【正文】 （31） （32）式中，為汽車中軸與后軸的軸距。轉(zhuǎn)向系設(shè)置動力轉(zhuǎn)向器時，由于轉(zhuǎn)向輕便性主要是由動力轉(zhuǎn)向器予以保證，因此對轉(zhuǎn)向器的效率要求可適當(dāng)降低。齒扇與齒條嚙合間隙的調(diào)整方便易行，這種結(jié)構(gòu)與液力式動力轉(zhuǎn)向液壓裝置的匹配布置也極為方便。因為鋼球本身有誤差，所以共同參加工作的鋼球數(shù)量并不是全部鋼球數(shù)。角多取45176。mm；f為輪胎和路面間的滑動摩擦因素，；G為轉(zhuǎn)向軸負荷，計算時取g=10N/Kg；P為輪胎氣壓。表31 系數(shù)K與A／B的關(guān)系A(chǔ)/BK；；為螺桿外半徑15mm；E為材料彈性模量 ；N為每個鋼球與螺桿滾道之間的正壓力，即 （322）式中，為螺桿的螺線導(dǎo)程角7176。作用在齒扇上的圓周力： （324）式中 ，為轉(zhuǎn)向盤直徑500mm。分置式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，可以分開布置，根據(jù)不同車型的需要將控制閥靈活地布置在轉(zhuǎn)向器、動力缸或拉桿上。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，通過機械轉(zhuǎn)向器使轉(zhuǎn)向控制閥處于與某一轉(zhuǎn)彎方向相應(yīng)的工作位置時，轉(zhuǎn)向動力缸的相應(yīng)工作腔方與回油管路隔絕，轉(zhuǎn)而與油泵輸出管路相通，而動力缸的另一腔則仍然通回油管路。（1）轉(zhuǎn)向油缸行程S和油缸容量V根據(jù)同類參考，取偏轉(zhuǎn)輪最大轉(zhuǎn)角=176。一般要求轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角時滑閥就移動的距離。 —局部阻力系數(shù)，通常?。?； —油液的流速，m/s。所以兩主銷中心線延長線到地面交點之間的距離K為K=B2a=21802180=1820mm （337）前已述，設(shè)計時，梯形臂長度常取在；≦≦273，本設(shè)計取=270；梯形底角=60176。由于球接頭工作表面磨擦而造成磨損形式的間隙應(yīng)予以消除，結(jié)構(gòu)不同消除間隙的方法也不同。第4章 轉(zhuǎn)向軸的有限元分析有限元法是將連續(xù)體理想化為有限個單元集合而成，這些單元僅在有限個節(jié)點上相連接，亦即用有限個單元的集合來代替原來具有有限個自由度的連續(xù)體。圖41 轉(zhuǎn)向軸實體三維圖 有限元分析 材料定義轉(zhuǎn)向軸的材料為：合金鋼；彈性模量：E=105MPa，泊松比：μ=；屈服極限： =620Mpa。變形量也較小。根據(jù)所選的汽車數(shù)據(jù)如軸距，整備質(zhì)量等參數(shù)，計算轉(zhuǎn)向器所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)，并且對其進行了強度校核的分析。在當(dāng)前工作的基礎(chǔ)上，今后可以從以下幾個方面繼續(xù)展開工作：（1）進一步完善轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，充分考慮車架、車身等總成的特性，建立整車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動力學(xué)模型，使計算結(jié)果更加符合實際。由于我們是第一次進行整體性地設(shè)計，不可避免地碰到了許多困難，有時甚至?xí)械綗o法下手。在這里首先要感謝導(dǎo)師李向華老師，李老師平日里工作繁多，但在我畢業(yè)設(shè)計的每個階段，李老師都給了我悉心的指導(dǎo)。由于自己實踐知識的欠缺，許多問題都是靠著自己的想象去解決，可能與實際應(yīng)用還存在差距，這還有待于在以后的學(xué)習(xí)和工作中去彌補自己的不足。本文以特大重型車輛為研究對象，通過對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的認識和參數(shù)計算方法的了解進行設(shè)計。,，總的來說，該轉(zhuǎn)向軸的結(jié)構(gòu)強度較好，富余量還行，滿足強度要求。由上一章設(shè)計已知，轉(zhuǎn)向軸長度L=700mm，直徑d=40mm。這些材料有一定的自潤滑性能，摩擦因數(shù)低，耐磨性能好。在轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)中，桿件之間的接頭采用球接頭結(jié)構(gòu)連接方式的非常普遍。根據(jù)設(shè)計要求知最小轉(zhuǎn)彎半徑Rmin=。據(jù)此可參照 = （332）（3）局部壓力降當(dāng)汽車直行時，滑閥處于中間位置，油液流經(jīng)滑閥后再回到油箱。（1）預(yù)開隙預(yù)開隙為滑閥處于中間位置時分配閥內(nèi)各環(huán)形油路沿滑閥軸向的開啟量，也是為使分配閥內(nèi)某油路關(guān)閉所需的滑閥最小移動量。轉(zhuǎn)向液壓缸最大的總推力為： （325）根據(jù)同類參考和實際參數(shù)，取最小轉(zhuǎn)向力臂為200mm，代入式（325）可得液壓缸最大的總推力為： （326）選擇動力缸內(nèi)的油液壓力=20MPa，在計算油缸內(nèi)徑時先暫不計有桿腔活塞桿直徑，則油缸內(nèi)徑為 （327）液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的計算值要按國標(biāo)規(guī)定的液壓缸的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行圓整，如與標(biāo)準(zhǔn)液壓缸參數(shù)相近，則可直接選用國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)液壓缸，免于自行設(shè)計加工。轉(zhuǎn)向油泵輸出的油液流入轉(zhuǎn)向控制閥，又由此流回轉(zhuǎn)向油罐。轉(zhuǎn)向器殼體采用球墨鑄鐵QT40018制造。則齒高h=（2X+Y）m=；齒厚s==10mm。此時對轉(zhuǎn)向器和動力缸以前的零件進行強度驗算時，應(yīng)取作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力為700N。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)摩擦阻力等。推薦=～。螺桿滾道應(yīng)倒角，用來避免該處被嚙出毛刺而劃傷鋼球后降低傳動效率。則）鋼球直徑尺寸d取得大，能提高承載能力，同時螺桿和螺母傳動機構(gòu)和轉(zhuǎn)響器的尺寸也隨之增大。將式（39）、式（310）代入后得到 （311）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 （312）將式（312）代入式（311）后得到 （313）計算出=21當(dāng)α和Dsw不變時，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。轉(zhuǎn)向器的效率轉(zhuǎn)向器形式、結(jié)構(gòu)和選取參數(shù)不同而變化,其中齒輪齒條式和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的效率比較高。即首先應(yīng)使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)到最大轉(zhuǎn)角時，；其次，應(yīng)這樣選擇轉(zhuǎn)向系的角傳動比，即由轉(zhuǎn)向盤處于中間的位置向左或右旋轉(zhuǎn)至極限位置的總旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，對轎車應(yīng)不超過2圈，對貨車不應(yīng)超過3圈。對轎車而言，前置發(fā)動機前輪驅(qū)動的轎車滿載時的前軸負荷最好在55％以上，以保證爬坡時有足夠的附著力；前置發(fā)動機后輪驅(qū)動的轎車滿載時的后軸負荷一般不大于52％；后置發(fā)動機后輪驅(qū)動的轎車滿載時后軸負荷最好不超過59％，否則，會導(dǎo)致汽車具有過多轉(zhuǎn)向特性而使操縱性變壞。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。整車整備質(zhì)量對汽車的制造成本和燃油經(jīng)濟型有影響。但在選定的前輪距B1范圍內(nèi)，應(yīng)能布置下發(fā)動機、車架、前懸架和前輪，并保證前輪有足夠的轉(zhuǎn)向空間，同時轉(zhuǎn)向桿系與車架、車輪之間有足夠的運動間隙。因此，在選擇軸距時應(yīng)綜合考慮對有關(guān)方面的影響。系統(tǒng)內(nèi)部采用剛性連接，反應(yīng)靈敏，滯后小，駕駛員的“路感”好；僅僅是在機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加一套電動機和減速機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量小；不存在油液泄露，對環(huán)境污染少。低速轉(zhuǎn)向力小時，高速行駛時轉(zhuǎn)向力往往過輕、“路感”差，甚至感覺汽車發(fā)“飄”，從而影晌操縱穩(wěn)定性；而按高速性能要求設(shè)計轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時，低速時轉(zhuǎn)向力往往過大。1) 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點減小駕駛員的疲勞強度。轎車對動力轉(zhuǎn)向的要求與重型車輛不完全相同。但在動力轉(zhuǎn)向裝置失效時，一般還應(yīng)當(dāng)能由駕駛員獨立承擔(dān)汽車轉(zhuǎn)向任務(wù)。經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大后的力矩和減速后的運動傳到轉(zhuǎn)向搖臂，再經(jīng)過轉(zhuǎn)向直拉桿傳給固定于左轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂，使左轉(zhuǎn)向節(jié)和它所支承的左轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)簡單，制造容易；但是因銷子不能自轉(zhuǎn)，銷子的工作部位基本保持不變，所以磨損快，工作效率低。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。汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及面廣，對零部件的可靠性要求較高，也是汽車底盤設(shè)計中難度大、技術(shù)含量較高的部分?，F(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的設(shè)計趨勢：(1)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的工藝方法，使用變速比轉(zhuǎn)向器、高剛性轉(zhuǎn)向器。汽車在公路上高速行使使，轉(zhuǎn)向需要的動力需要的動力較少，計算機液流控制閥降低油壓，同時把轉(zhuǎn)向器穩(wěn)住，當(dāng)停車或汽車低速行駛轉(zhuǎn)向時，計算機液流控制閥提高油流壓力，這就使得駕駛員很容易操縱轉(zhuǎn)向盤。20世紀50年代初期，由于出現(xiàn)了重型的汽車以及速度很高的高級小客車，指靠轉(zhuǎn)向器本身的結(jié)構(gòu)，既要是汽車轉(zhuǎn)向操縱省力，又要靈活，顯然已難以兼顧，于是把戰(zhàn)爭時期使用的助力轉(zhuǎn)向器經(jīng)過改進，使用在了中型汽車和高級小客車上。這種型式的轉(zhuǎn)向器就成為現(xiàn)在大家所熟知的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，目前仍被廣泛地應(yīng)用在美國和日本制造的汽車上。即使是一個健壯的駕駛員，要控制轉(zhuǎn)向仍然是很勞累的事情。弗頓敞篷汽車上的轉(zhuǎn)向器都已消亡，因為高踞在垂直轉(zhuǎn)向柱上短的方向盤的高度幾乎已達到駕駛員眼睛的位置，因此，對任何一個人來說，駕駛這種車輛都會感到困難。杰特把轉(zhuǎn)向柱的一端與轉(zhuǎn)向臂連接，當(dāng)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向柱時，通過轉(zhuǎn)向臂和隨動臂、橫拉桿和車輪軸轉(zhuǎn)動車輪，實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向。1872年蘇格蘭的查理士第一個把轉(zhuǎn)向盤安裝到煤氣發(fā)動機車輛上。（3）線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用傳感器記錄駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖和車輛的行駛狀況，通過數(shù)據(jù)線將信號傳遞給車載電腦，電腦據(jù)此做出判斷并控制液壓激勵器提供相應(yīng)的轉(zhuǎn)向力，使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)相應(yīng)角度實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)利用電控單元根據(jù)車速調(diào)節(jié)作用在轉(zhuǎn)向盤上的阻力，通過控制轉(zhuǎn)向控制閥的開啟程度以改變液壓助力系統(tǒng)輔助力的大小，從而實現(xiàn)輔助轉(zhuǎn)向力隨車速而變化的助力特性。罐蓋靠翼形螺母壓緊。半整體式動力轉(zhuǎn)向器是由機械轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向控制閥組合成一個部件，轉(zhuǎn)向動力缸則是獨立部件。2）轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向控制閥閥體繞其圓心轉(zhuǎn)動來控制油液流量的轉(zhuǎn)向控制閥，稱為轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向控制閥。(3)液壓式助力轉(zhuǎn)向系的轉(zhuǎn)向控制閥轉(zhuǎn)向控制閥按閥體的運動方向分為，滑閥式和轉(zhuǎn)閥式兩種。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，通過機械轉(zhuǎn)向器使轉(zhuǎn)向控制閥處于與某一轉(zhuǎn)彎方向相應(yīng)的工作位置時，轉(zhuǎn)向動力缸的相應(yīng)工作腔方與回油管路隔絕，轉(zhuǎn)而與油泵輸出管路相通，而動力缸的另一腔則仍然通回油管路。動力缸輸出的液壓作用力，作用在轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)上，以助機械轉(zhuǎn)向器輸出力之不足。液壓系統(tǒng)工作時無噪聲，工作滯后時間短，而且能吸收來自不平路面的沖擊。轉(zhuǎn)向減振器的一端與車身（或前橋）鉸接，另一端與轉(zhuǎn)向直拉桿（或轉(zhuǎn)向器）鉸接[21]。兩端的接頭結(jié)構(gòu)相同，其中球頭銷的尾部與梯形臂相連。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪處于與汽車直線行駛相應(yīng)的中立位置時，梯形臂與橫拉桿在與道路平行的平面(水平面)內(nèi)的交角＞90。轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)動時，通過鋼球?qū)⒘鹘o轉(zhuǎn)向螺母，螺母即沿軸向移動。2）循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式之一，一般有兩級傳動副，第一級是螺桿螺母傳動副，第二級是齒條齒扇傳動副。作為傳動副主動件的轉(zhuǎn)向齒輪安裝在殼體中，與水平布置的轉(zhuǎn)向齒條相嚙合。圖11 機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖（1）轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)轉(zhuǎn)向操縱機構(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。這一套用來改變或恢復(fù)汽車行駛方向的專設(shè)機構(gòu)，即稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（俗稱汽車轉(zhuǎn)向系）。在汽車向輕便靈活、容易駕駛的方向發(fā)展的同時，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求也提到日程上來。主觀評價方法雖然沒有經(jīng)過理論推導(dǎo)，但是由于考慮了駕駛員因素和道路環(huán)境的特點，在一定程度上體現(xiàn)了閉環(huán)設(shè)計的思想。隨后，人們的注意力開始轉(zhuǎn)向汽車的動態(tài)特性。汽車的操縱穩(wěn)定性是影響其主動安全性的主要性能之一，而汽車的結(jié)構(gòu)參數(shù)直接影響著汽車的操縱穩(wěn)定性[1]。 Steeringsystem?；趯D(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的技術(shù)分析和轉(zhuǎn)向性能的評價進行了闡述，研究了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運動學(xué)特性計算分析方法、動力轉(zhuǎn)向器匹配計算方法。 Finite element analysis III第1章 緒論 車輛轉(zhuǎn)向的研究及現(xiàn)狀轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是整車系統(tǒng)中必不可少的最基本的組成系統(tǒng)，一百多年來，汽車工業(yè)隨著機械和電子技術(shù)的發(fā)展而不斷前進。通常認為是法國工程師喬治其應(yīng)用的基礎(chǔ)是經(jīng)典控制理論，依據(jù)汽車的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)分析，使用不足—過度轉(zhuǎn)向特性和轉(zhuǎn)向輸入的階躍響應(yīng)特性來對汽車的操縱性進行評價[3]。在仿真評價方面，最開始從事這方面研究的是日本學(xué)者安部正人，他根據(jù)預(yù)瞄模型，提出了一個理論上預(yù)測操縱性的方法[5]。首先，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須能夠?qū)崿F(xiàn)整車所要求的車輪轉(zhuǎn)角，這為轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設(shè)計及動力轉(zhuǎn)向器匹配提出了基本要求。完全靠駕駛員手力操縱的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)稱為機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向柱管的吸能裝置有多種形式。轉(zhuǎn)向器布置，在轉(zhuǎn)向齒條的中部用螺栓與轉(zhuǎn)向拉桿的托架連接，轉(zhuǎn)向左右橫拉桿的外端與轉(zhuǎn)向節(jié)臂相連。二者的螺旋槽能配合形成近似圓形斷面的螺旋管狀通道。3）蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器的傳動副以轉(zhuǎn)向蝸桿為主動件，其從動件是裝在搖臂軸曲柄端部的指銷。轉(zhuǎn)向搖臂是轉(zhuǎn)向器傳動副與直拉桿間的傳動件；轉(zhuǎn)向直拉桿是轉(zhuǎn)向搖臂與轉(zhuǎn)向節(jié)臂之間的傳動桿件。彈簧保證兩球頭座與球頭緊密接觸，并起緩沖作用，其預(yù)緊力由螺塞調(diào)整。圖12 動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由機械轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向加力裝置組成。 (1) 常壓式液壓助力轉(zhuǎn)向系在汽車直線行駛，轉(zhuǎn)向盤保持中立位置時，轉(zhuǎn)向控制閥經(jīng)常處于關(guān)閉位置。由此可見，無論轉(zhuǎn)向盤處于中立位置還是轉(zhuǎn)向位置，也無論轉(zhuǎn)向盤保持靜止還是運動狀態(tài)，該系統(tǒng)工作管路中總是保持高壓。轉(zhuǎn)向盤停止轉(zhuǎn)動后，轉(zhuǎn)向控制閥隨即回復(fù)到中立位置，使動力缸停止工作。中間的兩個縫隙分別與動力缸兩腔的油道相通，而兩邊的兩個縫隙與回油道相通。另外四個通道B的進油被隔斷，壓力油不能進入，因而動力缸另一腔的低壓油，在活塞的推動下經(jīng)回油道流回儲油罐。轉(zhuǎn)向油罐一般是單獨安裝，但也有直接裝在轉(zhuǎn)向油泵上的。濾網(wǎng)片用以防止油液乳化。（1）直接助力式電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)直接助力式電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種直接依靠電動機提供輔助轉(zhuǎn)矩的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，可