转向系统设计计算书

课程汽车设计题目电动助力转向系设计说明书学号班级指导教师日期2016年6月15日目录一. 轿车转向系设计方案的选择............................................................ - 3 -1. 轿车参数的确定 (3)2. 对转向系的要求 (4)3. 转向系结构设计 (4)1) 转向操纵机构............................................................................. - 5 -2) 转向传动机构............................................................................. - 5 -3) 机械转向器 ................................................................................ - 5 -二. 转向系统的主要性能参数 ............................................................... - 7 -1. 转向系的效率 (7)1) 转向系的正效率 ......................................................................... - 7 -2) 转向系的逆效率 ......................................................................... - 8 - 2. 转向系传动比的确定. (8)1) 转向系统传动比的组成 ............................................................... - 8 -2) 转向系统的力传动比和角传动比的关系 ........................................ - 8 -3) 传动系传动比的计算.................................................................. - 10 - 3. 转向系传动副的啮合间隙 .. (10)1) 转向器的啮合特征 ..................................................................... - 11 -2) 转向盘的自由行程 ..................................................................... - 11 - 4. 齿轮齿条式转向器的设计和计算 . (12)1) 转向轮侧偏角的计算.................................................................. - 12 -2) 转向器参数的选取 ..................................................................... - 13 -3) 选择齿轮齿条材料 ..................................................................... - 13 -4) 轴承的选择 ............................................................................... - 14 -5. 转向盘的转动的总圈数 (14)三. 电动助力转向系统设计 ................................................................. - 14 -1. 转矩传感器 (14)2. 减速机构 (15)3. 电磁离合器 (15)4. 电动机 (15)5. 车速传感器 (15)6. 电子控制单元 (16)四. 转向梯形机构的设计..................................................................... - 16 -1. 转向梯形理论特性 (16)2. 转向梯形的布置 (18)3. 转向梯形机构尺寸的初步确定 (18)4. 梯形校核 (19)一.轿车转向系设计方案的选择1.轿车参数的确定本次轿车转向系设计的整车相关参数如下：表1 整车相关参数2.对转向系的要求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3.转向系结构设计1)转向操纵机构转向操纵机构包括转向盘，转向轴，转向管柱。

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，大幅度减少农用车的各种费用，免交车辆增容费。

转向系统的计算设计：这次设计的电动车用的是麦弗逊式独立悬架，采用分段式转向梯形机构。

对于采用独立悬架的汽车转向车轮，转向梯形中的横拉杆应是分段式的，以避免运动干涉，防止一个车轮的上下跳动影响另一个车轮的跳动。

（图一）这种转向系统的结构大多如图1所示。

转向轴1的末端与转向器的齿轮轴2直接相连或通过万向节轴相连;齿轮图2与同装于一壳体内的齿条3啮合。

外壳则固定于车身或车架上。

齿条通过两端的球铰接头与两根分开的横拉杆4相连,两横拉杆又通过球头销与左右车轮上的梯形臂5、6相连。

这里齿条3既是转向器的传动件又是转向梯形机构中三段式横拉杆的一部分。

齿轮—齿条式转向器具有结构简单紧凑,制造工艺简便等优点,不仅适用于整体式前轴也适用于前轮采用独立悬架的断开式前轴,目前广泛地被采用于轿车、轻型客货车、微型汽车等车辆上。

但与之相配的转向梯形机构与传统的整体式转向梯形机构相比有其特殊之处。

故有必要加以研究和探讨。

绝大多数齿轮一齿条式转向器都布置在前轴后方,这样既可避让发动机的下部,又便于与转向轴下端连接。

安装时齿条中心线应与汽车纵向对称轴垂直;并且当转向器处于中立位置时,齿条两端球铰中心应对称地处于汽车纵向对称轴的两侧。

对于给定的汽车,其轴距L、主销后倾角口以及左右两主销轴线延长线与地面交点间距离K均为已知定值。

对于选定的转向器,其齿条两端中心距M也为已知定值.故在设计中需确定的参数为梯形底角、梯形臂长l以及齿条中心线到梯形底边的安装距1离，而横拉杆长度l可由上述参数确定其表达式为。

2转动转向盘时,齿条便向左或向右移动,使左右两边的杆系产生不同的运动,从而使左右车轮分别获得一个转角。

以汽车左转弯为例,此时右轮为外轮,外轮一侧的杆系运动如图2所示。

设齿条向右移过某一行程S,通过右横拉杆推动右梯形臂,使之转过。

（图二）取梯形右底角顶点O为坐标原点,X、Y轴方向如图2所示,则可导出齿条行程S与外轮转角的关系：另外，有图像可知：而+arctan-（图三）为坐标原点,X、Y轴方向如图3所示,则同样可导出齿条行程取梯形左底角顶点O1S与内轮转角的关系,即:众所周知,在不计轮胎侧偏时,实现转向轮纯滚动、无侧滑转向的条件是内、外轮转角具有如图4所示的理想的关系,即（图四）(6)式中T—计及主销后倾角夕时的计算轴距主销后倾角3°计算得T=2800+693/2tan3=2818L—汽车轴距2800mmr—车轮滚动半径346.5mm由(6)式可将理想的内轮转角民,表示为设计变量：、底角y和安装距对于给定的汽车和选定的转向器,转向梯形机构尚有梯形臂长11离h三个设计变量。

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）mm3.整备质量 12000kg4.轮胎气压 0.74MPa2.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。

图2-1转向操纵机构Fig.2-1 the control mechanism of steering1-转向万向节；2-转向传动轴；3-转向管柱；4-转向轴；5-转向盘1-steering universal shaft; 2-steering propeller ; 3-steering column ; 4-steering axis;5-steering wheel2.3转向传动机构[4]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。

XXXXXXX转向系统计算书编制：审核：批准：前言XXXXXXXXXXXXXXXXXX市场的需求而开发的旅游客车。

转向系统设计既要满足整车设计要求，又要遵循以下原则：1.尽可能采用通用件，提高零部件的通用性；2.系统良好的可靠性、操纵性；3.系统及零部件调整及维修的便利性。

1、输入数据前轴负荷：N G 441008.945001=⨯≤。

转向器参数：转向泵参数：发动机参数：2、根据原地转向阻力矩R M 选择转向器根据半经验公式，原地转向阻力矩可由下式计算：PG f M R 313=--------------公式1 式中：R M 车轮转向阻力矩Nm ；f 轮胎与地面的滑动磨擦系数，一般取f =0.7； 1G 前轴负荷（N ）；P 前轮气压(MPa)（双钱轮胎气压830kPa ）； 代入数据得：Nm M R 90.237183.04410037.03==转向器最大输出扭矩K M 选取时，要满足R K M M ≥，一般取Nm M M R K 9.211712.1=≥，这样可以较好发挥转向器的效率，并保持液压系统有一个良好的工况。

2.1原地转向时作用在转向盘上的手力如果忽略摩擦损失，根据能量守恒原理，h R M M 2为：+==sg w h R i d d M M ηβϕ0 -----------------公式2 式中：h M 为作用在转向盘上的力矩；0w i 为转向系角传动比；+sg η为转向器正效率，取0.85。

0w i 又由转向器角传动比w i 和转向传动机构角传动比'w i 所组成，其中27.23=w i 、12'w L L i =。

1L 为垂臂长210mm ，2L 为转向节臂长234mm 。

作用在转向盘上的手力h F 为：swhh D M F 2= -----------------公式3 式中：sw D 为转向盘直径。

将公式2代入公式3后得到： N i L D L M F sg w sw R h 795x 14.0x 0.850.45x 0.23421x 2371.9x 0.2221===+η按上式计算出的作用力超出了人的正常体力范围，但采用动力转向即可解决这一问题。

转向系统设计说明书转向系统设计说明书一、需求分析1.1系统简介本转向系统设计是为汽车制造企业设计的一款新型转向系统，包括方向盘、转向齿轮、转向杆等组件，用于汽车转向操作。

1.2系统功能本系统主要实现以下功能：（1）实现车辆转向操作；（2）提供灵敏度和舒适性，使驾驶员可以轻松驾驶；（3）确保车辆转向时的安全性。

1.3使用环境本系统主要用于汽车行驶时的转向操作，适用于各类车辆，包括小汽车、大型客车、货车、越野车等。

1.4系统需求（1）具有可靠性和耐用性；（2）转向灵敏度高，操控舒适；（3）保证转向操作安全；（4）可适应各种驾驶员的需求。

二、系统设计2.1系统架构本转向系统采用传统的齿轮传动转向系统。

主要包括方向盘、转向齿轮、转向杆等组件，在行驶过程中通过变换转向齿轮的位置，控制车轮的转向。

2.2系统组成本转向系统包括以下组件：（1）方向盘：由驾驶员操控，控制转向的方向。

（2）转向齿轮：连接车轮的转向轴，通过旋转控制车轮角度，实现左右转向操作。

（3）转向杆：将方向盘的旋转运动转换成转向齿轮的轴向运动。

（4）轴承：用于支撑转向齿轮，使其顺畅运转。

2.3系统工作原理当驾驶员通过方向盘控制转向时，方向盘传递力量到转向齿轮上，通过转向齿轮转动和转向杆的传动作用，使车轮转向。

其中，转向齿轮是通过齿轮副传动，将方向盘的旋转运动转换成轴向运动，控制车轮的转向角度。

2.4系统性能（1）灵敏度：驾驶员控制方向盘时，系统应能快速反应，确保车辆转向灵敏。

（2）舒适性：转向时不应有任何异响或抖动感，使驾驶员的操控更加舒适。

（3）可靠性：系统应具有较高的可靠性和耐久性，确保在各种路况下的转向操作安全。

三、结论本转向系统是一种新型的汽车转向系统，采用传统的齿轮传动技术，实现车辆转向操作。

系统整体性能较强，灵敏度高、舒适性好、可靠性强。

同时，本系统还具有可扩展性，在不断的设计应用和技术进步中，可为用户提供更多更好的服务。

课程汽车设计题目电动助力转向系设计说明书姓名学号班级指导教师日期 2016年6月15日目录一。

轿车转向系设计方案的选择................................. - 1 -1。

轿车参数的确定 (1)2。

对转向系的要求 (2)3.转向系结构设计 (2)1）转向操纵机构 ......................................................................................- 2 -2)转向传动机构 ......................................................................................- 3 -3)机械转向器 ..........................................................................................- 3 - 二。

转向系统的主要性能参数................................... - 4 -1.转向系的效率 (4)1）转向系的正效率...................................................................................- 4 - 2）转向系的逆效率...................................................................................- 5 - 2.转向系传动比的确定. (5)1)转向系统传动比的组成........................................................................- 5 -2)转向系统的力传动比和角传动比的关系..............................................- 5 -3)传动系传动比的计算 ...........................................................................- 6 - 3。

课程______________ 汽车设计题目电动助力转向系设计说明书姓名 ___________________________________ 学号_______________________________班级____________________________指导教师 _______________________________ 日期2016年6月15日一、轿车转向系设计方案得选择.................................. -1 -1、轿车参数得确定............................................ -1 -2、对转向系得要求 (2)3、转向系结构设计............................................ -2 -1)转向操纵机构............................................ -2 -2)转向传动机构............................................ -3 -3)机械转向器.............................................. -3 -二、转向系统得主要性能参数.................................... -4 -1、转向系得效率 (4)11转向系得正效率........................................... -4 -2)............................................................................................. _转向系得逆效率-5 -2、转向系传动比得确定........................................ -5 -11转向系统传动比得组成..................................... -5 -2)_转向系统得力传动比与角传动比得关系....................... -5 -31传动系传动比得计算....................................... -6 -3、转向系传动副得啮合间隙 (7)11转向器得啮合特征......................................... -7 -2)_转向盘得自由行程 ........................................ - 8-4、齿轮齿条式转向器得设计与计算 (8)11转向轮侧偏角得计算....................................... -8 -2)_转向器参数得选取 ........................................ -9 -31选择齿轮齿条材料........................................ -10 -41轴承得选择.............................................. -10 -5、转向盘得转动得总圏数 (10)三、电动助力转向系统设计..................................... -10 -勺、转矩传感器................................................ -10 -2、减速机构.................................................... -10 -3、电饌离合器.................................................. -11 -4、电动机...................................................... -11 -iT车速传感器................................................. -11 -6、电子控制单元................................................ -11 -四、转向梯形机构得设计....................................... - 12 -1、转向梯形理论特性............................................ -12 -2、转向梯形得布置.............................................. -13 -3、转向梯形机构尺寸得初步确定.................................. -13 -4、梯形校核 (14)一. 轿车转向系设计方案得选择1.轿车参数得确定本次轿车转向系设计得整车相关参数如下:表1整车相关参数2.对转向系得要求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，作用于转向盘上得转向力小于200N;3）转向系得角传动比在15^20之间，正效率在60%以上，逆效率在50%以上；4）转向灵敏；5）转向器与转向传动机构中应有间隙调整机构；6）转向系应有能使鸳驶员免遭或减轻伤害得防伤装置3.转向系结构设计1）转向操纵机构转向操纵机构包括转向盘，转向轴，转向管柱。

课程汽车设计题目电动助力转向系设计说明书姓名学号班级指导教师日期 2016年6月15日目录一、轿车转向系设计方案得选择............................ - 1 -1、轿车参数得确定 (1)2、对转向系得要求 (2)3、转向系结构设计 (2)1)转向操纵机构...................................... - 2 -2)转向传动机构...................................... - 3 -3)机械转向器........................................ - 3 -二、转向系统得主要性能参数.............................. - 4 -1、转向系得效率 (4)1)转向系得正效率.................................... - 4 -2)转向系得逆效率.................................... - 5 -2、转向系传动比得确定.. (5)1)转向系统传动比得组成.............................. - 5 -2)转向系统得力传动比与角传动比得关系 ................ - 5 -3)传动系传动比得计算................................ - 6 -3、转向系传动副得啮合间隙. (7)1)转向器得啮合特征.................................. - 7 -2)转向盘得自由行程.................................. - 8 -4、齿轮齿条式转向器得设计与计算. (8)1)转向轮侧偏角得计算................................ - 8 -2)转向器参数得选取.................................. - 9 -3)选择齿轮齿条材料................................. - 10 -4)轴承得选择....................................... - 10 -5、转向盘得转动得总圈数 (10)三、电动助力转向系统设计............................... - 10 -1、转矩传感器 (10)2、减速机构 (10)3、电磁离合器 (11)4、电动机 (11)5、车速传感器 (11)6、电子控制单元 (11)四、转向梯形机构得设计................................. - 12 -1、转向梯形理论特性 (12)2、转向梯形得布置 (13)3、转向梯形机构尺寸得初步确定 (13)4、梯形校核 (14)一. 轿车转向系设计方案得选择1.轿车参数得确定本次轿车转向系设计得整车相关参数如下:表1 整车相关参数2.对转向系得要求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,作用于转向盘上得转向力小于200N;3)转向系得角传动比在15~20之间,正效率在60%以上,逆效率在50%以上;4)转向灵敏;5)转向器与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得防伤装置3.转向系结构设计1)转向操纵机构转向操纵机构包括转向盘,转向轴,转向管柱。

目录1.初选数据 (3)2.转向系分析 (4)3.机械式转向器方案分析 (8)4.转向系主要性能参数 (9)5.转向器设计计算 (14)6.动力转向机构设计 (16)7.转向梯形优化设计 (22)8.结论 (24)9.参考文献 (25)设计任务书1.转向系设计1.1整车参数1.2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。

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。

图2-1转向操纵机构Fig.2-1 the control mechanism of steering1-转向万向节；2-转向传动轴；3-转向管柱；4-转向轴；5-转向盘1-steering universal shaft; 2-steering propeller ; 3-steering column ; 4-steering axis; 5-steering wheel2.3转向传动机构[4]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。

转向系统设计说明书设计原则：通过对所开发车型与已开发同类车型（或标杆车）的比较及所开发车型的前桥负荷,初步确定转向器总成的结构和相关参数。

故在选取时应遵循以下原则；1、转向器结构选型原则：1）、依据整车布置尺寸，确定转向器结构尺寸。

2）、依据使用和成本状况，确定是否使用通气螺塞。

2、转向器参数选型原则：1）、依据转向盘布置形式，确定是左置转向器或右置转向器。

2）、依据前桥负荷，选定转向器输出扭矩及输入轴花键。

3）、依据车型的最小转弯半径确定转向摇臂输出摆角能否满意使用要求。

4）、依据产品信函（或项目描述书）所描述的整车的使用状况，确定转向传动比是否采纳变传动比形式。

5）、依据产品信函（或项目描述书）所描述的整车的使用状况，确定传动间隙特性。

3、转向摇臂选型原则：1）、依据标杆车进行类比。

2）、依据车型的最小转弯半径确定转向摇臂在转向器上的中间位置。

3）、依据车型总布置，确定转向摇臂的偏距和长度。

4、转向传动轴及管柱的选型原则：1）、依据标杆车进行类比。

2）、依据点火开关和组合开关确定转向传动轴及管柱的形式。

3）、依据整车需要或成本考虑确定是否采纳双万向节结构，转向盘可调结构或缓冲吸能结构。

5、转向盘选型原则：1）、依据标杆车进行类比。

2）、依据总布置确定转向盘直径。

3）、依据整车需要或成本考虑，是否采纳防伤转向盘。

一、转向机部分一.设计目标L满意日本转向器样件的安装尺寸。

2.在结构上我们参考样件和恒隆公司现有的成熟产品的结构，确定为分体式结构。

3.产品性能达到或超过同类产品标准。

二.方案说明1.2.1扭杆与齿轮轴采纳花键联结方式，其优点：a.此结构采用花键过盈联结，省去了打销过程，简化了工艺。

b.增大了密封空间。

2.2齿条的支承型式齿条的一端通过常规的齿条支承座来支承，齿条支承座垫的材料选取的是含油聚甲醛，齿条的另一端通过缸端限位套总成来支承，在缸端限位套总成内含有聚甲醛材料的衬套，其主要优点是磨擦系数小，耐磨性好。

转向系统设计说明书一、引言1.1 项目背景转向系统是汽车安全驾驶的重要组成部分，用于控制车辆的转向操作。

一个稳定可靠的转向系统不仅能提高驾驶的安全性，还能提升驾驶的舒适性和操控性。

本设计说明书旨在详细介绍转向系统的设计原理、组成部分以及各功能模块的工作原理，为开发人员提供指导和参考。

1.2 文档目的本设计说明书的目的是提供一个清晰、详细的转向系统设计方案，以指导开发人员进行系统的开发和实现。

同时，本文档还可以作为后续维护和升级的参考资料，确保系统的稳定性和可靠性。

1.3 参考文档•ISO 26262：汽车功能安全性标准•车辆制造商的相关规范和标准1.4 定义和缩略词缩略词定义ABS Anti-lock Brake System（防抱死制动系统）ECU Electronic Control Unit（电子控制单元）CAN总线Controller Area Network（控制器局域网）HCU Hydraulic Control Unit（液压控制单元）HMI Human-Machine Interface（人机界面）二、总体设计2.1 系统架构转向系统主要由以下几个部分组成：1.转向传感器：用于检测驾驶员转动方向盘的角度和速度。

2.转向电机：根据转向传感器的信号，通过控制电机的转动，实现车辆的转向。

3.转向控制器：负责接收转向传感器的信号，根据算法计算转向电机的控制量。

4.供电系统：为转向电机和转向控制器提供稳定的电源。

2.2 功能模块2.2.1 转向传感器转向传感器负责检测驾驶员的转向动作，并将其转化为电信号传输给转向控制器。

其主要功能模块包括：1.转向角度检测：通过安装在方向盘旁的传感器，检测驾驶员转动方向盘的角度。

2.转向速度检测：通过检测方向盘转动的速度，判断驾驶员的转向意图。

2.2.2 转向电机转向电机是转向系统的核心部件，通过控制电机的转动实现车辆的转向。

其主要功能模块包括：1.转向力反馈控制：根据转向控制器的控制信号，调整电机的输出力以模拟驾驶员转向时的力感觉。

汽车动力转向系设计说明书中文摘要为了减轻驾驶员转动方向盘的操作力利用动力产生辅助动力的装置称为转向动力机构现代汽车都采用动力转向辅助系统使驾驶员的转向操作变得方便省力本文主要介绍了齿轮齿条式动力转向器的设计计算以及结构设计对转向系的要求转向系的主要参数动力转向系的要求动力转向的组成和工作原理以及动力转向系布置方案的选择和确定等作了详细的介绍并且对所需要的辅助油泵作了计算和选择关键字齿轮齿条式动力转向设计计算AbstractIn order to reduce the driver turned the steering wheel operating force the use of power auxiliary power produced the device is called to the motor It made the driver change direction conveniently and save his labouring This text mostly introduced the design and the count of the integery type of circulating rack and pinion steering along with the design of structure And it particularly introduced the need of steering system the main parameters of steering system the need of power steering system the make-up and the principle of power steering system and how to select and ascertain the established scheme of power steering systemIt is emphasized the design and the count also reckon and select the pumpKeywords Rack and pinion steeringpower steeringdesign and count中文摘要Abstract II前言 1第一章转向系统设计方案论证 2§1－1 转向系的概述2§1－2 动力转向系统概述 4§1－3 齿轮齿条式转向器与其它型式转向器的比较 6 §1－4 电控液压动力转向系统的工作特性7第二章齿轮齿条转向器设计及校核10§21 齿轮齿条转向器种类的选择 10§22 前轴负荷的确定12§23 转向系的主要性能参数计算 13§24 齿轮齿条转向器的计算及校核16第三章电控液压动力转向系统的设计及验证25§31 EHPS系统设计方案选择 25§32 EHPS系统的设计计算28§33 动力转向系统方案校核36第四章毕业设计结论与小结39致谢40参考文献41本次毕业设计在高晓宏老师的指导下进行主要内容是齿轮齿条式的设计及其计算转向系的主要性能参数选择与确定电子液压式动力转向系统的设计老师在三月初向我介绍了我将要完成的任务并提供了大量的资料我自己也借了很多参考书籍来学习并且在网上杂志上查阅了大量的相关文献我的课题是小排量汽车转向系设计在今后的二个多月的时间里我要完成的任务有1由给定条件确定基本参数然后由基本参数确定动力转向器的其他主要参数2进行方案论证设计算机械结构设计方案校验等3绘制转向系装配图以及其零件图4编写设计说明书5进行相关技术文献资料翻译6分析总结撰写毕业设计说明书本次设计要达到以下要求1 在考虑安全可靠动力性经济性良好又具备舒适方便高效的基础上尽量利用成熟的主要零部件并考虑其通用性以减少投产准备工作量以此提高经济效益并方便用户维修2 充分采用引进的车型的先进技术和先进结构并确保各选用总成零部件的技术水平达到或接近国内先进水平以提高整车性能增强本系列车型在国内外市场的竞争力3 考虑系列化设计在基本车型基础上通过局部改动能派生成系列产品4 设计时还考虑能装配成各种型专用车的可能性5 遵循三化原则贯彻有关国家标准和汽车行业标准以及汽车技术法规6 运行安全排放和噪声应符合国内及国际相应法规的要求以确保行车的安全和降低对环境的污染§1－1 转向系的概述转向系是通过对左右转向车轮不同转角之间的合理匹配来保证汽车能沿着设想的轨迹运动的机构它由转向操纵机构转向器和转向传动机构组成转向操纵机构转向器是转向系中最重要的部件作用是增大转向盘传到转向传动机构的力改变力的传递方向转向器按结构形式可分为多种类型目前较常用的有循环球式蜗杆曲柄指销式等如果按照助力形式又可以分为机械式无助力和动力式有助力两种其中又可以分为液压动力式电动助力式电液助力式等转向传动机构转向传动机构和动力系统结合构成动力转向系统为了使转向轻便现在的汽车多采用动力转向系统4 对转向系的要求转向系应满足下述要求保证汽车具有高的机动性内外转向轮转角间的匹配应保证当汽车转弯行驶时全部车轮绕同一瞬时转向中心旋转各车轮只有滚动而无侧滑在转向盘和各转向轮的转角间应保证在运动学关系和力学关系方面的协调操纵轻便转向时加在转向盘上的切向力对轿车不应大于150200N对中型货车不应大于360N对重型货车不应大于450N否则应考虑动力转向转向盘的回转圈数要少转向后转向盘应能自动回正并能使汽车保持在稳定的直线行驶工况当转向轮受到地面冲击时转向系传递到转向盘上的反向冲击要小转向传动机构与悬架导向装置的干涉应最小转向器和转向传动机构因磨损产生间隙时应能调整而消除之§1－2 动力转向系统概述1动力转向系统的定义及组成动力转向系统是将发动机输出的部分机械能转化为压力能或电能并在驾驶员控制下对转向传动机构或转向器中某一传动件施加辅助作用力使转向轮偏摆以实现汽车转向的一系列装置2对动力转向系的要求1既要保证转向轻便胜利又要能够很好的反馈地面作用力即路感2在转向结束时转向盘能平顺地自动回正使车轮回到直线行驶的位置上3当动力转向系统发生故障时转向系统仍能依靠人力进行转向4在保证转向性能的前提下尽可能降低转向的动力消耗3．汽车上装置动力转向系统的目的汽车转向时要求操纵轻便即以较小的转向盘操纵力获得较大的转向力矩同时又要求转向灵敏即以较小的转向盘转向角获得较大的转向角使用机械转向装置可以实现汽车转向当转向轴负荷较大时仅靠驾驶员的体力作为转向能源则难以顺利转向动力转向系统减轻了驾驶员操纵转向盘的作用力转向能源来自驾驶员的体力和发动机或电动机其中发动机或电动机占主要部分通过转向加力装置提供正常情况下驾驶员能轻松地控制转向图1-2 汽车急转弯时的转向力特性曲线4．动力转向系统分类目前轿车上配置的助力转向系统大致分为三类机械液压助力转向系统电子液压助力转向系统和电动助力转向系统机械式液压动力转向系统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液压泵靠发动机皮带直接驱动无论车是否转向这套系统都要工作而且在大转向车速上浪费了能量驾驶这类车尤其是低速转弯时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较低时需要液压泵输出更大的功率以获得比较大的助力在一定程度很大也比较容易损害助力系统电液压助力转向系统主要由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构成其中助力转向控制单元和电动泵是一个整体结构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动力来自于蓄电池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电子液压助力转向系统是目前采用较为普遍的助力转向系统电动助力转向系统电动助力转向系统 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汽车在转向时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在电子控制单元控制下汽车能容易地实现可变助力功能即在车速较低的时候助力能量大方向盘轻车速高时助力能量小方向盘重这样给安全行车带来好处如果不转向则本套系统就不工作处于休眠状态等待调用一般高档轿车使用这样的助力转向系统的比较多§1－3 齿轮齿条式转向器与其它型式转向器的比较齿轮齿条转向器以齿轮和齿条传动作为传动机构适合与麦弗逊式独立悬架配用齿轮齿条式转向器的结构简单结构简单紧凑无转向摇臂和转向直拉杆质量轻刚性大因而制作容易成本低便于布置正逆效率均高为了防止和缓和方向冲击传给方向盘应装有能吸振的减振器或者在小齿轮和转向轴之间装橡胶联轴节这种转向器近年来在轿车和微型货车上得到较广泛的应用本次设计选择使用齿轮齿条转向器图1-3 齿轮齿条转向器循环球式转向器的传动效率高工作平稳可靠螺杆和螺母上的螺旋槽经淬火和磨削加工后既耐磨而寿命又长但循环球式转向器结构较为复杂对主要零件的加工精度要求较高但目前在SUVMPV等车型上仍得到广泛的应用蜗杆滚轮式转向器主要由蜗杆和滚轮相啮合而构成滚轮的齿面和蜗杆上的螺纹齿呈面接触强度比较高制造简单工作可靠磨损较小寿命较长当要求摇臂轴有较大转角时蜗杆直径要做的大些因而转向器的外形尺寸和质量都将相应增加这种转向器曾在轻型和中型汽车上广泛使用过蜗杆指销式转向器能够根据使用要求将角传动比作成不变或可变的摇臂轴转角较大时可以采用双销式结构双销式转向器在直线行驶区域附近两个销子同时工作可降低销子上的负荷减少磨损这种转向器制造较复杂曾在一些小排量的轿车上直至重型汽车上采用过目前应用较少§1－4 电控液压动力转向系统的工作特性图1-4 动力转向控制系统图1-5 POLO轿车电动液压助力转向系统示意图从广泛意义上讲电控液压助力转向系统分为2种一种是为了实现车速感应式转向功能而在机械液压助力转向系统的基础上增加了控制液体流量的电磁阀车速传感器以及转向控制单元等转向控制单元根据车速信号控制电磁阀从而通过控制液体流量实现了助力作用随车速的变化另一种助力转向系统是用由电动机驱动的液压泵代替了机械液压助力转向系统中的机械液压泵而且增加了车速传感器转向角速度传感器以及转向控制单元等部件从性能上讲采用电动液压泵的电控液压助力转向系统具有更好的性能根据控制方式的不同液压式电子控制动力转向系统又可分为流量控制式反力控制式和阀灵敏度控制式三种形式本次设计采用流量控制式工作过程在传统的液压动力转向系统的基础上增设了控制液体流量的电磁阀车速传感器和电子控制单元等电子控制单元根据检测到的车速信号控制电磁阀使转向动力放大倍率实现连续可调从而满足高低速时的转向助力要求转向控制单元根据车辆的行驶速度和转向角度等输入信号计算出理想的输出信号然后控制电动机输出适当的功率电控液压助力转向系统中的电动液压泵工作通过液压油为转向机提供助力当汽车高速行驶时转向控制单元控制电动机输出较小的功率这样驾驶者在操纵转向盘时就比较稳定也就实现了车速感应式转向2系统组成电控液压助力转向系统简称为EHPAS Electro-Hydraulic Power Assist Steering 系统部件主要包括电动机液压泵转向机转向角速度传感器转向控制单元EHPAS警告灯以及助力油储液罐等其中转向控制单元和电动机及液压泵通常安装在一起1 优点①由于电子控制助力转向系统采用了电动机代替发动机驱动机械液压泵这在一定程度上降低了发动机的负荷从而降低了燃油消耗②由于采用了转向控制单元在系统出现故障时可以使用故障诊断仪辅助故障的检修2 缺点①虽然采用了电能作为动力源但是仍然保留有液压动力传递系统因此电控液压助力转向系统仍然具有一些机械液压助力转向系统缺点例如系统结构复杂以及液压管路有泄漏的可能等问题②电控液压助力转向带有液压管路和储油罐等系统不能实现模块化设计各部件在车身上的布置仍然有一定的局限性第二章齿轮齿条转向器设计及校核§21 齿轮齿条转向器种类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2-1a侧面输入两端输出图2-1b侧面输入中间输出图2-1c 侧面输入一端输出图2-1d图2-1齿轮齿条转向系采用侧面输入中间输出方案时由图2－2可见与齿条固连的左右拉杆延伸到接近汽车纵向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2-2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采用侧面输入一端输出的齿轮齿条式转向器常用在平头货车上如果齿轮齿条式转向器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为此因与总体布置不适应而遭淘汰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根据对四种不同类型转向器的对比选择选用侧面输入两端输出的齿轮齿条转向器齿条断面形状有圆形图2－3V形图2－4和Y形图2－5三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2-4 图2-5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2-6 图2-6§22 前轴负荷的确定对于轿车汽车总质量整备质量驾驶员及乘员质量行李质量》表210知汽车载质量利用系数选取 12由公式得 1536kg3 轮胎的选择由《汽车设计》表220根据条件初选轮胎规格为17560R14胎宽胎厚与胎宽的百分比为-------6 即胎厚 1轮毂直径1汽车方向盘转向盘转向盘的直径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老师给定的尺寸＝mm则由作用方向盘上的力矩得作用在方向盘上的力2转向阻力矩[1]式中---滑动摩擦系数一般取０７Ｐ---轮胎气压P 045Mpa---前轴载荷G 8595N则＝2771Nm3转向系的效率功率P1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表示反之称为逆效率用符号η-表示转向系的效率η0由转向器的效率η和转向操纵及传动机构的效率η决定转向器的效率η又有正效率η和逆效率η-之分转向摇臂轴输出的功率P1-P2与转向轴输入功率P1之比称为转向器的正效率η P1-P2P1 式中 P2转向器的摩擦功率反之经转向轴输出的功率P3-P2与转向摇臂轴输入的功率P3之比称为转向器的逆效率η- P3-P2P3 正效率愈大转动转向轮时转向器的摩擦损失就愈小转向操纵就愈容易转向器的结构类型结构特点结构参数和制造质量等是影响转向器正效率的主要因素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这又要求此逆效率尽可能低逆效率表示转向器的可逆性根据逆效率值的大小转向器又可分为可逆式极限可逆式与不可逆式三种可逆式转向器的逆效率较高这种转向器将路面作用在转向轮上的反力很容易的传递到转向盘上使司机的路感好在汽车转向后也能保证转向轮与转向盘的自动回正使转向轮行驶平稳但在坏路面上当转向轮上作用有侧向力时转向轮受到的冲击大部分会传给转向盘容易产生打手现象同时转向轮容易产生摆振因此可逆式转向器宜用于在良好路面上行驶的汽车目前主要应用于轿车客车和货车上齿轮齿条式和循环球式转向器均属于这一类不可逆式转向器不会将转向轮受到的冲击力传到转向盘由于他既使司机没有路感又不能保证转向轮的自动回正现代汽车已不采用极限可逆式转向器其反向传力性能介于可逆式和不可逆式之间接近于不可逆式驾驶员有一定路感能实现转向轮自动回正当路面冲击力很大时才能部分地传到转向盘其逆效率较低适用于在坏路面上行驶的汽车目前主要应用于越野车和矿用自卸汽车当转向轮受到冲击力时其中只有较小的一部分传递给转向盘4转向系的角传动比和力传动比转向系的传动比由转向系的角传动比和转向系的力传动比组成．从轮胎接触地面中心作用在两个转向轮上的合力2与作用在方向盘上的手力Ｆ之比称为力传动比i方向盘的转角和驾驶员同侧的转向轮转角之比称为转向系角传动比i它又由转向器传动比i转向传动装置角传动比i所组成．力传动比与转向系角传动比的关系i而Ｆ和作用在转向节上的转向阻力矩Ｍ有以下关系Ｆ＝作用在方向盘上的手力Ｆ可由下式表示Ｆ＝则i 若忽略磨擦损失则由此式中a－车轮节臂由式可知力传动比与．和有关愈小愈大转向愈轻便．由以上过程可计算出结果如下角传动比则＝2217２力传动比式中a 50mm则 681§24 齿轮齿条转向器的计算及校核1齿轮参数的选择齿轮模数值取值为m 主动齿轮齿数为z 6压力角取α 20°齿轮螺旋角为β°齿条齿数应根据转向轮达到的值来确定齿轮的转速为n 10rmin齿轮传动力矩25Ｎ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2齿轮几何尺寸确定齿顶高 ha齿根高 hf齿高 h ha hf分度圆直径 d mzcosβ齿顶圆直径 da d2ha齿根圆直径 df d-2hf基圆直径法向齿厚为端面齿厚为分度圆直径与齿条运动速度的关系 d 60000vπn10001ms齿距 p πm 314×齿轮中心到齿条基准线距离 H d2xm3．齿根弯曲疲劳强度计算1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 主动齿轮齿数为z 6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60HRC4齿轮螺旋角初选为β°2齿轮的齿根弯曲强度设计1试取K2斜齿轮的转矩 T 25N·m3取齿宽系数4齿轮齿数5复合齿形系数6许用弯曲应力 07 07920 644N为齿轮材料的弯曲疲劳强度的基本值试取 mm7圆周速度d mmb d 取b mm8计算载荷系数1 查表得使用系数 12 根据和8级精度查表得3 查表得齿向载荷分布系数4 查表得齿间载荷分布系数5 修正值计算模数＝故前取mm不变．31许用接触应力查表得由图得安全系数2查表得弹性系数．3查表得区域系数．4重合度系数＝5螺旋角系数＝MPa1650MPa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4齿条的设计根据齿轮齿条的啮合特点齿轮的分度圆永远与其节圆相重合而齿条的中线只有当标准齿轮正确安装时才与其节圆相重合齿轮与齿条的啮合角永远等于压力角因此齿条模数m 压力角齿条断面形状选取圆形选取齿数z＝28螺旋角端面模数端面压力角法面齿距π端面齿距齿顶高系数法面顶隙系数齿顶高齿根高齿高 h ha hf法面齿厚端面齿厚5齿轮轴的设计由于齿轮的基圆直径14412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抗拉强度极限屈服极限弯曲疲劳极限剪切疲劳极限转速n 10rmin根据公式[5]忽略磨损根据能量守衡作用在齿轮齿条上的阻力矩为Mr 2832Nm作用在齿轮上的轴向力为F 1264KN作用在齿轮上的切向力为F 3474KN弯曲疲劳强度校核。