汽车转向器的毕业设计说明书.doc

1、黑龙江工程学院本科生毕业设计 摘要汽车转向器作为汽车的重要零部件，是驾驶员稳定行驶能力的基本保障，其综合性能直接关系到人民的生命财产安全。汽车工业发达国家都非常重视高安全性汽车转向器的研究。本文以吉利汽车为研究对象介绍了汽车转向系的类型、组成，以及转向系统设计和转向性能综合评价的发展趋势。在对大量资料分析的基础上，提出了转向系统的总体方案, 并对转向器的参数进行了分析计算。根据汽车动力转向系的设计要求，以机械设计与原理、汽车设计为基础设计了液压动力转向器总体结构。最后利用UG软件建立了液压动力转向器各零件的模型和整体装配模型。该课题的研究为汽车转向系统的设计开发提供了更加科学的方法，提高了设计

2、质量，有效地缩短了汽车研发周期，降低了开发成本，对提高产品设计和制造质量探索了新的途径。关键词：液压助力；转向器； UG；实体模型；设计ABSTRACTAs an important part in vehicle, the steering system is the basic of stable drive to driver. the comprehensive performance is directly related to peoples life and safety. Automobile industry in developed countries have attac

3、hed great importance to high-security vehicle steering gear research.This text based automobile studies, introduced the type of vehicle steering system, the component, steering system design, and the evaluation of steering system development trend. In the analysis of a large amount of information, g

4、ive out the overall program of the steering system, as well as analysis and calculate the parameters of steering system. Under the power-steering system design requirements and base on mechanical design and principle, and the design of car, it design a hydraulic power steering gear overall structure

5、. finally use UG to set up the model of components and overall assembly model of hydraulic power steering gear. The research provide a more scientific method to automobile steering system design and development, it improve the design quality, effectively shortening the development cycle of automobil

6、e and reduce the cost of development. it explore new avenues to improve product design and manufacturing quality. Key words: Hydraulic power; Steering gear; UG; Solid model; Design 目 录摘要IAbstractII第1章 绪 论11.1题目研究目的及意义11.2转向器的研究发展概况11.3转向器的结构及类型61.3.1齿轮齿条式转向器61.3.2循环球式转向器91.3.3蜗杆滚轮式转向器101.3.4蜗杆指销式111

7、.4研究的基本内容11第2章 液压动力转向器方案分析122.1转向系的设计要求122.2液压动力转向器工作原理122.3液压动力转向器总体方案分析与确定132.3.1循环球式动力转向器结构132.3.2齿轮齿条式动力转向器结构142.3.3液压动力转向器结构方案的确定142.4液压动力转向器工作过程152.4.1直线行驶152.4.2汽车左转弯152.4.3汽车右转弯162.5转向系主要性能参数172.5.1转向系的效率172.5.2传动比的变化特性172.5.3转向器的传动间隙特性212.5.4转向系的刚度222.5.5转向盘的总转动圈数222.6本章小结22第3章 液压转向器的设计计算23

8、3.1转向系计算载荷的确定233.2齿轮齿条式转向器的设计243.2.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数243.2.2按齿面接触硬度设计243.2.3按齿根抗弯强度设计263.2.4几何尺寸计算283.3液压式动力转向机构的计算293.3.1动力缸尺寸的计算293.3.2活塞行程的计算293.3.3分配阀的回位弹簧303.3.4动力转向器的评价指标303.4本章小结31第4章 基于UG汽车转向系统模型的设计324.1 UG软件的介绍324.2 UG软件的特点334.3 建模基本环境设置334.4 转向系统模型的建立344.4.1建立零件的三维实体模型344.4.2 转向体统零件的装配424.

9、5本章小结49结论50参考文献51致谢52IV第1章 绪 论1.1题目研究目的及意义汽车转向器作为汽车的重要零部件，其综合性能直接关系到人民的生命财产安全。因此，汽车工业发达国家都非常重视汽车安全性的研究。同时就我国的国情而言，汽车工业己成为我国的支柱产业，为了提高汽车的产品质量，保证汽车行驶的安全性，操纵稳定性，发展我国的汽车工业，这就要求汽车转向器综合性能就成为汽车安全性能的一个重要项目。汽车转向器属于对行驶安全影响较大的零部件，在汽车系统中占据了一个重要的位置，其规模和质量已成为衡量汽车工业发展水平的重要标志之一。在重型汽车、大型客车等载重量较大的汽车中，通常用动力转向器来操纵汽车行驶方

10、向。由于动力转向系统转向轻便灵敏，回位性能及手感良好，极大的减轻了汽车驾驶员的工作强度，特别适用于汽车在高速行驶时的转向。因此目前国内外生产的汽车越来越多地配置了动力转向系统。液压动力转向器具有无噪声、灵敏度高、体积小、能够吸收来自不平路面的压力等优点，在现代汽车上得到了十分广泛的应用。1.2转向器的研究发展概况转向器作为汽车的重要零部件，其性能的好坏直接影响着汽车行驶的安全性和可靠性。纵观其发展历程，可分为机械转向和动力转向两个阶段，而动力转向的发展又可分为液压和电控两个阶段。 最早的减速机构是采用蜗轮副传动。他被装在转向柱的末端。蜗杆驱动另一个蜗轮，再由蜗轮转动与转向臂连接的轴。蜗轮副被装

11、配在铸铁壳里，这个壳被固定在汽车的大梁上。基本蜗轮副的减速机构在汽车工业中应用已有很多年了，但还有两种结构是值得注意的。一是于1908年投产的美国福特T型车，它所采用的转向齿轮就是另一种类型的结构（行星齿轮转向器）。福特装置了一套周转（或行星）轮系，把齿轮安装在减速器壳体内直接固定到方向盘的下方，行星齿轮盘（架）直接驱动紧固在转轴上的主齿轮。这就把转向装置置于驾驶员的手下方，即转向柱的上端，而不是在转向柱的下端。 1923年，美国底特律的亨利马尔斯（HenryManes）为了减少蜗轮副和滚轮轴之间的接触摩擦力，在两者之间接触处放置滚珠支承，这就出现了滚珠蜗轮转向器。这种形式的转向器就成为现在大

12、家所熟知的循环球式转向器，它目前仍很广泛地在汽车上应用。 所谓“现代”齿轮齿条式转向器，是奔驰（Benz）于1885年首先采用的。这种形式的转向器同样也使用在1905年的凯迪拉克（Cadillac）和1911一1920年间制造的许多其它形式的汽车上。 20世纪初汽车已经是一个沉重而又高速疾驶的车辆，充气轮胎代替了实心车轮。由于转向柱直接与转向节连接，所以转动车轮是很费劲的。即使是一个健壮的驾驶员，要控制转向仍然是很劳累的事情。因此，汽车常常冲出路外，于是要降低转向力的问题就变得比较迫切了。为了转向轻便，工程师设计了在方向盘和转向节之间装置齿轮减速机构。从那时起，转向机构一直就是这样沿用下来。

13、汽车转向虽然采用了转向器，但转向的操纵仍非轻松的事当汽车重量增大、转向费劲时驾驶员要求能有更好的办法来解决，这才重新推广了一种已经大约有3/4个世纪的动力辅助转向器。 从1903年开始，动力辅助转向机构不断出现，多数是用在客车上，有一些是采用真空助力，还有一些是采用压缩空气助力的。 1928年，弗朗西斯戴维斯(Francis WDa-V1S)研制并首次应用液压动力辅助转向器。这是由维克斯(Vickes)公司制造的，该公司并制定了此项标准，26年后为汽车工业所采纳。二次大战的实践证明，此装置仅适用在装甲车和一些重型货车上采用。 1923年，美国底特律的马尔斯(Henry Marles )为减少转

14、向器中蜗轮副(蜗杆蜗轮副是最早被用在汽车上的转向器)的接触摩擦力，在两者之间接触处放置钢球支承。这便是最早的循环球式转向器。 1928年，美国的戴维斯(FWDavis)研制并首次应用液压动力辅助转向器，这是由维克斯公司制造的。但26年后才为汽车工业所采用， 1954年，凯迪拉克汽车公司首先把液压动力转向应用于汽车上。然而，早在1876年，美国一个名叫菲茨( Fitts)的小伙子将电驱动的动力转向装置第一个应用到汽车上，但这点少有人知。这个装置首先采用了电驱动，于1903年装备在哥伦比亚(Columbia) ST货车上，动力转向的历史又回到以前的道路。 1981年，日本研制出能原地转向的汽车。在

15、车尾部下面装设了一只横向小车轮，只需掀一下电钮就可使小车轮落地并把后轮抬起，再转动横向小车轮，汽车便以前轮为中心原地转向。 1985年，日本丰田克雷西达(Cresside)是采用计算机控制辅助转向的第一个汽车产品，此系统被称为动力齿轮齿条转向系。 1985年，日本日产公司和马自达汽车公司，相继开发了后轮也可转向的汽车。从而，提高转向灵敏度和安全性。 1986年10月8日，日本本田汽车公司宣布，已研制出一种被称为4WS的四轮转向汽车。方向盘转动的角度首先使前轮转向，同时经输出轴带动后轮转向机，使后轮与前轮同向或反向转动。 随着工业的迅速发展，转向装置的结构也有很大变化。汽车转向器的结构很多，从目

16、前使用的普遍程度来看，主要的转向器类型有4种：有蜗杆销式(WP型)，蜗杆滚轮式(WR型)，循环球式(BS型)，齿条齿轮式(RP型)这4种转向器型式已经被广泛地使用在绝大部分汽车上。 据了解，在全世界范围内，汽车循环球式转向器占45%左右，有继续发展之势；齿条齿轮式转向器在40%左右；蜗杆滚轮式转向器占10%左右；其它型式的转向器占5%。所以可以说循环球式转向器在稳步发展。而西欧小客车中，齿条齿轮式转向器有很大的发展。日本汽车转向器的特点是循环球式转向器占的比重越来越大，日本装用不同类型发动机的各类型汽车，采用不同类型转向器，在公共汽车中因使用循环球式转向器，由60年代占总数的62.5%发展到现

17、今的100%了(蜗杆滚轮式转向器在公共汽车上已经淘汰)。大、小型货车中，也大都采用循环球式转向器;但齿条齿轮式转向器有所发展；微型货车用循环球式转向器占65 %，齿条齿轮式占35 % 。 由于循环球式转向器效率高、操纵轻便；有一条平滑的操纵力特性曲线；布置方便，特别对大中型车辆易于和动力转向系统配合使用；易于传递。驾驶员操纵信号，逆效率高、回位好，与液压助力装置的动作配合得好；可以实现变速比，满足了操纵轻便性的要求。中间位置转向力小、且经常使用，转向灵敏，减小转向力。 汽车车速的提高，需要在高速时有较好的转向稳定性，必须使转向器具有较高的刚度。循环球式转向器由于通过大量钢球的滚动接触来传递转向

18、力，具有较大的强度和较好的耐磨性。并且该转向器可以被设计成具有等强度结构，特别是变速比结构具有较高的刚度，适宜高速车辆采用，这也是它采用广泛的原因之一。循环球式转向器的问隙可调，齿条齿扇副磨损后可以重新调整间隙，使之具有合适的转向器传动间隙，从而提高转向器寿命，因此采用日益广泛，我国的转向器也在向大量生产循环球式转向器发展。 对转向系统产品的需求随着汽车化的提高而发生着变化。最初驾驶员们只希望比较容易地操纵转向系统，而后则追求在高速行驶时的稳定性、舒适性和良好的操纵感。在这种趋势下动力助力转向器应运而生。 现代轿车马力大、速度快，为了操纵的轻便和灵敏，中高档次的轿车转向器都加装了转向动力装置，

19、又称为液压动力转向器。它具有工作无噪声，其灵触度高、体积小，能够吸收来自不平路面的冲击力，它在现代轿车上得到十分广泛的应用。随着轿车车速的不断提高，传统的液压动力转向暴露出一个致命的缺点，即若要保证汽车在停车或低速掉头时转向轻便的话，汽车在高速行驶时就会感到有“发飘”的感觉：反之，若要保证汽车在高速行驶时操纵有适度感的话，那么当其要停车或低速掉头时就会感到转向太重，两者不能兼顾，这是由传统液压动力转向的结构所决定的。 由于动力转向在轿车上的日益普及，对其性能上的要求已不再是单纯的为了减轻操作强度，而是要求其在低速掉头时保证转向轻便性的同时又能保证高速行驶时的操纵稳定性。为了达到上述要求只有通过

20、采用速度传感型的动力转向才能解决。所谓速度传感型的动力转向是一种随着车速变化而能自动调节操纵力的动力转向装置。车速传感型动力转向在提高车辆操纵稳定性、安全性方面的作用很大。目前所采用的多为车速传感型动力转向，它有两种基本形式：采用电子控制的液压式动力转向系统。采用电子控制的电动助力转向系统。它除了满足减少操纵力，提高灵触度外，还可以根据车速与行驶条件的不同而产生与之相适应的转向力。在停车时能提供足够的助力，随着车速的逐渐增加或逐渐减少助力，当高速行驶时则无助力，但保持良好的路感。国外在汽车动力转向器的研究和开发方面进行得比较早，进行了大量的研究，已经成功地开发出了电动式动力转向器，并在越来越多

21、的轿车和轻型车辆上成功使用。该装置优于普通的动力转向器，在不同车速下可通过转向电脑ECU自动调节转向盘的操作力，在低速行驶或车辆就位时，驾驶员只需用较小的操作力就能灵活进行转向；而在高速行驶时，则自动控制使操作力逐渐增大，实现操纵的稳定性。当然，在目前的技术水准下它仍然存在某些不足，如助力较小等，目前仍处在发展阶段。和液压动力转向器相比，电动转向器具有许多优点，如：效率高，路感好、符合环保要求等，它是转向器未来发展趋势。20世纪末，随着汽车技术的不断发展，电子控制技术也在汽车上得到逐步广泛应用。现代汽车转向操纵系统的主动安全装置，有电子控制四轮转向系统(4WS)、电子控制动力转向系统(EPS)

22、等。电子控制四轮转向系统(4WS):传统的前轮转向系统。为了使所有车轮处于纯滚动而无滑动，要求全部车轮都绕同一个瞬时转向中心做圆周运动，转向的同一时刻，每个车轮的转向半径都是不同的。但实际上，汽车转向时若仅前轮转向，车身的前进方向与车身的中心线不一致，由于离心力的作用，将使后轮侧偏，导致车轮横摆。而且车速越高，后轮侧偏越大，结果使车轮转向在高速时的操纵稳定性明显降低。电子控制四轮转向系统则是在前轮转向的同时，主动地控制后轮也进行适当转向（一般最大为50）。后轮相对于前轮的转向，分为同向转向(后轮与前轮的转动方向一致)和逆向转向（后轮与前轮的转动方向相反）。由于汽车在拐急弯时，通常以低速行驶，而

23、在直道或较平缓的弯道上时，通常以高速行驶。因此，采用电子控制四轮转向系统的汽车，电子控制单元(ECU)根据多个传感器提供的数据，计算出后轮距目标转角的差值，再向步进电机发出指令使后轮偏转。低速行驶时，依据方向盘的转角值使后轮逆向转向，以减小转弯半径；中速行驶时，可减少后轮转动，以减轻转向操纵的不自然感觉；而在高速行驶时，可使后轮实现同向转向，减少甚至基本避免车身横摆，提高转向的稳定性。四轮转向系统自1978年在马自达卡配拉轿车上最初试用以来，世界各大汽车公司已分别研究多种四轮转向装置，并已批量生产。电子控制动力转向系统（EPS）：动力转向装置是现代汽车的重要装备。装有动力转向装置的汽车，可以减

24、轻驾驶员在低速转向时的方向盘操舵力，利用扭矩加力器实现轻便的操纵，但是车辆在高速行驶时，由于轮胎与路面的附着力减小，操舵力过于减轻，会引起操纵稳定性降低。为此，提出了车速感应式动力转向装置。特别是70年代中期以后，随着电子技术的飞速发展，研究成功了多种电子控制动力转向系统。电子控制动力转向系统能在低速时减轻操舵力，以提高操纵稳定性当汽车由低速档换到高速档时，电子控制系统能够保证提供最优传动比和稳定的转向手感，从而提高了高速行驶的稳定性。目前电子控制动力转向系统的控制方式主要有两类：反力控制方式和阀灵敏度可变控制方式。反力控制方式的电子控制转向系统，是一种利用车速传感器来控制反力室油压，改变压力

25、油输入、输出增益幅度，以控制操舵力的方法。其缺点是价格高、结构复杂。但它的转向刚度大，选择操舵力有较大的自由度.而且驾驶者通过稳定的操纵乎感感受到路面情况，并根据车速对汽车进行最佳的稳定操作。阀灵敏度可变控制方式的电子控制转向系统是利用车速操纵电磁阀，直接改变动力转向控制阀的油压增益(阀灵敏度)来控制油压的方法。这种转向装置结构简单、价廉，有选择操舵力的较大自由度，能获得自然的操舵感和良好的操舵特性。目前，电子控制动力转向系统还主要用在高级轿车上。动力转向系统日益广泛的被采用，不仅在重型汽车L必须采用，在高级轿车上采用的也较多，就是在中型汽车上也逐渐推广。主要是从减轻驾驶员疲劳，提高操纵轻便性

26、和稳定性出发。虽然带来成本较高和结构复杂等问题，但由于它的优点明显，还是得到很快的发展。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。由寸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、使之产品质量稳定。以便逐步推广和普及。1.3转向器的结构及类型根据所采用的转向传动副的不同，转向器的结构型式有多种。常见的有齿轮齿条式、循环球式、球面蜗杆滚轮式、蜗杆指销式等。对转向器结构型式的选择，主要是根据汽车的类型、前轴负荷、使用条件等来决定，并要考虑其效率特性、角传动比变化特性等对使用条件的适应性

27、以及转向器的其他性能、寿命、制造工艺等。中、小型轿车以及前轴轴荷小于1.2t的客车、货车，多采用齿轮齿条式转向器。球面蜗杆滚轮式转向器曾广泛用在轻型和中型汽车上，例如：当前轴轴荷不大于2.5t且无助力转向和不大于4t带动力转向的汽车均可选用这种结构型式。循环球式转向器则是当前广泛使用的一种结构，高级轿车和轻型及以上的客车、货车均多采用。轿车、客车多行驶于好路面上，可以选用正效率高、可逆程度大些的转向器。矿山、工地用汽车和越野汽车，经常在坏路或无路地带行驶，推荐选用极限可逆式转向器，但当系统中装有液力式动力转向或在转向横拉杆上装有减振器时，则可采用正、逆效率均高的转向器，因为路面的冲击可由液体或

28、减振器吸收，转向盘不会产生“打手”现象。关于转向角传动比对使用条件的适应性问题，也是选择转向器时应考虑的一个方面。对于前轴负荷不大的或装有动力转向的汽车来说，转向的轻便性不成问题、而主要应考虑汽车高速行驶的稳定性和减小转向盘的总圈数以提高汽车的转向灵敏性。因为高速行驶时，很小的前轮转角也会导致产生较大的横向加速度使轮胎发生侧滑。这时应选用转向盘处于中间位置时角传动比较大而左、右两端角传动比较小的转向器。对于前轴负荷较大且未装动力转向的汽车来说，为了避免“转向沉重”，则应选用具有两端的角传动比较大、中间较小的角传动比变化特性的转向器。1.3.1齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器由与转向轴做成一体的

29、转向齿轮和常与转向横拉杆做成一体的齿条组成。与其他形式的转向器比较，齿轮齿条式转向器最主要的优点是：结构简单、紧凑；壳体采用铝合金或镁合金压铸而成，转向器的质量较小；传动效率高达90%；齿轮与齿条之间因磨损出现间隙以后，利用装在齿条背部、靠近主动小齿轮处的压紧力可以调节的弹簧，能自动消除齿间间隙，如图1.1所示。这不仅可以提高转向系统的刚度，还可以防止工作时产生冲击和噪声；转向器占用的体积小；没有转向摇臂和直拉杆，所以转向轮转角可以增大；制造成本低。图1.1 自动消除间隙装置齿轮齿条式转向器的主要缺点是：因逆效率高（60%-70%），汽车在不平路面上行驶时，发生在转向轮与路面之间冲击力的大部分

30、能传至转向盘，称之为反冲。反冲现象会使驾驶员精神紧张，并难以准确控制汽车行驶方向，转向盘突然转动又会造成打手，同时对驾驶员造成伤害。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1.2a）；侧面输入，两端输出（图1.2b）；侧面输入，中间输出（图1.2c）侧面输入，一端输出（图1.2d）。图1.2 齿轮齿条式转向器的四种形式采用侧面输入，中间输出方案时，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，车论上、下跳动时拉杆摆角减小，有利于减少车论上、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

31、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。采用两端输入，一端输出的齿轮齿条式转向器，采用在平头货车上。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，冲击与工作噪声均下降，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是它的缺点。图1.3 V形断面齿条齿条端面形状有圆形（图1.1）

32、、V形（图1.3）和Y形三种。圆形端面齿条的制作工艺比较简单。V形和Y形端面齿条与圆形端面比较，消耗的材料少，约节省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形端面齿条的齿宽可以做得宽些，因而强度得到增加。在齿条与托座之间通常装有用减磨材料（如聚四氟乙烯）做的垫片（图1.3），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形端面齿条，用来防止因齿条旋转而破坏齿轮、齿条的齿不能正确啮合的情况出现。为了防止齿条旋转，也有在转向器壳体上设计导向槽的，槽内嵌装导向块，并将拉杆、导向块与齿条固定在一起。齿条移动时导

33、向块在导向槽内随之移动，齿条旋转时导向块可防止齿条旋转。要求这种结构的导向块与导向槽之间的配合要适当。配合过紧会为转向和转向轮回正带来困难，配合过松齿条仍能旋转，并伴有敲击噪声。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，前轴梯形；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1.4。图1.4齿轮齿条式转向器四种布置形式齿轮齿条式转向器广泛应用于乘用车上。载质量不大，前轮采用独立悬架的货车和客车有些也用齿轮齿条式转向器。1.3.2循环球式转向器循环球式转向器由螺杆和螺母共同形成的

34、螺旋槽内装钢球构成的传动副，以及螺母上齿条与摇臂上齿扇构成的传动副组成，如图1.5所示。1一转向器壳体；2一推力角接触球轴承；3一转向螺杆；4一转向螺母；5钢球；6钢球导管卡；7钢球导管；8一六角头锥形螺塞；9一调整垫片；11一上盖；11一转向柱管总成；12一转向轴；13一转向器侧盖衬垫；14一调整螺钉；15螺母；16侧盖；17孔用弹性挡圈；18垫片；19摇臂轴衬套；20-齿扇轴摇臂轴；21一油封。图1.5 循环球式转向器图中为一种常见的循环球一齿条齿扇式转向器。转向螺杆3的轴颈支承在两个推力球轴承上。轴承紧度可通过调整垫片9调整。转向螺母4外侧的下平面加工成齿条，与齿扇轴(即输出摇臂轴)20

35、上的齿扇啮合。可见转向螺母既是第一级传动副的从动杆，也是第二级传动副(齿条齿扇传动副)的主动件(齿条)。通过转向盘和转动轴转动转向螺杆时，转向螺母不能转动，只能轴向移动，并驱动齿扇轴转动。为了减少转向螺杆和转向螺母之间的摩擦，二者之间的螺纹并不直接接触，其间装有许多钢球5，以实现变滑动摩擦为滚动摩擦。转向螺母的内径大于转向螺杆的外径，故能松套在螺杆上。转向螺杆和螺母都加工出断面轮廓为两段或三段不同心圆弧组成的近似半圆的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面的螺旋管状通道。螺母侧面有两对通孔，可将钢球从此孔塞入螺旋形通道内。两根U行钢球导管7的两端插入螺母侧面的两对通孔中。导管内也装满了钢球

36、。这样，两根导管和螺母内的螺旋管状通道组合成两条各自独立的封闭的钢球“流道”。 转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，螺母即沿轴向移动。同时，在螺杆与螺母两者和钢球间的摩擦力偶作用下，所有钢球便在螺旋管状通道内滚动，形成“球流”。钢球在管状通道内绕行1.5周后，流出螺母而进入导管的一端，再由导管另一端流回螺旋管状通道。故在转向器工作时，两列刚球只是在各自的封闭流道内循环，而不致脱出。与齿条相啮合的齿扇，其齿厚是在分度圆上沿齿扇轴线按线性关系变化的，故为变厚齿扇。只要使齿扇轴20相对于齿条作轴向移动，即能调整两者的啮合间隙。调整螺钉14旋装在侧盖16上。齿扇轴内侧端部有切槽，调整螺钉的圆柱形

37、端头即嵌入此切槽中。将调整螺钉旋入，则啮合间隙减小，反之则啮合间隙增大。循环球式转向器的正传动效率很高(最高可达90%-95% )，故操纵轻便，使用寿命长，工作平稳、可靠。但其逆效率也很高，容易将路面冲击力传到转向盘。不过，对于前轴载荷质量不大而又经常在好路上行驶的汽车而言，这一缺点影响不大。因此，循环球式转向器广泛引用于各种汽车。1.3.3蜗杆滚轮式转向器蜗杆滚轮式转向器由蜗杆和滚轮啮合而构成。其主要优点是：结构简单；制造容易；因为滚轮的齿面和蜗杆上的螺纹呈面接触，所以有比较高的强度，工作可靠，磨损小，寿命长；逆效率低。蜗杆滚轮式转向器的主要缺点是：正效率低；工作齿面磨损以后，调整啮合间隙比

38、较困难；转向器的传动比不能变化。这种转向器曾在汽车上广泛使用过。1.3.4蜗杆指销式蜗杆指销式转向器的销子若不能自转，称为固定销式转向器。销子除随同摇臂轴转动外，还能绕自身轴线转动的，称为旋转销式转向器。根据销子数量不同，又有单销和双销之分。蜗杆指销式转向器的优点是：转向器的传动比可以做成不变的或者变化的；指销和蜗杆之间的工作面磨损后，调整间隙工作容易进行。固定销蜗杆指销式转向器结构简单、制造容易；但是因销子不能自转，销子的工作部位基本保持不变，所以磨损快、工作效率低。旋转销式转向器的效率高、磨损慢，但结构复杂。要求摇臂轴有较大的转角时，应该采用双销式结构。双销式转向器在直线行驶区域附近，两个

39、销子同时工作，可降低销子上的负荷，减少磨损。当一个销子脱离啮合状态时，另一个销子要承受全部的作用力，而恰恰在此位置，作用力达到最大值，所以设计时要注意核算其强度。双销与单销蜗杆指销式转向器比较，结构复杂、尺寸和质量大，并且对两主销间的位置精度、蜗杆上螺纹槽的形状及尺寸精度等要求高。此外，传动比的变化特性和传动间隙特性的变化受限制。蜗杆指销式转向器应用较少。1.4研究的基本内容主要研究内容：总结分析相关文献，确立设计方案。利用所选定的转向器参数，完成转向器结构布置和设计。设计的主要内容有选择所设计液压动力转向器参数，确定转向器结构类型，液压动力转向器总体设计与计算，主要零部件进行校核。技术路线：

40、液压动力转向器的选择 ，应当充分考虑其工作状况和操作要求；以确定合理的类型和主要性能参数。通过模型仿真分析；可以迅速完成各种液压系统设计方案的比较，从而选择出最优的设计方案。应用参数化造型与建模能力；根据车辆的设计理论进行实体建模，使设计中的主要问题在设计初期得以解决，将提高汽车液压转向机构的设计水平。第2章 液压动力转向器方案分析2.1转向系的设计要求转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。机械转向系依靠驾驶员的手力转动转向盘，经转向器和转向传动机构使转向轮偏转。有些汽车还装有防伤机构和转向减振器。采用动力转向的汽车，还装有动力系统，并

41、借助此系统减轻驾驶员的手力。对转向器提出的要求有：（1）保证汽车具有高的机动性；（2）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；（3）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。（4）操纵轻便。转向时加在转向盘上的切向力，对轿车不应大于150-200N 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。转向盘的回正圈数要少；（5）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；（6）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；（7）转向传动机构与悬架导

42、向装置的运动干涉应最小；（8）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。2.2液压动力转向器工作原理如果在机械转向器的基础上增加一套转向助力装置，就成了动力转向器。这套助力装置可以由液压系统提供助力，也可由电机提供助力，分别称为液压式动力转向器和电动式动力转向器。两者相比较而言，液压式提供的辅助动力较大，适用于大型车辆，而电动式采用微电脑控制，智能化程度高;如果将两者结合，即由液压系统提供辅助动力，而采用电子系统进行控制，则能发挥两者的优势，这就成了电液式动力转向器。除此之外，还有气压式动力转向器等结构形式。以下主要叙述液压式动力转向器的工作原理。液压式动力转向器有常压式和常流式

43、两种。对于常压式动力转向器，其液压系统设有储能装置，故无论转向盘保持静止还是运动状态，液压系统工作管路中总是保持高压。对于常流式动力转向器，其液压泵始终处于运转状态。当汽车处于直线行驶状态时，转向油泵输出的油液流入转向控制阀，又由此流回转向油罐，因转向控制阀的节流阻力很小，故油泵输出压力也很低，油泵实际上处于空转状态。当驾驶员转动方向盘，通过机械转向器使转向控制阀(转阀或者滑阀)处于与某一转弯方向相应的工作位置时，转向动力缸的相应工作腔与回油管路隔绝，转而与油泵输出管路相同，而动力缸的另一腔仍然通回油管路。地面转向阻力经转向传动机构传到转向动力缸的推杆和活塞上，形成比转向控制阀节流阻力高得多的

44、油泵输出管路阻力。于是转向油泵输出压力急剧升高，直到足以推动转向动力缸活塞为止。转向盘停止转动后，转向控制阀随即回复到中间位置，使动力缸停止工作。比较而言，常流式结构较简单、油泵寿命较长、泄漏量较少、功率消耗也较少，因此，目前除少数重型汽车采用常压式动力转向器外，其他大量的汽车均采用常流式动力转向器。如果动力转向机构的机械转向部分、转向动力缸和转向控制阀组装成一体，这种结构称为整体式动力转向器。也有将各部分分离组装的产品，但是这种产品目前已不多见。2.3液压动力转向器总体方案分析与确定2.3.1循环球式动力转向器结构在循环球式机械转向器的基础上增加转向助力装置，就成了循环球式动力转向器，其工作

45、原理如图2.1所示。图2.1 循环球式动力转向器在循环球式动力转向器中，原有的转向螺母同时作为转向油缸的活塞，将转向器内部分成了两个独立的液压油腔。当驾驶员转动方向盘时，转向控制阀移动到相应的位置，从而使两个独立液压油腔中相应的某一腔(左腔或者右腔)成为高压油腔，而另一腔成为低压油腔，由此形成的差压推动转向活塞，辅助驾驶员转向。2.3.2齿轮齿条式动力转向器结构在齿轮齿条式机械转向器的基础上增加转向助力装置，就成了齿轮齿条式动力转向器，其工作原理图如图2.2和图2.3所示。1-活塞；2-齿条；3-右转弯油管图2.2 右转弯时液压油缸动作1横拉杆；2左转进油管；3右转进油管；4右转进油口；5转向

46、输入轴；6旋转式控制阀；7出油口；8进油口；9左转进油口；10动力缸；11活塞； 12转向齿条；13防尘套。图2.3 左转弯时液压油缸动作在齿轮齿条式动力转向器中，活塞安装在转向齿条上，并置于齿条套管内。齿条活塞两边的齿条套管都被密封起来，形成两个分开的油液腔，连接左、右转向回路。转向盘右转时，旋转阀在齿条活塞两边形成压力差，使齿条朝低压方向移动，从而减轻转动转向盘所需的总操纵力。2.3.3液压动力转向器结构方案的确定 齿轮齿条式液压动力转向器与其他形式的转向器比较，齿轮齿条式转向器最主要的优点是：结构简单、紧凑；壳体采用铝合金或镁合金压铸而成，转向器的质量较小；传动效率高达90%；齿轮与齿条

47、之间因磨损出现间隙以后，利用装在齿条背部、靠近主动小齿轮处的压紧力可以调节的弹簧，能自动消除齿间间隙，这不仅可以提高转向系统的刚度，还可以防止工作时产生冲击和噪声；转向器占用的体积小；没有转向摇臂和直拉杆，所以转向轮转角可以增大；制造成本低。2.4液压动力转向器工作过程2.4.1直线行驶 如图2.4所示，汽车直线行驶时，转阀处于中间位置。来自转向油泵的工作液从转向器壳体舶进油口0流到阀体13的中间油环槽中，经过其槽底的通孔进入阀体13和阀芯12之间，此时因阀芯处于中间位置，所以进入的油液分别通过阀体和阀芯纵槽和槽肩形成的两边相等的间隙，再通过阀芯的纵槽以及阀体的径向孔流向阀体外圆上、下油环槽，然后通过壳体中的两条油道分别流到动力缸的R接右转向动力腔；L接左转向动力腔；B接转向液压泵；G接转向油罐2齿条-活塞；12进油口；13阀体；22阀心图2.4汽车直线行驶时转阀的工作情况上、下腔中去，即左转向动力腔L和右转向动力腔R，流人阀体内腔的油液在通过阀芯纵槽流向阀体上、油环槽的同时，通过阀芯槽肩上的径向油孔流到转向螺杆和输入轴之间的空隙中，经阀体组件和调整螺塞之间的空隙流到回油口，经油管回到油罐中去，形成了常流式油液循环。此时，上、下腔油压相等且很小，齿条一活塞19既没有受到转向螺杆的轴