汽車設(shè)計轉(zhuǎn)向

第七章轉(zhuǎn)向系設(shè)計§7-1概述§7-2機械轉(zhuǎn)向器方案分析§7-3轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)§7-4機械轉(zhuǎn)向器設(shè)計計算§7-5動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)§7-6轉(zhuǎn)向梯形§7-7轉(zhuǎn)向減震器§7-8轉(zhuǎn)向系結(jié)構(gòu)元件現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的是哪兩種轉(zhuǎn)向器？各應(yīng)用于什么場合？轉(zhuǎn)向防傷機構(gòu)的要求是什么？主要采用什么措施？如何選擇轉(zhuǎn)向器的間隙特性和傳動比特性？斷開式轉(zhuǎn)向梯形斷開點選擇的原則是什么？整體式轉(zhuǎn)向梯形斷的優(yōu)化參數(shù)和優(yōu)化目標(biāo)是什么？本章重點轉(zhuǎn)向系的功用及組成汽車行駛方向的改變是由駕駛員通過操縱轉(zhuǎn)向系來改變轉(zhuǎn)向輪(一般是前輪)的偏轉(zhuǎn)角度實現(xiàn)的。轉(zhuǎn)向系不僅可以改變汽車的行駛方向，使其按駕駛員規(guī)定的方向行駛，而且還可以克服由于路面?zhèn)认蚋蓴_力使車輪自行產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向，恢復(fù)汽車原來的行駛方向。汽車轉(zhuǎn)向系組成一般由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三部分組成，但隨著轉(zhuǎn)向系的類型不同，其結(jié)構(gòu)組成又有所差異。7-1概述轉(zhuǎn)向系設(shè)計要求：1)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，全部車輪應(yīng)繞瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，任何車輪不應(yīng)有側(cè)滑。不滿足這項要求會加速輪胎磨損，并降低汽車的行駛穩(wěn)定性。------------轉(zhuǎn)向梯形2)汽車轉(zhuǎn)向行駛后，在駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤的條件下，轉(zhuǎn)向輪能自動返回到直線行駛位置，并穩(wěn)定行駛。----------------轉(zhuǎn)向輪定位3)汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動。---------轉(zhuǎn)向減震器4)轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置共同工作時，由于運動不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生的擺動應(yīng)最小。5)保證汽車有較高的機動性，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力。Rmin=2-2.5L轉(zhuǎn)向系設(shè)計要求：6)操縱輕便。Fh和n（見下頁）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。防打手8)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機構(gòu)。間隙調(diào)整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，轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。防傷機構(gòu)10)進(jìn)行運動校核，保證轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動方向一致。7

作用在轉(zhuǎn)向盤上的切向力：

轎車原地轉(zhuǎn)向

≤150～200N

貨車原地轉(zhuǎn)向

≤500N

貨車8字轉(zhuǎn)向

≤60N（20Km/h）方向盤轉(zhuǎn)角

轎車、輕貨車：3～4圈

中、重貨車：4～6圈§7-2機械轉(zhuǎn)向器方案分析轉(zhuǎn)向系的類型

汽車轉(zhuǎn)向系根據(jù)其轉(zhuǎn)向能源的不同，可以分為機械轉(zhuǎn)向系和動力轉(zhuǎn)向系兩大類型。（1）機械轉(zhuǎn)向系以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，又稱為人力轉(zhuǎn)向系。（2）動力轉(zhuǎn)向系結(jié)構(gòu)組成

動力轉(zhuǎn)向系兼用駕駛員的體力和發(fā)動機動力作為轉(zhuǎn)向能源，并且以發(fā)動機動力作為主要能源。動力轉(zhuǎn)向系是在機械轉(zhuǎn)向系基礎(chǔ)上加設(shè)一套轉(zhuǎn)向加力裝置而成的轉(zhuǎn)向加力裝置包括轉(zhuǎn)向油罐、轉(zhuǎn)向油泵、轉(zhuǎn)向控制閥和轉(zhuǎn)向動力缸等。轉(zhuǎn)向油泵由發(fā)動機驅(qū)動，以產(chǎn)生高壓油液。1.轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向器機械轉(zhuǎn)向器動力轉(zhuǎn)向齒輪齒條式循環(huán)球式蝸桿滾輪式蝸桿指銷式液壓式氣壓式電動式滑閥式轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向傳動軸助力齒條助力主動齒輪助力11

一、機械式轉(zhuǎn)向器方案分析比較內(nèi)容

循環(huán)球蝸桿滾輪蝸桿指銷式齒輪齒條式死銷活銷η+高低低較高高η-高低較高較高高Iω可變基本不變可變可變可變磨損慢慢快較快較慢調(diào)整易難易易易可靠性可靠可靠較差較可靠可靠12

一、機械式轉(zhuǎn)向器方案分析比較內(nèi)容

循環(huán)球蝸桿滾輪蝸桿指銷式齒輪齒條式死銷活銷結(jié)構(gòu)復(fù)雜簡單簡單較復(fù)雜簡單制造困難易易較難易制造精度高不高不高變Iω高變Iω高可否用動力轉(zhuǎn)向可困難困難困難可以質(zhì)量居中居中雙銷重單銷輕輕13

用途：

1.齒輪齒條式：廣泛用于微型、普通、中高級轎車，部分前懸獨立的貨車、客車2.循環(huán)球式：廣泛用于貨車、客車3.蝸桿滾輪式：瀕臨淘汰4.蝸輪指銷式：淘汰1、齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器

齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、體積小、質(zhì)量輕；傳動效率高達(dá)90%；可自動消除齒間間隙(圖7-1所示)；沒有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，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：

逆效率高（60%~70%）。

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。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的幾種形式中間輸入，兩端輸出側(cè)面輸入，兩端輸出側(cè)面輸入，中間輸出側(cè)面輸入，一端輸出第二節(jié)機械式轉(zhuǎn)向器方案分析一、機械式轉(zhuǎn)向器方案分析1.齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器1）齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器輸入齒輪位置與輸出特點齒條斷面形狀圓形V形Y形減磨墊片齒條齒輪托座圓形斷面齒條制作工藝比較簡單。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。可防止齒條旋轉(zhuǎn)。第二節(jié)機械式轉(zhuǎn)向器方案分析一、機械式轉(zhuǎn)向器方案分析1.齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器2）齒條斷面形狀齒形：采用斜齒，重合度大，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，可以設(shè)計齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的滑磨率，減低逆效率而防止打手；齒輪軸線還可以傾斜以利于布置，廣泛采用。齒條傾角安裝角第二節(jié)機械式轉(zhuǎn)向器方案分析一、機械式轉(zhuǎn)向器方案分析1.齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器3）

齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的布置形式(1)

轉(zhuǎn)向器在前軸后方,后置梯形(2)

轉(zhuǎn)向器在前軸后方,前置梯形(3)

轉(zhuǎn)向器在前軸前方,前置梯形(4)

轉(zhuǎn)向器在前軸前方,后置梯形齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于微型、普通級、中級和中高級轎車上。裝載量不大、前輪采用獨立懸架的貨車和客車也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。

2、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器第一級是螺桿螺母，之間有鋼球，將滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦。第二級是齒條齒扇，齒扇是變齒厚的，類似于直齒錐齒輪的輪齒，以利于調(diào)整間隙。壽命長，效率高。與圖7－8對照看循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點是：傳動效率可達(dá)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；適合用來做整體式動力轉(zhuǎn)向器。

循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：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)向器主要用于貨車和客車上。第二節(jié)機械式轉(zhuǎn)向器方案分析二、防傷安全機構(gòu)方案分析交通事故表明:汽車發(fā)生碰撞事故,可以是正面、側(cè)面、追尾等碰撞事故,其中正面碰撞事故約占40%～50%。正面碰撞事故中，駕駛員可能與轉(zhuǎn)向盤、儀表板、轉(zhuǎn)向管柱、擋風(fēng)玻璃、室內(nèi)后視鏡、遮陽板等發(fā)生身體接觸，并遭受傷害，嚴(yán)重時會傷及性命，因此采取有效措施保護(hù)駕駛員是十分重要的。當(dāng)前采取的有效措施主要有：安全帶、安全氣囊、轉(zhuǎn)向系中的防傷安全機構(gòu)。有的汽車上述三種措施同時并存（如檔次比較高的轎車），有些汽車只有其中的1～2項（如平頭客車只有安全帶，貨車中當(dāng)前也很少裝氣囊）。第二節(jié)機械式轉(zhuǎn)向器方案分析二、防傷安全機構(gòu)方案分析1、法規(guī)要求1）汽車以48km/h的速度正面同其它物體碰撞的實驗中，轉(zhuǎn)向管柱和轉(zhuǎn)向軸在水平方向的后移量不得大于127mm；2）在臺架試驗中用人體模型的驅(qū)干以6.7m/s的速度碰撞轉(zhuǎn)向盤時，作用在轉(zhuǎn)向盤上的水平力不得超過11123N（GB11557—1998）2、防傷安全機構(gòu)安全帶可以有效地限制乘員前移量。安全氣囊可以在乘員頭、胸前部與轉(zhuǎn)向盤（儀表板）之間形成隔離帶，緩和沖擊，減緩乘員前移量和前移速度。而在駕駛員不可避免的與轉(zhuǎn)向盤發(fā)生身體接觸時，防傷安全機構(gòu)可以減輕駕駛員受到傷害的程度。措施減少轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向軸的后移采用吸能的轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向柱管

吸能方式

吸能元件

塑性彈性

摩擦

盤

軸

管柱

有關(guān)資料分析表明：汽車正面碰撞時，轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向管柱是使駕駛員受傷的主要元件。a、萬向節(jié)連接轉(zhuǎn)向軸

不斷開，不吸能。結(jié)構(gòu)簡單，利于布置，b、兩段式防傷轉(zhuǎn)向軸斷開，吸能少。結(jié)構(gòu)簡單，但是效果可能不理想

c、聯(lián)軸套管塑料銷釘鉚接，軸向滑動管柱，不斷開，吸能。其中2為注塑銷釘。斷開時長度縮短，塑料增大摩擦并吸能。撞后不斷開。

d、彈性聯(lián)軸器斷開，吸能。結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但是彈性墊片會降低轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度。彈性墊片e、網(wǎng)格狀轉(zhuǎn)向吸能管柱

依靠管柱與套管的擠壓來吸收沖擊能量。設(shè)計時選擇合適套管間的過盈量，滿足所要求的壓緊力。轉(zhuǎn)向管柱套管第二節(jié)機械式轉(zhuǎn)向器方案分析二、防傷安全機構(gòu)方案分析一、轉(zhuǎn)向器的效率

1、含義：

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η+表示；反之稱為逆效率，用符號η－表示。

正效率η+

計算公式：

η+=（P1-P2）/P1

逆效率η－計算公式：

η－=（P3-P2）/P3式中，P1為作用在轉(zhuǎn)向軸上的功率；P2為轉(zhuǎn)向器中的磨擦功率；P3為作用在轉(zhuǎn)向搖臂軸上的功率。§7-3

轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)33

2、正效率影響因素：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。轉(zhuǎn)向器類型和結(jié)構(gòu)特點循環(huán)球式螺桿螺母指銷式70％螺桿螺母齒扇式75～85％齒輪齒條式螺旋齒80%斜齒75%蝸輪指銷式固定銷55％旋轉(zhuǎn)銷75％蝸桿滾輪式滾針軸承54%錐軸承70%滾珠軸承75％34

蝸桿、螺桿類α0—螺線導(dǎo)程角ρ—摩擦角，

ρ=tg-1ff—摩擦系數(shù)α0

η+35

3、逆效率：

根據(jù)逆效率分類：可逆式：逆效率較高，如循環(huán)球式、齒輪齒條式不可逆式：

α0≤ρ，η-≤0，現(xiàn)不采用極限可逆式：介于以上二者之間α0一般取8～10°α0

η-36

逆效率影響汽車的使用性能正常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，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。

正效率η+轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)參數(shù)與η+α0為蝸桿（或螺桿）的螺線導(dǎo)程角；ρ為摩擦角，ρ=tg-1f；f為摩擦因數(shù)。當(dāng)滾道表面良好，表面硬度為58HRC以上時，ρ=19’分析上式可知：①η+

與α0、ρ有關(guān)②α0↑，則η+

↑③α0>70以后，η+↑緩慢逆效率η-η-

的種類可逆式：易打手，回正性能好不可逆式：轉(zhuǎn)向零件受載大，無路感，不能回正極限可逆式：回正性能、路感、轉(zhuǎn)向系零件受載等均居中轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)參數(shù)與η-分析上式可知：①η-

與α0、ρ有關(guān)②α0↑，則η-↑，且在α0=80～100以后增加速度大于η+增加速度。

∴α0不宜大于80～100③α0<ρ時，則得-η-

說明不可逆39

二、傳動比的變化特性1、轉(zhuǎn)向系傳動比的組成：轉(zhuǎn)向系傳動比

轉(zhuǎn)向系角傳動比轉(zhuǎn)向器角傳動比轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)角傳動比轉(zhuǎn)向系力傳動比

第三節(jié)轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)二、傳動比的變化特性1.轉(zhuǎn)向系傳動比轉(zhuǎn)向系傳動比轉(zhuǎn)向系力傳動比轉(zhuǎn)向系角傳動比轉(zhuǎn)向器角傳動比轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)角傳動比角傳動比力傳動比轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動角速度

同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度不嚴(yán)格的講，就是轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角之比轉(zhuǎn)向盤手力兩個轉(zhuǎn)向輪阻力和轉(zhuǎn)向系的角傳動比

由轉(zhuǎn)向器角傳動比和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)角傳動比組成，即

轉(zhuǎn)向器的角傳動比:

轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的角傳動比:

2.力傳動比與轉(zhuǎn)向系角傳動比的關(guān)系

轉(zhuǎn)向阻力Fw與轉(zhuǎn)向阻力矩Mr的關(guān)系式：作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力Fh與作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩Mh的關(guān)系式：將式（7-3）、式（7-4）代入后得到

（7-3）（7-4）（7-5）如果忽略磨擦損失，根據(jù)能量守恒原理，2Mr/Mh可用下式表示將式（7-6）代入式（7-5）后得到當(dāng)a和Dsw不變時，力傳動比越大，雖然轉(zhuǎn)向越輕，但也越大，表明轉(zhuǎn)向不靈敏。（7-6）（7-7）2.力傳動比與轉(zhuǎn)向系角傳動比的關(guān)系

①a↑則ip↓，∴轉(zhuǎn)向沉重，為此應(yīng)減少a轎車（0.4～0.6）BB—輪胎胎面寬度貨車40～60㎜當(dāng)a和Dsw不變時，力傳動比越大，雖然轉(zhuǎn)向越輕，但也越大，表明轉(zhuǎn)向不靈敏。（7-7）2.力傳動比與轉(zhuǎn)向系角傳動比的關(guān)系

3.轉(zhuǎn)向系的角傳動比

轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)角傳動比可用表示以外，還可以近擬地用轉(zhuǎn)向節(jié)臂臂長L2與搖臂臂長L1之比來表示，

在汽車結(jié)構(gòu)中，L2與L1的比值大約在0.85~1.1之間，可近似認(rèn)為其比值為1則由此可見，研究轉(zhuǎn)向系的傳動比特性，只需研究轉(zhuǎn)向器的角傳動比及其變化規(guī)律即可。

4.轉(zhuǎn)向器角傳動比及其變化規(guī)律

增大角傳動比可以增加力傳動比。當(dāng)Fw一定時，增大力傳動比能減小作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力Fh，使操縱輕便。

同時，對于一定的轉(zhuǎn)向盤角速度，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度與轉(zhuǎn)向器角傳動比成反比。角傳動比增加后，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度對轉(zhuǎn)向盤角速度的響應(yīng)變得遲鈍，汽車轉(zhuǎn)向靈敏性降低，所以“輕”和“靈”構(gòu)成一對矛盾。

為解決這對矛盾，可采用變速比轉(zhuǎn)向器。

齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸式指銷式轉(zhuǎn)向器都可以制成變速比轉(zhuǎn)向器。

齒輪齒條變傳動比的原理原理：

互嚙合齒輪的基圓齒距必須相等，即Pbl=Pb2

齒輪基圓齒距Pbl=πmlcosα1齒條基圓齒距Pb2=πm2cosα2mlcosα1＝m2cosα2讓齒輪具有標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m1和標(biāo)準(zhǔn)壓力角a1，通過改變不同位置處齒條壓力角α2和模數(shù)m2變來獲得傳動比。節(jié)圓齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器齒條中部（轉(zhuǎn)向盤中間位置）壓力角最大，齒輪節(jié)圓半徑大，轉(zhuǎn)向時位移大，轉(zhuǎn)向靈敏。中間小

兩側(cè)壓力角逐漸變?。?shù)也逐漸減?。X輪節(jié)圓半徑小，轉(zhuǎn)向時位移小，轉(zhuǎn)向靈敏度下降，但轉(zhuǎn)向輕便。兩邊大齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器變速比工作原理如下：當(dāng)齒條中部α2的為最大向兩端逐漸減小時，則齒條中部的m2也應(yīng)當(dāng)大于兩端處齒的m2。α2大時，齒槽上寬下窄，節(jié)圓半徑R1也大，反之亦反之。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器iω=2πr/P措施：螺距P不變，齒扇嚙合半徑r變化

5、轉(zhuǎn)向器角傳動比的選擇

轉(zhuǎn)向器角傳動比可以設(shè)計成減小、增大或保持不變的。影響選取角傳動比變化規(guī)律的主要因素是轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大小和對汽車機動能力的要求。若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷小或采用動力轉(zhuǎn)向的汽車，不存在轉(zhuǎn)向沉重問題，應(yīng)取較小的轉(zhuǎn)向器角傳動比，以提高汽車的機動能力。

轉(zhuǎn)向系(器)的傳動比的變化對轉(zhuǎn)向軸荷較小，或者安裝動力轉(zhuǎn)向的車輛中間位置傳動比大為了高速操縱的穩(wěn)定性，因為過小會使車輛反應(yīng)過于靈敏，很難操縱；傳動比大導(dǎo)致路感差；兩端小則為滿足低速操縱靈敏性。

若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大（20---40KN）：汽車低速急轉(zhuǎn)彎時的操縱輕便性問題突出，應(yīng)選用大些的轉(zhuǎn)向器角傳動比。

汽車高速直線行駛時，轉(zhuǎn)向盤在中間位置的轉(zhuǎn)向器角傳動比不宜過小。否則轉(zhuǎn)向過分敏感，使駕駛員精確控制轉(zhuǎn)向輪的運動有困難。轉(zhuǎn)向器角傳動比變化曲線應(yīng)選用大致呈中間小兩端大些的下凹形曲線?！遡w增大以后，轉(zhuǎn)向器輸出的力F↑，相對降低了轉(zhuǎn)向傳動裝置剛度，∴希望iw

取小些。當(dāng)iwmin

過于小時，帶來如下問題：1）對φ的變化特敏感，駕駛員難于準(zhǔn)確控制汽車方向高速轉(zhuǎn)彎行駛?cè)菀装l(fā)生交通事故。2）壞路上行駛反沖效應(yīng)增大經(jīng)驗與建議：iwmin不低于15～166、iwmin

的確定：iwmax

過大帶來下述問題：1）轉(zhuǎn)向傳動裝置剛度、強度不足；2）轉(zhuǎn)向器尺寸大、質(zhì)量↑，在汽車上難于布置；3）轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動圈數(shù)n↑。建議iwmax<337.iwmax

的確定1、轉(zhuǎn)向器傳動間隙特性轉(zhuǎn)向器傳動間隙隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角變化的關(guān)系稱為轉(zhuǎn)向器傳動副傳動間隙特性；

影響汽車直線行駛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向器壽命，轉(zhuǎn)向盤處于中間位置時，間隙要極小或者無間隙三、轉(zhuǎn)向器傳動副的傳動間隙Δt

轉(zhuǎn)向器傳動副的傳動間隙Δt要求：間隙中間小，兩邊大。新的磨損后的調(diào)整過的

傳動副的傳動間隙在轉(zhuǎn)向盤處于中間及其附近位置時要極小，最好無間隙。若轉(zhuǎn)向器傳動副存在傳動間隙，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，必須經(jīng)調(diào)整消除該處間隙。57

2、獲得傳動間隙特性的方法：對于循環(huán)球齒輪齒扇式：（1）偏心法：齒槽同寬，中間齒正常厚度，往兩邊依次遞減。當(dāng)n一定時，取決于搖臂軸轉(zhuǎn)角βp

（2）修正齒條法：兩側(cè)齒槽比中間寬，兩側(cè)齒槽相等，齒扇的齒有相同厚度。磨損后不致卡死。2．如何獲得傳動間隙特性（1）

循環(huán)球齒條齒扇式①

偏心法特點：齒條的齒槽等寬；齒扇的齒變厚，且中間齒厚為正常齒，兩側(cè)齒齒厚依次減薄。若O1與O重合加工后齒扇各齒齒厚相同若O1與O不重合存在偏心距n，則各齒齒厚不同。循環(huán)球齒條齒扇式——偏心法αd—端面壓力角；

R—節(jié)圓半徑；βp—搖臂軸轉(zhuǎn)角；

R1—中心O1到b點的距離；

n—偏心距。（1）

循環(huán)球齒條齒扇式——偏心法傳動間隙特性與n有下述關(guān)系2．如何獲得傳動間隙特性②

循環(huán)球齒條齒扇式——修正齒條法特點：齒扇齒各齒厚度相同；齒條的兩側(cè)齒槽比中間齒槽稍寬，且使兩側(cè)齒槽的寬度相同。小模數(shù)時取下限。第四節(jié)機械式轉(zhuǎn)向器設(shè)計與計算一、轉(zhuǎn)向系計算載荷的確定影響計算載荷的因素：轉(zhuǎn)向軸的負(fù)荷；路面阻力；輪胎氣壓。原地轉(zhuǎn)向阻力矩TR的計算f—滑動摩擦因數(shù)0.7；G1—轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷（N）；p—輪胎氣壓（MPa）。一、轉(zhuǎn)向系計算載荷的確定作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力L1—轉(zhuǎn)向搖臂長；L2—轉(zhuǎn)向節(jié)臂長。當(dāng)用上式計算的Fh>700N時，已超出人體生理極限，此時對轉(zhuǎn)向器及動力缸以前的零件的計算載荷，取Fh=700N二、齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計1．主要參數(shù)的確定2.

強度驗算：抗彎強度；接觸強度3.

材料：齒輪16MnCr5、15CrNi6齒條45鋼殼體鋁合金三、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計（一）主要尺寸參數(shù)的選擇1．螺桿、鋼球、螺母傳動副（1）鋼球中心距D、螺桿外、內(nèi)徑D1、D2三、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計（一）主要尺寸參數(shù)的選擇1．螺桿、鋼球、螺母傳動副（1）鋼球中心距D、螺桿外、內(nèi)徑D1、D2①

D：是指螺桿兩側(cè)剛球中心間的距離，是轉(zhuǎn)向器的基本尺寸。影響選取D的因素有：D1、D2和剛球直徑d。如果D選取的比較大，轉(zhuǎn)向器的尺寸及質(zhì)量均增加，螺桿尺寸也隨之增大，表明剛度大，承載能力強。要求：在保證有足夠的強度、剛度條件下為減小尺寸、質(zhì)量應(yīng)盡可能選取小一些的D，D的變化范圍為20～40㎜。D應(yīng)隨m的變化而變化，當(dāng)m↑時，D也應(yīng)↑。②

D1、D2：（D2－D1）=（5～10）%DD1=20、23、25、28、29、34、38三、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計（一）主要尺寸參數(shù)的選擇1．螺桿、鋼球、螺母傳動副（2）剛球直徑d及數(shù)量n①

影響選取d的因素（常用的標(biāo)準(zhǔn)范圍：7～9㎜）：三、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計（一）主要尺寸參數(shù)的選擇1．螺桿、鋼球、螺母傳動副（2）剛球直徑d及數(shù)量n選取d的原則：在保證有足夠的承載能力條件下，盡可能取尺寸小些的d。如果是系列產(chǎn)品，要求d的選取規(guī)格盡可能少，常用有三種規(guī)格已足夠。三、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計（一）主要尺寸參數(shù)的選擇1．螺桿、鋼球、螺母傳動副（2）剛球直徑d及數(shù)量n②影響選取n的因素三、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計（一）主要尺寸參數(shù)的選擇1．螺桿、鋼球、螺母傳動副（2）剛球直徑d及數(shù)量nn選擇：原則在保證有足夠的承載能力的條件下，n應(yīng)取少些為宜。n的選取范圍：n≤60粒/環(huán)路為保證每個剛球都承載，要求對剛球進(jìn)行分組（至少分四組）裝配。（同時螺桿、螺母也應(yīng)當(dāng)分組）。不包含環(huán)流導(dǎo)管中鋼球數(shù)時，每個環(huán)路中的鋼球數(shù)n用下式計算：W—一個環(huán)路中的鋼球工作圈數(shù)；α0—螺線導(dǎo)程角，∵α0=5°~8°，∴cosα0≈1.0三、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計（一）主要尺寸參數(shù)的選擇1．螺桿、鋼球、螺母傳動副(3)工作鋼球圈數(shù)W

環(huán)路數(shù)：1個或者2個，且多數(shù)轉(zhuǎn)向器為兩個獨立環(huán)路。三、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計（一）主要尺寸參數(shù)的選擇1．螺桿、鋼球、螺母傳動副(3)工作鋼球圈數(shù)W影響工作鋼球圈數(shù)W的因素三、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計（一）主要尺寸參數(shù)的選擇1．螺桿、鋼球、螺母傳動副(3)工作鋼球圈數(shù)W選取W的原則：在保證螺桿、螺母、鋼球有足夠的σj

強度條件下，將W取少些；m小時W取1.5，m大時，W取得多。W的選取范圍：1.5、2.5三、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計（一）主要尺寸參數(shù)的選擇1．螺桿、鋼球、螺母傳動副(4)滾道截面：單圓弧滾道截面/四段圓弧滾道截面/橢圓滾道截面三、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計（一）主要尺寸參數(shù)的選擇1．螺桿、鋼球、螺母傳動副(5)接觸角：鋼球與螺桿滾道接觸點的正壓力方向與螺桿滾道法面軸線間的夾角稱為接觸角θ。接觸角θ影響：軸向力和徑向力的分配要求：軸向力和徑向力接近，以免影響扇齒齒根處強度。范圍：用450的多，少數(shù)用500或57.50(BenZ)，此時徑向力↑，軸向力↓。三、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計（一）主要尺寸參數(shù)的選擇1．螺桿、鋼球、螺母傳動副（6）螺距P若轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動dφ，則同時螺母移動ds距離，即

①與此同時齒扇轉(zhuǎn)過的弧長也為ds，相應(yīng)搖臂軸轉(zhuǎn)過則有：

②①與②聯(lián)立，得：三、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計（一）主要尺寸參數(shù)的選擇1．螺桿、鋼球、螺母傳動副（6）螺距P三、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計（一）主要尺寸參數(shù)的選擇2．齒條、齒扇傳動副設(shè)計齒扇齒的特點①

齒頂圓與齒根圓均有錐度②

∵分度圓d=mz，∴不變是圓柱

③

分度圓上的齒厚是變化的

④

基圓也是一個圓柱三、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計（一）主要尺寸參數(shù)的選擇2．齒條、齒扇傳動副設(shè)計——齒形計算圖紙上僅標(biāo)注基準(zhǔn)剖面尺寸即（Ⅰ—Ⅰ）剖面尺寸。基準(zhǔn)剖面可以選在齒寬內(nèi)或齒寬外任意剖面處，但一般多選在B/2處；基準(zhǔn)剖面的ζ=0，且向右為正ζ

，向左ζ

為負(fù)距基準(zhǔn)剖面尺寸a0

處的O—O剖面的移距系數(shù)為ζ

1三、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計（一）主要尺寸參數(shù)的選擇2．齒條、齒扇傳動副設(shè)計——齒形計算四、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件強度計算1.

鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力σ四、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件強度計算2.

齒的彎曲應(yīng)力σw材料：螺桿、螺母20CrMnTi滲碳0.8~1.45mm58~63HRC四、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件強度計算3.轉(zhuǎn)向搖臂軸直徑d材料：20CrMnTi滲碳0.8~1.45mm58~63HRC四、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件強度計算4.轉(zhuǎn)向軸[τ]=4000～5000N/㎝285

設(shè)計原則：

當(dāng)前軸負(fù)荷大于40KN時，必須采用動力轉(zhuǎn)向；當(dāng)前軸負(fù)荷在25～40KN之間時，可裝可不裝；當(dāng)前軸負(fù)荷小于25KN時，不必裝動力轉(zhuǎn)向。第五節(jié)

動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)

動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)則是在駕駛員的控制下，借助于汽車發(fā)動機取力而產(chǎn)生的液體壓力或電動機驅(qū)動力來實現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向。一、設(shè)計要求

1.運動學(xué)的隨動：轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角和方向盤轉(zhuǎn)角的關(guān)系應(yīng)保持一定比例；2.力的隨動（路感）：即不同路面上，駕駛員的手力感覺應(yīng)隨著轉(zhuǎn)向輪阻力變化而一致變化；3.動力轉(zhuǎn)向失靈時，仍能夠用機械轉(zhuǎn)向操縱；4.當(dāng)Fh≥0.025~0.19KN時，動力轉(zhuǎn)向起作用；5.應(yīng)能夠自動回正，保證汽車穩(wěn)定、直線行駛；

6.工作靈敏，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動后，系統(tǒng)內(nèi)壓力能很快增長到最大值；

7.密封性能好，內(nèi)、外泄漏少。動力轉(zhuǎn)向動力轉(zhuǎn)向的基本要求GB17675-1999汽車轉(zhuǎn)向系基本要求：

不得裝用全動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的液壓、氣壓或電氣部件部分或全部失效后，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須有控制汽車行駛方向的能力。

因此，現(xiàn)在的動力轉(zhuǎn)向一般是在原來機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上添加助力機構(gòu)實現(xiàn)的，機械機構(gòu)用于安全儲備（一）動力轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)形式1.液壓式：尺寸小，壓力大，靈敏度高，可吸收沖擊，無需潤滑；2.氣壓式：體積大，質(zhì)量大，靈敏度低，壓力低二、液壓式動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)布置方案分析

液壓式動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)是由分配閥、轉(zhuǎn)向器、動力缸、液壓泵、貯油罐和油管等組成。根據(jù)分配閥、轉(zhuǎn)向器和動力缸三者相互位置的不同，它分為整體式（圖7-12a）和分置式兩類。分置式按分配閥所在位置不同又分為：聯(lián)閥式（圖7-12b）、連桿式（圖7-12c）和半分置式（圖7-12d）。圖7-12動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)布置方案1—分配閥2—轉(zhuǎn)向器3—動力缸二、液壓式動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)布置方案分析

二、動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)布置方案2.布置方案二、動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)布置方案3.分配閥的結(jié)構(gòu)方案三、液壓式動力轉(zhuǎn)向器的評價指標(biāo)

（1）動力轉(zhuǎn)向器的作用效能用效能指標(biāo)s=Fh/Fh′來評價動力轉(zhuǎn)向器的作用效能?，F(xiàn)有動力轉(zhuǎn)向器的效能指標(biāo)s=1~15。（2）路感在最大工作壓力時，轎車：換算以轉(zhuǎn)向盤上的力增加約30~50N，貨車：增加80~100N。（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價

比值越小，則動力轉(zhuǎn)向作用的靈敏度越高。高級轎車的值在6.7以下。轉(zhuǎn)向靈敏度也可以用接通動力轉(zhuǎn)向時，作用到轉(zhuǎn)向盤的手力的轉(zhuǎn)角來評價，要求此力在20-50N，轉(zhuǎn)角在10°~15°范圍。（4）動力轉(zhuǎn)向器的靜特性動力轉(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，是用來評價動力轉(zhuǎn)向器的主要特性指標(biāo)。用輸入轉(zhuǎn)矩Mφ與輸出油壓p之間的變化關(guān)系曲線來表示動力轉(zhuǎn)向的靜特性。常將靜特性曲線劃分為四個區(qū)段。在輸入轉(zhuǎn)矩不大的時候，相當(dāng)于圖中A段；汽車原地轉(zhuǎn)向或調(diào)頭時，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較寬的平滑過渡區(qū)間。圖7-13靜特性曲線分段示意圖

要求動力轉(zhuǎn)向器向右轉(zhuǎn)和向左轉(zhuǎn)的靜特性曲線應(yīng)對稱。對稱性可以評價滑閥的加工和裝配質(zhì)量。要求對稱性大于0.85。能量消耗大。液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要發(fā)動機帶動液壓油泵，使液壓油不停地流動，浪費了部分能量。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差。液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必需有動力轉(zhuǎn)向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于發(fā)動機上的皮帶輪等

，工作介質(zhì)為油液，易泄漏。助力特性難以滿足要求。（主要問題）具有固定放大倍率，操縱輕便型和操縱穩(wěn)定性難以兼顧。液壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的缺點為此采用車速感應(yīng)型動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)，有電控液壓動力轉(zhuǎn)向和電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

具有固定放大倍率的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要缺點放大倍率小，可減小汽車在停車或低速行駛狀態(tài)下轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的力，但當(dāng)汽車以高速行駛時，會使轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的力顯得太小，不利于對高速行駛的汽車進(jìn)行方向控制（方向發(fā)飄）；反之，放大倍率大，可增加汽車在高速行駛時的轉(zhuǎn)向力，但當(dāng)汽車停駛或低速行駛時，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤就會顯得非常吃力（轉(zhuǎn)向沉重）。

操縱輕便型(低速狀態(tài))和操縱穩(wěn)定性(高速狀態(tài))難以兼顧。是在傳統(tǒng)的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)了控制液體流量的電磁閥、車速傳感器和電子控制單元等，電子控制單元根據(jù)檢測到的車速信號，控制電磁閥，使轉(zhuǎn)向動力放大倍率實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，從而滿足高、低速時的轉(zhuǎn)向助力要求。

四、電控液壓動力轉(zhuǎn)向

這些裝置保留了原來的液壓系統(tǒng)，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本提高。電控液壓動力轉(zhuǎn)向

EHPS示意圖電控液壓動力轉(zhuǎn)向

一種EHPS電動泵電控液壓動力轉(zhuǎn)向

EHPS的車速感應(yīng)功能EHPS的特性分類液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)電子控制裝置而構(gòu)成的。根據(jù)控制方式的不同，液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又可分為流量控制式、油壓反饋控制式（反力控制式）、動力缸分流控制式和閥特性控制式（閥靈敏度控制式）幾種形式。

流量控制式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就是根據(jù)車速傳感器的信號，控制電磁閥閥針的開啟程度，從而控制轉(zhuǎn)向動力缸活塞兩側(cè)油室的旁路液壓油流量，來改變轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力。

車速越高，流過電磁閥電磁線圈的平均電流值越大，電磁閥閥針的開啟程度越大，旁路液壓油流量越大，液壓助力作用越小，使轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的力也隨之增加。這就是流量控制式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理。流量控制式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上世紀(jì)80年代開始研制并商品化的電動助力轉(zhuǎn)向（EPS）系統(tǒng)近年來在國內(nèi)外得到迅速發(fā)展。早在1988年，這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)首先裝在日本的SuzukiCorvo

助力裝置電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理轉(zhuǎn)向軸裝轉(zhuǎn)向盤連接轉(zhuǎn)向器電動式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點：有許多液壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所不具備的優(yōu)點：

（1）將電動機、離合器、減速裝置、轉(zhuǎn)向桿等各部件裝配成一個整體，這既無管道也無控制閥，使其結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量減輕。一般電動式EPS的質(zhì)量比液壓式EPS質(zhì)量輕25%左右。

（2）沒有液壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必須的常運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向油泵，電動機只是在需要轉(zhuǎn)向時才接通電源，所以動力消耗和燃油消耗均可降到最低。

（3）省去了油壓系統(tǒng)，所以不需要給轉(zhuǎn)向油泵補充油，也不必?fù)?dān)心漏油。

（4）可以比較容易地按照汽車性能的需要設(shè)置、修改轉(zhuǎn)向助力特性。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類轉(zhuǎn)向軸式 轉(zhuǎn)向齒輪式

雙齒輪式

滾珠絲杠桿式齒條式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點助力特性可以根據(jù)車速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩電動機電流150km/h0km/h電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點助力特性曲線形狀可調(diào)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩電動機電流調(diào)節(jié)可以采用軟件進(jìn)行，減少開發(fā)成本和周期6－8Nm1－2NmP238，要求3）偏大電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點節(jié)能環(huán)保結(jié)構(gòu)緊湊符合汽車的發(fā)展方向－電動技術(shù)含量要求較高，目前國內(nèi)不成熟助力不能夠很大全電動轉(zhuǎn)向－線控轉(zhuǎn)向（Steer-By-Wire）特點：取消了轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間的機械連接優(yōu)點：傳動比可調(diào)提高主動安全提高被動安全缺點：技術(shù)含量高，成本高，目前處于研究階段主動轉(zhuǎn)向主動轉(zhuǎn)向的助力百分比是一定，為了操縱輕便