微型汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)【說明書+CAD+PROE】,說明書+CAD+PROE,微型汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)【說明書+CAD+PROE】,微型汽車,循環(huán),轉(zhuǎn)向器,設(shè)計(jì),說明書,仿單,cad,proe 鍵入文字 目錄 1 引言.1 2 設(shè)計(jì)任務(wù)書.3 3 機(jī)械轉(zhuǎn)向簡(jiǎn)介.4 3.1 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu).4 3.2 轉(zhuǎn)向器.4 4 轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)要求.4 5 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析.5 5.1 齒輪齒條式.5 5.2 循環(huán)球式.7 5.3 蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式.8 6 計(jì)算設(shè)計(jì)說明書.9 6.1 轉(zhuǎn)向器的效率.9 6.2 轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與效率.9 6.3 轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率.9 7 傳動(dòng)比的變化特性.10 7.1 轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比.10 7.2 力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系.11 7.3 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比.12 7.4 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比及其變化規(guī)律.12 8 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器變速比工作原理.12 8.1 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的選擇.13 9 轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定.14 10 轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)方案分析.14 10.1 整體式轉(zhuǎn)和梯形.15 10.2 斷開式轉(zhuǎn)向梯形.15 11 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)-零部件參數(shù).16 12 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)-發(fā)展趨勢(shì).17 12.1 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的設(shè)計(jì)趨勢(shì).17 12.2 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的發(fā)展趨勢(shì).18 13 設(shè)計(jì)小結(jié).20 14 標(biāo)準(zhǔn)化審查報(bào)告.20 14.1 產(chǎn)品圖樣的審查.20 14.2 產(chǎn)品技術(shù)文件的審查.21 14.3 標(biāo)準(zhǔn)件的使用情況.21 14.4 審查結(jié)論.21 15 使用說明書.21 結(jié) 論.23 參考文獻(xiàn).24 致 謝.25 - 0 - 1 引言 在汽車行駛中，轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)是最基本的運(yùn)動(dòng)。我們通過方向盤來操縱和控制汽車的 行駛方向，從而實(shí)現(xiàn)自己的形式意圖。在現(xiàn)代汽車上，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是必不可少的最基本 的系統(tǒng)之一，它也是決定汽車主動(dòng)安全性的關(guān)鍵總成，特別是在車輛高速化，駕駛?cè)?員非職業(yè)化，車流密集的今天，針對(duì)更多不同的駕駛?cè)巳?，汽車的操縱性設(shè)計(jì)顯得尤 為重要。 從上世紀(jì)四十年代起，為減輕駕駛員體力負(fù)擔(dān)，在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了液 壓助力系統(tǒng) HPS(hydraulic power steering)，它是建立在機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上的，額 外增加了一個(gè)液壓系統(tǒng)，一般有油泵、V 形帶輪、油管、供油裝置、助力裝置和控制閥。 由于其工作可靠、技術(shù)成熟至今仍被廣泛應(yīng)用。現(xiàn)在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在實(shí)際中應(yīng)用 的最多，根據(jù)控制閥形式有轉(zhuǎn)閥式和滑閥式之分。這個(gè)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最重要的新功能 是液力支持轉(zhuǎn)向的運(yùn)動(dòng)，因此可以減少駕駛員作用在方向盤上的力。 雖然傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作最可靠，但是也存在很多固有的缺點(diǎn)，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于 方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的機(jī)械連接而產(chǎn)生一些自身無法避免的缺陷：汽車的轉(zhuǎn)向特 性受駕駛員駕駛技術(shù)的影響嚴(yán)重；轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比固定，使汽車轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性隨車速、 側(cè)向加速度等變化而變化，駕駛員必須提前針對(duì)汽車轉(zhuǎn)向特性幅值和相位的變化進(jìn)行 一定的操作補(bǔ)償，從而控制汽車按其意愿行駛。這就變相地增加了駕駛員的操縱負(fù)擔(dān)， 使汽車轉(zhuǎn)向行駛存在很大的不安全隱患；液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性差，一般轎車每 行駛一百公里要多消耗 0.30.4 升的燃料；另外，存在液壓油泄漏問題，對(duì)環(huán)境造成 污染，在環(huán)保性能被日益強(qiáng)調(diào)的今天，無疑是一個(gè)明顯的劣勢(shì)。 電液動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 近年來，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中愈來愈多的采用電子器件。相應(yīng) 的就出現(xiàn)了電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電液助力轉(zhuǎn)向可以分為兩大類：電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系 統(tǒng) EHPS(electro-hydraulic power steering)、電控液壓助力轉(zhuǎn)向 ECHPS(electronically controlled hydraulic power steering)。EHPS 是在液壓助力 - 1 - 系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其特點(diǎn)是原來有發(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。ECHPS 是在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基 礎(chǔ)上增加了電控裝置構(gòu)成的。電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性可根據(jù)轉(zhuǎn)向速率、車速等 參數(shù)設(shè)計(jì)為可變助力特性，使駕駛員能夠更輕松便捷的操縱汽車。 現(xiàn)代電液動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要通過車速傳感器將車速傳遞給電子元件，或微型計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)，控制電液轉(zhuǎn)換裝置改變動(dòng)力轉(zhuǎn)向的助力特性，使駕駛員的轉(zhuǎn)向手力根據(jù)車速 和行駛條件變化而改變，即在低速行駛或轉(zhuǎn)急彎時(shí)能以很小的轉(zhuǎn)向手力進(jìn)行操作，在 高速行駛時(shí)能以稍重的轉(zhuǎn)向手力進(jìn)行穩(wěn)定操作，使操縱輕便性和穩(wěn)定性達(dá) EHPS 相比傳統(tǒng) HPS 降低了能源損耗。但電液動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，不論 ECHPS 還是 EHPS 都與 傳統(tǒng)的 HPS 一樣存在液壓油泄漏問題。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng) EPS(Electric Power Steering)把一個(gè)機(jī)械的系統(tǒng)和一個(gè)電控的電 動(dòng)馬達(dá)結(jié)合在一起形成的一個(gè)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。與液壓系統(tǒng)不同的是，助力改由電機(jī)提 供，因此，要有一個(gè)力矩傳感器來測(cè)量作用在方向盤上的力矩，由電子控制單元來計(jì) 算所需要的力矩。作用在方向盤上的力矩曲線由一個(gè)電動(dòng)馬達(dá)來分配。通過電動(dòng)馬達(dá) 提供轉(zhuǎn)向所必須要的力，它通過一個(gè)減速器作用在轉(zhuǎn)向柱上，在循環(huán)球式的傳動(dòng)裝置 中，直接作用在齒扇上的力太大，因此大多選用齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。根據(jù)助力位置不同 分為三種形式：1、轉(zhuǎn)向柱助力式.2、小齒輪助力式.3、齒條助力式. 由于 EPS 改由電機(jī)提供助力，助力大小由電控單元 ECU 實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)與控制，可以較 好解決汽車操縱時(shí)輕與靈的矛盾。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向最早應(yīng)用在微型汽車上，1988 年 2 月日本鈴木公司首次在其 Cervo 車上裝備，目前電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要應(yīng)用在轎車上，并逐漸從微型轎車向更大型轎 車和商務(wù)車發(fā)展。其優(yōu)點(diǎn)有： 1.EPS 能在各種行駛工況下提供最佳助力，減小由路面不平所引起的對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的擾動(dòng)， 改善汽車的轉(zhuǎn)向特性，減輕汽車低速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向操縱力，提高汽車高速行駛時(shí)的轉(zhuǎn) 向穩(wěn)定性，進(jìn)而提高汽車的主動(dòng)安全性。并且可通過設(shè)置不同的轉(zhuǎn)向手力特性來滿足 不同使用對(duì)象的需要。 - 2 - 2 EPS 只在轉(zhuǎn)向時(shí)電動(dòng)機(jī)才提供助力(不像 HPS，即使在不轉(zhuǎn)向時(shí)，油泵也一直運(yùn)轉(zhuǎn))， 因而能減少燃料消耗。 3.由于直接由電動(dòng)機(jī)提供助力，電動(dòng)機(jī)由蓄電池供電，因此 EPS 能否助力與發(fā)動(dòng)機(jī)是 否起動(dòng)無關(guān)，即使在發(fā)動(dòng)機(jī)熄火或出現(xiàn)故障時(shí)也能提供助力。 4. EPS 取消了油泵、皮帶、皮帶輪、液壓軟管、液壓油及密封件等，其零件比 HPS 大 大減少，因而其質(zhì)量更輕、結(jié)構(gòu)更緊湊，在安裝位置選擇方面也更容易，并且能降低 噪聲。 5 .EPS 沒有液壓回路，比 HPS 更易調(diào)整和檢測(cè)，裝配自動(dòng)化程度更高，并且可以通過 設(shè)置不同的程序，快速與不同車型匹配，因而能縮短生產(chǎn)和開發(fā)周期。 6 .EPS 不存在滲油問題，消除了液壓助力中液壓油泄漏問題，可大大降低保修成本， 減小對(duì)環(huán)境的污染，改善了環(huán)保性。 7.EPS 比 HPS 具有更好的低溫工作性能。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向目前已成為世界汽車技術(shù)發(fā)展的研究熱點(diǎn)之一。 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為兩大類：機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 完全靠駕駛員手里操縱的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)稱為機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 借助動(dòng)力來操縱的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)稱為動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又可分為液壓動(dòng)力 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)助力動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 2 設(shè)計(jì)任務(wù)書 汽車在行駛過程中需要不斷改變方向，轉(zhuǎn)向系就是通過一系列機(jī)械傳動(dòng)使得前輪 發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向，達(dá)到改變行駛方向的目的。 駕駛員操縱方向盤，通過轉(zhuǎn)向器把方向盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)向搖臂一定角度的擺動(dòng)， 帶動(dòng)轉(zhuǎn)向梯形運(yùn)動(dòng)，使前輪偏轉(zhuǎn)一定的角度，實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向。 - 3 - 這次設(shè)計(jì)主要目的是總結(jié)所學(xué)知識(shí)，在設(shè)計(jì)中沒有考慮到實(shí)際需要，只是從本專 業(yè)出發(fā)，基于自己的實(shí)際能力對(duì)基礎(chǔ)的機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行練習(xí)。設(shè)計(jì)中對(duì)前橋的受力做簡(jiǎn) 單的分析，對(duì)一些常見的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)稍作分析并加以選擇，并設(shè)計(jì)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。 3 機(jī)械轉(zhuǎn)向簡(jiǎn)介 機(jī)械轉(zhuǎn)向系以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，其中所有傳力件都是機(jī)械的，機(jī)械轉(zhuǎn)向系 由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。 3.1 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向器操縱機(jī)構(gòu)由方向盤，轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向管柱等組成，它的作用是將駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng) 轉(zhuǎn)向盤的操縱力傳給轉(zhuǎn)向器。 3.2 轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)向器（也常稱為轉(zhuǎn)向機(jī)）是完成有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到直線運(yùn)動(dòng)（或近似直線運(yùn)動(dòng)）的 一組齒輪機(jī)構(gòu)，同時(shí)也是轉(zhuǎn)向系中的減速傳動(dòng)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)球一齒條式扇式、蝸桿滾輪式等。 汽車轉(zhuǎn)向系的功用： 汽車轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)。在汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，保證 各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。 汽車轉(zhuǎn)向系的形式和組成： 汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)分為機(jī)械轉(zhuǎn)向和動(dòng)力轉(zhuǎn)向兩種形式。機(jī)械轉(zhuǎn)向主要是由轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn) 向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成，動(dòng)力轉(zhuǎn)向還包括動(dòng)力系統(tǒng)。 機(jī)械轉(zhuǎn)向是依靠駕駛員的手力轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤，經(jīng)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏 轉(zhuǎn)。 動(dòng)力轉(zhuǎn)向是在機(jī)械轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上，加裝動(dòng)力系統(tǒng)，并借助此系統(tǒng)來減輕駕駛員的 手力。 動(dòng)力轉(zhuǎn)向包括液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向和電控式動(dòng)力轉(zhuǎn)向。 液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向已在汽車上廣泛應(yīng)用。近年來，電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向已得到較快發(fā)展。 - 4 - 4 轉(zhuǎn)向系的設(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)。 2）轉(zhuǎn)向輪具有自動(dòng)回正能力。 3）在行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動(dòng)。 4）轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)，應(yīng)使車 輪產(chǎn)生的擺動(dòng)最小。 5）轉(zhuǎn)向靈敏，最小轉(zhuǎn)彎直徑小。 6）操縱輕便。 7）轉(zhuǎn)向輪傳給轉(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)中應(yīng)有間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。 9）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）轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向與汽車行駛方向的改變相一致。 正確設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)，可以保證汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，全部車輪應(yīng)繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心 旋轉(zhuǎn)。 轉(zhuǎn)向輪的自動(dòng)回正能力決定于轉(zhuǎn)向輪的定位參數(shù)和轉(zhuǎn)向器逆效率的大小。合理確定轉(zhuǎn) 向輪的定位參數(shù)，正確選擇轉(zhuǎn)向器的形式，可以保證汽車具有良好的自動(dòng)回正能力。 轉(zhuǎn)向系中設(shè)置有轉(zhuǎn)向減振器時(shí)，能夠防止轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生自振，同時(shí)又能使傳到轉(zhuǎn)向盤上 的反沖力明顯降低。 為了使汽車具有良好的機(jī)動(dòng)性能，必須使轉(zhuǎn)向輪有盡可能大的轉(zhuǎn)角，其最小轉(zhuǎn)彎 半徑能達(dá)到汽車軸距的 22.5 倍。 轉(zhuǎn)向操縱的輕便性通常用轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的切向力大小和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn) 動(dòng)圈數(shù)多少兩項(xiàng)指標(biāo)來評(píng)價(jià)。 轎車 貨車 機(jī)械轉(zhuǎn)向 50100N 250N 動(dòng)力轉(zhuǎn)向 2050N 120N 轎車轉(zhuǎn)向盤從中間位置轉(zhuǎn)到第一端的圈數(shù)不得超過 2.0 圈，貨車則要求不超過 3.0 圈。 5 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析 - 5 - 5.1 齒輪齒條式 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要優(yōu)點(diǎn)是：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 1-1 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)是：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。 圖 1-1 自動(dòng)消除間隙裝置 根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點(diǎn)不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有四種形式：中間輸入，兩端 輸也（圖 1-2a） ；側(cè)面輸入，兩端輸出（圖 1-2b） ；側(cè)面輸入，中間輸出（圖 1-2c） ； 側(cè)面輸入，一端輸出（圖 1-2d） 。 圖 1-2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種形式 采用側(cè)面輸入、中間輸出方案時(shí)，由于拉桿長(zhǎng)度增加，車輪上、下跳動(dòng)時(shí)位桿擺 - 6 - 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。而采用兩側(cè)輸出 方案時(shí)，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，常用在平頭微型貨車上。 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。 齒條斷面形狀有圓形、V 形和 Y 形三種。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。 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，見圖 1-3。 圖 1-3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種布置形式 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 5.2 循環(huán)球式 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由螺桿和螺母共同形成的螺旋槽內(nèi)裝有鋼球構(gòu)成的傳動(dòng)副，以及 螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動(dòng)副組成，如圖 1-4 所示。 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 - 7 - 高。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要用于貨車和客車上。 圖 1-4 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 圖 1-5 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的間隙調(diào)整機(jī)構(gòu) 5.3 蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器由蝸桿和滾輪嚙合而構(gòu)成。主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；制造容易； 強(qiáng)度比較高、工作可靠、壽命長(zhǎng)；逆效率低。主要缺點(diǎn)是：正效率低；調(diào)整嚙合間隙 比較困難；傳動(dòng)比不能變化。 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器有固定銷式和旋轉(zhuǎn)銷式兩種形式。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(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是：傳動(dòng)比可以做成不變的或者變化的；工作面間隙調(diào) 整容易。 固定銷式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易。但銷子的工作部位磨損快、工作效率低。 - 8 - 旋轉(zhuǎn)銷式轉(zhuǎn)向器的效率高、磨損慢，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 要求搖臂軸有較大的轉(zhuǎn)角時(shí)，應(yīng)采用雙銷式結(jié)構(gòu)。雙銷式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺 寸和質(zhì)量大，并且對(duì)兩主銷間的位置精度、螺紋槽的形狀及尺寸精度等要求高。此外， 傳動(dòng)比的變化特性和傳動(dòng)間隙特性的變化受限制。 蝸桿滾輪式和蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器應(yīng)用較少。 6 計(jì)算設(shè)計(jì)說明書 6.1 轉(zhuǎn)向器的效率 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) +表示， ；反之稱為逆效率，用符號(hào) 表示。 正效率 + 計(jì)算公式： +=（ P1-P2）/ P1 逆效率 計(jì)算公式： =（ 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。 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。 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。 6.2 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 +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%。 - 9 - 6.3 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 （1） 式中， a0 為蝸桿（或螺桿）的螺線導(dǎo)程角； 為摩擦角， =arctanf； f 為磨擦因數(shù)。 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 （2） 式（1）和式（2）表明：增加導(dǎo)程角 a0，正、逆效率均增大。受 -增大的影響，a0 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 7 傳動(dòng)比的變化特性 )tan(0 tn)( - 10 - 7.1 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: 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比: 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: 7.2 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： （3） 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： （4） 將式（3） 、式（4）代入 后得到 （5） 如果忽略磨擦損失，根據(jù)能量地恒原理，2 Mr/Mh 可用下式表示 （6） 0i pihWpFi/2kkwdti /00iiii0 ppwdti/kkkti/aFrW swhDF2hWpi/2aiswrp02idkhr i - 11 - 將式（6）代入式（5）后得到 （7） 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。 7.3 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 0.851.1 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。 7.4 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比及其變化規(guī)律 式（7）表明，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。 由 的定義可知：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)向器角度 傳動(dòng)比在反比。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。 8 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器變速比工作原理 根據(jù)相互嚙合齒輪的基圓齒距必須相等，即 pb1=pb2。其中齒輪基圓齒距 pb1=m 1cosa1，齒條基圓齒距 pb2=m 2cosa2。由上述兩式可知：當(dāng)齒輪具有標(biāo)準(zhǔn)模 數(shù) m1 和標(biāo)準(zhǔn)壓力角 a1 與一個(gè)具有變模數(shù) m2、變壓力角 a2 的齒條相嚙合，并始終保持 m 1cosa1=m 2cosa2 時(shí)，它們就可以嚙合運(yùn)轉(zhuǎn)。 aDiswp20pi 0ikpdi/0/dikp i0i - 12 - 如果齒條中部（相當(dāng)汽車直線行駛位置）齒的壓力角最大，向兩端逐漸減小 （模數(shù)也隨之減?。﹦t主動(dòng)齒輪嚙合半徑也減小，致使轉(zhuǎn)向盤每轉(zhuǎn)動(dòng)某同一角度時(shí)， 齒條行程也隨之減小。因此，轉(zhuǎn)同器的傳動(dòng)比是變化的。 圖 1-6 是根據(jù)上述原理設(shè)計(jì)的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器齒條壓力角變化示例。從圖中 可以看到，位于齒條中部位置處的齒有較大壓力角和齒輪有較大的節(jié)圓半徑，而齒條 齒有寬的齒根和淺斜的齒側(cè)面；位于具條兩端的齒，齒根減薄，齒有陡斜的齒側(cè)面。 圖 1-6 齒條壓力角變化簡(jiǎn)圖 a）齒條中部齒 b）齒條兩端齒 8.1 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 1-7 所示。 - 13 - 圖 1-7 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比變化特性曲線 9 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。 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（Nmm）的半徑經(jīng)驗(yàn)公式 （8） 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） 。 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力為 （9） 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； i 為轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比； +為轉(zhuǎn)向器正效率 對(duì)給定的汽車，用式（9）計(jì)算出來的的作用力是最大值。 10 轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)方案分析 PfMR31iLFswRh21 - 14 - 10.1 整體式轉(zhuǎn)和梯形 整體式轉(zhuǎn)向梯形是由轉(zhuǎn)向橫拉桿 1，轉(zhuǎn)向梯形臂 2 和汽車前軸 3 組成，如圖 1-8 所 示。 圖 1-8 整體式轉(zhuǎn)向梯形 1橫拉桿 2梯形臂 3前軸 這種方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整前束容易，制造成本低；主要缺點(diǎn)是一側(cè)轉(zhuǎn)向輪上、 下跳動(dòng)時(shí)，會(huì)影響另一側(cè)轉(zhuǎn)向輪。 10.2 斷開式轉(zhuǎn)向梯形 轉(zhuǎn)向梯形的橫拉桿做成斷開的，稱之為斷開式轉(zhuǎn)向梯形。斷開式轉(zhuǎn)向梯形方案之 一如圖 1-15 所示。 - 15 - 圖 1-15 斷開式轉(zhuǎn)向梯形 斷開式轉(zhuǎn)向梯形的主要特點(diǎn)： 1）能夠保證一側(cè)車輪上、下跳動(dòng)時(shí)，不會(huì)影響另一側(cè)車輪； 2）由于桿系、球頭增多，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，并且調(diào)整前束比較困難。 橫拉桿上斷開點(diǎn)的位置與獨(dú)立懸架形式有關(guān)。采用雙橫臂獨(dú)立懸架，常用圖解法（基 于三心定理）確定斷開點(diǎn)的位置 11 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)-零部件參數(shù) 轉(zhuǎn)向盤直徑 380 毫米 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)總?cè)?shù) 3.5 圈 駕駛員側(cè)機(jī)械式安全氣囊 SRS-40 轉(zhuǎn)向柱 安全轉(zhuǎn)向柱 - 16 - 轉(zhuǎn)向系總傳動(dòng)比 17.2 轉(zhuǎn)向器線角傳動(dòng)比 53.143 轉(zhuǎn)向器總行程 186 毫米 車輪 6JX15 鋁車輪 輪胎 205R15(T 級(jí)) 內(nèi)輪最大轉(zhuǎn)角 39.6 外輪最大轉(zhuǎn)角 33.5 最小轉(zhuǎn)彎直徑 不大于 11.6m 12 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)-發(fā)展趨勢(shì) 改革開放以來，中國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展迅猛。作為汽車關(guān)鍵部件之一的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也得 到了相應(yīng)的發(fā)展，基本已形成了專業(yè)化、系列化生產(chǎn)的局面。有資料顯示，國(guó)外有很 多國(guó)家的轉(zhuǎn)向器廠，都已發(fā)展成大規(guī)模生產(chǎn)的專業(yè)廠，年產(chǎn)超過百萬臺(tái)，壟斷了轉(zhuǎn)向 器的生產(chǎn)，并且銷售點(diǎn)遍布了全世界。 12.1 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的設(shè)計(jì)趨勢(shì) 適應(yīng)汽車高速行駛的需要 從操縱輕便性、穩(wěn)定性及安全行駛的角度，汽車制造廣泛使用更先進(jìn)的工藝方法， 使用變速比轉(zhuǎn)向器、高剛性轉(zhuǎn)向器。 “變速比和高剛性”是目前世界上生產(chǎn)的轉(zhuǎn)向器結(jié) 構(gòu)的方向。 充分考慮安全性、輕便性 隨著汽車車速的提高，駕駛員和乘客的安全非常重要，目前國(guó)內(nèi)外在許多汽車上 已普遍增設(shè)能量吸收裝置，如防碰撞安全轉(zhuǎn)向柱、安全帶、安全氣囊等，并逐步推廣。 從人類工程學(xué)的角度考慮操縱的輕便性，已逐步采用可調(diào)整的轉(zhuǎn)向管柱和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)。 - 17 - 低成本、低油耗、大批量專業(yè)化生產(chǎn) 隨著國(guó)際經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的惡化，石油危機(jī)造成經(jīng)濟(jì)衰退，汽車生產(chǎn)愈來愈重視經(jīng)濟(jì)性，因 此，要設(shè)計(jì)低成本、低油耗的汽車和低成本、合理化生產(chǎn)線，盡量實(shí)現(xiàn)大批量專業(yè)化 生產(chǎn)。對(duì)零部件生產(chǎn)，特別是轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，更表現(xiàn)突出。 汽車轉(zhuǎn)向器裝置的電腦化 汽車的轉(zhuǎn)向器裝置，必定是以電腦化為唯一的發(fā)展途徑。 12.2 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的使用動(dòng)態(tài) 隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)也有很大變化。汽車轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)很 多，從目前使用的普遍程度來看，主要的轉(zhuǎn)向器類型有 4 種：有蝸桿肖式(WP 型)、蝸 桿滾輪式(WR 型)、循環(huán)球式(BS 型)、齒條齒輪式(RP 型)。這四種轉(zhuǎn)向器型式，已經(jīng)被 廣泛使用在汽車上。據(jù)了解，在世界范圍內(nèi)，汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占 45左右，齒條 齒輪式轉(zhuǎn)向器占 40左右，蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器占 10左右，其它型式的轉(zhuǎn)向器占 5。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器一直在穩(wěn)步發(fā)展。在西歐小客車中，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器有很大的 發(fā)展。日本汽車轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)是循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占的比重越來越大，日本裝備不同類 型發(fā)動(dòng)機(jī)的各類型汽車，采用不同類型轉(zhuǎn)向器，在公共汽車中使用的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器， 已由 60 年代的 625，發(fā)展到現(xiàn)今的 100了(蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器在公共汽車上已經(jīng) 被淘汰)。大、小型貨車大都采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，但齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器也有所發(fā)展。 微型貨車用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占 65，齒條齒輪式占 35。 綜合上述對(duì)有關(guān)轉(zhuǎn)向器品種的使用分析，得出以下結(jié)論： 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，已成為當(dāng)今世界汽車上主要的兩種轉(zhuǎn)向器； 而蝸輪#0；蝸桿式轉(zhuǎn)向器和蝸桿肖式轉(zhuǎn)向器，正在逐步被淘汰或保留較小的地位。 在小客車上發(fā)展轉(zhuǎn)向器的觀點(diǎn)各異，美國(guó)和日本重點(diǎn)發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，比率都已 達(dá)到或超過 90；西歐則重點(diǎn)發(fā)展齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，比率超過 50，法國(guó)已高達(dá) 95。 - 18 - 由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的種種優(yōu)點(diǎn)，在小型車上的應(yīng)用(包括小客車、小型貨車或客貨 兩用車)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展；而大型車輛則以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為主要結(jié)構(gòu)。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器特點(diǎn) 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)是：效率高，操縱輕便，有一條平滑的操縱力特性曲線。 布置方便。特別適合大、中型車輛和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配合使用；易于傳遞駕駛員操縱信 號(hào)；逆效率高、回位好，與液壓助力裝置的動(dòng)作配合得好。 可以實(shí)現(xiàn)變速比的特性，滿足了操縱輕便性的要求。中間位置轉(zhuǎn)向力小、且經(jīng)常使用， 要求轉(zhuǎn)向靈敏，因此希望中間位置附近速比小，以提高靈敏性。大角度轉(zhuǎn)向位置轉(zhuǎn)向 阻力大，但使用次數(shù)少，因此希望大角度位置速比大一些，以減小轉(zhuǎn)向力。由于循環(huán) 球式轉(zhuǎn)向器可實(shí)現(xiàn)變速比，應(yīng)用正日益廣泛。 通過大量鋼球的滾動(dòng)接觸來傳遞轉(zhuǎn)向力，具有較大的強(qiáng)度和較好的耐磨性。并且該轉(zhuǎn) 向器可以被設(shè)計(jì)成具有等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，這也是它應(yīng)用廣泛的原因之一。 變速比結(jié)構(gòu)具有較高的剛度，特別適宜高速車輛車速的提高。高速車輛需要在高速時(shí) 有較好的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，必須保證轉(zhuǎn)向器具有較高的剛度。 間隙可調(diào)。齒條齒扇副磨損后可以重新調(diào)整間隙，使之具有合適的轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)間隙， 從而提高轉(zhuǎn)向器壽命，也是這種轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)之一。 中國(guó)的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)，除早期投產(chǎn)的解放牌汽車用蝸桿#0；滾輪式轉(zhuǎn)向器，東風(fēng)汽車用 蝸桿肖式轉(zhuǎn)向器之外，其它大部分車型都采用循環(huán)球式結(jié)構(gòu)，并都具有一定的生產(chǎn)經(jīng) 驗(yàn)。目前解放、東風(fēng)也都在積極發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，并已在第二代換型車上普遍采 用了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。由此看出，中國(guó)的轉(zhuǎn)向器也在向大量生產(chǎn)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器發(fā)展。 轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)專業(yè)化 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器在國(guó)外實(shí)現(xiàn)了專業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)以專業(yè)廠為主、大力進(jìn)行試驗(yàn)和 研究，大大提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。在日本“精工”(NSK)公司的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器就 以成本低、質(zhì)量好、產(chǎn)量大，逐步占領(lǐng)日本市場(chǎng)，并向全世界銷售它的產(chǎn)品。德國(guó) ZF 公司也作為一個(gè)大型轉(zhuǎn)向器專業(yè)廠著稱于世。它從 1948 年開始生產(chǎn) ZF 型轉(zhuǎn)向器，年 - 19 - 產(chǎn)各種轉(zhuǎn)向器 200 多萬臺(tái)。還有一些比較大的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)廠，如美國(guó)德爾福公司 SAGINAW 分部；英國(guó) BURM#0；AN 公司都是比較有名的專業(yè)廠家，都有很大的產(chǎn)量和銷 售面。專業(yè)化生產(chǎn)已成為一種趨勢(shì)，只有走這條道路，才能使產(chǎn)品質(zhì)量高、產(chǎn)量大、 成本低，在市場(chǎng)上有競(jìng)爭(zhēng)力。 動(dòng)力轉(zhuǎn)向是發(fā)展方向 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛，不僅在重型汽車上必須裝備，在高級(jí)轎車上應(yīng)用 的也較多，在中型汽車上的應(yīng)用也逐漸推廣。主要是從減輕駕駛員疲勞，提高操縱輕 便性和穩(wěn)定性出發(fā)。雖然帶來成本較高和結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，但由于優(yōu)點(diǎn)明顯，還是得 到很快的發(fā)展。 動(dòng)力轉(zhuǎn)向有 3 種形式：整體式、半分置式及聯(lián)閥式動(dòng)力轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)。目前 3 種形式 各有特點(diǎn)，發(fā)展較快，整體式多用于前橋負(fù)荷 38t 汽車，聯(lián)閥式多用于前橋負(fù)荷 5#0；18t 汽車，半分置式多用于前橋負(fù)荷 6t 以上到超重型汽車。從發(fā)展趨勢(shì)上看，國(guó) 外整體式轉(zhuǎn)向器發(fā)展較快，而整體式轉(zhuǎn)向器中轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)是目前發(fā)展的方向 13 設(shè)計(jì)小結(jié) 這次設(shè)計(jì)以汽車轉(zhuǎn)向系為基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)中分析計(jì)算了受力情況，并對(duì)其中的連接件進(jìn) 行強(qiáng)度校核。同時(shí)確定轉(zhuǎn)向器的類型，簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。達(dá)到了總結(jié)知識(shí)， 練習(xí)簡(jiǎn)單機(jī)械設(shè)計(jì)的目的在這次設(shè)計(jì)中，由于對(duì)汽車不是很了解，加之專業(yè)知識(shí)缺乏， 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)各部件的受力不清楚，很多零件無法校核。在以后的設(shè)計(jì)中，爭(zhēng)取解決 上述問題，加強(qiáng)該設(shè)計(jì)的實(shí)用性。 14 標(biāo)準(zhǔn)化審查報(bào)告 14.1 產(chǎn)品圖樣的審查 該轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)已基本完成，現(xiàn)具備全套圖紙和統(tǒng)一基本數(shù)據(jù)，根據(jù)有關(guān)規(guī)定，對(duì)其進(jìn)行 - 20 - 標(biāo)準(zhǔn)化審查，結(jié)果如下： （1）產(chǎn)品圖樣完整、統(tǒng)一、表達(dá)準(zhǔn)確清楚、圖樣清楚。符合 GB/T1800、3-1998 的 規(guī)定。 （2）產(chǎn)品圖樣公差與配合的選擇與標(biāo)準(zhǔn)符合 GB/T1800、3-1998 的規(guī)定。 （3）產(chǎn)品圖樣的標(biāo)號(hào)符合 JB/T5054.5-2000中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品 圖樣及設(shè)計(jì)的完整性。 （4）圖紙標(biāo)題欄與明細(xì)欄符合 GB/T10609.1-1989GB/T10690.2-1989d 的規(guī)定 （5）產(chǎn)品圖樣粗糙度的標(biāo)注符合 GB131-83表面特征代號(hào)及注法的規(guī)定。 14.2 產(chǎn)品技術(shù)文件的審查 （1）產(chǎn)品技術(shù)文件名詞、術(shù)語符合 ZB/TJ01 和 0351-90產(chǎn)品圖樣及設(shè)計(jì)文件 術(shù) 語及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 （2）量和單位符合 GB3100GB3102-93 的規(guī)定。 （3）技術(shù)文件所用的編碼符合 JB/T8823-1998機(jī)械工業(yè)企業(yè)計(jì)算機(jī)輔助管理信息 分類編碼導(dǎo)則的規(guī)定。 （4）技術(shù)文件的完整性符合 JB/T5054.5-2000產(chǎn)品圖樣及技術(shù)文件完整性的規(guī) 定及相關(guān)部門有關(guān)具體要求。 14.3 標(biāo)準(zhǔn)件的使用情況 本設(shè)計(jì)所用的緊固件均采用標(biāo)準(zhǔn)的螺栓、螺釘，材料及材料代號(hào)也符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 和部頒標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。 14.4 審查結(jié)論 通過對(duì)汽車轉(zhuǎn)向系的標(biāo)準(zhǔn)化審查，認(rèn)為該設(shè)計(jì)基本貫穿了國(guó)家最新頒發(fā)的各種標(biāo)準(zhǔn)， 圖紙和設(shè)計(jì)文件完整齊全，符合標(biāo)準(zhǔn)化的要求。 - 21 - 15 使用說明書 本設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向，其過程如下： 駕駛員操縱方向盤，通過轉(zhuǎn)向柱傳遞給轉(zhuǎn)向器，是的轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向螺桿旋轉(zhuǎn)，這 樣轉(zhuǎn)向螺母就會(huì)沿著轉(zhuǎn)向螺桿做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，從而使與之配對(duì)的齒扇軸發(fā)生一定角 度的偏轉(zhuǎn)，并通過轉(zhuǎn)向搖臂帶動(dòng)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，是前輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)汽車 轉(zhuǎn)向。 - 22 - 參考文獻(xiàn) 1 黃靖雄編著. 現(xiàn)代汽車新配置實(shí)務(wù).北京：人民交通出版社，2005 年 2 射忠明編著.汽車構(gòu)造雙色圖解.北京：人民交通出版社，2004 年 3 夏懷成主編.汽車概論.北京：電子工業(yè)出版社，2007 年 7 月 4 韓宗奇編著.現(xiàn)代汽車概論， 沈陽：東北大學(xué)出版社，2002年 5 周云山 鐘勇 主編. 汽車電子控制技術(shù)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004年 6 劉雅琴主編.上海桑塔納轎車結(jié)構(gòu)圖冊(cè) ，上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社， 1997 年 7 一汽集團(tuán)公司編.CA1040 系列載貨汽車構(gòu)造圖冊(cè) ，長(zhǎng)春：中國(guó)第一汽車集團(tuán)公司 8 高延齡.汽車運(yùn)用工程.北京：人民交通出版社，1990. 9 余志生.汽車?yán)碚?北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981. 10 五味 努等.自動(dòng)車工會(huì)全書 11，自動(dòng)車 環(huán)境，山海堂，1980. 11 童澄教.內(nèi)燃機(jī)排放與凈化.上海：上海交通大學(xué)出版社，1994. 12 何渝生.汽車噪聲控制.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995. 13 袁雄.汽車低溫起動(dòng).北京：金盾出版社，1992. 14 蔡香華.機(jī)動(dòng)車安全檢測(cè)技術(shù).合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，1992. 15 陳鳳仁譯.汽車檢驗(yàn)設(shè)備.北京：人民交通出版社，1985. 16 陳鳳仁，周維新.微機(jī)控制發(fā)動(dòng)機(jī)自診系統(tǒng).西安：汽車運(yùn)輸，1995. 17 陳煥江.汽車檢測(cè)與診斷（上、下）北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002. 18 趙英勛、劉明.汽車檢測(cè)與診斷技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003. 19 李岳林、王生昌.交通運(yùn)輸環(huán)境污染與控制.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003. 20 劉玉梅.汽車節(jié)能技術(shù)與原理. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003. - 23 - 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書中文摘要 微型汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì) 摘要：汽車工業(yè)的快速發(fā)展和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需求極大地促進(jìn)了汽車電子技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，而汽車電子技術(shù)本身的創(chuàng)新和進(jìn)步也為汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了技術(shù)保證，并為汽車向電子化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和多媒體方向發(fā)展創(chuàng)造了條件。汽車電子技術(shù)的發(fā)展正在改變著汽車的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和擴(kuò)展著汽車的功能。在設(shè)計(jì)中分析了現(xiàn)在常見的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)設(shè)計(jì)需要采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。但是整個(gè)系只是簡(jiǎn)單的機(jī)械連接，僅僅從理論上實(shí)現(xiàn)了汽車的轉(zhuǎn)向。 關(guān)鍵詞 方向盤 轉(zhuǎn)向系 轉(zhuǎn)向器 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書外文摘要 The automotive Design for mechanical steering system Abstract： With the rapid development of automobile industry ,the demand for market competition has greatly facilitated ,the application of automotive electronic technology and development of automotive electronic. Technology 、 innovation and progress are as well as the development of the automobile industry provides technical guarantee for the car to the electronic, intelligent and network and multimedia technologies to create the conditions for development. The development of automotive electronic technology is changing the traditional structure of the car and expanding the functions of the car. In the design analysis of the structure is now a common form of steering gear, according to the design require the use of circulating ball steering gear. But simply the entire Department of mechanical connection, only in theory the achievement of a car steering。 Keywords Steering wheel Steering System Steering Gear 中文譯文 汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究 隨著汽車電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,人們對(duì)汽車轉(zhuǎn)向操縱性能的要求也日益提高。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已從傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向、液壓助力轉(zhuǎn)向(Hydraulic Power Steering ,簡(jiǎn)稱HPS) 電控液壓助力轉(zhuǎn)向( Electric Hydraulic Power Steering , 簡(jiǎn)稱EHPS) , 發(fā)展到電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Power Steering ,簡(jiǎn)稱EPS) ,最終還將過渡到線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Steer By Wire ,簡(jiǎn)稱SBW)。 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是指以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源,其中所有傳力件都是機(jī)械的,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)向車輪而實(shí)現(xiàn)的。機(jī)械轉(zhuǎn)向系由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)械3大部分組成。 通常根據(jù)機(jī)械式轉(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。應(yīng)用最廣的兩種是齒輪齒條式和循環(huán)球式(用于需要較大的轉(zhuǎn)向力時(shí)) 。在循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器中,輸入轉(zhuǎn)向圈與輸出的轉(zhuǎn)向搖臂擺角是成正比的;在齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中,輸入轉(zhuǎn)向圈數(shù)與輸出的齒條位移是成正比的。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由于是滾動(dòng)摩擦形式,因而正傳動(dòng)效率很高,操作方便且使用壽命長(zhǎng),而且承載能力強(qiáng),故廣泛應(yīng)用于載貨汽車上。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器與循環(huán)球式相比,最大特點(diǎn)是剛性大,結(jié)構(gòu)緊湊重量輕,且成本低。由于這種方式容易由車輪將反作用力傳至轉(zhuǎn)向盤,所以具有對(duì)路面狀態(tài)反應(yīng)靈敏的優(yōu)點(diǎn),但同時(shí)也容易產(chǎn)生打手和擺振等現(xiàn)象,且其承載效率相對(duì)較弱,故主要應(yīng)用于小汽車及輕型貨車上,目前大部分低端轎車采用的就是齒輪齒條式機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 隨著車輛載重的增加以及人們對(duì)車輛操縱性能要求的提高,簡(jiǎn)單的機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足需要,動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生,它能在駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的同時(shí)提供助力,動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2種。其中液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是目前使用最為廣泛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了液壓系統(tǒng),包括液壓泵、V 形帶輪、油管、供油裝置、助力裝置和控制閥。它借助于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液壓泵、空氣壓縮機(jī)和發(fā)電機(jī)等,以液力、氣力或電力增大駕駛員操縱前輪轉(zhuǎn)向的力量,使駕駛員可以輕便靈活地操縱汽車轉(zhuǎn)向,減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了行駛安全性。 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從發(fā)明到現(xiàn)在已經(jīng)有了大約半個(gè)世紀(jì)的歷史,可以說是一種較為完善的系統(tǒng),由于其工作可靠、技術(shù)成熟至今仍被廣泛應(yīng)用。它由液壓泵作為動(dòng)力源,經(jīng)油管道控制閥向動(dòng)力液壓缸供油,通過活塞桿帶動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)動(dòng)作,可通過改變缸徑及油壓的大小來改變助力的大小,由此達(dá)到轉(zhuǎn)向助力的作用。傳統(tǒng)液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般按液流的形式可以分為:常流式和常壓式2 種類型,也可根據(jù)控制閥形式分為轉(zhuǎn)閥式和滑閥式。 隨著液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車上的日益普及,人們對(duì)操作時(shí)的輕便性和路感的要求也日益提高,然而液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)卻存在許多的缺點(diǎn): ①由于其本身的結(jié)構(gòu)決定了其無法保證車輛在任何工況下轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí),都有較理想的操縱穩(wěn)定性,即無法同時(shí)保證低速時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時(shí)的操縱穩(wěn)定性; ②汽車的轉(zhuǎn)向特性受駕駛員駕駛技術(shù)的影響嚴(yán)重; ③轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比固定,使汽車轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性隨車速、側(cè)向加速度等變化而變化,駕駛員必須提前針對(duì)汽車轉(zhuǎn)向特性幅值和相位的變化進(jìn)行一定的操作補(bǔ)償,從而控制汽車按其意愿行駛。這樣增加了駕駛員的操縱負(fù)擔(dān),也使汽車轉(zhuǎn)向行駛中存在不安全隱患;而此后出現(xiàn)了電控液壓助力系統(tǒng),它在傳統(tǒng)的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加速度傳感器,使汽車能夠隨著車速的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)操縱力的大小,在一定程度上緩和了傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在的問題。 目前我國(guó)生產(chǎn)的商用車和轎車上采用的大多是電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),它是比較成熟和應(yīng)用廣泛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。盡管電控液壓助力裝置從一定程度上緩解了傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向中輕便性和路感之間的矛盾,然而它還是沒有從根本上解決HPS 系統(tǒng)存在的不足,隨著汽車微電子技術(shù)的發(fā)展,汽車燃油節(jié)能的要求以及全球性倡導(dǎo)環(huán)保,其在布置、安裝、密封性、操縱靈敏度、能量消耗、磨損與噪聲等方面的不足已越來越明顯,轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向著電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是現(xiàn)在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向,其工作原理是:EPS 系統(tǒng)的ECU 對(duì)來自轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器和車速傳感器的信號(hào)進(jìn)行分析處理后,控制電機(jī)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)闹D(zhuǎn)矩,協(xié)助駕駛員完成轉(zhuǎn)向操作。近幾年來,隨著電子技術(shù)的發(fā)展,大幅度降低EPS的成本已成為可能,日本的大發(fā)汽車公司、三菱汽車公司、本田汽車公司、美國(guó)的Delphi 汽車系統(tǒng)公司、TRW公司及德國(guó)的ZF 公司都相繼研制出EPS。Mercedes2Benz 和Siemens Automotive 兩大公司共同投資6500萬英鎊用于開發(fā)EPS ,目標(biāo)是到2002 年裝車,年產(chǎn)300 萬套,成為全球EPS 制造商。到目前為止,EPS 系統(tǒng)在輕微型轎車、廂式車上得到廣泛的應(yīng)用,并且每年以300 萬臺(tái)的速度發(fā)展。 .轉(zhuǎn)向是一個(gè)專業(yè)術(shù)語,適用于采集部件,聯(lián)系等,其中允許一艘(艦船)或汽車(轎車)按照預(yù)期的方向行駛. 一個(gè)例外的情況是鐵路運(yùn)輸由路軌組合在一起鐵路道岔提供轉(zhuǎn)向功能。 許多現(xiàn)代轎車使用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器,在方向盤末端有轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪;該齒輪帶動(dòng)齒條移動(dòng),它是一種線性的齒輪緊密配合,從一邊到一邊。這種運(yùn)動(dòng)把轉(zhuǎn)矩通過轉(zhuǎn)向橫拉桿和一種叫做轉(zhuǎn)向節(jié)臂的短形臂傳遞給轉(zhuǎn)向輪的主銷。 以前的設(shè)計(jì)往往采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器,而這種轉(zhuǎn)向器仍然應(yīng)用在卡車和多用途車輛。這是一種老式的螺母和齒扇設(shè)計(jì)，該轉(zhuǎn)向管柱轉(zhuǎn)動(dòng)大螺絲("蝸輪"),它與一個(gè)齒扇齒輪嚙合,當(dāng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒扇也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，一個(gè)安裝在齒扇軸上且與轉(zhuǎn)向聯(lián)動(dòng)有關(guān)的搖臂帶動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié)臂 ,從而使車輪轉(zhuǎn)動(dòng). 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器通過安裝滾珠減少螺母和螺桿之間的摩擦;兩根導(dǎo)管和螺母內(nèi)的螺旋管狀通道組合成兩條各自獨(dú)立的封閉的鋼球“流到”。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)具有很大程度的反饋和直接轉(zhuǎn)向"路感";它也通常不會(huì)有任何反彈,或呆滯。缺點(diǎn)是,它是不可調(diào)的,因此當(dāng)它磨損唯一的解決辦法更換。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械優(yōu)勢(shì),因此,它被使用在較大較重的車輛,而齒輪齒條式原本僅限于較小和較輕;由于幾乎普遍采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),不過,這已不再是一個(gè)重要的優(yōu)勢(shì),導(dǎo)致越來越多地在新型汽車應(yīng)用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)在中心也有明顯的沖擊,或"死點(diǎn)"。凡一分鐘交替方向盤出不來并不移動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu);這是很容易可調(diào)螺桿的端部來減少磨損,但它并不能完全消除或機(jī)制開始磨損很快。 這項(xiàng)設(shè)計(jì)目前仍在使用中,在卡車和其他大型車輛,也應(yīng)用于迅速轉(zhuǎn)向,路感與穩(wěn)健性,可維護(hù)性,和機(jī)械的優(yōu)勢(shì)相比不太重要的場(chǎng)合。 較小程度的反饋,這樣的設(shè)計(jì)也有時(shí)是一種優(yōu)點(diǎn);當(dāng)前輪碰撞時(shí)，使用齒輪齒條轉(zhuǎn)向的司機(jī)只有自己的大拇指受傷,造成方向盤揭開一邊突然(因?yàn)轳{駛教練告訴學(xué)生把自己的大拇指在前面的方向盤,而非放在左右的內(nèi)邊緣).這種效果在像卡車一樣的重型汽車更為明顯;循環(huán)球式轉(zhuǎn)向防止這種程度的反饋,只是因?yàn)樗梢栽谡Ｇ闆r下防止可取反饋。 轉(zhuǎn)向連鎖連接轉(zhuǎn)向器和車輪通常符合一個(gè)阿克曼轉(zhuǎn)向幾何的變化,它交代了一個(gè)事實(shí):當(dāng)轉(zhuǎn)向是,內(nèi)輪轉(zhuǎn)過的半徑比外輪小得多，因此適合駕駛的直路,是不適合曲折。 由于車輛已成為較重而改用前輪驅(qū)動(dòng),為了扭轉(zhuǎn)方向盤，通常的,主要的是體力。為了解決這一問題,汽車業(yè)發(fā)展的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 有兩種類型的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)-液壓和電氣/電子。 T還有一種液壓-電動(dòng)混合系統(tǒng)。 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(hps)利用油壓供應(yīng)的一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵,以協(xié)助將方向盤轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)方式,是較有效率的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),由于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向汽車只需要提供協(xié)助時(shí),方向盤被轉(zhuǎn)動(dòng),而液壓泵必須不斷運(yùn)行。 在EPS的幫助下是很容易調(diào)節(jié)車型,最高車速,甚至駕駛的喜好。 另外一個(gè)好處是,通過泄漏和處置動(dòng)力轉(zhuǎn)向液消除對(duì)環(huán)境構(gòu)成危險(xiǎn) 。 A動(dòng)力轉(zhuǎn)向的分支是速度可調(diào)轉(zhuǎn)向而轉(zhuǎn)向是大量輔助以低速行駛,稍微協(xié)助高速。 汽車制造商認(rèn)為,當(dāng)要停車時(shí)駕駛?cè)丝赡苄枰龀龃罅哭D(zhuǎn)向投入，但當(dāng)時(shí)高速行駛時(shí)則不然。第一輛有這特點(diǎn)的汽車,是雪鐵龍與其diravi，雖然改變了現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)資金的投入，但它改變了定心凸輪的壓力，使得方向盤盡力去回到原來的位置?，F(xiàn)代速度可調(diào)式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),當(dāng)速度增長(zhǎng)時(shí)減少了活塞的壓力 ,給予更直接的感受。這一特點(diǎn)在所有新車正逐漸成為司空見慣。 四輪轉(zhuǎn)向(或全輪轉(zhuǎn)向)是一種系統(tǒng),當(dāng)高速行駛時(shí)能增加車輛穩(wěn)定型，而在低速行駛時(shí)可以減小轉(zhuǎn)彎半徑。 大多數(shù)的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng),后輪轉(zhuǎn)向通過單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)。 后輪一般不能反過來,有幾個(gè)系統(tǒng),包括Delphi的quadrasteer，該系統(tǒng)在本田的生產(chǎn)前線，當(dāng)前輪低速時(shí)，允許后輪在相反方向轉(zhuǎn)向。這使得車輛轉(zhuǎn)彎半徑較小,有時(shí)應(yīng)用于大型卡車車輛及掛車。 電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 圖1 電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理 電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是通過一個(gè)電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)動(dòng)力方向盤液壓泵或直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向聯(lián)動(dòng)裝置。 電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向的功能由于不依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，所以能節(jié)省能源 電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是這樣運(yùn)行的 傳統(tǒng)的動(dòng)力方向盤系統(tǒng)使用一條引擎輔助傳送帶駕駛泵浦，提供操作在動(dòng)力方向盤齒輪或作動(dòng)器的一個(gè)活塞協(xié)助司機(jī)的被加壓的流體。在電動(dòng)液壓的指點(diǎn)，一個(gè)電子動(dòng)力方向盤概念使用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)駕駛的一個(gè)高效率泵浦。 泵浦速度是由一個(gè)電控制器調(diào)控的變化泵浦壓力和流程，提供被剪裁的指點(diǎn)努力為不同的駕駛的情況。 泵浦可以跑在低速或關(guān)閉提供節(jié)能在大多時(shí)間在多數(shù)世界市場(chǎng)上)直向前的駕駛期間(直接電指點(diǎn)使用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)附加指點(diǎn)機(jī)架通過齒輪機(jī)構(gòu)(沒有泵浦或流體)。 各種各樣的馬達(dá)類型和齒輪驅(qū)動(dòng)是可能的。 微處理器控制指點(diǎn)動(dòng)力學(xué)和司機(jī)努力。 輸入包括車速和指點(diǎn)、輪子扭矩，角位和轉(zhuǎn)動(dòng)率。 工作運(yùn)行時(shí)的具體細(xì)節(jié)： A “指點(diǎn)傳感器”位于它進(jìn)入傳動(dòng)箱住房的輸入軸。 指點(diǎn)傳感器實(shí)際上是在一個(gè)的二個(gè)傳感器： 那“扭矩的傳感器”轉(zhuǎn)換指點(diǎn)扭矩輸入和它的方向成電壓信號(hào)，并且那“自轉(zhuǎn)的傳感器”轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)動(dòng)速度和方向成電壓信號(hào)。 分享同一套住房的“接口”電路轉(zhuǎn)換從扭矩傳感器和自轉(zhuǎn)傳感器的信號(hào)成控制電子學(xué)可能處理的信號(hào)。從指點(diǎn)傳感器的輸入由那微處理器的控制單元消化也監(jiān)測(cè)從車速傳感器的輸入。 傳感器輸入然后被比較確定多少機(jī)械化根據(jù)一張被預(yù)編程序的“力量地圖”需要在控制單元的記憶。 控制單元然后派出適當(dāng)?shù)拿顚?duì)然后供給電動(dòng)機(jī)以潮流的“電源裝置”。 馬達(dá)推擠機(jī)架在右邊或左根據(jù)哪個(gè)方式電壓流動(dòng)(扭轉(zhuǎn)潮流扭轉(zhuǎn)方向馬達(dá)旋轉(zhuǎn))。 增加潮流對(duì)馬達(dá)增加功率協(xié)助。系統(tǒng)有三種操作方式： 左邊或右邊機(jī)械化提供以回應(yīng)從指點(diǎn)扭矩和自轉(zhuǎn)傳感器的輸入的輸入的“正常”控制方式; 被用于在完成輪以后協(xié)助指點(diǎn)回歸的“回歸”控制方式; 并且改變與車速改進(jìn)路感受和挫傷傭金的“更加潮濕的”控制方式。如果方向盤被轉(zhuǎn)動(dòng)，并且舉行在充分鎖位置和指點(diǎn)協(xié)助到達(dá)最大值，控制單元使潮流降低到電動(dòng)機(jī)防止也許損壞馬達(dá)的超載情況。 控制單元也被設(shè)計(jì)保護(hù)馬達(dá)以防止電壓浪涌免受一個(gè)有毛病的交流發(fā)電機(jī)或充電的問題。 電子轉(zhuǎn)向控制單位有能力在自我診斷的缺點(diǎn)通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)輸入和產(chǎn)品和電動(dòng)機(jī)的激勵(lì)電流上。 如果問題發(fā)生，控制單元通過開動(dòng)在電源裝置的一個(gè)故障自動(dòng)保險(xiǎn)的中轉(zhuǎn)關(guān)閉系統(tǒng)。 這消滅所有機(jī)械化，造成系統(tǒng)恢復(fù)回到手工指點(diǎn)。 破折號(hào)EPS警告燈也被闡明警告司機(jī)。 要診斷問題，技術(shù)員跳服務(wù)檢查連接器的終端并且讀出問題代碼。 圖 2 電子動(dòng)力方向盤機(jī)制 當(dāng)前發(fā)明與提供的供給動(dòng)力的援助一電子功率驅(qū)動(dòng)器馬達(dá)關(guān)連給車操縱機(jī)構(gòu)。根據(jù)當(dāng)前發(fā)明的一個(gè)方面，那里為提供供給動(dòng)力的援助提供一個(gè)電子功率驅(qū)動(dòng)器機(jī)制給有車的操縱機(jī)構(gòu)一名手動(dòng)地可旋轉(zhuǎn)的成員為操作操縱機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括可行扭矩的傳感器感覺手動(dòng)地被申請(qǐng)于可旋轉(zhuǎn)的成員的扭矩，一個(gè)電子功率驅(qū)動(dòng)器馬達(dá)操縱著被連接到可旋轉(zhuǎn)的成員和安排控制主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)自轉(zhuǎn)速度和方向以回應(yīng)從扭矩傳感器收到的信號(hào)的控制器，扭矩傳感器包括為與可旋轉(zhuǎn)的成員的連接適應(yīng)的傳感器軸形成引伸因此，以便扭矩通過前述傳感器軸被傳送，當(dāng)時(shí) 可旋轉(zhuǎn)的成員被轉(zhuǎn)動(dòng)，并且應(yīng)變儀在導(dǎo)致的信號(hào)傳感器軸手動(dòng)地登上表示通過前述軸被傳送的相當(dāng)數(shù)量扭矩。 圖3 傳感器軸不旋轉(zhuǎn)更好地登上在一個(gè)軸向末端在第一名聯(lián)結(jié)成員和不旋轉(zhuǎn)地登上在它的相反軸向末端在第二名聯(lián)結(jié)成員，第一和第二名聯(lián)結(jié)成員相互允諾允許有限的自轉(zhuǎn)之間連接，以便在一個(gè)被預(yù)先決定的極限之下的扭矩由僅傳感器軸傳送，并且，以便在前述被預(yù)先決定的極限之上的扭矩通過第一和第二名聯(lián)結(jié)成員被傳送。 更適宜地安排第一和第二名聯(lián)結(jié)成員作為操縱的連接的第一和第二個(gè)部分的一座橋梁互相的旋轉(zhuǎn)式成員。合適的傳感器軸是通常在多數(shù)的長(zhǎng)方形橫斷面它的長(zhǎng)度中。應(yīng)變儀包括一個(gè)或更多的適應(yīng)地看見了諧振器綁到傳感器軸上。好的馬達(dá)操縱的被連接到可旋轉(zhuǎn)的成員通過傳動(dòng)器。馬達(dá)更好地包括一個(gè)工具箱和同心地被安排相對(duì)可旋轉(zhuǎn)的成員。當(dāng)前發(fā)明的Various方面此后將描述，關(guān)于伴隨的圖畫， ：圖1是一個(gè)車操縱機(jī)構(gòu)的一個(gè)圖表看法包括一個(gè)電子功率驅(qū)動(dòng)器機(jī)制根據(jù)當(dāng)前發(fā)明，圖 2是說明在圖顯示的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的各種各樣的組分的之間流程圖互作用1上，圖 3是一個(gè)軸截面通過在圖顯示的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1，圖4上是一張截面圖被采取沿著線IV-IV在表3，圖5是在圖顯示的輸入推進(jìn)聯(lián)結(jié)的一張更加詳細(xì)的分解圖3上，和圖 6是顯示在表3.的傳動(dòng)器的一張更加詳細(xì)的分解圖。 圖1的最初Referring，那里顯示一個(gè)車操縱機(jī)構(gòu)10操縱的被連接到一個(gè)對(duì)易操縱的路輪子12。這個(gè)顯示的操縱機(jī)構(gòu)包括一個(gè)齒條和齒輪匯編14被連接到路輪子12通過聯(lián)接15。 鳥翼末端(沒顯示)匯編14可旋轉(zhuǎn)地駕駛一名手動(dòng)地可旋轉(zhuǎn)的成員以駕駛桿18的形式哪些由方向盤19手動(dòng)地轉(zhuǎn)動(dòng)。這個(gè)駕駛桿18包括包括一臺(tái)電主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)電力的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)30 (沒顯示在駕駛的鳥翼末端圖1)上以回應(yīng)在駕駛桿18的扭矩裝貨為了為機(jī)械人員提供力量援助，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤19時(shí)。如概要地被說明在表2，電力的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括測(cè)量駕駛桿申請(qǐng)的扭矩18，當(dāng)駕駛鳥翼末端時(shí)并且提供信號(hào)給控制器40的扭矩傳感器20。 控制器40被連接到主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)50并且控制電流被提供給馬達(dá)50控制馬達(dá)50和它的自轉(zhuǎn)的方向扭矩引起的相當(dāng)數(shù)量。馬達(dá)50 操縱的更適宜地被連接到駕駛桿18通過工具箱60，更適宜地一個(gè)周轉(zhuǎn)齒輪箱子和傳動(dòng)器70。 在一定條件下傳動(dòng)器70在正常運(yùn)行時(shí)更適宜地永久地接合并且是有效的隔絕從馬達(dá)50的驅(qū)動(dòng)使鳥翼末端通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)30手動(dòng)地被駕駛。 這是使機(jī)制的安全特點(diǎn)起作用在試圖的馬達(dá)50情形下駕駛太快速的駕駛桿并且/或者在錯(cuò)誤的方向或在案件 電動(dòng)機(jī)和工具箱占領(lǐng)了。 扭矩傳感器20更適宜地是一個(gè)匯編包括在扭矩應(yīng)用達(dá)到的傳感器軸登上應(yīng)變儀能夠準(zhǔn)確測(cè)量張力在一個(gè)被預(yù)先決定的范圍之內(nèi)的一個(gè)短的傳感器軸。被測(cè)量扭矩的被預(yù)先決定的范圍是0-lONm; 更好是關(guān)于l-5Nm。被測(cè)量的扭矩的范圍更好地對(duì)應(yīng)于大約0-1000微指令，并且傳感器軸的建筑更好被選擇這樣5Nm扭矩比在軸的2°導(dǎo)致較少的轉(zhuǎn)彎，少于1 °。好的應(yīng)變儀是鋸諧振器，在WO91/13832被描述的一臺(tái)適當(dāng)?shù)匿徶C振器。 類似在圖顯示的那WO91/13832 3上更好地運(yùn)用配置，二看見諧振器被安排在對(duì)軸軸的45°和在90°對(duì)互相。諧振器經(jīng)營(yíng)與在200-400 MHz之間共鳴頻率和被安排導(dǎo)致信號(hào)到控制器1 MHz 40 ± 500 KHz根據(jù)傳感器軸的自轉(zhuǎn)方向的自我調(diào)節(jié)。 因此，當(dāng)傳感器軸不被扭轉(zhuǎn)的歸結(jié)于缺乏扭矩時(shí)，它導(dǎo)致一個(gè)1 MHz信號(hào)。當(dāng)它導(dǎo)致在1.0到1.5 MHz之間的一個(gè)信號(hào)的傳感器軸在一個(gè)方向被扭轉(zhuǎn)。 當(dāng)傳感器軸在相反方向時(shí)被扭轉(zhuǎn)它導(dǎo)致在1.0到0.5 MHz之間的一個(gè)信號(hào)。 因而同樣傳感器能導(dǎo)致信號(hào)表示程度扭矩并且傳感器軸的自轉(zhuǎn)的方向。好的馬達(dá)扭矩引起的相當(dāng)數(shù)量以回應(yīng)在0-10Nm之間被測(cè)量的扭矩是0-40Nm，并且為在l-5Nm之間被測(cè)量的扭矩是0-25Nm。反饋電路提供自我調(diào)節(jié)，借以馬達(dá)使用的電流由控制器40測(cè)量并且比較保證馬達(dá)在正確方向運(yùn)行并且提供期望功率協(xié)助。 控制器更好地行動(dòng)使被測(cè)量的扭矩降低到零和如此控制馬達(dá)增加它的扭矩產(chǎn)品減少被測(cè)量的扭矩。 (沒顯示)更適宜地提供車速傳感器哪些寄發(fā)一個(gè)信號(hào)表示車速到控制器。 控制器使用這個(gè)信號(hào)修改程度力量協(xié)助提供以回應(yīng)被測(cè)量的扭矩。將提供在低車速最大力量協(xié)助的，因而，并且將提供高車速極小的力量協(xié)助。更適宜地是邏輯順序器有一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程序的門數(shù)組例如XC 4005如Xilinx供應(yīng)這個(gè)控制器。 這樣控制器不依靠軟件和，因此能更起作用可靠地在汽車車環(huán)境里。 被想象也許使用有邏輯的序列一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程序的列陣。 一個(gè)電力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10的A具體建筑在表3.被說明。 電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（英文簡(jiǎn)稱EPS）， 與液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）相比，EPS具有很多優(yōu)點(diǎn)。即EPS的優(yōu)勢(shì)在于： 1）效率高。HPS效率很低，一般為60%~70%；而EPS與電機(jī)連接，效率高，有的可高達(dá)90%以上。 2）耗能少。汽車在實(shí)際行駛過程中，處于轉(zhuǎn)向的時(shí)間約占行駛時(shí)間的5%，對(duì)于HPS系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，油泵始終處于工作狀態(tài)，油液一直在管路中循環(huán)，從而使汽車燃油消耗率增加4%~6%；而EPS僅在需要時(shí)供能，使汽車的燃油消耗率僅增加0.5%左右。 3）“路感“好。由于EPS內(nèi)部采用剛性連接，系統(tǒng)的滯后特性可以通過軟件加以控制，且可以根據(jù)駕駛員的操作習(xí)慣進(jìn)行調(diào)整。 4）回正性好。EPS結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單內(nèi)部阻力小，回正性好，從而可得到最佳的轉(zhuǎn)向回正特性，改善汽車操縱穩(wěn)定性。 5）對(duì)環(huán)境污染少。HPS液壓回路中有液壓軟管和接頭，存在油液泄露問題，而且液壓軟管不可回收，對(duì)環(huán)境有有一定污染；而EPS對(duì)環(huán)境幾乎沒有污染。 6）可以獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)工作。EPS以電池為動(dòng)力元件，只要電池電量充足，不論發(fā)動(dòng)機(jī)出于何種狀態(tài)，都可以產(chǎn)生助力作用。 7）應(yīng)有范圍廣。 8）裝配性好易于布置。 現(xiàn)在，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已成為一些轎車的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，全世界約有一半的轎車采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向。隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，目前一些轎車已經(jīng)使用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器，使汽車的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和機(jī)動(dòng)性都有所提高。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置是汽車上一種新的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)裝置,近年來在國(guó)內(nèi)外發(fā)展迅速,由于它采用了可編程電子控制裝置,在帶來靈活性的同時(shí)也存在著安全隱患.在分析這種產(chǎn)品特殊性的基礎(chǔ)上,筆者結(jié)合電子控制裝置的特點(diǎn),指出了事關(guān)安全性的因素,提出了處理安全性的措施,并討論了幾個(gè)事關(guān)安全性的具體問題.研究結(jié)果表明:現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)不能夠滿足電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置安全性的需要;并提出了對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置進(jìn)行安全性測(cè)評(píng)的思想.研究工作對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的開發(fā)以及評(píng)價(jià)具有參考意義。