汽車轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)說明書

1、汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書題目：重型載貨汽車轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)：席昌錢學(xué)號(hào)： 200924265同組者：嚴(yán)炳炎、孔祥生、余鵬、朋超、大偉 專業(yè)班級(jí)： 09車輛工程 2 班 指導(dǎo)教師：王豐元、鄒旭東設(shè)計(jì)任務(wù)書目錄1. 轉(zhuǎn)向系分析 .42. 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析 83. 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù) .94. 轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)計(jì)算 .145. 動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .166. 轉(zhuǎn)向梯形優(yōu)化設(shè)計(jì) .227. 結(jié)論 .248. 參考文獻(xiàn) 251 轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)1.1 基本要求1. 汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，全部車輪應(yīng)繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)。2. 操縱輕便，作用于轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力小于 200N。3. 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比在 2332之間，正效率在 60%以

2、上，逆效率在 50%以上。4. 轉(zhuǎn)向靈敏。5. 轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中應(yīng)有間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。6. 轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。1.2 基本參數(shù)1. 整車尺寸： 11976mm*2395mm*3750mm 。2. 軸數(shù)/ 軸距4/ (1950+4550+1350)mm3. 整備質(zhì)量12000kg4. 輪胎氣壓0.74MPa2. 轉(zhuǎn)向系分析2.1 對(duì)轉(zhuǎn)向系的要求 3(1) 保證汽車有較高的機(jī)動(dòng)性，在有限的場(chǎng)地面積，具有迅速和小半徑轉(zhuǎn)彎的能力， 同時(shí)操作輕便 ;(2) 汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，全部車輪應(yīng)繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，不應(yīng)有側(cè)滑 ;(3) 傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖要盡可能的小 ;(4) 轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)

3、向盤應(yīng)自動(dòng)回正，并應(yīng)使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài) ;(5) 發(fā)生車禍時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向軸由于車架和車身變形一起后移時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最好 有保護(hù)機(jī)構(gòu)防止傷及乘員 .2.2 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向管柱。有時(shí)為了布置方便，減小由于裝置位 置誤差及部件相對(duì)運(yùn)動(dòng)所引起的附加載荷，提高汽車正面碰撞的安全性以及便于拆裝，在 轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向器的輸入端之間安裝轉(zhuǎn)向萬向節(jié)，如圖 2-1 。采用柔性萬向節(jié)可減少傳至轉(zhuǎn) 向軸上的振動(dòng)，但柔性萬向節(jié)如果過軟，則會(huì)影響轉(zhuǎn)向系的剛度。采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)，還應(yīng) 有轉(zhuǎn)向動(dòng)力系統(tǒng)。但對(duì)于中級(jí)以下的轎車和前軸負(fù)荷不超過 3t 的載貨汽車，則多數(shù)僅在 用機(jī)械轉(zhuǎn)向系

4、統(tǒng)而無動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置。圖 2-1 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)Fig.2-1 the control mechanism of steering1-轉(zhuǎn)向萬向節(jié)； 2-轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸； 3-轉(zhuǎn)向管柱； 4-轉(zhuǎn)向軸； 5-轉(zhuǎn)向盤 1-steering universal shaft; 2-steering propeller ; 3-steering column ; 4-steering axis; 5-steering wheel2.3 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 4轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向臂、轉(zhuǎn)向縱拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向梯形臂以及轉(zhuǎn)向橫拉桿等。 （見圖 2-2 ）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

5、按一 定關(guān)系進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。圖 2-2 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1-轉(zhuǎn)向搖臂； 2-轉(zhuǎn)向縱拉桿； 3-轉(zhuǎn)向節(jié)臂； 4-轉(zhuǎn)向梯形臂； 5-轉(zhuǎn)向橫拉桿2.4 轉(zhuǎn)向器 5機(jī)械轉(zhuǎn)向器是將司機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)檗D(zhuǎn)向搖臂的擺動(dòng)（或齒條沿轉(zhuǎn)向車軸軸向的移動(dòng)），并按一定的角轉(zhuǎn)動(dòng)比和力轉(zhuǎn)動(dòng)比進(jìn)行傳遞的機(jī)構(gòu)。機(jī)械轉(zhuǎn)向器與動(dòng)力系統(tǒng)相結(jié)合，構(gòu)成動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。高級(jí)轎車和重型載貨汽車為了使 轉(zhuǎn)向輕便，多采用這種動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。采用液力式動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)，由于液體的阻尼作用，吸 收了路面上的沖擊載荷，故可采用可逆程度大、正效率又高的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)。為了避免汽車在撞車時(shí)司機(jī)受到的轉(zhuǎn)向盤的傷害，除了在轉(zhuǎn)向盤中間可安裝安全氣囊 外，還可在轉(zhuǎn)向系中設(shè)置防傷裝置

6、。為了緩和來自路面的沖擊、衰減轉(zhuǎn)向輪的擺振和轉(zhuǎn)向 機(jī)構(gòu)的震動(dòng)，有的還裝有轉(zhuǎn)向減振器。多數(shù)兩軸及三軸汽車僅用前輪轉(zhuǎn)向；為了提高操縱穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性，某些現(xiàn)代轎車采 用全四輪轉(zhuǎn)向；多軸汽車根據(jù)對(duì)機(jī)動(dòng)性的要求，有時(shí)要增加轉(zhuǎn)向輪的數(shù)目，本設(shè)計(jì)按設(shè)計(jì) 要求采用單軸前軸轉(zhuǎn)向 。2.5 轉(zhuǎn)角及最小轉(zhuǎn)彎半徑汽車的機(jī)動(dòng)性，常用最小轉(zhuǎn)彎半徑來衡量，但汽車的高機(jī)動(dòng)性則應(yīng)由兩個(gè)條件保證。即首先應(yīng)使左、 右轉(zhuǎn)向輪處于最大轉(zhuǎn)角時(shí)前外輪的轉(zhuǎn)彎值在汽車軸距的 22.5 倍圍；其次， 應(yīng)這樣選擇轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比，即由轉(zhuǎn)向盤處于中間的位置向左或右旋轉(zhuǎn)至極限位置的總 旋轉(zhuǎn)全書，對(duì)轎車應(yīng)不超過 1.8 圈，對(duì)貨車不應(yīng)超過 3.0 圈。

7、兩軸汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)，若不考慮輪胎的側(cè)向偏離，則為了滿足上述對(duì)轉(zhuǎn)向系的第 (2) 條 要求，其、外轉(zhuǎn)向輪理想的轉(zhuǎn)角關(guān)系如圖 2-3 所示，由下式?jīng)Q定：cot cotDO CO K(2-1)oiBD L式中： o 外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角；i 轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角；K 兩轉(zhuǎn)向主銷中心線與地面交點(diǎn)間的距離；L 軸距 、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的合理匹配是由轉(zhuǎn)向梯形來保證。圖 2-3 理想的、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角間的關(guān)系Fig 2-3 Relations between ideal inside and outside steering wheel corner汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑 Rmin 與其、外轉(zhuǎn)向輪在最大轉(zhuǎn)角 imax 與 omax 、軸

8、距 L、主銷距 K 及轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)臂 a 等尺寸有關(guān)。 在轉(zhuǎn)向過程中除、 外轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角外， 其他參數(shù)是不變的。 最小轉(zhuǎn)彎半徑是指汽車在轉(zhuǎn)向輪處于最大轉(zhuǎn)角的條件下以低速轉(zhuǎn)彎時(shí)前外輪與地面接觸點(diǎn)的軌跡構(gòu)成圓周的半徑。最小轉(zhuǎn)彎半徑能達(dá)到汽車軸距的22.5倍，取Rmin =2L；操縱輕便型的要通過合理地選擇轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比、力傳動(dòng)比和傳動(dòng)效率來達(dá)到。對(duì)轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向盤或轉(zhuǎn)向輪能自動(dòng)回正的要求和對(duì)汽車直線行駛穩(wěn)動(dòng)性的要求則主要 是通過合理的選擇主銷后傾角和傾角，消除轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)間隙以及選用可逆式轉(zhuǎn)向器來達(dá) 到。但要使傳遞到轉(zhuǎn)向盤上的反向沖擊小，則轉(zhuǎn)向器的逆效率有不宜太高。至于對(duì)轉(zhuǎn)向系 的最后兩條要求則主要是通

9、過合理地選擇結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)布置來解決。轉(zhuǎn)向器及其縱拉桿與緊固件的稱重，約為中級(jí)以及上轎車、載貨汽車底盤干重的1.0%1.4%；小排量以及下轎車干重的 1.5% 2.0%。轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)型式隊(duì)汽車的自身質(zhì)量 影響較小。3. 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析3.1 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器有螺桿和螺母共同形成的落選槽裝鋼球構(gòu)成的傳動(dòng)副，以及螺母上齒 條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動(dòng)副組成，如圖 3-1 所示圖 3-1 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器示意圖Fig 3-1Circulation-ball steering 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)效率可以達(dá)到

10、 75% 85%；在結(jié)構(gòu)和工藝上采取措施后，包括 提高制造精度，改善工作表面的表面粗糙度和螺桿、螺母上的螺旋槽經(jīng)淬火和磨削加工， 使之有足夠的使用壽命；轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比可以變化；工作平穩(wěn)可靠；齒條和齒扇之間的間 隙調(diào)整工作容易進(jìn)行， （圖 3-2 ）；適合用來做整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。圖 3-2 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)Fig 3-2 The gap adjusts the organizational structure of Recirculation-ball gears循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：逆效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，制造精度要求高循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要用于商用車上4. 轉(zhuǎn)向系的主要性

11、能參數(shù)4.1 轉(zhuǎn)向系的效率功率 p1 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(hào) 表示， 反之稱為逆效率，用符號(hào) 表示。正效率 計(jì)算公式：4-1)4-2)p1 p2p1逆效率 計(jì)算公式：p3 p2p3式中， p1 為作用在轉(zhuǎn)向軸上的功率； p 為轉(zhuǎn)向器中的磨擦功率； p 為作用在轉(zhuǎn)向搖 臂軸上的功率。正效率高，轉(zhuǎn)向輕便；轉(zhuǎn)向器應(yīng)具有一定逆效率，以保證轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤的自動(dòng)返回能力。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。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(diǎn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。4.1.1 轉(zhuǎn)向器的正效率影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有轉(zhuǎn)

12、向器的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。（1）轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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。同一類型轉(zhuǎn)向器，因結(jié)構(gòu)不同效率也不一樣。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。選用滾針軸承時(shí)，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(dòng)摩擦損失，故這種軸向器的效率+僅有 54%。另外兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器效率分別為 70%和 75%。轉(zhuǎn)向搖臂軸的軸承采用滾針軸承比采用滑動(dòng)軸承可使正或逆效率提高約10%。（2）轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率如果忽

13、略軸承和其經(jīng)地方的摩擦損失， 只考慮嚙合副的摩擦損失， 對(duì)于蝸桿類轉(zhuǎn)向器， 其效率可用下式計(jì)算tana0tan(a0=75%)4-3)式中， a0為蝸桿（或螺桿）的螺線導(dǎo)程角 ,a 0取 8°，為摩擦角， =arctanf ；f 為 磨擦因數(shù)。取 f=0.05.4.1.2 轉(zhuǎn)向器的逆效率 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。 路面作用在車輪上的力，經(jīng)過轉(zhuǎn)向系可大部分傳遞到轉(zhuǎn)向盤，這種逆效率較高的轉(zhuǎn)向 器屬于可逆式。它能保證轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動(dòng)回正，既可以減輕駕駛員的疲勞，又可以提 高行駛安全性。但是，在不平路面上行駛時(shí)，傳至轉(zhuǎn)向盤上的車輪沖擊力，易使駕駛員疲 勞，

14、影響安全行駕駛。屬于可逆式的轉(zhuǎn)向器有齒輪齒條式和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。 不可逆式和極限可逆式轉(zhuǎn)向器不可逆式轉(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。該沖擊力轉(zhuǎn)向傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件承受，因而這些零件容易損壞。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，因此，現(xiàn)代汽車不采用這種轉(zhuǎn)向器。極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于可逆式與不可逆式轉(zhuǎn)向器兩者之間。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磨擦損失，只考慮嚙合副的磨擦損失，則逆效率可用下式 計(jì)算tan(a0tana0) =64%4-4)式（4-3）和式（4-4）表明：增加導(dǎo)程角 a0 ，正、逆效率均增大。受增

15、大的影響，a0不宜取得過大。 當(dāng)導(dǎo)程角小于或等于磨擦角時(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。為此，導(dǎo)程角必須大于磨擦角4.2 傳動(dòng)比變化特性4.2.1 轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比 i 0 由轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比 i 和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比 i 組成，即轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比2r26（4-5）4-6）齒扇嚙合半徑 rmz 6. 5 142 248. 75mm 螺距P=11.00mm轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比 : i4-7)p d p /dt d pkd k /dt d k轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比 i 0 和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比 ip。轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比 : i p i 0DSW

16、 26 450 117 （4-8）p 2a 2 504.2.3 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的選擇轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比可以設(shè)計(jì)成減小、增大或保持不變的。影響選取角傳動(dòng)比變化規(guī)律的 主要因素是轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大小和對(duì)汽車機(jī)動(dòng)能力的要求。若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷小或采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向的汽車，不存在轉(zhuǎn)向沉重問題，應(yīng)取較小的轉(zhuǎn)向器角 傳動(dòng)比，以提高汽車的機(jī)動(dòng)能力。若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大，汽車低速急轉(zhuǎn)彎時(shí)的操縱輕便性問題 突出，應(yīng)選用大些的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比。汽車以較高車速轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，要求轉(zhuǎn)向輪反應(yīng)靈敏 ·，轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比應(yīng)當(dāng)小些。汽 車高速直線行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向盤在中間位置的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比不宜過小。否則轉(zhuǎn)向過分敏感，使駕駛員精確控制轉(zhuǎn)向輪的運(yùn)動(dòng)有困難轉(zhuǎn)

17、向器角傳動(dòng)比變化曲線應(yīng)選用大致呈中間小兩端大些的下凹形曲線，如圖 4-1 所示。圖 4-1 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比變化特性曲線Fig 4-1 Change characteristic property curve of Steering angle transmission ratio4.3 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙 t 傳動(dòng)間隙是指各種轉(zhuǎn)向器中傳動(dòng)副之間的間隙。該間隙隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的大小不同而改 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4-2）。研究該特性的意義在于它與直線行駛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向器的使用壽命有關(guān)。 傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙在轉(zhuǎn)向盤處于中間及其附近位置時(shí)要極小，最好無間隙。若轉(zhuǎn)向器 傳動(dòng)

18、副存在傳動(dòng)間隙，一旦轉(zhuǎn)向輪受到側(cè)向力作用，車輪將偏離原行駛位置，使汽車失去 穩(wěn)定。傳動(dòng)副在中間及其附近位置因使用頻繁，磨損速度要比兩端快。在中間附近位置因磨 損造成的間隙過大時(shí)，必須經(jīng)調(diào)整消除該處間隙。為此，傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成圖 4-2 所示的逐漸加大的形狀。Fig 4-2 Drive gap characteristic property of steering轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性 圖中曲線 1表明轉(zhuǎn)向器在磨損前的間隙變化特性； 曲線 2 表明使用并磨損后的間隙變化特性，并且在中間位置處已出現(xiàn)較大間隙；曲線3 表明調(diào)整后并消除中間位置處間隙的轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)間隙變化特性4.4 轉(zhuǎn)向盤

19、的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù) 轉(zhuǎn)向盤從一個(gè)極端位置轉(zhuǎn)到另一個(gè)極端位置時(shí)所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)稱為轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈 數(shù)。它與轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比有關(guān)， 并影響轉(zhuǎn)向的操縱輕便性和靈敏性。 轎車轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動(dòng)閣數(shù)較少，一般約在 3.6圈以；貨車一般不宜超過 6 圈。為了增加轉(zhuǎn) 向的輕便性，取 6 圈。5.轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)計(jì)算5.1 轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定 8為了保證行駛安全， 組成轉(zhuǎn)向系的各零件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。 欲驗(yàn)算轉(zhuǎn)向系零件的強(qiáng)度， 需首先確定作用在各零件上的力。影響這些力的主要因素有轉(zhuǎn)向軸的負(fù)荷，地面阻力和輪 胎氣壓等。為轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力、車輪穩(wěn)定阻力、 輪胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的

20、摩擦阻力等。精確地計(jì)算這些力是困難的，為此推薦用足夠精確的半經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算汽車在瀝青或1008504 N?mm者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力距 Mr （N?mm）,即(5-1)式中， f 為輪胎和路面見的摩擦因素，一般取 0.7； G1 為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷 24000（N）;p=0.74 為輪胎氣壓（ MPa）轉(zhuǎn)向系主要參數(shù)轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng) 340mm轉(zhuǎn)向盤直徑 500mm轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng) 340mm轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比 26轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)效率 75%說明：轉(zhuǎn)向搖臂的長(zhǎng)度與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有關(guān)，一般初選時(shí)，大貨車可取300400mm，本設(shè)計(jì)取 340mm，轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比在 2332 選取，本設(shè)計(jì)取 26作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力為F

21、h2L1Mr207NL2i DSW（5-2）式中， L1為轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)； L2為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)； D SW為轉(zhuǎn)向盤直徑； i 為轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比；為轉(zhuǎn)向器正效率。5.2 轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)參數(shù)的選取 9搖臂軸直徑 /mm42鋼球中心距 D/mm40螺桿外徑 D1/mm38鋼球直徑 d /mm8.000螺距 P /mm11.000工作圈數(shù) W2.5螺母長(zhǎng)度 L /mm80導(dǎo)管壁厚 /mm1.0鋼球直徑與導(dǎo)管徑間隙 e/mm0.5螺線導(dǎo)程角 a0/o7 30 '齒扇壓力角 a0/o27 30接觸角 /o45環(huán)流行數(shù)25.2.2 計(jì)算參數(shù)1. 螺母徑 D 2應(yīng)大于 D1 ，一般要求D 2=D1 +(5%10

22、%)D=38+8% 40=41.2mm2. 鋼球數(shù)量 n= DW39 個(gè) d3. 滾道截面半徑 R2=(0.510.53)d=0.52 8.0=4.16 mm5-4)(5-5)5.3 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件強(qiáng)度計(jì)算 103 F3E2(R2( R2r )2r)2=1217 MP5-6)5.3.1 鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力式中， k為系數(shù)，根據(jù) A/B 值查表， A= (1/r )-(1/ R2 )/2, B=(1/r)+(1/ R1 )/2; R2為滾道截面半徑，k取1.50；r為鋼球半徑； R1為螺桿外徑； E為材料彈性模量， 等于 2.1 105MPa；F3為鋼球與螺桿之間的正壓力，即 F3F2

23、737N5-7)ncosa0 cos o式中， a0為螺桿螺線的導(dǎo)程角； o為接觸角； n 為參與工作的鋼球數(shù)； F 2為作用在螺桿上 的軸向力 ,F2FhRSW cot 0D / 2 b / 2o=19904N當(dāng)接觸表面硬度為 5864HRC；拍時(shí)，許用接觸應(yīng)力 =2500 MP a 由于 =1217 MP < ,因此滿足強(qiáng)度。5.3.2 轉(zhuǎn)向搖臂直徑的確定轉(zhuǎn)向搖臂直徑 d 為式中，K 為安全系數(shù)，根據(jù)汽車使用條件不同可取 2.53.5； M R為轉(zhuǎn)向阻力矩； 0為扭轉(zhuǎn) 強(qiáng)度極限。搖臂軸用 20CrMnTi 鋼制造，表面滲碳，滲碳層深度在 0.81.2mm。對(duì)于前軸負(fù)荷大 的汽車，滲碳

24、層深度為 1.051.45mm。表面硬度為 5863HRC6.動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)6.1 對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的要求及選取對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的要求1. 運(yùn)動(dòng)學(xué)上應(yīng)保持轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角和駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角之間保持一定的比例關(guān)系。2. 隨著轉(zhuǎn)向輪阻力的增大（或減?。?，作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力必須增大（或減?。?，稱 之為“路感”。3. 當(dāng)作用在轉(zhuǎn)向盤上的切向力 F h 0.0250.190kN 時(shí)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向器就應(yīng)開始工作。4. 轉(zhuǎn)向后 ,轉(zhuǎn)向盤應(yīng)自動(dòng)回正，并使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài)。5. 工作靈敏，即轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)后，系統(tǒng)壓力能很快增長(zhǎng)到最大值。6. 動(dòng)力轉(zhuǎn)向失靈時(shí)，仍能用機(jī)械系統(tǒng)操縱車輪轉(zhuǎn)向。7. 密封性能好，

25、、外泄漏少。對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的選取整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器多用在轎車和前橋載重在 15t 以下的貨車上， 本設(shè)計(jì)的貨車的前橋的載重為 2.4t, 所以采用整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器 .6.2 液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的計(jì)算6.2.1 動(dòng)力缸尺寸計(jì)算 動(dòng)力缸的主要尺寸有動(dòng)力缸徑、活塞行程、活塞桿直徑和動(dòng)力缸體壁厚。 動(dòng)力缸產(chǎn)生的推力 F 為F F1 L1L式中， L1為轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)度； L 為轉(zhuǎn)向搖臂軸到動(dòng)力缸活塞之間的距離。F1為直拉桿上的力， F1= Ma r =20170N推力 F 與工作油液壓力 p 和動(dòng)力缸截面面積 S之間有如下關(guān)系S F 1L1（6-1）pL因?yàn)閯?dòng)力缸活塞兩側(cè)的工作面積不同，應(yīng)按較小一側(cè)的工作面

26、積來計(jì)算，即22S 4 （D2 d p）（ 6-2）式中， D為動(dòng)力缸徑； d p為活塞桿直徑，初選 d p 0.35D，壓力 p8Mpa。聯(lián)立式 （6-1）和式（ 6-2）后得到D 4Fp1LL1 d2p =68 mm（6-3）所以 d p =0.35D =23.8mm 取LL1 0. 8 活塞行程是車輪轉(zhuǎn)制最大轉(zhuǎn)角時(shí)，由直拉桿的的移動(dòng)量換算到活塞桿處的移動(dòng)量得到 的?；钊穸瓤扇?B=0.3D 。動(dòng)力缸的最大長(zhǎng)度 s 為s 10 (0.5 0.6)D 0.3D s1 =200mm(6-4)動(dòng)力缸殼體壁厚 t,根據(jù)計(jì)算軸向平面拉應(yīng)力z 來確定，即z2p D 2 n s（6-5）4(Dt t

27、 ) n式中，p 為油液壓力；D 為動(dòng)力缸徑；t 為動(dòng)力缸殼體壁厚； n為安全系數(shù)，n=3.55.0取4;s 為殼體材料的屈服點(diǎn)。 殼體材料用球墨鑄鐵采用 QT50005，抗拉強(qiáng)度為 500MPa,屈服點(diǎn)為 350MPa。t=3mm活塞桿用 45 剛制造，為提高可靠性和壽命，要求表面鍍鉻并磨光6.3 動(dòng)力轉(zhuǎn)向的評(píng)價(jià)指標(biāo)動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的作用效能用效能指標(biāo) sh來評(píng)價(jià)動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的作用效能?，F(xiàn)有動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的效能指標(biāo)s=115。路感 駕駛員的路感來自于轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)，所要克服的液壓阻力。液壓阻力等于反作用閥面 積與工作液壓壓強(qiáng)的乘積。 在最大工作壓力時(shí)， 轎車：換算以轉(zhuǎn)向盤上的力增加約 3050N轉(zhuǎn)向靈敏度

28、 轉(zhuǎn)向靈敏度可以用轉(zhuǎn)向盤行程與滑閥行程的比值 i 來評(píng)價(jià)D sw(6-14)比值 i 越小，則動(dòng)力轉(zhuǎn)向作用的靈敏度越高。 。動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的靜特性 動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的靜特性是指輸入轉(zhuǎn)矩與輸出轉(zhuǎn)矩之間的變化關(guān)系曲線，是用來評(píng)價(jià)動(dòng)力 轉(zhuǎn)向器的主要特性指標(biāo)。因輸出轉(zhuǎn)矩等于油壓壓力乘以動(dòng)力缸工作面積和作用力臂，對(duì)于 已確定的結(jié)構(gòu)，后兩項(xiàng)是常量，所以可以用輸入轉(zhuǎn)矩 M與輸出油壓 p之間的變化關(guān)系曲線 來表示動(dòng)力轉(zhuǎn)向的靜特性，如圖 6-1示。 常將靜特性曲線劃分為四個(gè)區(qū)段。在輸入轉(zhuǎn)矩不 大的時(shí)候，相當(dāng)于圖中 A 段；汽車原地轉(zhuǎn)向或調(diào)頭時(shí)，輸入轉(zhuǎn)矩進(jìn)入最大區(qū)段（圖中 C段）； B區(qū)段屬常用快速轉(zhuǎn)向行駛區(qū)段； D區(qū)段曲

29、線就表明是一個(gè)較寬的平滑過渡區(qū)間。要求動(dòng)力轉(zhuǎn)向器向右轉(zhuǎn)和向左轉(zhuǎn)的靜特性曲線應(yīng)對(duì)稱。對(duì)稱性可以評(píng)價(jià)滑閥的加工和 裝配質(zhì)量。要求對(duì)稱性大于 0.85。7. 轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)用來保證汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)所有車輪能繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心，在不同的圓周上做無滑動(dòng)的純滾動(dòng)。設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形的主要任務(wù)之一是確定轉(zhuǎn)向梯型的最佳參數(shù)和 進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。轉(zhuǎn)向梯形有整體式和斷開式兩種。一般轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)布置在前軸之后，但 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)位置很低或前軸驅(qū)動(dòng)時(shí)，也有位于前軸之前的。兩軸汽車轉(zhuǎn)向時(shí)， 若忽略輪胎側(cè)偏影響， 兩轉(zhuǎn)向前軸的延長(zhǎng)線應(yīng)交于后軸延長(zhǎng)線設(shè)0i 分別是外轉(zhuǎn)向車輪轉(zhuǎn)角， k 為兩主銷中心線延長(zhǎng)線到地面交點(diǎn)之間的距離

30、，則梯形機(jī)構(gòu)應(yīng)保證外轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)角有如下關(guān)系：Kcot 0 cog iKL ，若自變角為 0 則因變角 i的期望值為：i f ( 0 ) cot 1(cot 0 KL) ，現(xiàn)有轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)僅能滿足上式要求。 如下圖所示，在圖上作輔助虛線，利用余弦定理可推得轉(zhuǎn)向梯形所繪出的實(shí)際因變角 i 為：sin(0 )arcsinK 2 K( ) 1 2 cos(0 )Mmarccos2cos mcos( 0 )cos2 (Km)K1 2 cos(m0)中 m 梯形臂長(zhǎng)梯形底角圖 7-1 汽車瞬時(shí)轉(zhuǎn)向圖應(yīng)使設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向梯形所繪出的實(shí)際因變角 i 盡可能接近理論上的期望值 i 。其偏差最常使用的中間位置附近小轉(zhuǎn)

31、角圍應(yīng)盡可能小，以減小高速行駛時(shí)輪胎的磨損。而在不經(jīng)常使用且車速較慢的最大轉(zhuǎn)角時(shí)可適當(dāng)放寬要求，因此在加入加權(quán)因子 的目標(biāo)函數(shù) f(x) 為:f(x)=( 0'i) i ( 0i) i( 0i) 1001 1 i ( 0i )將上式代得： f(x)=0 ( 0 ) 構(gòu)成評(píng)價(jià)優(yōu)略max( 0i )sin( 0i ) arcsin( ) 1 2 cos( 0i )Mm11arc cot(cot 0i )0iarc cot(cot100其中x設(shè)計(jì)變量 x=XX120max 外轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)角，由上圖可得：0max = arcsinLRmin=30 a其中 Rmin 汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑為 15.7m，a主銷偏移距為 50mm，軸距 L=7850mm K=2020mm梯形臂長(zhǎng)度 m=0.14K=283mm 考慮到多數(shù)使用工況下轉(zhuǎn)角小于 20 ，且 10 以的小轉(zhuǎn)角使用的更加頻繁，因此取