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

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1、目目 錄錄摘摘 要要 .3第一章第一章 緒論緒論 .41.1 汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述.41.2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器概述.101.3 液壓助力轉(zhuǎn)向器概述.111.4 國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況.131.5 本課題研究的目的和意義.131.6 本文主要研究?jī)?nèi)容.14第二章第二章 汽車(chē)主要參數(shù)的選擇汽車(chē)主要參數(shù)的選擇 .152.1 汽車(chē)主要尺寸的確定.152.2 汽車(chē)質(zhì)量參數(shù)的確定.172.3 輪胎的選擇.18第三章第三章 轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)概述轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)概述 .203.1 對(duì)轉(zhuǎn)向系的要求.203.2 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu).203.3 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu).213.4 轉(zhuǎn)向器.213.5 轉(zhuǎn)角及最小轉(zhuǎn)彎半徑.22第四章第四章.轉(zhuǎn)向系的主要性能

2、參數(shù)轉(zhuǎn)向系的主要性能參數(shù) .244.1 轉(zhuǎn)向系的效率.244.2 傳動(dòng)比變化特性.254.3 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙T.274.4 轉(zhuǎn)向盤(pán)的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù).28第五章第五章 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析及設(shè)計(jì)機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析及設(shè)計(jì) .295.1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器.295.2 其他轉(zhuǎn)向器.315.3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器布置和結(jié)構(gòu)形式的選擇.325.4 數(shù)據(jù)的確定.325. 5 設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程 .335.6 齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).375.7 軸承的選擇.375.8 轉(zhuǎn)向器的潤(rùn)滑方式和密封類型的選擇.385.動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .385.1 對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的要求.385.2 動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案.38

3、5.3 液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的計(jì)算.405.4 動(dòng)力轉(zhuǎn)向的評(píng)價(jià)指標(biāo).456. 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .476.1 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)原理.476.2 轉(zhuǎn)向傳送機(jī)構(gòu)的臂、桿與球銷(xiāo).496.3 轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部.496.4 桿件設(shè)計(jì)結(jié)果.507.結(jié)論結(jié)論 .51致謝致謝 .51 摘摘 要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(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)

4、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 s

5、teering gear to the design as the center, one vehicle parameters on the overall framework of the impact of vehicle steering; Second, the choice of mechanical steering; third rack gear and a reasonable match to meet the correct steering gear ratio and strength requirements; Fourth, power steering mec

6、hanism design; Fifth, the structural design of trapezoidal. Therefore, taking into account the above issues and factors that require study, based on the steering wheel rotary drive transmission shaft of the steering rack and pinion steering, through the universal joint drive shaft rotation gear shif

7、t, steering rack and steering gear shaft meshing, thereby encouraging steering rack linear motion to achieve steering. Simple structure 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 sta

8、bility and sensitivity. In this article a major design steering rack and pinion steering gear shaft and the check, the main methods and theoretical experience in the use of automotive design parameters and the University of mechanical design school curriculum design and the results meet the strength

9、 requirements, safe and reliable.Keywords: steering; mechanical type steering gear; gear rack; hydraulic power steering 第一章第一章 緒論緒論1.11.1 汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述汽車(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

10、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(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)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(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、開(kāi)關(guān)、電機(jī)和地線的作

11、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;(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1.1.11.1.1 機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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

12、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。1.1.21.1.2 液壓助力轉(zhuǎn)

13、向系統(tǒng)（液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPSHPS）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

14、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)，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)

15、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)。1.1.31.1.3 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPSEHPS）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

16、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

17、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；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

18、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。1.1.41.1.4 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPSEPS）1988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

19、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。1.1.4.1 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（

20、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

21、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

22、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

23、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。1.1.51.1.5 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SBWSBW）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)巳?，汽?chē)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(jiǎn)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(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

24、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

25、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)

26、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，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)

27、速度和響應(yīng)的準(zhǔn)確性得以提高。1.21.2 齒輪齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器概述齒條式轉(zhuǎn)向器概述1.2.11.2.1 齒輪齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)及工作原理齒條式轉(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 1-11.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

28、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 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 1-21.萬(wàn)向節(jié)叉 2.轉(zhuǎn)向齒

29、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 13.壓緊彈簧 14.壓塊1.2.21.2.2 齒輪齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器功能特點(diǎn)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)。1.31.3 液壓助力轉(zhuǎn)向器概述液壓助力轉(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

30、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)向控制閥及轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸等。圖 1-31.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)，

31、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)

32、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

33、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，提高其保持直線行駛的能力。1.4 國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況1.5 本課題研究的目的和意義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(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

34、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)

35、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)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

36、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

37、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 各類汽車(chē)的軸距和輪距車(chē)型類別軸距 L/mm輪距 B/mmV1.0200022

38、00110013801.0V1.621002540115015001.6V2.525002860130015002.54.02900390015601620城市客車(chē)45005000客車(chē)長(zhǎng)途客車(chē)5000650017402050汽車(chē)總質(zhì)量1.817002900115013501.86.023003600130016506.014.03600550017002000商用車(chē)42 貨車(chē)14.045005600184020002.1.2 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

39、率、轉(zhuǎn)矩指標(biāo)下降，機(jī)動(dòng)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

40、，提高汽車(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m0ma、軸荷分配等。2.2.1 整車(chē)整備質(zhì)量m0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)和商用客車(chē)的整備質(zhì)量，也

41、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V1.00.150.161.0V1.60.170.241.6V2.50.210.2910.00.0960.1602.54.00.290.34車(chē)輛總長(zhǎng)La/m10.00.0650.1302.2.2 汽車(chē)的載客量和裝載質(zhì)量（1）汽車(chē)的載客量 乘用車(chē)的載客量包括駕駛員在內(nèi)不超過(guò) 9 座，又稱之為 M1類汽車(chē)，其他 M2、M3類汽車(chē)的座位數(shù)、乘員數(shù)及汽車(chē)的最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量見(jiàn)表 1-3。（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

42、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0m0m0mme汽車(chē)的設(shè)計(jì)水平和工藝水平，值越大，說(shuō)明該汽車(chē)的結(jié)構(gòu)和制造工藝越先進(jìn)。0m2.2.4 汽車(chē)總質(zhì)量ma汽車(chē)總質(zhì)量是指裝備齊全，并按規(guī)定裝

43、滿客、貨時(shí)的整車(chē)質(zhì)量。ma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mam0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-nnmma6502）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

44、著力；前置發(fā)動(dòng)機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)的轎車(chē)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(chē)滿載時(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(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

45、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 8.2520，7.5020 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

46、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)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，全部車(chē)輪應(yīng)繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，任何車(chē)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(chē)的行駛穩(wěn)定性。2）汽車(chē)轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，在駕駛員松開(kāi)轉(zhuǎn)向盤(pán)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(chē)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(pán)沒(méi)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(chē)輪產(chǎn)生的擺動(dòng)應(yīng)最小。5）保證汽車(chē)有較高的機(jī)動(dòng)性，具有迅速和小轉(zhuǎn)

47、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(pán)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(chē)禍中，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤(pán)由于車(chē)架或車(chē)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(pán)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(pán)，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(chē)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(wàn)向節(jié)，如圖 3-1。采用柔性萬(wàn)向節(jié)可減少傳至轉(zhuǎn)向軸上的振動(dòng)，但柔性萬(wàn)向節(jié)

48、如果過(guò)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)。圖 3-1 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)1-轉(zhuǎn)向萬(wàn)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(pán)1-steering universal shaft; 2-steering propeller ; 3-steering column ; 4-steering axis; 5-steering wheel3.3 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(jiàn)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)Fig

49、3-2 the transmission system of steering1-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(pán)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(chē)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(chē)和重型載貨汽車(chē)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(chē)在撞車(chē)時(shí)司機(jī)受到的轉(zhuǎn)向盤(pán)的傷害，除了在轉(zhuǎn)向盤(pán)中間可安裝安全氣囊外，還可在轉(zhuǎn)向

50、系中設(shè)置防傷裝置。為了緩和來(lái)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(chē)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(chē)采用全四輪轉(zhuǎn)向；多軸汽車(chē)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(chē)的機(jī)動(dòng)性，常用最小轉(zhuǎn)彎半徑來(lái)衡量，但汽車(chē)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(chē)軸距的 22.5 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(chē)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 3-3

51、所示，由下式?jīng)Q定： (3-1)LKBDCODOiocotcot式中：外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角；o 內(nèi)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角；i K兩轉(zhuǎn)向主銷(xiāo)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(lái)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(chē)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(xiāo)距RminmaximaxoK 及轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)臂 a 等尺寸有關(guān)。在轉(zhuǎn)向過(guò)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(chē)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： (3-2)aLoRmaxminsin通常為 3540，為了減小值，值

52、有時(shí)可達(dá)到 45maxiRminmaxi操縱輕便型的要求是通過(guò)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(lái)達(dá)到。對(duì)轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向盤(pán)或轉(zhuǎn)向輪能自動(dòng)回正的要求和對(duì)汽車(chē)直線行駛穩(wěn)動(dòng)性的要求則主要是通過(guò)合理的選擇主銷(xiāo)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(lái)達(dá)到。但要使傳遞到轉(zhuǎn)向盤(pán)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(guò)合理地選擇結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)布置來(lái)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(chē)、載貨汽車(chē)底盤(pán)干重的1.0%1.4%；小排量以及下轎車(chē)干重的 1.5%2.0%。轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)型式對(duì)汽車(chē)的自身質(zhì)量影響較小。第四章.轉(zhuǎn)向系的主要性能

53、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p1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）ppp121 逆效率計(jì)算公式： （4-2） ppp323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p1p2p3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(pán)的自動(dòng)返回能力。但為了減小傳至轉(zhuǎn)向盤(pán)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。 4.1.1 轉(zhuǎn)向器的正效率 影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有轉(zhuǎn)向

54、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(xiāo)式特別是固定銷(xiāo)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+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

55、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） )tan(tan00aa式中，a0為蝸桿（或螺桿）的螺線導(dǎo)程角； 為摩擦角，=arctanf；f 為磨擦因數(shù)。4.1.2 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(chē)輪上的力，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向系可大部分傳遞到轉(zhuǎn)向盤(pán)，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(pán)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(pán)上的車(chē)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。

56、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(chē)輪受到的沖擊力不能傳到轉(zhuǎn)向盤(pán)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(chē)輪自動(dòng)回正，駕駛員又缺乏路面感覺(jué)，因此，現(xiàn)代汽車(chē)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(chē)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(pán)。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）00tan)tan(aa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，a0不宜取得過(guò)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

57、a0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。0ipi轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比: （4-FFiWp/25） 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比: （4-kkkwdddtddtdi/06） 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，0iii即 iii0（4-7）轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比: （4-8）pppwdddtddtdi/ 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比: （4-9）kpkpkpdddtddtdi/ 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：FWMr （4-10）aMFwr

58、作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的手力與作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的力矩的關(guān)系式：FhMh （4-11） swhhDMF2將式（4-10） 、式（4-11）代入 后得到 hWpFFi/2 （4-12） aMDMihswrp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 （4-02iddMMkhr13）將式（4-10）代入式（4-11）后得到 （4-aDiiswp2014）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pi0i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)律的主要因素是轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大小和對(duì)汽車(chē)機(jī)動(dòng)能力的要求。

59、 若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷小或采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向的汽車(chē)，不存在轉(zhuǎn)向沉重問(wèn)題，應(yīng)取較小的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比，以提高汽車(chē)的機(jī)動(dòng)能力。若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大，汽車(chē)低速急轉(zhuǎn)彎時(shí)的操縱輕便性問(wèn)題突出，應(yīng)選用大些的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比。汽車(chē)以較高車(chē)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(chē)高速直線行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)在中間位置的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比不宜過(guò)小。否則轉(zhuǎn)向過(guò)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(pán)轉(zhuǎn)角的大小不同而改

60、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(pán)處于中間及其附近位置時(shí)要極小，最好無(wú)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(chē)輪將偏離原行駛位置，使汽車(chē)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(guò)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

61、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(pán)的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)轉(zhuǎn)向盤(pán)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(guò)的圈數(shù)稱為轉(zhuǎn)向盤(pán)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(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)較少，一般約在 3.6 圈以內(nèi)；貨車(chē)一般不宜超過(guò) 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

62、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)生沖擊和噪聲；轉(zhuǎn)向器占用的體積?。粵](méi)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(chē)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(pán)，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(chē)行駛方向，轉(zhuǎn)向盤(pán)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

63、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(chē)縱向?qū)ΨQ平面附近。由于拉桿長(zhǎng)度增加，車(chē)輪上、下跳動(dòng)時(shí)拉桿擺角減小，有利于減少車(chē)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(kāi)有軸向的長(zhǎng)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(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。側(cè)面輸入，一端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，常用

64、在平頭貨車(chē)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

65、的兩斜面與齒條托座接觸，可用來(lái)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(chē)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(lái)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(guò)緊會(huì)為轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)向輪回正帶來(lái)困難，配合

66、過(guò)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(chē)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(chē)上有四種布置齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于乘用車(chē)上。車(chē)載質(zhì)量不大，前輪采用獨(dú)立懸架的貨車(chē)和客車(chē)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(xiāo)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(chē)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(xiāo)蝸桿指銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易；但是因銷(xiāo)子不能自轉(zhuǎn)，銷(xiāo)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(xiāo)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