汽車設計課程設計說明書
題目：重型載貨汽車轉向器設計
姓名：***
學號：200924***
專業班級：09車輛工程2班
指導教師：******
設計任務書
目錄1. 轉向系分析4
2. 機械式轉向器方案分析8
3. 轉向系主要效能引數9
4. 轉向器設計計算14
5. 動力轉向機構設計16
6. 轉向梯形優化設計22
7. 結論24
8. 參考文獻25
1轉向系設計
1.1基本要求
1.汽車轉彎行駛時，全部車輪應繞瞬時轉向中心旋轉。
2.操縱輕便，作用於轉向盤上的轉向力小於200n。
3.轉向系的角傳動比在23~32之間，正效率在60%以上，逆效率在50%以上。
4.轉向靈敏。
5.轉向器和轉向傳動機構中應有間隙調整機構。
6.轉向系應有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。
1.2基本引數
1.整車尺寸11976mm*2395mm*3750mm。
2.軸數/軸距4/（1950+4550+1350）mm
3.整備質量12000kg
4.輪胎氣壓0.74mpa
2.轉向系分析
2.1對轉向系的要求[3]
(1) 保證汽車有較高的機動性，在有限的場地面積內，具有迅速和小半徑轉彎的能力，同時操作輕便;
(2) 汽車轉向時，全部車輪應繞乙個瞬時轉向中心旋轉，不應有側滑;
(3) 傳給轉向盤的反衝要盡可能的小;
(4) 轉向後，轉向盤應自動回正，並應使汽車保持在穩定的直線行駛狀態;
(5) 發生車禍時，當轉向盤和轉向軸由於車架和車身變形一起後移時，轉向系統最好有保護機構防止傷及乘員.
轉向操縱機構包括轉向盤，轉向軸，轉向管柱。有時為了布置方便，減小由於裝置位置誤差及部件相對運動所引起的附加載荷，提高汽車正面碰撞的安全性以及便於拆裝，在轉向軸與轉向器的輸入端之間安裝轉向萬向節，如圖2-1。採用柔性萬向節可減少傳至轉向軸上的振動，但柔性萬向節如果過軟，則會影響轉向系的剛度。
採用動力轉向時，還應有轉向動力系統。但對於中級以下的轎車和前軸負荷不超過3t的載貨汽車，則多數僅在用機械轉向系統而無動力轉向裝置。
圖2-1轉向操縱機構
fig.2-1 the control mechani** of steering
1-轉向萬向節；2-轉向傳動軸；3-轉向管柱；4-轉向軸；5-轉向盤
1-steering universal shaft; 2-steering propeller ; 3-steering column ; 4-steering axis; 5-steering wheel
轉向傳動機構包括轉向臂、轉向縱拉桿、轉向節臂、轉向梯形臂以及轉向橫拉桿等。（見圖2-2）
轉向傳動機構用於把轉向器輸出的力和運動傳給左、右轉向節並使左、右轉向輪按一定關係進行偏轉。
圖2-2 轉向傳動機構
1-轉向搖臂；2-轉向縱拉桿；3-轉向節臂；4-轉向梯形臂；5-轉向橫拉桿
機械轉向器是將司機對轉向盤的轉動變為轉向搖臂的擺動（或齒條沿轉向車軸軸向的移動），並按一定的角轉動比和力轉動比進行傳遞的機構。
機械轉向器與動力系統相結合，構成動力轉向系統。高階轎車和重型載貨汽車為了使轉向輕便，多採用這種動力轉向系統。採用液力式動力轉向時，由於液體的阻尼作用，吸收了路面上的衝擊載荷，故可採用可逆程度大、正效率又高的轉向器結構。
為了避免汽車在撞車時司機受到的轉向盤的傷害，除了在轉向盤中間可安裝安全氣囊外，還可在轉向系中設定防傷裝置。為了緩和來自路面的衝擊、衰減轉向輪的擺振和轉向機構的震動，有的還裝有轉向減振器。
多數兩軸及三軸汽車僅用前輪轉向；為了提高操縱穩定性和機動性，某些現代轎車採用全四輪轉向；多軸汽車根據對機動性的要求，有時要增加轉向輪的數目，本設計按設計要求採用單軸前軸轉向 。
汽車的機動性，常用最小轉彎半徑來衡量，但汽車的高機動性則應由兩個條件保證。即首先應使左、右轉向輪處於最大轉角時前外輪的轉彎值在汽車軸距的2~2.5倍範圍內；其次，應這樣選擇轉向系的角傳動比，即由轉向盤處於中間的位置向左或右旋轉至極限位置的總旋轉全書，對轎車應不超過1.
8圈，對貨車不應超過3.0圈。
兩軸汽車在轉向時，若不考慮輪胎的側向偏離，則為了滿足上述對轉向系的第(2)條要求，其內、外轉向輪理想的轉角關係如圖2-3所示，由下式決定：
2-1)
式中：—外轉向輪轉角；
—內轉向輪轉角；
k—兩轉向主銷中心線與地面交點間的距離；
l—軸距
內、外轉向輪轉角的合理匹配是由轉向梯形來保證。
圖2-3 理想的內、外轉向輪轉角間的關係
fig 2-3 relations between ideal inside and outside steering wheel corner
汽車的最小轉彎半徑與其內、外轉向輪在最大轉角與、軸距l、主銷距k及轉向輪的轉臂a等尺寸有關。在轉向過程中除內、外轉向輪的轉角外，其他引數是不變的。最小轉彎半徑是指汽車在轉向輪處於最大轉角的條件下以低速轉彎時前外輪與地面接觸點的軌跡構成圓周的半徑。
最小轉彎半徑能達到汽車軸距的2~2.5倍，取=2l；
操縱輕便型的要求是通過合理地選擇轉向系的角傳動比、力傳動比和傳動效率來達到。
，消除轉向器傳動間隙以及選用可逆式轉向器來達到。但要使傳遞到轉向盤上的反向衝擊小，則轉向器的逆效率有不宜太高。至於對轉向系的最後兩條要求則主要是通過合理地選擇結構以及結構布置來解決。
轉向器及其縱拉桿與緊韌體的稱重，約為中級以及上轎車、載貨汽車底盤乾重的1.0%～1.4%；小排量以及下轎車乾重的1.
5%～2.0%。轉向器的結構型式隊汽車的自身質量影響較小。
迴圈球式轉向器有螺桿和螺母共同形成的落選槽內裝鋼球構成的傳動副，以及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構成的傳動副組成，如圖3-1所示。
圖3-1 迴圈球式轉向器示意圖
fig 3-1circulation-ball steering
迴圈球式轉向器的優點是：在螺桿和螺母之間因為有可以迴圈流動的鋼球，將滑動摩擦轉變為滾動摩擦，因而傳動效率可以達到75%～85%；在結構和工藝上採取措施後，包括提高製造精度，改善工作表面的表面粗糙度和螺桿、螺母上的螺旋槽經淬火和磨削加工，使之有足夠的使用壽命；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工作容易進行，（圖3-2）；適合用來做整體式動力轉向器。
圖3-2 迴圈球式轉向器的間隙調整機構
fig 3-2 the gap adjusts the ***anizational structure of recirculation-ball gears
迴圈球式轉向器的主要缺點是：逆效率高，結構複雜，製造困難，製造精度要求高。迴圈球式轉向器主要用於商用車上。
功率從轉向軸輸入，經轉向搖臂軸輸出所求
得的效率稱為轉向器的正效率，用符號表示，
反之稱為逆效率，用符號表示。
正效率計算公式：
4-1）
逆效率計算公式：
4-2）
式中，為作用在轉向軸上的功率；為轉向器中的磨擦功率；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衝擊力，防止打手，又要求此逆效率盡可能低。
影響轉向器正效率的因素有轉向器的型別、結構特點、結構引數和製造質量等。
影響轉向器正效率的因素有轉向器的型別、結構特點、結構引數和製造質量等。
（1）轉向器型別、結構特點與效率
在四種轉向器中，齒輪齒條式、迴圈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。
同一型別轉向器，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援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%。
轉向搖臂軸的軸承採用滾針軸承比採用滑動軸承可使正或逆效率提高約10%。
（2）轉向器的結構引數與效率
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，對於蝸桿類轉向器，其效率可用下式計算
=754-3）
式中，a0為蝸桿（或螺桿）的螺線導程角,a0取8°，ρ為摩擦角，ρ=arctanf；f為磨擦因數。取f=0.05.
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於可逆式。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衝擊力，易使駕駛員疲勞，影響安全行駕駛。
屬於可逆式的轉向器有齒輪齒條式和迴圈球式轉向器。
不可逆式和極限可逆式轉向器
不可逆式轉向器，是指車輪受到的衝擊力不能傳到轉向盤的轉向器。該衝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，現代汽車不採用這種轉向器。
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