轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、 摘 要 本課題的題目是轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)。以齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)為中心，一是汽車總體構(gòu)架參數(shù)對(duì)汽車轉(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，通過萬向節(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)了汽車轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性和靈敏性。在

2、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設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)和大學(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 第一章 緒論 1.1汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車底盤的重要組成部分，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)代汽車技術(shù)的迅速發(fā)展，汽車轉(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

3、（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)、轉(zhuǎn)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)的直線運(yùn)動(dòng)(嚴(yán)格講是近似直線運(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

4、池、導(dǎo)線、開關(guān)、電機(jī)和地線的作用。 通常，對(duì)轉(zhuǎn)向系的主要要求是: (1) 保證汽車有較高的機(jī)動(dòng)性，在有限的場地面積內(nèi)，具有迅速和小半徑轉(zhuǎn)彎的能力，同時(shí)操作輕便; (2) 汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，全部車輪應(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)向盤的反沖要盡可能的小; (4) 轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向盤應(yīng)自動(dòng)回正，并應(yīng)使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài); (5) 發(fā)生車禍時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向軸由于車架和車身變形一起后移時(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) 汽車的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)是由駕駛員操縱方向盤，通過轉(zhuǎn)向器和一系列的桿件傳遞到轉(zhuǎn)向輪來完成的。機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作過程為：駕

5、駛員對(duì)轉(zhuǎn)向盤施加的轉(zhuǎn)向力矩通過轉(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：齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。 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，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，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)簡單、工作可靠、造價(jià)低廉，目前該類轉(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)用車上使用外已

6、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，在泊車和低速行駛時(shí)駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱負(fù)擔(dān)過于沉重，為解決這個(gè)問題，美國GM 公司在20 世紀(jì)50 年代率先在轎車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)，通過液壓泵產(chǎn)生動(dòng)力來推動(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

7、一起（閥芯與齒輪軸垂直布置），閥芯上有控制槽，閥芯通過轉(zhuǎn)向軸上的撥叉撥動(dòng)。轉(zhuǎn)向軸用銷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)，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)，通過橫拉桿使車輪偏轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)向。 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在駕駛員的控制下，借助于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵產(chǎn)生的壓力來實(shí)現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向。由于液壓轉(zhuǎn)向可以減少駕駛員手動(dòng)轉(zhuǎn)向力矩，從而改善了汽車的轉(zhuǎn)向輕便性和操縱穩(wěn)定性。為保證汽車原地轉(zhuǎn)向或者低速轉(zhuǎn)向時(shí)的輕便性，液壓泵的排量

8、是以發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的流量來確定。汽車起動(dòng)之后，無論車子是否轉(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電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS） 由于液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無法兼顧車輛低速時(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)

9、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)車速逐步減小助力，增大路感，提高車輛行使穩(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)。簡單地說，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；汽車在高速行駛時(shí)，液壓控制單元驅(qū)動(dòng)

10、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：在汽車直線行駛時(shí)，方向盤不轉(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；當(dāng)駕駛員開始轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，ECU根據(jù)檢測到的轉(zhuǎn)角、車速以及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的反饋信號(hào)等，判斷汽車的轉(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)

11、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等問題。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)的過渡。 1.1.4電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS） 1988年日本Suzuki公司首先在小型轎車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)，從此揭開了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向在汽車上應(yīng)用的歷史。EPS 是在EHPS 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的, 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)通過減速機(jī)構(gòu)直接

12、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu), 其結(jié)構(gòu)簡單、零件數(shù)量大大減少、可靠性增強(qiáng), 解決了長期以來一直存在的液壓管路泄漏和效率低下的問題。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等車型上紛紛被采用。 1.1.4.1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)的工作過程其工作過程為：扭矩傳感器檢測駕駛員打方向盤的扭矩，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)收到來自方向盤位置傳感器的信號(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

13、已經(jīng)將這2 個(gè)功能集成為一體）。扭矩和方向盤位置信息經(jīng)過控制單元處理，連同傳入控制單元的車速信號(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

14、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)向盤的轉(zhuǎn)向及當(dāng)前的車速有關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤不轉(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始工作，輸出相應(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)方向盤一角度然后松開時(shí)，EPS 系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)整使車輪回到正中。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。通過靈活的軟件編程，容易得到電機(jī)在不同車速及不同車況下的轉(zhuǎn)矩特性，這些轉(zhuǎn)矩特性使

15、得該系統(tǒng)能顯著地提高轉(zhuǎn)向能力，提供了與車輛動(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的機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)起來很困難。 (3)提高了操縱穩(wěn)定性。 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是影響汽車操縱穩(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，甚至感覺汽車發(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)車速、方向盤輸入扭矩等信號(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

16、故障自診斷功能，當(dāng)ECU 檢測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，確保了行車的安全。 1.1.5線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SBW） 在車輛高速化、駕駛?cè)藛T大眾化、車流密集化的今天，針對(duì)更多不同水平的駕駛?cè)巳?，汽車的易操縱性設(shè)計(jì)顯得尤為重要。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Steering-By-Wire Systerm，簡稱SBW）的發(fā)展，正是滿足這種客觀需求。它是繼EPS 后發(fā)展起來的新一代轉(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)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接，

17、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，提高了汽車的安全性和駕駛的方便性。 1.1.5.1 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)成 SBW 系統(tǒng)一般由轉(zhuǎn)向盤模塊、轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊和主控制器ECU、自動(dòng)防故障系統(tǒng)以及電源等模塊組成。轉(zhuǎn)向盤模塊包括路感電機(jī)和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器等，轉(zhuǎn)向盤模塊向駕駛員提供合適的轉(zhuǎn)向感覺（ 也稱為路感） 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)向盤模塊反饋輪胎所受外力的信息以反饋車輛行駛狀態(tài)。主控制器控制轉(zhuǎn)向盤模塊和轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊的協(xié)調(diào)工作。 1.1.5.2 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理 當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), 轉(zhuǎn)向傳

18、感器和轉(zhuǎn)向角傳感器檢測到駕駛員轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角并轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸入到ECU, ECU 根據(jù)車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)來控制轉(zhuǎn)矩反饋電動(dòng)機(jī)的旋轉(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,通過機(jī)械轉(zhuǎn)向裝置控制轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向位置，使汽車沿著駕駛員期望的軌跡行駛。 1.1．5.3線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(diǎn) （1） 取消了方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的機(jī)械連接，通過軟件協(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)向干涉問題，可以根據(jù)車速和駕駛員喜好由程序根據(jù)汽車的行駛工況實(shí)時(shí)設(shè)置傳動(dòng)比。 （2）去掉了原來轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各個(gè)模塊之間的剛性機(jī)械連接，采用柔性

19、連接，使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車上的布置更加靈活，轉(zhuǎn)向盤的位置可以方便地布置在需要的位置。 （3） 提高了汽車的操縱性。由于可以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比的任意設(shè)置，并針對(duì)不同的車速，轉(zhuǎn)向狀況進(jìn)行參數(shù)補(bǔ)償，從而提高了汽車的操縱性。 （4） 改善駕駛員的“路感”。由于轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間無機(jī)械連接， 駕駛員“路感”通過模擬生成。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實(shí)際行駛狀態(tài)和路面狀況的信息，作為轉(zhuǎn)向盤回正力矩的控制變量，使轉(zhuǎn)向盤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)向車輪之間的傳遞過程，使系統(tǒng)慣性、系統(tǒng)摩擦和傳動(dòng)部件之間的總

20、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通過軸承12和13安裝在轉(zhuǎn)向器殼體5中，其上端通過花鍵與萬向節(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

21、布置，兩端通過球頭座3與轉(zhuǎn)向橫拉桿1相連。彈簧7通過壓塊9將齒條壓靠在齒輪上，保證無間隙嚙合。 彈簧的預(yù)緊力可用調(diào)整螺塞6調(diào)整。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(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)向車輪偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)汽車轉(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，齒條的一端通過內(nèi)外托架與轉(zhuǎn)向橫拉桿相連。 圖1-2 1.萬向節(jié)叉 2.轉(zhuǎn)向齒輪軸 3.調(diào)整螺母 4.向心球軸承 5.滾

22、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 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)

23、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)向控制閥及轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸等。 圖1-3 1. 方向盤 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1時(shí)，轉(zhuǎn)向搖臂9擺動(dòng)，通過轉(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

24、的轉(zhuǎn)向阻力矩，駕駛員需要加于轉(zhuǎn)向盤上的轉(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。 　　在直線行駛時(shí)，方向盤處于中間位置，方向盤輻條處于水平位置，閥芯和閥套之間也處于中間位置，所有控制口接通，液壓油毫無阻礙地流經(jīng)轉(zhuǎn)向閥返回到儲(chǔ)油罐。方向盤轉(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，通過調(diào)節(jié)螺釘來改變彈簧的預(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

25、得進(jìn)油通道開大；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)柱塞閥芯分別打開和關(guān)閉各自的回油通道。根據(jù)右邊旋轉(zhuǎn)柱塞閥芯進(jìn)油通道開度大小，來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，通過打開的回油環(huán)槽返回到儲(chǔ)油罐中。 當(dāng)向左轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，情況與向右轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(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)，通過閥的阻尼力來防止轉(zhuǎn)向回正速度過快，增加轉(zhuǎn)向回正的舒適性，或者通

26、過阻尼作用減小汽車直線行駛時(shí)由于路面的不平對(duì)前輪的沖擊引起方向盤的抖動(dòng)和打手，提高其保持直線行駛的能力。 1．4國內(nèi)外發(fā)展情況 1.5本課題研究的目的和意義 改革開放以來，我國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛。作為汽車關(guān)鍵部件之一的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也得到了相應(yīng)的發(fā)展，基本已形成了專業(yè)化、系列化生產(chǎn)的局面。有資料顯示，國外有很多國家的轉(zhuǎn)向器廠，都已發(fā)展成大規(guī)模生產(chǎn)的專業(yè)廠，年產(chǎn)超過百萬臺(tái)，壟斷了轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，并且銷售點(diǎn)遍布了全世界。 由于汽車轉(zhuǎn)向器屬于汽車系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，它在汽車系統(tǒng)中占有重要位置，因而它的發(fā)展同時(shí)也反映了汽車工業(yè)的發(fā)展，它的規(guī)模和質(zhì)量也成為了衡量汽車工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。隨著汽

27、車高速化和超低扁平胎的通用化，過去采用循環(huán)球轉(zhuǎn)向器和循環(huán)球變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向器只能相對(duì)地解決轉(zhuǎn)向輕便性和操縱靈便性的問題，要想從跟本上解決這兩個(gè)問題只有安裝動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。因此，除了重型汽車和高檔轎車早已安裝動(dòng)力轉(zhuǎn)向器外，近年來在中型貨車、豪華客車及中檔轎車上都已經(jīng)開始安裝動(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)大和市場的需要，其他的一些車型也必須陸續(xù)安裝動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。液壓助力型轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)使汽車在低速行駛或車輛就位時(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

28、，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，通過萬向節(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)了汽車轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性和靈敏性。 1.6本文主要研究內(nèi)容 第二章 汽車主要參數(shù)的選擇 2.1汽車主要尺寸的確定 汽車的主要尺寸參數(shù)包括軸距、輪距、總長、總寬、總高、前懸、后懸、接近角、離

29、去角、最小離地間隙等，如圖1-1所示。 圖2-1 汽車的主要參數(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，汽車總長、質(zhì)量、最小轉(zhuǎn)彎半徑和縱向通過半徑就小一些。但軸距過短也會(huì)帶來一系列問題，例如車廂長度不足或后懸過長；汽車行駛時(shí)其縱向角振動(dòng)過大；汽車加速、制動(dòng)或上坡時(shí)軸荷轉(zhuǎn)移過大而導(dǎo)致其制動(dòng)性和操縱穩(wěn)定性變壞；萬向節(jié)傳動(dòng)的夾角過大等。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，在滿足所設(shè)計(jì)汽車的車廂尺寸、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普通車的軸距 轎車

30、的軸距與其類型、用途、總長有密切關(guān)系。微型及普通級(jí)轎車要求制造成本低，使用經(jīng)濟(jì)性好，機(jī)動(dòng)靈活，因此汽車應(yīng)輕而短，故軸距應(yīng)取短一些；中高級(jí)轎車對(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)得長一些。轎車的軸距約為總長的54％—60％。軸距與總長之比越大，則車廂的縱向乘坐空間就愈大，這對(duì)改善汽車縱向角振動(dòng)也有利。但若軸距與總長之比超過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 各類汽車的軸距和輪距 車型 類別 軸距L/mm 輪距B/mm 乘用車 發(fā)動(dòng)機(jī)排量 V/L V<1

31、.0 2000～2200 1100～1380 1.04.0 2900～3900 1560～1620 商用車 客車 城市客車 4500～5000 1740～2050 長途客車 5000～6500 42貨車 汽車總質(zhì)量 ≤1.8 1700～2900 1150～1350 1.8～6.0 2300～3600 1300～1650 6.0～14

32、.0 3600～5500 1700～2000 >14.0 4500～5600 1840～2000 2.1.2 前輪距B1和后輪距B2 改變汽車輪距B會(huì)影響車廂或駕駛室內(nèi)寬、汽車總寬、總質(zhì)量、側(cè)傾剛度、最小轉(zhuǎn)彎直徑等因素發(fā)生變化、增大輪距則車廂內(nèi)寬隨之增加，并導(dǎo)致汽車的比功率、轉(zhuǎn)矩指標(biāo)下降，機(jī)動(dòng)性變壞。 受汽車總寬不得超過2.5m限制，輪距不宜過大。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)向桿系與車架、車輪之間有足夠的運(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。

33、 各類汽車的輪距可參考表1-1提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行初選。 2.1.3 外廓尺寸 汽車的外廓尺寸包括其總長、總寬、總高。它應(yīng)根據(jù)汽車的類型、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)限制等因素來確定。在滿足使用要求的前提下，應(yīng)力求減小汽車的外廓尺寸，以減小汽車的質(zhì)量，降低制造成本，提高汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和機(jī)動(dòng)性。GB1589—1989對(duì)汽車外廓尺寸界限作了規(guī)定。(附1) 2.2 汽車質(zhì)量參數(shù)的確定 汽車的質(zhì)量參數(shù)包括整車整備質(zhì)量、載客量裝載質(zhì)量、質(zhì)量系數(shù)、汽車總質(zhì)量ma、軸荷分配等。 2.2.1 整車整備質(zhì)量 整車整備質(zhì)量是指車上帶有全部裝備（包括隨車工具、備胎等），加滿燃

34、料、水、但沒有裝貨和在人時(shí)的整車質(zhì)量。 整車整備質(zhì)量對(duì)汽車的制造成本和燃油經(jīng)濟(jì)型有影響。整車整備質(zhì)量在設(shè)計(jì)階段需估算確定。在日常工作中，收集大量同類汽車各總成、部件和整車的有關(guān)質(zhì)量數(shù)據(jù)，結(jié)合新車設(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)成整車整備質(zhì)量。 乘用車和商用客車的整備質(zhì)量，也可按每人所占汽車整備質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)平均值估計(jì)，可參考表2-2 表1-2乘用車和商用客車人均整備質(zhì)量值[2] 乘用車 人均整備質(zhì)量值 商用客車 人均整備質(zhì)量值 發(fā)動(dòng)機(jī)排量V/L V≤1.0 0.15～0.16 車輛總長La/m ≤10.0 0.096～0.160 1.

35、010.0 0.065～0.130 V>4.0 0.29～0.34 2.2.2 汽車的載客量和裝載質(zhì)量 （1）汽車的載客量 乘用車的載客量包括駕駛員在內(nèi)不超過9座，又稱之為M1類汽車，其他M2、M3類汽車的座位數(shù)、乘員數(shù)及汽車的最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量見表1-3。 （2）汽車的裝載質(zhì)量me 汽車的載質(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。汽車在碎石路面上行駛時(shí)，載質(zhì)量約為好的行駛路面的75％～85％。越野汽車的載質(zhì)量是指越野汽車行駛時(shí)或在土路上行駛的

36、額定在質(zhì)量。 商用貨車載質(zhì)量me的確定，首先應(yīng)與企業(yè)商品規(guī)劃符合，其次要考慮到汽車的用途和使用條件。原則上，貨流大、運(yùn)距長或礦用自卸車應(yīng)采用大噸位貨車以利降低運(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，宜采用中、小噸位的貨車比較經(jīng)濟(jì)。 2.2.3質(zhì)量系數(shù) 質(zhì)量系數(shù)是指汽車車載質(zhì)量與整車整備質(zhì)量的比值，即=。該系數(shù)反映了汽車的設(shè)計(jì)水平和工藝水平，值越大，說明該汽車的結(jié)構(gòu)和制造工藝越先進(jìn)。 2.2.4汽車總質(zhì)量 汽車總質(zhì)量是指裝備齊全，并按規(guī)定裝滿客、貨時(shí)的整車質(zhì)量。 乘用車和商用客車的總質(zhì)量由整備質(zhì)量、乘員和駕駛員質(zhì)量以及乘員的行李質(zhì)量三部分構(gòu)成。其中，乘員和駕駛員每人質(zhì)

37、量按65kg計(jì)，于是 （1-2） 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 汽車的軸荷分配是汽車的重要質(zhì)量參數(shù)，它對(duì)汽車的牽引性、通過性、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)汽車的布置型式、使用條件及性能要求合理地選定其軸荷分配。汽車的布置型式對(duì)軸荷分配影響較大，對(duì)轎車而言，前置發(fā)動(dòng)機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)的轎車滿載時(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)的轎車滿載時(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)的轎車滿

38、載時(shí)后軸負(fù)荷最好不超過59％，否則，會(huì)導(dǎo)致汽車具有過多轉(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)開始階段就應(yīng)選定，而選擇的依據(jù)是車型、使用條件、輪胎的靜負(fù)荷、輪胎的額定負(fù)荷以及汽車的行駛速度。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)整車尺寸參數(shù)(例如汽車的最小離地間隙、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，稱為輪胎負(fù)荷系數(shù)。大多數(shù)汽車的輪胎負(fù)荷系數(shù)取為0.9～1.0，以免超載。轎車、輕型客車及輕型貨車的車速高、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。 為了提高汽車的動(dòng)力

39、因數(shù)、降低汽車及其質(zhì)心的高度、減小非簧載質(zhì)量，對(duì)公路用車在其輪胎負(fù)荷系數(shù)以及汽車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的載貨汽車在20世紀(jì)50年代多用的9.0～20輪胎早己被8.25—20，7.50~20至8.25～16等更小尺寸的輪胎所取代。越野汽車為了提高在松軟地面上的通過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

40、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。 3. 轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)概述 3.1對(duì)轉(zhuǎn)向系的要求 1）汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，全部車輪應(yīng)繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，任何車輪不應(yīng)有側(cè)滑。不滿足這項(xiàng)要求會(huì)加速輪胎磨損，并降低汽車的行駛穩(wěn)定性。 2）汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，在駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤的條件下，轉(zhuǎn)向輪能自動(dòng)返回到直線行駛位置，并穩(wěn)定行駛。 3）汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪都不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動(dòng)。 4）轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置共同工作時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生的擺動(dòng)應(yīng)最小。 5）保證汽車有較高的機(jī)動(dòng)性，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力。 6）操縱輕便。 7) 轉(zhuǎn)向輪碰

41、撞到障礙物以后，傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。 8) 轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。 9) 在車禍中，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤由于車架或車身變形而共同后移時(shí)，轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。 10) 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核，保證轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。 3.2轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向管柱。有時(shí)為了布置方便，減小由于裝配位置誤差及部件相對(duì)運(yùn)動(dòng)所引起的附加載荷，提高汽車正面碰撞的安全性以及便于拆裝，在轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向器的輸入端之間安裝轉(zhuǎn)向萬向節(jié)，如圖3-1。采用柔性萬向節(jié)可減少傳至轉(zhuǎn)向軸上的振動(dòng)，但柔性萬向節(jié)如果過軟，則會(huì)影響轉(zhuǎn)向系

42、的剛度。采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)，還應(yīng)有轉(zhuǎn)向動(dòng)力系統(tǒng)。 圖3-1轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 1-轉(zhuǎn)向萬向節(jié)；2-轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸；3-轉(zhuǎn)向管柱；4-轉(zhuǎn)向軸；5-轉(zhuǎn)向盤 1-steering universal shaft; 2-steering propeller ; 3-steering column ; 4-steering axis; 5-steering wheel 3.3轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向臂、轉(zhuǎn)向縱拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向梯形臂以及轉(zhuǎn)向橫拉桿等。（見圖3-2） 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用于把轉(zhuǎn)向器輸出的力和運(yùn)動(dòng)傳給左、右轉(zhuǎn)向節(jié)并使左、右轉(zhuǎn)向輪按一定關(guān)系進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。 圖3-2 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu) F

43、ig 3-2 the transmission system of steering 1-轉(zhuǎn)向搖臂；2-轉(zhuǎn)向縱拉桿；3-轉(zhuǎn)向節(jié)臂；4-轉(zhuǎn)向梯形臂；5-轉(zhuǎn)向橫拉桿 3.4轉(zhuǎn)向器 機(jī)械轉(zhuǎn)向器是將司機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)檗D(zhuǎn)向搖臂的擺動(dòng)（或齒條沿轉(zhuǎn)向車軸軸向的移動(dòng)），并按一定的角轉(zhuǎn)動(dòng)比和力轉(zhuǎn)動(dòng)比進(jìn)行傳遞的機(jī)構(gòu)。 機(jī)械轉(zhuǎn)向器與動(dòng)力系統(tǒng)相結(jié)合，構(gòu)成動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。高級(jí)轎車和重型載貨汽車為了使轉(zhuǎn)向輕便，多采用這種動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。采用液力式動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)，由于液體的阻尼作用，吸收了路面上的沖擊載荷，故可采用可逆程度大、正效率又高的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)。 為了避免汽車在撞車時(shí)司機(jī)受到的轉(zhuǎn)向盤的傷害，除了在轉(zhuǎn)向盤中間可安裝

44、安全氣囊外，還可在轉(zhuǎn)向系中設(shè)置防傷裝置。為了緩和來自路面的沖擊、衰減轉(zhuǎn)向輪的擺振和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的震動(dòng)，有的還裝有轉(zhuǎn)向減振器。 多數(shù)兩軸及三軸汽車僅用前輪轉(zhuǎn)向；為了提高操縱穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性，某些現(xiàn)代轎車采用全四輪轉(zhuǎn)向；多軸汽車根據(jù)對(duì)機(jī)動(dòng)性的要求，有時(shí)要增加轉(zhuǎn)向輪的數(shù)目，制止采用全輪轉(zhuǎn)向 。 3.5轉(zhuǎn)角及最小轉(zhuǎn)彎半徑 汽車的機(jī)動(dòng)性，常用最小轉(zhuǎn)彎半徑來衡量，但汽車的高機(jī)動(dòng)性則應(yīng)由兩個(gè)條件保證。即首先應(yīng)使左、右轉(zhuǎn)向輪處于最大轉(zhuǎn)角時(shí)前外輪的轉(zhuǎn)彎值在汽車軸距的2~2.5倍范圍內(nèi)；其次，應(yīng)這樣選擇轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比。 兩軸汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)，若不考慮輪胎的側(cè)向偏離，則為了滿足上述對(duì)轉(zhuǎn)向系的第(2)條要求，其內(nèi)、外

45、轉(zhuǎn)向輪理想的轉(zhuǎn)角關(guān)系如圖3-3所示，由下式?jīng)Q定： (3-1) 式中：—外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角； —內(nèi)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角； K—兩轉(zhuǎn)向主銷中心線與地面交點(diǎn)間的距離； L—軸距 內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的合理匹配是由轉(zhuǎn)向梯形來保證。 圖3-3 理想的內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角間的關(guān)系 汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑與其內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪在最大轉(zhuǎn)角與、軸距L、主銷距K及轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)臂a等尺寸有關(guān)。在轉(zhuǎn)向過程中除內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角外，其他參數(shù)是不變的。最小轉(zhuǎn)彎半徑是指汽車在轉(zhuǎn)向輪處于最大轉(zhuǎn)角的條件下以低速轉(zhuǎn)彎時(shí)前外

46、輪與地面接觸點(diǎn)的軌跡構(gòu)成圓周的半徑?？砂聪率接?jì)算： (3-2) 通常為35～40，為了減小值，值有時(shí)可達(dá)到45 操縱輕便型的要求是通過合理地選擇轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比、力傳動(dòng)比和傳動(dòng)效率來達(dá)到。 對(duì)轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向盤或轉(zhuǎn)向輪能自動(dòng)回正的要求和對(duì)汽車直線行駛穩(wěn)動(dòng)性的要求則主要是通過合理的選擇主銷后傾角和內(nèi)傾角，消除轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)間隙以及選用可逆式轉(zhuǎn)向器來達(dá)到。但要使傳遞到轉(zhuǎn)向盤上的反向沖擊小，則轉(zhuǎn)向器的逆效率有不宜太高。至于對(duì)轉(zhuǎn)向系的最后兩條要求則主要是通過合理地選擇結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)布置來解決。 轉(zhuǎn)向器及其縱拉桿與緊固件的稱重，約為中級(jí)以及上轎車、載貨汽

47、車底盤干重的1.0%～1.4%；小排量以及下轎車干重的1.5%～2.0%。轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)型式對(duì)汽車的自身質(zhì)量影響較小。 第四章.轉(zhuǎn)向系的主要性能參數(shù) 4.1轉(zhuǎn)向系的效率 功率從轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出所求得的效率稱為轉(zhuǎn)向器的正效率，用符號(hào)表示，；反之稱為逆效率，用符號(hào)表示。 正效率計(jì)算公式： （4-1） 逆效率計(jì)算公式： （4-2） 式中， 為作用在轉(zhuǎn)向軸上的功率；為轉(zhuǎn)向器中的磨擦功率；為作

48、用在轉(zhuǎn)向搖臂軸上的功率。 正效率高，轉(zhuǎn)向輕便；轉(zhuǎn)向器應(yīng)具有一定逆效率，以保證轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤的自動(dòng)返回能力。但為了減小傳至轉(zhuǎn)向盤上的路面沖擊力，防止打手，又要求此逆效率盡可能低。 影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。 3.1.1轉(zhuǎn)向器的正效率 影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。 （1）轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與效率 在四種轉(zhuǎn)向器中，齒輪齒條式、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率比較高，而蝸桿指銷式特別是固定銷和蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的正效率要明顯的低些。 同一類型轉(zhuǎn)向器，因結(jié)構(gòu)不同效率也不一樣。如蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的滾輪與支

49、持軸之間的軸承可以選用滾針軸承、圓錐滾子軸承和球軸承。選用滾針軸承時(shí)，除滾輪與滾針之間有摩擦損失外，滾輪側(cè)翼與墊片之間還存在滑動(dòng)摩擦損失，故這種軸向器的效率η+僅有54%。另外兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器效率分別為70%和75%。 轉(zhuǎn)向搖臂軸的軸承采用滾針軸承比采用滑動(dòng)軸承可使正或逆效率提高約10%。 （2）轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率 如果忽略軸承和其經(jīng)地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，對(duì)于蝸桿類轉(zhuǎn)向器，其效率可用下式計(jì)算 　　　　　　　　　　　　 （4-3） 式中，a0為蝸桿（或螺桿）的螺線導(dǎo)程角；ρ為摩擦角，ρ=arctanf；f為磨擦因數(shù)。 3.1.2轉(zhuǎn)向

50、器的逆效率 根據(jù)逆效率不同，轉(zhuǎn)向器有可逆式、極限可逆式和不可逆式之分。 路面作用在車輪上的力，經(jīng)過轉(zhuǎn)向系可大部分傳遞到轉(zhuǎn)向盤，這種逆效率較高的轉(zhuǎn)向器屬于可逆式。它能保證轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動(dòng)回正，既可以減輕駕駛員的疲勞，又可以提高行駛安全性。但是，在不平路面上行駛時(shí)，傳至轉(zhuǎn)向盤上的車輪沖擊力，易使駕駛員疲勞，影響安全行駕駛。 屬于可逆式的轉(zhuǎn)向器有齒輪齒條式和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。 不可逆式和極限可逆式轉(zhuǎn)向器 不可逆式轉(zhuǎn)向器，是指車輪受到的沖擊力不能傳到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向器。該沖擊力轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件承受，因而這些零件容易損壞。同時(shí)，它既不能保證車輪自動(dòng)回正，駕駛員又缺乏路面感覺，因此，現(xiàn)代汽車

51、不采用這種轉(zhuǎn)向器。 極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于可逆式與不可逆式轉(zhuǎn)向器兩者之間。在車輪受到?jīng)_擊力作用時(shí)，此力只有較小一部分傳至轉(zhuǎn)向盤。 如果忽略軸承和其它地方的磨擦損失，只考慮嚙合副的磨擦損失，則逆效率可用下式計(jì)算 　　 （4-4） 式（4-3）和式（4-4）表明：增加導(dǎo)程角，正、逆效率均增大。受增大的影響，不宜取得過大。當(dāng)導(dǎo)程角小于或等于磨擦角時(shí)，逆效率為負(fù)值或者為零，此時(shí)表明該轉(zhuǎn)向器是不可逆式轉(zhuǎn)向器。為此，導(dǎo)程角必須大于磨擦角。 4.2傳動(dòng)比變化特性 4.2.1轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比 轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比。

52、 轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比: （4-5） 　　　 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比: 　　　　　　　　 （4-6） 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比由轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比組成，即 （4-7） 轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比: 　　　　　

53、 （4-8） 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比: 　　　　 （4-9） 4.2.2力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系 轉(zhuǎn)向阻力與轉(zhuǎn)向阻力矩的關(guān)系式： （4-10） 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力與作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩的關(guān)系式： ?。?-11）　　　 將式（4-10）、式（4-11）代

54、入 后得到 （4-12） 　　　　　　　　 如果忽略磨擦損失，根據(jù)能量守恒原理，2Mr/Mh可用下式表示 （4-13） 將式（4-10）代入式（4-11）后得到 （4-14） 當(dāng)a和Dsw不變時(shí)，力傳動(dòng)比越大，雖然轉(zhuǎn)向越輕，但也越大，表明轉(zhuǎn)向不靈敏。 4.2.3轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的選擇 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比可以設(shè)計(jì)成減小、增大或保持不變的。影響選取角傳動(dòng)比變化規(guī)律的

55、主要因素是轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大小和對(duì)汽車機(jī)動(dòng)能力的要求。 若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷小或采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向的汽車，不存在轉(zhuǎn)向沉重問題，應(yīng)取較小的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比，以提高汽車的機(jī)動(dòng)能力。若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大，汽車低速急轉(zhuǎn)彎時(shí)的操縱輕便性問題突出，應(yīng)選用大些的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比。 汽車以較高車速轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，要求轉(zhuǎn)向輪反應(yīng)靈敏，轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比應(yīng)當(dāng)小些。汽車高速直線行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向盤在中間位置的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比不宜過小。否則轉(zhuǎn)向過分敏感，使駕駛員精確控制轉(zhuǎn)向輪的運(yùn)動(dòng)有困難。 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比變化曲線應(yīng)選用大致呈中間小兩端大些的下凹形曲線，如圖3-1所示。 圖4-1轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比變化特性曲線 4.3轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙△t 傳動(dòng)間

56、隙是指各種轉(zhuǎn)向器中傳動(dòng)副之間的間隙。該間隙隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的大小不同而改變，并把這種變化關(guān)系稱為轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性（圖4-2）。 研究該特性的意義在于它與直線行駛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向器的使用壽命有關(guān)。 傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙在轉(zhuǎn)向盤處于中間及其附近位置時(shí)要極小，最好無間隙。若轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副存在傳動(dòng)間隙，一旦轉(zhuǎn)向輪受到側(cè)向力作用，車輪將偏離原行駛位置，使汽車失去穩(wěn)定。 傳動(dòng)副在中間及其附近位置因使用頻繁，磨損速度要比兩端快。在中間附近位置因磨損造成的間隙過大時(shí)，必須經(jīng)調(diào)整消除該處間隙。 為此，傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成圖4-2所示的逐漸加大的形狀。 圖4-2 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性 轉(zhuǎn)向

57、器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性 圖中曲線1表明轉(zhuǎn)向器在磨損前的間隙變化特性；曲線2表明使用并磨損后的間隙變化特性，并且在中間位置處已出現(xiàn)較大間隙；曲線3表明調(diào)整后并消除中間位置處間隙的轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)間隙變化特性。 4.4轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù) 轉(zhuǎn)向盤從一個(gè)極端位置轉(zhuǎn)到另一個(gè)極端位置時(shí)所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)稱為轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)。它與轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比有關(guān)，并影響轉(zhuǎn)向的操縱輕便性和靈敏性。轎車轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)較少，一般約在3.6圈以內(nèi)；貨車一般不宜超過6圈。 第五章 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析及設(shè)計(jì) 5.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器由與轉(zhuǎn)向軸做成一體的轉(zhuǎn)向齒輪和常與轉(zhuǎn)向橫拉桿做成一體的齒

58、條組成。與其他形式的轉(zhuǎn)向器比較，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器最主要的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉(zhuǎn)向器的質(zhì)量比較小；傳動(dòng)效率高達(dá)90%；齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙以后，利用裝在齒條背部、靠近主動(dòng)小齒輪處的壓緊力可以調(diào)節(jié)的彈簧。能自動(dòng)消除齒間間隙，這不僅可以提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度。還可以防止工作時(shí)產(chǎn)生沖擊和噪聲；轉(zhuǎn)向器占用的體積??；沒有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，所以轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角可以增大；制造成本低。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：因逆效率高，汽車在不平路面上行駛時(shí)，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間沖擊力的大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤，稱之為反沖。反沖現(xiàn)象會(huì)使駕駛員精神緊張，并難以準(zhǔn)確控制汽車行駛方向，轉(zhuǎn)向盤突

59、然轉(zhuǎn)動(dòng)又會(huì)造成打手，同時(shí)對(duì)駕駛員造成傷害。 根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點(diǎn)不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向起有四種形式，如圖5-1所示：中間輸入，兩端輸出(a)；側(cè)面輸入，兩端輸出(b)；側(cè)面輸入，中間輸出(c)；側(cè)面輸入，一端輸出(d)。 圖5-1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向起有四種形式 采用側(cè)面輸入，中間輸出方案時(shí)，與齒條連的左，右拉桿延伸到接近汽車縱向?qū)ΨQ平面附近。由于拉桿長度增加，車輪上、下跳動(dòng)時(shí)拉桿擺角減小，有利于減少車輪上、下跳動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向系與懸架系的運(yùn)動(dòng)干涉。拉桿與齒條用螺栓固定連接，因此，兩拉桿會(huì)與齒條同時(shí)向左或右移動(dòng)，為此在

60、轉(zhuǎn)向器殼體上開有軸向的長槽，從而降低了它的強(qiáng)度。 采用兩端輸出方案時(shí)，由于轉(zhuǎn)向拉桿長度受到限制，容易與懸架系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。 側(cè)面輸入，一端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，常用在平頭貨車上。 采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器采用直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合，則運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)降低，沖擊大，工作噪聲增加。此外，齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角只能是直角，為此因與總體布置不適應(yīng)而遭淘汰。采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，重合度增加，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊與工作噪聲均下降，而且齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角易于滿足總體設(shè)計(jì)的要求。因?yàn)樾饼X工作時(shí)有軸向力作用，所以轉(zhuǎn)向器應(yīng)該采用推力軸承，使軸承壽命降低，還有斜齒輪的

61、滑磨比較大是它的缺點(diǎn)。 齒條斷面形狀有圓形、V形和Y形三種。圓形斷面齒條的制作工藝比較簡單。V形和Y形斷面齒條與圓形斷面比較，消耗的材料少，約節(jié)省20%，故質(zhì)量?。晃挥邶X下面的兩斜面與齒條托座接觸，可用來防止齒條繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；Y形斷面齒條的齒寬可以做得寬些，因而強(qiáng)度得到增加。在齒條與托座之間通常裝有用減磨材料（如聚四氟乙烯）做的墊片，以減少滑動(dòng)摩擦。當(dāng)車輪跳動(dòng)、轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向器工作時(shí)，如在齒條上作用有能使齒條旋轉(zhuǎn)的力矩時(shí)，應(yīng)選用V形和Y形斷面齒條，用來防止因齒條旋轉(zhuǎn)而破壞齒輪、齒條的齒不能正確嚙合的情況出現(xiàn)。 為了防止齒條旋轉(zhuǎn)，也有在轉(zhuǎn)向器殼體上設(shè)計(jì)導(dǎo)向槽的，槽內(nèi)嵌裝導(dǎo)向塊，并將拉桿、導(dǎo)向塊與齒

62、條固定在一起。齒條移動(dòng)時(shí)導(dǎo)向塊在導(dǎo)向槽內(nèi)隨之移動(dòng)，齒條旋轉(zhuǎn)時(shí)導(dǎo)向塊可防止齒條旋轉(zhuǎn)。要求這種結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向塊與導(dǎo)向槽之間的配合要適當(dāng)。配合過緊會(huì)為轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)向輪回正帶來困難，配合過松齒條仍能旋轉(zhuǎn)，并伴有敲擊噪聲。 根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對(duì)前軸位置的不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在汽車上有四種布置：形式轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形(a)；轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形(b)；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形(c)；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形(d)。 圖5-2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在汽車上有四種布置 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于乘用車上。車載質(zhì)量不大，前輪

63、采用獨(dú)立懸架的貨車和客車有些也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 5.2其他轉(zhuǎn)向器 有循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器，蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器等。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：逆效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，制造精度要求高。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要用于商用車上。 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：正效率低；工作齒面磨損以后，調(diào)整嚙合間隙比較困難；轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比不能變化。 固定銷蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)簡單、制造容易；但是因銷子不能自轉(zhuǎn)，銷子的工作部位基本保持不變，所以磨損快、工作效率低。旋轉(zhuǎn)銷式轉(zhuǎn)向器的效率高、磨損慢，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 所以我的設(shè)計(jì)選用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器為動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置。 5.3齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器布

64、置和結(jié)構(gòu)形式的選擇 圖5-3 采用如圖所示的布置形式。 圖5-4 采用如圖所示的側(cè)面輸入兩端輸出的結(jié)構(gòu)形式。 5.4數(shù)據(jù)的確定 根據(jù)以上的論述，本次設(shè)計(jì)初選數(shù)據(jù)如下： 輪距 1440mm 軸距 2750mm 滿載軸荷分配：前/后 877/1643(kg) 總質(zhì)量/kg 1255(kg) 輪胎 175/60R14（附2） 主銷偏移距a 50mm 輪胎壓力p/MPa 0.4

65、5 方向盤直徑 307mm 最小轉(zhuǎn)彎半徑 6.9m 轉(zhuǎn)向梯形臂 200mm 表5-1 初選數(shù)據(jù) 參考BJ121型輕型載貨汽車底盤架構(gòu)和上海通用別克賽歐汽車轉(zhuǎn)向操作機(jī)構(gòu) 5. 5設(shè)計(jì)計(jì)算過程 5.5.1 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計(jì)算 (5-1) (5-2) 4.5.2轉(zhuǎn)向器參數(shù)選取 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的齒輪多采用斜齒輪，齒輪模數(shù)在之間，主動(dòng)小齒輪齒數(shù)在之間

66、，壓力角取，螺旋角在之間。故取小齒輪，，右旋，壓力角，精度等級(jí)8級(jí)。 轉(zhuǎn)向節(jié)原地轉(zhuǎn)向阻力矩： (4-3) 方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)： (4-4) 角傳動(dòng)比： (4-5) 方向盤上的手力： (4-6) 作用在轉(zhuǎn)向盤上的操縱載荷:對(duì)轎車該力不應(yīng)超過150～200N，對(duì)貨車不應(yīng)超過500N。所以符合設(shè)計(jì)要求 (4-7) 力傳動(dòng)比： (4-8) 取齒寬系數(shù)， (4-9) 齒條寬度圓整取，則取齒輪齒寬 4.5.3選擇齒輪齒條材料 小齒輪：齒輪通常選用國內(nèi)常用、性能優(yōu)良的20CrMnTi合金鋼，熱處理采用表面滲碳淬火工藝，齒面硬度為HRc58～63。而齒條選用與20CrMnTi具有較好匹配性的40Cr作為嚙合副，齒條熱處理采用高頻淬火工藝，表面硬度HRc50～56。 4.5.4強(qiáng)度校核 （1）、校核齒輪接觸疲勞強(qiáng)度 選取參數(shù)，