【正文】 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。地面轉(zhuǎn)向阻力經(jīng)轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)傳到轉(zhuǎn)向動力缸的推桿和活塞上，形成比轉(zhuǎn)向控制閥節(jié)流阻力高得多的油泵輸出管路阻力。于是轉(zhuǎn)向油泵輸出壓力急劇升高，直到足以推動轉(zhuǎn)向動力缸活塞為止。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。圖37 液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理示意圖 動力缸參數(shù)選取及計算偏轉(zhuǎn)車輪液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向液壓缸的布置在很大程度上決定于空間布置的可能性。當(dāng)液壓缸及活塞桿鉸點的位置初步確定后原則上應(yīng)充分利用液壓缸行程及力臂，當(dāng)轉(zhuǎn)向液壓缸推拉扇形揺臂（或轉(zhuǎn)向節(jié)臂）時，由于左右車輪偏轉(zhuǎn)角及方向的對稱性，應(yīng)盡量使液壓缸相對扇形轉(zhuǎn)臂銷軸在左右對稱偏轉(zhuǎn)角時的力臂相等。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(jìn)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。因此參考機(jī)械設(shè)計手冊，選擇國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)液壓缸：液壓缸內(nèi)徑=160mm；活塞桿直徑=80mm；速比=。（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。，則由式（327）可求得轉(zhuǎn)向油缸的行程： （328）將以上所得參數(shù)代入下式，得油缸容量為： （329） (2)動力缸缸筒壁厚的計算動力缸殼體壁厚，根據(jù)計算軸向平面拉應(yīng)力來確定，即 （330）式中，p為油液壓力；為動力缸內(nèi)徑；為動力缸殼體壁厚；n為安全系數(shù)，n=。為缸體材料的屈服極限。缸體材料用球墨鑄鐵采用QT500－05，抗拉強度為500MPa，屈服點為350MPa。求得 =活塞桿用45鋼制造，為提高可靠性和壽命，要求表面鍍鉻并磨光。 分配閥的參數(shù)選擇與設(shè)計計算分配閥的主要參數(shù)有：滑閥直徑、預(yù)開隙、密封長度、滑閥總移動量、滑閥在中間位置時的液流速度和局部壓力降等。（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。值過小會使油液常流時局部阻力過大；值過大則轉(zhuǎn)向盤需轉(zhuǎn)過一個大的角度才能使動力缸工作，轉(zhuǎn)向靈敏度低。一般要求轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角時滑閥就移動的距離。 （331）式中，—相應(yīng)的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，取5176。； —轉(zhuǎn)向螺桿的螺距，取13mm。所以=（2）滑閥總移動量滑閥總移動量過大時，會使轉(zhuǎn)向盤停止轉(zhuǎn)動后滑閥回到中間位置的行程長，致使轉(zhuǎn)向車輪停止偏轉(zhuǎn)的時刻也相應(yīng)“滯后”，從而使靈敏度降低；如e值過小，則使密封長度過小導(dǎo)致密封不嚴(yán)，這就容易產(chǎn)生油液泄漏致使進(jìn)、回油路不能完全隔斷而使工作油液壓力降低和流量減少。通常，當(dāng)滑閥總移動量為時，轉(zhuǎn)向盤允許轉(zhuǎn)動的角度約為20176。左右。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。油液流經(jīng)滑閥時產(chǎn)生的局部壓力降 (MPa)為 （333）式中，—油液密度，kg/m3 。 —局部阻力系數(shù)，通常取＝； —油液的流速，m/s。～。（4）油液流速的允許值由于的允許值=~，代入上式，則可得到油液流速的允許值 （334）（5）滑閥直徑（cm） （335）式中，—溢流閥限制下的油液最大排量，L/min,—，取40L/min； —預(yù)開隙；；—滑閥在中間位置時的油液流速，m/s。將油液流速的允許值，代入上式中的，即可求出，再作圓整，得=14cm。（6）滑閥在中間位置時的油液流速 （336）由前面得出的數(shù)據(jù)，可計算出 =5m/s。 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計 整體式轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計在本設(shè)計中，從總體設(shè)計中已知軸距L=6800mm，輪距B=2480mm，主銷偏移距a=180mm。根據(jù)設(shè)計要求知最小轉(zhuǎn)彎半徑Rmin=。圖38主銷內(nèi)傾角作用示意圖一般主銷內(nèi)傾角=8176。，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。；則梯形橫拉桿長 （338） 轉(zhuǎn)向系結(jié)構(gòu)元件轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向節(jié)臂和梯形臂由中碳鋼或中碳合金鋼如35Cr，40，40Cr和40CrNi用模鍛加工制成。多采用沿其長度變化尺寸的橢圓形截面以合理地利用材料和提高其強度與剛度。轉(zhuǎn)向搖臂與轉(zhuǎn)向搖臂軸用三角花鍵聯(lián)接，且花鍵軸與花鍵孔具有一定的錐度以得到無隙配合，裝配時花鍵軸與孔應(yīng)按標(biāo)記對中以保證轉(zhuǎn)向搖臂的正確安裝位置。轉(zhuǎn)向搖臂的長度與轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的布置及傳動比等因素有關(guān)，一般在初選時對小型汽車可取100～150mm；中型汽車可取150～200mm；大型汽車可取300～400mm。本次設(shè)計選300mm。在轉(zhuǎn)向傳動機(jī)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。球接頭可以實現(xiàn)空間運動。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。圖37所示結(jié)構(gòu)的特點是彈簧軸線與球頭銷軸線一致，使彈簧受力狀況得到改善。球頭碗可以是整體式球碗或分開式球碗。球頭銷目前采用45鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼制造。為降低球面的表面粗糙度值和提高錐體部分與球體部分過渡圓角處的疲勞強度，需要對球體及錐面部分進(jìn)行滾壓處理，使這些表面產(chǎn)生殘余應(yīng)力，疲勞壽命約提高25%。球頭碗可用聚氨酯等工程塑料注塑而成。這些材料有一定的自潤滑性能，摩擦因數(shù)低，耐磨性能好。圖39 球頭鉸參考同類型汽車的傳動桿件尺寸設(shè)計并結(jié)合本車的總體設(shè)計中的尺寸參數(shù)，對各傳動桿件進(jìn)行設(shè)計：轉(zhuǎn)向軸：長度為700mm，直徑40mm；轉(zhuǎn)向柱管（套于轉(zhuǎn)向軸外）：長度700mm，直徑55mm；直拉桿：長度為500mm，直徑35mm；橫拉桿：長度為1550mm，直徑30mm；（轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計中已得出）轉(zhuǎn)向梯形臂：長度為270mm，直徑為30mm；（轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計中已得出）轉(zhuǎn)向搖臂：長度為300mm，與轉(zhuǎn)向器搖臂軸相連端直徑為50mm，與直拉桿相連端直徑為40mm；轉(zhuǎn)向節(jié)臂：長度為320mm，直徑為40mm。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。由于有限單元的分割和節(jié)點的配置非常靈活，它可適應(yīng)于任意復(fù)雜的幾何形狀，處理不同的邊界條件。對每個單元假設(shè)一個簡單的位移函數(shù)來近似模擬其位移分布規(guī)律，通過虛位移原理求得每個單元的平衡方程，即是建立單元節(jié)點力和節(jié)點位移之間的關(guān)系。最后把所有單元的這種特殊關(guān)系集合起來，就可建立整個物體的平衡方程組?？紤]邊界條件后解此方程組求得節(jié)點位移，并計算出單元應(yīng)力。 模型的建立轉(zhuǎn)向軸是連接轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向器的傳動件，轉(zhuǎn)向柱管固定在車身上，轉(zhuǎn)向軸從轉(zhuǎn)向柱管中穿過，支承在柱管內(nèi)的軸承和襯套上。由上一章設(shè)計已知，轉(zhuǎn)向軸長度L=700mm，直徑d=40mm。參考同類汽車的轉(zhuǎn)向軸，使用SolidWorks軟件對汽車轉(zhuǎn)向軸進(jìn)行建模，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕?，去除一些附屬件，得到如圖41所示的模型，左端與方向盤相連，右端與轉(zhuǎn)向器相連。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。 模型網(wǎng)格劃分選擇大小為4mm，將模型劃分為75787個單元，如下圖所示。圖42 轉(zhuǎn)向軸模型網(wǎng)格圖 約束與載荷對轉(zhuǎn)向軸下底面施加約束，限制其在徑向和軸向的位移；轉(zhuǎn)向軸上端受到一個方向盤給它的扭矩，由上一章內(nèi)容可知，手給方向盤的最大圓周力F為700N，,則對轉(zhuǎn)向軸截面添加的扭矩T=Fr=175Nm。 結(jié)果與分析模型劃分網(wǎng)格，施加約束與載荷后，即可運行獲得結(jié)果。（1）應(yīng)力結(jié)果如下圖，轉(zhuǎn)向軸截面外圍應(yīng)力較大，向軸心遞減。,，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。圖43 轉(zhuǎn)向軸應(yīng)力分布圖（2）應(yīng)變結(jié)果圖44 轉(zhuǎn)向軸應(yīng)變圖（3）位移與變形結(jié)果從扭矩載荷下的位移分布圖來看，此轉(zhuǎn)向軸的位移變化從靠近方向盤一端逐漸向另一端呈螺旋狀遞減。，變形量也較小。因此剛度性能較好，滿足設(shè)計要求。圖45 轉(zhuǎn)向軸位移結(jié)果圖圖46 轉(zhuǎn)向軸變形結(jié)果圖 小結(jié)本章首先介紹了有限元分析在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用，綜述了利用Solidworks軟件中的COSMOSWorks工具進(jìn)行有限元分析的理論基礎(chǔ)和分析過程。先建立轉(zhuǎn)向軸模型，再進(jìn)行材質(zhì)選擇，添加約束與載荷，然后進(jìn)行分析，最后可以得出分析結(jié)果，生成HTML報告。并在此基礎(chǔ)上對轉(zhuǎn)向軸性能進(jìn)行了初步評價，其結(jié)果滿足設(shè)計要求，以試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的計算分析保障了性能分析結(jié)果的可靠性。第5章 全文總結(jié)及展望轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)，在汽車轉(zhuǎn)向行駛時，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。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(rèn)識和參數(shù)計算方法的了解進(jìn)行設(shè)計。本次設(shè)計，選用適用于各種車型的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，使用液壓助力的方案。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(jìn)行了強度校核的分析。同時還進(jìn)行了動力缸的設(shè)計計算以及分配閥的設(shè)計計算。其計算結(jié)果符合設(shè)計要求，并且滿足強度條件。最后對汽車的轉(zhuǎn)向軸進(jìn)行有限元分析，進(jìn)一步保障了設(shè)計結(jié)果的可靠性。在完成這次畢業(yè)設(shè)計的過程中我查閱了大量的資料，接觸了與汽車相關(guān)的設(shè)計、制造等領(lǐng)域的內(nèi)容，還向去各個汽車公司實習(xí)的同學(xué)進(jìn)行交流，在不斷的收集資料、整理資料、總結(jié)資料再整理之后終于完成了這次的畢業(yè)設(shè)計。本次課程設(shè)計也暴露了自己的一些不足。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。所選用的桿件長度，均按同類車型尺寸選取，難免有不當(dāng)之處，需要今后在實踐中總結(jié)經(jīng)驗。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(jìn)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。（2）充分考慮汽車中各桿件的連接特點，在現(xiàn)有的運動約束的基礎(chǔ)上考慮連接處的摩撩和橡膠件對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的影響。（3）綜合考慮車輪質(zhì)量、簧載質(zhì)量、懸掛質(zhì)量分配系數(shù)等引起偏差的各種因素，在計算結(jié)果和試驗結(jié)果對比的基礎(chǔ)上進(jìn)行修正和校核?？傊ㄟ^這次畢業(yè)設(shè)計真是讓我受益匪淺，不僅僅是在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方面，而是對汽車整體知識都有了初步的了解。在汽車發(fā)展日新月異的當(dāng)今時期，這無疑是一筆寶貴的財富，同時也使我對未來的汽車行業(yè)充滿了信心。致謝本次畢業(yè)設(shè)計雖然僅僅經(jīng)歷了短暫的三個月，但是它濃縮了大學(xué)四年學(xué)習(xí)的全過程，體現(xiàn)了我們對所學(xué)知識的掌握和領(lǐng)悟程度。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)。其次要感謝答辯小組的胡軍科和劉厚根老師以及同組同學(xué)對我的幫助，特別是在軟件方面，正因為如此我才能順利的完成設(shè)計；我要感謝我的母?！心洗髮W(xué)，是母校給我們提供了優(yōu)良的學(xué)習(xí)環(huán)境；另外，我還要感謝那些曾給我授過課的每一位老師，是你們教會我專業(yè)知識。由于我們是第一次進(jìn)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。無論碰到什么樣的困難，我都沒有退縮，憑借著一股求知的熱情，再加上指導(dǎo)老師的幫助，然后再回到書本攻克一個又一個的難題，最終圓滿地完成了本次設(shè)計。參考文獻(xiàn)［１］　伊鴻慧，許滄粟．車輛操縱穩(wěn)定性評價方法及其在車輛基本結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計中的應(yīng)用［Ｊ］．機(jī)械設(shè)計與制造，2006，11(3)：12～17［２］　Evans 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