【正文】 轉(zhuǎn)向系的剛度。因此，要求汽車在以48km/h的速度、正面同其他物體碰撞的試驗(yàn)中，轉(zhuǎn)向管柱和轉(zhuǎn)向軸在水平方向上的后移量不得大于127mm；在臺(tái)架試驗(yàn)中，作用在轉(zhuǎn)向盤上的水平力不得超過(guò)1123N，見GB11557—1998。 圖24 防傷機(jī)構(gòu) 圖25 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)本文所采用的機(jī)構(gòu)如上左圖24示，當(dāng)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸中采用萬(wàn)向節(jié)連接時(shí)，只要布置合理即可在汽車正面碰撞時(shí)防止轉(zhuǎn)向軸等向乘客艙或駕駛室內(nèi)移動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)雖然不能吸收碰撞能量，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只要萬(wàn)向節(jié)連接的兩軸之間存在夾角正面碰撞后轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸和轉(zhuǎn)向盤就會(huì)錯(cuò)位，轉(zhuǎn)向盤沒(méi)有后移便不會(huì)危及駕駛員安全。167。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用于把轉(zhuǎn)向器輸出的力和運(yùn)動(dòng)傳給左、右轉(zhuǎn)向節(jié)并使左、右轉(zhuǎn)向輪按一定關(guān)系進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)即為橫拉桿及相應(yīng)接頭，其結(jié)構(gòu)如上右圖25所示。 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析167。與其他形式的轉(zhuǎn)向器比較，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器最主要的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉(zhuǎn)向器的質(zhì)量比較??；傳動(dòng)效率高達(dá)90%；齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙以后，利用裝在齒條背部、靠近主動(dòng)小齒輪處的壓緊力可以調(diào)節(jié)的彈簧，能自動(dòng)消除齒間間隙（如圖26所示），這不僅可以提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度，還可以防止沖擊和噪聲；轉(zhuǎn)向器體積??；[1]沒(méi)有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，所以轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角可以增大；制造成本低。反沖現(xiàn)象會(huì)使駕駛員精神緊張，并難以準(zhǔn)確控制汽車行駛方向，轉(zhuǎn)向盤突然轉(zhuǎn)動(dòng)又會(huì)照成打手，同時(shí)對(duì)駕駛員造成傷害。27 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種形式根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對(duì)前軸位置的不同，齒輪齒條是轉(zhuǎn)向器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，如圖28所示。 其他形式的轉(zhuǎn)向器其他形式的轉(zhuǎn)向器主要還有循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器、蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器、蝸桿指銷式等形式的轉(zhuǎn)向器。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是：在螺桿和螺母之間因?yàn)橛锌梢匝h(huán)流動(dòng)的鋼球，將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，因而傳動(dòng)效率可達(dá)到75%~85%；在結(jié)構(gòu)和工藝上采取措施后，包括提高制造精度，改善工作表面的粗糙度和螺桿、螺母上的螺旋槽經(jīng)淬火和磨削加工，使之有足夠的硬度和耐磨損性能，可保證有足夠的使用壽命；轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比可以變化；工作可靠平穩(wěn)。圖29 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器167。167。賽車靜止?fàn)顟B(tài)與轉(zhuǎn)向系有關(guān)的力如圖210和211所示。，在減小方向盤力的同時(shí)，考慮到傳動(dòng)比太小轉(zhuǎn)向靈敏度太高，不適于賽車手操作，方向盤轉(zhuǎn)110度，內(nèi)輪轉(zhuǎn)30度。 圖210 考慮主銷后傾角是受力 圖211 考慮主銷內(nèi)傾時(shí)受力167。 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的選擇轉(zhuǎn)向梯形有整體式和斷開式兩種，選擇整體式或斷開式轉(zhuǎn)向梯形方案與懸架采用何種方案有關(guān)。同時(shí)，為達(dá)到總體布置要求的最小轉(zhuǎn)彎直徑值，轉(zhuǎn)向輪應(yīng)有足夠大的轉(zhuǎn)角。167。采用雙橫臂獨(dú)立懸架時(shí)，常用圖解法（基于三心定理）確定斷開點(diǎn)的位置。S點(diǎn)為轉(zhuǎn)向節(jié)臂球銷中心在懸架桿件（雙橫臂）所在平面上的投影。延長(zhǎng)直線AB與KAKB，交于QAB點(diǎn)，連PQAB直線。作直線PQBS，使直線PQAB與PQBS間夾角等于直線PKA與PS間的夾角。延長(zhǎng)PS與QBSKB，相交于D點(diǎn)，此D點(diǎn)便是橫拉桿鉸接點(diǎn)（斷開點(diǎn)）的理想位置。此外，還要對(duì)車輪向左轉(zhuǎn)和向右轉(zhuǎn)的幾種不同工況驚進(jìn)行校核。如果這種方法所得到的橫拉桿長(zhǎng)度在不同轉(zhuǎn)角下都相同或十分接近，則不僅在汽車直線行駛是，而且在轉(zhuǎn)向時(shí)，車輪的跳動(dòng)都不會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)向產(chǎn)生影響。[2]167。齒條通過(guò)兩端的球鉸接頭與兩根分開的橫拉桿7相連，兩橫拉桿又通過(guò)球頭銷與左右車輪上的梯形臂6相連。圖213 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖轉(zhuǎn)向軸 齒輪 齒條 左橫拉桿 左梯形臂 右梯形臂 右橫拉桿我們的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器布置在前軸后方，安裝時(shí)，齒條軸線與汽車縱向?qū)ΨQ軸垂直，而且當(dāng)轉(zhuǎn)向器處于中立位置時(shí)，齒條兩端球鉸中心應(yīng)對(duì)稱的處于汽車縱向?qū)ΨQ軸的兩側(cè)。則橫拉桿長(zhǎng)度L2殼由下式計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)，齒條便向左或向右移動(dòng)，使左右兩邊的桿系產(chǎn)生不同u的運(yùn)動(dòng)，從而使左右車輪分別獲得一個(gè)轉(zhuǎn)角。設(shè)齒條向右移動(dòng)某一行程S，通過(guò)右橫拉桿推動(dòng)右梯形臂，使之轉(zhuǎn)角。把公式（22）和（25）結(jié)合起來(lái)便可將θi表示為θ0的函數(shù)，記作：反之，也可利用公式（24）求出對(duì)應(yīng)任一內(nèi)輪轉(zhuǎn)角的齒條行程S，再將S代入公式（23）即可求出相應(yīng)的外輪轉(zhuǎn)角。 MATLAB內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線部分程序sita20=for i=1:50D2R=pi/180sita21=atan(1/(1/tan(sita20)1200/1650))angles1(i,1)=sita20/D2Rangles1(i,2)=sita21/D2Rsita20=sita20+D2Rendplot(angles1(:,1),angles1(:,2))axis([0 30 0 30])xlabel(39。)ylabel(39。)hold onr=66*pi/180h=50k=1100M=730sita0=0L1=40L2=(((kM)/2L1*cos(r))^2+(L1*sin(r)h)^2)^D2R=pi/180for i=1:50……sita0=sita0+D2Rendplot(angles(:,1),angles(:,2)) axis([0 30 0 30])xlabel(39。) ylabel(39。)圖216 MATLAB繪制的內(nèi)外論轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線第三章 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)167。式中，P2為轉(zhuǎn)向器中的摩擦功率；P3為作用在轉(zhuǎn)向搖臂軸上的功率。為了保證汽車轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤能自動(dòng)返回到直線行駛位置，又需要有一定的逆效率。167。轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與效率 在前述四種轉(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等三種結(jié)構(gòu)之一。另外兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器效率，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分別為70％和75％。轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率 如果忽略軸承和其它地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，對(duì)于蝸桿和螺桿類轉(zhuǎn)向器，其效率可用下式計(jì)算 （31）式中，αo為蝸桿(或螺桿)的螺線導(dǎo)程角；ρ為摩擦角，ρ=arctanf；f為摩擦因數(shù)。 轉(zhuǎn)向器的逆效率η根據(jù)逆效率大小不同，轉(zhuǎn)向器又有可逆式、極限可逆式和不可逆式之分。它能保證轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動(dòng)回正。但是，在不平路面上行駛時(shí)，車輪受到的沖擊力，能大部分傳至轉(zhuǎn)向盤，造成駕駛員“打手”，使之精神狀態(tài)緊張，如果長(zhǎng)時(shí)間在不平路面上行駛，易使駕駛員疲勞，影響安全駕駛。不可逆式轉(zhuǎn)向器，是指車輪受到的沖擊力不能傳到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向器。同時(shí)，它既不能保證車輪自動(dòng)回正，駕駛員又缺乏路面感覺(jué)；因此，現(xiàn)代汽車不采用這種轉(zhuǎn)向器。在車輪受到?jīng)_擊力作用時(shí)，此力只有較小一部分傳至轉(zhuǎn)向盤。如果忽略軸承和其它地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，則逆效率可用下式計(jì)算 （32）式(3—1)和式(3—2)表明：增加導(dǎo)程角αo,正、逆效率均增大。當(dāng)導(dǎo)程角小于或等于摩擦角時(shí)，逆效率為負(fù)值或者為零，此時(shí)表明該轉(zhuǎn)向器是不可逆式轉(zhuǎn)向器。通常螺線導(dǎo)程角選在8176。之間。 傳動(dòng)比的變化特性167。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 ωw 與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度 ωk 之比，稱為轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比iwo，即式中，dφ 為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量；dβk 為轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量；dt為時(shí)間增量。轉(zhuǎn)向盤角速度ωw與搖臂軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ωK之比，稱為轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比iw′, 即 式中,dβp為搖臂軸轉(zhuǎn)角增量。搖臂軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ωp與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度ωk之比，稱為轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比，即。 力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系輪胎與地面之間的轉(zhuǎn)向阻力和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩之間有如下關(guān)系 （33）式中，α為主銷偏移距，指從轉(zhuǎn)向節(jié)主銷軸線的延長(zhǎng)線與支承平面的交點(diǎn)至車輪中心平面與支承平面交線間的距離。將式(33)、式(34)代入后得到 (35) 分析式(35)可知，當(dāng)主銷偏移距a小時(shí)，力傳動(dòng)比 ip 應(yīng)取大些才能保證轉(zhuǎn)向輕便。轉(zhuǎn)向盤直徑根據(jù)車型不同在JB4505—86轉(zhuǎn)向盤尺寸標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的系列內(nèi)選取。167。現(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)中，～，可近似認(rèn)為其比值為 ≈=dφ/dβ。167。從 =2Fw／Fh式可知，當(dāng)Fw一定時(shí)，增大ip能減小作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力Fh，使操縱輕便。角傳動(dòng)比增加后，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度對(duì)轉(zhuǎn)向盤角速度的響應(yīng)變得遲鈍，使轉(zhuǎn)向操縱時(shí)間增長(zhǎng)，汽車轉(zhuǎn)向靈敏性降低，所以“輕”和“靈”構(gòu)成一對(duì)矛盾。齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器都可以制成變速比轉(zhuǎn)向器。根據(jù)相互嚙合齒輪的基圓齒距必須相等， 即 Pbl=Pb2。由上述兩式可知：當(dāng)齒輪具有標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m1和標(biāo)準(zhǔn)壓力角α1與一個(gè)具有變模數(shù)m變壓力角α2的齒條相嚙合，并始終保持 m1cosαl=m2cosα2時(shí)，它們就可以嚙合運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比是變化的。從圖中可以看到，位于齒條中部位置處的齒有較大壓力角和齒輪有較大的節(jié)圓半徑，而齒條齒有寬的齒根和淺斜的齒側(cè)面；位于齒條兩端的齒，齒根減薄，齒有陡斜的齒側(cè)面。 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙Δt167。該間隙隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角φ的大小不同而改變，并把這種變化關(guān)系稱為轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性(圖32)。圖32 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)間隙特性直線行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副若存在傳動(dòng)間隙，一旦轉(zhuǎn)向輪受到側(cè)向力作用，就能在間隙Δt的范圍內(nèi)，允許車輪偏離原行駛位置，使汽車失