【正文】 圖 11 簧 兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器如圖 11 所示，作為傳動(dòng)副主動(dòng)件的轉(zhuǎn)向齒輪軸 11通過軸承 12 和 13 安裝在轉(zhuǎn)向器殼體 5 中，其上端通過花鍵與萬向節(jié)叉 10 和轉(zhuǎn)向軸連接。與轉(zhuǎn)向齒輪嚙合的轉(zhuǎn)向齒條 4水平布置，兩端通過球頭座 3與轉(zhuǎn)向橫拉桿 1相連。揚(yáng) 州大學(xué) 汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì) 馮荔星 第 8 頁(yè) 彈簧 7 通過壓塊 9 將齒條壓靠在齒輪上，保證無間隙嚙合。 彈簧的預(yù)緊力可用調(diào)整螺塞 6 調(diào)整。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)，轉(zhuǎn)向器齒輪 11 轉(zhuǎn)動(dòng)，使與之嚙合的齒條 4 沿軸向移動(dòng)，從而使左右橫拉桿帶動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié)左右轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)向車輪偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向。 中間輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器如圖 12所示，其結(jié)構(gòu)及工作原理與兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器基本相同，不同之處在于它在轉(zhuǎn)向齒條的中部用螺栓 6與左右轉(zhuǎn)向橫拉桿7 相連。在單端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器上，齒條的一端通過內(nèi)外托架與轉(zhuǎn)向橫拉桿相連。 圖 12 心球軸承 向橫拉桿 彈簧 齒輪 齒條式轉(zhuǎn)向器 功能特點(diǎn) (1)構(gòu)造筒單 ,結(jié)構(gòu)輕巧。由于齒輪箱小 ,齒條本身具有傳動(dòng)桿系的作用 ,因此 ,它不需耍循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器上所使用的拉桿 (2)因齒輪和齒條直接嚙合 ,操縱靈敏性非常高。 (3)滑動(dòng)和 轉(zhuǎn)動(dòng)阻力小 ,轉(zhuǎn)矩傳遞性能較好 ,因此 ,轉(zhuǎn)向力非常輕。 (4)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)總成完全封閉 ,可免于維護(hù)。 揚(yáng)州大學(xué) 汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì) 馮荔星 第 9 頁(yè) 電控液壓助力 轉(zhuǎn)向 器概述 的簡(jiǎn)單介紹： 電 控 液 壓 助 力 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) 簡(jiǎn) 稱 為 EHPAS(ElectroHydraulic Power Assist Steering)，系統(tǒng)部件主要包括電動(dòng)機(jī)、液壓泵、轉(zhuǎn)向機(jī)、轉(zhuǎn)向角速度傳感器、轉(zhuǎn)向控制單元、 EHPAS 警告燈以及助力油儲(chǔ)液罐等，其中轉(zhuǎn)向控制單元和電動(dòng)機(jī)及液壓泵通常安裝在一起。 EHPS 的工作原理： 電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是轉(zhuǎn)閥液 壓常流式工作原理，只是增加了電控系統(tǒng)，對(duì)車速的高低有感知能力，隨機(jī)反饋調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向助力油壓，產(chǎn)生良好的手感，無轉(zhuǎn)向發(fā)飄的感覺。 油泵利用曲軸的皮帶盤驅(qū)動(dòng)，多采用葉片式或齒輪式油泵，都裝有量孔及流量控制閥和安全閥（限壓閥），控制油泵的輸出流量的多少和油壓的高低。即利用節(jié)流原理，保持油壓不變，但其流量隨轉(zhuǎn)速變化，轉(zhuǎn)速高流量少（助力小），轉(zhuǎn)速低流量大（助力大）。在此只重溫液壓常流式工作原理，其他內(nèi)容從略。 1．不轉(zhuǎn)向時(shí)。油泵輸出的油液，通過分配閥直接流回油罐，是“低壓循環(huán)常流”狀態(tài)（ ～ ），油泵無負(fù)荷 運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率損失小。 2．轉(zhuǎn)向時(shí)。油液通過分配閥的轉(zhuǎn)換油道，流入動(dòng)力缸的右側(cè) R或左側(cè) L，進(jìn)行油液換位。由于油液不可壓縮，堆積產(chǎn)生壓力，助力油壓多為 6～ 7MPa，有些重型車的助力油壓可達(dá) 14～ 16MPa，壓力差推動(dòng)活塞而轉(zhuǎn)向助力。 實(shí)際上液壓轉(zhuǎn)向助力，是力的爭(zhēng)斗和平衡過程。 其關(guān)系式為： P=R/F （ 11） P—— 助力油壓； R—— 轉(zhuǎn)向阻力； F—— 活塞的工作面積。 P總是和 R成正比；與 F成反比； R不是定值（ 與路面有關(guān)），并與車速成反比。 ∴ PR— 不斷助力轉(zhuǎn)向； P=R—— 維持助力轉(zhuǎn)向； PR—— 不能助力轉(zhuǎn)向。 揚(yáng) 州大學(xué) 汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì) 馮荔星 第 10 頁(yè) EHPS 的技術(shù)特點(diǎn)： 相對(duì)于機(jī)械助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)而言，電子控制助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有以下特點(diǎn) ： 1)優(yōu)點(diǎn) ① 由于電子控制助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用了電動(dòng)機(jī)代替發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械液壓泵，這在一定程度上降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，從而降低了燃油消耗。 ② 根據(jù)技術(shù)性統(tǒng)計(jì)結(jié)果，車輛在正常行駛時(shí)，在超過 85%的行駛時(shí)間內(nèi)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不需要提供助力。電子控制助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)在不需要提供助力時(shí)只有很小的電流通過，只有在需要提供 助力時(shí)才會(huì)提高通過的電流，這樣可以避免消耗不必要的電能。 ③ 電子控制助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有調(diào)校靈活的特點(diǎn)，通過修改轉(zhuǎn)向控制單元內(nèi)存儲(chǔ)的軟件，可以很容易地按照行駛需要設(shè)定或修改轉(zhuǎn)向助力的特性，因此在低速和高速行駛時(shí)都能有良好的助力效果。 ④ 由于采用了轉(zhuǎn)向控制單元，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)可以使用故障診斷儀輔助故障的檢修。 2)缺點(diǎn) ① 雖然采用了電能作為動(dòng)力源，但是仍然保留有液壓動(dòng)力傳遞系統(tǒng)，因此電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍然具有一些機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)缺點(diǎn)，例如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以及液壓管路有泄漏的可能等問題。 ② 電控液壓助力轉(zhuǎn)向 系 統(tǒng)和機(jī)械式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相同，都 帶有液壓管路和儲(chǔ)油罐等，系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，各部件在車身上的布置仍然有一定的局限性。 1． 4 國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已從簡(jiǎn)單的純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ HydraulicPowerSteering，簡(jiǎn)稱HPS）、電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ ElectricHydraulicPowerSteering，簡(jiǎn)稱 EHPS）發(fā)展到如今的更為節(jié)能及操縱性能更為優(yōu)越的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ ElectricalPowerSteering，簡(jiǎn)稱 EPS）。 EHPS 和 EPS 等助力系統(tǒng)在汽車上的采用，改善了汽車轉(zhuǎn)向力的控制特性，降低了駕駛員的轉(zhuǎn)向負(fù)擔(dān)，然而汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)始終處于機(jī)械傳動(dòng)階段，由于轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比揚(yáng)州大學(xué) 汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì) 馮荔星 第 11 頁(yè) 固定，汽車轉(zhuǎn)向特性隨車速變化進(jìn)行一定的操作補(bǔ)償，從而控制汽車按其意愿行駛。如果轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪通過控制信號(hào)連接，即采用電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ SteeringByWireSystem，簡(jiǎn)稱 SBWS），轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和汽車前輪轉(zhuǎn)角之間關(guān)系（汽車轉(zhuǎn)向的角傳遞特性）的設(shè)計(jì)就可以得到改善，從而降低駕駛員的操縱負(fù)擔(dān)，改善人 — 車閉環(huán)系統(tǒng)性能 本課題研 究的目的和意義 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。 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。 液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于工作壓力和工作靈敏度較高，外廓尺寸較小，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。在采用氣壓制動(dòng)或空氣懸架的大型車輛上，也有采用氣壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向的。 本文主要研究?jī)?nèi)容 汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系在給出數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果下 所選取合適的轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。選取內(nèi)容為齒輪齒條轉(zhuǎn)向器與電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 揚(yáng) 州大學(xué) 汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì) 馮荔星 第 12 頁(yè) 2 汽車主要參數(shù)的選擇 汽車主要尺寸的確定 汽車的主要尺寸參數(shù)包括軸距、輪距、總長(zhǎng)、總寬、總高、前懸、后懸、接近角、離去角、最小離地間隙等，如圖 21所示。 圖 21 汽車的主要參數(shù)尺寸 軸距 L 軸距 L的選擇要考慮它對(duì)整車其他尺寸參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)和使用性能的影響。軸距短一些，汽車總長(zhǎng)、質(zhì)量、最小轉(zhuǎn)彎半徑和縱向通過半徑就小一些。但軸距過短也會(huì)帶來一系列問題，例如車廂長(zhǎng)度不足或后懸過長(zhǎng)；汽車 行駛時(shí)其縱向角振動(dòng)過大；汽車加速、制動(dòng)或上坡時(shí)軸荷轉(zhuǎn)移過大而導(dǎo)致其制動(dòng)性和操縱穩(wěn)定性變壞；萬向節(jié)傳動(dòng)的夾角過大等。因此，在選擇軸距時(shí)應(yīng)綜合考慮對(duì)有關(guān)方面的影響。當(dāng)然，在滿足所設(shè)計(jì)汽車的車廂尺寸、軸荷分配、主要性能和整體布置等要求的前提下，將軸距設(shè)計(jì)得短一些為好。 普通車的軸距 轎車的軸距與其類型、用途、總長(zhǎng)有密切關(guān)系。微型及普通級(jí)轎車要求制造成本低，使用經(jīng)濟(jì)性好，機(jī)動(dòng)靈活，因此汽車應(yīng)輕而短，故軸距應(yīng)取短一些；中高級(jí)轎車對(duì)乘坐舒適性、行駛乎順性和操縱穩(wěn)定性要求高，故軸距應(yīng)設(shè)計(jì)得長(zhǎng)一些。轎車的軸距 約為總長(zhǎng)的 54％ — 60％。軸距與總長(zhǎng)之比越大，則車廂的縱向乘坐空間就愈大，這對(duì)改善汽車揚(yáng)州大學(xué) 汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì) 馮荔星 第 13 頁(yè) 縱向角振動(dòng)也有利。但若軸距與總長(zhǎng)之比超過 62％，則會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)、行李箱和備胎的布置困難，外形的各部分比例也不協(xié)調(diào)。 表 21提供的數(shù)據(jù)可供初選軸距時(shí)參考 表 21 各類汽車的軸距和輪距 車型 類別 軸距 L/mm 輪距 B/mm 乘用車 發(fā)動(dòng)機(jī)排量 V/L V 2022～ 2200 1100～ 1380 V≤ 2100～ 2540 1150～ 1500 V≤ 2500～ 2860 1300～ 1500 V≤ 2850～ 3400 1400～ 1580 V 2900～ 3900 1560～ 1620 商用車 客車 城市客車 4500～ 5000 1740～ 2050 長(zhǎng)途客車 5000～ 6500 4 2貨車 汽車總質(zhì)量 ≤ 1700～ 2900 1150～ 1350 ～ 2300～ 3600 1300～ 1650 ～ 3600～ 5500 1700～ 2022 4500～ 5600 1840～ 2022 前輪距 B1 和后輪距 B2 改變汽車輪距 B會(huì)影響車廂或駕駛室內(nèi)寬、汽車總寬、總質(zhì)量、側(cè)傾剛度、最小轉(zhuǎn)彎直徑等因素發(fā)生變化、增大輪距則車廂內(nèi)寬隨之增加，并導(dǎo)致汽車的比功率、轉(zhuǎn)矩指標(biāo)下降，機(jī)動(dòng)性變壞。 受汽車總寬不得超過 ，輪距不宜過大。但在選定的前輪距 B1范圍內(nèi)，應(yīng)能布置下發(fā)動(dòng)機(jī)、車架、前懸架和前輪，并保證前輪有足夠的轉(zhuǎn)向空間，同時(shí)轉(zhuǎn)向桿系與車架、車輪之間有足夠的運(yùn)動(dòng)間隙。在確定后輪距 B2時(shí)，應(yīng)考慮兩縱梁之間的寬度、懸架寬度和輪胎寬度 以及它們之間應(yīng)留有必要的間隙。 各類汽車的輪距可參考表 11提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行初選。 揚(yáng) 州大學(xué) 汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì) 馮荔星 第 14 頁(yè) 外廓尺寸 汽車的外廓尺寸包括其總長(zhǎng)、總寬、總高。它應(yīng)根據(jù)汽車的類型、用途、承載員、道路條件、結(jié)構(gòu)選型與布置以及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)限制等因素來確定。在滿足使用要求的前提下，應(yīng)力求減小汽車的外廓尺寸，以減小汽車的質(zhì)量，降低制造成本，提高汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和機(jī)動(dòng)性。 GB1589— 1989對(duì)汽車外廓尺寸界限作了規(guī)定。 汽車質(zhì)量參數(shù)的確定 汽車的質(zhì)量參數(shù)包括整車整備質(zhì)量 m0 、載客 量裝載質(zhì)量、質(zhì)量系數(shù)、汽車總質(zhì)量ma、軸荷分配等。 整車整備質(zhì)量 m0 整車整備質(zhì)量是指車上帶有全部裝備（包括隨車工具、備胎等），加滿燃料、水、但沒有裝貨和在人時(shí)的整車質(zhì)量。 整車整備質(zhì)量對(duì)汽車的制造成本和燃油經(jīng)濟(jì)型有影響。整車整備質(zhì)量在設(shè)計(jì)階段需估算確定。在日常工作中，收集大量同類汽車各總成、部件和整車的有關(guān)質(zhì)量數(shù)據(jù)，結(jié)合新車設(shè)計(jì)的特點(diǎn)、工藝水平等初步估算各總成、部件的質(zhì)量，再累計(jì)成整車整備質(zhì)量。 乘用車和商用客車的整備質(zhì)量，也可按每人所占汽車整備質(zhì)量的統(tǒng) 計(jì)平均值估計(jì)，可參考表 22 表 22乘用車和商用客車人均整備質(zhì)量值 [2] 乘用車 人均整備質(zhì)量值 商用客車 人均整備質(zhì)量值 發(fā)動(dòng)機(jī)排量 V/L V≤ ～ 車輛總長(zhǎng)La/m ≤ ～ V≤ ～ V≤ ～ V≤ ～ ～ V ～ 揚(yáng)州大學(xué) 汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì) 馮荔星 第 15 頁(yè) 汽 車的載客量和裝載質(zhì)量 （ 1）汽車的載客量 乘用車的載客量包括駕駛員在內(nèi)不超過 9 座，又稱之為 M1類汽車，其他 M M3 類汽車的座位數(shù)、乘員數(shù)及汽車的最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量本次設(shè)計(jì)未涉及，不予示例。 （ 2）汽車的裝載質(zhì)量 me 汽車的載質(zhì)量是指在硬質(zhì)良好路面上行駛時(shí)所允許的額定載質(zhì)量。汽車在碎石路面上行駛時(shí)，載質(zhì)量約為好的行駛路面的 75％～ 85％。越野汽車的載質(zhì)量是指越野汽車行駛時(shí)或在土路上行駛的額定載質(zhì)量。 商用貨車載質(zhì)量 me 的確定，首先應(yīng)與企業(yè)商品規(guī)劃符合，其次要考慮到汽車的用途和使用條件。原則上，貨流 大、運(yùn)距長(zhǎng)或礦用自卸車應(yīng)采用大噸位貨車以利降低運(yùn)輸成本，提高效率；對(duì)貨源變化頻繁、運(yùn)距短的市內(nèi)運(yùn)輸車，宜采用中、小噸位的貨車比較經(jīng)濟(jì)。 質(zhì)量系數(shù) ?0m 質(zhì)量系數(shù) ?0m是指汽車車載質(zhì)量與整車整備質(zhì)量的比值，即 ?0m= 0mme。該系數(shù)反映了汽車的設(shè)計(jì)水平和工藝水平， ?0