【正文】 特別是汽車高速行駛時，仍然會提供較大助力，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 ” 。有時為了布置方便，減小由于裝配位置誤差及部件相對運動所引起的附加載荷，提高汽車正面碰撞的安全性以及便于拆裝，在轉向軸與轉向器的輸入端之間安裝轉向萬向節(jié)，如圖 31。 對轉向后轉向盤或轉向輪能自動回正的要求和對汽車直線行駛穩(wěn)動性的要求 則主要是通過合理的選擇主銷后傾角和內傾角，消除轉向器傳動間隙以及選用可逆式轉向器來達到。 萬向節(jié)有 柔性和剛性兩種。高速車輛需要在高速時有較好的轉向穩(wěn)定性，必須保證轉向器具有較高的剛度。循環(huán)球式轉向器是目前國內外 應用最廣 泛的結構型式之一，一般有兩級傳動副，第一級廣東技術師范學院本科畢業(yè)設計（論文） 12 是螺桿螺母傳動副，第二級是齒條齒扇傳動副。 根據(jù)前懸架形式的不同 ,轉向梯形機構又可分為整體式和分段式兩種 。 (2)轉向器的結構參數(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向器 ，其效率可用下式計算 )tan(tan0 0 ???? ??? （ ） 式中， 0? 為螺桿（或蝸桿）的螺線導程角 ,通常螺線導程角 0? 選在 00 8~5 之間 ,? 為摩擦角， farctan?? ； f 為摩擦因數(shù)。當導程角小于或等于摩擦角時，逆效率為負值或者為零，此時表明該轉向器是不可逆式轉向器。 轉向器角傳動比及其變化規(guī)律 式（ 27）表明：增大角傳動比可以增加力傳動比。 齒條、齒扇傳動副各對嚙合齒齒側間隙 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向時轉向 輪的轉向阻力矩，利用它可求得轉向搖臂上的力矩和在轉向盤上的切向力，它們均可作為轉向系的最大計算載荷。經(jīng)驗表明在每個環(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向兩端的齒時，齒側間隙 s? 也逐漸加大， s? 可表達為 貨車循環(huán)球式轉向系統(tǒng)設計 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； ? —— 搖臂軸的轉角?，F(xiàn)代汽車結構中， 2L 與 1L 的比值大約在 ～ 之間，可近似認為其比值為 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算 00tan )tan( ? ??? ??? （ ） % a n )1 4 a n (t a n )t a n ( 00 ?? ??????? ? ??? 式（ ）和（ ）表明：增加導程角 0? ，正、逆效率均增大。如蝸桿滾輪式轉向器的滾輪與支持軸之間的軸承可以選用滾針軸承、圓錐滾子軸的轉向器效率，根據(jù)試驗結果分別為 70%和 75%。 后置轉向梯形機構是將轉向梯形放在前軸之后 ,簡單可靠 ,因此應用廣泛 。其輔助動力也是通過向金屬塊一側注入高壓液體來提供的。并且該轉向器可以被設計成具有等強度結構，這也是它應用廣泛的原因之一。目前大多數(shù)汽車轉向軸上裝置了萬向節(jié)，使轉向盤和轉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、行駛安全性和轉向機構的壽命。最小轉彎半徑是指汽車在轉向輪處于最大轉角的條件下以低速轉彎時前外輪與地面接觸點的軌跡構成圓周的半徑。 10)進行運動校核，保證轉向輪與轉向盤轉動方向一致。 （ 3） 提高了汽車的操縱性。 。同時控制單元也會收到來自方向盤位置傳感器的信號，這個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)預先設計好的程序產生助力指令。 電控液壓助力轉向系統(tǒng)（ EHPS） 由于液壓助力轉向系統(tǒng)無法兼顧車輛低速時的轉向輕便性和高速時的轉向穩(wěn)定性，貨車循環(huán)球式轉向系統(tǒng)設計 3 因此，在 1983 年日本 Koyo 公司推出了具備車速感應功能的電控液壓助力轉向系統(tǒng)（ EHPS）。 純機械式轉向系統(tǒng)為了產生足夠大的轉向扭矩需要使用大直徑的轉向盤，需占用較大的空間，整個機構笨拙，特別是對轉向阻力較大的中重型汽車，實現(xiàn)轉向難度很大，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向輪 (一般是前輪 )對汽車縱向軸線偏轉一定角度來實現(xiàn)的。 按 轉向力能源的不同，可將轉向系分為機械轉向系和動力轉向系。該系統(tǒng)是建立在機械系統(tǒng)的基礎之上，額外增加了一個液壓系統(tǒng)。一般由電氣和機械兩部分組成，電氣部分由車速傳感器、轉角傳感器和電控單元 ECU 組成；機械部分包括齒輪齒條轉向器、控制閥、管路和電動泵。 電動助力轉向系統(tǒng)特點 。但 EPS 是由電動機提供助力，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行實時調節(jié)與控制，可以很好地解決這個矛盾。由于轉向盤和轉向輪之間無機械連接，駕駛員 “ 路感 ” 通過模擬生成。采用柔性萬向節(jié)可減少傳至轉向軸上的振動，但柔性萬向節(jié)如果過軟，則會影響轉向系的剛度。但要使傳遞到轉向盤上的反向沖擊小，則轉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汽車轉向要求，故一般應用較少。 齒條齒扇副磨損后可以重新調整間隙，使之具有合適的轉向器傳動間隙，從而提高轉向器壽命，也是這種轉向器的優(yōu)點之一。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。 整體式轉向梯形機構用于非獨立懸架的汽車 。取 0? 為 8176。 傳動比的變化特性 轉向系傳動比 轉向系的傳動比包括轉向系的角傳動比 0?i 和轉向系的力傳動比 pi 。從 hwp FFi /2? 可知，當 WF 一定時，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個齒 )兩側的齒槽寬制成比廣東技術師范學院本科畢業(yè)設計（論文） 22 中間齒槽大 ～ 即可。 廣東技術師范學院本科畢業(yè)設計（論文） 26 滾道截面 當螺桿 和螺母各由兩條圓弧組成，形成四段圓弧滾道截面時，見圖 ，鋼球和滾道又四點接觸，傳動時軸向間隙最小，可滿足轉向盤自由行程小的要求。 螺桿－鋼球－螺母傳動副與通常的螺桿－螺母傳動副的區(qū)別在于前者是經(jīng)過滾動的鋼球將力由螺桿傳至螺母，變滑動摩擦為滾動摩擦。但對前軸負荷大的重型載貨汽車，用關系式計算出來的力，往往會超過司機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，但也使鋼球的流動性變差，從而需要降低傳動效率。 工作鋼球圈數(shù) W 多數(shù)情況下，轉向器用兩個環(huán)路，而每個環(huán)路的工作鋼球圈數(shù) W又與接觸強度有關：增加工作鋼球 圈數(shù)，參加工作的鋼球增多，能降低接觸應力，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范圍內變化，設計時應根據(jù)轉向軸負荷的不同來選定，螺母內徑 2D 應大于 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 鋼球直徑應符合國家標準，一般常 在 6～ 9mm范圍內，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 轉動，如圖 所示， 1O 相對于搖臂軸的中心 O 有距離為 n 的偏心。 轉向系的角傳動比 轉向傳動機構角傳動比，除用 kP ddi ??? /?? 表示以外，還可以近似地用轉向節(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，駕駛員并不十分緊張，同時轉向傳動機構的零件所承受的沖擊力也比不可逆式轉向器要小。同一類型轉向器，因結構不同效率也不一樣。 根據(jù)梯形機構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)中的動力轉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接觸來傳遞轉向力，具有較大的強度和較好的耐磨性。這種結構在某些輕型汽車上還有應用。在轉向過程中除內、外轉向輪的轉角外，其他參數(shù)是不變的。 9)在車禍中，當轉向軸和 轉向盤由于車架或車身變形而共同后移時，轉向系應有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。 （ 2）去掉了原來轉向系統(tǒng)各個模塊之間的剛性機械連接，采用柔性連接，使轉向系統(tǒng)在汽車上的布置更加靈活，轉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 必須改造底盤的機械結構，實現(xiàn)起來很困難。 電動助 力轉向系統(tǒng)工作原理 電動助力轉向系統(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)這個扭矩給控制單元一個信號。并且轉向系統(tǒng)還存在低溫 工作性能差等缺點。純機械式轉向系統(tǒng)根據(jù)轉向器形式可以分為：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汽車行駛方向的專用機構稱為汽車轉向系統(tǒng)。 機械轉向系的能量來源是人力，所有傳力件都是機械的，由轉向操縱機構方向盤、轉向器、轉向傳動機構三大部分組成。液壓轉向系統(tǒng)是由液壓和機械等兩部分組成，它是以液壓油做動力傳遞介質，通過液壓泵產生動力來推動機械轉向器，從而 實現(xiàn)轉向。其中電動泵的工作狀態(tài)由電子控制單元根據(jù)車輛的行駛速度、轉向角度等信號計算出的最理想狀態(tài)。 與傳統(tǒng)的液壓助力轉向系統(tǒng)相比，沒有系統(tǒng)要求的常運轉轉向油泵，且電動機只是在需要轉向時才接通電源，所以動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際行駛狀態(tài)和路面狀況的信息，作為轉向盤回正力矩的控制變量，使轉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的 “ 路感 ” 。采用動力轉向時，還應有轉向動力系統(tǒng)。至于對轉向系的最后兩條要求則主要是通過合理地選擇結構以及結構布置來解決。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 ,達到等角速運動 .本課題選用裝有單十字軸萬向節(jié)的轉向軸 . 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 )的一組貨車循環(huán)球式轉向系統(tǒng)設計 11 齒輪機構，同時也是轉向系中的減速傳動裝置。 循環(huán)球式轉向器有一蝸桿。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。 分段式轉向梯形機構用于獨立懸架的汽車 ,以保證任一前輪的跳動不致牽動拉桿而涉及另一車輪的偏轉 。； f 取 ， ??? c ta n f? ； %)1 4 a n ( 8t a n)t a n (t a n 0 0 ???? ????? ?? ?? 轉向器的逆效率 根據(jù)逆效率大小不同，轉向器又有可逆式、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轉向輪上的合力 wF2 與作用在轉向盤上的手力 hF 之比，稱為力傳動比，即 hwp FFi /2? （ ） 轉向盤角速度 w? 與同側轉向節(jié)偏轉角速度 k? 之比，稱為轉向系角傳動比 0?i ，即 kkkw dddtd dtdi ??????? ??? //0 （ ） 式中 ?d 為轉向盤轉角增量； kd? 為轉向節(jié)轉角增量； dt 為時間增量。 考慮到 ?? ii ?0 ，由 0?i 的定義可知：對于一定的轉向盤角速度，轉向輪偏轉角速度與轉向器角傳動比成反比。本次設計采用直齒齒輪。 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。螺桿和螺母上的相互對應的螺旋槽構成鋼球的螺旋滾道。這時在計算轉向器的零件具體參數(shù)時，可取司機作用在轉向盤輪緣上的最大瞬時力。顯然，大直徑的鋼球其承載能力亦大，但也使轉向器的尺寸增大。聯(lián)立式（ ），式（ ）得PPr??? 2?，將 ? 對 p? 求導貨車循環(huán)球式轉向系統(tǒng)設計 27 得循環(huán)球式轉向器角傳動比 ?i 為 Pri ?? 2? () 又 2/r mz? 根據(jù)表 有 15?z ； 452/1562/r ???? mz mm P 已知，可求出轉向器的角傳動比 ??? ??i 由式 ()可知，螺距 P 影響轉向器角傳動比的值，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