轎車轉(zhuǎn)向系設(shè)計課程設(shè)計報告書

1、轎車轉(zhuǎn)向系設(shè)計此次設(shè)計的是與非獨立懸架相匹配的整體式兩輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)。利用相關(guān)汽車設(shè)計和連桿機構(gòu)運動學(xué)的知識，首先對給定的汽車總體參數(shù)進行分析，在此基礎(chǔ)上，對轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行選擇，接著對轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)（主要是轉(zhuǎn)向梯形）進行設(shè)計，再對動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)進行設(shè)計。轉(zhuǎn)向器在設(shè)計中選用的是循環(huán)球式齒條齒扇轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計選用的是整體式轉(zhuǎn)向梯形， 通過對轉(zhuǎn)向輪實際達(dá)到的最大偏轉(zhuǎn)角時與轉(zhuǎn)向外輪理想最大偏轉(zhuǎn)角度的差值的檢驗和對其最小傳動角的檢驗，來判定轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計是否符合基本要求。一、整車參數(shù)1、汽車總體參數(shù)的確定本設(shè)計中給定參數(shù)為：汽車總體參數(shù)整備質(zhì)量1360kg驅(qū)動型式4×2 前輪軸距

2、2550空載前軸負(fù)荷60%前輪距1429后輪距1422最高車速180km/h最大爬坡度35%最小轉(zhuǎn)向直徑11m變速器手動5擋輪胎型號185/60R14T制動距離5.6m(30km/h)最大功率 / 轉(zhuǎn)速74kw/5800rpm最大轉(zhuǎn)矩 / 轉(zhuǎn)速150N.m/4000rpm二、轉(zhuǎn)向系設(shè)計概述汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來改變汽車行駛方向的專設(shè)機構(gòu)的總稱。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功用是保證汽車能按駕駛員的意愿進行直線或轉(zhuǎn)向行駛。對轉(zhuǎn)向系提出的要求有：1) 汽車轉(zhuǎn)向行駛時，全部車輪繞瞬時轉(zhuǎn)向中心轉(zhuǎn)動；2) 操縱輕便，方向盤手作用力小于 200N；3) 轉(zhuǎn)向系角傳動比 1520；正效率高于 60%，逆效率高于 50%；4)

3、 轉(zhuǎn)向靈敏；5) 轉(zhuǎn)向器與轉(zhuǎn)向傳動裝置有間隙調(diào)整機構(gòu)；6) 配備駕駛員防傷害裝置；三、機械式轉(zhuǎn)向器方案分析機械轉(zhuǎn)向器是將司機對轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動變?yōu)檗D(zhuǎn)向搖臂的擺動（或齒條沿轉(zhuǎn)向車軸軸向的移動） ，并按一定的角轉(zhuǎn)動比和力轉(zhuǎn)動比進行傳遞的機構(gòu)。機械轉(zhuǎn)向器與動力系統(tǒng)相結(jié)合，構(gòu)成動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 高級轎車和重型載貨汽車為了使轉(zhuǎn)向輕便，多采用這種動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 采用液力式動力轉(zhuǎn)向時，由于液體的阻尼作用，吸收了路面上的沖擊載荷，故可采用可逆程度大、正效率又高的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)。1、機械式轉(zhuǎn)向器方案選取選取循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器有螺桿和螺母共同形成的落選槽裝鋼球構(gòu)成的傳動副，以及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動副

4、組成，如圖所示。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器示意圖循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點是： 在螺桿和螺母之間因為有可以循環(huán)流動的鋼球，將滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦， 因而傳動效率可以達(dá)到 75%85%；在結(jié)構(gòu)和工藝上采取措施后，包括提高制造精度，改善工作表面的表面粗糙度和螺桿、 螺母上的螺旋槽經(jīng)淬火和磨削加工， 使之有足夠的使用壽命；轉(zhuǎn)向器的傳動比可以變化；工作平穩(wěn)可靠；齒條和齒扇之間的間隙調(diào)整工作容易進行，適合用來做整體式動力轉(zhuǎn)向器。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的間隙調(diào)整機構(gòu)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是： 逆效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，制造精度要求高。2、防傷安全機構(gòu)分析汽車發(fā)生正面沖撞時，軸向力達(dá)到一定值以后，塑料銷釘2 被剪斷，套管與軸

5、產(chǎn)生相對移動， 存在其間的塑料能增大摩擦阻力吸收沖擊能量。此外， 轉(zhuǎn)向傳動軸長度縮短，減小了轉(zhuǎn)向盤向駕駛員一側(cè)的移動量，起到保護駕駛員的作用。安全聯(lián)軸套管1套管 2 塑料銷釘3 軸這種防傷機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，只要合理選取銷釘數(shù)量與直徑，便能保證它可靠地工作和吸收沖擊能量。四、轉(zhuǎn)向系性能參數(shù)1、傳動比變化特性轉(zhuǎn)向器角傳動比可以設(shè)計成減小、增大或保持不變的。 影響選取角傳動比變化規(guī)律的主要因素是轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大小和對汽車機動能力的要求。若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷小或采用動力轉(zhuǎn)向的汽車，不存在轉(zhuǎn)向沉重問題，應(yīng)取較小的轉(zhuǎn)向器角傳動比，以提高汽車的機動能力。 若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大，汽車低速急轉(zhuǎn)彎時的操縱輕便性問題突出，應(yīng)選

6、用大些的轉(zhuǎn)向器角傳動比。轉(zhuǎn)向器角傳動比變化曲線應(yīng)選用大致呈中間小兩端大些的下凹形曲線，如圖所示。轉(zhuǎn)向器角傳動比變化特性曲線2、轉(zhuǎn)向器傳動副的傳動間隙傳動間隙是指各種轉(zhuǎn)向器中傳動副之間的間隙。 該間隙隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的大小不同而改變， 并把這種變化關(guān)系稱為轉(zhuǎn)向器傳動副傳動間隙特性。傳動副的傳動間隙在轉(zhuǎn)向盤處于中間及其附近位置時要極小， 最好無間隙。若轉(zhuǎn)向器傳動副存在傳動間隙， 一旦轉(zhuǎn)向輪受到側(cè)向力作用，車輪將偏離原行駛位置，使汽車失去穩(wěn)定。傳動副在中間及其附近位置因使用頻繁，磨損速度要比兩端快。在中間附近位置因磨損造成的間隙過大時，必須經(jīng)調(diào)整消除該處間隙。為此，傳動副傳動間隙特性應(yīng)當(dāng)設(shè)計成下所示的逐

7、漸加大的形狀。轉(zhuǎn)向器傳動副傳動間隙特性轉(zhuǎn)向器傳動副傳動間隙特性 圖中曲線 1 表明轉(zhuǎn)向器在磨損前的間隙變化特性；曲線 2 表明使用并磨損后的間隙變化特性，并且在中間位置處已出現(xiàn)較大間隙；曲線 3 表明調(diào)整后并消除中間位置處間隙的轉(zhuǎn)向器傳動間隙變化特性。五、動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計計算1、對動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的要求1）運動學(xué)上應(yīng)保持轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角和駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角之間保持一定的比例關(guān)系。2）隨著轉(zhuǎn)向輪阻力的增大（或減?。?，作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力必須增大（或減?。Q之為“路感”。3）當(dāng)作用在轉(zhuǎn)向盤上的切向力F h 0.025 0.190kN 時，動力轉(zhuǎn)向器就應(yīng)開始工作。4）轉(zhuǎn)向后 , 轉(zhuǎn)向盤應(yīng)自動回正， 并

8、使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài)。5）工作靈敏，即轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動后，系統(tǒng)壓力能很快增長到最大值。6）動力轉(zhuǎn)向失靈時，仍能用機械系統(tǒng)操縱車輪轉(zhuǎn)向。7）密封性能好，、外泄漏少。2、液壓式動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的計算1）動力缸尺寸計算動力缸的主要尺寸有動力缸徑、活塞行程、活塞桿直徑和動力缸體壁厚。動力缸產(chǎn)生的推力F 為F F1L1L式中，L1 為轉(zhuǎn)向搖臂長度； L 為轉(zhuǎn)向搖臂軸到動力缸活塞之間的距離。推力 F 與工作油液壓力p 和動力缸截面面積S 之間有如下關(guān)系S F 1L1pL因為動力缸活塞兩側(cè)的工作面積不同，應(yīng)按較小一側(cè)的工作面積來計算，即22S4( Dd p)式中， D為動力缸徑； d p 為活塞桿直徑，初選

9、d p 0.35D，壓力 p6.3Mpa。聯(lián)立后得到4 F1L12=63 mm所以 d=22mmDpLd p活塞行程是車輪轉(zhuǎn)制最大轉(zhuǎn)角時，由直拉桿的的移動量換算到活塞桿處的移動量得到的。活 塞 厚 度 可 取 為B=0.3D 。 動 力 缸 的 最 大 長 度s為s10(0.5 0.6) D0.3Ds =130mm1動力缸殼體壁厚 t,根據(jù)計算軸向平面拉應(yīng)力z 來確定，即D2z ps2n4( Dtt)式中， p 為油液壓力； D為動力缸徑； t 為動力缸殼體壁厚； n 為安全系數(shù)， n=3.55.0;s 為殼體材料的屈服點。殼體材料用鑄造鋁合金采用 ZL105,抗拉強度為 160-240MPa

10、。t=5mm活塞桿用 45 剛制造，為提高可靠性和壽命，要求表面鍍鉻并磨光。2) 分配閥的參數(shù)選擇與設(shè)計計算分配閥的要參數(shù)有 : 滑閥直徑 d、預(yù)開隙 e1密封長度 e2 、滑閥總移動量 e、滑閥在中間位置時的液流速度v、局部壓力降和泄漏量等。分配閥的泄漏量Q3p ? p?10cm/sQ=2.261012e2局部壓力降p當(dāng)汽車宜行時，滑閥處于中間位置，油液流經(jīng)滑閥后再回到油箱。油液流經(jīng)滑閥時產(chǎn)生的局部壓力降p (MPa)為2v42p213.8 10v式中 油液密度， kg/m3 ;局部阻力系數(shù)，通常取3.0 ；v 油液的流速， m/s。p 的允許值為0.03 0.04MPa。3) 動力轉(zhuǎn)向的評

11、價指標(biāo)動力轉(zhuǎn)向器的作用效能用效能指標(biāo) sF h來評價動力轉(zhuǎn)向器的作用效能?，F(xiàn)有動力F h轉(zhuǎn)向器的效能指標(biāo) s=115。路感駕駛員的路感來自于轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時，所要克服的液壓阻力。 液壓阻力等于反作用閥面積與工作液壓壓強的乘積。在最大工作壓力時，轎車：換算以轉(zhuǎn)向盤上的力增加約3050N。轉(zhuǎn)向靈敏度轉(zhuǎn)向靈敏度可以用轉(zhuǎn)向盤行程與滑閥行程的比值i 來評價i Dsw2比值 i 越小，則動力轉(zhuǎn)向作用的靈敏度越高。動力轉(zhuǎn)向器的靜特性動力轉(zhuǎn)向器的靜特性是指輸入轉(zhuǎn)矩與輸出轉(zhuǎn)矩之間的變化關(guān)系曲線，是用來評價動力轉(zhuǎn)向器的主要特性指標(biāo)。因輸出轉(zhuǎn)矩等于油壓壓力乘以動力缸工作面積和作用力臂，對于已確定的結(jié)構(gòu)， 后兩項是常量，

12、所以可以用輸入轉(zhuǎn)矩 M與輸出油壓 p之間的變化關(guān)系曲線來表示動力轉(zhuǎn)向的靜特性，如圖。常將靜特性曲線劃分為四個區(qū)段。在輸入轉(zhuǎn)矩不大的時候，相當(dāng)于圖中A段；汽車原地轉(zhuǎn)向或調(diào)頭時，輸入轉(zhuǎn)矩進入最大區(qū)段（圖中 C段）；B區(qū)段屬常用快速轉(zhuǎn)向行駛區(qū)段；D區(qū)段曲線就表明是一個較寬的平滑過渡區(qū)間。要求動力轉(zhuǎn)向器向右轉(zhuǎn)和向左轉(zhuǎn)的靜特性曲線應(yīng)對稱。對稱性可以評價滑閥的加工和裝配質(zhì)量。要求對稱性大于0.85 。靜特性曲線分段示意圖六、轉(zhuǎn)向梯形的選擇轉(zhuǎn)向梯形有整體式和斷開式兩種，無論采用哪一種方案，都必須正確選擇轉(zhuǎn)向梯形參數(shù)，做到汽車轉(zhuǎn)彎時，保證全部車輪繞一個瞬時轉(zhuǎn)向中心行駛，使在不同圓周上運動的車輪，作無滑動的純滾

13、動運動。同時，為達(dá)到總體布置要求的最小轉(zhuǎn)彎直徑值，轉(zhuǎn)向輪應(yīng)有足夠大的轉(zhuǎn)角。本設(shè)計中由于采用的是非獨立式懸架，應(yīng)當(dāng)選用與之配用的整體式轉(zhuǎn)向梯形。1、整體式轉(zhuǎn)向梯形整體式轉(zhuǎn)向梯形是由轉(zhuǎn)向橫拉桿1、轉(zhuǎn)向梯形臂 2 和汽車前軸 3組成，如下圖所示。其中梯形臂呈收縮狀向后延伸。這種方案的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整前束容易， 制造成本低；主要缺點是一側(cè)轉(zhuǎn)向輪上、 下跳動時，會影響另一側(cè)轉(zhuǎn)向輪。當(dāng)汽車前懸架采用非獨立式懸架時，應(yīng)當(dāng)采用整體式轉(zhuǎn)向梯形。整體式轉(zhuǎn)向梯形的橫拉桿可位于前軸后或者前軸前（稱為前置梯形）。對于發(fā)動機位置整體式轉(zhuǎn)向梯形1轉(zhuǎn)向橫拉桿2 轉(zhuǎn)向梯形臂3 前軸低或前輪驅(qū)動汽車，常采用前置梯形。前置梯形

14、的梯形臂必須向前外側(cè)方向延伸，因而會與車輪或制動底版發(fā)生干涉，所以在布置上有困難。為了保護橫拉桿免遭路面不平物的損傷，橫拉桿的位置應(yīng)盡可能布置得高些，至少不低于前軸高度。2、轉(zhuǎn)向梯形優(yōu)化兩軸汽車在轉(zhuǎn)向時， 若不考慮輪胎的側(cè)向偏離， 則為了滿足對轉(zhuǎn)向系的要求，其、外轉(zhuǎn)向輪理想的轉(zhuǎn)角關(guān)系如圖所示，由下式?jīng)Q定：cot o cotDO COKiBDL式中：o 外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角；i 轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角；K 兩轉(zhuǎn)向主銷中心線與地面交點間的距離；L 軸距、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的合理匹配是由轉(zhuǎn)向梯形來保證。理想的、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角間的關(guān)系在忽略側(cè)偏角影響的條件下，兩轉(zhuǎn)向前輪軸線的延長線交在后軸延長線上，如圖4-7 所示。設(shè) i 、 o 分別為、外轉(zhuǎn)向車輪轉(zhuǎn)角，L 為汽車軸距， K 為兩主銷中心線延長線到地面交點之間的距離。若要保證全部車輪繞一個瞬時轉(zhuǎn)向中心行駛，則梯形機構(gòu)應(yīng)保證、外轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)角有如下關(guān)系cot ocot iKL若自變角為 o，則因變角 i 的期望值為if ( o )arc cot(cot0K / L )理想的外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系簡圖現(xiàn)有轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)僅能近似滿足上式關(guān)系。由機械原理得知，四連桿機構(gòu)的傳動角 不宜過小，通常取min40 °。如圖所示，轉(zhuǎn)