買文檔就送 紙全套 Q 號交流 414951605 最新最全機械畢業(yè)資料 答辯優(yōu)秀 目 錄 摘要 第 1 章 緒論 1 題研究的目的及意義 1 車轉向器研究的發(fā)展及趨勢概況 1 同類型轉向系統(tǒng)的結構及特點 4 統(tǒng)機械轉向系統(tǒng) 4 壓助力轉向系統(tǒng)（ 4 控液壓助力轉向系統(tǒng)（ 5 動助力轉向系統(tǒng)（ 6 控轉向系統(tǒng)（ 7 向器設計要求 7 計主要內容 8 第 2 章 液壓動力轉向器方案分析及確定 9 向器結構優(yōu)缺點分析和選擇 9 輪齒條式轉向器 9 環(huán)球式轉向器 10 桿滾輪式轉向器 11 桿指銷式 11 輪齒條式動力轉向器結構 11 壓動力轉向器工作原理及過程 12 作原理 12 作過程 13 向系主要性能參數(shù) 1 5 向系的效率 15 向系傳動比 16 向器的傳動副的間隙特性 17 向系的剛度 18 向盤的總轉動圈數(shù) 18 章小結 19 買文檔就送 紙全套 Q 號交流 414951605 最新最全機械畢業(yè)資料 答辯優(yōu)秀 第 3 章 液壓轉向器的設計計算 20 向系計算載荷的確定 20 輪齒條式轉向器的設計 21 定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 21 齒面接觸硬度設計 21 齒根抗彎強度設計 23 何尺寸計算 25 壓式動力轉向機構的計算 26 力缸尺寸的計算 26 塞行程 S 的計算 26 配閥的回位彈簧 27 力轉向器的評價指標 27 章小結 28 結論 29 參考文獻 30 致謝 31 附錄 32買文檔就送 紙全套 Q 號交流 414951605 1 第 1章 緒 論 隨著社會經(jīng)濟的進步以及人民生活水平的提高，汽車已經(jīng)慢慢的走進了人們的生活當中，它從以前簡單的代步工具慢慢升級成為一種生活的品質，人們不再滿足于簡單的 行駛，而更關注駕駛樂趣對于汽車的安全性、穩(wěn)定性、操縱性等更高要求。而人們除了從外觀及內飾等反面了解汽車外，最能直接體驗駕駛樂趣的就是擁有一個良好、先進的轉向系統(tǒng)，一個先進的轉向系統(tǒng)帶給駕駛者更多的是駕駛的樂趣而不是負擔。同時，轉向系又是底盤的重要組成部分，其好壞優(yōu)劣會直接關系到汽車的駕駛舒適性，安全性和操縱穩(wěn)定性，從而影響人們的生命及財產(chǎn)的安全。同時就我國的國情而言，汽車工業(yè)己成為我國的支柱產(chǎn)業(yè)，為了提高汽車的產(chǎn)品質量，保證汽車行駛的安全性，操縱穩(wěn)定性，發(fā)展我國的汽車工業(yè)，這就要求汽車轉向器綜合性能就成為汽 車安全性能的一個重要項目。 汽車轉向器屬于對行駛安全影響較大的零部件，在汽車系統(tǒng)中占據(jù)了一個重要的位置，其規(guī)模和質量已成為衡量汽車工業(yè)發(fā)展水平的重要標志之一。在重型汽車、大型客車等載重量較大的汽車中，通常用動力轉向器來操縱汽車行駛方向。由于動力轉向系統(tǒng)有著傳統(tǒng)機械式轉向系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點，例如：轉向輕便靈敏，回位性能及手感良好，極大的減輕了汽車駕駛員的工作強度，特別適用于汽車在高速行駛時的轉向。因此目前國內外生產(chǎn)的汽車越來越多地配置了動力轉向系統(tǒng)。 而液壓動力轉向器具有無噪聲、靈敏度高、體積小、能夠吸收來自 不平路面的壓力等優(yōu)點，因此在現(xiàn)代汽車上得到了十分廣泛的應用。 買文檔就送 紙全套 Q 號交流 414951605 2 買文檔就送 紙全套 Q 號交流 414951605 3 買文檔就送 紙全套 Q 號交流 414951605 4 車轉向器研究的發(fā)展及趨勢概況 買文檔就送 紙全套 Q 號交流 414951605 5 隨著科技的迅猛發(fā)展以及汽車的逐步普及，人們對汽車的操縱性、安全性，穩(wěn)定性等方面的性能已經(jīng)有了更進一步的要求，對轉向系統(tǒng)產(chǎn)品的需求也隨著汽車化的提高而發(fā)生著變化。最初駕駛員們只希望比較容易地操縱轉向系統(tǒng)，而后則追求在高速行駛時的穩(wěn)定性、舒適性和良好的操縱感。在早期的汽車上，轉向機械非常簡單，主要由一級齒輪傳動機構和轉向拉桿等構成。其基本功能是將駕駛員的手動旋轉操作轉變?yōu)檗D向拉桿的左右移動，從而帶 動車輪轉動，實現(xiàn)汽車的轉向，隨著汽車技術的進步又出現(xiàn)了更為復雜些的機械式轉向器，這時的轉向器是通過駕駛員轉動方向盤，并通過一系列的桿件傳遞到轉向車輪上來實現(xiàn)轉向的，而著種傳統(tǒng)的轉向器又分為四種形式，分別為：齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。其中齒輪齒條式和循環(huán)球式應用比較廣泛， 在 1923 年，美國底特律的亨利 馬爾斯（ 了減少蝸輪副和滾輪軸之間的接觸摩擦力，在兩者之間接觸處放置滾珠支承，這就出現(xiàn)了滾珠蝸輪轉向器。這種形式的轉向器就成為現(xiàn)在大家所熟知的循環(huán)球式轉向器，它目前仍 很廣泛地在汽車上應用。所謂 “現(xiàn)代 ”齒輪齒條式轉向器，是奔馳（ 1885 年首先采用的。這種形式的轉向器同樣也使用在 1905 年的凱迪拉克（ 1911 一 1920 年間制造的許多其它形式的汽車上。據(jù)了解，在全世界范圍內，汽車循環(huán)球式轉向器占 45%左右，有繼續(xù)發(fā)展之勢；齒條齒輪式轉向器在 40%左右；蝸桿滾輪式轉向器占 10%左右；其它型式的轉向器占 5%。所以可以說循環(huán)球式轉向器在穩(wěn)步發(fā)展。而西歐小客車中，齒條齒輪式轉向器有很大的發(fā)展。日本汽車轉向器的特點是循環(huán)球式轉向器占的比重越來越大，日本裝 用不同類型發(fā)動機的各類型汽車，采用不同類型轉向器，在公共汽車中因使用循環(huán)球式轉向器，由 60 年代占總數(shù)的 展到現(xiàn)今的 100%了 (蝸桿滾輪式轉向器在公共汽車上已經(jīng)淘汰 )。大、小型貨車中，也大都采用循環(huán)球式轉向器 ;但齒條齒輪式轉向器有所發(fā)展；微型貨車用循環(huán)球式轉向器占 65 %，齒條齒輪式占 35 % 。 20 世紀初汽車已經(jīng)是一個沉重而又高速疾駛的車輛，充氣輪胎代替了實心車輪。由于轉向柱直接與轉向節(jié)連接，所以轉動車輪是很費勁的。即使是一個健壯的駕駛員，要控制轉向仍然是很勞累的事情。因此，汽車常常沖出路外，于是 要降低轉向力的問題就變得比較迫切了。為了轉向輕便，工程師設計了在方向盤和轉向節(jié)之間裝置齒輪減速機構。從那時起，轉向機構一直就是這樣沿用下來。汽車轉向雖然采用了轉向器，但轉向的操縱仍非輕松的事當汽車重量增大、轉向費勁時駕駛員要求能有更好的辦法來解決，這才重新推廣了一種已經(jīng)大約有 3/4 個世紀的動力輔助轉向器。 從上世紀四十年代起，為減輕駕駛員體力負擔，在機械轉向系統(tǒng)基礎上增加了液壓助力系統(tǒng)它是建立在機械系統(tǒng)的基礎之上的，額外增加了一個液壓系統(tǒng)買文檔就送 紙全套 Q 號交流 414951605 6 一般有油泵 、 V 形帶輪、油管、供油裝置、助力裝置和控制閥。它具有工作無噪聲，其靈觸度高、體積小，能夠吸收來自不平路面的沖擊力等方面的優(yōu)點并且其工作可靠、技術成熟至今仍被廣泛應用?，F(xiàn)在液壓助力轉向系統(tǒng)在實際中應用的最多。在當時這個助力轉向系統(tǒng)最重要的新功能是液力支持轉向的運動，因此可以減少駕駛員作用在方向盤上的力。 隨著轎車車速的不斷提高，傳統(tǒng)的液壓動力轉向暴露出一個致命的缺點，即若要保證汽車在停車或低速掉頭時轉向輕便的話，汽車在高速行駛時就會感到有 “發(fā)飄 ”的感覺：反之，若要保證汽車在高速行駛時操縱有適度感的話，那么當其 要停車或低速掉頭時就會感到轉向太重，兩者不能兼顧，這是由傳統(tǒng)液壓動力轉向的結構所決定的。由于動力轉向在轎車上的日益普及，對其性能上的要求已不再是單純的為了減輕操作強度，而是要求其在低速掉頭時保證轉向輕便性的同時又能保證高速行駛時的操縱穩(wěn)定性。近年來，隨著電子技術的不斷發(fā)展，轉向系統(tǒng)中愈來愈多的采用電子器件。相應的就出現(xiàn)了電液助力轉向系統(tǒng)。電液助力轉向可以分為兩大類：電動液壓助力轉向系統(tǒng) 控液壓助力轉向 。 在液壓助力系統(tǒng)基礎上發(fā)展起來的，其特點是原來有發(fā)動機帶動的液壓助力泵改 由電機驅動，取代了由發(fā)動機驅動的方式，節(jié)省了燃油消耗。 在傳統(tǒng)的液壓助力轉向系統(tǒng)的基礎上增加了電控裝置構成的。 國外在汽車動力轉向器的研究和開發(fā)方面進行得比較早，進行了大量的研究，已經(jīng)成功地開發(fā)出了電動式動力轉向器，并在越來越多的轎車和輕型車輛上成功使用。該裝置優(yōu)于普通的動力轉向器，在不同車速下可通過轉向電腦 動調節(jié)轉向盤的操作力，在低速行駛或車輛就位時，駕駛員只需用較小的操作力就能靈活進行轉向；而在高速行駛時，則自動控制使操作力逐漸增大，實現(xiàn)操縱的穩(wěn)定性。當然，在目前的技術水準下它仍然存在 某些不足，如助力較小等，目前仍處在發(fā)展階段。和液壓動力轉向器相比，電動轉向器具有許多優(yōu)點，如：效率高，路感好、符合環(huán)保要求等，它是轉向器未來發(fā)展趨勢。 20 世紀末，隨著汽車技術的不斷發(fā)展，電子控制技術也在汽車上得到逐步廣泛應用?，F(xiàn)代汽車轉向操縱系統(tǒng)的主動安全裝置，有電子控制四輪轉向系統(tǒng) (4電子控制動力轉向系統(tǒng) (。 電子控制四輪轉向系統(tǒng) (4傳統(tǒng)的前輪轉向系統(tǒng)。為了使所有車輪處于純滾動而無滑動，要求全部車輪都繞同一個瞬時轉向中心做圓周運動，轉向的同一時刻，每個車輪的轉向半徑都是不同的。 但實際上，汽車轉向時若僅前輪轉向，車身的前進方向與車身的中心線不一致，由于離心力的作用，將使后輪側偏，導致車輪橫擺。而且買文檔就送 紙全套 Q 號交流 414951605 7 車速越高，后輪側偏越大，結果使車輪轉向在高速時的操縱穩(wěn)定性明顯降低。電子控制四輪轉向系統(tǒng)則是在前輪轉向的同時，主動地控制后輪也進行適當轉向（一般最大為 50）。后輪相對于前輪的轉向，分為同向轉向 (后輪與前輪的轉動方向一致 )和逆向轉向（后輪與前輪的轉動方向相反）。由于汽車在拐急彎時，通常以低速行駛，而在直道或較平緩的彎道上時，通常以高速行駛。因此，采用電子控制四輪轉向系統(tǒng)的汽車，電子控制單元 (據(jù)多個傳感器提供的數(shù)據(jù)，計算出后輪距目標轉角的差值，再向步進電機發(fā)出指令使后輪偏轉。低速行駛時，依據(jù)方向盤的轉角值使后輪逆向轉向，以減小轉彎半徑；中速行駛時，可減少后輪轉動，以減輕轉向操縱的不自然感覺；而在高速行駛時，可使后輪實現(xiàn)同向轉向，減少甚至基本避免車身橫擺，提高轉向的穩(wěn)定性。四輪轉向系統(tǒng)自 1978 年在馬自達 卡配拉轎車上最初試用以來，世界各大汽車公司已分別研究多種四輪轉向裝置，并已批量生產(chǎn)。 動力轉向系統(tǒng)日益廣泛的被采用，不僅在重型汽車 L 必須采用，在高級轎車上采用的也較多，就是在中型汽車上 也逐漸推廣。主要是從減輕駕駛員疲勞，提高操縱輕便性和穩(wěn)定性出發(fā)。雖然帶來成本較高和結構復雜等問題，但由于它的優(yōu)點明顯，還是得到很快的發(fā)展。 而從國內角度來說近年來對于 其是在控制策略的研究上，已經(jīng)將不同的控制方法引如 ，并通過實驗和分析不斷地完善和改進，但是在對于細節(jié)的優(yōu)化上距離國外還有相當?shù)牟罹?，而且目前國內除了吉利汽車，還尚未自主知識產(chǎn)權的 離 批量化生產(chǎn)也還有一段路要走 從發(fā)展趨勢上看，國外整體式轉向器發(fā)展較快而整體式轉向器中轉閥結構是目前發(fā)展的方向。由寸動力 轉向系統(tǒng)還是新的結構，各國的生產(chǎn)廠家都正在組織力量，大力開展試驗研究工作，提高使用性能、減小總成體積、降低生產(chǎn)成本、使之產(chǎn)品質量穩(wěn)定。以便逐步推廣和普及。 同類型轉向系統(tǒng)的結構及特點 統(tǒng)機械轉向系統(tǒng) 汽車的轉向運動是由駕駛員操縱方向盤，通過轉向器和一系列的桿件傳遞到轉向輪來完成的。機械式轉向系統(tǒng)工作過程為：駕駛員對轉向盤施加的轉向力矩通過轉向軸輸入轉向器，減速傳動裝置的轉向器中有 1、 2 級減速傳動副，經(jīng)轉向器放大后的力矩和減速后的運動傳到轉向橫拉桿，再傳給固定于轉向節(jié)上的轉向節(jié)臂，使轉 向節(jié)和它所支承的轉向輪偏轉，從而實現(xiàn)汽車的轉向。純機械式轉向系統(tǒng)根據(jù)轉向器形式可以分為：齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。純機械式轉向系統(tǒng)為了產(chǎn)生足夠大的轉向扭矩需要使用大直徑的轉向盤，需占用較大的空間，整個機構笨拙，買文檔就送 紙全套 Q 號交流 414951605 8 特別是對轉向阻力較大的重型汽車，實現(xiàn)轉向難度很大，這就大大限制了其使用范圍。但因結構簡單、工作可靠、造價低廉，目前該類轉向系統(tǒng)除在一些轉向操縱力不大、對操控性能要求不高的農(nóng)用車上使用外已很少被采用。 壓助力轉向系統(tǒng)（ 裝配機械式轉向系統(tǒng)的汽車，在泊車和低速行 駛時駕駛員的轉向操縱負擔過于沉重，為解決這個問題，美國 司在 20 世紀 50 年代率先在轎車上采用了液壓助力轉向系統(tǒng)。該系統(tǒng)是建立在機械系統(tǒng)的基礎之上，額外增加了一個液壓系統(tǒng)。液壓轉向系統(tǒng)是由液壓和機械等兩部分組成，它是以液壓油做動力傳遞介質，通過液壓泵產(chǎn)生動力來推動機械轉向器，從而實現(xiàn)轉向。液壓助力轉向系統(tǒng)一般由機械轉向器、液壓泵、油管、分配閥、動力缸、溢流閥和限壓閥、油缸等部件組成。為確保系統(tǒng)安全，在液壓泵上裝有限壓閥和溢流閥。其分配閥、轉向器和動力缸置于一個整體，分配閥和主動齒輪軸裝在一起（閥芯與齒輪軸 垂直布置），閥芯上有控制槽，閥芯通過轉向軸上的撥叉撥動。轉向軸用銷釘與閥中的彈性扭桿相接，該扭桿起到閥的中心定位作用。在齒條的一端裝有活塞，并位于動力缸之中，齒條左端與轉向橫拉桿相接。轉向盤轉動時，轉向軸（連主動齒輪軸）帶動閥芯相對滑套運動，使油液通道發(fā)生變化，液壓油從油泵排出，經(jīng)控制閥流向動力缸的一側，推動活塞帶動齒條運動，通過橫拉桿使車輪偏轉而轉向。液壓助力轉向系統(tǒng)是在駕駛員的控制下，借助于汽車發(fā)動機帶動液壓泵產(chǎn)生的壓力來實現(xiàn)車輪轉向。由于液壓轉向可以減少駕駛員手動轉向力矩，從而改善了汽車的轉向輕便性和 操縱穩(wěn)定性。為保證汽車原地轉向或者低速轉向時的輕便性，液壓泵的排量是以發(fā)動機怠速時的流量來確定。汽車起動之后，無論車子是否轉向，系統(tǒng)都要處于工作狀態(tài)，而且在大轉向車速較低時，需要液壓泵輸出更大的功率以獲得比較大的助力，所以在一定程度上浪費了發(fā)動機動力資源。并且轉向系統(tǒng)還存在低溫工作性能差等缺點。 由于液壓助力轉向系統(tǒng)無法兼顧車輛低速時的轉向輕便性和高速時的轉向穩(wěn)定性，因此，在 1983 年日本 司推出了具備車速感應功能的電控液壓助力轉向系統(tǒng)（ 在液壓助力系統(tǒng)基礎上發(fā)展起來的，在傳統(tǒng)的液壓助力轉向系統(tǒng)的基礎上增設了電控裝置，其特點是原來由發(fā)動機帶動的液壓助力泵改由電機驅動，取代了由發(fā)動機驅動的方式，節(jié)省了燃油消耗；具有失效保護系統(tǒng)，電子元件失靈后仍可依靠原轉向系統(tǒng)安全工作；低速時轉向效果不變，高速時可以自動根據(jù)車速逐步減小助力，增大路感，提高車輛行使穩(wěn)定性。電控液壓助力轉向系統(tǒng)是將液壓助力轉向與電子控制技術相結合的機電一體化產(chǎn)品。一般由電氣和機械 2 部分組成，電氣部買文檔就送 紙全套 Q 號交流 414951605 9 分由車速傳感器、轉角傳感器和電控單元 成；機械部分包括齒輪齒條轉向器、控制閥 、管路和電動泵。其中電動泵的工作狀態(tài)由電子控制單元根據(jù)車輛的行駛速度、轉向角度等信號計算出的最理想狀態(tài)。簡單地說，在低速大轉向時，電子控制單元驅動液壓泵以高速運轉輸出較大功率，使駕駛員打方向省力；汽車在高速行駛時，液壓控制單元驅動液壓泵以較低的速度運轉，在不至于影響高速打轉向的需要的同時，節(jié)省一部分發(fā)動機功率。電控液壓轉向系統(tǒng)的工作原理：在汽車直線行駛時，方向盤不轉動，電動泵以很低的速度運轉，大部分工作油經(jīng)過轉向閥流回儲油罐，少部分經(jīng)液控閥然后流回儲油罐；當駕駛員開始轉動方向盤時， 據(jù)檢測到的轉角、車 速以及電動機轉速的反饋信號等，判斷汽車的轉向狀態(tài)，決定提供助力大小，向驅動單元發(fā)出控制指令，使電動機產(chǎn)生相應的轉速以驅動油泵，進而輸出相應流量和壓力的高壓油。高壓油經(jīng)轉向控制閥進入齒條上的動力缸，推動活塞以產(chǎn)生適當?shù)闹?，協(xié)助駕駛員進行轉向操作，從而獲得理想的轉向效果。電控液壓助力轉向系統(tǒng)在傳統(tǒng)液壓動力轉向系統(tǒng)的基礎上有了較大的改進，但液壓裝置的存在，使得該系統(tǒng)仍有難以克服如滲油、不便于安裝維修及檢測等問題。電控液壓助力轉向系統(tǒng)是傳統(tǒng)液壓助力轉向系統(tǒng)向電動助力轉向系統(tǒng)的過渡。 動助力轉向系統(tǒng)（ 1988 年日本 司首先在小型轎車 配備了 司研發(fā)的轉向柱助力式電動助力轉向系統(tǒng)。 1990 年日本 司也在運動型轎車 采用了自主研發(fā)的齒條助力式電動助力轉向系統(tǒng)，從此揭開了電動助力轉向在汽車上應用的歷史。 在 基礎上發(fā)展起來的 ,它取消 液壓油泵、油管、油缸和密封圈等部件 ,完全依靠電動機通過減速機構直接驅動轉向機構 ,其結構簡單、零件數(shù)量大大減少、可靠性增強 ,解決了長期以來一直存在的液壓管路泄漏和效率低下的問題。電動助力轉向系統(tǒng)在本田飛度 、思域以及豐田新皇冠、奔馳新 車型上紛紛被采用。電動助力轉向系統(tǒng)的構電動助力轉向系統(tǒng)一般是由轉矩（轉向）傳感器、電子控制單元 動機、電磁離合器以及減速機構組成。其工作過程為：扭矩傳感器檢測駕駛員打方向盤的扭矩，然后根據(jù)這個扭矩給控制單元一個信號。同時控制單元也會收到來自方向盤位置傳感器的信號，這個傳感器一般是和扭矩傳感器裝在一起的（有些傳感器已經(jīng)將這 2 個功能集成為一體）。扭矩和方向盤位置信息經(jīng)過控制單元處理，連同傳入控制單元的車速信號，根據(jù)預先設計好的程序產(chǎn)生助力指令。該指令傳到電機， 由電機產(chǎn)生扭矩傳到助力機構上去，這里的齒輪機構則起到增大扭矩的作用。這樣，助力扭矩就傳到了轉向柱并最終完成了助力轉向。節(jié)約了能源消耗與傳統(tǒng)的液壓助力轉向系統(tǒng)相比，沒有系統(tǒng)要求的常運轉轉向油泵，且電動機只是在需要轉向時才買文檔就送 紙全套 Q 號交流 414951605 10 接通電源，所以動力消耗和燃油消耗均可降到最低。還消除了由于轉向油泵帶來的噪音污染。液壓動力轉向系統(tǒng)需要發(fā)動機帶動液壓油泵，使液壓油不停地流動，再加上存在管流損失等因素，浪費了部分能量。相反 在需要轉向操作時才需零部件要向電機提供的能量。而且， 統(tǒng)能量的消耗與轉向盤的轉向及當前的車速 有關。當轉向盤不轉向時，電機不工作；需要轉向時，電機在控制模塊的作用下開始工作，輸出相應大小及方向的轉矩以產(chǎn)生助動轉向力矩。該系統(tǒng)真正實現(xiàn)了 “按需供能 ”，是真正的 “按需供能型 ”（ 統(tǒng)，在各種行駛條件下可節(jié)能 80%左右。當駕駛員轉動方向盤一角度然后松開時， 統(tǒng)能夠自動調整使車輪回到正中。同時還可利用軟件在最大限度內調整設計參數(shù)以獲得最佳的回正特性。通過靈活的軟件編程，容易得到電機在不同車速及不同車況下的轉矩特性，這些轉矩特性使得該系統(tǒng)能顯著地提高轉向能力，提供了與車輛動態(tài)性能相匹配的 轉向回正特性。而在傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)中，要改善這種特性必須改造底盤的機械結構，實現(xiàn)起來很困難。轉向系統(tǒng)是影響汽車操縱穩(wěn)定性的重要因素之一。傳統(tǒng)液壓動力轉向由于不能很好地對助力進行實時調節(jié)與控制，所以協(xié)調轉向力與路感的能力較差，特別是汽車高速行駛時，仍然會提供較大助力，使駕駛員缺乏路感，甚至感覺汽車發(fā)飄，從而影響操縱穩(wěn)定性。但由電動機提供助力，助力大小由電子控制單元（ 據(jù)車速、方向盤輸入扭矩等信號進行實時調節(jié)與控制，可以很好地解決這個矛盾。 統(tǒng)控制單元 測到某一組件工作異常，如各傳感器、電磁離合器、電動機、電源系統(tǒng)及汽車點火系統(tǒng)等，便會立即控制電磁離合器分離停止助力，轉為手動轉向，按普通轉向控制方式進行工作，確保了行車的安全。 控轉向系統(tǒng)（ 在車輛高速化、駕駛人員大眾化、車流密集化的今天，針對更多不同水平的駕駛人群，汽車的易操縱性設計顯得尤為重要。線控轉向系統(tǒng)（ 稱 發(fā)展，正是滿足這種客觀需求。它是繼 發(fā)展起來的新一代轉向系統(tǒng)，具有比 縱穩(wěn)定性更好的特點，它取消轉向 盤與轉向輪之間的機械連接，完全由電能實現(xiàn)轉向，徹底擺脫傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)所固有的限制，提高了汽車的安全性和駕駛的方便性。 統(tǒng)一般由轉向盤模塊、轉向執(zhí)行模塊和主控制器 動防故障系統(tǒng)以及電源等模塊組成。轉向盤模塊包括路感電機和轉向盤轉角傳感器等，轉向盤模塊向駕駛員提供合適的轉向感覺（也稱為路感）并為前輪轉角提供參考信號。轉向執(zhí)行模塊包括轉向電機、齒條位移傳感器等 ,實現(xiàn) 2 個功能 :跟蹤參考前輪轉角、向轉向盤模塊反饋輪胎所受外力的信息以反饋車輛行駛狀態(tài)。主控制器控制轉向盤模塊和轉向執(zhí)行模塊的協(xié)調工作。當轉向盤 轉動時 ,轉向傳感器和轉向角傳感器檢測到駕駛買文檔就送 紙全套 Q 號交流 414951605 11 員轉矩和轉向盤的轉角并轉變成電信號輸入到 據(jù)車速傳感器和安裝在轉向傳動機構上的位移傳感器的信號來控制轉矩反饋電動機的旋轉方向 ,并根據(jù)轉向力模擬 ,生成反饋轉矩 ,控制轉向電動機的旋轉方向、轉矩大小和旋轉角度 ,通過機械轉向裝置控制轉向輪的轉向位置，使汽車沿著駕駛員期望的軌跡行駛。 汽車轉向系的作用是保持或者改變汽車行駛方向的機構，在汽車轉向行駛中，保證各轉向輪之間有協(xié)調的轉角關系。保證汽車在行駛中能按駕駛員的操縱要求，適時地改變行駛方向 ，并能在受到路面干擾偏離行駛方向時，與行駛系配合，共同保持汽車穩(wěn)定地直線行駛。轉向系對汽車行駛的適應性、安全性都具有重要的意義。 對轉向系提出的要求有： （ 1）汽車轉彎行駛時，全部車輪應繞瞬時轉向中心旋轉，任何車輪不應有側滑。不滿組這項要求會加速輪胎磨損，并降低汽車的行駛穩(wěn)定性。 （ 2）汽車轉向行駛后，在駕駛員松開轉向盤的條件下，轉向輪能自動返回到直線行駛的位置，并穩(wěn)定行駛。 （ 3）汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉向輪都不得產(chǎn)生自振，轉向盤沒有擺動。 （ 4）轉向傳動機構和懸架導向裝置共同作用時，由于運動不協(xié)調使車輪 產(chǎn)生的擺動應最小。 （ 5）保證汽車有較高的機動性，具有迅速和小轉彎行駛能力。 （ 6）操縱輕便。 （ 7）轉向輪碰撞到障礙物以后，傳給轉向盤的反沖力要盡可能小。 （ 8）轉向器和轉向傳動機構的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調整機構。 （ 9）在車禍中，當轉向軸和轉向盤由于車架或車身變形而共同后移時，轉向系應有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。 （ 10）進行運動校核，保證轉向輪與轉向盤轉動方向一致。 （ 11）方向盤左置。 （ 12）不得裝用全動力轉向機構。 （ 13）當汽車前行向左或向右轉彎時，轉向盤向左向右的回轉角 和轉向力不能有顯著的差別。 （ 14）轉向器應有合適的角傳動比，既能使轉向省力，減輕駕駛員的勞動強度，又能使駕駛員轉動轉向盤時，轉向輪應立即獲得相應的偏轉角，且轉向盤轉動的總圈數(shù)不能太多。 買文檔就送 紙全套 Q 號交流 414951605 12 本章主要研究內容：總結分析相關文獻，分析各轉向系統(tǒng)的優(yōu)劣所在，結合實際情況初步選定所設計的轉向器類型。利用所選定的轉向器參數(shù)，完成轉向器結構布置和設計。 買文檔就送 紙全套 Q 號交流 414951605 13 第 2章 液壓動力轉向器方案分析及確定 汽 車的轉向系根據(jù)其轉向能源的不同，可分為機械式轉向系和動力式轉向系。而根 據(jù)所采用的轉向傳動副的不同，轉向器的結構型式有多種。常見的有齒輪齒條式、循環(huán)球式、球面蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式等。對轉向器結構型式的選擇，主要是根據(jù)汽車的類型、前軸負荷、使用條件等來決定，并要考慮其效率特性、角傳動比變化特性等對使用條件的適應性以及轉向器的其他性能、壽命、制造工藝等。中、小型轎車以及前軸軸荷小于 客車、貨車，多采用齒輪齒條式轉向器。球面蝸桿滾輪式轉向器曾廣泛用在輕型和中型汽車上，循環(huán)球式轉向器則是當前廣泛使用的一種結構，高級轎車和輕型及以上的客車、貨車均多采用。轎車、客車多行駛于好路面 上，可以選用正效率高、可逆程度大些的轉向器。礦山、工地用汽車和越野汽車，經(jīng)常在壞路或無路地帶行駛，推薦選用極限可逆式轉向器，但當系統(tǒng)中裝有液力式動力轉向或在轉向橫拉桿上裝有減振器時，則可采用正、逆效率均高的轉向器，因為路面的沖擊可由液體或減振器吸收，轉向盤不會產(chǎn)生 “打手 ”現(xiàn)象。 齒輪齒條式轉向器由與轉向軸做成一體的轉向齒輪和常與轉向橫拉桿做成一體的齒條組成。與其他形式的轉向器比較，齒輪齒條式轉向器最主要的優(yōu)點是：結構簡單、緊湊；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉向器的質量較小；傳 動效率高達 90%；齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙以后，利用裝在齒條背部、靠近主動小齒輪處的壓緊力可以調節(jié)的彈簧，能自動消除齒間間隙，如圖 示。這不僅可以提高轉向系統(tǒng)的剛度，還可以防止工作時產(chǎn)生沖擊和噪聲；轉向器占用的體積??；沒有轉向搖臂和直拉桿，所以轉向輪轉角可以增大；制造成本低。 齒輪齒條式轉向器的主要缺點是：因逆效率高（ 60%，汽車在不平路面上行駛時，發(fā)生在轉向輪與路面之間沖擊力的大部分能傳至轉向盤，稱之為反沖。反沖現(xiàn)象會使駕駛員精神緊張，并難以準確控制汽車行駛方向，轉向盤突然轉動又會造成 打手，同時對駕駛員造成傷害。 根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點不同，齒輪齒條式轉向器有四種形式：中間輸入，兩端輸出（圖 側面輸入，兩端輸出（圖 側面輸入，中間輸出（圖 面輸入，一端輸出（圖 買文檔就送 紙全套 Q 號交流 414951605 14 圖 輪齒條式轉向器的四種形式 根據(jù)齒輪齒條式轉向器和轉向梯形相對前軸位置的不同，齒輪齒條式轉向器在汽車上有四種布置形式：轉向器位于前 軸后方，后置梯形；轉向器位于前軸后方，前軸梯形；轉向器位于前軸前方，后置梯形；轉向器位于前軸前方，前置梯形，如圖 圖 輪齒條式轉向器四種布置形式 循環(huán)球式轉向器由齒輪機構將來自轉向盤的旋轉力進行減速，使轉向盤的旋轉運動變?yōu)闇u輪蝸桿的旋轉運動，滾珠螺桿和螺母夾著鋼球嚙合，因而滾珠螺桿的旋轉運動變?yōu)橹本€運動，螺母再與扇形齒輪嚙合，直線運動再次變?yōu)樾D運動，使連桿臂搖動，連桿臂再使連動拉桿和橫拉桿做直線運動，改變車輪的方向。 買文檔就送 紙全套 Q 號交流 414951605 15 循環(huán)球式轉向器的主要優(yōu)點：在螺桿和螺母之間因為有可以循環(huán)流動的鋼球，將滑動摩擦轉變?yōu)闈L動摩擦，因而傳動效率可達到 75 80；在結構和工藝上采取措施后，包括提高制造精度， 改善工作表面的表面粗糙度和螺桿、螺母上的螺旋槽經(jīng)淬火和磨削加工，使之有足夠的硬度和耐磨損性能，可保證有足夠的使用壽命；轉向器的傳動比可以變化；工作平穩(wěn)可靠；齒條與齒扇之間的間隙調整工作容易進行；適合用來做整體式動力轉向器。循環(huán)球式轉向器的主要缺點：逆效率高，結構復雜，制造困難，制造精度要求高。 蝸桿滾輪式轉向器由蝸桿和滾輪嚙合而構成。蝸桿滾輪式轉向器的主要優(yōu)點是：結構簡單；制造容易；因為滾輪的齒面和蝸桿上的螺紋呈面接觸，所以有比較高的強度，工作可靠，磨損小，壽命長；逆效率低。蝸桿 滾輪式轉向器的主要缺點是：正效率低；工作齒面磨損后，調整嚙合間隙比較困難；轉向器的傳動比不能變 化。 蝸桿指銷式轉向器根據(jù)其銷子能否自轉分為固定銷式蝸桿指銷式轉向器和旋轉銷式轉向器。根據(jù)銷子數(shù)量不同，又分為單銷和雙銷之分。蝸桿指銷式轉向器的優(yōu)點是：轉向器的傳動比可以做成不變的或者變化的；指銷和蝸桿之間的工作面磨損后，調整間隙工作容易進行。固定銷蝸桿指銷式轉向器的結構簡單、制造容易；但是因銷子不能自轉，銷子的工作部位基本保持不變，所以磨損快、工作效率低。旋轉銷式轉向器的效率高、磨損慢，但結 構復雜。 轉向器是轉向系中的減速增扭轉動裝置 9，其功用是增大轉向盤傳動轉向節(jié)的力并改變力的傳遞方向。曾經(jīng)出現(xiàn)過的轉向器結構型式很多，但有些已趨于淘汰?，F(xiàn)代汽車的轉向器已演變定型，中型和重型汽車多采用循環(huán)球式轉向器，小型車多采用齒輪齒條式轉向器。在循環(huán)球式轉向器中，輸入轉向圈與輸出的轉向搖臂擺角是成正比的；在齒輪齒條式轉向器中，輸入轉向圈數(shù)與輸出的齒條位移是成正比的。目前大部分低端轎車采用的就是齒輪齒條式機械轉向系統(tǒng)，本文為輕型車轉向器設計，故采用齒輪齒條式轉向器。 在齒輪 齒條式機械轉向器的基礎上增加轉向助力裝置，就成了齒輪齒條式動力轉向器，其工作原理圖如圖 圖 示。 買文檔就送 紙全套 Q 號交流 414951605 16 123圖 轉彎時液壓油缸動作 1橫拉桿； 2左轉進油管； 3右轉進油管； 4右轉進油口； 5轉向輸入軸； 6旋轉式控制閥； 7出油口； 8進油口； 9左轉進油口； 10動力缸； 11活塞； 12轉向齒條； 13防塵套。 圖 轉彎時液壓油缸動作 在齒輪齒條式動力轉向器中，活塞安裝在轉向齒條上，并置于齒條套管內。齒條活塞兩邊的齒條套管都被密封起來 ，形成兩個分開的油液腔，連接左、右轉向回路。轉向盤右轉時，旋轉閥在齒條活塞兩邊形成壓力差，使齒條朝低壓方向移動，從而減輕轉動轉向盤所需的總操縱力。 齒輪齒條式液壓動力轉向器與其他形式的轉向器比較，齒輪齒條式轉向器最主要的優(yōu)點是：結構簡單、緊湊；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉向器的質量較??；傳動效率高達 90%；齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙以后，利用裝在齒條背部、靠近主動小齒輪處的壓緊力可以調節(jié)的彈簧，能自動消除齒間間隙，這不僅可以提高轉向系統(tǒng)的剛度，還可以防止工作時產(chǎn)生沖擊和噪聲；轉向器占用的體積小；沒有 轉向搖臂和直拉桿，所以轉向輪轉角可以增大；制造成本低。 在機械轉向器的基礎上增加一套轉向助力裝置，就成了動力轉向器。根據(jù)這套助買文檔就送 紙全套 Q 號交流 414951605 17 力裝置提供能源不同分為液壓式動力轉向器和電動式動力轉向器。以下主要敘述液壓式動力轉向器的工作原理。 液壓式動力轉向器有常壓式和常流式兩種。對于常壓式動力轉向器，其液壓系統(tǒng)設有儲能裝置，故無論轉向盤保持靜止還是運動狀態(tài)，液壓系統(tǒng)工作管路中總是保持高壓。對于常流式動力轉向器，其液壓泵始終處于運轉狀態(tài)。當汽車處于直線行駛狀態(tài)時，轉向油 泵輸出的油液流入轉向控制閥，又由此流回轉向油罐，因轉向控制閥的節(jié)流阻力很小，故油泵輸出壓力也很低，油泵實際上處于空轉狀態(tài)。當駕駛員轉動方向盤，通過機械轉向器使轉向控制閥 (轉閥或者滑閥 )處于與某一轉彎方向相應的工作位置時，轉向動力缸的相應工作腔與回油管路隔絕，轉而與油泵輸出管路相同，而動力缸的另一腔仍然通回油管路。地面轉向阻力經(jīng)轉向傳動機構傳到轉向動力缸的推桿和活塞上，形成比轉向控制閥節(jié)流阻力高得多的油泵輸出管路阻力。于是轉向油泵輸出壓力急劇升高，直到足以推動轉向動力缸活塞為止。轉向盤停止轉動后，轉向控制閥隨 即回復到中間位置，使動力缸停止工作。 比較而言，常流式結構較簡單、油泵壽命較長、泄漏量較少、功率消耗也較少，因此，目前除少數(shù)重型汽車采用常壓式動力轉向器外，其他大量的汽車均采用常流式動力轉向器。 如果動力轉向機構的機械轉向部分、轉向動力缸和轉向控制閥組裝成一體，這種結構稱為整體式動力轉向器。也有將各部分分離組裝的產(chǎn)品，但是這種產(chǎn)品目前已不多見。 齒輪齒條液壓動力轉向器是把活塞安裝在轉向齒條上，并至于齒條套管內，齒條活塞兩邊的齒條套管被密封起來，形成兩個分開的油液腔，連接左右轉向回路，轉向盤轉動時，旋轉伐在齒 條活塞兩邊形成壓力差，使齒條朝低壓方向移動，從而減輕轉動方向盤所需的總操縱力。 如圖 示，汽車直線行駛時，轉閥處于中間位置。來自轉向油泵的工作液從轉向器殼體舶進油口 0 流到閥體 13 的中間油環(huán)槽中，經(jīng)過其槽底的通孔進入閥體 13 和閥芯 12 之間，此時因閥芯處于中間位置，所以進入的油液分別通過閥體和閥芯縱槽和槽肩形成的兩邊相等的間隙，再通過閥芯的縱槽以及閥體的徑向孔流向閥體外圓上、下油環(huán)槽，然后通過殼體中的兩條油道分別流到動力缸的 買文檔就送 紙全套 Q 號交流 414951605 18 R接右轉向動力腔； L接左轉向動力腔； B接轉向液壓泵 ； G接轉向油罐 2齒條 12進油口； 13閥體； 22閥心 圖 車直線行駛時轉閥的工作情況 上、下腔中去，即左轉向動力腔 L 和右轉向動力腔 R，流人閥體內腔的油液在通過閥芯縱槽流向閥體上、油環(huán)槽的同時，通過閥芯槽肩上的徑向油孔流到轉向螺桿和輸入軸之間的空隙中，經(jīng)閥體組件和調整螺塞之間的空隙流到回油口，經(jīng)油管回到油罐中去，形成了常流式油液循環(huán)。此時，上、下腔油壓相等且很小，齒條一活塞 19 既沒有受到轉向螺桿的軸向推力，也沒有受到上、下腔因壓力差造成的軸向推力。所以齒條一活塞處于中間位置，動力轉向器 不工作。 參見圖 車左轉彎時，轉動轉向盤使短軸逆時針轉動，通過其下端軸銷子帶動閥芯同步轉動，這個扭距也通過具有彈性的扭桿軸傳給下端軸蓋，下端軸蓋邊緣上的缺口通過固定在閥體上的銷子帶動閥體轉動，閥體通過其下端缺口和銷子，把轉向力矩傳給螺桿。由于轉向阻力的存在，要有足夠的轉向力矩才能使轉向螺桿轉動。這個轉矩促使扭桿軸發(fā)生彈性扭轉，造成閥體的轉動角度小于閥芯的轉動角度，兩者產(chǎn)生相對角位移。通下動力腔的進油縫隙減小 (或封閉 )，回油縫隙增大，油壓降低 ;通上動力腔的進油縫隙增大而回油縫隙減小 (或關閉 )，油壓升高 ，上、下動力腔產(chǎn)生油壓差，齒條一活塞便在上、下動力腔油壓差的作用下移動，產(chǎn)生助力作用。此時，來自轉向油泵的壓力油通過槽隙流向動力缸上腔，動力缸下腔的油則通過閥體徑向孔、槽隙、閥芯徑向孔和回油口流回流向儲油罐。 買文檔就送 紙全套 Q 號交流 414951605 19 (a)左行駛 (b)右行駛 圖 右行駛時轉閥的工作情況 右轉彎時轉向器工作過程與左轉彎時基本相似，如圖 示。不同的是由于轉向方向相反，造成閥體和閥芯的角位移相反，齒條一活塞下腔油壓升高而上腔油壓降低，產(chǎn)生右轉向助力 。 當轉向盤停在某一位置不再繼續(xù)轉動時，閥體隨轉向螺桿在液力和扭桿軸彈力的作用下，沿轉向盤轉動方向旋轉一個角度，使之與閥芯的相對角位移量減小，上、下動力腔油壓差減小，但仍有一定的助力作用。此時的助力轉矩與車輪的回正力矩相平衡，使車輪維持在某一轉向位置上。在轉向過程中，若轉向盤轉動的速度快，閥體與閥芯的相對角位移量也大，上、下動力腔的油壓差也相應加大，前輪偏轉的速度也加快，如轉向盤轉動的慢，前輪偏轉的也慢 ;若轉向盤轉在某一位置上不變，對應著前輪也轉在某一位置上不變。此即稱 “漸進隨動原理 ”，也就是 “快轉 快助，大轉大助，不轉不助 ”原理。轉向后需回正時，如果駕駛員放松轉向盤，閥芯回到中間位置，失去了助力作用，此時轉向輪在回正力矩的作用下自動回位 :若駕駛員同時回轉轉向盤時，轉向助力器助力，幫助車輪回正。 當汽車直線行駛偶遇外界阻力使轉向輪發(fā)生偏轉，阻力矩通過轉向傳動機 構，作用在閥體上，使之與閥心之間產(chǎn)生相對角位移，產(chǎn)生了反相的推力作用， 在此力作用下，轉回輪迅速回正。 功率 p 從轉向軸輸入，經(jīng)轉向搖臂軸輸出所求得的效率為正效率，用符號 表示，買文檔就送 紙全套 Q 號交流 414951605 20 反之稱為逆效率，用符號 表示，為了保證轉向時駕駛員轉動轉向盤輕便，要求正效率高 10；為了保證汽車轉向后轉向輪和轉向盤能自動返回直線行駛位置，又需要有一定的逆效率。 轉向器的正效率與轉向器的類型、結構特點、結構參數(shù)和制造質量等有關。在前述四種轉向器中，齒輪齒條式、循環(huán)球式轉向器的正效率比較高，而蝸桿指銷式特別是鼓動銷和蝸桿滾輪式轉向器的正效率要明顯低一些。齒輪齒條式轉向器的正效率可達 90%，循環(huán)球式轉向器的傳動副為 滾動摩擦，摩擦損失小，其正效率可達 85%，球面蝸桿滾輪式轉向器正效率可達 77%蝸桿指銷式轉向器和蝸桿滾輪式轉向器的傳動副存在較大滑動摩擦，正效率 68%較低。同一類型轉向器，因結構不同效率也不一樣。 逆效率表示轉向器的可逆性。根據(jù)逆效率值的大小，轉向器又可分為可逆式、極限可逆式與不可逆試三種。 可逆式轉向器的逆效率較高，這種轉向器可將路面作用在車輪上的大部分力傳遞到轉向盤上，使司機的路感好。在汽車轉向后也能保證轉向輪與轉向盤的自動回正，使轉向輪行駛穩(wěn)定。但在壞路面上，當轉向輪上作用有側向力 時，轉向輪受到的沖擊大部分會傳給轉向盤，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向盤上要盡可能小，防止打手，這又要求此逆效率盡可能低。因此，可逆式轉向器宜用于在良好路面上行駛的車輛。循環(huán)球式和齒輪齒條式轉向器均屬于這一類。本文設計齒輪齒條轉向器逆效率為 60 不可逆式轉向器不會將轉向輪受到的沖擊力傳到轉向盤上。由于它既使司機沒有路感，又不能保證轉向輪的自動回正，現(xiàn)代汽車已不采用。 極限可逆式轉向器介于上述兩者之間。其逆效率較低，適用于在壞路面上行駛的汽車。當轉向輪受到?jīng)_ 擊力時，其中只有較小的一部分傳給轉向盤。 通常，由轉向盤至轉向輪的效率即轉向系的正效率 的平均值為 67%當向上述相反方向傳遞力時逆效率的平均值為 58% 在循環(huán)球式機械轉向器的基礎上增加轉向助力裝置，就成了循環(huán)球式動力轉向器，其工作原理如圖 示。 向系傳動比 轉向系的傳動比包括轉向系的角傳動比 轉向系的力傳動比 從輪胎接地面中心作用在兩個轉向輪上的合力 2 與作用在轉向盤上的手力 紙全套 Q 號交流 414951605 21 之比，稱為力傳動比。轉向盤角速度 w 與同側轉向節(jié)偏轉角速度 比，稱為轉向系角傳動比。 轉向盤角速度 w 與同側轉向節(jié)偏轉角速度 比 ，稱為轉向系角傳動比 0即 0/ww k k kw d d t di w d d t d （ 式中： d 轉向盤轉角增量； 轉向節(jié)轉角增量； 時間增量。 0由轉向器角傳動比 轉向傳動機構角傳動比 組成，即 wo w wi i i （ 式中： 轉向器的角