【文章內(nèi)容簡介】 通過液壓系統(tǒng)供給轉(zhuǎn)向齒條高壓動力油流。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。1986年10月8日，日本本田汽車公司宣布，已研制出一種被稱為4WS的四輪轉(zhuǎn)向汽車。汽車轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動的角度首先使前輪轉(zhuǎn)向，同時經(jīng)輸出軸帶動后轉(zhuǎn)向機，使后輪與前輪同向或反向轉(zhuǎn)動?，F(xiàn)在，動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已成為一些轎車的標準設(shè)置，全世界約有一半的轎車采用動力轉(zhuǎn)向。隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，目前一些轎車已經(jīng)使用電動助力轉(zhuǎn)向器，使汽車的經(jīng)濟性、動力性和機動性都有所提高。 發(fā)展趨勢改革開放以來，我國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛。作為汽車關(guān)鍵部件之一的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也得到了相應(yīng)的發(fā)展，基本已形成了專業(yè)化、系列化生產(chǎn)的局面。有資料顯示，國外有很多國家的轉(zhuǎn)向器廠，都已發(fā)展成大規(guī)模生產(chǎn)的專業(yè)廠，年產(chǎn)超過百萬臺，壟斷了轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，并且銷售點遍布了全世界[26]。現(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。“變速比和高剛性”是目前世界上生產(chǎn)的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)的方向。(2)充分考慮安全性、輕便性隨著汽車車速的提高，駕駛員和乘客的安全非常重要，目前國內(nèi)外在許多汽車上已普遍增設(shè)能量吸收裝置，如防碰撞安全轉(zhuǎn)向柱、安全帶、安全氣囊等，并逐步推廣。從人類工程學的角度考慮操縱的輕便性，已逐步采用可調(diào)整的轉(zhuǎn)向管柱和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。(3)低成本、低油耗、大批量專業(yè)化生產(chǎn)隨著國際經(jīng)濟形勢的惡化，石油危機造成經(jīng)濟衰退，汽車生產(chǎn)愈來愈重視經(jīng)濟性，因此，要設(shè)計低成本、低油耗的汽車和低成本、合理化生產(chǎn)線，盡量實現(xiàn)大批量專業(yè)化生產(chǎn)。對零部件生產(chǎn)，特別是轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，更表現(xiàn)突出。(4)汽車轉(zhuǎn)向器裝置的電腦化汽車的轉(zhuǎn)向器裝置，必定是以電腦化為唯一的發(fā)展途徑。第2章 選型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計是汽車底盤設(shè)計中很重要的方面之一，不僅影響安全性、操縱舒適性和可靠性，還影響使用經(jīng)濟性。汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，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。在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計過程中，選擇合適的轉(zhuǎn)向器要考慮的因素是多方面的，因此選型的方法也是多種多樣的[27]。（1）汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，全部車輪應(yīng)繞瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，任何車輪不應(yīng)有側(cè)滑；（2）汽車轉(zhuǎn)向行駛時，在駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤的條件下，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向輪不得產(chǎn)生自振；（4）轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)和懸架導向裝置共同工作時，由于運動不協(xié)調(diào)產(chǎn)生的車輪擺動應(yīng)最??；（5）保證汽車有較高的機動性并具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力；（6）操縱輕便； （7）轉(zhuǎn)向輪碰撞到障礙物以后，傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖應(yīng)盡可能小；（8）轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機構(gòu)。（9） 在車禍中，當轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤由于車架或車身變形而共同后移時，轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的裝置；（10）轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動方向應(yīng)一致。 轉(zhuǎn)向器方案分析與選擇根據(jù)轉(zhuǎn)向器所用傳動副的不同，轉(zhuǎn)向器有多種。常見的有齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿曲柄指銷式等。轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)形式，決定了其效率特性以及對角傳動比變化特性的要求。選用那種效率特性的轉(zhuǎn)向器應(yīng)根據(jù)汽車的類型，前軸負荷，使用條件等來決定，并和轉(zhuǎn)向系方案有關(guān)。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。與其他形式的轉(zhuǎn)向器比較，齒輪齒條式式轉(zhuǎn)向器最主要的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，緊湊；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉(zhuǎn)向器的質(zhì)量比較少；傳動效率高達90%；轉(zhuǎn)向器占用的體積小，沒有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，所以轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角可以增大；制造成本低。齒輪齒條式式轉(zhuǎn)向器最主要的缺點是：因逆效率高（60%70%），汽車在不平路面上行駛時，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間沖擊力的大部分能轉(zhuǎn)至轉(zhuǎn)向盤，稱之為反沖。反沖現(xiàn)象會使駕駛員精神緊張，并難以準確控制汽車行駛方向，轉(zhuǎn)向盤突然轉(zhuǎn)動又會造成打手，同時對駕駛員造成傷害。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點是：在螺桿和螺母之間因為有可以循環(huán)流動的鋼球，將滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦，因而傳動效率可達到75%85%；在結(jié)構(gòu)和工藝上采取措施后，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損性能，可保證有足夠的使用壽命；轉(zhuǎn)向器的傳動比可以變化；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；適合用來做整體式動力轉(zhuǎn)向器。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的缺點是：逆效率高，結(jié)構(gòu)復雜，制造困難，制造精度要求高。 蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點是:轉(zhuǎn)向器的傳動比可以做成不變的或者變化的；指銷和蝸桿之間的工作面磨損后，調(diào)整間隙工作容易。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。蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器應(yīng)有較少。綜上所述，考慮其效率特性，角傳動比變化特性等對使用條件的適應(yīng)性以及轉(zhuǎn)向器的其他性能，壽命，制造工藝等。本次設(shè)計選擇循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。 助力方案分析與選擇 非助力式機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械轉(zhuǎn)向系以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，其中所有傳力件都是機械的，完全靠駕駛員手力操縱。圖21所示為機械轉(zhuǎn)向系的組成和布置示意圖。當汽車轉(zhuǎn)向時，駕駛員對轉(zhuǎn)向盤施加一個轉(zhuǎn)向力矩。該力矩通過轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向萬向節(jié)和轉(zhuǎn)向傳動軸輸入轉(zhuǎn)向器。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)。為使右轉(zhuǎn)向節(jié)及其支承的右轉(zhuǎn)向輪隨之偏轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，還設(shè)置轉(zhuǎn)向梯形。轉(zhuǎn)向梯形由固定在左、右轉(zhuǎn)向節(jié)上的梯形臂和兩端與梯形臂作球鉸鏈連接的轉(zhuǎn)向橫拉桿組成。(1) 機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，轉(zhuǎn)向器的質(zhì)量比較?。粋鲃有屎?，工作可靠，路感性好；占用體積小，維護方便。(2) 機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的缺點：汽車的轉(zhuǎn)向特性受駕駛員駕駛技術(shù)的影響嚴重；轉(zhuǎn)向傳動比固定，使汽車轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性隨車速、側(cè)向加速度等變化而變化，駕駛員必須提前針對汽車轉(zhuǎn)向特性幅值和相位的變化進行一定的操作補償，從而控制汽車按其意愿行駛。這就變相地增加了駕駛員的操縱負擔，使汽車轉(zhuǎn)向行駛存在很大的不安全隱患。1轉(zhuǎn)向盤 2轉(zhuǎn)向軸 3轉(zhuǎn)向器 4轉(zhuǎn)向搖臂 5直拉桿 6左轉(zhuǎn)向橫拉桿 7搖桿 8右轉(zhuǎn)向橫拉桿 9梯形臂圖21 機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成和布局示意圖 助力式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動力轉(zhuǎn)向系是兼用駕駛員體力和發(fā)動機動力為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系。在正常情況下，汽車轉(zhuǎn)向所需的能量，只有一小部分由駕駛員提供，而大部分是由發(fā)動機通過動力轉(zhuǎn)向裝置提供的。但在動力轉(zhuǎn)向裝置失效時，一般還應(yīng)當能由駕駛員獨立承擔汽車轉(zhuǎn)向任務(wù)。因此，動力轉(zhuǎn)向系是在機械轉(zhuǎn)向系的基礎(chǔ)上加設(shè)一套動力轉(zhuǎn)向裝置而形成的。動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按照加力裝置的不同可以分為液壓助力式、氣壓助力式和電動助力式三種。氣壓助力式主要應(yīng)用于一部分其前軸最大軸載質(zhì)量為37t并采用氣壓制動系的貨車和客車上。由于氣壓系統(tǒng)的工作壓力較低()，使得其部件的尺寸比較龐大。同時壓縮空氣工作時的噪聲和滯后性使得這種助力方式的轉(zhuǎn)向器只配置在極少一部分車輛上。相比之下，液壓助力式的轉(zhuǎn)向器成了當今汽車助力轉(zhuǎn)向器的主流。（1）液壓助力式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)除了傳統(tǒng)的機械轉(zhuǎn)向器以外，尚需增加控制閥、動力缸、油泵、油罐和管路等。轎車對動力轉(zhuǎn)向的要求與重型車輛不完全相同。比如重型車輛對動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)噪聲的要求較低，轎車則對噪聲要求很高，轎車還要求裝用的轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要更簡單、尺寸更小、成本更低等。但是重型車輛動力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展無疑為轎車動力轉(zhuǎn)向技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。1轉(zhuǎn)向盤 2轉(zhuǎn)向軸及柱管 3萬向傳動裝置 4整體式轉(zhuǎn)向器 5轉(zhuǎn)向動力缸 6轉(zhuǎn)向油罐 7轉(zhuǎn)向液壓泵 8轉(zhuǎn)向油管 9轉(zhuǎn)向橫拉桿圖22 液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成示意圖圖22所示為一種液壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成和液壓轉(zhuǎn)向加力裝置的管路布置示意圖。其中屬于轉(zhuǎn)向加力裝置的部件是：轉(zhuǎn)向液壓泵轉(zhuǎn)向油管轉(zhuǎn)向油罐6以及位于整體式轉(zhuǎn)向器4內(nèi)部的轉(zhuǎn)向控制閥及轉(zhuǎn)向動力缸5等。當駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤1時，通過機械轉(zhuǎn)向器使轉(zhuǎn)向橫拉桿9移動，并帶動轉(zhuǎn)向節(jié)臂，使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，從而改變汽車的行駛方向。與此同時，轉(zhuǎn)向器輸入軸還帶動轉(zhuǎn)向器內(nèi)部的轉(zhuǎn)向控制閥轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)向動力缸產(chǎn)生液壓作用力，幫助駕駛員轉(zhuǎn)向操作。由于有轉(zhuǎn)向加力裝置的作用，駕駛員只需比采用機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時小得多的轉(zhuǎn)向力矩，就能使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。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。動力轉(zhuǎn)向可以減小作用在轉(zhuǎn)向盤上的力，提高轉(zhuǎn)向輕便性；提高轉(zhuǎn)向靈敏度。可以比較自由地根據(jù)操縱穩(wěn)定性要求選擇轉(zhuǎn)向器傳動比，不會受到轉(zhuǎn)向力的制約。允許轉(zhuǎn)向車輪承受更大的負荷，不會引起轉(zhuǎn)向沉重問題。衰減道路沖擊，提高行駛安全性。液壓系統(tǒng)的阻尼作用可以衰減道路不平度對轉(zhuǎn)向盤的沖擊；另一方面，當汽車高速行駛時，如果發(fā)生爆胎，將導致汽車轉(zhuǎn)向盤難以把握，應(yīng)用動力轉(zhuǎn)向可以使駕駛員較容易把握轉(zhuǎn)向盤。2) 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的缺點選定參數(shù)完成設(shè)計之后，助力特性就確定了，不能再進行調(diào)節(jié)與控制。因此協(xié)調(diào)輕便性與路感的關(guān)系困難。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。即使在不轉(zhuǎn)向時，油泵也一直運轉(zhuǎn)，增加了能量消耗。存在滲油與維護問題，提高了保修成本，泄漏的液壓油會對環(huán)境造成污染。低溫工作性能較差。（2）電動助力式電動助力轉(zhuǎn)向（簡稱EPS）系統(tǒng)利用直流電動機提供轉(zhuǎn)向動力，輔助駕駛員進行轉(zhuǎn)向操作。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)其助力機構(gòu)的不同可以分為電動液壓式（簡稱EPHS）和電動機直接助力式兩種。1）電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)點機械系統(tǒng)直接與電動機連接,效率高。并且電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)只在轉(zhuǎn)向時電動機才工作，為轉(zhuǎn)向提供助力，因而能減少能耗。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??；不存在油液泄露，對環(huán)境污染少。2）電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)缺點車用電源的電壓較低，這使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供的輔助動力較小，用于大型車輛比較困難；減速機構(gòu)、電動機等部件產(chǎn)生的摩擦力和慣性力會影響轉(zhuǎn)向特性，或者改變轉(zhuǎn)向盤的自動回正作用以及它的阻尼特性；電動機、減速機構(gòu)和轉(zhuǎn)矩傳感器等部件的使用增加了系統(tǒng)的成本。由此可見，電動助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)尤其適用于對空間、重量要求更高的使用小排量發(fā)動機的微型汽車上。通過對以上各方案的優(yōu)缺點比較，對于課題特大重型車輛的轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計，我選擇液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。第3章 設(shè)計計算 汽車轉(zhuǎn)向系主要參數(shù)的選擇 汽車主要尺寸的確定汽車的主要尺寸參數(shù)包括軸距、輪距、總長、總寬、總高、前懸、后懸、接近角、離去角、最小離地間隙等，如圖31所示。圖31汽車的主要參數(shù)尺寸 (1)軸距軸距L的選擇要考慮它對整車其他尺寸參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)和使用性能的影響。軸距短一些，汽車總長、質(zhì)量、最小轉(zhuǎn)彎半徑和縱向通過半徑就小一些。但軸距過短也會帶來一系列問題，例如車廂長度不足或后懸過長；汽車行駛時其縱向角振動過大；汽車加速、制動或上坡時軸荷轉(zhuǎn)移過大而導致其制動性和操縱穩(wěn)定性變壞；萬向節(jié)傳動的夾角過大等。因此，在選擇軸距時應(yīng)綜合考慮對有關(guān)方面的影響。當然，在滿足所設(shè)計汽車的車廂尺寸、軸荷分配、主要性能和整體布置等要求的前提下，將軸距設(shè)計得短一些為好。輕型貨車、鞍式牽引車和礦用自卸車等車型要求有小的轉(zhuǎn)彎半徑，故其軸距比一般貨的短，而經(jīng)常運送大型構(gòu)件、長尺寸或輕拋貨物的貨車和集裝箱運輸車，則軸距可取得長一些。汽車總質(zhì)量愈大，軸距一般也愈長。軸距L對整備質(zhì)量、汽車總長、最小轉(zhuǎn)彎直徑、傳動軸長度、縱向通過半徑有影響。當軸距短時，上述各指標減小。(2)前輪距B1和后輪距B2改變汽車輪距B會影響車廂或駕駛室內(nèi)寬、汽車總寬、總質(zhì)量、側(cè)傾剛度、最小轉(zhuǎn)彎直徑等因素發(fā)生變化、增大輪距則車廂內(nèi)寬隨之增加，并導致汽車的比功率、幣轉(zhuǎn)矩指標下降，機動性變壞。，輪距不宜過大。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。在確定后輪距B2時，應(yīng)考慮兩縱梁之間的寬度、懸架寬度和輪胎寬度以及它們之間應(yīng)留有必要的間隙。 (3)外廓尺寸汽車的外廓尺寸包括其總長、總寬、總高。它應(yīng)根據(jù)汽車的類型、用途、承載量、道路條件、結(jié)構(gòu)選型與布置以及有關(guān)標準、法規(guī)限制等因素來確定。GB158979 對汽車外廓尺寸界限做了規(guī)定，總高不大于4m，總寬（不包括后視鏡）；外開窗，后視鏡等突出部分寬250mm?？傞L：貨車及越野車不大于12m；一般大客車不大于12m，鉸接式大客車不大于18m；牽引車帶半掛車不大于16m，汽車拖帶掛車不大于20m，掛車長度不大于8m[29]。根據(jù)畢業(yè)設(shè)計課題及以上的論述，本次設(shè)計初選尺寸數(shù)據(jù)如下：軸距: L=6800mm 總長: L長=11250mm前輪距: B1=2180mm 總寬: L寬=2500mm后輪距: B2=2170mm 總高: L高=3849mm 汽車質(zhì)量參數(shù)的確定汽車的質(zhì)量參數(shù)包括整車整備質(zhì)量m0、裝載質(zhì)量me、質(zhì)量系數(shù)η、汽車總質(zhì)量ma、軸荷分配等。(1)整車整備質(zhì)量m0整車整備質(zhì)量是指車上帶有全部裝備(包括隨車工具、備胎等)，加滿燃料、水，但沒有裝貨和載人時的整車質(zhì)量。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。目前，盡可能減少整車整備質(zhì)量的目的是：通過減輕整備質(zhì)量增加載質(zhì)量或載客量，抵消因滿足安全標準、排氣凈化標準和噪聲標準所帶來的整備質(zhì)量的增加，節(jié)約燃料。減少整車整備質(zhì)量的措施主要有：新