第七章轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)-長安大學(xué)精品課程網(wǎng)站

1、第七章,轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì),第七章 轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì),本章主要學(xué)習(xí)：（1）轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)要求；（2）機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析 ；（3）轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù) ； （4）動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) ； （5）轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)方案及整體式轉(zhuǎn)向梯形 機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。,第七章 轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì),第一節(jié) 概述 第二節(jié) 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析 第三節(jié) 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù) 第四節(jié) 動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 第五節(jié) 轉(zhuǎn)向梯形,第一節(jié) 概述,汽車轉(zhuǎn)向系的

2、功用：汽車轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)。在汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。 汽車轉(zhuǎn)向系的形式和組成：汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)分為機(jī)械轉(zhuǎn)向和動(dòng)力轉(zhuǎn)向兩種形式。機(jī)械轉(zhuǎn)向主要是由轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成，動(dòng)力轉(zhuǎn)向還包括動(dòng)力系統(tǒng)。機(jī)械轉(zhuǎn)向是依靠駕駛員的手力轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤，經(jīng)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。動(dòng)力轉(zhuǎn)向是在機(jī)械轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上，加裝動(dòng)力系統(tǒng)，并借助此系統(tǒng)來減輕駕駛員的手力。動(dòng)力轉(zhuǎn)向包括液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向

3、和電控式動(dòng)力轉(zhuǎn)向。液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向已在汽車上廣泛應(yīng)用。近年來，電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向已得到較快發(fā)展。,汽車轉(zhuǎn)向系動(dòng)畫演示,轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)要求：,1）汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，全部車輪應(yīng)繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)。2）轉(zhuǎn)向輪具有自動(dòng)回正能力。3）在行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動(dòng)。4）轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)，應(yīng)使車 輪產(chǎn)生的擺動(dòng)最小。5）轉(zhuǎn)向靈敏，最小轉(zhuǎn)彎直徑小。6）操縱輕便。 7）轉(zhuǎn)向輪傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可

4、能小。8）轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中應(yīng)有間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。9）轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。10）轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向與汽車行駛方向的改變相一致。,正確設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)，可以保證汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，全部車輪應(yīng)繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)。,轉(zhuǎn)向輪的自動(dòng)回正能力決定于轉(zhuǎn)向輪的定位參數(shù)和轉(zhuǎn)向器逆效率的大小。合理確定轉(zhuǎn)向輪的定位參數(shù)，正確選擇轉(zhuǎn)向器的形式，可以保證汽車具有良好的自動(dòng)回正能力。轉(zhuǎn)向系中設(shè)置有轉(zhuǎn)向減振器時(shí)，能夠防止轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生自振，同時(shí)

5、又能使傳到轉(zhuǎn)向盤上的反沖力明顯降低。 為了使汽車具有良好的機(jī)動(dòng)性能，必須使轉(zhuǎn)向輪有盡可能大的轉(zhuǎn)角，其最小轉(zhuǎn)彎半徑能達(dá)到汽車軸距的2~2.5倍。轉(zhuǎn)向操縱的輕便性通常用轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的切向力大小和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)多少兩項(xiàng)指標(biāo)來評(píng)價(jià)。 轎車 貨車機(jī)械轉(zhuǎn)向 50~100N 250N動(dòng)力轉(zhuǎn)向

6、 20~50N 120N轎車轉(zhuǎn)向盤從中間位置轉(zhuǎn)到第一端的圈數(shù)不得超過2.0圈，貨車則要求不超過3.0圈。,第二節(jié) 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析,一、機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析 1.齒輪齒條式 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、體積小、質(zhì)量輕；傳動(dòng)效率高達(dá)90%；可自動(dòng)消除齒間間隙(圖7-1所示)；沒有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角可以增大；制造成本低。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主

7、要缺點(diǎn)是：逆效率高（60%~70%）。因此，汽車在不平路面上行駛時(shí)，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。,圖7-1 自動(dòng)消除間隙裝置,根據(jù)機(jī)械式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)特點(diǎn),,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)向器蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器等,根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點(diǎn)不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有四種形式：中間輸入，兩端輸也（圖7-2a）；側(cè)面輸入，兩端輸出（圖7-2b）；側(cè)面輸入，中間輸出（圖7-2c）；側(cè)面輸入，一端輸出（圖

8、7-2d）。,采用側(cè)面輸入、中間輸出方案時(shí)，由于拉桿長度增加，車輪上、下跳動(dòng)時(shí)位桿擺角減小，有利于減少車輪上、下跳動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向系與懸架系的運(yùn)動(dòng)干涉。而采用兩側(cè)輸出方案時(shí)，容易與懸架系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)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。 采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，重合度增加，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊與工作噪聲均下降。,圖7-2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種形式,齒條斷面形狀有圓形、V形和Y形三種

9、。圓形斷面齒條制作工藝比較簡(jiǎn)單。V形和Y形斷面齒條與圓形斷面比較，消耗的材料少，故質(zhì)量小。,根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對(duì)前軸位置的不同，在汽車上有四種布置形式：轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形，見圖7-3。,齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于微型、普通級(jí)、中級(jí)和中高級(jí)轎車上。裝載量不大、前輪采用獨(dú)立懸架的貨車和客車也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。,圖7-3 齒輪

10、齒條式轉(zhuǎn)向器的四種布置形式,2.循環(huán)球式,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(dòng)副，以及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動(dòng)副組成，如圖7-4所示。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是：傳動(dòng)效率可達(dá)到75%~85%；轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比可以變化；工作平穩(wěn)可靠；齒條和齒扇之間的間隙調(diào)整容易；適合用來做整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)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。,

11、圖7-4 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器,圖7-5 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的間隙調(diào)整機(jī)構(gòu),3.蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式,蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器由蝸桿和滾輪嚙合而構(gòu)成。主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；制造容易；強(qiáng)度比較高、工作可靠、壽命長；逆效率低。主要缺點(diǎn)是：正效率低；調(diào)整嚙合間隙比較困難；傳動(dòng)比不能變化。 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器有固定銷式和旋轉(zhuǎn)銷式兩種形式。根據(jù)銷子數(shù)量不同，又有單銷和雙銷之分。蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是：傳動(dòng)比可以做成不變的或者變化的；工作面間隙調(diào)整容易。

12、固定銷式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易。但銷子的工作部位磨損快、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(shí)，應(yīng)采用雙銷式結(jié)構(gòu)。雙銷式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸和質(zhì)量大，并且對(duì)兩主銷間的位置精度、螺紋槽的形狀及尺寸精度等要求高。此外，傳動(dòng)比的變化特性和傳動(dòng)間隙特性的變化受限制。蝸桿滾輪式和蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器應(yīng)用較少。,二、防傷安全機(jī)構(gòu)方案分析計(jì)算,有關(guān)資料分析表明：汽車正面碰撞時(shí)，轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向管柱是使駕駛員

13、受傷的主要元件。轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向管柱等有關(guān)零件在撞擊是產(chǎn)生塑性變形、彈性變形或是利用摩擦等來吸收沖擊能量，能防止或者減輕駕駛員受傷。在汽車發(fā)生正面碰撞時(shí)，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸采用了萬向節(jié)連接，并且布置合理，便可防止轉(zhuǎn)向盤向駕駛室內(nèi)移動(dòng)，危及駕駛員安全。如圖7-6所示。圖7-7所示在轎車上應(yīng)用的防傷安全機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)向軸分為兩段，上轉(zhuǎn)向軸的下端與下轉(zhuǎn)向軸上端通過兩個(gè)圓頭圓柱銷相連。在受到一定數(shù)值的軸向力時(shí)，上、下轉(zhuǎn)向軸能自動(dòng)脫開，以保證駕駛員的安全。,

14、圖7-6 防傷轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸簡(jiǎn)圖,圖7-7 防傷轉(zhuǎn)向軸簡(jiǎn)圖,聯(lián)軸套管吸收沖擊能量機(jī)構(gòu),圖7-8所示為聯(lián)軸套管吸收沖擊能量機(jī)構(gòu)，位于兩萬向節(jié)之間的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸，是由套管1和軸3組成。汽車發(fā)生正面沖撞時(shí)，軸向力達(dá)到一定值以后，塑料銷釘2被剪斷，套管與軸產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，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(dòng)軸長度縮短，減小了轉(zhuǎn)向盤向駕駛員一側(cè)的移動(dòng)量，起到保護(hù)駕駛員的作用。這種防傷機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，只要合理選取銷釘數(shù)量

15、與直徑，便能保證它可靠地工作和吸收沖擊能量。,圖7-8 安全聯(lián)軸套管1—套管 2—塑料銷釘 3—軸,第三節(jié) 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù),一、轉(zhuǎn)向器的效率 功率P1從轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出所求得的效率稱為轉(zhuǎn)向器的正效率，用符號(hào)η+表示，；反之稱為逆效率，用符號(hào)η－表示。 正效率η+ 計(jì)算公式： η+=（P1-P2）/P1 逆效率η－

16、 計(jì)算公式： η－=（P3-P2）/P3式中， P1為作用在轉(zhuǎn)向軸上的功率；P2為轉(zhuǎn)向器中的磨擦功率；P3為作用在轉(zhuǎn)向搖臂軸上的功率。 正效率高，轉(zhuǎn)向輕便；轉(zhuǎn)向器應(yīng)具有一定逆效率，以保證轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤的自動(dòng)返回能力。但為了減小傳至轉(zhuǎn)向盤上的路面沖擊力，防止打手，又要求此逆效率盡可能低。,1.轉(zhuǎn)向器的正效率η+,影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)

17、構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。 （1）轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與效率 在四種轉(zhuǎn)向器中，齒輪齒條式、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率比較高，而蝸桿指銷式特別是固定銷和蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的正效率要明顯的低些。同一類型轉(zhuǎn)向器，因結(jié)構(gòu)不同效率也不一樣。如蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的滾輪與支持軸之間的軸承可以選用滾針軸承、圓錐滾子軸承和球軸承。選用滾針軸承時(shí)，除滾輪與滾針之間有摩擦損失外，滾輪側(cè)翼與墊片之間還存在滑動(dòng)摩擦損失，故這種軸向器的效率η+僅有54%。另外兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)

18、向器效率分別為70%和75%。 轉(zhuǎn)向搖臂軸的軸承采用滾針軸承比采用滑動(dòng)軸承可使正或逆效率提高約10%。,（2）轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率,如果忽略軸承和其經(jīng)地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，對(duì)于蝸桿類轉(zhuǎn)向器，其效率可用下式計(jì)算 式中，a0為蝸桿（或螺桿）的螺線導(dǎo)程角；ρ為摩擦角，ρ=arctanf；f為磨擦因數(shù)。 根據(jù)逆效率不同，轉(zhuǎn)向器有可逆式、極限可逆式和不可逆式之分。 路面作用在車輪上的力，經(jīng)過轉(zhuǎn)向

19、系可大部分傳遞到轉(zhuǎn)向盤，這種逆效率較高的轉(zhuǎn)向器屬于可逆式。它能保證轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動(dòng)回正，既可以減輕駕駛員的疲勞，又可以提高行駛安全性。但是，在不平路面上行駛時(shí)，傳至轉(zhuǎn)向盤上的車輪沖擊力，易使駕駛員疲勞，影響安全行駕駛。 屬于可逆式的轉(zhuǎn)向器有齒輪齒條式和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。,,（7-1）,不可逆式和極限可逆式轉(zhuǎn)向器,不可逆式轉(zhuǎn)向器，是指車輪受到的沖擊力不能傳到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向器。該沖擊力轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件承受，因而這些零件容易損壞。

20、同時(shí)，它既不能保證車輪自動(dòng)回正，駕駛員又缺乏路面感覺，因此，現(xiàn)代汽車不采用這種轉(zhuǎn)向器。極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于可逆式與不可逆式轉(zhuǎn)向器兩者之間。在車輪受到?jīng)_擊力作用時(shí)，此力只有較小一部分傳至轉(zhuǎn)向盤。如果忽略軸承和其它地方的磨擦損失，只考慮嚙合副的磨擦損失，則逆效率可用下式計(jì)算式（7-1）和式（7-2）表明：增加導(dǎo)程角a0，正、逆效率均增大。受η-增大的影響，a0不宜取得過大。當(dāng)導(dǎo)程角小于或等于磨擦角時(shí)，逆效率為負(fù)值或者為零，此時(shí)表明該

21、轉(zhuǎn)向器是不可逆式轉(zhuǎn)向器。為此，導(dǎo)程角必須大于磨擦角。,,（7-2）,二、傳動(dòng)比的變化特性,1.轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比 轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比 和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比 。 轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比: 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比: 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比 由轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比 和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比 組成，即 轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比: 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比:,,,

22、,,,,,,,,2.力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系,轉(zhuǎn)向阻力Fw與轉(zhuǎn)向阻力矩Mr的關(guān)系式：作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力Fh與作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩Mh的關(guān)系式：將式（7-3）、式（7-4）代入 后得到 如果忽略磨擦損失，根據(jù)能量地恒原理，2Mr/Mh可用下式表示 將式（7-6）代入式（7-5）后得到 當(dāng)a和Dsw不變時(shí)，力傳動(dòng)比 越大，雖然轉(zhuǎn)向越輕，但 也越大，表明轉(zhuǎn)向不靈敏。,,（7-3）

23、,,（7-4）,,（7-5）,,（7-6）,,（7-7）,,,3.轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比,轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比可用 表示以外，還可以近擬地用轉(zhuǎn)向節(jié)臂臂長L2與搖臂臂長L1之比來表示， 。 在汽車結(jié)構(gòu)中，L2與L1的比值大約在0.85~1.1之間，可近似認(rèn)為其比值為1，則 。由此可見，研究轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比特性，只需研究轉(zhuǎn)向

24、器的角傳動(dòng)比 及其變化規(guī)律即可。4.轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比及其變化規(guī)律 式（7-7）表明，增大角傳動(dòng)比可以增加力傳動(dòng)比。當(dāng)Fw一定時(shí)，增大力傳動(dòng)比能減小作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力Fh，使操縱輕便。 由 的定義可知：對(duì)于一定的轉(zhuǎn)向盤角速度，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度與轉(zhuǎn)向器角度傳動(dòng)比在反比。角傳動(dòng)比增加后，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度對(duì)轉(zhuǎn)向盤角速度的響應(yīng)變得遲鈍，汽車轉(zhuǎn)向靈敏性降低，所以“輕”和“靈”構(gòu)成一對(duì)矛盾。為解決這對(duì)矛盾，可采用變

25、速比轉(zhuǎn)向器。 齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸式指銷式轉(zhuǎn)向器都可以制成變速比轉(zhuǎn)向器。,,,,,,,,下面介紹齒輪齒條轉(zhuǎn)向器變速比工作原理,根據(jù)相互嚙合齒輪的基圓齒距必須相等，即pb1=pb2。其中齒輪基圓齒距pb1=πm1cosa1，齒條基圓齒距pb2=πm2cosa2。由上述兩式可知：當(dāng)齒輪具有標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m1和標(biāo)準(zhǔn)壓力角a1與一個(gè)具有變模數(shù)m2、變壓力角a2的齒條相嚙合，并始終保持πm1cosa1=πm2cosa2時(shí)，它們就可以嚙合

26、運(yùn)轉(zhuǎn)。 如果齒條中部（相當(dāng)汽車直線行駛位置）齒的壓力角最大，向兩端逐漸減?。?shù)也隨之減小）則主動(dòng)齒輪嚙合半徑也減小，致使轉(zhuǎn)向盤每轉(zhuǎn)動(dòng)某同一角度時(shí)，齒條行程也隨之減小。因此，轉(zhuǎn)同器的傳動(dòng)比是變化的。 圖7-9是根據(jù)上述原理設(shè)計(jì)的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器齒條壓力角變化示例。從圖中可以看到，位于齒條中部位置處的齒有較大壓力角和齒輪有較大的節(jié)圓半徑，而齒條齒有寬的齒根和淺斜的齒側(cè)面；位于具條兩端的齒，齒根減薄，齒有陡斜

27、的齒側(cè)面。,圖7-9 齒條壓力角變化簡(jiǎn)圖a）齒條中部齒 b）齒條兩端齒,轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的選擇,轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比可以設(shè)計(jì)成減小、增大或保持不變的。影響選取角傳動(dòng)比變化規(guī)律的主要因素是轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大小和對(duì)汽車機(jī)動(dòng)能力的要求。 若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷小或采用動(dòng)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(dòng)比，以提高汽車的機(jī)動(dòng)能力。 若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大，汽車低速急轉(zhuǎn)彎時(shí)的操縱輕便性問題突出，應(yīng)選用大些的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比。

28、 汽車以較高車速轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，要求轉(zhuǎn)向輪反應(yīng)靈敏，轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比應(yīng)當(dāng)小些。 汽車高速直線行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向盤在中間位置的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比不宜過小。否則轉(zhuǎn)向過分敏感，使駕駛員精確控制轉(zhuǎn)向輪的運(yùn)動(dòng)有困難。 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)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7-10所示。,圖7-10 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比變化特性曲線,三、轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙△t,傳動(dòng)間隙是指各種轉(zhuǎn)向器中傳動(dòng)副之間的間隙。該間隙隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角

29、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(dòng)副傳動(dòng)間隙特性（圖7-11）。研究該特性的意義在于它與直線行駛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向器的使用壽命有關(guān)。傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙在轉(zhuǎn)向盤處于中間及其附近位置時(shí)要極小，最好無間隙。若轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副存在傳動(dòng)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(dòng)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(shí)，必須經(jīng)調(diào)整消除該處間隙。為此，傳動(dòng)副傳

30、動(dòng)間隙特性應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成圖7-11所示的逐漸加大的形狀。,圖7-11 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)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(dòng)間隙變化特性。,四、轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定,為轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力、車輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)磨擦阻力等。 計(jì)算汽車在瀝青或者混

31、凝土跨面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩MR（N·mm）的半徑經(jīng)驗(yàn)公式式中，f為輪胎和路面間的滑動(dòng)磨擦因數(shù)，一般取0.7；G1為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷（N）；p為輪胎氣壓（MPa）。 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力為 式中，L1轉(zhuǎn)向搖臂長；L2為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長；Dsw為轉(zhuǎn)向盤直徑；iω為轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比；η+為轉(zhuǎn)向器正效率。 對(duì)給定的汽車，用式（7-9）計(jì)算出來的的作用力是最大值。,,,（7-8）,（7-9）,第四節(jié) 動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu),一、對(duì)

32、動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的要求 1）保持轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角和轉(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)向盤上手力必須增大（或減?。?）當(dāng)作用在轉(zhuǎn)向盤上的切向力Fh≥25~190N時(shí)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向器就應(yīng)開始工作。4）轉(zhuǎn)向盤應(yīng)自動(dòng)回正。 5）工作靈敏。 6）動(dòng)力轉(zhuǎn)向失靈時(shí)，仍能用機(jī)械系統(tǒng)操縱車輪轉(zhuǎn)向。7）密封性能好，內(nèi)、外泄漏少。汽車采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是為了提高操縱的輕便性和行駛安全性。中級(jí)以上轎車，采用或者

33、可供選裝動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的逐漸增多。轉(zhuǎn)向軸軸載質(zhì)量超過2.5t的貨車可以采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向，當(dāng)超過4t時(shí)應(yīng)該采動(dòng)力轉(zhuǎn)向。,二、動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案分析,液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是由分配閥、轉(zhuǎn)向器、動(dòng)力缸、液壓泵、貯油罐和油管等組成。 根據(jù)分配閥、轉(zhuǎn)向器和動(dòng)力缸三者相互位置的不同，它分為整體式（圖7-12a）和分置式兩類。 分置式按分配閥所在位置不同又分為：聯(lián)閥式（圖7-12b）、連桿式（圖7-12c ）和 半分置式（圖7-12d

34、 ）。 在分析比較動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案時(shí)，要考慮以下幾個(gè)方面： 1）結(jié)構(gòu)上是否緊湊； 2）轉(zhuǎn)向器主要零件是否承受由動(dòng)力缸建立起來的載荷； 3）拆裝轉(zhuǎn)向器是否容易； 4）管路，特別是軟管的管路長短；,圖7-12 動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案1—分配閥 2—轉(zhuǎn)向器 3—?jiǎng)恿Ω?5）轉(zhuǎn)向輪在側(cè)向力作用下是否容易產(chǎn)生擺振； 6）能不能采用典型轉(zhuǎn)向器等方面。,三、動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的評(píng)價(jià)指標(biāo),（1）動(dòng)

35、力轉(zhuǎn)向器的作用效能用效能指標(biāo)s=Fh/Fh′來評(píng)價(jià)動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的作用效能。 現(xiàn)有動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的效能指標(biāo)s=1~15。 （2）路感 駕駛員的路感來自于轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)，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(qiáng)的乘積。在最大工作壓力時(shí)，轎車：換算以轉(zhuǎn)向盤上的力增加約30~50N，貨車：增加80~100N。 （3）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來評(píng)價(jià) 比值 越小，則動(dòng)力轉(zhuǎn)向作用的靈敏度越高。

36、高級(jí)轎車的 值在6.7以下。轉(zhuǎn)向靈敏度也可以用接通動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)，作用到轉(zhuǎn)向盤的手力的轉(zhuǎn)角來評(píng)價(jià)，要求此力在20-50N，轉(zhuǎn)角在10°~15°范圍。,,,（7-10）,,,三、動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的評(píng)價(jià)指標(biāo)(續(xù)),（4）動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的靜特性 動(dòng)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(píng)價(jià)動(dòng)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(dòng)力缸工作面積和作用力臂，對(duì)于已確定的結(jié)構(gòu)，后兩項(xiàng)是常量，所以可

37、以用輸入轉(zhuǎn)矩Mφ與輸出油壓p之間的變化關(guān)系曲線來表示動(dòng)力轉(zhuǎn)向的靜特性，如圖7-13所示。 常將靜特性曲線劃分為四個(gè)區(qū)段。在輸入轉(zhuǎn)矩不大的時(shí)候，相當(dāng)于圖中A段；汽車原地轉(zhuǎn)向或調(diào)頭時(shí)，輸入轉(zhuǎn)矩進(jìn)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(gè)較寬的平滑過渡區(qū)間。,圖7-13 靜特性曲線分段示意圖,要求動(dòng)力轉(zhuǎn)向器向右轉(zhuǎn)和向左轉(zhuǎn)的靜特性曲線應(yīng)對(duì)稱。對(duì)稱性可以評(píng)價(jià)滑閥的加工和裝配質(zhì)量。要求對(duì)稱性大于0.85。,第五

38、節(jié) 轉(zhuǎn)向梯形,轉(zhuǎn)向梯形有整體式和斷開式兩種。轉(zhuǎn)向梯形方案與懸架形式密切相關(guān)。 轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計(jì)要求：1）正確選擇轉(zhuǎn)向梯形參數(shù)，保證汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)全部車輪繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心行駛。2）滿足最小轉(zhuǎn)彎直徑的要求，轉(zhuǎn)向輪應(yīng)有足夠大的轉(zhuǎn)角。 一、轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)方案分析 1.整體式轉(zhuǎn)和梯形整體式轉(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，如圖7-14所示。,圖7-14 整體式轉(zhuǎn)向梯形1—橫拉桿 2—梯形臂 3—前軸,這種方案的優(yōu)

39、點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整前束容易，制造成本低；主要缺點(diǎn)是一側(cè)轉(zhuǎn)向輪上、下跳動(dòng)時(shí)，會(huì)影響另一側(cè)轉(zhuǎn)向輪。,轉(zhuǎn)向梯形動(dòng)畫演示,2.斷開式轉(zhuǎn)向梯形,轉(zhuǎn)向梯形的橫拉桿做成斷開的，稱之為斷開式轉(zhuǎn)向梯形。斷開式轉(zhuǎn)向梯形方案之一如圖7-15所示。斷開式轉(zhuǎn)向梯形的主要特點(diǎn)：1）能夠保證一側(cè)車輪上、下跳動(dòng)時(shí)，不會(huì)影響另一側(cè)車輪；2）由于桿系、球頭增多，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，并且調(diào)整前束比較困難。橫拉桿上斷開點(diǎn)的位置與獨(dú)立懸架形式有關(guān)。采用雙橫臂獨(dú)立懸

40、架，常用圖解法（基于三心定理）確定斷開點(diǎn)的位置。,圖7-15 斷開式轉(zhuǎn)向梯形,二、整體式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),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7-16所示。設(shè)θi、θo分別為內(nèi)、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(diǎn)之間的距離。若要保證全部車輪繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心行駛，則梯形機(jī)構(gòu)應(yīng)保證內(nèi)、外轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)角有如下關(guān)系,圖7-16 理想的內(nèi)、外車輪轉(zhuǎn)角關(guān)系簡(jiǎn)圖,,（7-11）

41、,若自變角為θo，則因變角θi的期望值為,現(xiàn)有轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)僅能近似滿足上式關(guān)系。,（7-12）,利用弦定理，圖7-33所示的后置梯形機(jī)構(gòu)可推得轉(zhuǎn)向梯形所給出的實(shí)際因變角 為,,（7-13）,式中，m為梯形臂長；γ為梯形底角,所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向梯形給出的實(shí)際因變角 ，應(yīng)盡可能接近理論上的期望值θi。其偏差在最常使用的中間位置附近小角范圍內(nèi)應(yīng)盡量小，而在不經(jīng)常使用且車速較低的最大轉(zhuǎn)角時(shí)，可適當(dāng)放寬要求。因此，再引入加權(quán)因子ω0（θo），構(gòu)成

42、平價(jià)設(shè)計(jì)優(yōu)劣的目標(biāo)函數(shù) f（x）為,,,（7-14）,將式（7-12）、式（7-13）代入式（7-14）得,,（7-15）,式中，x為設(shè)計(jì)變量， ；θomax為外轉(zhuǎn)向車輪最大轉(zhuǎn)角，由圖7-16得,,,式中，Dmin為汽車最小轉(zhuǎn)彎直徑；a為主銷偏移距。,考慮到多數(shù)使用工況下轉(zhuǎn)角θo小于20°，且10°以內(nèi)的小轉(zhuǎn)角使用得更加頻繁，因此取,,（7-16）,建立約束條件,各設(shè)計(jì)變量的取值范圍

43、構(gòu)成的約束條件為,m-mmin≥0 （7-17）mmax-m≥0 （7-18）γ-γmin≥0 （7-19）,梯形臂長度m設(shè)計(jì)時(shí)常取在mmin=0.11K，mmax=0.15K。梯形底角γmin=70°,最小傳動(dòng)角的約束條件為,,（7-20）,式中，δm

44、in為最小傳動(dòng)角，δmin=40° 。,已知 ，故由式（7-20）可知，δmin為設(shè)計(jì)變量m及γ的函數(shù)。,,由式（7-17）、式（7-18）、式（7-19）和式（7-20）四項(xiàng)約束條件所形成的可行域，如圖7-17所示的幾種情況。圖7-17b適用于要求δmin較大，而γmin可小些的車型；圖7-17c適用于要求γmin較大，而δmin小些的車型；圖7-17a適用介于圖7-17b、c之