【正文】 轎車 貨車 機械轉(zhuǎn)向 50~100N 250N 動力轉(zhuǎn)向 20~50N 120N 轎車轉(zhuǎn)向盤從左極限位置轉(zhuǎn)到右極限位置的圈數(shù)不得超過 圈，客車則要求不超過 圈。就輪式車輛而言，實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向的方法是，駕駛員通過一套專設(shè)的機構(gòu)，使汽車轉(zhuǎn)向橋（一般是前橋）上的車輪（轉(zhuǎn)向輪）相對于汽車縱軸線偏轉(zhuǎn)一定角度。此時，駕駛員也可以利用轉(zhuǎn)向機構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪向相反的 方向偏轉(zhuǎn)，從而使汽車恢到直線行駛方向。因此，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功用是保證汽車能按照駕駛員的意志進行轉(zhuǎn)向行駛。 機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng) —— 以駕駛員的體力作為唯一的轉(zhuǎn)向能源，其中所有傳力件都是機械的。 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 7 圖 31 機械轉(zhuǎn)向系的基本組成和布置圖 桿 圖 31 為機械轉(zhuǎn)向系的基本組成和布置示意圖。該力矩通過轉(zhuǎn)向軸 轉(zhuǎn)向萬向節(jié) 3 和轉(zhuǎn)向傳動軸 4 輸入轉(zhuǎn)向器 5。為使右轉(zhuǎn)向節(jié) 13 及其支撐的右轉(zhuǎn)向輪隨之偏轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度，還設(shè)置了轉(zhuǎn)向梯形。 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 8 圖 32 與獨立懸架搭配的轉(zhuǎn)向系 圖 32 也是機械式轉(zhuǎn)向系，與圖 31 不同的是它是與獨立懸架條式轉(zhuǎn)向搭配的轉(zhuǎn)向系。轉(zhuǎn)向橫拉桿一端與齒條相連，另一端通過球鉸和固定在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂連接。從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向傳動軸這一系列部件 和零件均屬于轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)。 目前，許多國內(nèi)、外生產(chǎn)的新車型在轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)中采用了萬向傳動裝置（轉(zhuǎn)向萬向節(jié)和轉(zhuǎn)向傳動軸）。只要適當改變轉(zhuǎn)向萬向傳動裝置的幾何參數(shù)，便可滿足各種車型的總布置要求。轉(zhuǎn)向 盤在駕駛室安放的位置與各國交通法規(guī)規(guī)定車輛靠道路左側(cè)還是右側(cè)通行有關(guān)。這樣，駕駛員在左方視野較寬闊，有利于兩車安全交會。 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 9 動力轉(zhuǎn)向系 動力轉(zhuǎn)向系是兼用駕駛員和發(fā)動機動力為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系。但在轉(zhuǎn)向加力裝置失效時，一般還應(yīng)當能由駕駛員獨立承擔轉(zhuǎn)向任務(wù)。 圖 33 液壓動力轉(zhuǎn)向系的組成和液壓轉(zhuǎn)向加力裝置布置示意圖 1. 方向盤 節(jié) 圖 33 為一種液壓動力轉(zhuǎn)向系的組成和液壓轉(zhuǎn)向加力裝置的管路布置示意圖，其中屬于轉(zhuǎn)向加力裝置的部件是：轉(zhuǎn)向油罐、轉(zhuǎn)向液壓泵，轉(zhuǎn)向控制 閥和轉(zhuǎn)向動力缸。直拉桿的拉力作用于轉(zhuǎn)向節(jié)臂，并依次傳到梯形臂和轉(zhuǎn)向橫拉桿使之右移。轉(zhuǎn)向液壓泵的高壓油進入轉(zhuǎn)向動力缸的左腔，于是轉(zhuǎn)向動力缸的活塞上受到向右的液壓作用力便經(jīng)推桿施加在轉(zhuǎn)向橫拉桿上，也使之右移。隨著最近汽車發(fā)動機馬力的增大和扁平輪胎的普遍使用，使車重和轉(zhuǎn)向力矩都加大了，因此動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)越來越普及。值得注意的是，轉(zhuǎn)向助力不應(yīng)是不變的，因為在高速行駛時，輪胎的橫向阻力小，轉(zhuǎn)向盤變得輕飄，很難捕捉路面的感覺，也容易造成轉(zhuǎn)向過于易控制。 a、 液壓式動力轉(zhuǎn)向裝置 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 10 液壓式動力轉(zhuǎn)向裝置質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，利于改善轉(zhuǎn)向操作感覺，但液體流量的增加會加重液壓泵的負荷，需要保持怠速旋轉(zhuǎn)的機構(gòu)。它是利用蓄電池實現(xiàn)電 動機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生推力。尤其利于后輪驅(qū)動的汽車，但目前電動式動力轉(zhuǎn)向裝置所得到的助力效果還比不上液壓式，所以只限用于前軸載荷小的后輪驅(qū)動汽車上 。因為是計算機控制，所以轉(zhuǎn)向助力泵不必一直工作，減小了發(fā)動機的功率損失。 四輪轉(zhuǎn)向系 四輪轉(zhuǎn)向系（ 4WS）是把后輪與前輪一起轉(zhuǎn)向，是一種提高車輛機動性和通過性的關(guān)鍵技術(shù)。把后輪與前輪反相位偏轉(zhuǎn)，能夠改善車輛低速行駛時的操縱性，并提高快速轉(zhuǎn)向性。 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 11 轉(zhuǎn)向橋的內(nèi)、外輪轉(zhuǎn)角 無論選擇哪一種轉(zhuǎn)向梯形方案，必須在正確選擇轉(zhuǎn)向梯形參數(shù)的同時，做到汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，保證全部車輪繞一個瞬時轉(zhuǎn)向中心行駛，使在不同圓周上運動的車輪，作無滑動的純滾動運動。因此，汽車的內(nèi)、外輪有不同的轉(zhuǎn)角（如圖 34）。 汽車只用前輪轉(zhuǎn)向時，為了滿足上述條件，必須符合下述關(guān)系式 LM?? ?? cotcot （ 31） 式中： ? —— 轉(zhuǎn)向輪外輪轉(zhuǎn)角； ? —— 轉(zhuǎn)向輪內(nèi)輪轉(zhuǎn)角； K—— 兩主銷軸線與地面交點之間距離即為主銷節(jié)距； L—— 汽車軸距?，F(xiàn)有汽車轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)，對上述條件不能在整個轉(zhuǎn)向范圍得到滿足，只是近似的使它得到保證。阿克曼幾何學和平行幾何學的內(nèi)、外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系理論曲線在圖 25 上位于阿克曼幾何學和平行幾何學的理論曲線之間變化。 汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑 minR 與汽車前外轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)角 max? 、軸距 L、兩主銷延長線到地面交點的距離 K 有關(guān)。計算最小轉(zhuǎn)彎半徑的公式如下： maxmin sin ?LR ? （ 32） 因為梯形機構(gòu)不能保證內(nèi)、外輪轉(zhuǎn)角 max? 和 max? 與理論值一致，故實際的最小轉(zhuǎn)彎半徑 minR 與上述結(jié)果不完全符合。 圖 35 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 （ 1） 齒輪齒條式 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，客體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉(zhuǎn)向器的質(zhì)量比較?。粋鲃有矢哌_ 90%；齒輪齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙以后，利用裝在齒條背部、靠近主動小齒輪處的壓力可以調(diào)節(jié)的彈簧，可自動消除齒間間隙；轉(zhuǎn)向器占用體積??；沒有轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向直拉桿，所以轉(zhuǎn)向輪 轉(zhuǎn)角可以增大；制造成本低。因此，汽車在不平路面上行駛時，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間的沖擊力，大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤，使駕駛員精神緊張，難以準確控制方向。由于拉桿長度增加，車輪上、下跳動時位桿擺角減小，有利于減少車輪上、下跳動時轉(zhuǎn)向系與懸架系的運動干涉。 側(cè)面輸入、一端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，常用在平頭微型貨車上。 齒條斷面形狀有圓形、 V 形和 Y 形三種。 V 形和 Y 形斷面齒條與圓形斷面比較，消耗的材料少，故質(zhì)量小。如圖 37. 圖 37 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種布置形式 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于微型、普通級、中級和中高級轎車上。 （ 2）循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 摩擦轉(zhuǎn)變成滾動摩擦，因而傳動效率可達到 75%~85%；轉(zhuǎn)向器的傳動比可以變化；工作平穩(wěn)可靠；齒條和齒扇之間的間隙調(diào)整容易進行；適合用來做整體式動力轉(zhuǎn)向器。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要應(yīng)用于商用車上。主要優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單；制造容易；強度比較高、工作可靠、壽命長；逆效率低。 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器有固定銷式和旋轉(zhuǎn)銷式兩種形式。 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點是：傳動比可以做成不變的或者變化的；工作面間隙調(diào)整容易。但銷子的工作部位磨損快、工作效率低。 要求搖臂軸有較大的轉(zhuǎn)角時，應(yīng)采用雙銷式結(jié)構(gòu)。此外，傳動比的變化特性和傳動間隙特性的變化受限制。決定采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 1轉(zhuǎn)向器的效率 功率 1P 從轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出所求得的效率稱為轉(zhuǎn)向器的正效率，用符號 η +表示，；反之稱為逆效率，用符號 ?? 表示。 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 16 正效率高，轉(zhuǎn)向輕便；但轉(zhuǎn)向器也應(yīng)具有一定逆效率，以保證轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤的自動回正能力。 1 轉(zhuǎn)向器的正效率 η + 影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有轉(zhuǎn) 向器的類型、結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。 同一類型轉(zhuǎn)向器，因結(jié)構(gòu)不同效率也不一樣。選用滾針軸承時，除滾輪與滾針之間有摩擦損失外，滾輪側(cè)翼與墊片之間還存在滑動摩擦損失，故這種軸向器的效率 η +僅有 54%。 轉(zhuǎn)向搖臂軸的軸承采用滾針軸承比采用滑動軸承可使正或逆效率提高約10%。自卸車常選用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器可一實現(xiàn)轉(zhuǎn)向系轉(zhuǎn)向輕便并具有一定逆效率的使用要求。 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 17 根據(jù)逆效率不同，轉(zhuǎn)向器有可逆式、極限可逆式和不可逆式之分。它能保證轉(zhuǎn)向輪和 轉(zhuǎn)向盤自動回正，既可以減輕駕駛員的疲勞，又可以提高行駛安全性。 查《汽車拖拉機設(shè)計手冊》知 f=。但導程角不能選得太小，一旦導程角小于摩擦角，轉(zhuǎn)向系將反行程自鎖，轉(zhuǎn)向器逆效率就為零，駕駛員完全失去路感。 將 f=， ?? ?8 帶入（ 35）， 得 η += % ?? = % 轉(zhuǎn)向系的角傳動比與力傳動比 角傳動比 轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角增量 ?? 與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角的相應(yīng)增量 ?? 之比，稱為轉(zhuǎn)向系的角傳動比 0i? ，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量 ?? 與轉(zhuǎn)向搖臂軸 轉(zhuǎn)角相應(yīng)的增量 ?? 之比，稱為轉(zhuǎn)向器的角傳動比 i? 。i i i? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? （ 36） i? ? ???? （ 37） `i? ????? （ 38） 式中： 0i? —— 轉(zhuǎn)向系的角傳動比； i? —— 轉(zhuǎn)向器的角傳動比； `i? —— 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的角傳動比； 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 18 ?? —— 轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角增量； ?? —— 轉(zhuǎn)向搖臂軸的轉(zhuǎn)角增量； ?? —— 同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量。 轉(zhuǎn)向系力傳動比 pi 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的力傳動比 `pi 等于轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向阻力矩 rM 與轉(zhuǎn)向搖臂的力矩 T 的比值。 ` rp Mi T? （ 39） 轉(zhuǎn)向系的力傳動比 pi 等于地面作用在輪胎上的阻力 wF 與作用在方向盤上的阻力 hF 之比。 輪胎給地面的阻力 wF 可以用下式表示： rw MF r? （ 312） 綜合上述三式可得： r swp hMDi Mr? （ 313） r 為主銷偏移距，常取為 倍的輪胎斷面寬度。 R 值取的太大，造成回正力矩大，操縱時轉(zhuǎn)向沉重； r 值取得小，回正力 矩會降低，不能保證汽車穩(wěn)定的回正轉(zhuǎn)向性能。 輪胎斷面寬度為 293mm， 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 19 r= ? = 方向盤直徑 swD 根據(jù)車型不同 JB450586轉(zhuǎn)向盤尺寸標準中選?。? swD =500mm； 如果忽略摩擦損失，則： 022rrhMMiMT ??? （ 314） 在前面已經(jīng)初選了： 0i? =20 所以可得轉(zhuǎn)向系力傳動比： 02 swp iDi r?? = 50020?? = 轉(zhuǎn)向系傳動間隙 轉(zhuǎn)向系的傳動間隙主要取決于轉(zhuǎn)向器的間隙特性，轉(zhuǎn)向器的傳動間隙隨轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角的改變而改變。要求轉(zhuǎn)向盤的最大自由行程從中間位置向左右兩端各不得超過 15176。 方向盤的總轉(zhuǎn)動圈數(shù) 轉(zhuǎn)向盤從一個極端位置轉(zhuǎn)到另一個極端位置時所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)稱為轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動圈數(shù)。轎車和微型車的總轉(zhuǎn)動圈數(shù)較少，一般約為 圈以內(nèi)，貨車在 圈。 車輛與動力工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 20 轉(zhuǎn)向系的校核設(shè)計 載荷計算 為了行駛安全，轉(zhuǎn)向系的各分總承和零部件必須有足夠的強度。影響這些力的主要因素有轉(zhuǎn)向軸的負荷、路面阻力和輪胎氣壓等。 精確的計算出這些力是很困難的。 PGfMr313? (315) 式中： f—— 輪胎和地面間的滑動摩擦因數(shù)，一般取 ； G1—— 轉(zhuǎn)向軸負荷（ N）； P—— 輪胎氣壓（ MPa）。所以本次設(shè)計加裝動力裝置。如 310 所示。輪輻一般為三根輻條或四根輻條，也有用兩根輻條的。轉(zhuǎn)向盤內(nèi)部是由成形的金屬骨架構(gòu)成。在汽車發(fā)生碰撞時，從安全性考慮，不僅要求轉(zhuǎn)向盤應(yīng)具有柔軟的外表皮，可起緩沖作用，而且還要求轉(zhuǎn)向盤在撞車時，其骨架能產(chǎn)生變形，以吸收沖擊能量，減輕駕駛員受傷程度。 轉(zhuǎn)向軸是連接轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向器的傳動件，并傳遞它們之間的轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)向軸從轉(zhuǎn)向柱管中穿過，支撐在柱管內(nèi)的軸承和襯套上。一旦汽車前端被碰撞，發(fā)動機艙 等后移，方向盤也隨之后移，方向盤與駕駛座椅之間的空間突然縮小，駕駛員夾在中間而受到傷害。與此相關(guān)的就是汽車吸能方向管柱技術(shù)的出現(xiàn)。轉(zhuǎn)向軸分為上、下兩段，中間用柔性聯(lián)軸器連接。銷子通過襯套與銷孔配合。與此同時，在慣性作用下駕駛員人體向前沖，致使轉(zhuǎn)向軸上的上，下凸緣盤的銷子與銷孔脫開，從而緩和了沖擊，吸收了沖擊能量，有效地減輕了駕駛員受傷的程度。