摘要
汽车转向器是汽车的重要组成部分，也是决定汽车主动安全性的关键总成，它的质量严重影响汽车的操纵稳定性。随着汽车工业的发展，汽车转向器也在不断的得到改进，虽然电子转向器已开始应用，但机械式转向器仍然广泛地被世界各国汽车及汽车零部件生产厂商所采用。本文选择齿轮齿条式转向器作为研究课题，其主要内容有：汽车转向器的组成分类；转向器性能方案分析及其数据确定和转向器的设计过程。这种转向器的优点是，操纵轻便，成本低，转向灵敏度高，结构简单。缺点是一旦转向器发生泄漏会对环境造成一定的污染，对使用环境有一定的要求。但随着动力转向的应用，现在电控动力转向器（EPS）正在被广泛的应用。
关键词：转向器齿轮齿条操纵稳定性设计计算
目录
1绪论 (1)
1.1汽车转向系统的概述 (1)
1.1.1汽车转向系统的组成 (1)
1.1.2汽车转向系统的分类 (1)
1.1.3汽车对转向装置的基本要求 (3)
1.2齿轮齿条转向器的介绍 (3)
1.3汽车转向系统的发展趋势 (3)
2液压助力转向器及其主要部件工作分析 (4)
2.1液压助力转向器总体性能分析 (4)
2.2转向控制阀工作分析 (4)
2.3转向油泵工作工作分析 (5)
3设计方案的说明 (5)
3.1转向器设计输入信息 (5)
3.2传动比的计算 (5)
3.2.1方向盘的选择 (5)
3.2.2转向阻力矩的计算 (6)
3.2.3角传动比的计算 (6)
4齿轮的计算 (7)
4.1齿轮轴参数的选取 (7)
4.2齿轮轴结构设计 (7)
4.3齿轮齿条参数表 (7)
5主要零件的理论计算 (8)
5.1齿轮齿轮精度等级、材料及参数的选择 (8)
5.2齿轮轴齿轮接触疲劳强度计算 (8)
5.3齿轮轴齿轮弯曲疲劳强度计算 (9)
5.4齿轮轴设计计算 (10)
6其它零件的选择及润滑方式 (12)
结论 (13)
参考文献 (14)
Abstract (15)
致谢 (16)
液
压 助 力 转 向 器 的 设 计 作者：老衲 指导老师：陈老师
（安徽XX 大学 08车辆工程 合肥 230036）
1绪 论
改革开放以来，我国汽车行业迅猛发展，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。
1.1转向系统的概述
1.1.1汽车转向系统的组成
一般的转向装置包括下述部件：转向盘、转向管柱、转向传动轴总成、转向器总成、转向拉杆总成。
1.1.2汽车转向系统的分类 1）机械式转向系
机械式转向器的能量来源是人力，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。这种转向器有两对传动副组成，一对是螺杆、螺母，另一对是齿条、齿扇或曲柄销。在螺
杆和螺母之间装有可循环滚动的钢球，使滑动摩擦变为滚动摩擦，从而提高了传动效率。这种转向器的优点是，操纵轻便，磨损小，寿命长。缺点是结构复杂，成本高，转向灵敏度不如齿轮齿条式。因此逐渐被齿轮齿条式取代。但随着动力转向的应用，循环球式转向器近年来又得到广泛使用。
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、转向万向节、和转向传动轴输入转向器。经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向摇臂，再通过转向直拉杆传给固定于左转向节上的转向节臂，使左转向节和它所支撑的左转向轮偏转。
从转向盘到转向传动轴这一系列零件和部件，均属于转向操纵机构。有转向摇臂至转向梯形这一系列零件和部件（不含转向节），均属于转向传动机构。
目前较常用的机械式转向器有齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、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。方向盘转动使方向机蜗杆转动、涡杆与蜗轮咬合（也有循环球咬合的）涡轮轴带动方向机摇臂前后摆动，方向机摇臂通过球头销与竖拉杆相连、竖拉杆另一端与左前轮轴头摇臂相连，轴头摇臂通过立销（主销）与前桥相连，摇臂前后摆动就可使车轮轴头（沿主销）左右转向了，左前轮通过横拉杆与右车轮相连，这样转动方向盘就可以让左右前轮同时转向了[2] 汽车行驶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)的偏转动作。
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。
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。
2)动力转向器
动力转向器是兼用驾驶员体力和发动机动力为转向能源的转向系。在正常情况下，汽车转向所需的能量，只有一小部分由驾驶员提供，而大部分是由发动机通过转向加力装置提供的。但在转向加力装置失效时，一般还应当能由驾驶员独立承担汽车转向任务。因此，动力转向器是在机械转向器的基础上加设一套转向加力装置而形成的。
动力转向器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。转向助力装置有以下几种：
(1)液压式动力转向装置(2)电动式动力转向装置(3)电动液压式动力转向装置
1.1.3汽车对转向装置的基本要求
1:转向轮的转角和偏转速度应分别与转向盘的转角和转速保持一定的比例关系，即具有随动作用；
2:操纵转向盘时，转向系统产生的助力作用要迅速、灵敏，与作用在转向盘上的手力相协调；
3:驾驶员操纵转向盘时右良好的“路感”，即能及时将路面对转向阻力的影响反馈到转向盘上，使作用在转向盘上的手力随转向阻力的增大而增大；
4:转向后应能自动回正，并应使汽车具有直线行驶稳定性；
5:工作可靠，一旦助力转向系统失灵，驾驶员仍能操纵转向盘使汽车转向。
1.2齿轮齿条转向器的介绍
1：价格便宜：结构简单，零件数量少；
2：重量轻，有利于改善汽车的燃料经济性；
3：结构紧凑，特别适用于前轮驱动车型；
4：路感、操纵性和响应性好；
1.3汽车转向系统的发展趋势
随着社会汽车化的发展，驾驶员不仅仅需要操纵省力，近年来从汽车的安全性能、燃油经济性方面对转向系统提出更高的要求，这些要求促进了电控液压转向器（EHPS）和电动助力转向（EPS）技术的发展。
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。
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。由于动力转向系统还是新的结构，各国的生产厂家都正在组织力量，大力开展试验研究工作，提高使用性能、减小总成体积、降低生产成本、保证产品质量稳定，以便逐步推广和普及。
随着科学技术的发展，国际经济形势的变化对汽车乃至汽车转向器的生产都有很大影响。特别是西方国家实行石油禁运以来，世界经济形势受冲击很大。随着能源危机的发展，汽车工业首当其冲，其发展方向有很大变化。从汽车设计、制造到各总成部件的生产都随着能源危机的发生而变化，表现在能源消耗、材料消耗、操纵轻便等各个方面。我国加入WTO，给汽车工业带来新的机遇，也带来挑战，国产汽车及零部件将会得到进一步发展。
2液压助力转向器主要部件工作原理分析
2.1液压助力转向器总体性能分析
转向器是汽车上的重要部件之一，转向系统的好坏关系着驾驶者与乘客的生命安全，因此对转向系统的性能有一定的要求。
转向系统的滞后度要求，在转向系统正常工作时，应满足滞后量小于1，如果滞后量大于1，车辆在转向时就会发生方向盘打过以后，转向轮相对于方向盘的旋转产生一定的滞后量，从而让驾驶员对汽车的转向产生错误的判断，造成安全事故。
转向系统的转向力对称度要求，转向系统在正常工作时应满足转向力对称度大于等于90%，驾驶员在驾驶时从视线以及方向盘手感获得对与汽车行驶环境的信息，然后通过作用在方向盘上的手力对汽车进行操控，当左右转向力对称度过低时，驾驶员在操作时可能产生输入手力不够或过大的负面效果，从而导致危险发生。
2.2转向控制阀工作分析
图2-1转向控制阀原理图
不转向时：阀芯的槽脊与阀套的槽正对，而前者比后者略窄，存在预开隙；此时，转向动力缸的左、右腔室相通，且与油泵的出油、回油口相通；左、右腔油压相等，不产生助力。
右转向时：扭杆在外力作用下产生扭转变形，而阀芯和阀套分别与扭杆的两端固连，因此阀芯相对阀套转动，阀芯的槽脊与阀套上槽的两侧间隙不对称，使油泵泵出的油液大部分进入动力缸右腔、小部分进入左腔，两侧的压差推动活塞(与齿条轴固连)右移，从而产生助力作用。
左转向时：分析同上。
随动原理：转向盘上作用力大→间隙不对称度大→压差大→助力大；作用力恒定→间隙恒定→压差恒定→助力恒定。
2.3转向油泵工作分析
转向泵的输出压力由负载决定，当负载增加时，泵的压力升高；当负载减小时，泵的压力降低。如果负载无限制地增加，泵的压力也随之无限制的升高，直至密封或零件强度或管路被破坏。因此，在液压系统中必须设置安全阀，起过载保护作用。
3设计方案的说明
3.1机械转向器设计输入信息
表3-1
转向器设计输入
序号项目信息
1 车型/名称/类型微车
2 左右置左舵
3 前轴满负荷（Kg) 780
4 需要转向器最大输出力(N) 5600
5 发动机排量(L) 1.4
6 转向节臂长度(mm) 120
7 使用环境温度范围(℃)-40～120
8 固定点之间的距离(mm) 328
9 拉杆长度(mm) 279
10 安装方式(mm) 转向前置
11 安装结构支架安装
12 内球心距(mm) 646.6
13 外球心距(mm) 1204.6
14 转向器中心距(mm) 15
15 安装角(°)0
16 轴夹角(°)15
17 行程(mm) 138
18 圈数 4.15
3.2传动比的计算
3.2.1方向盘的选择
转向盘的直径
D有一系列尺寸。选用大的直径尺寸时，会使驾驶员进出驾驶室感
sw
到困难。若选用小的直径尺寸，转向时，驾驶员要施加较大的力量，从而使汽车难于
D＝400mm则
操纵，据原始数据，参见手册取
sw
由作用方向盘上的力矩 m N M h ?=25
得作用在方向盘上的力N R M
F sw
h h 125200105.24
=?==
3.2.2转向阻力矩的计算
P
G f
M r 3
13
=
（公式3-1） 式中： f ---滑动摩擦系数，一般取０.７ Ｐ---轮胎气压 1G ---前轴载荷
mm
N M r ?==36.3731092
.03
7.08
.79963
3.2.3角传动比的计算
55002471
sin =
=
R L α 式中： L----汽车轴距，2471mm
R----汽车最小转弯半径，5500mm
得 ?=7.26α
ββ-??=
cos tan R L
式中： L-----汽车轴距，2471mm
R-----汽车最小转弯半径，5500mm B-----前轮轮距，1429mm
将数据代入，得：?=34.35β 角传动比k
w
ωω=
w i 式中： ωw -----转向盘转角（速度），3.5?36
ω
k
-----转向轮转角（速度），=+04.62βα
将数据代入得：3.20=w i
4相关设计参数的选取及确定
4.1齿轮轴参数选取
齿轮模数值取值为m=0.2，主动齿轮齿数为z=7，压力角取α=20°，齿轮螺旋角为β=24?，齿条齿数应根据转向轮达到的值来确定。齿轮的转速为n=10r/min ，齿轮传动力矩２５Ｎm ?，转向器每天工作８小时，使用期限不低于５年．
主动小齿轮选用20MnCr5材料制造并经渗碳淬火，而齿条常采用45号钢或41Cr4制造并经高频淬火，表面硬度均应在56HRC 以上。为减轻质量，壳体用铝合金压铸。
4.2
齿轮轴结构设计
图4-1齿轮轴
4.3齿轮齿条参数表
表4-1齿轮齿条参数表
名称
齿 轮
齿条 备注 模数m n 2.0 2.0 齿数Z 7
26
分度圆直径d 1 32.15cos 1==
=ρ
βZ
m Z m d n t
分度圆压力角αn 20°
20°
螺旋角β ρβ=24°(右旋)
γβ=9°（左旋）
左右手法则
齿顶高系数 1*1=ha
1*2=ha
变位系数x n 0.56
齿顶高ha 12.3)(*
11=?+=n n a a m x h h
2*
22=?=n a a m h h
齿根高hf
38.1)(*
2*21=?-+=n n a f m x c h h
n a f m c h h ?+=)(*1*12
=2.5
25.0*
1=c
25.0*2=c
齿全高h h1=h a1+h f1=4.5 h 2=h a2+h f2=4.5
齿顶圆 da d a1=d 1+2h a1=21.56
齿根圆 df d f1=d 1-2h f1=12.56
基圆直径d b
396.14cos 11=?=t b d d α
法向齿厚（mm ）
957.3tan 22=??
?
??+=n n n n m s αχπ
端面齿厚（mm ）
=??
?
??+=t t t t m s αχπtan 22 4.508
β
ααρ
cos tan tan n
t =
β
ρ
cos m
m
n
t
=
分度圆直径与齿条运动速度的关系 ：d=60000v/πn1=?v 0.001m/s 齿距 p=πm=6.28mm
5主要零件的理论计算
5.1齿轮齿轮精度等级、材料及参数的选择
（1） 由于转向器齿轮转速低，是一般的机械，故选择8级精度。
（2） 齿轮模数值取值为m=0.2，主动齿轮齿数为z=7，压力角取α=20°. （3） 主动小齿轮选用20MnCr5或15CrNi6材料制造并经渗碳淬火，硬度在
56-62HRC 之间，取值60HRC. （4） 齿轮螺旋角初选为β=24°
5.2齿轮的齿根弯曲强度设计
3
2114
.12P
s
F m F n z Y kT m σΦ≥
（1）试取K=3.1
（2）斜齿轮的转矩 T=２５N ·m （3）取齿宽系数 0.1=m φ （4）齿轮齿数 71=z
（5）复合齿形系数 s F Y =32.3
（6）许用弯曲应力 FP σ=0.7?FE σ=0.7?920=644N/2mm FE σ为齿轮材料的弯曲疲劳强度的基本值。
87.1644
70.132
.3253.14
.123
2
=????≥n m （公式5-1） 试取n m =0.2mm (7) 圆周速度 d=32.15mm
b= m φd=mm 32.1532.158.0=? 取b=5.15mm
s m dn v /008.010006010
32.15100060=???=?=
ππ (8)计算载荷系数
1） 查表得 使用系数A K =1
2） 根据s m v /01.0=和8级精度，查表得4.0=V K 3） 查表得 齿向载荷分布系数15.1=βK 4） 查表得 齿间载荷分布系数1.1==F H K K
506.015.11.14.01=???==βK K K K K H V A
5) 修正t K 值计算模数n m ＝628.13
.1506
.023.23
=?
，故前取0.2mm 不变． 5.3齿轮轴齿轮接触疲劳强度计算
校核公式为 u
u bd KT Z Z Z Z H E H 1
22
+?=βεσ 许用接触应力[]H σ
查表得MPa H 1650min =σ
由图187-得11=N Z 安全系数 1=H S
[]MPa S Z H
N H H 16501
lim 1==
δδ
查表得 弹性系数 21
180MPa Z E =．
查表得 区域系数 44.2=H Z ．
重合度系数()ε
ε
εεβ
β
α
ε?
+--=
13
4Z （公式5-2）
187.1112.388.121=???
????????? ??+-=βεαCOS z z （公式5-3） 1074.1>==
m n
bSin πβ
εβ 取1=εβ （公式5-4）
918.0=z ε
螺旋角系数 βZ ＝956.024cos cos == β
=+?????
???=7.41
7.416
1225000759.02989.091.044.21802
H σMPa 15.1218[]=≤H σ1650MPa
由以上计算可知齿轮满足齿面接触疲劳强度，即以上设计满足设计要求。
5.4齿轮轴的设计计算
由于齿轮的基圆直径=b d 14.439，数值较小，若齿轮与轴之间采用键连接必将对轴和齿轮的强度大大降低，因此，将其设计为齿轮轴．由于主动小齿轮选用20MnCr5材料制造并经渗碳淬火，因此轴的材料也选用20MnCr5材料制造并经渗碳淬火．
查表得：20MnCr5材料的硬度为６０ＨＲＣ，抗拉强度极限[]MPa B 1100=σ，屈服极限[]MPa S 850=σ，弯曲疲劳极限[]MPa 5251=-σ，剪切疲劳极限[]MPa 3001=-τ，转速n=10r/min
根据公式
[]36.150
2.025
2.033
1=?=≥T T d τ （公式5-5）
忽略磨损，根据能量守衡，作用在齿轮齿条上的阻力矩为328.8r M N m =?，作用在齿轮上的轴向力为
N r M F r a 68.1420sin 66
.78.32820sin 00===
（公式5-6）
作用在齿轮上的切向力为 N r M F r t 34.4020cos 66
.78.32820cos 00=== （公式5-7） 作用在齿轮上的径向力为
N F F t r 07.1624
cos 20tan 34.40cos 20tan 0
0=?==β （公式5-7） 弯曲疲劳强度校核
MPa MPa r F r 52509.05.714.307.16221<=?==-πσ （公式5-8）
剪切疲劳强度校核
MPa MPa r F t 30023.05.714.334.40221<=?==-πτ （公式5-9）
由于齿轮轴主要受轴向力和径向力作用，拉力很小，可忽略，故拉力不需校核。 根据校核，齿轮轴处于安全工作状态。
6其它零件的选择及润滑方式
1调整螺塞 根据GB/T699 选取螺纹规格d=M32 2 弹簧的选择 材料：65Mn GB/T4357 总圈数：4.5 自由高度：19 外径：φ19 材料直径：φ2.5 3垫圈的选择
根据GB848-85,选择相配合的螺纹规格为d=32 4油封的选择
壳体端部油封：外径 35，内径 17.6，厚度 5 壳体中部油封：外径 33，内径 22.6，厚度5 壳体横孔油封：外径 32，内径 20.5，厚度7
限位套油封：外径32，内径20.5，厚度7
5轴承的选择
轴承1 深沟球轴承6004 (GB/T276-1994)
轴承2 滚针轴承NA4901 (GB/GB/T6391-1996)
6转向器的润滑方式：人工定期润滑
润滑脂：二硫化钼锂基脂（ZBE36002-88）中的ZG-S润滑脂。密封类型的选择
密封件：旋转轴唇形密封圈FB 16 30 GB 13871—1992
结论
通过这次设计我对于转向器有了一个深刻的了解，对于转向器的分类、结构、性能、工作原理及设计时需要考虑的问题都具备了独立的分析能力，为我在以后的工作做了前期的知识储备，能让我更好的投入到以后的工作中去。毕业设计是对我们大学四年所学知识的一次总结，同时也是对我们各种能力的一次考验。设计过程中通过初步尝试、发现问题、寻找解决方法、确定方案的步骤，逐渐培养了我们独立思考问题的能力和创新能力，同时也使我们更加熟悉了一些基本的机械设计知识。本次设计几乎运用了我们所学的全部机械课程，内容涉及到机械设计、机械材料、力学、液压传动、机械图学等知识，以及一些生产实际方面的知识。通过设计巩固了理论知识，接触了实际经验，提高了设计能力和查阅文献的能力，为今后工作最后一次在学校充电。
参考文献
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[6] 刘鸿文主编.材料力学Ⅰ.第四版.高等教育出版社.2004，1
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[8] 机械工程手册.机械工业出版社.1996
[9] 汽车工程手册.人民交通出版社.2001
Abstract
Automobile steering device is an important part of the car, also decided the automobile active safety critical assembly, its quality affects the handling stability of vehicle.With the development of automobile industry, automobile steering device has also been improved, although electronic steering device has been used, but the mechanical steering device is still widely used by the world of automobiles and auto parts manufacturers adopted.This paper choose the gear rack type steering gear as the research subject, the main contents include: automotive steering component classification; steering assembly scheme analysis and data identifying and steering gear design process.The steering device has the advantages of low cost, convenient operation, high sensitivity, turning, simple structure.Drawback is that once the diverter leaks will causes certain pollution to the environment, the environment of certain requirements.But with the application of electronic controlled power steering, now power steering (EPS) is being widely used.
Keywords:Steering gear Gear rack Handling and stability Design calculation
致谢
短短的半个学期毕业设计即将结束，我的大学生活也即将画上了圆满的句号。在这次设计过程中得到了许多老师和同学的热心指导，尤其是陈老师在百忙之中多次给与指导，在此表示衷心的谢意！
通过这次毕业设计，使自己更加清醒地认识到知识的无穷无尽以及自己所学的微小。在实习中学到了许多书上所没有的东西，知识面得到了极大的扩展和丰富，让我了解了以前想知道但没有弄清楚的东西，如为什么大汽车那么重面驾驶员却不用费力的就可以拨动方向盘。
在我结束毕业设计的同时，也结束了我的大学生活。这意味着我进入了人生新的起点，我会用我在学校所学到的知识在崭新的生活中不断进取，发奋图强。用我的事业成就来报答学校和老师对我的栽培，回报社会对我的关爱！
目录摘要2 第一章绪论3 1.1汽车转向系统概述3 1.2齿轮齿条式转向器概述9 1.3液压助力转向器概述10 1.4国内外发展情况12 1.5本课题研究的目的和意义12 1.6本文主要研究内容13 第二章汽车主要参数的选择14 2.1汽车主要尺寸的确定14 2.2汽车质量参数的确定16 2.3轮胎的选择17 第三章转向系设计概述18 3.1对转向系的要求18 3.2转向操纵机构18 3.3转向传动机构19 3.4转向器20 3.5转角及最小转弯半径20 第四章.转向系的主要性能参数22 4.1转向系的效率22 4.2传动比变化特性23 4.3转向器传动副的传动间隙△T25 4.4转向盘的总转动圈数26 第五章机械式转向器方案分析及设计26 5.1齿轮齿条式转向器26 5.2其他转向器28 5.3齿轮齿条式转向器布置和结构形式的选择29 5.4数据的确定29 5.5设计计算过程31 5.6齿轮轴的结构设计35 5.7轴承的选择35 5.8转向器的润滑方式和密封类型的选择35 5.动力转向机构设计36 5.1对动力转向机构的要求36 5.2动力转向机构布置方案36 5.3液压式动力转向机构的计算38 5.4动力转向的评价指标43
6. 转向传动机构设计45 6.1转向传动机构原理45 6.2转向传送机构的臂、杆与球销47 6.3转向横拉杆及其端部47 6.4杆件设计结果48 7.结论49 致谢49 摘要 本课题的题目是转向系的设计。以齿轮齿条转向器的设计为中心，一是汽车总体构架参数对汽车转向的影响；二是机械转向器的选择；三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；四是动力转向机构设计；五是梯形结构设计。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：转向系；机械型转向器；齿轮齿条；液压式助力转向器 Abstract The title of this topic is the design of steering system. Rack and pinion steering gear to the design as the center, one vehicle parameters on the overall framework of the impact of vehicle steering; Second, the choice of mechanical steering; third rack gear and a reasonable match to meet the correct steering gear ratio and strength requirements; Fourth, power steering mechanism design; Fifth, the structural design of trapezoidal. Therefore, taking into account the above issues and factors that require study, based on the steering wheel rotary drive transmission shaft of the steering rack and pinion steering, through the universal joint drive shaft rotation gear shift, steering rack and steering gear shaft meshing, thereby encouraging steering rack linear motion to achieve steering. Simple structure to achieve the steering tight, short axial dimension, and the number of parts can increase the advantages of less power in order to achieve the vehicle steering stability and sensitivity. In this article a major design steering rack and pinion steering gear shaft and the check, the main methods and theoretical experience in the use of automotive design parameters and the University of mechanical design school curriculum design and the results meet the strength
助力转向系统的保养及常识 助力转向，顾名思义，是协助驾驶员作汽车方向调整，为驾驶员减轻打方向盘的用力强度，当然，助力转向在汽车行驶的安全性、经济性上也一定的作用。 就目前汽车上配置的助力转向系统和我能看到的资料，大致可以分为三类：(1)一种是机械式液压动力转向系统；(2)一种是电子液压助力转向系统；(3)另外一种电动助力转向系统。 一、机械式液压动力转向系统 1机械式的液压动力转向系统一般由液压泵、油管、压力流量控制阀体、V型传动皮带、储油罐等部件构成。 2无论车是否转向，这套系统都要工作，而且在大转向车速较低时，需要液压泵输出更大的功率以获得比较大的助力。所以，也在一定程度上浪费了资源。可以回忆一下：开这样的车，尤其时低速转弯的时候，觉得方向比较沉，发动机也比较费力气。又由于液压泵的压力很大，也比较容易损害助力系统。 还有，机械式液压助力转向系统由液压泵及管路和油缸组成，为保持压力，不论是否需要转向助力，系统总要处于工作状态，能耗较高，这也是耗资源的一个原因所在。 一般经济型轿车使用机械液压助力系统的比较多。 二、电子液压助力转向系统 1主要构件：储油罐、助力转向控制单元、电动泵、转向机、助力转向传感器等，其中助力转向控制单元和电动泵是一个整体结构。
2工作原理：电子液压转向助力系统克服了传统的液压转向助力系统的缺点。它所采用的液压泵不再靠发动机皮带直接驱动，而是采用一个电动泵，它所有的工作的状态都是由电子控制单元根据车辆的行驶速度、转向角度等信号计算出的最理想状态。简单地说，在低速大转向时，电子控制单元驱动电子液压泵以高速运转输出较大功率，使驾驶员打方向省力；汽车在高速行驶时，液压控制单元驱动电子液压泵以较低的速度运转，在不至于影响高速打转向的需要同时，节省一部分发动机功率。 三、电动助力转向系统(EPS) 1英文全称是Electronic Power Steering，简称EPS，它利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向。EPS的构成，不同的车尽管结构部件不一样，但大体是雷同。一般是由转矩(转向)传感器、电子控制单元、电动机、减速器、机械转向器、以及畜电池电源所构成。2主要工作原理：汽车在转向时，转矩(转向)传感器会“感觉”到转向盘的力矩和拟转动的方向，这些信号会通过数据总线发给电子控制单元，电控单元会根据传动力矩、拟转的方向等数据信号，向电动机控制器发出动作指令，从而电动机就会根据具体的需要输出相应大小的转动力矩，从而产生了助力转向。如果不转向，则本套系统就不工作，处于standby(休眠)状态等待调用。由于电动电动助力转向的工作特性，你会感觉到开这样的车，方向感更好，高速时更稳，俗话说方向不发飘。又由于它不转向时不工作，所以，也多少程度上节省了能源。一般高档轿车使用这样的助力转向系统的比较多。
汽车与交通学院 课程设计说明书 课程名称:汽车电控系统实习及课程设计 课程代码: 106010319 题目: 液压助力转向电控系统 年级/专业/班: 2013级车辆工程汽电(1)班 学生姓名: XX 学号: 开始时间: 2017 年 1 月 4 日 完成时间: 2017 年 1 月 10 日 课程设计成绩： 指导教师签名：年月日
目录 摘要 (3) 1 引言 (4) 1.1问题的提出 (4) 1.2国内外研究的现状 (4) 1.3任务与分析 (4) 1.3.1硬件需求 (4) 1.3.2软件需求 (4) 2 设计方案 (5) 2.1系统设计方案论证 (5) 2.1.1信号输入方案设计 (5) 2.1.2系统显示方案设计 (5) 2.1.3 信号输出的方案设计 (5) 2.2 总体设计方案框图 (6) 2.2.1 方案一设计框图 (6) 2.2.1 方案二设计框图 (7) 2.3最终方案确定 (7) 3系统硬件设计 (8) 3.1 AT89C51介绍 (8) 3.2 ADC0804芯片介绍 (11) 3.2.1 ADC0804芯片的时钟频率 (11) 3.2.1 ADC0804采集的信号处理 (11) 3.3 LCD1602液晶显示器 (12) 3.4L298电机驱动芯片 (12) 4 系统软件设计 (13) 4.1 主程序流程图 (13) 4.2 子程序流程图 (14)
4.2.2 ADC0804子流程图 (15) 4.2.2 PID控制算法子流程图 (16) 5. 系统调试过程 (17) 5.1 原题图和印制板图绘制和检测 (17) 5.1.1 在Protel99se绘制原理图 (17) 5.1.2 在Protell99se生成PCB图 (18) 5.1 keil程序调试 (19) 5.3 Proteus 仿真调试 (19) 结论 (23) 致谢 (24) 参考文献 (25) 附录原题图和印制板图 (26) C语言代码………………………………………………………………………
液压助力转向系统工作原理、故障诊断与排除 排除, 原理, 液压, 系统, 故障诊断 于树彬，刘建勋（济南鲍德汽车运输有限公司，山东济南 250101） 摘要：介绍了汽车液压助力转向系统的工作原理，并就助力系统易出现的转向沉重、前轮摆振、转向轻重不同、跑偏等故障的产生原因及排除方法进行了阐述。 1 前言 目前，已有许多汽车的转向系统带有液压助力，它使驾驶车辆转向时轻便灵活，更利于提高车辆的行驶安全性。为了使驾修人员更好地了解液压助力转向系统的性能，下面介绍其工作原理、故障诊断与排除方法。 2 液压助力转向系统的工作原理 液压助力转向系统主要由机械部分和液压助力装置两部分组成。机械部分由转向传动副、转向摇臂、纵拉杆总成、横拉杆总成、转向节臂、转向主销、转向节主销套、转向节压力轴承及转向节等组成。液压助力装置部分由液压助力器、贮油箱、转向油泵及管路等组成。液压助力转向按液流形式分为常流式和常压式两种，按分配阀的形式又可分为滑阀式和转阀两种。现以液压常流式转向为例介绍液压助力转向系统的工作原理。 如图1(a)所示，助力转向系统主要由油泵3、控制阀（滑阀7和阀体9）、螺杆螺母式转向器(11、12)及助力缸15等组成。 滑阀7同转向螺杆11连为一体，两端设有两个止推轴承。由于滑阀7的长度比阀体9的宽度稍大，所以两个止推轴承端面与阀体端面之间有轴向间隙h，使滑阀连同转向螺杆一起能在阀体内做轴向移动。回位弹簧10有一定的
预紧力，将两个反作用柱塞顶向阀体两端，滑阀两端的挡圈正好卡在两个反作用柱塞的外端，使滑阀在不转向时一直处于阀体的中间位置。滑阀上有两道油槽C、B，阀体的相应配合面上有三道油槽A、D、E。油泵3由发动机通过带或齿轮来驱动，压力油经油管流向控制阀，再经控制阀流向动力缸L、R腔。 汽车直线行驶时，如图1(a)所示，滑阀7在回位弹簧10和反作用阀8的作用下处于中间位置，动力缸15两端均与回油孔道连通，油泵输出的油液通过进油道量孔4进入阀体9的环槽A，然后分成两路：一路通过环槽B和D，另一路流过环槽C和E。由于滑阀7在中间位置，两路油液经回油孔道流回油箱，整个系统内油路相通，油压处于低压状态。
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)
绪论 汽车故障诊断技术是随着汽车的发展从无到有逐渐发展起来的一门技术。国外的一些发达国家，早在二十世纪四五十年代就形成了以故障诊断和性能调试为主的单项检测技术。进入二十世纪六十年代，故障诊断与检测技术获得较大发展，各种理化、电器技术的大量应用，逐渐将单项检测技术联线建站，即汽车检测站，演变成为即能进行维修诊断，又能进行安全环保检测的综合检测技术。随着电子计算机的发展，二十世纪七十年代初出现了检测控制自动化、数据采集自动化、数据处理自动化、检测结果自动打印的现代综合故障检测技术，检测效率极高。进入二十世纪八十年代，发达国家的汽车故障诊断技术已达到广泛应用的阶段，在管理方面实现了“制度化”，在基础技术方面实现了“标准化”，在检测技术上向“智能化、自动化检测”方向发展，给交通安全、环境保护、节约能源、降低运输成本和提高运输能力等方面带来了明显的社会效益和经济效益。 我国的汽车诊断与检测技术起步较晚，在二十世纪六七十年代开始引进和研制汽车检测设备，进入二十世纪八十年代以后，随着国民经济的发展，特别是随着汽车制造业、公路交通运输业的发展和进口车辆的增多，我国的机动车保有量迅速增加，汽车诊断与检测技术成为国家“六五”重点推广项目，并视其为推进汽车维修现代化管理的一项重要技术措施。交通部门自1980年开始，有计划地在全国公路运输系统筹建汽车综合性能检测站，公安部门也在全国的中等以上城市建成的许多安全性能检测站。二十世纪九十年代初，除交通、公安两部门外，机械、石油、冶金、外贸等系统和部分大专院校，也建成了相当数量的汽车检测站。到了二十世纪九十年代末，我国汽车检测诊断技术已初具
规模，基本形成了全国性的汽车检测网。如今，除少数专用设备外，绝大部分检测设备都已实现了国产化，满足了国内需求。随着公路交通运输企业、汽车制造企业和整个国民经济的发展，我国的汽车故障诊断、检测、维修技术在本世纪必须获得更大的发展。 当然，随着汽车工业的不断发展，人们对汽车动力性、经济性、安全性、舒适性和环保性等方面的要求是越来越高的，汽车技术正在向电子化、自动化、智能化、方向发展，汽车技术的这一变化，必然引起汽车运用领域的相关产业和相关技术的根本性变革。了解汽车使用性能，正确合理使用汽车，以及正确选择汽车检测方法等已经变得越来越重要。同时，随着我国汽车保有量的增加，社会对汽车检测与维修人员的需求也在不断增加。
1 液压转向器的工作原理及运用简介 1.1 液压转向器简介 液压转向器：即液压动力式转向器。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。它是转向系中最重要的部件。它的作用是：增大转向盘传到转向传动机构的力和改变力的传递方向。 液压转向器是由随动转阀和一幅摆线转定子副组成的一种摆线转阀式全液压转向器。它与供油泵、溢流阀（或分流阀）、转向油缸及其它连接附件组成的全液压转向系统，广泛应用于农业机械、船业机械、园林机械、道路养护机械、林业机械、工程机械和矿山机械等低速重载车辆上。驾驶人员通过它可以用较小的操纵力实现较大的转向力控制，并且性能安全、可靠，操纵轻便、灵活。开心型：转向器处于中位（不转向）时，供油泵与油箱相通。开心型转向系统中使用的是定量液压泵。闭心型转向器中位处于断路状态(闭芯),即当转向器不工作时,液压油被转向器截止, 转向器入口具有较高的压力。闭芯型转向系统中使用的是压力补偿变量泵。负载传感型转向器能够传递负载信号到优先阀，通过优先阀优先控制转向系统所需流量。根据压力传感信号的控制方式，分为动态传感型和静态传感型。负载回路反应型：在转向器处于中位即驾驶员没有进行车辆转向操作的时候，转向油缸两侧直接连接到摆线副上，方向盘上可以感受到转向油缸上
受到的外力。无反应型：在转向器处于中位即驾驶员没有进行车辆转向操作的时候，两油缸截止，方向盘上不能感受转向油缸上受到的外力。
1.2 液压转向器的工作原理 液压转向器：即液压动力式转向器。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。它是转向系中最重要的部件。它的作用是：增大转向盘传到转向传动机构的力和改变力的传递方向。液压转向器是由随动转阀和一幅摆线转定子副组成的一种摆线转阀式全液压转向器。它与供油泵、溢流阀（或分流阀）、转向油缸及其它连接附件组成的全液压转向系统，广泛应用于农业机械、船业机械、园林机械、道路养护机械、林业机械、工程机械和矿山机械等低速重载车辆上。驾驶人员通过它可以用较小的操纵力实现较大的转向力控制，并且性能安全、可靠，操纵轻便、灵活。 1.3 液压转向器的分类 转向器按结构形式可以分为多种类型。目前较为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。如果按助力形式，又可分为机械式（无助力）和动力式（有助力）。其中动力转向器又可以分为气压动力式、液压动力式、电助助力式、电液助力式等种类。 （1）齿轮齿条转向器 齿轮齿条式转向器收是一种最常见的转向器。其基本结构是一对相互啮合的小齿轮和齿条。转向轴带动小齿轮转动时，齿条变作直线运动。又是，烤翅调制解来带动横拉杆，就可以转动转向器。所以，这是一种最简单的转向器。它的优点是结构简单，成本低廉，转向灵活，体积小，可以直接带动横拉杆。在汽车上得到广泛应用。 （2）蜗杆曲柄指销式转向器 蜗杆曲柄指销式转向器适宜蜗杆为主动件，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撑在曲柄上，曲柄与转向器摇臂轴制成一体。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传，一
XXXX大学 毕业设计说明书 学生姓名：学号： 学院： 专业： 题目：某乘用车液压助力转向系统设计 指导教师：职称: 职称: 20**年12月5日
目录 绪论 (1) 1. 汽车转向系的类型和组成 (2) 1.1机械转向系 (3) 1.2动力转向系 (4) 1.3动力转向技术的发展 (6) 1.3.1液压动力转向 (6) 1.3.2电动动力转向 (8) 2.1转向系的功用与要求 (9) 2.2转向器方案分析 (10) 3 液压助力转向机构布置方案分析 (12) 3.1动力转向机构布置方案 (12) 3.2动力转向器结构形式的选择 (14) 3.3分配阀的结构方案 (15) 4液压系统方案分析 (16) 4.1常用转向液压系统工作原理 (16) 4.2系统设计工作原理 (17) 5 转向器输出力矩的确定 (19) 6 轴的设计计算及校核 (20) 6.1转向摇臂轴（即齿形齿扇轴）的设计计算 (20) 6.1.1材料的选择 (20) 6.1.2结构设计 (20) 6.1.3轴的设计计算 (20) 6.2螺杆轴设计计算及主要零件的校核 (24) 6.2.1材料选择 (24) 6.2.2结构设计 (25) 6.2.3轴的设计计算 (25) 6.2.4钢球与滚道之间的接触应力校核 (27) 7 齿轮齿条式液压动力转向机构设计 (29) 7.1 齿轮齿条式转向器结构分析 (29) 7.2 参考数据的确定 (35) 7.3 转向轮侧偏角计算 (36) 7.4 转向器参数选取 (37) 7.5 选择齿轮齿条材料 (39) 7.6 强度校核 (39) 7.7 齿轮齿条的基本参数如下表所示 (41) 7.8 齿轮轴的结构设计 (42) 结论 (43) 致谢 (44) 参考文献 (45)
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。
汽车转向电动机工作原理及转向系统概述 汽车上配置的转向系统，大致可以分为三类：(1)一种是机械式液压动力转向系统；(2)一种是电子液压助力转向系统；(3)另外一种电动助力转向系统。 一、电动助力转向系统(EPS) 1、英文全称是Electronic Power Steering，简称EPS，它利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向。EPS的构成，不同的车尽管结构部件不一样，但大体是雷同。一般是由转矩(转向)传感器、电子控制单元、电动机、减速器、机械转向器、以及畜电池电源所构成。 2、主要工作原理：汽车在转向时，转矩(转向)传感器会“感觉”到转向盘的力矩和拟转动的方向，这些信号会通过数据总线发给电子控制单元，电控单元会根据传动力矩、拟转的方向等数据信号，向电动机控制器发出动作指令，从而电动机就会根据具体的需要输出相应大小的转动力矩，从而产生了助力转向。如果不转向，则本套系统就不工作，处于standby(休眠)状态等待调用。由于电动电动助力转向的工作特性，你会感觉到开这样的车，方向感更好，高速时更稳，俗话说方向不发飘。又由于它不转向时不工作，所以，也多少程度上节省了能源。一般高档轿车使用这样的助力转向系统的比较多。
由于电动助力转向系统只需电力不用液压，与机械式液压动力转向系统相比较省略了许多元件。没有液压系统所需要的油泵、油管、压力流量控制阀、储油罐等，零件数目少，布置方便，重量轻。 而且无“寄生损失”和液体泄漏损失。因此电动助力转向系统在各种行驶条件下均可节能80%左右，提高了汽车的运行性能。因此在近年得到迅速的推广，也是今后助力转向系统的发展方向。 有一些汽车冠以电动助力转向，其实不是真正意义上的纯电动的助力转向，它还需要液压系统，只不过由电动机供油。传统的液压动力转向系统的油泵由发动机驱动。 为保证汽车原地转向或者低速转向时的轻便性，油泵的排量是以发动机怠速时的流量来确定的。而汽车行驶中大部分时间处于高于怠速的速度和直线行驶状态，只能将油泵输出的油液大部分经控制阀回流到储油罐，造成很大的“寄生损失”。 为了减少此类损失采用了电动机驱动油泵，当汽车直线行驶时电动机低速运转，汽车转向时电动机高速运转，通过控制电动机的转速调节油泵的流量和压力，减少“寄生损失”。 二、机械式液压动力转向系统
标题 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。 概述 汽车在行使过程中，需要经常改变行驶方向，即所谓的转向。这就需要有一套能够按照司机意志来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，它将司机转动方向盘的动作转变为车轮的偏转动作，这就是所谓的转向系统。转向系统是用来改变汽车的行使方向和保持汽车直线行使的机构，既要保持车辆沿直线
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。
电动机械式液压助力转向系统 () 电动机械式助力转向系统 () 与传统液压助力转向机构在转向助力上有所区别。通过一个电动伺服马达而非通过一个液压驱动装置对驾驶员提供支持。只在转向时，此伺服马达才激活。因此，该伺服马达在直线行驶时不消耗功率。 电动机械式助力转向系统具有下列优点： -驻车时转向力较低 -集成式、视车速而定的转向助力（伺服转向助力系统） -转向时冲击较低以及方向盘旋转振动较低 -主动式方向盘复位 -节约燃油达 0.3 100 并因此降低 2 排放 -不需要液压油 电动机械式助力转向系统包含下列装备系列： 电动机械式助力转向系统 ()：12 伏特供电（和以前相同） 电动机械式助力转向系统 ()，配备一体化主动转向控制 () 和电动马达/变速箱特定组合：由发动机室内的外部起动接线柱进行 12 伏供电 电动机械式助力转向系统 ()，配备一体化主动转向控制 () 和电动马达/变速箱特定组合（重量集中在前桥）：由辅助电池、断路继电器和具有转换器的辅助电池充电装置进行 24 伏特供电 显示的为带主动转向控制的电动机械式助力转向系统 索引 说明 索引 说明 1 转向器 2 转向阻力矩传感器 3 控制单元 4 集成有马达位置传感器的伺服马达 5
单元 部件简短描述 将描述电动机械式助力转向系统的下列部件： 单元 单元由下列部件组成： -控制单元 -集成有马达位置传感器的伺服马达 控制单元是电动机械式助力转向系统的一部分。控制单元通过 2 个插头连接与车载网络连接。转向阻力矩传感器通过另一个插头连接与控制单元连接。 在控制单元中存储了多条用于伺服助力装置、主动式方向盘复位以及减震特性的特性线。根据输入端参数计算出的数值与相应的特性线一起得出必要的转向助力。 根据不同的装备系列，为单元提供不同的总线端 . 30。接线盒中的配电器为控制单元提供总线端 . 15N。 索引 说明 索引 说明 1 带伺服马达的装置 2 转向阻力矩传感器的插头连接，6 芯（使用 2 个线脚） 3 电源插头连接，2 芯 4 车载网络插头连接，6 芯 5 控制单元 带马达位置传感器的伺服马达 此伺服马达是一个无集流环的同步直流马达 (永久磁铁)。此伺服马达驱动减速器。于是伺服马达的功率传递到齿条上。 控制单元线路板上有 2 个马达位置传感器（冗余）。两个传感器利用霍尔效应原理工作（带凸极转子的霍尔传感器）。凸极转子固定在发动机轴上。马达位置传感器 1 可以获知伺服马
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)
毕业论文（设计）题目：大卡车液压助力转向系统设计
大卡车液压助力转向系统设计 1 绪论 1.1问题的提出 随着国民经济连续多年的高速发展，尤其是国家对基础设施建设投入的逐年加大，使得大型汽车的生产在近年来呈现了爆发式发展。而大型载货汽车由于具有运输效率高、运输成本低的特点，逐渐成为公路运输的首选。2007年大型卡车市场为2.85万辆，中型卡车市场为17.5万辆，大型卡车占整体市场的比例为60%，大型载货汽车的生产与开发成为国内载货汽车生产厂家竞争的焦点。汽车技术的进步和人民生活水平的进一步提高，使载货汽车用户对车辆的性能水平要求越来越高，而越来越大的竞争压力使整车厂家的产品开发周期不断缩短。如何使车辆开发各个环节的设计方案都得到充分的分析与筛选，使其性能得到有效控制，以保障在限定的周期内开发出性能优越的汽车产品，已成为大型载货汽车产品研发部门所关注的重要课题。 由于汽车保有量的增加和社会生活汽车化而造成交通错综复杂，使转向盘的操作频率增大，这就要求减轻驾驶疲劳。在汽车向轻便灵活、容易驾驶的方向发展的同时，对动力转向系统的需求也提到日程上来。要求其成本低，性能方面能适应车速变化，实现变特性的动力转向器，并且可以与不同类型的大型汽车相适应、相匹配。 大型载货汽车和其它车辆相比具有一些显著的特点，为保障大型载货汽车良好的转向性能，必须对这些特点及由此引发的问题进行专门的研究。按照GB1589一2004“道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值”的要求，每侧单轮胎的车轴轴荷限值为7吨，6x4载货车的设计轴荷之和可达30吨，车长可达12m，铰接式列车的车长可至16.sm。同时，GB7258一2004“机动车运行安全技术条件”要求车辆必须能够通过外径25m内径10.6m 的通道。另外，载货汽车公路运输的高速化发展趋势也已是不争的事实，尤其国家于2004年5月开始的治理公路运输车辆超限超载专项工作的开展，使以提高行驶速度来带动运输效率的提高成为载货汽车设计的重要目标。高的运输速度对车辆的操纵性与稳定性提出了更高的要求。 为在法规允许的情况下尽可能提高车辆的运输能力，大型车的设计轴荷及外廓尺寸基本接近法规的限值。对于转向轴，7吨的轴荷使动力转向器成为必选的配置，如何合理匹配动力转向器，提高车辆的转向能力并保持操纵路感值得进行进一步的研究。国家 1
电控液压助力转向(ECHPS)系统简介 ——反力控制式 反力控制式ECHPS系统是在传统液压助力转向 系统(HPS)的基础上增加一套反力控制装置而构成 的。该系统通过对转向控制阀的阀芯施加随车速而 变化的反作用力，使得转向操纵力矩必须克服施加 在阀芯上的反作用力而引起的转动阻力矩，才能使 阀芯和阀套产生相对转动而产生助力，见图1。目 前，产生反作用力的方式大都采用液压助力转向系 统中的液压力，也有通过电磁方式施加反作用力。 1．液压反力式ECHPS 系统 液压反力式ECHPS 系统是在传统HPS 系统的基础上增加一套液压反力装置而构成，见图2。液压反力装置由电磁阀和活塞等组成。活塞套在阀芯的上部，二者可轴向移动，但不能相对转动。活塞的下端及阀套的上端都加工有V 形槽，槽中放置有滚柱。活塞与转向器壳体上部形成反力腔，反力腔中装有弹簧。反力腔与转向器进油口的通道上安装有电磁阀，电磁阀受车速信号的控制。当车速较低时，电磁阀关死，反力装置不起作用。此时，系统的工作状态与传统HPS 系统相同。随着车速的提高，电磁阀逐渐开启，反作用腔中建立起一定的压力。此时，由于受弹簧力和液压力的共同作用，滚柱受到较大的轴向力，使得产生相同的阀芯和阀套间的相对转角所需的转向盘转矩较大，即转向助力减小。电磁阀开度越大，节流阻力越小，反作用腔中压力越高，产生相同的阀芯和阀套间的相对转角所需的转向盘转矩越大，转向助力越小。 由图2可知，在反作用腔与回油口的通道上安装有单向阀。当转动转向盘而使活塞相对阀芯向上运动时，反作用腔中压力进一步增加，此时单向阀开启，使反作用腔中压力不会超过设定值，也避免转向操纵过于沉重。 另外，反作用腔中的弹簧可提高转向盘中间位置路感。 图1 反力机构原理 1-阀芯；2-扭杆； 3-反力机构；4-阀套
电动液压助力转向系统用BLDCM 工作原理及控制策略 文章编号：1001-3997（2010）03-0262-02 【摘要】电动液压助力转向系统（EHPS ）将传统液压助力转向系统（HPS ）中的液压泵改为由变成单 独的电机驱动，并根据不同车速和转向盘转速控制等级转速，从而提供可变的转向助力，同时在一定程度上节省了能源的消耗。对POLO 轿车装备的EHPS 系统的电流无刷电机工作原理进行深入分析，并针对该电机设计控制器及制定相应控制策略，实现对电机转速的控制。 关键词：电动液压助力转向；直流无刷电机；电机控制 【Abstract 】The Electro-hydraulic Power Steering System （EHPS ）drives a hydraulic pump with a sep －arate motor ，in contrast to the traditional Hydraulic Power Steering System （HPS ）doing so by the engine.In this way ，EHPS shall be able to provide alterable steering force according to different vehicle speeds and steering wheel ratatioanl speeds ，and to save energy in a more effective way.It mainly discusses the Basic Principle and Control Strategy of the Brushless Direct Current （BLDC ）Motor Used in the Electro-hydraulic Power Steering system from POLO ，and designs an ECU with control strategy to control the motor. Key words ：EHPS ；BLDC motor ；Motor control 1引言 传统的液压助力转向系统（HPS ）通过汽车发动机带动液压泵以提供转向助力，因此无论驾驶员是否进行转向操作，只要发动机在运转，HPS 都处于工作状态，造成了不必要的能源浪费。同时，转向助力大小不能随着车速的变化而改变，难以满足汽车低速行驶时的转向轻便感和高速行驶时转向稳定的要求。电动液压助力转向系统（EHPS ）将传统HPS 中由发动机驱动的液压泵改变成由一个单独的电机驱动，使得转向助力完全脱离发动机的束缚，并且EHPS 所有的工作的状态都是由电子控制单元根据车辆的行驶速度、转向角度等信号计算出的最理想状态，从而控制电机转速以驱动液压泵提供必要的流量，这样不但在一定程度上节省了能源消耗，也保证了驾驶员在不同车速下均能获得良好的转向手感。 早期EHPS 系统大多以直流有刷电机驱动液压泵，随着无刷电机控制技术的发展及应用的普及，目前安装EHPS 系统的微型轿车均采用无刷电机驱动液压泵，例如上海大众POLO 、一汽大众宝莱、北京神龙以及雷克萨斯、皇冠、Chevy Silverado 、GMC Sierra 轻度并联混合动力皮卡等。对于一些电动车及新能源汽车而言，则大多采用了大功率直流永磁电机驱动[1]。 分析了由TRW 公司提供直流无刷电机和转向盘转速传感器的POLO 车上EHPS 系统的电机工作原理，并设计了该电机的控制器及控制策略，从而对电机的转速进行控制。 2EHPS 直流无刷电机的结构及工作原理 对于本系统所用的无刷直流电机，其转子、定子的外观结构， 如图1所示。 图1电机结构 由图1可见，该电机的转子是外置的，另外电机定子总槽数为12个，转子含7块永磁体，即7对极，根据公式： 电角度＝极对数×360°总槽数 ，或者 电角度＝极对数×机械角度，可以计算出该直流无刷电机的电角度为210°，由该电角度可绘制出电机绕组的星形矢量图，如图2所示。 图2 绕组星型矢量图 210° 1 7 6 11 4 109 2 12 5 8 3 262