b2.4第四章及整車的匹配設計

1、第四章與整車的匹配設計常設發(fā)揮作用，包還必須使該動力轉向器在汽，車上匹配計的好。括在汽車上的布置要合理相關聯(lián)的轉向盤、轉向傳 動 裝 置 、轉 向 器 支 架 、轉向搖臂、直拉桿設計的合理，動力轉向器本身選型合理以及配套的轉向油泵和轉向油罐選型及匹配的合理。這些因素都將對動力轉向器能否在汽車上正常發(fā)揮作用產生影響。下邊將分別討論：1 .布置方式分類在汽車上布置整體式動力轉向器必須按我國公路法規(guī)規(guī)定轉向器必須布置在汽車前進方向的左側般稱為左置轉向器。按轉向器相對車架的位置分為立置、斜置和臥置(見 圖 4.1 )。按轉向器相對支架的位置分為輸出軸朝內和輸出軸朝外兩種。2.整體式動力轉向器布置的要求

2、(1)要把轉向盤一轉向傳動裝置一整體式動力轉向器一轉向桿系一車輪作為一個系統(tǒng)來考慮。選擇最優(yōu)方案進行具體設計。(2)盡量保證轉向盤的大小，布置角度適合不同車型人體工程學的要求。(3 )盡量保證轉向傳動軸的布置能使轉向盤與轉向器轉向軸 等 速 ，并 保證作到布置在、八前翻駕駛為了使一個性能好的動力轉向器能在汽車上正室上的在翻轉動作中不出現(xiàn)運動干涉。(4 )最大程度地發(fā)揮動力轉向器的輸出、輸出援角。a ) 立置；b ) 斜置；。)臥置(5 )保證桿系的運動合理，即直拉桿的不與輪胎產生于涉。橫拉桿布置符合轉向幾何前輪在行駛中上下跳動不能引發(fā)出現(xiàn)前(6)保證前輪左右轉向角度達到設證整車轉彎半徑達到設計

3、要求。3.整體式動力轉向器布置要點(1)轉向盤的角度車型不同轉向盤度不同，它的確定取決于人體工程學的考慮，目 是讓駕駛員以最佳角度舒適的操縱轉向盤。轎車轉向盤上平面相對于垂線的夾角應為汽車圖確定的。由于轉向盤的布置是與下面的轉向傳動裝置及動力轉向器相關聯(lián)的，因此它應該是由總布置與轉向系統(tǒng)設計人員共同確定的。(2）轉向盤的尺寸與結構對于采用整體式動力轉向器的汽車,其轉向盤的選用主要應考慮駕駛員操作的舒適和方便O由于轉向盤操縱手力大大降低，不再需要靠增大轉向盤直徑來減輕轉向手力了。 一般加裝動力轉向后,汽車轉向盤正常駕駛的手力值規(guī)定如下：轉向盤上平的角度布計最終作面是總置設轎車、輕型汽車不大于30

4、5 0 N進行強度計算時,施于0500轉向盤的最大6 0 0 N計算即最大為15 0N - m。轉 向 盤 直徑一般按以下值確定：轎車、輕型汽車3 80mm400mm中型汽車450mm重型汽車500mm轉向盤的幅條結構應在保證轉向盤強度的前提下，選用美觀大方的雙幅條結構，這是目前流行的中、重型汽車不大于508 0 N強度(3加)強筋可以向是管、六柱角鋼、圓鋼和圓鋼管制成。安全轉為保證在汽車撞擊障礙物或緊急制動時，避免出現(xiàn)因車身變形造成轉向盤和轉向軸后移或駕駛員前撲對駕駛員造成傷害，現(xiàn)代汽車已越來越多的采用了安全轉向管柱。這種裝置可以在汽車撞擊障礙物或緊急制動時在駕駛員與轉向盤產生撞擊時轉向軸在

5、外力作用下迅速縮短一定的距離可以吸收相當部分的沖擊能量，在一定的程度上降低對駕駛員的傷害程度，從而保證駕駛員的安全。這種吸收沖擊能量的安全轉向管柱在國內汽車上應用的越來越廣泛，從轎車到重型汽車都有應用。安全轉向管柱的結構多種多樣，現(xiàn)僅舉五個實例(見圖 4.2)。(4)轉向傳動軸在汽車上，轉向器的轉向鈾和轉向盤中心線往往不能布置在同一直線上。駕駛室和車架在汽車行駛時有相對運動，對前翻駕駛室二者相對移動量更大這些因素都要求在轉向盤和轉向器之間采用可伸縮的轉向傳動軸以保證在產生這些相對移動時轉向軸不致脫開使轉向器失去操縱。常用的轉向傳動軸多為萬向書式，也可以是其轉向盤的輪線和輪幅內部都應有加強筋以提

6、高趨勢。轉向盤的輪緣多采用聚胺脂發(fā)泡自結皮的軟化結構。輪緣的下都應做出與手形相配合的有規(guī)律的凹部位，斷面亦做成非圓的易手握的扇卵形， 其 內 切 圓 也 有 增 大 趨 勢 ，般達到035型式的結構。為保證傳遞轉向盤轉動信號平穩(wěn)，就需要轉向盤過轉向 傳動軸傳到 轉向器 的 轉 向輸入軸 的 轉速是仝:上圖4.2各種安全轉向管柱a)波紋管式b)網格式；C )塑!料銷式d)特殊粘接式;e)鋼球連接式入軸的轉速是等速的O因此轉向傳動軸多采用雙萬向節(jié)結構,可以是平行線式和變角度式,但都必須保證夾角a相等(見圖4.3)這樣才能保證等角速傳動O為解決轉向盤和轉向器出現(xiàn)相對移動時轉向傳動軸脫開或產生干涉造成

7、損壞,還應在雙萬向節(jié)式傳動軸的中間軸上采用帶滑動花鍵結構，這種結構對有、八 刖翻駕駛室的車型尤為適用。對于轎車和旅行車整體式車身結構就無須采用帶滑動花鍵的中間軸結構了O在前翻駕駛室汽車轉向系統(tǒng)布置時(見圖4.3),下邊的轉向器萬向節(jié)軸心線最好布置在駕駛室翻轉軸軸心線上這樣駕駛室翻轉到任意位置都不會引起中間軸長度的變化。如在圖4.3前翻駕駛室轉向系布置簡圖C一轉向盤端萬向,節(jié)鉸也要鏈點盡量布d 轉向盤布置上有困難置在翻轉軸軸心線附近,盡量近翻轉軸軸心線,這樣可以使駕駛室翻轉時中間軸拉長的距離最小,盡量控制在所選轉向傳動軸中間軸滑動花鍵允許的花鍵行程之內O該滑動花鍵的老結構是采用潤滑脂潤滑新結構是

8、采用花鍵表面噴塑無須再潤滑O為減小中間軸花鍵結構可能增加圓周方向轉動的自由間隙,該花鍵設a一車身回轉鉸鏈點；b -轉向器端萬向節(jié)較鏈點；計時應采用齒側定心。轉向傳動軸的萬向節(jié)總成多采用十字軸結構，其十字軸軸徑-一-般根據(jù)車型不同，所采用轉向盤大小不同其尺寸在81 2mm,既可以保證強度，又可使結構輕巧。十字軸端部軸承可采用滑動軸承、滾針軸承或DU復合軸承。軸承外端可用孔用彈性擋圈眼位亦可鉚死。萬向節(jié)又可以是鍛件、精鑄件,也可以是沖壓件。近年來隨著引進國外車型，沖壓式萬向節(jié)又由于它輕巧的結構節(jié)省材料，在國內車型上用的越來 越 多 。 由 于轉向傳動軸轉速很低所以也不需要進行動平衡。(5)轉向器布

9、置整體式動力轉向器在汽車上的布置:比;機械轉向器在汽車上的布置要復雜-一-些，考慮的因素要多-一-些。要考慮轉向器與轉 向 盤 和 轉 向管柱的相對位置，要使它們和轉向傳動軸中間軸的夾角相等且盡量小。設計時以滿載時狀態(tài)為準，該夾角不得超過所選轉向傳動軸允許最大工作角度。要考慮與車架的相對位置，考慮轉向器支架的固定方式和位置保證轉向器裝拆方便液壓管路接頭裝拆方便?？紤]轉向器搖臂與直拉桿連接方式和拆裝方便。保證直拉桿的布置結果不與輪胎在運動中產生干涉。確定轉向器輸出軸的位置，是朝內還是朝外，同時必須注意螺紋滾道的旋向應做相應改變。轉向器的布置不能太靠下，影響汽車的接近性。低于保險杠還會容易與地面障

10、礙物碰撞而造成損壞。轉向器前后位置的確定一定要保證車輪跳動時，車輪按直拉桿前鉸鏈點的跳動軌跡與車輪按鋼板彈簧前鉸鏈點或其它懸掛裝置跳動中心的跳動軌跡最大相差量不超過3mm,否則將造成跳動過程中車輪擺頭。不符合上述要求則要設法調整轉向器及搖臂的位置。對于前翻駕駛室的車輛則如前所述，應考慮轉向器布置盡量靠前，使安裝在轉向器轉向輪的萬向節(jié)軸心線盡量靠近駕駛 室 翻 轉 軸 軸 心 線 ， 以 保證在駕駛室翻轉時轉向傳動軸中間帶花鍵軸拉長距離最小。在立式布置轉向器確有困難，直拉桿的運動與輪胎于涉解決不了時,前輪的跳動軌跡差超差引起車輪擺頭解決不了時,則要考慮將轉向器改成臥式布置并加直角傳動機構。這樣可

11、以大大減輕以上幾方面的不利效果，但是也還必須重新進行校核以確定最佳：位置。此時要注意改變螺紋滾道的旋向。轉向器的布置是應該綜合考慮上述清因素的要求，合理的確定，使之更好地發(fā)揮作用。(6）轉向器支架整體式動力轉向器由于其輸出負荷大,所以對轉向器支架的強度和剛度要求高，絕不允許動力轉向器在工作過程中隨轉向器支架晃動，否則將導致增加轉向間隙，產生轉向滯后，對轉向過程不利,也增加了不安全因素。對轉向器支架及固：定轉向器的要求：有較好的強度和剛度，最好采用整體鑄鋼件o設計合理，有較大的裝拆空間。轉向器支架孔的配合間隙要小位置準確度高O般要用鉆模板鉆孔以保證位置度和配合間隙O適當加強轉向器支架固定在車架部

12、位的車架強度，-一-般采用加強板加強車架強度O建議使用碟形墊圈代替普通彈簧墊圈增強螺栓防松性能O對于尺寸較長的動力轉向器特別是臥置的長動力轉向器除用轉向器支架固定轉向器殼體部位外，需增加伸長端的輔助定位確保動力轉向器不因輸出力矩大而在工作中上下?lián)u動O(7)轉向搖臂轉向搖臂的長度O轉向搖臂的長度取決于直拉桿工作需要的行程范圍可由轉向系統(tǒng)杯系的運動校核來確定O直拉桿工作行程范圍取決于輪胎的擺角和轉向節(jié)臂的長度O-一-般講轉向搖臂的長度近似等于轉向節(jié)臂的長度但也有特殊情況O轉向搖臂長度的確定主要應考慮在滿足直拉桿行程的、八 刖提下盡量發(fā)揮轉向器的輸出擺角以保證-定的轉向器總圈數(shù)O擺角小可以加長搖臂擺

13、角大可以減短搖臂所以要綜合考慮這些因素最終確定搖臂長度。轉向搖臂原始位置的確定O為保證轉向器缸體部分磨損均勻必須充分發(fā)揮齒條活塞在缸體里的行程O確定轉向搖臂原始安裝位置時必須考慮車輪實-際左右轉角的不同。對于左置轉向器來說左車輪向左轉角都要比向右轉角大O車型不同其值亦不同，左車輪左轉和右車輪右轉都屬內輪轉向，轉角一般為35°74 2°左車輪右轉和右車輪左轉都屬外輪轉向，轉角一般為 2 7° 33°,這都是由轉向梯形機構按轉向 幾 何 學原 理 決 定 的 。另外還要考慮轉向直拉桿空間運動的范圍應盡量小,改善轉向搖臂受力狀態(tài)。一般將轉向 搖 臂 原 始 安

14、裝位置相對垂線后擺3°5O，該值應由作圖確定。轉向搖臂的形狀。轉向搖臂 的 形 狀 以 直形最好，工藝簡單易于加工。但由于車型不同轉向器相對車架和車輪位置不同，極有可能出現(xiàn)運動中直拉桿與車輪干涉現(xiàn)象。為避免出現(xiàn)此 種 狀 況 , 常用改變搖臂形狀的方法適當?shù)亟鉀Q干涉問題。一般都是將搖臂設計成向內側彎曲 的 形 狀, 盡 量 達 到 在保證強度的前提下使直拉桿讓開輪胎。(8 )直拉桿直拉桿的尺寸在轉向器位置、轉向搖 臂 和 轉 向 節(jié) 臂位置確定 后 就 定下 來 了 , 由 此可定出直線行駛位置時直拉桿前后球銷 中 心 的 直 線距離。然后要考慮運動過程中其前后球銷擺動的角度，不得超

15、出直拉什球銷允許擺角。還要考慮在其運動過程中不能與輪胎干涉。所以在各種汽車中有些車型直拉桿是直的形狀很簡單, 有 些 車 型 直拉桿的 形 狀 很 復 雜 ，都必須經過直拉桿運動校核確定。直拉桿斷面形狀多為圓管型材, 其 尺 寸 由 強度計算確定。計算載荷由動力轉向器最大輸出力矩確定。直拉桿運動校校的方 法 ( 見圖 4.4 ) ：要以最大可能產生與輪胎干涉的位置進行運動校核。最大可能產生與輪胎干涉的位置是左前輪向右轉到最大角度，同時輪胎上跳到極限位置。此時直拉桿運動位置最靠外，直拉桿處在輪胎中心水平線以上該位置即是最大可能產生與輪胎干涉的位置。作圖采用三維作圖法。分別畫出三個坐標上輪胎轉到極

16、限位置時輪胎與直拉桿的相對位置。左側鋼板彈簧壓縮到極限位置；左輪 胎 向 右轉到極限位置。要求此時左前輪內側胎冠外線與直拉桿的距離保持20-30m m。若發(fā)生干涉或未保持距離，則應改變直拉桿形狀,使直拉桿變彎讓過輪胎，保持直拉桿與輪胎的距離。同時要考慮直拉桿空間運動軌跡，盡量使直拉桿空間受力方向改變的最小，又要考慮不與其它附近的支架和附件干涉。要同時考慮適當調整轉向器支架位置、轉向搖臂形狀、直拉桿的形狀等，綜合考慮各方面因素最終確定直拉桿的形狀，力求使直拉桿的形狀改變最小使加工工藝性最好。(9)轉向節(jié)臂轉向節(jié)臂的長度近似等于轉向搖臂的長度。轉向節(jié)臂的連接球銷的位置也因車輪轉角兩個方向不等不在刖

17、軸中心線上。為保證車輪兩個方向轉動時直拉桿受力方向改變最小，中間直線行駛位置轉向節(jié)臂球銷中心-一-般布£9 >1 J b*. qy'4.4 直拉桿運動校核圖的形狀都應通過運動校核確定。4整體式動力轉向器造型方法在車型設計時，選擇合適的動力轉向器為車型配套要考慮的因素是多方面的，因此選型的方法也是多種多樣的。下面分別介紹應如何考慮動力轉向器的選型。(1)根據(jù)車型發(fā)展選型在重型汽車及其變型客車上安裝動力轉向器，通常的作法是以前軸負荷為40 kN 作；標準。但現(xiàn)在已經有很大變化，隨著對汽車輕便性的要求越來越高，各汽車廠家在中型汽車上也紛紛裝用了動力轉向器。如一汽生產的9平柴、

18、6平柴、5平柴等車型，二汽生產的8平柴、6平柴等車型及中型客車上也都選用了動力轉向在前軸中心線以后，其距離大小和節(jié)臂置器。國外進口的輕型豪華客車包括917人座的車型都安裝了動力轉向器，相信國產9人座和1722人座的豪華型輕型客車都會很快安裝動力轉向器。無一例外這些車型都是選用了轉閥式整體動力轉向器。這是因為該種動力轉向器結構緊湊小巧，輸出力矩大，易布置，能滿足不同車型助力轉向需要。(2)根據(jù)動力轉向器結構和性能選型動力轉向器品種較多，目前國內外流行的是整體式動力轉向器。整體式動力轉向器主要有兩種，一種是滑閥式動力轉向器，另一種是轉閥式動力轉向器。這兩種整體式動力轉向器結構上的相同點是都采用了

19、循環(huán)球螺桿螺母傳動副和齒條齒扇傳動副，都采用了活塞式油缸結構。不同點主要是控制閥分另U為滑閥和轉閥。其次在轉閥式動力轉向器中，齒條、活塞、螺母完全成一體，因此結構更簡單。而滑閥式動力轉向器中則不是做成一體活塞和螺母是分開的，因此結構復雜 。回位元件也有不同，轉閥式動力轉向器都采用了扭桿彈簧結構，回位結構簡單、可靠?；y式動力轉向器則各有不同結構, 分別有彈簧、簧片、彈性桿等，回位結構復雜。從零件數(shù)量上講轉閥式動力轉向器要少于滑間式動力轉向器，因此質量也輕。從尺寸上講，轉閥式動力轉向器也短于滑間式動力轉向器，一般在軸向尺寸上要短40 /60m m 。這兩種整體式動力轉向器在性能上也有不同轉閥式動

20、力轉向器轉向特性可按用戶要求進行調整通過改變扭桿尺寸和問刃口形狀實現(xiàn)，而滑閥式動力轉向器則不能隨意調整。從轉向手力上看轉閥式動力轉向器的轉向手力要大大小于滑閥式動力轉向器，一般要輕20% - 3 0%。轉閥式動力轉向器的使用工作壓力逐漸提高，現(xiàn)在已用至U 15M Pa輸出扭矩也有較大增加，再加上質量減輕，所以單位質量輸出扭矩也大大增高，最大已超過180N m/K ；。所以無論從結構上、性 能 上 ，國內外都趨于選擇轉閥式整體動力轉向器。(3)根據(jù)汽車轉向系載荷選型從結構和性能上已確定了所選擇動力轉向器的型式，及在哪些車型上裝動力轉向器。那么具體應如何選擇哪種型號的動力轉向器呢？首先要確定轉向系

21、的載荷根據(jù)轉向系統(tǒng)的載荷確定出相應輸出力矩的轉閥式動力轉向器。轉向系計算載荷的計算方法多種多樣，有公式計算法，有圖表法，現(xiàn)作一簡單介紹。轉向系計算載荷多用于計算轉向阻力矩其計算公式統(tǒng)計起來不下十余個。但每個公式都有其使用的局限性。一般的方法是根據(jù)車型、前軸負荷、前輪定位參數(shù)、輪胎氣壓等計算。最通用的方法是a汽車理論教課書中推薦使用的原蘇聯(lián)的半經驗公式。轉向阻力短見用下式計算：M r=(G13p)1/3/ .3Nm4.1)式中：-輪胎與地面滑動摩擦系數(shù)J般取0 .7G -軸負荷NP -輪胎氣壓N/ m2轉向手力Fr用下式計算：Fr=L1MrL 2 Rr iwnt式中：L 1- 轉向搖臂長mm；L

22、 2- 轉向節(jié)臂長mm；Rr-轉向盤半徑mm；iw-轉向器角傳動比n t- 轉向器正機械效率。)該公式多適用于中、輕型汽車，其懸掛為鋼板彈簧時，用于計算最大轉向阻力矩(原地轉向阻力矩)。該公式為半經驗公式僅考慮了、八前橋負荷和輪胎氣壓的影響，實際上屬于統(tǒng)計公式。另外還有雷索夫公式、塔布萊克公式等，它們的側重點各有不同。有的著重考慮了車輪的主銷偏移距d輪胎靜力半徑有的著重考慮了輪胎接地面積的影響從輪胎在地面上的壓印面積上計算還有的分別計算左右輪的最大轉向阻力矩，再把右輪的轉向阻力矩疊加到左輪上得到整車要考慮的最大轉向阻力矩。也有些公司根據(jù) 經 驗 和 統(tǒng) 計 數(shù) 據(jù) ，整理出圖表，根據(jù)圖表可以求

23、得不同主銷偏移距、不同輪胎、不同軸荷的轉向阻力矩。總之這些計算方法使用起來由于考慮的因素不同所以差別 較 大 。 現(xiàn) 在汽車車型如此繁多從轎車到超重型汽車結構上差別很大，輪胎尺寸、 輪 胎 氣 壓 、主銷定位參數(shù)、主銷偏移距、 轉 向 軸 載 荷等等都不同，所以是無法用統(tǒng)一的公式進行計算的。只能針對具體車型采用不同公式計算。在計算載荷確定之 后 ， 可 根 據(jù)載荷選取適合的動力轉向器。(4)根據(jù)轉向器生產廠家推薦的型譜選型選擇具體型號的動力轉向器，也可以按照八、轉向器生產專業(yè)廠家推薦的型譜里規(guī)定的適用轉向軸負荷參考選用。由于生產廠家已做了大量研究和試驗提出了適應不同軸荷的該廠產品系列。所以完全

24、可以參考廠家型譜選用。表1.2.1顯示出各家工廠的 型 譜 ， 基 本的參數(shù)都已表示出來了。如前軸負荷、動力轉向器的工作壓力、最大輸出扭矩、傳動比、齒扇軸直徑、輸出擺角 。 有 些 更 詳細，還把轉向器內部的參數(shù)也 列 出 來 ， 如齒扇模數(shù)、中心距、缸徑、自 重 等 。 有 的型譜還應各型圖號動1.2.3力是轉美向器所需油公泵司的最流新T量r A。s系國TRW列動力轉向器應用實例。圖中推薦出各種不同型號機型適用不同軸荷車型的情況。該圖強調了幾個使用特點：一是同一前軸負荷在不同前輪最大轉角時應采用的機型不同，最大轉角較大時要增大一個轉向器型號使用。這與增大轉角時轉向阻力矩有明顯增大有關， 若

25、使用轉角較小時則可減少一個轉向器型號使用，轉向器價格將相應減少，對汽車制造廠家是有利的。最大轉角的分界線是 ±40°使用中必須注意。二是推薦的轉向器型號與車型的使用工況有緊密的聯(lián)系，是自卸車、越野車、公共汽車，還是普通卡車；是長頭車還是平頭車。各種不同使用工況的車輛使用的動力轉向器都有所不同。一般在惡劣路面工況使用的車輛 ， 如越野汽車、自卸汽車等都應增大一個型號選用。(5 )配套的轉向油泵對選型的影響選擇各種動力轉向器型號時，必須考慮與之配套的轉向油泵是否適用。因為有時不一定能買到非常合適的油泵與動力轉向器匹配。配套的轉向油泵的工作壓力必須滿足動力轉向器的要求。如果所配轉

26、向油泵工作壓力低于動力轉向器要求則出對列考應慮選擇大個檔的動力轉向器，尺寸以滿足輸出力矩的需要。fltaMiK'Matnirtietta圖系列應用實例4.5 TAS3:州 h L=一l-l *1得實際需要流量。油泵的流量不夠會出現(xiàn)明顯的加力滯后現(xiàn)象，給駕駛員以沉重的感覺。在滿足輸出力矩情況下可考慮選用小-一-檔動力轉向器。所以動力轉向器的選型必須綜合各方面因素考慮。(6)根據(jù)整車布置的需要選到整車布置不同所選擇的動力轉向器的結構也套轉計配的向油泵應考慮到算所同。不轉向器對整車來講是左置還是右置，相對轉向器支架轉向器輸出軸朝左還是朝右固定都會使所選動力轉向器結構有很大變化。二是要確定輸出軸相對轉向軸向左還是向右伸出 ， 會 給 轉向器殼體帶來相應變化。二是要注意輸出軸安裝方向和輸出軸擺動方向給螺桿螺母滾道螺旋線方向帶來的變化。對于整體式動力轉向器