汽车设计转向

汽车设计转向第1页/共125页§7-1概述§7-2机械转向器方案分析§7-3转向系主要性能参数§7-4机械转向器设计计算§7-5动力转向机构§7-6转向梯形§7-7转向减震器§7-8转向系结构元件第2页/共125页现在应用最广泛的是哪两种转向器？各应用于什么场合？转向防伤机构的要求是什么？主要采用什么措施？如何选择转向器的间隙特性和传动比特性？断开式转向梯形断开点选择的原则是什么？整体式转向梯形断的优化参数和优化目标是什么？本章重点第3页/共125页转向系的功用及组成汽车行驶方向的改变是由驾驶员通过操纵转向系来改变转向轮(一般是前轮)的偏转角度实现的。转向系不仅可以改变汽车的行驶方向，使其按驾驶员规定的方向行驶，而且还可以克服由于路面侧向干扰力使车轮自行产生的转向，恢复汽车原来的行驶方向。汽车转向系组成一般由转向操纵机构、转向器、转向传动机构三部分组成，但随着转向系的类型不同，其结构组成又有所差异。7-1概述第4页/共125页转向系设计要求：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。不满足这项要求会加速轮胎磨损，并降低汽车的行驶稳定性。------------转向梯形2)汽车转向行驶后，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位置，并稳定行驶。----------------转向轮定位3)汽车在任何行驶状态下，转向轮不得产生自振，转向盘没有摆动。---------转向减震器4)转向传动机构和悬架导向装置共同工作时，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。Rmin=2-2.5L第5页/共125页转向系设计要求：6)操纵轻便。Fh和n（见下页）7)转向轮碰撞到障碍物以后，传给转向盘的反冲力要尽可能小。防打手8)转向器和转向传动机构的球头处，有消除因磨损而产生间隙的调整机构。间隙调整9)在车祸中，当转向轴和转向盘由于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轻伤害的防伤装置。防伤机构10)进行运动校核，保证转向盘与转向轮转动方向一致。第6页/共125页7

作用在转向盘上的切向力：

轿车原地转向

≤150～200N

货车原地转向

≤500N

货车8字转向

≤60N（20Km/h）方向盘转角

轿车、轻货车：3～4圈

中、重货车：4～6圈第7页/共125页§7-2机械转向器方案分析转向系的类型

汽车转向系根据其转向能源的不同，可以分为机械转向系和动力转向系两大类型。（1）机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源，又称为人力转向系。第8页/共125页（2）动力转向系结构组成

动力转向系兼用驾驶员的体力和发动机动力作为转向能源，并且以发动机动力作为主要能源。动力转向系是在机械转向系基础上加设一套转向加力装置而成的转向加力装置包括转向油罐、转向油泵、转向控制阀和转向动力缸等。转向油泵由发动机驱动，以产生高压油液。第9页/共125页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第10页/共125页11

一、机械式转向器方案分析比较内容

循环球蜗杆滚轮蜗杆指销式齿轮齿条式死销活销η+高低低较高高η-高低较高较高高Iω可变基本不变可变可变可变磨损慢慢快较快较慢调整易难易易易可靠性可靠可靠较差较可靠可靠第11页/共125页12

一、机械式转向器方案分析比较内容

循环球蜗杆滚轮蜗杆指销式齿轮齿条式死销活销结构复杂简单简单较复杂简单制造困难易易较难易制造精度高不高不高变Iω高变Iω高可否用动力转向可困难困难困难可以质量居中居中双销重单销轻轻第12页/共125页13

用途：

1.齿轮齿条式：广泛用于微型、普通、中高级轿车，部分前悬独立的货车、客车2.循环球式：广泛用于货车、客车3.蜗杆滚轮式：濒临淘汰4.蜗轮指销式：淘汰第13页/共125页1、齿轮齿条式转向器

齿轮齿条式转向器的主要优点：结构简单、紧凑、体积小、质量轻；传动效率高达90%；可自动消除齿间间隙(图7-1所示)；没有转向摇臂和直拉杆，转向轮转角可以增大；制造成本低。

齿轮齿条式转向器的主要缺点：

逆效率高（60%~70%）。

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，大部分能传至转向盘。第14页/共125页齿轮齿条式转向器的几种形式中间输入，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15页/共125页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.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第16页/共125页齿条断面形状圆形V形Y形减磨垫片齿条齿轮托座圆形断面齿条制作工艺比较简单。V形和Y形断面齿条与圆形断面比较，消耗的材料少，故质量小。可防止齿条旋转。第17页/共125页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.齿轮齿条式转向器2）齿条断面形状第18页/共125页齿形：采用斜齿，重合度大，运转平稳，可以设计齿轮齿条转向器的滑磨率，减低逆效率而防止打手；齿轮轴线还可以倾斜以利于布置，广泛采用。齿条倾角安装角第19页/共125页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.齿轮齿条式转向器3）

齿轮齿条式转向器的布置形式(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,后置梯形齿轮齿条式转向器广泛应用于微型、普通级、中级和中高级轿车上。装载量不大、前轮采用独立悬架的货车和客车也用齿轮齿条式转向器。

第20页/共125页2、循环球式转向器第一级是螺杆螺母，之间有钢球，将滑动摩擦变为滚动摩擦。第二级是齿条齿扇，齿扇是变齿厚的，类似于直齿锥齿轮的轮齿，以利于调整间隙。寿命长，效率高。与图7－8对照看第21页/共125页循环球式转向器的优点是：传动效率可达到75%-85%；转向器的传动比可以变化；工作平稳可靠；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。

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，制造精度要求高。循环球式转向器主要用于货车和客车上。第22页/共125页第二节机械式转向器方案分析二、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：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1～2项（如平头客车只有安全带，货车中当前也很少装气囊）。第23页/共125页第二节机械式转向器方案分析二、防伤安全机构方案分析1、法规要求1）汽车以48km/h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（GB11557—1998）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。第24页/共125页措施减少转向盘、转向轴的后移采用吸能的转向盘、转向轴、转向柱管

吸能方式

吸能元件

塑性弹性

摩擦

盘

轴

管柱

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。第25页/共125页a、万向节连接转向轴

不断开，不吸能。结构简单，利于布置，第26页/共125页b、两段式防伤转向轴断开，吸能少。结构简单，但是效果可能不理想第27页/共125页

c、联轴套管塑料销钉铆接，轴向滑动管柱，不断开，吸能。其中2为注塑销钉。断开时长度缩短，塑料增大摩擦并吸能。撞后不断开。

第28页/共125页d、弹性联轴器断开，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。弹性垫片第29页/共125页e、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量。设计时选择合适套管间的过盈量，满足所要求的压紧力。转向管柱套管第30页/共125页第二节机械式转向器方案分析二、防伤安全机构方案分析第31页/共125页一、转向器的效率

1、含义：

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η+表示；反之称为逆效率，用符号η－表示。

正效率η+

计算公式：

η+=（P1-P2）/P1

逆效率η－计算公式：

η－=（P3-P2）/P3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。§7-3

转向系主要性能参数第32页/共125页33

2、正效率影响因素：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。转向器类型和结构特点循环球式螺杆螺母指销式70％螺杆螺母齿扇式75～85％齿轮齿条式螺旋齿80%斜齿75%蜗轮指销式固定销55％旋转销75％蜗杆滚轮式滚针轴承54%锥轴承70%滚珠轴承75％第33页/共125页正效率η+转向器结构参数与η+α0为蜗杆（或螺杆）的螺线导程角；ρ为摩擦角，ρ=tg-1f；f为摩擦因数。当滚道表面良好，表面硬度为58HRC以上时，ρ=19’分析上式可知：①η+

与α0、ρ有关②α0↑，则η+

↑③α0>70以后，η+↑缓慢α0

η+第34页/共125页逆效率η-η-

的种类可逆式：易打手，回正性能好不可逆式：转向零件受载大，无路感，不能回正;已淘汰极限可逆式：回正性能、路感、转向系零件受载等均居中转向器结构参数与η-分析上式可知：①η-

与α0、ρ有关②α0↑，则η-↑，且在α0=80～100以后增加速度大于η+增加速度。

∴α0不宜大于80～100③α0<ρ时，则得-η-

说明不可逆α0

η-第35页/共125页36

逆效率影响汽车的使用性能正常路面作用在车轮上的力，经过转向系可大部分传递到转向盘，这种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，既可以减轻驾驶员的疲劳，又可以提高行驶安全性。但是，在不平路面上行驶时，传至转向盘上的车轮冲击力，易使驾驶员疲劳，影响安全行驾驶。

第36页/共125页37

二、传动比的变化特性1、转向系传动比的组成：转向系传动比

转向系角传动比转向器角传动比转向传动机构角传动比转向系力传动比

第37页/共125页第三节转向系主要性能参数二、传动比的变化特性1.转向系传动比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第38页/共125页角传动比力传动比转向盘转动角速度

同侧转向节偏转角速度不严格的讲，就是转向盘转角与转向轮转角之比转向盘手力两个转向轮阻力和第39页/共125页转向系的角传动比

由转向器角传动比和转向传动机构角传动比组成，即

转向器的角传动比:

转向传动机构的角传动比:

第40页/共125页2.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：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：将式（7-3）、式（7-4）代入后得到

（7-3）（7-4）（7-5）第41页/共125页如果忽略磨擦损失，根据能量守恒原理，2Mr/Mh可用下式表示将式（7-6）代入式（7-5）后得到当a和Dsw不变时，力传动比越大，虽然转向越轻，但也越大，表明转向不灵敏。（7-6）（7-7）2.力传动比与转向系角传动比的关系

第42页/共125页①a↑则ip↓，∴转向沉重，为此应减少a轿车（0.4-0.6）BB—轮胎胎面宽度货车40-60㎜当a和Dsw不变时，力传动比越大，虽然转向越轻，但也越大，表明转向不灵敏。（7-7）2.力传动比与转向系角传动比的关系

第43页/共125页3.转向系的角传动比

转向传动机构角传动比可用表示以外，还可以近拟地用转向节臂臂长L2与摇臂臂长L1之比来表示，

在汽车结构中，L2与L1的比值大约在0.85~1.1之间，可近似认为其比值为1则由此可见，研究转向系的传动比特性，只需研究转向器的角传动比及其变化规律即可。

第44页/共125页4.转向器角传动比及其变化规律

增大角传动比可以增加力传动比。当Fw一定时，增大力传动比能减小作用在转向盘上的手力Fh，使操纵轻便。同时，对于一定的转向盘角速度，转向轮偏转角速度与转向器角传动比成反比。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，

所以“轻”和“灵”构成一对矛盾。

为解决这对矛盾，可采用变速比转向器。

齿轮齿条式、循环球式、蜗式指销式转向器都可以制成变速比转向器。

第45页/共125页齿轮齿条变传动比的原理原理：

互啮合齿轮的基圆齿距必须相等，即Pbl=Pb2

齿轮基圆齿距Pbl=πmlcosα1齿条基圆齿距Pb2=πm2cosα2mlcosα1＝m2cosα2让齿轮具有标准模数m1和标准压力角a1，通过改变不同位置处齿条压力角α2和模数m2变来获得传动比。节圆

齿轮齿条式转向器齿条中部（转向盘中间位置）压力角最大，齿轮节圆半径大，转向时位移大，转向灵敏。中间小

两侧压力角逐渐变小（模数也逐渐减小），齿轮节圆半径小，转向时位移小，转向灵敏度下降，但转向轻便。两边大第46页/共125页齿轮齿条式转向器变速比工作原理如下：当齿条中部α2的为最大向两端逐渐减小时，则齿条中部的m2也应当大于两端处齿的m2。α2大时，齿槽上宽下窄，节圆半径R1也大，反之亦反之。循环球式转向器iω=2πr/P措施：螺距P不变，齿扇啮合半径r变化第47页/共125页

5、转向器角传动比的选择

转向器角传动比可以设计成减小、增大或保持不变的。影响选取角传动比变化规律的主要因素是转向轴负荷大小和对汽车机动能力的要求。若转向轴负荷小或采用动力转向的汽车，不存在转向沉重问题，应取较小的转向器角传动比，以提高汽车的机动能力。

第48页/共125页转向系(器)的传动比的变化对转向轴荷较小，或者安装动力转向的车辆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；传动比大导致路感差；两端小则为满足低速操纵灵敏性。

第49页/共125页若转向轴负荷大（20---40KN）：汽车低速急转弯时的操纵轻便性问题突出，应选用大些的转向器角传动比。

汽车高速直线行驶时，转向盘在中间位置的转向器角传动比不宜过小。否则转向过分敏感，使驾驶员精确控制转向轮的运动有困难。转向器角传动比变化曲线应选用大致呈中间小两端大些的下凹形曲线。第50页/共125页∵iw增大以后，转向器输出的力F↑，相对降低了转向传动装置刚度，∴希望iw

取小些。当iwmin

过于小时，带来如下问题：1）对φ的变化特敏感，驾驶员难于准确控制汽车方向高速转弯行驶容易发生交通事故。2）坏路上行驶反冲效应增大经验与建议：iwmin不低于15～166、iwmin

的确定：第51页/共125页iwmax

过大带来下述问题：1）转向传动装置刚度、强度不足；2）转向器尺寸大、质量↑，在汽车上难于布置；3）转向盘转动圈数n↑。建议iwmax<337.iwmax的确定第52页/共125页1、转向器传动间隙特性转向器传动间隙随转向盘转角变化的关系称为转向器传动副传动间隙特性；

影响汽车直线行驶的稳定性和转向器寿命.三、转向器传动副的传动间隙Δt

第53页/共125页转向器传动副的传动间隙Δt要求：间隙中间小，两边大。新的磨损后的调整过的

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，一旦转向轮受到侧向力作用，车轮将偏离原行驶位置，使汽车失去稳定。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，必须经调整消除该处间隙。第54页/共125页55

2、获得传动间隙特性的方法：对于循环球齿轮齿扇式：（1）偏心法：齿槽同宽，中间齿正常厚度，往两边依次递减。当n一定时，取决于摇臂轴转角βp（2）修正齿条法：两侧齿槽比中间宽，两侧齿槽相等，齿扇的齿有相同厚度。磨损后不致卡死。第55页/共125页2．如何获得传动间隙特性（1）

循环球齿条齿扇式①

偏心法特点：齿条的齿槽等宽；齿扇的齿变厚，且中间齿厚为正常齿，两侧齿齿厚依次减薄。若O1与O重合加工后齿扇各齿齿厚相同若O1与O不重合存在偏心距n，则各齿齿厚不同。第56页/共125页循环球齿条齿扇式——偏心法αd—端面压力角；

R—节圆半径；βp—摇臂轴转角；

R1—中心O1到b点的距离；

n—偏心距。第57页/共125页（1）

循环球齿条齿扇式——偏心法传动间隙特性与n有下述关系第58页/共125页2．如何获得传动间隙特性②

循环球齿条齿扇式——修正齿条法特点：齿扇齿各齿厚度相同；齿条的两侧齿槽比中间齿槽稍宽，且使两侧齿槽的宽度相同。小模数时取下限。第59页/共125页第四节机械式转向器设计与计算一、转向系计算载荷的确定影响计算载荷的因素：转向轴的负荷；路面阻力；轮胎气压。原地转向阻力矩TR的计算f—滑动摩擦因数0.7；G1—转向轴负荷（N）；p—轮胎气压（MPa）。第60页/共125页一、转向系计算载荷的确定作用在转向盘上的手力L1—转向摇臂长；L2—转向节臂长。当用上式计算的Fh>700N时，已超出人体生理极限，此时对转向器及动力缸以前的零件的计算载荷，取Fh=700N第61页/共125页二、齿轮齿条式转向器设计1．主要参数的确定2.

强度验算：抗弯强度；接触强度3.

材料：齿轮16MnCr5、15CrNi6齿条45钢壳体铝合金第62页/共125页三、循环球式转向器设计（一）主要尺寸参数的选择1．螺杆、钢球、螺母传动副（1）钢球中心距D、螺杆外、内径D1、D2第63页/共125页三、循环球式转向器设计（一）主要尺寸参数的选择1．螺杆、钢球、螺母传动副（1）钢球中心距D、螺杆外、内径D1、D2①

D：是指螺杆两侧刚球中心间的距离，是转向器的基本尺寸。影响选取D的因素有：D1、D2和刚球直径d。如果D选取的比较大，转向器的尺寸及质量均增加，螺杆尺寸也随之增大，表明刚度大，承载能力强。要求：在保证有足够的强度、刚度条件下为减小尺寸、质量应尽可能选取小一些的D，D的变化范围为20～40㎜。D应随m的变化而变化，当m↑时，D也应↑。②

D1、D2：（D2－D1）=（5～10）%DD1=20、23、25、28、29、34、38第64页/共125页三、循环球式转向器设计（一）主要尺寸参数的选择1．螺杆、钢球、螺母传动副（2）刚球直径d及数量n①

影响选取d的因素（常用的标准范围：7～9㎜）：第65页/共125页三、循环球式转向器设计（一）主要尺寸参数的选择1．螺杆、钢球、螺母传动副（2）刚球直径d及数量n选取d的原则：在保证有足够的承载能力条件下，尽可能取尺寸小些的d。如果是系列产品，要求d的选取规格尽可能少，常用有三种规格已足够。第66页/共125页三、循环球式转向器设计（一）主要尺寸参数的选择1．螺杆、钢球、螺母传动副（2）刚球直径d及数量n②影响选取n的因素第67页/共125页三、循环球式转向器设计（一）主要尺寸参数的选择1．螺杆、钢球、螺母传动副（2）刚球直径d及数量nn选择：原则在保证有足够的承载能力的条件下，n应取少些为宜。n的选取范围：n≤60粒/环路为保证每个刚球都承载，要求对刚球进行分组（至少分四组）装配。（同时螺杆、螺母也应当分组）。不包含环流导管中钢球数时，每个环路中的钢球数n用下式计算：W—一个环路中的钢球工作圈数；α0—螺线导程角，∵α0=5°~8°，∴cosα0≈1.0第68页/共125页三、循环球式转向器设计（一）主要尺寸参数的选择1．螺杆、钢球、螺母传动副(3)工作钢球圈数W

环路数：1个或者2个，且多数转向器为两个独立环路。第69页/共125页三、循环球式转向器设计（一）主要尺寸参数的选择1．螺杆、钢球、螺母传动副(3)工作钢球圈数W影响工作钢球圈数W的因素第70页/共125页三、循环球式转向器设计（一）主要尺寸参数的选择1．螺杆、钢球、螺母传动副(3)工作钢球圈数W选取W的原则：在保证螺杆、螺母、钢球有足够的σj

强度条件下，将W取少些；m小时W取1.5，m大时，W取得多。W的选取范围：1.5、2.5第71页/共125页三、循环球式转向器设计（一）主要尺寸参数的选择1．螺杆、钢球、螺母传动副(4)滚道截面：单圆弧滚道截面/四段圆弧滚道截面/椭圆滚道截面第72页/共125页三、循环球式转向器设计（一）主要尺寸参数的选择1．螺杆、钢球、螺母传动副(5)接触角：钢球与螺杆滚道接触点的正压力方向与螺杆滚道法面轴线间的夹角称为接触角θ。接触角θ影响：轴向力和径向力的分配要求：轴向力和径向力接近，以免影响扇齿齿根处强度。范围：用450的多，少数用500或57.50(BenZ)，此时径向力↑，轴向力↓。第73页/共125页三、循环球式转向器设计（一）主要尺寸参数的选择1．螺杆、钢球、螺母传动副（6）螺距P若转向盘转动dφ，则同时螺母移动ds距离，即

①与此同时齿扇转过的弧长也为ds，相应摇臂轴转过则有：

②①与②联立，得：第74页/共125页三、循环球式转向器设计（一）主要尺寸参数的选择1．螺杆、钢球、螺母传动副（6）螺距P第75页/共125页三、循环球式转向器设计（一）主要尺寸参数的选择2．齿条、齿扇传动副设计齿扇齿的特点①

齿顶圆与齿根圆均有锥度②

∵分度圆d=mz，∴不变是圆柱

③

分度圆上的齿厚是变化的

④

基圆也是一个圆柱第76页/共125页三、循环球式转向器设计（一）主要尺寸参数的选择2．齿条、齿扇传动副设计——齿形计算图纸上仅标注基准剖面尺寸即（Ⅰ—Ⅰ）剖面尺寸。基准剖面可以选在齿宽内或齿宽外任意剖面处，但一般多选在B/2处；基准剖面的ζ=0，且向右为正ζ

，向左ζ

为负距基准剖面尺寸a0

处的O—O剖面的移距系数为ζ

1第77页/共125页三、循环球式转向器设计（一）主要尺寸参数的选择2．齿条、齿扇传动副设计——齿形计算第78页/共125页四、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σ第79页/共125页四、循环球式转向器零件强度计算2.

齿的弯曲应力σw材料：螺杆、螺母20CrMnTi渗碳0.8~1.45mm58~63HRC第80页/共125页四、循环球式转向器零件强度计算3.转向摇臂轴直径d材料：20CrMnTi渗碳0.8~1.45mm58~63HRC第81页/共125页四、循环球式转向器零件强度计算4.转向轴[τ]=4000～5000N/㎝2第82页/共125页83

设计原则：

当前轴负荷大于40KN时，必须采用动力转向；当前轴负荷在25～40KN之间时，可装可不装；当前轴负荷小于25KN时，不必装动力转向。第五节

动力转向机构

动力转向系统则是在驾驶员的控制下，借助于汽车发动机取力而产生的液体压力或电动机驱动力来实现车轮转向。第83页/共125页一、设计要求

1.运动学的随动：转向轮转角和方向盘转角的关系应保持一定比例；2.力的随动（路感）：即不同路面上，驾驶员的手力感觉应随着转向轮阻力变化而一致变化；3.动力转向失灵时，仍能够用机械转向操纵；4.当Fh≥0.025~0.19KN时，动力转向起作用；5.应能够自动回正，保证汽车稳定、直线行驶；

6.工作灵敏，转向盘转动后，系统内压力能很快增长到最大值；

7.密封性能好，内、外泄漏少。第84页/共125页动力转向动力转向的基本要求GB17675-1999汽车转向系基本要求：

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或全部失效后，转向系统必须有控制汽车行驶方向的能力。

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加助力机构实现的，机械机构用于安全储备第85页/共125页（一）动力转向结构形式1.液压式：尺寸小，压力大，灵敏度高，可吸收冲击，无需润滑；2.气压式：体积大，质量大，灵敏度低，压力低二、液压式动力转向机构布置方案分析

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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。根据分配阀、转向器和动力缸三者相互位置的不同，它分为整体式（图7-12a）和分置式两类。分置式按分配阀所在位置不同又分为：联阀式（图7-12b）、连杆式（图7-12c）和半分置式（图7-12d）。图7-12动力转向机构布置方案1—分配阀2—转向器3—动力缸二、液压式动力转向机构布置方案分析

第87页/共125页二、动力转向机构布置方案2.布置方案第88页/共125页二、动力转向机构布置方案3.分配阀的结构方案第89页/共125页三、液压式动力转向器的评价指标

（1）动力转向器的作用效能用效能指标s=Fh/Fh′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s=1~15。（2）路感在最大工作压力时，轿车：换算以转向盘上的力增加约30~50N，货车：增加80~100N。（3）转向灵敏度

转向灵敏度可以用转向盘行程与滑阀行程的比值来评价

比值越小，则动力转向作用的灵敏度越高。高级轿车的值在6.7以下。转向灵敏度也可以用接通动力转向时，作用到转向盘的手力的转角来评价，要求此力在20-50N，转角在10°~15°范围。第90页/共125页（4）动力转向器的静特性动力转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，是用来评价动力转向器的主要特性指标。用输入转矩Mφ与输出油压p之间的变化关系曲线来表示动力转向的静特性。常将静特性曲线划分为四个区段。在输入转矩不大的时候，相当于图中A段；汽车原地转向或调头时，输入转矩进入最大区段（图中C段）；B区段属常用快速转向行驶区段；D区段曲线就表明是一个较宽的平滑过渡区间。图7-13静特性曲线分段示意图

要求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0.85。第91页/共125页能量消耗大。液压动力转向系统需要发动机带动液压油泵，使液压油不停地流动，浪费了部分能量。结构复杂，可靠性差。液压动力转向系统必需有动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮等

，工作介质为油液，易泄漏。助力特性难以满足要求。（主要问题）具有固定放大倍率，操纵轻便型和操纵稳定性难以兼顾。液压式动力转向系统的缺点为此采用车速感应型动力转向机构，有电控液压动力转向和电动助力转向系统第92页/共125页

具有固定放大倍率的动力转向系统的主要缺点放大倍率小，可减小汽车在停车或低速行驶状态下转动转向盘的力，但当汽车以高速行驶时，会使转动转向盘的力显得太小，不利于对高速行驶的汽车进行方向控制（方向发飘）；反之，放大倍率大，可增加汽车在高速行驶时的转向力，但当汽车停驶或低速行驶时，转动转向盘就会显得非常吃力（转向沉重）。

操纵轻便型(低速状态)和操纵稳定性(高速状态)难以兼顾。第93页/共125页是在传统的液压动力转向系统的基础上增设了控制液体流量的电磁阀、车速传感器和电子控制单元等，电子控制单元根据检测到的车速信号，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、低速时的转向助力要求。

四、电控液压动力转向

这些装置保留了原来的液压系统，所以结构复杂，成本提高。第94页/共125页电控液压动力转向

EHPS示意图第95页/共125页电控液压动力转向

一种EHPS电动泵第96页/共125页分类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装置而构成的。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流量控制式、油压反馈控制式（反力控制式）、动力缸分流控制式和阀特性控制式（阀灵敏度控制式）几种形式。第97页/共125页

流量控制式动力转向系统就是根据车速传感器的信号，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油室的旁路液压油流量，来改变转向盘上的转向力。

车速越高，流过电磁阀电磁线圈的平均电流值越大，电磁阀阀针的开启程度越大，旁路液压油流量越大，液压助力作用越小，使转动转向盘的力也随之增加。这就是流量控制式动力转向系统的工作原理。流量控制式第98页/共125页五、电动助力转向系统上世纪80年代开始研制并商品化的电动助力转向（EPS）系统近年来在国内外得到迅速发展。早在1988年，这种转向系统首先装在日本的SuzukiCorvo助力装置第99页/共125页电控电动转向助力系统EPS的工作原理：

基本工作原理是：电脑EPS/ECU接受转向盘的转向转矩信号和车速信号VSS的高低及发动机转速信号SP的高低。判断发动机是否工作，以决定EPS系统是否投入工作，在发动机熄火情况下EPS系统停止工作。第100页/共125页

经过判断和处理后，根据事先存储器中确定好的助力特性，确定和输出助力扭矩电流的大小和方向（助力电机的正、反转，工作时间及工作频率）。低速时助力作用大．转向轻便；高速时减小助力，以提高路感和操纵稳定性（无发飘手感）。第101页/共125页电动助力转向系统装转向盘连接转向器第102页/共125页电动式助力转向系统的优点：有许多液压式动力转向系统所不具备的优点：

（1）将电动机、离合器、减速装置、转向杆等各部件装配成一个整体，这既无管道也无控制阀，使其结构紧凑、质量减轻。一般电动式EPS的质量比液压式EPS质量轻25%左右。

（2）没有液压式动力转向系统所必须的常运转转向油泵，电动机只是在需要转向时才接通电源，所以动力消耗和燃油消耗均可降到最低。

（3）省去了油压系统，所以不需要给转向油泵补充油，也不必担心漏油。

（4）可以比较容易地按照汽车性能的需要设置、修改转向助力特性。第103页/共125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104页/共125页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105页/共125页未来：全电动转向－线控转向（Steer-By-Wire）特点：取消了转向盘和转向轮之间的机械连接优点：传动比可调提高主动安全提高被动安全缺点：技术含量高，成本高，目前处于研究阶段第106页/共125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107页/共125页转向梯形转向梯形的两种形式整体式－配合非独立悬架断开式－配合独立悬架整体式断开式