SUV转向系统及传动轴设计

第一章前言

SUV的全称为：Sports Utility Vehicle，即“运动型多功能车”。SUV起源于美国，同样也是近年美国市场最畅销的车型。SUV兼具城市行走、野外运动，极其符合现代年轻人追求强烈个性的心态。SUV能适应各种路况，而且性能价格比也相对较高，十分符合中国年轻一代的消费需求。

同时对照国际规律，现阶段在中国SUV在中国汽车销售中只有2%—3%的比例，拥有率仍然严重偏低；但在很多发达国家，SUV在汽车销售总量中占有17%的比例，而美国SUV则达到了25%的比例。从这个意义上说，中国SUV市场潜力巨大。随着人们收入水平的不断提高，越野车及SUV将越来越受青睐。SUV在中国获得青睐，这不仅因为其多功能的特点，而且在于其时尚风格。因此在本次设计中，在注重SUV越野性能的同时，也要兼顾舒适性，安全性及燃油经济性。

汽车的传动和转向系统是汽车的重要组成部分，对汽车行驶的安全性、控制的可靠性和乘员的舒适性起着重要的作用。上个世纪末，汽车传动和转向系统发展很快，新的结构和先进控制方法的采用，特别是引入了电子控制

技术之后，使传动和转向系统发生了深刻的变化。

转向系与传动系在汽车设计中占有重要的地位，这两部分设计的好坏，直接影响汽车的操纵性能和动力性。本次设计过程中，在李忠利老师的悉心

指导下，参考同类车型，根据设计车辆本身的特点，按照设计原则，从注重

实用性、经济性的角度出发设计。所设计出来的转向系和传动系各部件，在

合理选择各项参数、材料，优化设计后使得整体结构尺寸紧凑，成本合算，

与总体布置相匹配，具有广泛的通用性。

第二章转向系设计

§2.1 转向系的设计要求

转向系是用来保持或改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，保证个转向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方向盘，经转向系和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。

对转向系统提出的要求：

1）汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转，任何车轮不应有侧滑。不满足这项要求会加速轮胎磨损，并降低汽车的行驶稳定性。

2）汽车行驶转向时，在驾驶员松开转向盘的条件下，转向轮能自动回到直线行驶位置，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，而转向盘没有摆动。

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，保证转向盘与转向轮转动方向一致。

正确设计转向梯形机构，可以使第一项要求得到保证。转向系中设置有转向减振器时，能够防止转向轮产生自振，同时又能使传到转向盘上的反冲力明显降低。为了使汽车具有良好的机动性能，必须使转向轮有尽可能大的转角，并要能达到按前外轮车轮轨迹计算，其最小转弯半径能达到汽车轴

距的2—2.5倍。通常用转向时驾驶员作用在转向盘上的切向力大小和转向盘转动圈数多少两项指标来评价操纵轻便性。没有安装动力转向装置的轿车，在行驶中转向，此力应为50—100N；有动力转向时，此力在20—50N。轿车转向盘从中间位置转到每一端的圈数不得超过2.0圈。近年来，电动、电控动力转向器已得到较快发展，电控动力转向可以实现在各种行驶条件下转动转向盘的力都很轻便。

§2.2 转向系统概述

汽车在行驶过程中，需按驾驶员的意志经常改变其行驶方向。即所谓汽车转向。就轮式汽车而言，实现汽车转向的方法是，驾驶员通过一套专设的机构，使汽车转向桥（一般是前桥）上的车轮（转向轮）相对于汽车纵轴线偏转一定角度。在汽车直线行驶时，往往转向轮也会受到路面侧向干扰力的作用，自动偏转而改变行驶方向。此时，驾驶员也可以利用这套机构使转向轮向相反的方向偏转，从而使汽车恢复原来的行驶方向。这一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，即称为汽车转向系统。因此，汽车转向系统的功用是保证汽车能按照驾驶员的意志而进行转向行驶。

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。

一、机械转向系统

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。机械转向系统由转向操纵机构、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撑的左转向轮偏转。为使右转向节13及其支撑的右转向轮随之偏转相应的角度，还设置了转向梯形。转向梯形有固定在左、右转向节上的梯形臂10、12和两端与梯形臂做球铰连接的转向横拉杆11组成。

图2—2也是机械式转向系，与图2—1不同的是它是与齿轮齿条式转向系配合的转向系。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、转向轴万向节和转向传动轴输入转向器，转向轴的转动经转

向器后变为齿条的左右移动。转向横拉杆一端与齿条相连，另一端通过球铰和固定在转向节上的转向节臂连接。齿条左右移动，带动连接在其上的横拉杆左右运动，通过转向节臂拉动转向节使转向轮转动。

图2—1机械转向系统

1.转向盘

2.转向轴

3.转向万向节

4.转向传动轴

5.转向器

6.转向摇臂

7.转向直拉杆

8.转向节臂

9.左转向节

10、12.梯形臂 11.转向横拉杆13.右转向节

从转向盘到转向传动轴这一系列部件和零件均属于转向操纵机构。转向梯形到转向节臂这一系列部件和零件，均属于转向传动机构。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）。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，便可满足各种车型的总布置要求。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。转向盘在驾驶室安放的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，相应的应将转向盘安置在驾驶室左侧。这样，驾驶员在左方视野较宽阔，有利于两车安全交会。相反，在一些规定车辆右行的国家，转向盘则安置在驾驶室右侧。

二、.动力转向系