汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)[循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器]【含CAD高清圖紙和文檔】

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山 西 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）選題審批表 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目 汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指 導(dǎo) 教 師 賀俊林 職 稱 教授 學(xué)生具備條件 修完本專業(yè)的所有必修課程及相應(yīng)的選修課程，有一定的專業(yè)知識背景 選題完成形式 提交開題報(bào)告 內(nèi) 容 簡 要： 我設(shè)計(jì)的是汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 機(jī)械轉(zhuǎn)向系以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，其中所有傳力件都是機(jī)械的，機(jī)械轉(zhuǎn)向系由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)三大部分組成。 進(jìn)行參數(shù)選擇，設(shè)計(jì)，著重分析前驅(qū)動橋和轉(zhuǎn)向器的工作原理，工作條件，及零件的設(shè)計(jì)和校核。 系主任簽字： 年 月 日 院長簽字： 年 月 日 2 山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 本科生畢業(yè)論文 開題報(bào)告 題 目 汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)院名稱 山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 專業(yè)名稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 年 級 2005級 學(xué)生姓名 孫晉卿 學(xué) 號 01號 指導(dǎo)教師 賀俊林 職 稱 教授 2009 年 3 月 25 號 選題的依據(jù)及意義（包括課題的理論價(jià)值和實(shí)踐價(jià)值；國內(nèi)外的研究概況等）： 在汽車行駛中，轉(zhuǎn)向運(yùn)動是最基本的運(yùn)動。我們通過方向盤來操縱和控制汽車的行駛方向，從而實(shí)現(xiàn)自己的形式意圖。在現(xiàn)代汽車上，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是必不可少的最基本的系統(tǒng)之一，它也是決定汽車主動安全性的關(guān)鍵總成，特別是在車輛高速化，駕駛?cè)藛T非職業(yè)化，車流密集的今天，針對更多不同的駕駛?cè)巳?，汽車的操縱性設(shè)計(jì)顯得尤為重要。 本課題研究內(nèi)容 汽車在行駛過程中需要不斷改變方向，轉(zhuǎn)向系就是通過一系列機(jī)械傳動使得前輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向，達(dá)到改變行駛方向的目的。 本課題研究方案 機(jī)械轉(zhuǎn)向系由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)三大部分組成。 研究的創(chuàng)新之處 在轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)中加入了萬向節(jié)。 研究過程(含完成期限) 一，查閱資料階段（3月中旬-4月上旬） 二，畢業(yè)論文寫作階段（4月上旬-5月下旬） 三，畢業(yè)論文整理階段（6月上旬-6月中旬） 四，論文完成，修改和完善階段（6月中旬-答辯） 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 教研室意見 教研室主任簽名： 年 月 日 院系意見 主管領(lǐng)導(dǎo)簽名： 年 月 日 11 14 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書中文摘要 汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要：汽車工業(yè)的快速發(fā)展和市場競爭的需求極大地促進(jìn)了汽車電子技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，而汽車電子技術(shù)本身的創(chuàng)新和進(jìn)步也為汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了技術(shù)保證，并為汽車向電子化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和多媒體方向發(fā)展創(chuàng)造了條件。汽車電子技術(shù)的發(fā)展正在改變著汽車的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和擴(kuò)展著汽車的功能。在設(shè)計(jì)中分析了現(xiàn)在常見的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)設(shè)計(jì)需要采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。但是整個(gè)系只是簡單的機(jī)械連接，僅僅從理論上實(shí)現(xiàn)了汽車的轉(zhuǎn)向。 關(guān)鍵詞 方向盤 轉(zhuǎn)向系 轉(zhuǎn)向器 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書外文摘要 The automotive Design for mechanical steering system Abstract： With the rapid development of automobile industry ,the demand for market competition has greatly facilitated ,the application of automotive electronic technology and development of automotive electronic. Technology 、 innovation and progress are as well as the development of the automobile industry provides technical guarantee for the car to the electronic, intelligent and network and multimedia technologies to create the conditions for development. The development of automotive electronic technology is changing the traditional structure of the car and expanding the functions of the car. In the design analysis of the structure is now a common form of steering gear, according to the design require the use of circulating ball steering gear. But simply the entire Department of mechanical connection, only in theory the achievement of a car steering。 Keywords Steering wheel Steering System Steering Gear 目錄 1 引言1 2 設(shè)計(jì)任務(wù)書3 3 機(jī)械轉(zhuǎn)向簡介4 3.1 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)4 3.2 轉(zhuǎn)向器4 4 轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)要求4 5 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析5 5.1 齒輪齒條式5 5.2 循環(huán)球式7 5.3 蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式8 6 計(jì)算設(shè)計(jì)說明書9 6.1 轉(zhuǎn)向器的效率9 6.2 轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與效率9 6.3 轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率9 7 傳動比的變化特性10 7.1 轉(zhuǎn)向系傳動比10 7.2 力傳動比與轉(zhuǎn)向系角傳動比的關(guān)系11 7.3 轉(zhuǎn)向系的角傳動比12 7.4 轉(zhuǎn)向器角傳動比及其變化規(guī)律12 8 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器變速比工作原理12 8.1 轉(zhuǎn)向器角傳動比的選擇13 9 轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定14 10 轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)方案分析14 10.1 整體式轉(zhuǎn)和梯形15 10.2 斷開式轉(zhuǎn)向梯形15 11 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)-零部件參數(shù)16 12 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)-發(fā)展趨勢17 12.1 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的設(shè)計(jì)趨勢17 12.2 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的發(fā)展趨勢18 13 設(shè)計(jì)小結(jié)20 14 標(biāo)準(zhǔn)化審查報(bào)告20 14.1 產(chǎn)品圖樣的審查20 14.2 產(chǎn)品技術(shù)文件的審查21 14.3 標(biāo)準(zhǔn)件的使用情況21 14.4 審查結(jié)論21 15 使用說明書21 結(jié) 論.23 參考文獻(xiàn).24 致 謝.25 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 1 - 汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 引言 在汽車行駛中，轉(zhuǎn)向運(yùn)動是最基本的運(yùn)動。我們通過方向盤來操縱和控制汽車的 行駛方向，從而實(shí)現(xiàn)自己的形式意圖。在現(xiàn)代汽車上，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是必不可少的最基本 的系統(tǒng)之一，它也是決定汽車主動安全性的關(guān)鍵總成，特別是在車輛高速化，駕駛?cè)?員非職業(yè)化，車流密集的今天，針對更多不同的駕駛?cè)巳海嚨牟倏v性設(shè)計(jì)顯得尤 為重要。 從上世紀(jì)四十年代起，為減輕駕駛員體力負(fù)擔(dān)，在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了液 壓助力系統(tǒng) HPS(hydraulic power steering)，它是建立在機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上的，額 外增加了一個(gè)液壓系統(tǒng)，一般有油泵、V 形帶輪、油管、供油裝置、助力裝置和控制閥。 由于其工作可靠、技術(shù)成熟至今仍被廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在實(shí)際中應(yīng)用 的最多，根據(jù)控制閥形式有轉(zhuǎn)閥式和滑閥式之分。這個(gè)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最重要的新功能 是液力支持轉(zhuǎn)向的運(yùn)動，因此可以減少駕駛員作用在方向盤上的力。 雖然傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作最可靠，但是也存在很多固有的缺點(diǎn)，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于 方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的機(jī)械連接而產(chǎn)生一些自身無法避免的缺陷：①汽車的轉(zhuǎn)向特 性受駕駛員駕駛技術(shù)的影響嚴(yán)重；②轉(zhuǎn)向傳動比固定，使汽車轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性隨車速、 側(cè)向加速度等變化而變化，駕駛員必須提前針對汽車轉(zhuǎn)向特性幅值和相位的變化進(jìn)行 一定的操作補(bǔ)償，從而控制汽車按其意愿行駛。這就變相地增加了駕駛員的操縱負(fù)擔(dān)， 使汽車轉(zhuǎn)向行駛存在很大的不安全隱患；③液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性差，一般轎車每 行駛一百公里要多消耗 0.3~0.4 升的燃料；另外，存在液壓油泄漏問題，對環(huán)境造成 污染，在環(huán)保性能被日益強(qiáng)調(diào)的今天，無疑是一個(gè)明顯的劣勢。 電液動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 近年來，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中愈來愈多的采用電子器件。相應(yīng) 的就出現(xiàn)了電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電液助力轉(zhuǎn)向可以分為兩大類：電動液壓助力轉(zhuǎn)向系 統(tǒng) EHPS(electro-hydraulic power steering)、電控液壓助力轉(zhuǎn)向 孫晉卿：汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 2 - ECHPS(electronically controlled hydraulic power steering)。EHPS 是在液壓助力 系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其特點(diǎn)是原來有發(fā)動機(jī)帶動的液壓助力泵改由電機(jī)驅(qū)動，取 代了由發(fā)動機(jī)驅(qū)動的方式，節(jié)省了燃油消耗。ECHPS 是在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基 礎(chǔ)上增加了電控裝置構(gòu)成的。電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性可根據(jù)轉(zhuǎn)向速率、車速等 參數(shù)設(shè)計(jì)為可變助力特性，使駕駛員能夠更輕松便捷的操縱汽車。 現(xiàn)代電液動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要通過車速傳感器將車速傳遞給電子元件，或微型計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)，控制電液轉(zhuǎn)換裝置改變動力轉(zhuǎn)向的助力特性，使駕駛員的轉(zhuǎn)向手力根據(jù)車速 和行駛條件變化而改變，即在低速行駛或轉(zhuǎn)急彎時(shí)能以很小的轉(zhuǎn)向手力進(jìn)行操作，在 高速行駛時(shí)能以稍重的轉(zhuǎn)向手力進(jìn)行穩(wěn)定操作，使操縱輕便性和穩(wěn)定性達(dá) EHPS 相比傳統(tǒng) HPS 降低了能源損耗。但電液動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，不論 ECHPS 還是 EHPS 都與 傳統(tǒng)的 HPS 一樣存在液壓油泄漏問題。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng) EPS(Electric Power Steering)把一個(gè)機(jī)械的系統(tǒng)和一個(gè)電控的電 動馬達(dá)結(jié)合在一起形成的一個(gè)動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。與液壓系統(tǒng)不同的是，助力改由電機(jī)提 供，因此，要有一個(gè)力矩傳感器來測量作用在方向盤上的力矩，由電子控制單元來計(jì) 算所需要的力矩。作用在方向盤上的力矩曲線由一個(gè)電動馬達(dá)來分配。通過電動馬達(dá) 提供轉(zhuǎn)向所必須要的力，它通過一個(gè)減速器作用在轉(zhuǎn)向柱上，在循環(huán)球式的傳動裝置 中，直接作用在齒扇上的力太大，因此大多選用齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。根據(jù)助力位置不同 分為三種形式：1、轉(zhuǎn)向柱助力式.2、小齒輪助力式.3、齒條助力式. 由于 EPS 改由電機(jī)提供助力，助力大小由電控單元 ECU 實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)與控制，可以較 好解決汽車操縱時(shí)輕與靈的矛盾。 電動助力轉(zhuǎn)向最早應(yīng)用在微型汽車上，1988 年 2 月日本鈴木公司首次在其 Cervo 車上裝備，目前電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要應(yīng)用在轎車上，并逐漸從微型轎車向更大型轎 車和商務(wù)車發(fā)展]。其優(yōu)點(diǎn)有： 1.EPS 能在各種行駛工況下提供最佳助力，減小由路面不平所引起的對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的擾動， 改善汽車的轉(zhuǎn)向特性，減輕汽車低速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向操縱力，提高汽車高速行駛時(shí)的轉(zhuǎn) 向穩(wěn)定性，進(jìn)而提高汽車的主動安全性。并且可通過設(shè)置不同的轉(zhuǎn)向手力特性來滿足 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 3 - 不同使用對象的需要。 2． EPS 只在轉(zhuǎn)向時(shí)電動機(jī)才提供助力(不像 HPS，即使在不轉(zhuǎn)向時(shí)，油泵也一直運(yùn)轉(zhuǎn))， 因而能減少燃料消耗。 3.由于直接由電動機(jī)提供助力，電動機(jī)由蓄電池供電，因此 EPS 能否助力與發(fā)動機(jī)是 否起動無關(guān)，即使在發(fā)動機(jī)熄火或出現(xiàn)故障時(shí)也能提供助力。 4. EPS 取消了油泵、皮帶、皮帶輪、液壓軟管、液壓油及密封件等，其零件比 HPS 大 大減少，因而其質(zhì)量更輕、結(jié)構(gòu)更緊湊，在安裝位置選擇方面也更容易，并且能降低 噪聲。 5 .EPS 沒有液壓回路，比 HPS 更易調(diào)整和檢測，裝配自動化程度更高，并且可以通過 設(shè)置不同的程序，快速與不同車型匹配，因而能縮短生產(chǎn)和開發(fā)周期。 6 .EPS 不存在滲油問題，消除了液壓助力中液壓油泄漏問題，可大大降低保修成本， 減小對環(huán)境的污染，改善了環(huán)保性。 7.EPS 比 HPS 具有更好的低溫工作性能。 電動助力轉(zhuǎn)向目前已成為世界汽車技術(shù)發(fā)展的研究熱點(diǎn)之一。 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為兩大類：機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 完全靠駕駛員手里操縱的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)稱為機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 借助動力來操縱的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)稱為動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又可分為液壓動力 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動助力動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 2 設(shè)計(jì)任務(wù)書 汽車在行駛過程中需要不斷改變方向，轉(zhuǎn)向系就是通過一系列機(jī)械傳動使得前輪 發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向，達(dá)到改變行駛方向的目的。 駕駛員操縱方向盤，通過轉(zhuǎn)向器把方向盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)向搖臂一定角度的擺動， 孫晉卿：汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 4 - 帶動轉(zhuǎn)向梯形運(yùn)動，使前輪偏轉(zhuǎn)一定的角度，實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向。 這次設(shè)計(jì)主要目的是總結(jié)所學(xué)知識，在設(shè)計(jì)中沒有考慮到實(shí)際需要，只是從本專 業(yè)出發(fā)，基于自己的實(shí)際能力對基礎(chǔ)的機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行練習(xí)。設(shè)計(jì)中對前橋的受力做簡 單的分析，對一些常見的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)稍作分析并加以選擇，并設(shè)計(jì)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。 3 機(jī)械轉(zhuǎn)向簡介 機(jī)械轉(zhuǎn)向系以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，其中所有傳力件都是機(jī)械的，機(jī)械轉(zhuǎn)向系 由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)三大部分組成。 3.1 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向器操縱機(jī)構(gòu)由方向盤，轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向管柱等組成，它的作用是將駕駛員轉(zhuǎn)動 轉(zhuǎn)向盤的操縱力傳給轉(zhuǎn)向器。 3.2 轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)向器（也常稱為轉(zhuǎn)向機(jī)）是完成有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動到直線運(yùn)動（或近似直線運(yùn)動）的 一組齒輪機(jī)構(gòu)，同時(shí)也是轉(zhuǎn)向系中的減速傳動裝置，目前較常用的有齒輪齒條式、循 環(huán)球曲柄指銷式、蝸桿曲柄指銷式、循環(huán)球一齒條式扇式、蝸桿滾輪式等。 汽車轉(zhuǎn)向系的功用： 汽車轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)。在汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，保證 各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。 汽車轉(zhuǎn)向系的形式和組成： 汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)分為機(jī)械轉(zhuǎn)向和動力轉(zhuǎn)向兩種形式。機(jī)械轉(zhuǎn)向主要是由轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn) 向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)等組成，動力轉(zhuǎn)向還包括動力系統(tǒng)。 機(jī)械轉(zhuǎn)向是依靠駕駛員的手力轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，經(jīng)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏 轉(zhuǎn)。 動力轉(zhuǎn)向是在機(jī)械轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上，加裝動力系統(tǒng)，并借助此系統(tǒng)來減輕駕駛員的 手力。 動力轉(zhuǎn)向包括液壓式動力轉(zhuǎn)向和電控式動力轉(zhuǎn)向。 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 5 - 液壓式動力轉(zhuǎn)向已在汽車上廣泛應(yīng)用。近年來，電控動力轉(zhuǎn)向已得到較快發(fā)展。 4 轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)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)。 2）轉(zhuǎn)向輪具有自動回正能力。 3）在行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動。 4）轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置產(chǎn)生的運(yùn)動不協(xié)調(diào)，應(yīng)使車 輪產(chǎn)生的擺動最小。 5）轉(zhuǎn)向靈敏，最小轉(zhuǎn)彎直徑小。 6）操縱輕便。 7）轉(zhuǎn)向輪傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。 8）轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)中應(yīng)有間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。 9）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）轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動方向與汽車行駛方向的改變相一致。 正確設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)，可以保證汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，全部車輪應(yīng)繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心 旋轉(zhuǎn)。 轉(zhuǎn)向輪的自動回正能力決定于轉(zhuǎn)向輪的定位參數(shù)和轉(zhuǎn)向器逆效率的大小。合理確定轉(zhuǎn) 向輪的定位參數(shù)，正確選擇轉(zhuǎn)向器的形式，可以保證汽車具有良好的自動回正能力。 轉(zhuǎn)向系中設(shè)置有轉(zhuǎn)向減振器時(shí)，能夠防止轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生自振，同時(shí)又能使傳到轉(zhuǎn)向盤上 的反沖力明顯降低。 為了使汽車具有良好的機(jī)動性能，必須使轉(zhuǎn)向輪有盡可能大的轉(zhuǎn)角，其最小轉(zhuǎn)彎 半徑能達(dá)到汽車軸距的 2~2.5 倍。 轉(zhuǎn)向操縱的輕便性通常用轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的切向力大小和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn) 動圈數(shù)多少兩項(xiàng)指標(biāo)來評價(jià)。 轎車 貨車 機(jī)械轉(zhuǎn)向 50~100N 250N 動力轉(zhuǎn)向 20~50N 120N 轎車轉(zhuǎn)向盤從中間位置轉(zhuǎn)到第一端的圈數(shù)不得超過 2.0 圈，貨車則要求不超過 3.0 圈。 孫晉卿：汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 6 - 5 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析 5.1 齒輪齒條式 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、體積小、質(zhì)量輕；傳動效率 高達(dá) 90%；可自動消除齒間間隙(圖 1-1 所示)；沒有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，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：逆效率高（60%~70%） 。因此，汽車在不平路面 上行駛時(shí)，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間的沖擊力，大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤。 圖 1-1 自動消除間隙裝置 根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點(diǎn)不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有四種形式：中間輸入，兩端 輸也（圖 1-2a） ；側(cè)面輸入，兩端輸出（圖 1-2b） ；側(cè)面輸入，中間輸出（圖 1-2c） ； 側(cè)面輸入，一端輸出（圖 1-2d） 。 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 7 - 圖 1-2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種形式 采用側(cè)面輸入、中間輸出方案時(shí)，由于拉桿長度增加，車輪上、下跳動時(shí)位桿擺 角減小，有利于減少車輪上、下跳動時(shí)轉(zhuǎn)向系與懸架系的運(yùn)動干涉。而采用兩側(cè)輸出 方案時(shí)，容易與懸架系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動干涉。 側(cè)面輸入、一端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，常用在平頭微型貨車上。 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。 齒條斷面形狀有圓形、V 形和 Y 形三種。圓形斷面齒條制作工藝比較簡單。V 形和 Y 形斷面齒條與圓形斷面比較，消耗的材料少，故質(zhì)量小。 根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對前軸位置的不同，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；轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸 前方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形，見圖 1-3。 圖 1-3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種布置形式 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于微型、普通級、中級和中高級轎車上。裝載量不大、前 輪采用獨(dú)立懸架的貨車和客車也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 5.2 循環(huán)球式 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由螺桿和螺母共同形成的螺旋槽內(nèi)裝有鋼球構(gòu)成的傳動副，以及 螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動副組成，如圖 1-4 所示。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是：傳動效率可達(dá)到 75%~85%；轉(zhuǎn)向器的傳動比可以變化； 孫晉卿：汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 8 - 工作平穩(wěn)可靠；齒條和齒扇之間的間隙調(diào)整容易；適合用來做整體式動力轉(zhuǎn)向器。 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)向器主要用于貨車和客車上。 圖 1-4 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 圖 1-5 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的間隙調(diào)整機(jī)構(gòu) 5.3 蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器由蝸桿和滾輪嚙合而構(gòu)成。主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單；制造容易； 強(qiáng)度比較高、工作可靠、壽命長；逆效率低。主要缺點(diǎn)是：正效率低；調(diào)整嚙合間隙 比較困難；傳動比不能變化。 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器有固定銷式和旋轉(zhuǎn)銷式兩種形式。根據(jù)銷子數(shù)量不同，又有單 銷和雙銷之分。 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是：傳動比可以做成不變的或者變化的；工作面間隙調(diào) 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 9 - 整容易。 固定銷式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)簡單、制造容易。但銷子的工作部位磨損快、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。 要求搖臂軸有較大的轉(zhuǎn)角時(shí)，應(yīng)采用雙銷式結(jié)構(gòu)。雙銷式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺 寸和質(zhì)量大，并且對兩主銷間的位置精度、螺紋槽的形狀及尺寸精度等要求高。此外， 傳動比的變化特性和傳動間隙特性的變化受限制。 蝸桿滾輪式和蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器應(yīng)用較少。 6 計(jì)算設(shè)計(jì)說明書 6.1 轉(zhuǎn)向器的效率 功率 P1 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 η +表示， ；反之稱為逆效率，用符號 η －表示。 正效率 η + 計(jì)算公式： η +=（ P1-P2）/ P1 逆效率 η － 計(jì)算公式： η －=（ P3-P2）/ P3 式中， P1 為作用在轉(zhuǎn)向軸上的功率； P2 為轉(zhuǎn)向器中的磨擦功率； P3 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。 轉(zhuǎn)向器的正效率 η + 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。 6.2 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摩擦損失，故這種軸向器 孫晉卿：汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 10 - 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軸承可使正或逆效率提高約 10%。 6.3 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，對于蝸桿類轉(zhuǎn) 向器，其效率可用下式計(jì)算 （1） 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)。 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 （2） 式（1）和式（2）表明：增加導(dǎo)程角 a0，正、逆效率均增大。受 η -增大的影響，a0 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 )tan(0????? tn)(????? 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 11 - 7 傳動比的變化特性 7.1 轉(zhuǎn)向系傳動比 轉(zhuǎn)向系的傳動比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動比 和轉(zhuǎn)向系的力傳動比 。 轉(zhuǎn)向系的力傳動比: 轉(zhuǎn)向系的角傳動比: 轉(zhuǎn)向系的角傳動比 由轉(zhuǎn)向器角傳動比 和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)角傳動比 組成， 即 轉(zhuǎn)向器的角傳動比: 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的角傳動比: 7.2 力傳動比與轉(zhuǎn)向系角傳動比的關(guān)系 轉(zhuǎn)向阻力 Fw 與轉(zhuǎn)向阻力矩 Mr 的關(guān)系式： （3） 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 Fh 與作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩 Mh 的關(guān)系式： （4） 將式（3） 、式（4）代入 后得到 （5） 0?i pihWpFi/2?kkwdti ????/00?i?i?ii??0 ppwdti????/kkkti?/aFrW? swhDF2?hWpi/2?aMihswrp? ?i 孫晉卿：汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 12 - 如果忽略磨擦損失，根據(jù)能量地恒原理，2 Mr/Mh 可用下式表示 （6） 將式（6）代入式（5）后得到 （7） 當(dāng) a 和 Dsw 不變時(shí)，力傳動比 越大，雖然轉(zhuǎn)向越輕，但 也越大，表明轉(zhuǎn)向 不靈敏。 7.3 轉(zhuǎn)向系的角傳動比 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)角傳動比可用 表示以外，還可以近擬地用轉(zhuǎn)向節(jié) 臂臂長 L2 與搖臂臂長 L1 之比來表示， 。 在汽車結(jié)構(gòu)中， L2 與 L1 的比值大約在 0.85~1.1 之間，可近似認(rèn)為其比值為 1， 則 。由此可見，研究轉(zhuǎn)向系的傳動比特性，只需研究轉(zhuǎn)向器的 角傳動比 及其變化規(guī)律即可。 7.4 轉(zhuǎn)向器角傳動比及其變化規(guī)律 式（7）表明，增大角傳動比可以增加力傳動比。當(dāng) Fw 一定時(shí)，增大力傳動比能減小 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 Fh，使操縱輕便。 由 的定義可知：對于一定的轉(zhuǎn)向盤角速度，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度與轉(zhuǎn)向器角度 傳動比在反比。角傳動比增加后，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度對轉(zhuǎn)向盤角速度的響應(yīng)變得遲鈍， 汽車轉(zhuǎn)向靈敏性降低，所以“輕”和“靈”構(gòu)成一對矛盾。為解決這對矛盾，可采用 變速比轉(zhuǎn)向器。 齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸式指銷式轉(zhuǎn)向器都可以制成變速比轉(zhuǎn)向器。 8 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器變速比工作原理 根據(jù)相互嚙合齒輪的基圓齒距必須相等，即 pb1=pb2。其中齒輪基圓齒距 pb1=πm 1cosa1，齒條基圓齒距 pb2=πm 2cosa2。由上述兩式可知：當(dāng)齒輪具有標(biāo)準(zhǔn)模 02???idkhr?aDiswp20??pi 0?i kpdi??/??0//dikp???????i 0?i 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 13 - 數(shù) m1 和標(biāo)準(zhǔn)壓力角 a1 與一個(gè)具有變模數(shù) m2、變壓力角 a2 的齒條相嚙合，并始終保持 πm 1cosa1=πm 2cosa2 時(shí)，它們就可以嚙合運(yùn)轉(zhuǎn)。 如果齒條中部（相當(dāng)汽車直線行駛位置）齒的壓力角最大，向兩端逐漸減小 （模數(shù)也隨之減?。﹦t主動齒輪嚙合半徑也減小，致使轉(zhuǎn)向盤每轉(zhuǎn)動某同一角度時(shí)， 齒條行程也隨之減小。因此，轉(zhuǎn)同器的傳動比是變化的。 圖 1-6 是根據(jù)上述原理設(shè)計(jì)的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器齒條壓力角變化示例。從圖中 可以看到，位于齒條中部位置處的齒有較大壓力角和齒輪有較大的節(jié)圓半徑，而齒條 齒有寬的齒根和淺斜的齒側(cè)面；位于具條兩端的齒，齒根減薄，齒有陡斜的齒側(cè)面。 圖 1-6 齒條壓力角變化簡圖 a）齒條中部齒 b）齒條兩端齒 8.1 轉(zhuǎn)向器角傳動比的選擇 轉(zhuǎn)向器角傳動比可以設(shè)計(jì)成減小、增大或保持不變的。影響選取角傳動比變化規(guī) 律的主要因素是轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大小和對汽車機(jī)動能力的要求。 若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷小或采用動力轉(zhuǎn)向的汽車，不存在轉(zhuǎn)向沉重問題，應(yīng)取較小的轉(zhuǎn)向 器角傳動比，以提高汽車的機(jī)動能力。 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)動有困難。 轉(zhuǎn)向器角傳動比變化曲線應(yīng)選用大致呈中間 孫晉卿：汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 14 - 小兩端大些的下凹形曲線，如圖 1-7 所示。 圖 1-7 轉(zhuǎn)向器角傳動比變化特性曲線 9 轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定 為轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動的阻力、車輪穩(wěn)定阻力、輪 胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)磨擦阻力等。 計(jì)算汽車在瀝青或者混凝土跨面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩 MR（N·mm）的半徑經(jīng)驗(yàn)公式 （8） 式中， f 為輪胎和路面間的滑動磨擦因數(shù)，一般取 0.7； G1 為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷（N） ； p 為輪 胎氣壓（MPa） 。 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力為 （9） 式中， L1 轉(zhuǎn)向搖臂長； L2 為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長； Dsw 為轉(zhuǎn)向盤直徑； iω 為轉(zhuǎn)向器角傳動比； η +為轉(zhuǎn)向器正效率 對給定的汽車，用式（9）計(jì)算出來的的作用力是最大值。 PfMR31?????iLFswRh21 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 15 - 10 轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)方案分析 10.1 整體式轉(zhuǎn)和梯形 整體式轉(zhuǎn)向梯形是由轉(zhuǎn)向橫拉桿 1，轉(zhuǎn)向梯形臂 2 和汽車前軸 3 組成，如圖 1-8 所 示。 圖 1-8 整體式轉(zhuǎn)向梯形 1—橫拉桿 2—梯形臂 3—前軸 這種方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整前束容易，制造成本低；主要缺點(diǎn)是一側(cè)轉(zhuǎn)向輪上、 下跳動時(shí)，會影響另一側(cè)轉(zhuǎn)向輪。 10.2 斷開式轉(zhuǎn)向梯形 轉(zhuǎn)向梯形的橫拉桿做成斷開的，稱之為斷開式轉(zhuǎn)向梯形。斷開式轉(zhuǎn)向梯形方案之 一如圖 1-15 所示。 孫晉卿：汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 16 - 圖 1-15 斷開式轉(zhuǎn)向梯形 斷開式轉(zhuǎn)向梯形的主要特點(diǎn)： 1）能夠保證一側(cè)車輪上、下跳動時(shí)，不會影響另一側(cè)車輪； 2）由于桿系、球頭增多，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，并且調(diào)整前束比較困難。 橫拉桿上斷開點(diǎn)的位置與獨(dú)立懸架形式有關(guān)。采用雙橫臂獨(dú)立懸架，常用圖解法（基 于三心定理）確定斷開點(diǎn)的位置 11 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)-零部件參數(shù) 轉(zhuǎn)向盤直徑 380 毫米 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動總?cè)?shù) 3.5 圈 駕駛員側(cè)機(jī)械式安全氣囊 SRS-40 轉(zhuǎn)向柱 安全轉(zhuǎn)向柱 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 17 - 轉(zhuǎn)向系總傳動比 17.2 轉(zhuǎn)向器線角傳動比 53.143 轉(zhuǎn)向器總行程 186 毫米 車輪 6JX15 鋁車輪 輪胎 205R15(T 級) 內(nèi)輪最大轉(zhuǎn)角 39.6° 外輪最大轉(zhuǎn)角 33.5° 最小轉(zhuǎn)彎直徑 不大于 11.6m 12 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)-發(fā)展趨勢 改革開放以來，中國汽車工業(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，壟斷了轉(zhuǎn)向 器的生產(chǎn)，并且銷售點(diǎn)遍布了全世界。 12.1 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的設(shè)計(jì)趨勢 適應(yīng)汽車高速行駛的需要 從操縱輕便性、穩(wěn)定性及安全行駛的角度，汽車制造廣泛使用更先進(jìn)的工藝方法， 使用變速比轉(zhuǎn)向器、高剛性轉(zhuǎn)向器。 “變速比和高剛性”是目前世界上生產(chǎn)的轉(zhuǎn)向器結(jié) 構(gòu)的方向。 充分考慮安全性、輕便性 隨著汽車車速的提高，駕駛員和乘客的安全非常重要，目前國內(nèi)外在許多汽車上 已普遍增設(shè)能量吸收裝置，如防碰撞安全轉(zhuǎn)向柱、安全帶、安全氣囊等，并逐步推廣。 從人類工程學(xué)的角度考慮操縱的輕便性，已逐步采用可調(diào)整的轉(zhuǎn)向管柱和動力轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)。 孫晉卿：汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 18 - 低成本、低油耗、大批量專業(yè)化生產(chǎn) 隨著國際經(jīng)濟(jì)形勢的惡化，石油危機(jī)造成經(jīng)濟(jì)衰退，汽車生產(chǎn)愈來愈重視經(jīng)濟(jì)性，因 此，要設(shè)計(jì)低成本、低油耗的汽車和低成本、合理化生產(chǎn)線，盡量實(shí)現(xiàn)大批量專業(yè)化 生產(chǎn)。對零部件生產(chǎn)，特別是轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，更表現(xiàn)突出。 汽車轉(zhuǎn)向器裝置的電腦化 汽車的轉(zhuǎn)向器裝置，必定是以電腦化為唯一的發(fā)展途徑。 12.2 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的發(fā)展趨勢 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的使用動態(tài) 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：有蝸桿肖式(WP 型)、蝸 桿滾輪式(WR 型)、循環(huán)球式(BS 型)、齒條齒輪式(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)向器占的比重越來越大，日本裝備不同類 型發(fā)動機(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)展到現(xiàn)今的 100％了(蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器在公共汽車上已經(jīng) 被淘汰)。大、小型貨車大都采用循環(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％，齒條齒輪式占 35％。 綜合上述對有關(guān)轉(zhuǎn)向器品種的使用分析，得出以下結(jié)論： 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； 而蝸輪#0；蝸桿式轉(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。 在小客車上發(fā)展轉(zhuǎn)向器的觀點(diǎn)各異，美國和日本重點(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％，法國已高達(dá) 95％。 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 19 - 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；而大型車輛則以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為主要結(jié)構(gòu)。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器特點(diǎn) 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)是：效率高，操縱輕便，有一條平滑的操縱力特性曲線。 布置方便。特別適合大、中型車輛和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配合使用；易于傳遞駕駛員操縱信 號；逆效率高、回位好，與液壓助力裝置的動作配合得好。 可以實(shí)現(xiàn)變速比的特性，滿足了操縱輕便性的要求。中間位置轉(zhuǎn)向力小、且經(jīng)常使用， 要求轉(zhuǎn)向靈敏，因此希望中間位置附近速比小，以提高靈敏性。大角度轉(zhuǎn)向位置轉(zhuǎn)向 阻力大，但使用次數(shù)少，因此希望大角度位置速比大一些，以減小轉(zhuǎn)向力。由于循環(huán) 球式轉(zhuǎn)向器可實(shí)現(xiàn)變速比，應(yīng)用正日益廣泛。 通過大量鋼球的滾動接觸來傳遞轉(zhuǎn)向力，具有較大的強(qiáng)度和較好的耐磨性。并且該轉(zhuǎn) 向器可以被設(shè)計(jì)成具有等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，這也是它應(yīng)用廣泛的原因之一。 變速比結(jié)構(gòu)具有較高的剛度，特別適宜高速車輛車速的提高。高速車輛需要在高速時(shí) 有較好的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，必須保證轉(zhuǎn)向器具有較高的剛度。 間隙可調(diào)。齒條齒扇副磨損后可以重新調(diào)整間隙，使之具有合適的轉(zhuǎn)向器傳動間隙， 從而提高轉(zhuǎn)向器壽命，也是這種轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)之一。 中國的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)，除早期投產(chǎn)的解放牌汽車用蝸桿#0；滾輪式轉(zhuǎn)向器，東風(fēng)汽車用 蝸桿肖式轉(zhuǎn)向器之外，其它大部分車型都采用循環(huán)球式結(jié)構(gòu)，并都具有一定的生產(chǎn)經(jīng) 驗(yàn)。目前解放、東風(fēng)也都在積極發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，并已在第二代換型車上普遍采 用了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。由此看出，中國的轉(zhuǎn)向器也在向大量生產(chǎn)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器發(fā)展。 轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)專業(yè)化 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器在國外實(shí)現(xiàn)了專業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)以專業(yè)廠為主、大力進(jìn)行試驗(yàn)和 研究，大大提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。在日本“精工”(NSK)公司的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器就 以成本低、質(zhì)量好、產(chǎn)量大，逐步占領(lǐng)日本市場，并向全世界銷售它的產(chǎn)品。德國 ZF 公司也作為一個(gè)大型轉(zhuǎn)向器專業(yè)廠著稱于世。它從 1948 年開始生產(chǎn) ZF 型轉(zhuǎn)向器，年 孫晉卿：汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 20 - 產(chǎn)各種轉(zhuǎn)向器 200 多萬臺。還有一些比較大的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)廠，如美國德爾福公司 SAGINAW 分部；英國 BURM#0；AN 公司都是比較有名的專業(yè)廠家，都有很大的產(chǎn)量和銷 售面。專業(yè)化生產(chǎn)已成為一種趨勢，只有走這條道路，才能使產(chǎn)品質(zhì)量高、產(chǎn)量大、 成本低，在市場上有競爭力。 動力轉(zhuǎn)向是發(fā)展方向 動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛，不僅在重型汽車上必須裝備，在高級轎車上應(yīng)用 的也較多，在中型汽車上的應(yīng)用也逐漸推廣。主要是從減輕駕駛員疲勞，提高操縱輕 便性和穩(wěn)定性出發(fā)。雖然帶來成本較高和結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，但由于優(yōu)點(diǎn)明顯，還是得 到很快的發(fā)展。 動力轉(zhuǎn)向有 3 種形式：整體式、半分置式及聯(lián)閥式動力轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)。目前 3 種形式 各有特點(diǎn)，發(fā)展較快，整體式多用于前橋負(fù)荷 3～8t 汽車，聯(lián)閥式多用于前橋負(fù)荷 5#0；18t 汽車，半分置式多用于前橋負(fù)荷 6t 以上到超重型汽車。從發(fā)展趨勢上看，國 外整體式轉(zhuǎn)向器發(fā)展較快，而整體式轉(zhuǎn)向器中轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)是目前發(fā)展的方向 13 設(shè)計(jì)小結(jié) 這次設(shè)計(jì)以汽車轉(zhuǎn)向系為基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)中分析計(jì)算了受力情況，并對其中的連接件進(jìn) 行強(qiáng)度校核。同時(shí)確定轉(zhuǎn)向器的類型，簡單設(shè)計(jì)了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。達(dá)到了總結(jié)知識， 練習(xí)簡單機(jī)械設(shè)計(jì)的目的在這次設(shè)計(jì)中，由于對汽車不是很了解，加之專業(yè)知識缺乏， 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)各部件的受力不清楚，很多零件無法校核。在以后的設(shè)計(jì)中，爭取解決 上述問題，加強(qiáng)該設(shè)計(jì)的實(shí)用性。 14 標(biāo)準(zhǔn)化審查報(bào)告 14.1 產(chǎn)品圖樣的審查 該轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)已基本完成，現(xiàn)具備全套圖紙和統(tǒng)一基本數(shù)據(jù)，根據(jù)有關(guān)規(guī)定，對其進(jìn)行 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 21 - 標(biāo)準(zhǔn)化審查，結(jié)果如下： （1）產(chǎn)品圖樣完整、統(tǒng)一、表達(dá)準(zhǔn)確清楚、圖樣清楚。符合 GB/T1800、3-1998 的 規(guī)定。 （2）產(chǎn)品圖樣公差與配合的選擇與標(biāo)準(zhǔn)符合 GB/T1800、3-1998 的規(guī)定。 （3）產(chǎn)品圖樣的標(biāo)號符合 JB/T5054.5-2000《中華人民共和國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》產(chǎn)品 圖樣及設(shè)計(jì)的完整性。 （4）圖紙標(biāo)題欄與明細(xì)欄符合 GB/T10609.1-1989GB/T10690.2-1989d 的規(guī)定 （5）產(chǎn)品圖樣粗糙度的標(biāo)注符合 GB131-83《表面特征代號及注法》的規(guī)定。 14.2 產(chǎn)品技術(shù)文件的審查 （1）產(chǎn)品技術(shù)文件名詞、術(shù)語符合 ZB/TJ01 和 0351-90《產(chǎn)品圖樣及設(shè)計(jì)文件 術(shù) 語》及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 （2）量和單位符合 GB3100——GB3102-93 的規(guī)定。 （3）技術(shù)文件所用的編碼符合 JB/T8823-1998《機(jī)械工業(yè)企業(yè)計(jì)算機(jī)輔助管理信息 分類編碼導(dǎo)則》的規(guī)定。 （4）技術(shù)文件的完整性符合 JB/T5054.5-2000《產(chǎn)品圖樣及技術(shù)文件完整性》的規(guī) 定及相關(guān)部門有關(guān)具體要求。 14.3 標(biāo)準(zhǔn)件的使用情況 本設(shè)計(jì)所用的緊固件均采用標(biāo)準(zhǔn)的螺栓、螺釘，材料及材料代號也符合國家標(biāo)準(zhǔn) 和部頒標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。 14.4 審查結(jié)論 通過對汽車轉(zhuǎn)向系的標(biāo)準(zhǔn)化審查，認(rèn)為該設(shè)計(jì)基本貫穿了國家最新頒發(fā)的各種標(biāo)準(zhǔn)， 圖紙和設(shè)計(jì)文件完整齊全，符合標(biāo)準(zhǔn)化的要求。 孫晉卿：汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 22 - 15 使用說明書 本設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向，其過程如下： 駕駛員操縱方向盤，通過轉(zhuǎn)向柱傳遞給轉(zhuǎn)向器，是的轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向螺桿旋轉(zhuǎn)，這 樣轉(zhuǎn)向螺母就會沿著轉(zhuǎn)向螺桿做往復(fù)直線運(yùn)動，從而使與之配對的齒扇軸發(fā)生一定角 度的偏轉(zhuǎn)，并通過轉(zhuǎn)向搖臂帶動轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)運(yùn)動，是前輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)汽車 轉(zhuǎn)向。 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 23 - 結(jié) 論 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我學(xué)到了許多以前我沒有接觸過的東西和學(xué)到了許多書本中沒 有的知識，從中提高了我運(yùn)用各種知識的能力,并懂了怎樣運(yùn)用手中的知識去設(shè)計(jì)有價(jià) 值的東西，來提高效率。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我學(xué)會了從機(jī)器功能的要求出發(fā)，合理選擇緊固機(jī)構(gòu)、調(diào)整 機(jī)構(gòu)，制定設(shè)計(jì)方案，正確計(jì)算零件的工作能力，確定它的尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)及材料， 并考慮制造工藝、使用、維護(hù)、經(jīng)濟(jì)和安全等問題，進(jìn)一步培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)的基本技能。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我機(jī)械設(shè)計(jì)的能力。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我具備了綜合運(yùn)用機(jī) 械設(shè)計(jì)課程、機(jī)械制造課程和其他選修課程的理論和實(shí)際知識的能力，使我現(xiàn)在初步 具備了解決機(jī)械設(shè)計(jì)問題的能力。通過設(shè)計(jì)時(shí)間，掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，樹立 了正確的設(shè)計(jì)思想，進(jìn)一步培養(yǎng)了我分析解決實(shí)際問題的能力。 經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我運(yùn)用機(jī)械制造工藝學(xué)及有關(guān)課程（機(jī)械設(shè)計(jì)、汽車） 的知識，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)習(xí)中學(xué)到的實(shí)踐知識，獨(dú)立的分析和解決工藝問題，具備設(shè)計(jì)一 個(gè)中等復(fù)雜程度零件的工藝規(guī)程的能力。 以后的學(xué)習(xí)和生活中我會盡我所能將其完善，爭取能設(shè)計(jì)出比現(xiàn)在更好的夾具來。 在這次設(shè)計(jì)中所出現(xiàn)的一些不合理的機(jī)構(gòu)將不再出現(xiàn)，我會在以后的工作中多積累一 些這方面的知識，因?yàn)檫@不光能提高我自身的設(shè)計(jì)加工能力，同時(shí)也能為我創(chuàng)造財(cái)富。 對于班級的同學(xué)我也要向他們說一聲謝謝，是他們在我遇到困難時(shí)給我無償?shù)奶?供幫助，我能這么順利地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)多虧了他們的幫助。 孫晉卿：汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 24 - 參考文獻(xiàn) 1 黃靖雄編著. 《現(xiàn)代汽車新配置實(shí)務(wù)》.北京：人民交通出版社，2005 年 2 射忠明編著.《汽車構(gòu)造雙色圖解》.北京：人民交通出版社，2004 年 3 夏懷成主編.《汽車概論》.北京：電子工業(yè)出版社，2007 年 7 月 4 韓宗奇編著.《現(xiàn)代汽車概論》， 沈陽：東北大學(xué)出版社，2002年 5 周云山 鐘勇 主編. 《汽車電子控制技術(shù)》，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004年 6 劉雅琴主編.《上海桑塔納轎車結(jié)構(gòu)圖冊》 ，上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社， 1997 年 7 一汽集團(tuán)公司編.《CA1040 系列載貨汽車構(gòu)造圖冊》 ，長春：中國第一汽車集團(tuán)公司 8 高延齡.汽車運(yùn)用工程.北京：人民交通出版社，1990. 9 余志生.汽車?yán)碚?北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981. 10 五味 努等.自動車工會全書 11，自動車 と 環(huán)境，山海堂，1980. 11 童澄教.內(nèi)燃機(jī)排放與凈化.上海：上海交通大學(xué)出版社，1994. 12 何渝生.汽車噪聲控制.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995. 13 袁雄.汽車低溫起動.北京：金盾出版社，1992. 14 蔡香華.機(jī)動車安全檢測技術(shù).合肥：中國科學(xué)技術(shù)出版社，1992. 15 陳鳳仁譯.汽車檢驗(yàn)設(shè)備.北京：人民交通出版社，1985. 16 陳鳳仁，周維新.微機(jī)控制發(fā)動機(jī)自診系統(tǒng).西安：汽車運(yùn)輸，1995. 17 陳煥江.汽車檢測與診斷（上、下）北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002. 18 趙英勛、劉明.汽車檢測與診斷技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003. 19 李岳林、王生昌.交通運(yùn)輸環(huán)境污染與控制.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003. 20 劉玉梅.汽車節(jié)能技術(shù)與原理. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 25 - 致 謝 我能順利完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我要感謝我的指導(dǎo)老師，他在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過 程中給了我很多幫助，原本他的事情就多，每次我遇到問題向他請教時(shí)他都會很 耐心的指導(dǎo)我，并給我提了很多寶貴的意見，正是由于他的寶貴意見才使我的課 題得到完善，設(shè)計(jì)得比較合理，但他不管刮風(fēng)下雨，在百忙中抽出空余時(shí)間來指 導(dǎo)我。正是由于他的悉心指導(dǎo)和耐心的教導(dǎo)才使我這么順利地完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)， 因此我要對他說一聲“感謝” 。