汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

摘要本課題的題目是轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)。以齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)為中心，一是汽車總體構(gòu)架參數(shù)對(duì)汽車轉(zhuǎn)向的影響；二是機(jī)械轉(zhuǎn)向器的選擇；三是齒輪和齒條的合理匹配，以滿足轉(zhuǎn)向器的正確傳動(dòng)比和強(qiáng)度要求；四是動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；五是梯形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因此本課題在考慮上述要求和因素的基礎(chǔ)上研究利用轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪齒條轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向，通過萬向節(jié)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向齒輪軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向齒輪軸與轉(zhuǎn)向齒條嚙合，從而促使轉(zhuǎn)向齒條直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，軸向尺寸短，且零件數(shù)目少的優(yōu)點(diǎn)又能增加助力，從而實(shí)現(xiàn)了汽車轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性和靈敏性。在本文中主要進(jìn)行了轉(zhuǎn)向器齒輪齒條的設(shè)計(jì)和對(duì)轉(zhuǎn)向齒輪軸的校核，主要方法和理論采用汽車設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)和大學(xué)所學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)的課程內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，其結(jié)果滿足強(qiáng)度要求，安全可靠。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系；機(jī)械型轉(zhuǎn)向器；齒輪齒條；液壓式助力轉(zhuǎn)向器1.緒論1.1汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車底盤的重要組成部分，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的好壞直接影響到汽車行駛的安全性、操縱穩(wěn)定性和駕駛舒適性，它對(duì)于確保車輛的行駛安全、減少交通事故以及保護(hù)駕駛員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要作用。隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的迅速發(fā)展，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已從純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系（HPS）、電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS），發(fā)展到利用現(xiàn)代電子和控制技術(shù)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）及線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SBW）。按轉(zhuǎn)向力能源的不同，可將轉(zhuǎn)向系分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系。機(jī)械轉(zhuǎn)向系的能量來源是人力，所有傳力件都是機(jī)械的，由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)(方向盤)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。其中轉(zhuǎn)向器是將操縱機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃?dòng)機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)(嚴(yán)格講是近似直線運(yùn)動(dòng))的機(jī)構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件[2]。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系除具有以上三大部件外，其最主要的動(dòng)力來源是轉(zhuǎn)向助力裝置。由于轉(zhuǎn)向助力裝置最常用的是一套液壓系統(tǒng)，因此也就離不開泵、油管、閥、活塞和儲(chǔ)油罐，它們分別相當(dāng)于電路系統(tǒng)中的電池、導(dǎo)線、開關(guān)、電機(jī)和地線的作用。通常，對(duì)轉(zhuǎn)向系的主要要求是:(1)保證汽車有較高的機(jī)動(dòng)性，在有限的場(chǎng)地面積內(nèi)，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)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1.1.1機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)汽車的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)是由駕駛員操縱方向盤，通過轉(zhuǎn)向器和一系列的桿件傳遞到轉(zhuǎn)向輪來完成的。機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作過程為：駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)向盤施加的轉(zhuǎn)向力矩通過轉(zhuǎn)向軸輸入轉(zhuǎn)向器，減速傳動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)向器中有1、2級(jí)減速傳動(dòng)副，經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大后的力矩和減速后的運(yùn)動(dòng)傳到轉(zhuǎn)向橫拉桿，再傳給固定于轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂，使轉(zhuǎn)向節(jié)和它所支承的轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向器形式可以分為：齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為了產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)向扭矩需要使用大直徑的轉(zhuǎn)向盤，需占用較大的空間，整個(gè)機(jī)構(gòu)笨拙，特別是對(duì)轉(zhuǎn)向阻力較大的中重型汽車，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向難度很大，這就大大限制了其使用范圍。但因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低廉，目前該類轉(zhuǎn)向系統(tǒng)除在一些轉(zhuǎn)向操縱力不大、對(duì)操控性能要求不高的農(nóng)用車上使用外已很少被采用。1.1.2液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）裝配機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車，在泊車和低速行駛時(shí)駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱負(fù)擔(dān)過于沉重，為解決這個(gè)問題，美國(guó)GM公司在20世紀(jì)50年代率先在轎車上采用了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)是建立在機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，額外增加了一個(gè)液壓系統(tǒng)。液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由液壓和機(jī)械等兩部分組成，它是以液壓油做動(dòng)力傳遞介質(zhì)，通過液壓泵產(chǎn)生動(dòng)力來推動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)向器，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般由機(jī)械轉(zhuǎn)向器、液壓泵、油管、分配閥、動(dòng)力缸、溢流閥和限壓閥、油缸等部件組成。為確保系統(tǒng)安全，在液壓泵上裝有限壓閥和溢流閥。其分配閥、轉(zhuǎn)向器和動(dòng)力缸置于一個(gè)整體，分配閥和主動(dòng)齒輪軸裝在一起（閥芯與齒輪軸垂直布置），閥芯上有控制槽，閥芯通過轉(zhuǎn)向軸上的撥叉撥動(dòng)。轉(zhuǎn)向軸用銷釘與閥中的彈性扭桿相接，該扭桿起到閥的中心定位作用。在齒條的一端裝有活塞，并位于動(dòng)力缸之中，齒條左端與轉(zhuǎn)向橫拉桿相接。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向軸（連主動(dòng)齒輪軸）帶動(dòng)閥芯相對(duì)滑套運(yùn)動(dòng)，使油液通道發(fā)生變化，液壓油從油泵排出，經(jīng)控制閥流向動(dòng)力缸的一側(cè)，推動(dòng)活塞帶動(dòng)齒條運(yùn)動(dòng)，通過橫拉桿使車輪偏轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)向。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在駕駛員的控制下，借助于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵產(chǎn)生的壓力來實(shí)現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向。由于液壓轉(zhuǎn)向可以減少駕駛員手動(dòng)轉(zhuǎn)向力矩，從而改善了汽車的轉(zhuǎn)向輕便性和操縱穩(wěn)定性。為保證汽車原地轉(zhuǎn)向或者低速轉(zhuǎn)向時(shí)的輕便性，液壓泵的排量是以發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的流量來確定。汽車起動(dòng)之后，無論車子是否轉(zhuǎn)向，系統(tǒng)都要處于工作狀態(tài)，而且在大轉(zhuǎn)向車速較低時(shí)，需要液壓泵輸出更大的功率以獲得比較大的助力，所以在一定程度上浪費(fèi)了發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力資源。并且轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還存在低溫工作性能差等缺點(diǎn)。1.1.3電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）由于液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無法兼顧車輛低速時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時(shí)的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，因此，在1983年日本Koyo公司推出了具備車速感應(yīng)功能的電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）。EHPS是在液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)起來的，在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)了電控裝置，其特點(diǎn)是原來由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的液壓助力泵改由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，取代了由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式，節(jié)省了燃油消耗；具有失效保護(hù)系統(tǒng)，電子元件失靈后仍可依靠原轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安全工作；低速時(shí)轉(zhuǎn)向效果不變，高速時(shí)可以自動(dòng)根據(jù)車速逐步減小助力，增大路感，提高車輛行使穩(wěn)定性。電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是將液壓助力轉(zhuǎn)向與電子控制技術(shù)相結(jié)合的機(jī)電一體化產(chǎn)品。一般由電氣和機(jī)械兩部分組成，電氣部分由車速傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器和電控單元ECU組成；機(jī)械部分包括齒輪齒條轉(zhuǎn)向器、控制閥、管路和電動(dòng)泵。其中電動(dòng)泵的工作狀態(tài)由電子控制單元根據(jù)車輛的行駛速度、轉(zhuǎn)向角度等信號(hào)計(jì)算出的最理想狀態(tài)。簡(jiǎn)單地說，在低速大轉(zhuǎn)向時(shí)，電子控制單元驅(qū)動(dòng)液壓泵以高速運(yùn)轉(zhuǎn)輸出較大功率，使駕駛員打方向省力；汽車在高速行駛時(shí)，液壓控制單元驅(qū)動(dòng)液壓泵以較低的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，在不至影響高速打轉(zhuǎn)向的需要的同時(shí)，節(jié)省一部分發(fā)動(dòng)機(jī)功率。電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理：在汽車直線行駛時(shí)，方向盤不轉(zhuǎn)動(dòng)，電動(dòng)泵以很低的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，大部分工作油經(jīng)過轉(zhuǎn)向閥流回儲(chǔ)油罐，少部分經(jīng)液控閥然后流回儲(chǔ)油罐；當(dāng)駕駛員開始轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，ECU根據(jù)檢測(cè)到的轉(zhuǎn)角、車速以及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的反饋信號(hào)等，判斷汽車的轉(zhuǎn)向狀態(tài)，決定提供助力大小，向驅(qū)動(dòng)單元發(fā)出控制指令，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)油泵，進(jìn)而輸出相應(yīng)流量和壓力的高壓油。高壓油經(jīng)轉(zhuǎn)向控制閥進(jìn)入齒條上的動(dòng)力缸，推動(dòng)活塞以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)闹?，協(xié)助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作，從而獲得理想的轉(zhuǎn)向效果。電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上有了較大的改進(jìn)，但液壓裝置的存在，使得該系統(tǒng)仍有難以克服如滲油、不便于安裝維修及檢測(cè)等問題。電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的過渡。1.1.4電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）1988年日本Suzuki公司首先在小型轎車Cervo上配備了Koyo公司研發(fā)的轉(zhuǎn)向柱助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。1990年日本Honda公司也在運(yùn)動(dòng)型轎車NSX上采用了自主研發(fā)的齒條助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，從此揭開了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向在汽車上應(yīng)用的歷史。EPS是在EHPS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它取消EHPS的液壓油泵、油管、油缸和密封圈等部件,完全依靠電動(dòng)機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu),其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零件數(shù)量大大減少、可靠性增強(qiáng),解決了長(zhǎng)期以來一直存在的液壓管路泄漏和效率低下的問題。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在本田飛度、思域以及豐田新皇冠、奔馳新A-class等車型上紛紛被采用。1.1.4.1電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)構(gòu)成電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般是由轉(zhuǎn)矩（轉(zhuǎn)向）傳感器、電子控制單元ECU、電動(dòng)機(jī)、電磁離合器以及減速機(jī)構(gòu)組成。1．1.4.2電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作過程其工作過程為：扭矩傳感器檢測(cè)駕駛員打方向盤的扭矩，然后根據(jù)這個(gè)扭矩給控制單元一個(gè)信號(hào)。同時(shí)控制單元也會(huì)收到來自方向盤位置傳感器的信號(hào)，這個(gè)傳感器一般是和扭矩傳感器裝在一起的（有些傳感器已經(jīng)將這2個(gè)功能集成為一體）。扭矩和方向盤位置信息經(jīng)過控制單元處理，連同傳入控制單元的車速信號(hào)，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序產(chǎn)生助力指令。該指令傳到電機(jī)，由電機(jī)產(chǎn)生扭矩傳到助力機(jī)構(gòu)上去，這里的齒輪機(jī)構(gòu)則起到增大扭矩的作用。這樣，助力扭矩就傳到了轉(zhuǎn)向柱并最終完成了助力轉(zhuǎn)向。1.1．4.3電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(diǎn)(1)節(jié)約了能源消耗。與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，沒有系統(tǒng)要求的常運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向油泵，且電動(dòng)機(jī)只是在需要轉(zhuǎn)向時(shí)才接通電源，所以動(dòng)力消耗和燃油消耗均可降到最低。還消除了由于轉(zhuǎn)向油泵帶來的噪音污染。液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓油泵，使液壓油不停地流動(dòng)，再加上存在管流損失等因素，浪費(fèi)了部分能量。相反EPS僅在需要轉(zhuǎn)向操作時(shí)才需要向電機(jī)提供的能量。而且，EPS系統(tǒng)能量的消耗與轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向及當(dāng)前的車速有關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤不轉(zhuǎn)向時(shí)，電機(jī)不工作；需要轉(zhuǎn)向時(shí)，電機(jī)在控制模塊的作用下開始工作，輸出相應(yīng)大小及方向的轉(zhuǎn)矩以產(chǎn)生助動(dòng)轉(zhuǎn)向力矩。該系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了“按需供能”，是真正的“按需供能型”（on-demand）系統(tǒng)，在各種行駛條件下可節(jié)能80%左右。(2)改善了轉(zhuǎn)向回正特性。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤一角度然后松開時(shí)，EPS系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)整使車輪回到正中。同時(shí)還可利用軟件在最大限度內(nèi)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)以獲得最佳的回正特性。通過靈活的軟件編程，容易得到電機(jī)在不同車速及不同車況下的轉(zhuǎn)矩特性，這些轉(zhuǎn)矩特性使得該系統(tǒng)能顯著地提高轉(zhuǎn)向能力，提供了與車輛動(dòng)態(tài)性能相匹配的轉(zhuǎn)向回正特性。而在傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)中，要改善這種特性必須改造底盤的機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)起來很困難。(3)提高了操縱穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是影響汽車操縱穩(wěn)定性的重要因素之一。傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向由于不能很好地對(duì)助力進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)與控制，所以協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向力與路感的能力較差，特別是汽車高速行駛時(shí)，仍然會(huì)提供較大助力，使駕駛員缺乏路感，甚至感覺汽車發(fā)飄，從而影響操縱穩(wěn)定性。但EPS是由電動(dòng)機(jī)提供助力，助力大小由電子控制單元（ECU）根據(jù)車速、方向盤輸入扭矩等信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)與控制，可以很好地解決這個(gè)矛盾。(4)安全可靠。EPS系統(tǒng)控制單元ECU具有故障自診斷功能，當(dāng)ECU檢測(cè)到某一組件工作異常，如各傳感器、電磁離合器、電動(dòng)機(jī)、電源系統(tǒng)及汽車點(diǎn)火系統(tǒng)等，便會(huì)立即控制電磁離合器分離停止助力，并顯示出相應(yīng)的故障代碼，轉(zhuǎn)為手動(dòng)轉(zhuǎn)向，按普通轉(zhuǎn)向控制方式進(jìn)行工作，確保了行車的安全。1.1.5線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SBW）在車輛高速化、駕駛?cè)藛T大眾化、車流密集化的今天，針對(duì)更多不同水平的駕駛?cè)巳海嚨囊撞倏v性設(shè)計(jì)顯得尤為重要。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Steering-By-WireSysterm，簡(jiǎn)稱SBW）的發(fā)展，正是滿足這種客觀需求。它是繼EPS后發(fā)展起來的新一代轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，具有比EPS操縱穩(wěn)定性更好的特點(diǎn)，它取消轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接，完全由電能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，徹底擺脫傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所固有的限制，提高了汽車的安全性和駕駛的方便性。1.1.5.1線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)成SBW系統(tǒng)一般由轉(zhuǎn)向盤模塊、轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊和主控制器ECU、自動(dòng)防故障系統(tǒng)以及電源等模塊組成。轉(zhuǎn)向盤模塊包括路感電機(jī)和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器等，轉(zhuǎn)向盤模塊向駕駛員提供合適的轉(zhuǎn)向感覺（也稱為路感）并為前輪轉(zhuǎn)角提供參考信號(hào)。轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊包括轉(zhuǎn)向電機(jī)、齒條位移傳感器等,實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能:跟蹤參考前輪轉(zhuǎn)角、向轉(zhuǎn)向盤模塊反饋輪胎所受外力的信息以反饋車輛行駛狀態(tài)。主控制器控制轉(zhuǎn)向盤模塊和轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊的協(xié)調(diào)工作。1.1.5.2線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)向傳感器和轉(zhuǎn)向角傳感器檢測(cè)到駕駛員轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角并轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸入到ECU,ECU根據(jù)車速傳感器和安裝在轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的位移傳感器的信號(hào)來控制轉(zhuǎn)矩反饋電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向,并根據(jù)轉(zhuǎn)向力模擬,生成反饋轉(zhuǎn)矩,控制轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向、轉(zhuǎn)矩大小和旋轉(zhuǎn)角度,通過機(jī)械轉(zhuǎn)向裝置控制轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向位置，使汽車沿著駕駛員期望的軌跡行駛。1.1．5.3線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(diǎn)（1）取消了方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的機(jī)械連接，通過軟件協(xié)調(diào)它們之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，因而消除了機(jī)械約束和轉(zhuǎn)向干涉問題，可以根據(jù)車速和駕駛員喜好由程序根據(jù)汽車的行駛工況實(shí)時(shí)設(shè)置傳動(dòng)比。（2）去掉了原來轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各個(gè)模塊之間的剛性機(jī)械連接，采用柔性連接，使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車上的布置更加靈活，轉(zhuǎn)向盤的位置可以方便地布置在需要的位置。（3）提高了汽車的操縱性。由于可以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比的任意設(shè)置，并針對(duì)不同的車速，轉(zhuǎn)向狀況進(jìn)行參數(shù)補(bǔ)償，從而提高了汽車的操縱性。（4）改善駕駛員的“路感”。由于轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間無機(jī)械連接，駕駛員“路感”通過模擬生成。使得在回正力矩控制方面可以從信號(hào)中提出最能夠反映汽車實(shí)際行駛狀態(tài)和路面狀況的信息，作為轉(zhuǎn)向盤回正力矩的控制變量，使轉(zhuǎn)向盤僅僅向駕駛員提供有用信息，從而為駕駛員提供更為真實(shí)的“路感”。（5）減少了機(jī)構(gòu)部件數(shù)量，而減少了從執(zhí)行機(jī)構(gòu)到轉(zhuǎn)向車輪之間的傳遞過程，使系統(tǒng)慣性、系統(tǒng)摩擦和傳動(dòng)部件之間的總間隙都得以降低，從而使系統(tǒng)的響應(yīng)速度和響應(yīng)的準(zhǔn)確性得以提高。2.轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)概述2.1對(duì)轉(zhuǎn)向系的要求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)，任何車輪不應(yīng)有側(cè)滑。不滿足這項(xiàng)要求會(huì)加速輪胎磨損，并降低汽車的行駛穩(wěn)定性。2）汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，在駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤的條件下，轉(zhuǎn)向輪能自動(dòng)返回到直線行駛位置，并穩(wěn)定行駛。3）汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪都不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動(dòng)。4）轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置共同工作時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生的擺動(dòng)應(yīng)最小。5）保證汽車有較高的機(jī)動(dòng)性，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力。6）操縱輕便。 7)轉(zhuǎn)向輪碰撞到障礙物以后，傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。8)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。9)在車禍中，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤由于車架或車身變形而共同后移時(shí)，轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。10)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核，保證轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。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，減小由于裝配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3-1。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)。圖3-1轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)1-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-steeringuniversalshaft;2-steeringpropeller;3-steeringcolumn;4-steeringaxis;5-steeringwheel2.3轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)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3-2）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)向輪按一定關(guān)系進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。圖3-2轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)Fig3-2thetransmissionsystemofsteering1-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。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，制止采用全輪轉(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2~2.5倍范圍內(nèi)；其次，應(yīng)這樣選擇轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比。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，其內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪理想的轉(zhuǎn)角關(guān)系如圖3-3所示，由下式?jīng)Q定：(3-1)式中：—外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角；—內(nèi)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—軸距內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的合理匹配是由轉(zhuǎn)向梯形來保證。圖3-3理想的內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角間的關(guān)系汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑與其內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪在最大轉(zhuǎn)角與、軸距L、主銷距K及轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)臂a等尺寸有關(guān)。在轉(zhuǎn)向過程中除內(nèi)、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。可按下式計(jì)算：(3-2)通常為35o～40o，為了減小值，值有時(shí)可達(dá)到45o操縱輕便型的要求是通過合理地選擇轉(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內(nèi)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)型式對(duì)汽車的自身質(zhì)量影響較小。轉(zhuǎn)型系方案的選擇及主要參數(shù)的確定3.1轉(zhuǎn)向系方案的選擇3.1.1轉(zhuǎn)向盤

轉(zhuǎn)向盤有盤轂、輪緣和輪輻組成。一般輪輻有兩根和三根的，也有四根的。轉(zhuǎn)向盤的尺寸和形狀直接影響轉(zhuǎn)向操縱的輕便性。選用大直徑轉(zhuǎn)向盤會(huì)使駕駛員進(jìn)、出駕駛室感到困難；選用小直徑轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向時(shí)要求駕駛員施加較大的力，從而使汽車操縱困難。轉(zhuǎn)向盤必須符合JB4505-1986轉(zhuǎn)向盤尺寸標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：轉(zhuǎn)向盤直徑尺寸380mm、400mm、425mm、450mm、500mm、550mm。轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向軸采用圓柱直尺漸開線花鍵連接形式，可參照下表選擇。各類車型的轉(zhuǎn)向盤直徑汽車類型轉(zhuǎn)向盤直徑／mm轎車、小型客車、輕型貨車汽車380、400、425中型客車、中型載貨汽車450、475、500大客車、重型載貨車5503.1.2轉(zhuǎn)向軸早期汽車的轉(zhuǎn)向軸通常用一根無縫鋼管制造，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，成本低，但從汽車上拆、裝轉(zhuǎn)向器較為困難。這種結(jié)構(gòu)在某些輕型汽車上還有應(yīng)用。目前大多數(shù)汽車轉(zhuǎn)向軸上裝置了萬向節(jié)，使轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向器再汽車上布置更為合理，拆裝方便，從而提高了操縱方便性、行駛安全性和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的壽命。特別對(duì)可翻轉(zhuǎn)駕駛室的平頭車，可將萬向節(jié)布置在駕駛室翻轉(zhuǎn)軸線上，有利于駕駛室的翻轉(zhuǎn)。萬向節(jié)有柔性和剛性兩種。柔性萬向節(jié)，若剛性很大則不能滿足使用要求，剛性大小又不能適應(yīng)汽車轉(zhuǎn)向要求，故一般應(yīng)用較少。剛性萬向節(jié)多是十字軸式，可使用單萬向節(jié)，也可使用雙萬向節(jié)。雙萬向節(jié)要求布置適當(dāng)，達(dá)到等角速運(yùn)動(dòng)。本課題采用裝有單十字軸萬向節(jié)的轉(zhuǎn)向軸。3.1.3轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向器的種類很多，常見的有循環(huán)球式、球面蝸桿滾輪式、曲柄指銷式和齒輪齒條式。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展和工藝水平的提高，有些形式的轉(zhuǎn)向器已經(jīng)很少采用，目前循環(huán)球式和齒輪齒條式兩種轉(zhuǎn)向器應(yīng)用廣泛。轉(zhuǎn)向器形式的選擇應(yīng)根據(jù)汽車的用途決定。經(jīng)常行駛在公路上的汽車可選用正效率高、可逆程度大的轉(zhuǎn)向器。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中采用液力式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器時(shí)，由于液體的阻尼作用，吸收了路面上的沖擊載荷，可采用可逆程度大、正效率高的裝向器。循環(huán)球式和齒輪齒條式兩種轉(zhuǎn)向器正效率高（70%-85%），可逆程度大（60%-70%），適合大量生產(chǎn)，是目前得到廣泛應(yīng)用的原因。本文采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，取其傳動(dòng)效率為80%。因本車型前懸采用鋼板彈簧，為了避免懸架運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)不協(xié)調(diào)現(xiàn)象，應(yīng)該將轉(zhuǎn)向器布置在前鋼板跳動(dòng)中心附近，即前鋼板彈簧前支架偏后不多的位置處。3.1.4轉(zhuǎn)向梯形汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，左、右轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角要符合一定的規(guī)律，以保證所有車輪在轉(zhuǎn)向過程中都繞一個(gè)圓心以相同的瞬時(shí)角速度運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)可以使汽車在轉(zhuǎn)向過程中所有車輪都是純滾動(dòng)或有極小的滑移，從而提高輪胎的使用壽命，保證汽車操縱的輕便性和穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)由梯形臂、橫拉桿和前軸組成。根據(jù)梯形機(jī)構(gòu)相對(duì)前軸的位置分為前置式和后置式兩種。后置轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)是將轉(zhuǎn)向梯形放在前軸之后，簡(jiǎn)單可靠，因此應(yīng)用廣泛。前置轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)是在發(fā)動(dòng)機(jī)位置很低或前軸為驅(qū)動(dòng)軸時(shí)，轉(zhuǎn)向梯形實(shí)在不能布置在轉(zhuǎn)向軸之間，才不得不把轉(zhuǎn)向梯形放在前軸之前。根據(jù)前懸架形式的不同，轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)又可分為整體式和分段式兩種。整體式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)用于非獨(dú)立懸架的汽車。分段式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)用于獨(dú)立懸架的汽車，以保證任一前輪的跳動(dòng)不致牽動(dòng)拉桿而涉及另一車輪的偏轉(zhuǎn)。分段式轉(zhuǎn)向梯形比較復(fù)雜，鉸接點(diǎn)多。因本車型采用非獨(dú)立懸架，故本文采用后置整體式轉(zhuǎn)向梯形。3.2轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)3.2.1轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)的前提條件整車形式及總布置方案：平頭，發(fā)動(dòng)機(jī)前置，非獨(dú)立懸架，輪胎規(guī)格10.00-20（低氣壓)。3.2.2轉(zhuǎn)向系的效率功率從轉(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：（3-1）逆效率計(jì)算公式：（3-2）式中，為作用在轉(zhuǎn)向軸上的功率；為轉(zhuǎn)向器中的磨擦功率；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。3.2.3轉(zhuǎn)向器的正效率影響轉(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。（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η+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（3-3）式中，a0為蝸桿（或螺桿）的螺線導(dǎo)程角；ρ為摩擦角，ρ=arctanf；f為磨擦因數(shù)。3.2.4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，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（3-4）式（4-3）和式（4-4）表明：增加導(dǎo)程角，正、逆效率均增大。受增大的影響，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。3.3傳動(dòng)比變化特性3.3.1轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比。轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比:（3-5）轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比:（3-6）轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比由轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)組成，即（3-7）轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比:（3-8）轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比:（3-9）3.3.2力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系轉(zhuǎn)向阻力與轉(zhuǎn)向阻力矩的關(guān)系式：（3-10）作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力與作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩的關(guān)系式：（3-11）將式（3-10）、式（3-11）代入后得到（3-12）如果忽略磨擦損失，根據(jù)能量守恒原理，2Mr/Mh可用下式表示（3-13）將式（3-10）代入式（3-11）后得到（3-14）當(dāng)a和Dsw不變時(shí)，力傳動(dòng)比越大，雖然轉(zhuǎn)向越輕，但也越大，表明轉(zhuǎn)向不靈敏。一般情況下，機(jī)械轉(zhuǎn)向汽車，輕型車iw0在15-23之間，中型車iw0在25-30之間，本文暫取iw0為25。3.3.3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)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3-1所示。圖3-1轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比變化特性曲線3.4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)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。圖3-2轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性轉(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。3.5轉(zhuǎn)向盤的總轉(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)圈數(shù)較少，一般約在3.6圈以內(nèi)；貨車一般不宜超過6圈。4機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析及設(shè)計(jì)4.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器由與轉(zhuǎn)向軸做成一體的轉(zhuǎn)向齒輪和常與轉(zhuǎn)向橫拉桿做成一體的齒條組成。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，這不僅可以提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度。還可以防止工作時(shí)產(chǎn)生沖擊和噪聲；轉(zhuǎn)向器占用的體積小；沒有轉(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。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：因逆效率高，汽車在不平路面上行駛時(shí)，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間沖擊力的大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤，稱之為反沖。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)造成打手，同時(shí)對(duì)駕駛員造成傷害。根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點(diǎn)不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向起有四種形式，如圖4-1所示：中間輸入，兩端輸出(a)；側(cè)面輸入，兩端輸出(b)；側(cè)面輸入，中間輸出(c)；側(cè)面輸入，一端輸出(d)。圖4-1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向起有四種形式采用側(cè)面輸入，中間輸出方案時(shí)，與齒條連的左，右拉桿延伸到接近汽車縱向?qū)ΨQ平面附近。由于拉桿長(zhǎng)度增加，車輪上、下跳動(dòng)時(shí)拉桿擺角減小，有利于減少車輪上、下跳動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向系與懸架系的運(yùn)動(dòng)干涉。拉桿與齒條用螺栓固定連接，因此，兩拉桿會(huì)與齒條同時(shí)向左或右移動(dòng)，為此在轉(zhuǎn)向器殼體上開有軸向的長(zhǎng)槽，從而降低了它的強(qiáng)度。采用兩端輸出方案時(shí)，由于轉(zhuǎn)向拉桿長(zhǎng)度受到限制，容易與懸架系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。側(cè)面輸入，一端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，常用在平頭貨車上。采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器采用直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合，則運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)降低，沖擊大，工作噪聲增加。此外，齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角只能是直角，為此因與總體布置不適應(yīng)而遭淘汰。采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，重合度增加，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊與工作噪聲均下降，而且齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角易于滿足總體設(shè)計(jì)的要求。因?yàn)樾饼X工作時(shí)有軸向力作用，所以轉(zhuǎn)向器應(yīng)該采用推力軸承，使軸承壽命降低，還有斜齒輪的滑磨比較大是它的缺點(diǎn)。齒條斷面形狀有圓形、V形和Y形三種。圓形斷面齒條的制作工藝比較簡(jiǎn)單。V形和Y形斷面齒條與圓形斷面比較，消耗的材料少，約節(jié)省20%，故質(zhì)量??；位于齒下面的兩斜面與齒條托座接觸，可用來防止齒條繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；Y形斷面齒條的齒寬可以做得寬些，因而強(qiáng)度得到增加。在齒條與托座之間通常裝有用減磨材料（如聚四氟乙烯）做的墊片，以減少滑動(dòng)摩擦。當(dāng)車輪跳動(dòng)、轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向器工作時(shí)，如在齒條上作用有能使齒條旋轉(zhuǎn)的力矩時(shí)，應(yīng)選用V形和Y形斷面齒條，用來防止因齒條旋轉(zhuǎn)而破壞齒輪、齒條的齒不能正確嚙合的情況出現(xiàn)。為了防止齒條旋轉(zhuǎn)，也有在轉(zhuǎn)向器殼體上設(shè)計(jì)導(dǎo)向槽的，槽內(nèi)嵌裝導(dǎo)向塊，并將拉桿、導(dǎo)向塊與齒條固定在一起。齒條移動(dòng)時(shí)導(dǎo)向塊在導(dǎo)向槽內(nèi)隨之移動(dòng)，齒條旋轉(zhuǎn)時(shí)導(dǎo)向塊可防止齒條旋轉(zhuǎn)。要求這種結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向塊與導(dǎo)向槽之間的配合要適當(dāng)。配合過緊會(huì)為轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)向輪回正帶來困難，配合過松齒條仍能旋轉(zhuǎn)，并伴有敲擊噪聲。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，齒輪齒條式轉(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(a)；轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形(b)；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形(c)；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形(d)。圖4-2齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在汽車上有四種布置齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于乘用車上。車載質(zhì)量不大，前輪采用獨(dú)立懸架的貨車和客車有些也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。4.2其他轉(zhuǎn)向器有循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器，蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器等。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。蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：正效率低；工作齒面磨損以后，調(diào)整嚙合間隙比較困難；轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比不能變化。固定銷蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易；但是因銷子不能自轉(zhuǎn)，銷子的工作部位基本保持不變，所以磨損快、工作效率低。旋轉(zhuǎn)銷式轉(zhuǎn)向器的效率高、磨損慢，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。所以我的設(shè)計(jì)選用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器為動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置。4.3齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器工作原理及布置、結(jié)構(gòu)形式的選擇圖4-3齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向原理簡(jiǎn)圖圖4-4采用如圖所示的布置形式圖4-5采用如圖所示的側(cè)面輸入兩端輸出的結(jié)構(gòu)形式。4.4數(shù)據(jù)的確定根據(jù)以上的論述，本次設(shè)計(jì)初選數(shù)據(jù)如下：輪距：前/后1940/1860mm軸距4500mm滿載軸荷分配：前/后4170/8340(kg)總質(zhì)量/kg13900(kg)輪胎10.00-20（低氣壓）主銷偏移距a55mm輪胎壓力p/MPa0.65方向盤直徑500mm最小轉(zhuǎn)彎半徑18m轉(zhuǎn)向節(jié)臂204mm兩主銷延長(zhǎng)線至地面交點(diǎn)間的距離1530mm轉(zhuǎn)向搖臂180mm表4-1初選數(shù)據(jù)4.5設(shè)計(jì)計(jì)算過程4.5.1轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計(jì)算(4-1)(4-2)4.5.2轉(zhuǎn)向器參數(shù)選取齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的齒輪多采用斜齒輪，齒輪模數(shù)在之間，主動(dòng)小齒輪齒數(shù)在之間，壓力角取，螺旋角在之間。故取小齒輪，，右旋，壓力角，精度等級(jí)8級(jí)。轉(zhuǎn)向節(jié)原地轉(zhuǎn)向阻力矩：(4-3)方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)：(4-4)角傳動(dòng)比:(4-5)故初選角傳動(dòng)比值復(fù)合要求方向盤上的手力：(4-6)其中L1為轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)，L2轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)，DSW轉(zhuǎn)向盤直徑，η為轉(zhuǎn)向器效率。作用在轉(zhuǎn)向盤上的操縱載荷:對(duì)轎車該力不應(yīng)超過150～200N，對(duì)貨車不應(yīng)超過500N。所以符合設(shè)計(jì)要求(4-7)力傳動(dòng)比：(4-8)取齒寬系數(shù)，(4-9)齒條寬度圓整取，則取齒輪齒寬4.5.3選擇齒輪齒條材料小齒輪：齒輪通常選用國(guó)內(nèi)常用、性能優(yōu)良的20CrMnTi合金鋼，熱處理采用表面滲碳淬火工藝，齒面硬度為HRc58～63。而齒條選用與20CrMnTi具有較好匹配性的40Cr作為嚙合副，齒條熱處理采用高頻淬火工藝，表面硬度HRc50～56。4.5.4強(qiáng)度校核（1）、校核齒輪接觸疲勞強(qiáng)度選取參數(shù)，按ME級(jí)質(zhì)量要求取值，；，，故以計(jì)算(4-10)查得：，，，；，，，則，(4-11)齒輪接觸疲勞強(qiáng)度合格（2）、校核齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度選取參數(shù)，按ME級(jí)質(zhì)量要求取值；；；；；故以計(jì)算(4-12)據(jù)齒數(shù)查表有：；；；。則(4-13)齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度合格4.5.5齒輪齒條的基本參數(shù)如下表所示:名稱符號(hào)公式齒輪齒條齒數(shù)631分度圓直徑15.2314—變位系數(shù)—1—齒頂高52.5齒根高0.6253.125齒頂圓直徑25.2314—齒根圓直徑13.9814—齒輪中圓直徑20.2314—螺旋角—10°齒寬3020表24.6齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖4-6齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.7軸承的選擇軸承1深溝球軸承6004(GB/T276-1994) 軸承2滾針軸承NA4901(GB/T5801-1994)4.8轉(zhuǎn)向器的潤(rùn)滑方式和密封類型的選擇轉(zhuǎn)向器的潤(rùn)滑方式：人工定期潤(rùn)滑潤(rùn)滑脂：石墨鈣基潤(rùn)滑脂（ZBE36002-88）中的ZG-S潤(rùn)滑脂。密封類型的選擇密封件：旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈FB1630GB13871—19925.動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1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?。Q之為“路感”。3.當(dāng)作用在轉(zhuǎn)向盤上的切向力≥0.025～0.190kN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)內(nèi)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，內(nèi)、外泄漏少。5.2動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案由分配閥、轉(zhuǎn)向器、動(dòng)力缸、液壓泵、貯油罐和油管等組成液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。根據(jù)分配閥、轉(zhuǎn)向器和動(dòng)力缸三者相互位置的不同，它分為整體式(a)和分置式兩類。后者按分配閥所在位置不同又分為：分配閥裝在動(dòng)力缸上的稱為聯(lián)閥式(b)，分配閥裝在轉(zhuǎn)向器和動(dòng)力缸之間的拉桿上稱為連桿式(c)，分配閥裝在轉(zhuǎn)向器上的稱為半分置式(d)。動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案圖圖5-11－分配閥2－轉(zhuǎn)向器3－動(dòng)力缸在分析比較上述幾種不同動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案時(shí)，常從結(jié)構(gòu)上是否緊湊；轉(zhuǎn)向器主要零件是否承受由動(dòng)力缸建立起來的載荷；拆裝轉(zhuǎn)向器是否容易；管路，特別是軟管的管路長(zhǎng)短；轉(zhuǎn)向輪在側(cè)向力作用下是否容易引起轉(zhuǎn)向輪擺振；能不能采用典型轉(zhuǎn)向器等方面來做比較。例如整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器，由于分配閥、轉(zhuǎn)向器、動(dòng)力缸三者裝在一起，因而結(jié)構(gòu)緊湊，管路也短。在轉(zhuǎn)向輪受到側(cè)向力作用時(shí)或者發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)不會(huì)影響分配閥的振動(dòng)，因而不能引起轉(zhuǎn)向輪擺振。它的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)向搖臂軸、搖臂等轉(zhuǎn)向器主要零件，都要承受由動(dòng)力缸所建立起來的載荷，因此必須加大它們的尺寸和質(zhì)量，這對(duì)布置它們帶來不利的影響。同時(shí)還不能采用典型轉(zhuǎn)向器，拆裝轉(zhuǎn)向器時(shí)要比分置式的困難。除此之外，由于對(duì)轉(zhuǎn)向器的密封性能要求高，這對(duì)轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)，特別是重型汽車的轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)帶來困難。整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器多用于轎車和中型貨車。動(dòng)力缸的主要尺寸有動(dòng)力缸內(nèi)徑、活塞行程、活塞桿直徑和動(dòng)力缸殼體壁厚。圖5-2動(dòng)力缸的布置綜上所述：我選用整體式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)5.3液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的計(jì)算5.3.1動(dòng)力缸尺寸計(jì)算動(dòng)力缸的主要尺寸有動(dòng)力缸內(nèi)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為式中，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。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(5-1)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)的工作面積來計(jì)算，即（5-2）式中，D為動(dòng)力缸內(nèi)徑；為活塞桿直徑，我選＝0.4D，壓力p＝6.3Mpa。聯(lián)立式(6-1)和式（6-2）后得到（5-3）上式代入數(shù)據(jù)后解得，D=63mm所以d=24mm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。圖5-3確定動(dòng)力缸長(zhǎng)度尺寸簡(jiǎn)圖活塞厚度可取為B=0.3D。動(dòng)力缸的最大長(zhǎng)度s為

(5-4)根據(jù)本文的設(shè)計(jì)，我的s取180mm。動(dòng)力缸殼體壁厚t,根據(jù)計(jì)算軸向平面拉應(yīng)力來確定，即（5-5）式中，p為油液壓力；D為動(dòng)力缸內(nèi)徑；t為動(dòng)力缸殼體壁厚；n為安全系數(shù)，n=3.5~5.0;為殼體材料的屈服點(diǎn)。殼體材料用球墨鑄鐵采用QT500－05，抗拉強(qiáng)度為500MPa,屈服點(diǎn)為350MPa。t=5mm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。5.3.2分配閥的參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算分配閥的要參數(shù)有:滑閥直徑d、預(yù)開隙密封長(zhǎng)度、滑閥總移動(dòng)量e、滑閥在中間位置時(shí)的液流速度v、局部壓力降和泄漏量等。5.3.2.1.油泵排量與油罐容積的確定轉(zhuǎn)向油泵的排量應(yīng)保證轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸能比無動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)以更高的轉(zhuǎn)向時(shí)汽車轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向，否則動(dòng)力轉(zhuǎn)向反而會(huì)形成快速轉(zhuǎn)向的輔加阻力。油泵排量要達(dá)到這一要求，必須滿足如下不等式：式中Q—油泵的計(jì)算排量；—油泵的容積，計(jì)算時(shí)一般取＝0.75～0.85；—泄漏系數(shù)，＝0.05～0.10；—?jiǎng)恿Ω赘讖?；—?jiǎng)恿Ω谆钊苿?dòng)速度；＝式中—轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的最大可能頻率，計(jì)算時(shí)對(duì)轎車取＝1.5~1.7;則動(dòng)力轉(zhuǎn)向系的油泵排量Q可表達(dá)為(5-6)=47L/s圖5-4預(yù)開隙5.3.2.2.預(yù)開隙預(yù)開隙，為滑閥處于中間位置時(shí)分配閥內(nèi)各環(huán)形油路沿滑閥軸向的開啟量，也是為使分配閥內(nèi)某油路關(guān)閉所需的滑閥最小移動(dòng)量。值過小會(huì)使油液常流時(shí)局部阻力過大；值過大則轉(zhuǎn)向盤需轉(zhuǎn)過一個(gè)大的角度才能使動(dòng)力缸工作，轉(zhuǎn)向靈敏度低。一般要求轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角時(shí)滑閥就移動(dòng)的距離。＝＝(5-7)＝0.2mm式中—相應(yīng)的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，°t—轉(zhuǎn)向螺桿的螺距，mm.5.3.2.3.滑閥總移動(dòng)量滑閥總移動(dòng)量e過大時(shí)，會(huì)使轉(zhuǎn)向盤停止轉(zhuǎn)動(dòng)后滑閥回到中間位置的行程長(zhǎng)，致使轉(zhuǎn)向車輪停止偏轉(zhuǎn)的時(shí)刻也相應(yīng)“滯后”，從而使靈敏度降低；如e值過小，則使密封長(zhǎng)度過小導(dǎo)致密封不嚴(yán)，這就容易產(chǎn)生油液泄漏致使進(jìn)、回油路不能完全隔斷而使工作油液壓力降低和流量減少。通常，當(dāng)滑閥總移動(dòng)量為e時(shí)，轉(zhuǎn)向盤允許轉(zhuǎn)動(dòng)的角度約為20°左右。(5-8)=0.49mm5.3.2.4.局部壓力降當(dāng)汽車直線行駛時(shí)，滑閥處于中間位置，油液流經(jīng)滑閥后再回到油箱。油液流經(jīng)滑閥時(shí)產(chǎn)生的局部壓力降(MPa)為（5-9）式中—油液密度，kg/m3;—局部阻力系數(shù)，通常?。?.0；v—油液的流速，m/s。的允許值為0.03～0.04MPa。5.3.2.5.油液流速的允許值[v]由于的允許值[]=0.03~0.04MPa,代入上式，則可得到油液流速的允許值[v]＝(5-10)5.3.2.6.滑閥直徑d(5-11)=110mm式中—溢流閥限制下的油液最大排量，L/min,—般約為發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)油泵排量的1.5倍；—預(yù)開隙，mm;v—滑閥在中間位置時(shí)的油液流速，m/s5.3.2.7.滑閥在中間位置時(shí)的油液流速v(6-12)=5m/s5.3.2.8.分配閥的泄漏量（6-13）=2.26cm/s式中—滑閥也閥體建的徑向間隙，一般＝0.0005～0.00125cm;—滑閥進(jìn)、出口油液的壓力差；d—滑閥直徑；—密封長(zhǎng)度；—油液的動(dòng)力粘度。5.4動(dòng)力轉(zhuǎn)向的評(píng)價(jià)指標(biāo)5.4.1動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的作用效能用效能指標(biāo)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=1~15。5.4.2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30~50N。5.4.3轉(zhuǎn)向靈敏度轉(zhuǎn)向靈敏度可以用轉(zhuǎn)向盤行程與滑閥行程的比值來評(píng)價(jià)(6-14)比值越小，則動(dòng)力轉(zhuǎn)向作用的靈敏度越高。5.4.4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Mφ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5-5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)段曲線就表明是一個(gè)較寬的平滑過渡區(qū)間。圖5-5靜特性曲線分段示意圖要求動(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。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)汽車轉(zhuǎn)向系的要求，除了機(jī)動(dòng)性、輕便型和操縱穩(wěn)定性之外，還必須保證轉(zhuǎn)向軸的內(nèi)外轉(zhuǎn)向輪有一定的比例關(guān)系，使汽車轉(zhuǎn)向過程中所有的車輪都是純滾動(dòng)或有極小的滑移，這一要求一般由轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)近似的實(shí)現(xiàn)。6.1轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)原理圖6-1轉(zhuǎn)向中心的不同軌跡圓如上圖6-1所示：轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的任務(wù)是將轉(zhuǎn)向器輸出端的擺動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樽?、右轉(zhuǎn)向車輪繞其轉(zhuǎn)向主銷的偏轉(zhuǎn)，并使它們偏轉(zhuǎn)到繞同一瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心的不向軌跡圓上，實(shí)現(xiàn)車輪無滑動(dòng)地滾動(dòng)轉(zhuǎn)向。為了使左、右轉(zhuǎn)向車輪偏轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系能滿足這一汽車轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求，則要由轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的精確設(shè)計(jì)來保證。圖6-2齒