汽車機械轉向機構設計說明書畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 成：汽車轉向機構分為機械轉向和動力轉向兩種形式。機械轉向主要是由轉向盤、轉向器和轉向傳動機構等組成，動力轉向還包括動力系統。機械轉向是依靠駕駛員的手力轉動轉向盤，經轉向器和轉向傳動機構使轉向輪偏轉。動力轉向是在機械轉向的基礎上，加裝動力系統，并借助此系統來減輕駕駛員的手力。動力轉向包括液壓式動力轉向和電控式動力轉向。液壓式動力轉向已在汽車上廣泛應用。近年來，電控動力轉向已得到較快發展。 4 轉向系的設計要求 1）汽車轉彎行駛時，全部車輪應繞瞬時轉向中心旋轉。2）轉向輪具有自動回正能力。3）在行駛狀態下，轉向輪不得產生自振，轉向盤沒有擺動。4）轉向傳動機構和懸架導向裝置產生的運動不協調，應使車 輪產生的擺動最小。5）轉向靈敏，最小轉彎直徑小。6）操縱輕便。 7）轉向輪傳給轉向盤的反沖力要盡可能小。8）轉向器和轉向傳動機構中應有間隙調整機構。9）轉向系應有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。10）轉向盤轉動方向與汽車行駛方向的改變相一致。正確設計轉向梯形機構，可以保證汽車轉彎行駛時，全部車輪應繞瞬時轉向中心旋轉。轉向輪的自動回正能力決定于轉向輪的定位參數和轉向器逆效率的大小。合理確定轉向輪的定位參數，正確選擇轉向器的形式，可以保證汽車具有良好的自動回正能力。轉向系中設置有轉向減振器時，能夠防止轉向輪產生自振，同時又能使傳到轉向盤上的反沖力明顯降低。 為了使汽車具有良好的機動性能，必須使轉向輪有盡可能大的轉角，其最小轉彎半徑能達到汽車軸距的 2~ 倍。轉向操縱的輕便性通常用轉向時駕駛員作用在轉向盤上的切向力大小和轉向盤轉動圈數多少兩項指標來評價。 轎車 貨車機械轉向 50~100N 250N動力轉向 20~50N 120N轎車轉向盤從中間位置轉到第一端的圈數不得超過 圈，貨車則要求不超過 圈。 5 機械式轉向器方案分析 齒輪齒條式 齒輪齒條式轉向器的主要優點是：結構簡單、緊湊、體積小、質量輕；傳動效率高達 90%；可自動消除齒間間隙(圖 11 所示)；沒有轉向搖臂和直拉桿，轉向輪轉角可以增大；制造成本低。 齒輪齒條式轉向器的主要缺點是：逆效率高（60%~70%） 。因此，汽車在不平路面上行駛時，發生在轉向輪與路面之間的沖擊力，大部分能傳至轉向盤。 圖 11 自動消除間隙裝置 根據輸入齒輪位置和輸出特點不同，齒輪齒條式轉向器有四種形式：中間輸入，兩端輸也（圖 12a） ；側面輸入，兩端輸出（圖 12b） ；側面輸入，中間輸出（圖 12c） ；側面輸入，一端輸出（圖 12d） 。圖 12 齒輪齒條式轉向器的四種形式 采用側面輸入、中間輸出方案時，由于拉桿長度增加，車輪上、下跳動時位桿擺角減小，有利于減少車輪上、下跳動時轉向系與懸架系的運動干涉。而采用兩側輸出方案時，容易與懸架系統導向機構產生運動干涉。 側面輸入、一端輸出的齒輪齒條式轉向器，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向器，重合度增加，運轉平穩，沖擊與工作噪聲均下降。 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。V 形和Y 形斷面齒條與圓形斷面比較，消耗的材料少，故質量小。 根據齒輪齒條式轉向器和轉向梯形相對前軸位置的不同，在汽車上有四種布置形式：轉向器位于前軸后方，后置梯形；轉向器位于前軸后方，前置梯形；轉向器位于前軸前方，后置梯形；轉向器位于前軸前方，前置梯形，見圖 13。 圖 13 齒輪齒條式轉向器的四種布置形式 齒輪齒條式轉向器廣泛應用于微型、普通級、中級和中高級轎車上。裝載量不大、前輪采用獨立懸架的貨車和客車也用齒輪齒條式轉向器 循環球式 循環球式轉向器由螺桿和螺母共同形成的螺旋槽內裝有鋼球構成的傳動副，以及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構成的傳動副組成，如圖 14 所示。循環球式轉向器的優點是：傳動效率可達到 75%~85%；轉向器的傳動比可以變化；工作平穩可靠；齒條和齒扇之間的間隙調整容易；適合用來做整體式動力轉向器。 循環球式轉向器的主要缺點是：逆效率高，結構復雜，制造困難，制造精度要求高。循環球式轉向器主要用于貨車和客車上。 圖 14 循環球式轉向器 圖 15 循環球式轉向器的間隙調整機構 蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式 蝸桿滾輪式轉向器由蝸桿和滾輪嚙合而構成。主要優點是：結構簡單；制造容易；強度比較高、工作可靠、壽命長；逆效率低。主要缺點是：正效率低；調整嚙合間隙比較困難；傳動比不能變化。 蝸桿指銷式轉向器有固定銷式和旋轉銷式兩種形式。根據銷子數量不同，又有單銷和雙銷之分。蝸桿指銷式轉向器的優點是：傳動比可以做成不變的或者變化的；工作面間隙調整容易。固定銷式轉向器的結構簡單、制造容易。但銷子的工作部位磨損快、工作效率低。旋轉銷式轉向器的效率高、磨損慢，但結構復雜。要求搖臂軸有較大的轉角時，應采用雙銷式結構。雙銷式轉向器的結構復雜、尺寸和質量大，并且對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，傳動比的變化特性和傳動間隙特性的變化受限制。蝸桿滾輪式和蝸桿指銷式轉向器應用較少。 6 計算設計說明書 轉向器的效率 功率 P1 從轉向軸輸入，經轉向搖臂軸輸出所求得的效率稱為轉向器的正效率，用符號 η +表示， ；反之稱為逆效率，用符號 η －表示。 正效率 η + 計算公式： η +=（ P1P2）/ P1 逆效率 η － 計算公式： η －=（ P3P2）/ P3式中， P1 為作用在轉向軸上的功率； P2 為轉向器中的磨擦功率； P3 為作用在轉向搖臂軸上的功率。 正效率高，轉向輕便；轉向器應具有一定逆效率，以保證轉向輪和轉向盤的自動返回能力。但為了減小傳至轉向盤上的路面沖擊力，防止打手，又要求此逆效率盡可能低。 轉向器的正效率 η + 影響轉向器正效率的因素有轉向器的類型、結構特點、結構參數和制造質量等。 轉向器類型、結構特點與效率 在四種轉向器中，齒輪齒條式、循環球式轉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向器的正效率要明顯的低些。同一類型轉向器，因結構不同效率也不一樣。如蝸桿滾輪式轉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，除滾輪與滾針之間有摩擦損失外，滾輪側翼與墊片之間還存在滑動摩擦損失，故這種軸向器的效率 η +僅有 54%。另外兩種結構的轉向器效率分別為 70%和 75%。 轉向搖臂軸的軸承采用滾針軸承比采用滑動軸承可使正或逆效率提高約 10%。 轉向器的結構參數與效率 如果忽略軸承和其經地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，對于蝸桿類轉向器，其效率可用下式計算 （1）式中， a0 為蝸桿（或螺桿）的螺線導程角； ρ 為摩擦角， ρ =arctanf； f 為磨擦因數。根據逆效率不同，轉向器有可逆式、極限可逆式和不可逆式之分。 路面作用在車輪上的力，經過轉向系可大部分傳遞到轉向盤，這種逆效率較高的轉向器屬于可逆式。它能保證轉向輪和轉向盤自動回正，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，傳至轉向盤上的車輪沖擊力，易使駕駛員疲勞，影響安全行駕駛。 屬于可逆式的轉向器有齒輪齒條式和循環球式轉向器。不可逆式和極限可逆式轉向器不可逆式轉向器，是指車輪受到的沖擊力不能傳到轉向盤的轉向器。該沖擊力轉向傳動機構的零件承受，因而這些零件容易損壞。同時，它既不能保證車輪自動回正，駕駛員又缺乏路面感覺，因此，現代汽車不采用這種轉向器。極限可逆式轉向器介于可逆式與不可逆式轉向器兩者之間。在車輪受到沖擊力作用時，此力只有較小一部分傳至轉向盤。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算（2） 式（1）和式（2）