-PAGE38-某皮卡汽車轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)方案論證概述目錄TOC\o"1-3"\h\u13319某皮卡汽車轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)方案論證概述 190461.1轉(zhuǎn)向器類型選擇 1125102.1.1齒輪齒條式 1306182.1.2循環(huán)球式 241922.1.3蝸桿指銷式 336642.1.4小結(jié) 3200112.2助力方案選擇 3272102.2.1純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 3104432.2.2液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 47322.2.3電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS） 423902.2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 4306142.2.5論證小結(jié) 4104352.3動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案選擇 5242272.4梯形方案選擇 51.1轉(zhuǎn)向器類型選擇轉(zhuǎn)向器需要通過轉(zhuǎn)向管柱與駕駛室內(nèi)的方向盤相聯(lián)，因此轉(zhuǎn)向器的位置與駕駛室的布置位置密切相關(guān)[7]。2.1.1齒輪齒條式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器通常由兩部分構(gòu)成，其一為轉(zhuǎn)向器，并且它的轉(zhuǎn)向器尺寸是和轉(zhuǎn)向軸為一個(gè)整體的，另一部分則是齒條齒條也常常和轉(zhuǎn)向橫拉桿設(shè)計(jì)為一個(gè)整體，如圖2.1所示。這類轉(zhuǎn)向器到現(xiàn)在仍在被廣泛使用原因就是它有很多優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)造更加簡(jiǎn)單，布置方便，重量也輕；傳動(dòng)效率也很高。因其擁有眾多優(yōu)勢(shì)，目前也是主流的轉(zhuǎn)向器之一。它的構(gòu)件較多，具有很多樣式的輔助形式，空間運(yùn)動(dòng)關(guān)系隨時(shí)變化，構(gòu)件之間的相對(duì)位置關(guān)系在工作過程中不斷變化[8]。圖2.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器2.1.2循環(huán)球式螺桿、螺母、轉(zhuǎn)向器外殼和很多小鋼球共同構(gòu)成了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。這些小鋼球就是我們口中所說的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。和螺桿之間的封閉管道中，小鋼球以自身的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)代替二者之間的相對(duì)滑動(dòng)，減小了摩擦力。當(dāng)與方向盤轉(zhuǎn)向柱固定的螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺桿通過小鋼球帶動(dòng)螺母徑向運(yùn)動(dòng)，螺母又帶動(dòng)齒扇。致使搖臂往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。在整個(gè)傳遞進(jìn)程中，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器正是由許許多多的小鋼球在封閉的管道中做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)而得名。如圖2.2循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器作為傳動(dòng)效率最高的轉(zhuǎn)向器之一，正是憑借其中的循環(huán)球的滾動(dòng)摩擦，并且操作更輕便舒適，機(jī)械零件磨損少，壽命周期更加長(zhǎng)。在動(dòng)力轉(zhuǎn)向還未出現(xiàn)時(shí)，循環(huán)球轉(zhuǎn)向系統(tǒng)占主導(dǎo)地位圖2.2循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器2.1.3蝸桿指銷式蝸桿曲柄銷式轉(zhuǎn)向器大體由兩部分構(gòu)成，運(yùn)動(dòng)由轉(zhuǎn)向蝸桿發(fā)出從而帶動(dòng)指銷完成運(yùn)動(dòng)的傳遞，其指銷常常與搖臂軸曲柄端部固連在一起。與單指型相比，雙指型搖臂軸可以完成更大的旋轉(zhuǎn)角度。但雙指銷結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，蝸桿的加工精度也更高[9]。這種轉(zhuǎn)向器應(yīng)用較少2.1.4小結(jié)循環(huán)球轉(zhuǎn)向器效率高，壽命長(zhǎng)，操作方便。方便布置。可以與動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配合的很好，廣泛應(yīng)用于中大型車輛；可以和駕駛員產(chǎn)生很好的操縱交互；反向效率高，回程好，與液壓助力器動(dòng)作更方便配合。由于循環(huán)球轉(zhuǎn)向器可以實(shí)現(xiàn)變速比，應(yīng)用越來越廣泛。本設(shè)計(jì)擬采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器[10]2.2助力方案選擇2.2.1純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)其所有的傳力部件都是機(jī)械的。因?yàn)槠陂g都采用機(jī)械結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)師就需選擇更大直徑的方向盤來中和，達(dá)到滿足轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向扭矩，但這又需要更大空間來布置，使駕駛室更加擁擠，尤其是中大型車輛，單獨(dú)使用駕駛員的手動(dòng)力。難以產(chǎn)生足夠的扭矩。但由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，仍用于一些轉(zhuǎn)向控制力小、對(duì)于控制性能沒有太嚴(yán)格要求的部分小型車和農(nóng)業(yè)用車上。2.2.2液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓泵、油管、儲(chǔ)油罐等在液壓助力輔助系統(tǒng)中扮演了重要的角色。只要汽車處于行使?fàn)顟B(tài)，液壓助力就要進(jìn)行運(yùn)作，而且即使是低速行駛要進(jìn)行較大幅度的轉(zhuǎn)向時(shí)，助力系統(tǒng)需要較大強(qiáng)度的工作以便產(chǎn)生足夠大的助力。因此這樣就會(huì)造成資源的無意義消耗。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)：開裝有助力轉(zhuǎn)向的車進(jìn)行低速轉(zhuǎn)彎時(shí)，會(huì)讓駕駛員感到更加難操控費(fèi)力。此外，因?yàn)殚L(zhǎng)期處于較大工作強(qiáng)度，其中構(gòu)件的使用壽命也會(huì)一定程度的縮減。此外，由于機(jī)械式夜里轉(zhuǎn)向箱系統(tǒng)的工作特點(diǎn)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要一直處于工作狀態(tài)，這樣才能維持住一定的壓力隨時(shí)起到作用。能耗高，浪費(fèi)資源。但由于這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的長(zhǎng)期發(fā)展、完善的技術(shù)、可彌補(bǔ)傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的不足，目前仍被大多數(shù)汽車上。2.2.3電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS,ElectricPowerSteering)是近代蓬勃發(fā)展的一種助力方式。此類系統(tǒng)突破性的采用電動(dòng)助力器不通過其他傳動(dòng)件直接提供了轉(zhuǎn)向輔助力，取代了液壓助力的眾多傳遞構(gòu)件，更具有效率還環(huán)保。另外，調(diào)試方便，安裝簡(jiǎn)單，適用性強(qiáng)也是它不可忽略的特點(diǎn)。作為晚于液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)的一種更為先進(jìn)的轉(zhuǎn)向輔助方案，應(yīng)用范圍更廣，對(duì)傳統(tǒng)液壓助力提出了新的挑戰(zhàn)。它可以根據(jù)不同的車速提供不同程度的助力，從而實(shí)現(xiàn)車輛低速時(shí)的便攜性和高速轉(zhuǎn)向的可靠穩(wěn)定[9]。2.2.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)線控技術(shù)(by-wire)，傳統(tǒng)機(jī)械全靠機(jī)械來連接去完成操作而目前的線控技術(shù)突破性的采用電信號(hào)來充當(dāng)傳遞介質(zhì)從而達(dá)到控制傳遞的目的。以往全靠駕駛員動(dòng)作，如轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤等操作經(jīng)過一步步機(jī)械傳遞來完成預(yù)設(shè)目的，線控技術(shù)就是用電信號(hào)來代替動(dòng)作的機(jī)械信號(hào)，更方便快速的完成所需要的汽車反應(yīng)。為了滿足線控系統(tǒng)傳遞的及時(shí)性，高效響應(yīng)性就需要更為科學(xué)的控制器，例如Freescale公司生產(chǎn)制造的MPC500/MPC5500系列微處理器。SBW就是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的縮寫，SBW中的控制單元、執(zhí)行器、傳感器和冗余電控單元相互之間協(xié)調(diào)配合才是其具有如此優(yōu)勢(shì)，代替了傳統(tǒng)冗雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，完全由電實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，掙脫了以往傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向的工作壁壘。2.2.5論證小結(jié)皮卡車被設(shè)計(jì)為商用車，以提高車輛的轉(zhuǎn)向便攜性和靈敏度。采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。由于液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的成熟技術(shù)，它可以提供較大的轉(zhuǎn)向輔助。因此，最終決定采用液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。2.3動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案選擇分配閥、動(dòng)力缸、液壓泵、、轉(zhuǎn)向器、和油管等構(gòu)件在動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中起到了不可或缺的作用，整體式(圖2-1a)和分置式的區(qū)別僅僅是由安裝分配閥、轉(zhuǎn)向器和動(dòng)力缸的位置不同。聯(lián)閥式就是指分配閥裝在動(dòng)力缸上，見圖2.1b;連桿式中的分配閥裝在轉(zhuǎn)向器和動(dòng)力缸之間的拉桿上，見圖2.1c;半分置式的特點(diǎn)就是分配閥裝在轉(zhuǎn)向器上，見圖2.1d。上述三種布置形式均屬于分置式。1－分配閥2－轉(zhuǎn)向器3－動(dòng)力缸圖2.1動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案在選擇布局方案時(shí)，要綜合考慮轉(zhuǎn)向器的拆裝難度；動(dòng)力缸發(fā)出的荷載是不是會(huì)作用到轉(zhuǎn)向器上；結(jié)構(gòu)安排是不是很緊湊；管道的長(zhǎng)度和其他條件。整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器，將分配閥、轉(zhuǎn)向器和動(dòng)力缸安裝在一起，使整體結(jié)構(gòu)緊湊，系統(tǒng)管路簡(jiǎn)單、短。螺母、轉(zhuǎn)向搖臂等部件必須承受動(dòng)力缸的載荷，所以尺寸和質(zhì)量要適當(dāng)增加，但與分體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器相比，尺寸更合理，所以本設(shè)計(jì)采用整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置。2.4梯形方案選擇汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)，每個(gè)車輪的軸線應(yīng)在一點(diǎn)相交，以實(shí)現(xiàn)車輪的純滾動(dòng)，否則輪胎會(huì)打滑。因此，內(nèi)側(cè)方向盤的偏轉(zhuǎn)角應(yīng)大于外側(cè)方向盤的偏轉(zhuǎn)角。為了實(shí)現(xiàn)內(nèi)，外轉(zhuǎn)向車輪的達(dá)到預(yù)設(shè)理想的關(guān)