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摘要 (1)
Русский Конспект.................................................................... 错误!未定义书签。前言.. (2)
国内外发展情况 (3)
1.转向系统 (6)
1.1转向系统概述 (6)
1.2转向操纵机构 (7)
1.3转向传动机构 (9)
1.4转向器与转向器形式 (10)
1.5动力转向机构 (11)
1.6齿轮齿条式转向器的优点 (11)
2.机械型转向器原理 (12)
2.1齿轮齿条式转向器的分类 (12)
2.2转向系主要性能参数 (14)
2.2.1转向器的效率 (14)
2.2.2传动比的变化特性 (16)
3.齿轮齿条的设计步骤 (19)
3.1齿轮齿条的设计 (19)
3.2齿轮齿条设计程序框图 (23)
4.转向器齿轮轴设计及其校核 (25)
4.1确定使用材料 (25)
4.2轴的结构的设计及校核 (25)
5.轴承及其转向器壳体和阀体的选择和确定 (30)
5.1轴承选择和确定 (30)
5.2转向器壳体和阀体 (30)
6.总结 (31)
参考文献 (32)
致谢 (33)
摘要
本课题的题目是J01机械型转向器的设计。齿轮齿条转向器设计的核心有两点：一是齿轮和齿条的合理匹配，以满足转向器的正确传动比和强度要求；二是转向器调整机构的设计，合理匹配出弹簧的刚度，以保证转向器的启动力矩和啮合特性。因此本课题在考虑上述要求和因素的基础上研究利用转向盘的旋转带动传动机构的齿轮齿条转向轴转向，通过万向节带动转向齿轮轴旋转，转向齿轮轴与转向齿条啮合，从而促使转向齿条直线运动，实现转向。实现了转向器结构简单紧凑，轴向尺寸短，且零件数目少的优点又能增加助力，从而实现了汽车转向的稳定性和灵敏性。在本文中主要进行了转向器齿轮齿条的设计和对转向齿轮轴的校核，主要方法和理论采用汽车设计的经验参数和大学所学机械设计的课程内容进行设计，其结果满足强度要求，安全可靠。
关键词：机械型转向器；阀套；阀芯；齿轮齿条
前言
改革开放以来，我国汽车工业发展迅猛。作为汽车关键部件之一的转向系统也得到了相应的发展，基本已形成了专业化、系列化生产的局面。有资料显示，国外有很多国家的转向器厂，都已发展成大规模生产的专业厂，年产超过百万台，垄断了转向器的生产，并且销售点遍布了全世界。
由于汽车转向器属于汽车系统中的关键部件，它在汽车系统中占有重要位置，因而它的发展同时也反映了汽车工业的发展，它的规模和质量也成为了衡量汽车工业发展水平的重要标志之一。随着汽车高速化和超低扁平胎的通用化，过去采用循环球转向器和循环球变传动比转向器只能相对地解决转向轻便性和操纵灵便性的问题，要想从跟本上解决这两个问题只有安装动力转向器。因此，除了重型汽车和高档轿车早已安装动力转向器外，近年来在中型货车、豪华客车及中档轿车上都已经开始安装动力转向器，随着动力转向器的设计水平的提高、生产规模的扩大和市场的需要，其他的一些车型也必须陆续安装动力转向器。液压助力型转向器的设计使汽车在低速行驶或车辆就位时，驾驶员只需用较小的操作力就能灵活进行转向;而在高速行驶时，则自动控制，使操作力逐渐增大，实现了稳定操纵。虽然这种转向器具有很多优点，在目前的技术水准下它仍然存在某些不足之处，例如助力较小等;因此，目前液压式动力转向器仍然占据着很大的市场份额，其性能也在不断地提高。对于液压助力型动力转向器的研究有着非常深远的意义. 因此本课题在考虑上述要求和因素的基础上研究利用转向盘的旋转带动传动机构的齿轮齿条转向轴转向，通过万向节带动转向齿轮轴旋转，转向齿轮轴与转向齿条啮合，从而促使转向齿条直线运动，实现转向。实现了转向器结构简单紧凑，轴向尺寸短，且零件数目少的优点又能增加助力，从而实现了汽车转向的稳定性和灵敏性。
国内外发展情况
1 现代汽车转向装置的设计趋势
1.1 适应汽车高速行驶的需要
从操纵轻便性、稳定性及安全行驶的角度，汽车制造广泛使用更先进的工艺方法，使用变速比转向器、高刚性转向器。“变速比和高刚性”是目前世界上生产的转向器结构的方向。
1．2 充分考虑安全性、轻便性
随着汽车车速的提高，驾驶员和乘客的安全非常重要，目前国内外在许多汽车上已普遍增设能量吸收装置，如防碰撞安全转向柱、安全带、安全气囊等，并逐步推广。从人类工程学的角度考虑操纵的轻便性，已逐步采用可调整的转向管柱和动力转向系统。
1.3 低成本、低油耗、大批量专业化生产
随着国际经济形势的恶化，石油危机造成经济衰退，汽车生产愈来愈重视经济性，因此，要设计低成本、低油耗的汽车和低成本、合理化生产线，尽量实现大批量专业化生产。对零部件生产，特别是转向器的生产，更表现突出。
1．4 汽车转向器装置的电脑化
汽车的转向器装置，必定是以电脑化为唯一的发展途径。
2 现代汽车转向装置的发展趋势
2．1 现代汽车转向装置的使用动态
随着汽车工业的迅速发展，转向装置的结构也有很大变化。汽车转向器的结构很多，从目前使用的普遍程度来看，主要的转向器类型有4种：有蜗杆肖式(WP型)、蜗杆滚轮式(WR型)、循环球式(BS型)、齿条齿轮式(RP型)。这四种转向器型式，已经被广泛使用在汽车上。
据了解，在世界范围内，汽车循环球式转向器占45％左右，齿条齿轮式转向器占40％左右，蜗杆滚轮式转向器占10％左右，其它型式的转向器占5％。循环球式转向器一直在稳步发展。在西欧小客车中，齿条齿轮式转向器有很大的发展。日本汽车转向器的特点是循环球式转向器占的比重越来越大，日本装备不同类型发动机的各类型汽车，采用不同类型转向器，在公共
汽车中使用的循环球式转向器，已由60年代的62．5％，发展到现今的100％了(蜗杆滚轮式转向器在公共汽车上已经被淘汰)。大、小型货车大都采用循环球式转向器，但齿条齿轮式转向器也有所发展。微型货车用循环球式转向器占65％，齿条齿轮式占 35％。
综合上述对有关转向器品种的使用分析，得出以下结论：
循环球式转向器和齿轮齿条式转向器，已成为当今世界汽车上主要的两种转向器；而蜗轮#0;蜗杆式转向器和蜗杆肖式转向器，正在逐步被淘汰或保留较小的地位。
在小客车上发展转向器的观点各异，美国和日本重点发展循环球式转向器，比率都已达到或超过90％；西欧则重点发展齿轮齿条式转向器，比率超过50％，法国已高达95％。
由于齿轮齿条式转向器的种种优点，在小型车上的应用(包括小客车、小型货车或客货两用车)得到突飞猛进的发展；而大型车辆则以循环球式转向器为主要结构。
2．2 循环球式转向器特点
循环球式转向器的特点是：效率高，操纵轻便，有一条平滑的操纵力特性曲线。
布置方便。特别适合大、中型车辆和动力转向系统配合使用；易于传递驾驶员操纵信号；逆效率高、回位好，与液压助力装置的动作配合得好。
可以实现变速比的特性，满足了操纵轻便性的要求。中间位置转向力小、且经常使用，要求转向灵敏，因此希望中间位置附近速比小，以提高灵敏性。大角度转向位置转向阻力大，但使用次数少，因此希望大角度位置速比大一些，以减小转向力。由于循环球式转向器可实现变速比，应用正日益广泛。
通过大量钢球的滚动接触来传递转向力，具有较大的强度和较好的耐磨性。并且该转向器可以被设计成具有等强度结构，这也是它应用广泛的原因之一。
变速比结构具有较高的刚度，特别适宜高速车辆车速的提高。高速车辆需要在高速时有较好的转向稳定性，必须保证转向器具有较高的刚度。
间隙可调。齿条齿扇副磨损后可以重新调整间隙，使之具有合适的转向器传动间隙，从而提高转向器寿命，也是这种转向器的优点之一。
我国的转向器生产，除早期投产的解放牌汽车用蜗杆#0;滚轮式转向器，
东风汽车用蜗杆肖式转向器之外，其它大部分车型都采用循环球式结构，并都具有一定的生产经验。目前解放、东风也都在积极发展循环球式转向器，并已在第二代换型车上普遍采用了循环球式转向器。由此看出，我国的转向器也在向大量生产循环球式转向器发展。
2.3 转向器生产专业化
循环球式转向器在国外实现了专业化生产，同时以专业厂为主、大力进行试验和研究，大大提高了产品的产量和质量。在日本“精工”(NSK)公司的循环球式转向器就以成本低、质量好、产量大，逐步占领日本市场，并向全世界销售它的产品。德国ZF公司也作为一个大型转向器专业厂著称于世。它从1948年开始生产ZF型转向器，年产各种转向器200多万台。还有一些比较大的转向器生产厂，如美国德尔福公司SAGINAW分部；英国BURM#0;AN 公司都是比较有名的专业厂家，都有很大的产量和销售面。专业化生产已成为一种趋势，只有走这条道路，才能使产品质量高、产量大、成本低，在市场上有竞争力。
2.4动力转向是发展方向
动力转向系统的应用日益广泛，不仅在重型汽车上必须装备，在高级轿车上应用的也较多，在中型汽车上的应用也逐渐推广。主要是从减轻驾驶员疲劳，提高操纵轻便性和稳定性出发。虽然带来成本较高和结构复杂等问题，但由于优点明显，还是得到很快的发展。
动力转向有3种形式：整体式、半分置式及联阀式动力转向结构。目前3种形式各有特点，发展较快，整体式多用于前桥负荷3～8t汽车，联阀式多用于前桥负荷5#0;18t汽车，半分置式多用于前桥负荷6t以上到超重型汽车。
从发展趋势上看，国外整体式转向器发展较快，而整体式转向器中转阀结构是目前发展的方向。
1.转向系统
1.1转向系统概述
汽车行驶过程中，经常需要改变行驶方向，即所谓的转向，这就需要有一套能够按照司机意志使汽车转向的机构，它将司机转动方向盘的动作转变为车轮(通常是前轮)的偏转作。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，由转向操纵机构(方向盘)、转向器、转向传动机构三大部分组成。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[2]。
动力转向系除具有以上三大部件外，其最主要的动力来源是转向助力装置。由于转向助力装置最常用的是一套液压系统，因此也就离不开泵、油管、阀、活塞和储油罐，它们分别相当于电路系统中的电池、导线、开关、电机和地线的作用。
通常，对转向系的主要要求是:
(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[3].
下图是一种机械式转向系统如图1-1示。驾驶员对转向盘1施加的转向力矩通过转向轴2输入转向器8。从转向盘到转向传动轴这一系列零件即属于转向操纵机构。作为减速传动装置的转向器中有1、2级减速传动副（右图所示转向系统中的转向器为单级减速传动副）。经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向横拉杆6，再传给固定于转向节3上的转向节臂5，使转向节和它所支承的转向轮偏转，从而改变了汽车的行驶方向。这里，转
向横拉杆和转向节臂属于转向传动机构。
l.转向盘 2.安全转向轴 3.转向节 4.转向轮 5.转向节臂 6.转向横拉
杆 7.转向减振器 8.机械转向器
图1-1 机械系统简图
1.2转向操纵机构
转向盘即通常所说的方向盘。转向盘内部有金属制成的骨架，是用钢、铝合金或镁合金等材料制成。由圆环状的盘圈、插入转向轴的转向盘毂，以及连接盘圈和盘毂的辐条构成。采用焊接或铸造等工艺制造，转向轴是由细齿花键和螺母连接的。骨架的外侧一般包有柔软的合成橡胶或树脂，也有采用皮革包裹以及硬木制作的转向盘。转向盘外皮要求有某种程度的柔软度，手感良好，能防止手心出汗打滑的材质，还需要有耐热、耐候性。
转向盘的功能：转向盘位于司机的正前方，是碰撞时最可能伤害到司机的部件，因此需要转向盘具有很高的安全性，在司机撞在转向盘上时，骨架能够产生变形，吸收冲击能，减轻对司机的伤害。转向盘的惯性力矩也是很重要的，惯性力矩小，我们就会感到“轮轻”，操做感良好，但同时也容易受到转向盘的反弹(即“打手”)的影响，为了设定适当的惯性力矩，就要调整骨架的材料或形状等。
现在的转向盘与以前的看似没有太大变化，但实际上已经有了改进。由于转向助力装置的普及，转向盘外径变小了，而手握处却变粗了，采用柔软材料，使操作感得到了改善。
现在有越来越多的汽车在转向盘里安装了安全气囊，也使汽车的安全性大大提高了。转向盘的集电环：转向盘上有喇叭开关，必须时刻与车身电器线路相连，而旋转的转向盘与组合开关之间显然不能用导线直接相连，因此就必须采用集电环装置。集电环好比环形的地铁轨道，喇叭开关的触点就象奔跑在轨道上的电车，时刻保持接通的状态。由于是机械接触，长时间使用触点会因磨损影响导电性，导致紧急时刻喇叭不鸣甚至气囊不工作。因此，最近装备气囊的汽车开始装用电缆盘，代替集电环。
转向盘的端子与组合开关的端子用电缆线连接，电缆盘将电线卷入盘内，类似于吸尘器的电线卷取机构，在转向盘旋转范围内，电线*卷筒自由伸缩。这种装置大大提高了电器装置的可靠性。
如图：图1-2和图1-3所示。
1.轮圈
2.轮辐
3.轮毂
图1-2转向盘简图
图1-3 操纵机构简图
转向操纵机构由方向盘、转向轴、转向管柱等组成，它的作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。
1.3转向传动机构
为牢固支承转向盘而设有转向柱。传递转向盘操作的转向轴从中穿过，由轴承和衬套支承。转向柱本体安装在车身上。转向机构应备有吸收汽车碰撞时产生的冲击能的装置。许多国家都规定轿车义务安装吸能式转向柱。吸能装置的方式很多，大都通过转向柱的支架变形来达到缓冲吸能的作用。
转向轴与转向器齿轮箱之间采用连轴节相连(即两个万向节)，之所以用连轴节，除了可以改变转向轴的方向，还有就是使得转向轴可以作纵向的伸缩运动，以配合转向柱的缓冲运动。
可倾斜式转向机构：正是由于有了连轴节，转向轴可以有不同的倾斜角度，使转向盘的位置可以上下倾斜，适应各种身高和体形的司机。通过操作位于转向柱下侧的手柄，使转向柱处于放松状态，将转向盘调至自己喜好的位置，再反向转动手柄，使转向柱固定在新的位置上。
现在的一些高级轿车上已经采用电动式转向盘倾斜调整机构。转向轴内装有专用电机，使转向轴改变倾斜角度。最新型的调整机构是全自动式由计算机控制的。司机在下车前将点火钥匙拔出，转向盘便自动升起，以便司机
顺利下车。但计算机会记住原来的转向盘位置，当点火钥匙再次插入时，转向盘会自动恢复原位。
可伸缩式转向机构：该机构可象望远镜那样伸缩调整转向盘的前后位置。转向轴也象望远镜一样有双重结构，内筒与外筒用花键啮合，使它们无法相对转动，而只能沿键槽方向做伸缩运动。
与倾斜调整机构相同，可操作手柄解除或固定伸缩动作，一部分车也采用电动式计算机控制的全自动伸缩式转向机构。
1.4转向器与转向器形式
转向器(也常称为转向机)是完成由旋转运动到直线运动(或近似直线运动)的一组齿轮机构，同时也是转向系中的减速传动装置。历史上曾出现过许多种形式的转向器，目前较常用的有齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、循环球曲柄指销式、蜗杆滚轮式等。其中第二、第四种分别是第一、第三种的变形形式，而蜗杆滚轮式则更少见。我们只介绍目前最常用，最有代表性的两种形：齿轮齿条式和循环球式。
齿轮齿条式：齿轮齿条方式的最大特点是刚性大，结构紧凑重量轻，且成本低。由于这种方式容易由车轮将反作用力传至转向盘，所以具有对路面状态反应灵敏的优点，但同时也容易产生打手和摆振等现象。齿轮与齿条直接啮合，将齿轮的旋转运动转化为齿条的直线运动，使转向拉杆横向拉动车轮产生偏转。齿轮并非单纯的平齿轮，而是特殊的螺旋形状，这是为了尽量减小齿轮与齿条之间的啮合间隙，使转向盘的微小转动能够传递到车轮，提高操作的灵敏性，也就是我们通常所说的减小方向盘的旷量。不过齿轮啮合过紧也并非好事，它使得转动转向盘时的操作力过大，人会感到吃力。
循环球式：这种转向装置是由齿轮机构将来自转向盘的旋转力进行减速，使转向盘的旋转运动变为涡轮蜗杆的旋转运动，滚珠螺杆和螺母夹着钢球啮合，因而滚珠螺杆的旋转运动变为直线运动，螺母再与扇形齿轮啮合，直线运动再次变为旋转运动，使连杆臂摇动，连杆臂再使连动拉杆和横拉杆做直线运动，改变车轮的方向。
1.5动力转向机构
动力转向机是利用外部动力协助司机轻便操作转向盘的装置。随着最近汽车发动机马力的增大和扁平轮胎的普遍使用，使车重和转向阻力都加大了，因此动力转向机构越来越普及。值得注意的是，转向助力不应是不变的，因为在高速行驶时，轮胎的横向阻力小，转向盘变得轻飘，很难捕捉路面的感觉，也容易造成转向过于灵敏而使汽车不易控制。所以在高速时要适当减低动力，但这种变化必须平顺过度。
(一)液压式动力转向装置
液压式动力转向装置重量轻，结构紧凑，利于改善转向操作感觉，但液体流量的增加会加重泵的负荷，需要保持怠速旋转的机构。
(二)电动式动力转向装置
电动式动力转向装置是最新形式的转向装置，由于它节能，故受到人们的重视。它是利用蓄电池转动电机产生推力。由于不直接使用发动机的动力，所以大大降低了发动机的功率损失(液压式最大损失5-10马力)，且不需要液压管路，便于安装。尤其有利于中置发动机后轮驱动的汽车。但目前电动式动力转向装置所得动力还比不上液压式，所以只限用于前轮轴轻的中置发动机后驱动的汽车上。
(三)电动液压式动力转向装置
即由电机驱动转向助力泵并由计算机控制的方式，它集液压式和电动式的优点于一体。因为是计算机控制，所以转向助力泵不必经常工作，节省了发动机的功率。这种方式结构紧凑，便于安装布置，但液压产生的动力不能太大，所以适用排量小的汽车。
1.6齿轮齿条式转向器的优点
(1)构造筒单,结构轻巧。由于齿轮箱小,齿条本身具有传动杆系的作用,因此,它不需耍循环球式转向器上所使用的拉杆
(2)因齿轮和齿条直接啮合,操纵灵敏性非常高。
(3)滑动和转动阻力小,转矩传递性能较好,因此,转向力非常轻。
(4)转向机构总成完全封闭,可免于维护。
2.机械型转向器原理
2.1齿轮齿条式转向器的分类
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
图2-1 两端式齿轮齿条转向器
齿轮齿条式转向器：齿轮齿条式转向器分两端输出式和中间（或单端）输出式两种。
（一）两端输出的齿轮齿条式转向器，作为传动副主动件的转向齿轮轴通过轴承和安装在转向器壳体中，其上端通过花键与万向节和转向轴连接。与转向齿轮啮合的转向齿条水平布置，两端通过球头座与转向横拉杆相连。弹簧通过压块将齿条压在齿轮上，保证无间隙啮合。弹簧的预紧力可用调整螺塞调整。当转动转向盘时，转向器齿轮转动，使与之啮合的齿条沿轴向移动，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。
两端输出的齿轮齿条式转向器如图2-1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*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。中间输出的齿轮齿条式转向器如图2-2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。
（二）中间输出的齿轮齿条式转向器，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与左右转向横拉杆相连。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。循环球式转向器循环球式转向器是目前国内外应用最广泛的结构型式之一，一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。
为了减少转向螺杆转向螺母之间的摩擦，二者的螺纹并不直接接触，其间装有多个钢球，以实现滚动摩擦。转向螺杆和螺母上都加工出断面轮廓为两段或三段不同心圆弧组成的近似半圆的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面的螺旋管状通道。螺母侧面有两对通孔，可将钢球从此孔塞入螺旋形通道内。转向螺母外有两根钢球导管，每根导管的两端分别插入螺母侧面的一对通孔中。导管内也装满了钢球。这样，两根导管和螺母内的螺旋管状通道组合成两条各自独立的封闭的钢球"流道"。转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，螺母即沿轴向移动。同时，在螺杆及螺母与钢球间的摩擦力偶作用下，所有钢球便在螺旋管状通道内滚动，形成"球流"。在转向器工作时，两列钢球只是在各自的封闭流道内循环，不会脱出。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。
1.万向节*
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
图2-2 中间式齿轮齿条转向器
2.2转向系主要性能参数
2.2.1转向器的效率
功率P
1
从转向轴输入，经转向摇臂轴输出所求得的效率称为正效率，用符号
η
+表示，η
+
=(P
1
—P
2
)／P
l
；反之称为逆效率，用符号η
-
表示，η
-
=(P
3
—P
2
)
／P
3。式中，P
2
为转向器中的摩擦功率；P
3
为作用在转向摇臂轴上的功率。为
了保证转向时驾驶员转动转向盘轻便，要求正效率高。为了保证汽车转向后转向轮和转向盘能自动返回到直线行驶位置，又需要有一定的逆效率。为了减轻在不平路面上行驶时驾驶员的疲劳，车轮与路面之间的作用力传至转向盘上要尽可能小，防止打手又要求此逆效率尽可能低[1]。
1．转向器正效率η
+
影响转向器正效率的因素有：转向器的类型、结构特点、结构参数和制造质量等。
(1)转向器类型、结构特点与效率在前述四种转向器中，齿轮齿条式、
循环球式转向器的正效率比较高，而蜗杆指销式特别是固定销和蜗杆滚轮式转向器的正效率要明显的低些。
同一类型转向器，因结构不同效率也不一样。如蜗杆滚轮式转向器的滚轮与支持轴之间的轴承可以选用滚针轴承、圆锥滚子轴承和球轴承等三种结构之一。第一种结构除滚轮与滚针之间有摩擦损失外，滚轮侧翼与垫片之间还存在滑动摩擦损失，故这种转向器的效率ly+仅有54％。另外两种结构的转向器效率，根据试验结果分别为70％和75％。
转向摇臂轴轴承的形式对效率也有影响，用滚针轴承比用滑动轴承可使正或逆效率提高约10％。
(2)转向器的结构参数与效率 如果忽略轴承和其它地方的摩擦损失，只考虑啮合副的摩擦损失，对于蜗杆和螺杆类转向器，其效率可用下式计算
)tan(tan 00ρααη+=
+ （2.1） 式中，αo 为蜗杆(或螺杆)的螺线导程角；ρ为摩擦角，ρ=arctanf ；f 为摩擦因数。
2．转向器逆效率η-
根据逆效率大小不同，转向器又有可逆式、极限可逆式和不可逆式之分。 路面作用在车轮上的力，经过转向系可大部分传递到转向盘，这种逆效率较高的转向器属于可逆式。它能保证转向后，转向轮和转向盘自动回正。这既减轻了驾驶员的疲劳，又提高了行驶安全性。但是，在不平路面上行驶时，车轮受到的冲击力，能大部分传至转向盘，造成驾驶员“打手”，使之精神状态紧张，如果长时间在不平路面上行驶，易使驾驶员疲劳，影响安全驾驶。属于可逆式的转向器有齿轮齿条式和循环球式转向器。
不可逆式转向器，是指车轮受到的冲击力不能传到转向盘的转向器。该冲击力由转向传动机构的零件承受，因而这些零件容易损坏。同时，它既不能保证车轮自动回正，驾驶员又缺乏路面感觉；因此，现代汽车不采用这种转向器。
极限可逆式转向器介于上述两者之间。在车轮受到冲击力作用时，此力只有较小一部分传至转向盘。它的逆效率较低，在不平路面上行驶时，驾驶员并不十分紧张，同时转向传动机构的零件所承受的冲击力也比不可逆式转
向器要小。
如果忽略轴承和其它地方的摩擦损失，只考虑啮合副的摩擦损失，则逆效率可用下式计算
0tan tan αραη）（-=- （2.2） 式(2.1)和式(2.2)表明：增加导程角αo,正、逆效率均增大。受η-增大的影响，αo 不宜取得过大。当导程角小于或等于摩擦角时，逆效率为负值或者为零，此时表明该转向器是不可逆式转向器。为此，导程角必须大于摩擦角。通常螺线导程角选在8°～10°之间。
2.2.2传动比的变化特性
1.转向系传动比
转向系的传动比包括转向系的角传动比wo i 和转向系的力传动比p i
从轮胎接地面中心作用在两个转向轮上的合力2Fw 与作用在转向盘上的手力F h 之比，称为力传动比，即 i p =2Fw ／F h 。
转向盘转动角速度 ωw 与同侧转向节偏转角速度 ωk 之比，称为转向系
角传动比wo i ，即；k
k k w wo d d dt d dt d i β?β?ωω===式中，d φ 为转向盘转角增量；d βk 为转向节转角增量；dt 为时间增量。它又由转向器角传动比iw 和转向传动机构角传动比iw ′ 所组成，即 iwo=iw iw ′ 。
转向盘角速度ωw 与摇臂轴转动角速度ωK 之比，称为转向器角传动比
iw ′, 即p
p p w w d d dt d dt d i β?β?ωω===。 式中,d βp 为摇臂轴转角增量。此定义适用于除齿轮齿条式之外的转向器。
摇臂轴转动角速度ωp 与同侧转向节偏转角速度ωk 之比，称为转向传动
机构的角传动比iw ′，即k
k k p k p w d d dt d dt d i ββββωω===’。 2．力传动比与转向系角传动比的关系
轮胎与地面之间的转向阻力Fw 和作用在转向节上的转向阻力矩 Mr 之
间有如下关系
a
M F r W = （2.3） 式中，α为主销偏移距，指从转向节主销轴线的延长线与支承平面的交点至车轮中心平面与支承平面交线间的距离。
作用在转向盘上的手力Fh 可用下式表示
SW
h h D M F 2= （2.4） 式中，Mh 为作用在转向盘上的力矩；Dsw 为转向盘直径。
将式(1.3)、式(1.4)代入 ip=2Fw ／Fh 后得到
a
M D M i h sw r P = （2.5） 分析式(2.5)可知，当主销偏移距a 小时，力传动比 ip 应取大些才能保证转向轻便。通常轿车的 a 值在0．4～0．6倍轮胎的胎面宽度尺寸范围内选取，而货车的d 值在40～60mm 范围内选取。转向盘直径 Dsw 根据车型不同在JB4505—86转向盘尺寸标准中规定的系列内选取。
如果忽略摩擦损失，根据能量守恒原理，2Mr ／Mh 可用下式表示
wo k
h r i d d M M ==β?2 （2.6） 将式(1.6)代人式(1.5)后得到
a
D i i sw wo P 2= （2.7） 当 α 和 Dsw 不变时，力传动比 ip 越大，虽然转向越轻，但 iwo 也越大，表明转向不灵敏。
根据相互啮合齿轮的基圆齿距必须相等， 即 P bl =P b2。其中齿轮基圆齿
距P bl =πm l cos α1，齿条基圆齿距 P b2=πm 2cos α2 。由上述两式可知：当齿轮
具有标准模数m 1和标准压力角α1与一个具有变模数m 2、变压力角α2的齿条相啮合，并始终保持 m 1coso αl =m 2coso α2时，它们就可以啮合运转。如果齿条
中部(相当汽车直线行驶位置)齿的压力角最大，向两端逐渐减小(模数也随之减小)，则主动齿轮啮合半径也减小，致使转向盘每转动某同一角度时，齿条行程也随之减小。因此，转向器的传动比是变化的。 循环球齿条齿
扇式转向器的角传动比 iw=2πr／P。因结构原因，螺距 P 不能变化，但可以用改变齿扇啮合半径 r 的方法，达到使循环球齿条齿扇式转向器实现变速比的目的。
随转向盘转角变化，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因素，主要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，在转向盘全转角范围内，驾驶员不存在转向沉重问题。装用动力转向的汽车，因转向阻力矩由动力装置克服，所以在上述两种情况下，均应取较小的转向器角传动比并能减少转向
盘转动的总圈数，以提高汽车的机动能力。
转向盘在中间位置的转向器角传动比不宜过小。过小则在汽车高速直线行驶时，对转向盘转角过分敏感和使反冲效应加大，使驾驶员精确控制转向轮的运动有困难。直行位置的转向器角传动比不宜低于15～16。
3.齿轮齿条的设计步骤
3.1齿轮齿条的设计
(1)材料的选择
转向系统直接关系着生命财产的安全，属于保安系统，安全系数要求较高。转向器扭距低，受到中等冲击，工作环境较恶劣，材料选择十分重要。齿轮通常选用国内常用、性能优良的20CrMnTi 合金钢，热处理采用表面渗碳淬火工艺，齿面硬度为HRc58～63。而齿条选用与20CrMnTi 具有较好匹配性的40Cr 作为啮合副，齿条热处理采用高频淬火工艺，表面硬度HRc50～56。
(2)精度等级的确定
借鉴“金杯”微型汽车系列所用的齿轮齿条转向器的经验，选用8级精度。
(3)螺旋角的选择
按照车型的布置，齿轮齿条都采用直齿，不存在螺旋角。
(4)输入扭距的确定
从车轮传到齿轮的反向输入扭距
11/(2)T N K i '= （3.1）
式中 N 1——前轴载荷；
K ——名义反力力臂，普通轿车、微型汽车按日本设计惯例取0.10m I ——转向机构的反向传动比，一般为12～18。
取汽车N 1=6478 N ，i 取为12，则T ′1=26.9Nm 。
从转向盘输入的操纵载荷传到齿轮的力矩：
1T Ras f '''=? （3.2） 式中 Ras —转向盘作用半径；
f ′ —作用在转向盘上的操纵载荷；对轿车该力不应超过150～200N ，对货车不应超过500N 。
取汽车的Ras=0.195m ，取f ′为200 N ，则 T 1′′=39Nm 。
由（3.1）和（3.2）上述两个公式计算，取T 1′、 T 1′′中较大的一者作
为输入扭距的值，则T 1 =39 Nm 。
(5)齿轮法面模数的确定
按文献中弯曲疲劳进行齿轮法面模数的计算：
第1章绪论 主动转向系统保留了传统转向系统中的机械构件，包括转向盘、转向柱、齿轮齿条转向机以及转向横拉杆等。其最大特点就是在转向盘和齿轮齿条转向机之间的转向柱上集成了一套双行星齿轮机构，用于向转向轮提供叠加转向角。主动转向系统通过一组双行星齿轮机构实现了独立于驾驶员的转向叠加功能，完美地解决了低速时转向灵活轻便与高速时保持方向稳定性的矛盾，并在此基础上通过转向干预来防止极限工况下车辆转向过多的趋势，进一步提高了车辆的稳定性。同时，该系统能方便地与其他动力学控制系统进行集成控制，为今后汽车底盘一体化控制奠定了良好的基础。 与常规转向系统的显著差别在于，主动转向系统不仅能够对转向力矩进行调节，而且还可以对转向角度进行调整，使其与当前的车速达到完美匹配。其中的总转角等于驾驶员转向盘转角和伺服电机转角之和。低速时，伺服电机驱动的行星架转动方向与转向盘转动相同，叠加后增加了实际的转向角度，可以减少转向力的需求。高速时，伺服电机驱动的行星架转动方向与转向盘转动相反，叠加后减少了实际的转向角度，转向过程会变得更为间接，提高了汽车的稳定性和安全性。 1.1转向系统综述 1、蜗杆曲柄销式转向器 它是以蜗杆为主动件，曲柄销为从动件的转向器。蜗杆具有梯形螺纹，手指状的锥形指销用轴承支承在曲柄上，曲柄与转向摇臂轴制成一体。转向时，通过转向盘转动蜗杆、嵌于蜗杆螺旋槽中的锥形指销一边自转，一边绕转向摇臂轴做圆弧运动，从而带动曲柄和转向垂臂摆动，再通过转向传动机构使转向轮偏转。这种转向器通常用于转向力较大的载货汽车上。 2、循环球式转向器 循环球式：这种转向装置是由齿轮机构将来自转向盘的旋转力进行减速，使转向盘的旋转运动变为涡轮蜗杆的旋转运动，滚珠螺杆和螺母夹着钢球啮合，因而滚珠螺杆的旋转运动变为直线运动，螺母再与扇形齿轮啮合，直线运动再次变为旋转运动，使连杆臂摇动，连杆臂再使连动拉杆和横拉杆做直线运动，改变车轮的方向。这是一种古典的机构，现代轿车已大多不再使用，但又被最新方式的助力转向装置所应用。它的原理相当于利用了螺母与螺栓在旋转过程中产生的相对移动，而在螺纹与螺纹之间夹入了钢球以减小阻力，所有钢球在一个首尾相连的封闭的螺旋曲线
制动系统匹配设计计算 根据AA车型整车开发计划，AA车型制动系统在参考BB轿车底盘制造平台的基础上进行逆向开发设计，管路重新设计。本计算是以选配C发动机为基础。 AA车型的行车制动系统采用液压制动系统。前、后制动器分别为前通风盘式制动器和实心盘式制动器，制动踏板为吊挂式踏板，带真空助力器，制动管路为双回路对角线(X型)布置，采用ABS。驻车制动系统为机械式手动后盘式制动，采用远距离棘轮拉索操纵机构。因AA车型与参考样车BB的整车参数接近，制动系统采用了BB样车制动系统，因此，计算的目的在于校核前/后制动力、最大制动距离、制动踏板力、驻车制动手柄力及驻坡极限倾角。 设计要符合GB 12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》；GB 13594-2003《机动车和挂车防抱制动性能和试验方法》和GB 7258-2004《机动车运行安全技术条件》的要求，其中的踏板力要求≤500N，驻车制动停驻角度为20％（12），驻车制动操纵手柄力≤400N。 制动系统设计的输入条件 整车基本参数见表1，零部件主要参数见表2。 表1 整车基本参数
表2 零部件主要参数制动系统设计计算 1.地面对前、后车轮的法向反作用力 地面对前、后车轮的法向反作用力如图1所示。 图1 制动工况受力简图由图1，对后轮接地点取力矩得:
式中：FZ1（N）：地面对前轮的法向反作用力；G（N）：汽车重力；b（m）：汽车质心至后轴中心线的水平距离；m（kg）：汽车质量；hg（m）：汽车质心高度；L（m）：轴距；（m/s2）：汽车减速度。 对前轮接地点取力矩，得： 式中：FZ2（N）：地面对后轮的法向反作用力；a（m）：汽车质心至前轴中心线的距离。 2.理想前后制动力分配 在附着系数为ψ的路面上，前、后车轮同步抱死的条件是：前、后轮制动器制动力之和等于汽车的地面附着力；并且前、后轮制动器制动力Fm1、Fm2分别等于各自的附着力，即：
机械原理课程设计说明书题目：汽车前轮转向机构学院：车辆工程学院 姓名： 班级： 学号： 指导老师：
目录 1、背景...................................................................................................... .1 2、题目：汽车前轮转向机构 (3) 2.1设计题目 (3) 2.1.1转向机构简介 (3) 2.1.2 转向梯形 (4) 2.1.3计算机构自由度 (5) 2.1.4机构设计 (6) 2.1.5 数据设计..............................................................。. (8) 2.2设计要求 (8) 3、设计内容 (9) 3.1 求转角 (9) 3.2 解析法设计机构 (9) 3.3 解析法检验 (11) 4. 设计结构分析 (12) 4.1 四种类型梯形结构的选择 (12) 5、转向梯形机构优化 (14) 5.1 计算机构自由度 (15) 5.2 运动分析 (15) 5.3机构设计方法 (16) 6、课程设计总结 (17)
1、背景 在汽车行业迅速发展的今天，汽车前轮定位参数的确定仍然是困扰汽车企业设计的难题，。汽车前轮定位参数是汽车的重要性能参数，前轮定位参数的设计是否合理，将直接影响到车辆的很多重要性能，从而影响到整车的优劣。例如注销后倾角和内倾角将直接影响到车辆的回正性、直线行驶稳定性和高速制动时方向稳定性、转向轻便性；前轮的外倾角和前束值的合理匹配将直接影响到前轮的策划和异常磨耗，同时也间接地影响车辆的动力性和燃油的经济性。后倾角和前束值设计的是否合理还将影响这届影响到前轮的摆振，导致车辆操纵稳定性变坏，增加了有关零件载荷，从而降低行驶安全性和可靠性，摆振严重时会影响到车辆的行驶平顺性和安全性。因此，如果前轮定位参数不合理，就会大大降低汽车使用性能，但由于前轮定位参数的确定必须考虑多种因素的影响，而且前轮定位各参数对汽车使用性能的影响不是完全独立的，这给前轮定位参数的确定增加了困难。 汽车的转向传递机构的主要作用就是使用汽车在转向时期内、外轮具有正确的转角关系，它对汽车轮胎的磨损、转向半径和转向力都有重要的影响。汽车在转向时，由于主销后倾角、主销内倾角的存在，导致转向系统的运动并不是在一个平面内，这增加了转向的难度。而一般货车和拖拉机的转向机构是使用整体式的专项梯形机构进行传递。传统的整体式转向机构分析采用近似的平面运动分析方法，而实际上转向梯形的运动并不是在一个平面内。这样就必然存在着误差。
1 Introduction The key task for the automobile industry and its suppliers in future lies in speedily developing and implementing ecologically sound and economically justifiable mobility systems. Light metals such as aluminum and magnesium along with glass and carbon fiber reinforced materials, ceramics and composites have opened up the potential for considerable weight reduction and for "green" vehicle concepts which can be realized economically. Aluminum in particular can provide the impetus for new designs for the next millennium. Decades ago, the use of aluminum in auto construction was seen as an "experiment"; Today it is a vital factor in reducing weight and thus lowering fuel consumption. The average passenger car today contains 60 to 70 kg of aluminum, and current developments point to a doubling of this amount in the next few years. Motor vehicles both now and in future must meet requirements for: greater performance, greater safety, comfort, low pollution. Lightweight construction is not just about reducing weight; it is a question of -striking the right balance between reduced weight and structural efficiency. In vehicle construction this normally means making the best use of the generally very tight space available for individual components so as to allow weight to be minimized while still meeting all stiffness, strength, natural frequency or acoustical requirements. To achieve this, stresses must be distributed throughout the structure as evenly as possible. Modern numerical analysis methods such as FEA allow a very detailed analysis of system behavior, provide cost-efficient support for the complex process of optimization and thus make a huge contribution to advances in lightweight construction. Packaging, safety considerations, reproducibility and price place restrictions on the degree of weight reduction achievable. The broad range of expertise available to Krupp Presta AG allows the company to analyze customer specifications for steering systems and provide appropriate solutions. 2 Requirements to be met by steering systems The steering is an important part of the feel of a car. The steering system should make driving an enjoyable experience with no unpleasant vibration from the road surface while guaranteeing the required hand- sing. It is also important that high safety requirements be met, both under normal conditions and in crash situations. The key criteria for the steering system are thus as follows:rolling friction, torsional stiffness /strength, Damping, temperature, corrosion, durability / fatigue, weight. Crash kinematics and energy absorption steering column requirements:natural frequency / stiffness, mass, damping, space, strength (crash, misuse), ergonomics, handling, acoustics, crash kinematics and energy absorption. Other basic conditions:interfaces with adjacent components, installation, joining techniques, price. 3 Materials material light weighting can be achieved by using either stronger or lighter material. When stiffness or natural frequency are Important sizing criteria, low density materials with a high modulus of elasticity by quired. Non-exotic materials must be selected which are readily recyclable, low in price and display good durability.Further requirements are set by the manufacturing and joining processes. Steel, aluminum, magnesium and a variety of plastics are the materials of choice for steering systems.
汽车发动机电子控制系统开发现状及趋势 丁志盛叶挺宁 摘要：介绍了汽车发动机电子控制系统相关技术背景、开发现状及发展趋势。 关键词：EECS,ECU汽车发动机电喷 一、汽车发动机电子控制系统概述 汽车发动机电子控制系统(Engine Electronic Control System，简称EECS)通过电子控制手段对发动机点火、喷油、空气与燃油的比率、排放废气等进行优化控制，使发动机工作在最佳工况，达到提高性能、安全、节能、降低废气排放的目的。汽车发动机电子控制系统主要包括： - 燃油喷射控制； - 点火系统控制； - 怠速控制； - 尾气排放控制； - 进气控制； - 增压控制； - 失效保护； - 后备系统； - 诊断系统等功能。 另外，随着网络、集成控制技术的广泛应用，作为汽车控制主要单元的EMS系统通过 CAN(Controllers Area Network)总线与其他控制系统，例如：安全系统(如ABS、牵引力电子稳定装置ESP (Electronic Stability Program))、底盘系统（如主动悬挂ABC(Active Body Control)）、巡航控制系统（Speed Control System或Cruse Control System）以及空调、防盗、音响等系统实现网络互联，实现信息共享并实施集成优化统一控制。在不久的将来，车载通讯平台将利用现有无线通讯网络为汽车驾驶提供更广泛的咨询、娱乐等增值服务（如GPS全球定位系统的应用）。 汽车发动机电子控制系统的开发主要涉及以下技术容： - 传感器 主要包括空气流量传感器、空气温度传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器、转速传感
多轴专用汽车转向传动机构的设计 1 前言 大型专用汽车的转向轴多在二轴以上，有的甚至多达五轴，其转向性能 的好坏直接影响车辆行驶的灵活性、操纵稳定性、经济性和轮胎的使用寿命，而且车轴越多，转向对车辆行驶影响越大。作为转向系统的转向梯形机构，文献运用参数方程对转向梯形机构进行了建模和分析、研究，但对转向传动机构分析和计算的几何法就十分不便，特别是结构复杂的独立悬架的传动机构计算更为不便。本文运用参数方程法，对转向传动机构的各点用坐标参数来表示，建立参数方程求解、分析，提出了一种可运用于多轴转向的传动机构优化设计的计算方法，达到各轴转向协调的目的，提高车辆行驶的灵活性、操纵稳定性和经济性。 2 转向时各转向桥的理想转角关系 图1为某前双桥转向底盘转向时各转向轴内外转向轮的理想转角关系，由于不研究转向梯形机构，只讨论转向传递关系，所以只分析内侧的车轮的转角关系。 3 一桥传动机构传动模型 多轴转向汽车一般通过连杆机构来保证同一侧车轮在转向时绕同一瞬心作圆周运动。下面以常用的连杆机构中第一轴摇臂的摆角与车轮转向臂转角的对应为例，说明连杆机构的运动关系（如图2）。
图2中：A1为车轮转向节臂初始位置；Al′为车轮转动角a1转向节臂位置；B1为一桥传动摇臂初始位置；B1′为车轮转动a1′角一桥传动摇臂位置。 4 一桥梯形机构传动模型 根据文献的梯形机构的建模方式，将梯形机构简化为平面机构，则一桥梯形机构得一桥外轮转角a1′与一桥内轮转角a1之间关系（如图3）。
图3中：A1为内轮转向节臂初始位置；A1′为内轮转动a1角转向节臂位置；El为外轮转向节臂初始位置；E1′为外轮转动a1′角一桥传动摇臂位置。 一桥至二桥之间的传动模型
汽车电动助力转向机构的设计 引言 在汽车的发展历程中，转向系统经历了四个发展阶段：从最初的机械式转向系统（Manual Steering，简称MS）发展为液压助力转向系统（Hydraulic Power Steering，简称HPS），然后又出现了电控液压助力转向系统（Electro Hydraulic Power Steering，简称EHPS）和电动助力转向系统（Electric Power Steering，简称EPS）。 装配机械式转向系统的汽车，在泊车和低速行驶时驾驶员操纵负担过于沉重，为了解决这个问题，美国GM公司在20世纪50年代率先在轿车上采用了液压助力转向系统[1]。但是，液压助力转向系统无法兼顾车辆低速时的转向轻便性和高速时的转向稳定性，因此在1983年日本koyo公司推出了具备车速感应功能的电控液压助力转向系统。这种新型的转向系统可以随着车速的升高提供逐渐减小的转向助力，但是结构复杂、造价较高，而且无法克服液压系统自身所具有的许多缺点，是一种介于液压助力转向和电动助力转向之间的过渡产品。到了1988年，日本Suzuki公司首先在小型轿车Cervo上配备了Koyo公司研发的转向柱助力式电动助力转向系统；1990年，日本Honda公司也在运动型轿车NSX上采用了自主研发的齿条助力式电动助力转向系统，从此揭开了电动助力转向在汽车上应用的历史。
第1章概述 1.1电动助力转向的优点 与传统的转向系统相比，电动助力转向系统最大的特点就是极高的可控制性，即通过适当的控制逻辑，调整电机的助力特性，以达到改善操纵稳定性和驾驶舒适性的目的。作为今后汽车转向系统的发展方向，必将取代现有的机械转向系统、液压助力转向系统和电控制液压助力转向系统[2]。 相比传统液压动力转向系统，电动助力转向系统具有以下优点： （1）只在转向时电机才提供助力，可以显著降低燃油消耗 传统的液压助力转向系统有发动机带动转向油泵，不管转向或者不转向都要消耗发动机部分动力。而电动助力转向系统只是在转向时才由电机提供助力，不转向时不消耗能量。因此，电动助力转向系统可以降低车辆的燃油消耗。 与液压助力转向系统对比试验表明：在不转向时，电动助力转向可以降低燃油消耗2.5%；在转向时，可以降低5.5%。 （2）转向助力大小可以通过软件调整，能够兼顾低速时的转向轻便性和高速时的操纵稳定性，回正性能好。传统的液压助力转向系统所提供的转向助力大小不能随车速的提高而改变。这样就使得车辆虽然在低速时具有良好的转向轻便性，但是在高速行驶时转向盘太轻，产生转向“发飘”的现象，驾驶员缺少显著的“路感”，降低了高速行驶时的车辆稳定性和驾驶员的安全感。 电动助力转向系统提供的助力大小可以通过软件方便的调整。在低速时，电动助力转向系统可以提供较大的转向助力，提供车辆的转向轻便性；随着车速的提高，电动助力转向系统提供的转向助力可以逐渐减小，转向时驾驶员所需提供的转向力将逐渐增大，这样驾驶员就感受到明显的“路感”，提高了车辆稳定性。
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。
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)
毕业设计（论文）开题报告
1 选题的背景和意义 1.1 选题的背景 在全球面临着能源和环境双重危机的严峻挑战下世界各国汽车企业都在寻求新的解决方案一一如开发新能源技术，发展新能源汽车等等然而. 新能源汽车在研发过程中已出现!群雄争霸的局面在能源领域. 有压缩天然气，液化石油气，煤炼乙醇，植物乙醇，生物乙醇，，生物柴油，甲醇，二甲醚，合成油等等新能源动力汽车在转换能源方面有燃料电池汽车氢燃料汽车纯电动汽车轮毅电机车等等。选择哪种新能源技术作为未来汽车产业发展的主要方向是摆在中国汽车行业面前的重要课题。据有关专家分析进入新世纪以来，以汽车动力电气化为主要特征的新能源电动汽车技术突飞猛进。其中油电混合动力技术逐步进入产业化锂动力电池技术取得重大突破。新能源电动汽车技术的变革为我国车用能源转型和汽车产业化振兴提供了历史机遇[1]。 作为 21 世纪最清洁的能源———电能，既是无污染又是可再生资源，因此电动汽车应运而生，随着人民生活水平和环保觉悟的提高电动汽车越来越受到广泛关注[2]。传统车辆的转向、驱动和制动都通过机械部件连接来操纵，而在电动汽车中，这些系统操纵机构中的机械部件（包括液压件）有被更紧凑、反应更敏捷的电子控制元件系统所取代的趋势。加上四轮能实现± 90°偏转的四轮转向技术，车辆可实现任意角度的平移，绕任意指定转向点转向以及进行原地旋转。线控和四轮转向的有机结合，是当今汽车新技术领域的一大亮点，其突出特点就是操纵灵活和行驶稳定[3]。轮毂电机驱动电动车以其节能环保高效的特点顺应了当今时代的潮流，全方位移动车辆是解决日益突出的城市停车难问题的重要技术途径，因此，全方位移动的线控转向轮毂电机驱动电动车是未来先进车辆发展的主流方向之一。全方位移动车辆可实现常规行驶、沿任意方向的平移、绕任意设定点、零半径原地转向等转向功能[4]。 1.2 国内外研究现状及发展趋势 电动汽车的出现得益于19世纪末电池技术和电机技术的发展较内燃机成熟，而此时石油的运用还没有普及，电动车辆最早出现在英国，1834年Thomas Davenport 在布兰顿演示了采用不可充电的玻璃封装蓄电池的蓄电池车，此车的出现比世界上第一部内燃机型的汽车(1885年)早了半个世纪。1873年英国人Robert Davidson制造的一辆三轮车，它由一块铁锌电池向电机提供电力，这被认为是电动汽车的诞生，这也比第一部内燃机型的汽车早出现了13年。到了1881年，法国人Gustave Trouve 使用铅酸电池制造了第一辆能反复充电的电动汽车。此后三四十年间，电动汽车在当时的汽车发展中占据着重要位置，据统计，到1890年在全世界4200辆汽车中，有
汽车发动机电子控制系统 电控汽油喷射式发动机电子控制系统主要由传感器、电子控制装置ECU和执行机构三部分组成。 一.传感器 （1）传感器现状 早在20 世纪60 年代，汽车发动机上仅有机油压力传感器、水温传感器、油量传感器等，它们仅与仪表和指示灯相连。进入70 年代，为了解决发动机的节油和排气净化两大技术难题，又增加了一些传感器来帮助控制汽车发动机，以达到节油和减少废气污染；80 代以后，随着电子技术的迅猛发展，电子控制发动机系统也不断发展完善，逐步形成了当今性能卓越的电子集中控制系统，传感器在汽车发动机上得到了广泛应用。随着电子技术的发展，汽车电子化程度不断提高，通常的机械系统已经难以解决某些与汽车功能要求有关的问题，而被电子控制系统代替。传感器的作用就是根据规定的被测量的大小，定量提供有用的电输出信号的部件，亦即传感器把光、时间、电、温度、压力及气体等的物理、化学童转换成信号的变换器。传感器作为汽车电控系统的关键部件，它直接影响汽车技术性能的发挥。目前，普通汽车上大约装有10 ～20只传感器，高级豪华轿车则更多，这些传感器主要分布在发动机控制系统、底盘控制系统和车身控制系统中。汽车的传感器与市场上常见的通用的传感器不同，它是按照汽车电子系统的特殊要求而设计的。汽车上各种新的电气和电子系统需要更多的新型传感器，这就需要加大新型传感器的研发力度，满足市场需求。除了不断提出新的传感器任务外，现有各种传感器在使用一段时间后，将会被新的、更便宜的、性能更好的、用更新工艺制造的传感器所代替。如今，在汽车市场的激烈竞争中，关键部件的性能甚至可以影响整机的质量，因此，对汽车关键部件的研发应当加以重视，以提高整体效能。在汽车传感器的研发过程中，必须满足新的要求，符合新的发展趋势。 （2）传感器的应用 氧传感器有多种形式，接线有1 根、2 根或者3 根、4 根。后两种是装有加热元件的加热式氧传感器。使用时需要按照规定里程或时间间隔定期检测或更换。新型的能保证行驶8 ～11 万千米。检测时有的要求用扫描仪器来测量氧传感器的输出，有的可用数字电压表检测输出电压信号随混合气浓度变化的情况，以及ecu 对电压信号的反应。 底盘控制用传感器是指分布在变速器控制系统、悬架控制系统、动力转向系统、防抱制动系统中的传感器，在不同系统中作用不同，但工作原理与发动机中传感器是相同的，主要有：变速器控制传感器、悬架系统控制传感器、动力转向系统传感器、防抱制动传感器。 车身控制用传感器主要目的是提高汽车安全性、可靠性、舒适性等，主要有应用于自动空调系统中的多种温度传感器、风量传感器、日照传感器等；安全气囊系统中加速度传感器；
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。
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)
基于MAT LAB 的汽车制动系统 3 设计与分析软件开发 孙益民(上汽汽车工程研究院 【摘要】根据整车制动系统开发需要, 利用MAT LAB 平台开发了汽车制动系统的设计和性能仿真软件。 该软件用户界面和模块化设计方法可有效缩短开发时间, 提高设计效率。并以上汽赛宝车为例, 对该软件的可行性进行了验证。 【主题词】制动系汽车设计 统分成两个小闭环系统, 使设计人员更加容易把 1引言 制动性能是衡量汽车主动安全性的主要指标。如何在较短的开发周期内设计性能良好的制动系统一直是各汽车公司争相解决的课题。 本文拟根据公司产品开发工作需要, 利用现有MA T LAB 软件平台, 建立一套面向设计工程师, 易于调试的制动开发系统, 实现良好的人机互动, 以提高设计效率、缩短产品开发周期。 握各参数对整体性能的影响, 使调试更具针对性。 其具体实施过程如图1所示。 3软件开发
与图1所示的制动系统方案设计流程对应, 软件开发也按照整车参数输入、预演及主要参数确定, 其他参数确定和生成方案报告4个步骤实现。3. 1车辆参数输入 根据整车产品的定位、配置及总布置方案得出空载和满载两种条件下的整车质量、前后轴荷分配、质心高度, 轮胎规格及额定最高车速。以便获取理想的前后轴制动力分配及应急制动所需面临的极限工况。 3. 2预演及主要参数确定 在获取车辆参数后, 设计人员需根据整车参数进行制动系的设计, 软件利用MAT LAB 的G U I 工具箱建立如图2所示调试界面。左侧为各主要参数, 右侧为4组制动效能仿真曲线, 从曲线可以查看给定主要参数下的制动力分配、同步附着系数、管路压力分配、路面附着系数利用率随路况的变化曲线, 及利用附着系数与国标和法规的符合现制动器选型、性能尺寸调节, 查看液压比例阀、感载比例阀、射线阀等多种调压工况的制动效能, 并通过观察了 2汽车制动系统方案设计流程的优化 从整车开发角度, 制动系统的开发流程主要包括系统方案设计、产品开发和试验验证三大环节。制动系统的方案设计主要包含结构选型、参数选择、性能仿真与评估, 方案确定4个环节。以前, 制动系统设计软件都是在完成整个流程后, 根据仿真结果对初始设计参数修正。因此, 设计人员往往要反复多次方可获得良好的设计效果, 而且, 在调试过程中, 一些参数在特定情况下的相互影响不易在调试中发现, 调试的尺度很难把握。 本文将整车设计流程划分为两个阶段:主要参数的预演和确定、其他参数的预演和参数确定。即根据模块化设计思想, 将原来一个闭环设计系 收稿日期:2004-12-27 3本文为上海市汽车工程学会2004年(第11届学术年会优秀论文。
第1章绪论 1.1制动系统设计的意义 汽车是现代交通工具中用得最多，最普遍，也是最方便的交通运输工具。汽车制动系是汽车底盘上的一个重要系统，它是制约汽车运动的装置。而制动器又是制动系中直接作用制约汽车运动的一个关键装置，是汽车上最重要的安全件。汽车的制动性能直接影响汽车的行驶安全性。随着公路业的迅速发展和车流密度的日益增大，人们对安全性、可靠性要求越来越高，为保证人身和车辆的安全，必须为汽车配备十分可靠的制动系统。 通过查阅相关的资料，运用专业基础理论和专业知识，确定汽车制动器的设计方案，进行部件的设计计算和结构设计。使其达到以下要求：具有足够的制动效能以保证汽车的安全性；同时在材料的选择上尽量采用对人体无害的材料。 1.2制动系统研究现状 车辆在行驶过程中要频繁进行制动操作，由于制动性能的好坏直接关系到交通和人身安全，因此制动性能是车辆非常重要的性能之一，改善汽车的制动性能始终是汽车设计制造和使用部门的重要任务。当车辆制动时，由于车辆受到与行驶方向相反的外力，所以才导致汽车的速度逐渐减小至零，对这一过程中车辆受力情况的分析有助于制动系统的分析和设计，因此制动过程受力情况分析是车辆试验和设计的基础，由于这一过程较为复杂，因此一般在实际中只能建立简化模型分析，通常人们主要从三个方面来对制动过程进行分析和评价： （1）制动效能:即制动距离与制动减速度； 1
（2）制动效能的恒定性：即抗热衰退性； （3）制动时汽车的方向稳定性； 目前，对于整车制动系统的研究主要通过路试或台架进行，由于在汽车道路试验中车轮扭矩不易测量，因此，多数有关传动系!制动系的试验均通过间接测量来进行汽车在道路上行驶，其车轮与地面的作用力是汽车运动变化的根据，在汽车道路试验中，如果能够方便地测量出车轮上扭矩的变化，则可为汽车整车制动系统性能研究提供更全面的试验数据和性能评价。 1.3制动系统设计内容 （1）研究、确定制动系统的构成 （2）汽车必需制动力及其前后分配的确定 前提条件一经确定，与前项的系统的研究、确定的同时，研究汽车必需的制动力并把它们适当地分配到前后轴上，确定每个车轮制动器必需的制动力。 （3）确定制动器制动力、摩擦片寿命及构造、参数 制动器必需制动力求出后，考虑摩擦片寿命和由轮胎尺寸等所限制的空间，选定制动器的型式、构造和参数，绘制布置图，进行制动力制动力矩计算、摩擦磨损计算。 （4）制动器零件设计 零件设计、材料、强度、耐久性及装配性等的研究确定，进行工作图设计。 1.4制动系统设计要求 制定出制动系统的结构方案，确定计算制动系统的主要设计参数制动器主要参数设计和液压驱动系统的参数计算。利用计算机辅助设计绘制装配图 2
上海工程技术大学 毕业设计（论文） 开题报告 题目SY1046载货汽车制动系统设计 汽车工程学院（系）车辆工程专业班 学生姓名 学号 指导教师 开题日期：2016 年3 月14 日
开题报告 一、毕业设计题目的来源、理论、实际意义和发展趋势 1、题目：SY1046载货汽车制动系统设计 2、题目来源：生产实践 3、意义： 从汽车诞生时起，车辆制动系统在车辆的安全方面就扮演着至关重要的角色。近年来，随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，这种重要性表现得越来越明显。汽车制动系统种类很多，形式多样。传统的制动系统结构型式主要有机械式、气动式、液压式、气-液混合式。它们的工作原理基本都一样，都是利用制动装置，用工作时产生的摩擦热来逐渐消耗车辆所具有的动能，以达到车辆制动减速，或直至停车的目的。伴随着节能和清洁能源汽车的研究开发，汽车动力系统发生了很大的改变，出现了很多新的结构型式和功能形式。新型动力系统的出现也要求制动系统结构形式和功能形式发生相应的改变，例如电动汽车没有内燃机，无法为真空助力器提供真空源，一种解决方案是利用电动真空泵为真空助力器提供真空。[1]制动系统在汽车中是非常重要的，当一辆车在高速上行驶的时候，制动系统突然出现问题导致汽车无法制动，这个是非常危险的，国内很多报道都报道过，某某车辆由于制动系统失灵出现了严重的事故，制动系统作用是：使行驶中的汽车按照驾驶员的要求进行强制减速甚至停车；使已停驶的汽车在各种道路条件下(包括在坡道上)稳定驻车；使下坡行驶的汽车速度保持稳定。对汽车起制动作用的只能是作用在汽车上且方向与汽车行驶方向相反的外力，而这些外力的大小都是随机的、不可控制的，因此汽车上必须装设一系列专门装置以实现上述功能。 2013年7月14日至2014年3月1日期间生产的2013款翼虎汽车，共计191368辆。被福特召回，原因是由于制动真空助力器密封圈缺少润滑油脂，导致密封圈过早磨损，极端情况下密封圈会与隔板分离，导致制动踏板变硬，车主会感觉到真空助力不足从而需要更用力地踩刹车，存在安全隐患。长安福特汽车有限公司将为召回范围内的车辆免费检查并更换有潜在风险的制动真空助力器，以消除安全隐患。 可想而知，汽车拥有传动系统、制动系统、行走系统、转向系统，而可以看出，制动系统是汽车四大系统之一。 本课题研究的是SY1046载货汽车制动系统的设计，这个制动系统对整车来言是重要部件之一，设计的要求双管路前、后鼓式制动系统，进行动力分配，同时进行相关关键部件的校核运算。本设计能充分体现大学期间的知识掌握程度和创新思想，具有重要意义。 4、国内外研究现状与趋势 (1)国外研究现状与趋势：已经普遍应用的液压制动现在已经是非常成熟的技术,随着人们对制动性能要求的提高,防抱死制动系统、驱动防滑控制系统、电子稳定性控制程序、主动避撞技术等功能逐渐融人到制动系统当中,需要在制动系统上添加很多附加装置来实现这些功能,这就使得制动系统结构复杂化,增加了液压回路泄漏的可能以及装配、维修的难度,制动系统要求结