轻型货车转向系统设计及建模(2)

沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计

第1章 绪 论

1.1转向系概述

转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，保证各

转向轮之间有协调的转角关系。

机械转向系依靠驾驶员的手力转动转向盘，经转向器和转向传动机构使转向轮偏转。有些汽车还装有防伤机构和转向减振器。采用动力转向的汽车，还装有动力系统，并借助此系统来减轻驾驶员的手力。 对转向系提出的要求有：

1）汽车转弯行驶时，理想情况下全部车轮应绕瞬时转向中心旋转，任何车轮不应有侧滑。否则会加速轮胎磨损，并降低汽车的行驶稳定性；

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；

3）汽车在任何行驶状态下，转向轮都不得产生自振，转向盘没有摆动； 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； 6） 操纵轻便；

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；

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； 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；

10） 进行运动校核，保证转向轮与转向盘转动方向一致。 较

1.2轻型货车转向系统设计主要内容

本设计以循环球式转向器的设计为中心，一是汽车总体构架参数对汽车转向的影

响；二是机械转式向器的设计；三是转向传动机构的设计；四是转向梯形机构设计。因此本设计在考虑上述要求和因素的基础上研究利用转向盘的旋转带动转向器螺杆旋

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转，与螺杆配合的螺母外齿与扇形齿轮啮合，通过安装在扇形轴上的转向臂向转向拉杆机构传递操作力，实现转向。 (1)汽车转向系方案的设计。 (2)汽车转向器方案的设计。 (3)汽车转向传动机构的设计。 (4)转向系的设计计算。

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第2章 汽车转向系方案

2.1转向系主要性能参数

转向系的主要性能参数有转向系的效率，转向系的角传动比与力传动比，转向

器传动副的传动间隙特性，转向系的刚度以及转向盘的总转动圈数。

2.1.1转向器的效率

转向系的效率?0由转向器的效率?和转向操纵机构的效率?'决定，即：

?0????' （2.1）

转向器效率?又有正效率??与逆效率??之分。功率P1由转向轴输入，经转向摇臂轴输出所求得的效率称为正效率，反之为逆效率。

???(P1?P2) （2.2） P1(P3?P2) （2.3） P3???式中 P1——作用在转向轴上的功率； P2——转向器中的摩擦功率； P3——作用在转向摇臂轴上的功率。 1.正效率??

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。

(1)转向器的类型、结构特点与效率

汽车上常用的转向器形式有循环球式、蜗杆滚轮式、齿轮齿条式和蜗杆指销式等几种。齿轮齿条式。循环球式转向器的正效率比较高，其正效率??可达到85%。同一类型的转向器，因结构不同，效率也有较大差别。如蜗杆滚轮式转向器的滚轮与支持轴之间的轴承可以有滚针轴承、圆锥轴承和滚珠轴承三种结构。第一种结构

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除滚轮与滚针之间有摩擦损失外，滚轮侧翼与垫片之间还有滑动摩擦损失，故这种转向器的效率??仅达54%左右。根据试验，其余两种转向器结构的效率分别为70%和75%。

(2)转向器的结构参数与效率

蜗杆滚轮式转向器的传动副存在较大滑动摩擦，效率较低。对于蜗杆和螺杆类转向器，如果忽略轴承和其他地方的抹茶损失，只考虑啮合副的摩擦损失，其效率为

tan?0tan(?0??) （2.4）

???

式中 ?0——蜗杆或螺杆的螺线导程角；

?——摩擦角，?=arctanf； f——摩擦系数。

2. 转向器逆效率??

根据逆效率大小不同，转向器又有可逆式、极限可逆式和不可逆式之分。 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，这种转向器是可逆式的。它能保证汽车转向后，转向轮和转向盘自动回正。这既减少驾驶员疲劳，又提高了行驶安全性。但是，在坏路上行驶时，车轮受到的冲击力，大部分都传给转向盘，驾驶员容易“打手”，使之精神状态紧张，如长时间在坏路上行驶，易使驾驶员疲劳，影响安全行驶。因此，这类转向器适用于在良好路面上行驶的车辆。齿轮齿条式和循环球式都属于可逆式转向器。

不可逆式转向器，是指车轮受到的冲击力，不能传到转向盘的转向器。该冲击力由转向传动机构的零件承受，因而这些零件容易损坏。同时，它不能保证车轮自动回正，驾驶员又缺乏路面感觉。因此，现代汽车基本不采用这种转向器。 极限可逆式转向器介于上述两者之间。当车轮受有冲击力作用时，此力只有较小的一部分传至转向盘。它的逆效率较低，因此在坏路上行驶时，驾驶员并不十分紧张，同时转向传动机构的零件，所受冲击力也比不可逆式转向器要小。 如果只考虑啮合副的摩擦，忽略轴承和其他地方的摩擦损失，则逆效率可以用

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下式计算：

???tan(?0??)tan?0 （2.5）

式（2.4）和（2.5）表明：增加导程角，逆效率也增大。因此，虽然增加导程角能提高正效率，但此时因为逆效率也增大，故导程角不应取得过大；当导程角小于或等于摩擦角时，逆效率为负值或者为零，此时表明该转向器是不可逆式转向器。为此，导程角的最小值必须大于摩擦角。通常螺线的导程角选在8°～10°之间。

2.1.2传动比的变化特性

1.转向系传动比

转向系的传动比包括转向系的角传动比iw0和转向系的力传动比ip。

从轮胎接地面中心作用在两个转向轮上的合力2F?与作用在转向盘上的手力Fh之比，称为力传动比，即ip?2F?/Fh。

转向盘角速度wW与同侧转向节偏转角速度wk之比，称为转向系角传动比iw0，即

iw0?wWd?dtd???wkd?k/dtd?k （2.6）

式中，d?为转向盘转角增量；d?k为转向节转角增量；dt为时间增量。 iw0又由转向器角传动比iw和转向传动机构角传动比iw'所组成，即

'i?iiw0ww （2.7）

转向盘角速度wW与摇臂轴角速度wP之比，称为转向器角传动比iw，即

iw?wWd?dtd???wPd?P/dtd?P （2.8）

式中，d?P为摇臂轴转角增量。

此定义适用于除齿轮齿条式之外的转向器。

摇臂轴角速度wP与同侧转向节偏转角速度wK之比，称为转向传动机构的角传动比iw'，即

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