【正文】 式中，為汽車中軸與后軸的軸距。根據(jù)畢業(yè)設計課題及以上的論述，本次設計初選質量數(shù)據(jù)如下：滿載質量： ma=150t空載質量： m0=55t滿載時車輛前軸負荷： 28%150t=42t 轉向系的主要性能參數(shù)(1)轉角及最小轉彎半徑最小轉彎半徑是指轉向輪轉角在最大位置條件下，汽車低速行駛時前外轉向輪與地面接觸點的軌跡到轉向中心O點的距離。對于常在較差路面上行駛的載貨汽車，為了保證其在泥濘路而上的通過能力，常將滿載前軸負荷控制在26％～27％，以減小前輪的滾動阻力并增大后驅動輪的附著力。因此，在總體設計時應根據(jù)汽車的布置型式、使用條件及性能要求合理地選定其軸荷分配。(3) 質量系數(shù)η質量系數(shù)η是指汽車裝載質量與整車整備質量的比值，即η＝me／m0。汽車在碎石路面上行駛時，載質量約為好路面的75％～85％。減少整車整備質量的措施主要有：新設計的車型應使其結構更合理，采用強度足夠的輕質材料，如塑料、鋁合金等等。根據(jù)畢業(yè)設計課題及以上的論述，本次設計初選尺寸數(shù)據(jù)如下：軸距: L=6800mm 總長: L長=11250mm前輪距: B1=2180mm 總寬: L寬=2500mm后輪距: B2=2170mm 總高: L高=3849mm 汽車質量參數(shù)的確定汽車的質量參數(shù)包括整車整備質量m0、裝載質量me、質量系數(shù)η、汽車總質量ma、軸荷分配等。 (3)外廓尺寸汽車的外廓尺寸包括其總長、總寬、總高。(2)前輪距B1和后輪距B2改變汽車輪距B會影響車廂或駕駛室內寬、汽車總寬、總質量、側傾剛度、最小轉彎直徑等因素發(fā)生變化、增大輪距則車廂內寬隨之增加，并導致汽車的比功率、幣轉矩指標下降，機動性變壞。輕型貨車、鞍式牽引車和礦用自卸車等車型要求有小的轉彎半徑，故其軸距比一般貨的短，而經(jīng)常運送大型構件、長尺寸或輕拋貨物的貨車和集裝箱運輸車，則軸距可取得長一些。軸距短一些，汽車總長、質量、最小轉彎半徑和縱向通過半徑就小一些。由此可見，電動助力式轉向系統(tǒng)尤其適用于對空間、重量要求更高的使用小排量發(fā)動機的微型汽車上。1）電動助力轉向系統(tǒng)優(yōu)點機械系統(tǒng)直接與電動機連接,效率高。存在滲油與維護問題，提高了保修成本，泄漏的液壓油會對環(huán)境造成污染。2) 液壓助力轉向系統(tǒng)的缺點選定參數(shù)完成設計之后，助力特性就確定了，不能再進行調節(jié)與控制?？梢员容^自由地根據(jù)操縱穩(wěn)定性要求選擇轉向器傳動比，不會受到轉向力的制約。與此同時，轉向器輸入軸還帶動轉向器內部的轉向控制閥轉動，使轉向動力缸產(chǎn)生液壓作用力，幫助駕駛員轉向操作。但是重型車輛動力轉向技術的發(fā)展無疑為轎車動力轉向技術奠定了基礎。相比之下，液壓助力式的轉向器成了當今汽車助力轉向器的主流。動力轉向系統(tǒng)按照加力裝置的不同可以分為液壓助力式、氣壓助力式和電動助力式三種。1轉向盤 2轉向軸 3轉向器 4轉向搖臂 5直拉桿 6左轉向橫拉桿 7搖桿 8右轉向橫拉桿 9梯形臂圖21 機械轉向系統(tǒng)的組成和布局示意圖 助力式動力轉向系統(tǒng)動力轉向系是兼用駕駛員體力和發(fā)動機動力為轉向能源的轉向系。轉向梯形由固定在左、右轉向節(jié)上的梯形臂和兩端與梯形臂作球鉸鏈連接的轉向橫拉桿組成。當汽車轉向時，駕駛員對轉向盤施加一個轉向力矩。綜上所述，考慮其效率特性，角傳動比變化特性等對使用條件的適應性以及轉向器的其他性能，壽命，制造工藝等。循環(huán)球式轉向器的缺點是：逆效率高，結構復雜，制造困難，制造精度要求高。齒輪齒條式式轉向器最主要的缺點是：因逆效率高（60%70%），汽車在不平路面上行駛時，發(fā)生在轉向輪與路面之間沖擊力的大部分能轉至轉向盤，稱之為反沖。轉向器的結構形式，決定了其效率特性以及對角傳動比變化特性的要求。（1）汽車轉彎行駛時，全部車輪應繞瞬時轉向中心旋轉，任何車輪不應有側滑；（2）汽車轉向行駛時，在駕駛員松開轉向盤的條件下，轉向輪能自動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，轉向輪不得產(chǎn)生自振；（4）轉向傳動機構和懸架導向裝置共同工作時，由于運動不協(xié)調產(chǎn)生的車輪擺動應最?。唬?）保證汽車有較高的機動性并具有迅速和小轉彎行駛能力；（6）操縱輕便； （7）轉向輪碰撞到障礙物以后，傳給轉向盤的反沖應盡可能??；（8）轉向器和轉向傳動機構的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調整機構。(4)汽車轉向器裝置的電腦化汽車的轉向器裝置，必定是以電腦化為唯一的發(fā)展途徑。(2)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，目前國內外在許多汽車上已普遍增設能量吸收裝置，如防碰撞安全轉向柱、安全帶、安全氣囊等，并逐步推廣。作為汽車關鍵部件之一的轉向系統(tǒng)也得到了相應的發(fā)展，基本已形成了專業(yè)化、系列化生產(chǎn)的局面。汽車轉向盤轉動的角度首先使前輪轉向，同時經(jīng)輸出軸帶動后轉向機，使后輪與前輪同向或反向轉動。1985年，日本豐田公司的克雷西達汽車成了第一個采用計算機控制輔助轉向系統(tǒng)的汽車產(chǎn)品，豐田公司稱此系統(tǒng)為先進的動力齒輪齒條轉向系。這種助力轉向器使轉向操縱十分省力，只要適當選擇轉向器傳動比，就可以同時滿足轉向靈敏的要求。1954年，凱迪拉克汽車公司首先把液壓助力轉向器應用于汽車上，助力專項的歷史又回到了以前的道路。戴維斯所研制成功并首次應用了液壓助力輔助轉向器。1923年，美國底特律市的亨利于是，降低轉向操縱力的問題就變得賜教迫切了。在20世紀初，汽車已經(jīng)是一個沉重而又高速疾馳的車輛，充氣輪胎代替了實心車輪。早期的蒸汽汽車上安裝的方向盤都用垂直安裝方式，專項通過向上或下旋轉實現(xiàn)。弗頓汽車都裝上了舵柄（方向盤）。斯特里克蘭說服了他的朋友、汽車制造商雷克，把一個用于輪船上的轉向柱和方向盤裝到了一輛新的戴姆勒他把一根桿子與帶有兩個連接臂的轉向節(jié)相連。1878年，“現(xiàn)代汽車之父”、德國的卡爾不久，阿曼克向英國專利局申請了“平行連桿式轉向機構”專利。由于操縱費力且不可靠，以致時常發(fā)生車毀人亡的事故[25]。按照后輪轉向機構控制和驅動方式的不同，四輪轉向可分為機械式、液壓式、電控機械式、電控液壓式和電控電動式等幾種類型。其特點是由ECU提供供油特性，汽車低速行駛時助力作用大，駕駛員操縱輕便靈活；在高速行駛時轉向系統(tǒng)的助力作用減弱，駕駛員的操縱力增大，具有明顯的“路感”，既保證轉向操縱的舒適性和靈活性，又提高了高速行駛中轉向的穩(wěn)定性和安全感[24]。（8）電控液壓助力轉向系統(tǒng)在傳統(tǒng)液壓助力轉向系統(tǒng)的基礎上加裝電控系統(tǒng)，使輔助轉向力的大小不僅與轉向盤的轉角增量（或角速度）有關，還與車速有關，就形成了電控液壓助力轉向系統(tǒng)。濾芯彈簧的預緊力不大，故當濾芯堵塞而回油壓力略有增高時，濾芯便在液壓作用下升起，讓油液不經(jīng)過濾清便進入貯液腔，以免油泵進油不足。中心油管接頭座下部有濾芯密封圈，上部旋裝著中心螺柱。(6)轉向油罐轉向油罐的作用是貯存、濾清并冷卻液壓轉向加力裝置的工作油液（一般是錠子油或透平油）。第三種方案是將機械轉向器作為獨立部件，而將轉向控制閥和轉向動力缸組合成一個部件，稱為轉向加力器。當閥體順時針轉過一個很小角度時，從油泵來的壓力油經(jīng)通道A流入四個通道C，繼而進入動力缸的一個腔內?；y處在中間位置，轉向控制閥關閉，高壓油不流入動力缸，汽車直線行駛。當閥體處在中間位置時，其兩個凸棱邊與閥套環(huán)槽形成四條縫隙。常流式的優(yōu)點則是結構簡單，油泵壽命長，漏泄較少，消耗功率也較少。于是轉向油泵輸出壓力急劇升高，直到足以推動轉向動力缸活塞為止。轉向油泵輸出的油液流入轉向控制閥，又由此流回轉向油罐。于是，轉向加力作用終止。當轉動轉向盤時，機械轉向器即通過轉向搖臂等桿件使轉向控制閥轉入開啟位置。液壓式助力轉向系統(tǒng)液壓助力轉向系按系統(tǒng)內部的壓力狀態(tài)分為常壓式和常流式兩種。裝載質量特大的貨車也不宜采用氣壓動力轉向系，因為氣壓系統(tǒng)的工作壓力較低（），用于這種重型汽車上時，其部件尺寸將過于龐大。采用動力轉向系的汽車轉向所需的能量，在正常情況下，只有小部分是駕駛員提供的體能，而大部分是發(fā)動機驅動的油泵、空氣壓縮機或發(fā)電機所提供的液壓能、氣壓能或電，從而減輕了駕駛員的轉向操縱力[22]。3）轉向減振器隨著車速的提高，現(xiàn)代汽車的轉向輪有時會產(chǎn)生擺振（轉向輪繞主銷軸線往復擺動，甚至引起整車車身的振動），這不僅影響汽車的穩(wěn)定性，而且還影響汽車的舒適性、加劇前輪輪胎的磨損。裝配時兩球頭座的凹凸部互相嵌合。轉向橫拉桿是轉向梯形機構的底邊。若轉向搖臂不是在汽車縱向平面內前后擺動，而是在與道路平行的平面向左右搖動，則可將轉向直拉桿橫置，并借球頭銷直接帶動轉向橫拉桿，從而推使兩側梯形臂轉動。1）與非獨立懸架配用的轉向傳動機構與非獨立懸架配用的轉向傳動機構主要包括轉向搖臂、轉向直拉桿、轉向節(jié)臂和轉向梯形。在轉向器工作時，兩列鋼球只是在各自的封閉流道內循環(huán)，不會脫出。導管內也裝滿了鋼球。轉向螺桿和螺母上都加工出斷面輪廓為兩段或三段不同心圓弧組成的近似半圓的螺旋槽。上述可見，采用齒輪齒條式轉向器還可以使轉向傳動機構簡化，不需要轉向搖臂和轉向直拉桿等。彈簧的預緊力可用調整螺栓調整。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)球齒條齒扇式、蝸桿滾輪式等。對于轎車除要求裝有吸能式轉向盤外，而且還要求轉向柱管也必須備有緩和沖擊的吸能裝置。 機械轉向系統(tǒng)機械轉向系以駕駛員的體力作為轉向能源，其中所有傳力件都是機械的。汽車轉向系可按轉向能源的不同分為機械轉向系和動力轉向系兩大類[15] [16]。綜上所述，隨著我國特大重型汽車的發(fā)展，新的問題及要求不斷涌現(xiàn)，在車輛設計與開發(fā)領域尚存在很多的問題需要研究和解決，如何使基礎研究與產(chǎn)品設計實踐緊密結合，將研究成果最大限度地應用于產(chǎn)品開發(fā)過程，不斷提高重型汽車的性能水平是擺在汽車產(chǎn)品研究與開發(fā)人員面前的重要課題。特大重型車輛和其它車輛相比具有一些顯著的特點，為保障重型車輛良好的轉向性能，必須對這些特點及由此引發(fā)的問題進行專門的研究。他在考慮了影響汽車操縱性的諸多因素的基礎上，提出了物理意義明確的各個單項總方差評價指標（軌道、側向加速度、轉向盤角速度、前后輪側向力系數(shù)、路感），并且應用頻域統(tǒng)計分析方法提出了閉環(huán)系統(tǒng)主動安全性的綜合評價與設計方法，便于工程應用。在理論方面，充分地考慮到人的學習性和適應性，建立了許多確定性駕駛員方向控制模型，有效地仿真了駕駛員—汽車—道路閉環(huán)系統(tǒng)對給定路徑的跟隨過程。依據(jù)大量的試驗與理論分析，首先指出了穩(wěn)態(tài)響應特性、瞬態(tài)響應特性、回正特性和側向滑移特性的安全容許極限，對操縱性進行客觀評價 [4]。在六十年代前的研究主要是操縱穩(wěn)定性的開環(huán)研究，并取得了許多研究成果，詳細討論了汽車的不足轉向與過多轉向的特性；分析了保持汽車的行駛方向穩(wěn)定性條件是臨界車速必須大于汽車最高車速等。在隨后的幾年里，汽車操縱穩(wěn)定性理論的一些重要的基本概念，如不足轉向、過度轉向、臨界車速等已為汽車工程師所熟悉。有關車輛轉向的動力學思想始于二十世紀初期，以人們對汽車轉向時輪胎側向力及產(chǎn)生側向力的輪胎側偏角的認識為標志。隨著車速和汽車性能的不斷提高，人們越來越重視汽車的安全性能問題。 Power Steering。另外還利用Solidworks軟件建立三維模型，劃分網(wǎng)格，用COSMOSWorks工具對汽車轉向軸進行了有限元分析，綜述其理論基礎和分析過程，并在此基礎上對轉向軸性能進行了初步評價，進一步保障了設計結果的可靠性。 中南大學本科生畢業(yè)論文摘要本文以特大重型汽車為研究對象，首先介紹了汽車轉向系統(tǒng)的類型、組成和發(fā)展歷史及趨勢。選擇適用于各種車型的循環(huán)球式轉向器，采用液壓助力的方案，利用相關汽車設計和連桿機構運動學的知識，首先對汽車總體參數(shù)進行選擇，接著對轉向器和轉向傳動機構進行設計，對動力缸和分配閥進行設計計算，最后對其進行了強度校核的分析。 Diverter。汽車轉向系統(tǒng)也隨著汽車工業(yè)的發(fā)展歷經(jīng)了長時間的演變。近年來計算機技術、整車試驗方法以及系統(tǒng)動力學的研究和發(fā)展，使得汽車操縱穩(wěn)定性的仿真分析更為全面，更接近實際使用情況。1935年，Evans 給出了有關輪胎力學特性較為深入的結果[2]，包括輪胎側偏剛度隨著側偏角變化的規(guī)律。大約經(jīng)過三十年的時間，在汽車瞬態(tài)響應的分析方面才取得了顯著的成績。鑒于當時的駕駛員模型仍處于提高閉環(huán)跟蹤響應的仿真精度的水平，各國研究人員主要采用系統(tǒng)工程學的方法去探索操縱性的評價方法。八十年代以來，人們從理論和試驗兩個方面著手，重新開始深入的研究駕駛員—汽車—道路閉環(huán)系統(tǒng)。國內，汽車專家郭孔輝教授在駕駛員模型、駕駛員—汽車—道路閉環(huán)系統(tǒng)特性及其閉環(huán)綜合評價方面做了大量的研究工作[8~13]。要求其成本低，性能方面能適應車速變化，實現(xiàn)變特性動力轉向器，并且可以與不同類型的車輛相適應、相匹配。這兩項要求基本可以在系統(tǒng)設計層面進行分析解決，而和轉向系統(tǒng)相關的行駛穩(wěn)定性及行駛路感則必須在整車層面進行計算分析。因此，汽車轉向系的功用是，保證汽車能按駕駛員的意志而進行轉向行駛，保持或者保證汽車的行駛方向[14]。動力轉向系統(tǒng)又可分為液壓動力轉向系統(tǒng)、氣壓動力轉向系統(tǒng)和電動助力動力轉向系統(tǒng)。近年來，由于公路的改善，汽車車速的提高，許多國家都制定了嚴格的安全法規(guī)。（2）轉向器轉向器(也常稱為轉向機)是完成由旋轉運動到直線運動(或近似直線運動)的一組齒輪機構，同時也是轉向系中的減速傳動裝置。彈簧通過壓塊將齒條壓靠在齒輪上，保證無間隙嚙合。為了避免轉向輪的擺振，在該結構中裝有轉向減振器。為了減少轉向螺桿轉向螺母之間的摩擦，二者的螺紋并不直接接觸，其間裝有多個鋼球，以實現(xiàn)滾動摩擦。轉向螺母外有兩根鋼球導管，每根導管的兩端分別插入螺母側面的一對通孔中。同時，在螺桿及螺母與鋼球間的摩擦力偶作用下，所有鋼球便在螺旋管狀通道內滾動，形成“球流”。（3）轉向傳動機構轉向傳動機構的功用是將轉向器輸出的力和運動傳到轉向橋兩側的轉向節(jié)，使兩側轉向輪偏轉，且使二轉向輪偏轉角按一定關系變化，以保證汽車轉向時