货车转向器毕业设计定稿,绝对原创,供大家参考

目录第一章绪论311课题背景3111转向器发展历史3112现代汽车转向器现状4113未来汽车转向装置的发展趋势512研究课题及意义5第二章汽车转向系的组成及分类621汽车转向系统简介622汽车转向器的分类7221齿轮齿条式转向器7222蜗杆曲柄销式转向器7223循环球式转向器7224齿轮齿条液压助力转向器823转向系统常见故障8231方向跑偏8232方向摆头8233转弯时转向沉重8234转弯时转向不足824机械式转向系825动力转向器926选型9第三章转向系主要性能参数1031转向器的效率10311转向器的结构参数和效率1032传动比的变化特性11321转向系传动比11322力传动比与转向系角传动比的关系11323转向系的角传动比0I12324转向器角传动比及其变化规律1233转向盘自由行程13331对转向盘自由行程的认识13332转向盘自由行程过大的原因13第四章转向器总成方案分析1441转向器设计要求1442转向器总成方案设计14第五章循环球式转向器主要尺寸参数的选择1651螺杆、钢球、螺母传动副设计18511钢球中心距D螺杆外径1D螺母内径2D18512钢球直径D及数量N18513滚道截面18514接触角19515螺距P和螺旋线导程角019516工作钢球圈数W1952齿条、齿扇传动副设计20第六章转向器的计算和校核2261循环球式转向器零件的强度计算22611钢球与滚道间的接触应力J23612齿的弯曲应力W23613转向摇臂轴直径的确定24第七章设计小结25参考文献26致谢错误未定义书签。1摘要当今汽车转向系统从过去的普通机械式发展到动力转向，一直到现代汽车电子控制动力转向，逐步地发展和完善。汽车转向系统的技术状况对于保证汽车行驶安全、减轻驾驶员劳动强度、提高运输效率和延长车辆使用寿命均有着十分重要的作用。因此，它在汽车的使用、维护和修理中占有重要的位置。改善汽车的操纵稳定性，提高它的可靠性，也成为汽车生产企业和广大技术人员所追求的一个目标。本文以EQ1090型货车为研究对象，在分析其结构组成、工作原理、运动特点以及典型应用的基础上，根据GB176751999汽车转向系强制性标准以及QC/T290971992汽车行业推荐标准对现有的转向器进行了改进和重新设计，采用循环球式结构转向器,它不仅比EQ1090型汽车原载的曲柄双销式转向器操纵轻便,而且耐磨性好,使用寿命长,调整也较方便。循环球式转向器目前在卡车和运动型多功能车上得到了广泛应用。设计中还对转向器零件强度进行了校核，完成了相关的计算，运用二维设计软件AUTOCAD进行了工程图纸的绘图关键词EQ1090货车；循环球转向器；改进与重新设计2ABSTRACTMODERNAUTOMOBILESTEERINGSYSTEMENJOYSALONGHISTORYOFDEVELOPMENTANDPERFECTIONFROMTHEEARLIESTGENERALMECHANICALSYSTEMANDTHELATERPOWERASSISTEDSYSTEM,ITCONSTITUTESTHEELECTRONICCONTROLPOWERASSISTEDSYSTEMTHETECHNICALCONDITIONOFAUTOMOBILESTEERINGSYSTEMOCCUPIESAPRIMARYROLEINVEHICLERUNNINGSAFETY,REDUCINGDRIVERSLABORINTENSITY,TRANSPORTEFFICIENCY,ANDVEHICLESERVICELIFE,WITHGREATIMPORTANCEDURINGTHEPROCESSOFUSE,MAINTENANCEANDRESTORATIONTHEREFORE,ENTERPRISESANDTECHNICIANSHAVEMADELONGTIMEEFFORTSTOIMPROVEHANDLINGSTABILITYANDRELIABILITYTHISSTUDYTARGETSONEQ1090VAN,WITHTHEANALYSISOFITSSTRUCTURE,WORKINGPRINCIPLE,MOTIONCHARACTERISTICSANDTYPICALAPPLICATIONONTHEBASISOFGB176751999COMPULSORYSTANDARDSOFSTEERINGSYSTEMANDQC/T290971992RECOMMENDEDSTANDARDSBYAUTOMOBILEINDUSTRY,THEAUTHORTRIESTOIMPROVEANDREDESIGNTHESTEERINGGEAR,WITHTHEADOPTIONOFBALLTYPECIRCULATINGSTRUCTURE,WHICHHASBEENWIDELYUSEDINTRUCKSANDSUVS,WITHADVANTAGESSUCHASSIMPLEROPERATION,LONGERSERVICELIFE,EASIERADJUSTMENTOVERTHEFORMERPINTYPECRANKSTEERINGGEARTHEDESIGNALSOCOMPLETESNOTONLYTHESTRENGTHCOMPUTATIONOFCOMPONENTS,BUTALSOTHEENGINEERINGDRAWINGSWITHTHEUSEOFAUTOCADSOFTWAREKEYWORDSEQ1090VAN；RECIRCULATINGBALLMECHANISM；IMPROVEANDREDESIGN3第一章绪论11课题背景111转向器发展历史100多年前,汽车刚刚诞生初期,其转向操纵是仿照马车和自行车的转向方式,即用一个操纵杆或手柄来使前轮偏转以实现转向。由于操纵费力且不可靠,以致时常发生车毁人亡的事故。第一辆不用马拉的四轮车问世时,它已经把前桥和前轮组成了一个总成。此总成安装在枢轴上,可以绕前桥中心的一个点转动,利用一个杆柱,连接前桥的中点,通过地板往上延伸,方向盘就紧固在杆柱上端,以此操纵汽车。这种装置在汽车车速不超过马车的速度时还是很好使用的,但当车速提高后,驾驶员就要求提高转向的准确性,以减少轮胎的磨损,提高轮胎的使用寿命。现代汽车的转向装置一直在逐步地改进和完善，最早的减速机构是采用蜗轮副传动。它被装在转向柱的末端。蜗杆驱动另一个蜗轮,再由蜗轮转动与转向臂连接的轴。蜗轮副被装配在铸铁壳里,这个壳被固定在汽车的大梁上。基本蜗轮副的减速机构在汽车工业中应用已有很多年了,但还有两种结构是值得注意的。一是于1908年投产的美国福特T型车,它所采用的转向齿轮就是另一种类型的结构行星齿轮转向器福特装置了一套周转或行星轮系,把齿轮安装在减速器壳体内直接固定到方向盘的下方,行星齿轮盘架直接驱动紧固在转轴上的主齿轮。这就把转向装置置于驾驶员的手下方,即转向柱的上端,而不是在转向柱的下端。1923年,美国底特律的亨利马尔斯HENRYMARLES为了减少蜗轮副和滚轮轴之间的接触摩擦力,在两者之间接触处放置滚珠支承,这就出现了滚珠蜗轮转向器。这种形式的转向器就成为现在大家所熟知的循环球式转向器,它目前仍很广泛地在汽车上应用。所谓“现代”齿轮齿条式转向器,是奔驰于1885年首先采用的。这种形式的转向器同样也使用在1905年的凯迪拉克和1911一1920年间制造的许多其它形式的汽车上。20世纪初汽车已经是一个沉重而又高速疾驶的车辆,充气轮胎代替了实心车轮。由于转向柱直接与转向节连接,所以转动车轮是很费劲的。即使是一个健壮的驾驶员,要控制转向仍然是很劳累的事情,因此,汽车常常冲出路外，于是要降低转向力的问题就变得比较迫切了。为了转向轻便,工程师设汁了在方向盘和转向节之间装置齿轮减速机构。从那时起,转向机构一直就是这样沿用下来。汽车转向虽然采用了转向器,但转向的操纵仍非轻松的事。当汽车重量增大转向费劲时驾驶员要求能有更好的办法来解决,这才重新推广了一种已经大约有3/4个世纪的动力辅助转向器。从1903年开始,动力辅助转向机构不断出现,多数是用在客车上,有一些是采用真空助力,还有一些是采用压缩空气助力的。1905年版的汽车时代杂志谈到了哥伦比亚汽车的动力转向器。据说这种简便的装置在车速达每小时18英里约29KM时,仍能保持不偏离路线。1954年,凯迪拉克汽车公司首先把液压动力转向应用于汽车上。1981年,日本研制出能原地转向的汽车。在车尾部下面装设了一只横向小车轮,只需掀一下电钮就可使小车轮落地并把后轮抬起,再转动横向小车轮,汽车便以前轮为中心原地转向。1985年,日本日产公司和马自达汽车公司,相继开发了后轮也可转向的汽车。从而提高转向灵敏度和安全性。1986年10月8日,日本本田汽车公司宣布,已研制出一种被称为4WS的四轮转向汽车。方4向盘转动的角度首先使前轮转向,同时经输出轴带动后轮转向机,使后轮与前轮同向或反向转动。112现代汽车转向器现状现代汽车转向器现状有以下几点L循环球式转向器和齿轮齿条式转向器,已成为当今世界汽车上主要的两种转向器,而蜗杆式转向器和蜗杆销式转向器正在逐步被淘汰。2由于在小客车上发展转向器的观点不同,美国和日本重点发展循环球式转向器,而在西欧则重点发展齿轮齿条式转向器。3在小型车中包括小客车、小型货车或客货两用车，由于齿轮齿条式转向器的种种优点，已越来越得到突飞猛进的发展,近年又有所发展而大型车辆以循环球式转向器为主要结构。20世纪末,随着汽车技术的不断发展,电子控制技术也在汽车上得到逐步广泛应用。现代汽车转向操纵系统的主动安全装置,有电子控制四轮转向系统4WS和电子控制动力转向系统EPS等。电子控制四轮转向系统4WS传统的前轮转向系统。为了使所有车轮处于纯滚动而无滑动,要求全部车轮都绕同一个瞬时转向中心做圆周运动,转向的同一时刻,每个车轮的转向半径都是不同的。但实际上,汽车转向时若仅前轮转向,车身的前进方向与车身的中心线不一致,由于离心力的作用,将使后轮侧偏,导致车轮横摆。而且车速越高,后轮侧偏越大,结果使车轮转向在高速时的操纵稳定性明显降低。电子控制四轮转向系统则是在前轮转向的同时,主动地控制后轮也进行适当转向一般最大为5后轮相对于前轮的转向,分为同向转向后轮与前轮的转动方向一致和逆向转向后轮与前轮的转动方向相反。由于汽车在拐急弯时,通常以低速行驶,而在直道或较平缓的弯道上时,通常以高速行驶。因此,采用电子控制四轮转向系统的汽车,电子控制单元ECU根据多个传感器提供的数据,计算出后轮距目标转角的差值,再向步进电机发出指令使后轮偏转。低速行驶时,依据方向盘的转角值使后轮逆向转向,以减小转弯半径中速行驶时,可减少后轮转动,以减轻转向操纵的不自然感觉而在高速行驶时,可使后轮实现同向转向,减少甚至基本避免车身横摆,提高转向的稳定性。四轮转向系统自1978年在马自达卡配拉轿车上最初试用以来,世界各大汽车公司己分别研究多种四轮转向装置,并已批量生产。电子控制动力转向系统EPS动力转向装置是现代汽车的重要装备。装有动力转向装置的汽车,可以减轻驾驶员在低速转向时的方向盘操舵力,利用扭矩加力器实现轻便的操纵,但是车辆在高速行驶时,由于轮胎与路面的附着力减小,操舵力过于减轻,会引起操纵稳定性降低。为此,提出了车速感应式动力转向装置。特别是70年代中期以后,随着电子技术的飞速发展,研究成功了多种电子控制动力转向系统。电子控制动力转向系统能在低速时减轻操舵力,以提高操纵稳定性。当汽车由低速档换到高速档时,电子控制系统能够保证提供最优传动比和稳定的转向手感,从而提高了高速行驶的稳定性。目前电子控制动力转向系统的控制方式主要有两类反力控制方式和阀灵敏度可变控制方式。反力控制方式的电子控制转向系统,是一种利用车速传感器来控制反力室油压,改变压力油输入、输出增益幅度,以控制操舵力的方法。其缺点是价格高、结构复杂。但它的转向刚度大,选择操舵力有较大的自由度,而且驾驶者通过稳定的操纵手感感受到路面情况,，并根据车速对汽车进行最佳的稳定操作。阀灵敏度可变控制方式的电子控制转向系统是利用车速操纵电磁阀,直接改变动力转向控制阀的油压增益来控制油压的方法。这种转向装置结构简单价廉,有选择操舵力的较大自由度,能获得自然的操舵5感和良好的操舵特性。目前,电子控制动力转向系统还主要用在高级轿车上。动力转向系统日益广泛的被采用,不仅在重型汽车上必须采用,在高级轿车上采用的也较多,就是在中型汽车上也逐渐推广。主要是从减轻驾驶员疲劳,提高操纵轻便性和稳定性出发。虽然带来成本较高和结构复杂等问题,但由于它的优点明显,还是得到很快的发展。循环球式转向器和齿轮齿条式转向器，已成为当今世界汽车上主要的两种转向器；而蜗轮蜗杆式转向器和蜗杆销式转向器，正在逐步被淘汰或保留较小的地位。在小客车上发展转向器的观点各异，美国和日本重点发展循环球式转向器,比率都已达到或超过90；西欧则重点发展齿轮齿条式转向器，比率超过50，法国已高达95。据了解，在全世界范围内，汽车循环球式转向器占45左右，有继续发展之势；齿条齿轮式转向器在40左右；蜗杆滚轮式转向器占10左右；其它型式的转向器占5。所以可以说循环球式转向器在稳步发展。而西欧小客车中，齿条齿轮式转向器有很大的发展。日本汽车转向器的特点是循环球式转向器占的比重越来越大，日本装用不同类型发动机的各类型汽车，采用不同类型转向器，在公共汽车中因使用循环球式转向器，由60年代占总数的625发展到现今的100了蜗杆滚轮式转向器在公共汽车上已经淘汰。大、小型货车中，也大都采用循环球式转向器；但齿条齿轮式转向器有所发展；微型货车用循环球式转向器占65，齿条齿轮式占35。113未来汽车转向装置的发展趋势由于汽车各零部件的不断革新和发展,从而逐步形成了今日较为完备的转向系统。特别在电子技术的应用方面有了很大进展。未来汽车转向装置的设计趋势L适应汽车高速行驶的需要从操纵轻便性和稳定性、安全行驶的角度,广泛使用更先进的工艺方法制造使用变速比转向器、高刚性转向器。2充分地考虑安全设施,随着提高汽车车速,驾驶员和乘客的安全是非常重要的,目前国内外在许多汽车上已普遍增设能量吸收装置,如防碰撞安全转向柱、安全带、安全气囊等,并逐步推广。3从人类工程学的观点考虑操纵轻便性,已逐步采用可调整的转向管柱和动力转向系统。4随着国际经济形势的恶化,石油危机造成经济衰退,在汽车生产中愈来愈重视经济胜,设计低成本、低油耗的汽车和低成本的合理化生产线,尽量实现大批量专业化牛产在零部件生产,特别是转向器的生产上,更是表现突出。随着科学技术的发展,国产汽车转向器将会得到进一步发展未来汽车的转向器装置,必定是以电脑化为唯一的发展途径。12研究课题及意义本文主要是针对EQ1090型货车的主要指定参数，根据所学知识。参考汽车构造和其他相关设计书籍中关于转向器的理论知识设计一款转向器，确定其相关参数，使其符合有关法规和标准中的规定，尽可能大地贯彻三化（标准化、通用化和系列化）。本次毕业设计意义在于通过EQ1090货车转向器的设计，完成转向器的设计说明书、总装配图、部分零件图和分总成图，培养自己运用所学的基本理论、汽车专业知识和技能分析问题和解决问题的能力；培养实验研究和正确运用汽车国家标准和汽车行业技术标准处理数据的能力；提高应用计算机绘图软件的能力以及编写编制能力，并为今后拓展应用领域奠定理论设计基础。6第二章汽车转向系的组成及分类21汽车转向系统简介用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置称为汽车转向系统STEERINGSYSTEM。汽车转向系统的功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统的零件都称为保安件。汽车转向系统和制动系统都是汽车安全必须要重视的两个系统。汽车转向系统分为两大类机械转向系统和动力转向系统。完全靠驾驶员手力操纵的转向系统称为机械转向系统。借助动力来操纵的转向系统称为动力转向系统。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。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。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。图21转向系统结构1转向盘2安全转向轴3转向节4转向轮5转向节臂6转向横拉杆7转向减震器8机械减震器图21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。722汽车转向器的分类转向器的定义是将有人驾驶和无人驾驶且具有动力源的机械装置，使其在运行过程中随机改变运行路线和方向的装置，它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。转向器按结构形式可分为多种类型。历史上曾出现过许多种形式的转向器，目前较常用的有齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球齿条齿扇式、循环球曲柄指销式、蜗杆滚轮式等。其中第二、第四种分别是第一、第三种的变形形式，而蜗杆滚轮式则更少见。如果按照助力形式，又可以分为机械式（无助力），和动力式（有助力）两种，其中动力转向器器又可以分为气压动力式、液压动力式、电动助力式、电液助力式等种类。221齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器分两端输出式和中间（或单端）输出式两种。齿轮齿条式转向器是一种最常见的转向器。其基本结构是一对相互啮合的小齿轮和齿条。转向轴带动小齿轮旋转时，齿条便做直线运动。有时，靠齿条来直接带动横拉杆，就可使转向轮转向。所以，这是一种最简单的转向器。它的优点是结构简单，成本低廉，转向灵敏，体积小，可以直接带动横拉杆。在汽车上得到广泛应用。222蜗杆曲柄销式转向器蜗杆曲柄销式转向器是以蜗杆为主动件，曲柄销为从动件的转向器。蜗杆具有梯形螺纹，手指状的锥形指销用轴承支承在曲柄上，曲柄与转向摇臂轴制成一体。转向时，通过转向盘转动蜗杆、嵌于蜗杆螺旋槽中的锥形指销一边自转，一边绕转向摇臂轴做圆弧运动，从而带动曲柄和转向垂臂摆动，再通过转向传动机构使转向轮偏转。这种转向器通常用于转向力较大的载货汽车上。223循环球式转向器循环球式转向器是目前国内外应用最广泛的结构型式之一，一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。为了减少转向螺杆转向螺母之间的摩擦，二者的螺纹并不直接接触，其间装有多个钢球，以实现滚动摩擦。转向螺杆和螺母上都加工出断面轮廓为两段或三段不同心圆弧组成的近似半圆的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面的螺旋管状通道。螺母侧面有两对通孔，可将钢球从此孔塞入螺旋形通道内。转向螺母外有两根钢球导管，每根导管的两端分别插入螺母侧面的一对通孔中。导管内也装满了钢球。这样，两根导管和螺母内的螺旋管状通道组合成两条各自独立的封闭的钢球“流道“。转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，螺母即沿轴向移动。同时，在螺杆及螺母与钢球间的摩擦力偶作用下，所有钢球便在螺旋管状通道内滚动，形成“球流“。在转向器工作时，两列钢球只是在各自的封闭流道内循环，不会脱出。循环球型转向器发展的技术原因是（1）布置灵活循环球型转向器本身是独立于转向系的部件,布置不受约束（2）操作平稳循环球型转向器是通过滚珠的滚动摩擦工作,因此运转平滑（3）转向轻一一循环球型转向器易于实现变传动比低速大转弯时传动比大,可减小操舵力（4）强度和耐久性高一循环球型转向器主要是通过滚珠的滚动传递转向力,因此其耐久性高,它的各个部件可设计成等强度,故它的可靠性好（5）刚性得到解决汽车高速时,转向系要有高的刚性才能保证有好的操纵稳定性。为了使循环球型转向器的刚性能提高到和RP型一样,曾做过很多的努力,例如提高齿条和齿轮的啮合间隙,设计上应保证防止螺母歪斜,以及改进摆臂轴支承轴承的布置等（6）反冲力小汽车在不平路面上行驶时,路面的冲击力将传到方向盘上,而循环球型转向器的8反冲力小。由于循环球式转向器的种种优点，在中、小型号的车辆上都有良好的应用，而大型车辆更以循环球式转向器为主要结构。由此针对EQ1090型货车选取循环球式转向器。224齿轮齿条液压助力转向器齿轮齿条液压助力转向器，是相对于齿轮齿条机械转向器而言的，主要是增加了转向油泵、转向油壶、转向油管、转向阀、转向油缸等部件，以期达到改善驾驶员手感，增加转向助力的目的的转向装置。23转向系统常见故障231方向跑偏方向跑偏表现为在行驶中，感到汽车自动偏向一边，必须把方向盘用劲把住，才能保持正直的行驶方向。其原因是左右轮胎气压不等；个别制动蹄片刮摩制动毂，或一边车轮轮壳轴承过紧；个别钢板弹簧折断，两边钢板弹力不均；前轴或车架弯曲；前轮定位失准或两边轴距不等；转向节主销与衬套间隙左右不一，或横拉杆两边球头松紧调整不一；货车货物装载不均。232方向摆头方向摆头表现为汽车在行驶中，感到两前轮左右摇摆，方向盘难以掌握。其原因是横直拉杆球头调整过松（弹簧折断或调整间隙过大）；转向盘自由行程过大；转向器滚轮与蜗杆啮合间隙过大；蜗杆上下轴承间隙过大；转向节主销与衬套的间隙过大；前轮轮壳轴承装配过松，或前轮轮辋失圆摆差过大；前轮定位失准。233转弯时转向沉重转向沉重表现为让行驶的汽车转弯时，转动方向盘，感到沉重吃力。其原因是蜗杆的上下轴调整得过紧或轴承损坏；蜗轮和蜗杆啮合过紧，转向器的转向摇臂轴与衬套无间隙；转向轴弯曲或管柱凹瘪，互相刮碰；方向盘碰、磨管柱；转向节上的推力轴承缺油或损坏；转向节主销与衬套装配过紧或缺润滑油；转向节拉杆（直拉杆）螺塞旋得太紧，或拉杆接头缺油；横拉杆球头调整过紧，或拉头缺油；轮胎气压不足；前轴或车架弯曲，前轮定位失准。234转弯时转向不足转弯时转向表现为在汽车转弯时的转动量不够。其原因是转向摇臂装在摇臂轴上的位置不当；转向角限位螺栓调整过长；前轴前后窜动；循环球或转向器扇形齿与蜗杆盒装配位置不妥。24机械式转向系机械式转向器的能量来源是人力，所有传力件都是机械的，由转向操纵机构方向盘、转向器、转向传动机构三大部分组成。其中转向器是将操纵机构的旋转运动转变为传动机构的直线运动严格讲是近似直线运动的机构，是转向系的核心部件。这种转向器有两对传动副组成，一对是螺杆、螺母，另一对是齿条、齿扇或曲柄销。在螺杆和螺母之间装有可循环滚动的钢球，使滑动摩擦变为滚动摩擦，从而提高了传动效率。这种转向器的优点是，操纵轻便，磨损小，寿命长。缺点是结构复杂，成本高，转向灵敏度不如齿轮齿条式。因此逐渐被齿轮齿条式取代。但随着动力转向的应用，循环球式转向器近年来又得到广泛使用。当汽车转向时，驾驶员对转向盘施加一个转向力矩。该力矩通过转向轴、转向万向节、和转向传动轴输入转向器。经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向摇臂，再通过转向直拉杆传给固定于左转向节上的转向节臂，使左转向节和它所支撑的左转向轮偏转。从转向盘到转向传动轴这一系列零件和部件，均属于转向操纵机构。有转向摇臂至转向梯形这一系9列零件和部件（不含转向节），均属于转向传动机构。目前较常用的机械式转向器有齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球齿条齿扇式、蜗杆滚轮式等。其中第二、第四种分别是第一、第三种的变形形式，而蜗杆滚轮式则更少见。方向盘转动使方向机蜗杆转动、涡杆与蜗轮咬合（也有循环球咬合的）涡轮轴带动方向机摇臂前后摆动，方向机摇臂通过球头销与竖拉杆相连、竖拉杆另一端与左前轮轴头摇臂相连，轴头摇臂通过立销（主销）与前桥相连，摇臂前后摆动就可使车轮轴头（沿主销）左右转向了，左前轮通过横拉杆与右车轮相连，这样转动方向盘就可以让左右前轮同时转向了2汽车行驶中经常需要改变行驶方向，即所谓的转向，这就需要有一套能够按照司机意志使汽车转向的机构，它将司机转动方向盘的动作转变为车轮通常是前轮的偏转动作。按转向力能源的不同，可将转向系分为机械转向系和动力转向系。机械转向系的能量来源是人力，所有传力件都是机械的，由转向操纵机构方向盘、转向器、转向传动机构三大部分组成。其中转向器是将操纵机构的旋转运动转变为传动机构的直线运动严格讲是近似直线运动的机构，是转向系的核心部件。动力转向系除具有以上三大部件外，其最主要的动力来源是转向助力装置。由于转向助力装置最常用的是一套液压系统，因此也就离不开泵、油管、阀、活塞和储油罐，它们分别相当于电路系统中的电池、导线、开关、电机和地线的作用。25动力转向器动力转向器是兼用驾驶员体力和发动机动力为转向能源的转向系。在正常情况下，汽车转向所需的能量，只有一小部分由驾驶员提供，而大部分是由发动机通过转向加力装置提供的。但在转向加力装置失效时，一般还应当能由驾驶员独立承担汽车转向任务。因此，动力转向器是在机械转向器的基础上加设一套转向加力装置而形成的。动力转向器除具有以上三大部件外，其最主要的动力来源是转向助力装置。由于转向助力装置最常用的是一套液压系统，因此也就离不开泵、油管、阀、活塞和储油罐，它们分别相当于电路系统中的电池、导线、开关、电机和地线的作用。转向助力装置有以下几种A液压式动力转向装置B电动式动力转向装置C电动液压式动力转向装置26选型本次课题设计题目EQ1090型货车转向器设计。EQ1090基本技术参数为表21EQ1090基本参数载重量/KG轴距/MM前轮距/MM后轮距/MM整车总质量/KG50003950181018109350前轴轴荷/N后轴轴荷/N最高车速/（KM/H）长/MM宽/MM23600693009069102470根据上述转向系统的工作原理，发展趋势分析以及转向器的分类和适用范围，结合EQ1090型货车的主要设计参数，综合分析得出结论本次毕业设计针对EQ1090型货车选取循环球式转向器。10第三章转向系主要性能参数31转向器的效率功率1P从转向轴输入，经转向摇臂轴输出所求得的效率称之为正效率，用符号表示，121/PPP；反之则称为逆效率，用符号表示，323/PPP。式中2P为转向器中的摩擦功率；3P为转向摇臂轴上的功率。为了保证转向时驾驶员转动转向盘轻便，要求正效率高，为了保证汽车转向后转向轮和转向盘能自动返回到直线行驶位置，又需要有一定的逆效率。为了减轻在不平路面上行驶时驾驶员的疲劳，车轮于路面之间的作用力传至转向盘上要尽可能小，防止打手，这又要求此逆效率尽可能低。311转向器的结构参数和效率如果忽略轴承和其它地方的摩擦损失，只考虑啮合副的摩擦损失，对于蜗杆和螺杆类转向器，其效率可用下式计算TANTAN00（31）式中，0为螺杆（或蜗杆）的螺线导程角为摩擦角，FARCTAN；F为摩擦因数。取0为7；F取003，1461ARCTANF；78514617TAN7TANTANTAN00根据逆效率大小不同，转向器又有可逆式、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。它能保证转向后，转向轮和转向盘自动回正。这既减轻了驾驶员的疲劳，又提高了行驶安全性。但是，在不平路面上行驶时，车轮受到的冲击力能大部分传至转向盘，造成驾驶员“打手”，使之精神紧张；如果长时间在不平路面上行驶，易使驾驶员疲劳，影响安全驾驶。属于可逆式的有齿轮齿条式和循环球式转向器。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。该冲击力由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上述两者之间。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。它的逆效率较低，在不平路面上行驶时，驾驶员并不十分紧张，同时转向传动机构的零件所承受的冲击力也比不可逆式转向器要小。如果忽略轴承和其它地方的摩擦损失，只考虑啮合副的摩擦损失，则逆效率可用下式计算00TANTAN（32）5837TAN14617TANTANTAN00式（31）和（32）表明增加导程角0，正、逆效率均增大。受增大的影响，0不宜取得过大。当导程角小于或等于摩擦角时，逆效率为负值或者为零，此时表明该转向器是不可逆式转向器。1132传动比的变化特性321转向系传动比转向系的传动比包括转向系的角传动比0I和转向系的力传动比PI。从轮胎接地面中心作用在两个转向轮上的合力WF2与作用在转向盘上的手力HF之比，称为力传动比，即HWPFFI/2（33）转向盘角速度W与同侧转向节偏转角速度K之比，称为转向系角传动比0I，即KKKWDDDTDDTDI/0（34）式中D为转向盘转角增量；KD为转向节转角增量；DT为时间增量。它又由转向器角传动比I和转向传动机构角传动比I所组成，即III0。转向盘角速度W与摇臂轴角速度P之比，称为转向器角传动比I，即PPPWDDDTDDTDI/（35）式中，PD为摇臂轴转角增量。此定义适应于除齿轮齿条式之外的转向器。摇臂轴角速度P与同侧转向节偏转角速度K之比，称为转向机构的角传动比I，即LPLPKPDDDTDDTDI/（36）322力传动比与转向系角传动比的关系轮胎与地面之间的阻力WF和作用在转向节上的转向阻力矩RM之间有如下关系AMFRW（37）式中，A为主销偏移距，指从转向节主销轴线的延长线与支撑平面的交点至车轮中心平面与支承平面交线间的距离。作用在方向盘上的手力HF可用下式表示SWHHDMF2（38）式中，HM为作用在转向盘上的力矩；SWD为转向盘直径。将式（33）和（34）带入HWPFFI/2后得到AMDMIHSWRP（39）分析式（35）可知，当主销偏移距A小时，力传动比PI应取大些才能保证转向轻便。通常A值在120406倍轮胎的胎面宽度尺寸范围内选取。转向盘直径SWD应根据车型不同在GB591186转向盘尺寸标准中规定的系列内选取。本次设计用原有车型的数据500MM。如果忽略摩擦损失，根据能量守恒原理，HRMM/2可用下式表示02IDDMMKHR（310）将式（36）代入（35）后得到ADIISWP20（311）当A和SWD不变时，力传动比PI越大，虽然转向越轻，但0I也越大，表明转向不灵敏。323转向系的角传动比0I转向传动机构角传动比，除用KPDDI/表示以外，还可以近似地用转向节臂臂长2L与摇臂长1L之比来表示，即12/LLDDIKP。现代汽车结构中，2L与1L的比值大约在08511之间，可近似认为其比值为1，则DDII/0。由此可见，研究转向系的传动比特性，只需研究转向器的角传动比I及其变化规律即可。324转向器角传动比及其变化规律式（37）表明增大角传动比可以增加力传动比。从HWPFFI/2可知，当WF一定时，增大PI能减少作用在方向盘上的手力HF，使操纵轻便。考虑到II0，由0I的定义可知对于一定的转向盘角速度，转向轮偏转角速度与转向器角传动比成反比。角传动比增加后，转向轮偏转角速度对转向盘角速度的影响应变得迟钝，使转向操纵时间增长，汽车转向灵敏性降低，所以“轻”和“灵”构成一对矛盾。为解决这对矛盾，可采用变速比转向器。齿轮齿条式、循环球式、蜗杆指销式转向器都可以制成变速比转向器。循环球齿条齿扇式转向器的角传动比PRI/2，因结构原因，螺距P不能变化，但可用改变齿扇啮合半径R的方法，使循环球齿条齿扇式转向器实现变速比的目的。随转向盘转角变化，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因素，主要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，在转向盘全转角范围内，驾驶员不存在转向沉重问题。装用动力转向的汽车，因转向阻力矩由动力装置克服，所以在上述两种情况下，均应取较小的转向器角传动比并能减少转向盘转动的总圈数，以提高汽车的机动能力。转向轴负荷大又没有装动力转向的汽车，因转向阻力矩大致与车轮偏转角度大小成正比变化，汽车低速急转弯行驶时的操纵轻便性问题突出，故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，转向轮转角较小，转向阻力矩也小，此时要求转向轮反应灵敏，转向器角传动比应当小些。因此，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。转向盘在中间位置的转向器角传动比不宜过小。过小则在汽车高速直线行驶时，对转向盘转角过分敏感和使反冲加大，使驾驶员控制转向轮的运动有困难。直行位置的转向器角传动比不宜低于1516。1333转向盘自由行程331对转向盘自由行程的认识转向盘在空转阶段中的角行程，称为转向盘自由行程。转向盘自由行程对于缓和路面冲击及避免使驾驶员过度紧张是有利的，但不宜过大，以免过分影响灵敏性。一般说来，转向盘从相应于汽车直线行驶的中间位置向任一方向的自由行程最好不超过1015。当零件磨损严重到十转向盘自由行程超过2535时，必须进行调整。332转向盘自由行程过大的原因造成转向盘自由行程过大的原因，主要有如下几个方面A转向器蜗杆与滚轮或齿扇、指销等间隙过大；B转向传动装置松动；C转向传动装置的球铰链间隙过大松动；D前轮轴承或转向节主销与衬套配合不紧等。14第四章转向器总成方案分析41转向器设计要求对转向系提出的要求有1汽车转弯行驶时，全部车轮应绕顺时针方向旋转，任何车轮不应有侧滑。不满足这项要求会加速轮胎磨损，并降低汽车的行驶稳定性。2汽车转向行驶后，在驾驶员松开转向盘的情况下，转向轮能自动返回到直线行驶位置，并稳定行驶。3汽车在任何行驶状态下，转向轮不得产生振动，转向盘没有摆动。4转向传动机构和悬架导向装置共同工作时，由于运动不协调使车轮产生的摆动应最小。5保证汽车有较高的机动性，具有快速和小转弯能力。6操纵轻便。7转向轮碰到障碍物以后，传给转向盘的反冲力要尽可能小。8转向器和转向传动机构的球头处，有消除因磨损而产生间隙的调整机构。9在车祸中，当转向轴和转向盘由于车架或车身的变形而后移时，转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。10进行运动校核，保证转向盘与转向轮转动方向一致。正确设计转向梯形机构，可以使第一项得到保证。转向系中设有转向减震器时，能够防止转向轮产生振动，同时又能使传动转向盘上的反冲力明显下降。为了使汽车具有良好的机动性能，必须使转向轮有尽可能大的转角，并要达到按前外轮车轮轨迹计算，其最小转弯半径能达到汽车轴距的225倍。通常用转向时驾驶员作用在转向盘上的切向力大小和转向盘转动圈数多少两项指标来评价操纵轻便性。没有动力转向的轿车，在行驶中转向，此力应为50100N；有动力转向时，此力在2050N。当货车从直线行驶状态，以10KM/H的速度在柏油路或水泥的水平路段上转入沿半径12M的圆周行驶，且路面干燥，若转向系内没有装动力转向器，上述切向力不得超过250N有动力转向器时，不得超过120N。轿车转向盘从中间位置转到每一端的圈数不得超过20圈，货车则要求不超过30圈。42转向器总成方案设计循环球式转向器又称为综合式转向器（因为它由两级传动副组成），是目前国内、外汽车上较为流行的一种结构形式。循环球式转向器中一般有两级传动副，第一级是由螺杆和螺母共同形成的螺旋槽内装有钢球构成的传动副，第二级是由螺母上齿条与摇臂轴上齿扇构成的齿条齿扇传动副。转向时，转动转向盘，与转向轴连为一体的螺杆带动方形螺母作轴向移动（因螺杆在轴向方向固定在转向器壳上），螺母的下端制成齿条，因而能带动与转向摇臂轴做成一体的齿扇的转动。图41所示为一循环球式齿条齿扇转向器。转向螺杆的轴径支撑在两个角接触球轴承上，轴承紧度可用调整垫片调整。转向螺母外侧的下平面加工成齿条，与齿扇轴（即摇臂轴）上的齿扇啮合。可见，转向螺母即是第一级传动副的从动件，也是第二级传动副（齿条齿扇传动副）的主动件（齿条）。通过转向盘和转向轴转动转向螺杆时，转向螺母不能转动，只能轴向移动，并驱使齿扇轴转动。15图41循环球式齿条齿扇转向器1转向摇臂2向心推力球轴承3螺杆副总成4壳体组件5螺栓6上盖调整垫片8上盖9柱管夹子10螺杆油封11铁丝12顶丝13柱管14转向轴组件15支承套16自攻螺钉17螺母M12X12518螺母MB19螺栓20垫圈21滤气螺塞为了减少转向螺杆和转向螺母之间的摩擦和磨损，二者的螺纹制成半圆形凹槽，并不直接接触，其间装有许多钢球，从而将滑动摩擦变为滚动摩擦。转向螺杆和螺母上都加工出断面轮廓为两段或三段不同心圆弧组成近似半圆的螺旋槽。两者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面的螺旋管状通道，这样可以使转向螺母和转向螺杆轴向定位好，滚道和钢球间有间隙，可以用来贮存碎屑和润滑油，有助于减少螺母和螺杆之间的磨损。螺母侧面有两对通孔，可将钢球从此孔塞入螺旋形通道内。两根U形钢球导管的两端插入螺母侧面的两对通孔中，导管内也装满了钢球。这样两根导管和螺母内的螺旋管状通道组成两条各自独立的封闭的钢球“流道”。转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，螺母即沿轴向移动。同时，在螺杆与螺母两者和钢球间的摩擦力偶作用下，所有钢球便在螺旋管状通道内滚动，形成“球流”。钢球在管状通道内绕行15周后，流出螺母而进入导管的一端，再由导管另一端流回螺旋管状通道。因此，在转向器工作时，两列钢球只是在各自封闭的“流道”内循环，而不致脱出。与齿条相啮合的齿扇，其齿厚是在分度圆上沿齿扇轴线按线性关系变化的，故为变厚齿扇。只要使齿扇轴相对于齿条作轴向移动，即能调整两者的啮合间隙。调整螺钉装在侧盖上，并用螺母锁紧。齿扇轴内侧端部有切槽，调整螺钉的圆柱形端头即嵌入此切槽中。将调整螺钉旋入，则啮合间隙减少；反之，则啮合间隙增大。循环球式转向器在螺杆和螺母之间因为有可以循环流动的钢球，将滑动摩擦变为滚动摩擦，因而其正传动效率很高（可达9095），故操纵轻便；在结构和工艺上采取措施，可保证有足够的使用寿命；工作平稳可靠；齿条和齿扇之间的间隙调整工作容易进行。但其逆效率高，容易将路面冲击力传动转向盘。不过，对于前轴轴载质量不大而又经常在平坦路面上行使的轻中型载货汽车而言，这一缺点影响不大；而对于载重量较大的汽车，使用循环球式转向器时，除可以在转向器中增加吸振装置以减少路面冲击反力外，往往装有液力转向加力器。由于循环球式转向器在结构上便于与液力转向加力器设计为一个整体，而液力系统又正可以缓和路面的冲击，因此，循环球式转向器得到日益广泛的应用。循环球齿条齿扇式转向器的优点传动效率高，可达90；在结构和工艺上采取措施，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，使之有足够的硬度和耐磨性能,可保证有足够的使用寿命；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；适合用来做整体式转向器。16第五章循环球式转向器主要尺寸参数的选择本次设计车型的前轴负荷为23600N，根据表（51）选择齿扇模数为6。确定齿扇模数后，转向器其他参数根据表（52）和表（53）进行选取。表51各类汽车循环球转向器的齿扇齿模数齿扇齿模数M30354045506065轿车发动机排量ML500100018001600200020002000前轴负荷/N3500380047007350700090008300110001000011000货车和大客车前轴负荷N300050004500750055001850070001950090002400017000370002300044000最大装载KG350100025002700350060008000表52循环球转向器的主要参数参数数值齿扇模数/MM30354045506065摇臂轴直径/MM22263032323842钢球中心距/MM20232528303540螺杆外径/MM20232528293438钢球直径/MM55566350635071448000螺距/MM7938873195251000011000工作圈数152525环流行数2齿扇齿数55齿扇整圆齿数121313141517续表52循环球转向器的主要参数齿扇压力角22302730切削角630630730齿扇宽/MM22252527252830283234383538表53循环球式转向器的部分参数模数M螺杆外径螺纹升程螺母长度钢球直径齿扇压力角齿扇切削角摇臂轴外径30207938165405556327223063073022352387313211455556327223063073026402595258348635041223063073029502910319321362714432922306307303560341031932137271443292230630730386538103193213827144329223063073042根据选定的齿扇齿模数结合上述表格选取转向器对应的参数为表54转向器设计参数钢球直径螺距工作圈数螺杆外径环流行数7144MM11000MM2534MM2螺母长度齿扇齿数齿扇压力角切削角齿扇宽72MM5223063034MM1851螺杆、钢球、螺母传动副设计511钢球中心距D螺杆外径1D螺母内径2D尺寸D、1D、2D如图（51）所示图51螺杆钢球螺母传动副在保证足够的强度条件下，尽可能将D值取小些。选取D值的规律是随着扇齿模数的增大，钢球中心距D也相应增加，设计时先参考同类型汽车的参数进行初选，经强度验算后，再进行修正。螺杆外径D1通常在2038MM范围内变化，设计时应根据转向轴负荷的不同来选定，螺母内径2D应大于1D，一般要求DDD10512根据（表52）得D35MMD134MM5371012DDDMM。512钢球直径D及数量N钢球直径应符合国家标准，一般常在69MM范围内，根据（表52）。取D7144MM每个环路中的钢球数可用下式计算DDWDDWN0COS（312）式中，D为钢球中心距；W为一个环路中的钢球工作圈数为25；N为不包括环流导管中的钢球数；0为螺线导程角，常取058，则1COS0；代入数值解得N384560。513滚道截面当螺杆和螺母各由两条圆弧组成，形成四段圆弧滚道截面时，见图27，钢球和滚道又四点接触，传动时轴向间隙最小，可满足转向盘自由行程小的要求。图中滚道与钢球之间的间隙，除用来贮存润滑油之外，还能贮存磨损杂质。为了减小摩擦，螺杆和螺母沟槽的半径2R应大于钢球半径2/D，一般取DR5305102。19图52四段圆弧滚道截面514接触角钢球与螺杆滚道接触点的正压力方向与螺杆滚道法面轴线间的夹角称为接触角。角多取为45，以使轴向力与径向力分配均匀。515螺距P和螺旋线导程角0转向盘转动角，对应螺母移动的距离S为2PS313式中，P为螺纹螺距。螺