【文章內(nèi)容簡介】 ，即 iwo=ω w/ω k=( dφ /dt)/( dβk dt),式中， dφ 為轉向盤轉角增量； dβk 為轉 向節(jié)轉角增量； dt 為時間增量。它又由轉向器角傳動比 iw 和轉向傳動機構角傳動比 iw′ 所組成，即 iwo=iw iw′ 。 轉向盤角速度 ω w 與搖臂軸轉動角速度 ω p 之比，稱為轉向器角傳動比 iw, 即 iw=ω w/ω p= (dφ /dt)/(dβp /dt),式中 ,dβp 為搖臂軸轉角增量。此定義適用于除齒輪齒條式之外的轉向器。 搖臂軸轉動角速度 ω p 與同側轉向節(jié)偏轉角速度 ω k 之比，稱為轉向傳動機構的角傳動比 iw′ ，即 iw=ω p/ω k= (dβp /dt)/ (dβk /dt)。 2）力傳動比與轉向系角傳動比 的關系 輪胎與地 面之間的轉向阻力 Fw 和作用在轉向節(jié)上的轉向阻力矩 Mr 之間有如下關系 Fw= Mr/α （ 2— 3） 式中， α 為主銷偏移距，指從轉向節(jié)主銷軸線的延長線與支承平面的交點至車輪中心平面與支承平面交線間的距離。 作用在轉向盤上的手力 Fh可用下式表示 Fh=2Mh/Dsw (2— 4） 式中， Mh為作用在轉向盤上的力矩； Dsw 為轉向盤直徑。 將式 (2— 3)、式 (2— 4)代入 ip=2 Fw／ Fh 后得到 ip= MrDsw/Mhα （ 2— 5） 分析式 (2— 5)可知，當主銷偏移距為 a 時，力傳動比 ip 應取大些才學士學位論文 11 能保證轉向輕便。通常轎車的 a 值在 0． 4～ 0． 6 倍輪胎的胎面寬度尺寸范圍內(nèi)選取，而貨車的 d 值在 40～ 60mm 范圍內(nèi)選取。轉向盤直徑 Dsw 根據(jù)車型不同在 JB4505— 86 轉向盤尺寸標準中規(guī)定的系列內(nèi)選取。 如果忽略摩擦損失，根據(jù)能量守恒原理， 2Mr／ Mh可用下式表示 2Mr／ Mh= dφ ／ dβk （ 2— 6） 將式 (2— 6)代人式 (2— 5)后得到 ip=iwoDsw/2α （ 2— 7） 當 α 和 Dsw 不變時，力傳動比 ip 越大，雖然轉向越輕，但 iwo 也越大，表明轉向不靈敏。 3）轉向系的角傳動比 iwo 轉向傳動機構角傳動比，除用 iw′ =dβp ／ dβk 表示以外，還可以近似地用轉向節(jié)臂臂長 L2 與搖臂臂長 Ll 之比來表示，即 iw′ =dβp ／ dβk≈ L2／ Ll ?，F(xiàn)代汽車結構中， L2 與 Ll的比值大約在 0． 85～ 1． 1之間，可近似認為其比值為 iwo≈ iw=dφ ／ dβ 。由此可見，研究轉向系的 傳動比特性，只需研究轉向器的角傳動比 iw 及其變化規(guī)律即可。 4）轉向器角傳動比及其變化規(guī)律 式 (2— 7)表明：增大角傳動比可以增加力傳動比。從 ip=2Fw／ Fh 式可知，當 Fw 一定時，增大 ip能減小作用在轉向盤上的手力 Fh，使操縱輕便。 考慮到 iwo≈ iw ，由 iwo 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。角傳動比增加后，轉向輪偏轉角速度對轉向盤角速度的響應變得遲鈍，使轉向操縱時間增長，汽車轉向靈敏性降低，所以 “ 輕 ” 和 “ 靈 ” 構成一對矛盾。為解決這對矛盾，可采用變速比 轉向器。 齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿指銷式轉向器都可以制成變速比轉向器。 循環(huán)球齒條齒扇式轉向器的角傳動比 iw =2π r／ P。因結構原因，螺距 P 不能變化，但可以用改變齒扇嚙合半徑 r 的方法，達到使循環(huán)球齒條齒學士學位論文 12 扇式轉向器實現(xiàn)變速比的目的。 隨轉向盤轉角變化，轉向器角傳動比可以設計成減小、增大或保持不變的。影響選取角傳動比變化規(guī)律的因素，主要是轉向軸負荷大小 和對汽車機動能力的要求。若轉向軸負荷小，在轉向盤全轉角范圍內(nèi)，駕駛員不存在轉向沉重問題。裝用動力轉向的汽車，因轉向阻力矩由動力裝置克服，所以在上述兩種 情況下，均應取較小的轉向器角傳動比并能減少轉向盤轉動的總圈數(shù)，以提高汽車的機動能力。 轉向軸負荷大又沒有裝動力轉向的汽車，因轉向阻力矩大致與 ‘ 車輪偏轉角度大小成正比變化，汽車低速急轉彎行駛時的操縱輕便性問題突出，故應選用大些的轉向器角傳動比。汽車以較高車速轉向行駛時，轉向輪 轉角較小，轉向阻力矩也小，此時要求轉向輪反應靈敏，轉向器角傳動比 應當小些。因此，轉向器角傳動比變化曲線應選用大致呈中間小兩端大些的下凹形曲線，如圖 21所示 ： 轉向盤在中間位置的轉向器角傳動比不宜過小。過小則在汽車高速 直線行駛時，對轉向盤轉角過分敏感和使反沖效應加大，使駕駛員精確控制轉向輪的運動有困難。直行位置的轉向器角傳動比不宜低于 15～ 16。 ββi w圖 21轉向器角傳動比特性 學士學位論文 13 轉向盤自由行程 對轉向盤自由行程的認識 轉向盤在空轉階段中的角行程，稱為轉向盤自由行程。轉向盤自由行程對于緩和路面沖擊及避免使駕駛員過度緊張是有利的，但不宜過大，以免過分影響靈敏性。一般說來，轉向盤從相應于汽車直線行駛的中間位置向任一方向的自由行程最好不超過 10176。～ 15176。當零件磨損嚴重到十轉向盤自由行程超過 25176?！?35176。時，必須進行調(diào)整。 2） 轉向盤自由行程過大的原 因 造成轉向盤自由行程過大的原因，主要有如下幾個方面： (1)轉向器蝸桿與滾輪 (或齒扇、指銷等 )間隙過大； (2)轉向傳動裝置松動； (3)轉向傳動裝置的球鉸鏈間隙過大 (松動 )； (4)前輪軸承或轉向節(jié)主銷與襯套 配合不緊 等。 轉向操縱機構及轉向傳動機構 轉向操縱機構 轉向盤的功能： 現(xiàn)在有越來越多的汽車在轉向盤里安裝了安全氣囊，也使汽車的安全性大大提高了。轉向盤的集電環(huán)：轉向盤上有喇叭開關，必須時刻與車身電器線路相連，而旋轉的轉向盤與組合開關之間顯然不能用導線直接相連，因此就必須采用集電環(huán) 裝置。集電環(huán)好比環(huán)形的地鐵軌道，喇叭開關的觸點時刻保持接通的狀態(tài)。由于是機械接觸，長時間使用觸點會因磨損影響導電性，導致緊急時刻喇叭不鳴甚至氣囊不工作。因此，最近裝備氣囊的汽車開始裝用電纜盤，代替集電環(huán)。 轉向盤的端子與組合開關的端子用電纜線連接，電纜盤將電線卷入盤內(nèi)，在轉向盤旋轉范圍內(nèi)，電線靠卷筒自由伸縮。這種裝置大大提高了電學士學位論文 14 器裝置的可靠性。 轉向傳動機構 為牢固支承轉向盤而設有轉向柱。傳遞轉向盤操作的轉向軸從中穿過，內(nèi)部有軸承和襯套支承。轉向機構應備有吸收汽車碰撞時產(chǎn)生的沖擊能的裝置， 許多國 家都規(guī)定轎車 必須 安裝吸能式轉向柱。吸能裝置的方式很多，大都通過轉向柱的支架變形來達到緩沖吸能的作用。 轉向軸與轉向器齒輪箱之間采用 聯(lián) 軸節(jié)相連 (即兩個萬向節(jié) )，之所以用 聯(lián) 軸節(jié)，除了可以改變轉向軸的方向，還有就是使得轉向軸可以作縱向的伸縮運動，以配合轉向柱的緩沖運動。 即： （ 1）可傾斜式轉向機構： （ 2） 可伸縮式轉向機構： [5] 學士學位論文 15 3 轉向器總成方案分析 轉向器設計要求 （ 1） 汽車轉彎行駛時，全部車輪應繞順時針方向旋轉，任何車輪不應有側滑。不滿足這項要求會加速輪胎磨損，并降低汽 車的行駛穩(wěn)定性。 （ 2） 汽車轉向行駛后，在駕駛員松開轉向盤的情況下，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)生振動，轉向盤沒有擺動。 （ 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(diào)使車輪產(chǎn)生的擺動應最小。 （ 5） 保證汽車有較高的機動性，具有快速和小轉彎能力。 （ 6） 操縱輕便。 （ 7） 轉向輪碰到障礙物以后，傳給轉向盤的反沖力要盡可能小。 （ 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(diào)整機構。 （ 9） 在車禍中，當轉向軸和轉向盤由于車架或車身的變形而后移時，轉向系應有能使駕駛員免遭或減輕 傷害的防傷裝置。 （ 10） 進行運動校核，保證轉向盤與轉向輪轉動方向一致。 正確設計轉向梯形機構，可以使第一項得到保證。轉向系中設有轉向減震器時，能夠防止轉向輪產(chǎn)生振動，同時又能使傳動轉向盤上的反沖力明顯下降。為了使汽車具有良好的機動性能，必須使轉向輪有盡可能大的轉角，并要達到按前外輪車輪軌跡計算，其最小轉彎半徑能達到汽車軸距的 倍。通常用轉向時駕駛員作用在轉向盤上的切向力大小和轉向盤轉動圈數(shù)多少兩項指標來評價操縱輕便性。沒有動力轉向的轎車，在行駛中轉向，此力應為 50100N；有動力轉向時，此力在 2050N。當貨車從直學士學位論文 16 線行駛狀態(tài)，以 10Km/h 的速度在柏油路或水泥的水平路段上轉入沿半徑12m 的圓周行駛，且路面干燥，若轉向系內(nèi)沒有裝動力轉向器，上述切向力不得超過 250N。有動力轉向器時，不得超過 120N。轎車轉向盤從中間位置轉到每一端的圈數(shù)不得超過 圈，貨車則要求不超過 圈。 [3] 轉向器總成方案設計 循環(huán)球式轉 向 器又稱為綜合式轉向器（因為它由兩級傳動副組成），是目前國內(nèi)、外汽車上較為流行的一種結構形式。循環(huán)球式轉 向 器中一般有兩 級 傳動副，第一級是由螺桿和螺母共同形成的螺旋槽內(nèi)裝有鋼球構成的傳動副 ，第二級是由螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構成的齒條 齒扇傳動副。 轉向時，轉動轉向盤，與轉向軸連為一體的螺桿帶動方形螺母作軸向移動（因螺桿在軸向方向固定在轉向器殼上），螺母的下端制成齒條，因而能帶動與轉向 搖 臂軸做成一體的齒扇的轉動。 圖 31所示為一循環(huán)球式齒條 齒扇轉向器。轉向螺桿的軸徑支撐在兩個角接觸球軸承上， 軸承緊度可用調(diào)整墊片調(diào)整。轉向螺母外側的下平面加工成齒條，與齒扇軸（即搖臂軸）上的齒扇嚙合?？梢?，轉向螺母即 是第一級傳動副的從動件，也是第二級傳動副（齒條 齒扇傳動副）的主動件（齒條）。通過轉向盤和轉 向軸轉動轉向螺桿時，轉向螺母不能轉動，只能軸向移動，并驅使齒扇軸轉動。 學士學位論文 17 1轉向搖臂 2向心推力球軸承 3螺桿副總成 4殼體組件 5螺栓 6上蓋調(diào)整墊片 8上蓋 9柱管夾子 10螺桿油封 11鐵絲 12頂絲 13柱管 14轉向軸組件 15支承套 16自攻螺釘 17螺母 18螺母 MB 19螺栓 20墊圈 21濾氣螺塞 圖 31 循環(huán)球式齒條 齒扇轉向器 為了減少轉向螺桿和轉向螺母之間的摩擦和磨損，二者的螺紋制成半圓形凹槽，并不直接接觸 ，其間裝有許多鋼球，從而將滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦。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近似半圓的螺旋槽。兩者的螺旋槽能配合形成近似圓形斷面的螺旋管狀通道，這樣可以使轉向螺母和轉向螺桿軸向定位好，滾道和鋼球間有間隙，可以用來貯存碎屑和潤滑油，有助于減少螺母和螺桿之間的磨損。螺母側面有兩對通孔，可將鋼球從此孔塞入螺旋形通道內(nèi)。兩根 U 形鋼球導管的兩端插入螺母側面的兩對通孔中，導管內(nèi)也裝滿了鋼球。這樣兩根導管和螺母內(nèi)的螺旋管狀通道組成兩條各自獨立的封閉的鋼球“流道”。 轉向螺桿轉動時，通過鋼球將 力傳給轉向螺母，螺母即沿軸向移動。同時，在螺桿與螺母兩者和鋼球間的摩擦力偶作用下，所有鋼球便在螺旋管狀通道內(nèi)滾動，形成“球流”。鋼球在管狀通道內(nèi)繞行 周后，流出螺母而進入導管的一端，再由導管另一端流回螺旋管狀通道。因此，在轉向器工作時，兩列鋼球只是在各自封閉的“流道”內(nèi)循環(huán)，而不致脫出。 學士學位論文 18 與齒條相嚙合的齒扇，其齒厚是在分度圓上沿齒扇軸線按線性關系變化的，故為變厚齒扇。只要使齒扇軸相對于齒條作軸向移動，即能調(diào)整兩者的嚙合間隙。調(diào)整螺釘裝在側蓋上，并用螺母鎖緊。齒扇軸內(nèi)側端部有切槽，調(diào)整螺釘?shù)膱A柱形端頭即嵌 入此切槽中。將調(diào)整螺釘旋入，則嚙合間隙減少；反之，則嚙合間隙增大。 循環(huán)球式轉向器在螺桿和螺母之間因為有可以循環(huán)流動的鋼球，將滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，因而其正傳動效率很高（可達 90%～ 95%），故操縱輕便；在結構和工藝上采取措施，可保證有足夠的使用壽命；工作平穩(wěn)可靠；齒條和齒扇之間的間隙調(diào)整工作容易進行。但其逆效率高，容易將路面沖擊力傳動轉向盤。不過，對于前軸軸載質(zhì)量不大而又經(jīng)常在平坦路面上行使的輕中型載貨汽車而言，這一缺點影響不大；而對于載重量較大的汽車，使用循環(huán)球式轉向器時，除可以在轉向器中增加吸振裝置以 減少路面沖擊反力外，往往裝有液力轉向加力器。由于循環(huán)球式轉向器在結構上便于與液力轉向加力器設計為一個整體，而液力系統(tǒng)又正可以緩和路面的沖擊，因此，循環(huán)球式轉向器得到日益廣泛的應用。 循環(huán)球齒條 齒扇式轉向器的優(yōu)點：傳動效率高，可達 90%；在結構和工藝上采取措施，包括提高制造精度，改善工作表面的表面粗糙度和螺桿螺母上的螺旋槽經(jīng)淬火和磨削加工，使之有足夠的硬度和耐磨性能 ,可保證有足夠