【正文】 nd assembly drawings. Mainly carried out in this paper, the design of the recirculating ball steering and check the steering system parts, the main methods and theoretical parameters of automotive design experience. the mechanical design of the course content and the university design, the results meet the strength requirements, safe and reliable. Key words: Steering system。 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。機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作過(guò)程為：駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)向盤施加的轉(zhuǎn)向力矩通過(guò)轉(zhuǎn)向軸輸入轉(zhuǎn)向器，減速傳動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)向器中有 2 級(jí)減速傳動(dòng)副，經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大后的力矩和廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 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)汽車的轉(zhuǎn)向。為確保系統(tǒng)安全，在液壓泵上裝有限壓閥和溢流閥。汽車起動(dòng)之后，無(wú)論車子是否轉(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。 電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理：在汽車直線行駛時(shí)，方向盤不轉(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)方向盤時(shí)， ECU 根據(jù)檢測(cè)到的轉(zhuǎn)角、車速以及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的反饋信號(hào)等，判斷汽車的轉(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。 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。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)了部分能量。通過(guò)靈活的軟件編程，容易得到電機(jī)在不同車速及不同車況下的轉(zhuǎn)矩特性，這些轉(zhuǎn)矩特性使得該系統(tǒng)能顯著地提高轉(zhuǎn)向能力，提供了與車輛動(dòng)態(tài)性能相匹配的轉(zhuǎn)向回正特性。 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ SBW） 在車輛高速化、駕駛?cè)藛T大眾化、車流密集化的今天，針對(duì)更多不同水平的駕駛?cè)巳?， 汽車的易操縱性設(shè)計(jì)顯得尤為重要。 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(diǎn) （ 1） 取消了方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之 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)車速和駕駛員喜好由程序根據(jù)汽車的行駛工況實(shí)時(shí)設(shè)置傳動(dòng)比。 轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)概述 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。 貨車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 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)。（見(jiàn)圖 ） 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)。 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 圖 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑 Rmin 與其內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪在最大轉(zhuǎn)角 i max 與 o max 、軸距 L、主銷距 K 及轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)臂 a 等尺寸有關(guān)。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。 表 各類車型的轉(zhuǎn)向盤直徑 汽車類型 轉(zhuǎn)向盤直徑 /mm 轎車、小 型客車、輕型貨車汽車 380、 400、 425 中型客車、中型載貨汽車 450、 47 500 大客車、重型載貨車 550 轉(zhuǎn)向軸 早期汽車的轉(zhuǎn)向軸通常用一根無(wú)縫鋼管制造，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，成本低，但從汽車上拆、裝轉(zhuǎn)向器較為困難。我們主要介紹前幾種。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。第一部分是帶有螺 紋孔的金屬塊。而 如果轉(zhuǎn)向器中沒(méi)有滾珠，輪齒之間會(huì)暫時(shí)脫離，從而造成方向盤松動(dòng)。螺母?jìng)?cè)面有兩對(duì)通孔，可將鋼球從此孔塞入螺旋形通道內(nèi)。 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)由梯形臂、橫拉桿和前軸組成 。 因本車型采用非獨(dú)立懸架 ,故本文采用后置整體式轉(zhuǎn)向梯形 。第一種結(jié)構(gòu)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，故這種轉(zhuǎn)向器的效率 ?? 僅有 54%，另外兩種結(jié)構(gòu)在前述四種轉(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。它能保證轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動(dòng)回正。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。 轉(zhuǎn)向盤角速度 w? 與搖臂軸角速度 p? 之比，稱為轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比 ?i ，即 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 pppw dddtd dtdi ??????? ??? // （ ） 式中， pd? 為搖臂軸轉(zhuǎn)角增量。 如果忽略摩擦損失，根據(jù)能量守恒原理， hr MM /2 可用下式表示 02 ??? iddMM khr ?? （ ） 貨車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 將式（ ）代入 式 （ ）后得到 aDii swP 20?? （ ） 當(dāng) a 和 SWD 不變時(shí)，力傳動(dòng)比 pi 越大，雖然轉(zhuǎn)向越輕，但 0?i 也越大，表明轉(zhuǎn)向不靈敏。為解決這對(duì)矛盾，可采用變速比轉(zhuǎn)向器。即齒扇由中間齒向兩端齒的齒厚是逐漸減小的。貨車一般不宜超過(guò) 6 圈 . 貨車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 3 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)與計(jì)算 前軸載荷根據(jù)表（ ）取得為 2805Kg，再根據(jù)表（ ）選擇齒扇模數(shù)為 6。選取 D 值的規(guī)律是隨著 扇齒模數(shù)的增大，鋼球中心距 D 也相應(yīng)增加，設(shè)計(jì)時(shí)先參考同類型汽車的參數(shù)進(jìn)行初選，經(jīng)強(qiáng)度驗(yàn)算后，再進(jìn)行修正。在此我們?nèi)L道半徑為 ,符合相應(yīng)的要求。聯(lián)立式（ ），式（ ）得PPr??? 2?，將 ? 對(duì) p? 求導(dǎo)貨車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 得循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比 ?i 為 Pri ?? 2? () 又 2/r mz? 根據(jù)表 有 15?z ； 452/1562/r ???? mz mm P 已知，可求出轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比 ??? ??i 由式 ()可知，螺距 P 影響轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的值，在螺距不變的條件下，鋼球直徑 d越大，圖（ ）中的尺寸 b越小，要求 ??? dPb mm，符合要求。為了形成螺母上的循環(huán)軌道，在螺母上與其齒條相反的一側(cè)表面 (通常為上表面 )需鉆孔與螺母的螺旋 滾道打通以形成一個(gè)環(huán)路滾道的兩個(gè)導(dǎo)孔，并分別插入鋼球?qū)Ч艿膬啥藢?dǎo)管。顯然，大直徑的鋼球其承載能力亦大，但也使轉(zhuǎn)向器的尺寸增大。 汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩（ N﹒ mm）即 pGfM R 313? （ ） 式中 ,f 為輪胎和路面 間的滑動(dòng)摩擦因數(shù) ,一般取 ； 1G 為前軸負(fù)荷（ N）； p 輪胎氣壓（ MPa）。這時(shí)在計(jì)算轉(zhuǎn)向器的零件具體參數(shù)時(shí)，可取司機(jī)作用在轉(zhuǎn)向盤輪緣上的最大瞬時(shí)力。一般應(yīng)參考同類型汽車的轉(zhuǎn)向器選取鋼球直徑 d ，并應(yīng)使之符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。螺桿和螺母上的相互對(duì)應(yīng)的螺旋槽構(gòu)成鋼球的螺旋滾道。查表（ ）得： P 取 導(dǎo)程角 ??80? 。 圖中滾道與鋼球之間的間隙，除用來(lái)貯存潤(rùn)滑油之外，還能貯存磨損雜質(zhì)。 30′ 7176。本次設(shè)計(jì)采用直齒齒輪。為了消除中間齒磨損后產(chǎn)生的間隙而又不致在轉(zhuǎn)彎時(shí)使兩端齒卡住，則應(yīng)增大兩端齒嚙合時(shí)的齒側(cè)間隙。 考慮到 ?? ii ?0 ，由 0?i 的定義可知：對(duì)于一定的轉(zhuǎn)向盤角速度，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度與轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比成反比。轉(zhuǎn)向盤直徑 SWD應(yīng)根據(jù)車型不同在 GB5911— 86 轉(zhuǎn)向盤尺寸標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的系列內(nèi)選取。從輪胎接地面中心作用在兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪上的合力 wF2 與作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 hF 之比，稱為力傳動(dòng)比，即 hwp FFi /2? （ ） 轉(zhuǎn)向盤角速度 w? 與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度 k? 之比，稱為轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比 0?i ，即 kkkw dddtd dtdi ??????? ??? //0 （ ） 式中 ?d 為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量； kd? 為轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量； dt 為時(shí)間增量。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(jué)，因此，現(xiàn)代汽車不采用這種轉(zhuǎn)向器。； f 取 ， ??? c ta n f? ； %)1 4 a n ( 8t a n)t a n (t a n 0 0 ???? ????? ?? ?? 轉(zhuǎn)向器的逆效率 根據(jù)逆效率大小不同，轉(zhuǎn)向器又有可逆式、極限可逆式和不可逆式之分。 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。 分段式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)用于獨(dú)立懸架的汽車 ,以保證任一前輪的跳動(dòng)不致?tīng)縿?dòng)拉桿而涉及另一車輪的偏轉(zhuǎn) 。在轉(zhuǎn)向器工作時(shí)，兩列鋼球只是在各自的封閉流道內(nèi)循環(huán)，不會(huì)脫出。轉(zhuǎn)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。滾珠軸承有兩個(gè)作用：第一，減少齒輪的摩擦和磨損；第二，減少齒輪的溢出。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器有一蝸桿。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。剛性萬(wàn) 向節(jié)多是十字軸式 ,可使用單萬(wàn)向節(jié) ,也可使用雙萬(wàn)向節(jié) .雙萬(wàn)向節(jié)要求布置適當(dāng) ,達(dá)到等角速運(yùn)動(dòng) .本課題選用裝有單十字軸萬(wàn)向節(jié)的轉(zhuǎn)向軸 . 轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)向器 (也常稱為轉(zhuǎn)向機(jī) )是完成由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到直線運(yùn)動(dòng) (或近似直線運(yùn)動(dòng) )的一組貨車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 齒輪機(jī)構(gòu)，同時(shí)也是轉(zhuǎn)向系中的減速傳動(dòng)裝置。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：轉(zhuǎn)向盤直徑尺寸 380mm、 400mm、 425mm、 450mm、 500mm、 550mm。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。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。采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)，還應(yīng)有轉(zhuǎn)向動(dòng)力系統(tǒng)。 6）操縱輕便。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實(shí)際行駛狀態(tài)和路面狀況的信息，作為轉(zhuǎn)向盤回正力矩的控制變量，使轉(zhuǎn)向盤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 ” 。主控制器控制轉(zhuǎn)向盤模塊和轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊的協(xié)調(diào)工作。 。 當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤一角度然后松開(kāi)時(shí)， EPS 系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)整使車輪回到正中。 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。 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。其中電動(dòng)泵的工作狀態(tài)由電子控制單元根據(jù)車輛的行駛速度、轉(zhuǎn)向角度等信號(hào)計(jì)算出的最理想狀態(tài)。由于液壓轉(zhuǎn)向可以減少駕駛員手動(dòng)轉(zhuǎn)向力矩，從而改善了汽車的轉(zhuǎn)向輕便性和操縱穩(wěn)定性。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。 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 。 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、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。最后設(shè)計(jì)中運(yùn)用 AutoCAD 作出循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的零件圖以及裝配圖 .在本文中主要進(jìn)行了 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 的設(shè)計(jì)和對(duì)轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)零件 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。駕駛操縱用來(lái)改變或恢復(fù)汽車行駛方向的專用機(jī)構(gòu)稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。汽車動(dòng)力轉(zhuǎn) 向系統(tǒng) (Power Steering System)，亦可稱作轉(zhuǎn)向加力系統(tǒng)，是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系的基礎(chǔ)上增設(shè)了一套轉(zhuǎn)向加 力裝置所構(gòu)成的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 Mechanical type steering gear。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 地線的作用。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、蝸桿指銷式。其分配閥、轉(zhuǎn)向器和動(dòng)力