轮式车辆转向梯形结构的图解解析 常州工业技术学院钨华芝常州市政工程管理处魏晓静 摘要介绍几种简单实用的车辆转向梯形结构的图解解析设计法。通过事先设定内、外转向轮实际特性曲线与理论特性的交点位置来控制转角偏差的方法，选择转向梯形机构参数，可以大大减少图次数，提高工作效率，减小转角误差。 关键词：转向梯形机构解析图解 1 引言 轮式车辆一般都是依靠转向车轮偏转一个角度来实现转弯或曲线行驶。转向是的基本要求是保证所有车轮滚动而不发生滑动，这一要求通常由平面四杆机构来达到。传统的设计都采用图解转向梯形的方法。这种方法需要按经验数据选择机构的几何参数，然后作图校核该梯形机构在运动过程中转向轮的转角偏差是否大于允许偏差，若大于允许偏差，则重新选择或调整几何参数，再校核图，直至转角偏转小于允许偏差为止。这实际上是一种试凑的方法，带有较大的盲目性，工作量大。随着计算机的发展，解析法得到了较好的应用，但是传统的图解法仍有它直观、方便的优点，因此仍然被工程设计人员广泛采用。本文介绍一种简单高效且实用的图解解析设计法，可以大大减少作图校核的次数，提高工作效率。 2 转向理论特性 机动车辆或装卸搬运车辆的转向大多采用双轴线式转向方式，见图1。为了满足纯滚动条件，转向时所有车轮必须以不同的半径围绕同一转向中心滚动，各个车轮的轴线交于瞬时转向中心O点。虽然两个转向轮偏转的角度不同，但是两个转角之间应满足下列几何关系： ctg?-ctga=M/L （1）式中?-外轮转角a-内轮转角M-转向轴两主销中心距L-车辆前后轴轴距 为了满足运动学上的这一几何关系，一般都是通过设计转向梯形机构来实现的。式（1）称为转向理论特性。
汽车设计复习重点 共性问题： 具备较强的识图能力，能从汽车典型总成装配图中识别出关键零部件。并以此分析该总成的基本性能。 具备应用本书中主要零部件强度校核公式的能力。 掌握有关知识，具备初步开展关键总成(零部件)性能分析的能力 分章重点： 1，为什么前置前驱动乘用车有明显不足转向性能？ 9 前轮驱动乘用车的前桥轴荷大，趋于增加不足转向。 2，画汽车总布置图用到的基准线（面）有哪些？各基准应如何确定？36 一、整车布置的基准线(面)——零线的确定 1．车架上平面线 定义：车架纵梁上翼面较长的一段平面或承载式车身中部地板或边梁的上缘面在侧（前）视图上的投影线。 作用：作为垂直方向尺寸的基准线（面），即z坐标线。向上为“+”、向下为“-”，该z 线标记为： 2．前轮中心线 定义：通过左右前轮中心，并垂直于车架平面线的平面，在侧视图和俯视图上的投影线。 作用：纵向方向尺寸的基准线（面），即x坐标线。向前为“-”，向后为“+”，该线标x 记为 3．汽车中心线 定义：汽车纵向垂直对称平面在俯视图和前视图上的投影线。 作用：作为横向尺寸的基准线（面），即y坐标线。向左为“+”、向右为“-”，该线标y 记为 4．地面线 定义：地平面在侧视和前视图上的投影线。 作用：标注汽车高度、接近角、离去角、离地间隙和货台高度等尺寸的基准线。 5．前轮垂直线
定义：通过左、右前轮中心，并垂直于地面的平面，在侧视图和俯视图上的投影线 作用：标注汽车轴距和前悬的基准线。 3，汽车轴距的确定原则是什么？影响轴距大小的主要因素有哪些？轴距的大小会影响汽车那些性能参数？17 确定原则：轿车的级别越高，装载量或载客量多的货车或客车轴距取得长。对机动性要求高的汽车轴距宜取短些。 推荐范围：0.4～0.6m为宜 轴距L对整备质量、汽车总长、最小转弯直径、传动轴长度、纵向通过半径有影响。 当轴距短时，上述各指标减小。此外，轴距还对轴荷分配有影响。轴距过短会使车厢(箱)长度不足或后悬过长；上坡或制动时轴荷转移过大，汽车制动性和操纵稳定性变坏；车身纵向角振动增大，对平顺性不利；万向节传动轴的夹角增大。 4，汽车的质量参数包括哪些参数？各自如何定义的？19 A 整车整备质量m0：车上带有全部装备（包括随车工具、备胎等），加满燃料、水，但没有装货和载人时的整车质量 B 汽车的载客量和装载质量（简称载质量）：是指在硬质良好路面上行驶时所允许的额定载质量 汽车自重指带有全部装备、加满油水、但没有载货和载人时的汽车重量。 C 质量系数：汽车载质量与整车整备质量的比值 D 汽车总质量ma：装备齐全，并按规定装满客、货时的整车质量 E 轴荷分配：汽车在空载或满载静止状态下，各车轴对支承平面的垂直负荷，也可以用占空载或满载总质量的百分比来表示。 5，什么是发动机悬置？为什么要设置发动机悬置？发动机悬置的设计应满足的主要要求？30 发动机是通过悬置元件安装在车架上，悬置元件既是弹性元件又是减振元件，其特性直接关系到发动机振动向车架的传递，并影响整车的振动和噪声。 合理的悬置，减小振动，降低噪声、改善乘坐舒适性，提高零部件和整车的寿命要承受整个动力总成，不产生过大的静位移，刚度要大；发动机本身激励和路面激励，良好的隔振效果；工作频带宽，要有隔振降噪功能，在低频大振幅是提供大的阻尼特性，高频低幅振动时提供低的动刚度；耐机械疲劳，橡胶材料的热稳定性，耐腐蚀能力
XX大学 汽车设计课程设计说明书设计题目：轿车转向系设计 学院：X X 学号：XXXXXXXX 姓名：XXX 指导老师：XXX 日期：201X年XX月XX日
汽车设计课程设计任务书 题目：轿车转向系设计 内容： 1.零件图1张 2.课程设计说明书1份 原始资料： 1.整车性能参数 驱动形式4 2前轮 轴距2471mm 轮距前/后1429/1422mm 整备质量1060kg 空载时前轴分配负荷60% 最高车速180km/h 最大爬坡度35% 制动距离（初速30km/h） 5.6m 最小转向直径11m 最大功率/转速74/5800kW/rpm 最大转矩/转速150/4000N·m/rpm 2.对转向系的基本要求 1）汽车转弯行驶时，全部车轮应绕顺时转向中心旋转； 2）操纵轻便，作用于转向盘上的转向力小于200N； 3）转向系的角传动比在15~20之间，正效率在60%以上，逆效率在50%以上；4）转向灵敏； 5）转向器和转向传动机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。
目录 序言 (4) 第一节转向系方案的选择 (4) 一、转向盘 (4) 二、转向轴 (5) 三、转向器 (6) 四、转向梯形 (6) 第二节齿轮齿条转向器的基本设计 (7) 一、齿轮齿条转向器的结构选择 (7) 二、齿轮齿条转向器的布置形式 (9) 三、设计目标参数及对应转向轮偏角计算 (9) 四、转向器参数选取与计算 (10) 五、齿轮轴结构设计 (12) 六、转向器材料 (13) 第三节齿轮齿条转向器数据校核 (13) 一、齿条强度校核 (13) 二、小齿轮强度校核 (15) 三、齿轮轴的强度校核 (18) 第四节转向梯形机构的设计 (21) 一、转向梯形机构尺寸的初步确定 (21) 二、断开式转向梯形机构横拉杆上断开点的确定 (24) 三、转向传动机构结构元件 (24) 第五节参考文献 (25)
《汽车车身结构与设计》 1、车身主要包括哪些部分？答：一般说，车身包括白车身及其附件。白车身通常是指已 经装焊好但未喷涂油漆的白皮车身，主要是车身结构件和覆盖件的焊接总成，并包括前后板制件与车门。但不包括车身附属设备及装饰等 2、车身有哪些承载形式？答：非承载式、半承载式、承载式 3、非承载式（有车架式）车身：货车、采用货车底盘改装的大客车、专用汽车以及大部 分高级轿车都采用非承载式车身，装有单独的车架，车身通过多个橡胶垫安装在车架上，橡胶垫则起到减振作用。非承载车身的优点：①除了轮胎与悬架系统对整车的缓冲吸振作用外，挠性橡胶垫还可以起到辅助缓冲、适当吸收车架的扭转变形和降低噪声的作用，既延长了车身的使用寿命，又提高了舒适性。②底盘和车身可以分开装配，然后总装在一起，这样既可简化装配工艺，又便于组织专业化协作。③由于车架作为整车的基础，这样便于汽车上各总成和部件安装，同时也易于更改车型和改装成其他用途车辆，货车和专用车以及非专业厂生产的大客车之所以保留有车架，其主要原因也基于此。④发生碰撞事故时，车架对车身起到一定的保护作用。非承载车身的缺点： ①由于计算设计时不考虑车身承载，故必须保证车架有足够的强度和刚度，从而导致 自重增加。②由于车身和底盘之间装有车架，使整车高度增加。③车架是汽车上最大而且质量最大的零件，所以必须具备有大型的压床以及焊接、工夹具和检验等一系列较复杂昂贵的制造设备。 4、什么是承载式车身（无车架式）？答：没有车架，车身直接安装在底盘上，主要是 为了减轻汽车的自重以及使车身结构合理化。承载式车身结构的缺点在于由于没有车架，传动的噪音和振动直接传给车身，降低了乘坐的舒适性，因此必须大量采用防振、隔音材料，成本和重量都会有所增加；改型比较困难。 5、汽车生产的“三化”是指什么？答：汽车生产的“三化”是指汽车产品系列化、零部件通用 化、以及零件设计标准化。 6、什么是工程设计？答：汽车工程设计一般需要 3 年以上，而从生产准备到大量投产时 间更长。其中车身的设计所需的周期最长。车身设计首先是按 1：1 的比例进行内部模型和外部模型的设计及实物制作。其次则是车身试验，包括强度试验、风洞试验、振动噪音试验和撞车试验等。 7、轿车底盘有哪三种布置形式？答：轿车底盘有三种布置形式：a：发动机前置，后轮驱 动；b：发动机前置，前轮驱动；c：发动机后置，后轮驱动。 8、什么是汽车驾驶员眼椭圆？答：汽车驾驶员眼椭圆是驾驶员以正常驾驶姿势坐在座椅 上时其眼睛位置在车身中的统计分布图形。 9、什么是 H 点答： H点是人体身躯与大腿的交接点。
采用齿轮齿条式转向器的转向梯形机构优化设计报告 指导老师：罗虹 学生：黄志宇 学号：20156260 专业班级：车辆工程04班 重庆大学方程式赛车创新实践班 二〇一七年二月
赛车转向系统是关系到赛车性能的主要系统，它是用来改变或恢复汽车行驶方向的系统的总称，通常，车手通过转向系统使转向轮偏转一定角度实现行驶方向改变。赛车转向系统一股由方向盘、快拆、转向轴、转向柱、万向节、转向器、转向拉杆、梯形臂等部分组成。其中，方向盘用于输入转向角度，快拆用于快速分离方向盘与转向柱，转向柱、转向轴、万向节共同将方向盘输入角度传递到转向器，转向器通过内部传动副机构将旋转运动转化为转向拉杆的直线运动，转向拉杆与梯形臂作用于转向节，实现车轮转向。图1展示了转向系梯形结构，图2展示了赛车转向系统构成。 图1转向梯形机构 图2赛车转向系统构成
由于大赛组委会规则里面明确规定不允许使用线控或者电动转向，考虑到在赛车转向系统布置空间有限，且有严格的成本限制，以及轻量化的赛车设计目标，将赛车转向器范围限定机械式转向器。目前，国内外的大多数方程式赛车采用齿轮齿条式转向器和断开式转向梯形结构。 ●齿轮齿条式转向器 齿轮齿条式转向器的传动副为齿轮齿条，其中，齿轮多与转向柱做成一体，齿条多与转向横拉杆直接连接，连接点即为断开点位置。根据输出位置不同，分为两端输出式和中间输出式。 其主要优点是：结构简单，体积小，易于设计制作；转向器可选材料多样，壳体可选用招合金，质量轻；传动效率较高；容易实现调隙，当齿轮齿条或者齿条与壳体之间产生间隙时，可以通过安装在齿条背部的挤压力可调的弹簧来消除间隙；转向角度大，制造成本低。 其主要缺点是：传动副釆用齿轮齿条，正效率非常髙的同时，逆效率非常高，可以到达当汽车在颠簸路面上行驶时，路感反馈强烈，来自路面的反冲力很容易传递到方向盘；转向力矩大，驾驶员操纵费力，对方向盘的反冲容易造成驾驶员精神紧张，过度疲劳。 ●断开式转向梯形结构 根据转向器和梯形的布置位置的不同，断开式转向梯形又分为四类，分别为：转向器前置梯形前置，转向器后置梯形后置，转向器前置梯形后置，转向节后置梯形前置。区分前后的分界线是赛车前轴。 当转向器和梯形分置于前轴两侧时，各杆件压力角较大，不利于提高转向效率，转向费力的同时增加了各杆件的长度；转向梯形前置还是后置主要取决于空间布置关系，本车队赛车前轮制动卡钳布置在卡盘后侧，如果将转向梯形布置在后面，会与卡钳、轮辋等部件干涉。 综上所述，本文以齿轮齿条式转向器作为转向器和断开式转向梯形结构，布置形式为转向器前置转向梯形前置对赛车的转向系统进行研究和优化。
毕业设计 题目：越野车转向系统设计与优化学生姓名： 学号： 专业: 年级: 指导老师: 完成日期:
目录 第一章电动转向系统的来源及发展趋势 (1) 第二章转向系统方案的分析 (3) 1.工作原理的分析 (3) 2. 转向系统机械部分工作条件 (3) 3.转向系统关键部件的分析 (4) 4.转向器的功用及类型 (5) 5.转向系统的结构类型 (5) 6.转向传动机构的功用和类型 (7) 第三章转向系统的主要性能参数 (8) 1. 转向系的效率 (8) 2. 转向系统传动比的组成 (8) 3. 转向系统的力传动比与角传动比的关系 (8) 4. 传动系统传动比的计算 (9) 5. 转向器的啮合特征 (10) 6. 转向盘的自由行程 (11) 第四章转向系统的设计与计算 (12) 1. 转向轮侧偏角的计算（以下图为例） (12) 2. 转向器参数的选取 (12) 3. 动力转向机构的设计 (12) 4. 转向梯形的计算和设计 (14)
第五章结论 (16) 谢辞 (17) 参考文献 (18) 附录 (19)
转向系统设计与优化 摘要 汽车在行驶过程中，需要按照驾驶员的意志经常改变行驶方向，即所谓汽车转向。用来改变或保持汽车行驶方向的机构称为汽车转向系统。汽车转向系统的功能就是按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行驶安全是至关重要的。因此需要对转向系统进行优化，从而使汽车操作起来更加方便、安全。本次设计是EPS电动转向系统，即电动助力转向系统。该系统是由一个机械系统和一个电控的电动马达结合在一起而形成的一个动力转向系统。EPS系统主要是由扭矩传感器、电动机、电磁离合器、减速机构和电子控制单元等组成。驾驶员在操纵方向盘进行转向时，转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小，将电压信号输送到电子控制单元，电子控制单元根据转矩传感器检测到的转距电压信号、转动方向和车速信号等，向电动机控制器发出指令，使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩，从而产生辅助动力。汽车不转向时，电子控制单元不向电动机控制器发出指令，电动机不工作。该系统由电动助力机直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保护了环境。另外，还具有调整简单、装配灵活以及在多种状况下都能提供转向助力的特点。因此，电动助力转向系统是汽车转向系统的发展方向。 关键词：机械系统，扭矩传感器，电动机，电磁离合器，减速机构，电子控制单元。
华北水利水电大学 《汽车设计》课程设计任务书 设计题目：乘用车整车设计 转向系统——转型梯形的优化设计 专业：机械设计制造及其自动化 班级学号：201108207 姓名：刘鹏飞 指导教师：郭朋彦 设计期限：2014年12 月29日开始 2015年1 月9日结束 机械学院 2014年12月26日
一．设计的目的和意义 课程设计题目——乘用车整车设计是针对2011级汽车方向《汽车设计》课程设计而设置的。设置本选题具有以下的目的和意义： 1.通过对轻型乘用车的设计，可以使我们的理论知识更扎实，加深我们对于《汽车构造》、《汽车理论》、《汽车设计》等专业知识的理解，同时使我们学到的理论知识得以应用。 2.在设计的过程中，需要对参考车型的零部件进行了解、分析、设计、建模与装配、验证等这个过程，可以使我们了解产品的研发过程，位我们步入工作岗位，快速适应工作打下良好的基础。 3.本次设计运用三维设计软件CATIA、UG、Pro-E、Solidworks、Solidedge进行建模和仿真，使我们有机会学习和应用目前三维软件领域最为领先的软件的具体操作，了解行业最前沿，同时使用三维软件进行设计可以缩短产品开发周期，提高设计质量。 二、设计参数 1. 加速时间(0—100 km/h)：11.8s； 2. 最小转弯半径：5.3m； 3. 整备质量：1457kg； 4. 满载质量：1940kg； 5. 最高车速：190km/h； 6.外形尺寸（长X宽X高）：4850mmX 1795mmX 1475mm； 7 轴距：2775mm； 8．前轮距：1560mm； 9．后轮距：1560mm； 10. 最小离地间隙：135mm； 11. 行李箱容积：506L； 12. 燃油箱容积：70L； 13．驱动方式：前置前驱，发动机横置； 14：供油方式：多点电喷； 15．发动机排量、燃油、气缸排列型式、进气型式：2000mL、汽油93号(北京92号)、L型、自然吸气式；
汽车设计课程设计说明书 题目：重型载货汽车转向器设计 姓名：席昌钱 学号：5 同组者：严炳炎、孔祥生、余鹏、李朋超、郑大伟专业班级：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 基本要求 1.汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转。 2.操纵轻便，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.转向器和转向传动机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。 基本参数 1.整车尺寸： 11976mm*2395mm*3750mm。 2.轴数/轴距 4/（1950+4550+1350）mm 3.整备质量 12000kg 4.轮胎气压 2.转向系分析 对转向系的要求[3] (1) 保证汽车有较高的机动性，在有限的场地面积内，具有迅速和小半径转弯的能力，同时操作轻便; (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，并应使汽车保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，转向系统最好有保护机构防止伤及乘员. 转向操纵机构 转向操纵机构包括转向盘，转向轴，转向管柱。有时为了布置方便，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安全性以及便于拆装，在转向轴与转向器的输入端之间安装转向万向节，如图2-1。采用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。采用动力转向时，还应有转向动力系统。但对于中级以下的轿车和前轴负荷不超过3t的载货汽车，则多数仅在用机械转向系统而无动力转向装置。
优化计算MATLAB程序 首先，将目标函数写成M文件，其程序语句如下； function f = fun (x) global K L thetamax alpha for i=1:61 f = 0 betae = atan(tan(alpha(i)/(1-(K/L)*tan(alpha(i)))); A(i)=2*x(1).^2*sin(x(2)+alpha(i)); B(i)=2*K*x(1)-2*x(1).^2*cos(x(2)+alpha(i)); C(i)=2*x(1).^2-4*x(1).^2*(cos(x(2)).^2+4*K*x(1)*cos(x(2))-2*K*x(1)* cos(x(2)+alpha(i)); theta3(i)= 2*acot((A(i)+sqrt(A(i).^2+B(i).^2-C(i).^2))/(B(i)+C(i))); beta(i)=x(2)+theta3(i)-pi; if alpha(i)<=pi/18 f(i)=1.5*abs(beta(i)-betae3(i)); elseif alpha>=pi/18,alpha(i)<=pi/9;f(i)=abs(betaa(i)-betae3(i)); elsef(i)=0.5*abs(beta(i)-betae3(i)); global K L thetamax alpha K=input L=input thetamax=input x0(1)=input
x0(2)=input thetamax = thetamax*pi/180; x0(2)=x0(2)*pi/180;lb(1)=0.17K; lb(2)=0.17*K; ub(1)=acot(K/(1.2*L））ub(2)=pi/2; alpha=linspace (0, theamax ,61); lb=[lb(1),lb(2)]; ub=[ub(1),ub(2)];x(0)=[x0(1),x0(2)]; options = optimset ( ‘TolFun’,‘le-10’,‘TolCon’,‘le-6’) [x,resnorm] = lsqnonlin(‘fun’,x0,lb,ub,options) g lobal K L thetamax alpha K = input L= input thetamax= input x ( 1) = input x ( 2) = input thetamax = thetamax * pi/ 180; x ( 2) = x ( 2) * pi/ 180; alpha= linspace( 0, thetamax , 61) ; fo r i= 1∶61 betae= atan( tan( alpha( i) ) / (( 1- K/ L) * tan( alpha( i) ) ) ) ; A ( i) = 2* ( x ( 1) ) .∧2* sin ( x ( 2) + alpha( i) ) ; B( i) = 2* K* x( 1) - 2* ( x ( 1) ) . ∧2* cos( x( 2) + alpha( i) ) ) ;
第六节转向梯形 转向梯形有整体式和断开式两种，选择整体式或断开式转向梯形方案与悬架采用何种方案有联系。无论采用哪一种方案，必须正确选择转向梯形参数，做到汽车转弯时，保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶，使在不同圆周上运动的车轮，作无滑动的纯滚动运动。同时，为达到总体布置要求的最小转弯直径值，转向轮应有足够大的转角。 一、转向梯形结构方案分析 1、整体式转向梯形 整体式转向梯形是由转向横拉杆l，转向梯形臂2和汽车前轴3组成，如图7-30所示。 其中梯形臂呈收缩状向后延伸。这种方案的优点是结构简单，调整前束容易，制造成本低；主要缺点是一侧转向轮上、下跳动时，会影响
图7—30 整体式转向梯形 1—转向横拉杆 2—转向梯形臂 3—前轴 另一侧转向轮。 当汽车前悬架采用非独立悬架时，应当采用整体式转向梯形。整体式转向梯形的横拉杆可位于前轴后或前轴前(称为前置梯形)。对于发动机位置低或前轮驱动汽车，常采用前置梯形。前置梯形的梯形臂必须向前外侧方向延伸，因而会与车轮或制动底板发生干涉，所以在布置上有困难。为了保护横拉杆免遭路面不平物的损伤，横拉杆的位置应尽可能布置得高些，至少不低于前轴高度。 2、断开式转向梯形 转向梯形的横拉杆做成断开的，称之为断开式转向梯形。断开式转向梯形方案之一如图7-31所示。断开式转向 梯形的主要优点是它与前轮采用独立悬架相配合，能够保证
一侧车轮上、下跳动时，不会影响另一侧车轮；与整体式转向梯形比较，由于杆系、球头增多，所以结构复杂，制造成本高，并且调整前束比较困难。 图7—31 断开式转向梯形 横拉杆上断开点的位置与独立悬架形式有关。采用双横臂独立悬架，常用图解法(基于三心定理)确定断开点的位置。其求法如下(图7-32b)： 1)延长B K B 与A K A ，交于立柱AB 的瞬心P 点，由P 点作直线PS 。S 点为转向节臂球销中心在悬架杆件(双横臂)所在平面上的投影。当悬架摇臂的轴线斜 置时，应以垂直于摇臂轴的平面作为当量平面进行投影和运动分析。 2)延长直线AB 与B A K K ，交于AB Q 点，连AB PQ 直线。 3)连接S 和B 点，延长直线SB 。 4)作直线BS PQ ，使直线AB PQ 与BS PQ 间夹角等于直线A PK 与
目录 中文摘要、关键词 (1) 英文摘要、关键词 (2) 引言 (3) 第1章轿车转向系统总述 (4) 1.1轿车转向系统概述 (4) 1.1.1转向系统的结构简介 (4) 1.1.2轿车转向系统的发展概况 (4) 1.2轿车转向系统的要求 (5) 第2章转向系的主要性能参数 (7) 2.1转向系的效率 (7) 2.1.1转向器的正效率 (7) 2.1.2转向器的逆效率 (8) 2.2 传动比变化特性 (9) 2.2.1 转向系传动比 (9) 2.2.2 力传动比与转向系角传动比的关系 (9) 2.2.3 转向器角传动比的选择 (10) 2.3 转向器传动副的传动间隙 (10) 2.4 转向盘的总转动圈数 (11) 第3章轿车转向器设计 (12) 3.1 转向器的方案分析 (12) 3.1.1 机械转向器 (12) 3.1.2 转向控制阀 (12)
3.1.3 转向系压力流量类型选择 (13) 3.1.4 液压泵的选择 (14) 3.2 齿轮齿条式液压动力转向机构设计 (14) 3.2.1 齿轮齿条式转向器结构分析 (14) 3.2.3 参考数据的确定 (20) 3.2.4 转向轮侧偏角计算 (21) 3.2.5 转向器参数选取 (21) 3.2.6 选择齿轮齿条材料 (22) 3.2.7 强度校核 (22) 3.2.8 齿轮齿条的基本参数如下表所示 (23) 3.3 齿轮轴的结构设计 (23) 3.4 轴承的选择 (23) 3.5 转向器的润滑方式和密封类型的选择 (24) 3.6 动力转向机构布置方案分析 (24) 第4章转向传动机构设计 (26) 4.1 转向传动机构原理 (26) 4.2 转向传送机构的臂、杆与球销 (27) 4.3 转向横拉杆及其端部 (28) 第5章转向梯形机构优化 (30) 5.1 转向梯形机构概述 (30) 5.2整体式转向梯形结构方案分析 (30) 5.3 整体式转向梯形机构优化分析 (31) 5.4整体式转向梯形机构优化设计 (34) 5.4.1 优化方法介绍 (34) 5.4.2 优化设计计算 (35)
齿轮齿条式转向梯形的优化设计 学院：车辆与能源学院 专业：2012级车辆工程 学号：S12085234009 姓名：刘建霞 日期：2014年4月15日
齿轮齿条式转向器（如图1）具有结构简单紧凑，制造工艺简便等优点，不仅适用于整体式前轴也适用于前轮采用独立悬架的断开式前轴，目前被广泛地用于轿车、轻型客货车、微型汽车等车辆上。与该转向器相匹配的转向梯形机构与传统的整体式转向梯形机构相比有其特殊之处，下面举一实例加以说明。 图1 齿轮齿条式转向梯形机构运动实体模型 题目：已知某微型汽车（如图2所示）各参数如下：1274.24K mm =， 0()=2.5β主销后倾角，L(轴距)=2340mm ，=mm r （车轮滚动半径）266， =oy B y 梯形臂球头销中心的（）42坐标.12mm ，由最小转弯半径得最大外轮转角为 28o ，许用齿条行程[]62.3S mm =,选用参数624M mm =，试设计转向传动机构。 要求： （1）用优化方法设计此转向梯形传动机构。 （2）优化后校验，压力角40o α≤。 （3）计算出l 1长度，齿条左右移动最大距离。
图2 齿轮齿条转向梯形机构 一 建模 由转向基本要求可知，在不计轮胎侧偏时，实现转向轮纯滚动、无侧滑转向的条件是内、外轮转角符合Arckerman 理想转角关系：cot cot /O i k L θθ-=，如图3所示。 图3 理想的内外轮转角关系 （1）设计变量： 选取变量 1(,,) X l h γ=
图4 外轮一侧杆系运动情况 由图4内外轮转角的关系得： 221o 21o l cos(r )l [sin()h]2 K M S l r θθ-=-+-+- S M K h 22arctan +-=? (2) 2 212 2 2221)2 (2)2(arccos h S M K l l h S M K l ++--++-+=γ (3) i r θφγ=-- (4) 联立上式可得o ()i g θθ=的函数关系式。 对于给定的汽车和选定的转向器，转向梯形机构有横拉杆长l 1和梯形臂长m 两个设计变量。在计算过程中，以梯形底角r 代替横拉杆长l 1作为设计变量，再代入式(1)得到l 1。底角r 可按经验公式先选一个初始值 43r arctan()67.88L K ==，进行优化搜索。 12
转向梯形机构确定、计算及优化 转向梯形有整体式和断开式两种，选择整体式或断开式转向梯形方案与悬架采用何种方案有联系。无论采用哪一种方案，必须正确选择转向梯形参数，做到汽车转弯时，保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶，使在不同圆周上运动的车轮，作无滑动的纯滚动运动。同时，为达到总体布置要求的最小转弯直径值，转向轮应有足够大的转角。 5.5.1转向梯形结构方案分析 1.整体式转向梯形 图5－14 整体式转向梯形 1—转向横拉杆2—转向梯形臂3—前轴 整体式转向梯形是由转向横拉杆1，转向梯形臂2和汽车前轴3组成，如图5－14所示。其中梯形臂呈收缩状向后延伸。这种方案的优点是结构简单，调整前束容易，制造成本低；主要缺点是一侧转向轮上、下跳动时，会影响另一侧转向轮。 当汽车前悬架采用非独立悬架时，应当采用整体式转向梯形。整体式转向梯形的横拉杆可位于前轴后或前轴前(称为前置梯形)。对于发动机位置低或前轮驱动汽车，常采用前置 梯形。前置梯形的梯形臂必须向前外侧方向延伸，因而会与车轮或制动底板发生干涉，所以在布置上有困难。为了保护横拉杆免遭路面不平物的损伤，横拉杆的位置应尽可能布置得高些，至少不低于前轴高度。 2.断开式转向梯形 转向梯形的横拉杆做成断开的，称之为断开式转向梯形。断开式转向梯形方案之一如图5－15所示。断开式转向梯形的主要优点是它与前轮采用独立悬架相配合，能够保证一侧车轮上、下跳动时，不会影响另一侧车轮；与整体式转向梯形比较，由于杆系、球头增多，所以结构复杂，制造成本高，并且调整前束比较困难。
图5－15断开式转向梯形 横拉杆上断开点的位置与独立悬架形式有关。采用双横臂独立悬架，常用图解法(基于三心定理)确定断开点的位置。其求法如下(图5－16b)： 1)延长B K B 与A K A ，交于立柱AB 的瞬心P 点，由P 点作直线PS 。S 点为转向节臂球销中心在悬架杆件(双横臂)所在平面上的投影。当悬架摇臂的轴线斜置时，应以垂直于摇臂轴的平面作为当量平面进行投影和运动分析。 2)延长直线AB 与B A K K ，交于AB Q 点，连AB PQ 直线。 3)连接S 和B 点，延长直线SB 。 4)作直线BS PQ ，使直线AB PQ 与BS PQ 间夹角等于直线A PK 与PS 间的夹角。当S 点低于A 点时，BS PQ 线应低于AB PQ 线。 5)延长PS 与B BS K Q ，相交于D 点，此D 点便是横拉杆铰接点(断开点)的理想的位 置。
第一章汽车的总体设计 汽车的主要参数包括尺寸参数，质量参数和汽车性能参数。 ★汽车质量参数的确定 1 整车整备质量m0 整车整备质量是指车上带有全部装备，加满水，燃料，但没有载货和载人的整车质量。 2 载客量 汽车的载客量是指在影之路面上行驶时所允许的额定载人数。 3载质量m e 汽车的载质量是指在影之路面上行驶时所允许的额定载质量。 4 质量系数ηm0 质量系数是指汽车载质量与整车整备质量的比值，即ηm0=m e／m0。ηm0值越大，说明该车的结构的制造工艺越先进。 5 汽车总质量m a 汽车总质量是指装备齐全，并按规定装满客、货时的整车质量 6 轴荷分配 汽车的轴荷分配是指汽车在空载或满载静止状态下，个车轴对支撑平面的垂直负荷，也可以用占空载或满载哦那个质量的百分比来表示。 汽车性能参数的确定（了解） 1 动力性参数汽车动力性参数包括最高车速V max、加速时间t,上坡能力、比功率和比转矩等。 ①加速时间t汽车在平直的良好路面上，从原地起步开始以最大加速度加速到一定车速所用去的时间，称为加速时间。 ②上坡能力用汽车满载时在良好路面上的最大坡度阻力系数i max来表示汽车的上坡能力。 ③汽车的比功率P b和比转矩T b 比功率是汽车所装发动机的标定最大功率P emax与汽车最大总质量m a之比。即P b=P emax/m a。它可以综合反映汽车的动力性，比功率大的汽车加速性能要好于比功率小的汽车。比转矩T b是汽车所装发动机的最大转矩T emax与汽车总质量m a之比，T b=T emax/m a。它能反映汽车的牵引能力。 2 燃油经济性参数汽车的燃油经济性用汽车在水平的水泥或沥青路面上，以经济车速或多工况满载行驶百公里的燃油消耗量来评价。该值越小燃油经济性越好。 3 汽车最小转弯直径D min 转向盘转至极限位置时，汽车前外转向轮轮辙中心在支承平面上的轨迹圆的直径，称为汽车最小转弯直径D min。D min用来描述汽车转向机动性，是汽车转向能力和安全能力的一项重要指标。 4 通过性几何参数有；最小离地间隙h min，接近角γ1，离去角γ2，纵向通过半径ρ1等。 5 操纵稳定性参数 ①转向特性参数为了保证有良好的操纵稳定性，汽车应具有一定程度的不足转向。 ②车身侧倾角 ③制动前倾角 6 制动性参数 7 舒适性汽车应为乘员提供舒适的乘坐环境和方便的操纵条件，称为舒适性。 8 汽车的布置形式：㈠乘用车的布置形式乘用车的布置形式的主要有发动机前置前轮驱动，发动机前置后轮驱动，发动机后置后驱三种。①发动机前置前轮驱动，优点：前桥轴荷大，有明显的不足转向性能；越障能力高；动力总成结构紧凑；舒适性好；轴距可缩短，
汽车转向系统EPS设计
毕业设计外文摘要
目录 错误!未定义书签。 1 引言?1 1.1汽车转向系统简介?１ 1.２汽车转向系统的设计思路 (3) 1．３ＥPS的研究意义?４ 2 EPS控制装置的硬件分析 (5) 2．1汽车电助力转向系统的机理以及类别 (5) 2.2 电助力转向机构的主要元件 (8) 11 3 电助力转向系统的设计? 3．1 动力转向机构的性能要求..................................... １1 3.2 齿轮齿条转向器的设计计算...................................... １1 3.3 转向横拉杆的运动分析[9］21? 3．4 转向器传动受力分析......................................... ２2 ４转向传动机构优化设计?2４ 4.１传动机构的结构与装配.......................................... ２4 4．２利用解析法求解出内外轮转角的关系............................ ２5 ４.3 建立目标函数?２７
５控制系统设计? 29 29 5.1 电助力转向系统的助力特性? 30 5.2 ＥPS电助力电动机的选择? ５．3 控制系统框图设计........................................... 3１32 结论? 致谢................................................ 错误!未定义书签。参考文献......................................... 错误!未定义书签。
第一章汽车总体设计 1.开发流程：商品计划、概念设计、工程设计、样车试验、投产启动、销售 2．FF发动机前置前轮驱动的布置形式，如今在乘用车上得到广泛应用，其原因究竟是什么？而发动机后置后轮驱动的布置形式在客车上得到广泛应用，其原因又是什么？ 答：⑴对于乘用车来说主要是因为①前桥轴荷大，有明显的不足转向性；②越过障碍的能力高；③动力总成结构紧凑，有利于提高乘坐舒适性；④提高汽车的机动性；⑤散热条件好；⑥行李箱空间大；⑦容易改装；⑧供暖效率高；⑨操纵机构简单；⑩整备质量减轻，降低制造难度；缺点：前轮驱动并转向需要采用等速万向节，结构制造工艺复杂；前桥负荷重，并且前轮是转向轮，工作环境恶劣，轮胎寿命短；上坡时驱动轮附着力小，爬坡能力低，驱动轮易打滑丧失操纵稳定性；后轮易抱死引起汽车侧滑；维修保养接近性差；发生正面碰撞，对发动机损坏大，维修费用高。 ⑵商用车：①较好地隔绝发动机的气味、热量、噪声和振动；②检修发动机方便；③轴荷分配合理，同时可改善车厢后部的乘坐舒适性；④车厢面积利用较好（发动机横置）；⑤能够在地板下方设置体积很大的行李箱（城间客车）；⑥降低地板高度（市内客车）；⑦传动轴长度短。 3为什么要有五条基准线缺一不可？答：确定整车的零线、正负方向及标注方式，均应在汽车满载状态下进行，并且绘图时应将汽车前部绘在左侧。车架上平面线；前轮中心线；汽车中心线；地面线；前轮垂直线。 第二章离合器 1、离合器在传动系中的作用。 答：离合器的主要功用是切断和实现发动机对传动系的传递，保证汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步；在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换挡齿轮之间的冲击；在工作中收到较大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，以防止传动系各零部件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪声。 2、离合器设计要求：答：⑴在任何行驶条件下，既能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止传动系过载；⑵接合时要完全、平顺、柔和、保证汽车起步时没有抖动和冲击；⑶分离时要彻底、迅速；⑷从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减小同步器的磨损；⑸应有足够的吸热能力和良好的通风散热效果，以保证工作温度不致过高，延长其使用寿命；⑹应能避免和衰减传动系的扭转振动，并具有吸收振动、缓和冲击和降低噪声的能力；⑺操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳；⑻作用在从动盘上的总压力和摩擦材料的摩擦因数在离合器工作过程中变化要尽可能小，以保证有稳定的工作性能；⑼具有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作可靠、使用寿命长；⑽结构应简单、紧凑，质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等。 3、膜片弹簧有什么特点？影响弹性特性的主要因素是什么？工作点最佳位置应如何确定？答：（1）①膜片弹簧具有较理想的非线性弹性特性，弹簧压力在摩擦片的允许磨损范围内基本保持不变，因而离合器工作中能保持传递的转矩大致不变，相对圆柱螺旋弹簧，其压力大力下降，离合器分离时，弹簧压力有所下降，从而降低了踏板力。②兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单、紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小。③高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定。④以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀。⑤易于实现良好的通风散热，使用寿命长。⑥膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好。（2）影响弹性特性的主要因素有：①比值H/h ②比值R/r 和R、r ③圆锥底角Q ④膜片弹簧工作点位置⑤分离指数目n ⑥膜片弹簧小端内半径r0及分离轴承作用半径rf ⑦切槽宽度δ1δ2及半径re的确定⑧压盘加载点半径R1和支承环加载点半径r1的确定（3）工作点位置的确定：新离合器在接合状态时，膜片弹簧工作点B一般取在凸点M和拐点H之间，且靠近或在H点处，一般λ1B=（0.8～1.0）λ1H，以保证摩擦片在最大磨损限度Δλ范围内的压紧力从F1B到F1A变化不大，当分离时，膜片弹簧工作点从B变到C，为最大限度的减小踏板力，C点应尽量靠近N点。
整体式转向梯形机构优化设计 SGA3550型自卸式非公路用汽车采用整体式转向梯形机构(如图1所示) ,由转向横拉杆、转向梯形臂和汽车前轴组成。图中,为K主销中心距,L为轴距,为转向梯形底角, W为转向臂长,为内侧车轮转角,为外侧车轮转角(以下符号意义相同) 。这种方案的优点是结构简单,调整容易,制造成本低;主要缺点是一侧转向轮上、下跳动时,会影响另一侧转向轮。车辆转向时,内侧车轮被迫沿着比外侧车轮小的弧线行进,因此,转向梯形应使汽车在转向时两前轮产生不同的转向角,并沿着各自的弧线滚动,同时前后四个车轮又绕着同一圆心滚动 ,从而消除轮胎的滑动。若忽略车轮的侧偏角,车辆转向时内外轮理想转角应保持以下关系： 若忽略车轮的侧偏角，车辆转向时内外轮理想转角应保持以下关系： cot-cot=K/L (1) 若自变角为，则因变角的期望值为 =arccot(cot-K/L) (2) 现有转向梯形机构仅能近似满足上式关系。利用余弦定理可推得转向梯形的实际因变角如下：
图2 (3) (4) (5) （6） 由（4）（5）（6）式得出 （7） （8） 由（3）（7）（8）式得出： 实际因变角 要求： （1） 列出转向机构的优化数学模型 （2） 已知轮距2900mm；轴距L= 3800 mm；主销中心距K= 2 100 mm； 用Matlab中lsqcurvefit(……)函数或lsqnonlin(……)函数进行优化，求取设计变量梯形底角的值（要求底角范围在60-90度之间），转向梯形臂长度的值（要求在250-450mm之间）以满足设计需求。 该优化问题可以看作是将理想的内外转向轮曲线同待优化的内外转向轮角度关系进行拟合，MATLAB优化工具箱中提供了几种可供选择的优化函数： (1) [x,resnorm]=lsqcurvefit（fun,x0,xdata,ydata,lb,ub），该函数是进行非线性曲线的二次拟合。其中F(x)为待优化的函数，数学模型为：
设计题目：汽车转向梯形机构的设计 班级：机自 xx 姓名： xxx 指导老师： xx 2010年10月10日 西安交通大学
汽车转向梯形机构设计 机自84班李亚敏 08011098 设计要求： (1)设计实现前轮转向梯形机构； (2)转向梯形机构在运动过程中有良好的传力性能。 原始数据： 车型：无菱兴旺，转向节跨距M：1022mm，前轮距D：1222mm，轴距L:1780mm，最小转弯半径R：4500mm。 前言： 汽车转向系统是用来改变或恢复其行驶方向的专设机构，由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三部分组成。转向操纵机构主要由方向盘、转向轴、转向管柱等组成：转向器将方向盘的转动变为转向摇臂的摆动或齿条轴的往复运动，并对转向操纵力进行放大的机构：转向传动机构将转向器输出的力和运动传给车轮，并使左右车轮按一定关系进行偏转运动的机构。 设计过程： 一、设计原理简介 1采用转向梯形机构转向的机动车辆，左右转弯时应具有相同的特征，因此左右摇臂是等长的。 2内外侧转向轮偏转角满足无侧滑条件时的关系式为：
cotα?cotβ=M L (1) 3.转向过程中转向梯形机构应满足的方程为 cos(α+α0)=cos(β+β0)?a M cos(β+β0?α? α0)+2a2?b2+M2 2Ma (2) 且 b=M?2acosα0 (3) 代人整理得： cos(α+α0)=?cos(β?α0)+a M cos(β?α?2α0)+2cosα0? 2cos2α0 M +a M (4) 式中αβ为无侧滑状态下梯形臂转角的对应位置，可视为已知。由(1)式算出来，因此，方程中有两个独立的未知量需求解，要梯形臂转角的两个对应位置即两个方程来求解。 4梯形臂转角的两个对应位置的确定 由函数逼近理论确定梯形臂转角的两个对应位置的方程为：αi= qq 2[1?cos2i?1 4 π](i=1,2) (5)式中， qq为外偏转角的最佳范围值，由计算机逐步搜索获得。由汽车的最
