 3.4 轉(zhuǎn)向器 ................................................................................................................................................................21 3

10、.5 轉(zhuǎn)角及最小轉(zhuǎn)彎半徑 ........................................................................................................................................22 第四章.轉(zhuǎn)向系的主要性能參數(shù) .................................................................................................................................24 4

11、.1 轉(zhuǎn)向系的效率 ....................................................................................................................................................24 4.2 傳動(dòng)比變化特性 ...............................................................................................................................

12、.................25 4.3 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙T ..........................................................................................................................27 4.4 轉(zhuǎn)向盤(pán)的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù) ............................................................................................................................

13、............28 第五章 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析及設(shè)計(jì) ....................................................................................................................29 5.1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 .......................................................................................................................................

14、.....29 5.2 其他轉(zhuǎn)向器 ........................................................................................................................................................31 5.3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器布置和結(jié)構(gòu)形式的選擇 ....................................................................................................32 5

15、.4 數(shù)據(jù)的確定 ........................................................................................................................................................32 5. 5 設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程 ............................................................................................................................

16、.......................33 5.6 齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ............................................................................................................................................37 5.7 軸承的選擇 ............................................................................................................

17、...........................................37 5.8 轉(zhuǎn)向器的潤(rùn)滑方式和密封類(lèi)型的選擇 ...........................................................................................................38 5.動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ................................................................................................................

18、...................................38 5.1 對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的要求 ....................................................................................................................................38 5.2 動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案 .................................................................................................

19、...................................38 5.3 液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的計(jì)算 ............................................................................................................................40 5.4 動(dòng)力轉(zhuǎn)向的評(píng)價(jià)指標(biāo) ........................................................................................................

20、................................45 6. 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .................................................................................................................................................47 6.1 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)原理 ............................................................................................

21、................................................47 6.2 轉(zhuǎn)向傳送機(jī)構(gòu)的臂、桿與球銷(xiāo) ........................................................................................................................49 6.3 轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部 ..............................................................................................

22、..........................................49 6.4 桿件設(shè)計(jì)結(jié)果 ....................................................................................................................................................50 7.結(jié)論 ........................................................................................

23、...................................................................................51 致謝 ..............................................................................................................................................................................51 摘 要 本課題的題目是轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)

24、。以齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)為中心，一是汽車(chē)總體構(gòu)架 參數(shù)對(duì)汽車(chē)轉(zhuǎn)向的影響；二是機(jī)械轉(zhuǎn)向器的選擇；三是齒輪和齒條的合理匹配，以滿(mǎn)足 轉(zhuǎn)向器的正確傳動(dòng)比和強(qiáng)度要求；四是動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；五是梯形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因此本 課題在考慮上述要求和因素的基礎(chǔ)上研究利用轉(zhuǎn)向盤(pán)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪齒條轉(zhuǎn) 向軸轉(zhuǎn)向，通過(guò)萬(wàn)向節(jié)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向齒輪軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向齒輪軸與轉(zhuǎn)向齒條嚙合，從而促使轉(zhuǎn) 向齒條直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，軸向尺寸短，且零件數(shù)目少 的優(yōu)點(diǎn)又能增加助力，從而實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性和靈敏性。在本文中主要進(jìn)行了轉(zhuǎn) 向器齒輪齒條的設(shè)計(jì)和對(duì)轉(zhuǎn)向齒輪軸的校核，主要方法和理論采用汽車(chē)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù) 和大

25、學(xué)所學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)的課程內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，其結(jié)果滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，安全可靠。 關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系；機(jī)械型轉(zhuǎn)向器 ；齒輪齒條；液壓式助力轉(zhuǎn)向器 Abstract The title of this topic is the design of steering system. Rack and pinion steering gear to the design as the center, one vehicle parameters on the overall framework of the impact of vehicle steering; Second, th

26、e choice of mechanical steering; third rack gear and a reasonable match to meet the correct steering gear ratio and strength requirements; Fourth, power steering mechanism design; Fifth, the structural design of trapezoidal. Therefore, taking into account the above issues and factors that require st

27、udy, based on the steering wheel rotary drive transmission shaft of the steering rack and pinion steering, through the universal joint drive shaft rotation gear shift, steering rack and steering gear shaft meshing, thereby encouraging steering rack linear motion to achieve steering. Simple structure

28、 to achieve the steering tight, short axial dimension, and the number of parts can increase the advantages of less power in order to achieve the vehicle steering stability and sensitivity. In this article a major design steering rack and pinion steering gear shaft and the check, the main methods and

29、 theoretical experience in the use of automotive design parameters and the University of mechanical design school curriculum design and the results meet the strength requirements, safe and reliable. Keywords: steering; mechanical type steering gear; gear rack; hydraulic power steering

30、 第一章 緒論 1.1 汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車(chē)底盤(pán)的重要組成部分，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的好壞直接影響到汽車(chē)行駛的 安全性、操縱穩(wěn)定性和駕駛舒適性，它對(duì)于確保車(chē)輛的行駛安全、減少交通事故以及保 護(hù)駕駛員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要作用。隨著現(xiàn)代汽車(chē)技術(shù)的迅速 發(fā)展，汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已從純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系（HPS）、電控液壓助力轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)（EHPS），發(fā)展到利用現(xiàn)代電子和控制技術(shù)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）及線(xiàn)控轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)（SBW）。 按轉(zhuǎn)向力能源的不同，可將轉(zhuǎn)向系分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系。 機(jī)械轉(zhuǎn)向系的能量來(lái)源是人力，所有傳力件都是機(jī)械的，由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)(方向盤(pán))、 轉(zhuǎn)

31、向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。其中轉(zhuǎn)向器是將操縱機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃?dòng) 機(jī)構(gòu)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)(嚴(yán)格講是近似直線(xiàn)運(yùn)動(dòng))的機(jī)構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件 2。 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系除具有以上三大部件外，其最主要的動(dòng)力來(lái)源是轉(zhuǎn)向助力裝置。由于轉(zhuǎn) 向助力裝置最常用的是一套液壓系統(tǒng)，因此也就離不開(kāi)泵、油管、閥、活塞和儲(chǔ)油罐， 它們分別相當(dāng)于電路系統(tǒng)中的電池、導(dǎo)線(xiàn)、開(kāi)關(guān)、電機(jī)和地線(xiàn)的作用。 通常，對(duì)轉(zhuǎn)向系的主要要求是: (1) 保證汽車(chē)有較高的機(jī)動(dòng)性，在有限的場(chǎng)地面積內(nèi)，具有迅速和小半徑轉(zhuǎn)彎的能 力，同時(shí)操作輕便; (2) 汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)，全部車(chē)輪應(yīng)繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，不應(yīng)有側(cè)滑; (3) 傳給轉(zhuǎn)向盤(pán)的反沖要盡可能的小;

32、(4) 轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向盤(pán)應(yīng)自動(dòng)回正，并應(yīng)使汽車(chē)保持在穩(wěn)定的直線(xiàn)行駛狀態(tài); (5) 發(fā)生車(chē)禍時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向軸由于車(chē)架和車(chē)身變形一起后移時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最 好有保護(hù)機(jī)構(gòu)防止傷及乘員 1.1.1 機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 汽車(chē)的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)是由駕駛員操縱方向盤(pán)，通過(guò)轉(zhuǎn)向器和一系列的桿件傳遞到轉(zhuǎn)向輪 來(lái)完成的。機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作過(guò)程為：駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)施加的轉(zhuǎn)向力矩通過(guò)轉(zhuǎn)向軸輸 入轉(zhuǎn)向器，減速傳動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)向器中有1、2 級(jí)減速傳動(dòng)副，經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大后的力矩和減 速后的運(yùn)動(dòng)傳到轉(zhuǎn)向橫拉桿，再傳給固定于轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂，使轉(zhuǎn)向節(jié)和它所支承 的轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的轉(zhuǎn)向。純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向器形式可以分為：齒 輪齒條

33、式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷(xiāo)式。 純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為了產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)向扭矩需要使用大直徑的轉(zhuǎn)向盤(pán)，需占用較 大的空間，整個(gè)機(jī)構(gòu)笨拙，特別是對(duì)轉(zhuǎn)向阻力較大的重型汽車(chē)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向難度很大，這 就大大限制了其使用范圍。但因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低廉，目前該類(lèi)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)除 在一些轉(zhuǎn)向操縱力不大、對(duì)操控性能要求不高的農(nóng)用車(chē)上使用外已很少被采用。 1.1.2 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS） 裝配機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車(chē)，在泊車(chē)和低速行駛時(shí)駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱負(fù)擔(dān)過(guò)于沉重， 為解決這個(gè)問(wèn)題，美國(guó)GM 公司在20 世紀(jì)50 年代率先在轎車(chē)上采用了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 該系統(tǒng)是建立在機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，額外增加了一個(gè)液壓

34、系統(tǒng)。液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由液 壓和機(jī)械等兩部分組成，它是以液壓油做動(dòng)力傳遞介質(zhì)，通過(guò)液壓泵產(chǎn)生動(dòng)力來(lái)推動(dòng)機(jī) 械轉(zhuǎn)向器，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般由機(jī)械轉(zhuǎn)向器、液壓泵、油管、分配 閥、動(dòng)力缸、溢流閥和限壓閥、油缸等部件組成。為確保系統(tǒng)安全，在液壓泵上裝有限 壓閥和溢流閥。其分配閥、轉(zhuǎn)向器和動(dòng)力缸置于一個(gè)整體，分配閥和主動(dòng)齒輪軸裝在一 起（閥芯與齒輪軸垂直布置），閥芯上有控制槽，閥芯通過(guò)轉(zhuǎn)向軸上的撥叉撥動(dòng)。轉(zhuǎn)向 軸用銷(xiāo)釘與閥中的彈性扭桿相接，該扭桿起到閥的中心定位作用。在齒條的一端裝有活 塞，并位于動(dòng)力缸之中，齒條左端與轉(zhuǎn)向橫拉桿相接。轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向軸（連主動(dòng) 齒輪軸）帶動(dòng)閥芯相對(duì)滑套運(yùn)動(dòng)

35、，使油液通道發(fā)生變化，液壓油從油泵排出，經(jīng)控制閥 流向動(dòng)力缸的一側(cè)，推動(dòng)活塞帶動(dòng)齒條運(yùn)動(dòng)，通過(guò)橫拉桿使車(chē)輪偏轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)向。 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在駕駛員的控制下，借助于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵產(chǎn)生的壓力 來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)輪轉(zhuǎn)向。由于液壓轉(zhuǎn)向可以減少駕駛員手動(dòng)轉(zhuǎn)向力矩，從而改善了汽車(chē)的轉(zhuǎn)向 輕便性和操縱穩(wěn)定性。為保證汽車(chē)原地轉(zhuǎn)向或者低速轉(zhuǎn)向時(shí)的輕便性，液壓泵的排量是 以發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的流量來(lái)確定。汽車(chē)起動(dòng)之后，無(wú)論車(chē)子是否轉(zhuǎn)向，系統(tǒng)都要處于工作 狀態(tài)，而且在大轉(zhuǎn)向車(chē)速較低時(shí)，需要液壓泵輸出更大的功率以獲得比較大的助力，所 以在一定程度上浪費(fèi)了發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力資源。并且轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還存在低溫工作性能差等缺點(diǎn)。 1.1.3 電控

36、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS） 由于液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無(wú)法兼顧車(chē)輛低速時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時(shí)的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性， 因此，在1983年日本Koyo 公司推出了具備車(chē)速感應(yīng)功能的電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) （EHPS）。EHPS 是在液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)起來(lái)的，在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ) 上增設(shè)了電控裝置，其特點(diǎn)是原來(lái)由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的液壓助力泵改由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，取代了由 發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式，節(jié)省了燃油消耗；具有失效保護(hù)系統(tǒng)，電子元件失靈后仍可依靠原 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安全工作；低速時(shí)轉(zhuǎn)向效果不變，高速時(shí)可以自動(dòng)根據(jù)車(chē)速逐步減小助力，增 大路感，提高車(chē)輛行使穩(wěn)定性。電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是將液壓助力轉(zhuǎn)向與電子控制技 術(shù)相結(jié)合的機(jī)電

37、一體化產(chǎn)品。一般由電氣和機(jī)械兩部分組成，電氣部分由車(chē)速傳感器、 轉(zhuǎn)角傳感器和電控單元ECU 組成；機(jī)械部分包括齒輪齒條轉(zhuǎn)向器、控制閥、管路和電動(dòng) 泵。其中電動(dòng)泵的工作狀態(tài)由電子控制單元根據(jù)車(chē)輛的行駛速度、轉(zhuǎn)向角度等信號(hào)計(jì)算 出的最理想狀態(tài)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，在低速大轉(zhuǎn)向時(shí)，電子控制單元驅(qū)動(dòng)液壓泵以高速運(yùn)轉(zhuǎn)輸 出較大功率，使駕駛員打方向省力；汽車(chē)在高速行駛時(shí)，液壓控制單元驅(qū)動(dòng)液壓泵以較 低的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，在不至影響高速打轉(zhuǎn)向的需要的同時(shí)，節(jié)省一部分發(fā)動(dòng)機(jī)功率。 電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理：在汽車(chē)直線(xiàn)行駛時(shí)，方向盤(pán)不轉(zhuǎn)動(dòng)，電動(dòng)泵以很低 的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，大部分工作油經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向閥流回儲(chǔ)油罐，少部分經(jīng)液控閥然后流回儲(chǔ)油罐

38、； 當(dāng)駕駛員開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)時(shí)，ECU根據(jù)檢測(cè)到的轉(zhuǎn)角、車(chē)速以及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的反饋信號(hào)等， 判斷汽車(chē)的轉(zhuǎn)向狀態(tài)，決定提供助力大小，向驅(qū)動(dòng)單元發(fā)出控制指令，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生相 應(yīng)的轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)油泵，進(jìn)而輸出相應(yīng)流量和壓力的高壓油。高壓油經(jīng)轉(zhuǎn)向控制閥進(jìn)入齒 條上的動(dòng)力缸，推動(dòng)活塞以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)闹?，協(xié)助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作，從而獲得理想 的轉(zhuǎn)向效果。 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上有了較大的改進(jìn)，但液壓 裝置的存在，使得該系統(tǒng)仍有難以克服如滲油、不便于安裝維修及檢測(cè)等問(wèn)題。電控液 壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的過(guò)渡。 1.1.4 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS） 1988

39、年日本Suzuki公司首先在小型轎車(chē)Cervo 上配備了Koyo 公司研發(fā)的轉(zhuǎn)向柱助力 式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。1990 年日本Honda 公司也在運(yùn)動(dòng)型轎車(chē)NSX 上采用了自主研發(fā)的 齒條助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，從此揭開(kāi)了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向在汽車(chē)上應(yīng)用的歷史。EPS 是 在EHPS 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的, 它取消EHPS 的液壓油泵、油管、油缸和密封圈等部件,完 全依靠電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu), 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零件數(shù)量大大減少、可靠 性增強(qiáng), 解決了長(zhǎng)期以來(lái)一直存在的液壓管路泄漏和效率低下的問(wèn)題。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)在本田飛度、思域以及豐田新皇冠、奔馳新A-class等車(chē)型上紛紛被采用。 1.1.

40、4.1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)構(gòu)成 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般是由轉(zhuǎn)矩（轉(zhuǎn)向）傳感器、電子控制單元ECU、電動(dòng)機(jī)、電磁 離合器以及減速機(jī)構(gòu)組成。 1.1.4.2 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作過(guò)程其工作過(guò)程為：扭矩傳感器檢測(cè)駕駛員打方向盤(pán)的扭 矩，然后根據(jù)這個(gè)扭矩給控制單元一個(gè)信號(hào)。同時(shí)控制單元也會(huì)收到來(lái)自方向盤(pán)位置傳 感器的信號(hào)，這個(gè)傳感器一般是和扭矩傳感器裝在一起的（有些傳感器已經(jīng)將這2 個(gè)功 能集成為一體）。扭矩和方向盤(pán)位置信息經(jīng)過(guò)控制單元處理，連同傳入控制單元的車(chē)速 信號(hào)，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序產(chǎn)生助力指令。該指令傳到電機(jī)，由電機(jī)產(chǎn)生扭矩傳到助 力機(jī)構(gòu)上去，這里的齒輪機(jī)構(gòu)則起到增大

41、扭矩的作用。這樣，助力扭矩就傳到了轉(zhuǎn)向柱 并最終完成了助力轉(zhuǎn)向。 1.1.4.3 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(diǎn) (1)節(jié)約了能源消耗。 與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，沒(méi)有系統(tǒng)要求的常運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 向油泵，且電動(dòng)機(jī)只是在需要轉(zhuǎn)向時(shí)才接通電源，所以動(dòng)力消耗和燃油消耗均可降到最 低。還消除了由于轉(zhuǎn)向油泵帶來(lái)的噪音污染。液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓油 泵，使液壓油不停地流動(dòng)，再加上存在管流損失等因素，浪費(fèi)了部分能量。相反EPS 僅 在需要轉(zhuǎn)向操作時(shí)才需要向電機(jī)提供的能量。而且，EPS系統(tǒng)能量的消耗與轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)向 及當(dāng)前的車(chē)速有關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)不轉(zhuǎn)向時(shí)，電機(jī)不工作；需要轉(zhuǎn)向時(shí)，電機(jī)在控制模塊的 作用下開(kāi)始工作，輸出

42、相應(yīng)大小及方向的轉(zhuǎn)矩以產(chǎn)生助動(dòng)轉(zhuǎn)向力矩。該系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了 “按需供能”，是真正的“按需供能型”（on-demand）系統(tǒng)，在各種行駛條件下可節(jié)能 80%左右。 (2)改善了轉(zhuǎn)向回正特性。 當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)一角度然后松開(kāi)時(shí)，EPS 系統(tǒng)能夠 自動(dòng)調(diào)整使車(chē)輪回到正中。同時(shí)還可利用軟件在最大限度內(nèi)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)以獲得最佳的 回正特性。通過(guò)靈活的軟件編程，容易得到電機(jī)在不同車(chē)速及不同車(chē)況下的轉(zhuǎn)矩特性， 這些轉(zhuǎn)矩特性使得該系統(tǒng)能顯著地提高轉(zhuǎn)向能力，提供了與車(chē)輛動(dòng)態(tài)性能相匹配的轉(zhuǎn)向 回正特性。而在傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)中，要改善這種特性必須改造底盤(pán)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí) 現(xiàn)起來(lái)很困難。 (3)提高了操縱穩(wěn)定性。 轉(zhuǎn)向

43、系統(tǒng)是影響汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的重要因素之一。傳統(tǒng)液 壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向由于不能很好地對(duì)助力進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)與控制，所以協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向力與路感的能力 較差，特別是汽車(chē)高速行駛時(shí)，仍然會(huì)提供較大助力，使駕駛員缺乏路感，甚至感覺(jué)汽 車(chē)發(fā)飄，從而影響操縱穩(wěn)定性。但EPS是由電動(dòng)機(jī)提供助力，助力大小由電子控制單元 （ECU）根據(jù)車(chē)速、方向盤(pán)輸入扭矩等信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)與控制，可以很好地解決這個(gè)矛 盾。 (4)安全可靠。 EPS 系統(tǒng)控制單元ECU 具有故障自診斷功能，當(dāng)ECU 檢測(cè)到某一組 件工作異常，如各傳感器、電磁離合器、電動(dòng)機(jī)、電源系統(tǒng)及汽車(chē)點(diǎn)火系統(tǒng)等，便會(huì)立 即控制電磁離合器分離停止助力，并顯示出相應(yīng)的故障代碼，轉(zhuǎn)為手

44、動(dòng)轉(zhuǎn)向，按普通轉(zhuǎn) 向控制方式進(jìn)行工作，確保了行車(chē)的安全。 1.1.5 線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SBW） 在車(chē)輛高速化、駕駛?cè)藛T大眾化、車(chē)流密集化的今天，針對(duì)更多不同水平的駕駛?cè)?群，汽車(chē)的易操縱性設(shè)計(jì)顯得尤為重要。線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Steering-By-Wire Systerm， 簡(jiǎn)稱(chēng)SBW）的發(fā)展，正是滿(mǎn)足這種客觀(guān)需求。它是繼EPS 后發(fā)展起來(lái)的新一代轉(zhuǎn)向系統(tǒng)， 具有比EPS 操縱穩(wěn)定性更好的特點(diǎn)，它取消轉(zhuǎn)向盤(pán)與轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接，完全由電 能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，徹底擺脫傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所固有的限制，提高了汽車(chē)的安全性和駕駛的方便 性。 1.1.5.1 線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)成 SBW 系統(tǒng)一般由轉(zhuǎn)向盤(pán)模塊、轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊

45、和主控制器ECU、自動(dòng)防故障系統(tǒng)以及電 源等模塊組成。轉(zhuǎn)向盤(pán)模塊包括路感電機(jī)和轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器等，轉(zhuǎn)向盤(pán)模塊向駕駛員 提供合適的轉(zhuǎn)向感覺(jué)（ 也稱(chēng)為路感） 并為前輪轉(zhuǎn)角提供參考信號(hào)。轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊包括 轉(zhuǎn)向電機(jī)、齒條位移傳感器等, 實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能: 跟蹤參考前輪轉(zhuǎn)角、向轉(zhuǎn)向盤(pán)模塊反饋 輪胎所受外力的信息以反饋車(chē)輛行駛狀態(tài)。主控制器控制轉(zhuǎn)向盤(pán)模塊和轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊的 協(xié)調(diào)工作。 1.1.5.2 線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理 當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), 轉(zhuǎn)向傳感器和轉(zhuǎn)向角傳感器檢測(cè)到駕駛員轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)角并 轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸入到ECU, ECU 根據(jù)車(chē)速傳感器和安裝在轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的位移傳感器的 信號(hào)來(lái)控制轉(zhuǎn)矩反饋電動(dòng)機(jī)的

46、旋轉(zhuǎn)方向,并根據(jù)轉(zhuǎn)向力模擬,生成反饋轉(zhuǎn)矩, 控制轉(zhuǎn)向電 動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向、轉(zhuǎn)矩大小和旋轉(zhuǎn)角度,通過(guò)機(jī)械轉(zhuǎn)向裝置控制轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向位置，使汽 車(chē)沿著駕駛員期望的軌跡行駛。 1.1.5.3 線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(diǎn) （1） 取消了方向盤(pán)和轉(zhuǎn)向車(chē)輪之間的機(jī)械連接，通過(guò)軟件協(xié)調(diào)它們之間的運(yùn)動(dòng)關(guān) 系，因而消除了機(jī)械約束和轉(zhuǎn)向干涉問(wèn)題，可以根據(jù)車(chē)速和駕駛員喜好由程序根據(jù)汽車(chē) 的行駛工況實(shí)時(shí)設(shè)置傳動(dòng)比。 （2）去掉了原來(lái)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各個(gè)模塊之間的剛性機(jī)械連接，采用柔性連接，使轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)在汽車(chē)上的布置更加靈活，轉(zhuǎn)向盤(pán)的位置可以方便地布置在需要的位置。 （3） 提高了汽車(chē)的操縱性。由于可以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比的任意設(shè)置，并針對(duì)不同的車(chē)速

47、， 轉(zhuǎn)向狀況進(jìn)行參數(shù)補(bǔ)償，從而提高了汽車(chē)的操縱性。 （4） 改善駕駛員的“路感”。由于轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向輪之間無(wú)機(jī)械連接， 駕駛員“路感”通過(guò)模擬生成。使得在回正力矩控制方面可以從信號(hào)中提出最能夠反映 汽車(chē)實(shí)際行駛狀態(tài)和路面狀況的信息，作為轉(zhuǎn)向盤(pán)回正力矩的控制變量，使轉(zhuǎn)向盤(pán)僅僅 向駕駛員提供有用信息，從而為駕駛員提供更為真實(shí)的“路感”。 （5）減少了機(jī)構(gòu)部件數(shù)量，而減少了從執(zhí)行機(jī)構(gòu)到轉(zhuǎn)向車(chē)輪之間的傳遞過(guò)程，使系 統(tǒng)慣性、系統(tǒng)摩擦和傳動(dòng)部件之間的總間隙都得以降低，從而使系統(tǒng)的響應(yīng)速度和響應(yīng) 的準(zhǔn)確性得以提高。 1.2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器概述 1.2.1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)及工作原理 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器分

48、兩端輸出式和中間（或單端）輸出式兩種。 圖 1-1 1.轉(zhuǎn)向橫拉桿 2.防塵套 3.球頭座 4.轉(zhuǎn)向齒條 5.轉(zhuǎn)向器殼體 6.調(diào)整螺塞 7.壓緊彈簧 8.鎖緊螺母 9.壓塊 10.萬(wàn)向節(jié) 11.轉(zhuǎn)向齒輪軸 12.向心球軸承 13.滾針軸承 兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器如圖 1-1 所示，作為傳動(dòng)副主動(dòng)件的轉(zhuǎn)向齒輪軸 11 通 過(guò)軸承 12 和 13 安裝在轉(zhuǎn)向器殼體 5 中，其上端通過(guò)花鍵與萬(wàn)向節(jié)叉 10 和轉(zhuǎn)向軸連接。 與轉(zhuǎn)向齒輪嚙合的轉(zhuǎn)向齒條 4 水平布置，兩端通過(guò)球頭座 3 與轉(zhuǎn)向橫拉桿 1 相連。彈簧 7 通過(guò)壓塊 9 將齒條壓靠在齒輪上，保證無(wú)間隙嚙合。 彈簧的預(yù)緊力可用調(diào)整螺塞 6

49、調(diào) 整。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí)，轉(zhuǎn)向器齒輪 11 轉(zhuǎn)動(dòng)，使與之嚙合的齒條 4 沿軸向移動(dòng)，從而使左 右橫拉桿帶動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié)左右轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)向車(chē)輪偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)汽車(chē)轉(zhuǎn)向。 中間輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器如圖 1-2 所示，其結(jié)構(gòu)及工作原理與兩端輸出的齒輪齒 條式轉(zhuǎn)向器基本相同，不同之處在于它在轉(zhuǎn)向齒條的中部用螺栓 6 與左右轉(zhuǎn)向橫拉桿 7 相連。在單端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器上，齒條的一端通過(guò)內(nèi)外托架與轉(zhuǎn)向橫拉桿相連。 圖 1-2 1.萬(wàn)向節(jié)叉 2.轉(zhuǎn)向齒輪軸 3.調(diào)整螺母 4.向心球軸承 5.滾針軸承 6.固定螺栓 7.轉(zhuǎn)向橫拉桿 8.轉(zhuǎn)向器 殼體 9.防塵套 10.轉(zhuǎn)向齒條 11.調(diào)整螺塞 12.鎖緊螺母

50、 13.壓緊彈簧 14.壓塊 1.2.2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器功能特點(diǎn) (1)構(gòu)造筒單,結(jié)構(gòu)輕巧。由于齒輪箱小,齒條本身具有傳動(dòng)桿系的作用,因此,它不需耍循 環(huán)球式轉(zhuǎn)向器上所使用的拉桿(2)因齒輪和齒條直接嚙合,操縱靈敏性非常高。(3)滑動(dòng)和 轉(zhuǎn)動(dòng)阻力小,轉(zhuǎn)矩傳遞性能較好,因此,轉(zhuǎn)向力非常輕。(4)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)總成完全封閉,可免于 維護(hù)。 1.3 液壓助力轉(zhuǎn)向器概述 兼用駕駛員體力和發(fā)動(dòng)機(jī)(或電機(jī))的動(dòng)力為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它是在機(jī)械轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加設(shè)一套轉(zhuǎn)向加力裝置而形成的。其中屬于轉(zhuǎn)向加力裝置的部件是： 轉(zhuǎn)向油泵 5、轉(zhuǎn)向油管 4、轉(zhuǎn)向油罐 6 以及位于整體式轉(zhuǎn)向器 10 內(nèi)部的轉(zhuǎn)向控制閥及

51、轉(zhuǎn) 向動(dòng)力缸等。 圖 1-3 1. 方向盤(pán) 2.轉(zhuǎn)向軸 3.轉(zhuǎn)向中間軸 4.轉(zhuǎn)向油管 5.轉(zhuǎn)向油泵 6.轉(zhuǎn)向油罐 7.轉(zhuǎn)向節(jié)臂 8.轉(zhuǎn)向橫拉桿 9.轉(zhuǎn)向搖臂 10.整體式轉(zhuǎn)向器 11.轉(zhuǎn)向直拉桿 12.轉(zhuǎn)向減振器 圖 1-4 當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán) 1 時(shí)，轉(zhuǎn)向搖臂 9 擺動(dòng)，通過(guò)轉(zhuǎn)向直拉桿 11、橫拉桿 8、轉(zhuǎn)向 節(jié)臂 7，使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，從而改變汽車(chē)的行駛方向。與此同時(shí)，轉(zhuǎn)向器輸入軸還帶動(dòng)轉(zhuǎn)向 器內(nèi)部的轉(zhuǎn)向控制閥轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸產(chǎn)生液壓作用力，幫助駕駛員轉(zhuǎn)向操縱。這樣， 為了克服地面作用于轉(zhuǎn)向輪上的轉(zhuǎn)向阻力矩，駕駛員需要加于轉(zhuǎn)向盤(pán)上的轉(zhuǎn)向力矩，比 用機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時(shí)所需的轉(zhuǎn)向力矩小得多。 在直線(xiàn)

52、行駛時(shí)，方向盤(pán)處于中間位置，方向盤(pán)輻條處于水平位置，閥芯和閥套之間也處于中間位 置，所有控制口接通，液壓油毫無(wú)阻礙地流經(jīng)轉(zhuǎn)向閥返回到儲(chǔ)油罐。方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn) 向軸帶動(dòng)閥芯相對(duì)于閥套運(yùn)動(dòng)，由于閥的控制邊口位置的變化，液壓油將進(jìn)入轉(zhuǎn)向器的 油缸內(nèi)，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生推力。在齒條與小齒輪嚙合位置的背面裝有由彈簧壓緊的 壓力塊，通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘來(lái)改變彈簧的預(yù)緊力，可消除齒輪齒條嚙合的間隙。當(dāng)向右轉(zhuǎn)動(dòng) 方向盤(pán)時(shí)，轉(zhuǎn)向力矩使得彈性扭力桿扭轉(zhuǎn)，并且轉(zhuǎn)向管柱的轉(zhuǎn)角要比轉(zhuǎn)向機(jī)小齒輪轉(zhuǎn)得 多一點(diǎn)，這就使得右邊旋轉(zhuǎn)柱塞閥芯下移，使得進(jìn)油通道開(kāi)大；左邊旋轉(zhuǎn)柱塞閥芯上移， 關(guān)閉進(jìn)油通道，此時(shí)左右旋轉(zhuǎn)柱塞閥芯分別打開(kāi)和關(guān)閉各

53、自的回油通道。根據(jù)右邊旋轉(zhuǎn) 柱塞閥芯進(jìn)油通道開(kāi)度大小，來(lái)控制流入工作缸左邊的液壓油的流量和油壓。工作缸左 邊的液壓油推動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)活塞向右運(yùn)動(dòng)，起到助力作用。轉(zhuǎn)向機(jī)活塞移動(dòng)距離的大小，則 取決于施加在轉(zhuǎn)向盤(pán)上轉(zhuǎn)向力矩的大小。轉(zhuǎn)向機(jī)工作缸右邊的液壓油在轉(zhuǎn)向機(jī)活塞的作 用下，通過(guò)打開(kāi)的回油環(huán)槽返回到儲(chǔ)油罐中。 當(dāng)向左轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)時(shí)，情況與向右轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)時(shí)相反。 動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的閥孔同時(shí)也具有節(jié)流阻尼的作用，不需要象機(jī)械轉(zhuǎn)向器那樣另外加轉(zhuǎn) 向避振器。在轉(zhuǎn)向回正時(shí)，通過(guò)閥的阻尼力來(lái)防止轉(zhuǎn)向回正速度過(guò)快，增加轉(zhuǎn)向回正的 舒適性，或者通過(guò)阻尼作用減小汽車(chē)直線(xiàn)行駛時(shí)由于路面的不平對(duì)前輪的沖擊引起方向 盤(pán)的抖動(dòng)和打手，

54、提高其保持直線(xiàn)行駛的能力。 1.4 國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 1.5 本課題研究的目的和意義 改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)汽車(chē)工業(yè)發(fā)展迅猛。作為汽車(chē)關(guān)鍵部件之一的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也得到了 相應(yīng)的發(fā)展，基本已形成了專(zhuān)業(yè)化、系列化生產(chǎn)的局面。有資料顯示，國(guó)外有很多國(guó)家 的轉(zhuǎn)向器廠(chǎng)，都已發(fā)展成大規(guī)模生產(chǎn)的專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)，年產(chǎn)超過(guò)百萬(wàn)臺(tái)，壟斷了轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)， 并且銷(xiāo)售點(diǎn)遍布了全世界。 由于汽車(chē)轉(zhuǎn)向器屬于汽車(chē)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，它在汽車(chē)系統(tǒng)中占有重要位置，因而它 的發(fā)展同時(shí)也反映了汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，它的規(guī)模和質(zhì)量也成為了衡量汽車(chē)工業(yè)發(fā)展水平 的重要標(biāo)志之一。隨著汽車(chē)高速化和超低扁平胎的通用化，過(guò)去采用循環(huán)球轉(zhuǎn)向器和循 環(huán)球變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向器只能相

55、對(duì)地解決轉(zhuǎn)向輕便性和操縱靈便性的問(wèn)題，要想從跟本上解 決這兩個(gè)問(wèn)題只有安裝動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。因此，除了重型汽車(chē)和高檔轎車(chē)早已安裝動(dòng)力轉(zhuǎn)向 器外，近年來(lái)在中型貨車(chē)、豪華客車(chē)及中檔轎車(chē)上都已經(jīng)開(kāi)始安裝動(dòng)力轉(zhuǎn)向器，隨著動(dòng) 力轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)水平的提高、生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和市場(chǎng)的需要，其他的一些車(chē)型也必須陸 續(xù)安裝動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。液壓助力型轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)使汽車(chē)在低速行駛或車(chē)輛就位時(shí)，駕駛員 只需用較小的操作力就能靈活進(jìn)行轉(zhuǎn)向;而在高速行駛時(shí)，則自動(dòng)控制，使操作力逐漸增 大，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定操縱。雖然這種轉(zhuǎn)向器具有很多優(yōu)點(diǎn)，在目前的技術(shù)水準(zhǔn)下它仍然存在 某些不足之處，例如助力較小等;因此，目前液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器仍然占據(jù)著很大的市場(chǎng)

56、份 額，其性能也在不斷地提高。對(duì)于液壓助力型動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的研究有著非常深遠(yuǎn)的意義。 因此本課題在考慮上述要求和因素的基礎(chǔ)上研究利用轉(zhuǎn)向盤(pán)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪 齒條轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向，通過(guò)萬(wàn)向節(jié)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向齒輪軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向齒輪軸與轉(zhuǎn)向齒條嚙合，從而 促使轉(zhuǎn)向齒條直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，軸向尺寸短，且零件 數(shù)目少的優(yōu)點(diǎn)又能增加助力，從而實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性和靈敏性。 1.6 本文主要研究?jī)?nèi)容 第二章 汽車(chē)主要參數(shù)的選擇 2.1 汽車(chē)主要尺寸的確定 汽車(chē)的主要尺寸參數(shù)包括軸距、輪距、總長(zhǎng)、總寬、總高、前懸、后懸、接近角、 離去角、最小離地間隙等，如圖 1-1 所示。 圖 2-1 汽車(chē)的

57、主要參數(shù)尺寸 2.1.1 軸距 L 軸距 L 的選擇要考慮它對(duì)整車(chē)其他尺寸參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)和使用性能的影響。軸距短 一些，汽車(chē)總長(zhǎng)、質(zhì)量、最小轉(zhuǎn)彎半徑和縱向通過(guò)半徑就小一些。但軸距過(guò)短也會(huì)帶來(lái) 一系列問(wèn)題，例如車(chē)廂長(zhǎng)度不足或后懸過(guò)長(zhǎng)；汽車(chē)行駛時(shí)其縱向角振動(dòng)過(guò)大；汽車(chē)加速、 制動(dòng)或上坡時(shí)軸荷轉(zhuǎn)移過(guò)大而導(dǎo)致其制動(dòng)性和操縱穩(wěn)定性變壞；萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的夾角過(guò)大 等。因此，在選擇軸距時(shí)應(yīng)綜合考慮對(duì)有關(guān)方面的影響。當(dāng)然，在滿(mǎn)足所設(shè)計(jì)汽車(chē)的車(chē) 廂尺寸、軸荷分配、主要性能和整體布置等要求的前提下，將軸距設(shè)計(jì)得短一些為好。 2.1.1.1 普通車(chē)的軸距 轎車(chē)的軸距與其類(lèi)型、用途、總長(zhǎng)有密切關(guān)系。微型及普通級(jí)轎車(chē)要求制

58、造成本低， 使用經(jīng)濟(jì)性好，機(jī)動(dòng)靈活，因此汽車(chē)應(yīng)輕而短，故軸距應(yīng)取短一些；中高級(jí)轎車(chē)對(duì)乘坐 舒適性、行駛乎順性和操縱穩(wěn)定性要求高，故軸距應(yīng)設(shè)計(jì)得長(zhǎng)一些。轎車(chē)的軸距約為總 長(zhǎng)的 5460。軸距與總長(zhǎng)之比越大，則車(chē)廂的縱向乘坐空間就愈大，這對(duì)改善汽車(chē) 縱向角振動(dòng)也有利。但若軸距與總長(zhǎng)之比超過(guò) 62，則會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)、行李箱和備胎的布 置困難，外形的各部分比例也不協(xié)調(diào)。 表 2-1 提供的數(shù)據(jù)可供初選軸距時(shí)參考 表 2-1 各類(lèi)汽車(chē)的軸距和輪距 車(chē)型 類(lèi)別 軸距 L/mm 輪距 B/mm V<1.0 20002200 11001380 1.0

59、 25002860 13001500 2.54.0 29003900 15601620 城市客車(chē) 45005000客車(chē) 長(zhǎng)途客車(chē) 50006500 17402050 汽車(chē)總質(zhì)量 1.8 17002900 11501350 1.86.0 23003600 13001650 6.014.0 36005500 17002000 商用車(chē) 42 貨車(chē) 14.0 45005600 18402000 2.1.2 前輪距 B1 和后輪距 B2 改變汽車(chē)輪距 B 會(huì)影響車(chē)廂或駕駛室內(nèi)寬、汽車(chē)總寬、總質(zhì)量、側(cè)傾剛度、最小轉(zhuǎn) 彎直徑等因素發(fā)生變化、增大輪距則車(chē)廂內(nèi)寬隨之增加，并導(dǎo)致汽車(chē)的比功率、轉(zhuǎn)矩指 標(biāo)下降，機(jī)動(dòng)

60、性變壞。 受汽車(chē)總寬不得超過(guò) 2.5m 限制，輪距不宜過(guò)大。但在選定的前輪距 B1范圍內(nèi)，應(yīng)能 布置下發(fā)動(dòng)機(jī)、車(chē)架、前懸架和前輪，并保證前輪有足夠的轉(zhuǎn)向空間，同時(shí)轉(zhuǎn)向桿系與 車(chē)架、車(chē)輪之間有足夠的運(yùn)動(dòng)間隙。在確定后輪距 B2時(shí)，應(yīng)考慮兩縱梁之間的寬度、懸 架寬度和輪胎寬度以及它們之間應(yīng)留有必要的間隙。 各類(lèi)汽車(chē)的輪距可參考表 1-1 提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行初選。 2.1.3 外廓尺寸 汽車(chē)的外廓尺寸包括其總長(zhǎng)、總寬、總高。它應(yīng)根據(jù)汽車(chē)的類(lèi)型、用途、承載員、 道路條件、結(jié)構(gòu)選型與布置以及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)限制等因素來(lái)確定。在滿(mǎn)足使用要求的 前提下，應(yīng)力求減小汽車(chē)的外廓尺寸，以減小汽車(chē)的質(zhì)量，降低制造成本，提

61、高汽車(chē)的 動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和機(jī)動(dòng)性。GB15891989 對(duì)汽車(chē)外廓尺寸界限作了規(guī)定。(附 1) 2.2 汽車(chē)質(zhì)量參數(shù)的確定 汽車(chē)的質(zhì)量參數(shù)包括整車(chē)整備質(zhì)量 、載客量裝載質(zhì)量、質(zhì)量系數(shù)、汽車(chē)總質(zhì)量m0 ma、軸荷分配等。 2.2.1 整車(chē)整備質(zhì)量 0 整車(chē)整備質(zhì)量是指車(chē)上帶有全部裝備（包括隨車(chē)工具、備胎等） ，加滿(mǎn)燃料、水、但 沒(méi)有裝貨和在人時(shí)的整車(chē)質(zhì)量。 整車(chē)整備質(zhì)量對(duì)汽車(chē)的制造成本和燃油經(jīng)濟(jì)型有影響。整車(chē)整備質(zhì)量在設(shè)計(jì)階段需 估算確定。在日常工作中，收集大量同類(lèi)汽車(chē)各總成、部件和整車(chē)的有關(guān)質(zhì)量數(shù)據(jù)，結(jié) 合新車(chē)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)、工藝水平等初步估算各總成、部件的質(zhì)量，再累計(jì)成整車(chē)整備質(zhì)量。 乘用車(chē)和商

62、用客車(chē)的整備質(zhì)量，也可按每人所占汽車(chē)整備質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)平均值估計(jì)， 可參考表 2-2 表 1-2 乘用車(chē)和商用客車(chē)人均整備質(zhì)量值 2 乘用車(chē) 人均整備質(zhì)量 值 商用客車(chē) 人均整備質(zhì)量 值 V1.0 0.150.16 1.0

63、3。 （2）汽車(chē)的裝載質(zhì)量 me 汽車(chē)的載質(zhì)量是指在硬質(zhì)良好路面上行駛時(shí)所允許的額定 載質(zhì)量。汽車(chē)在碎石路面上行駛時(shí)，載質(zhì)量約為好的行駛路面的 7585。越野汽車(chē) 的載質(zhì)量是指越野汽車(chē)行駛時(shí)或在土路上行駛的額定在質(zhì)量。 商用貨車(chē)載質(zhì)量 me 的確定，首先應(yīng)與企業(yè)商品規(guī)劃符合，其次要考慮到汽車(chē)的用途 和使用條件。原則上，貨流大、運(yùn)距長(zhǎng)或礦用自卸車(chē)應(yīng)采用大噸位貨車(chē)以利降低運(yùn)輸成 本，提高效率；對(duì)貨源變化頻繁、運(yùn)距短的市內(nèi)運(yùn)輸車(chē)，宜采用中、小噸位的貨車(chē)比較 經(jīng)濟(jì)。 2.2.3 質(zhì)量系數(shù) 0m 質(zhì)量系數(shù) 是指汽車(chē)車(chē)載質(zhì)量與整車(chē)整備質(zhì)量的比值，即 = 。該系數(shù)反映了0me 汽車(chē)的設(shè)計(jì)水平和工藝水平， 值

64、越大，說(shuō)明該汽車(chē)的結(jié)構(gòu)和制造工藝越先進(jìn)。0m 2.2.4 汽車(chē)總質(zhì)量 a 汽車(chē)總質(zhì)量 是指裝備齊全，并按規(guī)定裝滿(mǎn)客、貨時(shí)的整車(chē)質(zhì)量。 乘用車(chē)和商用客車(chē)的總質(zhì)量 由整備質(zhì)量 、乘員和駕駛員質(zhì)量以及乘員的行李a0 質(zhì)量三部分構(gòu)成。其中，乘員和駕駛員每人質(zhì)量按 65kg 計(jì)，于是 （1-nma650 2） 式中，n 為包括駕駛員在內(nèi)的載客數(shù)； 為行李系數(shù)。 2.2.5 軸荷分配 汽車(chē)的軸荷分配是汽車(chē)的重要質(zhì)量參數(shù)，它對(duì)汽車(chē)的牽引性、通過(guò)性、制動(dòng)性、操 縱件和穩(wěn)定性等主要使用性能以及輪胎的使用壽命都有很大的影響。因此，在總體設(shè)計(jì) 時(shí)應(yīng)根據(jù)汽車(chē)的布置型式、使用條件及性能要求

65、合理地選定其軸荷分配。汽車(chē)的布置型 式對(duì)軸荷分配影響較大，對(duì)轎車(chē)而言，前置發(fā)動(dòng)機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)的轎車(chē)滿(mǎn)載時(shí)的前軸負(fù)荷最 好在 55以上，以保證爬坡時(shí)有足夠的附著力；前置發(fā)動(dòng)機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)的轎車(chē)滿(mǎn)載時(shí)的后 軸負(fù)荷一般不大于 52；后置發(fā)動(dòng)機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)的轎車(chē)滿(mǎn)載時(shí)后軸負(fù)荷最好不超過(guò) 59， 否則，會(huì)導(dǎo)致汽車(chē)具有過(guò)多轉(zhuǎn)向特性而使操縱性變壞。 2.3 輪胎的選擇 輪胎的尺寸和型號(hào)是進(jìn)行汽車(chē)性能計(jì)算和繪制總布置圖的重要原始數(shù)據(jù)之一，因此， 在總體設(shè)計(jì)開(kāi)始階段就應(yīng)選定，而選擇的依據(jù)是車(chē)型、使用條件、輪胎的靜負(fù)荷、輪胎 的額定負(fù)荷以及汽車(chē)的行駛速度。當(dāng)然還應(yīng)考慮與動(dòng)力傳動(dòng)系參數(shù)的匹配以及對(duì)整車(chē) 尺寸參數(shù)( 例如汽車(chē)的最

66、小離地間隙、總高等)的影響 輪胎所承受的最大靜負(fù)荷與輪胎額定負(fù)荷之比，稱(chēng)為輪胎負(fù)荷系數(shù)。大多數(shù)汽車(chē)的 輪胎負(fù)荷系數(shù)取為 0.91.0，以免超載。轎車(chē)、輕型客車(chē)及輕型貨車(chē)的車(chē)速高、輪胎受動(dòng) 負(fù)荷大，故它們的輪胎負(fù)荷系數(shù)應(yīng)接近下限。 為了提高汽車(chē)的動(dòng)力因數(shù)、降低汽車(chē)及其質(zhì)心的高度、減小非簧載質(zhì)量，對(duì)公路用 車(chē)在其輪胎負(fù)荷系數(shù)以及汽車(chē)離地間隙允許的范圍內(nèi)應(yīng)盡量選取尺寸較小的輪胎。采用 高強(qiáng)度尼龍簾布輪胎可使輪胎的額定負(fù)荷大大提高，從而使輪胎直徑尺寸也大為縮小。 例如裝載員 4t 的載貨汽車(chē)在 20 世紀(jì) 50 年代多用的 9.020 輪胎早己被 8.25 20，7.5020 至 8.2516 等更小尺寸的輪胎所取代。越野汽車(chē)為了提高在松軟地面上的通 過(guò)能力常采用胎面較寬、直徑較大、具有越野花紋的超低壓輪胎。山區(qū)使用的汽車(chē)制動(dòng) 頻繁，制動(dòng)鼓與輪輞之間的間隙應(yīng)大一些，以便散熱，故應(yīng)采用輪輞尺寸較大的輪胎。 轎車(chē)都采用直徑較小、面形狀扁平的寬輪輞低壓輪胎，以便降低質(zhì)心高度，改善行駛平 順性、橫向穩(wěn)定性、輪胎的附著性能并保證有足夠的承載能力。 第三章 轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)概述 3.1 對(duì)轉(zhuǎn)向系的要求 1）汽車(chē)