轿车前轮主动转向系统机械结构设计-任务书

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汽车转向系设计说明书

汽车设计课程设计说明书之南宫帮珍创作题目：重型载货汽车转向器设计姓名：席昌钱学号：200924265同组者：严炳炎、孔祥生、余鹏、李朋超、郑年夜伟专业班级：09车辆工程2班指导教师：王丰元、邹旭东设计任务书目录1.转向系分析 (4)2.机械式转向器方案分析 (8)3.转向系主要性能参数 (9)4.转向器设计计算 (14)5.动力转向机构设计 (16)6.转向梯形优化设计 (22)7.结论 (24)8.参考文献 (25)1转向系设计1.汽车转弯行驶时, 全部车轮应绕瞬时转向中心旋转.2.把持轻便, 作用于转向盘上的转向力小于200N.3.转向系的角传动比在23~32之间, 正效率在60%以上, 逆效率在50%以上.4.转向灵敏.5.转向器和转向传念头构中应有间隙调整机构.6.转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置.1.整车尺寸：11976mm*2395mm*3750mm.2.轴数/轴距 4/（1950+4550+1350）mm3.整备质量 12000kg2.转向系分析2.1对转向系的要求[3](1) 保证汽车有较高的机动性, 在有限的场空中积内, 具有迅速和小半径转弯的能力, 同时把持轻便;(2) 汽车转向时, 全部车轮应绕一个瞬时转向中心旋转, 不应有侧滑;(3) 传给转向盘的反冲要尽可能的小;(4) 转向后, 转向盘应自动回正, 并应使汽车坚持在稳定的直线行驶状态;(5) 发生车祸时, 当转向盘和转向轴由于车架和车身变形一起后移时, 转向系统最好有呵护机构防止伤及乘员.2.2转向把持机构转向把持机构包括转向盘, 转向轴, 转向管柱.有时为了安插方便, 减小由于装置位置误差及部件相对运动所引起的附加载荷, 提高汽车正面碰撞的平安性以及便于拆装, 在转向轴与转向器的输入端之间装置转向万向节, 如图2-1.采纳柔性万向节可减少传至转向轴上的振动, 但柔性万向节如果过软, 则会影响转向系的刚度.采纳动力转向时, 还应有转向动力系统.但对中级以下的轿车和前轴负荷不超越3t的载货汽车, 则大都仅在用机械转向系统而无动力转向装置.图2-1转向把持机构Fig.2-1 the control mechanism of steering1-转向万向节；2-转向传动轴；3-转向管柱；4-转向轴；5-转向盘1-steering universal shaft;2-steering propeller ;3-steering column ;4-steering axis;5-steering wheel2.3转向传念头构[4]转向传念头构包括转向臂、转向纵拉杆、转向节臂、转向梯形臂以及转向横拉杆等.（见图2-2）转向传念头构用于把转向器输出的力和运动传给左、右转向节并使左、右转向轮按一定关系进行偏转.图2-2 转向传念头构1-转向摇臂；2-转向纵拉杆；3-转向节臂；4-转向梯形臂；5-转向横拉杆2.4转向器[5]机械转向器是将司机对转向盘的转动酿成转向摇臂的摆动（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行传递的机构.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, 多采纳这种动力转向系统.采纳液力式动力转向时, 由于液体的阻尼作用, 吸收了路面上的冲击载荷, 故可采纳可逆水平年夜、正效率又高的转向器结构.为了防止汽车在撞车时司机受到的转向盘的伤害, 除在转向盘中间可装置平安气囊外, 还可在转向系中设置防伤装置.为了缓和来自路面的冲击、衰减转向轮的摆振和转向机构的震动, 有的还装有转向减振器.大都两轴及三轴汽车仅用前轮转向；为了提高把持稳定性和机动性, 某些现代轿车采纳全四轮转向；多轴汽车根据对机动性的要求, 有时要增加转向轮的数目, 本设计按设计要求采纳单轴前轴转向 .2.5转角及最小转弯半径汽车的机动性, 经常使用最小转弯半径来衡量, 但汽车的高机动性则应由两个条件保证.即首先应使左、右转向轮处于最年夜转角时前外轮的转弯值在汽车轴距的2~2.5倍范围内；其次, 应这样选择转向系的角传动比, 即由转向盘处于中间的位置向左或右旋转至极限位置的总旋转全书, 对轿车应不超越 1.8圈, 对货车不应超越3.0圈.两轴汽车在转向时, 若不考虑轮胎的侧向偏离, 则为了满足上述对转向系的第(2)条要求, 其内、外转向轮理想的转角关系如图2-3所示, 由下式决定：L K BD CO DO i o =-=-θθcot cot (2-1)式中：θo —外转向轮转角；θi —内转向轮转角；K —两转向主销中心线与空中交点间的距离；L —轴距内、外转向轮转角的合理匹配是由转向梯形来保证.图2-3 理想的内、外转向轮转角间的关系Fig 2-3Relations between ideal inside and outsidesteering wheel corner汽车的最小转弯半径R min 与其内、外转向轮在最年夜转角θmax i 与θmax o 、轴距L 、主销距K 及转向轮的转臂a 等尺寸有关.在转向过程中除内、外转向轮的转角外, 其他参数是不变的.最小转弯半径是指汽车在转向轮处于最年夜转角的条件下以低速转弯时前外轮与空中接触点的轨迹构成圆周的半径.最小转弯半径能到达汽车轴距的2~2.5倍, 取R min=2L ；把持轻便型的要求是通过合理地选择转向系的角传动比、力传动比和传动效率来到达.对转向后转向盘或转向轮能自动回正的要求和对汽车直线行驶稳动性的要求则主要是通过合理的选择主销后倾角和内倾角, 消除转向器传动间隙以及选用可逆式转向器来到达.但要使传递到转向盘上的反向冲击小, 则转向器的逆效率有不宜太高.至于对转向系的最后两条要求则主要是通过合理地选择结构以及结构安插来解决.转向器及其纵拉杆与紧固件的称重, 约为中级以及上轿车、载货汽车底盘干重的 1.0%～1.4%；小排量以及下轿车干重的1.5%～2.0%.转向器的结构型式队汽车的自身质量影响较小.3. 机械式转向器方案分析3.1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内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, 如图3-1所示.图3-1 循环球式转向器示意图Fig 3-1Circulation-ball steering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, 将滑动摩擦转酿成滚动摩擦, 因而传动效率可以到达75%～85%；在结构和工艺上采用办法后, 包括提高制造精度, 改善工作概况的概况粗拙度和螺杆、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动；工作平稳可靠；齿条和齿扇之间的间隙调整工作容易进行, （图3-2）；适合用来做整体式动力转向器.图3-2 循环球式转向器的间隙调整机构Fig 3-2 The gap adjusts the organizational structureofRecirculation-ball gears循环球式转向器的主要缺点是：逆效率高, 结构复杂, 制造困难, 制造精度要求高.循环球式转向器主要用于商用车上.功率p 1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+暗示, 反之称为逆效率, 用符号η-暗示.正效率η+计算公式：p p p 121-=+η（4-1）逆效率η-计算公式： p p p 323-=-η（4-2）式中, p 1为作用在转向轴上的功率；p 2为转向器中的磨擦功率；p 3为作用在转向摇臂轴上的功率.正效率高, 转向轻便；转向器应具有一定逆效率, 以保证转向轮和转向盘的自动返回能力.但为了减小传至转向盘上的路面冲击力, 防止打手, 又要求此逆效率尽可能低.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.η+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）转向器类型、结构特点与效率在四种转向器中, 齿轮齿条式、循环球式转向器的正效率比力高, 而蜗杆指销式特别是固定销和蜗杆滚轮式转向器的正效率要明显的低些.同一类型转向器, 因结构分歧效率也纷歧样.如蜗杆滚轮式转向器的滚轮与支持轴之间的轴承可以选用滚针轴承、圆锥滚子轴承和球轴承.选用滚针轴承时, 除滚轮与滚针之间有摩擦损失外, 滚轮侧翼与垫片之间还存在滑动摩擦损失, 故这种轴向器的效率η+仅有54%.另外两种结构的转向器效率分别为70%和75%.转向摇臂轴的轴承采纳滚针轴承比采纳滑动轴承可使正或逆效率提高约10%.（2）转向器的结构参数与效率如果忽略轴承和其经处所的摩擦损失, 只考虑啮合副的摩擦损失, 对蜗杆类转向器, 其效率可用下式计算)tan(tan 00ρη+=+a a =75%（4-3）式中, a 0为蜗杆（或螺杆）的螺线导程角,a 0取8°, ρ为摩擦角, ρ=arctanf ；f 为磨擦因数.取f=0.05.η-根据逆效率分歧, 转向器有可逆式、极限可逆式和不成逆式之分.路面作用在车轮上的力, 经过转向系可年夜部份传递到转向盘, 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, 又可以提高行驶平安性.可是, 在不服路面上行驶时, 传至转向盘上的车轮冲击力, 易使驾驶员疲劳, 影响平安行驾驶.属于可逆式的转向器有齿轮齿条式和循环球式转向器.不成逆式和极限可逆式转向器不成逆式转向器, 是指车轮受到的冲击力不能传到转向盘的转向器.该冲击力转向传念头构的零件接受, 因而这些零件容易损坏.同时, 它既不能保证车轮自动回正, 驾驶员又缺乏路面感觉, 因此, 现代汽车不采纳这种转向器.极限可逆式转向器介于可逆式与不成逆式转向器两者之间.在车轮受到冲击力作用时, 此力只有较小一部份传至转向盘.如果忽略轴承和其它处所的磨擦损失, 只考虑啮合副的磨擦损失, 则逆效率可用下式计算00tan )tan(a a ρη-=-=64%（4-4）式（4-3）和式（4-4）标明：增加导程角a 0, 正、逆效率均增年夜.受η-增年夜的影响, a 0不宜取得过年夜.当导程角小于或即是磨擦角时, 逆效率为负值或者为零, 此时标明该转向器是不成逆式转向器.为此, 导程角必需年夜于磨擦角.转向系的角传动比0ωi 由转向器角传动比ωi 和转向传念头构角传动比ωi '组成, 即ωωωi i i '=0（4-5）转向器的角传动比:P r i πω2=26≈（4-6）齿扇啮合半径75.482145.62r =⨯==mz转向传念头构的角传动比: k p k p k p d d dt d dt d i ββββωωω==='//1≈（4-7）转向系的传动比包括转向系的角传动比0ωi 和转向系的力传动比p i .转向系的力传动比:11750245026a 2i 0=⨯⨯==SW p D i ω（4-8）转向器角传动比可以设计成减小、增年夜或坚持不变的.影响选取角传动比变动规律的主要因素是转向轴负荷年夜小和对汽车机动能力的要求.若转向轴负荷小或采纳动力转向的汽车, 不存在转向繁重问题, 应取较小的转向器角传动比, 以提高汽车的机动能力.若转向轴负荷年夜, 汽车低速急转弯时的把持轻便性问题突出, 应选用年夜些的转向器角传动比.汽车以较高车速转向行驶时, 要求转向轮反应灵敏·, 转向器角传动比应当小些.汽车高速直线行驶时, 转向盘在中间位置的转向器角传动比不宜过小.否则转向过分敏感, 使驾驶员精确控制转向轮的运动有困难.转向器角传动比变动曲线应选用年夜致呈中间小两端年夜些的下凹形曲线, 如图4-1所示.图4-1转向器角传动比变动特性曲线Fig 4-1 Change characteristic property curve ofSteeringangle transmission ratio△t传动间隙是指各种转向器中传动副之间的间隙.该间隙随转向盘转角的年夜小分歧而改变, 并把这种变动关系称为转向器传动副传动间隙特性（图4-2）.研究该特性的意义在于它与直线行驶的稳定性和转向器的使用寿命有关.传动副的传动间隙在转向盘处于中间及其附近位置时要极小, 最好无间隙.若转向器传动副存在传动间隙, 一旦转向轮受到侧向力作用, 车轮将偏离原行驶位置, 使汽车失去稳定.传动副在中间及其附近位置因使用频繁, 磨损速度要比两端快.在中间附近位置因磨损造成的间隙过年夜时, 必需经调整消除该处间隙.为此, 传动副传动间隙特性应当设计成图4-2所示的逐渐加年夜的形状.图4-2 转向器传动副传动间隙特性Fig 4-2 Drive gap characteristic property of steering转向器传动副传动间隙特性图中曲线1标明转向器在磨损前的间隙变动特性；曲线2标明使用并磨损后的间隙变动特性, 而且在中间位置处已呈现较年夜间隙；曲线3标明调整后并消除中间位置处间隙的转向器传动间隙变动特性.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.它与转向轮的最年夜转角及转向系的角传动比有关, 并影响转向的把持轻便性和灵敏性.轿车转向盘的总转动阁数较少, 一般约在3.6圈以内；货车一般不宜超越6圈.为了增加转向的轻便性, 取6圈.[8]为了保证行驶平安, 组成转向系的各零件应有足够的强度.欲验算转向系零件的强度, 需首先确定作用在各零件上的力.影响这些力的主要因素有转向轴的负荷, 空中阻力和轮胎气压等.为转动转向轮要克服的阻力, 包括转向轮绕主销转动的阻力、车轮稳定阻力、轮胎变形阻力和转向系中的内摩擦阻力等.精确地计算这些力是困难的, 为此推荐用足够精确的半经验公式来计算汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转向阻力距M r（N •mm),即Pf G M r 133=＝1008504 N •mm (5-1)式中, f 为轮胎和路面见的摩擦因素, 一般取0.7；G 1为转向轴负荷24000（N ）;p=0.74为轮胎气压（MPa ）转向系主要参数说明：转向摇臂的长度与转向传念头构有关, 一般初选时, 年夜货车可取300~400mm, 本设计取340mm, 转向器角传动比在23~32内选取, 本设计取26 作用在转向盘上的手力为ND L M L F SW h 207i 22r1==+ηω（5-2）式中, L 1为转向摇臂长；L 2为转向节臂长；D SW 为转向盘直径；i ω为转向器角传动比；η+为转向器正效率.[9]摇臂轴直径/mm 42 钢球中心距D /mm40螺杆外径D 1/mm 38 钢球直径d /mm 螺距P /mm 工作圈数W 螺母长度L /mm 80 导管壁厚 /mm钢球直径与导管内径间隙e/mm螺线导程角0a /º 730’ 齿扇压力角0a /º2730‘ 接触角θ/º 45 环流行数2D 2应年夜于D 1, 一般要求D D D %)10~%5(12=-（5-3）D 2=D 1+（5%~10%）D=38+8%⨯=d DWπ≈39个（5-4）2⨯8.0=4.16 mm （5-5）[10]σσ=k3222223)()(r R r R E F -=1217MP （5-6）式中, k 为系数, 根据A/B 值查表, A=[（1/r ）-(1/2R )]/2,B=[(1/r)+(1/1R )]/2;2R 为滚道截面半径, k 取1.50；r 为钢球半径；1R ⨯105MP a ；3F 为钢球与螺杆之间的正压力, 即3F =oa n F θcos cos 02＝737N （5-7）式中, 0a 为螺杆螺线的导程角；o θ为接触角；n 为介入工作的钢球数；F 2为作用在螺杆上的轴向力,o SW h b D R F F 2/2/cot 20-=α=19904N当接触概况硬度为58~64HRC ；拍－时, 许用接触应力[σ]=2500 MP a由于σ=1217 MP<[σ],因此满足强度.转向摇臂直径d 为式中, K 为平安系数, 根据汽车使用条件分歧可取 2.5~3.5；M R 为转向阻力矩；0τ为扭转强度极限.摇臂轴用20CrMnTi 钢制造, 概况渗碳, 渗碳层深度在0.8~1.2mm.对前轴负荷年夜的汽车, 渗碳层深度为 1.05~1.45mm.概况硬度为58~63HRC及选取对动力转向机构的要求1.运动学上应坚持转向轮转角和驾驶员转动转向盘的转角之间坚持一定的比例关系.2.随着转向轮阻力的增年夜（或减小）, 作用在转向盘上的手力必需增年夜（或减小）, 称之为“路感”.Fh≥0.025～0.190kN 时, 动力转向器就应开始工作.4.转向后,转向盘应自动回正, 并使汽车坚持在稳定的直线行驶状态.5.工作灵敏, 即转向盘转动后, 系统内压力能很快增长到最年夜值.6.动力转向失灵时, 仍能用机械系统把持车轮转向.7.密封性能好, 内、外泄漏少. 对动力转向机构的选取整体式动力转向器多用在轿车和前桥载重在15t 以下的货车上, 本设计的货车的前桥的载重为 2.4t,所以采纳整体式动力转向器.动力缸的主要尺寸有动力缸内径、活塞行程、活塞杆直径和动力缸体壁厚.动力缸发生的推力F 为式中, L 1为转向摇臂长度；L 为转向摇臂轴到动力缸活塞之间的距离.F1为直拉杆上的力, F 1=a Mr=20170N推力F 与工作油液压力p 和动力缸截面面积S 之间有如下关系pLS LF 11=(6-1)因为动力缸活塞两侧的工作面积分歧, 应按较小一侧的工作面积来计算, 即)(422d D p S -=π（6-2）式中, D 为动力缸内径；d p 为活塞杆直径, 初选d p ＝0.35D, 压力p ＝8Mpa.联立式(6-1)和式（6-2）后获得d L F ppLD 2114+=π=68 mm （6-3）所以dp=0.35D=23.8mm 取8.01=LL活塞行程是车轮转制最年夜转角时, 由直拉杆的的移动量换算到活塞杆处的移动量获得的.活塞厚度可取为B=0.3D.动力缸的最年夜长度s 为s D D s 13.0)6.0~5.0(10+++= =200mm(6-4)动力缸壳体壁厚t,根据计算轴向平面拉应力σz 来确定, 即n Dt p s z t Dσσ≤+=])(4[22（6-5）式中, p 为油液压力；D 为动力缸内径；t 为动力缸壳体壁厚；n 为平安系数, n=3.5~5.0 取4;σs 为壳体资料的屈服点.壳体资料用球墨铸铁采纳QT500－05, 抗拉强度为500MPa,屈服点为350MPa.t=3mm活塞杆用45刚制造, 为提高可靠性和寿命, 要求概况镀铬并磨光.１．动力转向器的作用效能用效能指标'=F Fhhs 来评价动力转向器的作用效能.现有动力转向器的效能指标s=1~15.２．路感驾驶员的路感来自于转动转向盘时, 所要克服的液压阻力.液压阻力即是反作用阀面积与工作液压压强的乘积.在最年夜工作压力时, 轿车：换算以转向盘上的力增加约30~50N.３．转向灵敏度转向灵敏度可以用转向盘行程与滑阀行程的比值i 来评价δϕ2Dswi =(6-14)比值i 越小, 则动力转向作用的灵敏度越高.. ４．动力转向器的静特性动力转向器的静特性是指输入转矩与输出转矩之间的变动关系曲线, 是用来评价动力转向器的主要特性指标.因输出转矩即是油压压力乘以动力缸工作面积和作用力臂, 对已确定的结构, 后两项是常量, 所以可以用输入转矩M φ与输出油压p 之间的变动关系曲线来暗示动力转向的静特性, 如图6-1示.常将静特性曲线划分为四个区段.在输入转矩不年夜的时候, 相当于图中A 段；汽车原地转向或调头时, 输入转矩进入最年夜区段（图中C 段）；B 区段属经常使用快速转向行驶区段；D 区段曲线就标明是一个较宽的平滑过渡区间.要求动力转向器向右转和向左转的静特性曲线应对称.对称性可以评价滑阀的加工和装配质量.要求对称性年夜于.转向梯形机构用来保证汽车转弯行驶时所有车轮能绕一个瞬时转向中心, 在分歧的圆周上做无滑动的纯滚动.设计转向梯形的主要任务之一是确定转向梯型的最佳参数和进行强度计算.转向梯形有整体式和断开式两种.一般转向梯形机构安插在前轴之后, 但当发念头位置很低或前轴驱动时, 也有位于前轴之前的.两轴汽车转向时, 若忽略轮胎侧偏影响, 两转向前轴的延长线应交于后轴延长线.设0θ, i θ分别是外内转向车轮转角, k 为两主销中心线延长线到空中交点之间的距离, 则梯形机构应保证内外转向车轮的转角有如下关系：cotL Kcog i =-θθ0, 若自变角为0θ则因变角i θ的期望值为：)(cot ot )(010L K c f i -==-θθθ, 现有转向梯形机构仅能满足上式要求.如下图所示, 在图上作辅助虚线, 利用余弦定理可推得转向梯形所绘出的实际因变角'i θ为：)cos(21]2cos )cos(cos 2[arccos)cos(21)()sin(arcsin 020020')(θγγθγγθγθγγθ+-+-+--+-++-=mK m K m Km K M K i 其中 m —梯形臂长 γ—梯形底角图7-1 汽车瞬时转向图应使设计的转向梯形所绘出的实际因变角'i θ尽可能接近理论上的期望值i θ.其偏差最常使用的中间位置附近小转角范围应尽可能小, 以减小高速行驶时轮胎的磨损.而在不经常使用且车速较慢的最年夜转角时可适当放宽要求, 因此在加入加权因子)(00θω构成评价优略的目标函数f(x)为:f （x ）=max1''00010()()()[]100()i i i i ii i θθθθθωθθθθ=-⨯%∑将上式代得： f(x)=－0[2cos cos()cos 2]1100cot(cot )i i Karc Lγγγθθ-+--⨯%-其中 x —设计变量 x=][21X X =⎥⎦⎤⎢⎣⎡m γmax 0θ—外转向轮最年夜转角, 由上图可得：max 0θ=a R L-min arcsin =︒30其中 min R —汽车最小转弯半径为15.7m,a —主销偏移距为50mm, 轴距L=7850mmK=2020mm 梯形臂长度m=0.14K=283mm考虑到大都使用工况下转角小于︒20, 且︒10以内的小转角使用的更加频繁, 因此取：当建立约束条件时应考虑到：设计变量m 及γ过小时, 会使横拉杆上的转向力过年夜；当m 过年夜时, 将使梯形安插困难, 故对m 的上、下限及对γ的下限应设置约束条件.因γ越年夜, 梯形越接近矩形．f(x)值就越年夜, 而优化过程是求f(x)的极小值, 故可不用对γ的上限加以限制.综上所述, 各设计变量的取值范围构成的约束条件为：m-0min ≥m 0max ≥-m m 0min ≥-γγ梯形臂长度m 设计时常取在min m ＝0.11K, max m ＝0.15K,取m=0.14K=283mm.梯形底角min γ＝︒70,︒=40min δ另外, 由机械原理得知, 四连杆机构的传动角δ不宜过小, 通常取︒=≥40min δδ.如上图所示, 转向梯形机构在汽车向右转弯至极限位置时到达最小值, 故只考虑右转弯时min δδ≥即可.利用该图所作的辅助虚线及余弦定理, 可推出最小传动角约束条件为02cos )cos (cos )cos(cos 2cos min max 0min ≥--++-K m γγδθγγδ , 式中, min δ为最小传动角. 由上述数学模型可知, 转向梯形机构的优化设计问题是一个小型的约束非线性规划问题, 可用复合形法来求解.根据上述思路, 可用C 语言编程进行优化设计（原法式见附录）.优化的结果如下：转向梯形底角 γ=︒788. 结论通过本次汽车设计实践课程使我对汽车设计有更加深刻理解, 不单熬炼了自己入手设计的能力, 而且培养了立异理念.在这里要非常感谢老师和学校提供的这次机会,这也是我们迈向社会, 从事职业工作前一个必很多的过程.9. 参考文献[1] 刘惟信.汽车设计.北京：清华年夜学出书社,2000[2] 王望予.汽车设计(第三版). 北京：机械工业出书社,2000[3] 陈家瑞.汽车构造(下册). 北京：机械工业出书社,2005[4] 余志生.汽车理论(第三版) 北京：机械工业出书社,2000 (第二版). 北京：机械工业出书社,1996[6] 吴宗泽.机械设计实用手册. 北京：化学工业出书社,1999[7] 刘鸿文.资料力学. 北京：高等教育出书社,1991[8] 祖业发.工程制图.重庆：重庆年夜学出书社,2001[9] 浙江交通学校.汽车构造教学图册.人民交通出书社,1986[10] 徐灏.机械设计手册（3、4卷）北京：机械工业出书社,1991[13] 阎荫棠.几何量精度设计与检测.北京：机械工业出书社,1996。

汽车转向系统的设计

摘要本设计课题为汽车前轮转向系统的设计，课题以机械式转向系统的齿轮齿条式转向器设计及校核、整体式转向梯形机构的设计及验算为中心。

首先对汽车转向系进行概述，二是作设计前期数据准备，三是转向器形式的选择以及初定各个参数，四是对齿轮齿条式转向器的主要部件进行受力分析与数据校核，五是对整体式转向梯形机构的设计以及验算，并根据梯形数据对转向传动机构作尺寸设计。

在转向梯形机构设计方面。

运用了优化计算工具Matlab进行设计及验算。

Matlab强大的计算功能以及简单的程序语法，使设计在参数变更时得到快捷而可靠的数据分析和直观的二维曲线图。

最后设计中运用AutoCAD和CATIA作出齿轮齿条式转向器的零件图以及装配图。

关键词：转向机构，齿轮齿条，整体式转向梯形，Matlab梯形AbstractThe title of this topic is the design of steering system. Rack and pinion steering of Mechanical steering system and integrated Steering trapezoid mechanism gear to the design as the center. Firstly make an overview of the Steering System. Secondly take a preparation of the data of the design. Thirdly, make a choice of the steering form and determine the primary parameters and design the structure of Rack and pinion steering. Fourthly, Stress analysis and data checking of the Rack and pinion steering. Fifthly, design of Steering trapezoid mechanism, according to the trapezoidal data make an analysis and design of Steering linkage.In the design of integrated Steering trapezoid mechanism the computational tools Matlab had been used to Design and Checking of the data. The powerful computing and Intuitive charts of the Matlab can give us Accurate and quickly data. In the end AutoCAD and CATIA were used to make a rack and pinion steering parts diagrams and assembly drawingsKeywords: Steering system，Mechanical Type Steering Gear and Gear Rack，Integrated Steering trapezoid，Matlab Trapezoid目录1 绪论 11.1 汽车转向系统概述 11.2 汽车转向系统的国内外现状及发展趋势 21.3 研究内容及论文构成 32 机械转向系统的性能要求及参数 52.1 机械转向系统的结构组成 52.2 转向系统的性能要求 62.3 转向系的效率 72.4 传动比特性 92.5 转向器传动副的传动间隙 113 机械式转向器总体方案初步设计 123.1 转向器的分类及设计选择 123.2 齿轮齿条式转向器的基本设计 123.2.1 齿轮齿条式转向器的结构选择 123.2.2 齿轮齿条式转向器的布置形式 143.2.3 设计目标参数表以及对应的转向轮偏角计算 15 3.2.4 转向器参数选取与计算 163.2.5 齿轮轴的结构设计 193.2.6 转向器材料及其他零件选择 204 齿轮齿条转向器校核 214.1 齿条的强度计算 214.1.1 齿条受力分析 214.1.2 齿条齿根弯曲强度的计算 224.2 小齿轮的强度计算 234.2.1 齿面接触疲劳强度计算 234.2.2 齿轮齿根弯曲疲劳强度计算 264. 3 齿轮轴强度校核 275 转向梯形机构的设计 315.1 转向梯形机构概述 315.2 整体式转向梯形机构方案分析 325.3 整体式转向梯形机构数学模型分析 325.4 基于Matlab的整体式转向梯形机构优化设计 35 5.4.1 转向梯形机构的优化概况 355.4.2 转向梯形机构设计思路 365.4.3 基于Matlab的转向梯形机构设计 375.5 转向传动机构的设计 435.5.1 转向传送机构的臂、杆与球销 435.5.2 转向横拉杆及其端部 436 基于CATIA的齿轮齿条式转向系统的三维建模 45 6.1 CATIA软件简介 456.2 齿轮齿条式转向系统的主要部件三维建模 45结论 49参考文献 50致谢 51附录基于Matlab的转向梯形机构设计程序 521 绪论1.1 汽车转向系统概述汽车在行驶的过程中,需按驾驶员的意志改变其行驶方向。

轿车转向系设计课程设计

资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载轿车转向系设计课程设计地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容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行分析，在此基础上，对转向器、转向系统进行选择，接着对转向器和转向传动机构（主要是转向梯形）进行设计，再对动力转向机构进行设计。

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，通过对转向内轮实际达到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基本要求。

一、整车参数1、汽车总体参数的确定本设计中给定参数为：二、转向系设计概述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行直线或转向行驶。

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行传递的机构。

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结构。

轿车转向系统课程设计

轿车转向系统课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握轿车转向系统的基本原理、结构和功能，培养学生分析和解决实际问题的能力。

具体目标如下：1.知识目标：（1）掌握轿车转向系统的组成及其作用；（2）了解轿车转向系统的各种类型及其工作原理；（3）熟悉轿车转向系统的性能指标及其检测方法。

2.技能目标：（1）能够正确描述轿车转向系统的结构和工作过程；（2）具备分析轿车转向系统故障的能力；（3）掌握轿车转向系统的维修和保养方法。

3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对汽车行业的兴趣，提高学生对轿车转向系统重要性的认识；（2）培养学生认真负责、严谨细致的工作态度；（3）培养学生团队协作、共同探讨问题的意识。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.轿车转向系统的概述：介绍轿车转向系统的定义、作用及其在汽车中的地位；2.轿车转向系统的组成：详细讲解转向系统各部件的结构、功能和作用；3.轿车转向系统的工作原理：分析各种类型转向系统的工作过程，让学生理解其运作机制；4.轿车转向系统的性能指标：介绍转向系统的性能指标及其检测方法；5.轿车转向系统的故障诊断与维修：讲解转向系统故障的常见原因、诊断方法及维修保养技巧。

三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行：1.讲授法：教师通过讲解，让学生掌握轿车转向系统的相关理论知识；2.案例分析法：教师提供实际案例，引导学生分析并解决实际问题；3.实验法：学生进行实验操作，让学生亲身体验轿车转向系统的工作过程；4.讨论法：鼓励学生分组讨论，培养学生的团队协作能力和解决问题的能力。

四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的轿车转向系统教材，为学生提供系统的理论知识；2.参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生的知识体系；3.多媒体资料：制作精美的PPT、视频等多媒体资料，提高学生的学习兴趣；4.实验设备：准备轿车转向系统的实验设备，让学生能够亲自动手操作，增强实践能力。

汽车前轮转向机构课程设计_2

机械原理课程设计说明书题目：汽车前轮转向机构学院：车辆工程学院姓名：班级：学号：指导老师：目录1、背景...................................................................................................... .12、题目：汽车前轮转向机构 (3)2.1设计题目 (3)2.1.1转向机构简介 (3)2.1.2 转向梯形 (4)2.1.3计算机构自由度 (5)2.1.4机构设计 (6)2.1.5 数据设计..............................................................。

. (8)2.2设计要求 (8)3、设计内容 (9)3.1 求转角 (9)3.2 解析法设计机构 (9)3.3 解析法检验 (11)4. 设计结构分析 (12)4.1 四种类型梯形结构的选择 (12)5、转向梯形机构优化 (14)5.1 计算机构自由度 (15)5.2 运动分析 (15)5.3机构设计方法 (16)6、课程设计总结 (17)1、背景在汽车行业迅速发展的今天，汽车前轮定位参数的确定仍然是困扰汽车企业设计的难题，。

汽车前轮定位参数是汽车的重要性能参数，前轮定位参数的设计是否合理，将直接影响到车辆的很多重要性能，从而影响到整车的优劣。

例如注销后倾角和内倾角将直接影响到车辆的回正性、直线行驶稳定性和高速制动时方向稳定性、转向轻便性；前轮的外倾角和前束值的合理匹配将直接影响到前轮的策划和异常磨耗，同时也间接地影响车辆的动力性和燃油的经济性。

后倾角和前束值设计的是否合理还将影响这届影响到前轮的摆振，导致车辆操纵稳定性变坏，增加了有关零件载荷，从而降低行驶安全性和可靠性，摆振严重时会影响到车辆的行驶平顺性和安全性。

因此，如果前轮定位参数不合理，就会大大降低汽车使用性能，但由于前轮定位参数的确定必须考虑多种因素的影响，而且前轮定位各参数对汽车使用性能的影响不是完全独立的，这给前轮定位参数的确定增加了困难。

轿车前轮主动转向系统机械结构设计

摘要轿车前轮主动转向系统可以确保车辆在任何速度下都能提供理想的转向操控，同时加强了轿车在高速行驶状态下的安全性，提高了驾驶员在驾驶汽车时候的灵活性和舒适性,而且相比于传统的转向器，主动转向系统更加可靠，故障率更低。

本设计以现有主动转向系统装置为基础，参考先进的主动转向系统的设计原理和已有汽车的相关数据，重新设计齿轮齿条式转向器及相匹配的主动转向系统机械部分的结构方案，并对相关的部分进行强度校核。

设计的主要内容包括：转向系统主要参数的确定，齿轮齿条转向器的设计，主动转向控制器的设计，其中主动转向是设计中的难点，采用星星齿轮机构来实现主动转向的控制，最后运用Auto CAD软件进行二维图纸的绘制。

关键词：转向器；主动转向；前轮；机械设计；行星齿轮ABSTRACTActive steering system can ensure vehicles in any speed can provide the ideal steering control, while strengthening the cars in the safety of high-speed condition, improved driver when driving a car the flexibility and comfort, and compared with conventional methods, active steering system more reliable, failure to even lower.This design is based on the front-wheel existing active steering system, reference information of advanced active steering system and related data of some cars, redesign the theory of steering system with gear and rack and matching active steering system structure scheme of mechanical part.Design of the main content includes: the main steering system of parameters, the design of steering gear rack, active steering the controller design, including active steering is the difficulty in the design, use the stars to implement active steering gear control, finally I use Auto CAD software for the 2D drawingsKey words: redirector; active steering; front wheel; mechanical design; planetary gear目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 转向系统综述 (1)1.2 主动转向系统特点 (2)1.3 本章小结 (3)第2章转向系统主要参数的确定 (4)2.1转向盘的直径 (4)2.2转向盘回转的总圈数 (4)2.3转向系的效率 (4)2.4转向系的传动比 (5)2.4.1转向时加在转向盘上的力 (6)2.4.2小齿轮最大转矩计算 (6)2.4.3转向系的角传动比 (6)2.4.4转向器的角传动比 (7)2.5 本章小结 (7)第3章齿轮齿条式转向器的设计 (8)3.1齿轮齿条结构参数设计 (8)3.2齿轮齿条设计及校核 (8)3.3 本章小结 (13)第4章主动转向控制器的设计 (14)4.1主动转向控制器几何结构设计 (14)4.2主动转向控制器行星齿轮设计 (15)4.3主动转向控制器行星齿轮可行性设计 (21)4.4主动转向控制器蜗轮蜗杆设计 (23)4.4.1蜗轮蜗杆传动比的确定 (23)4.4.2蜗轮蜗杆的设计 (25)4.5本章小结 (29)结论 (30)参考文献 (31)致谢 (32)附录A (33)附录B (35)第1章绪论主动转向系统保留了传统转向系统中的机械构件，包括转向盘、转向柱、齿轮齿条转向机以及转向横拉杆等。

汽车主动前轮转向控制系统系统设计毕业设计论文

分类号：UDC:工学学士学位论文汽车主动前轮转向控制系统系统设计Classified Index:U.D.C:A Dissertation for the Degree of M.EngResearch on Active Front SteeringStability Control Algorithm and Hardware Syetem Designfor VehicleCandidate:tu wen Supervisor: Prof. Huang KaiqiAcademic Degree Applied for: Master of EngineeringSpeciality : Mechanical & Electronic EngineeringDate of Submission: May, 2011Date of Oral Examination: May, 2011University:Jiangxi University of Science andTechnology江西理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。

有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献对应。

除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均以在文中以明确凡是标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

作者（签字）：日期：年月日毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

专利参考范本-汽车前后轮主动转向控制系统专利书

说明书汽车前后轮主动转向控制系统技术领域本发明涉及的是一种汽车工程技术领域的控制系统，具体是一种汽车前后轮主动转向控制系统。

背景技术汽车转向控制系统主要用来控制汽车的侧向运动。

近年来，主动转向系统，包括前轮主动转向系统(AFS)和后轮主动转向系统(ARS)，已经在实车上得到应用。

前轮主动转向系统根据车辆行驶工况，提供一个修正的前轮转向角，能够为驾驶员提供更好的操控性能。

后轮主动转向（也称为四轮转向，4WS）控制后轮转向角，改变后轮侧向力，使后轮直接参与车辆侧向运动的控制。

但是，无论是前轮主动转向还是后轮主动转向都只能提供一个控制输入：前轮修正转向角或者后轮转向角。

横摆角速度和质心侧偏角是汽车侧向动力学中的两个重要变量。

为了提高车辆动力学性能，需要同时控制横摆角速度和质心侧偏角。

从控制理论的角度来讲，要同时控制这两个变量则至少需要两个独立的控制输入。

对于装备电子稳定性程序(ESP)或者直接横摆力矩控制(DYC)的汽车，通过影响左右车轮纵向力（制动力或驱动力）来控制车辆运动，能够提高汽车主动安全性。

虽然制动力或者驱动力可以作为除转向角外的另一个控制输入，但是由于ESP、DYC不能直接对车轮侧向力进行控制，在大多数情况下，ESP、DYC不能对汽车侧向运动进行有效控制。

而且由于制动会导致车辆减速，影响驾驶员驾驶舒适性。

经对现有技术文献的检索发现，公开号为：CN1986319A的中国专利申请，公开了一种汽车主动转向控制系统与方法，该技术自述：汽车主动转向的控制系统，包括：固定传动比控制单元，具有固定的传动比，用于根据方向盘的转角得到固定的车轮转向角；车速传感器，用于感测车辆的运行速度；可变传动比控制单元，用于根据所述车速传感器感测得到车辆行驶速度提供可变传动比，并根据该可变传动比和固定的车轮转向角获得车轮转向角。

但是，由于只有一个独立的控制输入，无法同时控制汽车侧向动力学中的横摆角速度和质心侧偏角。

发明内容本发明目的在于克服现有技术的不足，提出一种汽车前后轮主动转向控制系统，把主动前轮转向系统和主动后轮转向系统结合起来，提供两个独立的控制输入构成前后轮主动转向系统，根据车辆行驶状态，它能够主动控制前后车轮转向角，同时优化横摆角速度γ和质心侧偏角β响应，提高汽车侧向动力学性能。

乘用车主动前轮转向系统的控制研究

乘用车主动前轮转向系统的控制研究王天婷;杨标;宋志鹏;田杰【摘要】在电动助力转向系统的基础上设计了一种全新的主动前轮转向系统,不仅可以实现转向系统的变传动比,而且还可以弥补转向干预时方向盘力矩的突变.建立了整车动力学模型以及转向盘反力矩模型,设计了模型参考变结构滑模控制器以及转向干预时的力矩补偿控制策略.仿真结果表明,基于主动前轮转向的模型参考变结构滑模控制器能够较好地实现实际车辆对理想车辆的跟踪,可以有效地避免行车过程中人为因素造成的不必要的事故;此外基于电动助力转向系统的力矩补偿控制能较好地改善转向盘反力矩突变导致的驾驶员不适应.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2019(048)002【总页数】4页(P123-126)【关键词】乘用车;主动前轮转向;变传动比;模型参考变结构滑模控制;力矩补偿控制【作者】王天婷;杨标;宋志鹏;田杰【作者单位】南京林业大学汽车与交通工程学院,江苏南京210037;南京林业大学汽车与交通工程学院,江苏南京210037;南京林业大学汽车与交通工程学院,江苏南京210037;南京林业大学汽车与交通工程学院,江苏南京210037【正文语种】中文【中图分类】U463.40 引言主动转向主要包括变传动比控制和横摆角速度控制，其本质都是施加了一个独立于驾驶员的附加转角，即改变了转向系统的角位移传递特性[1]。

目前，仅有的主动前轮转向系统为ZF公司和德国宝马公司联合开发的行星齿轮式主动前轮转向结构。

该系统由液压助力转向部分和双行星变传动比机构两部分组成，其中后者包括：双自由度行星齿轮组、蜗轮蜗杆和助转角电动机。

该系统的工作原理是通过一个机械传动装置将驾驶员和助转角电动机对方向盘的控制叠加在一起以实现变传动比操纵和稳定性控制。

虽然宝马主动前轮转向能够实现变传动比，但它是建立在液压助力转向技术的基础之上，存在系统复杂、需要通过伺服机构调节液压油输入与输出以及液压油泄漏等不足与弊端。

夏利N3+两厢轿车液压动力转向器设计-任务书

（4）液压系统设计及参数设定
2.技术号
发动机最大转矩
89N·m
最大功率时转速
最大转矩时转速
3600r/min
最高车速
整备质量
3.拟解决的主要问题
（1）转向器总体结构设计
（2）阀体、轴等零件的尺寸和参数设计和强度校核
（3）液压系统设计
165/70 R13 6000r/min 145km/h 815kg
三、设计（论文）完成后应提交的成果 1.计算说明部分
1.5 万字设计计算说明书一份。 2.图纸部分（1）整体装配图 A0 一张；（2）输入轴、输出轴、零件图 A2 两张；（3）其他重要零件图合计 A0 一张
四、设计（论文）进度安排（1）第 1～2 周（2011 年 2 月 28 日~2011 年 3 月 13 日）调研、开题报告，开题答辩（2）第 3～4 周（2014 年 3 月 14 日~2011 年 3 月 27 日）总体传动方案确定（3）第 5～6 周（2011 年 3 月 28 日~2011 年 4 月 10 日）传动参数设计计算（4）第 7～9 周（2011 年 4 月 11 日~2011 年 5 月 1 日）转向器装配草图设计（5）第 10～11 周（2011 年 5 月 2 日~2011 年 5 月 15 日）转向器正式装配图设计（6）第 12～13 周（2011 年 5 月 16 日~2011 年 5 月 29 日）零件图设计、液压系统设计（7）第 14～15 周（2011 年 5 月 30 日~2011 年 6 月 12 日）编写设计说明书（8）第 16 周（2011 年 6 月 13 日～2011 年 6 月 19 日）设计审核、修改（9）第 17 周（2011 年 6 月 20 日～2011 年 6 月 26 日）毕业设计答辩准备及答辩

汽车机械转向机构设计说明书

目录1引言.................................................................................................................................... - 1 - 2设计任务书........................................................................................................................ - 3 - 3机械转向简介.................................................................................................................... - 4 - 3.1转向操纵机构.. (4)3.2转向器 (4)4转向系的设计要求............................................................................................................ - 4 - 5机械式转向器方案分析.................................................................................................... - 5 - 5.1齿轮齿条式 (5)5.2循环球式 (7)5.3蜗杆滚轮式、蜗杆指销式 (8)6计算设计说明书................................................................................................................ - 9 - 6.1转向器的效率.. (9)6.2转向器类型、结构特点与效率 (9)6.3转向器的结构参数与效率 (9)7传动比的变化特性.......................................................................................................... - 10 - 7.1转向系传动比 (10)7.2力传动比与转向系角传动比的关系 (11)7.3转向系的角传动比 (12)7.4转向器角传动比及其变化规律 (12)8齿轮齿条转向器变速比工作原理.................................................................................. - 12 - 8.1转向器角传动比的选择.. (13)9转向系计算载荷的确定.................................................................................................. - 14 - 10转向梯形结构方案分析................................................................................................ - 14 - 10.1整体式转和梯形 (15)10.2断开式转向梯形 (15)11转向系统-零部件参数.................................................................................................. - 16 -12转向系统-发展趋势...................................................................................................... - 17 - 12.1现代汽车转向装置的设计趋势 (17)12.2现代汽车转向装置的发展趋势 (18)13设计小结........................................................................................................................ - 20 - 14标准化审查报告............................................................................................................ - 20 - 14.1产品图样的审查 (20)14.2产品技术文件的审查 (21)14.3标准件的使用情况 (21)14.4审查结论 (21)15使用说明书.................................................................................................................... - 21 - 结论............................................................................................................................... - 23 - 参考文献............................................................................................................................. - 24 - 致谢............................................................................................................................... - 25 -山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书汽车机械转向机构设计1引言在汽车行驶中，转向运动是最基本的运动。

转向系统设计任务书(长城汽车)

转向系统设计任务书1 概述2 主要设计参数序号参数1210028703624412952206150738081389313100.81122129513120152001618171218210192202030621 1.62246123 2.573 转向梯形机构校核3.1 阿克曼理论临界应力大于材料极限时，与材料有关常数a(Mpa)材料有关常数b(Mpa)转向拉杆材料的比例极限δp(Mpa)转向拉杆材料的屈服极限δs(Mpa)手动转向盘最大频率nh(s-1)转向拉杆的截面外直径d1(mm)转向拉杆的截面内直径d2(mm)转向拉杆材料弹性模量E(Gpa)转向节臂长度Li（mm)转向节臂与拉杆夹角α（°）转向拉杆长度L(mm)前轴满载质量G1(Kg)轮胎与路面间的滑动摩擦系数f 转向机齿条杆直径d(mm)轮胎气压 p(Kpa)方向盘直径 Dsw(mm)转向机齿条全行程S(mm)主销延长线与地面交点间的距离 K(mm)主销偏距 a(mm)车轮滚动半径 R0(mm)采用齿轮齿条式转向器，转向器形式为中间输入、两端输出，转向器位于前轴前方，为前项目轴距 L(mm)前轮距 B(mm)汽车转向时，车轮的理想状态为全部车轮围绕同一瞬时转向中心做纯滚动。

在不考虑车轮弹性和汽车高速行驶的情况下，内、外侧转向轮转角关系的理想状态，应符合阿克曼理论，即当内、外轮转角在满足θo =θi 的条件时，转向梯形为平行四边形，称为平行几何学。

a-mm L-mm B-mm 1292100870θi cotθi0002.6621.52428926 3.055.869.743320881 6.24齿条位移510内轮转角（°）实际外轮转角（°）θo 0（18开始）3.2 实际内、外轮转角关系曲线（整备状态）内外轮转角关系计算结果据绘出内、外轮阿克曼理论关系曲线和外轮实际转角关系曲线4、性能参数计算4.1最小转弯半径Dmin 按内轮最大转角计算按外轮最大转角计算θ0 max20.32Dmin=式中L=轴距mm θ0 max=外轮最大转角°a=主销偏距mm结果=#REF!式中θs转向盘总旋转角度1080°θi max 内轮最大转#REF!°θ0 max 外轮最大转20.32°5、主要总成的强度校核计算4.2转向器线角传动比iow iow=θs/(θi max+θ0 max)5.1转向盘操作力计算5.1.1汽车在沥青和混凝土路面上的原地转向阻力矩Mr约为半经验公f G（kg)P(kpa)式0.8313150结果=120.5700967N.m通常通过半经验公式求得的阻力矩要比试验所得的阻力矩要小，所以应乘以1.5-2的安全系数，取安全系数则Mr=204.9691643N.mG1-前轴313重量5.1.2静态原地转向无助力时方向盘受力Mr-静态原地转204.9691643向阻力矩N.mMS-车轮回正阻#REF!力矩N.miw0-转向系角#REF!传动比η-转向器的效85率％Dsw-方向盘直380径mm结果=#REF!N 原地转向所需的力矩要比行驶中转向所需的力矩大2～3倍，所以实际行驶中转向所需的力约为根据 GB17675-1999《汽车转向系基本要求》中 3.9条规定，汽车以 10km/h车速、24m 转弯直径前行转弯时，不带助力时转向力应小于 245N，带助力转向但助力转向失效时，其转向力应小于588 N。

汽车主动前轮转向系统的工作原理和方案

汽车主动前轮转向系统的工作原理和方案汽车主动前轮转向系统的工作原理及方案汽车主动前轮转向系统的工作原理及方案崔海波工程技术学院机制5班摘要:“主动转向”技术为汽车操纵和稳定性控制提供了更好的控制方法和性能，很好的解决了转向中轻便性和灵敏性的矛盾问题。

本文通过对汽车主动前轮转向系统的简要概述和发展现状,对其结构和工作原理以及一些先进的方案进行了分析。

关键词:主动前轮转向系统可变传动比发展现状工作原理结构方案1.前言转向系统是控制汽车行驶路线和方向的重要装置，其性能直接影响到汽车的操纵性能和稳定性能。

在汽车转向系统的设计中,转向轻便性与转向灵敏性是一对矛盾。

转向轻便性要求驾驶员对方向盘施加的转向力要小、方向盘的总转动圈数要少;而转向灵敏性则要求驾驶员转动方向盘达到目标角度所耗费的时间要短。

显然对机械式转向系统来说,要想转向灵敏性好,就要减小转向系统传动比,但这必然导致转向力增大;反之,要想转向力小,就要增大转向传动比,这又将导致转向灵敏性下降。

主动转向系统具有可变传动比的功能,它很好地解决了转向轻便性与转向灵敏性之间的矛盾。

主动前轮转向通过电机根据车速和驾驶工况改变转向传动比。

低、中速时，转向传动比较小，转向直接，以减少转向盘的转动圈数，提高转向的灵敏性和操纵性；高速时，转向传动比较大，提高车辆的稳定性和安全性。

同时，系统中的机械连接使得驾驶员直接感受到真实的路面反馈信【1】息。

因此，主动前轮转向为车辆行驶的灵敏性、舒适性和安全性设定了新标准，代表着转向技术的发展趋势。

2．主动前轮转向系统概述主动前轮转向系统（Active Front Steering，AFS）最早由德国 BWM 和 ZF1汽车主动前轮转向系统的工作原理及方案两家公司联合开发完成，并装备于宝马 3 系和 5 系轿车上。

图为主动前轮转向系统基本结构。

主动前轮转向系统能够在最大程度执行驾驶员意愿的前提下，对整车施加一个可独立于驾驶员的转向干预，可以实现整车的主动安全性和操纵稳定性的结合。

小型轿车机械转向系统的设计

本科毕业设计（2016届）题目小型轿车机械转向系统的设计学院机械工程学院专业车辆工程班级12010511学号12015116学生姓名蒋宇指导教师刘婷婷完成日期2016年6月诚信承诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文《小型轿车机械转向系统的设计》均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。

承诺人（签名）：年月日摘要构成汽车有很多系统，其中转向系统算是汽车的非常重要组成部分，它主要由转向器、转向节、转向减震器等部件组成。

本课题针对小型轿车，对其机械转向系统的结构形式和主要零件的参数进行设计。

主要包括转向机构的布置方案、转向器形式的选择。

选用了齿轮齿条式转向器，转向器采用的是侧面输入，两端输出的形式。

并采用转向器位于前轴后方，后置梯形的布置方案。

分析了转向器的啮合传动的特点和传动效率，并对汽车转向的轻便性和灵敏性进行了优化，尽可能的去满足人们的需要。

根据汽车工程参考某款轻型汽车的转向器的参数，对转向器进行设计，并对齿轮齿条的齿面接触强度和齿根弯曲强度进行校核，校核后达到了预期的要求。

还进行了汽车防伤安全机构和一些其他部件的方案的分析与设计，同时利用AUTOCAD软件绘制一些所设计出来的零件图和总装图。

关键词：汽车；转向系统；转向器；齿轮齿条AbstractThe vehicle steering system is an important part of the vehicle, the steering system consists of steering, steering knuckle, safety steering shaft, steering damper etc.. The topic for the small car parameters on the mechanical steering structure and main parts of the system design, including the layout of steering mechanism, steering device structure the determination of steering trapezoid type. The structure and layout of the steering device, analyzes thecharacteristics and transmission efficiency of the steering gear transmission. According to the parameters for a light vehicle reference automotive engineering, design of the steering gear, and the gear rack tooth contact strength and bending fatigue the strength was checked, and the assembly drawing and parts by using AutoCAD software.Keywords：Automotive；Steering System；Steering Gear；Gear and Rack目录第一章绪论 11.1 课题背景 11.2 国内外研究现状 1第二章机械转向系统的性能要求及参数 3 2.1 机械转向系统的构成 32.2 机械转向系统的设计要求 42.3 转向系主要性能参数 52.4 转向系的效率 72.5 传动比特性 7第三章齿轮齿条式转向器的初步设计 10 3.1 齿轮齿条式转向器的基本设计 103.2 齿轮齿条啮合传动的特点 123.3 齿轮齿条式转向器的速比计算 143.4 齿轮齿条的设计计算 15第四章转向器的材料选择及强度校核 18 4.1 材料选择 184.2 齿轮接触疲劳极限σ校核 184.3 齿轮弯曲疲劳强度校核 194.4 齿轮齿条式转向器的受力分析与计算 194.5 齿轮轴的设计计算校核 20第五章其它部件设计 235.1 防伤安全机构方案分析与设计 235.2 转向盘 255.3 球头销 255.4 转向节臂 27第六章结论与展望 286.1 本文结论 286.2 课题建议及展望 28致谢 29参考文献 30第一章绪论1.1 课题背景汽车作为当代最重要的一项发明，它改变了我们的世界。