哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） I 摘 要 本文主要研究了 四輪轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并對四輪轉(zhuǎn)向傳動路線進(jìn)行了簡要分析。以此為理論基礎(chǔ)，以某汽車的相關(guān)參數(shù)設(shè)計了四輪轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向器。包括前輪轉(zhuǎn)向器的設(shè)計計算，后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器的設(shè)計，齒條等強(qiáng)度的計算。四輪轉(zhuǎn)向傳動系主要是通過車速傳感器、前輪轉(zhuǎn)角傳感器、前輪轉(zhuǎn)速傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、后輪轉(zhuǎn)角傳感器、后輪轉(zhuǎn)速傳感器，發(fā)送信號到四輪轉(zhuǎn)向控制器內(nèi)，信號經(jīng)過處理，得出后輪所需的轉(zhuǎn)角大小及方向，控制執(zhí)行器完成轉(zhuǎn)向。此系統(tǒng)可以改善車輛低速的轉(zhuǎn)向靈活性和高速時的操縱穩(wěn)定性，使汽車在轉(zhuǎn)向時響應(yīng)快，轉(zhuǎn)向能力 強(qiáng)，直線行駛穩(wěn)定。前輪轉(zhuǎn)向器是四輪轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)部件，是電機(jī)助力的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。后輪執(zhí)行器是驅(qū)動后輪轉(zhuǎn)向的主要部件。通過對前輪轉(zhuǎn)向器和后輪執(zhí)行器的設(shè)計，為四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)整體設(shè)計提供了基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞 四輪轉(zhuǎn)向，齒輪齒條電動助力轉(zhuǎn)向器，后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） is a of is a to in is is is of 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） 套 資料 ， 扣扣 414951605 目錄 摘要 . 錄 . 一章 緒論 . - 1 - 第二章 設(shè)計方案選擇 . - 7 - 各傳感器位置確定 . - 7 - 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計要求 . - 8 - 轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計 . - 9 - 本章小結(jié) . - 11 - 第三章 齒輪齒條電動助力轉(zhuǎn)向器設(shè)計計算 . - 11 - 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） 轉(zhuǎn)向器的效率 . - 11 - 轉(zhuǎn)向器正效率 + . - 11 - 轉(zhuǎn)向器逆效率 - . - 12 - 傳動比的變化特性 . - 13 - 傳動比與角傳動比的關(guān)系 . - 14 - 參數(shù)選擇 . - 16 - 向輪側(cè)偏角計算 . - 17 - 轉(zhuǎn)向系載荷確定 . - 18 - 轉(zhuǎn)向器的主要元件設(shè)計 . - 21 - 擇齒輪齒條材料 . - 21 - 輪齒條基本參數(shù) . - 23 - 向橫拉桿及其端部 . - 24 - 條調(diào)整 . - 25 - 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向橫拉桿的運動分析 . - 26 - 齒輪齒條傳動受力分析 . - 27 - 彈簧的設(shè)計計算 . - 32 - 齒輪軸軸承的校核 . - 35 - 電機(jī)選擇 . - 36 - 力轉(zhuǎn)矩的計算 . - 36 - 動機(jī)參數(shù)的選擇和計算 . - 37 - 本章小結(jié) . - 38 - 第四章 后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器設(shè)計計算 . - 39 - 執(zhí)行器結(jié)構(gòu)設(shè)計 . - 39 - 齒條設(shè)計計算 . - 40 - 回位彈簧的設(shè)計計算 . - 40 - 電機(jī)選擇 . - 42 - 力轉(zhuǎn)矩的計算 . - 42 - 動機(jī)參數(shù)的選擇和計算 . - 42 - 本章小結(jié) . - 43 - 結(jié)論 . - 44 - 致謝 . - 45 - 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） V 參考文獻(xiàn) . - 46 - 附錄 . - 47 - 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 1 - 第一章 緒論 四輪轉(zhuǎn)向（ 制技術(shù)就是在汽車行駛轉(zhuǎn)向時通過引入一定的后輪轉(zhuǎn)向來增強(qiáng)汽車在高速行駛或在側(cè)向風(fēng)力作用時的操縱穩(wěn)定性、行駛安全性及改善低速時汽車的機(jī)動靈活性。我們知道普通汽車的轉(zhuǎn)向是靠駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤，從而帶動前輪的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)的，前輪為轉(zhuǎn)向輪。前輪轉(zhuǎn)動后，車身方向跟著改變，無轉(zhuǎn)向的后輪與車身的行進(jìn)方向產(chǎn)生差距，產(chǎn)生偏離角，從而發(fā)生彎力，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向。由此可見，傳統(tǒng)的前輪轉(zhuǎn)向汽車有低速時轉(zhuǎn)向響應(yīng)慢，回轉(zhuǎn)半徑 大，轉(zhuǎn)向不靈活；高速時方向穩(wěn)定性差等缺點。經(jīng)過二十余年的研究， 4術(shù)已趨于成熟，日本的日產(chǎn)公司、馬自達(dá)公司、豐田公司，美國的福特公司、通用公司的汽車產(chǎn)品上都有裝用 4統(tǒng)。我國開展汽車四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)研究相對較晚， 80年代末和 90 年代初開始有文章探討 4題， 90 年代末，上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)開始進(jìn)行 4制方法的研究。近年來，由于電子控制技術(shù)的快速發(fā)展，以及國內(nèi)愈趨緊張的交通狀況，四輪轉(zhuǎn)向控制技術(shù)越來越被汽車廠商及各高校重視，在 2003 年和2005 年海峽連桿機(jī)構(gòu)學(xué)術(shù)研討會上臺北科技大學(xué)代表分享了后輪 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計以及四輪轉(zhuǎn)向控制防側(cè)滑等理論成果。通過對目前四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)的研究，我參照已有車型的參數(shù)設(shè)計了四輪轉(zhuǎn)向的前輪轉(zhuǎn)向器和后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器，為國內(nèi)四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展提供基礎(chǔ)。 【技術(shù)說明】 后輪轉(zhuǎn)向與前輪主要有兩個不同的相位轉(zhuǎn)角，當(dāng)車速較低時后輪與前輪轉(zhuǎn)向相反稱為逆向位轉(zhuǎn)角如圖（ 1，當(dāng)車速較高時后輪與前輪轉(zhuǎn)向相同稱為同相位轉(zhuǎn)角如圖（ 1 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 2 - （ a） 2 （ b） 4（ 1 4速時逆向位轉(zhuǎn)向 （ a） 2 （ b） 4（ 14速時同向位轉(zhuǎn)向 四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制目標(biāo)主要包括： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 3 - 保持所期望的汽車轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性； 后輪主動轉(zhuǎn)向主要采用以下幾種控制模 式： 饋型） 適應(yīng)能力的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法：前饋加反饋控制即前輪轉(zhuǎn)向角比例前饋加橫擺角速度比例反饋控制，控制后輪轉(zhuǎn)向，并且使汽車質(zhì)心處的側(cè)偏角始終為零。 本設(shè)計采用具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力的控制策略，的四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)。主要工作形式是四輪轉(zhuǎn)向控制器收集各傳感器 輸入的信號，通過處理信號，確定后輪所需的轉(zhuǎn)角大小及方向，將蓄電池電壓輸送到后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器完成轉(zhuǎn)向如圖（ 1 1- 車速傳感器 25爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 4 - 轉(zhuǎn)向執(zhí)行器 6 圖（ 1輪轉(zhuǎn)向示意圖 四輪轉(zhuǎn)向的工作特性：當(dāng)車速低于 29km/h 時，如果轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動，后輪會立即開始向與前輪相反的方向轉(zhuǎn)動，在車速為零時，后輪最大轉(zhuǎn)角是 6 度。后輪轉(zhuǎn)角減小程度隨車速變化，在 車速為 29km/h 時后輪轉(zhuǎn)角幾乎是零。當(dāng)車速為 29km/h 時，轉(zhuǎn)向盤在最初 200轉(zhuǎn)角內(nèi)后輪轉(zhuǎn)向與前輪方向一致。在這個車速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角大于 200時后輪會轉(zhuǎn)向相反的方向。當(dāng)車速提高到 96km/h，并且轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角是 100時，那么后輪將會向前輪的方向轉(zhuǎn)動約 1。在這個車速下，如果轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動 500，后輪將會向前輪相反方向轉(zhuǎn)動大約 1 【設(shè)計說明】 由于本項技術(shù)的特殊性，和時間關(guān)系，只對前輪電動助力轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向器，和后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器進(jìn)行了設(shè)計。對于懸架系統(tǒng)和和后輪轉(zhuǎn)向梯形只是提出了設(shè)計方向。（前懸架可以采用 雙叉臂式懸架，后懸架系統(tǒng)可以采用多連桿式懸架，現(xiàn)有車型 輪轉(zhuǎn)向梯形可采用雙梯形，使用兩套機(jī)構(gòu)進(jìn)行切換。 ） 前輪齒輪齒條轉(zhuǎn)向器采用空心電機(jī)驅(qū)動螺桿助力系統(tǒng)，此系統(tǒng)具有節(jié)能、環(huán)保、高效、安全等諸多優(yōu)點，其整體結(jié)構(gòu)如圖（ 1示。 圖（ 1輪轉(zhuǎn)向器 由電子控制單元（ 稱 矩傳感器（ 前輪角度傳感器（ 動機(jī)（ 轉(zhuǎn)向盤（ 組 成。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤時，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開始工作，轉(zhuǎn)向盤角度和扭矩傳感器把方向盤的輸入信號（轉(zhuǎn)向力矩和 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 5 - 旋轉(zhuǎn)角度），以電壓信號的形式送至 此同時 取汽車的車的車速信號以及車輛發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速信號。 據(jù)轉(zhuǎn)向力矩大小和方向、發(fā)動機(jī)或電動機(jī)轉(zhuǎn)速、車速、方向盤轉(zhuǎn)角、方向盤轉(zhuǎn)速等信號，判斷是否需要助力及助力的大小和方向。若需要助力，則依據(jù)預(yù)先設(shè)計的助力特性曲線計算出必要的助力力矩，并按照一定的控制策略和算法，輸出相應(yīng)的控制信號給驅(qū)動電路，由驅(qū)動電路提供相應(yīng)的電流給助力電機(jī)，助力電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩，由減速機(jī) 構(gòu)放大后再傳送給轉(zhuǎn)向軸起助力轉(zhuǎn)向的作用，從而完成轉(zhuǎn)向助力的功能。若出現(xiàn)故障或車速超出設(shè)定值則控制助力電機(jī)停止輸出，系統(tǒng)不提供助力，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為人工手動轉(zhuǎn)向。由于電控單元可以采集車速、方向盤的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)角信號，所以 供的助力大小可以根據(jù)控制策略調(diào)整。后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器如圖（ 1示 1- 轉(zhuǎn)向軸螺桿 2圖（ 1輪執(zhí)行器 執(zhí)行器包含一個通過循環(huán)球螺桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動轉(zhuǎn)向齒條的電動機(jī)。轉(zhuǎn)向橫拉桿是從轉(zhuǎn)向執(zhí)行器連 接到后輪轉(zhuǎn)向節(jié)臂和轉(zhuǎn)向節(jié)處，執(zhí)行器內(nèi)的回位彈簧在點火開關(guān)斷開，或四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失效時將后輪推回直線行駛位置。一個后輪轉(zhuǎn)角 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 6 - 傳感器安裝在后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器內(nèi)。通過對前輪轉(zhuǎn)向器和后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器的設(shè)計，為四輪轉(zhuǎn)向整體設(shè)計提供了基礎(chǔ)。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 7 - 第二章 設(shè)計方案選擇 各傳感器位置確定 1車速傳感器：安裝在變速內(nèi)。車速傳感器將與車速相關(guān)的電壓信號送到四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電子控制模塊，這個車速信號也被送到自動變速器內(nèi)的電子控制模塊。 2前 /后輪轉(zhuǎn)速傳感器：安裝在車輪輪轂上 ，前 /后輪轉(zhuǎn)速傳感器將前 /后輪轉(zhuǎn)速電壓信號送到四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電子控制模塊，這個車輪轉(zhuǎn)速信號也被送到子控制模塊。 3前輪轉(zhuǎn)角傳感器：前輪轉(zhuǎn)角傳感器安裝在前輪電機(jī)內(nèi)這個傳感器含有一個隨循環(huán)球螺桿旋轉(zhuǎn)的脈沖環(huán)，電子霍爾傳感元件直接安裝在脈沖環(huán)上部，如圖（ 2 圖（ 2 當(dāng)安裝在轉(zhuǎn)子上的“轉(zhuǎn)角傳感器檢測凸臺”隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，套在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 8 - 角傳感器的霍爾傳感元件向電子控制模塊發(fā)出脈沖數(shù)字電壓信號，顯示轉(zhuǎn)角。 輪轉(zhuǎn)角傳感器安裝后輪執(zhí)行器電機(jī)內(nèi) ,此傳感器與前輪轉(zhuǎn)角傳感器相似，如上圖 ，當(dāng)安裝在轉(zhuǎn)子上的“轉(zhuǎn)角傳感器檢測凸臺”隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，套在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)角傳感器的霍爾傳感元件向電子控制模塊發(fā)出脈沖數(shù)字電壓信號，顯示后輪轉(zhuǎn)角。 裝在組合開關(guān)下方的轉(zhuǎn)向柱上。轉(zhuǎn)角傳感器采用霍爾效應(yīng)原理結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)角傳感器檢測轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動方向、轉(zhuǎn)動速度和轉(zhuǎn)動角度。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)角傳感器向電子控制模塊傳送前輪轉(zhuǎn)動的信號。 裝在小齒輪內(nèi)，轉(zhuǎn)向力矩傳感器根據(jù)小齒輪桿的旋轉(zhuǎn)情況，檢測出轉(zhuǎn)向力的大小并輸送至控制單元。如圖（ 2 圖（ 2 轉(zhuǎn) 向機(jī)構(gòu)的設(shè)計要求 1運動學(xué)上應(yīng)保持轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角和駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤的轉(zhuǎn)角之間保持一定的比例關(guān)系。 2隨著轉(zhuǎn)向輪阻力增大（或減?。?，作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力必須增大（或減小），稱之為“路感” 3當(dāng)作用在轉(zhuǎn)向盤上的切向力 錯誤 !未找到引用源。 誤 !未找到引 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 9 - 用源。 ，動力轉(zhuǎn)向器就應(yīng)開始工作。 4轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向盤應(yīng)自動回正，并使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài)。 5工作靈敏，即轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動后，系統(tǒng)內(nèi)壓力能很快增長到最大值。 6轉(zhuǎn)向失靈時，仍能用機(jī)械系統(tǒng)操縱車輪轉(zhuǎn)向。 轉(zhuǎn)向梯形 設(shè)計 阿克曼原理：汽車在行駛（直線行駛和轉(zhuǎn)彎行駛 ） 過程中，每個車輪的運動軌跡，都必須完全符合它的自然運動軌跡，從而保證輪胎與地面間處于純滾動而無滑移現(xiàn)象。 兩輪轉(zhuǎn)向汽車阿克曼原理如圖（ 2 轉(zhuǎn)角關(guān)系 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 （ 圖（ 2L:前后輪軸距 K:兩輪轉(zhuǎn)向主銷距離 但實際上的轉(zhuǎn)向中心 O 不再后輪延長線上，這時汽車將產(chǎn)生側(cè)傾力，將導(dǎo)致重心偏移即重心測偏角。通過四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)，后 輪微小的轉(zhuǎn)角（ 3） 來控制車輛轉(zhuǎn)彎時的側(cè)傾角，使重心側(cè)偏角減小為零。這樣車輛在高速行駛時 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 10 - 能迅速改變車道，車身又不致產(chǎn)生大的擺動，減少了產(chǎn)生擺尾的可能性，同時也改善了前輪轉(zhuǎn)向不足的問題。 四輪轉(zhuǎn)向汽車阿克曼原理如圖（ 2 轉(zhuǎn)角關(guān)系 圖（ 2 前輪與后輪同向轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角關(guān)系： 錯誤 !未找到引用源。 - 錯誤 !未找到引用源。 = 錯誤 !未找到引用源。 （ 前輪與后輪反向轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角關(guān)系： 錯誤 !未找到引用源。 + 錯誤 !未找到引用源。 = 錯誤 !未找到引用源。 （ 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 11 - 本章小結(jié) 本章對四輪轉(zhuǎn)向的具體結(jié)構(gòu)做了詳細(xì)介紹，并且對此結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向梯形進(jìn)行分析，對前輪轉(zhuǎn)向器和后輪執(zhí)行器的設(shè)計提供了基 第三章 齒輪齒條電動助力轉(zhuǎn)向器設(shè)計計算 轉(zhuǎn)向器的效率 功率 轉(zhuǎn)向軸輸出所求得的效率稱為正效率，用符號 +表示， +=( 之稱為逆效率，用符號 - =( 中， 向軸上的功率。為了保證轉(zhuǎn)向時駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤輕便，要求轉(zhuǎn)向器傳遞正效率高。為了保證汽車轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤能自動返回到直線行駛位置，又需要有一定的逆效率。為了減輕在不平路面上行駛時駕駛員的疲勞，車輪與路面之間的作用力傳至轉(zhuǎn)向盤上要盡可能小，防止打手又要求逆效率盡可能低。 轉(zhuǎn)向器正效率 + 影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有：轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點與效率 在前述四種轉(zhuǎn)向器中，齒輪齒條式、 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 12 - 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率比較高，而蝸桿指銷式的固定銷和蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的正效率 要明顯的低些。 同一類型轉(zhuǎn)向器，因結(jié)構(gòu)不同效率也不一樣。如蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的滾輪與支撐軸之間的軸承可以選用滾針軸承、圓錐滾子軸承和球軸承等三種結(jié)構(gòu)之一。第一種結(jié)構(gòu)除滾輪與滾針之間有摩擦損失外，滾輪側(cè)翼與墊片之間還存在滑動摩擦損失，故這種轉(zhuǎn)向器的效率僅有 54。另外兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器效率，根據(jù)試驗結(jié)果分別為 70和 75。 轉(zhuǎn)向軸承的形式對效率也有影響，用滾針軸承比用滑動軸承可使正或逆效率提高約 10。 轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率 如果忽略軸承和其它地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，對于螺桿類轉(zhuǎn)向器，其效率 可用下式計算 ) （ 式中， 錯誤 !未找到引用源。 為螺桿的螺線導(dǎo)程角； 錯誤 !未找到引用源。為摩擦角， 錯誤 !未找到引用源。 ； 轉(zhuǎn)向器逆效率 - 根據(jù)逆效率大小不同，轉(zhuǎn)向器又有可逆式、極限可逆式和不可逆式之分。路面作用在車輪上的力，經(jīng)過轉(zhuǎn)向系可大部分傳遞到轉(zhuǎn)向盤，這種逆效率較高的轉(zhuǎn)向器屬于可逆式。它能保證轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動回正。這既減輕了駕駛員的疲勞，又提高了行駛 安全性。但是，在不平路面上行駛時，車輪受到的沖擊力，能大部分傳至轉(zhuǎn)向盤，造成駕駛員“打手”，使之精神狀態(tài)緊張，如果長時間在不平路面上行駛，易使駕駛員疲勞，影響安全駕駛。屬于可逆式的轉(zhuǎn)向器有齒輪齒條式和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。 不可逆式轉(zhuǎn)向器，是指車輪受到的沖擊力不能傳到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向器。該沖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 13 - 擊力由轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的零件承受，因而這些零件容易損壞。同時，它既不能保證車輪自動回正，駕駛員又缺乏路面感覺；因此，現(xiàn)代汽車不采用這種轉(zhuǎn)向器。極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于上述兩者之間。在車輪受到?jīng)_擊力作用時，此力只有較小一部分傳至轉(zhuǎn)向盤。它的 逆效率較低，在不平路面上行駛時，駕駛員并不十分緊張，同時轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的零件所承受的沖擊力也比不可逆式轉(zhuǎn)向器要小。如果忽略軸承和其它地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，則逆效率可用下式計算 00 ）（ （ 式 (式 (明：增加導(dǎo)程角 錯誤 !未找到引用源。 ,正、逆效率均增大。受 誤 !未找到引用源。 不宜取得過大。當(dāng)導(dǎo)程角小于或 等于摩擦角時，逆效率為負(fù)值或者為零，此時表明該轉(zhuǎn)向器是不可逆式轉(zhuǎn)向器。為此，導(dǎo)程角必須大于摩擦角。通常螺線導(dǎo)程角選在 8 10之間。 傳動比的變化特性 轉(zhuǎn)向系的傳動比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動比誤 !未找到引用源。 之比，稱為力傳動比，即 錯誤 !未找到引用源。 =2錯誤 !未找到引用源。 （ 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動角速度 錯誤 !未找到引用源。 與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度 錯誤 !未找到引用源。 之比，稱為轉(zhuǎn)向系角傳動比； 式中， 錯誤 !未找到引用源。 為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量； 錯誤 !未找到引用源。 為轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量； 錯誤 !未找到引用源。 為時間增量。它又由轉(zhuǎn)向器角傳動 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 14 - 比 錯誤 !未找到引用源。 和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)角傳動比 錯誤 !未找到引用源。 所組成，即 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 。 轉(zhuǎn)向盤角速度 錯誤 !未找到引用源。 與搖臂軸轉(zhuǎn)動角速度 錯誤 !未找到引用源。 之比，稱為轉(zhuǎn)向器角傳動比 錯誤 !未找到引用源。 , 即 。 式中 ,錯誤 !未找到引用源。 為搖臂軸轉(zhuǎn)角增量。此定義適用于除齒輪齒條式之外的轉(zhuǎn)向器。 搖臂軸轉(zhuǎn)動角速度 錯誤 !未找到引用源。 與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度 錯誤 !未找到引用源。 之比，稱為轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的角傳動比 錯誤 !未找到引用源。 ，即 。 傳動比與角傳動比的關(guān)系 輪胎與地面之間的轉(zhuǎn)向阻力 錯誤 !未找到引用源。 和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩 錯誤 !未找到引用源。 之間有如下關(guān)系 （ 式中， 為主銷偏移距，指從轉(zhuǎn)向節(jié)主銷軸線的延長線與支承平面的交點至車輪中心平面與支承平面交線間的距離。 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 錯誤 !未找到引用源。 可用下式表示 （ 式中， 錯誤 !未找到引用源。 作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩； 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 15 - 錯誤 !未找到引用源。 為轉(zhuǎn)向盤直徑。 將式 (式 (入式（ 到 （ 分析式 (知，當(dāng)主銷偏移距 傳動比 錯誤 !未找到引用源。 應(yīng)取大些才能保證轉(zhuǎn)向輕便。通常轎車的 a 值在 0 4 0 6倍輪胎的胎面寬度尺寸范圍內(nèi)選取，而貨車的 40 60向盤直徑 錯誤 !未找到引用源。 根據(jù)車型不同在 86轉(zhuǎn)向盤尺寸標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的系列內(nèi)選取。 如果忽略摩擦損失，根據(jù)能量守恒原理， 2錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 可用下式表示 2 （ 將式 (人式 (得到 （ 當(dāng) 錯誤 !未找到引用 源。 和 錯誤 !未找到引用源。 不變時，力傳動比 錯誤 !未找到引用源。 越大，雖然轉(zhuǎn)向越輕，但 錯誤 !未找到引用源。 也越大，表明轉(zhuǎn)向不靈敏。 根據(jù)相互嚙合齒輪的基圓齒距必須相等， 即 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 。其中齒輪基圓齒距 錯誤 !未找到引用源。 ，齒條基圓齒距 錯誤 !未找到引用源。 。由上述兩式可知：當(dāng)齒輪具有標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 和標(biāo)準(zhǔn)壓力角 錯誤 !未找到引用源。 與一個具有變模數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 、變壓力角 錯誤 !未找到引用源。 的齒條相嚙合，并始終保持 錯誤 !未找到引用源。 時，它們就可以嚙合運轉(zhuǎn)。如果齒條中部 (相當(dāng)汽車直線行 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 16 - 駛位置 )齒的壓力角最大，向兩端逐漸減小 (模數(shù)也隨之減小 )，則主動齒輪嚙合半徑也減小，致使轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動某同一角度時，齒條行程也隨之減小。因此，轉(zhuǎn)向器的傳動比是變化的。 隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角變化，轉(zhuǎn)向器角傳動比可以設(shè)計成減小、增大或保持不變的。影響選取角傳動比變化規(guī)律的因素，主要是轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大小和對汽車機(jī)動能力的要求。若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷小，在轉(zhuǎn)向盤全轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，駕駛員不存在轉(zhuǎn)向沉重問題。裝用動力轉(zhuǎn)向的汽車， 因轉(zhuǎn)向阻力矩由動力裝置克服，所以在上述兩種情況下，均應(yīng)取較小的轉(zhuǎn)向器角傳動比并能減少轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動的總?cè)?shù)，以提高汽車的機(jī)動能力。 轉(zhuǎn)向盤在中間位置的轉(zhuǎn)向器角傳動比不宜過小。過小則在汽車高速直線行駛時，對轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角過分敏感和使反沖效應(yīng)加大，使駕駛員精確控制轉(zhuǎn)向輪的運動有困難。直行位置的轉(zhuǎn)向器角傳動比不宜低于 15 16。 參數(shù)選擇 前 /后輪距 K 1540/1540( 軸距 L 2578(輪胎型號 205/55 備質(zhì)量 1405( 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 17 - 允許總質(zhì)量 M 800(前 /后軸載荷 1000/1000(方形盤直徑 錯誤 !未找到引用源。 400(齒條有效行程 錯誤 !未找到引用源。 150(最小轉(zhuǎn)彎半徑 R 6000(齒輪齒條轉(zhuǎn)向器正效率 90 錯誤 !未找到引用源。 表 目 轉(zhuǎn)向小齒輪 轉(zhuǎn)向齒條 模數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 數(shù) 錯誤 !未找到引用源。/錯誤 !未找到引用源。 6 28 法相壓力角 錯誤 !未找到引用源。 20 20 螺旋角 /齒傾角 錯誤 !未找到引用源。 140 80 變位系數(shù) 0 齒頂高系數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 1 1 頂隙系數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計算 說明：此四輪 轉(zhuǎn)向技術(shù)為主動轉(zhuǎn)向技術(shù)，后輪微小轉(zhuǎn)角（ 錯誤 !未找到引用源。 ）考慮當(dāng)后輪執(zhí)行器失靈時，汽車按二輪轉(zhuǎn)向技術(shù)行駛，所以轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角按二輪轉(zhuǎn)向汽車方法計算如圖（ 3 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 18 - 。 誤 !未找到引用源。 （ 錯誤 !未找到引用源。 誤 !未 找到引用源。 （ 錯誤 !未找到引用源。 轉(zhuǎn)向系載荷確定 為了保證行駛安全，組成轉(zhuǎn)向系的各零件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。欲驗算轉(zhuǎn)向系零 件 強(qiáng)度，需首先確定作用在各零件上的力。 線角傳動比 i 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 19 - i=錯誤 !未找到引用源。 (方向盤轉(zhuǎn)動圈數(shù) n n=錯誤 !未找到引用源。 (角 傳動比 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 (原地轉(zhuǎn)向阻力距 錯誤 !未找到引用源。 的計算： 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 (f 輪胎和路面間的滑動摩擦因數(shù) G 轉(zhuǎn)向前輪負(fù)荷。單位為 N P 輪胎氣壓，單位為 用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 (錯誤 !未找到引用源。 原地轉(zhuǎn)向阻力矩 錯誤 !未找到引用源。 轉(zhuǎn)向盤直徑 錯誤 !未找到引用源。 轉(zhuǎn)向器角傳動比 錯誤 !未找到引用源。 轉(zhuǎn)向器正效率 主銷偏移距 a a 205 用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 20 - 引用源。 錯誤 !未找到引用源。 轉(zhuǎn)動比 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 =輞直徑 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 1616 形臂長度 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 () 取 162胎直徑 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 55% 2 205 取 632 齒寬系數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 = 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 條寬度 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 . 錯誤 !未找到引用源。 整取 錯誤 !未找到引用源。 20取齒輪齒寬 錯誤 !未找到引用源。+10=20+10=30哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 21 - 轉(zhuǎn)向器的主要元件設(shè)計 擇齒輪齒條材料 小齒輪：齒輪通常選用國內(nèi)常用、性能優(yōu)良的 20金鋼，熱處理采用表面滲碳淬火工藝，齒面硬度為 誤 !未找到引用源。 63/。 齒輪是一只切有齒形的軸。它安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上并使其齒與齒條上的齒相嚙合。齒輪齒條上的齒 選用 斜齒。斜齒的彎曲增加了一對嚙合齒輪參與嚙合的齒數(shù)。相對直齒而言，斜齒的運轉(zhuǎn)趨于平穩(wěn)，并能傳遞更大的動力齒輪軸上端與轉(zhuǎn)向柱內(nèi)的轉(zhuǎn)向軸相連。因此，轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)使齒條橫向移動以操縱前輪。 齒輪軸由安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上的球軸承支承。 表（ 3輪軸的設(shè)計參數(shù) 項目 符號 尺寸參數(shù)（ 總長 165 齒寬 30 齒數(shù) 6 法向模數(shù) 旋角 140 旋向 左旋 齒條：選用與 20有較好匹配性的 40為嚙合副，齒條熱處理采用高頻淬火工藝，表面硬度 誤 !未找到引用源。 56。 齒條是在金屬殼體內(nèi)來回滑動的，加工有齒形的金屬條。轉(zhuǎn)向器殼體是安裝在前橫梁或前 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 22 - 圍板的固定位置上的。齒條代替梯形轉(zhuǎn)向桿系的搖桿和轉(zhuǎn)向搖臂，并保證轉(zhuǎn)向橫 拉桿在適當(dāng)?shù)母叨纫允顾麄兣c懸架下擺臂平行。齒條可以比作是梯形轉(zhuǎn)向桿系的轉(zhuǎn)向直拉桿。導(dǎo)向座將齒條支 撐 在轉(zhuǎn)向器殼體上。齒條的橫向運動拉動或推動轉(zhuǎn)向橫拉桿，使前輪轉(zhuǎn)向 （圖 （圖 表 （ 3條尺寸設(shè)計參數(shù) 項目 符號 尺寸參數(shù) (總長 763 直徑 30 齒數(shù) 28 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 23 - 輪齒條基本參數(shù) 齒輪： 分度圓直徑 錯誤 !未找到引用源。 齒頂高 錯誤 !未找到引用源。 齒頂圓直徑 錯誤 !未找到引用源。 2 根高 錯誤 !未找到引用源。 (1 根圓直徑 錯誤 !未找到引用源。 = 條： 齒頂高 錯誤 !未找到引用源。 (1=0) 齒根高 錯誤 !未找到引用源。 (1 誤 !未找到引用源。 齒頂高系數(shù)取 1 錯誤 !未找到引用源。 頂隙系數(shù)取 轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部 轉(zhuǎn)向橫拉桿與梯形轉(zhuǎn)向桿系的相似。球頭銷通過螺紋與齒條連接。當(dāng)這些球頭銷 按 制造廠的規(guī)范擰緊時，在球頭銷上 產(chǎn)生 了一個預(yù)載荷。防塵套夾在轉(zhuǎn)向器兩側(cè)的殼體和轉(zhuǎn)向橫拉桿上，防塵套阻止雜物進(jìn)入球銷及齒 條中。轉(zhuǎn)向橫拉桿端部與外端用螺紋聯(lián)接。這些端部與梯形轉(zhuǎn)向桿系的相似。側(cè)面螺母將橫拉桿外端與橫拉桿鎖緊 如圖（ 3 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 24 - 1 橫拉桿 2 鎖緊螺母 3 外接頭殼體 4 球頭銷 5 六角開槽螺母 6 球碗 7端蓋 8 梯形臂 9 開口槽 圖（ 3 表（ 3拉桿尺寸 項目 符號 尺寸參數(shù)（ 橫拉桿總長 376 螺紋長度 62 外接球頭總長 68 外接頭螺紋公稱直徑 誤 !未找到引用源。 橫拉桿直徑 18 條調(diào)整 一個齒條導(dǎo)向座安裝在齒條光滑的一面 。齒條導(dǎo)向座和與殼體螺紋連接的調(diào)節(jié)螺塞之間連有一個彈簧。調(diào)節(jié)螺塞由鎖緊螺母固定。齒條導(dǎo)向座的調(diào)節(jié) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 25 - 使齒輪、齒條間有一定預(yù)緊力，預(yù)緊力會影響轉(zhuǎn)向沖擊、噪聲及反饋 。 表（ 3向座 項目 符號 尺寸參數(shù)（ 導(dǎo)向座外徑 38 導(dǎo)向座高度 40 彈簧總高度 19 彈簧外徑 26 螺塞螺紋公稱直徑 8 螺塞高度 28 轉(zhuǎn)向傳動比 ： 當(dāng)轉(zhuǎn)向盤從鎖點向鎖點轉(zhuǎn)動，每只前輪大約從其正前方開始轉(zhuǎn)動 30，因而前輪從左到右總共轉(zhuǎn)動大約 60。若傳動比是 1:1，轉(zhuǎn)向盤旋轉(zhuǎn)1，前輪將轉(zhuǎn)向 1，轉(zhuǎn)向盤向任一方向轉(zhuǎn)動 30將使前輪從鎖點轉(zhuǎn)向鎖點。這種傳動比過于小，因為轉(zhuǎn)向盤最輕微的運動將會使車輛突然改變方向。轉(zhuǎn)向角傳動比必須使前輪轉(zhuǎn)動同樣角度時需要更大的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角。 的傳動比較為合理。在這樣的傳動比下，轉(zhuǎn)向盤每轉(zhuǎn)動 前輪轉(zhuǎn)向 1。為了計算傳動比，可將鎖點到鎖點過程中轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的度數(shù)除以此時轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的度數(shù)。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 26 - 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向橫拉桿的運動分析 圖（ 3 當(dāng)轉(zhuǎn)向盤從鎖點向鎖點轉(zhuǎn)動，每只前輪大約從其正前方開始轉(zhuǎn)動 錯誤 !未找到引用源。 ，因而前輪從左到 右總共轉(zhuǎn)動約 60。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪右轉(zhuǎn) 30，即梯形臂或轉(zhuǎn)向節(jié)由 圓心 O 轉(zhuǎn)至?xí)r 條左端點 E 移至 距離為 錯誤 !未找到引用源。 誤 !未找到引用源。 162 錯誤 !未找到引用源。 誤 !未找到引用源。 齒輪齒條嚙合長度應(yīng)大于 錯誤 !未找到引用源。 A 錯誤 !未找到引用源。 A 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（論文） - 27 - C 錯誤 !未找到引用源。 A 錯誤 !未找到引