汽車設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向

第七章轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)第一頁，共八十三頁?！?-1概述§7-2機(jī)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(jī)械轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)計(jì)算§7-5動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)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)元件第二頁，共八十三頁?，F(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(chǎng)合？轉(zhuǎn)向防傷機(jī)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(dòng)比特性？斷開式轉(zhuǎn)向梯形斷開點(diǎn)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(diǎn)第三頁，共八十三頁。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(shí)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(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)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概述第四頁，共八十三頁。轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)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。------------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(dòng)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(dòng)。---------轉(zhuǎn)向減震器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。Rmin=2-2.5L第五頁，共八十三頁。轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)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(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)。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(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。防傷機(jī)構(gòu)10)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核，保證轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。第六頁，共八十三頁。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圈第七頁，共八十三頁?！?-2機(jī)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(jī)械轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系兩大類型。（1）機(jī)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。第八頁，共八十三頁。（2）動(dòng)力轉(zhuǎn)向系結(jié)構(gòu)組成

動(dòng)力轉(zhuǎn)向系兼用駕駛員的體力和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力作為轉(zhuǎn)向能源，并且以發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力作為主要能源。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系是在機(jī)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(dòng)力缸等。轉(zhuǎn)向油泵由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，以產(chǎn)生高壓油液。第九頁，共八十三頁。10

一、機(jī)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第十頁，共八十三頁。11

一、機(jī)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(jiǎn)單簡(jiǎn)單較復(fù)雜簡(jiǎn)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(dòng)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第十一頁，共八十三頁。12

用途：

1.齒輪齒條式：廣泛用于微型、普通、中高級(jí)轎車，部分前懸獨(dú)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：淘汰第十二頁，共八十三頁。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(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、體積小、質(zhì)量輕；傳動(dòng)效率高達(dá)90%；可自動(dòng)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(diǎn)：

逆效率高（60%~70%）。

因此，汽車在不平路面上行駛時(shí)，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間的沖擊力，大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤。第十三頁，共八十三頁。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，一端輸出第十四頁，共八十三頁。齒條的翻轉(zhuǎn)力矩轉(zhuǎn)向拉桿施加的在齒條上使其沿齒條軸向轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩側(cè)面輸入，中間輸出從上面看受力圖從前面看第十五頁，共八十三頁。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(jiǎn)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?？煞乐过X條旋轉(zhuǎn)。第十六頁，共八十三頁。齒形：采用斜齒，重合度大，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，可以設(shè)計(jì)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。齒條傾角安裝角第十七頁，共八十三頁。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，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；轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形。

齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于微型、普通級(jí)、中級(jí)和中高級(jí)轎車上。裝載量不大、前輪采用獨(dú)立懸架的貨車和客車也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。圖7-3齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種布置形式

第十八頁，共八十三頁。2、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器第一級(jí)是螺桿螺母，之間有鋼球，將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦。第二級(jí)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(zhǎng)，效率高。與圖7－8對(duì)照看第十九頁，共八十三頁。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是：傳動(dòng)效率可達(dá)到75%-85%；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)整容易；適合用來做整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。

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)向器主要用于貨車和客車上。第二十頁，共八十三頁。要求GBll557—1998防止汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對(duì)駕駛員傷害的規(guī)定3技術(shù)要求3．1不裝人體模塊的整備車輛以48.3～53.1km／h之間的車速正面撞擊障礙壁時(shí)，轉(zhuǎn)向柱管和轉(zhuǎn)向軸的上端允許沿著平行于汽車縱向中心線的水平方向向后竄動(dòng)，但其竄動(dòng)量不得大于127mm（在動(dòng)態(tài)下測(cè)量）。3．2人體模塊以24.10+1.2km／h的速度水平撞擊轉(zhuǎn)向盤時(shí)，作用在轉(zhuǎn)向盤上的水平力不得大于11123N。二、防傷安全機(jī)構(gòu)方案分析計(jì)算

第二十一頁，共八十三頁。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(shí)，轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向管柱是使駕駛員受傷的主要元件。第二十二頁，共八十三頁。a、萬向節(jié)連接轉(zhuǎn)向軸

不斷開，不吸能。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利于布置，第二十三頁，共八十三頁。b、兩段式防傷轉(zhuǎn)向軸斷開，吸能少。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是效果可能不理想第二十四頁，共八十三頁。

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

第二十五頁，共八十三頁。d、彈性聯(lián)軸器斷開，吸能。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，但是彈性墊片會(huì)降低轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度。彈性墊片第二十六頁，共八十三頁。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(jì)時(shí)選擇合適套管間的過盈量，滿足所要求的壓緊力。轉(zhuǎn)向管柱套管第二十七頁，共八十三頁。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(hào)η+表示；反之稱為逆效率，用符號(hào)η－表示。

正效率η+計(jì)算公式：η+=（P1-P2）/P1逆效率η－計(jì)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?！?-3

轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)第二十八頁，共八十三頁。29

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(diǎn)、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(diǎn)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％第二十九頁，共八十三頁。30

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+第三十頁，共八十三頁。31

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-第三十一頁，共八十三頁。32

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(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。

第三十二頁，共八十三頁。33

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

轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向系力傳動(dòng)比

第三十三頁，共八十三頁。角傳動(dòng)比力傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)轉(zhuǎn)向輪阻力和第三十四頁，共八十三頁。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)比組成，即

轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比:

轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比:

第三十五頁，共八十三頁。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）第三十六頁，共八十三頁。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(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。（7-6）（7-7）2.力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系

第三十七頁，共八十三頁。3.轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比

轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比可用表示以外，還可以近擬地用轉(zhuǎn)向節(jié)臂臂長(zhǎng)L2與搖臂臂長(zhǎng)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(dòng)比特性，只需研究轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比及其變化規(guī)律即可。

第三十八頁，共八十三頁。4.轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比及其變化規(guī)律

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

同時(shí)，對(duì)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(dòng)比成反比。角傳動(dòng)比增加后，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度對(duì)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(duì)矛盾。

為解決這對(duì)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。

第三十九頁，共八十三頁。齒輪齒條變傳動(dòng)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(dòng)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(shí)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?。?，齒輪節(jié)圓半徑小，轉(zhuǎn)向時(shí)位移小，轉(zhuǎn)向靈敏度下降，但轉(zhuǎn)向輕便。兩邊大第四十頁，共八十三頁。

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。

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變化第四十一頁，共八十三頁。轉(zhuǎn)向系(器)的傳動(dòng)比的變化對(duì)轉(zhuǎn)向軸荷較小，或者安裝動(dòng)力轉(zhuǎn)向的車輛中間位置傳動(dòng)比大為了高速操縱的穩(wěn)定性，因?yàn)檫^小會(huì)使車輛反應(yīng)過于靈敏，很難操縱；傳動(dòng)比大導(dǎo)致路感差；兩端小則為滿足低速操縱靈敏性。

第四十二頁，共八十三頁。轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的選擇

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。第四十三頁，共八十三頁。1、轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)間隙特性轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)間隙隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角變化的關(guān)系稱為轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)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(shí)，間隙要極小或者無間隙三、轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙Δt

第四十四頁，共八十三頁。轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的傳動(dòng)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(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。第四十五頁，共八十三頁。46

2、獲得傳動(dòng)間隙特性的方法：對(duì)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(shí)，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。第四十六頁，共八十三頁。四、轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定

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)向系中的內(nèi)磨擦阻力等。1、計(jì)算汽車在瀝青或者混凝土跨面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩MR（N·mm）的半徑經(jīng)驗(yàn)公式式中，f為輪胎和路面間的滑動(dòng)磨擦因數(shù)，一般取0.7；G1為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷（N）；p為輪胎氣壓（MPa）。2、作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力為

式中，L1轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)；L2為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)；Dsw為轉(zhuǎn)向盤直徑；iω為轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比；η+為轉(zhuǎn)向器正效率。對(duì)給定的汽車，計(jì)算出來的的作用力是最大值。第四十七頁，共八十三頁。48

設(shè)計(jì)原則：

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

動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

動(dòng)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(dòng)機(jī)產(chǎn)生的液體壓力或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向。第四十八頁，共八十三頁。一、設(shè)計(jì)要求

1.運(yùn)動(dòng)學(xué)的隨動(dòng)（轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角和方向盤轉(zhuǎn)角的關(guān)系）；2.力的隨動(dòng)（路感）即不同路面上，駕駛員的手力感覺；3.動(dòng)力轉(zhuǎn)向失靈時(shí)，仍能夠用機(jī)械轉(zhuǎn)向操縱；4.當(dāng)Fh>0.025~0.19KN時(shí)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向起作用；5.應(yīng)能夠自動(dòng)回正，保證汽車穩(wěn)定、直線行駛；6.工作靈敏，密封性能好，內(nèi)、外泄漏少。第四十九頁，共八十三頁。動(dòng)力轉(zhuǎn)向動(dòng)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(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)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(dòng)力轉(zhuǎn)向一般是在原來機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上添加助力機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，機(jī)械機(jī)構(gòu)用于安全儲(chǔ)備第五十頁，共八十三頁。

液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是由分配閥、轉(zhuǎn)向器、動(dòng)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(dòng)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(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案1—分配閥2—轉(zhuǎn)向器3—?jiǎng)恿Ω祝ㄒ唬﹦?dòng)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(rùn)滑；2.氣壓式：體積大，質(zhì)量大，靈敏度低，壓力低二、液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案分析

第五十一頁，共八十三頁。在分析比較動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案時(shí)，要考慮以下幾個(gè)方面：

1）結(jié)構(gòu)上是否緊湊；2）轉(zhuǎn)向器主要零件是否承受由動(dòng)力缸建立起來的載荷；3）拆裝轉(zhuǎn)向器是否容易；4）管路，特別是軟管的管路長(zhǎng)短；5）轉(zhuǎn)向輪在側(cè)向力作用下是否容易產(chǎn)生擺振；6）能不能采用典型轉(zhuǎn)向器等方面。第五十二頁，共八十三頁。三、液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的評(píng)價(jià)指標(biāo)

（1）動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的作用效能用效能指標(biāo)s=Fh/Fh′來評(píng)價(jià)動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的作用效能。現(xiàn)有動(dòng)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(shí)，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(píng)價(jià)比值越小，則動(dòng)力轉(zhuǎn)向作用的靈敏度越高。高級(jí)轎車的值在6.7以下。轉(zhuǎn)向靈敏度也可以用接通動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)，作用到轉(zhuǎn)向盤的手力的轉(zhuǎn)角來評(píng)價(jià)，要求此力在20-50N，轉(zhuǎn)角在10°~15°范圍。第五十三頁，共八十三頁。（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)。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。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7-13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。第五十四頁，共八十三頁。能量消耗大。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)，浪費(fèi)了部分能量。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差。液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必需有動(dòng)力轉(zhuǎn)向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的缺點(diǎn)為此采用車速感應(yīng)型動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，有電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第五十五頁，共八十三頁。

具有固定放大倍率的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)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(dòng)轉(zhuǎn)向盤的力，但當(dāng)汽車以高速行駛時(shí)，會(huì)使轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的力顯得太小，不利于對(duì)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(shí)的轉(zhuǎn)向力，但當(dāng)汽車停駛或低速行駛時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤就會(huì)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。第五十六頁，共八十三頁。是在傳統(tǒng)的液壓動(dòng)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(cè)到的車速信號(hào)，控制電磁閥，使轉(zhuǎn)向動(dòng)力放大倍率實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，從而滿足高、低速時(shí)的轉(zhuǎn)向助力要求。

四、電控液壓動(dòng)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。第五十七頁，共八十三頁。電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向

EHPS示意圖第五十八頁，共八十三頁。電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向

一種EHPS電動(dòng)泵第五十九頁，共八十三頁。電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向

EHPS的車速感應(yīng)功能EHPS的特性第六十頁，共八十三頁。分類液壓式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的液壓動(dòng)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(dòng)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(dòng)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。第六十一頁，共八十三頁。

流量控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就是根據(jù)車速傳感器的信號(hào)，控制電磁閥閥針的開啟程度，從而控制轉(zhuǎn)向動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)向盤的力也隨之增加。這就是流量控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理。流量控制式第六十二頁，共八十三頁。電動(dòng)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(dòng)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助力裝置第六十三頁，共八十三頁。電動(dòng)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)向器第六十四頁，共八十三頁。電動(dòng)式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：有許多液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所不具備的優(yōu)點(diǎn)：

（1）將電動(dòng)機(jī)、離合器、減速裝置、轉(zhuǎn)向桿等各部件裝配成一個(gè)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(dòng)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(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必須的常運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向油泵，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。

（3）省去了油壓系統(tǒng)，所以不需要給轉(zhuǎn)向油泵補(bǔ)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。第六十五頁，共八十三頁。電動(dòng)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第六十六頁，共八十三頁。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)助力特性可以根據(jù)車速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)電流150km/h0km/h第六十七頁，共八十三頁。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)助力特性曲線形狀可調(diào)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)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）偏大第六十八頁，共八十三頁。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)節(jié)能環(huán)保結(jié)構(gòu)緊湊符合汽車的發(fā)展方向－電動(dòng)技術(shù)含量要求較高，目前國內(nèi)不成熟助力不能夠很大第六十九頁，共八十三頁。全電動(dòng)轉(zhuǎn)向－線控轉(zhuǎn)向（Steer-By-Wire）特點(diǎn)：取消了轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)比可調(diào)提高主動(dòng)安全提高被動(dòng)安全缺點(diǎn)：技術(shù)含量高，成本高，目前處于研究階段第七十頁，共八十三頁。主動(dòng)轉(zhuǎn)向主動(dòng)轉(zhuǎn)向的助力百分比是一定，為了操縱輕便性，主動(dòng)轉(zhuǎn)向要帶有其它助力機(jī)構(gòu)技術(shù)含量高，成本高，目前只有極少數(shù)高級(jí)車應(yīng)用，比如BMW的一部分車傳動(dòng)比可調(diào)主動(dòng)轉(zhuǎn)向保持了機(jī)械連接，具有安全失效的功能第七十一頁，共八十三頁。轉(zhuǎn)向梯形轉(zhuǎn)向梯形的兩種形式整體式－配合非獨(dú)立懸架斷開式－配合獨(dú)立懸架整體式斷開式斷開點(diǎn)第七十二頁，共八十三頁。轉(zhuǎn)向梯形斷開式轉(zhuǎn)向梯形一般采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器第七十三頁，共八十三頁。斷開式轉(zhuǎn)向