轿车转向系设计课程设计

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。

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，如图所示。

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，因而传动效率可以达到75%～85%；在结构和工艺上采取措施后，包括提高制造精度，改善工作表面的表面粗糙度和螺杆、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行，适合用来做整体式动力转向器。

循环球式转向器的间隙调整机构

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。

2、防伤安全机构分析

汽车发生正面冲撞时，轴向力达到一定值以后，塑料销钉2被剪断，套管与轴产生相对移动，存在其间的塑料能增大摩擦阻力吸收冲击能量。此外，转向传动轴长度缩短，减小了转向盘向驾驶员一侧

的移动量，起到保护驾驶员的作用。

安全联轴套管

1—套管 2—塑料销钉 3—轴

这种防伤机构结构简单，制造容易，只要合理选取销钉数量与直径，便能保证它可靠地工作和吸收冲击能量。

四、转向系性能参数

1、传动比变化特性

转向器角传动比可以设计成减小、增大或保持不变的。影响选取角传动比变化规律的主要因素是转向轴负荷大小和对汽车机动能力的要求。

若转向轴负荷小或采用动力转向的汽车，不存在转向沉重问题，应取较小的转向器角传动比，以提高汽车的机动能力。若转向轴负荷大，汽车低速急转弯时的操纵轻便性问题突出，应选用大些的转向器角传动比。

转向器角传动比变化曲线应选用大致呈中间小两端大些的下凹形曲线，如图所示。

转向器角传动比变化特性曲线

2、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之间的间隙。该间隙随转向盘转角的大小不同而改变，并把这种变化关系称为转向器传动副传动间隙特性。

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大时，必须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下所示的逐渐加大的形状。

转向器传动副传动间隙特性

转向器传动副传动间隙特性图中曲线1表明转向器在磨损前的间隙变化特性；曲线2表明使用并磨损后的间隙变化特性，并

且在中间位置处已出现较大间隙；曲线3表明调整后并消除中间位置处间隙的转向器传动间隙变化特性。

五、动力转向机构设计计算

1、对动力转向机构的要求

1）运动学上应保持转向轮转角和驾驶员转动转向盘的转角之间保持一定的比例关系。

2）随着转向轮阻力的增大（或减小），作用在转向盘上的手力必须增大（或减小），称之为“路感”。

3）当作用在转向盘上的切向力F h ≥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，并使汽车保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大值。

6）动力转向失灵时，仍能用机械系统操纵车轮转向。 7）密封性能好，内、外泄漏少。

2、液压式动力转向机构的计算

1）动力缸尺寸计算

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。

动力缸产生的推力F 为

L

F L

F 1

1

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。

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 pL

S L F 1

1

=

因为动力缸活塞两侧的工作面积不同，应按较小一侧的工作面积来计算，即

)(4

2

2d D p S -=

π

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 ＝6.3Mpa 。 联立后得到 d L F p pL

D 2

1

14+=

π=63 mm 所以d=22mm

活塞行程是车轮转制最大转角时，由直拉杆的的移动量换算到活塞杆处的移动量得到的。 活塞厚度可取为B=0.3D 。动力缸的最大长度

s

为

s D D s 13.0)6.0~5.0(10+++==130mm

动力缸壳体壁厚t,根据计算轴向平面拉应力σz 来确定，即