第七章 转向系统设计

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1、 第七章第七章 转向系设计转向系设计 第一节 概述 第二节 机械式转向器方案分析 第三节 转向系主要性能参数 第四节 机械式转向器的设计与计算 第五节 动力转向机构 第六节 转向梯形 第七节 转向减振器 第八节 转向系结构元件第七章 转向系设计 第一节 概述 一 设计转向系应满足的要求 1汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转，任何车轮不应有侧滑； 2转向后，转向轮应能自动回正； 3转向轮不得产生自振，转向盘没有摆动； 4转向传动机构和悬架导向机构共同工作时，由于运动不协调使车轮产生的摆动应最小； 5保证汽车有较高的机动性，具有迅速和小转弯行驶能力； 6操纵轻便； 7逆效率低，反冲小；

2、8有消除因磨损而产生间隙的调整机构； 9有防伤装置； 10保证转向盘与转向轮转动方向一致。 操纵轻便性的评价指标： 指标 车型 切向力 N 转向盘半程转动圈数 没有动力转向时 50100 行 驶 中 的 轿车 有动力转向时 2050 20 没有动力转向时 250 货车以va=10km/h 进入 R=12m 圆周行驶 有动力转向时 120 30 二组成 转向系转向器转向传动机构转向盘转向传动轴转向器直拉杆 转向梯形三分类 1转向器 转向器机械转向器动力转向齿轮齿条式循环球式蜗杆滚轮式蜗杆指销式液压式气压式电动式滑阀式转阀式转向传动轴助力齿 条 助 力主动齿轮助力 2转向梯形 转向梯形 整体式 断

3、开式第二节 机械式转向器方案分析一 .机械式转向器方案分析 1.机械式转向器方案分析 蜗杆指销式 形式 特点 齿 轮 齿条式 循环球式 蜗杆滚轮式 死销 旋转销 正效率 + 高(90%) 高(75%85%) 低 低 较高 负效率 - 高(60%70%) 高 低 较高 较高 iw 可变 可变 不可变 可变 可变 蜗杆指销式 形式 特点 齿轮齿条式 循环球式 蜗杆滚轮式 死销 旋转销 磨损 慢 慢 慢 快 慢 调整间隙 容易 容易 困难 容易 容易 工作可靠性 可靠 可靠 可靠 较差 较差 结构 简单 复杂 简单 简单 较复杂 制造工艺 容易 困难 容易 容易 容易 制造精度 不高 高 不高 双销

4、变速比时要求高 用做整体式动力转向 可以 可以 困难 困难 困难 质量 轻* 居中 居中 单销轻、双销重 车轮转角 大 小 小 小 小 *壳体用铝合金 2.齿轮齿条式转向器 1）齿轮齿条式转向器输入齿轮位置与输出特点形式 特点 中间输入 两端输出 侧面输入 两端输出 侧面输入 中间输出 侧面输入 一端输出 备 注 车轮上下跳动时 拉杆摆角 大 大 小 拉杆短 摆角 转向拉杆与悬架系的运动干涉 大 大 小 大 转向器壳体强度 大 大 小 满足总布置要求 不好 较好 较好 应用 平头车 1）齿条断面形状 形状 特点 圆形 V形 Y形 备注 制造工艺 简单 复杂 复杂 材料消耗 多 少 少 约少20

5、% 质量 大 小 小 强度 小 小 大 Y形齿宽宽 齿条自转 能 不能 不能 3） 齿轮齿条式转向器的布置形 (1) 转向器在前轴后方, 后置梯形. (2) 转向器在前轴后方, 前置梯形. (3) 转向器在前轴前方, 前置梯形. (4) 转向器在前轴前方, 后置梯形.二. 防伤安全机构方案分析 交通事故表明:汽车发生碰撞事故,可以是正面、 侧面、追尾等碰撞事故,其中正面碰撞事故 约占 40% 50%。 正面碰撞事故中，驾驶员可能与转向盘、仪表板、转向管柱、挡风玻璃、室内后视镜、遮阳板等发生身体接触，并遭受伤害，严重时会伤及性命，因此采取有效措施保护驾驶员是十分重要的。当前采取的有效措施主要有：

6、安全带、安全气囊、转向系中的防伤安全机构。 有的汽车上述三种措施同时并存（如档次比较高的轿车），有些汽车只有其中的12项（如平头客车只有安全带，货车中当前也很少装气囊）。1、法规要求 1）汽车以48的速度正面同其它物体碰撞的实验中， 转向管柱和转向轴在水平方向的后移量不得大于127mm； 2）在台架试验中用人体模型的驱干以6.7m/s的速度碰撞转向盘时，作用在转向盘上的水平力不得超过11123N（GB115571998）2、防伤安全机构 安全带可以有效地限制乘员前移量。 安全气囊可以在乘员头、胸前部与转向盘（仪表板）之间形成隔离带，缓和冲击，减缓乘员前移量和前移速度。而在驾驶员不可避免的与转向

7、盘发生身体接触时，防伤安全机构可以减轻驾驶员受到伤害的程度。 防伤转向轴 万向节 联接叉 安全联轴套管 弹性联轴器 吸能转向管柱 方案 特点 结 构 简单 简单 简单 简单 复杂 吸 能 不能 不能 能 能 能 零件受载 大 小 大 大 大 制造工艺 简单 简单 简单 简单 复杂 制造精度 不高 不高 不高 不高 高 工作可靠性 可靠 可靠 可靠 可靠 可靠 撞后实现转向 能 不能 能 不能 能 3计算举例 弹性联轴器的弹性垫片强度 式中： a0实际断面宽度 t垫片厚度 垫片帘布层数 k1垫片不同时损坏系数 0.85 k2危险断面边缘帘线完整性被破坏系数0.08 1拉伸应力 1 =5.5N/2

8、 建议: 取为9KN,则用上式可计算a01210kktaFFjZ第三节 转向系主要性能参数 一转向器效率 1.+=（P1-P2）/P1 2.-=（P3-P2）/P3 P1 作用在转向轴上的效率 P2转向器中的磨檫功率 P3作用在转向摇臂轴上的功率 1 + 影响+ 的主要因素： 转向器类型； 转向器的结构特点； 螺线导程角、磨檫角等； 制造与装配质量。 (1) 转向器类型、结构特点与+ 转向摇臂轴轴承形式：滑动轴承 滚针轴承 + 10% + 齿轮齿条式 斜齿齿条90% 循环球式 螺杆螺母指销式 齿条齿扇式 蜗杆指销式 固定销 55% 旋转销 75% 蜗杆滚轮式 针 55% 锥 70% 珠 75%

9、 75%85% + (2) 转向器结构参数与+ 0蜗杆（或螺杆）的螺线导程角； 摩擦角 =t g-1f； f 摩擦因素。 当滚道表面良好，表面硬度为58HRC以上时，=19 分析上式可知： + 与0、有关 0，则 + 070以后， + 缓慢)(tgtg002转向器逆效率- （1） - 的种类 可逆式 易打手，回正性能好 不可逆式 转向系零件受载大，无路感，不能回正 极限可逆式 回正性能、路感、转向系零件受载等均居中 ( 2 )转向器结构参数与- 分析上式可知： - 与0、有关 0，则 - ，且在0=80100以后增加速度大于增加速度。 0不宜大于80100 0时，则得- - 说明不可逆 00t

10、g)(tg二传动比的变化特性1转向系传动比 w 转向盘转动角速度 p摇臂轴转动角速度 k转向节偏转角速度转向系传动比转向系力传动比转向系角传动比转向器角传动比转向传动机构角传动比hwpFFi2kkkw0dddtddtdipppwdddtddtdikpkpkpdddtddtdi2 i p 与 iw0 的关系式 I p =2Fw/ F h 中 T r作用在转向节上的转向阻力矩 T h作用在转向盘上的力矩 a 主销偏移距又 aTFrwswnhDTF2aTDTihswrp02iddTTkhra2Diisw0p 结论： a 则 i p ，转向沉重，为此应减少a a 轿车 （0.40.6）B B轮胎胎面宽

11、度 货车 4060 D sw 与均为定值, i p 又与 iw0 呈正比变化3iw0 又 = 结论： 核心问题是i w0iddiiK i112llddKPii04 i w 及其变化规律 （1）分析 式可知：iw0 （ i w ）即 由 可知 F h , 转向“轻便”。（2） dk 与 iw0 （ i w ）成反比，转 向“不灵” 解决“轻”与“灵”的矛盾，可以采用变速比转向器。 齿轮齿条式转向器变速比工作原理如下： 一对相互啮合齿轮的基本条件是基圆齿距相等，即： 其中齿轮基圆齿距 齿条基圆齿距 a2Diisw0phWpFFi2Kddi021bbPP111cosmPb222cosmPb 当齿轮用