東風越野平板運輸車轉向機構設計[循環(huán)球式轉向器][含高清CAD圖紙和說明書

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SY-025-BY-3 畢業(yè)設計（論文）開題報告 學生姓名 陳 賀 系部 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 B07- 8班 指導教師姓名 王慧文 職稱 教授 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 東風越野平板運輸車轉向機構設計 一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 （一）研究現(xiàn)狀 1. 平板運輸車應用現(xiàn)狀 隨著我國造船業(yè)和橋梁建筑業(yè)的發(fā)展，各大運輸企業(yè)陸續(xù)從國外引入了一些大型自行式平板車來滿足生產要求，但存在成本高、維護不及時等問題。針對這種情況，有必要研制擁有自主知識產權的國產高性能自行式動力平板運輸車。國外自行式動力平板車的技術起步早，專業(yè)化程度高，其技術已很成熟。目前國際上大型的液壓平板車的品牌主要有Cometto（科米托）、Goldhofer（歌德浩夫）、Nicolas（尼古拉斯）和Scheuerle（索愛勒）等。國內有上海電力環(huán)保設備總廠有限公司、鄭州大方橋梁機械有限公司等。目前國內各工程項目的不斷開展， 帶動了平板車市場強勁的籍求， 尤其是大噸位平板車。以運梁車為例，運梁車是高速鐵路施工中的重要設備，擬建中的京滬高速鐵路線路全長的60%以上將建在橋上，全跨預注、逐跨架設的簡支箱梁及小跨度連續(xù)梁將成為橋梁建設的主體，而平板車是預制梁的最好運輸工具。因此平板車在國內有著極大的發(fā)展空間和市場潛力， 尤其是大型平板車。隨著平板車設計、制造技術的不斷優(yōu)化和平板車功能的延伸。平板車的技術日趨先進和復雜。 （1）平板車的噸位不斷增加(額定載重量達100t)，長度很長（L≥20 米），寬度很寬(B≥4米)等，在長度較長時，如何使主梁在滿足強度的前提下，主梁還有略有上弓要求；在臺面寬度較寬時，整車轉向不用回轉支承，而是拉桿，相比成品回轉支承轉向來說，拉桿平板車運行中更穩(wěn)固、安全；拉桿系統(tǒng)設計和其轉向潤滑機構設計是此類平板車設計的技術核心及發(fā)展趨勢。 （2）對于部分客戶需求的中大噸位平板拖車，要求自帶停車制動和行車制動，行車制動有液壓制動和氣壓制動，液壓制動應盡量采用多回路設計，避免制動滯后和回路動力損失；氣壓制動設計技術核心在于其與發(fā)動機及制動橋的匹配銜接； （3）自帶動力源平板車的設計開發(fā)，采用交流控制、交流再生制動、液壓馬達驅動齒輪轉向技術等，滿足特殊場合極小轉彎半徑下的使用需求。上述平板車中的特殊要求大大超出了普通平板車的設計制造技術，它的設計技術代表了平板車技術發(fā)展的趨勢，同時也反映了平板車生產企業(yè)的技術含金量。 2. 轉向器研究和制造現(xiàn)狀 汽車轉向器屬于對行駛安全影響較大的零部件，在汽車系統(tǒng)中占據(jù)了一個重要的位置，其規(guī)模和質量已成為衡量汽車工業(yè)發(fā)展水平的重要標志之一。在重型汽車、大型客車等載重量較大的汽車中，通常用動力轉向器來操縱汽車行駛方向。由于動力轉向系統(tǒng)有著傳統(tǒng)機械式轉向系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點，例如：轉向輕便靈敏，回位性能及手感良好，極大的減輕了汽車駕駛員的工作強度，特別適用于汽車在高速行駛時的轉向。因此目前國內外生產的汽車越來越多地配置了動力轉向系統(tǒng)。從世界上第一輛汽車問世至今，汽車工業(yè)已經經歷了百年的發(fā)展歷程。自上世紀四十年代起，為減輕駕駛員體力負擔，在機械轉向系統(tǒng)基礎上增加了液壓助力系統(tǒng)它是建立在機械系統(tǒng)的基礎之上的，額外增加了一個液壓系統(tǒng)HPS(hydraulic power steering)，一般有油泵、V形帶輪、油管、供油裝置、助力裝置和控制閥。它具有工作無噪聲，其靈觸度高、體積小，能夠吸收來自不平路面的沖擊力等方面的優(yōu)點并且其工作可靠、技術成熟至今仍被廣泛應用?，F(xiàn)在液壓助力轉向系統(tǒng)在實際中應用的最多。在當時這個助力轉向系統(tǒng)最重要的新功能是液力支持轉向的運動，因此可以減少駕駛員作用在方向盤上的力?，F(xiàn)代的汽車與發(fā)展初期相比，廣泛地應用了各種高新技術，并且還在發(fā)生更深刻的變革。轉向系統(tǒng)作為汽車底盤中的獨立分系統(tǒng)，在汽車技術發(fā)展的過程中也經歷了深刻的變革。轉向技術的發(fā)展基本上經歷了機械轉向、液壓(氣壓)動力轉向、電子控制液壓動力轉向、電動轉向、電子線控轉向和主動轉向幾個階段，它們分別代表了轉向技術的過去、現(xiàn)在和將來。 （1）機械轉向機構 幾十年來，各種汽車都使用循環(huán)球式轉向器。由于這種轉向器是滾動摩擦形式，因而正傳動效率很高，操作方便且使用壽命長，而且承載能力大，廣泛應用于載貨車上。從70 年代起轎車興起了齒輪齒條轉向器，這種轉向機構由方向盤、轉向軸、萬向節(jié)、轉動軸、轉向器、轉向傳動桿和轉向輪(前輪)等組成。方向盤操縱轉向器內的齒輪轉動，齒輪與齒條緊密嚙合，推動齒條左移動或右移動，帶動轉向輪擺動，從而改變轎車行駛的方向。這種轉向機構與循環(huán)球式等其它類型的轉向機構比較，省略了轉向搖臂和轉向主拉桿，具有構件簡單，傳動效率高的優(yōu)點。而且它的逆?zhèn)鲃有室哺撸谲囕v行駛時可以保證偏轉車輪的自動回正，駕駛者的路感性強。 （2）動力轉向系統(tǒng) 現(xiàn)代轎車馬力大、速度快，為了操縱的輕便和靈敏，中高檔轎車的轉向器都普遍應用動力轉向系統(tǒng)。采用動力轉向的最直接的目的是減小手動轉向力矩，改善轉向輕便性，同時也可以改善轉向的平穩(wěn)性及汽車的操縱穩(wěn)定性。動力轉向根據(jù)工作介質的不同，可以分為氣壓式和液壓式。氣壓式動力轉向系統(tǒng)的工作壓力比較低，一般不高于0.7MPa，對于需要較大助力的汽車，氣壓式動力轉向系統(tǒng)的尺寸將過于龐大，所以已經很少采用。相比之下，液壓動力轉向系統(tǒng)的工作壓力可高達10MPa 以上，液壓動力轉向系統(tǒng)的部件尺寸也很小，并且工作時噪聲極低，工作滯后時間短，能夠吸收來自不平路面的沖擊，所以液壓動力轉向系統(tǒng)在各級各類汽車上獲得了廣泛的應用。 （3）電動動力轉向系統(tǒng) 電動動力轉向系統(tǒng)以電動機為動力源，電動機由汽車電源供電。在操縱方向盤時，扭矩傳感器根據(jù)力的大小產生出相應的電壓信號， 由此電動助力轉向系統(tǒng)就可以檢測出操縱力的大??；同時根據(jù)車速傳感器產生的脈沖信號又可測出車速、再控制電動機的電流大小，從而形成適當?shù)霓D向助力，提高操縱的輕便性。 （4）電子線控轉向系統(tǒng) 電動轉向系統(tǒng)零部件少、結構緊湊、所占空間較少、重量輕，其重量可比液壓動力轉向系統(tǒng)輕25%；由于電動機只是在轉向時才接通，故可節(jié)約燃油約2.5%；電動轉向還可有各種安全保護措施和故障自診斷功能; 且電動轉向系統(tǒng)與汽車上其它電氣設備相連接，有助于四輪轉向的實現(xiàn)，并能促進懸掛系統(tǒng)的發(fā)展。汽車電子轉向系統(tǒng)是一種全新概念的轉向系統(tǒng)，其取消了方向盤和轉向車輪之間的機械連接，通過軟件協(xié)調它們之間的運動關系，可以實現(xiàn)一系列傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)無法實現(xiàn)的特殊功能。它可以實現(xiàn)傳動比的任意設置，并對隨車速變化的參數(shù)進行補償。并且可以和ABS、汽車動力學控制、防碰撞、單個車輪轉向、軌道跟蹤、自動側向導航等功能相結合，實現(xiàn)對汽車的整體控制。電子轉向系統(tǒng)由于取消了方向盤和轉向輪之間的機械連接，完全擺脫了傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)的各種限制，不但可以自由設計汽車轉向的力傳遞特性，而且可以設計汽車轉向的角傳遞特性，給汽車轉向特性的設計帶來無限的空間，是汽車轉向系統(tǒng)的重大革新。 （5）主動轉向系統(tǒng) 主動前輪動力轉向AFS（Active Front Steering）的出色性能主要歸功于先進的轉向動力學技術，其性能與采用電子傳控轉向系統(tǒng)相類似。電子控制的動力轉向系統(tǒng)使車輪轉向角能夠大于或小于駕駛員操縱方向盤的轉向角。主動轉向系統(tǒng)的基礎是行星齒輪系統(tǒng)，它由3 個主要部分組成：太陽輪在中心，一套行星齒輪圍繞著太陽輪，大齒輪環(huán)在最外側，內齒與行星齒輪嚙合。太陽輪和行星齒輪分別是輸入和輸出端，大齒圈與電控電機在外部嚙合。當電機不轉時，轉向速比被固定，一旦電機按指令作出動作后，轉速比就會改變。 （二）目的和意義 牽引車屬于專用汽車，采用可拼接、模塊化組合方式，可以根據(jù)所運設備的具體情況和路面條件進行不同形式的組合以適應各種運輸要求。但現(xiàn)有的運輸車存在成本高、維護不及時等問題。針對這種情況，有必要研制擁有自主知識產權的國產高性能牽引車。 目前自行式牽引車的轉向系統(tǒng)采用液壓獨立轉向，其轉向角度可達到 47°以上。本設計的牽引車它的轉向行駛模式有:直行、斜行、橫行，正常轉向行駛。轉向靈活，成本低。 現(xiàn)在，世界各國著名零件廠商正在大力研究開發(fā)一種新型的動力轉向系統(tǒng)，即電子控制電動動力轉向系統(tǒng)。電子控制電動動力轉向系統(tǒng)是在機械轉向系統(tǒng)的基礎上，根據(jù)作用在轉向盤上的轉矩信號和車速信號，通過電子控制裝置使電機產生相應大小和方向的輔助力，協(xié)助駕駛員進行轉向操縱，并獲得最佳轉向特性的伺服系統(tǒng)。 隨著世界各國國民經濟的增長，公路交通狀況不斷改善，對汽車的專業(yè)化、高速化、重型化的要求越來越明顯，世界各國對專用汽車的需求逐年增加。近年來，專用汽車增長率均大于載貨車增長率，各國專用車的產量占載貨車產量的比率逐年遞增，發(fā)達國家盡量以專用車替代載貨汽車。目前專用汽車占載貨汽車市場的半壁江山。從世界各國專用汽車的技術含量看，專用汽車技術含量比普通載貨汽車高，而重型專用汽車屬于高技術、高附加值產品，其附加值達40%以上。 本設計的目的就是以我國現(xiàn)今發(fā)展情況探討開發(fā)一種適合我國國情、滿足未來市場需求的牽引車循環(huán)球式轉向器，并在重型汽車的轉向系統(tǒng)、轉向裝置、動力轉向裝置等底盤轉向部件上進行重點探討。要求設計方法簡單、可靠、使用，設計出的底盤具有較高的安全性、可靠性、實用性、經濟性，滿足當前重型車輛使用中對轉向系統(tǒng)基本的使用性能要求，并在方案實施上具有一定的可行性。 二、設計（論文）的基本內容、擬解決的主要問題 基本內容： （1）行式平板運輸車獨立轉向機構總體設計方案分析確定； （2）確定機械轉向器部分的性能參數(shù) （3）行式平板運輸車獨立轉向器結構的選擇與設計； 解決問題： 轉向機構結構的設計，選型，尺寸參數(shù)的確定:由于齒輪齒條式轉向器逆效率高（60%～70%），汽車在不平路面上行駛時發(fā)生在轉向輪與路面間沖擊力的大部分能傳至轉向盤，反沖現(xiàn)象會使駕駛員緊張，并難以控制汽車行駛方向，轉向盤突然轉動又會造成“打手”，同時對駕駛員造成傷害。 蝸桿滾輪式轉向器正效率低，工作齒面磨損后調整嚙合間隙比較困難，傳動比不能變化。固定銷蝸桿指銷式轉向器結構簡單，制造容易，但因銷不能自轉，指銷工作部位基本不變，所以磨損快、工作效率低。旋轉銷式轉向器的效率高、磨損小，但是結構復雜。雙銷式的結構較單銷式復雜，尺寸及質量也較大，且對兩指銷間的位置精度、蝸桿上螺紋槽的形狀及尺寸精度要求較高，角傳動比的變化特性及傳動間隙特性的變化也受到限制。根據(jù)原始數(shù)據(jù)確定各項參數(shù)。 三、技術路線（研究方法） 收集資料、可行性分析 總體傳動方案確定 轉向器的運動和受力分析計算 轉向器的設計計算 轉向器裝配草圖設計設計 零件圖設計、液壓系統(tǒng)設計 零件圖、正式裝配圖設計 計算說明書 四、進度安排 （1）第 1～ 2周（2011年2月28日~2011年3月13日） 調研、開題報告，開題答辯 （2）第 3～ 4周（2014年3月14日~2011年3月27日） 總體傳動方案確定 （3）第 5～ 6周（2011年3月28日~2011年4月10日） 傳動參數(shù)設計計算 （4）第 7～ 9周（2011年4月11日~2011年5月 1日） 轉向器裝配草圖設計 （5）第10～11周（2011年5月 2日~2011年5月15日） 轉向器正式裝配圖設計 （6）第12～13周（2011年5月16日~2011年5月29日） 零件圖設計、液壓系統(tǒng)設計 （7）第14～15周（2011年5月30日~2011年6月12日） 編寫設計說明書 （8）第16周（2011年6月13日～2011年6月19日） 設計審核、修改 （9）第17周（2011年6月20日～2011年6月26日） 畢業(yè)設計答辯準備及答辯 五、參考文獻 [01] 陳燎，田晉躍，殷金鑒，趙煦。130t升降平臺運輸車轉向系統(tǒng)設計. 工程機械，2001年 第32卷 第01期 [02] 丁禮燈，楊家軍，劉照。廖道訓等.汽車動力轉向器轉向力矩的分析與計算.三峽大學學報(自然科學版)，2001，3. [03] 張高升，鄭紹春，魏艷。WTW90型重型平板運輸車非線性轉向系統(tǒng)控制方法研究[J]武漢理工大學學報（交通科學與工程版），2008，4 [04] 張玉瑩 循環(huán)球式轉向器設計的幾個問題[J]二汽科技 1987，10 [05] 朱福培，張楓念。循環(huán)球式轉向器設計中的一些問題探討[J]汽車研究與開發(fā) 1996，12 [06] 毛元祥，丁誠，劉海峰，容青松，羅愛玲。循環(huán)球式動力轉向器轉向螺桿總成 沙市久隆汽車動力轉向器有限公司 [07] 張代盛，黃世曄，吳來發(fā)，慈龍尚。平板車設計要點及技術發(fā)展趨勢 [J]設施與設備 [08] 陳國定。機械設計基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社,2005. [09] 張玉杰，孔靚靚。關于25 t汽車起重機轉向系統(tǒng)的選型設計[J]漢陽專用汽車研究所 [10] 陳家瑞。汽車構造[M].北京：機械工業(yè)出版社 [11] M KPENN and T RICHTER. BMW`s approach to modern steering technology.BMW AG,2004 六、備注 七、指導教師意見： 簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）開題報告 設計（論文）題目: 東風越野平板運輸車轉 向機構設計 院 系 名 稱: 汽車與交通工程學院 專 業(yè) 班 級: 車輛07-8 學 生 姓 名: 陳 賀 導 師 姓 名: 王慧文 開 題 時 間: 2011.03.14 指導委員會審查意見： 簽字： 年 月 日 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)論文 目 錄 摘要...............................................................................................….......................…Ⅰ Abstract.......................................................................….........................................Ⅱ 第 1 章 緒 論......................……………………............….…..... .....…...........1 1.1 引言..............................……………………............….…..... .....…...............1 1.2 國內外研究現(xiàn)狀……………………………………………….………..…..2 1.3 設計研究的主要內容……………………………………….………..……..6 第 2 章 轉向機構方案分析.....................…………................... ... ................7 2.1 齒輪齒條式轉向器…………………………………………... .……………7 2.2 循環(huán)球式轉向器…………………………………………... .………………9 2.3 蝸桿滾輪式轉向器…………………………………………...…..…...….. 10 2.4 蝸桿指銷式轉向器………………………………………………..…..…...11 2.5 轉向盤的尺寸及布置……………………………………………..……….11 2.6 轉向軸的防傷安全措施…………………………………………..……….11 2.7 轉向機構方案確定………………………………………………..……….12 2.8 本章小結…………………………………………………………..……….12 第 3 章 轉向機構的參數(shù)分析與確定..………......................................…13 3.1 轉向系計算載荷的確定................................................................…...........13 3.2 轉向器的效率………………………………………………………..…….14 3.2.1 轉向器的正效率.........……………………………………………...15 3.2.2 轉向器的逆效率.........……………………………………………...16 3.3 傳動比的變化特性.………...................................................................…...16 3.3.1 轉向系傳動比……………...........................................................….16 3.3.2 傳動比與轉向系角傳動比的關系................................................…17 3.3.3 轉向系的角傳動比.…………...........................................…........…18 3.3.4 轉向器角傳動比及其變化規(guī)律…………………………………....18 3.4 轉向器傳動副的傳動間隙.........................….................................…....19 3.4.1 轉向器傳動間隙特性……………………………………………....19 3.4.2 傳動間隙特性的確定………………………………………..…..…20 3.5 轉向盤的總轉動圈數(shù)………………………………………………..…….22 3.6 本章小結……………………………………………………………..…….22 第 4 章 轉向機構設計………………………………………….…… ..…….23 4.1 主要尺寸參數(shù)的選擇........................................................................….......23 4.1.1 螺桿、鋼球、螺母傳動副…………………………………..……..23 4.1.2 鋼球直徑及數(shù)量………………………………………..…….. 23 4.1.3 滾道截面……………………………………………………..……..24 4.1.4 接觸角………….…………………………………………...…….24 4.1.5 螺距和螺距導程角…………………………………………...….24 4.1.6 工作鋼球圈數(shù)…………….………………………………..……25 4.2 齒條、齒扇傳動副設計……………………………...................................28 4.3 滾珠螺旋傳動……………………………………………………..……….32 4.3.1 工作原理與結構…………………………………………………....33 4.3.2 滾珠絲杠副軸向間隙的調整和施加預緊力的方法……………....34 4.4 單螺母預緊原理（偏置導程法）...………………………………………35 4.5 轉向搖臂直徑的確定………………………………………………..…….35 4.6 轉向傳送機構的臂、桿與球銷…………………………………..……….36 4.7 本章小結…………………………………………………………..……….37 第 5 章 轉向機構強度計算…………………………………………… …. .38 5.1 鋼球與滾道的強度計算…………………………………………………...38 5.2 齒輪強度計算……………………………………………………………...39 5.3 軸的強度計算..............................................…………………….…………40 5.3.1 轉向橫拉桿穩(wěn)定安全系數(shù)………………………………………....40 5.3.2 轉向節(jié)臂彎曲強度驗算……………………………………….…...40 5.3.3 轉向搖臂彎曲強度驗算……………………………………………41 5.4 本章小結…………………………………………………………………...41 結論................................... ....................................................................................…42 參考文獻................... ……………………………………………………………...43 致謝............................. ……………………………………………………………..44 附錄.......................................................................................................................... 45 畢業(yè)論文指導教師評分表 學生姓名 院系 專業(yè)、班級 指導教師姓名 職稱 從事 專業(yè) 是否外聘 □是□否 題目名稱 序號 評 價 項 目 滿分 得分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標的符合程度，綜合訓練情況；題目難易度 10 2 題目工作量；選題的理論意義或實際價值 10 3 查閱文獻資料能力；綜合運用知識能力 15 4 研究方案的設計能力；研究方法和手段的運用能力；外文應用能力 25 5 文題相符程度；寫作水平 15 6 寫作規(guī)范性；篇幅；成果的理論或實際價值；創(chuàng)新性 15 7 科學素養(yǎng)、學習態(tài)度、紀律表現(xiàn)；畢業(yè)論文進度 10 得 分 X= 評 語：（參照上述評價項目給出評語，注意反映該論文的特點） 工作態(tài)度： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 研究能力或設計能力：強□ 較強□ 一般□ 較弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□ 規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 成果質量（研究方案、研究方法、正確性）： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 其他： 指導教師簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計指導教師評分表 學生姓名 陳 賀 院系 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 車輛工程專業(yè)07-8 指導教師姓名 王慧文 職稱 教 授 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是□否 題目名稱 東風越野平板運輸車轉向機構設計 序號 評 價 項 目 滿分 得分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標的符合程度，綜合訓練情況；題目難易度 10 2 題目工作量；題目與工程實踐、社會實際、科研與實驗室建設等的結合程度 10 3 綜合運用知識能力（設計涉及學科范圍，內容深廣度及問題難易度）；應用文獻資料能力 15 4 設計（實驗）能力；計算能力（數(shù)據(jù)運算與處理能力）；外文應用能力 20 5 計算機應用能力；對實驗結果的分析能力（或綜合分析能力、技術經濟分析能力） 10 6 插圖（圖紙）質量；設計說明書撰寫水平；設計的實用性與科學性；創(chuàng)新性 20 7 設計規(guī)范化程度（設計欄目齊全合理、SI制的使用等） 5 8 科學素養(yǎng)、學習態(tài)度、紀律表現(xiàn)；畢業(yè)論文進度 10 得 分 X= 評 語：（參照上述評價項目給出評語，注意反映該論文的特點） 工作態(tài)度： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 研究能力或設計能力：強□ 較強□ 一般□ 較弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□ 說明書規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 圖紙規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 成果質量（設計方案、設計方法、正確性） 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 其他： 指導教師簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計評閱人評分表 學生 姓名 陳 賀 專業(yè) 班級 汽車與交通工程學院 指導教 師姓名 王慧文 職稱 教 授 題目 東風越野平板運輸車轉向機構設計 評閱組或預答辯組成員姓名 出席 人數(shù) 序號 評 價 項 目 滿分 得分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標的符合程度，綜合訓練情況；題目難易度 10 2 題目工作量；題目與工程實踐、社會實際、科研與實驗室建設等的結合程度 10 3 綜合運用知識能力（設計涉及學科范圍，內容深廣度及問題難易度）；應用文獻資料能力 15 4 設計（實驗）能力；計算能力（數(shù)據(jù)運算與處理能力）；外文應用能力 25 5 計算機應用能力；對實驗結果的分析能力（或綜合分析能力、技術經濟分析能力） 15 6 插圖（圖紙）質量；設計說明書撰寫水平；設計的實用性與科學性；創(chuàng)新性 20 7 設計規(guī)范化程度（設計欄目齊全合理、SI制的使用等） 5 得 分 Y= 評 語：（參照上述評價項目給出評語，注意反映該論文的特點） 回答問題： 正確□ 基本正確□ 基本不正確□ 不能回答所提問題□ 研究能力或設計能力：強□ 較強□ 一般□ 較弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□ 說明書規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 圖紙規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 成果質量（設計方案、設計方法、正確性） 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 其他： 　 評閱人或預答辯組長簽字： 年 月 日 注：畢業(yè)設計（論文）評閱可以采用2名評閱教師評閱或集體評閱或預答辯等形式。 畢業(yè)論文答辯評分表 學生 姓名 專業(yè) 班級 指導 教師 職 稱 題目 答辯 時間 月 日 時 答辯組 成員姓名 出席 人數(shù) 序號 評 審 指 標 滿 分 得 分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標的符合程度，綜合訓練情況，題目難易度、工作量、理論意義或價值 10 2 研究方案的設計能力、研究方法和手段的運用能力、綜合運用知識的能力、應用文獻資料和外文的能力 20 3 論文撰寫水平、文題相符程度、寫作規(guī)范化程度、篇幅、成果的理論或實際價值、創(chuàng)新性 15 4 畢業(yè)論文答辯準備情況 5 5 畢業(yè)論文自述情況 20 6 畢業(yè)論文答辯回答問題情況 30 總 分 Z= 答辯過程記錄、評語： 自述思路與表達能力：好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 回答問題： 正確□ 基本正確□ 基本不正確□ 不能回答所提問題□ 研究能力或設計能力：強□ 較強□ 一般□ 較弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□ 規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 成果質量（研究方案、研究方法、正確性）： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 其他： 　 答辯組長簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計答辯評分表 學生 姓名 陳 賀 專業(yè) 班級 汽車與交通工程學院 指導 教師 王慧文 職 稱 教 授 題目 東風越野平板運輸車轉向機構設計 答辯 時間 月 日 時 答辯組 成員姓名 出席 人數(shù) 序號 評 審 指 標 滿 分 得 分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標的符合程度，綜合訓練情況，題目難易度、工作量、與實際的結合程度 10 2 設計（實驗）能力、對實驗結果的分析能力、計算能力、綜合運用知識能力 10 3 應用文獻資料、計算機、外文的能力 10 4 設計說明書撰寫水平、圖紙質量，設計的規(guī)范化程度（設計欄目齊全合理、SI制的使用等）、實用性、科學性和創(chuàng)新性 15 5 畢業(yè)設計答辯準備情況 5 6 畢業(yè)設計自述情況 20 7 畢業(yè)設計答辯回答問題情況 30 總 分 Z= 答辯過程記錄、評語： 自述思路與表達能力：好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 回答問題： 正確□ 基本正確□ 基本不正確□ 不能回答所提問題□ 研究能力或設計能力：強□ 較強□ 一般□ 較弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□ 說明書規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 圖紙規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 成果質量（設計方案、設計方法、正確性） 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 其他： 　 答辯組長簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）成績評定表 學生姓名 陳 賀 性別 男 院系 汽車與交通工程學院 專業(yè) 車輛工程專業(yè) 班級 07-8 設計（論文）題目 東風越野平板運輸車轉向機構設計 平時成績評分（開題、中檢、出勤） 指導教師姓名 職稱 指導教師 評分（X） 評閱教師姓名 職稱 評閱教師 評分（Y） 答辯組組長 職稱 答辯組 評分（Z） 畢業(yè)設計（論文）成績 百分制 五級分制 答辯委員會評語： 答辯委員會主任簽字（蓋章）： 院系公章： 年 月 日 注：1、平時成績（開題、中檢、出勤）評分按十分制填寫，指導教師、評閱教師、答辯組評分按百分制填寫，畢業(yè)設計（論文）成績百分制=W+0.2X+0.2Y+0.5Z 2、評語中應當包括學生畢業(yè)設計（論文）選題質量、能力水平、設計（論文）水平、設計（論文）撰寫質量、學生在畢業(yè)設計（論文）實施或寫作過程中的學習態(tài)度及學生答辯情況等內容的評價。 優(yōu)秀畢業(yè)設計（論文）推薦表 題 目 東風越野平板運輸車轉向機構設計 類別 畢業(yè)設計 學生姓名 陳 賀 院（系）、專業(yè)、班級 汽車與交通工程學院 車輛工程專業(yè)07-8 指導教師 王慧文 職 稱 教 授 設計成果明細： 答辯委員會評語： 答辯委員會主任簽字（蓋章）： 院、系公章： 年 月 日 備 注： 注：“類別”欄填寫畢業(yè)論文、畢業(yè)設計、其它 本科學生畢業(yè)論文 東風越野平板運輸車轉向機構設計 系部名稱： 汽車工程系 專業(yè)班級： 車輛工程 BW07-8班 學生姓名： 陳 賀 指導教師： 王慧文 職 稱： 教 授 黑 龍 江 工 程 學 院 二○一一年六月 The Graduation Thesis for Bachelor's Degree Design of Steering Mechanism of Dong Feng Flat Board transporter Candidate: Chen He Specialty: Vehicle Engineering Class: BW07-8 Supervisor: Prof. Wang Huiwen Heilongjiang Institute of Technology 2011-06·Harbin 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 摘 要 在汽車行駛中，轉向運動是最基本的運動。我們通過方向盤來操縱和控制汽車的行駛方向，從而實現(xiàn)自己的行駛意圖。在現(xiàn)代汽車上，轉向系統(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安全性的關鍵總成，如何設計汽車的轉向特性，使汽車具有良好的操縱性能，始終是各汽車廠家和科研機構的重要課題。 本文主要介紹汽車轉向系的組成和作用，在對大量資料分析研究的基礎上，提出運輸車用循環(huán)球轉向器的性能指標和機構方案。并且采用相關數(shù)據(jù)進行機械式轉向機構的設計，對各種機械轉向器的利弊進行分析，進行循環(huán)球轉向器的總體和零部件CAD設計。 關鍵詞:駕駛；轉向系統(tǒng)；轉向器；設計；計算 ABSTRACT In the process of travelling, steering is the most basic movement. We operate and control the automobile through the steering wheel, thus to achieve our intention of driving. On the modern automobile, the steering system is one of the most basic systems, it is also a essential unit which affect the automobile’s initiative secure. How to design the steering characteristic of automobile, enable the automobile to have good handling quality, which is always an important topic to various automobiles factory and the scientific research institution. Especially at the time of coming to high speed, drivers becoming personnel amateur, stream of vehicles crowded today, in view of the different crowd of driving, the design of automobile appears especially importantly. This article mainly introduc automobile steering composition and function system, and uses the correlate data to carry on the design which based on mechanical type rotation gear, carriy on the analysis to each kind of mechanical diverter advantages, designs the corresponding steering gear. Analysising the advantages and defect of different kind of streeing machinery,and carry on designing the whole and part on cad roof. Key words:Drive; Steering System; Diverter; Design; Calculate II 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 第1章 緒 論 1.1 引言 汽車在行駛過程中，為了適應各種道路情況和行駛條件，經常需要改變行駛方向或修正行駛方向，如轉向、超車和避讓等。因此，轉向系對汽車行駛的適應性、安全性都具有重要的意義，轉向系統(tǒng)的性能直接影響著汽車的操縱穩(wěn)定性。如何設計汽車的轉向系統(tǒng)，使汽車具有良好的操縱性能，始終是各汽車廠家和科研機構的重要課題。特別是在車輛高速化、駕駛人員非職業(yè)化、車流密集化的今天，針對更多不同的駕駛人群，汽車的操縱性設計顯得尤為重要。 對轉向系統(tǒng)產品的需求隨著汽車化的提高而發(fā)生著變化。最初駕駛員們只希望比較容易地操縱轉向系統(tǒng)，而后則追求在高速行駛時的穩(wěn)定性、舒適性和良好的操縱感。傳統(tǒng)的汽車轉向系統(tǒng)是機械系統(tǒng)，汽車的轉向運動是由駕駛員操縱方向盤，通過轉向器和一系列的桿件傳遞到轉向車輪而實現(xiàn)的。普通的轉向系統(tǒng)建立在機械轉向的基礎上，通丸根據(jù)機械式轉向器形式可以分為齒輪齒條式、循環(huán)式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。常用的有兩種是齒輪齒條式和循環(huán)球式（用于需要較大的轉向力時）。這種轉向系統(tǒng)是我們最常見的，目前大部分低端轎車采用的是齒輪齒條式機械轉向系統(tǒng)。 從上世紀四十年代起，為減輕駕駛員體力負擔，在機械轉向系基礎上增加了液壓助力系統(tǒng)。它是建立在機械轉向器的基礎之上的，額外增加了一個液壓系統(tǒng)HPS（Hydraulic?power?steering），一般有油泵、油管、供油裝置、除噪裝置和控制閥。由于其工作可靠、技術成熟至今仍被廣泛應用。現(xiàn)在液壓助力轉向系統(tǒng)在實際中應用的最多，根據(jù)控制閥形式有轉閥式和滑閥式之分。這個助力轉向系統(tǒng)最重要的新功能是液力支持轉向的運動，因止可以減少駕駛員作用在方向盤上的力。 近年來，隨著電子技術的不斷發(fā)展，轉向系統(tǒng)中越來越多的采用電子元件。相應的就出現(xiàn)了電液助力轉向系統(tǒng)。電液助力轉向可以分為兩大類：電動液壓助力轉向系統(tǒng)EHPS、電控液壓助力轉向ECHPS。ECHPS是在液壓助力系統(tǒng)基礎上發(fā)展起來的，其特點是原來有發(fā)動機帶動的液壓助力泵改由電機驅動，取代了由發(fā)動機驅動的方式，節(jié)省了燃油消耗。ECHPS是在傳統(tǒng)的液壓助力轉向系統(tǒng)的基礎上增加了電控裝置構成的。電液助力轉向系統(tǒng)的助力特性可根據(jù)轉向速率、車速等參數(shù)設計為可變助力特性，使駕駛員能夠更輕松的操縱汽車。?現(xiàn)代電液動力轉向系統(tǒng)主要通過車速傳感器將車速傳遞給電子元件，或微型計算機系統(tǒng)，控制電液轉換裝置改變動力轉向的助力特性，使駕駛員的轉向手力根據(jù)車速和行駛條件變化而改變，即在低速行駛或轉急彎時能以很小的轉向手力進行操作，在高速行駛時能以稍重的轉向手力進行穩(wěn)定操作，使操縱輕便和穩(wěn)定性達到最合適的平穩(wěn)狀態(tài)。為了保證轉向輕便性，要求增大轉向器的傳動比。但是，增大角傳動比雖然可以減小轉向盤上的手力，但同時也造成汽車對操縱的反應減慢，甚至有可能導致駕駛員沒有能力來轉動轉向盤進行緊急避障等轉向操作，即不夠“靈”。 ECHPS相比傳統(tǒng)HPS降低了能源損耗。但電液動力轉向系統(tǒng)，不論ECHPS還是AHPS都與傳統(tǒng)的HPS一樣存在液壓油泄漏問題。 上世紀50年代，通用汽車公司出循環(huán)球式液壓動力轉向系統(tǒng)。上世紀80年代出現(xiàn)的電動轉向系統(tǒng)為動力轉向器增添了品種，歐洲汽車制造商在研究配有電動轉向系統(tǒng)的汽車比較早，日本的KOYO、NSK、HONDA及美國的DELPHI等公司也開發(fā)了多種類型的電動轉向系統(tǒng)?，F(xiàn)在人們更加關注具有節(jié)能、環(huán)保特點的產品，因此也可預測從液壓轉向系統(tǒng)到電動轉向系統(tǒng)的轉變過程會在將來很快的發(fā)生。 因現(xiàn)代汽車發(fā)動機功率在不斷增大，行車速度也不斷提高，對于兩輪轉向的汽車在高速行駛時將使其操縱穩(wěn)定性變差。從20世紀80年代末四輪轉向系統(tǒng)已進入實用階段，不僅保證了汽車低速行駛的轉向靈活，也保證了汽車高速行駛的操縱穩(wěn)定性。 對轉向系的主要設計要求如下。 （1）汽車轉彎行駛時，全部車輪應繞瞬時轉向中心旋轉，這項要求會加速輪胎磨損，并降低汽車的行駛穩(wěn)定性。任何車輪不應有側滑； （2）汽車轉向行駛后，在駕駛員松開轉向盤的條件下，轉向輪能自動返回到直線行駛位置，并穩(wěn)定行駛； （3）汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉向輪不得產生自振，轉向盤沒有擺動； （4）轉向傳動機構和懸架導向裝置共同工作時，由于運動不協(xié)調使車輪產生的擺動應最??； （5）保證汽車有較高的機動性 ； （6）操縱輕便。具有迅速和小轉彎行駛能力； （7）轉向輪碰撞到障礙物以后，傳給轉向盤的反沖力要盡可能小； （8）轉向器和轉向傳動機構的球頭處，有消除因磨損而產生間隙的調整機構； （9）在車禍中，當轉向軸和轉向盤由于車架或車身變形而共同后移時，轉向系應有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。 1.2國內外研究現(xiàn)狀 隨著液壓動力轉向系統(tǒng)在汽車上的日益普及，人們對操作時的輕便性和路感的要求也日益提高，然而液壓動力轉向系統(tǒng)卻存在許多缺點：由于其本身的結構決定了其無法保證車輛在任何工況下轉動轉向盤實，都有較理想的操縱穩(wěn)定性，即無法同時保證低速時的轉向輕便性和高速時的操縱穩(wěn)定性；汽車的轉向特性受駕駛員的駕駛技術的嚴重影響；轉向傳動比固定，使汽車轉向響應特性隨車速、側向加速度等變化而變化，駕駛員必須提前針對汽車轉向特性幅值和相位的變化進行一定的操作補償，從而控制汽車按其意愿行駛。這樣增加了駕駛員的操縱負擔，也使汽車轉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)的液壓動力轉向系統(tǒng)的基礎上增加了速度傳感器，使汽車能夠隨著車速的變化自動調節(jié)操縱力的大小，在一定程度上緩和了傳統(tǒng)的液壓轉向系統(tǒng)存在的問題。 目前我國生產的商用車和轎車上采用的大多是電控液壓助力轉向系統(tǒng)，它是比較成熟和應用廣泛的轉向系統(tǒng)。 電動助力轉向系統(tǒng)是現(xiàn)在汽車轉向系統(tǒng)的發(fā)展方向，其工作原理是：EPS系統(tǒng)的ECU對來自轉向盤轉矩傳感器和車速傳感器的信號進行分析處理后，控制電機產生適當?shù)闹D矩，協(xié)助駕駛員完成轉向操作。 近幾年來，隨著電子技術的發(fā)展，大幅度降低ECHPS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、美國的Delphi汽車系統(tǒng)公司、TRW公司及德國的ZF公司都相繼研制出EPS。到目前為止，EPS系統(tǒng)在輕微型。 電動助力轉向系統(tǒng)主要是在機械式轉向系統(tǒng)的基礎上加上了傳感器（包括車速傳感器、轉矩傳感器和小齒輪位置傳感器）、電子控制單元（ECU）、助力電機、電磁離合器和減速機構而構成。 電動助力轉向系統(tǒng)可根據(jù)減速機構的不同分為蝸輪蝸桿式助力機構和差動輪系式的主力機構兩種形式。差動輪系機構具有轉向路感平滑穩(wěn)定、轉向靈敏性可調，更適合前軸負載小且對高速操縱性能要求較高的轎車上，而蝸輪蝸桿機構具有助力大小可調整，適合前軸負載大、轉向沉重、主要目的是降低轉向力且對高速操縱性能要求不高的載貨汽車上。 另外電動助力轉向系統(tǒng)還可以根據(jù)電動機和減速機構位置的不同分為：軸助力式EPS（電機和減速裝置裝在轉向傳動軸上），轉向小齒輪助力式（電機和減速裝置裝在輸入小齒輪上），另端小齒輪助力式（電機和減速裝置裝在另端小齒輪上），齒條助力式（電機和減速裝置套在齒條外側）。 電動助力轉向系統(tǒng)主要的優(yōu)點有：自由度高，助力特性可以靈活的依據(jù)轉向時的車速、橫向加速度、汽車重量、電池電壓、車輪氣壓等產生不同的助力，且修改方便；結構簡單，相交與液壓助力轉向系統(tǒng)少了液壓泵、轉閥、液壓管道等復雜的液壓機構，不僅節(jié)省了大量的空間，也減少了4—6kg的重量；節(jié)能，對于駕駛員來說，最大的優(yōu)點就是ESP能相較于傳統(tǒng)的液壓助力式的轉向系統(tǒng)提升約5%的燃油經濟性。這是由于EPS只在轉向時才工作，而液壓轉向系統(tǒng)不管需不需要助力都一直在運行，尤其在汽車高速行駛時，原本這時是最不需要轉向助力的，而這時液壓泵的功率消耗卻是最大的；減振，EPS系統(tǒng)具有較高的慣性力矩，對于來自輪胎的外部干擾可起到緩沖振動的作用。在高速相較于液壓轉向系統(tǒng)減振25%-30%；環(huán)保，由于不存在液壓油泄漏等問題使得EPS相較于液壓轉向更為環(huán)保。 從整體上來講國內近年來對于ECHPS的研究發(fā)展很快，尤其是在控制策略的研究上，已經將不同的控制方法引如ECU中，并通過實驗和分析不斷地完善和改進，但是在對于細節(jié)的優(yōu)化上距離國外還有相當?shù)牟罹?，而且目前國內除了吉利汽車，還尚未自主知識產權的ECHPS，距離ECHPS的批量化生產也還有一段路要走。 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的發(fā)展，汽車燃油節(jié)能的要求以及全球性倡導環(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，轉向系統(tǒng)向著電動助力轉向系統(tǒng)發(fā)展。 動力轉向系是在駕駛員的控制下，借助于汽車發(fā)動機產生的液壓力或電動機驅動力來實現(xiàn)車論轉向。由于采用動力轉向可以減少駕駛員手動轉向力矩，改善汽車的轉向輕便性和汽車的操縱穩(wěn)定性，因此在國外不僅在商用車上，而且在中高級轎車和輕型車上也逐漸普遍應用。動力轉向系統(tǒng)主要有液壓助力式、氣動助力式和電動助力式等三種形式。其中液壓助力轉向系統(tǒng)由于其工作壓力大，結構緊湊，而廣泛應用。 液壓助力轉向器自五十年代發(fā)展以來，已日趨成熟，得到廣泛應用，近幾年主要是提高現(xiàn)機構的輕量化，簡化結構；提升工作油壓。用壓鑄鋁代替鑄鐵的轉向器殼體；用塑料油箱代替鋼板沖壓油箱；對于輕型車和轎車，用鋁合金轉向軸萬向節(jié)等措施，這些均可減輕50%以上重量，其次，改進“路感”特性，為了滿足高速直行位置附近“路感”效果，改變閥特性，使其靜特性曲線的中間部位比較平坦。 傳統(tǒng)的液壓助力動力轉向系統(tǒng)在多采用固定的放大倍率存在著一些缺點：如果所設計的固定放大倍率的動力轉向系統(tǒng)是為了減少汽車在停車或低速行駛狀態(tài)下轉向盤的操舵力，則當汽車以高速行駛時，這一固定放大倍率會使轉向盤的操舵力顯得太小，高速行駛時“路感”差，不利于汽車的方向控制；反之，如果設計的固定放大倍率的動力轉向系統(tǒng)是為了增加汽車在高速行駛時轉向力，則當汽車低速行駛時，轉向盤的力顯得太大，破壞了低速狀況下的操縱輕便性，為了解決這個問題，目前汽車界將電子控制技術應用在汽車動力轉向系統(tǒng)中，使汽車轉向性能達到令人滿意的程度。迄今為止，電子控制液壓動力轉向系統(tǒng)已在轎車上獲得應用。電子控制液壓動力轉向是在傳統(tǒng)的液壓助力轉向基礎上增設了控制液體流量的電磁閥，車速傳感器和電子控制單元等。 現(xiàn)在，世界各國著名零件廠商正在大力研究開發(fā)一種新型的動力轉向系統(tǒng)，即電子控制電動動力轉向系統(tǒng)。電子控制電動動力轉向系統(tǒng)是在機械轉向系統(tǒng)的基礎上，根據(jù)作用在轉向盤上的轉矩信號和車速信號，通過電子控制裝置使電機產生相應大小和方向的輔助力，協(xié)助駕駛員進行轉向操縱，并獲得最佳轉向特性的伺服系統(tǒng)。 電子控制電動動力轉向系統(tǒng)（ECHPS）技術發(fā)展趨勢可歸結為以下幾點。 （1）電力驅動技術：ECHPS系統(tǒng)中的電機要求端電壓、轉速較低、輸出轉矩相對較高、尺寸小。由于電機端電壓低，而功率相對較高。所以電機電流較大，這給驅動單元的電子器件選擇和電路設計帶來一定困難。 （2）非接觸式傳感器技術：ECHPS系統(tǒng)中的轉向盤轉矩傳感器要求結構簡單、工作可靠、價格便宜，精度適中?？紤]到可靠性問題，目前國外多采用非接觸式。而接觸式傳感器應用較少。 （3）轉向控制技術：由于ECHPS系統(tǒng)在原有的機械式轉向系統(tǒng)中增加了電機和減速器，使得轉向操縱機構的慣性增大，為此需引入慣性控制和阻力控制，避免在電機開始助力和結束助力時對轉向操縱產生影響。同時，為獲得更好的“路感”，必需根據(jù)汽車的行駛速度和轉向狀態(tài)確定合理的助力大小和方向。 （4）ECHPS系統(tǒng)與整車性能匹配：汽車本身是由各子系統(tǒng)組成的既相互聯(lián)系又相互制約的有機整體，當汽車某個子系統(tǒng)改變時，整車性能也產生相應的變化。因此，必須對EPS系統(tǒng)與汽車上的其它子系統(tǒng)進行匹配，以利整車性能達到最優(yōu)化。 隨著電子技術和控制方法的進一步發(fā)展，有人提出了一個大膽的假設：即取消轉向盤與轉向輪之間的機械連接，完全由電能實現(xiàn)轉向，這就是線控轉向系統(tǒng)。 線控電動轉向系統(tǒng)的特點：提高了駕駛員的安全性，由于減少了轉向柱等機械機構，使得駕駛員周圍空間變大，正面碰撞時對駕駛員的傷害得到了大大的降低。另外同樣安全氣囊與駕駛員間的距離加大，使得安全氣囊可以張得更大，以增加對駕駛員的保護；提高了汽車的操縱性，由于可以實現(xiàn)傳動比的任意設置，并針對不同的車速，轉向狀況進行參數(shù)補償，從而提高汽車的操縱性；提高汽車的全面智能化，線控轉向系統(tǒng)可以和其它的設備如ABS、防碰撞、自動導航、自動駕駛等系統(tǒng)結合起來，最終實現(xiàn)汽車的全面智能化；改善駕駛員的路感，在SBW中路感由模擬生成，使得在回正力矩控制方面可以從信號中提出最能夠反應汽車實際行駛狀態(tài)和路面狀況的信息，作為方向盤回正力矩的控制變量，使方向盤僅僅向駕駛員提供有用的信息，從而為駕駛員提供更為真實的“路感”。 線控轉向系統(tǒng)還存在著可靠性的問題，目前歐洲汽車法規(guī)還要求駕駛員與轉向車輪之間必須有機械連接，而閑空轉向系統(tǒng)作為一個還不成熟的技術目前還不能有足夠的證據(jù)證明其可靠性。其次，線控轉向系統(tǒng)還需要在可靠性與成本之間做出較好的平衡；線控轉向還將與其它的汽車電氣系統(tǒng)通過CAN總線連接在中央控制器上，由中央控制器統(tǒng)一協(xié)調控制汽車的運用，從而實現(xiàn)汽車電氣的一體化和智能化； 總之，線控轉向在EPS的基礎上，將轉向系統(tǒng)的發(fā)展又推進了一步，它將為實現(xiàn)汽車智能化駕駛提供技術支持。 1.3 設計研究的主要內容 通過閱讀資料，分析與確定轉向機構的整體設計方案。對設計參數(shù)進行分析與確定，并在此基礎上對轉向機構計算研究。對設計結果進行強度計算校核以保證轉向機構的可靠性，安全性。 第2章 轉向機構方案分析 根據(jù)所采用的轉向傳動副的不同，轉向器的結構型式有多種。常見的有齒輪齒條式、循環(huán)球式、球面蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式等。 對轉向其結構形式的選擇，主要是根據(jù)汽車的類型、前軸負荷、使用條件等來決定，并要考慮其效率特性、角傳動比變化特性等對使用條件的適應性以及轉向器的其他性能、壽命、制造工藝等。中、小型轎車以及前軸負荷小于 1.2t 的客車、貨車，多采用齒輪齒條式轉向器。球面蝸桿滾輪式轉向器曾廣泛用在輕型和中型汽車上，例如：當前軸軸荷不大于 2.5t且無動力轉向和不大于 4t 帶動力轉向的汽車均可選用這種結構型式。循環(huán)球式轉向器則是當前廣泛使用的一種結構，高級轎車和輕型及以上的客車、貨車均多采用。轎車、客車多行駛于好路面上，可以選用正效率高、可逆程度大些的轉向器。礦山、工地用汽車和越野汽車，經常在壞路或在無路地帶行駛，推薦選用極限可逆式轉向器，但當系統(tǒng)中裝有液力式動力轉向或在轉向橫拉桿上裝有減振器時，則可采用正、逆效率均高的轉向器，因為路面的沖擊可由液體或減振器吸收，轉向盤不會產生“ 打手現(xiàn)象”。 關于轉向器角傳動比對使用條件的適應性問題，也是選擇轉向器時應考慮的一個方面。對于前軸負荷不大的或裝有動力轉向的汽車來說，轉向的輕便性不成問題，而主要應考慮汽車高速直線行駛的穩(wěn)定性和減小轉向盤的總圈數(shù)以提高汽車的轉向靈敏性。因為高速行駛時，很小的前輪轉角也會導致產生較大的橫向加速度使輪胎發(fā)生側滑。這時應選用轉向盤處于中間位置時角傳動比較大而左、右兩端角傳動比較小的轉向器。對于前軸負荷較大且未裝動力轉向的汽車來說，為了避免“轉向沉重”，則應選擇具有兩端的角傳動比較大、中間較小的角傳動比變化特性的轉向器。 2.1 齒輪齒條式轉向器 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生沖擊和噪聲；轉向器占用的體積??；沒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（圖2-1a）；側面輸入，兩端輸出（圖2-1b）；側面輸入，中間輸出（圖2-1c）；側面輸入，一端輸出（圖2-1d）。 圖2.1 齒輪齒條式轉向器的四種形式 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。 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。 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。 2.2循環(huán)球式轉向器 循環(huán)球式轉向器又有兩種結構型式，即常見的循環(huán)球-齒條齒扇式和另一種即循環(huán)球-曲柄銷式。它們各有兩個傳動副，前者為：螺桿、鋼球和螺母傳動副以及螺母上的齒條和搖臂軸上的齒扇傳動副；后者為螺桿、鋼球和螺母傳動副以及螺母上的銷座與搖臂軸的錐銷或球銷傳動副。兩種結構的調整間隙方法均是利用調整螺栓移動搖臂軸來進行調整。 循環(huán)球式轉向器的傳動效率高、工作平穩(wěn)、可靠，螺桿及螺母上的螺旋槽經滲碳、淬火及磨削加工，耐磨性好、壽命長。齒扇與齒條嚙合間隙的調整方便易行，這種結構與液力式動力轉向液壓裝置的匹配布置也極為方便。 循環(huán)球式轉向器有螺桿和螺母共同形成的螺栓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2-2所示。 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（圖2-3）；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。 圖2.2 循環(huán)球式轉向器示意圖 圖2.3 循環(huán)球式轉向器的間隙調整機構 2.3 蝸桿滾輪式轉向器 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。 2.4蝸桿指銷式轉向器 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。 2.5轉向盤的尺寸及布置 轉向盤有輪轂、輪緣和輪輻組成。采用最大直徑的轉向盤，會使駕駛員進出駕駛室感到困難；若采用較小直徑的轉向盤，則在轉向時要求駕駛人員施加較大的力量。轉向盤布置過高會影響人對道路和儀表盤的視野；轉向盤布置過低，則在操縱離合器、制動踏板時影響駕駛人員腿部的動作。在選擇轉向盤直徑時，應考慮與汽車的類型和大小相適應。乘用車、小型客車、小型商用車的轉向盤直徑參考直徑為400mm；中型客車、中型商用車的轉向盤參考直徑為450mm或者500mm；大型客車和大型商用車的轉向盤參考直徑為550mm。 2.6 轉向軸的防傷安全措施 根據(jù)交通事故統(tǒng)計資料和對汽車碰撞試驗結果的分析表明：汽車在正面碰撞時，轉向盤、轉向管柱和轉向器是使駕駛員受傷的主要元件。因此，要求汽車在以48km/h的速度、正面同其他物體碰撞的試驗中，轉向管柱和轉向軸后移量在水平方向上不得大于127mm；在臺架試驗中，用人體模型的軀干以6.7m/s的速度碰撞轉向盤時，作用在轉向盤的水平力不得超過11123N，見GB11557-1998。為此，需要在轉向系中設計安裝能吸收沖擊能量的機構，或者采取能減輕駕駛員受傷程度的措施。吸收能量的方法是使有關的轉向系零件在撞擊時產生塑性變形、彈性變形或摩擦等來實現(xiàn)。當轉向軸采用萬向節(jié)連接的結構，可以通過合理布置保證在汽車正面碰撞時，防止轉向軸等向車身內移動，這種結構雖然不能吸收碰撞能量，但其結構簡單，主要萬向節(jié)連接的兩軸之間存在夾角，正面撞車后轉向盤沒有后移便不會影響駕駛員安全。轉向軸上設置有萬向節(jié)不僅提高安全性，而且有利于使轉向盤和轉向器在汽車上得到合理布置，提高了操縱方便性，拆裝容易。 2.7轉向機構方案確定 由于齒輪齒條式轉向器逆效率高（60%～70%），汽車在不平路面上行駛時發(fā)生在轉向輪與路面間沖擊力的大部分能傳至轉向盤，反沖現(xiàn)象會使駕駛員緊張，并難以控制汽車行駛方向，轉向盤突然轉動又會造成“打手”，同時對駕駛員造成傷害。 蝸桿滾輪式轉向器正效率低，工作齒面磨損后調整嚙合間隙比較困難，傳動比不能變化。固定銷蝸桿指銷式轉向器結構簡單，制造容易，但因銷不能自轉，指銷工作部位基本不變，所以磨損快、工作效率低。旋轉銷式轉向器的效率高、磨損小，但是結構復雜。雙銷式的結構較單銷式復雜，尺寸及質量也較大，且對兩指銷間的位置精度、蝸桿上螺紋槽的形狀及尺寸精度要求較高，角傳動比的變化特性及傳動間隙特性的變化也受到限制。 根據(jù)原始數(shù)據(jù)：滿載時前軸軸荷：1940kg前輪氣壓：350kPa，輪胎和路面間滑動摩擦系數(shù)：= 0.75，搖臂擺角：±42°，要求傳動比設計成20左右，最大搖臂輸出力矩：1500N·m。 綜合上述各種形式轉向器的優(yōu)缺點，本設計選取循環(huán)球式轉向器為設計方案。 2.8本章小節(jié) 本章主要事對轉向器的基本結構形式的選擇，通過對目前各種形式轉向器設計方案進行分析比較，綜合考慮，采用循環(huán)球式轉向器為設計方案。 第3章 轉向機構的參數(shù)分析與確定 轉向系的主要性能有轉向系的效率、轉向系的角傳動比與力傳動比、轉向器傳動副的傳動間隙特性、轉向系的剛度以及轉向盤的總轉動圈數(shù)。 3.1 轉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、路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。 精確地計算出這些力是困難的。為此推薦用足夠精確的半經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矩Mn（N·mm） （3.1） 式中：—— 輪胎和路面間的滑動摩擦因數(shù)，一般取=0.75； ——轉向軸負荷（N）； ——輪胎氣壓（MPa）。 將原始數(shù)據(jù)代入公式（3.1）得， = 753542 （N·mm）。 作用在轉向盤上的手力為 （3.2）式中：——轉向搖臂長； ——轉向節(jié)臂長，=； ——轉向盤直徑，根據(jù)汽車設計設計手冊，取Dsw= 550mm； ——轉向器角傳動比，一般取=20； ——轉向器正效率，一般取=0.85。 根據(jù)公式（3.2），代入?yún)?shù)得，F(xiàn)k = 357 N。 對給定的汽車，用式計算出來的作用力是最大值。因此，可以用此值作為計算載荷。然而，對于前軸負荷大的重型貨車，用上式計算的力往往超過駕駛員生理上的可能，在此情況下對轉向器和動力轉向器動力缸以前零件的計算載荷，應取駕駛員作用在轉向盤輪緣上的最大瞬時力，此力為700N。 根據(jù)汽車的前軸負荷來選取循環(huán)球式轉向器齒扇齒模數(shù) = 1940 9.8 = 19012 N 表3.1 循環(huán)球式轉向器齒扇齒模 齒扇齒模數(shù)m/mm 3．0 3．5 4．0 4．5 5．0 6．0 6．5 轎 車 排量/mL 500 1000～ 1800 1600～ 2000 2000 2000 前軸負荷 /N 3500～3800 4700～ 7350 7000～ 9000 8300～11000 10000～11000 貨車 和大 客車 前軸負荷 /N 3000～ 5000 4500～ 7500 5500～ 18500 7000～ 19500 9000～ 24000 17000～37000 23000～ 44000 最大裝載質量/kg 350 1000 2500 2700 3500 6000 8000 因為是貨車，所以 m = 5.0。 3.2 轉向器的效率 功率從轉向軸輸入，經轉向搖臂軸輸出所求得的效率稱為正效率，用符號表示。 　　　　　　　 　　　　　（3.3） 反之稱為逆效率，用符號表示。 　　　　　　　　　　　　　　 　　　　?。?.4） 式中：——轉向器中的摩擦功率； ——作用在轉向搖臂軸上的功率。 為了保證轉向時駕駛員轉動轉向盤輕便，要求正效率高。為了保證汽車轉向后轉向輪和轉向盤能自動返回到直線行駛位置，又需要有一定的逆效率。為了減輕在不平路面上行駛時駕駛員的疲勞，車輪與路面之間的作用力傳至轉向盤上要盡可能小，防止打手又要求此逆效率盡可能低。 3.2.1轉向器的正效率 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。 轉向器類型、結構特點與效率 在前述四種轉向器中，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等三種結構之一。第一種結構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，故這種轉向器的效率僅有54％。另外兩種結構的轉向器效率，根據(jù)試驗結果分別為70％和75％。 轉向搖臂軸軸承的形式對效率也有影響，用滾針軸承比用滑動軸承可使正或逆效率提高約10％。 轉向器的結構參數(shù)與效率 如果忽略軸承和其它地方的桿類轉向器，其效率可用下式計算摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，對于蝸桿和螺 （3.5） 式中：——蝸桿（或螺桿）的螺線導程角； ——摩擦角，； ——摩擦因數(shù)，取= 0.02。 = 1.14 = 0.85 3.2.2 轉向器逆效率 根據(jù)逆效率大小不同，轉向器又有可逆式、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。它能保證轉向后，轉向輪和轉向盤自動回正。這既減輕了駕駛員的疲勞，又提高了行駛安全性。但是，在不平路面上行駛時，車輪受到的沖擊力，能大部分傳至轉向盤，造成駕駛員“打手"，使之精神狀態(tài)緊張，如果長時間在不平路面上行駛，易使駕駛員疲勞，影響安全駕駛。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。該沖擊力由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上述兩者之間。在車輪受到沖擊力作用時，此力只有較小一部分傳至轉向盤。它的逆效率較低，在不平路面上行駛時，駕駛員并不十分 緊張，同時轉向傳動機構的零件所承受的沖擊力也比不可逆式轉向器要小。 如果忽略軸承和其它地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，則逆效率可用下式計算 （3.6） 式（3.5）和式（3.6）表明：增加導程角，正、逆效率均增大。受增大的影響。不宜取得過大。當導程角小于或等于摩擦角時，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，導程角必須大于摩擦角。通常螺線導程角選在8o～10o之間。 = 8o = 0.85 3.3 傳動比的變化特性 3.3.1 轉向系傳動比 轉向系的傳動比包括轉向系的角傳動比和轉向系的力傳動比。 從輪胎接地面中心作用在兩個轉向輪上的合力2與作用在轉向盤上的手力之比，稱為力傳動比，即 =2/ （3.7） 轉向盤轉動角速度與同側轉向節(jié)偏轉角速度之比，稱為轉向系角傳動比，即 （3.8） 式中：——為轉向盤轉角增量； ——轉向節(jié)轉角增量； ——時間增量。 它又由轉向器角傳動比和轉向傳動機構角傳動比所組成，即。 搖臂軸轉動角速度與同側轉向節(jié)偏轉角速度之比，稱為轉向傳動機構的角傳動比 。 （3.9） 3.3.2傳動比與轉向系角傳動比的關系 輪胎與地面之間的轉向阻力和作用在轉向節(jié)上的轉向阻力矩之間有如下關系 （3.10） 式中：——主銷偏移距，指從轉向節(jié)主銷軸線的延長線與支承平面的交點至車輪中心平面與支承平面交線間的距離。 作用在轉向盤上的手力可用下式表示 （3.11） 式中：——作用在轉向盤上的力矩； ——轉向盤直徑。 將式（3.10）、式（3.11）代入后得到 （3.12） 分析式（3.12）可知，當主銷偏移距小時，力傳動比應取大些才能保證轉向輕便。通常轎車的值在0.4～0.6倍輪胎的胎面寬度尺寸范圍內選取，而貨車的值在40～60mm范圍內選取。轉向盤直徑根據(jù)車型不同在JB4505—86轉向盤尺寸標準中規(guī)定的系列內選取。 如果忽略摩擦損失，根據(jù)能量守恒原理，可用下式表示 （3.13） 將式（3.13）代人式（3.12）后得到 （3.14） 當和不變時，力傳動比越大，雖然轉向越輕，但也越大，表明轉向不靈敏。 3.3.3轉向系的角傳動比 轉向傳動機構角傳動比，除用表示以外，還可以近似地用轉向節(jié)臂臂長與搖臂臂長之比來表示，即/。現(xiàn)代汽車結構中，與的比值大約在0.85～1.1之間，可近似認為其比值為1，則。由此可見，研究轉向系的傳動比特性，只需研究轉向器的角傳動比及其變化規(guī)律即可。 3.3.4 轉向器角傳動比及其變化規(guī)律 式（3.14）表明：增大角傳動比可以增加力傳動比。從式可知，當一定時，增大能減小作用在轉向盤上的手力，使操縱輕便。 考慮到，由的定義可知：對于一定的轉向盤角速度，轉向輪偏轉角速度與轉向器角傳動比成反比。角傳動比增加后，轉向輪偏轉角速度對轉向盤角速度的響應變得遲鈍，使轉向操縱時間增長，汽車轉向靈敏性降低，所以“輕”和“靈"構成一對矛盾。為解決這對矛盾，可采用變速比轉向器。 循環(huán)球齒條齒扇式轉向器的角傳動比 （3.15） 因結構原因，螺距不能變化，但可以用改變齒扇嚙合半徑的方法，達到使循環(huán)球齒條齒扇式轉向器實現(xiàn)變速比的目的。 = 20 （3.16） 隨轉向盤轉角變化，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)律的因素，主要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，在轉向盤全轉角范圍內，駕駛員不存在轉向沉重問題。裝用動力轉向的汽車，因轉向阻力矩由動力裝置克服，所以在上述兩種情況下，均應取較小的轉向器角傳動比并能減少轉向盤轉動的總圈數(shù)，以提高汽車的機動能力。 轉向軸負荷大又沒有裝動力轉向的汽車，因轉向阻力矩大致與車輪偏轉角度大小成正比變化，汽車低速急轉彎行駛時一的操縱輕便性問題突出，故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，轉向輪轉角較小，轉向阻力矩也小，此時要求轉向輪反應靈敏，轉向器角傳動比應當小些。因此，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. 轉向盤在中間位置的轉向器角傳動比不宜過小。過小則在汽車高速直線行駛時，對轉向盤轉角過分敏感和使反沖效應加大，使駕駛員精確控制轉向輪的運動有困難。直行位置的轉向器角傳動比不宜低于15～16。 3.4 轉向器傳動副的傳動間隙 3.4.1 轉向器傳動間隙特性 傳動間隙是指各種轉向器中傳動副（如循環(huán)球式轉向器的齒扇和齒條）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3.1）。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。 直線行駛時，轉向器傳動副若存在傳動間隙，一旦轉向輪受到側向力作用，就能在間隙的范圍內，允許車輪偏離原行駛位置，使汽車失去穩(wěn)定。為防止出現(xiàn)這種情況，要求傳動副的傳動間隙在轉向盤處于中間及其附近位置時（一般是10o～1 5o）要極小，最好無間隙。 轉向器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大到無法確保直線行駛的穩(wěn)定性時，必須經調整消除該處間隙。調整后，要求轉向盤能圓滑地從中間位置轉到兩端，而無卡住現(xiàn)象。為此，傳動副的傳動間隙特性，應當設計成在離開中間位置以后呈圖3.1所示的逐漸加大的形狀。圖中曲線l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。 3.4.2 傳動間隙特性的確定 循環(huán)球式轉向器的齒條齒扇傳動副的傳動間隙特性，可通過將齒扇齒做成不同厚度來獲取必要的傳動間隙。即將中間齒設計成正常齒厚，從靠近中間齒的兩側齒到離開中間齒最遠的齒，其厚度依次遞減。 如圖1所示，齒扇工作時繞搖臂軸的軸線中心轉動。加工齒扇時使之繞切齒軸線轉動。兩軸線之間的距離稱為偏心距。用這種方法切齒，可獲得厚度不同的齒扇齒。其傳動特性可用下式計算 （3.17） 式中：——端面壓力角； ——節(jié)圓半徑； ——搖臂軸轉角； ——中心到點的距離； ——偏心距。 齒扇通常有5個齒，它與搖臂軸為一體。齒扇的齒厚沿齒長方向是變化的，這樣即可通過軸向移動搖臂軸來調節(jié)齒扇與齒條的嚙合間隙。由于轉向器經常處于中間位置工作，因此齒扇與齒條的中間齒磨損最厲害。為了消除中間齒磨損后產生的間隙而又不致在轉彎時使兩端齒卡住，則應增大兩端齒嚙合時的齒側間隙。這種必要的齒側間隙的改變可通過使齒扇各齒具有不同的齒厚來達到。即齒扇由中間齒向兩端齒的齒厚是逐漸減小的。為此可在齒扇的切齒過程中使毛坯繞工藝中心轉動，如圖3.1所示，相對于搖臂軸的中心有距離為n的偏心。這樣加工的齒扇在齒條的嚙合中由中間齒轉向兩端的齒時，齒側間隙Δs也逐漸加大，Δs可表達為： （3.18） 式中：Δr——徑向間隙； ——嚙合角； ——齒扇的分度圓半徑； ——搖臂軸的轉角。 圖3.1 為獲得變化的齒側間隙齒扇的加工原理和計算簡圖 圖3.2 用于選擇偏心的線圖 當，確定后，根據(jù)上式可繪制如圖3.2所示的線圖，用于選擇適當?shù)闹?，以便使齒條、齒扇傳動副兩端齒嚙合時，齒側間隙Δs能夠適應消除中間齒最大磨損量所形成的間隙的需要。 齒條、齒扇傳動副各對嚙合齒齒側間隙Δs的改變也可以用改變齒條各齒槽寬而不改變齒扇各輪齒齒厚的辦法來實現(xiàn)。一般是將齒條（一般有4個齒）兩側的齒槽寬制成比中間齒槽大0.20～0.30mm即可。 3.5 轉向盤的總轉動圈數(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。轎車轉向盤的總轉動閣數(shù)較少，一般約在3.6圈以內；貨車一般不宜超過6圈。 3.6 本章小結 對轉向機構主要參數(shù)進行了分析。通過參照表格和公式，計算確定了主要設計參數(shù)。 第4章 轉向機構結構設計 4.1 主要尺寸參數(shù)的選擇 4.1.1 螺桿、鋼球、螺母傳動副 鋼球中心距、螺桿外徑、螺母內徑 尺寸、、如圖4.1所示。鋼球中心距是基本尺寸，螺桿外徑、螺母內徑及鋼球直徑對確定鋼球中心距的大小有影響，而又對轉向器結構尺寸和強度有影響。在保證足夠的強度條件下，盡可能將值取小些。選取值的規(guī)律是隨著扇齒模數(shù)的增大，鋼球中心距也相應增加（表7-1）。設計時先參考同類型汽車的參數(shù)進行初選，經強度驗算后，再進行修正。螺桿外徑Dl通常在20～38mm范圍內變化，設計時應根據(jù)轉向軸負荷的不同來選定。螺母內徑應大于，一般要求－= （5％～10）。 圖4.1 螺桿、鋼球、螺母傳動副 4.1.2鋼球直徑及數(shù)量 鋼球直徑尺寸取得大，能提高承載能力，同時螺桿和螺母傳動機構和轉向器的尺寸也隨之增大。鋼球直徑應符合國家標準，一般常在7～9mm范圍內選用（表4-1）。 增加鋼球數(shù)量n，能提高承載能力，但使鋼球流動性變壞，從而使傳動效率降低。因為鋼球本身有誤差，所以共同參加工作的鋼球數(shù)量并不是全部鋼球數(shù)。經驗證明，每個環(huán)路中的鋼球數(shù)以不超過60粒為好。為保證盡可能多的鋼球都承載，應分組裝配。每個環(huán)路中的鋼球數(shù)可用下式計算 （4.1） 式中：——鋼球中心距； ——一個環(huán)路中的鋼球工作圈數(shù)； ——不包括環(huán)流導管中的鋼球數(shù)； ——螺線導程角，常取=5°～8°，則cos≈1。 4.1.3 滾道截面 當螺桿和螺母各由兩條圓弧組成，形成四段圓弧滾道截面時，見圖4.2，鋼球與滾道有四點接觸，傳動時軸向間隙最小，可滿足轉向盤自由行程小的要求。圖中滾道與鋼球之間的間隙，除用來貯存潤滑油之外，還能貯存磨損雜質。為了減少摩擦，螺桿和螺母溝槽的半徑應大于鋼球半徑，一般取 =（0.51～0.53）。 圖4.2 四段圓弧滾道截面 4.1.4 接觸角 鋼球與螺桿滾道接觸點的正壓力方向與螺桿滾道法面軸線間的夾角稱為接觸角，如圖4-2所示。角多取為45°，以使軸向力和徑向力分配均勻。 4.1.5 螺距P和螺旋線導程角αo 轉向盤轉動φ角，對應螺母移動的距離為 （4.2） 式中：——螺紋螺距。 與此同時，齒扇節(jié)圓轉過的弧長等于，相應搖臂軸轉過角，其間關系可表示如下 （4.3） 式中：——齒扇節(jié)圓半徑。 聯(lián)立式（4.2）、式（4.3）得，將對，求導得循環(huán)球式轉向器角傳動比為 （4.4） 由式（4.4）可知，螺距影響轉向器角傳動比的值。在螺距不變的條件下，鋼球直徑越大，圖4.1中的尺寸越小，要求mm。螺距P一般在12～18mm內選取。 4.1.6 工作鋼球圈數(shù)W 多數(shù)情況下，轉向器用