目录
摘要 ........................................................................................................................................ I Abstract ................................................................................................................................ I I 0文献综述 . (1)
0.1转向系统概况 (1)
0.2前桥概况 (2)
1引言 (4)
2汽车主要参数的确定 (4)
2.1轴距L (4)
2.2前轮距和后轮距 (4)
2.3整车整备质量 (5)
2.4汽车的装载质量 (5)
2.5质量系数 (5)
2.6汽车满载总质量 (6)
2.7轴荷分配 (6)
2.8轮胎选择 (6)
2.9最小转弯直径 (7)
2.10数据的确定 (7)
3转向系统设计 (8)
3.1汽车转向基本特性 (8)
3.2转向系统设计要求和主要性能参数 (8)
3.2.1转向系统设计要求 (8)
3.2.2转向系传动比 (9)
3.2.3 转向器效率 (11)
3.2.4转向系设计参数的确定 (12)
3.3循环球式转向器设计 (12)
3.3.1转向系计算载荷的确定 (12)
3.3.2主要尺寸参数选择 (13)
3.3.3螺杆、钢球、螺母传动副 (13)
3.3.4齿条，齿扇传动副 (14)
3.3.5循环球式转向器零件强度计算 (17)
3.4整体式转向梯形机构设计 (18)
3.4.1整体式转向梯形机构数学模型分析 (18)
3.4.2 基于Matlab的整体式转向梯形机构优化设计 (21)
4转向从动桥设计 (27)
4.1转向从动桥主要零件参数确定 (27)
4.2转向从动桥主要零件设计计算 (29)
4.2.1制动工况下的前梁强度计算 (30)
4.2.2在侧滑情况下的前梁强度计算 (31)
4.2.3转向节在制动和侧滑工况下的强度计算 (33)
4.2.4主销与转向节衬套在制动和侧滑工况下的强度计算 (34)
4.2.5转向节推力轴承的计算 (36)
5结论 (36)
参考文献 (37)
致谢 (38)
汽车转向系统及前桥设计
西南大学工程技术学院，重庆400716
摘要：随着汽车的普及，对于汽车的各项性能指标和操纵感受也更加重视。而转向系统和转向桥工作环境复杂多变，其关系着整车的安全性和操纵性，因此对转向系统和车桥的设计提出了更高的要求。
本论文对转向系统与前桥的工作性能方面进行设计。秉着兼顾安全性、舒适性、稳定性、经济性及减轻质量的原则对转向系统和前桥的现状、结构、分类和工作原理进行了深入的对比分析，从而选出最优方案进行设计；对结构进行强度校核以达到可靠性良好的目的；对重要部件的参数进行优化，使之更接近理论期望值。
关键词：转向系统；前桥；最优化
The Designs of Steering system and Front axle
Luo You
College of Engineering and Technology, Southwest University, Chongqing 400716, China
Abstract：We pay more attention to each performance index and manipulate feelings for cars with the popularity of cars.The complexity of working environment of front axle and steering system is related with the safety and maneuverability.So weshouldmention higher requirements forthe design of steering system and frontaxle.
Thethesis is about the design of the performance aspect of the front axle and steering system.Taking consideration of safety, comfort, stability, economy and lightweight,it analyses thoroughlymany aspects of the steering system and front axle,including present situation,structure, classification and working principle.So the best program is gotten.checking the strength of constructureis to get good reliability;For making it more close to the theoretical expectations, it is necessary to Optimize the parameters of the important parts.
Key Words：steering system;front axle;optimization
0文献综述
0.1转向系统概况
汽车在道路上行驶时，驾驶员根据路况操纵方向盘来控制汽车行驶方向。使汽车改变或保持汽车行驶方向的机构称为汽车转向系统。
就轮式汽车而言，其通过该机构使转向轮相对汽车行驶方向偏转一定角度而实现转向。具有能够按照驾驶员的要求准确地改变方向，直线行驶并且传递路况的作用。其性能直接影响到安全性能、行驶稳定性和操纵轻便性。
图0-1 机械转向系统示意图
Fig.0-1 S chematic diagram of steering system
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；14—花键图0-1示出机械转向系统，其由转向器和转向传动机构组成。其核心部件为机械转向器。机械转向器完全有由人力操纵，通过一定的传动比来减小转向力。
机械转向系统由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三部分组成。其完全靠驾驶员手力操纵，当转向车桥负荷较大时则难以顺利转向，驾驶员容易疲劳，但其相对于动力转向系统来说结构简单，制造和维护成本小，油耗相对较低。
所有转向系统的核心部件是转向器，常见转向器有两种：
(1)齿轮齿条式转向器：该转向器由于与转向轴做成一体的转向小齿轮和常与与转向横拉杆做成一体的齿条组成。其结构简单紧凑，质量轻，传动效率高达90%，体
积小，没有转向摇臂和直拉杆，转向轮转角可以增大，成本低。可自动消除齿间间隙。逆效率高。主要用于轿车。
(2)循环球式转向器：该转向器由螺杆螺母共同形成的螺旋槽、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。其传动效率高，使用寿命容易保障，转向器传动比可以变化，工作平稳可靠，齿条齿扇间的间隙调整工作容易，适合做整体式动力转向器。但其逆效率高，结构复杂，制造困难，精度要求高。主要用于客货车上。
0.2前桥概况
汽车前桥（前轴）通过悬架与车架或承载式车身相联，两端安装转向轮。用于承受地面与车架间的铅垂力，纵向力和横向力及其力矩，并保证车轮合适的转向范围和正确的定位角度。它的两端通过主销与转向节连接，通过转向节摆动来实现汽车转向。
根据与车桥相匹配的悬架结构的不同，车桥分为断开式和整体式两种。与独立悬架相匹配的是断开式车桥，其为左右两段铰接的结构。当左右两车轮经过各自悬架直接和车架相联时，实际上已经没有了车桥，习惯上称为断开式车桥。与非独立悬架相匹配的非断开式车桥即一根横置于两轮间的轴。
根据是否传递驱动力，转向桥又分为转向驱动桥和转向从动桥。
如图0-2所示，非断开式转向从动桥主要由前梁、转向节及转向主销组成。转向节利用主销与前梁铰接并经一对轮毂轴承支承着车轮的轮毂，以达到车轮转向的目的。在左转向节的上耳处安装着转向节臂，后者与转向直拉杆相连；而在左、右转向节的下耳处则装有与转向横拉杆连接的转向梯形臂。有的将转向节臂与转向梯形臂连成一体安装在转向节下耳处以简化结构。制动底板紧固在转向节的凸缘面上。转向节销孔内压入带油槽的衬套以减小摩擦。在转向节下耳与前梁拳部间装滚子推力轴承以使转向轻便，在转向节上耳与前梁拳部之间装有调整垫片以调整其间隙。带有螺纹的楔形锁销将主销固定在前梁拳部的孔内。
整体式转向桥从动桥的结构形式：
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。
图0-2非断开式转向从动桥
Fig.0-2 Schematic diagram of integral front axle
1—转向节推力轴承；2—转向节；3—调整垫片；4—主销；5—转向梯形臂；
6—转向节臂；7—前梁；8—转向横拉杆；9—球销
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。
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。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。
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。轮毂外端装有冲压的金属端盖，防止泥水或尘土浸入。