HGC1050輕型商用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文說明書

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1、黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ Abstract ………………………………………………………………………………Ⅱ 第1章 緒論……………………………………………………………………………1 1.1 概述……………………………………………………………………………1 1.2 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) ………………………………………………1 1.3 課題研究的目的和意義 …………………………………………………………3 第2章 轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)概述…………………………………………

2、……………5 2.1對(duì)轉(zhuǎn)向系的要求 …………………………………………………………………5 2.2轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) ……………………………………………………………………5 2.3轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)……………………………………………………………………6 2.4轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)………………………………………………………………6 2.4.1轉(zhuǎn)向梯形理論特性……………………………………………………………7 2.5轉(zhuǎn)角及最小轉(zhuǎn)彎半徑……………………………………………………………9 2.6汽車轉(zhuǎn)向系方案的選擇……………………………………………………11 2.6.1齒輪齒條轉(zhuǎn)向器…………………

3、……………………………………………11 2.6.2其它轉(zhuǎn)向器……………………………………………………………………14 2.7齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器布置和結(jié)構(gòu)形式的選擇…………………………………14 2.8數(shù)據(jù)的確定……………………………………………………………………15 2.9本章小結(jié)……………………………………………………………………15 第3章 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù) ………………………………………………………16 3.1轉(zhuǎn)向器的效率……………………………………………………………………16 3.1.1轉(zhuǎn)向器的正效率………………………………………………………16

4、 3.1.2轉(zhuǎn)向器的逆效率………………………………………………………17 3.2傳動(dòng)比變化特性…………………………………………………………………18 3.2.1轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比……………………………………………………………18 3.2.2力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系……………………………………18 3.2.3轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的選擇…………………………………………………19 3.3轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙 …………………………………………………20 3.4轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)……………………………………………………………20 3.5本章小結(jié)…

5、………………………………………………………………20 第4章 轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)計(jì)算 ……………………………………………………………21 4.1轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定…………………………………………………………21 4.2齒輪參數(shù)的選擇…………………………………………………………………22 4.3齒輪幾何參數(shù)的確定……………………………………………………………22 4.4齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………………22 4.4.1齒輪精度等級(jí)、材料及參數(shù)的選擇……………………………………22 4.4.2齒輪的齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) …………………………………………

6、……23 4.4.3齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 …………………………………………………23 4.5齒條幾何尺寸的確定……………………………………………………………24 4.6齒輪軸的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………25 4.7其它零件的選擇…………………………………………………………………26 4.8 動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………28 4.8.1對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的要求………………………………………………………28 4.9液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的計(jì)算…………………………………………………29 4.9.1

7、動(dòng)力缸尺寸計(jì)算 …………………………………………………………29 4.9.2分配閥的參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 …………………………………………30 4.10 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………32 4.11轉(zhuǎn)向傳送機(jī)構(gòu)的臂、桿與球銷………………………………………………33 4.12本章小結(jié)…………………………………………………………………34 結(jié)論………………………………………………………………………………………35 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………36 致謝…………………………………………………………………

8、……………………37 摘 要 本課題的題目是轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)。用來改變或保持汽車行駛或倒退方向的一系列裝置稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能就是按照駕駛員的意愿控制汽車的行駛方向,因此對(duì)汽車的行駛安全至關(guān)重要。機(jī)械轉(zhuǎn)向系由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)構(gòu)三大部分組成。 此次是以齒輪齒條轉(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；三是數(shù)據(jù)的確定，包括計(jì)算轉(zhuǎn)向阻力矩和對(duì)轉(zhuǎn)向盤施加的手力、力傳動(dòng)比和角傳動(dòng)比的計(jì)算，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)，包括動(dòng)力缸尺寸計(jì)算

9、、分配閥的設(shè)計(jì)以及參數(shù)計(jì)算。 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(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；機(jī)械設(shè)計(jì)；液壓式助力轉(zhuǎn)向器

10、 ABSTRACT This topic's topic is steering system design. Used to modify or keep driving or setback a series of device is called the direction for automotive steering system. The function of automotive steering system according to the

11、driver's intention is the driving direction control vehicle, so safe driving the car is very important. Mechanical steering system, steering by steering control agencies and steering preach motivation steering system structure composed of three. This is the design of rack-and pinion steering ge

12、ar for center, one is the overall structure parameters on car steering influence; 2 it is mechanical redirector choice; Three is data set, including the calculation of steering resistance moment and pressure of steering plate and Angle individual, force transmission differential calculation, to meet

13、 the correct ratio and the intensity of the steering requirements; Four is power steering mechanism design, including power cylinder size calculation, distributing design and parameter calculation. So this topic in considering the requirement and factors of using based on research of rotating d

14、isk drives to the drive mechanism for rack-and pinion steering shaft steering, through the gimbal drive shaft rotation, steering gear steering gear axle and steering rack, which prompted steering rack of meshing, realizing linear movement steering. Realize the redirector simple and compact structure

15、, short axial dimensions, and the number of advantages and fewer parts can increase power, thus fulfilling the vehicle steering stability and sensitivity. In this paper focused on the design of steering gear rack of steering gear axle and checking, the main method and theory adopts car design experi

16、ence in mechanical design parameters and the university the curriculum content of learned, its result meet design strength requirement, safe and reliable. Keywords: Steering; Mechanical Type Steering Gear; Gear rack; Machine design; Hydraulic power steering 第1章 緒 論

17、 1.1 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（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

18、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。 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(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)

19、，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。 1.2 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 汽車自19世紀(jì)末誕生以來，已經(jīng)走過了風(fēng)風(fēng)雨雨的一百多年。從卡爾.本茨造出的第一輛三輪汽車以每小時(shí)18公里的速度行駛，到現(xiàn)在的從零至百公里加速只需要三秒鐘的超級(jí)跑車，汽車的發(fā)展直接影響著時(shí)代的進(jìn)步和社會(huì)的繁榮。同時(shí)，汽車工業(yè)也造就諸如通用、福特、豐田、本田這樣一些在各國(guó)經(jīng)濟(jì)中舉足輕重的著名

20、公司。 在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國(guó)家經(jīng)濟(jì)政策的支持和引導(dǎo)下，我國(guó)汽車無論在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國(guó)民經(jīng)濟(jì)需求和世界先進(jìn)水平相比，差距仍然很大。 直到近年來，中國(guó)整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，居民收入的持續(xù)增長(zhǎng)以及擴(kuò)大內(nèi)需、拉動(dòng)消費(fèi)的財(cái)政政策，特別是在中國(guó)加入WTO以后，汽車關(guān)稅不斷下調(diào)，國(guó)外知名的汽車巨頭也瞄準(zhǔn)了中國(guó)這個(gè)巨大的市場(chǎng)，陸續(xù)在華投資設(shè)廠，越來越多款式新穎、乘坐舒適安全的汽車隨之進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，加速了轎車進(jìn)入家庭的步伐。隨著我國(guó)汽車的銷量的猛增，特別是轎車的銷量取得了大幅增長(zhǎng)，有些產(chǎn)品如雅閣、波羅等還供不應(yīng)求，甚至有的還出現(xiàn)需要“加價(jià)”才能購(gòu)買的情況

21、。由此可見，中國(guó)汽車市場(chǎng)火爆的局面也似乎預(yù)示著中國(guó)汽車工業(yè)迎來了真正發(fā)展的春天。 隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)也有很大變化。汽車轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)很多，從目前使用的普遍程度來看，主要的轉(zhuǎn)向器類型有4種：有蝸桿曲柄指銷式（WP型）、蝸桿滾輪式（WR型）、循環(huán)球式（BS型）、齒輪齒條式（RP型）。這四種轉(zhuǎn)向器型式，已經(jīng)被廣泛使用在汽車上。 據(jù)了解，在世界范圍內(nèi)，汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占45％左右，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器占40％左右，蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器占10％左右，其它型式的轉(zhuǎn)向器占5％。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器一直在穩(wěn)步發(fā)展。在西歐小客車中，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器有很大的發(fā)展。日本汽車轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)是循環(huán)球式轉(zhuǎn)

22、向器占的比重越來越大，日本裝備不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)的各類型汽車，采用不同類型轉(zhuǎn)向器，在公共汽車中使用的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，已由60年代的62.5％發(fā)展至今已達(dá)100％(蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器在公共汽車上已經(jīng)被淘汰)。中、輕型商用車大都采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，但齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器也有所發(fā)展。微型貨車用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占65％，齒輪齒條式占35％。 據(jù)資料顯示，截至到2007年，中國(guó)生產(chǎn)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)品的企業(yè)有150多家，其中民營(yíng)企業(yè)占70％，國(guó)營(yíng)企業(yè)占14％，合資企業(yè)占10％，獨(dú)資企業(yè)占6%。轉(zhuǎn)向行業(yè)中，規(guī)模較大的企業(yè)有上海ZF、恒隆集團(tuán)、一汽光洋、新鄉(xiāng)豫北和湖北三環(huán)等20多家，生產(chǎn)集中度約為80%。轉(zhuǎn)向器行業(yè)的企業(yè)

23、總資產(chǎn)約為130億元，年生產(chǎn)能力超過1000萬臺(tái)（套）。2007年國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)向器產(chǎn)銷量約940萬臺(tái)（套），總產(chǎn)值約為120億元，出口創(chuàng)匯約2.2億美元。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)基本合理，能覆蓋國(guó)內(nèi)全系列汽車，基本滿足整車產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。 轉(zhuǎn)向器發(fā)展的趨勢(shì)是： 　　(1) 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，已成為當(dāng)今世界汽車上主要的兩種轉(zhuǎn)向器；而蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器和蝸桿肖式轉(zhuǎn)向器，正在逐步被淘汰或保留較小的地位； (2) 在小客車上發(fā)展轉(zhuǎn)向器的觀點(diǎn)各異，美國(guó)和日本重點(diǎn)發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，比率都已達(dá)到或超過90％；西歐則重點(diǎn)發(fā)展齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，比率超過50％，法國(guó)已高達(dá)95％；

24、 (3)由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的種種優(yōu)點(diǎn)，在小型車上的應(yīng)用(包括小客車、小型貨車或客貨兩用車)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展；而大型車輛以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為主要結(jié)構(gòu)。 1.3 課題研究的目的和意義 1、目的： 改革開放以來，我國(guó)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(guó)外有很多國(guó)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。隨著我國(guó)汽車轉(zhuǎn)向器市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)

25、必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。了解國(guó)內(nèi)外汽車轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)核心技術(shù)的研發(fā)動(dòng)向、工藝設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用及趨勢(shì)對(duì)于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力十分關(guān)鍵。 2、意義： 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

26、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，其他的一些車型也必須陸續(xù)安裝動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。雖然液壓助力型轉(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)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(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)了汽車轉(zhuǎn)

27、向的穩(wěn)定性和靈敏性。 本題是依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車型的主減速器作為設(shè)計(jì)原型，在給定汽車主要尺寸參數(shù)、最低穩(wěn)定車速等條件下，要求本人獨(dú)立設(shè)計(jì)出符合要求的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，著重設(shè)計(jì)計(jì)算轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)及對(duì)其校核計(jì)算，轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的參數(shù)及校核。在對(duì)各種結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了分析計(jì)算后，繪制出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)裝配圖及主要零件的零件圖。 通過對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分析提高了我對(duì)所學(xué)專業(yè)的認(rèn)知度，掌握了一下本人畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要工作內(nèi)容。完成畢業(yè)設(shè)計(jì)有利于綜合訓(xùn)練本人的專業(yè)知識(shí)，為今后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以綜合訓(xùn)練《汽車設(shè)計(jì)》、《汽車?yán)碚摗?、《機(jī)械設(shè)計(jì)》等專業(yè)知識(shí)，也能夠幫助自己對(duì)Pro/E等相關(guān)工程軟件

28、的理解和掌握。通過設(shè)計(jì)和撰寫設(shè)計(jì)說明書，增強(qiáng)了本人對(duì)事物的分析和判斷能力，加強(qiáng)思維的嚴(yán)密性和科學(xué)性。 第2章 轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)概述 2.1 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)

29、。 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.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。 2.2 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，

30、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)。 目前，許多國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的新車型在轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)中采用了萬向傳動(dòng)裝置（轉(zhuǎn)向萬向節(jié)和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸）。這有助于轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向器等部件和組件的通用化和系列化。只要適當(dāng)改變轉(zhuǎn)向萬向傳動(dòng)裝置的幾何參數(shù)，便可滿足各種變型車的總布置要求。即使在轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向器同軸線的情況下，其間也可采用萬向傳動(dòng)裝置，以補(bǔ)償由于部件在車上的安裝誤差和安裝基體（駕駛室、車架）的變形所造成的二者軸線實(shí)際上的不重合。 轉(zhuǎn)向盤在駕駛室安置位置與各

31、國(guó)交通法規(guī)規(guī)定車輛靠道路左側(cè)還是右側(cè)通行有關(guān)。包括我國(guó)在內(nèi)的大多數(shù)國(guó)家規(guī)定車輛右側(cè)通行，相應(yīng)地應(yīng)將轉(zhuǎn)向盤安置在駕駛室左側(cè)。這樣，駕駛員的左方視野較廣闊，有利于兩車安全交會(huì)。相反，在一些規(guī)定車輛靠左側(cè)通行的國(guó)家和地區(qū)使用的汽車上，轉(zhuǎn)向盤則應(yīng)安置在駕駛室右側(cè)。 圖2.1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 2.3 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

32、。（見圖2.2） 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2.2 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 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 2.4 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)用來保證轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)汽車的車輪均能繞同一瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心在不同半徑的圓周上作無滑動(dòng)的純滾動(dòng)。因此，在設(shè)計(jì)中首先是要確定轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的幾何尺寸參數(shù)，其次是進(jìn)行零件的強(qiáng)度計(jì)算。轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)有整體式的和分段式的兩種。整體式

33、的用于非獨(dú)立懸架的轉(zhuǎn)向輪；分段式的用于獨(dú)立懸架的轉(zhuǎn)向輪。通常是將轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)布置在前轉(zhuǎn)向橋之后，且高度不低于前橋橫梁或其他防撞件；當(dāng)布置在前橋之后有困難時(shí)，例如當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)位置很低或汽車前驅(qū)動(dòng)時(shí)，也可以布置在前橋之前。 2.4.1 轉(zhuǎn)向梯形理論特性 以整體式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)為例：轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)實(shí)際上不能完全精確地滿足公式的要求，而只能以足夠的工程精度接近該式。即轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)使公式中的L值不再是汽車的軸距L，而是。若令，L愈接近，則該轉(zhuǎn)向梯形愈能精確地反映公式的要求，轉(zhuǎn)向亦愈順暢。 如圖2-3中的ΔOAB有

34、 （2.1） 梯形臂長(zhǎng)度與兩主銷中心距之比在0.11~0.15間， m/K=0.11~0.15 取0.15 即：m=0.151290=193.5 計(jì)算結(jié)果取200mm 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的幾何尺寸參數(shù)有：兩轉(zhuǎn)向主銷中心線與地面交點(diǎn)間的距離K，轉(zhuǎn)向橫拉桿兩端球鉸接中心間的距離轉(zhuǎn)向梯形臂長(zhǎng)m和梯形底角，根據(jù)汽車的總體布置或轉(zhuǎn)向橋的布置圖，首先可找出汽車的軸距L 及轉(zhuǎn)向主銷間距K，再按，在關(guān)系曲線圖上找出，則有 （2.2） 當(dāng)K,L確定后根據(jù)y的三種取

35、值方式可求得轉(zhuǎn)向梯形的三種尺寸方案，有了這些方案就可對(duì)一系列按大小排列的值以圖解法確定其相應(yīng)的值，進(jìn)而求出的值。 計(jì)算方案： （1） 當(dāng)取0.70時(shí)，則 （2） 當(dāng)取0.65時(shí)，則 （3） 當(dāng)取0.6時(shí)，則 第一種方案： x=0.7 y=0.12:2 則 第二種方案： x=0.65 y=0.11:3 第三種方

36、案： x=0.6 y=0.16 2.5 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)、外轉(zhuǎn)向輪理想的轉(zhuǎn)角關(guān)系如圖2.3所示，由下式?jīng)Q定：

37、 （2.3） 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2.3 理想的內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角間的關(guān)系 第一種方案： 第二種方案： 第三種方案： 因此，取第二種方案為最終設(shè)計(jì)方案。 汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑Rmin與其內(nèi)、外

38、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： （2.4） 取7600 通常為35o～40o，為了減小值，值有時(shí)可達(dá)到45o。

39、 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。 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。 2.6

40、 汽車轉(zhuǎn)向系方案的選擇 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。

41、 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。 2.6.1 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(jiǎn)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??；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

42、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2.4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2.4 齒輪齒條式

43、轉(zhuǎn)向器有四種形式 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(zhǎng)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)，為此在轉(zhuǎn)向器殼體上開有軸向的長(zhǎng)槽，從而降低它的強(qiáng)度。 采用兩端輸出方案時(shí)，由于轉(zhuǎn)向拉桿長(zhǎng)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。 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

44、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(jiǎn)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)量小；位于齒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

45、。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

46、)；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2.5 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。 2.6.2 其他轉(zhuǎn)向器 除齒輪齒條轉(zhuǎn)向器外，還有循環(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,因此循環(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

47、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(jiǎn)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。 2.7 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器布置和結(jié)構(gòu)形式的選擇 圖2.6 采用如圖所示的布置形式 圖2.7 采用如圖所示的側(cè)面輸入兩端輸出的結(jié)構(gòu)形式。

48、 2.8 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 1670mm 軸距 3800mm 滿載軸荷分配：前/后 2200/3255(kg) 總質(zhì)量/kg ma 1255(kg) 輪胎 175/60R16 主銷偏移距a 50mm 輪胎壓力p/MPa 0.53 方向盤直徑SW D 400mm 最小轉(zhuǎn)彎半徑 7.6m 轉(zhuǎn)向梯形臂 200mm 主銷中心距K 1290mm 表2.2 初選數(shù)據(jù) 參考BJ121 型輕型載貨汽

49、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) 2.9 本章小結(jié) 本章對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析，確定轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)最小轉(zhuǎn)彎半徑進(jìn)行計(jì)算。機(jī)械轉(zhuǎn)向器的類型選用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，因其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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??；傳動(dòng)效率高達(dá)90%等優(yōu)點(diǎn)。最后確定本次設(shè)計(jì)的初選數(shù)據(jù)。 第3章 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù) 3.1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：

50、 （3.1） 逆效率計(jì)算公式： （3-2） 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

51、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

52、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 （3.3） 　　 　　　　　　　　 式中，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

53、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

54、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 　　 （3.4） 式（3.3）和式（3.4）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。 3.2 傳動(dòng)比變化特性 3.2.1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。 轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比: （3.5）　

55、 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比: 　　　　　　 （3.6） 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 （3.7） 轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比: 　 　　 （3.8） 轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比商用車約為16~22，轎車約為12~20，此處取=20 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比: 　　　 （3.9）

56、 3.2.2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： （3.10） 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： （3.11） 　　　　 將式（3.10）、式（3.11）代入 后得到

57、 （3.12） 　　　　　　　　 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 （3.13） 將式（3.10）代入式（3.11）后得到 （3.14） 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。 3.2.3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

58、動(dòng)比變化規(guī)律的主要因素是轉(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3.1轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比變化特性曲線 Fig 3.1 Change

59、 characteristic property curve of Steering angle transmission ratio 3.3轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙△t 傳動(dòng)間隙是指各種轉(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3.2）。 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。

60、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3-2所示的逐漸加大的形狀。 圖3.2 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性 Fig 3.2 Drive gap characteristic property of steering 轉(zhuǎn)向器傳動(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。 3.4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

61、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。乘用車轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動(dòng)閣數(shù)較少，一般約在3.6圈以內(nèi)；商用車一般不宜超過6圈。 本設(shè)計(jì)為輕型商用車，所以取4圈。 3.5本章小結(jié) 以上內(nèi)容是針對(duì)轉(zhuǎn)向系的主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，力與角的傳動(dòng)比直接影響到行駛的舒適性和安全性，影響選取角傳動(dòng)比變化規(guī)律的主要因素是轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大小和對(duì)汽車機(jī)動(dòng)能力的要求。并對(duì)轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性進(jìn)行研究，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)。 第4章 轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定 為了保證行駛安全，組成轉(zhuǎn)向系

62、的各零件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。欲驗(yàn)算轉(zhuǎn)向系零件的強(qiáng)度，需首先確定作用在各零件上的力。影響這些力的主要因素有轉(zhuǎn)向軸的負(fù)荷，地面阻力和輪胎氣壓等。為轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力、車輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦阻力等。 精確地計(jì)算這些力是困難的，為此推薦用足夠精確的半經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力距（N?mm),即 (4.1) ＝46208.3 N?mm 式中，f為輪胎和路面見的摩擦因素，一般取0.7；為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷2200（N）; p為輪胎氣壓0.53（MPa

63、）。 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力為 （4.2） ＝13.59 N 式中， 為轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)；為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)；為轉(zhuǎn)向盤直徑；為轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比；為轉(zhuǎn)向器正效率。 作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩為 Fh=Mh / R Mh=13.59x200 ＝2718 N?mm 4.2齒輪參數(shù)的選擇 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的齒輪多采用斜齒輪，齒輪模數(shù)在2 ~ 3mm之間，主動(dòng)小

64、齒輪齒數(shù)在5 ~ 7之間，壓力角取a = 20°，螺旋角在9 ~ 15之間。故取小齒輪 z= 6，mn =2.5， b =10°右旋，壓力角a = 20°，精度等級(jí)8級(jí)。 主動(dòng)小齒輪選用20MnCr5材料制造并經(jīng)滲碳淬火，而齒條常采用45號(hào)鋼或41Cr4制造并經(jīng)高頻淬火，表面硬度均應(yīng)在56HRC以上。為減輕質(zhì)量，殼體用鋁合金壓鑄。 4.3齒輪幾何尺寸的確定 齒頂高 ha = 齒根高 hf 齒高 h = ha+ hf = 分度圓直徑 d =mz/cosβ= 齒頂圓直徑 da =

65、d+2ha = 齒根圓直徑 df =d-2hf = 基圓直徑　　　　 法向齒厚為　　　　 　　　　　　　　　　 端面齒厚為　　　　 　　　　　　　　　　 分度圓直徑與齒條運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系 d=60000v/πn10.001m/s 齒距 p=πm=3.14×2.5=7.85mm 齒輪中心到齒條基準(zhǔn)線距離 H=d/2+xm=9.4185mm 4.4　齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 4.4.1齒輪精度等級(jí)、材料及參數(shù)的選擇 （1） 由于轉(zhuǎn)向器齒輪轉(zhuǎn)速低，是一般的機(jī)械，故選擇8級(jí)精度。 （2） 齒輪模數(shù)值取值為m=2.5，主動(dòng)齒輪齒數(shù)為z=6

66、，壓力角取a=20°. （3） 主動(dòng)小齒輪選用20MnCr5或15CrNi6材料制造并經(jīng)滲碳淬火，硬度在56-62HRC之間，取值60HRC. （4） 齒輪螺旋角初選為β=° 4.4.2齒輪的齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) （1）試取K= （2）斜齒輪的轉(zhuǎn)矩 T=25 N·M （3）取齒寬系數(shù) （4）齒輪齒數(shù) （5）復(fù)合齒形系數(shù) = （6）許用彎曲應(yīng)力 =0.7=0.7920=644N/ 為齒輪材料的彎曲疲勞強(qiáng)度的基本值。 試取=2.5mm (7) 圓周速度 d=mm b= d= 取b=12mm (8)計(jì)算載荷系數(shù) 1） 查表得 使用系數(shù)=1 2） 根據(jù)和8級(jí)精度，查表得 3） 查表得　　齒向載荷分布系數(shù) 4） 查表得　　齒間載荷分布系數(shù) 　　　　　　　 5） 修正值計(jì)算模數(shù)＝，故前取2.5mm不變． 4.4.3齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 校核公式為　 （1）許用接觸應(yīng)力 　 查表得 由圖得 安全系數(shù)