電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計

PAGEPAGEIV電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計摘要汽車的電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對提高車輛的安全性和穩(wěn)定性有重要的作用，優(yōu)勢明顯，應(yīng)用價值也比較好。通過發(fā)動機直接為液壓泵提供動力是電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所采用的方式，其中用來控制單元計算的控制力大小的原件是電子，并且想要提供車輛的運行狀態(tài)和駕駛員的轉(zhuǎn)向操作就要根據(jù)電子來提供，這樣不僅能提高汽車的行駛速度，操作員在駕駛功能上也穩(wěn)定了不少。本次設(shè)計主要完成電控的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的液壓部分和機械部分的設(shè)計。在設(shè)計中將車速信號和轉(zhuǎn)向盤角速度信號引入液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，電子控制單元根據(jù)車速傳感器和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器檢測的車速信號和轉(zhuǎn)向信號，計算出電動機的對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，對電動機轉(zhuǎn)速進行控制，電動機驅(qū)動油泵,控制電動機轉(zhuǎn)速從而控制油泵的泵油量，改變助力的大小。關(guān)鍵詞：電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；液壓動力轉(zhuǎn)向；助力轉(zhuǎn)向

ABSTRACTAutomobileelectronicallycontrolledhydraulicpowersteering(EHPS)systemcaneffectivelyimprovevehiclesafetyandstability,obviousadvantages,hasgoodapplicationvalue.ElectronicallycontrolledhydraulicpowersteeringsystemUSESdirectdrivehydraulicpumppowerengine,electroniccontrolunittocalculateandcontrolthesizeofreaction,canaccordingtothereal-timerunningstatusofthevehicleandthedriver'ssteeringoperation,providecorrespondingpower,makethecarinlowspeedswitchhasgoodportability,hasabetterstabilityinhighspeedsteering.Thisdesignmainlydoneelectronicallycontrolledhydraulicpowersteeringsystemofthehydraulicpartandmechanicalpartofthedesign.Steeringwheelangularvelocityandspeedsignalsinthedesignoftheintroductionofhydraulicsteeringsystem,electroniccontrolunitaccordingtothespeedsensorsandsteeringwheelAnglesensortodetectthespeedsignalandtosignal,calculatethecorrespondingofthemotorspeed,tocontrolmotorspeed,motordrivenoilpump,controlofmotorspeedtocontroltheoilpumpofthepump,changethesizeofthepower.Keywords:electrichydraulicpowersteeringsystem;Hydraulicpowersteering;Powersteering

目錄摘要 I第一章緒論 11.1研究背景 11.2研究意義 11.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.3.1國外研究現(xiàn)狀 21.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 3第二章相關(guān)理論概述 52.1電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡介 52.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類 52.3電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本類型及原理 62.3.1基本類型 62.3.2工作原理 6第三章液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計方案 93.1動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 93.2液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 93.3電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 123.3.1液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 123.3.2電動式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 133.4動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計方案分析 13第四章液壓動力系統(tǒng)的設(shè)計 164.1動力缸的類型 164.2動力缸的主要零件的結(jié)構(gòu)和材料 164.3動力缸的密封裝置 174.4動力缸的緩沖裝置 174.5動力缸的設(shè)計計算 174.9電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所用傳感器的選擇 174.9.1車速傳感器 174.9.2轉(zhuǎn)角傳感器 17第五章機械轉(zhuǎn)向器方案分析與設(shè)計計算 195.1機械轉(zhuǎn)向器方案分析 195.1.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 195.1.2循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 225.1.3蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器 235.1.4蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器 235.2機械轉(zhuǎn)向器方案確定 245.3齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計與計算 245.3.1選擇齒輪齒條材料及精度等級 255.3.2主要尺寸計算 255.3.3齒輪強度校核 265.3.4齒條的設(shè)計計算 28結(jié)語 29參考文獻 30致謝 32PAGE8第一章緒論1.1研究背景伴隨著人們生活水平的不斷提高，汽車在人們生活中正變得越來越不可缺少。車輛在行駛中轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤要必須有一定的穩(wěn)定性，這樣才會給行駛的人們帶來安全感，不僅能在停車的時候轉(zhuǎn)動自如，在高速路上時也會非常的安全。眾所周知，汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)升級了許多次，從簡單的純機械式轉(zhuǎn)化到液壓式，又從液壓式轉(zhuǎn)化到電控液壓動力式，最后又轉(zhuǎn)化為了電子控制式，這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有節(jié)能、操作性良好的特點。現(xiàn)如今，微電子技術(shù)的發(fā)展速度正在不斷的進步，導致了在機械工業(yè)上的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和功能、生產(chǎn)管理方式都產(chǎn)生了一定的變化，并且導致了工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展階段也發(fā)生了變化，由“機械電氣化”發(fā)展到了“機電一體化”階段。電液控制技術(shù)在工程領(lǐng)域內(nèi)具備了兩種優(yōu)勢，分別是電子優(yōu)勢和液壓優(yōu)勢，并且形成了一種強效率；從控制方式上看，由現(xiàn)場手動操作向遙控化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展；由滿足基本的轉(zhuǎn)向功能向提高轉(zhuǎn)向的控制系統(tǒng)精度發(fā)展，控制精度的提高滿足了公路建設(shè)、田間播種、莊稼保護與收割等應(yīng)用提出的要求。目前，電子控制技術(shù)已經(jīng)成為工程機械技術(shù)創(chuàng)新的主流。相應(yīng)的電液轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于其響應(yīng)快，轉(zhuǎn)向精度高等優(yōu)點越來越多的應(yīng)用于工程機械中。并以其自身技術(shù)特點，為各種工程機械自動控制提供了一種新手段。機電液一體化技術(shù)的發(fā)展使傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)和元件發(fā)生了實質(zhì)性的變化，是工程機械發(fā)展的必然趨勢。1.2研究意義現(xiàn)代汽車技術(shù)是現(xiàn)代高科技迅速發(fā)展的集中表現(xiàn)，它實際上是一種由電子工程、機械工程、生物工程等結(jié)合產(chǎn)生的一種高質(zhì)量產(chǎn)物。電子技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展為汽車技術(shù)性能的提高，經(jīng)濟性和舒適性的改善，乃至對減少汽車廢氣污染都創(chuàng)造了良好的條件。汽車電子化的程度被看作是衡量現(xiàn)代汽車水平的重要標志，是用來開發(fā)新車型，改進汽車性能最重要的技術(shù)措施之一。隨著汽車電子技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車高新技術(shù)正在逐步得到應(yīng)用。汽車電子化、信息化、多媒體化、智能化技術(shù)使汽車的操縱越來越簡單，動力性能和經(jīng)濟性越來越高，行駛安全也越來越好。這就使現(xiàn)代的汽車向著計算機控制系統(tǒng)逐步發(fā)展。由于現(xiàn)在我國的汽車電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍然存在一定的問題，所以想要提高汽車的轉(zhuǎn)向性能就要建立一個更加優(yōu)秀的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的模型，對汽車的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行測試，選出最優(yōu)的系統(tǒng)功能，開發(fā)功能更加良好的EHPS。現(xiàn)在仍然有汽車轉(zhuǎn)向模型不全面的系統(tǒng)，所以我們要對這種模型進行優(yōu)化，找到一個適合汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的模型，使整個液壓系統(tǒng)都運用起來。因此，本課題的研究具有積極意義。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1國外研究現(xiàn)狀通用汽車公司在1953年時，在凱迪拉克和別克轎車上第一次使用了液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，自從試用了這個系統(tǒng)以后，液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就充分的運用在了汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)當中，并且對于汽車性能的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。操縱力降低、轉(zhuǎn)向靈敏度提高，是液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所具有的優(yōu)點，隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在體積、價格方面的優(yōu)勢也得到了改善。在1983年，日本的Koyo公司發(fā)明了一種新型的電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有感應(yīng)車速的功能。發(fā)明這個系統(tǒng)是因為液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有不完善的缺點，在車輛低速時轉(zhuǎn)向的輕便型不夠，在高速時，轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性不足。所以日本的公司發(fā)明的EHPS系統(tǒng)主要是在以前的系統(tǒng)上增加了一種電控裝置，是動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車速發(fā)生一定的變化，使車速變得更加輕便，使轉(zhuǎn)向力變得更加有手感?，F(xiàn)在的裝備使用的是電控式的液壓動力控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，把沒有助力的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為備用，如果轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)了問題，就啟動電控式的液壓動力系統(tǒng)，這樣就能使人們在行駛中出現(xiàn)問題使能自行解決。所以，到現(xiàn)在為止，電子控制液壓系統(tǒng)得到了非常廣泛的運用。好的系統(tǒng)不只是具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴的特點。許多結(jié)構(gòu)復(fù)雜價格昂貴的系統(tǒng)也會具有一定的缺陷，例如在系統(tǒng)的布置安裝、密封性和能量消耗等方面。在1988年，日本的鈴木公司發(fā)明了一種全新的電子控制助力系統(tǒng)，這種系統(tǒng)具有液壓動力系統(tǒng)所沒有的優(yōu)勢，使汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)擺脫了傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的束縛。日本早期開發(fā)的EPS僅僅在低速和停車時提供助力，高速時EPS將停止工作。新一代的EPS則不僅在低速和停車時提供助力，而且還能在高速時提高汽車的操縱穩(wěn)定性。在1960年，德國Kasselmann等人想將轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向車輪用一根導線連接，但是當時的條件有限，所以這個想法沒有實現(xiàn)。在1990年，奔馳公司研究了電子的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并應(yīng)用于自己開發(fā)的新車中。在此之后，世界的其他汽車廠家、汽車研發(fā)機構(gòu)和日本的本田汽車公司對電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)做了深入的研究，到目前為止，這項技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于汽車中。在日本，Koyo研究所研究了一種利用電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行控制的汽車，這種汽車的摩擦系數(shù)比較適中，在雪地上進行移線、滑行等摩擦系數(shù)較小的動作會根據(jù)規(guī)定好的軌跡進行行駛，這種新型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在跟蹤路線這一性能上也有了很大的提高。除此之外，它還能縮短行駛的距離，保證了汽車的直線行駛。除了Koyo研究所研究外，日本大學和本田汽車公司也對汽車的電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行了研究，在人—車的閉環(huán)系統(tǒng)的特性開始研究，他們設(shè)計了一種比較理想的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，分析了所建系統(tǒng)模型的性能，表明所設(shè)計的系統(tǒng)能夠滿足實際轉(zhuǎn)向的要求。1.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀目前，我國的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還是機械—液壓動力的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，想要得到進一步的發(fā)展還需要繼續(xù)研究?，F(xiàn)代工程車輛技術(shù)追求高效節(jié)能、高舒適性和高安全性等目標。前一項目標與環(huán)境保護密切相關(guān),是當代全球性熱門話題,后兩項目標是車輛朝著高性能化方向發(fā)展必須研究和解決的重要課題。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的高性能化是指其能夠根據(jù)車輛的運行狀況和駕駛員的要求實行多目標控制,以獲得良好的轉(zhuǎn)向輕便性、較好的路感和較快的響應(yīng)性。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是影響汽車操縱穩(wěn)定性、行駛安全性和駕駛舒適性的關(guān)鍵部分。在追求高效節(jié)能、高舒適性和高安全性的今天,電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為一種新的汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),以其節(jié)能、環(huán)保、更佳的操縱特性和轉(zhuǎn)向路感,成為動力轉(zhuǎn)向技術(shù)研究的焦點。本文通過對電液動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)進行了分析,解釋了其工作原理。在分析了全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理和液壓轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)后,建立了液壓轉(zhuǎn)向器的流體動力模型、數(shù)學模型。接著利用所建的數(shù)學模型對電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成各元件進行特性分析,了解了影響系統(tǒng)性能的一些參數(shù)。并通過系統(tǒng)仿真,分析其性能是否滿足實際工作中的要求。為了實現(xiàn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向性能,進行了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。最后根據(jù)電液動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖,搭建了相應(yīng)的試驗裝置,同時通過檢測系統(tǒng),完成了性能的檢測。第二章相關(guān)理論概述2.1電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡介由于機械液壓助力需要大幅消耗發(fā)動機動力，所以人們在機械液壓助力的基礎(chǔ)上進行分析，研究出了更節(jié)省能耗的電子液壓助力的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。這套系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向油泵已經(jīng)不是由發(fā)動機驅(qū)動了，而是換成了電動機驅(qū)動，并且在以前的系統(tǒng)上安裝上了電控系統(tǒng)，讓轉(zhuǎn)向輔助力的大小不光與轉(zhuǎn)向角度有關(guān)，還與車速相關(guān)。機械結(jié)構(gòu)上不僅增加了液壓反應(yīng)的裝置，還增加了夜流分配閥，除此之外還有傳感器、電磁閥等。電子液壓的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括動力轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向助力傳感器，單向閥，汽車速度傳感器，轉(zhuǎn)向控制燈，車速傳感器，發(fā)動機傳感器，儲油罐，限壓閥，電動液壓泵和動力轉(zhuǎn)向ECU。電子液壓助力的原理與機械液壓助力基本相同，不同的是油泵由電動機驅(qū)動，同時助力力度可變。汽車速度傳感器監(jiān)控車速，電控單元獲取數(shù)據(jù)后通過控制轉(zhuǎn)向的控制閥的開啟程度改變油液壓力，以此實現(xiàn)了轉(zhuǎn)向助力力度的大小調(diào)節(jié)。2.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的梁柱分類。所謂動力轉(zhuǎn)向，就是用能源進行轉(zhuǎn)向的系統(tǒng)。Eps是電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的簡寫方式，是一種動力助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它是指依靠電機提供輔助扭矩的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)由電動助力機直接提供轉(zhuǎn)向助力，省去了液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所需要的動力轉(zhuǎn)向設(shè)備，具有節(jié)省能量和保護環(huán)境的優(yōu)點。EPS的分類有很多種，根據(jù)動力源的不同就可以分為電動式和液壓式兩種形式。除此之外，液壓式Eps又分為了很多種，例如：流量控制式、反力控制式、車速感應(yīng)式和閥靈敏度控制式等等。如下表2.1是轉(zhuǎn)向器主要的分類情況。表2.1轉(zhuǎn)向器的主要分類分類依據(jù)轉(zhuǎn)向器的類型閥的形式轉(zhuǎn)閥式的動力轉(zhuǎn)向器滑閥式的動力轉(zhuǎn)向器板閥式的動力轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)循環(huán)球式的轉(zhuǎn)向器齒輪齒條式的轉(zhuǎn)向器助力方式機械轉(zhuǎn)向器液壓的動力轉(zhuǎn)向器電動的動力轉(zhuǎn)向器2.3電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本類型和原理電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由傳感器、電子控制單元、執(zhí)行器等組成的，并且是在液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上增設(shè)的。在汽車直線行駛時，轉(zhuǎn)向盤不動，電動液壓泵以很低的速度運轉(zhuǎn)，大部分工作油經(jīng)過轉(zhuǎn)向閥流回儲液罐，少部分經(jīng)過液控閥然后流回儲液罐；當駕駛員開始轉(zhuǎn)動方向盤時，ECU根據(jù)檢測到的轉(zhuǎn)角及角速度，車速，發(fā)動機轉(zhuǎn)速以及電動機轉(zhuǎn)速的反饋信號等，判斷汽車的行駛狀態(tài)，轉(zhuǎn)向狀態(tài)，決定應(yīng)提前提供的助力大小，同時向驅(qū)動單元發(fā)出控制指令，使電動機產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)速以驅(qū)動油泵，進而輸出相應(yīng)流量和壓力的高壓油。高壓油經(jīng)轉(zhuǎn)向控制閥進入齒條上的動力缸，推動活塞產(chǎn)生適當?shù)闹Γ詤f(xié)助操作員進行轉(zhuǎn)向操作，從而獲得理想的轉(zhuǎn)向效果。2.3.1基本的類型電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為很多類，其中，根據(jù)它的控制方式就可以分為四種，包括流量控制式、液壓缸分流控制式、壓力反饋控制式、閥特性控制式。在這四種形式中，流量控制式又分為了可變量式、電磁閥式、獨立油泵式。2.3.2工作原理這篇文章主要是對壓力反饋控制式的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行分析研究，這種形式的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)改變了控制閥的反饋作用，使轉(zhuǎn)向手力發(fā)生了變化。想要使轉(zhuǎn)向力增大，就可以在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)旁邊增加一個電液轉(zhuǎn)換器，這樣就會因為受到信號的干擾使速度提高，以此而增大了轉(zhuǎn)向力。想要使轉(zhuǎn)向力減小，做法就跟上述方法相反即可。這種結(jié)構(gòu)所提供的助力占絕大多數(shù)，其中，它在低速掉頭和停車轉(zhuǎn)動方向盤時就提供了大約百分之九十五的助力，如果車速加快，汽車的助力作用就會減小，助力作用減小，行駛的路感和手動控制就會更加清晰、準確，而且油量、液體受到溫度的變化也會降低，除此之外，它還可以具有保證車輛安全行駛的作用，并且能夠?qū)﹄娮釉M行轉(zhuǎn)向控制。如圖3.1所示為反力控制式的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理圖。圖3.1反力控制式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理圖注：1一泵；2一儲油箱；3一分流閥；4一扭力桿；5一轉(zhuǎn)向盤；6-銷；7一轉(zhuǎn)向閥桿；8一控制閥閥體；9一銷；10一銷；11一小齒輪軸；12一活塞；13一動力缸；14-齒條；15一小齒輪；16-柱塞；17一油壓反力室；18一電磁閥反力控制式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成部分包括很多種，其中包括轉(zhuǎn)向控制閥、分流閥、電磁閥和轉(zhuǎn)向動力缸等。傳統(tǒng)的整體轉(zhuǎn)閥式動力轉(zhuǎn)向控制閥是沒有轉(zhuǎn)向控制閥的，所以想要建立一個轉(zhuǎn)向控制閥就要在傳統(tǒng)的動力轉(zhuǎn)向控制閥中增加一個油壓反力室。這樣就會使上面的扭力桿與下方的控制閥閥體相連接了。由于動力轉(zhuǎn)向在轎車上的日益普及，對其性能上的要求已不再是單純的為了減輕操作強度，而是要求其在低速掉頭時保證轉(zhuǎn)向輕便性的同時又能保證高速行駛時的操縱穩(wěn)定性。為了達到上述要求只有通過采用速度傳感型的動力轉(zhuǎn)向才能解決。所謂速度傳感型的動力轉(zhuǎn)向是一種隨著車速變化而能自動調(diào)節(jié)操縱力的動力轉(zhuǎn)向裝置。車速傳感型動力轉(zhuǎn)向在提高車輛操縱穩(wěn)定性、安全性方面的作用很大。流閥的作用是使液壓系統(tǒng)中由同一個油源向兩個以上執(zhí)行元件供應(yīng)相同的流量(等量分流)，或按一定比例向兩個執(zhí)行元件供應(yīng)流量(比例分流)，以實現(xiàn)兩個執(zhí)行元件的速度保持同步或定比關(guān)系。固定小孔的作用是讓油壓反力室具有一部分轉(zhuǎn)向控制閥的流量。電磁閥因為油壓反力室具有一部分的液壓油，所以它會使這一部分液壓油流到儲油箱里。在設(shè)計汽車時對轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式的選擇靈活性增大，能吸收路面對前輪產(chǎn)生的沖擊等優(yōu)點，因此已在各國的汽車制造中普遍采用。但是，具有固定放大倍率的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要缺點是：如果所設(shè)計的固定放大倍率的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是為了減小汽車在停車或低速行駛狀態(tài)下轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的力，則當汽車以高速行駛時，這一固定放大倍率的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會使轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的力顯得太小，不利于對高速行駛的汽車進行方向控制；反之，如果所設(shè)計的固定放大倍率的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是為了增加汽車在高速行駛時的轉(zhuǎn)向力，則當汽車停駛或低速行駛時，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤就會顯得非常吃力。與其它的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一樣，反力控制式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也具有自己的優(yōu)、缺點，其優(yōu)點就是轉(zhuǎn)向力的自由度可以自行選擇，并且由于具有轉(zhuǎn)向鋼度大的特點，駕駛員在操作時對路面的情況了解使駕駛員能夠穩(wěn)定駕駛，除以上優(yōu)點外，它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，價格也比較高，這就是反力控制式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所具有的缺點。第三章液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計方案3.1動力的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類也分為很多種，根據(jù)能源的不同就可以分為兩類，一類是機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，一類是動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有很大的區(qū)別，前者實現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向是根據(jù)駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤時的轉(zhuǎn)向力產(chǎn)生的，后者是利用汽車發(fā)動機產(chǎn)生壓力來實現(xiàn)的，或者是用電動機驅(qū)動力來實現(xiàn)，因此，動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也被人們比作一個動力的放大裝置。動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有操作靈活、輕便的優(yōu)點，因此，在對汽車的設(shè)計上對轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式的選擇靈活性增大，能吸收路面對前輪產(chǎn)生的沖擊等優(yōu)點，因此已在各國的汽車制造中普遍采用。圖3.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類3.2液壓動力的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)增加一套動力轉(zhuǎn)向裝置而成的，一般組成如圖3.2所示。注：l.轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)；2.轉(zhuǎn)向的控制閥；3.機械轉(zhuǎn)向器與轉(zhuǎn)向動力缸總成；4.轉(zhuǎn)向傳動結(jié)構(gòu)；5.轉(zhuǎn)向油罐；6.轉(zhuǎn)向油泵R.轉(zhuǎn)向動力缸右腔L.轉(zhuǎn)向動力缸左腔圖3.2液壓動力轉(zhuǎn)向的系統(tǒng)示意圖當汽車直線行駛時，液壓泵里的液體與轉(zhuǎn)向控制閥相結(jié)合，并且與油罐連接在一起，這樣就可以使液壓泵處在卸荷的狀態(tài)，助力作用就無法形成。在汽車向右轉(zhuǎn)的時候駕駛員會習慣性地向右打方向盤，這就使液壓泵里的工作液與轉(zhuǎn)向控制閥結(jié)合在了一起，使右輪向右偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)右轉(zhuǎn)向，向左轉(zhuǎn)向時，情況與上述相反。液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按系統(tǒng)內(nèi)部的壓力狀態(tài)分，有常壓式和常流式兩種。常壓式液壓動力轉(zhuǎn)向系示意圖見圖3.3。在汽車直線行使，轉(zhuǎn)向盤保持中立位置時，轉(zhuǎn)向控制閥在關(guān)閉位置的狀態(tài)是經(jīng)常出現(xiàn)的。機械式的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一經(jīng)濟型助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它一般由液壓泵、油管、壓力流量控制閥體、V型傳動皮帶、儲油罐等部件構(gòu)成。無論車是否轉(zhuǎn)向，這套系統(tǒng)都要工作，而且在大轉(zhuǎn)向車速較低時，需要液壓泵輸出更大的功率以獲得比較大的助力。所以，也在一定程度上浪費了資源。由此可見，在轉(zhuǎn)向盤的四個位置中都會保持高壓的狀態(tài)，其四個位置分別是中立位置、轉(zhuǎn)向位置、靜止狀態(tài)和運動狀態(tài)。圖3.3常壓式液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖常流式液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖見圖3.4。不轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)向的控制閥保持開啟狀態(tài)。轉(zhuǎn)向動力缸的活塞兩邊的工作腔，由于都與低壓回油管路相通而不起作用。首先，在轉(zhuǎn)向油泵中，油液流入到轉(zhuǎn)向控制閥，在由轉(zhuǎn)向控制閥流向油罐。這個過程是必不可少的。但是由于各種原因，油泵會處在一個相對于空轉(zhuǎn)的狀態(tài)，在這個狀態(tài)中控制閥的阻力就會變得很小。其次，駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤就會使管道產(chǎn)生道路隔絕，出于慣性，汽車就會向駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤的方向行駛。最后，當轉(zhuǎn)向盤停止運行后，轉(zhuǎn)向控制閥就會回到自己剛開始所在的位置，因此就會停止工作。圖3.4常流式液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖上述兩種液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比較，常壓式的優(yōu)點在于有儲能器積蓄的液壓能，這樣就可以用較少的流量運用到轉(zhuǎn)向油泵中，就可以保證油泵不運轉(zhuǎn)就能提高行駛能力，讓汽車有續(xù)駛一部分距離的可能性。這一點對重型汽車來說是非常重要的。常流式的優(yōu)點則是結(jié)構(gòu)簡單，油泵壽命長，泄漏較少，消耗功率也較少。因此，目前只有較少的重型汽車才會使用常壓式液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，而常流式液壓動力的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)則廣泛應(yīng)用于各種汽車。3.3電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ElectricPowerSteering，縮寫EPS）是一種直接依靠電機提供輔助扭矩的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)HPS（HydraulicPowerSteering）相比，EPS系統(tǒng)具有很多優(yōu)點。EPS主要由扭矩傳感器、車速傳感器、電動機、減速機構(gòu)和電子控制單元（ECU）等組成。電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的簡稱為EPS，它根據(jù)不同的分類分為了很多種，其中按照動力源的不同可以分為兩類，一類是液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，一類是電動式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。3.3.1液壓式電子控制動力的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)眾所周知，液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的簡稱為EPS，它不是傳統(tǒng)的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，而是在這個傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了許多設(shè)備，例如：用來控制流量的電磁閥、電子控制單元和車速傳感器等設(shè)備。其中，電子控制設(shè)備是用來檢測車速的，這樣可以有效地控制住電磁閥，就能滿足在汽車行駛中高速和低速對于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力要求。這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也分為了很多種，其中按照控制方式分為了三種，包括：流量控制式、反力控制式、閥靈敏度控制式。3.3.2電動式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于工作壓力和工作靈敏度較高，外廓尺寸較小，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。在采用氣壓制動或空氣懸架的大型車輛上，也有采用氣壓動力轉(zhuǎn)向的。但這類動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的共同缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、消耗功率大，容易產(chǎn)生泄漏，轉(zhuǎn)向力不易有效控制等。近幾年微機的應(yīng)用出現(xiàn)在了汽車當中，出現(xiàn)了電動式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，簡稱電動式EPS。運用直流電動機作為其動力源的是電動式的EPS，這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所控制的范圍和方向不同，并且控制車輛的各項參數(shù)和車速的信號等。3.4動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計方案分析電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能減輕低速行駛時駕駛員轉(zhuǎn)向操縱力，提高車輛高速行駛時的穩(wěn)定性，同時又提高了燃油經(jīng)濟性，與液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可節(jié)油3％-4％。傳統(tǒng)的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于由發(fā)動機帶動轉(zhuǎn)向油泵，不管在不轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向時都要消耗發(fā)動機部分動力，浪費能源，所以本設(shè)計采用電動油泵式電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，即在轉(zhuǎn)向時由電動機泵驅(qū)動油泵，在汽車不轉(zhuǎn)向時不消耗動力，因此能節(jié)約能源。其次，一般液壓動力轉(zhuǎn)向所使用的轉(zhuǎn)向油泵的流量是根據(jù)發(fā)動機怠速時能使動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)向速度所需的供應(yīng)量來確定，當提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速時其供油量也不斷增加，但由于動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對轉(zhuǎn)向油泵的流量使用情況具有一定的要求如圖3.5所示.貨車用轉(zhuǎn)向泵流量特性曲線貨車用轉(zhuǎn)向泵流量特性曲線轎車用轉(zhuǎn)向泵流量特性曲線流量（L/r）轉(zhuǎn)速（r/min）圖3.5轉(zhuǎn)向泵流量的特性曲線圖發(fā)動機的轉(zhuǎn)速在不斷地提高，但所需要的流泵的流量要保持不變或者下降。所以，汽車在高速行駛時，泵流量就會產(chǎn)生循環(huán)，并且會通過溢流閥返回到以前的位置，這樣就會造成嚴重的資源浪費，并且污染環(huán)境。因此本設(shè)計采用電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由車速傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器、控制單元、油泵、直流電動機、電磁閥、動力缸、齒輪和齒條等組成。其中直流電動機、油泵和儲油罐制成一體稱為電動油泵總成。本次設(shè)計采用直流電機驅(qū)動油泵，電子控制單元根據(jù)車速信號和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號，控制電磁閥的開閉狀態(tài)和電動機的轉(zhuǎn)速，決定是否助力和助力的大小。車速低、轉(zhuǎn)向角度大時油泵泵油量大，油壓高，轉(zhuǎn)向省力；車速高、轉(zhuǎn)向角速度小時，油泵泵油量小，油壓低，轉(zhuǎn)向安全性高，不發(fā)飄。工作原理圖見圖3.6。車速傳感器車速傳感器方向盤轉(zhuǎn)角傳感器蓄電池電動機齒條控制單元儲油罐數(shù)據(jù)線電源線低壓回油管高壓進油管液壓泵電磁閥圖3.6電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理圖采用此種方案時用于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力大不是可變的。當車輛在一定的車速范圍內(nèi)（車速較低）行駛或者停止時，轉(zhuǎn)向助力較大，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤比較輕松；車輛高速行駛時，轉(zhuǎn)向助力較小，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤比較費力，安全性能提高，同時還可以減少燃料消耗。并且用電動機驅(qū)動液壓泵，減少助力系統(tǒng)工作時對發(fā)動機轉(zhuǎn)速直接的機械干涉。第四章液壓動力系統(tǒng)的設(shè)計汽車電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由動力轉(zhuǎn)向器和液壓系統(tǒng)組成，液壓系統(tǒng)所采用的油泵、油缸、液壓閥等液壓系統(tǒng)元件均為高度標準化、系列化與通用化且由專業(yè)化液壓件廠集中生產(chǎn)供應(yīng)；因此在設(shè)計中只需要進行液壓元件計算選型。其主要內(nèi)容包括動力缸的直徑與行程、液壓泵工作壓力、流量、以及各種相關(guān)控制閥的選型等。4.1動力缸的類型根據(jù)液壓設(shè)計手冊和工作要求。本次設(shè)計選擇單桿雙作用活塞式液壓缸。4.2動力缸的主要零件的結(jié)構(gòu)和材料（1）缸體的材料動力缸缸體的常用材料為20、35、45號無縫鋼管。因20號鋼的力學性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少。當缸筒與缸底、缸頭、管接頭或耳軸等件需焊接時，則應(yīng)采用焊接性能較好地35鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下，工作壓力時使用鑄鐵，在時使用無縫鋼管，在時使用鑄鋼或鍛鋼。因此本次設(shè)計中缸體材料選擇鑄鐵HT200。（2）缸蓋的材料動力缸的缸蓋可選用35、45號鍛缸或ZG25、ZG45鑄缸或HT200、HT300、HT350鑄鐵等材料。本設(shè)計中缸蓋本身是活塞桿的導向套，所以缸蓋材料選用鑄鐵HT200。（3）缸體端部聯(lián)接型式采用法蘭聯(lián)接，該結(jié)構(gòu)簡單、加工與拆卸方便，應(yīng)用廣泛。（4）活塞的材料活塞常用材料為耐磨鑄鐵、灰鑄鐵、鋼及鋁合金等。本設(shè)計中活塞材料選擇鑄鐵HT200。（5）活塞與缸體的密封結(jié)構(gòu)活塞與缸體之間既有相對運動又需要使動力缸兩腔之間不漏油，因此在結(jié)構(gòu)上應(yīng)慎重考慮。本設(shè)計中采用活塞環(huán)密封。4.3動力缸的密封裝置本設(shè)計采用O形密封圈密封，用橡膠和塑料制成的密封圈有各種不同的端面形式，密封圈用在缸筒和活塞之間、缸蓋和活塞桿之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋之間，以防止泄漏。它結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，磨損后有自動補償能力，性能可靠。在工作時，活塞桿要外伸出動力缸，很容易把贓物帶入動力缸，使油液受污染，使密封件磨損，因此常需要在活塞桿密封處增添防塵圈，并放在向著活塞桿外伸的一段。4.4動力缸的緩沖裝置動力缸中緩沖裝置的工作原理，是利用活塞或缸筒在其走向行程終端時在活塞和缸筒之間封住一部分油液，強迫它從小孔或細縫中擠出，產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動，逐漸減慢運動速度，達到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。本設(shè)計采用錐形恒節(jié)流面積的緩沖裝置。4.5動力缸的設(shè)計計算動力缸是液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件。通常油缸分為活塞式和浮拄式兩類?；钊骄鶠閱蜗蜃饔茫涓左w長度大而伸縮長度小、使用油壓低（一般不超過）。浮拄式為多級伸縮式油缸，一般有～個伸縮節(jié)，其結(jié)構(gòu)緊湊，并具有短而粗、伸縮長度大、使用油壓高（可達），易于安裝布置等優(yōu)點。浮拄式油缸又分為單向作用式與雙向作用式。據(jù)負載由表3.2選取動力缸的工作壓力。4.9電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所用傳感器的選擇4.9.1車速傳感器車速傳感器是通過檢測變速器輸出軸轉(zhuǎn)速，向電子控制器提供汽車行駛速度電信號。常用的車速傳感器有磁感應(yīng)式、光電式、霍爾效應(yīng)式、磁阻式等多種類型。其中霍爾效應(yīng)式車速傳感器應(yīng)用廣泛。本設(shè)計采用霍爾效應(yīng)式車速傳感器。4.9.2轉(zhuǎn)角傳感器轉(zhuǎn)角傳感器是檢測轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動的角度和方向。常用轉(zhuǎn)角傳感器為光電式，磁電式兩種。前者的成本低，但受溫度與磨損影響易發(fā)生漂移、使用壽命較低，需要對制造精度和扭桿剛度進行折中。后者的體積小，精度高，抗干擾能力強、剛度相對較高，易實現(xiàn)絕對轉(zhuǎn)角和角速度的測量。價格昂貴，制造維修復(fù)雜。因此本設(shè)計采用光電式轉(zhuǎn)角傳感器，安裝于轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)軸上，用于向電子控制單元輸送轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)動角度信號。第五章機械轉(zhuǎn)向器方案分析與設(shè)計計算機械式轉(zhuǎn)向器應(yīng)用比較多，根據(jù)它們的結(jié)構(gòu)特點不同，可分為齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器、蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器和蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器等。5.1機械轉(zhuǎn)向器方案分析5.1.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器由與轉(zhuǎn)向軸做成一體，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，一般由轉(zhuǎn)向齒輪2、轉(zhuǎn)向齒條3、殼體和預(yù)緊力調(diào)整裝置等組成。轉(zhuǎn)向齒輪通過軸承支承在殼體內(nèi)，轉(zhuǎn)向齒輪的一端與轉(zhuǎn)向軸連接，將駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱力輸入，另一端與轉(zhuǎn)向齒條直接嚙合，形成一對傳動副，并通過轉(zhuǎn)向齒條傳動，帶動橫拉桿，使轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)動。由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器屬于可逆式轉(zhuǎn)向器，其正效率與逆效率都很高，自動回正能力強。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、工作可靠、使用壽命長、不需要調(diào)整齒輪齒條的間隙，因而得到了廣泛的應(yīng)用。沒有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，所以轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角可以增大；制造成本低。圖5.1自動消除間隙裝置齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：因逆效率高（60％～70％），汽車在不平路面上行駛時，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間的沖擊力，大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤，稱之為反沖。反沖現(xiàn)象會使駕駛員精神緊張，并難以準確控制汽車行駛方向，轉(zhuǎn)向盤突然轉(zhuǎn)動又會造成打手，對駕駛員造成傷害。根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有四種形式：中間輸入，兩端輸出（圖5.2a）；側(cè)面輸入，兩端輸出（圖5.2b）；側(cè)面輸入，中間輸出（圖5.2c）；側(cè)面輸入，一端輸出（圖5.2d）。圖5.2齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的四種形式采用側(cè)面輸入、中間輸出方案時，由圖5.3可見，左、右拉桿與齒條連接在一起，并且在汽車的對稱平面附近延伸。因為拉桿的長度會不斷地增加，所以車輪上的拉桿擺動的角度就會不斷地增大或者減小，這樣就會使旋轉(zhuǎn)的速度相對穩(wěn)定。因此，拉桿向左移動或者向右移動會同時進行，為此在轉(zhuǎn)向器殼體上開有軸向方向的長槽，從而降低了它的強度。圖5.3拉桿與齒條的聯(lián)接采用兩端輸出方案時，由于轉(zhuǎn)向拉桿長度受到限制，容易與懸架系統(tǒng)導向機構(gòu)產(chǎn)生運動干涉。側(cè)面輸入、一端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，常用在平頭微型貨車上。要是齒輪齒條式的轉(zhuǎn)向器應(yīng)用了直齒圓柱齒輪和直齒齒條嚙合，就會降低了運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，沖擊大，就增加了工作的噪聲。此外，齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角只能是直角，為此因與總體布置不適應(yīng)而遭淘汰。因此要用斜齒圓柱的齒輪斜齒齒條的嚙合所組成的轉(zhuǎn)換器，提高重合率，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，使沖擊和工作產(chǎn)生的噪聲逐漸下降，而且齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角易于滿足總體設(shè)計的要求。齒條斷面形狀有圓形（圖5.1）、V形（圖5.4）和Y形（圖5.5）三種。圓形斷面齒條制作工藝比較簡單。V形和Y形斷面齒條與圓形斷面比較，消耗的材料少，約節(jié)省20％，故質(zhì)量小；位于齒下面的兩斜面與齒條托座接觸，可用來防止齒條繞軸線轉(zhuǎn)動；Y形斷面齒條的齒寬可以做得寬些，因而強度得到增加；在齒條與托座之間通常裝有用減摩材料（如聚四氟乙烯）做的墊片用來減少滑動摩擦。圖5.4V形斷面齒條圖5.5Y形斷面齒條齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于微型、普通級、中級和中高級轎車上，甚至在高級轎車上也有采用的。裝載量不大、前輪采用獨立懸架的貨車和客車有些也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。5.1.2循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由螺桿和螺母共同形成的螺旋槽內(nèi)裝有鋼球構(gòu)成的傳動副，以及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動副組成，如圖5.7所示。圖5.7循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要由螺桿、螺母、轉(zhuǎn)向器殼體以及許多小鋼球等部件組成，所謂的循環(huán)球指的就是這些小鋼球，它們被放置于螺母與螺桿之間的密閉管路內(nèi)，起到將螺母螺桿之間的滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)樽枇^小的滾動摩擦的作用，當與方向盤轉(zhuǎn)向管柱固定到一起的螺桿轉(zhuǎn)動起來后，螺桿推動螺母上下運動，螺母在通過齒輪來驅(qū)動轉(zhuǎn)向搖臂往復(fù)搖動從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。在這個過程當中，那些小鋼球就在密閉的管路內(nèi)循環(huán)往復(fù)的滾動，所以這種轉(zhuǎn)向器就被稱為循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。圖5.8循環(huán)球式的轉(zhuǎn)向器間隙調(diào)整機構(gòu)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器所具有的缺點是：逆效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，制造精度要求高。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要用于貨車和客車上。5.1.3蝸桿滾輪式的轉(zhuǎn)向器蝸桿和滾輪嚙是蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的主要組成部分。一般而言，這種轉(zhuǎn)向器都會具有一定的優(yōu)缺點，其優(yōu)點就是具有簡單的結(jié)構(gòu)，能夠容易的制造，并且由于表面是由螺紋狀組成，因此強度也足夠高，使用的壽命也會相對較長。除了上述優(yōu)點外，缺點也是有的，其中效率較低是一種比較嚴重的問題，還有一種就是這種轉(zhuǎn)向器使用的時間長了后就會產(chǎn)生磨損，影響正常的使用。5.1.4蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器蝸桿具有梯形螺紋，手指狀的錐形指銷用軸承支承在曲柄上，曲柄與轉(zhuǎn)向搖臂軸制成一體。轉(zhuǎn)向時，通過轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動蝸桿、嵌于蝸桿螺旋槽中的錐形指銷一邊自轉(zhuǎn)，一邊繞轉(zhuǎn)向搖臂軸做圓弧運動，從而帶動曲柄和轉(zhuǎn)向垂臂擺動，再通過轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。這種轉(zhuǎn)向器通常用于轉(zhuǎn)向力較大的載貨汽車上。蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器也具有其優(yōu)缺點，優(yōu)點是它的轉(zhuǎn)換器可以隨意做成不變的或者是變化的形式，即使是表面磨損后也可以調(diào)整間隙工作容易進行。固定銷蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)簡單、制造比較簡單。但是因銷子不能自行轉(zhuǎn)動，銷子的工作部位基本保持不變，所以磨損快、工作效率低。旋轉(zhuǎn)銷式轉(zhuǎn)向器的效率高、磨損慢，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。要求搖臂軸有較大的轉(zhuǎn)角時，應(yīng)該采用雙銷式的結(jié)構(gòu)。雙銷式轉(zhuǎn)向器在直線行駛區(qū)域附近，并且兩個銷子的工作同時進行，可以使銷子上的負荷減少，降低磨損的發(fā)生。如果一個銷子不在嚙合狀態(tài)的時候，則另外一個銷子就要承受更多的作用力，而恰恰在此位置，作用力到達最大值，所以設(shè)計時要注意核算其強度。蝸輪蝸桿式是轉(zhuǎn)向機內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式之一。此外還有曲柄指銷式，循環(huán)球式等蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器應(yīng)用較少。5.2機械轉(zhuǎn)向器方案確定綜合上述各轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)特點以及結(jié)合本次設(shè)計的要求，選擇兩端輸出式齒輪齒條機械轉(zhuǎn)向器作為動力轉(zhuǎn)向器的一部分。其結(jié)構(gòu)如圖5.9圖5.9兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器注：1.轉(zhuǎn)向橫拉桿；2.防塵套；3.球頭座；4.轉(zhuǎn)向齒條；5.轉(zhuǎn)向器殼體；6.調(diào)整螺塞；7.壓緊彈簧；8.鎖緊螺母；9.壓塊；10.萬向節(jié)；11.轉(zhuǎn)向齒輪軸；12.向心球軸承；13.滾針軸承。5.3齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計與計算齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的齒輪多數(shù)采用斜齒圓柱齒輪。齒輪模數(shù)取值范圍多在2～3mm之間。主動小齒輪齒數(shù)多數(shù)在5～7個齒范圍變化，壓力角取，齒輪螺旋角取值范圍多為～。齒條齒數(shù)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向輪達到最大偏轉(zhuǎn)角時，相應(yīng)的齒條移動行程應(yīng)達到的值來確定。變速比的齒條壓力角，對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在～范圍內(nèi)變化。此外，設(shè)計時應(yīng)驗算齒輪的抗彎強度和接觸強度。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主動小齒輪可采用低碳合金鋼如20MnCr5、20MnCr4或15CrNi6（德國標準DIN17210）制造并經(jīng)滲碳淬火；齒條可采用中碳鋼或中碳合金鋼如45號鋼或41Cr4鋼（德國標準DIN17200）制造并經(jīng)高頻淬火，表面硬度均應(yīng)在HRC56以上。殼體常用鋁合金壓鑄。5.3.1選擇齒輪齒條材料及精度等級根據(jù)齒輪傳動手冊選擇齒輪材料為20，滲碳淬火，硬度為58～63HRC；選擇7級精度。5.3.2主要尺寸計算齒數(shù)模數(shù)螺旋角和壓力角取，，，端面模數(shù)：方向盤能轉(zhuǎn)動圈端面壓力角：（取）分度圓直徑：齒頂高：齒根高：齒高：齒頂圓直徑：齒根圓直徑：齒距：齒輪中心到齒條基準線距離：基圓直徑：齒頂圓壓力角：齒寬系數(shù)查表取值端面重合度：縱向重合度：齒厚：齒輪旋向為左旋5.3.3齒輪強度校核（1）齒面接觸疲勞強度計算計算應(yīng)力查表取在～之間，取值方向盤能轉(zhuǎn)動圈接觸疲勞強度滿足需要（2）齒根彎曲疲勞強度計算計算應(yīng)力：查表取取=183MPa329MPa齒根彎曲疲勞強度滿足要求5.3.4齒條的設(shè)計計算齒條齒數(shù)：由轉(zhuǎn)向系的傳動比并參考同類車型確定齒條螺旋角：齒條長度根據(jù)齒輪圓周以及轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動圈數(shù)確定：齒條旋向為右旋，材料選擇參照機械設(shè)計課本及相關(guān)資料，經(jīng)校核齒條強度滿足要求。在本次設(shè)計中，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器采用中間輸入、兩端輸出的形式，如圖5.10。圖5.10中間輸入兩端輸出式齒輪齒條轉(zhuǎn)向器齒條斷面形狀有圓形、V形和Y形三種，圓形斷面齒條制作工藝比較簡單，加工制造容易，維修方便，所以本設(shè)計中選擇圓形斷面齒條。見圖5.1。結(jié)語電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)因為有液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)所以才逐漸發(fā)展起來，并且是一種新型的轉(zhuǎn)向技術(shù)，是由電動機與液壓泵、齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向控制閥和電控單元組合在一起形成的。這種轉(zhuǎn)向技術(shù)主動安全性好，通過少的能源消耗，少的能量供應(yīng)以及減少液壓系統(tǒng)的流量實現(xiàn)保護環(huán)境的目的。本次設(shè)計的電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由直流電動機帶動電動泵工作，可根據(jù)轉(zhuǎn)向需求提供不同的轉(zhuǎn)向力，使汽車對其轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有一定的合適度，發(fā)動機一旦怠速，電動泵所提供的流量就會加大，相反的是，汽車行駛在高速路上，由于需要轉(zhuǎn)向的要求，所以電動泵提供的流量就會相對較少，駕駛員在低速行駛時，所需的流量會有所減少，對于汽車的操縱力和靈活性就會相對提高，如果駕駛員在高速行駛，所需的流量就會增加，操作力度也