汽车动力转向系统设计毕业设计

1、扬州大学汽车动力转向系设计绪论1.1汽车转向系统概括转向系统是汽车底盘的重要构成部分，转向系统性能的利害直接影响到汽车行驶的安全性、控制稳固性和驾驶酣畅性，它关于保证车辆的行驶安全、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改良驾驶员的工作条件起侧重要作用。跟着现代汽车技术的快速发展，汽车转向系统已从纯机械式转向系统、液压助力转向系（HPS）、电控液压助力转向系统（EHPS），发展到利用现代电子和控制技术的电动助力转向系统（EPS）及线控转向系统（SBW）。按转向力能源的不一样，可将转向系分为机械转向系和动力转向系。机械转向系的能量根源是人力，所有传力件都是机械的，由转向控制机(方向盘)、转向器、

2、转向传动机构三大部分构成。此中转向器是将控制机构的旋转运动转变为传动机构的直线运动(严格讲是近似直线运动)的机构，是转向系的核心零件2。动力转向系除拥有以上三大零件外，其最主要的动力根源是转向助力装置。因为转向助力装置最常用的是一套液压系统，所以也就离不开泵、油管、阀、活塞和储油罐，它们分别相当于电路系统中的电池、导线、开关、电机和地线的作用。平常，对转向系的主要要求是:保证汽车有较高的灵巧性，在有限的场所面积内，拥有快速和小半径转弯的能力，同时操作轻盈;1页扬州大学汽车动力转向系设计(2)汽车转向时，所有车轮应绕一个刹时转向中心旋转，不该有侧滑;传给转向盘的反冲要尽可能的小;转向后，转向盘应

3、自动回正，并应使汽车保持在稳固的直线行驶状;发生车祸时，当转向盘和转向轴因为车架和车身变形一同后移时，转向系统最好有保护机构防范伤及乘员机械式转向系统汽车的转向运动是由驾驶员控制方向盘，经过转向器和一系列的杆件传达到转向轮来达成的。机械式转向系统工作过程为：驾驶员对转向盘施加的转向力矩经过转向轴输入转向器，减速传动装置的转向器中有1、2级减速传动副，经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向横拉杆，再传给固定于转向节上的转向节臂，使转向节和它所支承的转向轮偏转，从而实现汽车的转向。纯机械式转向系统依据转向器形式能够分为：齿轮齿条式、循全世界式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。纯机械式转向系统为了产生足

4、够大的转向扭矩需要使用大直径的转向盘，需占用较大的空间，整个机构蠢笨，特别是对转向阻力较大的重型汽车，实现转向难度很大，这就大大限制了其使用范围。但因结构简单、工作靠谱、造价便宜，目前该类转向系统除在一些转向控制力不大、对控制性能要求不高的农用车上使用外已极少被采纳。2页扬州大学汽车动力转向系设计液压助力转向系统（HPS）装置机械式转向系统的汽车，在停车和低速行驶时驾驶员的转向控制负担过于深重，为解决这个问题，美国GM公司在20世纪50年月抢先在轿车上采纳了液压助力转向系统。该系统是成立在机械系统的基础之上，额外增加了一个液压系统。液压转向系统是由液压和机械等两部分构成，它是以液压油做动力传达

5、介质，经过液压泵产生动力来推进机械转向器，从而实现转向。液压助力转向系一致般由机械转向器、液压泵、油管、分派阀、动力缸、溢流阀和限压阀、油缸等零件构成。为保证系统安全，在液压泵上装有限压阀和溢流阀。其分派阀、转向器和动力缸置于一个整体，分派阀和主动齿轮轴装在一同（阀芯与齿轮轴垂直部署），阀芯上有控制槽，阀芯经过转向轴上的拨叉拨动。转向轴用销钉与阀中的弹性扭杆相接，该扭杆起到阀的中心定位作用。在齿条的一端装有活塞，并位于动力缸之中，齿条左端与转向横拉杆相接。转向盘转动时，转向轴（连主动齿轮轴）带动阀芯相对滑套运动，使油液通道发生变化，液压油从油泵排出，经控制阀流向动力缸的一侧，推动活塞带动齿条运

6、动，经过横拉杆使车轮偏转而转向。液压助力转向系统是在驾驶员的控制下，借助于汽车发动机带动液压泵产生的压力来实现车轮转向。因为液压转向能够减少驾驶员手动转向力矩，从而改良了汽车的转向轻盈性和控制稳固性。为保证汽车原地转向或许低速转向时的轻盈性，液压泵的排量是以发动机怠速时的流量来确立。汽车起动以后，不论车子能否转向，系统都要处于工作状态，并且在大转向车速较低时，需要液压泵输出更大的功率以获取比较大的助力，所以在必定程度上浪费了发动灵巧力资源。并且转向系统还存在低温工作性能差等弊端。3页扬州大学汽车动力转向系设计电控液压助力转向系统（EHPS）因为液压助力转向系统没法兼备车辆低速时的转向轻盈性和高

7、速时的转向稳固性，所以，在1983年日本Koyo公司推出了具备车速感觉功能的电控液压助力转向系统（EHPS）。EHPS是在液压助力系统基础上倡导来的，在传统的液压助力转向系统的基础上增设了电控装置，其特色是原出处发动机带动的液压助力泵改由电机驱动，取代了由发动机驱动的方式，节俭了燃油耗费；拥有无效保护系统，电子元件失灵后仍可依赖原转向系统安全工作；低速时转向成效不变，高速时能够自动依据车速逐渐减小助力，增大路感，提升车辆履行稳固性。电控液压助力转向系统是将液压助力转向与电子控制技术相联合的机电一体化产品。一般由电气和机械两部分构成，电气部分由车速传感器、转角传感器和电控单元ECU构成；机械部分

8、包含齿轮齿条转向器、控制阀、管路和电动泵。此中电动泵的工作状态由电子控制单元依据车辆的行驶速度、转向角度等信号计算出的最理想状态。简单地说，在低速大转向时，电子控制单元驱动液压泵以高速运行输出较大功率，使驾驶员打方向省力；汽车在高速行驶时，液压控制单元驱动液压泵以较低的速度运行，在不至影响高速打转向的需要的同时，节俭一部发散动机功率。电控液压转向系统的工作原理：在汽车直线行驶时，方向盘不转动，电动泵以很低的速度运行，大部分工作油经过转向阀流回储油罐，少部分经液控阀而后流回储油罐；当驾驶员开始转动方向盘时，ECU依据检测到的转角、车速以及电动机转速的反应信号等，判断汽车的转向状态，决定供给助力大

9、4页扬州大学汽车动力转向系设计小，向驱动单元发出控制指令，使电动机产生相应的转速以驱动油泵，从而输出相应流量和压力的高压油。高压油经转向控制阀进入齿条上的动力缸，推进活塞以产生适合的助力，辅助驾驶员进行转向操作，从而获取理想的转向成效。电控液压助力转向系统在传统液压动力转向系统的基础上有了较大的改良，但液压装置的存在，使得该系统仍有难以战胜如渗油、不便于安装维修及检测等问题。电控液压助力转向系统是传统液压助力转向系统向电动助力转向系统的过渡。电动助力转向系统（EPS）1988年日本Suzuki公司第一在小型轿车Cervo上装备了Koyo公司研发的转向柱助力式电动助力转向系统。1990年日本Ho

10、nda公司也在运动型轿车NSX上采纳了自主研发的齿条助力式电动助力转向系统，此后揭开了电动助力转向在汽车上应用的历史。EPS是在EHPS的基础上发展起来的,它撤消EHPS的液压油泵、油管、油缸和密封圈等零件,完整依赖电动机经过减速机构直接驱动转向机构,其结构简单、零件数目大大减少、靠谱性加强,解决了长远以来向来存在的液压管路泄漏和效率低下的问题。电动助力转向系统在本田飞度、思域以及丰田新皇冠、奔驰新A-class等车型上纷繁被采纳。电动助力转向系统构成电动助力转向系一致般是由转矩（转向）传感器、电子控制单元ECU、电5页扬州大学汽车动力转向系设计动机、电磁离合器以及减速机构构成。电动助力转向系

11、统工作原理电动助力转向系统的工作过程其工作过程为：扭矩传感器检测驾驶员打方向盘的扭矩，而后依据这个扭矩给控制单元一个信号。同时控制单元也会收到来自方向盘地点传感器的信号，这个传感器一般是和扭矩传感器装在一起的（有些传感器已经将这2个功能集成为一体）。扭矩和方向盘地点信息经过控制单元办理，连同传入控制单元的车速信号，依据早先设计好的程序产生助力指令。该指令传到电机，由电机产生扭矩传到助力机构上去，这里的齿轮机构则起到增大扭矩的作用。这样，助力扭矩就传到了转向柱并最后达成了助力转向。电动助力转向系统特色节俭了能源耗费。与传统的液压助力转向系统对比，没有系统要求的常运行转向油泵，且电动机不过在需要转

12、向时才接通电源，所以动力耗费和燃油耗费均可降到最低。还除去了因为转向油泵带来的噪音污染。液压动力转向系统需要发动机带动液压油泵，使液压油不断地流动，再加上存在管流损失等要素，浪费了部分能量。相反EPS仅在需要转向操作时才需要向电机供给的能量。并且，EPS系统能量的耗费与转向盘的转向及目前的车速有关。当转向盘不转向时，电机不工作；需要转向时，电机在控制模块的作用下开始工作，输出相应大小及方向的转矩以产生助动转向力矩。该系统真的确现了“按需供能”，是真切的“按需供能型”（on-demand）系统，在各样行驶条6页扬州大学汽车动力转向系设计件下可节能80%左右。改良了转向回正特征。当驾驶员转动方向盘

13、一角度而后松开时，EPS系统能够自动调整使车轮回到正中。同时还可利用软件在最大限度内调整设计参数以获取最正确的回正特征。经过灵巧的软件编程，简单获取电机在不一样车速及不一样车况下的转矩特征，这些转矩特征使得该系统能明显地提升转向能力，供给了与车辆动向性能相般配的转向回正特征。而在传统的液压控制系统中，要改良这类特征一定改造底盘的机械结构，实现起来很困难。提升了控制稳固性。转向系统是影响汽车控制稳固性的重要要素之一。传统液压动力转向因为不可以很好地对助力进行及时调理与控制，所以协调转向力与路感的能力较差，特别是汽车高速行驶时，仍旧会供给较大助力，使驾驶员缺少路感，甚至感觉汽车发飘，从而影响控制稳

14、固性。但EPS是由电动机供给助力，助力大小由电子控制单元（ECU）依据车速、方向盘输入扭矩等信号进行及时调理与控制，能够很好地解决这个矛盾。安全靠谱。EPS系统控制单元ECU拥有故障自诊疗功能，当ECU检测到某一组件工作异样，如各传感器、电磁离合器、电动机、电源系统及汽车点火系统等，便会马上控制电磁离合器分别停止助力，并显示出相应的故障代码，转为手动转向，按一般转向控制方式进行工作，保证了行车的安全。线控转向系统（SBW）在车辆高速化、驾驶人员一般化、车流密集化的今日，针对更多不一样水平的驾驶人群，汽车的易控制性设计显得尤其重要。线控转向系统7页扬州大学汽车动力转向系设计Steering-By

15、-WireSysterm，简称SBW）的发展，正是满足这类客观需求。它是继EPS后发展起来的新一代转向系统，拥有比EPS控制稳固性更好的特色，它撤消转向盘与转向轮之间的机械连结，完整由电能实现转向，完全挣脱传统转向系统所固有的限制，提升了汽车的安全性和驾驶的方便性。线控转向系统的构成SBW系一致般由转向盘模块、转向履行模块和主控制器ECU、自动防故障系统以及电源等模块构成。转向盘模块包含路感电机和转向盘转角传感器等，转向盘模块向驾驶员供给适合的转向感觉（也称为路感）并为前轮转角提供参照信号。转向履行模块包含转向电机、齿条位移传感器等,实现两个功:追踪参照前轮转角、向转向盘模块反应轮胎所受外力的

16、信息以反应车辆行驶状态。主控制器控制转向盘模块和转向履行模块的协调工作。线控转向系统的工作原理当转向盘转动时,转向传感器和转向角传感器检测到驾驶员转矩和转向盘的转角并转变为电信号输入到ECU,ECU依据车速传感器和安装在转向传动机构上的位移传感器的信号来控制转矩反应电动机的旋转方向,并依据转向力模拟,生成反应转矩,控制转向电动机的旋转方向、转矩大小和旋转角度,经过机械转向装置控制转向轮的转向地点，使汽车沿着驾驶员希望的轨迹行驶。8页扬州大学汽车动力转向系设计线控转向系统特色1）撤消了方向盘和转向车轮之间的机械连结，经过软件协调它们之间的运动关系，因此除去了机械拘束和转向干预问题，能够依据车速和

17、驾驶员喜好由程序依据汽车的行驶工况及时设置传动比。2）去掉了本来转向系统各个模块之间的刚性机械连结，采纳柔性连结，使转向系统在汽车上的部署更为灵巧，转向盘的地点能够方便地部署在需要的地点。3）提升了汽车的控制性。因为能够实现传动比的随意设置，并针对不一样的车速，转向状况进行参数赔偿，从而提升了汽车的控制性。4）改良驾驶员的“路感”。因为转向盘和转向轮之间无机械连结，驾驶员“路感”经过模拟生成。使得在回正力矩控制方面能够从信号中提出最能够反应汽车实质行驶状态和路面状况的信息，作为转向盘回正力矩的控制变量，使转向盘不过向驾驶员供给实用信息，从而为驾驶员供给更为真切的“路感”。（5）减少了机构零件数

18、目，而减少了从履行机构到转向车轮之间的传达过程，使系统惯性、系统摩擦和传动零件之间的总空隙都得以降低，从而使系统的响应速度和响应的正确性得以提升。9页扬州大学汽车动力转向系设计1.2齿轮齿条式转向器概括齿轮齿条式转向器结构及工作原理齿轮齿条式转向器分两头输出式和中间（或单端）输出式两种。1-1转向横拉杆2.防尘套3.球头座4.转向齿条5.转向器壳体6.调整螺塞压紧弹簧锁紧螺母9.压块10.万向节11.转向齿轮轴12.向心球轴承13.滚针轴承两头输出的齿轮齿条式转向器如图1-1所示，作为传动副主动件的转向齿轮轴11经过轴承12和13安装在转向器壳体5中，其上端经过花键与万向10页扬州大学汽车动力

19、转向系设计节叉10和转向轴连结。与转向齿轮啮合的转向齿条4水平部署，两头经过球头座3与转向横拉杆1相连。弹簧7经过压块9将齿条压靠在齿轮上，保证无空隙啮合。弹簧的预紧力可用调整螺塞6调整。当转动转向盘时，转向器齿轮11转动，使与之啮合的齿条4沿轴向挪动，从而使左右横拉杆带动转向节左右转动，使转向车轮偏转，从而实现汽车转向。中间输出的齿轮齿条式转向器如图1-2所示，其结构及工作原理与两头输出的齿轮齿条式转向器基实情同，不一样之处在于它在转向齿条的中部用螺6与左右转向横拉杆7相连。在单端输出的齿轮齿条式转向器上，齿条的一端经过内外托架与转向横拉杆相连。1-2万向节叉2.转向齿轮轴3.调整螺母4.向

20、心球轴承5.滚针轴承6.固定螺栓7.转向横拉杆8.转向器壳体9.防尘套10.转向齿条11.调整螺塞12.锁紧螺母13.压紧弹簧14.压块11页扬州大学汽车动力转向系设计齿轮齿条式转向器功能特色结构筒单,结构轻盈。因为齿轮箱小,齿条自己拥有传动杆系的作用,所以,它不需耍循全世界式转向器上所使用的拉杆因齿轮和齿条直接啮合,控制敏捷性特别高。滑动和转动阻力小,转矩传达性能较好,所以,转向力特别轻。转向机构总成完整关闭,可免于保护。1.3电控液压助力转向器概括的简单介绍：电控液压助力转向系统简称为EHPAS(Electro-HydraulicPowerAssistSteering)，系统零件主要包含电

21、动机、液压泵、转向机、转向角速度传感器、转向控制单元、EHPAS警示灯以及助力油储液罐等，此中转向控制单元和电动机及液压泵平常安装在一同。的工作原理：电控动力转向系统的基础，是转阀液压常流式工作原理，不过增添了电控系统，对车速的高低有感知能力，随机反应调理转向助力油压，产生优秀的手感，无转向发飘的感觉。油泵利用曲轴的皮带盘驱动，多采纳叶片式或齿轮式油泵，都装有量孔及流量控制阀和安全阀（限压阀），控制油泵的输出流量的多少和油压的高低。即12页扬州大学汽车动力转向系设计利用节流原理，保持油压不变，但其流量随转速变化，转速高流量少（助力小），转速低流量大（助力大）。在此只重温液压常流式工作原理，其余

22、内容从略。1不转向时。油泵输出的油液，经过分派阀直接流回油罐，是“低压循环常流”状态（0.10.4MPa），油泵无负荷运行，发动机功率损失小。2转向时。油液经过分派阀的变换油道，流入动力缸的右边R或左边L，进行油液换位。因为油液不行压缩，积聚产生压力，助力油压多为67MPa，有些重型车的助力油压可达1416MPa，压力差推进活塞而转向助力。实质上液压转向助力，是力的争斗和均衡过程。其关系式为：P=R/F1-1）P助力油压；R转向阻力；F活塞的工作面积。P老是和R成正比；与F成反比；R不是定值（与路面有关），并与车速成反比。PR不断助力转向；P=R保持助力转向；PR不可以助力转向。的技术特色：有

23、关于机械助力转向系统而言，电子控制助力转向系统拥有以下特色：长处因为电子控制助力转向系统采纳了电动机取代发动机驱动机械液压泵，这在必定程度上降低了发动机的负荷，从而降低了燃油耗费。依据技术性统计结果，车辆在正常行驶时，在超出85%的行驶时间内助13页扬州大学汽车动力转向系设计力转向系统不需要供给助力。电子控制助力转向系统中的电动机在不需要提供助力时只有很小的电流经过，只有在需要供给助力时才会提升经过的电流，这样能够防范耗费不用要的电能。电子控制助力转向系统拥有调校灵巧的特色，经过改正转向控制单元内储存的软件，能够很简单地依照行驶需要设定或改正转向助力的特征，因此在低速和高速行驶时都能有优秀的助

24、力成效。因为采纳了转向控制单元，在系统出现故障时能够使用故障诊疗仪辅助故障的检修。弊端固然采纳了电能作为动力源，可是仍旧保存有液压动力传达系统，因此电控液压助力转向系统仍旧拥有一些机械液压助力转向系统弊端，比方系统结构复杂，以及液压管路有泄漏的可能等问题。电控液压助力转向系统和机械式液压助力转向系统相同，都带有液压管路和储油罐等，系统不可以实现模块化设计，各零件在车身上的部署仍旧有必定的限制性。14国内外发展状况跟着电子技术的快速发展，电子技术在汽车上的应用范围不断扩大。汽车转向系统已从简单的纯机械式转向系统、液压动力转向系统（HydraulicPowerSteering，简称HPS）、电动液

25、压助力转向系统（ElectricHydraulicPowerSteering，简称EHPS）发展到现在的更为节能及14页扬州大学汽车动力转向系设计控制性能更为优胜的电动助力转向系统（ElectricalPowerSteering，简称EPS）。EHPS和EPS等助力系统在汽车上的采纳，改良了汽车转向力的控制特征，降低了驾驶员的转向负担，可是汽车转向系一致直处于机械传动阶段，因为转向传动比固定，汽车转向特征随车速变化进行必定的操作赔偿，从而控制汽车按其意向行驶。假如转向盘与转向轮经过控制信号连结，即采纳电子转向系统（Steering-By-WireSystem，简称SBWS），转向盘转角和汽车前

26、轮转角之间关系（汽车转向的角传达特征）的设计就能够获取改良，从而降低驾驶员的控制负担，改良人车闭环系统性能1.5本课题研究的目的和意义改革开放以来，我国汽车工业发展迅猛。作为汽车要点零件之一的转向系统也获取了相应的发展，基本已形成了专业化、系列化生产的场面。有资料显示，外国有很多国家的转向器厂，都已发展成大规模生产的专业厂，年产超出百万台，垄断了转向器的生产，并且销售点遍及了全世界。因为汽车转向器属于汽车系统中的要点零件，它在汽车系统中据有重要地点，因此它的发展同时也反应了汽车工业的发展，它的规模和质量也成为了衡量汽车工业发展水平的重要标记之一。跟着汽车高速化和超低扁平胎的通用化，过去采纳循全

27、世界转向器和循全世界变传动比转向器只好相对地解决转向轻盈性和控制灵巧性的问题，要想从跟本上解决这两个问题只有安装动力转向器。所以，除了重型汽车和高档轿车早已安装动力转向器外，最近几年来在中型货车、豪华客车及中档轿车上都已经开始安装动力转向器，跟着动力转向器的设计水平的提升、生产规模的扩大和市场的需要，其余的一些车型也15页扬州大学汽车动力转向系设计一定陆续安装动力转向器。液压式动力转向系统因为工作压力和工作敏捷度较高，外廓尺寸较小，因此获取了宽泛的应用。在采纳气压制动或空气悬架的大型车辆上，也有采纳气压动力转向的。1.6本文主要研究内容汽车动力转向系在给出数据计算结果下所采纳适合的转向器和转向

28、助力系统的设计。采纳内容为齿轮齿条转向器与电控液压助力转向系统。汽车主要参数的选择2.1汽车主要尺寸的确定汽车的主要尺寸参数包含轴距、轮距、总长、总宽、总高、前悬、后悬、凑近角、离开角、最小离地空隙等，如图2-1所示。图2-1汽车的主要参数尺寸16页扬州大学汽车动力转向系设计轴距L轴距L的选摘要考虑它对整车其余尺寸参数、质量参数和使用性能的影响。轴距短一些，汽车总长、质量、最小转弯半径和纵向经过半径就小一些。但轴距很短也会带来一系列问题，比方车厢长度不足或后悬过长；汽车行驶时其纵向角振动过大；汽车加快、制动或上坡时轴荷转移过大而以致其制动性和控制稳固性变坏；万向节传动的夹角过大等。所以，在选择

29、轴距时应综合考虑对有关方面的影响。自然，在满足所设计汽车的车厢尺寸、轴荷分派、主要性能和整体部署等要求的前提下，将轴距设计得短一些为好。一般车的轴距轿车的轴距与其种类、用途、总长有亲近关系。微型及一般级轿车要求制造成本低，使用经济性好，灵巧灵巧，所以汽车应轻而短，故轴距应取短一些；中高级轿车对乘坐酣畅性、行驶乎顺性和控制稳固性要求高，故轴距应设计得长一些。轿车的轴距约为总长的5460。轴距与总长之比越大，则车厢的纵向乘坐空间就愈大，这对改良汽车纵向角振动也有益。但若轴距与总长之比超出62，则会使发动机、行李箱和备胎的部署困难，外形的各部分比率也不协调。表2-1供给的数据可供初选轴距时参照17页

30、扬州大学汽车动力转向系设计表2-1各种汽车的轴距和轮距车型种类轴距L/mm轮距B/mmV1.02000220011001380发动机排量1.0V1.62100254011501500乘用车V/L1.6V2.525002860130015002.54.02900390015601620客车城市客车4500500017402050长途客车50006500汽车总质量商用车1.8170029001150135042货车1.86.023003600130016506.014.0360055001700200014.04500560018402000前轮距B1和后轮距B2改变汽车轮距B会影响车厢或驾驶室内

31、宽、汽车总宽、总质量、侧倾刚度、最小转弯直径等要素发生变化、增大轮距则车厢内宽随之增添，并以致汽车的比功率、转矩指标降落，灵巧性变坏。受汽车总宽不得超出2.5m限制，轮距不宜过大。但在选定的前轮距B1范围内，应能部署下发动机、车架、前悬架和前轮，并保证前轮有足够的转18页扬州大学汽车动力转向系设计向空间，同时转向杆系与车架、车轮之间有足够的运动空隙。在确立后轮距B2时，应试虑两纵梁之间的宽度、悬架宽度和轮胎宽度以及它们之间应留有必需的空隙。各种汽车的轮距可参照表1-1供给的数据进行初选。外廓尺寸汽车的外廓尺寸包含其总长、总宽、总高。它应依据汽车的种类、用途、承载员、道路条件、结构选型与部署以及

32、有关标准、法例限制等因向来确立。在满足使用要求的前提下，应力争减小汽车的外廓尺寸，以减小汽车的质量，降低制造成本，提升汽车的动力性、经济性和灵巧性。GB15891989对汽车外廓尺寸界线作了规定。2.2汽车质量参数的确定汽车的质量参数包含整车整备质量m0、载客量装载质量、质量系数、汽车总质量ma、轴荷分派等。整车整备质量m0整车整备质量是指车上带有所有装备（包含随车工具、备胎等），加满燃料、水、但没有装货和在人时的整车质量。整车整备质量对汽车的制造成本和燃油经济型有影响。整车整备质量在设计阶段需估量确立。在平常工作中，采集大批同类汽车各总成、零件和整车的有关质量数据，联合新车设计的特色、工艺水

33、相同初步估量各总成、部件的质量，再累计成整车整备质量。19页扬州大学汽车动力转向系设计乘用车和商用客车的整备质量，也可按每人所占汽车整备质量的统计均匀值预计，可参照表2-2表2-2乘用车和商用客车人均整备质量值2乘用车人均整备质商用客车人均整备量值质量值V1.00.150.1610.00.096发动1.60.170.24车辆总长0.1601.0V机排2.50.210.29La/m1.6V量V/L2.510.00.065V4.00.290.340.130汽车的载客量和装载质量（1）汽车的载客量乘用车的载客量包含驾驶员在内不超出9座，又称之为M1类汽车，其余M2、M3类汽车的座位数、乘员数及汽车的

34、最大设计总质量本次设计未波及，不予示例。（2）汽车的装载质量me汽车的载质量是指在硬质优秀路面上行驶时所同意的额定载质量。汽车在碎石路面上行驶时，载质量约为好的行驶路面的7585。越野汽车的载质量是指越野汽车行驶时或在土路上行驶的额定载质量。商用货车载质量me的确定，第一应与公司商品规划切合，其次要考虑到20页扬州大学汽车动力转向系设计汽车的用途和使用条件。原则上，货流大、运距长或矿用自卸车应采纳大吨位货车以利降低运输成本，提升效率；对货源变化屡次、运距短的市内运输车，宜采纳中、小吨位的货车比较经济。质量系数m0质量系数是指汽车车载质量与整车整备质量的比值，即m0=me。该系m0m0数反应了汽

35、车的设计水平易工艺水平，值越大，说明该汽车的结构和制造m0工艺越先进。汽车总质量ma汽车总质量ma是指装备齐备，并按规定装满客、货时的整车质量。乘用车和商用客车的总质量ma由整备质量m0、乘员和驾驶员质量以及乘员的行李质量三部分构成。此中，乘员和驾驶员每人质量按65kg计，于是mm65nna0（2-1）式中，n为包含驾驶员在内的载客数；为行李系数。轴荷分派汽车的轴荷分派是汽车的重要质量参数，它对汽车的牵引性、经过性、制动性、控制件和稳固性等主要使用性能以及轮胎的使用寿命都有很大的影响。所以，在整体设计时应依据汽车的部署型式、使用条件及性能要求合理地选定其轴荷分派。汽车的部署型式对轴荷分派影响较

36、大，对轿车而言，前置发动机前轮驱动的轿车满载时的前轴负荷最幸亏55以上，以保证爬坡时21页扬州大学汽车动力转向系设计有足够的附着力；前置发动机后轮驱动的轿车满载时的后轴负荷一般不大于52；后置发动机后轮驱动的轿车满载时后轴负荷最好不超出59，不然，会以致汽车拥有过多转向特征而使控制性变坏。2.3轮胎的选择轮胎的尺寸和型号是进行汽车性能计算和绘制总部署图的重要原始数据之一，所以，在整体设计开始阶段就应选定，而选择的依照是车型、使用条件、轮胎的静负荷、轮胎的额定负荷以及汽车的行驶速度。自然还应试虑与动力传动系参数的般配以及对整车尺寸参数(比方汽车的最小离地空隙、总高等)的影响轮胎所承受的最大静负荷

37、与轮胎额定负荷之比，称为轮胎负荷系数。大多半汽车的轮胎负荷系数取为0.91.0，免得超载。轿车、轻型客车及轻型货车的车速高、轮胎受动负荷大，故它们的轮胎负荷系数应凑近下限。为了提升汽车的动力因数、降低汽车及其质心的高度、减小非簧载质量，对公路用车在其轮胎负荷系数以及汽车离地空隙同意的范围内应尽量采纳尺寸较小的轮胎。采纳高强度尼龙帘布轮胎可使轮胎的额定负荷大大提升，从而使轮胎直径尺寸也大为减小。比方装载员4t的载货汽车在20世纪50年月多用的9.020轮胎早己被8.2520，7.5020至8.2516等更小尺寸的轮胎所取代。越野汽车为了提升在柔软地面上的经过能力常采纳胎面较宽、直径较大、拥有越野

38、花纹的超低压轮胎。山区使用的汽车制动屡次，制动鼓与轮辋之间的空隙应大一些，以便散热，故应采纳轮辋尺寸较大的轮胎。轿车都采纳直径较小、面形状扁平的宽轮辋低压轮胎，以便降低质心高度，改良22页扬州大学汽车动力转向系设计行驶平顺性、横向稳固性、轮胎的附着性能并保证有足够的承载能力。转向系设计概括3.1对转向系的要求）汽车转弯行驶时，所有车轮应绕刹时转向中心旋转，任何车轮不该有侧滑。不满足这项要求会加快轮胎磨损，并降低汽车的行驶稳固性。2）汽车转向行驶时，在驾驶员松开转向盘的条件下，转向轮能自动返回到直线行驶地点，并稳固行驶。3）汽车在任何行驶状态下，转向轮都不得产生自振，转向盘没有摇动。4）转向传动

39、机构和悬架导向装置共同工作时，因为运动不协调使车轮产生的摇动应最小。5）保证汽车有较高的灵巧性，拥有快速和小转弯行驶能力。6）控制轻盈。23页扬州大学汽车动力转向系设计转向轮碰撞到阻碍物此后，传给转向盘的反冲力要尽可能小。转向器和转向传动机构的球头处，有除去因磨损而产生空隙的调整机构。在车祸中，当转向轴和转向盘因为车架或车身变形而共同后移时，转向系应有能使驾驶员免遭或减少损害的防伤装置。进行运动校核，保证转向轮与转向盘转动方向一致。3.2转向控制机构转向控制机构包含转向盘，转向轴，转向管柱。有时为了部署方便，减小因为装置地点偏差及零件相对运动所惹起的附带载荷，提升汽车正面碰撞的安全性以及便于拆

40、装，在转向轴与转向器的输入端之间安装转向万向节，如图3-1。采纳柔性万向节可减少传至转向轴上的振动，但柔性万向节假如过软，则会影响转向系的刚度。采纳动力转向时，还应有转向动力系统。图3-1转向控制机构1-转向万向节；2-转向传动轴；3-转向管柱；4-转向轴；5-转向盘1-steeringuniversalshaft;2-steeringpropeller;3-steering24页扬州大学汽车动力转向系设计column;4-steeringaxis;5-steeringwheel3.3转向传动机构转向传动机构包含转向臂、转向纵拉杆、转向节臂、转向梯形臂以及转向横拉杆等。（见图3-2）转向传动机

41、构用于把转向器输出的力和运动传给左、右转向节并使左、右转向轮按必定关系进行偏转。图3-2转向传动机构Fig3-2thetransmissionsystemofsteering1-转向摇臂；2-转向纵拉杆；3-转向节臂；4-转向梯形臂；5-转向横拉杆3.4转向器机械转向器是将司机对转向盘的转动变为转向摇臂的摇动（或齿条沿转向车轴轴向的挪动），并按必定的角转动比和力转动比进行传达的机构。机械转向器与动力系统相联合，构成动力转向系统。高级轿车和重型载货汽车为了使转向轻盈，多采纳这类动力转向系统。采纳液力式动力转向时，因为液体的阻尼作用，汲取了路面上的冲击载荷，故可采纳可逆程度大、正25页扬州大学汽车

42、动力转向系设计效率又高的转向器结构。为了防范汽车在撞车时司机遇到的转向盘的损害，除了在转向盘中间可安装安全气囊外，还可在转向系中设置防伤装置。为了和缓来自路面的冲击、衰减转向轮的摆振和转向机构的震动，有的还装有转向减振器。多半两轴及三轴汽车仅用前轮转向；为了提升控制稳固性和灵巧性，某些现代轿车采纳全四轮转向；多轴汽车依据对灵巧性的要求，有时要增添转向轮的数目，遏止采纳全轮转向。3.5转角及最小转弯半径汽车的灵巧性，常用最小转弯半径来衡量，但汽车的高灵巧性则应由两个条件保证。即第一应使左、右转向轮处于最大转角时前外轮的转弯值在汽车轴距的22.5倍范围内；其次，应这样选择转向系的角传动比。两轴汽车

43、在转向时，若不考虑轮胎的侧向偏离，则为了满足上述对转向系的第(2)条要求，其内、外转向轮理想的转角关系如图3-3所示，由下式决定：cotocotiDOCOKBDL(3-1)式中：o外转向轮转角；i内转向轮转角；两转向主销中心线与地面交点间的距离；轴距内、外转向轮转角的合理般配是由转向梯形来保证。26页扬州大学汽车动力转向系设计图3-3理想的内、外转向轮转角间的关系汽车的最小转弯半径Rmin与其内、外转向轮在最大转角imax与omax、轴距L、主销距K及转向轮的转臂a等尺寸有关。在转向过程中除内、外转向轮的转角外，其余参数是不变的。最小转弯半径是指汽车在转向轮处于最大转角的条件下以低速转弯时前外

44、轮与地面接触点的轨迹构成圆周的半径。可按下式计算：RminL(3-2)sinaomax平常imax为35o40o，为了减小Rmin值，imax值有时可达到45o控制轻盈型的要求是经过合理地选择转向系的角传动比、力传动比和传动效率来达到。对转向后转向盘或转向轮能自动回正的要乞降对汽车直线行驶稳动性的要求则主假如经过合理的选择主销后倾角和内倾角，除去转向器传动空隙以及采纳可逆式转向器来达到。但要使传达到转向盘上的反向冲击小，则转向27页扬州大学汽车动力转向系设计器的逆效率有不宜太高。至于对转向系的最后两条要求则主假如经过合理地选择结构以及结构部署来解决。转向器及其纵拉杆与紧固件的称重，约为中级以及

45、上轿车、载货汽车底盘干重的1.0%1.4%；小排量以及下轿车干重的1.5%2.0%。转向器的结构型式对汽车的自己质量影响较小。转向系的主要性能参数4.1转向系的效率功率p1从转向轴输入，经转向摇臂轴输出所求得的效率称为转向器的正效率，用符号表示，；反之称为逆效率，用符号表示。正效率计算公式：p1p2（4-1）p1逆效率计算公式：p3p2p3（4-2）式中，p1为作用在转向轴上的功率；p2为转向器中的磨擦功率；p3为作用在转向摇臂轴上的功率。正效率高，转向轻盈；转向器应拥有必定逆效率，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面冲击力，防范打手，又28页扬州大学汽车动力转向系

46、设计要求此逆效率尽可能低。影响转向器正效率的要素有转向器的种类、结构特色、结构参数和制造质量等。转向器的正效率影响转向器正效率的要素有转向器的种类、结构特色、结构参数和制造质量等。1）转向器种类、结构特色与效率在四种转向器中，齿轮齿条式、循全世界式转向器的正效率比较高，而蜗杆指销式特别是固定销和蜗杆滚轮式转向器的正效率要明显的低些。同一种类转向器，因结构不一样效率也不一样样。如蜗杆滚轮式转向器的滚轮与支持轴之间的轴承能够采纳滚针轴承、圆锥滚子轴承和球轴承。采纳滚针轴承时，除滚轮与滚针之间有摩擦损失外，滚轮侧翼与垫片之间还存在滑动摩擦损失，故这类轴向器的效率+仅有54%。其余两种结构的转向器效率

47、分别为70%和75%。转向摇臂轴的轴承采纳滚针轴承比采纳滑动轴承可使正或逆效率提升约10%。2）转向器的结构参数与效率假如忽视轴承和其经地方的摩擦损失，只考虑啮合副的摩擦损失，关于蜗杆类转向器，其效率可用下式计算tana0（4-3）tan(a0)式中，a0为蜗杆（或螺杆）的螺线导程角；为摩擦角，=arctanf；f29页扬州大学汽车动力转向系设计为磨擦因数。转向器的逆效率依据逆效率不一样，转向器有可逆式、极限可逆式和不行逆式之分。路面作用在车轮上的力，经过转向系可大部分传达到转向盘，这类逆效率较高的转向器属于可逆式。它能保证转向轮和转向盘自动回正，既能够减少驾驶员的疲惫，又能够提升行驶安全性。

48、可是，在不平路面上行驶时，传至转向盘上的车轮冲击力，易使驾驶员疲惫，影响安全行驾驶。属于可逆式的转向器有齿轮齿条式和循全世界式转向器。不行逆式和极限可逆式转向器不行逆式转向器，是指车轮遇到的冲击力不可以传到转向盘的转向器。该冲击力转向传动机构的零件承受，因此这些零件简单破坏。同时，它既不可以保证车轮自动回正，驾驶员又缺少路面感觉，所以，现代汽车不采纳这类转向器。极限可逆式转向器介于可逆式与不行逆式转向器二者之间。在车轮遇到冲击力作用时，此力只有较小一部分传至转向盘。假如忽视轴承和其余地方的磨擦损失，只考虑啮合副的磨擦损失，则逆效率可用下式计算tan(a0)（4-4）tana0式（4-3）和式（

49、4-4）表示：增添导程角a0，正、逆效率均增大。受增大的影响，a0不宜获得过大。当导程角小于或等于磨擦角时，逆效率为负值或许为零，此时表示该转向器是不行逆式转向器。为此，导程角一定大于30页扬州大学汽车动力转向系设计磨擦角。4.2传动比变化特征转向系传动比转向系的传动比包含转向系的角传动比i0和转向系的力传动比ip。转向系的力传动比:ip2FW/F（4-5）转向系的角传动比:wd/dtdi0dk/dtdkk（4-6）转向系的角传动比i0由转向器角传动比i和转向传动机构角传动比i构成,即i0ii转向器的角传动比:iwd/dtdpdp/dtdp（4-7）（4-8）转向传动机构的角传动比:ipdp/

50、dtdpkdk/dtdk（4-9）31页扬州大学汽车动力转向系设计力传动比与转向系角传动比的关系转向阻力FW与转向阻力矩Mr的关系式：Mr（4-10）Fwa作用在转向盘上的手力Fh与作用在转向盘上的力矩Mh的关系式：2Mh（4-11）FhDsw将式（4-10）、式（4-11）代入ip2FW/Fh后获取MrDswip4-12）Mha假如忽视磨擦损失，依据能量守恒原理，2Mr/Mh可用下式表示2Mrd（4-13）Mhi0dk将式（4-10）代入式（4-11）后获取ipi0Dsw（4-14）2aa和Dsw不变时，力传动比ip越大，固然转向越轻，但i0也越大，表示转向不敏捷。转向器角传动比的选择转向器

51、角传动比能够设计成减小、增大或保持不变的。影响采纳角传动比变化规律的主要要素是转向轴负荷大小和对汽车灵巧能力的要求。若转向轴负荷小或采纳动力转向的汽车，不存在转向深重问题，应取较小的转向器角传动比，以提升汽车的灵巧能力。若转向轴负荷大，汽车低速32页扬州大学汽车动力转向系设计急转弯时的控制轻盈性问题突出，应采纳大些的转向器角传动比。汽车以较高车速转向行驶时，要求转向轮反应敏捷，转向器角传动比应当小些。汽车高速直线行驶时，转向盘在中间地点的转向器角传动比不宜过小。不然转向过分敏感，使驾驶员精准控制转向轮的运动有困难。转向器角传动比变化曲线应采纳大概呈中间小两头大些的下凹形曲线，如图3-1所示。图

52、4-1转向器角传动比变化特征曲线4.3转向器传动副的传动空隙t传动空隙是指各样转向器中传动副之间的空隙。该空隙随转向盘转角的大小不一样而改变，并把这类变化关系称为转向器传动副传动空隙特征（图4-2）。研究该特征的意义在于它与直线行驶的稳固性和转向器的使用寿命有关。传动副的传动空隙在转向盘处于中间及其周边地点时要极小，最好无空隙。若转向器传动副存在传动空隙，一旦转向轮遇到侧向力作用，车轮将偏离原行驶地点，使汽车失掉稳固。传动副在中间及其周边地点因使用屡次，磨损速度要比两头快。在中间33页扬州大学汽车动力转向系设计周边地点因磨损造成的空隙过大时，一定经调整除去该处空隙。为此，传动副传动空隙特征应当

53、设计成图4-2所示的逐渐加大的形状。4-2转向器传动副传动空隙特征转向器传动副传动空隙特征图中曲线1表示转向器在磨损前的空隙变化特征；曲线2表示使用并磨损后的空隙变化特征，并且在中间地点处已出现较大空隙；曲线3表示调整后并除去中间地点处空隙的转向器传动空隙变化特征。4.4转向盘的总转动圈数转向盘从一个极端地点转到另一个极端地点时所转过的圈数称为转向盘的总转动圈数。它与转向轮的最大转角及转向系的角传动比有关，并影响转向的控制轻盈性和敏捷性。轿车转向盘的总转动圈数较少，一般约在3.6圈之内；货车一般不宜超出6圈。34页扬州大学汽车动力转向系设计机械式转向器方案分析及设计5.1齿轮齿条式转向器齿轮齿

54、条式转向器由与转向轴做成一体的转向齿轮和常与转向横拉杆做成一体的齿条构成。与其余形式的转向器比较，齿轮齿条式转向器最主要的长处是：结构简单、紧凑；壳体采纳铝合金或镁合金压铸而成，转向器的质量比较小；传动效率高达90%；齿轮与齿条之间因磨损出现空隙此后，利用装在齿条背部、凑近主动小齿轮处的压紧力能够调理的弹簧。能自动除去齿间空隙，这不但能够提升转向系统的刚度。还能够防范工作时产生冲击和噪声；转向器占用的体积小；没有转向摇臂和直拉杆，所以转向轮转角能够增大；制造成本低。齿轮齿条式转向器的主要弊端是：因逆效率高，汽车在不平路面上行驶时，发生在转向轮与路面之间冲击力的大部分能传至转向盘，称之为反冲。反

55、冲现象会使驾驶员精神紧张，并难以正确控制汽车行驶方向，转向盘忽然转动又会造成打手，同时对驾驶员造成损害。依据输入齿轮地点和输出特色不一样，齿轮齿条式转向起有四种形式，如5-1所示：中间输入，两头输出(a)；侧面输入，两头输出(b)；侧面输入，中间输出(c)；侧面输入，一端输出(d)。35页扬州大学汽车动力转向系设计5-1齿轮齿条式转向起有四种形式采纳侧面输入，中间输出方案时，与齿条连的左，右拉杆延长到凑近汽车纵向对称平面周边。因为拉杆长度增添，车轮上、下跳动时拉杆摆角减小，有益于减少车轮上、下跳动时转向系与悬架系的运动干预。拉杆与齿条用螺栓固定连结，所以，两拉杆会与齿条同时向左或右挪动，为此在

56、转向器壳体上开有轴向的长槽，从而降低了它的强度。采纳两头输出方案时，因为转向拉杆长度遇到限制，简单与悬架系统导向机构产生运动干预。侧面输入，一端输出的齿轮齿条式转向器，常用在平头货车上。采纳齿轮齿条式转向器采纳直齿圆柱齿轮与直齿齿条啮合，则运行安稳降低，冲击大，工作噪声增添。其余，齿轮轴线与齿条轴线之间的夹角只好是直角，为此因与整体部署不适应而遭裁减。采纳斜齿圆柱齿轮与斜齿齿条啮合的齿轮齿条式转向器，重合度增添，运行安稳，冲击与工作噪声均降落，并且齿轮轴线与齿条轴线之间的夹角易于满足整体设计的要求。因为斜齿工作时有轴向力作用，所以转向器应当采纳推力轴承，使轴承寿命降低，还有斜齿轮的滑磨比较大是

57、它的弊端。36页扬州大学汽车动力转向系设计齿条断面形状有圆形、V形和Y形三种。圆形断面齿条的制作工艺比较简单。V形和Y形断面齿条与圆形断面比较，耗费的资料少，约节俭20%，故质量小；位于齿下边的两斜面与齿条托座接触，可用来防范齿条绕轴线转动；Y形断面齿条的齿宽能够做得宽些，因此强度获取增添。在齿条与托座之间通常装实用减磨资料（如聚四氟乙烯）做的垫片，以减少滑动摩擦。当车轮跳动、转向或转向器工作时，如在齿条上作用有能使齿条旋转的力矩时，应选V形和Y形断面齿条，用来防范因齿条旋转而破坏齿轮、齿条的齿不可以正确啮合的状况出现。为了防范齿条旋转，也有在转向器壳体上设计导向槽的，槽内嵌装导向块，并将拉杆

58、、导向块与齿条固定在一同。齿条挪动时导向块在导向槽内随之挪动，齿条旋转时导向块可防范齿条旋转。要求这类结构的导向块与导向槽之间的配合要适合。配合过紧会为转向和转向轮回正带来困难，配合过松齿条还能旋转，并伴有敲击噪声。依据齿轮齿条式转向器和转向梯形相对前轴地点的不一样，齿轮齿条式转向器在汽车上有四种部署：形式转向器位于前轴后方，后置梯形(a)；转向器位于前轴后方，前置梯形(b)；转向器位于前轴前面，后置梯形(c)；转向器位于前轴前面，前置梯形(d)。37页扬州大学汽车动力转向系设计图5-2齿轮齿条式转向器在汽车上有四种部署齿轮齿条式转向器宽泛应用于乘用车上。车载质量不大，前轮采纳独立悬架的货车和

59、客车有些也用齿轮齿条式转向器。5.2其余转向器有循全世界式转向器，蜗杆滚轮式转向器，蜗杆指销式转向器等。循全世界式转向器的主要弊端是：逆效率高，结构复杂，制造困难，制造精度要求高。循全世界式转向器主要用于商用车上。蜗杆滚轮式转向器的主要弊端是：正效率低；工作齿面磨损此后，调整啮合空隙比较困难；转向器的传动比不可以变化。固定销蜗杆指销式转向器的结构简单、制造简单；可是因销子不可以自转，销子的工作部位基本保持不变，所以磨损快、工作效率低。旋转销式转向器的效率高、磨损慢，但结构复杂。所以我的设计采纳齿轮齿条式转向器为动力转向装置。38页扬州大学汽车动力转向系设计5.3齿轮齿条式转向器部署和结构形式的

60、选择图5-3采纳以以下图的部署形式。图5-4采纳以以下图的侧面输入两头输出的结构形式。39页扬州大学汽车动力转向系设计5.4数据的确定依据以上的论述，本次设计数据以下：表5-1给出数据轮距1440mm轴距2750mm满载轴荷分派：前/后877/1643(kg)总质量ma/kg1255(kg)轮胎175/60R14（附2）主销偏移距a50mm轮胎压力p/MPa0.45方向盘直径DSW307mm最小转弯半径6.9m转向梯形臂200mm5.5设计计算过程转向轮侧偏角计算40页扬州大学汽车动力转向系设计L2750(5-1)sin0.39855R690023.4876L27500.56257(5-2)t