汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計

摘要隨著經(jīng)濟與科技的高速發(fā)展，現(xiàn)在人們更加注重汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全性能、操作性能、舒適性能、穩(wěn)定性能等等。汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對于保證安全性、操控性以及其他性能都至關(guān)重要，而助力轉(zhuǎn)向則可以讓駕駛者輕松、快捷地控制方向盤，從而達(dá)到最佳的駕駛效果。首先本課程設(shè)計時詳細(xì)介紹了中國汽車行業(yè)的發(fā)展歷史,建設(shè)水平和模式,并和歐美等發(fā)達(dá)國家做了簡要的比較,但總結(jié)來說我國發(fā)展汽車行業(yè)的潛力還是很大的,我國車輛制造業(yè)就應(yīng)該在車輛的生產(chǎn)規(guī)模、車輛科技水平等領(lǐng)域不斷開發(fā),以力爭盡早趕超世界上發(fā)達(dá)國家的汽車技術(shù)水平,接著又介紹了本課程的研究目的、重要性和研發(fā)情況,確定了液壓傳動系統(tǒng)的助力設(shè)計方法,同時又對設(shè)計方法做了比較詳盡的研究,既介紹了確定轉(zhuǎn)向器輸送動力的過程,以及怎樣進(jìn)行和校對軸承的設(shè)計,以及怎樣進(jìn)行的校正工作,也介紹了的汽車輔助轉(zhuǎn)向裝置的開發(fā)過程和情況,接著介紹了的汽車液壓輔助轉(zhuǎn)向裝置的設(shè)計方法,然后論述了通過控制流量的汽車液壓控制系統(tǒng)輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng),并根據(jù)液壓系圖和驅(qū)動方法等進(jìn)行了轉(zhuǎn)向輔助機構(gòu)的設(shè)計。論文中從液壓控制系統(tǒng)方面和機械系統(tǒng)方面都對助力轉(zhuǎn)向控制機構(gòu)進(jìn)行了探討,對齒輪齒條的液壓助力轉(zhuǎn)向機構(gòu)重點進(jìn)行了研究和發(fā)展。關(guān)鍵字：汽車；助力轉(zhuǎn)向；液壓系統(tǒng)；機械結(jié)構(gòu)

ABSTRACTTheautomobilesteeringsystem'sperformance,suchassafety,operation,comfort,andstability,isnowofgreaterimportanceduetotheswiftadvancementofeconomyandtechnology.Thesteeringsystem'sefficacydirectlyinfluencessafetyandoperation,andpowersteeringcanassistinthebetteradjustmentofcarpersonnel.urautomobile,fasterandmorerapid,biggerandbigger,andtheEuropeanandAmericancountrieshaveasimplecomparison,summarizeChineseautomobiledevelopmentpotentialishuge,China'sautomobileindustryinautomobilemanufacturingscale,automobiletechnology,strivetocatchupwithdevelopedcountries,thenintroducedtheresearchpurpose,significanceandresearchstatus,determinethehydraulicpowerlayout,alsotothedetailedanalysis,andintroducedthesteeringoutputtorqueprocess,howtocalculateandproofreadingshaftdesign,howVerifyingstrength,thetraditionalautomobilepowersteeringsystem'sdevelopmentprocessandsituationareintroduced,followedbytheworkingprincipleofthetraditionalhydraulicpowersteeringsystem.Thehydraulicgearrackpowersteeringmechanismwasdesignedtorealizethedesignofthesteeringpowersystemaccordingtothehydraulicsystemdiagramandcontrolmode,andthispaperexaminesthepowersteeringcontrolinhydrauliccontrolandmechanicalsystems.Additionally,thecontrolflowtypehydraulicpowersteeringsystemisintroduced.Keywords:ca;powersteering;hydraulicsystem;mechanicalstructuree目錄第1章緒論 [21]。

第2章總體方案設(shè)計2.1轉(zhuǎn)向系的功用與要求所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)被簡單地用于改變車輛的行進(jìn)方向。根據(jù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展特點，有以下要求：1.可靠。安全與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車性能有很大的關(guān)系，所以汽車零部件要求較高，零件要經(jīng)的起大的摩擦力矩的作用，同時也要求零件有較大的強度，避免受到大的外力沖擊造成其彎曲折斷。2.簡單輕便的操縱包括三點：(l)在轉(zhuǎn)動方向盤時力氣要小，通常最大值為：客車的極限值為18公斤中型載重車的極限值為33公斤重型載重車的極限值為42公斤它可以用來提高轉(zhuǎn)向傳動裝置或轉(zhuǎn)向助力器的傳動比，是減小方向盤手部力的有效手段。(2)汽車在做轉(zhuǎn)彎運行時，要減少轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)數(shù)。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)過最大的彎角時，方向盤轉(zhuǎn)動不能超過2次。因此，轉(zhuǎn)向角傳動比不應(yīng)該過大。(3)汽車在道路保持直線行駛時，轉(zhuǎn)向盤一定要平穩(wěn)，不能有任何搖擺不定的情況發(fā)生。這也要求需要進(jìn)行的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須在整車企業(yè)布局上與其他系統(tǒng)發(fā)展方向相適應(yīng);車輛在回轉(zhuǎn)后,如果方向盤設(shè)計能通過自己調(diào)整回正,就證明了回轉(zhuǎn)器具備足夠的逆轉(zhuǎn)性,同樣也要精確的選定下一個前輪定位角。3.打開車的時候，車輪，以確保它不是單純的滾動滑動現(xiàn)象。4.為了確保安全行駛，應(yīng)該盡量減少車輪轉(zhuǎn)向力的傳遞，并且給駕駛者提供一個真實的行駛體驗。通過可逆性適當(dāng)?shù)姆椒刂品至?。汽車液壓輔助轉(zhuǎn)向裝置的基本原理是由液壓泵的液壓驅(qū)動氣缸,從而形成輔助推力驅(qū)動的拉桿,幫助汽車轉(zhuǎn)向。震動震動噪聲熱量噪聲熱量已損耗的液壓油液壓油已損耗的液壓油液壓油黑箱圖汽車轉(zhuǎn)向裝置汽車轉(zhuǎn)向裝置能量（轉(zhuǎn)向）能量（能量（轉(zhuǎn)向）能量（驅(qū)動）信號流信號流信號流信號流溫度濕度溫度濕度汽車轉(zhuǎn)向裝置包括轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三個組成部分。轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)是將駕駛員轉(zhuǎn)方向盤的操縱力傳給轉(zhuǎn)向器，通常由方向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向柱等組成。轉(zhuǎn)向器是把方向盤的操縱變成轉(zhuǎn)向搖臂的擺動，將轉(zhuǎn)向力放大。通過轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)，車輪（轉(zhuǎn)向節(jié)）能夠?qū)碜赞D(zhuǎn)向器的動力和行駛速度傳遞出去?？偣δ軋D總功能總功能轉(zhuǎn)向傳動功能轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向操縱功能轉(zhuǎn)向傳動功能轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向操縱功能輸出力和運動輸出力和運動傳動方向盤傳動方向盤原理解組合如下：方案序號分功能方案序號分功能技術(shù)物理解技術(shù)物理解123轉(zhuǎn)向操縱方向盤轉(zhuǎn)向器齒輪齒條蝸桿曲柄銷循環(huán)球轉(zhuǎn)向傳動轉(zhuǎn)向搖臂2.2轉(zhuǎn)向器方案分析對于經(jīng)常運行在較好道路上的車輛或者城市中的公交車來說,可考慮使用真正效率具有較高的、對可逆影響程度高的轉(zhuǎn)向器。汽車的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)大致可以劃分為機械式的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)和混合動力式的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)。機械式汽車的轉(zhuǎn)向器控制系統(tǒng)是一種用來使駕駛員保持或同時改變車輛的速度和方向,在對汽車進(jìn)行轉(zhuǎn)向時,還要注意保證兩個車輪之間能夠保有和諧的轉(zhuǎn)角運動關(guān)系。這種由駕駛員自己操縱的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)可以使得車輛能夠保持一個直線或橫向轉(zhuǎn)彎的運動,或在兩種轉(zhuǎn)向器運動的狀態(tài)之間進(jìn)行切換。為了滿足轉(zhuǎn)向器的多種需求，工程師們需要仔細(xì)研究它的特點，并結(jié)合它的實際使用情況，制定出滿足（1）操作力矩適當(dāng)、方位盤和齒輪齒條協(xié)調(diào)的工程方案；（2）軸承的潤滑、無異響、減振、NVH等特點的工程方案；（3）為了提高汽車的安全性和舒適度，工程師們需要精心調(diào)試和優(yōu)化汽車的操作系統(tǒng)，并定期進(jìn)行維護和檢查，以便滿足不同的需求。為了確保汽車的安全，我們必須認(rèn)真對待（6）的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計，以確保它們的長期穩(wěn)定運行。（7）我們還必須確保它們的耐久性和低溫特性。最后選擇齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)分析該轉(zhuǎn)向器分二端輸出式和單端輸出式二類。圖2.1二端輸出式根據(jù)圖像，轉(zhuǎn)向齒輪的軸11被固定在轉(zhuǎn)向器的外殼5內(nèi)，并由軸承12和13支撐。它的頂部由萬向節(jié)10和轉(zhuǎn)向軸聯(lián)系。另一側(cè)，由于它們的嚙合，轉(zhuǎn)向齒條4被放置成水平狀態(tài)，并由球頭座3與轉(zhuǎn)向橫拉桿1進(jìn)行聯(lián)系。7和9的彈簧能夠有效地把齒輪固定住，確保它們沒有任何空隙。此外，還能夠利用調(diào)節(jié)螺母6來改變彈簧的松弛程度。當(dāng)駕駛員操縱方向盤，11就會旋轉(zhuǎn)，這樣就會讓4和其他的齒輪朝著相同的方向運動，這樣就能夠讓左右的橫拉桿帶動方向盤的左右運動，最終讓方向盤偏離原來的位置，完成汽車的轉(zhuǎn)彎。從中央到尾端的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，具有類似的結(jié)構(gòu)和運行機制，但是由于采用了螺栓6和拉桿7的組合，使得每個軸的操縱都更加精準(zhǔn)。而從頭到尾的，則是由軸的另一側(cè)，由內(nèi)外托架和拉桿組成，使得每個軸的操縱都更加靈活。圖2.2單端輸出式從結(jié)果來看，采用兩端輸出的車輛比采用單端出的車輛更加輕巧，而且更加便于進(jìn)行液壓輔助。因此，我們決定采用兩端輸出驅(qū)動。通過使用齒輪齒條式液壓動力轉(zhuǎn)向裝置，可以大大提高車輛的操控性和安全性。這種裝置由液壓泵、分配閥、管道和助力缸組成，可以提供足夠的動力來幫助車輛進(jìn)行正確的操作。2.3動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)布置方案布置方式有三種方案，第一種方法式轉(zhuǎn)向動力缸和機械轉(zhuǎn)向器成團，然后轉(zhuǎn)向控制閥一起，這種組合被稱為整體式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。第二種方法把機械轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向控制閥組成一個半整體式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向動力缸單獨成為一個部件。最后一種方法把轉(zhuǎn)向動力缸和控制閥組合一起，機械轉(zhuǎn)向器單獨為一個部件稱為轉(zhuǎn)向助力器。通過對比分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，不同類型的轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)都具有一定的優(yōu)勢，例如：構(gòu)造緊湊、主要零部件能夠承受所有由動力缸構(gòu)建的負(fù)荷、拆檢簡便、車輪在橫向力矩作用下不易出現(xiàn)擺振、以及可以選擇典型的轉(zhuǎn)向器。盡管整體式動力轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)相對緊湊，但是由于將其分配閥、轉(zhuǎn)向器、驅(qū)動油缸三者裝在一起，使得管路變得非常短。此外，由于搖臂軸、搖臂等大部分零部件必須承受動力缸已構(gòu)建的負(fù)荷，這也增加了它們的體積和重量，從而給安裝帶來了不小的困難；另外，由于尚未采用典型的轉(zhuǎn)向器，拆檢轉(zhuǎn)向器時也會比分置式的更加繁瑣。此外,由于對轉(zhuǎn)向器的密封性要求相當(dāng)嚴(yán)格,也對轉(zhuǎn)向器的工作造成很多的麻煩。分置式動力轉(zhuǎn)向器由于分散布局，因此其機械轉(zhuǎn)向器上可使用任何一個典型的結(jié)構(gòu)構(gòu)件;轉(zhuǎn)向器零部件也不受發(fā)動機缸助力負(fù)載的限制;當(dāng)車輛的轉(zhuǎn)向橋負(fù)載過大時,雖然可以增大缸徑或增大動力缸的總汽缸數(shù),而不限制轉(zhuǎn)向器的基本尺寸。但分置式的主要零部件數(shù)量較多,管路布局也比較復(fù)雜。在分置式的構(gòu)造中,以聯(lián)閥式和半分置式的使用最多,而連桿式的使用則最小。本課題最后選擇半分置式。2.4動力轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式的選擇轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)型式,主要分為常壓式和常流式。當(dāng)中央回轉(zhuǎn)的中立位置分派閥封閉時,高壓流體運動將處于繼續(xù)狀況下,這被稱之為動力回轉(zhuǎn)加壓流;當(dāng)中央回轉(zhuǎn)分派閥開啟時,油在持續(xù)穩(wěn)流狀況下,其被稱之為動力回轉(zhuǎn)穩(wěn)流。和常流型學(xué)習(xí)動力轉(zhuǎn)向器相較,常壓型的最大好處就是有蓄能器,將油泵排出的高壓燃油,貯存在儲能器中,當(dāng)?shù)竭_(dá)企業(yè)所規(guī)定的氣壓范圍后,由油泵自行計算卸載并空轉(zhuǎn)以此能夠減少因通過液壓系統(tǒng)管理而出現(xiàn)的風(fēng)險及過大載荷。所以，就選擇了常壓型。2.5分配閥的結(jié)構(gòu)方案兩種不同的分配閥可以用來控制油路：一種是通過軸向移動的滑閥式，另一種是通過回轉(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)閥式。由于其具有簡單的構(gòu)造、良好的工藝特點、易于安裝、優(yōu)異的使用效果，滑閥型的分配閥目前被普遍采用。相對來說，轉(zhuǎn)閥式的精確程度更高，密封部件的需求少，同時其機械設(shè)計也更優(yōu)。然而，由于它的主體部件采用扭桿簧片，所以其結(jié)構(gòu)相對來說更加復(fù)雜。最后選用轉(zhuǎn)閥。

第3章液壓系統(tǒng)方案分析與轉(zhuǎn)向器輸出力矩3.1常用轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)工作原理當(dāng)汽車處于不動的情況下，5則是正常狀態(tài)，而液壓泵2則會被釋放，使得壓縮的液壓油能夠回到油箱8。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤轉(zhuǎn)向時，螺桿前后移動，油液從液壓泵出來，通過4穩(wěn)壓后，通過5進(jìn)入6，從而推動轉(zhuǎn)向輪完成轉(zhuǎn)向。(如圖3-1所示)。圖3.1常用轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)工作原理3.2系統(tǒng)設(shè)計工作原理這個新的控制系統(tǒng)采用了先進(jìn)的技術(shù)，包括了液控背壓閥、帶單向閥的節(jié)流閥、開式減壓閥和“H”形三位四通換向閥，它們能夠有效地控制支路體系，從而實現(xiàn)對液壓缸的操控。通過安裝一個具有單向閥門的節(jié)流閥，可以調(diào)整液壓閥的開啟和關(guān)閉，從而調(diào)整閥門的開度，以及閥門的開啟速度，以確保壓力在系統(tǒng)中的穩(wěn)定性，并且在壓力大于低壓轉(zhuǎn)向器的額定壓力的情況下，能夠維護壓力的穩(wěn)定性，從而確保壓力在正常范圍內(nèi)。三位四通換向閥可以有效地協(xié)調(diào)車輛的行駛路徑，并且能夠確保車輛的正確操縱。(1)當(dāng)轉(zhuǎn)向器分配閥在中位時，汽車是直線行駛。液體從5進(jìn)入8后回到1，有兩個因素：一是8的中位油路接通結(jié)構(gòu)為“H”型，液壓系統(tǒng)無壓力；二是開式減壓閥在系統(tǒng)無壓力狀態(tài)下無減壓作用，整個支路無節(jié)流。7、8、10都沒有正常工作。(2)向左轉(zhuǎn)方向盤，8在平行位置進(jìn)行工作，壓力油接通到9“平行”位置的方向控制口，支路成封閉回路，迅速建壓到9的閥芯開啟壓力，推動閥芯，使9在平行位置進(jìn)行工作。支路繼續(xù)升壓至7開啟壓力，壓力油推開7、經(jīng)過9進(jìn)入10(執(zhí)行元件)。同時，壓力油經(jīng)過6進(jìn)入7的有桿腔，在保證9的閥芯徹底移動到換向位置的前提下，緩慢推動錐閥芯(相對液控閥的閥芯移動速度)至到最大開度，消除壓力油經(jīng)過7時產(chǎn)生的壓力損失，并防止系統(tǒng)在高壓狀態(tài)下發(fā)熱升溫。執(zhí)行系統(tǒng)壓力隨轉(zhuǎn)向橋的負(fù)載升壓，當(dāng)壓力升過減壓閥的設(shè)定出口壓力時，減壓閥開始減壓工作，始終保證轉(zhuǎn)向器分配閥壓力恒定，不超載，大大提高了轉(zhuǎn)向器可靠性。圖3.2系統(tǒng)設(shè)計工作原理(3)向右轉(zhuǎn)方向盤，8在交叉位置進(jìn)行工作，壓力油進(jìn)入9“交叉”位置的方向控制口，支路成封閉回路，迅速建壓到9的閥芯開啟壓力，推動閥芯，使9在交叉位置進(jìn)行工作。左轉(zhuǎn)向與其他元件液體工作特性完全相同。左右轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)換工作過程關(guān)鍵特性：汽車在左右轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)換過程中9閥芯回到中位位置(執(zhí)行系統(tǒng)處于無壓狀態(tài))后，又移到任一左右轉(zhuǎn)向位置的瞬時，3閥芯在回位彈簧和6的作用下，將油液釋放并關(guān)閉，支路獲得壓力，液控?fù)Q向閥開始工作。

3.3轉(zhuǎn)向器輸出力矩的確定為提高行車安全性,對構(gòu)成回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)的各零部分均應(yīng)為適當(dāng)?shù)目估瓘姸取Ｓ隍炈慊剞D(zhuǎn)控制系統(tǒng)零部分的抗拉強度時,須事先確認(rèn)相互作用于各零部分上的最大受力。因素上述阻礙的原因,有轉(zhuǎn)軸的載荷、道路磨擦力和輪胎氣壓等。因為移動轉(zhuǎn)向輪要接受磨擦力,還有轉(zhuǎn)向輪繞主銷旋轉(zhuǎn)時的外磨擦力、輪轂平衡磨擦力、輪轂變形磨擦力,以及在轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦力等。G1=mg=141410=14140NM=G1L／4=14140×135／4=477225N.mm式中，G1為汽車前軸負(fù)荷；M為汽車轉(zhuǎn)向器的輸出力矩；m為汽車的前軸負(fù)荷，單位是Kg；g為重力加速度，計算時取g=10N/Kg；L為汽車轉(zhuǎn)向搖臂中心距，單位是mm。

第4章軸的設(shè)計計算及校核4.1轉(zhuǎn)向搖臂軸（即齒形齒扇軸）的設(shè)計計算4.1.1材料的選擇采用20CrMnTi鋼制作的搖臂軸，因為它的前端承受的載重較小，所以螺紋、三角形花鍵以及卡簧槽的表面沒有進(jìn)行滲碳處理，而其他的表面則有0.8~1.2mm的滲碳。4.1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計為了確保轉(zhuǎn)向搖臂能夠牢牢地緊貼在軸上，使其連接牢固，無縫隙，運行良好，我們在殼體的位置采用了錐形漸開的樣條，并通過螺紋固定，花鍵的設(shè)計也采用了相同的方式。由于齒扇在與齒條的接觸過程中會產(chǎn)生摩擦力，隨著時間的推移，會形成空隙，為了使調(diào)節(jié)動作更容易實現(xiàn)，將齒扇設(shè)計成變厚齒扇。4.1.3軸的設(shè)計計算（1）漸開線花鍵的設(shè)計計算這個軸的花鍵設(shè)計成了45°，其模數(shù)為0.8，齒數(shù)為36，并且壓力角也是45°。漸開線花鍵幾何尺寸的計算分度圓直徑D=mZ=0.836=28.8mm;基圓直徑Db=mZcos45°=0.836×1.414=20.36mm;周節(jié)P=m=3.140.8=2.5mm;內(nèi)花鍵大徑Dei=m(Z+1.2)=0.8(36+1.2)=29.76mm;外花鍵大徑Dee=m(Z+0.8)=0.8(36+0.8)=29.44mm;外花鍵小徑Die=m(Z-1.2)=0.8(36-1.2)=27.84mm；漸開線花鍵的校核計算通過實驗發(fā)現(xiàn)，連接強度的計算方法是以擠壓、彎曲和剪切三種方式進(jìn)行，擠壓為主要。計算：漸開線花鍵的平均直徑mm;漸開線花鍵齒的工作高度=m=0.8mm；漸開線花鍵齒的工作長度=25mm；其彎曲應(yīng)力

；許用彎曲應(yīng)力為此設(shè)計滿足要求。（2）變厚齒形齒扇的計算在開始計算之前，需要確保以下幾個參數(shù)被精確地調(diào)整：模數(shù)m；法向壓力角通常介于20°~30°；齒頂高系數(shù)X1，通常可以選擇0.8或1.0；徑向間隙系數(shù)，通?？梢赃x擇0.2；正圓齒數(shù)，通常介于12~15；齒扇的長度，通常介于22mm~28mm。表4.1齒扇齒模數(shù) 齒扇齒模數(shù)m/mm3.03.54.04.55.06.06.5轎車排量/mL5001000～18001600～200020002000前軸負(fù)荷/N3500～38004700～73507000～90008300～1100010000～11000續(xù)表4.1齒扇齒模數(shù)貨車和大客車前軸負(fù)荷/N3000～50004500～75005500～185007000～195009000～2400017000～3700023000～44000最大轉(zhuǎn)載質(zhì)量/Kg350100025002700350060008000針對車輪的前軸負(fù)荷G1=14140N，經(jīng)過詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析，最終確定了齒扇的模數(shù)m=5mm。然后，由變厚齒扇的模數(shù)m=5mm,查表選擇確定轉(zhuǎn)向器的相關(guān)尺寸。幾何尺寸計算：變厚齒扇的模數(shù)m=5mm;變厚齒扇的法向壓力角=30°；整圓齒數(shù)為13；齒扇齒數(shù)為z=5；變位系數(shù)X1=0.082；分度圓直徑d=mz=513=65mm;分度圓齒厚S=/2=3.145/2=7.85mm;齒頂高h(yuǎn)a=X1m=0.85=4mm;齒根高h(yuǎn)f=(X1+c)=(0.8+0.25)5=5.25mm;齒頂圓直徑da=d+2ha=65+24=73mm;齒扇的結(jié)構(gòu)設(shè)計由于齒扇的齒頂圓徑da小于500mm，因此，我們還能夠使用其他的規(guī)格。此外，齒根圓直徑df=d-2hf=65-25.25=54.75mm，但是它的軸徑卻有很小的變化，只有32mm，這樣就能夠?qū)⑺鼈兘M合在一起，使得它們的材料和齒扇的齒輪完全保持一致。5）齒扇齒的應(yīng)力校核圖4.1齒扇齒受力簡圖作用在齒扇上的圓周力Fa===14683.85N;（4－1）齒扇的齒高h(yuǎn)=ha+hf=4+5.25=9.25mm;則齒扇齒的彎曲應(yīng)力w==（4－2）=508.65N/mm[w]=540N/mm;上式中，[w]為許用彎曲應(yīng)力，[w]=540N/mm。齒形齒扇的性能完全符合預(yù)期的要求。4.2螺桿軸設(shè)計計算及主要零件的校核4.2.1材料選擇采用優(yōu)質(zhì)的20CrMnTi鋼材料制作的螺桿軸，經(jīng)過精心的熱處理，其滾道處的滲碳層厚度可達(dá)0.8~1.2mm，而且其表面的淬火溫度可達(dá)HRC58~63。此外，其20號軸的硬度大于等于HRC40，而且漸開線的花鍵處無滲碳。4.2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計鑒于軸承的軸向穩(wěn)定性，我們選擇了軸肩作為軸承的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并且符合角接觸球軸承的規(guī)范，因此，我們把軸的兩個邊的直徑都設(shè)置成d=20mm。此外，我們還把軸的左邊的軸的長度設(shè)置成14mm，這樣就會讓軸承更容易地被緊緊地緊貼住。為了確保汽車的軸承的位置與軸承的位置的精確性，我們選擇了漸開線的花鍵來進(jìn)行連接，這種方法的制造過程也類似于齒輪的制造。此外，我們還會通過改變花鍵的形狀來降低軸承的磨損，從而提升整個系統(tǒng)的性能。將一定數(shù)量的鋼鐵安排到螺桿與螺母的接合部位，并安裝一個可以讓它們順利滑行的機械裝置，以阻止它們脫離接合部位，并將它們安全地送到指定的位置，以實現(xiàn)一個完整的循環(huán)。。4.2.3軸的設(shè)計計算（1）變厚齒扇齒模數(shù)m=5.0mm，轉(zhuǎn)向螺旋桿通過查表參數(shù)如下：鋼球中心距D=32mm;螺桿外徑D1=29mm;鋼球直徑d=7.144mm;螺距P=10mm;工作圈數(shù)2.5；環(huán)流行數(shù)2；螺母長度L=56mm;齒扇齒數(shù)Z=5;齒扇整圓齒數(shù)Z’=13；齒扇壓力角=27o30′；齒扇寬26mm；其他參數(shù)的設(shè)計計算：螺母內(nèi)徑D2=D+(5%到10%)D1=32+(5%到10%)×29=33.5到34.9mm;圓整后取D2=34.2mm;每個環(huán)路中的鋼球數(shù);（4－3）圓整后取n=32;滾道截面半徑mm;（4－4）圓整后取R2=4mm;接觸角選擇=45o；當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)過5角(即2.5圈)時，對應(yīng)螺母在螺桿上運動的距離S與齒扇節(jié)圓應(yīng)轉(zhuǎn)過的弧長相等,搖臂軸轉(zhuǎn)過0.25角，而轉(zhuǎn)向輪達(dá)到最大角度，則==51mm;（4－5）則螺桿螺紋滾道的有效工作長度L’等于螺母在螺桿上移動的距離的2倍，L’=2S=2×51mm=102mm;在這種情況下，我們應(yīng)該盡可能地減少滾道的長度。但為安全計算，在有效工作長度L’之外的兩端各增加0.5-0.75圈滾道長度。因此，螺桿螺紋滾道的實際有效工作長度LL=L’+2(0.5到0.75)d=102+2×(0.5～0.75)×7.144=109.44～112.716mm;又螺桿螺紋滾道的有效工作長度距兩端面距離5.5mm，即螺桿螺紋滾道的實際有效工作長度LL’+25.5=102+25.5=113mm；圓整后取L=112mm；螺桿螺線導(dǎo)程角則,則===5.68o;（4－6）4.2.4鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力校核螺桿受力作用在螺桿上的軸向力F2（4－7）d為變厚齒扇的分度圓直徑；鋼球與螺桿之間的正壓力F3F3=（4－8）n為參與工作的鋼球數(shù)；接觸角=45o；螺桿受力簡圖則可見接近于0.1，根據(jù)查取K=0.970;（4－9）表4.2系數(shù)K與的關(guān)系1.00.90.80.70.60.50.40.3K0.3880.4000.4100.4400.4680.4900.5360.6000.20.150.10.050.020.010.007K0.7160.8000.9701.2801.82.2713.202鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力=K=2273.15[]；（4－10）上面式子中，R1為螺桿外半徑；R2為滾道截面半徑；r為鋼球半徑；E為材料彈性模量，等于2.1;[]為許用接觸應(yīng)力。

第5章齒輪齒條式液壓動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計液壓動力技術(shù)的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向機構(gòu)，不僅具有傳統(tǒng)的機械式轉(zhuǎn)向機構(gòu)的功能，而且還配備了液動加力裝置，可以有效地采用提升轉(zhuǎn)向性能。5.1參考數(shù)據(jù)的確定表5.1上海通用別克賽歐汽車轉(zhuǎn)向參數(shù)輪距1440mm軸距2750mm滿載軸荷分配：前/后877/1643(kg)輪胎175/60R14主銷偏移距a50mm輪胎壓力p/MPa0.45方向盤直徑307mm最小轉(zhuǎn)彎半徑6.9m轉(zhuǎn)向梯形臂200mm5.2轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計算圖5.1車輪位置簡圖（7-1）（5-1）5.3轉(zhuǎn)向器參數(shù)選取為了提高性能，齒輪齒條回轉(zhuǎn)器通常采用斜齒輪。這種類型的小齒輪具有較低的模數(shù)之間，主動小齒輪齒數(shù)在之間，壓力角取，螺旋角之間。故取小齒輪，，右旋，8級精度等級。轉(zhuǎn)向節(jié)原地轉(zhuǎn)向阻力矩：（5-2）方向盤轉(zhuǎn)動圈數(shù)：（5-3）角傳動比：（5-4）方向盤上的手力：（5-5）操縱載荷對汽車和貨車的影響都是有限的，因此，為了確保安全，這些載荷的大小必須在150~200N之間，而且不能超過500N，以確保設(shè)計的要求。（5-6）力傳動比：（5-7）取齒寬系數(shù)（5-8）齒條寬度圓整取，則取齒輪齒寬5.4選擇齒輪齒條材料在制造小型齒輪時，我們會使用20CrMnTi這種材料，它在中國廣泛使用，并且在各種應(yīng)用場景中都非常受歡迎。我們會使用經(jīng)過表面滲碳淬火的材料來提升它的齒面硬度，使其達(dá)到HRc58~63。此外，我們還會使用40Cr這種材料來制造齒條，并使其經(jīng)過高頻淬火，以提升它的表面硬度。5.5強度校核校核齒輪接觸疲勞強度選取參數(shù)，按ME級質(zhì)量要求取值，；，，故以計算（5-9）查得：，，，；，，，則，（5-10）齒輪接觸疲勞強度合格。2、校核齒輪彎曲疲勞強度選取參數(shù)，按ME級質(zhì)量要求取值；；；；；故以計算：（5-11）據(jù)齒數(shù)查表有：；；；。則：（5-12）齒輪彎曲疲勞強度合格。5.6齒輪齒條的基本參數(shù)如下表所示表5.2齒輪齒條基本參數(shù)名稱符號公式齒輪齒條齒數(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—續(xù)表5.2齒輪齒條基本參數(shù)齒輪中圓直徑20.2314—螺旋角—10°齒寬30205.7齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖5.2齒輪軸的結(jié)構(gòu)第6章轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)和操縱機構(gòu)設(shè)計6.1轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的臂、桿與球銷通過使用不同的材質(zhì)，例如35Cr、40、40crni等，我們可以將轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向節(jié)臂和梯形臂進(jìn)行精密的鑄造，并使它們具有更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。為了更好的實現(xiàn)這些目標(biāo)，我們通常會使用一種可調(diào)整的橢圓形截面。采用三角形花鍵連接的轉(zhuǎn)向搖臂，其花鍵軸和花鍵孔之間的間距要求較高，并要求精準(zhǔn)的精準(zhǔn)匹配，使其能夠準(zhǔn)確地安放于指定的位置。此外，由于轉(zhuǎn)向搖臂的長短受多種因素的影響，如傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、驅(qū)動力的強弱，通常建議將其放寬至300~400mm，而我們的設(shè)計則將其放寬至340mm。為了滿足總體安裝的要求，轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的桿件必須采用具有良好的剛性和輕巧的20、30和35號鋼的無縫鋼管，并且在不同的尺寸范圍內(nèi)進(jìn)行精細(xì)的設(shè)計。通過使用球形鉸接技術(shù)，可以有效地減少因為零部件之間的摩擦和擦傷，同時還可以實現(xiàn)更加精確的相互作用，從而提高整個系統(tǒng)的性能.。這種技術(shù)的核心原理就是通過使用彈性材料來固定零部件。由于其簡單的設(shè)計，使得彈簧可以被輕松地安裝到中、重型載貨汽車的拉桿軸線，然而，由此帶來的問題是，其承受的力量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了汽車在惡劣路況下施加的軸向力，從而降低了球頭及襯墊的使用壽命。采用彈簧沿球銷軸線的設(shè)計，可有效地抵抗因車輛行駛時受到的不均勻載荷，從而避免因載荷變化引起的空氣阻力。此外，將整個轉(zhuǎn)向橫拉桿的兩端與分段式橫拉桿的左右側(cè)的外側(cè)的球形鉸接連接起來，并將它們固定在一起，可有效地減少空氣阻力，從而提高設(shè)計的可靠性。為了確保桿的精確度，我們將對它的長度進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，我們還將對它的所有部分進(jìn)行球形鉸接，將它們組裝在一起。為了確保它們的正常運行，我們還將對它們的部分和襯墊進(jìn)行潤滑，同時也要確保它們的完好。所有的球銷和襯墊都是由高碳合金鋼制成，包括12CrNi3A、18MnTi和20CrN。它們的工作表面上都進(jìn)行了滲碳淬火，其滲碳層厚度在1.5~3.0mm之間，而且它們的表面硬度在HRC56~63之間。此外，它們還可以使用中碳鋼制作，并進(jìn)行高頻淬火。在球銷的過渡圓角部分，還使用了滾壓技術(shù)來加固。采用高強度的碳纖維材料，如35和40碳纖維，打造出了球形的外殼。6.2轉(zhuǎn)向盤的尺寸及布置轉(zhuǎn)向盤是駕駛員手部操作控制汽車轉(zhuǎn)向的部件，其尺寸和布置對駕駛員的控制感受及駕駛安全性都有很大的影響。首先，轉(zhuǎn)向盤的尺寸應(yīng)該適中，不宜過小或過大。如果轉(zhuǎn)向盤過小，駕駛員將難以精確地控制轉(zhuǎn)向，容易出現(xiàn)偏差；如果轉(zhuǎn)向盤過大，駕駛員的轉(zhuǎn)向動作將變得笨拙、緩慢，不利于緊急情況下的駕駛員操作。所以在選擇轉(zhuǎn)向盤直徑時，最佳的轉(zhuǎn)向盤參考直徑尺寸是400毫米，450毫米、500毫米以及550毫米，方向盤設(shè)計的高低和尺寸大小都是根據(jù)駕駛員駕駛不同的車型和大小來設(shè)定的，以滿足駕駛員的舒適性和操縱性的要求。其次，轉(zhuǎn)向盤的布置要考慮到駕駛員，讓駕駛員在操作過程中更加自然和舒適。轉(zhuǎn)向盤的中心應(yīng)該和駕駛員的身體中心位于同一垂直線上，膝蓋與轉(zhuǎn)向盤之間留出一定的空間，以便駕駛員在踩剎車和加速踏板時不會撞到轉(zhuǎn)向盤。同時，轉(zhuǎn)向盤的高度也要考慮到駕駛員的身體結(jié)構(gòu)，一般來說，需距離駕駛員的胸部位置大約25-30cm左右。此外，隨著汽車的智能化發(fā)展和駕駛員的多樣性需求，現(xiàn)代汽車的轉(zhuǎn)向盤的布置方式也越來越多樣化。比如，一些汽車采用方向盤上下調(diào)節(jié)或前后調(diào)節(jié)的設(shè)計，以便不同身高或體形的駕駛員都能夠找到適合自己的駕駛位置。還有一些汽車采用多功能轉(zhuǎn)向盤的設(shè)計，可以在轉(zhuǎn)向盤上加裝多個控制按鈕，以方便駕駛員對汽車各系統(tǒng)的操作控制，提高了駕駛員的駕駛便利性和駕駛安全性?？傊?，轉(zhuǎn)向盤的尺寸和布置是駕駛員與汽車之間的直接交互，使得駕駛員更加舒適、自然和便捷地操縱汽車，從而提高駕駛員對汽車的控制能力，增加駕駛安全性。6.3轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)的防傷安全措施轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)是一種常見的機械裝置，用于控制車輛或其他設(shè)備的行駛方向，其安全性能直接關(guān)系到駕駛員和其他交通參與者的安全。為此，設(shè)計人員在設(shè)計轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)時，應(yīng)當(dāng)采取以下防傷安全措施：防誤操作設(shè)計：轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)應(yīng)采用需要較大操縱力度或需要特殊動作才能進(jìn)行操縱的設(shè)計，以防止誤操作導(dǎo)致的意外傷害。操縱桿、手柄等防誤裝置應(yīng)設(shè)置在不易誤觸及高度、位置，并標(biāo)明明確的使用流程。防卡防夾設(shè)計：與轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)相鄰的部分如車門、座椅等都應(yīng)該盡量避免部件凸出，預(yù)留充分的空間；在機構(gòu)內(nèi)部，指向操縱機構(gòu)的管線、電線應(yīng)該正確罩套，以免發(fā)生卡夾；機構(gòu)內(nèi)的散熱片、其他站立的零部件必須設(shè)置保護措施，以保證行駛過程中不會與駕駛員或其他行人發(fā)生意外。安全制動設(shè)計：在轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計中應(yīng)預(yù)留足夠的空間安裝安全制動裝置。當(dāng)車輛行駛時，轉(zhuǎn)向機構(gòu)發(fā)生故障或操作錯誤時，安全制動裝置可以在幾乎不增加轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)的阻力的情況下，快速地將車輛安全停下來。綜上所述，采用合理的設(shè)計原則和必需的安全措施可以有效地保證轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)的安全性能，從而保護駕駛員和其他交通參與者的人身安全。第7章基于SolidWorks轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的三維建模在這次的建模過程中，自己優(yōu)先進(jìn)行三維建模，三維裝配，再依據(jù)三維模型進(jìn)行二維工程圖的導(dǎo)出，在建模的過程中自己也深深地體會其艱辛的過程以及收獲時的喜悅，在這次的三維建模過程中，從齒輪，軸到軸承箱體等，一共繪制了很多個零件，最終完成了整個三維的建模過程，當(dāng)然，在其中有一些簡化的結(jié)構(gòu)，簡化的目的也是為了減少占用的內(nèi)存，讓設(shè)計更加的流暢。下圖是所有的三維建模的模型：圖7.1齒輪軸截圖圖7.2轉(zhuǎn)向節(jié)零件的建模在構(gòu)建轉(zhuǎn)向節(jié)零件的模型時，“拉伸切除”指令是必不可少的，但更重要的是，如何找到一個合適的參考點，以便產(chǎn)生相應(yīng)的特征?！捌叫小?、“垂直”、“重合”、“角度”、“距離”指令可以幫助我們找到合適的參考點，并將其作為基準(zhǔn)，以便進(jìn)行建模。圖7.3裝配圖結(jié)論此文以現(xiàn)實中的車輛為參考，對液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計與強度校核，進(jìn)行了一些零件圖的繪制，并通過solidworks對此系統(tǒng)進(jìn)行了三維建模。本設(shè)計著重研究了液壓助力轉(zhuǎn)向器，經(jīng)過眾多的分析，最后選擇了齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。對齒輪齒條轉(zhuǎn)向器進(jìn)行了相關(guān)參數(shù)的設(shè)計與分析，其次在轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)也進(jìn)行了分析，劃定了主要零件的尺寸。并且對液壓系統(tǒng)也進(jìn)行了原理的闡述?？傊?，液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計需要綜合考慮多個因素，需要考慮設(shè)計因素，使用條件，還有設(shè)計的經(jīng)濟性與實用性。參考文獻(xiàn)李波,白艷飛,李雙雙,周佳,董洪昭.四輪全方位線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計與控制方法研究[J].機械工程師,2022,(12):143-148+152.劉雋寧.薄煤層無軌膠輪材料車全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計[J].煤礦機械,2022,43(11):8-11.賀克偉.某型礦用支架搬運車全液壓優(yōu)先轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用[J].液壓氣動與密封,2022,42(10):105-108.趙