【正文】 扭桿起到閥的中心定位作用。為確保系統(tǒng)安全，在液壓泵上裝有限壓閥和溢流閥。液壓轉(zhuǎn)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(zhì)，通過液壓泵產(chǎn)生動力來推動機械轉(zhuǎn)向器，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ HPS） 裝配機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車，在泊車和低速行駛時駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱負擔過于沉重，為解決這個問題，美國 GM 公司在 20 世紀 50 年代率先在轎車上采用了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。純機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為了產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)向扭矩需要使用大直徑的轉(zhuǎn)向盤，需占用較大的 空間，整個機構(gòu)笨拙，特別是對轉(zhuǎn)向阻力較大的重型汽車，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向難度很大，這就大大限制了其使用范圍。機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作過程為：駕駛員對轉(zhuǎn)向盤施加的轉(zhuǎn)向力矩通過轉(zhuǎn)向軸輸入轉(zhuǎn)向器，減速傳動裝置的轉(zhuǎn)向器中有 2 級減速傳動副，經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大后的力矩和減速后的運動傳到轉(zhuǎn)向橫拉桿，再傳給固定于轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂，使轉(zhuǎn)向節(jié)和 5 它所支承的轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。以便逐步推廣和普及。 而從國內(nèi)角度來說近年來對于 EPS的研究發(fā)展很快，尤其是在控制策略的研究 上，已經(jīng)將不同的控制方法引如 ECU中，并通過實驗和分析不斷地完善和改進，但是在對于細節(jié)的優(yōu)化上距離國外還有相當?shù)牟罹?，而且目前國?nèi)除了吉利汽車，還尚未自主知識產(chǎn)權(quán)的 EPS，距離 EPS 的批量化生產(chǎn)也還有一段路要走 從發(fā)展趨勢上看，國外整體式轉(zhuǎn)向器發(fā)展較快而整體式轉(zhuǎn)向器中轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)是目前發(fā)展的方向。主要是從減輕駕駛員疲勞，提高操縱輕便性和穩(wěn)定性出發(fā)?？ㄅ淅I車上最初試用以來，世界各大汽車公司已分別研究多種四輪轉(zhuǎn)向裝置，并已批量生產(chǎn)。低速行駛時，依據(jù)方向盤的轉(zhuǎn)角值使后輪逆向轉(zhuǎn)向，以減小轉(zhuǎn)彎半徑；中速行駛時，可減少后輪轉(zhuǎn)動，以減輕轉(zhuǎn)向操縱的不自然感覺 ；而在高速行駛時，可使后輪實現(xiàn)同向轉(zhuǎn)向，減少甚至基本避免車身橫擺，提高轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性。由于汽車在拐急彎時，通常以低速行駛，而在直道或較平緩的彎道上時，通常以高速行駛。電子控制四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)則 是在前輪轉(zhuǎn)向的同時，主動地控制后輪也進行適當轉(zhuǎn)向（一般最大為 50）。但實際上，汽車轉(zhuǎn)向時若僅前輪轉(zhuǎn)向，車身的前進方向與車身的中心線不一致，由于離心力的作用，將使后輪側(cè)偏，導致車輪橫擺。 電子控制四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng) (4WS):傳統(tǒng)的前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 20 世紀末，隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，電子控制技術(shù)也在汽車上 得到逐步廣泛應(yīng)用。當然，在目前的技術(shù)水準下它仍然存在某些不足，如助力較小等，目前仍處在發(fā)展階段。 國外在汽車動力轉(zhuǎn)向器的研究和開發(fā)方面進行得比較早，進行了大量的研究，已經(jīng)成功地開發(fā)出了電 動式動力轉(zhuǎn)向器，并在越來越多的轎車和輕型車輛上成功使用。 EHPS 是在液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其特點是原來有發(fā)動機帶動的液壓助力泵改由電機驅(qū)動，取代了由發(fā)動機驅(qū)動的方式，節(jié)省了燃油消耗。相應(yīng)的就出現(xiàn)了電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。由于動力轉(zhuǎn)向在轎車上的日益普及，對其性能上的要求已不再是單純的為了減輕操作強度，而是要求其在低速掉頭時保證轉(zhuǎn)向輕便性的同時 又能保證高速行駛時的操縱穩(wěn)定性。在當 時這個助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最重要的新功能是液力支持轉(zhuǎn)向的運動，因此可以減少駕駛員作用在方向盤上的力。它具有工作無噪聲，其靈觸度高、體積小，能夠吸收來自不平路面的沖擊力等方面的優(yōu)點并且其工作可靠、技術(shù)成熟至今仍被廣泛應(yīng)用。汽車轉(zhuǎn)向雖然采用了轉(zhuǎn)向器，但轉(zhuǎn)向的操縱仍非輕松的事當汽車重量增大、轉(zhuǎn)向 費勁時駕駛員要求能有更好的辦法來解決，這才重新推廣了一種已經(jīng)大約有 3/4 個世紀的 3 動力輔助轉(zhuǎn)向器。為了轉(zhuǎn)向輕便，工程師設(shè)計了在方向盤和轉(zhuǎn)向節(jié)之間裝置齒輪減速機構(gòu)。即使是一個健壯的駕駛員，要控制轉(zhuǎn)向仍然是很勞累的事情。 20 世紀初汽車已經(jīng)是一個沉重而又高速疾駛的車輛，充氣輪胎代替了實心車輪。大、小型貨車中，也大都采用循環(huán)球式 轉(zhuǎn)向器 。而西歐小客車中，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器有很大的發(fā)展。據(jù)了解，在全世界范圍內(nèi)，汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占 45%左右，有繼續(xù)發(fā)展之勢；齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器在 40%左右；蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器占 10%左右；其它型式的轉(zhuǎn)向器占 5%。所謂 “現(xiàn)代 ”齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，是奔馳（ Benz）于1885 年首先采用的。馬爾斯（ HenryManes）為了減少蝸輪副和滾輪軸之間的接觸摩擦力，在兩者之間接觸處放置滾珠支承，這就出現(xiàn)了滾珠蝸輪轉(zhuǎn)向器。其基本功能是將駕駛員的手動旋轉(zhuǎn)操作轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)向拉桿的左右移動，從而帶動車輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向，隨著汽車技術(shù)的進步又出現(xiàn)了更為復雜些的機械式轉(zhuǎn)向器，這時的轉(zhuǎn)向器是通過駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤，并通過一系列的桿件傳遞到轉(zhuǎn)向車輪上來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的，而著種傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向器又分為四種形式，分別為：齒輪 齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。最初駕駛員們只希望比較容易地操縱轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，而后則追求在高速行駛時的穩(wěn)定性、舒適性和良好的操縱感。 2 而液壓動力轉(zhuǎn)向器具有無噪聲、靈敏度高、體積小、能夠吸收來自不平路面的壓力等優(yōu)點，因此在現(xiàn)代汽車上得到了十分廣泛的應(yīng)用。由于動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有著傳統(tǒng)機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點，例如：轉(zhuǎn)向輕便靈敏，回位性能及手感良好，極大的減輕了汽車駕駛員的工作強度，特別適用于汽車在高速行駛時的轉(zhuǎn)向。 全套圖紙，加 153893706 汽車轉(zhuǎn)向器屬于對行駛安全影響較大的零部件，在汽車系統(tǒng)中占據(jù)了一個重要的位置，其規(guī)模和質(zhì)量已成為衡量汽車工業(yè)發(fā)展水平的重要標志之一。同時，轉(zhuǎn)向系又是底盤的重要組成部分，其好壞優(yōu)劣會直接關(guān)系到汽車的駕駛舒適性，安全性和操縱穩(wěn)定性，從而影響人們的生命及財產(chǎn)的安全。 目 錄 摘要 ………………………………………………… … ……… … ………… … ……………… Ⅰ Abstract …………………………………………………………… … ………………… Ⅱ 第 1 章 緒論 ……………………………………………………………………………1 課題研究的目的及意義 ………………………… …… … ……………………………1 汽車轉(zhuǎn)向器研究的發(fā)展及趨勢概況 ………………… ………………………………1 不同類型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點 ………………… … ………………………………4 傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ……………………………………………………………4 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ HPS） ………………… … …………………………………4 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ EHPS） ……………………………………………5 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ EPS） …………………… … ………………………………6 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ SBW） …………………… … …………………………………7 轉(zhuǎn)向器設(shè)計要求 ……………………… ………………………………………………7 設(shè)計主要內(nèi)容 … ……………… ………………………………………………………8 第 2 章 液壓動力轉(zhuǎn)向器方案分析及確定 ……………………………………………9 轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點分析和選擇 …………… … ……………………………………9 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 ………………………………………………………………9 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 ………………………………………………………………10 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器 ……………………………………………………………11 蝸桿指銷式 ……………………………………………………………………11 齒輪齒條式動力轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu) ………………… … ……………………………………11 液壓動力轉(zhuǎn)向器工作原理及過程 ……………………………………………………12 工作原理 ………………………………………………………………………12 工作過程 ………………………………………………………………………13 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù) …………… … ………………………………………………15 轉(zhuǎn)向系的效率 ………… ………………………………………………………15 轉(zhuǎn)向系傳動比 …………………………………………………………………16 轉(zhuǎn)向器的傳動副的間隙特性 …………………………………………………17 轉(zhuǎn)向系的剛度 …………………………………………………………………18 轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動圈數(shù) ………… … ……………………………………………18 本章小結(jié) ………………………………………………………………………………19 第 3 章 液壓轉(zhuǎn)向器的設(shè)計計算 …………………… ……………………………………20 轉(zhuǎn)向系計算載荷的確定 ………………………………………………………………20 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計 …………………… … ……………………………………21 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) ………………………………………21 按齒面接觸硬度設(shè)計 …………………………………………………………21 按齒根抗彎強度設(shè)計 …………………………………………………………23 幾何尺寸計算 …………………………………………………………………25 液壓式動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的計算 …………………………………………………………26 動力缸尺寸的計算 ……………………………………………………………26 活塞行程 S 的計算 …………………………………………………………26 分配閥的回位彈簧 …………………………………………………………27 動力轉(zhuǎn)向器的評價指標 ………………………………………………………27 本章小結(jié) ………………………………… … …………………………………………28 結(jié)論 …………………… … ……… … …………………… ……………………………………29 參考文獻 ………………………………… … …… … ………………………………………30 致謝 ………………………………………………… …… ……………………………………31 附錄 ……………………………………………… … … … ……………………………………32 1 第 1章 緒 論 隨著社會經(jīng)濟的進步以及人民生活水平的提高，汽車已經(jīng)慢慢的走進了人們的生活當中，它從以前簡單的代步工具慢慢升級成為一種生活的品質(zhì)，人們不再滿足于簡單的行駛，而更關(guān)注駕駛樂趣對于汽車的安全性、穩(wěn) 定性、操縱性等更高要求。而人們除了從外觀及內(nèi)飾等反面了解汽車外，最能直接體驗駕駛樂趣的就是擁有一個良好、先進的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，一個先進的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)帶給駕駛者更多的是駕駛的樂趣而不是負擔。同時就我國的國情而言，汽車工業(yè)己成為我國的支柱產(chǎn)業(yè)，為了提高汽車的產(chǎn)品質(zhì)量，保證汽車行駛的安全性，操縱穩(wěn)定性，發(fā)展我國的汽車工業(yè)，這就要求汽車轉(zhuǎn)向器綜合性能就成為汽車安全性能的一個重要項目。在重型汽車、大型客車等載重量較大的汽車 中，通常用動力轉(zhuǎn)向器來操縱汽車行駛方向。因此目前國內(nèi)外生產(chǎn)的汽車越來越多地配置了動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 汽車轉(zhuǎn)向器研究的發(fā)展及趨勢概況 隨著科技的迅猛發(fā)展以及汽車的逐步普及，人們對汽車的操縱性、安全性，穩(wěn)定性等方面的性能已經(jīng)有了更 進一步的要求，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)品的需求也隨著汽車化的提高而發(fā)生著變化。在早期的汽車上，轉(zhuǎn)向機械非常簡單，主要由一級齒輪傳動機構(gòu)和轉(zhuǎn)向拉桿等構(gòu)成。其中齒輪齒條式和循環(huán)球式應(yīng)用比較廣泛， 在 1923 年，美國底特律的亨利 這種形式的轉(zhuǎn)向器就成為現(xiàn)在大家所熟知的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，它目前仍很廣泛地在汽車上應(yīng)用。這種形式的轉(zhuǎn)向器同樣也使用在 1905 年的凱迪拉克（ Cadillac）和 1911 一 1920 年間制造的許多其它形式的汽車 上。所以可以說循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器在穩(wěn)步發(fā)展。日本汽車轉(zhuǎn)向器的特點是循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占的比重越來越大，日本裝用不同類型發(fā)動機的各類型汽車，采用不同類型轉(zhuǎn)向器，在公共汽車中因使用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，由 60 年代占總數(shù)的 %發(fā)展到現(xiàn)今的 100%了 (蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器在公共汽車上已經(jīng)淘汰 )。但齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器有所發(fā)展；微型貨車用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占 65 %，齒條齒輪式占 35 % 。由于轉(zhuǎn)向柱直接與轉(zhuǎn)向節(jié)連接，所以轉(zhuǎn)動車輪是很費勁的。因此，汽車常常沖出路外，于是要降低轉(zhuǎn)向力的問題就變得比較迫切了。從那時起，轉(zhuǎn)向機構(gòu)一直就是這樣沿用下來。 從上世紀四十年代起，為減輕駕駛員體力負擔，在機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了液壓助力系統(tǒng)它是建立在機械系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上的，額外增加了一個液壓系統(tǒng)HPS(hydraulic p