论文-节能小车的转向和制动系统设计

毕业设计报告论文报告论文题目节能小车的转向和制动系统设计作者所在系部机电工程学院作者所在专业车辆工程作者所在班级B13142作者姓名作者学号指导教师姓名完成时间2017年5月北华航天工业学院教务处制北华航天工业学院毕业论文I摘要随着产业布局、产品结构的调整，就业结构也将发生变化。企业对较高层次的第一线应用型人才的需求将明显增加，培养相当数量的具有高等文化水平的职业人才，成为迫切要求。因此熟悉汽车转向系统，熟练掌握现代化汽车转向系统的设计、操作和维护的应用型高级技术人才成为社会较紧缺、企业最需要的人才。随着汽车工业的迅速发展，转向装置的结构也有很大变化。现代汽车转向装置的设计趋势主要向适应汽车高速行驶的需要、充分考虑安全性、轻便性、低成本、低油耗、大批量专业化生产发展。本文阐述了汽车转向系统各个部分的作用、组成、主要构造、工作原理、及可能出现的故障，同时提出了对出现的故障进行维修的可行方案；采用了理论与实际相结合的方法，对每个问题都有良好的认识，对所学内容进行了良好的总结归纳，以此进一步熟悉掌握汽车转向系统的各方面知识，深化巩固所学知识，做到理论与实际相结合，在理论学习的前提下，用实际更好的理解所学内容。关键词节能小车转向制动北华航天工业学院毕业论文IIABSTRACTWITHTHEADJUSTMENTOFINDUSTRYLAYOUTANDPRODUCTSTRUCTURE,THESTRUCTUREOFEMPLOYMENTWILLCHANGETHEDEMANDFORHIGHERLEVELFRONTLINETALENTSWILLINCREASEOBVIOUSLY,ANDITWILLBEURGENTTOTRAINALARGENUMBEROFPROFESSIONALTALENTSWITHHIGHEREDUCATIONALLEVELTHEREFORE,FAMILIARWITHTHEAUTOMOBILESTEERINGSYSTEM,SKILLEDGRASPOFMODERNAUTOMOBILESTEERINGSYSTEMDESIGN,OPERATIONANDMAINTENANCEOFAPPLICATIONOFADVANCEDTECHNICALPERSONNEL,BECOMEMORESCARCESOCIETY,THEMOSTNEEDEDTALENTSWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFTHEAUTOMOBILEINDUSTRY,THESTRUCTUREOFTHESTEERINGDEVICEHASALSOCHANGEDGREATLYTHEDESIGNTRENDOFMODERNAUTOMOBILESTEERINGDEVICEISMAINLYTOMEETTHENEEDSOFHIGHSPEEDVEHICLE,FULLYCONSIDERTHESAFETY,PORTABILITY,LOWCOST,LOWFUELCONSUMPTIONANDMASSPRODUCTIONTHISPAPEREXPOUNDSTHEFAULTOFTHEVARIOUSPARTSOFTHESYSTEMFUNCTION,COMPOSITION,MAINSTRUCTURE,WORKINGPRINCIPLE,ANDPOSSIBLESTEERING,ANDPUTSFORWARDTHEFEASIBLESCHEMEFORTHEMAINTENANCEOFTHEFAULTUSINGTHEMETHODOFCOMBININGTHEORYANDPRACTICE,HAVEAGOODUNDERSTANDINGOFEACHPROBLEM,AGOODSUMMARYTOSTUDYTHECONTENT,INORDERTOFURTHERFAMILIARWITHTHEAUTOMOTIVESTEERINGSYSTEMOFALLASPECTSOFKNOWLEDGE,DEEPENCONSOLIDATEKNOWLEDGE,ACHIEVETHECOMBINATIONOFTHEORYANDPRACTICE,INTHEPREMISEOFTHEORYSTUDY,WITHPRACTICETOBETTERUNDERSTANDTHECONTENTKEYWORDSENERGYSAVINGCARSTEERINGBRAKING北华航天工业学院毕业论文1目录第1章绪论411汽车转向系统412汽车转向系统概述413转向系统简介及工作原理5131转向操纵机构6132机械转向器7133转向传动机构7第2章节能小车制动系统设计1021制动器的选择1022制动系统的布置形式1023制动总成的相关计算1124制动系统的安装与固定12241制动手柄的固定12242刹车线的固定13243制动器的安装与固定13第3章机械式转向器方案分析1431齿轮齿条式转向器1432循环球式转向器1533蜗杆滚轮式转向器1734蜗杆指销式转向器17第4章转向系的主要性能参数1841转向系的效率18411转向器的正效率18412转向器的逆效率1942传动比变化特性20421转向系传动比20北华航天工业学院毕业论文2422力传动比与转向系角传动比的关系20423转向器角传动比的选择2143转向器传动副的传动间隙T2244转向盘的总转动圈数22第5章转向器设计计算2451转向系计算载荷的确定2452转向器设计25521参数的选取25522计算参数2553循环球式转向器零件强度计算26531钢球与滚道之间的接触应力26532转向摇臂直径的确定26第6章动力转向机构设计2761对动力转向机构的要求2762转向机构的计算27621尺寸计算27622分配阀的参数选择与设计计算2863动力转向的评价指标31第7章转向传动机构设计3371转向传送机构的臂、杆与球销3472杆件设计结果35结论36致谢37参考文献38北华航天工业学院毕业论文3第1章绪论11节能小车转向系统用来改变或保持车辆行驶或倒退方向的一系列装置称为转向系统STEERINGSYSTEM。转向系统的功能就是按照驾驶员的意愿控制车的行驶方向。转向系统对车辆的行驶安全至关重要，因此转向系统的零件都称为保安件。转向系统和制动系统都是车辆安全必须要重视的两个系统。12节能小车转向系统概述节能小车在行驶的过程中,需按驾驶员的意志改变其行驶方向。就轮式汽车而言,实现汽车转向的方法是,驾驶员通过一套专设的机构,使汽车转向桥一般是前桥上的车轮转向轮相对于汽车纵横线偏转一定角度。这一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，即称为汽车转向系统。汽车转向系统分为两大类机械转向系统和动力转向系统。机械转向系统完全靠驾驶员手力操纵的转向系统。动力转向系统借助动力来操纵的转向系统。动力转向系统又可分为液压动力转向系统和电动助力动力转向系统。13转向系统简介及工作原理机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的。机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成如图11所示。北华航天工业学院毕业论文4图11转向系统结构上图是一种机械式转向系统。驾驶员对转向盘施加的转向力矩通过转向轴输入转向器。从转向盘到转向传动轴这一系列零件即属于转向操纵机构。作为减速传动装置的转向器中有级减速传动副。经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向横拉杆，再传给固定于转向节上的转向节臂，使转向节和它所支承的转向轮偏转，从而改变了汽车的行驶方向。这里，转向横拉杆和转向节臂属于转向传动机构。131转向操纵机构转向操纵机构由方向盘、转向轴、转向管柱等组成，它的作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。132机械转向器机械转向器也常称为转向机是完成由旋转运动到直线运动或近似直线运动的一组齿轮机构，同时也是转向系中的减速传动装置。目前较常用的有齿轮齿条式、循环球曲柄指销式、蜗杆曲柄指销式、循环球齿条齿扇式、蜗杆滚轮式等。133转向传动机构转向传动机构的功用是将转向器输出的力和运动传到转向桥两侧的转向节，使两侧转向轮偏转，且使二转向轮偏转角按一定关系变化，以保证汽车转向时车轮与地面的相对滑动尽可能小。1331汽车转向原理汽车转向时，要使各车轮都只滚动不滑动，各车轮必须围绕一个中心点O转动，如图12显然这个中心要落在后轴中心线的延长线上，并且左、右前轮也必须以这个中心点O为圆心而转动。为了满足上述要求，左、右前轮的偏转角应满足如下关系LBCOTCOT北华航天工业学院毕业论文5图12转向角由转向中心O到外转向轮与地面接触点的距离，称为车转弯半径。转弯半径越小，则汽车转向所需场地就越小。当外转向轮偏转角达到最大值时，转弯半径R最小。1332转向直拉杆转向直拉杆的作用是将转向摇臂传来的力和运动传给转向梯形臂或转向节臂。它所受的力既有拉力、也有压力，因此直拉杆都是采用优质特种钢材制造的，以保证工作可。直拉杆的典型结构如图13在转向轮偏转或因悬架弹性变形而相对于车架跳动时，转向直拉杆与转向摇臂及转向节臂的相对运动都是空间运动，为了不发生运动干涉，上述三者间的连接都采用球销。北华航天工业学院毕业论文6图13直拉杆的典型结构1螺母2球头销3橡胶防尘垫4螺塞5球头座6压缩弹簧7弹簧座8油嘴9直拉杆体10转向摇臂球头销1333转向减振器随着车速的提高，现代汽车的转向轮有时会产生摆振（转向轮绕主销轴线往复摆动，甚至引起整车车身的振动），这不仅影响汽车的稳定性，而且还影响汽车的舒适性、加剧前轮轮胎的磨损。在转向传动机构中设置转向减振器是克服转向轮摆振的有效措施。转向减振器的一端与车身（或前桥）铰接，另一端与转向直拉杆（或转向器）铰接。图14减振器1连接环衬套2连接环橡胶套3油缸4压缩阀总成5活塞及活塞杆总成6导向座7油封8挡圈9轴套及连接环总成10橡胶储液缸北华航天工业学院毕业论文7第2章节能小车制动系统设计21制动器的选择节能车的宗旨是节能减排，所以在满足制动力要求的情况下，要求制动系统的重量最轻。综合以上考虑，初步采用自行车用V形刹（图21）和自行车用V刹（图22）作为节能车用制动器。V形刹价格相对低廉，重量相对轻，配合V刹边强化后的车圈，仍然会相对轻一些；性能容易调节和使用。碟刹价格昂贵，其中优质油碟均在千元以上，重量相对重，虽然有车圈轻量化的优势，但是综合而言，相对较重；性能安装、调试比较复杂，但是磨合后工作相当稳定，不易受外界条件影响。制动力强劲，适合所有条件的骑行，抱死临界域宽。两种制动器各有优缺点，都满足节能车的使用要求。图21自行车用V形刹图22自行车用碟刹22制动系统的布置形式根据节能车的总体布置，节能车的车轮是前两轮和后一轮的布置形式。在这种车轮布置形式下，节能车制动系统有三种布置方案分别为前左右两轮用碟刹制动器、后轮用两个自行车用V形刹制动器、后轮用一个V形刹和一个碟刹。制动系统由大赛规则确定要求即在11的斜坡上能保证停留，而且制动系统对平时训练整车的操作安全性有很高的保证。经过综合比较研究决定采用两套高效V形刹制动器，因为其价格相对便宜质量与其他制动件相对较轻。因为前轴的定位尺寸控制严格所以决定采用后刹系统。北华航天工业学院毕业论文823制动总成的相关计算制动力的确定应该保证节能车在满载情况下于11斜坡上能完全制动，即沿斜面分力同制动力平衡。GSINGCOSF21式中GGMG11F滑动阻力系数F10已知SIN11019COS11098通过汽车理论知识分析可以得到如下关系式FXBFFZ22FXBTUR23式中FXB地面制动力F附着力FZ车轮给地面的法向反作用力附着系数TU摩擦片与鼓盘的制动力矩R车轮半径已知FXBGSIN019100981862NR250MMTM根据以上的计算可以确定所需采购的制动闸的最小制动力，以达到计算要求为优。自行车闸的扳手可以抽象成一个杠杆的力学模型，如右图所示。钢索一端连在杠杆上的B点，另一端连在曲梁上,当人在A端用力时,钢索被拉动。设人在刹车时用力集中于一点A，刚索拉力集中于B点，O点为转轴,可得力矩平衡方程F2L2F1L10计算得F2F1L1/L2,由于L1L2约为31，可知F2F1约为3；1。即扳手可以简化成一个省力杠杆的模型，使人用较小的力捏闸时，也可以对钢索施加较大的拉力，以这个较大的拉力带动刹皮压紧车轮，从而产生摩擦力。自行车V型刹制动器也可以抽象为图1所示的一个杠杆的力学模型，杠杆北华航天工业学院毕业论文9比为41，传力比为14。根据调查人的握力至少为20KG即200N,综合扳手和制动器的杠杆比,传送到制动闸上的制动力至少为4800N，远远满足设计要求。24制动系统的安装与固定241制动手柄的固定制动手柄的固定参照自行车上扳手的固定方式，通过紧固螺丝将制动手柄安装在节能车把手上。242刹车线的固定根据大赛规则，刹车装配线等结构需要从车内穿过，以免与地面接触造成摩擦。刹车线需要通过扎带固结在车架上，防止与地面接触。243制动器的安装与固定通过用防松螺栓螺母紧固的方式，将制动器固定在车架上，部分地方采用铆接的方式。北华航天工业学院毕业论文10第3章机械式转向器方案分析31齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器由与转向轴做成一体的转向齿轮和常与转向横拉杆做成一体的齿条组成。与其他形式的转向器比较，齿轮齿条式转向器最主要的优点是结构简单、紧凑；壳体采用铝合金或镁合金压铸而成，转向器的质量比较小；传动效率高达90；齿轮与齿条之间因磨损出现间隙以后，利用装在齿条背部、靠近主动小齿轮处的压紧力可以调节的弹簧。能自动消除齿间间隙，这不仅可以提高转向系统的刚度。还可以防止工作时产生冲击和噪声；转向器占用的体积小；没有转向摇臂和直拉杆，所以转向轮转角可以增大；制造成本低。齿轮齿条式转向器的主要缺点是因逆效率高，汽车在不平路面上行驶时，发生在转向轮与路面之间冲击力的大部分能传至转向盘，称之为反冲。反冲现象会使驾驶员精神紧张，并难以准确控制汽车行驶方向，转向盘突然转动又会造成打手，同时对驾驶员造成伤害。根据输入齿轮位置和输出特点不同，齿轮齿条式转向起有四种形式中间输入，两端输出；侧面输入，两端输出；侧面输入，中间输出；侧面输入，一端输出。采用侧面输入，中间输出方案时，与齿条连的左，右拉杆延伸到接近汽车纵向对称平面附近。由于拉杆长度增加，车轮上、下跳动时拉杆摆角减小，有利于减少车轮上、下跳动时转向系与悬架系的运动干涉。拉杆与齿条用螺栓固定连接，因此，两拉杆那与齿条同时向左或右移动，为此在转向器壳体上开有轴向的长槽，从而降低了它的强度。采用两端输出方案时，由于转向拉杆长度受到限制，容易与悬架系统导向机构产生运动干涉。侧面输入，一端输出的齿轮齿条式转向器，常用在平头货车上。容易齿轮齿条式转向器采用直齿圆柱齿轮与直齿齿条啮合，则运转平稳降低，冲击大，工作噪声增加。此外，齿轮轴线与齿条轴线之间的夹角只能是直角，为此因与总体布置不适应而遭淘汰。采用斜齿圆柱齿轮与斜齿齿条啮合的齿轮齿条式转向器，重合度增加，运转平稳，冲击与工作噪声均下降，而且齿轮轴线与齿条轴线之间的夹角易于满足总体设计的要求。因为斜齿工作时有轴向力作用，所以转向器应该采用推力轴承，使轴承寿命降低，还有斜齿轮的滑北华航天工业学院毕业论文11磨比较大是它的缺点。齿条断面形状有圆形、V形和Y形三种。圆形断面齿条的制作工艺比较简单。V形和Y形断面齿条与圆形断面比较，消耗的材料少，约节省20，故质量小；位于齿下面的两斜面与齿条托座接触，可用来防止齿条绕轴线转动；Y形断面齿条的齿宽可以做得宽些，因而强度得到增加。在齿条与托座之间通常装有用减磨材料（如聚四氟乙烯）做的垫片，以减少滑动摩擦。当车轮跳动、转向或转向器工作时，如在齿条上作用有能使齿条旋转的力矩时，应选用V形和Y形断面齿条，用来防止因齿条旋转而破坏齿轮、齿条的齿不能正确啮合的情况出现。为了防止齿条旋转，也有在转向器壳体上设计导向槽的，槽内嵌装导向块，并将拉杆、导向块与齿条固定在一起。齿条移动时导向块在导向槽内随之移动，齿条旋转时导向块可防止齿条旋转。要求这种结构的导向块与导向槽之间的配合要适当。配合过紧会为转向和转向轮回正带来困难，配合过松齿条仍能旋转，并伴有敲击噪声。根据齿轮齿条式转向器和转向梯形相对前轴位置的不同，齿轮齿条式转向器在汽车上有四种布置形式转向器位于前轴后方，后置梯形；转向器位于前轴后方，前置梯形；转向器位于前轴前方，后置梯形；转向器位于前轴前方，前置梯形。齿轮齿条式转向器广泛应用于乘用车上。载质量不大，前轮采用独立悬架的货车和客车有些也用齿轮齿条式转向器。32循环球式转向器循环球式转向器有螺杆和螺母共同形成的落选槽内装钢球构成的传动副，以及螺母上齿条与摇臂轴上齿扇构成的传动副组成，如图31所示。北华航天工业学院毕业论文12图31循环球式转向器示意图循环球式转向器的优点是在螺杆和螺母之间因为有可以循环流动的钢球，将滑动摩擦转变为滚动摩擦，因而传动效率可以达到7585；在结构和工艺上采取措施后，包括提高制造精度，改善工作表面的表面粗糙度和螺杆、螺母上的螺旋槽经淬火和磨削加工，使之有足够的使用寿命；转向器的传动比可以变化；工作平稳可靠；齿条和齿扇之间的间隙调整工作容易进行，适合用来做整体式动力转向器。循环球式转向器的主要缺点是逆效率高，结构复杂，制造困难，制造精度要求高。循环球式转向器主要用于商用车上。33蜗杆滚轮式转向器蜗杆滚轮式转向器由蜗杆和滚轮啮合而构成。主要优点是结构简单；制造容易；因为滚轮的齿面和蜗杆上的螺纹呈面接触，所以有比较高的强度，工作可靠，磨损小，寿命长；逆效率低。蜗杆滚轮式转向器的主要缺点是正效率低；工作齿面磨损以后，调整啮合间隙比较困难；转向器的传动比不能变化。这种转向器曾在汽车上广泛使用过。34蜗杆指销式转向器蜗杆指销式转向器的销子如不能自转，称为固定销式蜗杆指销式转向器；销子除随同摇臂轴转动外，还能绕自身州县转动的，称为旋转销式转向器。根据销子数量不同，又有单销和双销之分。蜗杆指销式转向器的优点是转向器的传动比可以做成不变的或者变化的；指销和蜗杆之间的工作面磨损后，调整间隙工作容易进行。固定销蜗杆指销式转向器的结构简单、制造容易；但是因销子不能自转，销子的工作部位基本保持不变，所以磨损快、工作效率低。旋转销式转向器的效率高、磨损慢，但结构复杂。要求摇臂轴有较大的转角时，应该采用双销式结构。双销式转向器在直线行驶区域附近，两个销子同时工作，可降低销子上的负荷，减少磨损。当一个销子脱离啮合状态是，另一个销子要承受全部作用力，而恰恰在此位置，作用力达到最大值，所以设计师要注意核算其强度。双销与单销蜗杆指销式转向器比较，结构复杂、尺寸和质量大，并且对两主销间的位置精度、蜗杆上螺纹槽北华航天工业学院毕业论文13的形状及尺寸精度等要求高。此外，传动比的变化特性和传动间隙特性的变化受限制。蜗杆指销式转向器应用较少。第4章转向系的主要性能参数41转向系的效率功率从转向轴输入，经转向摇臂轴输出所求得的效率称为转向器的正效P1率，用符号表示，；反之称为逆效率，用符号表示。正效率计算公式（4P121）逆效率计算公式（4P322）式中，为作用在转向轴上的功率；为转向器中的磨擦功率；为作P12P3用在转向摇臂轴上的功率。正效率高，转向轻便；转向器应具有一定逆效率，以保证转向轮和转向盘的自动返回能力。但为了减小传至转向盘上的路面冲击力，防止打手，又要求此逆效率尽可能低。影响转向器正效率的因素有转向器的类型、结构特点、结构参数和制造质量等。411转向器的正效率影响转向器正效率的因素有转向器的类型、结构特点、结构参数和制造质量等。北华航天工业学院毕业论文14（1）转向器类型、结构特点与效率在四种转向器中，齿轮齿条式、循环球式转向器的正效率比较高，而蜗杆指销式特别是固定销和蜗杆滚轮式转向器的正效率要明显的低些。同一类型转向器，因结构不同效率也不一样。如蜗杆滚轮式转向器的滚轮与支持轴之间的轴承可以选用滚针轴承、圆锥滚子轴承和球轴承。选用滚针轴承时，除滚轮与滚针之间有摩擦损失外，滚轮侧翼与垫片之间还存在滑动摩擦损失，故这种轴向器的效率仅有54。另外两种结构的转向器效率分别为70和75。转向摇臂轴的轴承采用滚针轴承比采用滑动轴承可使正或逆效率提高约10。（2）转向器的结构参数与效率如果忽略轴承和其经地方的摩擦损失，只考虑啮合副的摩擦损失，对于蜗杆类转向器，其效率可用下式计算（43）TAN0式中，A0为蜗杆（或螺杆）的螺线导程角；为摩擦角，ARCTANF；F为磨擦因数。412转向器的逆效率根据逆效率不同，转向器有可逆式、极限可逆式和不可逆式之分。路面作用在车轮上的力，经过转向系可大部分传递到转向盘，这种逆效率较高的转向器属于可逆式。它能保证转向轮和转向盘自动回正，既可以减轻驾驶员的疲劳，又可以提高行驶安全性。但是，在不平路面上行驶时，传至转向盘上的车轮冲击力，易使驾驶员疲劳，影响安全行驾驶。属于可逆式的转向器有齿轮齿条式和循环球式转向器。不可逆式和极限可逆式转向器不可逆式转向器，是指车轮受到的冲击力不能传到转向盘的转向器。该冲击力转向传动机构的零件承受，因而这些零件容易损坏。同时，它既不能保证车轮自动回正，驾驶员又缺乏路面感觉，因此，现代汽车不采用这种转向器。极限可逆式转向器介于可逆式与不可逆式转向器两者之间。在车轮受到冲击力作用时，此力只有较小一部分传至转向盘。如果忽略轴承和其它地方的磨擦损失，只考虑啮合副的磨擦损失，则逆效率可用下式计算北华航天工业学院毕业论文15（40TAN4）式（43）和式（44）表明增加导程角，正、逆效率均增大。受A0增大的影响，不宜取得过大。当导程角小于或等于磨擦角时，逆效率为0负值或者为零，此时表明该转向器是不可逆式转向器。为此，导程角必须大于磨擦角。42传动比变化特性421转向系传动比转向系的传动比包括转向系的角传动比和转向系的力传动比。转向系0IPI的力传动比（4FIWP/25）转向系的角传动比（46）KKWDTI/0转向系的角传动比由转向器角传动比和转向传动机构角传动比组成，0III即（47）I0转向器的角传动比（48）PPWDTI/22转向传动机构的角传动比（49）KPKPKDTI/1422力传动比与转向系角传动比的关系转向阻力与转向阻力矩的关系式FWMR北华航天工业学院毕业论文16（410）AMFWR作用在转向盘上的手力与作用在转向盘上的力矩的关系式HH（411）SWHD2将式（410）、式（411）代入后得到HWPFI/2（412）AMIHSWRP如果忽略磨擦损失，根据能量守恒原理，2MR/MH可用下式表示（402IDKHR13）将式（410）代入式（411）后得到（4ADISWP2014）当A和DSW不变时，力传动比越大，虽然转向越轻，但也越大，表明PI0I转向不灵敏。423转向器角传动比的选择转向器角传动比可以设计成减小、增大或保持不变的。影响选取角传动比变化规律的主要因素是转向轴负荷大小和对汽车机动能力的要求。若转向轴负荷小或采用动力转向的汽车，不存在转向沉重问题，应取较小的转向器角传动比，以提高汽车的机动能力。若转向轴负荷大，汽车低速急转弯时的操纵轻便性问题突出，应选用大些的转向器角传动比。汽车以较高车速转向行驶时，要求转向轮反应灵敏，转向器角传动比应当小些。汽车高速直线行驶时，转向盘在中间位置的转向器角传动比不宜过小。否则转向过分敏感，使驾驶员精确控制转向轮的运动有困难。转向器角传动比变化曲线应选用大致呈中间小两端大些的下凹形曲线，如图41所示。北华航天工业学院毕业论文17图41转向器角传动比变化特性曲线43转向器传动副的传动间隙T传动间隙是指各种转向器中传动副之间的间隙。该间隙随转向盘转角的大小不同而改变，并把这种变化关系称为转向器传动副传动间隙特性（图42）。研究该特性的意义在于它与直线行驶的稳定性和转向器的使用寿命有关。传动副的传动间隙在转向盘处于中间及其附近位置时要极小，最好无间隙。若转向器传动副存在传动间隙，一旦转向轮受到侧向力作用，车轮将偏离原行驶位置，使汽车失去稳定。传动副在中间及其附近位置因使用频繁，磨损速度要比两端快。在中间附近位置因磨损造成的间隙过大时，必须经调整消除该处间隙。为此，传动副传动间隙特性应当设计成图42所示的逐渐加大的形状。图42转向器传动副传动间隙特性转向器传动副传动间隙特性图中曲线1表明转向器在磨损前的间隙变化特性；曲线2表明使用并磨损后的间隙变化特性，并且在中间位置处已出现较大间隙；曲线3表明调整后并消除中间位置处间隙的转向器传动间隙变化特性。44转向盘的总转动圈数转向盘从一个极端位置转到另一个极端位置时所转过的圈数称为转向盘的总转动圈数。它与转向轮的最大转角及转向系的角传动比有关，并影响转向的操纵轻便性和灵敏性。北华航天工业学院毕业论文18第5章转向器设计计算51转向系计算载荷的确定为了保证行驶安全，组成转向系的各零件应有足够的强度。欲验算转向系零件的强度，需首先确定作用在各零件上的力。影响这些力的主要因素有转向轴的负荷，地面阻力和轮胎气压等。为转动转向轮要克服的阻力，包括转向轮绕主销转动的阻力、车轮稳定阻力、轮胎变形阻力和转向系中的内摩擦阻力等。精确地计算这些力是困难的，为此推荐用足够精确的半经验公式来计算汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转向阻力距（NMM,即MR51PFGR1314762329NMM式中，F为轮胎和路面见的摩擦因素，一般取07；为转向轴负荷1（N）P为轮胎气压（MPA）。作用在转向盘上的手力为（52）IDLMFSWRH214154N式中，为转向摇臂长；为转向节臂长；为转向盘直径；为转12SWI向器角传动比；为转向器正效率。北华航天工业学院毕业论文1952转向器设计521参数的选取摇臂轴直径/MM26钢球中心距D/MM25螺杆外径/MMD123钢球直径D/MM5556螺距P/MM8731工作圈数W15螺母长度L/MM45导管壁厚/MM15钢球直径与导管内径之间的间隙E/MM05螺线导程角/0A7法向压力角/20接触角/45环流行数2522计算参数1螺母内径应大于，一般要求D21北华航天工业学院毕业论文20（5D105123）（510）D2582521272钢球数量NN个（519256DDWCOS0A4）22个3滚道截面半径R2R（051053）D05255562889MM（525）53转向器零件强度计算531接触应力K（532RREF6）225334式中，K为系数，根据A/B值查表，A（1/R）1/2,B1/R1/2R1R/2为滚道截面半径，K取2271；R为钢球半径；为螺杆外径；E为材料弹2R1性模量，等于2110MP；为钢球与螺杆之间的正压力，即5A3F（53ONCS027）34243式中，为螺杆螺线的导程角；为接触角；N为参与工作的钢球数；0AO为作用在螺杆上的轴向力当接触表面硬度为5864HRC；拍时，许用接触F2应力2500MPA北华航天工业学院毕业论文21由于,因此满足强度。532转向摇臂直径的确定转向摇臂直径D为02RKMD式中，K为安全系数，根据汽车使用条件不同可取2535；为转向阻R力矩；为扭转强度极限。0摇臂轴用20CRMNTI钢制造，表面渗碳，渗碳层深度在0812MM。对于前轴负荷大的汽车，渗碳层深度为105145MM。表面硬度为5863HRC第6章转向机构设计61对转向机构的要求1运动学上应保持转向轮转角和驾驶员转动转向盘的转角之间保持一定的比例关系。2随着转向轮阻力的增大（或减小），作用在转向盘上的手力必须增大（或减小），称之为“路感”。3当作用在转向盘上的切向力00250190KN时，动力转向器就应开FH始工作。4转向后,转向盘应自动回正，并使汽车保持在稳定的直线行驶状态。5工作灵敏，即转向盘转动后，系统内压力能很快增长到最大值。6动力转向失灵时，仍能用机械系统操纵车轮转向。7密封性能好，内、外泄漏少。北华航天工业学院毕业论文2262转向机构的计算621尺寸计算动力缸的主要尺寸有动力缸内径、活塞行程、活塞杆直径和动力缸体壁厚。动力缸产生的推力F为（61）L1式中，为转向摇臂长度；L为转向摇臂轴到动力缸活塞之间的距离。1因为动力缸活塞两侧的工作面积不同，应按较小一侧的工作面积来计算，即（62）42DDPS式中，D为动力缸内径；为活塞杆直径，初选035D，压力PDPP63MPA。联立式61和式（62）后得到（6LFP213）所以D22MM活塞行程是车轮转制最大转角时，由直拉杆的的移动量换算到活塞杆处的移动量得到的。活塞厚度可取为B03D。动力缸的最大长度S为64DS1306501130MM动力缸壳体壁厚T,根据计算轴向平面拉应力来确定，即Z（6NDTPSZ425）式中，P为油液压力；D为动力缸内径；T为动力缸壳体壁厚；N为安全系数，N3550为壳体材料的屈服点。壳体材料用球墨铸铁采用SQT50005，抗拉强度为500MPA,屈服点为350MPA。T5MM活塞杆用45刚制造，为提高可靠性和寿命，要求表面镀铬并磨光。北华航天工业学院毕业论文23622分配阀的参数选择与设计计算分配阀的要参数有滑阀直径D、预开隙密封长度、滑阀总移动量E、E12滑阀在中间位置时的液流速度V、局部压力降和泄漏量等。1油泵排量与油罐容积的确定转向油泵的排量应保证转向动力缸能比无动力转向时以更高的转向时汽车转向轮转向，否则动力转向反而会形成快速转向的辅加阻力。油泵排量要达到这一要求，必须满足如下不等式DDTSCVQ241式中Q油泵的计算排量；油泵的容积，计算时一般取075085；VV泄漏系数，005010；动力缸缸径；DC动力缸活塞移动速度；DTS/TS/0TANHS式中转向盘转动的最大可能频率，计算时对轿车取1517则NHNHS1动力转向系的油泵排量Q可表达为VHSCDDQ14TA026647L/S2预开隙E1预开隙，为滑阀处于中间位置时分配阀内各环形油路沿滑阀轴向的开启量，也是为使分配阀内某油路关闭所需的滑阀最小移动量。值过小会使油液E1常流时局部阻力过大；值过大则转向盘需转过一个大的角度才能使动力缸E1工作，转向灵敏度低。一般要求转向盘转角时滑阀就移动的距离。521北华航天工业学院毕业论文2467E1T360T5202MM式中相应的转向盘转角，（）；T转向螺杆的螺距，MM3滑阀总移动量滑阀总移动量E过大时，会使转向盘停止转动后滑阀回到中间位置的行程长，致使转向车轮停止偏转的时刻也相应“滞后”，从而使灵敏度降低；如E值过小，则使密封长度过小导致密封不严，这就容易产生油液泄漏致使12进、回油路不能完全隔断而使工作油液压力降低和流量减少。通常，当滑阀总移动量为E时，转向盘允许转动的角度约为20左右。68T3602049MM4局部压力降P当汽车宜行时，滑阀处于中间位置，油液流经滑阀后再回到油箱。油液流经滑阀时产生的局部压力降MPA为（6VP24210839）式中油液密度，KG/M3局部阻力系数，通常取30；V油液的流速，M/S。的允许值为003004MPA。P5油液流速的允许值V由于的允许值003004MPA,代入上式，则可得到油液流速的允许P值北华航天工业学院毕业论文25V610SMP/3856481306滑阀直径DVVDEQ1MAX1MAX7362611110MM式中溢流阀限制下的油液最大排量，L/MIN,般约为发动机怠速时油QMAX泵排量的15倍；预开隙，MME1V滑阀在中间位置时的油液流速，M/S7滑阀在中间位置时的油液流速V612EQDDV1MAX1MAX73625M/S8分配阀的泄漏量Q（6EP23113）226CM/S01式中滑阀也阀体建的径向间隙，一般00005000125CM滑阀进、出口油液的压力差；PD滑阀直径；密封长度；E2油液的动力粘度。北华航天工业学院毕业论文2663转向的评价指标动力转向器的作用效能用效能指标来评价动力转向器的作用效能。现有动力转向器的FHS效能指标S115。路感驾驶员的路感来自于转动转向盘时，所要克服的液压阻力。液压阻力等于反作用阀面积与工作液压压强的乘积。在最大工作压力时，轿车换算以转向盘上的力增加约3050N。转向灵敏度转向灵敏度可以用转向盘行程与滑阀行程的比值来评价I6142DSWI比值越小，则动力转向作用的灵敏度越高。I动力转向器的静特性动力转向器的静特性是指输入转矩与输出转矩之间的变化关系曲线，是用来评价动力转向器的主要特性指标。因输出转矩等于油压压力乘以动力缸工作面积和作用力臂，对于已确定的结构，后两项是常量，所以可以用输入转矩M与输出油压P之间的变化关系曲线来表示动力转向的静特性，如图61示。常将静特性曲线划分为四个区段。在输入转矩不大的时候，相当于图中A段；汽车原地转向或调头时，输入转矩进入最大区段（图中C段）；B区段属常用快速转向行驶区段；D区段曲线就表明是一个较宽的平滑过渡区间。要求动力转向器向右转和向左转的静特性曲线应对称。对称性可以评价滑阀的加工和装配质量。要求对称性大于085。北华航天工业学院毕业论文27图61静特性曲线分段示意图第7章转向传动机构设计转向传动机构是由转向摇臂至左、右转向车轮之间用来传递力及运动的转向杆、臂系统。其任务是将转向器输出端的转向摇臀的摆动转变为左、右转北华航天工业学院毕业论文28向车轮绕其转向主销的偏转，并使它们偏转到绕同一瞬时转向中心的不向轨迹圆上，实现车轮无滑动地滚动转向。为了使左、右转向车轮偏转角之间的关系能满足这一汽车转向运动学的要求，则要由转向传动机构中的转向梯形机构的精确设计来保证。非独立悬架汽车的转向系中，转向传动机构由转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂、两个相同的转向梯形臂和转向横拉杆组成。后者与左、右转向梯形臂又组成转向梯形机构。转向器在汽车上应这样安置首先应使转向摇臂下端与纵拉杆铰接的球头中心在转向过程中是在平行于汽车纵向平面的平面内移动在图71A中为了清楚地表明杆、臂间的连接关系，已将该球心所在乎面移至该图平面上；其次，为了使转向纵拉杆与纵置钢板弹簧协调运动以避免转向车轮的摆振，如图72所示，转向摇臂下端的球头中心B应尽量与转向节臂与纵拉杆铰接球头中心的摆动中心重合。A2O2图71与非独立悬架转向轮匹配是转向系简图图72转向纵拉杆与纵置钢板弹簧的运动协调分析71转向传送机构的臂、杆与球销转向摇臂、转向节臂和梯形臂由中碳钢或中碳合金钢如35CR，40，40CR和40CRNI用模锻加工制成。多采用沿其长度变化尺寸的椭圆形截面以合理地利北华航天工业学院毕业论文29用材料和提高其强度与刚度。转向摇臂与转向摇臂轴用三角花键联接，且花键轴与花键孔具有一定的锥度以得到无隙配合，装配时花键轴与孔应按标记对中以保证转向摇臂的正确安装位置。转向摇臂的长度与转向传动机构的布置及传动比等因素有关，一般在初选时对小型汽车可取100150MM，我的设计尺寸为140MM。转向传动机构的杆件应选用刚性好、质量小的20、30或35号钢的无缝钢管制造，其沿长度方向的外形可根据总布置的需要确定。转向传动机构的各元件间采用球形铰接球形铰接的主要特点是能够消除由于铰接处的表而磨损而产生的间隙，也能满足两铰接件间复杂的相对运动。在现代球形铰接的结构中均是用弹簧将球头与衬垫压紧。弹簧沿拉杆轴线压紧的结构制造容易，常为中、重型载货汽车所采用。但这种结构有明显的缺点，即弹簧的压紧力必须显著地大于汽车在最坏的行驶条件下作用于拉杆上的轴向力，这对于球头和衬垫的寿命也有不利的影响。弹簧沿球销轴线压紧的结构无上述缺点。在这种结构中弹簧的弹性压紧力必须显著地大于由于车轮通过不平路面而产生的作用于拉杆的最大垂向惯性力。以免在球形铰接处出现间隙。整体式转向横拉杆两端和分段式横拉杆左右边杆外端的球形铰接应作为单独组件，组装好后以其壳体上的螺纹旋到杆的端部。以使杆长可调以便用于调节前束。其他杆端的球形铰接，其外壳应与杆件制成一个整体。球头与衬垫需润滑，并应采用有效结构措施保持住润滑材料及防止灰尘污物进入。球销与衬垫均采用低碳合金钢如12CRNI3A，18MNTI，或20CRN制造，工作表面经渗碳淬火处理，渗碳层深1530MM，表面硬度HRC5663。允许采用中碳钢40或45制造并经高频淬火处理，球销的过渡圆角处则用滚压工艺增强。球形铰接的壳体则用钢35或40制造。为了提高球头和衬垫工作表面的耐磨性，可采用等离子或气体等离子金属喷镀工艺；对于轿车亦可采用耐磨性好的工程塑料制造衬垫。后者在制造过程中可渗入专门的成分例如尼龙二硫化钼，对这类衬垫则可免去润滑。72杆件设计结果转向摇臂/MM1