节能车转向系设计说明书
学校：福建工程学院
学院：机械与汽车工程学院
班级：
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指导老师：
二零一五年六月三十日
目录
摘要 (3)
Abstract (3)
1 绪论 (3)
1.1 前言 (3)
1.2 设计思路 (3)
2 汽车转向系统概述 (4)
2.1 转向系的主要要求 (4)
2.2 转向系统分类 (4)
2.3 转向系布置设计 (4)
3 转向器的结构型式 (4)
3.1 循环球式转向器 (5)
3.2齿轮齿条式转向器 (6)
3.2.1 材料的选择 (6)
3.2.2 齿轮齿条式转向器优缺点 (8)
3.2.5 齿条断面形状 (8)
3.2.6 齿轮齿条式转向器和转向梯形相对位置 (8)
4 转向操纵机构 (9)
5 转向传动机构 (9)
6 节能车转向系基本结构的选取 (10)
7 节能车主要性能参数的计算及选定 (13)
7.1转向系的效率 (14)
7.2转向系的传动比 (14)
8 转向梯形机构的优化 (15)
8.1转向梯形机构概述 (15)
8.2整体式转向梯形的结构方案分析 (15)
8.3整体式转向梯形的优化分析 (16)
8.4编写MATLAB程序 (19)
8.5程序介绍 (20)
9 转向传动机构的强度校核 (22)
9.1转向横拉杆 (22)
9.1.1抗拉校核 (22)
9.1.2稳定性校核 (22)
9.1.3结论 (23)
9.2横拉杆球头直径的选取 (23)
9.3转向摇臂危险断面的校核 (24)
9.4转向摇臂与摇臂轴连接花键的校核计算 (24)
结论 (26)
致谢 (26)
参考文献 (27)
学生节能车转向系设计
摘要：转向系统在赛车中占有重要的地位，转向系统性能的好坏直接影响到汽车行驶的
安全性、操纵稳定性和驾驶舒适性。
本课题首先通过分析转向系的功能要求，结合转向系统的布置设计，比较各类型
的转向器的优缺点，适应节能车轻质量的要求，决定采用杆系结构的转向系统。
编写MATLAB程序，建立适当的约束对转向梯形进行优化设计。并对转向系传动机
构进行必要的力学分析和校核。使用catia软件画出三维图，完成节能车转向系的
设计。
关键词：节能车，转向系，转向传动机构，杆系结构
1 绪论
1.1 前言
转向系统在赛车中占有重要的地位，通过对转向系的优化设计，来为赛车其他零部件分析优化提供思路，以达到对节能车车的结构整体优化。转向系统性能的好坏直接影响到汽车行驶的安全性、操纵稳定性和驾驶舒适性，它对于确保车辆的行驶安全、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件起着重要作用。
1.2 设计思路
本课题在综合考虑众多因素的基础上先从转向系最基本的原理入手，经过对汽车的转向系原理的认真学习，来摸索着设计赛车的转向系。
设计过程中，先是比较各个类型转向系的优缺点，并结合赛车对转向系的一些特殊要求，最后决定采用质量最轻形化杆系结构的转向系。因为目前梯形结构的转向系的转角关系较接近理想的转角关系，又鉴于赛车采用非悬架结构，因此采用整体式梯形结构。
轴距由车架来确定，主销偏移距由总设计决定。这样一来，转向系的优化过程中只需
优化梯形臂长m，梯形底角?和主销连线到横拉杆的水平距离h。h 值越大转向越省力，但又考虑到安装的空间问题，h值不能过大。对梯形臂长m 和梯形底角?的优化时，采用求最
小h值的方法，并将实际内、外转角的关系曲线和理想的内、外转角的关系曲线画在同一张图上，依据最小h值得出理想的转向梯形的尺寸。
各个杆件的参数变量确定以后，根据最小半径的要求计算出车轮的最大转角，然后综合各种因素确定转向系统的力传动比，角传动比。
2 汽车转向系统概述
转向系是用来保持或者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。
转向系由转向器、转向操纵机构和转向传动机构组成。转向操纵机构又包括方向盘、转向轴、转向管柱。转向传动机构包括转向摇臂、转向横拉杆、转向节臂。
2.1 转向系的主要要求[1]
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）汽车转向行驶时，在驾驶员松开转向盘的条件下，转向轮能自动返回到直线行驶位置，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，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) 转向轮碰撞到障碍物以后，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，保证转向轮与转向盘转动方向一致。
2.2 转向系统分类
随着现代汽车技术的迅速发展，汽车转向系统已从纯机械式转向系统、液压助力转向系（HPS）、电控液压助力转向系统（EHPS），发展到利用现代电子和控制技术的电动助力转向系统（EPS）及线控转向系统（SBW）。
按转向力能源的不同，可将转向系分为机械转向系和动力转向系。
机械转向系的能量来源是人力，所有传力件都是机械的，机械转向系依靠驾驶员的手
力转动转向盘，经转向器和转向传动机构一系列的杆件传递到转向轮来使转向偏转。
机械式转向系统工作过程为：驾驶员对转向盘施加的转向力矩通过转向轴输入转向器，减速传动装置的转向器中有1、2 级减速传动副，经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向横拉杆，再传给固定于转向节上的转向节臂，使转向节和它所支承的转向轮偏转，从而实现汽车的转向。
其中转向器是将操纵机构的旋转运动转变为传动机构的直线运动(严格讲是近似直线运动)的机构，是转向系的核心部件。机械转向器是将驾驶员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。
2.3 转向系布置设计
转向系统的布置先从转向器的布置开始的。转向器的布置首先要考虑对中性，要将转向器布置在车架的正中间位置，才能保证左右转向的对称和灵活。其次，转向器要保证不和车架干涉，且车手的腿能够伸缩自如，能够方便灵活地踩踏刹车盘和油门。
横拉杆的位置也随着转向器位置的确定而确定了，同时梯形臂的位置也根据轮辋的位置、设计长度和角度以及加工需要，确定了位置。因此转向系统和车架的连接等也都确定了。
接着就要考虑转向器和方向盘之间的连接。转向器轴是竖直放置的，而方向盘的放置需要和竖直方向有一定得夹角，因此，两者的连接就需要采用三节式万向节。同时方向盘还要固定在车架上，以防止方向盘晃动。
3 转向器的结构型式
根据所采用的转向传动副的不同转向器的结构型式有多种。常见的有齿轮齿条式、循环球式、球面蜗杆滚轮式、蜗杆指销式等。下面分别介绍几种常见的转向器。[2]
3.1 循环球式转向器
循环球式转向器又有两种结构型式，即常见的循环球-齿条齿扇式和另一种即循环球-曲柄销式。它们各有两个传动副，前者为：螺杆、钢球和螺母传动副以及螺母上的齿条和摇臂轴上的齿扇传动副；后者为螺杆、钢球和螺母传动副以及螺母上的销座与摇臂轴的锥销或球销传动副。两种结构的调整间隙方法均是利用调整螺栓移动摇臂轴来进行调整。
循环球式转向器的传动效率高、工作平稳、可靠，螺杆及螺母上的螺旋槽经渗碳、淬火及磨削加工，耐磨性好、寿命长。齿扇与齿条啮合间隙的调整方便易行，这种结构与液力式动力转向液压装置的匹配布置也极为方便。
3.2齿轮齿条式转向器
齿轮齿条式转向器的传动副为齿轮与齿条，其结构简单、布置方便，制造容易，但转向传动比较小，(一般不大于15)，且齿条沿其长度方向磨损不均匀，故仅广泛用于微型汽车和轿车上。转向传动副的主动件是一斜齿圆柱小齿轮，它和装在外壳中的从动件——齿条相啮合，外壳固定在车身或车架上。齿条利用两个球接头直接和两根分开的左、右横拉杆相联。横拉杆再经球接头与梯形臂相接。为了转向轻便，主动小齿轮的直径应尽量小。通常，这类转向器的齿轮模数多在2～3mm范围内，压力角为20°，主动小齿轮有5～8个齿，螺旋角为9°～15°。根据小齿轮螺旋角和齿条倾斜角的大小和方向的不同，可以构成不同的传动方案。应根据整车布置的需要并考虑转向系的传动比及效率等来选择这些角度的大小和方向。
3.2.1 材料
齿轮齿条式转向器的主动小齿轮可采用低碳合金钢如20MnCr5、20MnCr4或15CrNi6(德国标准DIN 17210)制造并经渗碳淬火；齿条可采用中碳钢或中碳合金钢如45号钢或41Cr4钢(德国标准DIN 17200)制造并经高频淬火，表面硬度均应在HRC 56以上。壳体常用铝合金压铸。
3.2.2 齿轮齿条式转向器优缺点
齿轮齿条式转向器由与转向轴做成一体的转向齿轮常与转向横拉杆做成一体的齿条组成。与其它形式转向器比较，齿轮齿条式转向器最主要的优点是：结构简单、紧凑；壳体采用铝合金或镁合金压铸而成，转向器的质量比较小；传动效率高达90％；齿轮与齿条之间因磨损出现间隙后，利用装在齿条背部、靠近主动小齿轮处的压紧力可以调节的弹簧，可自动消除齿间间隙，这不仅可以提高转向系统的刚度，还可以防止工作时产生冲击和噪声；转向器占用的体积小；没有转向摇臂和直拉杆，所以转向轮转角可以增大；制造成本低；转向机构总成完全封闭,可免于维护；因齿轮和齿条直接啮合,操纵灵敏性非常高。特别适于与烛式和麦弗逊式悬架配用，便于布置等优点。
因此，目前它在轿车、微型、轻型货车上得到广泛的应用。例如,一汽的红旗CA7220型轿车、奥迪100型轿车、捷达轿车、上海桑塔纳轿车、天津夏利轿车以及天津TJ1010型微型货车和南京依维柯轻型货车等，都采用了这种齿轮齿条式转向器。
齿轮齿条式转向器的主要缺点是：因逆效率高（60%-70%），汽车在不平路面上行驶时，发生在转向轮与路面之间冲击力的大部分能传至转向盘，称之为反冲。反冲现象会使驾驶员精神紧张，并难以准确控制汽车行驶方向，方向盘突然转动会造成打手，同时对驾驶员造成伤害。
3.2.3 输入输出形式的选择
根据输入齿轮位置和输出特点不同，齿轮齿条式转向器有四种形式：中间输入，两端输出（图3.2a）、侧面输入，两端输出（图3.2b）、侧面输入，中间输出(图3.2c)、侧面输入，一端输出(图3.2d)。
图3.2 输入输出形式
两端输出的齿轮齿条式转向器如图3.3所示，作为传动副主动件的转向齿轮轴11通过轴承12和13安装在转向器壳体5中，其上端通过花键与万向节叉10和转向轴连接。与转向齿轮啮合的转向齿条4水平布置，两端通过球头座3与转向横拉杆1相连。弹簧7通过压块9将齿条压靠在齿轮上，保证无间隙啮合。弹簧的预紧力可用调整螺塞6调整。当转动转向盘时，转向器齿轮11转动，使与之啮合的齿条4沿轴向移动，从而使左右横拉杆带动转向节左右转动，使转向车轮偏转，从而实现汽车转向。采用两端输出方案时，由于转向拉杆长度受限制，容易与悬架系统导向机构产生运动干涉。但其结构简单，制造方便，且成本低等特点，常用于小型车辆上。
图3.3 两端输出式
1.转向横拉杆
2.防尘套
3.球头座
4.转向齿条
5.转向器壳体
6.调整螺塞
7.压紧弹簧
8.锁紧螺母
9.压块 10.万向节 11.转向齿轮轴 12.向心球轴承 13.滚针轴承
中间输出的齿轮齿条式转向器如图3.4所示，其结构及工作原理与两端输出的齿轮齿条式转向器基本相同，不同之处在于它在转向齿条的中部用螺栓6与左右转向横拉杆7相连。在单端输出的齿轮齿条式转向器上，齿条的一端通过内外托架与转向横拉杆相连。与齿条固连的左、右拉杆延伸到接近汽车总想对称平面附近。由于拉杆长度增加，车轮上、下跳动时拉杆摆角减小，有利于减少车轮上下跳动时转向系与悬架系的运动干涉。拉杆与齿条用螺栓固定连接，因此，两拉杆与齿条同时向左或向右移动，为此在转向器壳体上开有轴向的长槽，从而降低了它的强度。
图3.4 中间输出
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
3.2.4 齿轮啮合方式
齿轮齿条式转向器若采用直齿圆柱齿轮与直齿齿条啮合，则运转平稳性降低，冲击力大，工作噪声增加。此外，齿轮轴线与齿条轴线之间的夹角只能是直角。采用斜齿圆柱齿轮与斜齿齿条啮合的齿轮齿条式转向器，重合度增加，运转平稳，冲击与噪声均降低，而且齿轮轴线与齿条轴线之间的夹角易于满足总体设计的要求。因为斜齿工作时有轴向力作用，所以转向器应该采用推力轴承，是轴承寿命降低，还有斜齿轮的滑磨比较大事它的缺点。
图3.5 齿条断面形状
3.2.5 齿条断面形状
齿条断面形状有圆形、V形和Y形三种。圆形断面齿条的制作工艺比较简单。V形和Y形断面齿条与圆形断面比较，消耗的材料少，约节约20%，故质量小；位于齿下面的两斜面与齿条托座接触，可用来防止齿条绕轴线转动；Y形的断面齿条的齿宽可以做的宽一些，因而强度得到增加。在齿条与托座之间通常装有碱性材料（如聚四氟乙烯）做的垫片，以减少滑动摩擦。当车轮跳动、转向或转向器工作时，如在齿条上作用有能使齿条旋转的力矩时，应选用V形和Y形断面齿条，用来防止因齿条旋转而破坏齿条、齿轮的齿不能正确啮合的情况出现。
图3.6 转向梯形的相对位置
3.2.6 齿轮齿条式转向器和转向梯形相对位置
根据齿轮齿条式转向器和转向梯形相对前轴位置的不同，齿轮齿条式转向器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。如图3.2.6。
对转向器结构形式的选择，主要是根据汽车的类型、前轴负荷、使用条件等来决定，并要考虑其效率特性、角传动比变化特性等对使用条件的适应性以及转向器的其他性能、寿命、制造工艺等。中、小型轿车以及前轴负荷小于1.2t的客车、货车，多采用齿轮齿条式转向器。球面蜗杆滚轮式转向器曾广泛用在轻型和中型汽车上，例如：当前轴轴荷不大于2.5t 且无动力转向和不大于4t带动力转向的汽车均可选用这种结构型式。循环球式转向器则是当前广泛使用的一种结构，高级轿车和轻型及以上的客车、货车均多采用。轿车、客车多行驶于好路面上，可以选用正效率高、可逆程度大些的转向器。矿山、工地用汽车和越野汽车，
经常在坏路或在无路地带行驶，推荐选用极限可逆式转向器，但当系统中装有液力式动力转向或在转向横拉杆上装有减振器时，则可采用正、逆效率均高的转向器，因为路面的冲击可由液体或减振器吸收，转向盘不会产生“打手”现象。
4 转向操纵机构
图4 转向操纵机构
1-转向万向节；2-转向传动轴；3-转向管柱；4-转向轴；5-转向盘
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，减小由于装配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4。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。
5 转向传动机构
转向传动机构包括转向臂、转向纵拉杆、转向节臂、转向梯形臂以及转向横拉杆等。（见图5）
转向传动机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5 转向传动机构
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
6、节能车转向系基本结构的选取
为了更直观的表达我们选择杆系结构的转向系，我们做了如下的对比分析：这是实际使用的汽车转向系统的典型的结构图
实际在道路上行驶的各种车辆，其转向系统要考虑到很多方面的内容，所以其结构复杂。重量很重。在节能车上主要考虑的问题是节能。围绕节能出发，转向系这块的主要任务是：在满足基本转向要求的前提下，尽可能的减轻重量。
为此，节能车基本上转向系统不用转向器，以最简单的拉杆机构实现车轮的转向。
下面是一些节能车转向系统的实物图
因此为此我们的节能车也采用这种形式
下面是一张我们草拟的转向系总布置图，里面包括节能车轴距1500mm，注销中心距640mm，轮距800mm。
一副传动机构和整体式转向梯形。
转向手柄：为适应总布置的要求，用手刹的形式来操纵离合器和碟刹，所以用转向手柄代替转向盘。这种结构形式被节能车广泛采用，如上图
传动机构：主要部件为球头拉杆，质量轻，结构简单
转向梯形：实现转向轮绕同一中心运动的部分，采用非独立悬架机构，所以采用整体式转型梯形。
7节能车主要性能参数的计算及选定
7.1、转向系的效率
节能车转向系由杆系机构传动，主要能量损失在啮合副的摩擦损失，可忽略不记。所以节能车转向系的正负效率都比较高。
7.2、转向系的传动比
正常道路使用的车辆，传动比都较高，达到17~25，方向盘转一圈，轮才转一点。但是参考方程式赛车组成员的建议，认为，我们设计的节能车，传动比应该小些，便于操作，尤其我们采用的是手柄转向而不是方向盘。类比自行车的设计，我们决定传动比初定为1.
由于转向系采用的是杆系传动机构，所以要实现这一目标是比较容易的，只要一个平行四边形机构就可以了。如下图所示
四边形的长由车架定了为K/2=320mm
四边形的宽由转向系的布置，拉杆和摇臂的受力情况综合分析考虑后再定。
7.3、力传动比
预定驾驶节能车的驾驶员体重不超过50kg，设计的作用于驾驶员手上的力最大为50N （乘用车为700N）。
转向阻力矩计算
由公式Mr=F/3*（G1^3/p）^0.5中
p=35*6.895kpa=0.241325Mpa
f=0.7
G1=500N
得原地转向阻力矩最大值为5310.4N·mm
设计的转向手柄
长度L=（5310.4/50）*2N=212.461mm
考虑到实际手掌握手柄的宽度，将手柄长度调整为250mm。
从轮胎接地面中心作用在两个转向轮上的合力2Fh=2*Mr/a=265.52N
力传动比ip=265.52/50=5.3（由于手柄长度经过了调整，所以实际的力传动比要稍大于这个值）
节能车杆系
8转向梯形的优化
8.转向梯形机构优化设计方案
8.1转向梯形机构概述
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，在不同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。一般转向梯形机构布置在前轴之后，但当发动机位置很低或前轴驱动时，也有位于前轴之前的。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。
8.2整体式转向梯形结构方案分析
图5.1 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
5.1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。
8.3整体式转向梯形机构优化分析
汽车转向行驶时，受弹性轮胎侧偏角的影响，所有车轮不是绕位于后轴沿长线上的点滚动，而是绕位于前轴和后轴之间的汽车内侧某一点滚动。此点位置与前轮和后轮的侧偏角大小有关。因影响轮胎侧偏角的因素很多，且难以精确确定，故下面是在忽略侧偏角影响的条件下，分析有关两轴汽车的转向问题。此时，两转向前轮轴线的延长线应交在后轴延长线上，如图5－2所示。设θi 、θo 分别为内、外转向车轮转角，L 为汽车轴距，K 为两主销中心线延长线到地面交点之间的距离。若要保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶，则梯形机构应保证内、外转向车轮的转角有如下关系：
L K
i o =-θθcot cot
（1）
图1 理想的内、外车轮转角关系简图
若自变角为θo ，则因变角θi 的期望值为:
)/cot(cot )(0L K arc f o i -==θθθ （2） 现有转向梯形机构仅能近似满足上式关系。以图所示的后置梯形机构为例，在图上作辅助用虚线，利用余弦定理可推得转向梯形所给出的实际因变角i '
θ为 [])cos(212cos )cos(cos 2arccos )cos(21)
sin(arcsin 02
0020'θγγθγγθγθγγθ+-+??? ??-+--+-+??? ??+-=m K m K m K m K m K i （3） 式中：m 为梯形臂长；γ为梯形底角。
所设计的转向梯形给出的实际因变角i '
θ，应尽可能接近理论上的期望值i θ。其偏差在最常使用的中间位置附近小角范围内应尽量小，以减少高速行驶时轮胎的磨损；而在不经常使用且车速较低的最大转角时，可适当放宽要求。因此，再引入加权因子）（ θω0，构成评价设计优劣的目标函数为)(x f
%100)()()()()(max
1???????-=∑=oi i oi i oi i i oi o oi x f θθθθθθθωθθ （4） 由以上可得：
[]%100cot cot )cos(212cos )cos(cos 2arccos
cot cot )cos(21)
sin(arcsin )()(02
00201max ???????-+-+??
? ??-+--??????-+-+??
? ??+-=∑=L K arc m K m K m K L K arc m K m K x f oi i oi i i oi o oi θθγγθγγθθγθγγθωθθ （5） 式中：x 为设计变量，??
????=??????=m x x x γ21；θomax 为外转向车轮最大转角，由图2
得 a D L -=2
a r c s i n m i n m a x o θ （6） 式中，Dmin 为汽车最小转弯直径；a 为主销偏移距。
考虑到多数使用工况下转角θo 小于20°，且10°以内的小转角使用得更加频繁，因此取：
???????≤<≤<≤<=max 205.020100
.11005.1)(o o o o o θθθθθω （7）
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大；当m 过大时，将使梯形布置困难，故对m 的上、下限及对γ的下限应设置约束条件。因γ越大，梯形越接近矩形，值就越大，而优化过程是求
的极小值，故可不必对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：
00
min max min ≥-≥-≥-γγm m m m （8） 梯形臂长度m 设计时常取在mmin=0.11K ，mmax=0.15K 。梯形底角γmin=70°
此外，由机械原理得知，四连杆机构的传动角δ不宜过小，通常取δ≥δmin ＝40°。如图5-2所示，转向梯形机构在汽车向右转弯至极限位置时达到最小值，故只考虑右转弯时δ≥δmin 即可。利用该图所作的辅助用虚线及余弦定理，可推出最小传动角约束条件为：
02c o s )c o s (c o s )c o s (c o s 2c o s m i n m a x m i n ≥--++-K m o γγδθγγδ （9）
式中：δmin 为最小传动角。δmin=40°，故由式a D L
o -=2arcsin min max θ可知，δmin
为设计变量m 及γ的函数。
由式（6）、式（7）、式（8）和式（9）四项约束条件所形成的可行域，如图3所示的几种情况。
图3b 适用于要求δmin 较大，而γmin 可小些的车型；图5-3c 适用于要求γmin 较大，而δmi n 小些的车型；图3a 适用介于图3b 、c 之间要求的车型。
图3 转向梯形机构优化设计的可行域
从上面的资料中可以得到以下几个结论：
1 现有的转向梯形不能保证车轮绕一个瞬时中心行驶
2 随着自变角运动的因变角有个期望值和实际值。
3 可用评价设计优劣的目标函数f 来优化转向梯形，实现转向梯形的优化设计，主要目标是求f 的最小值。
4 设计变量有两个梯形臂长m 和梯形底角r
8.4依据如上要求编写MATLAB 程序
global K L thetamax alpha f q
K=640;
L=1500;
thetamax=22.5;
x(1)=input('输入初始点的第一个分量（臂长）');
x(2)=input('输入初始点的第二个分量（底角度）');
thetamax=thetamax*pi/180;
x(2)=x(2)*pi/180;
alpha=linspace(0,thetamax,61);
for i=1:61
betae(i)=acot(cot(alpha(i)) -(K/L));
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));
theta(i)=2*acot((A(i)+sqrt(A(i).^2+B(i).^2-C(i).^2))/(B(i)+C(i)));
beta(i)=x(2)+theta(i)-pi;
if alpha(i)<=pi/18
f(i)=1.5*abs(beta(i)-betae(i))
else
if alpha(i)<=pi/9;
f(i)=abs(beta(i)-betae(i))
else
f(i)=0.5*abs(beta(i)-betae(i))
end
end
end
plot(alpha,beta,'r',alpha,betae);
q=0;
for i=1:61
q=q+f(i);
end
m=q/60;
display ('m:');m
1 汽车转向系统的功能 1.1 驾驶者通过方向盘控制转向轮绕主销的转角而实现控制汽车运动方向。 对方向盘的输入有两种方式：对方向盘的角度输入和对方向盘的力输入。装有动力转向系统的汽车低速行驶时，操作方向盘的力很轻，却要产生很大的方向盘 转角输入，汽车的运动方向纯粹是由转向系统各杆件的几何关系所确定。这时， 基本上是角输入。而在高速行驶时，可能出现方向盘转角很小，汽车上仍作用有 一定的侧向惯性力，这时，主要是通过力输入来操纵汽车。 1.2 将整车及轮胎的运动、受力状况反馈给驾驶者。这种反馈，通常称为路感。 驾驶者可以通过手—---感知方向盘的震动及运转情况、眼睛—---观察汽车运动、 身体—---承受到的惯性、耳朵—---听到轮胎在地面滚动的声音来感觉、检测汽车 的运动状态，但最重要的的信息来自方向盘反馈给驾驶者的路感，因此良好的路 感是优良的操稳性中不可缺少的部分。 反馈分为力反馈和角反馈 从转向系统的功能可以得知：人、车通过转向系统组成了人车闭环系统，是驾驶者对汽车操纵控制的一个关键系统。 2 转向系统设计的基本要求 转向系是用来保持或者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。转向系的基本要求如下： 2．1 汽车转弯时，全部车轮应绕瞬时回转中心（瞬心）旋转，任何车轮不应有侧滑。 不满足这项要求会加剧轮胎磨损，并降低汽车的操作稳定性。实际上，没有哪 一款汽车能完全满足这项要求，只能对转向梯形杆系进行优化，一般在常用转向 角（轮15°～25°围）使转向外轮运动关系逼近上述要求。 2．2 良好的回正性能 汽车转向动作完成后，在驾驶者松开方向盘的条件下，转向轮能自动返回到直线行驶位置，并稳定行驶。转向轮的回正力矩的大小主要由悬架系统所决定的前 轮定位参数确定，一般来说，影响汽车回正的因素有：轮胎侧偏特性、主销倾角、 主销后倾角、前轮外倾、转向节上下球节的摩擦损失、转向节臂长、转向系统的 逆效率等。 2．3汽车在任何行驶状态下，转向轮不得产生自振，方向盘没有摆动。 2．4 转向机构与悬架机构的运动不协调所造成的运动干涉应尽可能小，由于运动干涉使转向轮产生的摆动应最小。 汽车转弯行驶时，作用在汽车质心处的离心力的作用，轮载荷减小，外轮载荷
第一章前言 §1.1 四轮农用车的发展前景 中国改革开放以来，在农村实行家庭联产承包责任制的改革，使农村的经济空前的活跃。农村的货运量和人口的流动量急剧增加，加快运输机械化成为农村经济发展的迫切需要，正是这一市场的需要使具有中国特色的运输机械-农用运输车应运而生。它解决了农村运输的急需，填补了村际，乡际，城镇及城乡结合部运输网络的空白，活跃了农村经济，为农村富裕劳动力找了一条出路，从而使数以万计的农民走上了小康之路！ 四轮农用运输车的竞争对手是轻型汽车。与汽车相比，四轮农用运输车有许多优点。入世后农用运输车没有受到多大冲击，因为它是中国特色的产业，符合国情，在国外几乎没人搞过。但是我们不能回避汽车与四轮农用运输车在市场的竞争，四轮农用运输车利用比较底的生产成本和微利经营的生产方式并引进先进的汽车技术，坚持“三低一高”的特色，注重产品质量，使之与在汽车行业的竞争中得以提高。 随着党和国家提出的的开发西部的政策落实，也给农用运输车厂商带来了无限商机使农用运输车的开发有广阔的前景，另一方面，我国有近13亿人口，特别是9亿以上的农村人口收入水平相对较低，需求量最大的是低档次的汽车。由于它比较适合中国国情，预计在未来的5～15年里，农用车在我国农村仍然具有广阔的发展前景。近年来农用车保有量增加很快，因此对柴油的需求很大。 农用车制造工艺简单，价格便宜，其中三轮车价格在4000～7000元/辆，四轮车价格在1～1.5万元/辆，购车农户一般半年左右即可收回10000元投资。另外，农用车的养路费为每月每吨70元，是汽车的30%，使用成本为同吨位汽车的1/3到1/2。公路快速建设也促进了农用车的发展。旧中国，全国公路仅13×104 km，而到1997年底，已达1.226×106 km，目前全国98%的乡和80%的村都通了公路，使得农用车有用武之地。公安车管部门1993年制定了《关于农用运输车道路交通管理的规定》，在不损害管理大局的前提下，
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。
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)
整车技术部设计指南16 第2章转向系统布置 2.1 简述 汽车转向系是用来保持或者改变汽车行使方向的机构，在汽车转向行使时，还要保 证各转向轮之间有协调的转角关系。驾驶员通过操纵转向系统，使汽车保持在直线或转 弯运动状态，或者使上述两种运动状态相互转换。 2.2 汽车转向系统的基本形式和特征 2.2.1 转向系的基本形式 可根据转向轮、转向器、转向杆系布置以及动力转向能源进行分类。 表 2.1 2.2.2 电动转向系统 电动转向系统直接利用电动机完成转向助力功能，它由转矩传感器、车速传感器、 控制器、电动机、电磁离合器和减速机构等组成。
整车技术部设计指南17 根据电动机布置的位置分为转向轴助力式、齿轮助力式、单独助力式及齿条助力式 四种形式。 a)转向轴助力式 该电动转向系统的电动机固定在转向轴一侧，由离合器与转向轴相连接，直接驱动 转向轴助力转向。如下图中所示。 b)齿轮助力式 该电动转向系统的电动机和离合器与小齿轮相连，直接驱动齿轮助力转向。
整车技术部设计指南18 c)单独助力式 该电动转向系统的电动机和离合器固定在齿轮齿条转向器的小齿轮相对另一侧，单 独驱动齿条助力实现转向动作。 d)齿条助力式 该电动转向系统的电动机和与齿条为一体，电动机转动带动循环球螺母转动，使齿 条螺杆产生轴向位移，直接起助力转向作用。
整车技术部设计指南19 2.2.3 液压式助力转向系统的结构组成 液压式助力转向系统由：转向机、转向管柱、动力转向储液罐、转向泵、以及转向 管路等几部分组成。 储液罐转向泵 转向管柱 转向机 转向管路 图 2.1 2.3、布置设计应满足的基本要求 1）应满足整车最小转弯半径要求。 2）传动效率高，力矩波动小。 3）在发生碰撞的过程中能尽量保护乘员安全。 2.4、布置设计过程 2.4.1 转向梯形的确定 一般而言，在平台沿用的基础上，转向机构转向直拉杆内点B、C的位置，直拉杆 外点A、D的位置，优先考虑的是沿用原有平台车型的相关数据。如下图 2.2中所示。
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。
《化工设备机械基础》 塔设备设计 课程设计说明书 学院：木工学院 班级：林产化工0 8 学号： 姓名：万永燕郑舒元 分组：第四组 目录
前言 摘要 塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备。塔设备的基本功能在于提供气、液两相以充分接触的机会，使质、热两种传递过程能够迅速有效地进行；还要能使接触之后的气、液两相及时分开，互不夹带。因此，蒸馏和吸收操作可在同样的设备中进行。根据塔内气液接触部件的结构型式，塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。板式塔内沿塔高装有若干层塔板(或称塔盘)，液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。填料塔内装有各种形式的固体填充物，即填料。液相由塔顶喷淋装置分布于填料层上，靠重力作用沿填料表面流下；气相则在压强差推动下穿过填料的间隙，由塔的一端流向另一端。气、液在填料的润湿表面上进行接触，其组成沿塔高连续地变化。目前在工业生产中，当处理量大时多采用板式塔，而当处理量较小时多采用填料塔。蒸馏操作的规模往往较大，所需塔径常达一米以上，故采用板式塔较多；吸收操作的规模一般较小，故采用填料塔较多。 板式塔为逐级接触式气液传质设备。在一个圆筒形的壳体内装有若干层按一定间距放置的水平塔板，塔板上开有很多筛孔，每层塔板靠塔壁处设有降液管。气液两相在塔板内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。板式塔的空塔气速很高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，造价低，检修、清理方便 关键字 塔体、封头、裙座、。 第二章设计参数及要求 符号说明 Pc ----- 计算压力，MPa； Di ----- 圆筒或球壳内径，mm； [Pw]-----圆筒或球壳的最大允许工作压力，MPa； δ ----- 圆筒或球壳的计算厚度，mm； δn ----- 圆筒或球壳的名义厚度，mm； δe ----- 圆筒或球壳的有效厚度，mm；
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)
汽车运动机构课程设计说明书 温州大学机电工程学院 2013年6月
机械原理设计说明书 题目:汽车转向机构 学院:机电工程学院 专业:汽车服务工程 班级:11汽车服务本 姓名:叶凌峰俞科王栋柄 王璐吴海霞欧阳凯强 学号:11113003233 11113003243 11113003199 11113003209 11113003218 11113003174指导老师:李振哲
目录 一.设计题目 (1) 1.1课程设计目的和任务 (1) 1.2课程设计内容与基本要求 (2) 1.3机构简介 ........................................................................ 错误！未定义书签。 1.4参考数据 (5) 1.5设计要求 (5) 二. 设计方案比较 (6) 2.1设计方案一 (6) 2.2设计方案二 (7) 2.3设计方案三 (8) 2.4最终设计方案 ................................................................ 错误！未定义书签。 三.虚拟样机实体建模与仿真 (9) 四.虚拟样机仿真结果分析 (10) 4.1运动学仿真 (11) 4.1.1运动学仿真--转向盘位移仿真曲线 (11) 4.1.2运动学仿真--轮胎位移仿真曲线 (11) 4.1.3运动学仿真--转向盘速度仿真曲线 (12) 4.1.4运动学仿真--轮胎速度仿真曲线 (12) 4.1.5运动学仿真--转向盘加速度仿真曲线 (13) 4.1.6运动学仿真--轮胎加速度仿真曲线 (13) 4.2动力学分析 (14) 4.2.1转向盘受力仿真曲线 (14) 4.2.2轮胎受力仿真曲线 (14) 五. 课程设计总结 (15) 5.1机械原理课程设计总结 (15) 5.2设计过程 (15) 5.3设计展望 (16) 5.4设计工作分工表 (16) 5.5参考文献 (16)
" 汽车设计课程设计说明书 题目：汽车齿轮齿条式转向器设计(3) - 系别：机电工程系 专业：车辆工程 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 、 日期： 2012年7月
汽车齿轮齿条式转向器设计 摘要 根据对齿轮齿条式转向器的研究以及资料的查阅，着重阐述了齿轮齿条式转向器类型选择，不同类型齿轮齿条式转向器的优缺点，和各种类型齿轮齿条式转向器应用状况。根据原有数据首先分析转向器的特点，确定总体的结构方案，并确定转向器的计算载荷以及转向器的主要参数，然后确定齿轮齿条的形式，接着对齿轮模数的选择确定，主动小齿轮齿数的确定、压力角的确定、齿轮螺旋角的确定，通过确定转向器的线传动比计算其力传动比以及齿轮齿条的结构参数，在以上的基础上选择主动齿轮、齿条的材料，受力分析，及对齿轮齿条的疲劳强度校核、齿根弯曲疲劳强度校核。修正齿轮齿条式转向器中不合理的数据。通过对齿轮齿条式转向器的设计，选取出相关的零件如：螺钉、轴承等，并在说明书中画出相关零件的零件图。通过说明书并画出齿轮齿条式转向器的零件图2张、装配图1张。 关键词：齿轮齿条，转向器，设计计算 ^ 。
` 目录 序言............................................. 错误!未定义书签。 1.汽车转向装置的发展趋势........................... 错误!未定义书签。 2.课程设计目的..................................... 错误!未定义书签。 3.转向系统的设计要求............................... 错误!未定义书签。 4.齿轮齿条式转向器方案分析......................... 错误!未定义书签。… 5.确定齿轮齿条转向器的形式......................... 错误!未定义书签。 6.齿轮齿条式转向器的设计步骤....................... 错误!未定义书签。 已知设计参数.................................... 错误!未定义书签。 齿轮模数的确定、主动小齿轮齿数的确定、压力角的确定、齿轮螺旋角的确定.............................................. 错误!未定义书签。 确定线传动比、转向器的转向比.................... 错误!未定义书签。 小齿轮的设计.................................... 错误!未定义书签。 小齿轮的强度校核................................ 错误!未定义书签。 齿条的设计...................................... 错误!未定义书签。 ~ 齿条的强度计算.................................. 错误!未定义书签。 主动齿轮、齿条的材料选择........................ 错误!未定义书签。 7.总结............................................. 错误!未定义书签。参考文献........................................... 错误!未定义书签。致谢............................................. 错误!未定义书签。 $
汽车转向系统EPS设计毕业论文 目录 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) 1.3 EPS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) 3 电助力转向系统的设计 (11) 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) 5.1 电助力转向系统的助力特性 (29) 5.2 EPS电助力电动机的选择 (30)
本科毕业设计（论文） 5.3 控制系统框图设计 (31) 结论 (32) 致谢 (34) 参考文献 (35)
1 引言 1.1汽车转向系统简介 汽车转向系统，顾名思义是为了能够使车辆按照驾驶员的意愿向左或者向右转弯或者直线行驶。转向装置有很多种，也一直在经历一个循序渐进不断更新不断创新的过程。从发明家本茨发明汽车的初期，转向系统知识最简单的形式来转向，其机构为单纯的扶把式，没有助力，所以笨重，费力，以及行驶状态不稳定。从在原始的雏形开始，各国人士不断创新改革，到现在为止，汽车转向系统的应用按先后顺序可以分为：机械转向装置、液压助力转向装置、电子控液压助力转向系统、电助力转向系统、四轮转向系统、主动前轮转向系统和线控转向系统[1]目前市场大部分中低档轿车采用的液压式转向器，当然电控的也很常见，所以在该种系统的转向器技术的发展如今已经遇到了瓶颈。随着人们对乘车舒适，节能，安全，稳定的期望，电控液压式转向系统逐渐取代了先前的版本，但随着科技的进步，越来越多的科学家期待有路感的转向系统问世，所以流量阀式液压助力转向器出现了，在不同车速下，驾驶员手握方向盘，感觉到了路感的存在，助力特性曲线描述的就是“路感”，但是美中不足的是这种液压式转向器依然存在很多缺陷，电机，液压泵，转向器，流量阀等等转向器在发动机旁的布置问题又出现了，还有就是液压油的泄漏问题越来越的突出尖锐。电助力EPS （Electronic Power steering system）是在纯机械转向机构的前提下，设计加装了扭矩和车速等信号传感器、电子控制单元和转向助力装置等[2]。所以电助力式转向器弥补了上述的不足，而且节能环保，易于线性控制，所以现在很多研究人员把目光转向了电助力式转向机，瞬时其成为了国际汽车工业转向系统新的研究主题，且这种系统也正在慢慢实现整车量产状态。
塔设备设计说明书 Prepared on 24 November 2020
《化工设备机械基础》 塔设备设计 课程设计说明书 学院：木工学院 班级：林产化工0 8 学号： 姓名：万永燕郑舒元 分组：第四组 目录
前言 摘要 塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备。塔设备的基本功能在于提供气、液两相以充分接触的机会，使质、热两种传递过程能够迅速有效地进行；还要能使接触之后的气、液两相及时分开，互不夹带。因此，蒸馏和吸收操作可在同样的设备中进行。根据塔内气液接触部件的结构型式，塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。板式塔内沿塔高装有若干层塔板(或称塔盘)，液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。填料塔内装有各种形式的固体填充物，即填料。液相由塔顶喷淋装置分布于填料层上，靠重力作用沿填料表面流下；气相则在压强差推动下穿过填料的间隙，由塔的一端流向另一端。气、液在填料的润湿表面上进行接触，其组成沿塔高连续地变化。目前在工业生产中，当处理量大时多采用板式塔，而当处理量较小时多采用填料塔。蒸馏操作的规模往往较大，所需塔径常达一米以上，故采用板式塔较多；吸收操作的规模一般较小，故采用填料塔较多。 板式塔为逐级接触式气液传质设备。在一个圆筒形的壳体内装有若干层按一定间距放置的水平塔板，塔板上开有很多筛孔，每层塔板靠塔壁处设有降液管。气液两相
在塔板内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。板式塔的空塔气速很高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，造价低，检修、清理方便 关键字 塔体、封头、裙座、。 第二章设计参数及要求 符号说明 Pc ----- 计算压力，MPa； Di ----- 圆筒或球壳内径，mm； [Pw]-----圆筒或球壳的最大允许工作压力，MPa； δ ----- 圆筒或球壳的计算厚度，mm； δn ----- 圆筒或球壳的名义厚度，mm； δe ----- 圆筒或球壳的有效厚度，mm； t] [δ----- 圆筒或球壳材料在设计温度下的许用应力，MPa； t δ ------ 圆筒或球壳材料在设计温度下的计算应力，MPa； φ ------ 焊接接头系数； C ------- 厚度附加量，mm；
汽车转向桥设计说明书 任务书要求： （1）了解汽车转向桥的结构，功能 （2）进行汽车转向桥的受力分析 （3）总体方案设计 （4）画出转向节的零件图 （5）画出转向桥的总装图 一、概述 转向桥是利用转向节使车轮偏转一定的角度以实现汽车的转向，同时还承受和传递汽车与车架及车架之间的垂直载荷、纵向力和侧向力以及这些力形成的力矩。转向桥通常位于汽车的前部，因此也常称为前桥。 各类汽车的转向桥结构基本相同，主要有前轴（梁）、转向节、主销和轮毂 (1)前轴：由中碳钢锻造，采用抗弯性较好的工字形断面。为了提高抗扭强度，接近两端略呈方形。前轴中部下凹使发动机的位置得以降低，进而降低汽车质心，扩展驾驶员视野，减小传动轴与变速器输出轴之间的夹角。下凹部分的两端制有带通孔的加宽平面，用以安装钢板弹簧。前轴两端向上翘起，各有一个呈拳形的加粗部分，并制有通孔。 (2)主销：即插入前轴的主销孔内。为防止主销在孔内转动，用带有螺纹的楔形销将其固定。 (3)转向节：转向节上的两耳制有销孔，销孔套装在主销伸出的两端头，使转向节连同前轮可以绕主销偏转，实现汽车转向。为了限制前轮最大偏转角，在前轴两端还制有最大转向角限位凸块(或安装限位螺钉)。 转向节的两个销孔，要求有较高的同心度，以保证主销的安装精度和转向灵活。为了减少磨损，在销孔内压入青铜或尼龙衬套。衬套上开有润滑油槽，由安装在转向节上的油嘴注入润滑脂润滑。为使转向灵活轻便，还在转向节下耳的上方与前轴之间装有推力轴承11；在转向节上耳与前轴之间，装有调整垫片8，用以调整轴向间隙。
左转向节的上耳装有与转向节臂9制成一体的凸缘，在下耳上装有与转向节下臂制成一体的凸缘。两凸缘上均制有一矩形键与左转向节上、下耳处的键槽相配合，转向节即通过矩形键及带有键形套的双头螺栓与转向节上下臂连接。 (4)轮毂：轮毂通过内外两个滚锥轴承套装在转向节轴颈上。轴承的松紧度可以由调整螺母调整，调好后的轮毂应能正、反方向自由转动而无明显的摆动。然后用锁紧垫圈锁紧。在锁紧垫圈外端还装有止推垫圈和锁紧螺母，拧紧后应把止推垫圈弯曲包住锁紧螺母或用开口销锁住，以防自行松动。 轮毂外端装有冲压的金属端盖，防止泥水或尘土浸入。轮毂内侧装有油封(有的油封装在转向节轴颈的根部)，有的还装有挡油盘。一旦油封失效，则外面的挡油盘仍可防止润滑脂进入制动器内。 本文设计的是JY1061A型采用前置后轮驱动的载货汽车转向桥，因此该转向桥为从动桥。从动桥的功用：从动桥也称非驱动桥，又称从动车轴。它通过悬架与车架（或承载式车身）相联，两端安装从动车轮，用以承受和传递车轮与车架之间的力（垂直力、纵向力、横向力）和力矩。并保证转向轮作正确的转向运动 1、设计要求： （1）保证有足够的强度：以保证可靠的承受车轮与车架之间的作用力。 （2）保证有足够的刚度：以使车轮定位参数不变。 （3）保证转向轮有正确的定位角度：以使转向轮运动稳定，操纵轻便并减轻轮胎的磨损。 （4）转向桥的质量应尽可能小：以减少非簧上质量，提高汽车行驶平顺性。 通过对CJ1061A型前桥的设计，可以加深我们的设计思想，即： （1）处理好设计的先进性和生产的可能性之间的关系； （2）协调好产品的继承性和产品的“三化”之间的关系。 2、结构参数选择 JY1061A型汽车总布置整车参数见表1：
汽车转向器毕业设计 【篇一：毕业设计汽车转向系统】 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abstract the 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 drawings keywords: steering system，mechanical type steering gear and gear rack， integrated steering trapezoid，matlab trapezoid
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。
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 1.1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。 1.2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 0.74MPa 2.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. 2.2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。
汽车主动转向系统设计及控制特性研究 摘要：随着汽车性能的逐渐提升，人们对汽车驾驶过程中的稳定性、安全性和 操作灵活性提出了更高的要求，因此，在汽车研究的过程中，必须要保证汽车的 相关性能满足人们对汽车越来越高的要求，而汽车主动转向系统的应用不仅能够 保证汽车具备一定的操作灵活性，还能够保证汽车在驾驶的过程中具备良好的稳 定性和安全性，所以探究汽车主动转向系统的设计流程，如何能够更好的对汽车 主动转向系统进行控制，是当前汽车转向系统设计相关负责人员的主要责任和义务。基于此，本文通过分析汽车主动转向系统的相关概念，探究如何进行更好的 设计和控制，从而提高人们驾车过程中的安全性和稳定性。 关键词：汽车；主动；转向系统；设计；控制特性 引言:汽车主动转向系统的设计是基于智能化技术和机械技术应用下发展出来 的汽车智能化系统，通过这一系统的设置，可以保证驾车的舒适性，在一定程度 上提升了车辆的整体实用性能。由于传统的转向系统不具备主动性，汽车在速度 较低进行转向的过程中，需要驾驶人员转向的幅度相对较大，而在高速进行转向 的过程中，由于转向的灵敏度增加，所以导致驾驶员给予很小的转动动作，就可 以保证转动的角度相对较大，从而使整个汽车的安全性得不到良好的保障，因此 传统的汽车转向系统使汽车的使用性能大大降低，并且也不能够保证驾驶人员和 车内其他乘客的安全，所以，在汽车中设置主动转向系统是当前改善汽车性能的 重要措施。 一、主动转向系统与传统转向系统相比具备的优点 与传统的转向系统相比，智能主动转向系统具备的优点主要体现在以下几个 方面，第1个方面是由于传统的转向系统必须驾驶人员实施一定的操作，但是可 能会由于驾驶人员出现疲劳驾驶或者分神的现象，在应该转向时没有进行转向操作，从而引起交通事故以及危害人身安全。而主动转向系统可以根据驾驶的实际 情况保证转向系统在应该转向时进行转向操作，从而在一定程度上增加了驾车的 安全性。同时两种转向系统在转动角度方面的对比也体现出了主动转向系统的优势，例如在低速行驶的过程中，传统转向系统的转动方向与方向盘的转动方向不 一致会增大转动的角度，而主动传动系统中方向盘的转动方向和转动电机的转动 方向基本一致，所以，可以在一定程度上减小转动的角度。在高速行驶时，由于 传统转动电机的方向和方向盘的方向一致，所以方向盘转动的幅度较小时，汽车 转动的角度也相对较大，因此增加了危险性，而主动转动系统中，转动电机的方 向在高速行驶时会和方向盘的转动方向不一致，从而在一定程度上增加了操作人员，转动方向盘的转动角度，因此也间接的提升了汽车的行驶安全性。第2个方 面是主动式转向系统和传统的转向系统相比在纠正转动方向时也有一定的优势， 例如主动式转向系统，能够保证汽车在直线行驶的过程中可以更加稳定，并且通 过计算的方式计算出相应的车速，以及通过车轮上的传感器可以监测到车辆上的 转向轮是否具备一定的稳定性，而传统的转向系统必须人为设置相应的传动方向，并且还需要根据行车经验判断车辆的转动角度，从而在一定程度上降低了车辆行 驶的安全性。总而言之，主动转向系统与传统转向系统相比，不仅能够保证汽车 具备一定的安全性和稳定性，还能够帮助驾驶人员进行危险的判定，从而保证驾 驶人员的安全。 二、汽车主动转向系统的设计 要想明确汽车主动转向系统的实际设计方案，必须要了解汽车主动转向系统
第一节概述 转向系是用来保持或者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。 机械转向系依靠驾驶员的手力转动转向盘，经转向器和转向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。 对转向系提出的要求有： 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)汽车转向行驶后，在驾驶员松开转向盘的条件下，转向轮能自动返回到直线行驶位置，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)转向轮碰撞到障碍物以后，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。没有装置动力转向的轿车，在行驶中转向，此力应为50—100N；有动力转向时，此力在20—50N。当货车从直线行驶状态，以10km ／h速度在柏油或水泥的水平路段上转入沿半径为12m的圆周行驶，且路面干燥，若转向系没有装动力转向器，上述切向力不得超过250N；有动力转向器时，不得超过120N。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，货车则要求不超过3．0圈。·近年来，电动、电控动力转向器已得到较快发展，不久的将来可以转入商品装车使用。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轻便。