【正文】 ...................23參考文獻...................................................................................................................................24致 謝.....................................................................................................................................25汽車機械轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計1 引言在汽車行駛中，轉(zhuǎn)向運動是最基本的運動。我們通過方向盤來操縱和控制汽車的行駛方向，從而實現(xiàn)自己的形式意圖。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) HPS(hydraulic power steering)，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)，一般有油泵、V 形帶輪、油管、供油裝置、助力裝置和控制閥?，F(xiàn)在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在實際中應(yīng)用的最多，根據(jù)控制閥形式有轉(zhuǎn)閥式和滑閥式之分。 雖然傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作最可靠，但是也存在很多固有的缺點，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的機械連接而產(chǎn)生一些自身無法避免的缺陷：①汽車的轉(zhuǎn)向特性受駕駛員駕駛技術(shù)的影響嚴重；②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。電液動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)近年來，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中愈來愈多的采用電子器件。電液助力轉(zhuǎn)向可以分為兩大類：電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) EHPS(electrohydraulic power steering)、電控液壓助力轉(zhuǎn)向ECHPS(electronically controlled hydraulic power steering)。ECHPS 是在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了電控裝置構(gòu)成的。 現(xiàn)代電液動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要通過車速傳感器將車速傳遞給電子元件，或微型計算機系統(tǒng)，控制電液轉(zhuǎn)換裝置改變動力轉(zhuǎn)向的助力特性，使駕駛員的轉(zhuǎn)向手力根據(jù)車速和行駛條件變化而改變，即在低速行駛或轉(zhuǎn)急彎時能以很小的轉(zhuǎn)向手力進行操作，在高速行駛時能以稍重的轉(zhuǎn)向手力進行穩(wěn)定操作，使操縱輕便性和穩(wěn)定性達EHPS 相比傳統(tǒng) HPS 降低了能源損耗。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng) EPS(Electric Power Steering)把一個機械的系統(tǒng)和一個電控的電動馬達結(jié)合在一起形成的一個動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。作用在方向盤上的力矩曲線由一個電動馬達來分配。根據(jù)助力位置不同分為三種形式：齒條助力式.由于 EPS 改由電機提供助力，助力大小由電控單元 ECU 實時調(diào)節(jié)與控制，可以較好解決汽車操縱時輕與靈的矛盾。其優(yōu)點有： 能在各種行駛工況下提供最佳助力，減小由路面不平所引起的對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的擾動，改善汽車的轉(zhuǎn)向特性，減輕汽車低速行駛時的轉(zhuǎn)向操縱力，提高汽車高速行駛時的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，進而提高汽車的主動安全性。2． EPS 只在轉(zhuǎn)向時電動機才提供助力(不像 HPS，即使在不轉(zhuǎn)向時，油泵也一直運轉(zhuǎn))，因而能減少燃料消耗。4. EPS 取消了油泵、皮帶、皮帶輪、液壓軟管、液壓油及密封件等，其零件比 HPS 大大減少，因而其質(zhì)量更輕、結(jié)構(gòu)更緊湊，在安裝位置選擇方面也更容易，并且能降低噪聲。6 .EPS 不存在滲油問題，消除了液壓助力中液壓油泄漏問題，可大大降低保修成本，減小對環(huán)境的污染，改善了環(huán)保性。電動助力轉(zhuǎn)向目前已成為世界汽車技術(shù)發(fā)展的研究熱點之一。完全靠駕駛員手里操縱的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)稱為機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。2 設(shè)計任務(wù)書汽車在行駛過程中需要不斷改變方向，轉(zhuǎn)向系就是通過一系列機械傳動使得前輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向，達到改變行駛方向的目的。這次設(shè)計主要目的是總結(jié)所學(xué)知識，在設(shè)計中沒有考慮到實際需要，只是從本專業(yè)出發(fā)，基于自己的實際能力對基礎(chǔ)的機械設(shè)計進行練習(xí)。3 機械轉(zhuǎn)向簡介機械轉(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，機械轉(zhuǎn)向系由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)，轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三大部分組成。 轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)向器（也常稱為轉(zhuǎn)向機）是完成有旋轉(zhuǎn)運動到直線運動（或近似直線運動）的一組齒輪機構(gòu)，同時也是轉(zhuǎn)向系中的減速傳動裝置，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)球一齒條式扇式、蝸桿滾輪式等。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。機械轉(zhuǎn)向主要是由轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)等組成，動力轉(zhuǎn)向還包括動力系統(tǒng)。動力轉(zhuǎn)向是在機械轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上，加裝動力系統(tǒng)，并借助此系統(tǒng)來減輕駕駛員的手力。液壓式動力轉(zhuǎn)向已在汽車上廣泛應(yīng)用。 4 轉(zhuǎn)向系的設(shè)計要求 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)。3）在行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動。5）轉(zhuǎn)向靈敏，最小轉(zhuǎn)彎直徑小。 7）轉(zhuǎn)向輪傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。9）轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。正確設(shè)計轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)，可以保證汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，全部車輪應(yīng)繞瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)。合理確定轉(zhuǎn)向輪的定位參數(shù)，正確選擇轉(zhuǎn)向器的形式，可以保證汽車具有良好的自動回正能力。 為了使汽車具有良好的機動性能，必須使轉(zhuǎn)向輪有盡可能大的轉(zhuǎn)角，其最小轉(zhuǎn)彎半徑能達到汽車軸距的 2~ 倍。 轎車 貨車機械轉(zhuǎn)向 50~100N 250N動力轉(zhuǎn)向 20~50N 120N轎車轉(zhuǎn)向盤從中間位置轉(zhuǎn)到第一端的圈數(shù)不得超過 圈，貨車則要求不超過 圈。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：逆效率高（60%~70%） 。 圖 11 自動消除間隙裝置 根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有四種形式：中間輸入，兩端輸也（圖 12a） ；側(cè)面輸入，兩端輸出（圖 12b） ；側(cè)面輸入，中間輸出（圖 12c） ；側(cè)面輸入，一端輸出（圖 12d） 。而采用兩側(cè)輸出方案時，容易與懸架系統(tǒng)導(dǎo)向機構(gòu)產(chǎn)生運動干涉。 采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，重合度增加，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊與工作噪聲均下降。圓形斷面齒條制作工藝比較簡單。 根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對前軸位置的不同，在汽車上有四種布置形式：轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形，見圖 13。裝載量不大、前輪采用獨立懸架的貨車和客車也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 循環(huán)球式 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由螺桿和螺母共同形成的螺旋槽內(nèi)裝有鋼球構(gòu)成的傳動副，以及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動副組成，如圖 14 所示。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：逆效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，制造精度要求高。 圖 14 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 圖 15 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的間隙調(diào)整機構(gòu) 蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器由蝸桿和滾輪嚙合而構(gòu)成。主要缺點是：正效率低；調(diào)整嚙合間隙比較困難；傳動比不能變化。根據(jù)銷子數(shù)量不同，又有單銷和雙銷之分。固定銷式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)簡單、制造容易。旋轉(zhuǎn)銷式轉(zhuǎn)向器的效率高、磨損慢，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。雙銷式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸和質(zhì)量大，并且對兩主銷間的位置精度、螺紋槽的形狀及尺寸精度等要求高。蝸桿滾輪式和蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器應(yīng)用較少。 正效率 η + 計算公式： η +=（ P1P2）/ P1 逆效率 η － 計算公式： η －=（ P3P2）/ P3式中， P1 為作用在轉(zhuǎn)向軸上的功率； P2 為轉(zhuǎn)向器中的磨擦功率； P3 為作用在轉(zhuǎn)向搖臂軸上的功率。但為了減小傳至轉(zhuǎn)向盤上的路面沖擊力，防止打手，又要求此逆效率盡可能低。 轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點與效率 在四種轉(zhuǎn)向器中，齒輪齒條式、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率比較高，而蝸桿指銷式特別是固定銷和蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的正效率要明顯的低些。如蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的滾輪與支持軸之間的軸承可以選用滾針軸承、圓錐滾子軸承和球軸承。另外兩種結(jié)