【正文】 .. 26 螺距 P 和螺旋線導(dǎo)程角 ........................................ 26 工作鋼球圈數(shù) ............................................... 27 轉(zhuǎn)向器的 計算和校核 ................................................ 27 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件的強(qiáng)度計算 ................................ 27 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件強(qiáng)度計算 ........................................ 29 鋼球與滾道間的接觸應(yīng)力 ...................................... 29 齒的彎曲應(yīng)力 ................................................ 30 轉(zhuǎn)向搖臂軸直徑的確定 ........................................ 30 4 動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計 ...................................................... 31 對動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的要求 .............................................. 31 動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案 ............................................. 31 動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案 ......................................... 31 分配閥的結(jié)構(gòu)方案 ............................................ 32 動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的計算 ................................................ 33 動力缸尺寸的計算 ............................................. 33 分配滑閥參數(shù)的選擇 .......................................... 35 5 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計 ...................................................... 39 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)原理 .................................................. 39 轉(zhuǎn)向梯形的布置 .................................................... 40 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)尺寸的初步確定 ....................................... 40 轉(zhuǎn)向傳送機(jī)構(gòu)的臂、桿與球銷 ........................................ 41 轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部 ................................................ 41 桿件設(shè)計結(jié)果 ...................................................... 42 結(jié)論 .................................................................... 43 參考文獻(xiàn) ................................................................ 44 致謝 .................................................................... 46 貨車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計 1 1 緒論 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車底盤的重要組成部分，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的好壞直接影響到汽車行駛的安全性、操縱穩(wěn)定性和駕駛舒適性，它對于確保車輛的行駛安全、減少交通事故以及保護(hù)駕駛員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要作用。 按 轉(zhuǎn)向力能源的不同，可將轉(zhuǎn)向系分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系和動力轉(zhuǎn)向系。其中轉(zhuǎn)向器是將操縱機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃訖C(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動嚴(yán)格講是近似直線運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件。由于轉(zhuǎn)向助力裝置最常用的是一套液壓系統(tǒng)，因此也就離不開泵、油管、閥、活塞和儲油罐，它們分別相當(dāng)于電路系統(tǒng)中的電池、導(dǎo)線、開關(guān)、電機(jī)和 地線的作用。 2 汽車轉(zhuǎn)向時，全部車輪應(yīng)繞一個瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，不應(yīng)有側(cè)滑 。 4 轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向盤應(yīng)自動回正，并應(yīng)使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài) 。 機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 汽車的轉(zhuǎn)向運(yùn)動是由駕駛員操縱方向盤，通過轉(zhuǎn)向器和一系列的桿件傳遞到轉(zhuǎn)向 輪來完成的。純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向器形式可以分為：齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。但因結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、造價低廉，目前該類轉(zhuǎn)向系統(tǒng)除在一些轉(zhuǎn)向操縱力不大、對操控性能要求不高的農(nóng)用車上使用外已很少被采用。該系統(tǒng)是建立在機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，額外增加了一個液壓系統(tǒng)。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般由機(jī)械轉(zhuǎn)向器、液壓泵、油管、分配閥、動力缸、溢流閥和限壓閥、油缸等部件組成。其分配閥、轉(zhuǎn)向器和動力缸置于一個整體，分配閥和主動齒輪軸裝在一起（閥芯與齒輪軸垂直布置），閥芯上有控制槽，閥芯通過轉(zhuǎn)向軸上的撥叉撥動。在齒條的一端裝有活塞，并位于動力缸之中，齒條左端與轉(zhuǎn)向橫拉桿相接。 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在駕駛員的控制下，借助于汽車發(fā)動機(jī)帶動液壓泵產(chǎn)生的壓力來實(shí)現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向。為保證汽車原地轉(zhuǎn)向或者低速轉(zhuǎn)向時的輕便性，液壓泵的排量是以發(fā)動機(jī)怠速時的流量來確定。并且轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還存在低溫 工作性能差等缺點(diǎn)。 EHPS 是在液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)起來的，在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)了電控裝置，其特點(diǎn)是原來由發(fā)動機(jī)帶動的液壓助力泵改由電機(jī)驅(qū)動，取代了由發(fā)動機(jī)驅(qū)動的方式，節(jié)省了燃油消耗；具有失效保護(hù)系統(tǒng)，電子元件失靈后仍可依靠原轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安全工作；低速時轉(zhuǎn)向效果不變，高速時可以自動根據(jù) 車速逐步減小助力，增大路感，提高車輛行使穩(wěn)定性。一般由電氣和機(jī)械兩部分組成，電氣部分由車速傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器和電控單元 ECU 組成；機(jī)械部分包括齒輪齒條轉(zhuǎn)向器、控制閥、管路和電動泵。簡單地說，在低速大轉(zhuǎn)向時，電子控制單元驅(qū)動液壓泵以高速運(yùn)轉(zhuǎn)輸出較大功率，使駕駛員打方向省力；汽車在高速行駛時，液壓控制單元驅(qū)動液壓泵以較低的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，在不至影響高速打轉(zhuǎn)向 的需要的同時，節(jié)省一部分 的 發(fā)動機(jī) 的 功率。高壓油經(jīng)轉(zhuǎn)向控制閥進(jìn)入齒條上的動力缸，推動活塞以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)闹?，協(xié)助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作，從而獲得理想的轉(zhuǎn)向效果 。電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是傳統(tǒng) 的 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向電動 的 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的過渡。 1990 年日本 Honda 公司也在運(yùn)動型轎車 NSX 上采用了自主研發(fā)的齒條助力式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，從此揭開了電動助力轉(zhuǎn)向在 汽車上應(yīng)用的歷史。電廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在本田飛度、思域以及豐田新皇冠、奔馳新 Aclass 等車型上紛紛被采用。 電動助 力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作過程其工作過程為：扭矩傳感器檢測駕駛員打方向盤的扭矩，然后根據(jù)這個扭矩給控制單元一個信號。該指令傳到電機(jī)，由電機(jī)產(chǎn)生扭矩傳到助力機(jī)構(gòu)上去，這里的齒輪機(jī)構(gòu)則起到增大扭矩的作用。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(diǎn) 。還消除了由于轉(zhuǎn)向油泵帶來的噪音污染。相反 EPS 僅在需要轉(zhuǎn)向操作時才需要向電機(jī)提供的能量。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤不轉(zhuǎn)向時，電機(jī)不工作；需要轉(zhuǎn)向時，電機(jī)在控制模塊的作用下開始工作，輸出 相應(yīng)大小及方向的轉(zhuǎn)矩以產(chǎn)生助動轉(zhuǎn)向力矩。 。同時還可利用軟件在最大限度內(nèi)調(diào)整設(shè)計參數(shù)以獲得最佳的回正特性。而在傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)中，要改善這種特性 必須改造底盤的機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)起來很困難。 貨車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計 5 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是影響汽車操縱穩(wěn)定性的重要因素之一。但 EPS 是由電動機(jī)提供助力，助力大小由電子控制單元（ ECU）根據(jù)車速、方向盤輸入扭矩等信號進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)與控制，可以很好地解決這個矛盾。 EPS 系統(tǒng)控制單元 ECU 具有故障自診斷功能，當(dāng) ECU 檢 測到某一組件工作異常，如各傳感器、電磁離合器、電動機(jī)、電源系統(tǒng)及汽車點(diǎn)火系統(tǒng)等，便會立即控制電磁離合器分離停止助力，并顯示出相應(yīng)的故障代碼，轉(zhuǎn)為手動轉(zhuǎn)向，按普通轉(zhuǎn)向控制方式進(jìn)行工作，確保了行車的安全。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng) （ SteeringByWireSysterm，簡稱 SBW）的發(fā)展，正是滿足這種客觀需求。 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)成 SBW 系統(tǒng)一般由轉(zhuǎn)向盤模塊、轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊和主控制器 ECU、自動防故障系統(tǒng)以及電源等模塊組成。轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊包括轉(zhuǎn)向電機(jī)、齒條位移傳感器等 實(shí)現(xiàn)兩個功能 : 跟蹤參考前輪轉(zhuǎn)角、向轉(zhuǎn)向盤模塊反饋輪胎所受外力的信息以 反饋車輛行駛狀態(tài)。 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理 當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動時 轉(zhuǎn)向傳感器和轉(zhuǎn)向角傳感器檢測到駕駛員轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角并轉(zhuǎn)變成電信號輸入到 ECU， ECU 根據(jù)車速傳感器和安裝在轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)上的位移傳感器的信號來控制轉(zhuǎn)矩反饋電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向并根據(jù)轉(zhuǎn)向力模擬生成反饋轉(zhuǎn)矩 控制轉(zhuǎn)向電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向、轉(zhuǎn)矩大小和旋轉(zhuǎn)角度通過機(jī)械轉(zhuǎn)向裝置控制轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向位置，使汽廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 車沿著駕駛員期望的軌跡行駛。 （ 2）去掉了原來轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各個模塊之間的剛性機(jī)械連接，采用柔性連接，使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車上的布置更加靈活，轉(zhuǎn)向盤的位置可以方便地布置在需要的位置。由于可以實(shí)現(xiàn)傳動比的任意設(shè)置，并針對不同的車速，轉(zhuǎn)向狀況進(jìn)行參數(shù)補(bǔ)償，從而提高了汽車的操縱性。由于轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間無機(jī)械連接，駕駛員 “ 路感 ” 通過模擬生成。 （ 5）減少了機(jī)構(gòu)部件數(shù)量，而減少了從執(zhí)行機(jī)構(gòu)到轉(zhuǎn)向車輪之間的傳遞過程，使系統(tǒng)慣性、系統(tǒng)摩擦和傳動部件之間的總間隙都得以降低，從而使系統(tǒng)的響應(yīng)速度和響應(yīng)的準(zhǔn)確性得以提高。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。 3）汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪都不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動。 5）保證汽車有較高的機(jī)動性，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力。 7) 轉(zhuǎn)向輪碰撞到障礙物以后，傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。 9)在車禍中，當(dāng)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防傷裝置。 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向管柱。采用柔性萬向節(jié)可減少傳至轉(zhuǎn)向軸上的振動，但柔性萬向節(jié)如果過軟，則會影響轉(zhuǎn)向系的剛度。 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向臂、轉(zhuǎn)向縱拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向梯形臂以及轉(zhuǎn)向橫拉桿等。 圖中 1轉(zhuǎn)向萬向節(jié)； 2轉(zhuǎn)向傳動軸； 3轉(zhuǎn)向管柱； 4轉(zhuǎn)向軸； 5轉(zhuǎn)向盤 圖 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 轉(zhuǎn)向器 機(jī)械轉(zhuǎn)向器是將司機(jī)對轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動變?yōu)檗D(zhuǎn)向搖臂的擺動（或齒條沿轉(zhuǎn)向車軸軸向的移動），并按一定的角轉(zhuǎn)動比和力轉(zhuǎn)動比進(jìn)行傳遞的機(jī)構(gòu)。高級轎 車和重型載貨汽車為了使轉(zhuǎn)向輕便，多采用這種動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 為了避免汽車在撞車時司機(jī)受到的轉(zhuǎn)向盤的傷害，除了在轉(zhuǎn)向盤中間可安裝安全氣囊外，還可在轉(zhuǎn)向系中設(shè)置防傷裝置。 多數(shù)兩軸及三軸汽車僅用前輪轉(zhuǎn)向；為了提高操縱穩(wěn)定性和機(jī)動性，某些現(xiàn)代轎車采用全四輪轉(zhuǎn)向；多軸汽車根據(jù)對機(jī)動性的要求，有時要增加轉(zhuǎn)向輪的數(shù)目，制止采用全輪轉(zhuǎn) 向 。在轉(zhuǎn)向過程中除內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角外，其他參數(shù)是不變的?？砂聪率接嬎悖? aLR ??m a x0m in s in? () 中型車 的最小轉(zhuǎn)彎半徑一般為 ～ ,這里取 minR =12m. 貨車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計 9 圖 理想的內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角間的關(guān)系 操縱輕便型的要求是通過合理地選擇轉(zhuǎn)向系的角傳動比、力傳動比和傳動效率來達(dá)到。但要使傳遞到轉(zhuǎn)向盤上的反向沖擊小，則轉(zhuǎn)向器的逆效率有不宜太高。 轉(zhuǎn)向器及其縱拉桿與緊固件的稱重，約為中級以及上轎車、載貨汽車底盤干重的 ～ ；小排量以及下轎車干重的 ～ 。 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 2 轉(zhuǎn)型系方案的選擇及主要參數(shù)的確定 轉(zhuǎn)向系方案的選擇 轉(zhuǎn)向盤 轉(zhuǎn)向盤有盤 轂、輪緣和輪輻組成。 轉(zhuǎn)向盤的尺寸和形狀直接影響轉(zhuǎn)向操縱的輕便性。 轉(zhuǎn)向盤必須符合 JB45051986 轉(zhuǎn)向盤尺寸標(biāo)準(zhǔn)。轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向軸采用圓柱直尺漸開線花鍵連接形式，可參照下表選擇。這種結(jié)構(gòu)在某些輕型汽車上還有應(yīng)用。特別對可翻轉(zhuǎn)駕駛室的平頭車，可將萬向節(jié)布置在駕駛室翻轉(zhuǎn)軸線上，有利于駕駛室的翻轉(zhuǎn)。柔性萬向節(jié)，若剛性很大則不能滿足使用要求，剛性大小又不能適應(yīng)汽車轉(zhuǎn)向要求，故一般應(yīng)用較少。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。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒 輪齒條式轉(zhuǎn)向器，已成為當(dāng)今世界汽車上主要的兩種轉(zhuǎn)向器；蝸桿式轉(zhuǎn)向器和蝸桿 銷 式轉(zhuǎn)向器，正在逐步被淘汰或保留較小的地位。 布置方便。可以實(shí)現(xiàn)變速比的特性，滿足了操縱輕便性的要求。大角度轉(zhuǎn)向位置轉(zhuǎn)向阻力