【正文】 當(dāng)閥體處在中間位置時(shí)，其兩個(gè)凸棱邊與閥套環(huán)槽形成四條縫隙。(3)液壓式助力轉(zhuǎn)向系的轉(zhuǎn)向控制閥轉(zhuǎn)向控制閥按閥體的運(yùn)動(dòng)方向分為，滑閥式和轉(zhuǎn)閥式兩種。常流式的優(yōu)點(diǎn)則是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，油泵壽命長(zhǎng)，漏泄較少，消耗功率也較少。上述兩種液壓助力轉(zhuǎn)向系相比較，常壓式的優(yōu)點(diǎn)在于有儲(chǔ)能器積蓄液壓能，可以使用流量較小的轉(zhuǎn)向油泵，而且還可以在油泵不運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下保持一定的轉(zhuǎn)向加力能力，使汽車有可能續(xù)駛一定距離。于是轉(zhuǎn)向油泵輸出壓力急劇升高，直到足以推動(dòng)轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸活塞為止。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤，通過機(jī)械轉(zhuǎn)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(shí)，轉(zhuǎn)向動(dòng)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(dòng)力缸的另一腔則仍然通回油管路。轉(zhuǎn)向油泵輸出的油液流入轉(zhuǎn)向控制閥，又由此流回轉(zhuǎn)向油罐。(2) 常流式液壓助力轉(zhuǎn)向系不轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向控制閥保持開啟。于是，轉(zhuǎn)向加力作用終止。動(dòng)力缸輸出的液壓作用力，作用在轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上，以助機(jī)械轉(zhuǎn)向器輸出力之不足。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)，機(jī)械轉(zhuǎn)向器即通過轉(zhuǎn)向搖臂等桿件使轉(zhuǎn)向控制閥轉(zhuǎn)入開啟位置。轉(zhuǎn)向油泵輸出的壓力油充入儲(chǔ)能器。液壓式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系按系統(tǒng)內(nèi)部的壓力狀態(tài)分為常壓式和常流式兩種。液壓系統(tǒng)工作時(shí)無噪聲，工作滯后時(shí)間短，而且能吸收來自不平路面的沖擊。裝載質(zhì)量特大的貨車也不宜采用氣壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系，因?yàn)闅鈮合到y(tǒng)的工作壓力較低（），用于這種重型汽車上時(shí)，其部件尺寸將過于龐大。根據(jù)助力能源形式的不同可以分為液壓助力、氣壓助力和電動(dòng)機(jī)助力三種類型。采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向系的汽車轉(zhuǎn)向所需的能量，在正常情況下，只有小部分是駕駛員提供的體能，而大部分是發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的油泵、空氣壓縮機(jī)或發(fā)電機(jī)所提供的液壓能、氣壓能或電，從而減輕了駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱力[22]。轉(zhuǎn)向減振器的一端與車身（或前橋）鉸接，另一端與轉(zhuǎn)向直拉桿（或轉(zhuǎn)向器）鉸接[21]。3）轉(zhuǎn)向減振器隨著車速的提高，現(xiàn)代汽車的轉(zhuǎn)向輪有時(shí)會(huì)產(chǎn)生擺振（轉(zhuǎn)向輪繞主銷軸線往復(fù)擺動(dòng)，甚至引起整車車身的振動(dòng)），這不僅影響汽車的穩(wěn)定性，而且還影響汽車的舒適性、加劇前輪輪胎的磨損。2）與獨(dú)立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)當(dāng)轉(zhuǎn)向輪獨(dú)立懸掛時(shí)，每個(gè)轉(zhuǎn)向輪分別相對(duì)于車架作獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，因而轉(zhuǎn)向橋必須是斷開式的。裝配時(shí)兩球頭座的凹凸部互相嵌合。兩端的接頭結(jié)構(gòu)相同，其中球頭銷的尾部與梯形臂相連。轉(zhuǎn)向橫拉桿是轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的底邊。在轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)而且因懸架彈性變形而相對(duì)于車架跳動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向直拉桿與轉(zhuǎn)向搖臂及轉(zhuǎn)向節(jié)臂的相對(duì)運(yùn)動(dòng)都是空間運(yùn)動(dòng)。若轉(zhuǎn)向搖臂不是在汽車縱向平面內(nèi)前后擺動(dòng)，而是在與道路平行的平面向左右搖動(dòng)，則可將轉(zhuǎn)向直拉桿橫置，并借球頭銷直接帶動(dòng)轉(zhuǎn)向橫拉桿，從而推使兩側(cè)梯形臂轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪處于與汽車直線行駛相應(yīng)的中立位置時(shí)，梯形臂與橫拉桿在與道路平行的平面(水平面)內(nèi)的交角＞90。1）與非獨(dú)立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與非獨(dú)立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂和轉(zhuǎn)向梯形。轉(zhuǎn)向蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與之嚙合的指銷即繞搖臂軸軸線沿圓弧運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)搖臂軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)向器工作時(shí)，兩列鋼球只是在各自的封閉流道內(nèi)循環(huán)，不會(huì)脫出。轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過鋼球?qū)⒘鹘o轉(zhuǎn)向螺母，螺母即沿軸向移動(dòng)。導(dǎo)管內(nèi)也裝滿了鋼球。螺母?jìng)?cè)面有兩對(duì)通孔，可將鋼球從此孔塞入螺旋形通道內(nèi)。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。2）循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式之一，一般有兩級(jí)傳動(dòng)副，第一級(jí)是螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)副，第二級(jí)是齒條齒扇傳動(dòng)副。上述可見，采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器還可以使轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化，不需要轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向直拉桿等。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)，轉(zhuǎn)向齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使與之嚙合的齒條沿軸向移動(dòng)，從而使左右橫拉桿帶動(dòng)左右轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向。彈簧的預(yù)緊力可用調(diào)整螺栓調(diào)整。作為傳動(dòng)副主動(dòng)件的轉(zhuǎn)向齒輪安裝在殼體中，與水平布置的轉(zhuǎn)向齒條相嚙合。目前較常用的有齒輪齒條式、循環(huán)球曲柄指銷式、蝸桿曲柄指銷式、循環(huán)球齒條齒扇式、蝸桿滾輪式等。其基本結(jié)構(gòu)原理是，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸受到巨大沖擊時(shí)，轉(zhuǎn)向軸產(chǎn)生軸向位移，使支架或某些支承件產(chǎn)生塑性變形，而吸收沖擊能量。對(duì)于轎車除要求裝有吸能式轉(zhuǎn)向盤外，而且還要求轉(zhuǎn)向柱管也必須備有緩和沖擊的吸能裝置。圖11 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖（1）轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)由方向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱等組成，它的作用是將駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的操縱力傳給轉(zhuǎn)向器。 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)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(jī)械的。借助動(dòng)力來操縱的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)稱為動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。汽車轉(zhuǎn)向系可按轉(zhuǎn)向能源的不同分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系兩大類[15] [16]。這一套用來改變或恢復(fù)汽車行駛方向的專設(shè)機(jī)構(gòu)，即稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（俗稱汽車轉(zhuǎn)向系）。綜上所述，隨著我國(guó)特大重型汽車的發(fā)展，新的問題及要求不斷涌現(xiàn)，在車輛設(shè)計(jì)與開發(fā)領(lǐng)域尚存在很多的問題需要研究和解決，如何使基礎(chǔ)研究與產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)踐緊密結(jié)合，將研究成果最大限度地應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)過程，不斷提高重型汽車的性能水平是擺在汽車產(chǎn)品研究與開發(fā)人員面前的重要課題。其次，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和懸架系統(tǒng)必須有協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系，這就對(duì)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了附加的要求。特大重型車輛和其它車輛相比具有一些顯著的特點(diǎn)，為保障重型車輛良好的轉(zhuǎn)向性能，必須對(duì)這些特點(diǎn)及由此引發(fā)的問題進(jìn)行專門的研究。在汽車向輕便靈活、容易駕駛的方向發(fā)展的同時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求也提到日程上來。他在考慮了影響汽車操縱性的諸多因素的基礎(chǔ)上，提出了物理意義明確的各個(gè)單項(xiàng)總方差評(píng)價(jià)指標(biāo)（軌道、側(cè)向加速度、轉(zhuǎn)向盤角速度、前后輪側(cè)向力系數(shù)、路感），并且應(yīng)用頻域統(tǒng)計(jì)分析方法提出了閉環(huán)系統(tǒng)主動(dòng)安全性的綜合評(píng)價(jià)與設(shè)計(jì)方法，便于工程應(yīng)用。日本另一學(xué)者原田宏在這方面也作了大量的工作[6][7]，建立了以三個(gè)單項(xiàng)均方值指標(biāo)（軌道誤差、轉(zhuǎn)向盤角度、駕駛員操縱負(fù)擔(dān)）為基礎(chǔ)的綜合性能指標(biāo)，進(jìn)而對(duì)汽車參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。在理論方面，充分地考慮到人的學(xué)習(xí)性和適應(yīng)性，建立了許多確定性駕駛員方向控制模型，有效地仿真了駕駛員—汽車—道路閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)給定路徑的跟隨過程。主觀評(píng)價(jià)方法雖然沒有經(jīng)過理論推導(dǎo)，但是由于考慮了駕駛員因素和道路環(huán)境的特點(diǎn)，在一定程度上體現(xiàn)了閉環(huán)設(shè)計(jì)的思想。依據(jù)大量的試驗(yàn)與理論分析，首先指出了穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性、瞬態(tài)響應(yīng)特性、回正特性和側(cè)向滑移特性的安全容許極限，對(duì)操縱性進(jìn)行客觀評(píng)價(jià) [4]。七十年代初期，世界電動(dòng)車大會(huì)暨展覽會(huì)（簡(jiǎn)稱EVS）研究計(jì)劃開始實(shí)施，促使人們?nèi)パ芯繉?shí)用的操縱性設(shè)計(jì)方法。在六十年代前的研究主要是操縱穩(wěn)定性的開環(huán)研究，并取得了許多研究成果，詳細(xì)討論了汽車的不足轉(zhuǎn)向與過多轉(zhuǎn)向的特性；分析了保持汽車的行駛方向穩(wěn)定性條件是臨界車速必須大于汽車最高車速等。隨后，人們的注意力開始轉(zhuǎn)向汽車的動(dòng)態(tài)特性。在隨后的幾年里，汽車操縱穩(wěn)定性理論的一些重要的基本概念，如不足轉(zhuǎn)向、過度轉(zhuǎn)向、臨界車速等已為汽車工程師所熟悉。布勞海特在1925 年發(fā)現(xiàn)了輪胎側(cè)偏現(xiàn)象。有關(guān)車輛轉(zhuǎn)向的動(dòng)力學(xué)思想始于二十世紀(jì)初期，以人們對(duì)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)輪胎側(cè)向力及產(chǎn)生側(cè)向力的輪胎側(cè)偏角的認(rèn)識(shí)為標(biāo)志。汽車的操縱穩(wěn)定性是影響其主動(dòng)安全性的主要性能之一，而汽車的結(jié)構(gòu)參數(shù)直接影響著汽車的操縱穩(wěn)定性[1]。隨著車速和汽車性能的不斷提高，人們?cè)絹碓街匾暺嚨陌踩阅軉栴}。到今天，汽車已經(jīng)不是單純機(jī)械意義上的汽車了，它是機(jī)械、電子、材料等學(xué)科的綜合產(chǎn)物。 Power Steering。 Steeringsystem。另外還利用Solidworks軟件建立三維模型，劃分網(wǎng)格，用COSMOSWorks工具對(duì)汽車轉(zhuǎn)向軸進(jìn)行了有限元分析，綜述其理論基礎(chǔ)和分析過程，并在此基礎(chǔ)上對(duì)轉(zhuǎn)向軸性能進(jìn)行了初步評(píng)價(jià)，進(jìn)一步保障了設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性。還介紹了在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的選型方法。 中南大學(xué)本科生畢業(yè)論文摘要本文以特大重型汽車為研究對(duì)象，首先介紹了汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型、組成和發(fā)展歷史及趨勢(shì)。基于對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的技術(shù)分析和轉(zhuǎn)向性能的評(píng)價(jià)進(jìn)行了闡述，研究了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)特性計(jì)算分析方法、動(dòng)力轉(zhuǎn)向器匹配計(jì)算方法。選擇適用于各種車型的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，采用液壓助力的方案，利用相關(guān)汽車設(shè)計(jì)和連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的知識(shí)，首先對(duì)汽車總體參數(shù)進(jìn)行選擇，接著對(duì)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)動(dòng)力缸和分配閥進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，最后對(duì)其進(jìn)行了強(qiáng)度校核的分析。關(guān)鍵詞： 重型汽車；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；轉(zhuǎn)向器；動(dòng)力轉(zhuǎn)向；有限元分析ABSTRACTIn this paper，taking large heavyduty vehicle as the research object，first introduced the type，position，history and trends of vehicle steering system．Through analyzed the steeringsystem structure and appraised the steering performance，it has researched putational analysis methods of the steeringsystem kinematics character and suited putation methods of the power redirectors．It also introduced selecting methods of the power redirectors in the steeringsystem design．Various models used for recirculating ball steering，hydraulic power program，first of all, select the overall parameters of the heavyduty vehicle for using the knowledge of relevant car design and kinematics connecting，and then to design the Diverter and Steering linkage，and distribution of power cylinder valve design calculation，the final check its strength．Solidworks software is also used to establish threedimensional model，meshing，with COSMOSWorks tool steering axis of the finite element analysis，review and analysis of its theoretical basis，and the steering shaft on the basis of a preliminary evaluation of the performance，to further protect the design reliability of the results．Keywords：Heavyduty Vehicle。 Diverter。 Finite element analysis III第1章 緒論 車輛轉(zhuǎn)向的研究及現(xiàn)狀轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是整車系統(tǒng)中必不可少的最基本的組成系統(tǒng)，一百多年來，汽車工業(yè)隨著機(jī)械和電子技術(shù)的發(fā)展而不斷前進(jìn)。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也隨著汽車工業(yè)的發(fā)展歷經(jīng)了長(zhǎng)時(shí)間的演變。汽車必須具有良好的主動(dòng)安全性。近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)、整車試驗(yàn)方法以及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究和發(fā)展，使得汽車操縱穩(wěn)定性的仿真分析更為全面，更接近實(shí)際使用情況。通常認(rèn)為是法國(guó)工程師喬治1935年，Evans 給出了有關(guān)輪胎力學(xué)特性較為深入的結(jié)果[2]，包括輪胎側(cè)偏剛度隨著側(cè)偏角變化的規(guī)律。在三十年代后期，比較有效的描述汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向的數(shù)學(xué)模型在實(shí)際中得到應(yīng)用。大約經(jīng)過三十年的時(shí)間，在汽車瞬態(tài)響應(yīng)的分析方面才取得了顯著的成績(jī)。其應(yīng)用的基礎(chǔ)是經(jīng)典控制理論，依據(jù)汽車的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)分析，使用不足—過度轉(zhuǎn)向特性和轉(zhuǎn)向輸入的階躍響應(yīng)特性來對(duì)汽車的操縱性進(jìn)行評(píng)價(jià)[3]。鑒于當(dāng)時(shí)的駕駛員模型仍處于提高閉環(huán)跟蹤響應(yīng)的仿真精度的水平，各國(guó)研究人員主要采用系統(tǒng)工程學(xué)的方法去探索操縱性的評(píng)價(jià)方法。七十年代中后期以后，開始利用駕駛員對(duì)汽車直線行駛性能、轉(zhuǎn)彎行駛性能和轉(zhuǎn)向輕便性等特性的感覺，進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。八十年代以來，人們從理論和試驗(yàn)兩個(gè)方面著手，重新開始深入的研究駕駛員—汽車—道路閉環(huán)系統(tǒng)。在仿真評(píng)價(jià)方面，最開始從事這方面研究的是日本學(xué)者安部正人，他根據(jù)預(yù)瞄模型，提出了一個(gè)理論上預(yù)測(cè)操縱性的方法[5]。國(guó)內(nèi)，汽車專家郭孔輝教授在駕駛員模型、駕駛員—汽車—道路閉環(huán)系統(tǒng)特性及其閉環(huán)綜合評(píng)價(jià)方面做了大量的研究工作[8~13]。由于汽車保有量的增加和社會(huì)生活汽車化而造成交通錯(cuò)綜復(fù)雜，使轉(zhuǎn)向盤的操作頻率增大，這就要求減輕駕駛疲勞。要求其成本低，性能方面能適應(yīng)車速變化，實(shí)現(xiàn)變特性動(dòng)力轉(zhuǎn)向器，并且可以與不同類型的車輛相適應(yīng)、相匹配。首先，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須能夠?qū)崿F(xiàn)整車所要求的車輪轉(zhuǎn)角，這為轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及動(dòng)力轉(zhuǎn)向器匹配提出了基本要求。這兩項(xiàng)要求基本可以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)層面進(jìn)行分析解決，而和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相關(guān)的行駛穩(wěn)定性及行駛路感則必須在整車層面進(jìn)行計(jì)算分析。 汽車轉(zhuǎn)向系的類型和組成汽車行駛過程中，經(jīng)常需要改變行駛方向，即所謂的轉(zhuǎn)向，這就需要有一套能夠按照司機(jī)意志使汽車轉(zhuǎn)向的機(jī)構(gòu)，它將司機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的動(dòng)作轉(zhuǎn)變?yōu)檐囕?通常是前輪)的偏轉(zhuǎn)動(dòng)作。因此，汽車轉(zhuǎn)向系的功用是，保證汽車能按駕駛員的意志而進(jìn)行轉(zhuǎn)向行駛，保持或者保證汽車的行駛方向[14]。完全靠駕駛員手力操縱的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)稱為機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又可分為液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、氣壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)助力動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。機(jī)械轉(zhuǎn)向系由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成[17]。近年來，由于公路的改善，汽車車速的提高，許多國(guó)家都制定了嚴(yán)格的安全法規(guī)。