【正文】 特別是汽車高速行駛時(shí)，仍然會(huì)提供較大助力，使駕駛員缺乏路感，甚至感覺汽車發(fā)飄，從而影響操縱穩(wěn)定性。 （ 4） 改善駕駛員的 “ 路感 ” 。有時(shí)為了布置方便，減小由于裝配位置誤差及部件相對運(yùn)動(dòng)所引起的附加載荷，提高汽車正面碰撞的安全性以及便于拆裝，在轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向器的輸入端之間安裝轉(zhuǎn)向萬向節(jié)，如圖 31。 對轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向盤或轉(zhuǎn)向輪能自動(dòng)回正的要求和對汽車直線行駛穩(wěn)動(dòng)性的要求 則主要是通過合理的選擇主銷后傾角和內(nèi)傾角，消除轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)間隙以及選用可逆式轉(zhuǎn)向器來達(dá)到。 萬向節(jié)有 柔性和剛性兩種。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。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(dòng)副，第一級廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 是螺桿螺母傳動(dòng)副，第二級是齒條齒扇傳動(dòng)副。 根據(jù)前懸架形式的不同 ,轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)又可分為整體式和分段式兩種 。 (2)轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和效率 如果忽略軸承和其它地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，對于蝸桿和螺桿類轉(zhuǎn)向器 ，其效率可用下式計(jì)算 )tan(tan0 0 ???? ??? （ ） 式中， 0? 為螺桿（或蝸桿）的螺線導(dǎo)程角 ,通常螺線導(dǎo)程角 0? 選在 00 8~5 之間 ,? 為摩擦角， farctan?? ； f 為摩擦因數(shù)。當(dāng)導(dǎo)程角小于或等于摩擦角時(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。 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比及其變化規(guī)律 式（ 27）表明：增大角傳動(dòng)比可以增加力傳動(dòng)比。 齒條、齒扇傳動(dòng)副各對嚙合齒齒側(cè)間隙 s? 的改變也可以用改變齒條各齒槽寬而不改變齒扇各輪齒齒厚的辦法來實(shí)現(xiàn)。 ,則 1cos 0 ?? ；代入數(shù)值解得 n=≈ 36。取 W=。式 ()曾給出了汽車在粗糙的硬路面上作原地轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)向 輪的轉(zhuǎn)向阻力矩，利用它可求得轉(zhuǎn)向搖臂上的力矩和在轉(zhuǎn)向盤上的切向力，它們均可作為轉(zhuǎn)向系的最大計(jì)算載荷。經(jīng)驗(yàn)表明在每個(gè)環(huán)路中 n 以不大于 60為好。工作鋼球圈數(shù)有 和 圈兩種。取 d=。這樣加工的齒扇在齒條的嚙合中由中間齒轉(zhuǎn)向兩端的齒時(shí)，齒側(cè)間隙 s? 也逐漸加大， s? 可表達(dá)為 貨車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 ]c osc os[t a n2t a n2 2222 nrnnrrs ww ???????? ???? (） 式中 r? —— 徑向間隙； ? —— 嚙合角； wr —— 齒扇的分度圓半徑； ? —— 搖臂軸的轉(zhuǎn)角?，F(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)中， 2L 與 1L 的比值大約在 ～ 之間，可近似認(rèn)為其比值為 1，則 ???? ddii /0 ?? 。 如果忽略軸承和其它地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，則逆效率可用下式計(jì)算 00tan )tan( ? ??? ??? （ ） % a n )1 4 a n (t a n )t a n ( 00 ?? ??????? ? ??? 式（ ）和（ ）表明：增加導(dǎo)程角 0? ，正、逆效率均增大。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、圓錐滾子軸的轉(zhuǎn)向器效率，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分別為 70%和 75%。 后置轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)是將轉(zhuǎn)向梯形放在前軸之后 ,簡單可靠 ,因此應(yīng)用廣泛 。其輔助動(dòng)力也是通過向金屬塊一側(cè)注入高壓液體來提供的。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。目前大多數(shù)汽車轉(zhuǎn)向軸上裝置了萬向節(jié)，使轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向器再汽車上布置更為合理，拆裝方便，從而提高了操縱方便性、行駛安全性和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的壽命。最小轉(zhuǎn)彎半徑是指汽車在轉(zhuǎn)向輪處于最大轉(zhuǎn)角的條件下以低速轉(zhuǎn)彎時(shí)前外輪與地面接觸點(diǎn)的軌跡構(gòu)成圓周的半徑。 10)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核，保證轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。 （ 3） 提高了汽車的操縱性。 。同時(shí)控制單元也會(huì)收到來自方向盤位置傳感器的信號，這個(gè)傳感器一般是和扭矩傳感器裝在一起的（有些傳感器已經(jīng)將這 2 個(gè)功能集成為一體） 扭矩和方向盤位置信息經(jīng)過控制單元處理，連同傳入控制單元的車速信號，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序產(chǎn)生助力指令。 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ EHPS） 由于液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無法兼顧車輛低速時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時(shí)的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，貨車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 因此，在 1983 年日本 Koyo 公司推出了具備車速感應(yīng)功能的電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ EHPS）。 純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為了產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)向扭矩需要使用大直徑的轉(zhuǎn)向盤，需占用較大的空間，整個(gè)機(jī)構(gòu)笨拙，特別是對轉(zhuǎn)向阻力較大的中重型汽車，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向難度很大，這就大 大限制了其使用范圍。 Circulating ball type。輪式汽車行駛是通過轉(zhuǎn)向輪 (一般是前輪 )對汽車縱向軸線偏轉(zhuǎn)一定角度來實(shí)現(xiàn)的。 按 轉(zhuǎn)向力能源的不同，可將轉(zhuǎn)向系分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系。該系統(tǒng)是建立在機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，額外增加了一個(gè)液壓系統(tǒng)。一般由電氣和機(jī)械兩部分組成，電氣部分由車速傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器和電控單元 ECU 組成；機(jī)械部分包括齒輪齒條轉(zhuǎn)向器、控制閥、管路和電動(dòng)泵。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(diǎn) 。但 EPS 是由電動(dòng)機(jī)提供助力，助力大小由電子控制單元（ ECU）根據(jù)車速、方向盤輸入扭矩等信號進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)與控制，可以很好地解決這個(gè)矛盾。由于轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間無機(jī)械連接，駕駛員 “ 路感 ” 通過模擬生成。采用柔性萬向節(jié)可減少傳至轉(zhuǎn)向軸上的振動(dòng)，但柔性萬向節(jié)如果過軟，則會(huì)影響轉(zhuǎn)向系的剛度。但要使傳遞到轉(zhuǎn)向盤上的反向沖擊小，則轉(zhuǎn)向器的逆效率有不宜太高。柔性萬向節(jié)，若剛性很大則不能滿足使用要求，剛性大小又不能適應(yīng)汽車轉(zhuǎn)向要求，故一般應(yīng)用較少。 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(dòng)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。為了減少轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)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(gè)鋼球，以實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)摩擦。 整體式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)用于非獨(dú)立懸架的汽車 。取 0? 為 8176。 傳動(dòng)比的變化特性 轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比 轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比 0?i 和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比 pi 。從 hwp FFi /2? 可知，當(dāng) WF 一定時(shí)，增大 pi 能減少作用在方向盤上的手力 hF ，使操縱輕便。一般是將齒條 (一般有 4個(gè)齒 )兩側(cè)的齒槽寬制成比廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 中間齒槽大 ～ 即可。 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 滾道截面 當(dāng)螺桿 和螺母各由兩條圓弧組成，形成四段圓弧滾道截面時(shí)，見圖 ，鋼球和滾道又四點(diǎn)接觸，傳動(dòng)時(shí)軸向間隙最小，可滿足轉(zhuǎn)向盤自由行程小的要求。 螺桿－鋼球－螺母傳動(dòng)副與通常的螺桿－螺母傳動(dòng)副的區(qū)別在于前者是經(jīng)過滾動(dòng)的鋼球?qū)⒘τ陕輻U傳至螺母，變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦。但對前軸負(fù)荷大的重型載貨汽車，用關(guān)系式計(jì)算出來的力，往往會(huì)超過司機(jī)在體力上的所能施展的力量。鋼球的數(shù)量 n 也影響承載能力，增多鋼球使承載能力增大，但也使鋼球的流動(dòng)性變差，從而需要降低傳動(dòng)效率。 工作鋼球圈數(shù) W 多數(shù)情況下，轉(zhuǎn)向器用兩個(gè)環(huán)路，而每個(gè)環(huán)路的工作鋼球圈數(shù) W又與接觸強(qiáng)度有關(guān)：增加工作鋼球 圈數(shù)，參加工作的鋼球增多，能降低接觸應(yīng)力，提高承載能力；但鋼球受力不均勻、螺桿增長而使剛度降低。 螺桿外徑 D1通常在 20～ 38mm范圍內(nèi)變化，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷的不同來選定，螺母內(nèi)徑 2D 應(yīng)大于 1D ，一般要求 DDD %)10%5(12 ??? 根據(jù)（表 ）：得 1D =34mm, 取2D =,D= ,滿足要求 . 鋼球直徑 d 及數(shù)量 n 鋼球直徑應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，一般常 在 6～ 9mm范圍內(nèi)，根據(jù)（表 ）。為此可在齒扇的切齒過程中使毛坯繞工藝中心 1O 轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖 所示， 1O 相對于搖臂軸的中心 O 有距離為 n 的偏心。 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比，除用 kP ddi ??? /?? 表示以外，還可以近似地用轉(zhuǎn)向節(jié)臂臂長 2L 與搖臂長 1L 之比來表示，即 12 // LLddi kP ??? ??? 。它的逆 效率較低，在不平路面上行駛時(shí)，駕駛員并不十分緊張，同時(shí)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件所承受的沖擊力也比不可逆式轉(zhuǎn)向器要小。同一類型轉(zhuǎn)向器，因結(jié)構(gòu)不同效率也不一樣。 根據(jù)梯形機(jī)構(gòu)相對前軸的位置可分為前置式和后置式兩種 。循環(huán)球式系統(tǒng)中的動(dòng)力轉(zhuǎn)向工作原理與齒條齒輪式系統(tǒng)類似。 通過大量鋼球的滾動(dòng)接觸來傳遞轉(zhuǎn)向力，具有較大的強(qiáng)度和較好的耐磨性。這種結(jié)構(gòu)在某些輕型汽車上還有應(yīng)用。在轉(zhuǎn)向過程中除內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角外，其他參數(shù)是不變的。 9)在車禍中，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸和 轉(zhuǎn)向盤由于車架或車身變形而共同后移時(shí)，轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。 （ 2）去掉了原來轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各個(gè)模塊之間的剛性機(jī)械連接，采用柔性連接，使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車上的布置更加靈活，轉(zhuǎn)向盤的位置可以方便地布置在需要的位置。而在傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)中，要改善這種特性 必須改造底盤的機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)起來很困難。 電動(dòng)助 力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作過程其工作過程為：扭矩傳感器檢測駕駛員打方向盤的扭矩，然后根據(jù)這個(gè)扭矩給控制單元一個(gè)信號。并且轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還存在低溫 工作性能差等缺點(diǎn)。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。 Mechanical type steering gear。駕駛操縱用來改變或恢復(fù)汽車行駛方向的專用機(jī)構(gòu)稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 機(jī)械轉(zhuǎn)向系的能量來源是人力，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。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)，通過液壓泵產(chǎn)生動(dòng)力來推動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)向器，從而 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。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)向角度等信號計(jì)算出的最理想狀態(tài)。 與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，沒有系統(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。 。使 得在回正力矩控制方面可以從信號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 ” 。采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)，還應(yīng)有轉(zhuǎn)向動(dòng)力系統(tǒng)。至于對轉(zhuǎn)向系的最后兩條要求則主要是通過合理地選擇結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)布置來解決。剛性萬 向節(jié)多是十字軸式 ,可使用單萬向節(jié) ,也可使用雙萬向節(jié) .雙萬向節(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。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器有一蝸桿。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。 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)不致牽動(dòng)拉桿而涉及另一車輪的偏轉(zhuǎn) 。； 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。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。 考慮到 ?? ii ?0 ，由 0?i 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)向器角傳動(dòng)比成反比。本次設(shè)計(jì)采用直齒齒輪。 圖中滾道與鋼球之間的間隙，除用來貯存潤滑油之外，還能貯存磨損雜質(zhì)。螺桿和螺母上的相互對應(yīng)的螺旋槽構(gòu)成鋼球的螺旋滾道。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。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。聯(lián)立式（ ），式（ ）得PPr??? 2?，將 ? 對 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