轻型货车转向系统设计及建模(3)

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wPd?Pdtd?P??wKd?K/dtd?K （2.9）

2.转向系力传动比与转向系角传动比的关系

轮胎与地面之间的转向阻力F?和作用在转向节上的转向阻力矩Mr有如下关系：

F??Mra （2.10）

式中,a为主销偏移距，指从转向节主销轴线的延长线与支承平面的交点至车轮中心平面与支承平面交线间的距离。

作用在转向盘上的手力Fh可用下式表示：

Fh?2MhDs? （2.11）

式中，Mh为作用在转向盘上的力矩；Ds?为转向盘直径。 将式（2.10），（2.11）代入ip?2F?后得到 Fhip?MrDs?Mha （2.12）

分析式（2.12）可知，主销偏移距a越小，力传动比ip越大，转向越轻便。通常

乘用车的a值在0.4～0.6倍轮胎的胎面宽度尺寸范围内选取，而货车的a值在40～60mm范围内选取。转向盘直径Ds?对轻便性有影响，选用尺寸小写的转向盘，虽然占用的空间少，但转向时需要对转向盘施以较大的力，而选用尺寸大些的转向盘又会使驾驶员进出驾驶室时入座困难。根据车形不同，转向盘直径Ds?在380~550mm的标准系列内选取。如果忽略摩擦损失，2Mr/Mh可以用下式表示：

2Mrd???i?0Mhd?k （2.13）

将式（2.13）代入式（2.12）后得到

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ip?i?0Ds?2a （2.14）

当a和Ds?不变时，力传动比ip越大，虽然转向越轻，但i?0也越大，表明转向不灵敏。

3.转向系的角传动比i?0

转向传动机构的角传动比，还可以近似地用转向节臂臂长l2与摇臂臂长l1之比来表示，即：

i?'?d?pd?k?l2l1 （2.15）

在现代汽车结构中，l2与l1的比值大约在0.85～1.10之间，可粗略认为其比值为1，即i?'近似为1，则：

i?0?i??d?d?p （2.16）

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。

4.转向器角传动比及其变化规律

式（2.14）表明：增大角传动比可以增加力传动比。当转向阻力F?一定时，增大力传动比能减少作用在转向盘上的手力Fh，使操纵轻便。

考虑到i?0?i?，由i?0的定义可知：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，转向轮偏转角对同一转向盘转角的响应变的迟钝，操纵时间增长，汽车转向灵敏性降低，所以“轻”和“灵”构成了一对矛盾。为解决这对矛盾，可采用变速比转向器。

齿轮齿条式、循环球齿条齿扇式、蜗杆滚轮式及蜗杆指销式转向器都可以制成变速比转向器。

对于循环齿条齿扇式转向器的角传动比i??2?r/P。因结构原因，螺距P不能变化，但可以用改变齿扇啮合半径r的方法，达到使循环球齿条齿扇式转向器实现

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变速比的目的。

对于乘用车，推荐转向器角传动比i?在17～25范围内选取；对于商用车，i?在23～32范围内选取。

2.1.3转向器传动副的传动间隙

传动间隙是指各种转向器中传动副（如循环球式转向器的齿扇和齿条）之间的间隙。该间隙随转向盘转角大小的不同而改变，这种变化和转向器的使用寿命有关。 如何获得传动间隙特性将在后面转向器的设计中介绍。

2.1.4转向盘的总转动圈数

转向盘从一个极端位置转到另一个极端位置时所转过的圈数称为转向盘的总转动圈数。它与转向轮的最大转角及转向系的角传动比有关，并影响转向的操纵轻便性和灵敏性。轿车转向盘的总转动圈数较少，一般约在3.6圈以内；货车一般不宜超过6圈。

2.2转向系的选择

汽车转向系可按转向能源的不同分为机械转向系和动力转向系两大类。本设计采用的是机械式转向系。

2.2.1机械转向系

机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的。机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。

图2.1所示为红旗CA7220型轿车的机械转向系统。当汽车转向时，驾驶员对转向盘施加一个转向力矩。该力矩通过转向轴和柔性联轴节输入转向器，再经左，右横拉杆,传给固定于两侧转向节上的左、右转向节臂，使转向节和它所支撑的转向轮绕主销轴线偏移一定角度，实现转向。

目前，许多国内外生产的新车型在转向操纵机构中采用了万向传动装置（转向万向节和转向传动轴）。如图2.2，这有助于转向盘和转向器等部件和组件的通用化和系列化。只要适当改变转向万向传动装置的几何参数，便可以满足各种变型车的

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总布置要求。即使在转向盘与转向器同轴线的情况下，其间也可以采用万向传动装置，以补偿由于部件在车上的安装误差和安装基体（驾驶室、车架）的变形所造成的二者轴线实际上的不重合。

图2.1 红旗CA7220型轿车的机械转向系统

图2.2 汽车转向系示意图

转向盘在驾驶室内的安置位置与各国交通法规规定车辆靠道路左侧还是右侧通行有关。包括我国在内的大多数国家规定车辆右侧通行，相应地应将转向盘安置在驾驶室左侧。这样，驾驶员左方的视野较广阔，有利于两车安全交会。相反，在一

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些规定车辆靠左侧通行的国家和地区使用的汽车上，转向盘则应安置在驾驶室右侧。

2.3本章小结

本章主要对转向系统的方案进行确定。包括通过转向器的效率公式确定导程角，通过传动比的变化特性确定传动比及转向盘的总转动圈数和机械转向系的确定，为下面的设计过程做铺垫。

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