節(jié)能小車的轉向和制動系統(tǒng)設計【含4張CAD零件圖紙+帶開題報告+文獻綜述+外文翻譯】

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節(jié)能小車的轉向和制動系統(tǒng)設計.doc

節(jié)能小車的轉向和制動系統(tǒng)設計開題報告.doc

節(jié)能小車的轉向和制動系統(tǒng)設計文獻綜述.doc

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摘　　要

隨著產(chǎn)業(yè)布局、產(chǎn)品結構的調整，就業(yè)結構也將發(fā)生變化。企業(yè)對較高層次的第一線應用型人才的需求將明顯增加，培養(yǎng)相當數(shù)量的具有高等文化水平的職業(yè)人才，成為迫切要求。因此熟悉汽車轉向系統(tǒng)，熟練掌握現(xiàn)代化汽車轉向系統(tǒng)的設計、操作和維護的應用型高級技術人才成為社會較緊缺、企業(yè)最需要的人才。

隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，轉向裝置的結構也有很大變化。現(xiàn)代汽車轉向裝置的設計趨勢主要向適應汽車高速行駛的需要、充分考慮安全性、輕便性、低成本、低油耗、大批量專業(yè)化生產(chǎn)發(fā)展。

本文闡述了汽車轉向系統(tǒng)各個部分的作用、組成、主要構造、工作原理、及可能出現(xiàn)的故障，同時提出了對出現(xiàn)的故障進行維修的可行方案；采用了理論與實際相結合的方法，對每個問題都有良好的認識，對所學內容進行了良好的總結歸納，以此進一步熟悉掌握汽車轉向系統(tǒng)的各方面知識，深化鞏固所學知識，做到理論與實際相結合，在理論學習的前提下，用實際更好的理解所學內容。

關鍵詞：節(jié)能小車　　轉向　　制動

Abstract

  With the adjustment of industry layout and product structure, the structure of employment will change. The demand for higher level front-line talents will increase obviously, and it will be urgent to train a large number of professional talents with higher educational level. Therefore, familiar with the automobile steering system, skilled grasp of modern automobile steering system design, operation and maintenance of application of advanced technical personnel, become more scarce society, the most needed talents.

    With the rapid development of the automobile industry, the structure of the steering device has also changed greatly. The design trend of modern automobile steering device is mainly to meet the needs of high speed vehicle, fully consider the safety, portability, low cost, low fuel consumption and mass production.

    This paper expounds the fault of the various parts of the system function, composition, main structure, working principle, and possible steering, and puts forward the feasible scheme for the maintenance of the fault; using the method of combining theory and practice, have a good understanding of each problem, a good summary to study the content, in order to further familiar with the automotive steering system of all aspects of knowledge, deepen consolidate knowledge, achieve the combination of theory and practice, in the premise of theory study, with practice to better understand the content.

Keywords：energy saving car　　 steering　　braking

目　　錄

第1章　緒論 4

1.1　汽車轉向系統(tǒng) 4

1.2　汽車轉向系統(tǒng)概述 4

1.3　轉向系統(tǒng)簡介及工作原理 5

1.3.1　轉向操縱機構 6

1.3.2　機械轉向器 7

1.3.3　轉向傳動機構 7

第2章　節(jié)能小車制動系統(tǒng)設計 10

2.1　制動器的選擇 10

2.2　制動系統(tǒng)的布置形式 10

2.3　制動總成的相關計算 11

2.4　制動系統(tǒng)的安裝與固定 12

2.4.1　制動手柄的固定 12

2.4.2　剎車線的固定 13

2.4.3　制動器的安裝與固定 13

第3章　機械式轉向器方案分析 14

3.1　齒輪齒條式轉向器 14

3.2　循環(huán)球式轉向器 15

3.3 　蝸桿滾輪式轉向器 17

3.4　蝸桿指銷式轉向器 17

第4章　轉向系的主要性能參數(shù) 18

4.1　轉向系的效率 18

4.1.1　轉向器的正效率 18

4.1.2　轉向器的逆效率 19

4.2　傳動比變化特性 20

4.2.1　轉向系傳動比 20

4.2.2　力傳動比與轉向系角傳動比的關系 20

4.2.3　轉向器角傳動比的選擇 21

4.3　轉向器傳動副的傳動間隙△t 22

4.4　轉向盤的總轉動圈數(shù) 22

第5章　轉向器設計計算 24

5.1　轉向系計算載荷的確定 24

5.2　轉向器設計 25

5.2.1　參數(shù)的選取 25

5.2.2　計算參數(shù) 25

5.3　循環(huán)球式轉向器零件強度計算 26

5.3.1　鋼球與滾道之間的接觸應力 26

5.3.2　轉向搖臂直徑的確定 26

第6章　動力轉向機構設計 27

6.1　對動力轉向機構的要求 27

6.2　轉向機構的計算 27

6.2.1　尺寸計算 27

6.2.2　分配閥的參數(shù)選擇與設計計算 28

6.3　動力轉向的評價指標 31

第7章　轉向傳動機構設計 33

7.1　轉向傳送機構的臂、桿與球銷 34

7.2　桿件設計結果 35

結論 36

致謝 37

參考文獻 38

共 6 頁 第 1 頁 譯文標題 節(jié)能小車的轉向和制動系統(tǒng)設計 原文標題 者 譯 名 國 籍 原文出處 is by in s It is a of A or is of a to to of on is or On a is to of is in of A to is in is to to on is it it is to On a is to is a on a is in it on of of to to In to a a 180 to is is to it is to a of is to of by A is by a to is on is on is in 共 6 頁 第 2 頁 in is on of to in a of or to be an to to 1. in In a as to as in to In an to is of of a a or in to a to on to of a be is by to to so it t In we is to in as at a to a in . If we to at so to at of as is a is or we a is by 共 6 頁 第 3 頁 to in us in an is to is to is to a “ is to is to of of is a be to is in to to at If be in is it no on To in is to To to is is to at as or in to in of a of on of a to on on of is a is by at to so as 共 6 頁 第 4 頁 3. On of on It is to to to a a is a is is If on to it as as it to up it to of a is of it or to be A is a is It of to to of is to in is to s at is is to of to is to a so it in in of in to of is is by it it in a of it If is of it is by to at a “ a As of up on to in as As to at 80s , in to a to as 0 is by t is rd th 共 6 頁 第 5 頁 4. is a of to of a of of a s is on a of is In to at a of is to of to a is in in is to A an of of In of of a in on to in 5. he to is is in is to is to a is as is a of a is at of up a to is to of as he is of It a of to of to to of in a is nd or a is is to 共 6 頁 第 6 頁 on is to s ) st It up to so it -2 On in to to or to 7. he on to as to as as or to it so is of to of as it a a it in or in to at to a to is a a on an on A in a of 共 6 頁 第 7 頁 指 導 教 師 評 語 外文翻譯成績： 指導教師簽字： 年 月 日 注： 1. 指導教師對譯文進行評閱時應注意以下幾個方面：①翻譯的外文文獻與畢業(yè)設計（論文）的主題是否高度相關，并作為外文參考文獻列入畢業(yè)設計（論文）的參考文獻；②翻譯的外文文獻字數(shù)是否達到規(guī)定數(shù)量（ 3 000 字以上）；③譯文語言是否準確、通順、具有參考價值。 2. 外文原文應以附件的方式置于譯文之后。 I 摘 要 隨著產(chǎn)業(yè)布局、產(chǎn)品結構的調整，就業(yè)結構也將發(fā)生變化。企業(yè)對較高層次的第一線應用型人才的需求將明顯增加，培養(yǎng)相當數(shù)量的具有高等文化水平的職業(yè)人才，成為迫切要求。因此熟悉 汽車轉向系統(tǒng) ，熟練掌握現(xiàn)代化 汽車轉向系統(tǒng)的設計 、操作和維護的應用型高級技術人才成為社會較緊缺、企業(yè)最需要的人才。 隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，轉向裝置的結構也有很大變化?，F(xiàn)代汽車轉向裝置的設計趨勢主要向適應汽車高速行駛的需要、充分考慮安全性、輕便性、低成本、低油耗、大批量專業(yè)化生產(chǎn)發(fā)展。 本文闡述了汽車轉向系統(tǒng)各個部分的作用、組成、主要構 造、工作原理、及可能出現(xiàn)的故障，同時提出了對出現(xiàn)的故障進行維修的可行方案；采用了理論與實際相結合的方法，對每個問題都有良好的認識，對所學內容進行了良好的總結歸納，以此進一步熟悉掌握汽車轉向系統(tǒng)的各方面知識，深化鞏固所學知識，做到理論與實際相結合，在理論學習的前提下，用實際更好的理解所學內容。 關鍵詞 ： 節(jié)能小車 轉向 制動 of of it be to a of of of of of of of is to of of of of of a of a to in to of of of in of to 1 目 錄 第 1章 緒論 .................................... 錯誤 !未定義書簽。 車 轉向系統(tǒng) ........................................... 3 車轉向系統(tǒng)概述 ....................................... 3 向系統(tǒng)簡介及工作原理 ................................. 3 向操縱機構 ..................................... 4 械轉 向器 ....................................... 4 向傳動機構 ..................................... 4 第 2章 節(jié)能小車制動系統(tǒng)設計 .................................... 7 動器的選擇 ........................................... 7 動系統(tǒng)的布 置形式 ..................................... 7 動總成的相關計算 ..................................... 8 動系統(tǒng)的安裝與固定 ................................... 9 動手柄的固定 ................................... 9 車線的固定 ..................................... 9 動器的安裝與固定 ............................... 9 第 3章 機械式轉向器方案分析 ................................... 10 輪齒條式轉向器 ...................................... 10 環(huán)球式轉向器 ........................................ 11 蝸桿滾輪式轉向器 ..................................... 12 桿指銷式轉向器 ...................................... 12 第 4章 轉向系的主要性能參數(shù) ................................... 13 向系的效率 .......................................... 13 向器的正效率 ?? ............................... 13 向器的逆效率 ?? ............................... 14 動比變化特性 ........................................ 15 向系傳動比 .................................... 15 2 傳動比與轉向系角傳動比的關系 .................. 15 向器角傳動比的選擇 ............................ 16 向器傳動副的傳動間隙△ t............................. 16 向盤的總轉動圈數(shù) .................................... 17 第 5章 轉向器設計計算 ......................................... 18 向系計算載荷的確定 .................................. 18 向器設計 ............................................ 19 數(shù)的選取 ...................................... 19 算參數(shù) ........................................ 19 環(huán)球式轉向器零件強度計算 ............................ 20 球與滾道之間的接觸應力 ? ...................... 20 向搖臂直徑的確定 .............................. 20 第 6章 動力轉向機構設計 ....................................... 21 動力轉向機構的要求 .................................. 21 向機構的計算 ........................................ 21 寸計算 ........................................ 21 配閥的參數(shù)選擇與設計計算 ...................... 22 力轉向的評價指標 .................................... 25 第 7章 轉向傳動機構設計 ....................................... 27 向傳送機構的臂、桿與球銷 ............................ 28 件設計結果 .......................................... 28 結論 ........................................................... 30 致謝 ........................................................... 31 參考文獻 ....................................................... 32 3 第 1章 緒論 能小車轉向系統(tǒng) 用來改變或保持車輛行駛或倒退方向的一系列裝置稱為轉向系統(tǒng) (轉向系統(tǒng)的功能就是按照駕駛員的意愿 控制車的行駛方向。轉向系統(tǒng)對車輛的行駛安全至關重要，因此轉向系統(tǒng)的零件都稱為保安件。轉向系統(tǒng)和制動系統(tǒng)都是車輛安全必須要重視的兩個系統(tǒng)。 能小車轉向系統(tǒng)概述 節(jié)能小車在行駛的過程中 ,需按駕駛員的意志改變其行駛方向。就輪式汽車而言 ,實現(xiàn)汽車轉向的方法是 , 駕駛員通過一套專設的機構 ,使汽車轉向橋 (一般是前橋 )上的車輪 (轉向輪 )相對于汽車縱橫線偏轉一定角度。這一套用來改變或恢復汽車行駛方向的專設機構，即稱為汽車轉向系統(tǒng)。 汽車轉向系統(tǒng)分為兩大類：機械轉向系統(tǒng)和動力轉向系統(tǒng)。 機械轉向系統(tǒng)：完全靠駕駛員手 力操縱的轉向系統(tǒng)。 動力轉向系統(tǒng)：借助動力來操縱的轉向系統(tǒng)。動力轉向系統(tǒng)又可分為液壓動力轉向系統(tǒng)和電動助力動力轉向系統(tǒng)。 向系統(tǒng)簡介及工作原理 機械轉向系以駕駛員的體力作為轉向能源，其中所有傳力件都是機械的。機械轉向系由轉向操縱機構、轉向器和轉向傳動機構三大部分組成如圖 1示。 圖 1向系統(tǒng)結構 4 上圖是一種機械式轉向系統(tǒng)。駕駛員對轉向盤施加的轉向力矩通過轉向軸輸入轉向器。從轉向盤到轉向傳動軸這一系列零件即屬于轉向操縱機構。作為減速傳動裝置的轉向器中有級減速傳動副。經(jīng)轉向器放大后的力矩 和減速后的運動傳到轉向橫拉桿，再傳給固定于轉向節(jié)上的轉向節(jié)臂，使轉向節(jié)和它所支承的轉向輪偏轉，從而改變了汽車的行駛方向。這里，轉向橫拉桿和轉向節(jié)臂屬于轉向傳動機構。 向操縱機構 轉向操縱機構由方向盤、轉向軸、轉向管柱等組成，它的作用是將駕駛員轉動轉向盤的操縱力傳給轉向器。 械轉向器 機械轉向器 (也常稱為轉向機 )是完成由旋轉運動到直線運動 (或近似直線運動 )的一組齒輪機構，同時也是轉向系中的減速傳動裝置。 目前較常用的有齒輪齒條式、循環(huán)球曲柄指銷式、蝸桿曲柄指銷式、循環(huán)球 、蝸桿滾輪式等。 向傳動機構 轉向傳動機構的功用是將轉向器輸出的力和運動傳到轉向橋兩側的轉向節(jié)，使兩側轉向輪偏轉，且使二轉向輪偏轉角按一定關系變化，以保證汽車轉向時車輪與地面的相對滑動盡可能小。 車轉向原理 汽車轉向時，要使各車輪都只滾動不滑動，各車輪必須圍繞一個中心點 圖 1然這個中心要落在后軸中心線的延長線上，并且左、右前輪也必須以這個中心點 O 為圓心而轉動。 為了滿足上述要求，左、右前輪的偏轉角應滿足如下關系： ?? c o tc o t 5 圖 1向角 由轉向中心 O 到外轉 向輪與地面接觸點的距離，稱為車轉彎半徑。轉彎半徑越小，則汽車轉向所需場地就越小。當外轉向輪偏轉角達到最大值時，轉彎半徑 R 最小。 向直拉桿 轉向直拉桿的作用是將轉向搖臂傳來的力和運動傳給轉向梯形臂 (或轉向節(jié)臂 )。它所受的力既有拉力、也有壓力，因此直拉桿都是采用優(yōu)質特種鋼材制造的，以保證工作可 *。直拉桿的典型結構如圖 1轉向輪偏轉或因懸架彈性變形而相對于車架跳動時，轉向直拉桿與轉向搖臂及轉向節(jié)臂的相對運動都是空間運動，為了不發(fā)生運動干涉，上述三者間的連接都采用球銷。 6 圖 1拉桿 的典型結構 向減振器 隨著車速的提高，現(xiàn)代汽車的轉向輪有時會產(chǎn)生擺振（轉向輪繞主銷軸線往復擺動，甚至引起整車車身的振動），這不僅影響汽車的穩(wěn)定性，而且還影響汽車的舒適性、加劇前輪輪胎的磨損。在轉向傳動機構中設置轉向減振器是克服轉向輪擺振的有效措施。轉向減振器的一端與車身（或前橋）鉸接，另一端與轉向直拉桿（或轉向器）鉸接。 圖 1振器 7 第 2 章 節(jié)能小車制動系統(tǒng)設計 動器的選擇 節(jié)能車的宗旨是節(jié)能減排，所以在滿足制動力要求的情況下，要求制動系統(tǒng)的重量最輕。綜合以上考慮，初步采用自行車用 2自行車用 2為節(jié)能車用制動器。 相對低廉，重量 合 然會相對輕一些；性能 碟剎價格昂貴，其中優(yōu)質油碟均在千元以上，重量相對 重，雖然有車圈輕量化的優(yōu)勢，但是綜合而言，相對較重；性能 試比較復雜，但是磨合后工作相當穩(wěn)定，不易受外界 條件影響。制動力強勁，適合所有條件的騎行，抱死臨界域寬。 兩種制動器各有優(yōu)缺點，都滿足節(jié)能車的使用要求。 圖 2行車用 圖 2行車用碟剎 動系統(tǒng)的布置形式 根據(jù)節(jié)能車的總體布置，節(jié)能車的車輪是前兩輪和后一輪的布置形式。在這種車輪布置形式下，節(jié)能車制動系統(tǒng)有三種布置方案 分別為前左右兩輪用碟剎制動器、后輪用兩個自行車用 輪用一個 動系統(tǒng)由大賽規(guī)則確定要求即在 11°的斜坡上能保證停留，而且制動系統(tǒng)對平時訓練整車的操作安全性有很高的保證。經(jīng)過綜合比較研究決定采用兩套高效 為其價格相對便宜質量與其他制動件相對較輕。因為前軸的定位尺寸控制嚴格所以決定采用后剎系統(tǒng)。 8 動總成的相關計算 制動力的確定應該保證節(jié)能車在滿載情況下于 11°斜坡上能完全制動，即沿斜面分力同制動力平衡。 f (式中 G———— G= ———— α =11° f———— 滑動阻力系數(shù) f=知 = =過汽車理論知識分析可以得到如下關系式： (u\r (式中 —— 地面制動力 ——— 附著力 —— 車輪給地面的法向反作用力 Φ ———— 附著系數(shù) —— 摩擦片與鼓盤的制動力矩 r———— 車輪半徑 已知 100× r=250u=據(jù)以上的計算可以確定所需采購的 制動閘的最小制動力，以達到計算要求為優(yōu)。 自行車閘的扳手可以抽象成一個杠桿的力學模型，如右圖所示。 鋼索一端連在杠桿上的 一端連在曲梁上 ,當人在 鋼索被拉動。設人在剎車時用力集中于一點 A，剛索拉力集中于 可得力矩平衡方程： 21=0 計算得 1*2,由于 :1，可知 1約為 3； 1。即扳手可以簡化成一個省力杠桿的模型，使人用較小的力捏閘時，也可以對鋼索施加較大的拉力，以這個較大的拉力帶動剎皮壓緊車輪，從而產(chǎn)生摩擦力。 自行車 所示的一個杠桿的力學模型，杠桿比 9 為 4:1，傳力比為 1:4。根據(jù)調查人的握力至少為 2000N,綜合扳手和制動器的杠桿比 ,傳送到制動閘上的制動力至少為 4800N，遠遠滿足設計要求。 動系統(tǒng)的 安裝與固定 動手柄的固定 制動手柄的固定參照自行車上扳手的固定方式，通過緊固螺絲將制動手柄安裝在節(jié)能車把手上。 車線的固定 根據(jù)大賽規(guī)則，剎車裝配線等結構需要從車內穿過，以免與地面接觸造成摩擦。剎車線需要通過扎帶固結在車架上，防止與地面接觸。 動器的安裝與固定 通過用防松螺栓螺母緊固的方式，將制動器固定在車架上，部分地方采用鉚接的方式。 10 第 3 章 機械式轉向器方案分析 輪齒條式轉向器 齒輪齒條式轉向器由與轉向軸做成一體的轉向齒 輪和常與轉向橫拉桿做成一體的齒條組成。與其他形式的轉向器比較，齒輪齒條式轉向器最主要的優(yōu)點是：結構簡單、緊湊；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉向器的質量比較??；傳動效率高達 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、靠近主動小齒輪處的壓緊力可以調節(jié)的彈簧。能自動消除齒間間隙，這不僅可以提高轉向系統(tǒng)的剛度。還可以防止工作時產(chǎn)生沖擊和噪聲；轉向器占用的體積?。粵]有轉向搖臂和直拉桿，所以轉向輪轉角可以增大；制造成本低。 齒輪齒條式轉向器的主要缺點是：因逆效率高，汽車在不平路面上行駛時，發(fā)生在轉向 輪與路面之間沖擊力的大部分能傳至轉向盤，稱之為反沖。反沖現(xiàn)象會使駕駛員精神緊張，并難以準確控制汽車行駛方向，轉向盤突然轉動又會造成打手，同時對駕駛員造成傷害。 根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點不同，齒輪齒條式轉向起有四種形式：中間輸入，兩端輸出；側面輸入，兩端輸出；側面輸入，中間輸出；側面輸入，一端輸出。 采用側面輸入，中間輸出方案時，與齒條連的左，右拉桿延伸到接近汽車縱向對稱平面附近。由于拉桿長度增加，車輪上、下跳動時拉桿擺角減小，有利于減少車輪上、下跳動時轉向系與懸架系的運動干涉。拉桿與齒條用螺栓固定連接，因 此，兩拉桿那與齒條同時向左或右移動，為此在轉向器殼體上開有軸向的長槽，從而降低了它的強度。 采用兩端輸出方案時，由于轉向拉桿長度受到限制，容易與懸架系統(tǒng)導向機構產(chǎn)生運動干涉。 側面輸入，一端輸出的齒輪齒條式轉向器，常用在平頭貨車上。 容易齒輪齒條式轉向器采用直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合，則運轉平穩(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向器，重合度增加，運轉平穩(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計的要求。因為斜齒工作時有軸向力作用，所以轉向器應該采用推力軸承，使軸承壽命降低，還有斜齒輪的滑磨比較大是它的缺點。 11 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%，故質量小；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動； Y 形斷面齒條的齒寬可以做得寬些，因而強度得到增加。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，以減少滑動摩擦。當車輪跳動、轉向或轉向器工作時，如在齒 條上作用有能使齒條旋轉的力矩時，應選用 V 形和 Y 形斷面齒條，用來防止因齒條旋轉而破壞齒輪、齒條的齒不能正確嚙合的情況出現(xiàn)。 為了防止齒條旋轉，也有在轉向器殼體上設計導向槽的，槽內嵌裝導向塊，并將拉桿、導向塊與齒條固定在一起。齒條移動時導向塊在導向槽內隨之移動，齒條旋轉時導向塊可防止齒條旋轉。要求這種結構的導向塊與導向槽之間的配合要適當。配合過緊會為轉向和轉向輪回正帶來困難，配合過松齒條仍能旋轉，并伴有敲擊噪聲。 根據(jù)齒輪齒條式轉向器和轉向梯形相對前軸位置的不同，齒輪齒條式轉向器在汽車上有四種布置：形式轉向器位 于前軸后方，后置梯形；轉向器位于前軸后方，前置梯形；轉向器位于前軸前方，后置梯形；轉向器位于前軸前方，前置梯形。 齒輪齒條式轉向器廣泛應用于乘用車上。載質量不大，前輪采用獨立懸架的貨車和客車有些也用齒輪齒條式轉向器。 環(huán)球式轉向器 循環(huán)球式轉向器有螺桿和螺母共同形成的落選槽內裝鋼球構成的傳動副，以及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構成的傳動副組成，如圖 3示。 圖 3環(huán)球式轉向器示意圖 12 循環(huán)球式轉向器的優(yōu)點是：在螺桿和螺母之間因為有可以循環(huán)流動的鋼球，將滑動摩擦轉變?yōu)闈L動 摩擦，因而傳動效率可以達到 75%～ 85%；在結構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整工作容易進行，適合用來做整體式動力轉向器。 循環(huán)球式轉向器的主要缺點是：逆效率高，結構復雜，制造困難，制造精度要求高。循環(huán)球式轉向器主要用于商用車上。 桿滾輪式轉向器 蝸桿滾輪式轉向器由蝸桿和滾輪嚙合而構成。主要優(yōu)點是：結構簡單；制造容易；因為滾輪的齒面和蝸桿上的螺紋 呈面接觸，所以有比較高的強度，工作可靠，磨損小，壽命長；逆效率低。 蝸桿滾輪式轉向器的主要缺點是：正效率低；工作齒面磨損以后，調整嚙合間隙比較困難；轉向器的傳動比不能變化。 這種轉向器曾在汽車上廣泛使用過。 桿指銷式轉向器 蝸桿指銷式轉向器的銷子如不能自轉，稱為固定銷式蝸桿指銷式轉向器；銷子除隨同搖臂軸轉動外，還能繞自身州縣轉動的，稱為旋轉銷式轉向器。根據(jù)銷子數(shù)量不同，又有單銷和雙銷之分。 蝸桿指銷式轉向器的優(yōu)點是：轉向器的傳動比可以做成不變的或者變化的；指銷和蝸桿之間的工作面磨損后，調整間隙工作 容易進行。 固定銷蝸桿指銷式轉向器的結構簡單、制造容易；但是因銷子不能自轉，銷子的工作部位基本保持不變，所以磨損快、工作效率低。旋轉銷式轉向器的效率高、磨損慢，但結構復雜。 要求搖臂軸有較大的轉角時，應該采用雙銷式結構。雙銷式轉向器在直線行駛區(qū)域附近，兩個銷子同時工作，可降低銷子上的負荷，減少磨損。當一個銷子脫離嚙合狀態(tài)是，另一個銷子要承受全部作用力，而恰恰在此位置，作用力達到最大值，所以設計師要注意核算其強度。雙銷與單銷蝸桿指銷式轉向器比較，結構復雜、尺寸和質量大，并且對兩主銷間的位置精度、蝸桿上螺紋槽的 形狀及尺寸精度等要求高。此外，傳動比的變化特性和傳動間隙特性的變化受限制。 蝸桿指銷式轉向器應用較少。 13 第 4 章 轉向系的主要性能參數(shù) 向系的效率 功率 轉向軸輸入，經(jīng)轉向搖臂軸輸出所求得的效率稱為轉向器的正效率，用符號 ?? 表示，；反之稱為逆效率，用符號 ??表示。 正效率 ??計算公式： ???（ 4 逆效率 ??計算公式： ??（ 4 式中， 正效率高，轉向輕便；轉向器應具有一定逆效率，以保證轉向輪和轉向盤的自動返回能力。但為了減小傳至轉向盤上的路面沖擊力，防止打手，又要求此逆效率盡可能低。 影響轉向器正效率的因素有轉向器的類型、結構特點、結構參數(shù)和制造質量等。 向器的正效率 ?? 影響轉向器正效率的因素有轉向器的類型、結構特點、結構參數(shù)和制造質量等。 （ 1）轉向器類型、結構特點與效率 在四種轉向器中，齒輪齒條式、循環(huán)球式轉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向器的正效率要明顯的低些。 同一類型轉向器，因結構不同效率也不一樣。如蝸桿滾輪式轉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，除滾輪與滾針之間有摩擦損失外，滾輪側翼與墊片之間還存在滑動摩擦損失，故 14 這種軸向器的效率 η+僅有 54%。另外兩種結構的轉向器效率分別為 70%和 75%。 轉向搖臂軸的軸承采用滾針軸承比采用滑動軸承可使正或逆效率提高約10%。 （ 2）轉向器的結構參數(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 ，對于蝸桿類轉向器，其效率可用下式計算 ) 0 ?? ??? a a（ 4 式中， 蝸桿（或螺桿）的螺線導程角； ρ 為摩擦角， ρ=f 為磨擦因數(shù)。 向器的逆效率 ?? 根據(jù)逆效率不同，轉向器有可逆式、極限可逆式和不可逆式之分。 路面作用在車輪上的力，經(jīng)過轉向系可大部分傳遞到轉向盤，這種逆效率較高的轉向器屬于可逆式。它能保證轉向輪和轉向盤自動回正，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。 屬于可逆式的轉向器有齒輪齒條式和循環(huán)球式轉向器。 不可逆式和極限可逆式轉向器 不可逆式轉向器，是指車輪受到的沖擊力不能傳到轉向盤的轉向器。該沖擊力轉向傳動機構的零件承受，因而這些零件容易損壞。同時，它既不能保證車輪自動回正，駕駛員又缺乏路面感覺，因此，現(xiàn)代汽車不采用這種轉向器。 極限可逆式轉向器介于可逆式與不可逆式轉向器兩者之間。在車輪受到?jīng)_擊力作用時，此力只有較小一部分傳至轉向盤。 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算 00? ???（ 4 式（ 4式（ 4明：增加導程角 、逆效率均增大。受 ??增大的影響， 導程角小于或等于磨擦角時，逆效率為負值或者為零，此時表明該轉向器是不可逆式轉向器。為此，導程角必 須大于磨擦角。 15 動比變化特性 向系傳動比 轉向系的傳動比包括轉向系的角傳動比0?向系的力傳動比 : 2? （ 4 轉向系的角傳動比 : ?????? ??? //0（ 4 轉向系的角傳動比0?i?組成，即 ??? ?0（ 4 轉向器的角傳動比 : ?????? ??? //（ 4 ＝ 22 轉向傳 動機構的角傳動比 : ?????? ???? // （ 4 1? 傳動比與轉向系角傳動比的關系 轉向阻力 r?（ 4 作用在轉向盤上的手力 ?（ 4 將式（ 4式（ 4入 2? 后得到 h （ 4 16 如果忽略 磨擦損失，根據(jù)能量守恒原理， 2 02??? ?（ 4 將式（ 4入式（ 4得到 0??（ 4 當 a 和 傳動比然轉向越輕，但0?明轉向不靈敏。 向器角傳動比的選擇 轉向器角傳動比可以設計成減小、增大或保持不變的。影響選取角傳動比變化規(guī)律的主要因素是轉向軸負荷大小和對汽車機動能力的要求。 若轉向軸負荷小或采用動力轉向的汽車，不存在轉向沉重問題，應取較小的轉向器角傳動比，以提高汽車的機動能力。若轉向軸負荷大，汽車低速急轉彎時的操縱輕便性問題突出，應選用大些的轉向器角傳動比。 汽車以較高車速轉向行駛時，要求轉向輪反應靈敏，轉向器角傳動比應當小些。汽車高速直線行駛時，轉向盤在中間位置的轉向器角傳動比不宜過小。否則轉向過分敏感，使駕駛員精確控制轉向輪的 運動有困難。 轉向器角傳動比變化曲線應選用大致呈中間小兩端大些的下凹形曲線，如圖4示。 圖 4向器角傳動比變化特性曲線 向器傳動副的傳動間隙△ t 傳動間隙是指各種轉向器中傳動副之間的間隙。該間隙隨轉向盤轉角的大小不同而改變，并把這種變化關系稱為轉向器傳動副傳動間隙特性（圖 4。 研究該特性的意義在于它與直線行駛的穩(wěn)定性和轉向器的使用壽命有關。 17 傳動副的傳動間隙在轉向盤處于中間及其附近位置時要極小，最好無間隙。若轉向器傳動副存在 傳動間隙，一旦轉向輪受到側向力作用，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)調整消除該處間隙。 為此，傳動副傳動間隙特性應當設計成圖 4示的逐漸加大的形狀。 圖 4向器傳動副傳動間隙特性 轉向器傳動副傳動間隙特性 圖中曲線 1 表明轉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 表明調整后 并消除中間位置處間隙的轉向器傳動間隙變化特性。 向盤的總轉動圈數(shù) 轉向盤從一個極端位置轉到另一個極端位置時所轉過的圈數(shù)稱為轉向盤的總轉動圈數(shù)。它與轉向輪的最大轉角及轉向系的角傳動比有關，并影響轉向的操縱輕便性和靈敏性。 18 第 5 章 轉向器設計計算 向系計算載荷的確定 為了保證行駛安全，組成轉向系的各零件應有足夠的強度。欲驗算轉向系零件的強度，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向軸的負荷，地面阻力和輪胎氣壓等。為轉動轉向輪要克服的阻力，包括轉向輪繞主銷轉動 的阻力、車輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉向系中的內摩擦阻力等。 精確地計算這些力是困難的，為此推薦用足夠精確的半經(jīng)驗公式來計算汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉向阻力距 N?即 (5 ＝ N?中， f 為輪胎和路面見的摩擦因素，一般取 N） ; 作用在轉向盤上的手力為 ?? ?? W 12 （ 5 ＝ N 式中， 轉向搖臂長； 轉向節(jié)臂長； 轉向盤直徑； i?為轉向器角傳 動比； ?? 為轉向器正效率。 19 向器設計 數(shù)的選取 搖臂軸直徑 /6 鋼球中心距 D/5 螺桿外徑 D1/3 鋼球直徑 d /距 P /作圈數(shù) W 母長度 L /5 導管壁厚 /球直徑與導管內徑之間的間隙 e/線導程角 0a /o 7? 法向壓力角 0a /o 20? 接觸角 ? /o 45? 環(huán)流行數(shù) 2 算參數(shù) 2 應大于 一般要求 )10~%5(12 ?? （ 5 （ 5%~10%） D=25+8%*25 =27 2. 鋼球數(shù)量 n n= 5 5 6 D W 0 ????? （ 5 ≈ 22個 3. 滾道截面半徑 20 d= （ 5 向器零件強度計算 觸應力 ? ? =k 3222223)()( （ 5 =中， k 為系數(shù)，根據(jù) A/B 值查表， A=[（ 1/r） -(1/ 2R )]/2, B=[(1/r)+(1/ 1R )]/2; 2R 為滾道截面半徑， k 取 r 為鋼球半徑； 1R 為螺桿外徑； E 為材料彈性模量，等于 105 3F 為鋼球與螺桿之間的正壓力，即 3F=5 ＝ 中， 0a 為螺桿螺線的導程角； o? 為接觸角； n 為參與工作的鋼球數(shù)； 8~64－時，許用接觸應力[? ]=2500 由于 ? <[? ],因此滿足強度。 向搖臂直徑的確定 轉向搖臂直徑 d 為 式中， K 為安全系數(shù)，根據(jù)汽車使用條件不同可取 0? 為扭轉強度極限。 搖臂軸用 20制造，表 面滲碳，滲碳層深度在 于前軸負荷大的汽車，滲碳層深度為 面硬度為 58~6321 第 6 章 轉向機構設計 轉向機構的要求 減小），作用在轉向盤上的手力必須增大（或減?。Q之為“路感”。 h ≥ ，動力轉向器就應開始工作。 轉向盤應自動回正 ，并使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài)。 轉向盤轉動后，系統(tǒng)內壓力能很快增長到最大值。 能用機械系統(tǒng)操縱車輪轉向。 、外泄漏少。 向機構的計算 寸計算 動力缸的主要尺寸有動力缸內徑、活塞行程、活塞桿直徑和動力缸體壁厚。 動力缸產(chǎn)生的推力 F 為 F 11?（ 6 式中， 轉向搖 臂長度； L 為轉向搖臂軸到動力缸活塞之間的距離。 因為動力缸活塞兩側的工作面積不同，應按較小一側的工作面積來計算，即 )(4 22 dD ? ? （ 6 式中， D 為動力缸內徑； 選 力 p＝ 聯(lián)立式 (6式（ 6得到 114 ?? ? （ 6 所以 d=2222 活塞行程是車輪轉制最大轉角時，由直拉桿的的移動量換算到活塞桿處的移動量得到的。 活塞厚度可取為 B=力缸的最大長度 s 為 0 ???? (6=130力缸殼體壁厚 t,根據(jù)計算軸向 平面拉應力 ? ? ??? ])(4[ 22 （ 6 式中， p 為油液壓力； D 為動力缸內徑； t 為動力缸殼體壁厚； n 為安全系數(shù)，n=s 為殼體材料的屈服點。殼體材料用球墨鑄鐵采用 05，抗拉強度為 500服點為 350 t=5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。 配閥的參數(shù)選擇與設計計算 分配閥的要參數(shù)有 :滑閥直徑 d、預開隙 封長度 滑閥總移動量 e、滑閥在中間位置時的液流速度 v、局部壓力降和泄漏量等。 轉向油泵的排量應保證轉向動力缸能比無動力轉向時以更高的轉向時汽車轉向輪轉向，否則動力轉向反而會形成快速轉向的輔加阻力。油泵排量要達到這一要求，必須滿足如下不等式： 4)1( ?? ???式中 Q— 油泵的計算排量； ?V— 油泵的容積，計算時一般取 ?V＝ ? — 泄漏系數(shù)， ? ＝ 動力缸缸徑； 動力缸活塞移動速度； dd ＝ ?? 0 23 式中 轉向盤轉動的最大可能頻率，計算時對轎車取 ;則動力轉向系的油泵排量 Q 可表達為 ? ?? 1(4t a n 022???(6 =47L/s 預開隙 為滑閥處于中間位置時分配閥內各環(huán)形油路沿滑閥軸向的開啟量，也是為使分配閥內某油路關閉所需的滑閥最小移動量。 過小會使油液常流時局部阻力過大； 過大則轉向盤需轉過一個大的角度才能使動力缸工作，轉向靈敏度低。一般要求轉向盤轉角 ??? 5~2? 時滑閥就移動 距離。 t???3605~2(6＝ 中 ? — 相應的轉向盤轉角，（°）； t — 轉向螺桿的螺距， 滑閥總移動量 e 過大時，會使轉向盤停止轉動后滑閥回到中間位置的行程長，致使轉向車輪停止偏轉的時刻也相應“滯后”，從而使靈敏度降低；如 e 值過小，則使密封長度 ee e 12 ?? 過小導致密封不嚴，這就容易產(chǎn)生油液泄漏致使進、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，當滑閥總移動量為 e 時，轉向盤允許轉動的角度約為 20°左右。 ?? 36020 (6=p? 當汽車宜行時，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) 24 滑閥時產(chǎn)生的局部壓力降 p? ( 42 ??? ?? （ 6 式中 ? — 油液密度， kg/ ? — 局部阻力系數(shù)，通常取 ? ＝ v— 油液的流速， m/s。 p? 的允許值為 v] 由于 p? 的允許值 [ p? ]=入上式，則可得到油液流速的允許值 [v]＝ 10 4 ????(6d a a ?? ?(6=110中 溢流閥限制下的油液最大排量， L/ 般約為發(fā)動機怠速時油泵排量的 — 預開隙， v — 滑閥在中間位置時的 油液流速， m/s 7. 滑閥在中間位置時的油液流速 v m a a ?? ?(6=5m/s ? 25 ?? ????? （ 6 =010?? cm/s 式中 ? — 滑閥也閥體建的徑向間隙，一般 ? ＝ p? — 滑閥進、出口油液的壓力差； d — 滑閥直徑； 密封長度； ? — 油液的動力粘度。 向的評價指標 １．動力轉向 器的作用效能 用效能指標?? 有動力轉向器的效能指標 s=1~15。 ２．路感 駕駛員的路感來自于轉動轉向盤時，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的乘積。在最大工作壓力時，轎車：換算以轉向盤上的力增加約 30~50N。 ３．轉向靈敏度 轉向靈敏度可以用轉向盤行程與滑閥行程的比值 i 來評價 ??2(6比值 i 越小，則動力轉向作用的靈敏度越高。。 ４．動力轉向器的靜特性 動力轉向器的靜特性是指輸入轉矩與輸出轉矩之間的變化關系曲線，是用來評價動力轉向器的主要特性指標。因輸出轉矩等于油壓壓力乘以動力缸工作面積和作用力臂，對于已確定的結構，后兩項是常量，所以可以用輸入轉矩 圖 6 常將靜特性曲線劃分為四個區(qū)段。在輸入轉矩不大的時候，相當于圖中 車 原地轉 26 向或調頭時，輸入轉矩進入最大區(qū)段（圖中 要求動力轉向器向右轉和向左轉的靜特性曲線應對稱。對稱性可以評價滑閥的加工和裝配質量。要求對稱性大于 圖 6特性曲線分段示意圖 27 第 7 章 轉向傳動機構設計 轉向傳動機構是由轉向搖臂至左、右轉向車輪之間用來傳遞力及運動的轉向桿、臂系統(tǒng)。其任務是將轉向器輸出端的轉向搖臀的擺動轉變 為左、右轉向車輪繞其轉向主銷的偏轉，并使它們偏轉到繞同一瞬時轉向中心的不向軌跡圓上，實現(xiàn)車輪無滑動地滾動轉向。為了使左、右轉向車輪偏轉角之間的關系能滿足這一汽車轉向運動學的要求，則要由轉向傳動機構中的轉向梯形機構的精確設計來保證。 非獨立懸架汽車的轉向系中，轉向傳動機構由轉向搖臂、轉向直拉桿、轉向節(jié)臂、兩個相同的轉向梯形臂和轉向橫拉桿組成。后者與左、右轉向梯形臂又組成轉向梯形機構。轉向器在汽車上應這樣安置：首先應使轉向搖臂下端與縱拉桿鉸接的球頭中心在轉向過程中是在平行于汽車縱向平面的平面內移動 (在圖 7a))中為了清楚地表明桿、臂間的連接關系，已將該球心所在乎面移至該圖平面上 )；其次，為了使轉向縱拉桿與縱置鋼板彈簧協(xié)調運動以避免轉向車輪的擺振，如圖 7示，轉向搖臂下端的球頭中心 B 應盡量與轉向節(jié)臂與縱拉桿鉸接球頭中心 擺動中心 合。 圖 7非獨立懸架轉向輪匹配是轉向系簡圖 圖 7向縱拉桿與縱置鋼板彈簧的運動協(xié)調分析 28 向傳送機構的臂、桿與球銷 轉向搖臂、轉向 節(jié)臂和梯形臂由中碳鋼或中碳合金鋼如 3540， 4040模鍛加工制成。多采用沿其長度變化尺寸的橢圓形截面以合理地利用材料和提高其強度與剛度。轉向搖臂與轉向搖臂軸用三角花鍵聯(lián)接，且花鍵軸與花鍵孔具有一定的錐度以得到無隙配合，裝配時花鍵軸與孔應按標記對中以保證轉向搖臂的正確安裝位置。轉向搖臂的長度與轉向傳動機構的布置及傳動比等因素有關，一般在初選時對小型汽車可取 100～ 150的設計尺寸為 140 轉向傳動機構的桿件應選用剛性好、質量小的 20、 30 或 35 號鋼的無縫鋼管制造，其沿長度方 向的外形可根據(jù)總布置的需要確定。 轉向傳動機構的各元件間采用球形鉸接．球形鉸接的主要特點是能夠消除由于鉸接處的表而磨損而產(chǎn)生的間隙，也能滿足兩鉸接件間復雜的相對運動。在現(xiàn)代球形鉸接的結構中均是用彈簧將球頭與襯墊壓緊。彈簧沿拉桿軸線壓緊的結構制造容易，常為中、重型載貨汽車所采用。但這種結構有明顯的缺點，即彈簧的壓緊力必須顯著地大于汽車在最壞的行駛條件下作用于拉