第七章转向系统设计详解
汽车设计第七章转向系设计
齿 条 助 力
主 动 齿 轮 助 力
第七章
转向系设计
第一节 概述
三、分类
2. 转向梯形
断开式 非断开式
第七章
转向系设计
1、齿轮齿条式
第七章
转向系设计
2、循环球式
第七章
转向系设计
蜗杆滚轮
第七章
转向系设计
蜗杆指销式
第七章
转向系设计
第二节 机械式转向器方案分析
一、机械式转向器方案分析
形式 特点
一、机械式转向器方案 分析
1. 齿轮齿条式转向器
3） 齿轮齿条式转向器 的布臵形式
(1) 转向器在前轴后方, 后臵梯形 (2) 转向器在前轴后方, 前臵梯形 (3) 转向器在前轴前方, 前臵梯形 (4) 转向器在前轴前方, 后臵梯形
第七章
转向系设计
第二节 机械式转向器方案分析
二、防伤安全机构方案分析
+
齿轮齿条式 循环球式 蜗杆指销式 蜗杆滚轮式 固定销 55% 针 55% 螺杆螺母 指销式 旋转销 75% 珠 75% 齿条齿扇式 75—85%
斜齿齿条 90%
锥 70%
η
+
第七章
转向系设计
第三节 转向系主要性能参数
一、转向器的效率
2.正效率η+
转向器结构参数与η+
tg 0 tg ( 0 )
齿 轮 齿 循环球式 蜗杆滚轮 蜗杆指销式 条式 式 死销 旋转销
高(90%) 高(60%～ 70%) 可变 高(75%～ 85%) 高 低 低 较高
正效率 η η
+
逆效率
-
低
较高
较高
转向系统的工作原理
转向系统的工作原理转向系统是汽车的重要部件之一，它的作用是使车辆能够按照驾驶员的指令改变行驶方向。
在转向系统中，主要包括转向机构、转向传动装置和转向控制装置等组成部分。
下面我们将详细介绍转向系统的工作原理。
首先，转向系统的工作原理涉及到转向机构。
转向机构是转向系统的核心部件，它通过转向传动装置将驾驶员的操纵信号传递给车轮，从而改变车辆的行驶方向。
转向机构通常由齿条、齿轮、齿轮齿条、传动销等组成，当驾驶员转动方向盘时，转向机构会将转动力传递给车轮，实现车辆的转向。
其次，转向系统的工作原理还涉及到转向传动装置。
转向传动装置是将转向机构传递过来的操纵信号转化为车轮的实际转向动作的装置。
它通常由传动齿轮、万向节、传动杆等组成，当转向机构传递信号时，传动装置会将信号传递给车轮，使车辆按照驾驶员的指令改变行驶方向。
最后，转向系统的工作原理还包括转向控制装置。
转向控制装置是用来控制转向系统工作的装置，它通常由转向泵、转向阀、液压油箱等组成，通过液压原理来实现对转向系统的控制。
当驾驶员转动方向盘时，转向控制装置会根据操纵信号来控制转向机构和传动装置，从而实现车辆的转向。
总的来说，转向系统的工作原理是通过转向机构、转向传动装置和转向控制装置相互配合，实现对车辆行驶方向的改变。
驾驶员通过操纵方向盘，传递信号给转向系统，从而使车辆按照指令进行转向。
这样的设计能够确保车辆在行驶过程中能够灵活、准确地改变行驶方向，提高驾驶的安全性和舒适性。
总之，转向系统是汽车行驶过程中不可或缺的重要部件，它的工作原理涉及到转向机构、转向传动装置和转向控制装置的协同工作。
只有这三者相互配合，才能确保车辆能够按照驾驶员的指令灵活、准确地改变行驶方向，从而保障驾驶的安全和舒适。
第七章 汽车前轴和转向轮系统的震动
) 0.95
代人式(7—12)，得
I z S cS be
0
回目录
由于 很小，
e
( K v ) ln 20S
K 1 ln 20S v
K ln 20)S b 0 v .
I z S 2 (c b
..
与此相对应可写成
K 系统中总阻尼系数用 代替 ，a c b ln 20 v
回目录
阻力F与位移的 波形图和示功图
振幅与力幅相同时，不同 相位差φ 和输入系统能量 的关系 图7-7
回目录
由图中可见，不同相位差 时 F x 所形成的 面积，即所产生的能量是不同的，当相位差为 90时输入能量最大，此能量的输入形成了 系统的负阻尼，为了在数学上说明这一现象，可 将前轮简化成为单自由度摆振系统，其振动方程 为
2.系统振动频率与激振频率 一致，摆振明显发生在共振区， 而共振车速范围很窄
无需有持续周期作用的激 励，只要有偶然的单次性 激励
系统振动频率接近系统绕主销 振动的固有频率，与车轮速度 (相当于激励频率)不一致，发 生振动车速范围较宽 其激振力是伴随振动体的运动 而产生，振动体运动停止，激 振力消失
回目录
式中
I k为车轮绕自转轴的转动惯量。
d M T I k k dt
(7-8)
回目录
图 7-4
汽车前轮的陀螺效应
回目录
陀螺力矩方向可用图7-4中左手法则决定， 当行驶中车轮遇到一个凸起障碍时，车轮平面产 生( d dt )角速度，则会激发陀螺力矩：
v d MT Ik R dt
(7-9)
L[b(t )] b(S)e S
.. .
式(7—10)如考虑到弹性恢复力矩滞后的情况， 则改写为
汽车转向系设计
商用车：转动圈数小于3、最大手力200N
第一节 概述
3.转向系的主要设计要求 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。 转向器和转向传动机构的球头处有间隙调整
当双横臂互相平行时，AB 的瞬时中心P 在无穷远处，从P 点引 出的直线都变成了平行线。其中，过点A、S 的两条平行线之间 的距离与过点QAB、QBS 的两条平行线之间的距离相等。
第七节 转向梯形设计
利用上下止点法确定横拉杆断开点位置
第七节 转向梯形设计
二、整体式转向梯形机构的设计、校核 （转向力特性）
时的传递特性
(P1 P2 ) / P1 (P3 P2 ) / P3
第三节 转向系主要性能参数
1.转向器的效率
可逆式、不可逆式、极限可逆式
tan 0 tan( 0 )
tan( 0 ) tan 0
第三节 转向系主要性能参数
2.转向系传动比的变化特性 转向系角传动比 。 转向系力传动比 。 转向器角传动比的变化规律 。 齿轮齿条式变速比转向器 循环球齿条齿扇式变速比转向器
第七章 转向系设计
第一节 概述
1.转向系的作用 保持或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 2.转向系的组成
第一节 概述
3.转向系的主要设计要求 转弯行驶时，车轮绕一个瞬时转向中心旋转，车轮
不应有侧滑。 自动回正，并保持稳定的直线行驶状态。 转向轮不得产生自激振动，转向盘没有摆动。 悬架导向机构和转向传动机构共同工作时，由于运动
汽车新技术配置-7电控动力转向与四轮转向系统
电动助力转向系统
朱明工作室
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技术优势 1、节能环保 由于发动机运转时，液压泵始终处于 工作状态，液压转向系统使整个发动机燃油消耗量增加 了3％～5％，而eps以蓄电池为能源，以电机为动力元 件，可独立于发动机工作，对环境几乎没有污染，更降 低了油耗。 2、安装方便 eps的主要部件可以配集成在一起， 易于布置，与液压动力转向系统相比减少了许多元件， 没有液压系统所需要的油泵、油管、压力流量控制阀、 储油罐等，元件数目少，装配方便，节约时间。
授人以鱼不如授人以渔
液压动力转向系统示意图
朱明工作室
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授人以鱼不如授人以渔
2.传统液压动力转向系统结构型式
朱明工作室
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根据机械转向器、 转向动力缸、 ⑴ 根据机械转向器 、 转向动力缸 、 转向控制阀三者的布置和联系关系可分 为： 分开式—机械转向器、转向动力缸、 分开式 机械转向器、转向动力缸、 机械转向器 转向控制阀三者分开布置。 转向控制阀三者分开布置。 半分开式—机械转向器作为独立件， 半分开式 机械转向器作为独立件， 机械转向器作为独立件 而控制阀和动力缸组合成一个部件。 而控制阀和动力缸组合成一个部件。
现代汽车新配置实务
朱明工作室
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7
.
主讲：朱明 主讲：
高级技师、经济师 工程师 高级技师、经济师,工程师 高级技能专业教师 汽车维修工高级考评员
电控动力转向与四轮转向系统
授人以鱼不如授人以渔
第七章 电控动力转向与四轮转向系统
朱工作室
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第一节 第二节 第三节 第四节
授人以鱼不如授人以渔
整体式液压动力转向系统
第七章 汽车转向系统设计
马 天
力矩反算载荷，动力缸以前零件的计算载荷应取驾驶员作用在转向
飞
盘轮缘上的最大瞬时力（700N）。
29
二、齿轮齿条转向器的设计
汽
车
模数 压力角 齿数 螺旋角 材料
设
齿轮 2~3mm 20º
5~7
9º~15º 16MnCr5
计
15CrNi6
教
齿条 保证啮 12º~35º 保证齿 保证布 45，淬火
逆效率为
马
tg(0 ) tg 0
天
飞
➢导程角必须大于摩擦角，通常0 5°~10°。
18
二、传动比的变化特性
汽
车 转向系统的传动比
设
➢力传动比ip
计
•从轮胎接地面中心作用在两个转向轮上的合力2Fw与作用在
教
转向盘上的手力Fh之比
案
➢转向系角传动比 iω0
•转向盘角速度ωw与同侧转向节偏转角速度ωk之比
21
二、传动比的变化特性
汽 转向器角传动比的变化规律
车
➢由于转向传动机构角传动比近似为1，因此转向器的角传动比变化
设
规律就代表了转向系统传动比特性。
计
➢由于转向阻力矩与车轮偏转角度大致成正比变化，则
教
➢汽车低速急转弯行驶时，转向阻力矩大，应选用大些的转向器
案
角传动比；
➢汽车以较高车速转向行驶时，转向轮转角较小，转向阻力矩也
案
2．分类
➢机械转向系统
➢依靠驾驶员的手力转动转向盘
➢包括转向操纵机构、转向器、转向传动机构
马
天 ➢动力转向系统
飞
➢利用动力系统减轻驾驶员的手力
2
第一节 概述
转向系统设计说明书
转向系统设计说明书转向系统设计说明书一、需求分析1.1系统简介本转向系统设计是为汽车制造企业设计的一款新型转向系统，包括方向盘、转向齿轮、转向杆等组件，用于汽车转向操作。
1.2系统功能本系统主要实现以下功能：（1）实现车辆转向操作；（2）提供灵敏度和舒适性，使驾驶员可以轻松驾驶；（3）确保车辆转向时的安全性。
1.3使用环境本系统主要用于汽车行驶时的转向操作，适用于各类车辆，包括小汽车、大型客车、货车、越野车等。
1.4系统需求（1）具有可靠性和耐用性；（2）转向灵敏度高，操控舒适；（3）保证转向操作安全；（4）可适应各种驾驶员的需求。
二、系统设计2.1系统架构本转向系统采用传统的齿轮传动转向系统。
主要包括方向盘、转向齿轮、转向杆等组件，在行驶过程中通过变换转向齿轮的位置，控制车轮的转向。
2.2系统组成本转向系统包括以下组件：（1）方向盘：由驾驶员操控，控制转向的方向。
（2）转向齿轮：连接车轮的转向轴，通过旋转控制车轮角度，实现左右转向操作。
（3）转向杆：将方向盘的旋转运动转换成转向齿轮的轴向运动。
（4）轴承：用于支撑转向齿轮，使其顺畅运转。
2.3系统工作原理当驾驶员通过方向盘控制转向时，方向盘传递力量到转向齿轮上，通过转向齿轮转动和转向杆的传动作用，使车轮转向。
其中，转向齿轮是通过齿轮副传动，将方向盘的旋转运动转换成轴向运动，控制车轮的转向角度。
2.4系统性能（1）灵敏度：驾驶员控制方向盘时，系统应能快速反应，确保车辆转向灵敏。
（2）舒适性：转向时不应有任何异响或抖动感，使驾驶员的操控更加舒适。
（3）可靠性：系统应具有较高的可靠性和耐久性，确保在各种路况下的转向操作安全。
三、结论本转向系统是一种新型的汽车转向系统，采用传统的齿轮传动技术，实现车辆转向操作。
系统整体性能较强，灵敏度高、舒适性好、可靠性强。
同时，本系统还具有可扩展性，在不断的设计应用和技术进步中，可为用户提供更多更好的服务。
转向系统剖析
转向系统剖析转向系统是汽车驾驶系统中非常重要的一部分，它直接影响着车辆的操控性和稳定性。
本文将对转向系统进行深入剖析，包括转向系统的组成和原理、不同类型的转向系统及其特点，以及转向系统的故障诊断与维修等方面内容。
一、转向系统的组成和原理转向系统由多个组件构成，主要包括转向柱、转向机构、转向助力器、转向齿轮、转向杆和转向轮等部分。
其中，转向柱是连接驾驶员与转向机构的桥梁，通过转向柱可以实现驾驶员对车辆的转向控制。
转向机构则负责将驾驶员的转向动作传递给转向齿轮，进而通过转向杆和转向轮来改变车辆的转向角度。
转向系统的原理是通过转向助力器对转向力的放大和转向力的传递来实现车辆的转向。
传统的转向助力器采用液压助力原理，通过液压缸和液压泵的工作，实现对转向力的放大。
而目前较为常见的转向助力器则采用电动助力原理，通过电机和传感器的配合来实现对转向力的放大和转向力的传递。
二、不同类型的转向系统及其特点根据转向助力方式的不同，转向系统可以分为液压助力转向系统和电动助力转向系统两种类型。
1. 液压助力转向系统液压助力转向系统是传统的转向系统，其特点是助力充沛、反馈清晰。
通过液压助力器的工作，可以明显减轻驾驶员的转向力，提高转向的舒适性。
不过，液压助力转向系统存在着一定的能耗、噪音和维护成本较高等问题。
2. 电动助力转向系统电动助力转向系统是现代车辆普遍采用的转向系统，其特点是节能环保、维护成本低。
通过电机的工作，可以实现对转向力的放大和转向力的传递，使得转向更加轻盈灵活。
此外，电动助力转向系统还可以通过调整助力的程度，提供不同的驾驶模式，满足驾驶员对操控性和舒适性的需求。
三、转向系统的故障诊断与维修转向系统的故障诊断是确保车辆安全和正常行驶的重要一环。
常见的转向系统故障包括方向盘出现异常、转向力不均匀、转向助力失效等情况。
对于这些故障，需要进行系统的故障诊断和维修。
故障诊断一般分为机械故障和电气故障两种情况。
机械故障主要包括转向柱、转向机构以及转向齿轮的损坏或松动等问题，需要进行相应的修复和调整。
汽车转向系设计
汽车转向系设计1. 引言汽车的转向系是汽车的重要组成局部之一，它直接影响着汽车的转向性能和操控性。
本文将介绍汽车转向系设计方面的一些根本知识和要点，包括转向系统的原理、设计要素、常见问题以及解决方案等。
2. 转向系统原理汽车的转向系统主要由转向传动机构、转向机构和转向器件组成，其根本原理是通过转向位置和力的传递，改变车辆车轮的转向方向。
具体来说，转向系统的工作原理包括以下几个步骤：1.驾驶员通过方向盘施加力矩；2.转向传动机构将驾驶员提供的力矩传递给转向机构；3.转向机构将力矩转换为线性运动，同时将转向位置传递给转向器件；4.转向器件根据转向位置，通过液压力或电力等方式，作用于车轮，改变车轮的转向方向。
3. 设计要素在设计汽车转向系时，需要考虑以下几个主要要素：3.1. 转向传动机构转向传动机构是将驾驶员的力矩传递给转向机构的关键部件。
其设计要素包括传动比、材料选择和结构设计等。
传动比的合理选择可以提高转向的敏感度和操控性能，材料选择要考虑强度和耐久性，结构设计要保证传动机构的刚性和稳定性。
3.2. 转向机构转向机构将驾驶员施加在方向盘上的力矩转换为线性运动，并将转向位置传递给转向器件。
合理设计转向机构可以提高转向的精准度和平稳性。
其设计要素包括机械结构、滑动副和传感器等。
3.3. 转向器件转向器件是实现车轮转向的装置，主要包括液压助力转向器和电动助力转向器。
液压助力转向器通过液压力的作用，改变车轮的转向方向；电动助力转向器通过电力驱动，实现车轮转向。
合理选择转向器件可以提高操控性能和能效。
4. 常见问题与解决方案在汽车转向系设计中，常见问题包括转向系统响应时间过长、转向力过大或过小、转向器件故障等。
下面是针对一些常见问题的解决方案：4.1. 响应时间过长响应时间过长可能会导致转向不及时，影响驾驶的平安性。
解决方案包括优化转向传动机构的刚性和传动比，提高转向机构的精准度和平稳性。
4.2. 转向力过大或过小转向力过大或过小会影响驾驶员的操控体验。
第七章-转向
1.万向节叉 2.转向齿轮轴 3.调整螺母 4.向心球轴 承 5.滚针轴承 6.固定螺栓 7.转向横拉杆 8.转向 器壳体 9.防尘套 10.转向齿条 11.调整螺塞 12.
锁紧螺母 13.压紧弹簧 14.压块
循环球式转向器
第一级螺杆螺 母传动副
ctgctgB
蜗杆曲柄指销式转向器
蜗杆曲柄指销式转向器的传动副(以转向蜗 杆为主动件，其从动件是装在摇臂轴曲柄端部 的指销。
转向蜗杆转动时，与之啮合的指销即绕摇臂 轴轴线沿圆弧运动，并带动摇臂轴转动。
转向系的设计要求：
1）汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转。 2）转向轮具有自动回正能力。 3）在行驶状态下，转向轮不得产生自振，转向盘没有摆动。 4）转向传动机构和悬架导向装置产生的运动不协调，应使车
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，这种逆效率较 高的转向器属于可逆式。它能保证转向轮和转向盘自动回正，既可以减轻驾驶 员的疲劳，又可以提高行驶安全性。但是，在不平路面上行驶时，传至转向盘 上的车轮冲击力，易使驾驶员疲劳，影响安全行驾驶。
属于可逆式的转向器有齿轮齿条式和循环球式转向器。
一、转向器的效率
功率P1从转向轴输入，经转向摇臂轴输出所求得的效率称为转向器 的正效率，用符号η+表示，；反之称为逆效率，用符号η－表示。
正效率η+ 计算公式： η+=（P1-P2）/P1
逆效率η－ 计算公式： η－=（P3-P2）/P3
式中， P1为作用在转向轴上的功率；P2为转向器中的摩擦功率；P3为作 用在转向摇臂轴上的功率。
齿轮齿条式转向器广泛应用于微型、普通级、中级和中高级乘用车上。 装载量不大、前轮采用独立悬架的货车和客车也用齿轮齿条式转向器。
转向系工作原理
转向系工作原理
转向系工作原理是指汽车转向过程中转向系统的工作原理。
汽车转向系统分为机械转向系统和液压转向系统两种形式。
机械转向系统主要由转向轴、齿轮、传动杆、转向臂和转向机构组成。
当驾驶者转动方向盘时，通过传动杆将转向力传递给转向臂，再经过转向机构将转动力矩传递给车轮，从而实现车轮的转向。
液压转向系统使用液压力来实现转向。
系统由液压助力泵、液压油箱、液压缸和油管组成。
当驾驶员转动方向盘时，液压助力泵受到驱动装置的驱动，产生压力将液压油推送到液压缸中。
液压缸内的活塞受到液压力的作用，推动转向臂将车轮转向。
无论是机械转向系统还是液压转向系统，都需要驾驶员通过方向盘来输入转向指令。
转向系统通过一系列的机械和液压装置将驾驶员的转动力矩转化为车轮的转向角度，从而控制汽车的转向。
转向系工作原理的关键在于转向装置的设计和构造。
它需要能够传递足够的转动力矩，同时保证转向的灵敏度和准确性。
此外，转向系统还需要具备一定的抗干扰能力，以保证在复杂的行驶条件下能够正常工作。
总而言之，转向系工作原理是通过将驾驶员的转动力矩转化为车轮的转向角度来实现汽车转向的过程，机械转向或液压转向是两种常用的转向系统形式。
它们通过复杂的装置和机构使得
转向能够准确灵敏地响应驾驶员的操作，保证行驶安全和驾驶舒适性。
转向系统
发展趋势
发展趋势
改革开放以来，中国汽车工业发展迅猛。作为汽车关键部件之一的转向系统也得到了相应的发展，基本已形 成了专业化、系列化生产的局面。有资料显示，国外有很多国家的转向器厂，都已发展成大规模生产的专业厂， 年产超过百万台，垄断了转向器的生产，并且销售点遍布了全世界。
现代汽车转向装置的使用动态
转弯不足
转向不足转弯时转向不足表现为：在汽车转弯时的转动量不够。其原因是：转向摇臂装在摇臂轴上的位置不 当；转向角限位螺栓调整过长；前轴前后窜动；循环球或转向器扇形齿与蜗杆盒装配位置不妥。
前轮调整
前轮最大偏转角（转向角）的大小，影响到汽车转弯时的转向半径（亦称通过半径），偏转角越大，转向半 径越小，汽车的机动性越强。
低成本、低油耗、大批量专业化生产
随着国际经济形势的恶化，石油危机造成经济衰退，汽车生产愈来愈重视经济性，因此，要设计低成本、低 油耗的汽车和低成本、合理化生产线，尽量实现大批量专业化生产。对零部件生产，特别是转向器的生产，更表 现突出。
汽车转向器装置的电脑化
汽车的转向器装置，必定是以电脑化为唯一的发展途径。
构造原理
机械
动力
机械
机械转向系统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1所示为机械转向系的组成和布置示意图。当汽车转向时，驾驶员对转向盘1施加一个转向力矩。该力矩通 过转向轴2、转向万向节3和转向传动轴4输入转向器5。经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向摇臂6， 再经过转向直拉杆7传给固定于左转向节9上的转向节臂8，使左转向节和它所支承的左转向轮偏转。为使右转向 节13及其支承的右转向轮随之偏转相应角度，还设置了转向梯形。转向梯形由固定在左、右转向节上的梯形臂10、 12和两端与梯形臂作球铰链连接的转向横拉杆11组成。
汽车-转向系统解析资料
改变或恢复汽车行驶方向 的专设机构。
2、组成： 转向操纵机构
转向摇臂 转向节臂
转向器 转向传动机构
梯形臂
转向盘 转向器 万向节
传动轴 转向轴
转向直拉杆 前轴
转向横拉杆
梯形臂
转向摇臂 转向直拉杆 转向节臂
转向器
转向轴
转向万向节
转向盘
转向节
梯形臂
横拉杆
转向梯形
机械转向器 转向摇臂
转向拉杆
球头销
球头座
限位销 调整螺塞
弹簧
⑷、转向减振器 作用：是克服汽车行驶时转向轮产生的摆振，并提高汽车行
驶的稳定性和乘座的舒适性。
1.连接环衬套 2.连接环橡胶套 3.油缸4.压缩阀总成 5.活塞及活塞 杆总成 6.导向座 7.油封 8.挡圈 9.轴套及连接环总成 10.橡胶储液缸
1、什么是动力转向器？
1、 与非独立悬架配用的转向传动机构
与非独立悬架配用的转向传动机构主要包括转向摇臂、转向直拉杆 转向节臂和转向梯形。
1—转向器 2—转向摇臂 3—转向直拉杆 4—转向节臂 5—梯形臂 6—转向横拉杆
当转向轮独立悬挂时，每个转向轮都需要相对于车架作独立运动， 因而转向桥必须是断开式的。与此相应，转向传动机构中的转向梯形 也必须是断开式的。
用以将发动机(或电机)输出的部分机械能转化为压力能， 并在驾驶员控制下，对转向传动装置或转向器中某一传动件 施加不同方向的液压或气压作用力，以助驾驶员施力不足的 一系列零部件，总称为动力转向器。
2、动力来源：
采用动力转向系统的汽车转向所需的能量，在正常情况下， 只有小部分是驾驶员提供的体能，而大部分是发动机(或电机) 驱动的油泵(或空气压缩机)所提供的液压能(或气压能)。
汽车转向系设计
轿车转向系设计此次设计的是与非独立悬架相匹配的整体式两轮转向机构。
利用相关汽车设计和连杆机构运动学的知识，首先对给定的汽车总体参数进展分析，在此根底上，对转向器、转向系统进展选择，接着对转向器和转向传动机构〔主要是转向梯形〕进展设计，再对动力转向机构进展设计。
转向器在设计中选用的是循环球式齿条齿扇转向器，转向梯形的设计选用的是整体式转向梯形，通过对转向轮实际到达的最大偏转角时与转向外轮理想最大偏转角度的差值的检验和对其最小传动角的检验，来判定转向梯形的设计是否符合根本要求。
一、整车参数1、汽车总体参数确实定汽车转向系统是用来改变汽车行驶方向的专设机构的总称。
汽车转向系统的功用是保证汽车能按驾驶员的意愿进展直线或转向行驶。
对转向系提出的要求有：1) 汽车转向行驶时，全部车轮绕瞬时转向中心转动；2) 操纵轻便，方向盘手作用力小于200N；3) 转向系角传动比15~20；正效率高于60%，逆效率高于50%；4) 转向灵敏；5) 转向器与转向传动装置有间隙调整机构；6) 配备驾驶员防伤害装置；三、机械式转向器方案分析机械转向器是将司机对转向盘的转动变为转向摇臂的摆动〔或齿条沿转向车轴轴向的移动〕，并按一定的角转动比和力转动比进展传递的机构。
机械转向器与动力系统相结合，构成动力转向系统。
高级轿车和重型载货汽车为了使转向轻便，多采用这种动力转向系统。
采用液力式动力转向时，由于液体的阻尼作用，吸收了路面上的冲击载荷，故可采用可逆程度大、正效率又高的转向器构造。
1、机械式转向器方案选取选取循环球式转向器循环球式转向器有螺杆和螺母共同形成的落选槽装钢球构成的传动副，以及螺母上齿条与摇臂轴上齿扇构成的传动副组成，如以下图。
循环球式转向器示意图循环球式转向器的优点是：在螺杆和螺母之间因为有可以循环流动的钢球，将滑动摩擦转变为滚动摩擦，因而传动效率可以到达75%～85%；在构造和工艺上采取措施后，包括提高制造精度，改善工作外表的外表粗糙度和螺杆、螺母上的螺旋槽经淬火和磨削加工，使之有足够的使用寿命；转向器的传动比可以变化；工作平稳可靠；齿条和齿扇之间的间隙调整工作容易进展，适合用来做整体式动力转向器。
转向系统设计及安装要领
1．转向系统设计概要
1.2.1方向盘 方向盘是操纵汽车行驶方向的轮状装置。其功能是将驾驶 员作用到转向盘边缘上的力转变为转矩后传递给转向轴。方向 盘是正对驾驶员的一个大件，和它配合的件主要有转向管柱， 组合开关，在设计初期对边界的确认非常重要；另外因方向盘 是一个外观件，其表面的颜色纹理需与整车内饰的风格相匹配， 一般先做快速成型件来确认造型和外观，在尺寸匹配确认后， 再开金属模具。 方向盘设计的基本要求
8
1．转向系统设计概要
1）事故发生时，对驾驶员造成的伤害最小。(出于安全性 的考虑)
2）不妨碍驾驶员对仪表的观察。 3）良好的耐磨性，不易磨损，有良好的寿命。(出于可靠 性的考虑) 4）不易燃烧。(出于安全性的考虑) 5）不易反光。(出于生理考虑) 6）有良好的舒适性，减少驾驶员的疲劳程度。(出于生理 考虑)
。
为了达到一个较好的方向盘手感，对的波动要求如下：
c．介绍相位角的概念： 相位角：转向柱中心线（Line I）和转向传动轴中心线
（Line II）形成的平面（PlaneI）与转向机输入轴中心线
16
1．转向系统设计概要
（Line Ⅱ）和转向传动轴中心线（Line II）形成的平面 (Plane Ⅱ)之间的交角。
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．逆效率低，反冲小； 8．有消除因磨损而产生间隙的调整机构； 9．有防伤装置； 10．保证转向盘与转向轮转动方向一致。
4
1．转向系统设计概要
1.2转向系统结构组成
转向系
转向器
转向传动机构
方 向 盘 转向传动轴 转向器
直拉杆
转向梯形
照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。汽车转向系统对汽车的
转向系统设计说明书
转向系统设计说明书一、引言1.1 项目背景转向系统是汽车安全驾驶的重要组成部分，用于控制车辆的转向操作。
一个稳定可靠的转向系统不仅能提高驾驶的安全性，还能提升驾驶的舒适性和操控性。
本设计说明书旨在详细介绍转向系统的设计原理、组成部分以及各功能模块的工作原理，为开发人员提供指导和参考。
1.2 文档目的本设计说明书的目的是提供一个清晰、详细的转向系统设计方案，以指导开发人员进行系统的开发和实现。
同时，本文档还可以作为后续维护和升级的参考资料，确保系统的稳定性和可靠性。
1.3 参考文档•ISO 26262：汽车功能安全性标准•车辆制造商的相关规范和标准1.4 定义和缩略词缩略词定义ABS Anti-lock Brake System（防抱死制动系统）ECU Electronic Control Unit（电子控制单元）CAN总线Controller Area Network（控制器局域网）HCU Hydraulic Control Unit（液压控制单元）HMI Human-Machine Interface（人机界面）二、总体设计2.1 系统架构转向系统主要由以下几个部分组成：1.转向传感器：用于检测驾驶员转动方向盘的角度和速度。
2.转向电机：根据转向传感器的信号，通过控制电机的转动，实现车辆的转向。
3.转向控制器：负责接收转向传感器的信号，根据算法计算转向电机的控制量。
4.供电系统：为转向电机和转向控制器提供稳定的电源。
2.2 功能模块2.2.1 转向传感器转向传感器负责检测驾驶员的转向动作，并将其转化为电信号传输给转向控制器。
其主要功能模块包括：1.转向角度检测：通过安装在方向盘旁的传感器，检测驾驶员转动方向盘的角度。
2.转向速度检测：通过检测方向盘转动的速度，判断驾驶员的转向意图。
2.2.2 转向电机转向电机是转向系统的核心部件，通过控制电机的转动实现车辆的转向。
其主要功能模块包括：1.转向力反馈控制：根据转向控制器的控制信号，调整电机的输出力以模拟驾驶员转向时的力感觉。
转向系统工作原理
转向系统工作原理
转向系统是一种用于控制汽车方向的系统，它能够将驾驶员的转向指令转化为车辆的转向动作。
转向系统的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：
1. 转向指令传递：当驾驶员转动方向盘时，转向指令通过转向柱传达给转向系统。
转向柱是一根连接方向盘和转向系统的杆，它将驾驶员施加在方向盘上的力或扭矩传输给转向系统。
2. 助力转向：在许多现代汽车中，转向系统通常配备有助力转向装置，以减小驾驶员转动方向盘所需的力量。
助力转向装置通常包括液压助力装置和电动助力装置。
液压助力装置利用液压系统提供增加的力量，而电动助力装置则利用电动机辅助转动方向盘。
3. 转向机构：转向机构是转向系统中的关键部件，它负责将转向指令转化为车辆的转向动作。
常见的转向机构包括齿轮齿条机构和蜗杆蜗轮机构。
通过转向机构，转动方向盘的力或扭矩被传递给车轮，使车辆发生转向。
4. 前轮转向：转向机构通过连接悬挂系统和车轮，使车轮发生转向。
在前轮转向时，转向机构会使左右车轮产生不同的转向角度，从而使车辆完成曲线行驶或转弯动作。
5. 角度传感器：为了确保转向系统的准确性和安全性，角度传感器通常安装在转向柱上，用于监测方向盘的转角，并将转角信息传递给转向系统。
转向系统可以根据这些信息进行相应的
调整和控制。
综上所述，转向系统通过转换驾驶员的转向指令，利用助力转向装置和转向机构，实现了车辆的转向动作。
在整个过程中，角度传感器起到了监测和反馈的作用，保证了转向系统的准确性和安全性。
车辆转向系统设计方案
车辆转向系统设计方案一、背景车辆转向系统是车辆中非常重要的一个部分，其主要功能是控制车辆的转向。
在车辆通过方向盘操纵转向机构，通过各种传动装置将驾驶员操作的力量传递给车轮，使车辆向左或向右转向。
在不同的路况下，车辆转向系统能够自动调节车轮的转向角度以提高整车的稳定性和控制性。
因此，一个高效可靠的车辆转向系统对于车辆的安全性和性能至关重要。
二、设计目标该车辆转向系统设计方案的主要目标包括：1.保证车辆的安全性；2.提高车辆的稳定性；3.降低转向系统的功耗；4.提高转向系统的运行效率和精度；5.降低转向系统的成本。
三、设计方案1. 转向机构转向机构是车辆转向系统的核心部分，它由转向齿轮、转向轴、转向机箱、万向节和转向倾角传感器等组成。
转向齿轮：应选用高强度合金钢，以确保其结构稳定性和寿命。
转向轴：应采用双向轴承来减少转向时的瑕疵，提高转向机构的稳定性。
转向机箱：应采用高强度铝合金或钢材来提高整个转向系统的刚度和耐用性。
万向节：应选用高精度的万向节，以确保转向系统的精度和可靠性。
转向倾角传感器：采用高精度的倾角传感器，利用MEMS技术制造，精度高达0.1度。
2. 液压转向系统液压转向系统主要是由液压泵、液压缸和液压阀组成。
其作用是将转向机构产生的转矩转化为液压功，从而使车轮偏转。
液压泵：选用低磨损的高压液压泵，降低转向系统的功耗。
液压缸：选用行程大的液压缸，以确保转向系统的升降速度。
液压阀：选用高精度的液压阀，通过构建先进的控制策略，可以实现液压转向系统的高效控制。
3. 电动转向系统电动转向系统主要是由电动泵、电动缸、电动阀和控制器组成。
其作用是利用电力产生转矩，从而使车轮偏转。
电动泵：选用高效稳定的电动泵，以降低整个电动转向系统的功耗。
电动缸：选用高速、高效、低摩擦的电动缸，以提高电动转向系统的灵敏度和精度。
电动阀：选用高速、高精度的电动阀，通过控制最小精度，实现高效的控制策略。
控制器：选用高速、高精度、低功耗的控制器，以实现电动转向系统的高效控制和排错功能。
汽车转向系设计
如果忽略轴承和其它地方的磨擦损失，只考虑啮合副的磨擦损失，
则逆效率可用下式计算
tan(a0 tan a0
)
（7-2）
式（7-1）和式（7-2）表明：增加导程角a0，正、逆效率均增大。
受η-增大的影响，a0不宜取得过大。当导程角小于或等于磨擦角时，
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，
图7-6 防伤转向传动轴简图
图7-7所示在轿车上应用的防伤安全机构。 转向轴分为两段，上转向轴的下端与下转向轴 上端通过两个圆头圆柱销相连。在受到一定数 值的轴向力时，上、下转向轴能自动脱开，以 保证驾驶员的安全。
图7-7 防伤转向轴简图
联轴套管吸收冲击能量机构
图7-8 安全联轴套管 1—套管 2—塑料销钉 3—轴
图7-2 齿轮齿条式转向器的四种形式
齿条断面形状有圆形、V形和 Y形三种。圆形断面齿条制作工 艺比较简单。V形和Y形断面齿条 与圆形断面比较，消耗的材料少， 故质量小。
根据齿轮齿条式转向器和转向梯形相对前轴位置的不同，在汽车上 有四种布置形式：转向器位于前轴后方，后置梯形；转向器位于前轴后 方，前置梯形；转向器位于前轴前方，后置梯形；转向器位于前轴前方， 前置梯形，见图7-3。
转向器的角传动比:
i
w p
d / dt d p / dt
d d p
转向传动机构的角传动比:
i
Hale Waihona Puke p kd p / dt d k / dt
d p d k
2.力传动比与转向系角传动比的关系
转向阻力Fw与转向阻力矩Mr的关系式：
FW
Mr a
（7-3）
作用在转向盘上的手力Fh与作用在转向盘上的力矩Mh的关系式：
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固定销 55%
旋转销 75%
蜗杆滚轮式 针
锥
55% 70%
珠 75% 75%
85%
转向摇臂轴轴承形式：滑动轴承
～ η+
滚针轴承 ↑η+ 10%
(2) 转向器结构参数与η+
tg 0 tg( 0 )
α0—蜗杆（或螺杆）的螺线导程角； ρ—摩擦角 ρ=t g-1f；
f —摩擦因素。
当滚道表面良好，表面硬度为58HRC以上时，ρ=19‘
备注
车轮上下跳动时 拉杆摆角
大
大
小
拉杆短 摆角↑
转向拉杆与悬架 系的运动干涉
大
大
小
大
转向器壳体强度
大
大
小
满足总布置要求 不好
较好
较好
应用
平头车
1）齿条断面形状
圆形
V形
Y形
备注
形状
特点
制造工艺
简单
复杂
复杂
材料消耗
多
少
少
约少 20%
质量
大
小
小
强度
小
齿条自转
能
小
大
∵Y 形齿宽宽
不能
不能
3） 齿轮齿条式转向器的布置形 (1) 转向器在前轴后方, 后置梯形. (2) 转向器在前轴后方, 前置梯形. (3) 转向器在前轴前方, 前置梯形. (4) 转向器在前轴前方, 后置梯形.
直拉杆
转向梯形
三．分类 1．转向器
转向器
机械转向器
动力转向
齿
循
蜗
蜗
轮
环
杆
杆
齿
球
滚
指
条
式
轮
销
式
式
式
液
气
电
压
压
动
式
式
式
滑
转
转
齿
主
阀
阀
向
条
动
式
式
传
动
助
齿 轮
轴
力
助
助
力
力
2．转向梯形
转向梯形
整体式
断开式
第二节 机械式转向器方案分析
一 .机械式转向器方案分析 1.机械式转向器方案分析
形式 齿 轮 齿 循环球式 蜗杆滚轮 蜗杆指销式
第七章 转向系设计
• 第一节 概述 • 第二节 机械式转向器方案分析 • 第三节 转向系主要性能参数 • 第四节 机械式转向器的设计与计算 • 第五节 动力转向机构 • 第六节 转向梯形 • 第七节 转向减振器 • 第八节 转向系结构元件
第七章 转向系设计
第一节 概述
一． 设计转向系应满足的要求 1．汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋
操纵轻便性的评价指标：
车型
指标
切向力 N 转向盘半程 转动圈数
行驶中的轿 车
没有动力转 向时
有动力转向 时
50～100 20～50
2．0
货车以 va=10km/h 进 入 R=12m 圆 周行驶
没有动力转 向时
有动力转向 时
≤250 ≤120
3．0
二．组成
转向系
转向器
转向传动机构
转向盘 转向传动轴 转向器
式中： a0—实际断面宽度 t—垫片厚度 δ—垫片帘布层数 k1—垫片不同时损坏系数 0.85 k2—危险断面边缘帘线完整性被破坏系数0.08 σ1—拉伸应力 σ1 =5.5N/㎜2
建议: 取为9KN,则用上式可计算a0
第三节 转向系主要性能参数
一．转向器效率
1.η+=（P1-P2）/P1 2.η-=（P3-P2）/P3
P1 —作用在转向轴上的效率 P2—转向器中的磨檫功率 P3—作用在转向摇臂轴上的功率 1． η+ 影响η+ 的主要因素：
转向器类型；
转向器的结构特点；
螺线导程角、磨檫角等；
制造与装配质量。
η+ (1) 转向器类型、结构特点与η+
齿轮齿条式
斜齿齿条 90%
循环球式
螺杆螺母 指销式
齿条齿扇 式
蜗杆指销式
转，任何车轮不应有侧滑； 2．转向后，转向轮应能自动回正； 3．转向轮不得产生自振，转向盘没有摆动； 4．转向传动机构和悬架导向机构共同工作时，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．逆效率低，反冲小； 8．有消除因磨损而产生间隙的调整机构； 9．有防伤装置； 10．保证转向盘与转向轮转动方向一致。
特点 条式
式
死销 旋转销
正效率
高(75%～
高(90%)
低
η+
85%)
负效率 高(60%～
高
低
η-
70%)
低
较高
较高
较高
iw
可变
可变
不可变 可变
可变
形式 特点
磨损 调整间隙 工作可靠性
结构 制造工艺
齿轮齿条
蜗杆滚
循环球式
式
轮式
慢
慢
慢
容易
容易
困难
可靠
可靠
可靠
简单
复杂
简单
容易
困难
容易
蜗杆指销式
死销
旋转销
2、防伤安全机构
安全带可以有效地限制乘员前移量。
安全气囊可以在乘员头、胸前部与转向盘（仪表板） 之间形成隔离带，缓和冲击，减缓乘员前移量和前移速 度。而在驾驶员不可避免的与转向盘发生身体接触时， 防伤安全机构可以减轻驾驶员受到伤害的程度。
方案
防伤转向轴 万向节 联接叉
安全联轴 弹性联轴 吸能转向
套管
分析上式可知：
① η+ 与α0、ρ有关 ②α0↑，则 η+ ↑ ③α0>70以后， η+ ↑缓慢
2．转向器逆效率η-
（1） η- 的种类
二. 防伤安全机构方案分析
交通事故表明:汽车发生碰撞事故,可以是正面、 侧面、追尾等碰撞事故,其中正面碰撞事故 约占 40%～ 50%。
正面碰撞事故中，驾驶员可能与转向盘、仪表板、 转向管柱、挡风玻璃、室内后视镜、遮阳板等发生身 体接触，并遭受伤害，严重时会伤及性命，因此采取 有效措施保护驾驶员是十分重要的。当前采取的有效 措施主要有：安全带、安全气囊、转向系中的防伤安 全机构。
有的汽车上述三种措施同时并存（如档次比较高 的轿车），有些汽车只有其中的1～2项（如平头客车 只有安全带，货车中当前也很少装气囊）。
1、法规要求
1 ） 汽 车 以 48 的 速 度 正 面 同 其 它 物 体 碰 撞 的 实 验 中 ， 转向管柱和转向轴在水平方向的后移量不得大于127mm；
2）在台架试验中用人体模型的驱干以6.7m/s的速度碰 撞转向盘时，作用在转向盘上的水平力不得超过11123N （GB11557—1998）
器
管柱
特点
结构 吸能 零件受载 制造工艺 制造精度 工作可靠性 撞后实现转向
简单 不能
大 简单 不高 可靠
能
简单 不能
小 简单 不高 可靠 不能
简单 能 大
简单 不高 可靠
能
简单 能 大
简单 不高 可靠 不能
复杂 能 大
复杂 高
可靠 能
3．计算举例 弹性联轴器的弹性垫片强度
FZ F j a0tk1k 2 1
快
慢
容易
容易
较差
较差
简度
不高
高
不高 双销变速比时要求高
用做整体式动 力转向 质量 车轮转角
可以
轻** 大
可以
居中 小
困难
居中 小
困难
困难
单销轻、双销重
小
小
**壳体用铝合金
2.齿轮齿条式转向器
1）齿轮齿条式转向器输入齿轮位置与输出特点
特点
形式
中间输入 侧面输入 侧面输入 侧面输入 两端输出 两端输出 中间输出 一端输出