轻型客车转向系设计.docx

目 录中文摘要··························································1英文摘要··························································11 绪论····························································21.1简介···························································21.2汽车转向系统现状···············································31.3课题研究内容···················································41.4本章小结·······················································52 液压助力转向器方案及确定········································52.1 转向系的分析及选择·············································52.2 转向器的选择···················································72.2.1齿轮齿条式转向器··············································72.2.2循环球式转向器················································82.2.3蜗杆滚轮式转向器··············································92.2.4蜗杆指销式转向器··············································93 齿轮齿条式液压助力转向器工作原理································93.1工作原理·······················································103.2工作过程·······················································104 转向系主要性能参数·············································124.1 转向系的效率··················································124.2 转向系传动比··················································124.3转向系传动副的间隙特性·········································134.4 转向系的刚度··················································144.5 转向盘的总转动圈数············································144.6 本章小结······················································145 转向系统设计计算···············································145.1 转向系计算载荷················································145.2 齿轮齿条式转向器的设计········································155.3选定齿轮类型、精度等级、材料及函数·····························155.4齿面接触硬度设计··············································165.5 齿根抗弯强度设计··············································185.6 几何尺寸计算··················································206 液压动力转向机构计算···········································206.1 动力缸尺寸计算················································206.2 活塞行程计算··················································216.3 分配阀回位弹簧················································216.4 动力转向器评价指标············································227 总结···························································22谢辞·····························································26参考文献·························································27轻型客车转向系设计摘要：汽车转向系统由转向器和转向传动机构两部分组成，其作用主要是改变和保持汽车行驶的方向。如何提高汽车转向性能一直是汽车设计研究的重点。本次设计选定的是某型家庭轿车的转向系统的研究和设计，通过对家庭轿车整体参数的分析，确定出合适的转向器，根据家庭轿车各项技术要求计算出转向器的主要结构参数，并进行了校核，对转向器各部分进行结构设计，完成整个车辆转向系统的设计，确定转向器的转向传动比、转向系的刚度、转向盘的总转动圈数，最后完成转向系统总成的装配图和主要零件图，完成此次毕业设计。关键词：转向系统；转向器；转向传动机构；轿车Steering system design of light busAbstract：The role of the automobile steering system is to change and maintain the direction of the vehicle,the automobile steering system is composed of steering gear and steering transmission mechanism,how to improve the performance of the automobile steering has been the focus of automotive design research.The design selected is a certain type of domestic car steering system research and design,through the analysis of the whole family car parameters,determine the appropriate steering,according to the family car on carious technical requirements to calcukate the main structure parameters of steering and checking,structural design,various parts for the steering gear to complete the design of the whole vehicle steering system,determine the steering gear of the transmission ratio,stiffness of steering system,the steering wheel to the total number of rotating ring,finally complete the steering assembly assembly drawing and main parts graph,complete thegraduation design.Key Words: steering system; steering gear diverter; steering gear; car第一章 绪论1.1简介转向器的品种较多且有着不同的分类形式，依照传动构造的差别分为齿轮齿条转向器、循环球转向器、蜗杆曲柄转向器以及蜗杆蜗轮转向器等类型，齿轮齿条转向器和循环球曲柄转向器是目前比较常用的类型。齿轮齿条转向器在轿车上的应用比较多，由于其占用空间小，构造紧凑，而且传动精度更高。而循环球结构的转向器则主要应用在载货汽车上。这种结构能实现较大的传动比，同时对于货车的整个车身结构与布置。按照助力形式的不同，转向系统又分为液压助力转向器、机械助力转向器和电动助力转向器等，当然还包括了机械液压助力转向器。在乘用车上应用较为广泛的两类助力形式是电动助力转向器和机械液压助力两种结构形式2。对于不同的转向器和助力形式的匹配就有了不同的转向特点，比如机械液压助力的齿轮齿条转向器，则主要应用在一些相对较为经济型乘用车辆上，这种结构形式主要是结构简单，响应速度快而且传动效率高。对于机械液压助力这种结构来说可以有非常好的路感，同时能够反馈路面的颠簸，但是机械液压助力结构能耗相对较高，对于车辆的综合效率来说有一定的影响，但是该种结构在目前的车辆上应用最为广泛，也最为成熟。目前无助力结构的车辆主要是应用在了一些经济型或者是微型车辆上，如载货车或者是面包车等。电动助力转向结构则是一种新兴的而且发展最为迅速的一种助力转向结构。该种结构可以通过电子模拟的方式，实现在高速情况下的助力转向更沉，保证高速行驶的安全性，原地打方向的情况下可以提供更大的转向力，实现更为轻便的转向过程3。该种结构的出现进一步完善了车辆自动控制的各个部分，使得自动驾驶技术有了更好的载体。但是该种转向助力结构由于是采用的是电子信号模拟的方式，所以相对于机械液压助力来说路感并没有那么好。1.2汽车转向系统现状汽车产业快速发展，安全性和舒适性成为汽车产品设计越来越重要的考虑因素。转向性能、工作的可靠程度等是轿车发挥整体性能的关键所在，所以汽车制造企业都十分重视轿车转向系统的研发。在实际的设计过程中，转向如果设计的结构不合理，或者是设计的形式不恰当，导致直接影响车辆的使用性能，直接的表现就会出现车辆转向不足，或者是转向过程中的转向力过大，同时车轮出现摆动震动，车轮的磨损出现不均匀以致严重影响轮胎的使用寿命4。本次设计综合轿车的现有转向的设计结构和设计方法的基础上，通过对车辆的转向进行优化。目前，转向设计和转向的制造过程正在逐步向智能化方向发展，对于转向的设计已经不仅仅局限于实验研究，而是可以直接通过计算机的辅助设计对转向的性能以及转向的各种耐用性和转向的主要特性进行全面系统的分析，可以很方便的找出转向的主要问题，利于改进和缩短设计周期，目前转向设计的主要应用软件包括CATIA、ADAMS和相关的有限元软件如ANSYS和ABAQUS等。接下来对目前转向设计研究的主要发展现状进行简要介绍和系统了解。随着汽车产业不断发展，车辆也正向着更为智能的方向发展，转向系统也不例外。不管是从设计到制造再到试验，目前的现代化技术如仿真分析、虚拟制造、3D打印等被广泛应用。德国的研究人员沃克曼瑟琪通过对转向系统进行数学理论建模，同时对转向系统的弹性元件如橡胶弹簧等等进行了科学的数学建模，通过建模可以有效的分析转向系统的动态特性。同时相关的研究人员还采用图解法方式对转向系统应用矩阵和通路矩阵的描述方式，获得了转向系统的结构特征和连接关系，这种研究方式使得转向系统运动学初步有了雏形。同时，德国宇航中心和一家名为英泰克的公司合作开发出了一种专门针对汽车的转向系统进行计算模拟的软件模块，可以对转向系统的在不同载荷条件下进行高精度的求解。从上个世纪70年代起，国外的汽车设计和性能研究领域已经从传统手段转变为自动化领域，采用计算机数字仿真、优化设计、可靠性设计等现代设计方法，选定为代老旧的传统手段5。比如CAD技术，越来越多的应用在汽车的整体、车身、外形设计、优化零部件性能。以及分析汽车的整体和各零部件的动态性能。相比于传统设计手段，通过CAD技术可以模拟汽车状态，优化汽车性能，不再需要通过不断制造样车来检测相关数据，缩短了车辆的研发周期，对提升汽车质量和汽车的可靠性有极大的作用，这也意味着生产成本的减低，大大提升了产品的市场竞争力。发达国家汽车工业起步早，技术先进且应用领域十分广泛，具有较短周期、低廉成本、优良品质的优势，与其大规模应用计算机技术有密切的关系。美国密西根大学的学者早在七十年代初期，就开始用计算机模拟汽车转向减震动态过程，使用的汽车动力学模型并不复杂，研究了小轿车、载货车和牵引车等三种计算机模拟编程6。该程序在汽车转向减震性方面，将转向减震效能做为评价的标准，通过模拟程序预测汽车的转向减震性能和其他相关数据。国外对转向系统自上世纪中期开始从多柔性动力学理论方向研究。这一理论的提出，不仅能够提高车辆复杂系统研究的精度，也为车辆的转向系统以及相关系统的模型建立，提供了更多更有效的建模途径，对转向系统和相关系统的研究更趋合理化。到了1976年，汤姆森等研究人员开始应用两自由度转向数学模型来对转向进行主动最优控制、计算和优化，通过这个最优理论模型的创建和反馈，实现对主动转向系统的优化仿真。到了80年代，通用公司也提出了一种新的转向的设计思路-主动转向系统，从此世界各大汽车厂商竞相在主动转向系统中开始研究，虽然主动转向系统在早期研究过程中成本较高，结构复杂，而且应用领域较小。但是主动转向系统确实有效的提高了车辆的使用舒适性和转向的主动安全性能，到了80年代的后期，一种经济性更好同时兼具主动转向系统良好特性的半主动转向系统开始日渐成熟，并被日产公司和福特公司的这种大型的汽车企业应用在自己的轿车产品上。德国的富兰克林公司则是研究出了一种采用液力控制的转向系统，该系统能够实现转向阻尼自动调节，能够保证转向在各种路况条件下有一个比最适合的阻尼特性。2000年以后，福特公司将半主动转向结构在其凯迪拉克车型上实现了广泛应用，半主动转向系统虽然不能够达到向主动转向系统，么高效和舒适性，但是半主动转向系统在能耗、结构以及成本方面都得到了有效的控制，并且也进一步提高了车辆转向的舒适性。国内的转向研究，目前来看起步较晚，和汽车产业一样，是从模仿开始的。目前国内生产转向系统的企业比较多，但是能够真正实现转向系统的开发和制造并具有自主创新能力的公司相对较少，国内的公司大部分以代工或者是代理发达国家的转向产品为主。目前国内汽车的保有量在不断上升，随着国家在道路基础设施的建设投入越来越大，汽车行驶速度越来越快，这也就对车企关于车辆转向减震方面提出了更高的要求，相关行业标准也渐渐接近国际，比如转向减震法规国标GB12676-1999(车转向系统结构、性能和试验方法)就是在研究了欧洲经济委员会汽车转向减震法规ECER13基础上制定而成。同时，在汽车设计领域，CAD技术也越来越多地得到应用。北京理工大学的张滨刚采用理论分析和真实实验数据相结合的方法，于1998年建立了以北京吉普BJ2020SG为对象的转向减震过程中的数学模型。为了获选定为真实可靠地实验数据，张滨刚分别在不同车速、不同载荷以及不同状况下的柏油路面（如干燥和积水）进行转向减震试验，测得了大量的数据。根据这些数据对轮胎的附着系数进行整理并确定出函数表达式，进而建立起数学模型。重庆大学的舒红在1999年成功的开发出以转向减震力分配设计（汽车轴间），参数设计（转向减震器结构）、预测（整车转向减震性能）和机构设计（转向减震驱动）为主的汽车转向减震设计计算软件。利用该软件，在计算轻、中型汽车液压转向减震系的基本设计、性能优化以及性能预测方面，能够快速而准确的实现。南京理工大学的王良模于2000年将目前已有的关于轻型汽车液压转向减震系设计理论和计算方法进行了系统的整理与总结，并且在此基础上开发出一套仿真软件，通过道路试验证明，这套仿真软件能够在实际中得到应用。但是这套仿真软件在设计时没有考虑汽车的旋转部件如轮胎或转向减震鼓在工作时的惯性力矩，在一定程度上影响到模拟数据的真实性。随着国内汽车产业的不断发展，国内相关的研究机构和科研院所对转向系统的研究也开始逐步的重视。比如国内的孙妍妍等人采用模糊控制的方式，通过建立多自由度的车辆模型对车辆的半自动转向系统进行系统的研究，并为实际生产提供了很多有价值的参考数据。而如山东大学的李克同志采用H型的方式对多自由度的主动转向系统进行了鲁棒控制分析，讨论了不同自由度条件下的车轮模型可能存在的振动的问题7。张宏新等人则是通过矢量控制的方式对特定的转向系统-麦弗逊转向系统进行了系统的阐述分析和研究，评估了转向系统的主要性能，并提出了转向系统性能研究的主要方式方法。1.3课题研究内容本课题来源于企业的实际课题。在此过程中我对汽车转向系统有了更多的认识，结合我在大学里面所学习到的知识，让我对汽车转向系统有了更深刻的理解，于是便研究汽车转向系统的更多知识，为这次的毕业设计储备知识。本次设计是以江铃福特新世代全顺2016款2.2T短轴6座中低顶多功能车转向系统为研究对象进行设计，匹配江铃福特新世代全顺车型。设计之初首先要对转向器以及转向系统进行全面系统的了解，包括其发展现状，发展趋势以及明确本次设计的主要内容和目标。通过分析该车型的主要特点，例如车型的主要参数和布置形式以及车型动力系统的特点等，从而确定转向系统的总体方案和布置形式。本次设计采用的是液压助力转向系统，转向器的结构形式是齿轮齿条结构。对转向器进行了系统分析和设计，对转向器齿轮齿条结构以及转向器的主转向拉杆儿进行了设计和校核，对转向器中的主要结构如回位元件和支撑元件，包括轴承的选型设计和校核。通过全面系统的设计分析完成了对江铃福特新世代全顺车型转向系统的设计。最后，通过二维CAD软件对江铃福特新世代全顺2016款2.2T短轴6座中低顶多功能车转向系统进行了图纸的绘制，通过此次设计能够全面检验所学，掌握设计方法和原理8。参考车型为江铃福特新世代全顺2016款2.2T短轴6座中低顶多功能车，车型参数为：最大功率：92KW最大扭矩：350N.m最大功率转速：3500rpm最大扭矩转速：1500-2000rpm发动机：2.2T 125马力 L4变速箱：6挡手动长宽高（mm）：4965、2000、2161轴距：2933mm前制动器：通风盘式后制动器：盘式排量：2198mL最大马力：125Ps 1.4本章小结本章对转向器和转向系统在研究现状和发展趋势方面进行了概括，对本课题的研究内容和目的进行了阐述。第二章 液压助力转向器方案及确定2.1转向系的分析及选择对车辆的转向系统来说，主要有转向机构和转向操作机构。转向操纵机构主要包括转向轴、万向传动轴、方向盘。转向传动机构主要由转向摇臂、横拉杆、转向节臂、转向梯形组成。详细的构造形式如图2-1所示。图2-1 转向操纵机构1-方向盘；2-万向传动轴；3-转向器；4、7-转向摇臂；5-横拉杆；6、8-转向节臂；9-转向梯形转向操纵机构的作用是将驾驶员施加在方向盘上的转向力矩最终传递到转向器，通过转向器带动轮胎转动，实现车辆拐弯儿。转向器的具体结构形式是通过方向盘带动转向，转向轴是安装在转向管柱中的，转向管柱是固定在车身上的。转向轴最终经过万向传动装置带动转向器完成转向。方向盘构造主要由轮辐、轮圈还有轮毂组成，如图2-2。方向盘的轮辐有两根、三根或者四根。方向盘，一般布置喇叭或者安全气囊。图2-2 转向操纵机构示意图对车辆的整个转向系统，由于机械结构的存在，整个转向系统中必然有间隙，反映到转向过程中就是在转动方向盘的过程中出现了空转角度，即方向盘自由行程，由于自由行程的存在，能够缓和路面的冲击，并且能够避免由于冲击导致驾驶员紧张。对于方向盘的自由行程应该控制在方向盘处于中间位置时向左向右的不超过十度到十五度。转向轴一般采用的是万向传动轴。转向轴的主要作用是将方向盘传递来的转矩最终传递到转向器。转向轴的结构形式主要分为普通型和能够吸收振动的结构。对于目前车辆大多使用能量吸收式的转向轴9。转向管柱则是将车身和转向轴进行连接和固定的部分。将转向轴安装在转向管柱中，转向管柱和转向轴之间通过轴承与衬套相连接，使转向轴在转向管柱中实现转动。转向管柱固定在车身上。但是为了能够实现方向盘位置的调整，转向管柱与车身之间也可以改变，竟而实现方向盘位置的调整装置。本次设计的转向系统也是采用这种转向操纵装置。通过将转向轴安装在转向管柱内，转向管柱固定在车身上，实现转向操纵系统的固定。该种结构比较成熟而且简单。转向助力主要有机械液压助力(HPS)、电控液压助力(EHPS)和电动助力(EPS)这三种结构形式。转向系统按照助力形式的不同，又主要分为了液压助力转向器、机械助力转向器和电动助力转向器等，当然还包括了机械液压助力转向器。目前，在乘用车上应用较为广泛的两类助力形式是电动助力转向器和机械液压助力两种结构形式。对于机械液压助力这种结构来说可以有非常好的路感，同时能够反馈路面的颠簸，但是机械液压助力结构能耗相对较高，对于车辆的综合效率来说有一定的影响，也最为成熟。电动助力转向结构则是一种新兴的而且发展最为迅速的一种助力转向结构10。该种结构可以通过电子模拟的方式，实现在高速情况下的助力转向更沉，保证高速行驶的安全性，原地打方向的情况下可以提供更大的转向力，实现更为轻便的转向过程。该种结构的出现进一步完善了车辆自动控制的各个部分，使得自动驾驶技术有了更好的载体。但是该种转向助力结构由于是采用的是电子信号模拟的方式，所以相对于机械液压助力来说路感并没有那么好。三种处理方式进行对比，结果如表2-1。综合比较转向系统的特点，本次设计最终选定的江铃福特新世代全顺的转向方式为液压助力转向。2.2 转向器的选择2.2.1齿轮齿条式转向器齿轮齿条转向器是目前使用最普遍也是最常用的一类转向器。齿轮齿条转向器主要是由转向齿轮和齿条组成。转向齿轮和转向柱连接在一起，齿条和转向横拉杆连接在一起。齿轮齿条转向器的主要结构长处在于：整个系统的结构相对紧凑而且简单，而且转向器壳体的制造可以采用铝合金或者是镁合金，这样可以有效减轻整个转向器的质量。而且齿轮齿条转向器的传动效率能够达到90%以上。转向器在使用的过程中势必会产生磨损的问题，齿轮齿条转向器在磨损之后可以利用设置在齿条背部，靠近主动齿轮的位置压紧弹簧来自动实现齿间间隙的消除11。齿轮齿条转向器安装齿轮和齿条的布置位置以及输出状态等，主要有4种结构形式：齿轮轴为中间位置，中间输入，通过齿条的两端输出结构如图2-3a所示；齿轮轴为靠近单侧位置，侧面输入，通过齿条的两端输出结构如图2-3b所示；齿轮轴为靠近单侧位置，侧面输入，通过齿条的中间输出结构如图2-3c所示，齿轮轴为靠近单侧位置，侧面输入，通过齿条的一端输出结构如图2-3d所示。图2-3 齿轮齿条式转向器的四种形式齿轮齿条转向器在车辆上的布置位置相对于转向梯形的不同，主要分为了四种不同的布置形式：齿轮齿条转向器布置在前轴的后部，转向梯形后置结构形式；齿轮齿条转向器布置在前轴的后部，转向梯形前置结构形式；齿轮齿条转向器布置在前轴的前部，转向梯形后置结构形式；齿轮齿条转向器布置在前轴的前部，转向梯形前置结构形式，如图2-4所示。图2-4 转向器性和转向梯形布置方式2.2.2 循环球式转向器循环球式转向器目前主要应用于商用车，该转向器相对而言结构简单。而且对于载货车来说布置更加方便。循环球转向器也是采用了循环球转向的结构形式，通过方向盘的转动使滚珠丝杠螺母移动，滚珠丝杠的旋转运动变成了丝杠螺母的直线运动，螺母带动齿扇转动，最终驱动摇臂实现摆动，带动连杆拉动横拉杆运动，实现对车轮角度的改变12。循环球式转向器的主要优点在于由于丝杠和螺母之间的循环球降低了丝杠和螺母之间自身存在的摩擦力，从而提高整个系统的效率，传动的总体效率达到了80%左右。整个系统的设计和结构功能相对而言比较简单，同时各个部件之间在加工和生产的过程中可以通过很好的表面处理和热处理等，从而提高系统的耐磨损性能和硬度，增加整个系统的使用寿命。整个转向器的传动比能够在一定范围内变化，传动比的可调性大，转向工作过程中相对稳定，而且整个系统的齿条和齿扇的间隙调整也相对方便于实现整体式动力转向。循环循环球式转向器的不足之处在于整个滚珠丝杠装置的结构复杂，丝杠螺母副制造进程相对困难，精度等级要求高。2.2.3 蜗杆滚轮式转向器蜗杆滚轮式转向器主要的特点是系统相对简单，而且组成结构相对单一，能够实现很好的结构强度，整个系统的工作较为可靠，而且寿命长，磨损较小。但是该结构的一个缺点是工作过程中的转向效率较低，不能通过调整系统磨损间隙来改变转向传传动比。2.2.4 蜗杆指销式转向器蜗杆指销式转向器当前使用已经较少，该种转向器的结构相对简单，但是传动效率低。而且转向器在转向的过程中而传动比不能变化，转向机的生产制造成本较高，总体上来说该转向器的经济性差，转向精度不高，已经逐步淘汰。综合分析比较以上几种转向器的特点和主要的优缺点，本次设计采用的是齿轮齿条的转向器结构形式。第三章 齿轮齿条式液压助力转向器工作原理本章中，对汽车制动时的运动进行了分析，通过对在弯曲和直线运动时的两个方面进行探讨，知道车轮运动时的情况。通过对防抱死制动系统的基本工作原理进行分析，知道了抱死的基本情况。车辆的转向系统通常是为了减轻操作者的操作强度，一般情况下需要增加辅助动力，也就是在转向器转向的过程中通过辅助转向助力系统，减轻操作者的操作强度。本次设计参照江铃福特新世代全顺车型，转向系统采用的助力方式是液压助力，在齿轮齿条转向器的结构基础上增加转向助力装置，具体工作原理如图2-5、2-6所示。图2-5 右转弯时液压油缸动作1-活塞；2-齿条；3-右转弯油管图2-6 左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-转向输入轴；6-旋转式控制阀；7-助力缸进油口；8-助力缸进油口；9-左转进油口；10-助力油缸；11-活塞； 12-转向齿条；13-防尘套。对于液压助力转向的齿轮齿条式转向器，转向助力油缸是设置的转向器壳体内，活塞是以转向器齿条为基础设置的。该系统以齿条为活塞，则齿条活塞设置的套管需要密封，构成一个完成液压助力油缸，这个装置就构成了两个独立油腔的油缸，两者分别连接两个回路，系统工作过程中，在实际转向过程中，转向盘旋转之后，转向柱上的旋转阀是齿条活塞两侧形成压差，齿条会向低压方向动，从而减轻了转向过程中方向盘的操作力13。3.1 工作原理液压式动力转向器形式包括常压式和常流式。常压式装置的储能装置使得液压系统工作管路保持一定的压力，不随转向盘的运动状态而改变。当汽车直行时，转向油泵输出的油液通过转向控制阀转回转向油管，但事实上，由于油泵的输出压力低，同时转向控制阀的阻力小，油泵就处于一种空转状态。转动方向盘时，转向动力缸与油泵输出管路相同，地面转向阻力传到并推动转向动力缸的推杆和活塞，当转向盘静止时，转向控制阀恢复到中间的位置，此时转向动力缸停止工作14。3.2工作过程如图2-7所示，当汽车处于直线行驶状态时，转向控制阀处于中间位置。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，油液分离，依序通过阀体和阀芯纵槽和槽肩形成的两边相等的间隙、阀芯的纵槽以及阀体的径向孔流向阀体外圆上、下油环槽，接着经过壳体中的两条油道分别流到动力缸的上、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，齿条一活塞处于中间位置，动力转向器不工作。图2-7 汽车直线行驶时转阀的工作情况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阀心汽车左转弯时，转动转向盘使短轴逆时针转动，其下端轴销子带动阀芯也同步转动，这个扭距经过扭杆轴传给下端轴盖，下端轴盖边沿上的缺口通过固定在阀体上的销子带动阀体转动，阀体通过其下端缺口和销子，把转向力矩传给螺杆。因为转向阻力的存在，要有足够的转向力矩才能使转向螺杆转动。转矩促使扭杆轴发生弹性改变，导致阀体的转动角度小于阀芯的转动角度，两者产生相对角位移。通下动力腔的进油缝隙减小，回油缝隙增大，油压降低;通上动力腔的进油缝隙增大而回油缝隙减小，油压升高，上、下动力腔形成油压差，齿条一活塞便在上、下动力腔油压差的作用下移动，产生助力作用。来自转向油泵的压力油通过槽隙流向动力缸上腔，动力缸下腔的油则通过阀体径向孔、槽隙、阀芯径向孔和回油口流回流向储油罐15。如图2-8所示(a)左行驶 (b)右行驶右转弯和左转弯转向器的工作过程基本类似，如图2-8b。转向过程中转向助力阀的阀体和阀芯产生的角度位移方向不同，从而使齿条活塞的油腔压力产生差别，实现右侧助力。第四章 转向系主要性能参数4.1 转向系的效率功率p从转向轴输入，经转向摇臂轴输出所求得的效率为正效率，用符号 表示，反之称为逆效率，用符号 表示，为了保证转向时驾驶员转动转向盘轻便，要求正效率高；为了保证汽车转向后转向轮和转向盘能自动返回直线行驶位置，又需要有一定的逆效率。通常，由转向盘至转向轮的效率即转向系的正效率 的平均值为67%-82%；当向上述相反方向传递力时逆效率的平均值为58%-63%。4.2 转向系传动比转向系的传动比包括转向系的角传动比 和转向系的力传动比。从轮胎接地面中心作用在两个转向轮上的合力与作用在转向盘上的手力 之比，称为力传动比。转向盘角速度 与同侧转向节偏转角速度 之比，称为转向系角传动比。转向盘角速度 与同侧转向节偏转角速度 之比，称为转向系角传动比 ，即 （2-1）式中：转向盘转角增量； 转向节转角增量； 时间增量。 又由转向器角传动比和转向传动机构角传动比所组成，即 （2-2）式中：转向器的角传动比； 转向传动机构的角传动比。现代汽车转向传动机构的角传动比多在0.85-1.1之间，即近似于1。现代汽车转向器的角传动比也常采用不变的数值：轿车取=14-22；货车取=20-25。本次设计取20。=120=20转向传动机构的力传动比与转向传动机构的结构布置型式及其杆件所处的转向位置有关。=100 （2-3）式中：主销偏移距，取值在40-60mm，取40mm；转向盘直径，取360mm4.3转向系传动副的间隙特性转向器的传动间隙是指转向器传动副之间的间隙。被称为转向器的传动间隙特性，这种间隙的大小取决于转向盘转角。对该特性的研究的必要性主要在于它在很大程度上影响转向器的寿命甚至是汽车的行驶稳定性17。为了在转动转向盘时不会使转向器传动副在其他啮合部位卡主的基础上消除磨损最大的中间部位的间隙。应使传动间隙从中间部位到两端逐渐增大，并在端部达到其最大值，如图2-9，利于间隙的调整及提高转向器的使用寿命。不同结构的转向器其传动间隙特性亦不同18。图2-9 转向器传动副传动间隙特性4.4 转向系的刚度转向系统零件的弹性导致了的实际，方向盘转动的过程中，方向盘的转角换算到车轮上的转角就会存在差距，这个差距主要是方向盘转动的转角换算之后比转向轮的转角实际要大，这样就会出现不足转向的情况。所以转向系统的刚度的系统的转向来说具有一定的影响，转向系统的刚度越大，则车辆的转向灵敏度更高。4.5 转向盘的总转动圈数 轿车的转向系统和货车相比方向盘的转动圈数一般要少一些，通常是在3.5圈之内，而载货汽车的转向方向盘圈数一般在6圈之内。方向盘的转动允许存在一定的空量，但是一般情况下方向盘防车辆的直线行驶位置像任意一个方向上的空行程不应该超过10°15°。如果在实际的驾驶过程中发现空行程达到了25°30°，这是必须的整个传动系统转向系统进行调整。4.6 本章小结本章主要阐述转向器如何选择、工作原理及各项参数第五章 转向系统设计计算设计参数要求：驱动方式为前置后驱，制动方式为前通风盘、后盘式，总质量1915kg，整备质量1395kg，最大载重质量520kg，乘客人数5人，满载轴荷分配900/1470，轴距2550mm，车身长×宽×高(mm)为4352×1794×1464，轮胎型号205/55 R16，发动机最大功率及其转速87.5kW/6150r/min，发动机最大转矩及其转速147Nm/4300r/min，最高车速186km/h。5.1 转向系计算载荷精确的计算传动系统所受的载荷力矩相对困难，所以选择车辆在水泥路面或者是沥青路面原地转向时的阻力矩 ，即 （3-1） 式中：作用在转向盘上的手力为 （3-2）式中：转向盘直径；360mm转向系的角传动比；=20转向器的正效率；75%对于选定的汽车，使用公式（3-2）可以确定出左右在方向盘上的所需要的最大力。通过这个最大力可以确定转向系统所受的最大载荷。通常对于转向机来说由于有冲击以及转型过程中可能突然加力，急速转向导致的整个系统载荷的突然增加，考虑以上因素，作用在方向盘上的最大手力为600N。5.2 齿轮齿条式转向器的设计齿轮齿条转向器的齿轮齿条，普遍使用斜齿圆柱齿轮，这种齿轮选择的模数范围一般在23之间，转向器小齿轮的齿数一般在57个之间，这种选择要考虑整体的强度要求，同时还要考虑整个转向器的结构紧凑性。转向器斜齿轮的压力角 ，齿轮螺旋角范围 。齿条齿数的确定则是以转向轮达到最大偏角条件下，齿条需要移动的最大行程来确定。具体设计过程中要对齿轮齿条的结构强度进行计算和校核19。已知转向器小齿轮传递功率P=0.00526kw；转速n=13r/min ；系统传动比