机械制造汽车设计转向模PPT课件

1、第1页/共81页第2页/共81页第3页/共81页第4页/共81页5 第5页/共81页转向系的类型转向系的类型 汽车转向系根据其转向能源的不同，可以分为机械转向系汽车转向系根据其转向能源的不同，可以分为机械转向系和动力转向系两大类型。和动力转向系两大类型。（1）机械转向系）机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源，又称为以驾驶员的体力作为转向能源，又称为人力转向系人力转向系。第6页/共81页第7页/共81页8 比较内比较内容容 循环球循环球蜗杆滚轮蜗杆滚轮蜗杆指销式蜗杆指销式 齿轮齿齿轮齿条式条式死销死销活销活销+高高低低低低较高较高高高-高高低低较高较高较高较高高高I I可变可变基本不变基本不变可

2、变可变可变可变可变可变磨损磨损慢慢慢慢快快较快较快较慢较慢调整调整易易难难易易易易易易可靠性可靠性可靠可靠可靠可靠较差较差较可靠较可靠可靠可靠第8页/共81页9 比较内容比较内容 循环球循环球 蜗杆滚蜗杆滚轮轮蜗杆指销式蜗杆指销式 齿轮齿齿轮齿条式条式死销死销活销活销第9页/共81页10 第10页/共81页 齿轮齿条式转向器的主要齿轮齿条式转向器的主要优点优点：结构简单、紧凑、体积小、质量轻；结构简单、紧凑、体积小、质量轻；传动效率高达传动效率高达90%90%；可自动消除齿间间隙可自动消除齿间间隙( (图图7-17-1所示所示) )；没有转向摇臂和直拉杆，转向轮转角没有转向摇臂和直拉杆，转向轮

3、转角可以增大；可以增大；制造成本低。制造成本低。 齿轮齿条式转向器的主要齿轮齿条式转向器的主要缺点缺点： 逆效率高（逆效率高（60%70%60%70%）。）。 因此，汽车在不平路面上行驶时，发生因此，汽车在不平路面上行驶时，发生在转向轮与路面之间的冲击力，大部分能在转向轮与路面之间的冲击力，大部分能传至转向盘。传至转向盘。 第11页/共81页中间输入，两端输出侧面输入，两端输出侧面输入，中间输出侧面输入，一端输出第12页/共81页侧面输入，侧面输入，中间输出中间输出F从上面看受力图从前面看第13页/共81页圆形断面齿条制圆形断面齿条制作工艺比较简单。作工艺比较简单。V V形和形和Y Y形断面齿

4、形断面齿条与圆形断面比较，条与圆形断面比较，消耗的材料少，故质消耗的材料少，故质量小。量小。 可防止齿条旋可防止齿条旋转。转。第14页/共81页第15页/共81页根据齿轮齿条式转向器和转向梯形相对前轴位置的不同，根据齿轮齿条式转向器和转向梯形相对前轴位置的不同，在汽车上有四种布置形式：转向器位于前轴后方，后置梯形；在汽车上有四种布置形式：转向器位于前轴后方，后置梯形；转向器位于前轴后方，前置梯形；转向器位于前轴前方，后转向器位于前轴后方，前置梯形；转向器位于前轴前方，后置梯形；转向器位于前轴前方，前置梯形。置梯形；转向器位于前轴前方，前置梯形。图7-3 齿轮齿条式转向器的四种布置形式 第16页

5、/共81页第17页/共81页第18页/共81页3 技术要求31 不装人体模块的整备车辆以不装人体模块的整备车辆以48.353.1kmh之间的车速正面撞击障碍壁时，转向柱管和转向轴的上之间的车速正面撞击障碍壁时，转向柱管和转向轴的上端允许沿着平行于汽车纵向中心线的水平方向向后窜动，端允许沿着平行于汽车纵向中心线的水平方向向后窜动，但其窜动量不得大于但其窜动量不得大于127mm（在动态下测量）。（在动态下测量）。32 人体模块以人体模块以24.10+1.2 kmh的速度水平撞击转的速度水平撞击转向盘时，作用在转向盘上的水平力不得大于向盘时，作用在转向盘上的水平力不得大于11123N。二、防伤安全机

6、构方案分析计算二、防伤安全机构方案分析计算第19页/共81页I. 减少转向盘、转向轴的后移减少转向盘、转向轴的后移II.采用吸能的转向盘、转向轴、转向柱管采用吸能的转向盘、转向轴、转向柱管 有关资料分析表明：汽车正面碰撞时，有关资料分析表明：汽车正面碰撞时，转向盘、转向管柱是使驾驶员受伤的主要元件。转向盘、转向管柱是使驾驶员受伤的主要元件。第20页/共81页a、万向节连接转向轴、万向节连接转向轴 不断开，不吸能。不断开，不吸能。结构简单，利于布置，结构简单，利于布置，第21页/共81页b、两段式防伤转向轴、两段式防伤转向轴 断开，吸能少。结构简单，断开，吸能少。结构简单，但是效果可能不理想但是

7、效果可能不理想第22页/共81页 c、联轴套管联轴套管 塑料销钉铆接，轴向滑动管柱，不断塑料销钉铆接，轴向滑动管柱，不断开，吸能。其中开，吸能。其中2为注塑销钉。断开时长为注塑销钉。断开时长度缩短，塑料增大摩擦并吸能。撞后不断度缩短，塑料增大摩擦并吸能。撞后不断开。开。 第23页/共81页d、弹性联轴器弹性联轴器 断开，吸能。结构简单，制造容易，但断开，吸能。结构简单，制造容易，但是弹性垫片会降低转向系统的扭转刚度。是弹性垫片会降低转向系统的扭转刚度。弹性垫片第24页/共81页e、网格状转向吸能管柱、网格状转向吸能管柱 依靠管柱与套管的挤压来吸收冲击能依靠管柱与套管的挤压来吸收冲击能量。设计时

8、选择合适套管间的过盈量，满量。设计时选择合适套管间的过盈量，满足所要求的压紧力。足所要求的压紧力。转向管柱套管第25页/共81页7-3转向系主要性能参数转向系主要性能参数第26页/共81页27 影响转向器正效率的因素有转向器的类型、结构特点、结构参数和制造质量等。 第27页/共81页28 )(00121tgtgPPP第28页/共81页29 00323)(tgtgPPP第29页/共81页30 第30页/共81页31 第31页/共81页/wwokkkiddtdddtd2wphFiF转向盘转动角速度转向盘转动角速度 同侧转向节同侧转向节偏转角速度偏转角速度 不严格的讲，就是转向盘转角与转向轮不严格的

9、讲，就是转向盘转角与转向轮转角之比转角之比转向盘手力转向盘手力两个转向轮阻力和两个转向轮阻力和第32页/共81页iii0ii0ipppwdddtddtdi/kpkpkpdddtddtdi/第33页/共81页aMFrW（7-3） swhhDMF2（7-4） hWpFFi/2aMDMihswrp（7-5） 第34页/共81页如果忽略磨擦损失，根据能量守恒原理，如果忽略磨擦损失，根据能量守恒原理，2 2M Mr r/ /M Mh h可用下式表示可用下式表示 将式将式（7-67-6）代入式代入式（7-57-5）后得到后得到 当当a a和和D Dswsw不变时，力传动比不变时，力传动比 越大，虽然转向越

10、大，虽然转向越轻，但越轻，但 也越大，表明转向不灵敏。也越大，表明转向不灵敏。 02iddMMkhr（7-6） aDiiswp20（7-7） pi0i第35页/共81页3.转向系的角传动比转向系的角传动比转向传动机构角传动比可用转向传动机构角传动比可用 表示以外，还可表示以外，还可以近拟地用转向节臂臂长以近拟地用转向节臂臂长L L2 2与摇臂臂长与摇臂臂长L L1 1之比来表示，之比来表示， n在汽车结构中，在汽车结构中，L L2 2与与L L1 1的比值大约在的比值大约在0.851.10.851.1之间，可近似认为其之间，可近似认为其比值为比值为1 1则则kpddi/120/LLddikpd

11、dii/00i 第36页/共81页aDiiswp20kkkwdddtddtdi/0第37页/共81页原理：原理： 互啮合齿轮的基圆齿互啮合齿轮的基圆齿距必须相等，距必须相等， 即即 Pbl=Pb2 齿轮基圆齿距Pbl=mlcos1齿条基圆齿距 Pb2=m2cos2 mlcos1m2cos2 让齿轮具有标准模数让齿轮具有标准模数m1和标准压力角和标准压力角a1，通过改变不同位，通过改变不同位置处齿条压力角置处齿条压力角2和模数和模数m2变来获得传动比。变来获得传动比。节圆第38页/共81页第39页/共81页对对转向轴荷较小转向轴荷较小，或者安装动力转向或者安装动力转向的车辆的车辆 中间位置传动比

12、大为了高速操纵的稳定性，因为过小中间位置传动比大为了高速操纵的稳定性，因为过小会使车辆反应过于灵敏，很难操纵；传动比大导致路会使车辆反应过于灵敏，很难操纵；传动比大导致路感差；两端小则为满足低速操纵灵敏性。感差；两端小则为满足低速操纵灵敏性。 第40页/共81页第41页/共81页 第42页/共81页要求：间隙中间小，要求：间隙中间小， 两边大。两边大。新新的的磨损后磨损后的的调整过调整过的的第43页/共81页44 第44页/共81页PGfMR313iDLMLFswRh212第45页/共81页46 第五节第五节动力转向机构动力转向机构 动力转向系统则是在驾驶员的控制下，借动力转向系统则是在驾驶员

13、的控制下，借助于汽车发动机产生的液体压力或电动机驱动助于汽车发动机产生的液体压力或电动机驱动力来实现车轮转向。力来实现车轮转向。 第46页/共81页第47页/共81页动力转向动力转向的基本要求动力转向的基本要求GB 17675-1999 汽车转向系汽车转向系 基本要求：基本要求： 不得装用全动力转向机构。不得装用全动力转向机构。 转向系统中的液压、气压或电气部件部分转向系统中的液压、气压或电气部件部分或全部失效后，转向系统必须有控制汽车行或全部失效后，转向系统必须有控制汽车行驶方向的能力。驶方向的能力。 因此，现在的动力转向一般是在原来机械因此，现在的动力转向一般是在原来机械转向系统的基础上添

14、加助力机构实现的，机转向系统的基础上添加助力机构实现的，机械机构用于安全储备械机构用于安全储备第48页/共81页图7-12 动力转向机构布置方案1分配阀 2转向器 3动力缸 第49页/共81页 第50页/共81页ii第51页/共81页图7-13 静特性曲线分段示意图 要求动力转向器向右要求动力转向器向右转和向左转的静特性曲线转和向左转的静特性曲线应对称。对称性可以评价应对称。对称性可以评价滑阀的加工和装配质量。滑阀的加工和装配质量。要求对称性大于要求对称性大于0.850.85。 第52页/共81页液压式动力转向系统的缺点液压式动力转向系统的缺点为此采用为此采用车速感应型车速感应型动力转向机构，

15、有动力转向机构，有电控液压动力电控液压动力转向和电动助力转向转向和电动助力转向系统系统第53页/共81页具有固定放大倍率的动力转向系统的主要缺点具有固定放大倍率的动力转向系统的主要缺点第54页/共81页n是在传统的液压动力转向系统的基础上增是在传统的液压动力转向系统的基础上增设了设了控制液体流量的电磁阀、车速传感器控制液体流量的电磁阀、车速传感器和电子控制单元和电子控制单元等，电子控制单元根据检等，电子控制单元根据检测到的测到的车速车速信号，控制电磁阀，使转向动信号，控制电磁阀，使转向动力放大倍率实现连续可调，从而满足高、力放大倍率实现连续可调，从而满足高、低速时的转向助力要求。低速时的转向助

16、力要求。第55页/共81页电控液压动力转向 EHPS示意图第56页/共81页电控液压动力转向 一种EHPS电动泵第57页/共81页电控液压动力转向 EHPS的车速感应功能EHPS的特性第58页/共81页n液压式电子控制动力转向系统是在传统的液压式电子控制动力转向系统是在传统的液压动力转向系统的基础上增设电子控制液压动力转向系统的基础上增设电子控制装置而构成的。装置而构成的。n根据控制方式的不同，液压式电子控制动根据控制方式的不同，液压式电子控制动力转向系统又可分为力转向系统又可分为流量控制式、油压反流量控制式、油压反馈控制式（反力控制式）、动力缸分流控馈控制式（反力控制式）、动力缸分流控制式和

17、阀特性控制式（阀灵敏度控制式）制式和阀特性控制式（阀灵敏度控制式）几种形式。几种形式。 第59页/共81页 流量控制式动力转向系统流量控制式动力转向系统就是根据车速传感器的信号，就是根据车速传感器的信号，控制电磁阀阀针的开启程度，控制电磁阀阀针的开启程度，从而控制转向动力缸活塞两侧从而控制转向动力缸活塞两侧油室的旁路液压油流量，来改油室的旁路液压油流量，来改变转向盘上的转向力。变转向盘上的转向力。 车速越高，流过电磁阀电车速越高，流过电磁阀电磁线圈的平均电流值越大，电磁线圈的平均电流值越大，电磁阀阀针的开启程度越大，旁磁阀阀针的开启程度越大，旁路液压油流量越大，液压助力路液压油流量越大，液压助

18、力作用越小，使转动转向盘的力作用越小，使转动转向盘的力也随之增加。这就是流量控制也随之增加。这就是流量控制式动力转向系统的工作原理。式动力转向系统的工作原理。 流量控制式流量控制式第60页/共81页电动助力转向系统电动助力转向系统上世纪上世纪80年代开始研制并商品化的电动助年代开始研制并商品化的电动助力转向（力转向（EPS）系统近年来在国内外得到迅）系统近年来在国内外得到迅速发展。速发展。早在1988年，这种转向系统首先装在日本的Suzuki Corvo 助力装置助力装置第61页/共81页电动助力转向系统工作原理工作原理转向轴装转向盘连接转向器第62页/共81页助力转向系统助力转向系统第63页

19、/共81页电动助力转向系统分类转向轴式转向齿轮式 双齿轮式 滚珠丝杠杆式齿条式第64页/共81页-15-10-5051015-30-20-100102030转 向 盘 转 矩 / N m电 动 机 助 力 电 流 / A堵 转 时 不 同 车 速 下 的 助 力 特 性 车 速 0 ， 5， 1 0 ， 2 0 ， 3 0， 40，60， 150 km / h 11.40541.9527 2.53.04733.5946 4主 转 矩 传 感器 输 出 信 号 / V205209243276310344377411444478512545579612646679713747780814818主

20、转 矩 传 感器 输 出 信 号 1 0位 A D转 换 值电动助力转向系统的特点助力特性可以根据车速调节转向盘转矩电动机电流150km/h0km/h第65页/共81页电动助力转向系统的特点助力特性曲线形状可调转向盘转矩电动机电流调节可以采用软件进行，减少开发成本和周期68Nm12 NmP238，要求3）偏大第66页/共81页电动助力转向系统的特点电动助力转向系统的特点节能环保结构紧凑符合汽车的发展方向电动技术含量要求较高，目前国内不成熟助力不能够很大第67页/共81页全电动转向线控转向（Steer-By-Wire）特点：特点：取消了转向盘和转向轮之间的机械连接优点：优点：传动比可调提高主动安

21、全提高被动安全缺点：缺点：技术含量高，成本高，目前处于研究阶段第68页/共81页主动转向主动转向的助力百分比是一定，为了操纵轻便性，主动转向要带有其它助力机构技术含量高，成本高，目前只有极少数高级车应用，比如BMW的一部分车传动比可调主动转向保持了机械连接，具有安全失效的功能第69页/共81页断开点断开点第70页/共81页第71页/共81页第72页/共81页分析前提条件分析前提条件：忽略侧偏角影响的条件下cotcotoiKL两轴汽车转向时，理想的内轮转角i外轮转角o之间的关系为：第73页/共81页实际的内轮转角i与外轮转角o之间的关系为： 式（733）22sin()arcsin()1 2cos()2coscos()cos2 arccos()1 2cos()oioooKKmmKmKKmmKm 第74页/共81页实际的内轮转角i与理想值i不一致中间常用范围内越小越好，两端则可适当放宽要求i与i尽可能小i与i的差值在不同位置不同因此，存在优化问题第75页/共81页目标函数max1()()()()(,00)1%ooiioiioioiioif m 实际上是求代数和代替求积分max1.5 0 10()1.0