转向系设计资料

1、第十章第十章 转向系设计转向系设计第十章第十章 转向系设计转向系设计 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 机械式转向器方案分析机械式转向器方案分析 第三节第三节 转向系主要性能参数转向系主要性能参数 第四节第四节 机械式转向器的设计计算机械式转向器的设计计算 第五节第五节 动力转向机构设计动力转向机构设计 第六节第六节 转向梯形设计转向梯形设计10-110-1 概述概述 汽车转向系的功用：汽车转向系的功用：汽车转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构。 在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。汽车转向系的形式和组成汽车转向系的形式和组成：汽车转向机构分为机械转向和动力转向两种形

2、式。机械转向主要是由转向盘、转向器和转向传动机构等组成，动力转向还包括动力系统。机械转向是依靠驾驶员的手力转动转向盘，经转向器和转向传动机构使转向轮偏转。动力转向是在机械转向的基础上，加装动力系统，并借助此系统来减轻驾驶员的手力。 机械转向系统机械转向系统 转向系的设计要求：转向系的设计要求： 1 1）汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转。）汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转。2 2）转向灵敏，最小转弯半径小。）转向灵敏，最小转弯半径小。3 3）转向轮传给转向盘的反冲力要尽可能小。）转向轮传给转向盘的反冲力要尽可能小。4 4）在行驶状态下，转向轮不得产生自振，转向盘没有摆动。

3、）在行驶状态下，转向轮不得产生自振，转向盘没有摆动。5 5）转向传动机构和悬架导向装置产生的运动不协调，应使）转向传动机构和悬架导向装置产生的运动不协调，应使 车轮产生的摆动最小。车轮产生的摆动最小。6 6）操纵轻便。）操纵轻便。 7 7）转向轮具有自动回正能力。）转向轮具有自动回正能力。 8 8）转向器和转向传动机构中应有间隙调整机构。）转向器和转向传动机构中应有间隙调整机构。9 9）转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。）转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。1010）转向盘转动方向与汽车行驶方向的改变相一致。）转向盘转动方向与汽车行驶方向的改变相一致。正确设计转向正确设计

4、转向梯形机构梯形机构，可以保证汽车转弯行驶时，全部，可以保证汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转。车轮应绕瞬时转向中心旋转。转向系中设置有转向系中设置有转向减振器转向减振器时，能够防止转向轮产生自振，时，能够防止转向轮产生自振，同时又能使传到转向盘上的反冲力明显降低。同时又能使传到转向盘上的反冲力明显降低。 为了使汽车具有良好的为了使汽车具有良好的机动性能机动性能，必须使转向轮有尽可能，必须使转向轮有尽可能大的转角，其最小转弯半径能达到汽车轴距的大的转角，其最小转弯半径能达到汽车轴距的22.5倍。倍。转向转向操纵的轻便性操纵的轻便性通常用转向时驾驶员作用在转向盘上的通常用转向时驾驶员作

5、用在转向盘上的切向力大小和转向盘转动圈数多少两项指标来评价。切向力大小和转向盘转动圈数多少两项指标来评价。 轿车轿车 货车货车机械转向机械转向 50100N 250N动力转向动力转向 2050N 120N轿车转向盘从中间位置转到每一端的圈数不得超过轿车转向盘从中间位置转到每一端的圈数不得超过2.0圈，圈，货车则要求不超过货车则要求不超过3.0圈。圈。 10-2 10-2 机械式转向器方案分析机械式转向器方案分析 根据机械式转向器结构特点 齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器循环球式转向器循环球式转向器蜗杆滚轮式转向器蜗杆滚轮式转向器蜗杆指销式转向器等蜗杆指销式转向器等 一、机械式转向器方案分析一、

6、机械式转向器方案分析 1.齿轮齿条式齿轮齿条式 齿轮齿条式转向器的主要优点是：齿轮齿条式转向器的主要优点是：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%；可自动消除齿；可自动消除齿间间隙间间隙(图所示图所示)；没有转向摇臂和；没有转向摇臂和直拉杆，转向轮转角可以增大；制直拉杆，转向轮转角可以增大；制造成本低。造成本低。 齿轮齿条式转向器的主要缺点是：齿轮齿条式转向器的主要缺点是：逆效率高（逆效率高（60%-70%）。因此，汽）。因此，汽车在不平路面上行驶时，发生在转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，大部分向轮与路面之间的冲击

7、力，大部分能传至转向盘。能传至转向盘。 根据输入齿轮位置和输出特点不同根据输入齿轮位置和输出特点不同，齿轮齿条式转向器，齿轮齿条式转向器有四种形式：中间输入，两端输出（图有四种形式：中间输入，两端输出（图a a）；侧面输入，两端）；侧面输入，两端输出（图输出（图b b）；侧面输入，中间输出（图）；侧面输入，中间输出（图c c）；侧面输入，一端）；侧面输入，一端输出（图输出（图d d）。）。齿轮齿条式转向器的四种形式齿轮齿条式转向器的四种形式 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

8、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，后置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，见图。梯形；转向器位于前轴前方，前置梯形，见图。 齿轮齿条式转向器的四种布置形式齿轮齿条式转向器的四种布置形式 2. 循环球式 循环球式转向器由螺杆和螺母共同循环球式转向器由螺杆和螺母共同形成的螺旋槽内装有钢球构成的传动形成的螺旋槽内装有钢球构成的传动副，以及螺母上齿条与摇臂轴上齿扇副，以及螺母上齿条与摇臂轴上齿扇构成的传动副组成，如图所示。构成的传动副组成，如图所示。循环球式转向器的优点是：传动效循

9、环球式转向器的优点是：传动效率可达到率可达到75%-85%；工作平稳可靠；工作平稳可靠；齿条和齿扇之间的间隙调整容易；适齿条和齿扇之间的间隙调整容易；适合用来做整体式动力转向器。合用来做整体式动力转向器。 循环球式转向器的主要缺点是：逆循环球式转向器的主要缺点是：逆效率高，结构复杂，制造困难，制造效率高，结构复杂，制造困难，制造精度要求高。精度要求高。循环球式转向器循环球式转向器 循环球式转向器的间隙调整机构循环球式转向器的间隙调整机构 3. 3. 蜗杆滚轮式、蜗杆指销式蜗杆滚轮式、蜗杆指销式 蜗杆滚轮式蜗杆滚轮式转向器由蜗杆和滚轮啮合而构成。主要优点是：结构转向器由蜗杆和滚轮啮合而构成。主要

10、优点是：结构简单；制造容易；强度比较高、工作可靠、寿命长；逆效率低。主要简单；制造容易；强度比较高、工作可靠、寿命长；逆效率低。主要缺点是：正效率低；调整啮合间隙比较困难；传动比不能变化。缺点是：正效率低；调整啮合间隙比较困难；传动比不能变化。 蜗杆指销式蜗杆指销式转向器有固定销式和旋转销式两种形式。根据销子数转向器有固定销式和旋转销式两种形式。根据销子数量不同，又有单销和双销之分。量不同，又有单销和双销之分。蜗杆指销式转向器的优点是：传动比可以做成不变的或者变化的；蜗杆指销式转向器的优点是：传动比可以做成不变的或者变化的；工作面间隙调整容易。工作面间隙调整容易。固定销式转向器的结构简单、制造

11、容易。但销子的工作部位磨损固定销式转向器的结构简单、制造容易。但销子的工作部位磨损快、工作效率低。旋转销式转向器的效率高、磨损慢，但结构复杂。快、工作效率低。旋转销式转向器的效率高、磨损慢，但结构复杂。要求摇臂轴有较大的转角时，应采用双销式结构。双销式转向器要求摇臂轴有较大的转角时，应采用双销式结构。双销式转向器的结构复杂、尺寸和质量大，并且对两主销间的位置精度、螺纹槽的的结构复杂、尺寸和质量大，并且对两主销间的位置精度、螺纹槽的形状及尺寸精度等要求高。此外，传动比的变化特性和传动间隙特性形状及尺寸精度等要求高。此外，传动比的变化特性和传动间隙特性的变化受限制。的变化受限制。蜗杆滚轮式和蜗杆指

12、销式转向器应用较少。蜗杆滚轮式和蜗杆指销式转向器应用较少。 二、转向盘的尺寸及布置二、转向盘的尺寸及布置 转向盘有轮毂、轮缘和轮辐组成。转向盘有轮毂、轮缘和轮辐组成。若采用若采用大直径大直径转向盘，会使驾驶人员进出驾驶室感到困难；转向盘，会使驾驶人员进出驾驶室感到困难； 若采用若采用小直径小直径转向盘，则在转向时要求驾驶人员施加较大的转向盘，则在转向时要求驾驶人员施加较大的力量。力量。 转向盘转向盘布置过高布置过高会影响人对道路和仪表盘的视野；会影响人对道路和仪表盘的视野；转向盘转向盘布置过低布置过低，则在操纵离合器、制动踏板时影响驾驶人，则在操纵离合器、制动踏板时影响驾驶人员腿部的动作。员腿

13、部的动作。在选择转向盘直径时，应考虑与在选择转向盘直径时，应考虑与汽车的类型和大小汽车的类型和大小相适应。相适应。 乘用车、小型客车、小型商用车的转向盘直径参考直径为乘用车、小型客车、小型商用车的转向盘直径参考直径为400mm；中型客车、中型商用车的转向盘参考直径为中型客车、中型商用车的转向盘参考直径为450mm或者或者500mm；大型客车和大型商用车的转向盘的参考直径为大型客车和大型商用车的转向盘的参考直径为550mm。 三、防伤安全机构方案分析与计算三、防伤安全机构方案分析与计算 有关资料分析表明有关资料分析表明：汽车正面碰撞时，转向盘、转向管柱：汽车正面碰撞时，转向盘、转向管柱是使驾驶员

14、受伤的主要元件。是使驾驶员受伤的主要元件。有关零件在撞击时产生塑性变形、弹性变形或是利用摩擦有关零件在撞击时产生塑性变形、弹性变形或是利用摩擦等来吸收冲击能量，能防止或者减轻驾驶员受伤。等来吸收冲击能量，能防止或者减轻驾驶员受伤。 防伤转向传动轴简图 措施一：措施一：转向传动轴采用万向节连接转向传动轴采用万向节连接，并且布置合理，便可防，并且布置合理，便可防止转向盘向驾驶室内移动，危及驾驶员安全。如图所示。止转向盘向驾驶室内移动，危及驾驶员安全。如图所示。措施二：措施二：转向轴分为两段转向轴分为两段，上转向轴的下端与下转向轴，上转向轴的下端与下转向轴上端通过两个圆头圆柱销相连。在受到一定数值的

15、轴向力时，上端通过两个圆头圆柱销相连。在受到一定数值的轴向力时，上、下转向轴能自动脱开，以保证驾驶员的安全。上、下转向轴能自动脱开，以保证驾驶员的安全。 措施三：措施三：弹性联轴器式防伤机构弹性联轴器式防伤机构 ，弹性垫片的轴向变形，弹性垫片的轴向变形可以缓和冲击力并允许上、下转向轴相对移动。可以缓和冲击力并允许上、下转向轴相对移动。措施四：措施四：吸能转向管柱 安全联轴套管安全联轴套管1 1套管套管 2 2塑料销钉塑料销钉 3 3轴轴 10-310-3 转向系主要性能参数转向系主要性能参数 10.3.1 转向系传动比转向系传动比转向系的传动比包括转向系转向系的传动比包括转向系角传动比角传动比

16、和转向系和转向系转矩传动比转矩传动比。 1转向系角传动比 定义：转向盘转角增量与两侧转向节转角的相应增量的平均值定义：转向盘转角增量与两侧转向节转角的相应增量的平均值之比。之比。 hLR2i 10-310-3 转向系主要性能参数转向系主要性能参数 转向器角传动比转向器角传动比： 转向盘转角增量与摇臂轴转角的相应增量之比转向盘转角增量与摇臂轴转角的相应增量之比 h0pihp12trh0p2rit齿轮齿条式转向器没有转向器角传动比，仅有齿条增益齿轮齿条式转向器没有转向器角传动比，仅有齿条增益C Cf f 循环球式转向器 fhdCn10-310-3 转向系主要性能参数转向系主要性能参数 转向传动机构

17、角传动比转向传动机构角传动比：转向摇臂轴转角的增量，与两侧转向：转向摇臂轴转角的增量，与两侧转向节转角的相应增量的平均值之比节转角的相应增量的平均值之比 pLLR2i 转向器与转向传动机构角传动比的乘积就是转向器与转向传动机构角传动比的乘积就是转向系的角传动比转向系的角传动比 0 Lii i在使用整体式转向器在使用整体式转向器(循环球式、曲柄指销式、蜗轮蜗杆式循环球式、曲柄指销式、蜗轮蜗杆式)的的转向系中，转向传动机构的角传动比转向系中，转向传动机构的角传动比大约在大约在0.851.1之间，之间，可以粗略认为是可以粗略认为是1。 0 L0ii ii10-310-3 转向系主要性能参数转向系主要

18、性能参数 2转向系转矩传动比转向系转矩传动比 定义为 RtTSGSLhTiiT 在实用中在实用中，转向器的转矩传动比定义为，转向器的转矩传动比定义为 pT00SGhTiiT10-310-3 转向系主要性能参数转向系主要性能参数 3转向器角传动比的变化规律转向器角传动比的变化规律 对于一定的转向盘角速度，转向轮偏转角速度与转向器对于一定的转向盘角速度，转向轮偏转角速度与转向器角度传动比在反比。角传动比增加后，转向轮偏转角速度对角度传动比在反比。角传动比增加后，转向轮偏转角速度对转向盘角速度的响应变得迟钝，汽车转向灵敏性降低。转向盘角速度的响应变得迟钝，汽车转向灵敏性降低。 所以所以“轻轻”和和“

19、灵灵”构成一对矛盾。构成一对矛盾。 如何解决？如何解决？ 在采用机械转向系统的情况下，增大转向器角传动比，可在采用机械转向系统的情况下，增大转向器角传动比，可以减小驾驶员转动方向盘的力，使操纵轻便；以减小驾驶员转动方向盘的力，使操纵轻便； 为解决这对矛盾，通常采用为解决这对矛盾，通常采用变速比转向器变速比转向器。 1) 齿轮齿条式变速比转向器齿轮齿条式变速比转向器 2) 循环球齿条齿扇式变速比转向器循环球齿条齿扇式变速比转向器 10-310-3 转向系主要性能参数转向系主要性能参数 3转向器角传动比的变化规律转向器角传动比的变化规律 1) 齿轮齿条式变速比转向器 两齿轮正确啮合的条件?1122

20、coscosmm 一般是采用一个变位小齿轮一般是采用一个变位小齿轮(其各齿形状完全相同其各齿形状完全相同)与一个与一个变模数、变压力角的齿条相啮合，实现变速比传动。变模数、变压力角的齿条相啮合，实现变速比传动。 在齿条变模数和压力角时，只要这个公式得到满足，就可在齿条变模数和压力角时，只要这个公式得到满足，就可以保证齿轮和齿条正确啮合。以保证齿轮和齿条正确啮合。 小齿轮的节圆直径越小，其转动一定圈数齿条的移动距离小齿轮的节圆直径越小，其转动一定圈数齿条的移动距离越小，速比越大。越小，速比越大。 b2cosdd10-310-3 转向系主要性能参数转向系主要性能参数 3转向器角传动比的变化规律转向

21、器角传动比的变化规律 变速比齿条的齿面不再是一个平面。现代齿轮齿条式转向器变速比齿条的齿面不再是一个平面。现代齿轮齿条式转向器一般都采用螺旋齿轮传动，其变速比齿条的表面是复杂的曲面一般都采用螺旋齿轮传动，其变速比齿条的表面是复杂的曲面 10-310-3 转向系主要性能参数转向系主要性能参数 3转向器角传动比的变化规律转向器角传动比的变化规律 2) 循环球齿条齿扇式变速比转向器循环球齿条齿扇式变速比转向器 循环球齿条齿扇式转向器的角传动比循环球齿条齿扇式转向器的角传动比02rit设计原理设计原理 转向器角传动比与齿扇啮合半径成正比，与螺杆螺距成转向器角传动比与齿扇啮合半径成正比，与螺杆螺距成反比

22、。一般都是将螺距做成固定的，通过改变齿扇啮合半径反比。一般都是将螺距做成固定的，通过改变齿扇啮合半径的方法来实现变速比。的方法来实现变速比。 当转向摇臂轴离开中间位置以后，随转角的变化使齿扇与当转向摇臂轴离开中间位置以后，随转角的变化使齿扇与齿条啮合的工作半径也发生变化，从而改变角传动比。齿条啮合的工作半径也发生变化，从而改变角传动比。 10-310-3 转向系主要性能参数转向系主要性能参数 3转向器角传动比的变化规律转向器角传动比的变化规律 在采用机械转向系统的情况下，在采用机械转向系统的情况下，主要是解决转向操纵的轻便性问题。主要是解决转向操纵的轻便性问题。由于转向阻力矩一般随车轮转角的增

23、由于转向阻力矩一般随车轮转角的增大而增大，故转向器的理想角传动比大而增大，故转向器的理想角传动比也应该随转向盘转角增大而增大。也应该随转向盘转角增大而增大。 在采用变速比动力转向系统的情在采用变速比动力转向系统的情况下，典型的速比变化特性是转向盘况下，典型的速比变化特性是转向盘在中间位置时的转向器角传动比较大，在中间位置时的转向器角传动比较大，是由高速操纵性决定的。在低速行驶、是由高速操纵性决定的。在低速行驶、大转角转向时，速比小，以使驾驶员大转角转向时，速比小，以使驾驶员为获得前轮的最大转向角所需要转动为获得前轮的最大转向角所需要转动转向盘的圈数尽可能少。转向盘的圈数尽可能少。 传动副的传动

24、间隙在转向盘处于中间及其附近位置时要极传动副的传动间隙在转向盘处于中间及其附近位置时要极小，最好无间隙。若转向器传动副存在传动间隙，一旦转向轮小，最好无间隙。若转向器传动副存在传动间隙，一旦转向轮受到侧向力作用，车轮将偏离原行驶位置，使汽车失去稳定。受到侧向力作用，车轮将偏离原行驶位置，使汽车失去稳定。10.3.2 转向器传动副的传动间隙转向器传动副的传动间隙t 1 1转向器传动间隙特性转向器传动间隙特性 传动间隙传动间隙是指各种转向器中传动副之间的间隙。是指各种转向器中传动副之间的间隙。该间隙随转向盘转角的大小不同而改变，并把这种变化关系称该间隙随转向盘转角的大小不同而改变，并把这种变化关系

25、称为为转向器传动副传动间隙特性转向器传动副传动间隙特性。研究该特性的意义研究该特性的意义在于它与直线行驶的稳定性和转向器的使用在于它与直线行驶的稳定性和转向器的使用寿命有关。寿命有关。10.3.2 10.3.2 转向器传动副的传动间隙转向器传动副的传动间隙t t 转向器传动副转向器传动副传动间隙特性传动间隙特性 传动副在中间及其附近位置因使用频繁，磨损速度要比两传动副在中间及其附近位置因使用频繁，磨损速度要比两端快。在中间附近位置因磨损造成的间隙过大时，必须经调整端快。在中间附近位置因磨损造成的间隙过大时，必须经调整消除该处间隙。消除该处间隙。 为此，传动副传动间隙特性应当设计成下图所示的逐渐

26、加为此，传动副传动间隙特性应当设计成下图所示的逐渐加大的形状。大的形状。 10.3.2 10.3.2 转向器传动副的传动间隙转向器传动副的传动间隙t t 2. 2. 如何获得传动间隙特性如何获得传动间隙特性 循环球式转向器的齿条齿扇传动副的传动间隙特性，可通过循环球式转向器的齿条齿扇传动副的传动间隙特性，可通过将齿扇齿做成不同厚度将齿扇齿做成不同厚度来获取必要的传动间隙。来获取必要的传动间隙。 即将中间齿设计成正常齿厚，从靠近中间齿的两侧齿到离开即将中间齿设计成正常齿厚，从靠近中间齿的两侧齿到离开中间齿最远的齿，其厚度依次递减。中间齿最远的齿，其厚度依次递减。 2222dpp12tancosc

27、ostRnnRn 10.3.2 10.3.2 转向器传动副的传动间隙转向器传动副的传动间隙t t 2. 2. 如何获得传动间隙特性如何获得传动间隙特性 2222dpp12tancoscostRnnRn 一、转向器的正效率一、转向器的正效率10.3.3 10.3.3 转向器的效率转向器的效率 转向器的正效率表征的是功率从转向器的正效率表征的是功率从转向盘转向盘到到车轮车轮时的传递特性。时的传递特性。 h 0SGpT iTpSGh 0TT i。转向器正效率的另一种表达式转向器正效率的另一种表达式 pppppSGh 0phhhTTPT iTP提高转向器正效率有助于减小驾驶员向转向盘上施加的转向力！提

28、高转向器正效率有助于减小驾驶员向转向盘上施加的转向力！ 二、转向器的逆效率二、转向器的逆效率 10.3.3 转向器的效率转向器的效率 转向器的逆效率表征的是功率从转向器的逆效率表征的是功率从车轮车轮到到转向盘转向盘时的传递特性。时的传递特性。 。转向器逆效率的另一种表达式转向器逆效率的另一种表达式 h 0pSGT iTh 0SGpT iTh 0phhhSGpppppT iTPTTP可逆式、不可逆式和极限可逆式转向器可逆式、不可逆式和极限可逆式转向器可逆式转向器：可逆式转向器：转向器具有一定逆效率，以保证转向轮和转向器具有一定逆效率，以保证转向轮和转向盘的自动返回能力。但为了减小传至转向盘上的路

29、面冲击转向盘的自动返回能力。但为了减小传至转向盘上的路面冲击力，防止打手，又要求此逆效率尽可能低。力，防止打手，又要求此逆效率尽可能低。不可逆式转向器不可逆式转向器: :是指车轮受到的冲击力不能传到转向盘的是指车轮受到的冲击力不能传到转向盘的转向器。该冲击力转向传动机构的零件承受，因而这些零件容转向器。该冲击力转向传动机构的零件承受，因而这些零件容易损坏。同时，它既不能保证车轮自动回正，驾驶员又缺乏路易损坏。同时，它既不能保证车轮自动回正，驾驶员又缺乏路面感觉，因此，现代汽车不采用这种转向器。面感觉，因此，现代汽车不采用这种转向器。极限可逆式转向器极限可逆式转向器: :介于可逆式与不可逆式转向

30、器两者之间。介于可逆式与不可逆式转向器两者之间。在车轮受到冲击力作用时，此力只有较小一部分传至转向盘。在车轮受到冲击力作用时，此力只有较小一部分传至转向盘。影响转向器效率的因素影响转向器效率的因素有转向器的类型、结构特点、结有转向器的类型、结构特点、结构参数和制造质量等。构参数和制造质量等。 （1）转向器类型与效率）转向器类型与效率 在四种转向器中，齿轮齿条式、循环球式转向器的正效在四种转向器中，齿轮齿条式、循环球式转向器的正效率比较高。率比较高。循环球式转向器以滚动摩擦代替滑动摩擦，效率较高，效率可以高循环球式转向器以滚动摩擦代替滑动摩擦，效率较高，效率可以高达达85%，一般在，一般在75%

31、85%之间。之间。齿轮齿条式转向器的效率更高，因为只有一对传动副。齿轮齿条式转向器的效率更高，因为只有一对传动副。蜗杆滚轮式转向器的正效率蜗杆滚轮式转向器的正效率54%75%，逆效率，逆效率54%60%。蜗杆指销式转向器的正效率蜗杆指销式转向器的正效率75%，逆效率，逆效率60%。转向器的效率除了与设计有关以外，与制造质量也关系密切。转向器的效率除了与设计有关以外，与制造质量也关系密切。 10.3.4 影响转向器正效率的因素影响转向器正效率的因素（2 2）转向器的结构参数与效率）转向器的结构参数与效率 如果忽略轴承和其经地方的摩擦损失，只考虑啮合副的如果忽略轴承和其经地方的摩擦损失，只考虑啮合

32、副的摩擦损失，对于蜗杆和螺杆类转向器，其正效率可用下式计算摩擦损失，对于蜗杆和螺杆类转向器，其正效率可用下式计算其逆效率可表示为其逆效率可表示为 00tantanSG00tantanSG导程角导程角(螺线升角螺线升角)增大，使正、逆效率都增大。所以，应该选增大，使正、逆效率都增大。所以，应该选一个合适值，使正、逆效率达到综合平衡。一个合适值，使正、逆效率达到综合平衡。 一一 转向器计算载荷的确定转向器计算载荷的确定 转动转向轮转动转向轮要克服的阻力？要克服的阻力？pGfMR313SGswRhiDLMLF021210-4 10-4 机械式转向器的设计计算机械式转向器的设计计算 计算汽车在沥青或者

33、混凝土跨面上的原地转向阻力矩计算汽车在沥青或者混凝土跨面上的原地转向阻力矩M MR R的半径经验公式的半径经验公式作用在转向盘上的手力为作用在转向盘上的手力为? ?驾驶员作用在转向盘上的最大瞬时力为驾驶员作用在转向盘上的最大瞬时力为700N700N。 转向轮绕主销转动的阻力转向轮绕主销转动的阻力车轮稳定阻力车轮稳定阻力轮胎变形阻力轮胎变形阻力转向系中的内摩擦阻力等。转向系中的内摩擦阻力等。 二二 齿轮齿条式转向器的设计齿轮齿条式转向器的设计 10-4 10-4 机械式转向器的设计计算机械式转向器的设计计算 齿轮齿条式转向器的齿轮多数采用齿轮齿条式转向器的齿轮多数采用斜齿圆柱齿轮斜齿圆柱齿轮，齿

34、，齿轮模数取值范围多在轮模数取值范围多在23mm之间。之间。 主动小齿轮齿数多数在主动小齿轮齿数多数在57个齿范围变化，压力角取个齿范围变化，压力角取20，齿轮螺旋角取值范围多为，齿轮螺旋角取值范围多为915。 齿条齿数应根据转向轮达到最大偏转角时，相应的齿条齿条齿数应根据转向轮达到最大偏转角时，相应的齿条移动行程应达到的值来确定。移动行程应达到的值来确定。 变速比的齿条压力角，对现有结构在变速比的齿条压力角，对现有结构在1235范围内范围内变化。变化。 应验算齿轮的应验算齿轮的抗弯强度抗弯强度和和接触强度接触强度。 三三 循环球式转向器的设计循环球式转向器的设计 10-4 10-4 机械式转

35、向器的设计计算机械式转向器的设计计算 1 1主要尺寸参数的选择主要尺寸参数的选择 1) 螺杆、钢球、螺母传动副螺杆、钢球、螺母传动副 三三 循环球式转向器的设计循环球式转向器的设计 1主要尺寸参数的选择主要尺寸参数的选择 1) 螺杆、钢球、螺母传动副螺杆、钢球、螺母传动副 (1) 钢球中心距钢球中心距D、螺杆外径、螺杆外径D1、螺母内径螺母内径D2 D 对转向器结构尺寸和强度有影响。在保证足够的强度条对转向器结构尺寸和强度有影响。在保证足够的强度条件下，尽可能将件下，尽可能将D值取小些。值取小些。 (2) 钢球直径钢球直径d和数量和数量n 钢球直径尺寸钢球直径尺寸d 取得大能提高承载能力，同时

36、螺杆和螺母取得大能提高承载能力，同时螺杆和螺母传动机构和转向器的尺寸也随之增大。传动机构和转向器的尺寸也随之增大。 增加钢球数量增加钢球数量n，能提高承载能力，但使钢球流动性变坏，能提高承载能力，但使钢球流动性变坏，从而使传动效率降低。，从而使传动效率降低。 每个环路中的钢球数每个环路中的钢球数 0cosDWnd三三 循环球式转向器的设计循环球式转向器的设计 1主要尺寸参数的选择主要尺寸参数的选择 (3)滚道截面滚道截面 螺杆和螺母各由两条圆弧组螺杆和螺母各由两条圆弧组成，形成四段圆弧滚道截面。成，形成四段圆弧滚道截面。钢球与滚道有四点接触钢球与滚道有四点接触 为了减少摩擦，螺杆和螺母沟槽为了

37、减少摩擦，螺杆和螺母沟槽的半径应大于钢球半径的半径应大于钢球半径d/2，一般取，一般取 dR)53. 051. 0(2(4) 接触角接触角 多取为多取为45，以使轴向力和径向力分配均匀。，以使轴向力和径向力分配均匀。 三三 循环球式转向器的设计循环球式转向器的设计 1主要尺寸参数的选择主要尺寸参数的选择 1) 螺杆、钢球、螺母传动副 (5) 螺距P和螺旋线导程角 2riP螺距螺距P P 影响转向器角传动比的值。螺距影响转向器角传动比的值。螺距P P一般在一般在12121818内选取。内选取。 (6) 工作钢球圈数 W 多数情况下，转向器用两个环路，而每个环路的工作钢球多数情况下，转向器用两个环

38、路，而每个环路的工作钢球圈数圈数W又与接触强度有关：增加工作钢球总数，能降低接触应又与接触强度有关：增加工作钢球总数，能降低接触应力，提高承载能力；但钢球受力不均匀、螺杆增长而使刚度降力，提高承载能力；但钢球受力不均匀、螺杆增长而使刚度降低。工作钢球圈数有低。工作钢球圈数有1.5和和2.5圈两种。圈两种。 三三 循环球式转向器的设计循环球式转向器的设计 1主要尺寸参数的选择主要尺寸参数的选择 2) 齿条、齿扇传动副设计(看一下) 变厚齿扇变厚齿扇 三三 循环球式转向器的设计循环球式转向器的设计 2循环球式转向器零件强度计算循环球式转向器零件强度计算 1) 钢球与滚道之间的接触应力 223232

39、2F ERrkR r230coscosFFn21/1/2ArR11/1/2BrR三三 循环球式转向器的设计循环球式转向器的设计 2循环球式转向器零件强度计算循环球式转向器零件强度计算 2) 齿的齿的弯曲应力弯曲应力 w26Fhbs3) 转向摇臂轴直径的确定转向摇臂轴直径的确定 R300.2KMd10-510-5 动力转向机构动力转向机构 一、对动力转向机构的要求一、对动力转向机构的要求 1 1）“运动学运动学”上应保持转向轮转角和转向盘的转角之间保持一定的比上应保持转向轮转角和转向盘的转角之间保持一定的比例关系。例关系。2 2）随着转向轮阻力的增大（或减小），作用在转向盘上手力必须增大）随着转

40、向轮阻力的增大（或减小），作用在转向盘上手力必须增大（或减小），称之为（或减小），称之为“路感路感”。3 3）当作用在转向盘上的切向力）当作用在转向盘上的切向力F Fh h2525190N190N时时( (因汽车形式不同而异因汽车形式不同而异) )，动力转向器就应开始工作。动力转向器就应开始工作。4 4）转向盘应自动回正。）转向盘应自动回正。 5 5）工作灵敏。）工作灵敏。 6 6）动力转向失灵时，仍能用机械系统操纵车轮转向。）动力转向失灵时，仍能用机械系统操纵车轮转向。7 7）密封性能好，内、外泄漏少。）密封性能好，内、外泄漏少。汽车采用动力转向机构是为了提高操纵的轻便性和行驶安全性。汽车采

41、用动力转向机构是为了提高操纵的轻便性和行驶安全性。中级以上轿车，采用或者可供选装动力转向器的逐渐增多。转向轴轴中级以上轿车，采用或者可供选装动力转向器的逐渐增多。转向轴轴载质量超过载质量超过2.5t2.5t的货车可以采用动力转向，当超过的货车可以采用动力转向，当超过4t4t时应该采动力转向。时应该采动力转向。 二、液压动力转向机构布置方案分析二、液压动力转向机构布置方案分析 液压式动力转向机构是由分配阀、转向器、动力缸、液压泵、贮油罐液压式动力转向机构是由分配阀、转向器、动力缸、液压泵、贮油罐和油管等组成。和油管等组成。 根据分配阀、转向器和动力缸三者相互位置的不同，它分为根据分配阀、转向器和

42、动力缸三者相互位置的不同，它分为整体式整体式和和分置式分置式两类。两类。 分置式按分配阀所在位置不同又分为：联阀式（图分置式按分配阀所在位置不同又分为：联阀式（图b b）、）、连杆式（图连杆式（图c c ）和）和 半分置式（图半分置式（图d d ）。）。动力转向机构布置方案1分配阀 2转向器 3动力缸 在分析比较动力转向机构布置方案时，要考虑以下几个方在分析比较动力转向机构布置方案时，要考虑以下几个方面：面： 1 1）结构上是否紧凑；）结构上是否紧凑； 2 2）转向器主要零件是否承受由动力缸建立起来的载荷；）转向器主要零件是否承受由动力缸建立起来的载荷； 3 3）拆装转向器是否容易；）拆装转向

43、器是否容易； 4 4）管路，特别是软管的管路长短；）管路，特别是软管的管路长短； 5 5）转向轮在侧向力作用下是否容易产生摆振；）转向轮在侧向力作用下是否容易产生摆振； 6 6）能不能采用典型转向器等方面。）能不能采用典型转向器等方面。 分配阀分配阀有两种结构方案：分配阀中的阀与阀体以轴向移动方有两种结构方案：分配阀中的阀与阀体以轴向移动方式来控制油路的称为式来控制油路的称为滑阀式滑阀式，以旋转运动来控制油路的称为，以旋转运动来控制油路的称为转阀式转阀式。 三、液压式动力转向机构的计算三、液压式动力转向机构的计算 1动力缸尺寸计算动力缸尺寸计算 动力缸的主要尺寸有动力缸的主要尺寸有动力缸内径动

44、力缸内径、活塞行程活塞行程、活塞杆直径活塞杆直径和和动力缸壳体动力缸壳体壁厚壁厚等。等。 1动力缸尺寸计算 11F LFL1动力缸尺寸计算 11F LFLFpS11FLSpL22p4SDd211p4FLDdpL动力缸内径动力缸内径 活塞行程活塞行程是车轮转至最大转角时，由直拉杆的移动置换到活塞杆处的移动量得到的。 活塞移到两端极限位置，还要留有一定间隙。 1动力缸尺寸计算 活塞厚度活塞厚度可取为0.3BD。 动力缸的最大长度动力缸的最大长度 1100.5 0.60.3sDDs动力缸壳体壁厚动力缸壳体壁厚根据计算轴向平面拉应力来确定 2Tz24DpnDtt2分配滑阀参数的选择 。 分配滑阀的主要

45、参数有滑阀直径，预开隙、密封长度和滑阀总移动距离 上述参数影响分配阀的泄漏量、液流速度和转向灵敏度。 3212rp dQe 321.38 10pv 3分配阀的回位弹簧 四、动力转向器的评价指标四、动力转向器的评价指标 （1 1）动力转向器的）动力转向器的作用效能作用效能 用效能指标用效能指标s s = =F Fh h/ /F Fh h来评价动力转向器的作用效能。来评价动力转向器的作用效能。 现有动力转向器的效能指标现有动力转向器的效能指标s s =1=11515。 （2 2）路感路感 驾驶员的路感来自于转动转向盘时，所要克驾驶员的路感来自于转动转向盘时，所要克服的液压阻力。液压阻力等于反作用阀

46、面积与工作液压压强服的液压阻力。液压阻力等于反作用阀面积与工作液压压强的乘积。的乘积。在最大工作压力时，轿车：换算以转向盘上的力增加约在最大工作压力时，轿车：换算以转向盘上的力增加约303050N50N，货车：增加，货车：增加8080100N100N。 （3）转向灵敏度转向灵敏度 转向灵敏度可以用转向盘转向灵敏度可以用转向盘行程行程与滑阀与滑阀行程行程的比值的比值 i 来评价来评价 比值比值 i 越小，则动力转向作用的灵敏度越高。高级轿车的越小，则动力转向作用的灵敏度越高。高级轿车的 i 值在值在6.7以下。以下。转向灵敏度也可以用接通动力转向时，作用到转向盘的转向灵敏度也可以用接通动力转向时

47、，作用到转向盘的手力的转角来评价，要求此力在手力的转角来评价，要求此力在20-50N，转角在，转角在10-15范围。范围。 2swDi 四、动力转向器的评价指标四、动力转向器的评价指标( (续续) )（4）动力转向器的）动力转向器的静特性静特性 动力转动力转向器的静特性是指输入转矩与输出转矩向器的静特性是指输入转矩与输出转矩之间的变化关系曲线。之间的变化关系曲线。可以用输入转矩可以用输入转矩M与输出油压与输出油压p之间之间的变化关系曲线来表示动力转向的静特的变化关系曲线来表示动力转向的静特性，如图所示。性，如图所示。 静特性曲线分段示意图 要求要求动力转向器向右转和向左转的静特性曲线应对称。对

48、称性可以评价动力转向器向右转和向左转的静特性曲线应对称。对称性可以评价滑阀的加工和装配质量。要求对称性大于滑阀的加工和装配质量。要求对称性大于0.850.85。 常将静特性曲线划分为常将静特性曲线划分为四个区段四个区段。在输入转矩不大的时候，相当于图中在输入转矩不大的时候，相当于图中A A段段；汽车原地转向或调头时，输入转矩进入最大区段（图中汽车原地转向或调头时，输入转矩进入最大区段（图中C C段段）；）；B B区段区段属常用快速转向行驶区段；属常用快速转向行驶区段；D D区段区段曲线就表明是一个较宽的平滑过渡区间。曲线就表明是一个较宽的平滑过渡区间。 10-610-6 转向梯形转向梯形 转向

49、梯形转向梯形用来保证在汽车转弯行驶时，所有车轮都尽可用来保证在汽车转弯行驶时，所有车轮都尽可能绕一个瞬时转向中心，在不同的圆周上作无滑动的纯滚动。能绕一个瞬时转向中心，在不同的圆周上作无滑动的纯滚动。 转向梯形有转向梯形有整体式整体式和和断开式断开式两种。两种。转向梯形的转向梯形的设计要求设计要求：1）正确选择转向梯形参数，保证汽车转弯时全部车轮绕）正确选择转向梯形参数，保证汽车转弯时全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶。一个瞬时转向中心行驶。2）满足最小转弯直径的要求，转向轮应有足够大的转角。）满足最小转弯直径的要求，转向轮应有足够大的转角。 一、理想的内、外轮转角关系一、理想的内、外轮转角关系 AckermanAckerman转向几何关系转向几何关系 ocotcotiKL现有转向梯形机构仅能近似满足上式关系。现有转向梯形机构仅能近似满足上式关系。 保证内、外轮转角正