第七章转向系统设计详解
汽车设计第七章转向系设计
齿 条 助 力
主 动 齿 轮 助 力
第七章
转向系设计
第一节 概述
三、分类
2. 转向梯形
断开式 非断开式
第七章
转向系设计
1、齿轮齿条式
第七章
转向系设计
2、循环球式
第七章
转向系设计
蜗杆滚轮
第七章
转向系设计
蜗杆指销式
第七章
转向系设计
第二节 机械式转向器方案分析
一、机械式转向器方案分析
形式 特点
一、机械式转向器方案 分析
1. 齿轮齿条式转向器
3） 齿轮齿条式转向器 的布臵形式
(1) 转向器在前轴后方, 后臵梯形 (2) 转向器在前轴后方, 前臵梯形 (3) 转向器在前轴前方, 前臵梯形 (4) 转向器在前轴前方, 后臵梯形
第七章
转向系设计
第二节 机械式转向器方案分析
二、防伤安全机构方案分析
+
齿轮齿条式 循环球式 蜗杆指销式 蜗杆滚轮式 固定销 55% 针 55% 螺杆螺母 指销式 旋转销 75% 珠 75% 齿条齿扇式 75—85%
斜齿齿条 90%
锥 70%
η
+
第七章
转向系设计
第三节 转向系主要性能参数
一、转向器的效率
2.正效率η+
转向器结构参数与η+
tg 0 tg ( 0 )
齿 轮 齿 循环球式 蜗杆滚轮 蜗杆指销式 条式 式 死销 旋转销
高(90%) 高(60%～ 70%) 可变 高(75%～ 85%) 高 低 低 较高
正效率 η η
+
逆效率
-
低
较高
较高
转向系统的工作原理
转向系统的工作原理转向系统是汽车的重要部件之一，它的作用是使车辆能够按照驾驶员的指令改变行驶方向。
在转向系统中，主要包括转向机构、转向传动装置和转向控制装置等组成部分。
下面我们将详细介绍转向系统的工作原理。
首先，转向系统的工作原理涉及到转向机构。
转向机构是转向系统的核心部件，它通过转向传动装置将驾驶员的操纵信号传递给车轮，从而改变车辆的行驶方向。
转向机构通常由齿条、齿轮、齿轮齿条、传动销等组成，当驾驶员转动方向盘时，转向机构会将转动力传递给车轮，实现车辆的转向。
其次，转向系统的工作原理还涉及到转向传动装置。
转向传动装置是将转向机构传递过来的操纵信号转化为车轮的实际转向动作的装置。
它通常由传动齿轮、万向节、传动杆等组成，当转向机构传递信号时，传动装置会将信号传递给车轮，使车辆按照驾驶员的指令改变行驶方向。
最后，转向系统的工作原理还包括转向控制装置。
转向控制装置是用来控制转向系统工作的装置，它通常由转向泵、转向阀、液压油箱等组成，通过液压原理来实现对转向系统的控制。
当驾驶员转动方向盘时，转向控制装置会根据操纵信号来控制转向机构和传动装置，从而实现车辆的转向。
总的来说，转向系统的工作原理是通过转向机构、转向传动装置和转向控制装置相互配合，实现对车辆行驶方向的改变。
驾驶员通过操纵方向盘，传递信号给转向系统，从而使车辆按照指令进行转向。
这样的设计能够确保车辆在行驶过程中能够灵活、准确地改变行驶方向，提高驾驶的安全性和舒适性。
总之，转向系统是汽车行驶过程中不可或缺的重要部件，它的工作原理涉及到转向机构、转向传动装置和转向控制装置的协同工作。
只有这三者相互配合，才能确保车辆能够按照驾驶员的指令灵活、准确地改变行驶方向，从而保障驾驶的安全和舒适。
第七章 汽车前轴和转向轮系统的震动
) 0.95
代人式(7—12)，得
I z S cS be
0
回目录
由于 很小，
e
( K v ) ln 20S
K 1 ln 20S v
K ln 20)S b 0 v .
I z S 2 (c b
..
与此相对应可写成
K 系统中总阻尼系数用 代替 ，a c b ln 20 v
回目录
阻力F与位移的 波形图和示功图
振幅与力幅相同时，不同 相位差φ 和输入系统能量 的关系 图7-7
回目录
由图中可见，不同相位差 时 F x 所形成的 面积，即所产生的能量是不同的，当相位差为 90时输入能量最大，此能量的输入形成了 系统的负阻尼，为了在数学上说明这一现象，可 将前轮简化成为单自由度摆振系统，其振动方程 为
2.系统振动频率与激振频率 一致，摆振明显发生在共振区， 而共振车速范围很窄
无需有持续周期作用的激 励，只要有偶然的单次性 激励
系统振动频率接近系统绕主销 振动的固有频率，与车轮速度 (相当于激励频率)不一致，发 生振动车速范围较宽 其激振力是伴随振动体的运动 而产生，振动体运动停止，激 振力消失
回目录
式中
I k为车轮绕自转轴的转动惯量。
d M T I k k dt
(7-8)
回目录
图 7-4
汽车前轮的陀螺效应
回目录
陀螺力矩方向可用图7-4中左手法则决定， 当行驶中车轮遇到一个凸起障碍时，车轮平面产 生( d dt )角速度，则会激发陀螺力矩：
v d MT Ik R dt
(7-9)
L[b(t )] b(S)e S
.. .
式(7—10)如考虑到弹性恢复力矩滞后的情况， 则改写为
汽车转向系设计
商用车：转动圈数小于3、最大手力200N
第一节 概述
3.转向系的主要设计要求 转向轮碰撞到障碍物以后，传给转向盘的反
冲力要尽可能小。 转向器和转向传动机构的球头处有间隙调整
当双横臂互相平行时，AB 的瞬时中心P 在无穷远处，从P 点引 出的直线都变成了平行线。其中，过点A、S 的两条平行线之间 的距离与过点QAB、QBS 的两条平行线之间的距离相等。
第七节 转向梯形设计
利用上下止点法确定横拉杆断开点位置
第七节 转向梯形设计
二、整体式转向梯形机构的设计、校核 （转向力特性）
时的传递特性
(P1 P2 ) / P1 (P3 P2 ) / P3
第三节 转向系主要性能参数
1.转向器的效率
可逆式、不可逆式、极限可逆式
tan 0 tan( 0 )
tan( 0 ) tan 0
第三节 转向系主要性能参数
2.转向系传动比的变化特性 转向系角传动比 。 转向系力传动比 。 转向器角传动比的变化规律 。 齿轮齿条式变速比转向器 循环球齿条齿扇式变速比转向器
第七章 转向系设计
第一节 概述
1.转向系的作用 保持或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 2.转向系的组成
第一节 概述
3.转向系的主要设计要求 转弯行驶时，车轮绕一个瞬时转向中心旋转，车轮
不应有侧滑。 自动回正，并保持稳定的直线行驶状态。 转向轮不得产生自激振动，转向盘没有摆动。 悬架导向机构和转向传动机构共同工作时，由于运动
汽车新技术配置-7电控动力转向与四轮转向系统
电动助力转向系统
朱明工作室
zhubob@
技术优势 1、节能环保 由于发动机运转时，液压泵始终处于 工作状态，液压转向系统使整个发动机燃油消耗量增加 了3％～5％，而eps以蓄电池为能源，以电机为动力元 件，可独立于发动机工作，对环境几乎没有污染，更降 低了油耗。 2、安装方便 eps的主要部件可以配集成在一起， 易于布置，与液压动力转向系统相比减少了许多元件， 没有液压系统所需要的油泵、油管、压力流量控制阀、 储油罐等，元件数目少，装配方便，节约时间。
授人以鱼不如授人以渔
液压动力转向系统示意图
朱明工作室
zhubob@
授人以鱼不如授人以渔
2.传统液压动力转向系统结构型式
朱明工作室
zhubob@
根据机械转向器、 转向动力缸、 ⑴ 根据机械转向器 、 转向动力缸 、 转向控制阀三者的布置和联系关系可分 为： 分开式—机械转向器、转向动力缸、 分开式 机械转向器、转向动力缸、 机械转向器 转向控制阀三者分开布置。 转向控制阀三者分开布置。 半分开式—机械转向器作为独立件， 半分开式 机械转向器作为独立件， 机械转向器作为独立件 而控制阀和动力缸组合成一个部件。 而控制阀和动力缸组合成一个部件。
现代汽车新配置实务
朱明工作室
zhubob@
7
.
主讲：朱明 主讲：
高级技师、经济师 工程师 高级技师、经济师,工程师 高级技能专业教师 汽车维修工高级考评员
电控动力转向与四轮转向系统
授人以鱼不如授人以渔
第七章 电控动力转向与四轮转向系统
朱工作室
zhubob@
第一节 第二节 第三节 第四节
授人以鱼不如授人以渔
整体式液压动力转向系统
第七章 汽车转向系统设计
马 天
力矩反算载荷，动力缸以前零件的计算载荷应取驾驶员作用在转向
飞
盘轮缘上的最大瞬时力（700N）。
29
二、齿轮齿条转向器的设计
汽
车
模数 压力角 齿数 螺旋角 材料
设
齿轮 2~3mm 20º
5~7
9º~15º 16MnCr5
计
15CrNi6
教
齿条 保证啮 12º~35º 保证齿 保证布 45，淬火
逆效率为
马
tg(0 ) tg 0
天
飞
➢导程角必须大于摩擦角，通常0 5°~10°。
18
二、传动比的变化特性
汽
车 转向系统的传动比
设
➢力传动比ip
计
•从轮胎接地面中心作用在两个转向轮上的合力2Fw与作用在
教
转向盘上的手力Fh之比
案
➢转向系角传动比 iω0
•转向盘角速度ωw与同侧转向节偏转角速度ωk之比
21
二、传动比的变化特性
汽 转向器角传动比的变化规律
车
➢由于转向传动机构角传动比近似为1，因此转向器的角传动比变化
设
规律就代表了转向系统传动比特性。
计
➢由于转向阻力矩与车轮偏转角度大致成正比变化，则
教
➢汽车低速急转弯行驶时，转向阻力矩大，应选用大些的转向器
案
角传动比；
➢汽车以较高车速转向行驶时，转向轮转角较小，转向阻力矩也
案
2．分类
➢机械转向系统
➢依靠驾驶员的手力转动转向盘
➢包括转向操纵机构、转向器、转向传动机构
马
天 ➢动力转向系统
飞
➢利用动力系统减轻驾驶员的手力
2
第一节 概述
转向系统设计说明书
转向系统设计说明书转向系统设计说明书一、需求分析1.1系统简介本转向系统设计是为汽车制造企业设计的一款新型转向系统，包括方向盘、转向齿轮、转向杆等组件，用于汽车转向操作。
1.2系统功能本系统主要实现以下功能：（1）实现车辆转向操作；（2）提供灵敏度和舒适性，使驾驶员可以轻松驾驶；（3）确保车辆转向时的安全性。
1.3使用环境本系统主要用于汽车行驶时的转向操作，适用于各类车辆，包括小汽车、大型客车、货车、越野车等。
1.4系统需求（1）具有可靠性和耐用性；（2）转向灵敏度高，操控舒适；（3）保证转向操作安全；（4）可适应各种驾驶员的需求。
二、系统设计2.1系统架构本转向系统采用传统的齿轮传动转向系统。
主要包括方向盘、转向齿轮、转向杆等组件，在行驶过程中通过变换转向齿轮的位置，控制车轮的转向。
2.2系统组成本转向系统包括以下组件：（1）方向盘：由驾驶员操控，控制转向的方向。
（2）转向齿轮：连接车轮的转向轴，通过旋转控制车轮角度，实现左右转向操作。
（3）转向杆：将方向盘的旋转运动转换成转向齿轮的轴向运动。
（4）轴承：用于支撑转向齿轮，使其顺畅运转。
2.3系统工作原理当驾驶员通过方向盘控制转向时，方向盘传递力量到转向齿轮上，通过转向齿轮转动和转向杆的传动作用，使车轮转向。
其中，转向齿轮是通过齿轮副传动，将方向盘的旋转运动转换成轴向运动，控制车轮的转向角度。
2.4系统性能（1）灵敏度：驾驶员控制方向盘时，系统应能快速反应，确保车辆转向灵敏。
（2）舒适性：转向时不应有任何异响或抖动感，使驾驶员的操控更加舒适。
（3）可靠性：系统应具有较高的可靠性和耐久性，确保在各种路况下的转向操作安全。
三、结论本转向系统是一种新型的汽车转向系统，采用传统的齿轮传动技术，实现车辆转向操作。
系统整体性能较强，灵敏度高、舒适性好、可靠性强。
同时，本系统还具有可扩展性，在不断的设计应用和技术进步中，可为用户提供更多更好的服务。
转向系统剖析
转向系统剖析转向系统是汽车驾驶系统中非常重要的一部分，它直接影响着车辆的操控性和稳定性。
本文将对转向系统进行深入剖析，包括转向系统的组成和原理、不同类型的转向系统及其特点，以及转向系统的故障诊断与维修等方面内容。
一、转向系统的组成和原理转向系统由多个组件构成，主要包括转向柱、转向机构、转向助力器、转向齿轮、转向杆和转向轮等部分。
其中，转向柱是连接驾驶员与转向机构的桥梁，通过转向柱可以实现驾驶员对车辆的转向控制。
转向机构则负责将驾驶员的转向动作传递给转向齿轮，进而通过转向杆和转向轮来改变车辆的转向角度。
转向系统的原理是通过转向助力器对转向力的放大和转向力的传递来实现车辆的转向。
传统的转向助力器采用液压助力原理，通过液压缸和液压泵的工作，实现对转向力的放大。
而目前较为常见的转向助力器则采用电动助力原理，通过电机和传感器的配合来实现对转向力的放大和转向力的传递。
二、不同类型的转向系统及其特点根据转向助力方式的不同，转向系统可以分为液压助力转向系统和电动助力转向系统两种类型。
1. 液压助力转向系统液压助力转向系统是传统的转向系统，其特点是助力充沛、反馈清晰。
通过液压助力器的工作，可以明显减轻驾驶员的转向力，提高转向的舒适性。
不过，液压助力转向系统存在着一定的能耗、噪音和维护成本较高等问题。
2. 电动助力转向系统电动助力转向系统是现代车辆普遍采用的转向系统，其特点是节能环保、维护成本低。
通过电机的工作，可以实现对转向力的放大和转向力的传递，使得转向更加轻盈灵活。
此外，电动助力转向系统还可以通过调整助力的程度，提供不同的驾驶模式，满足驾驶员对操控性和舒适性的需求。
三、转向系统的故障诊断与维修转向系统的故障诊断是确保车辆安全和正常行驶的重要一环。
常见的转向系统故障包括方向盘出现异常、转向力不均匀、转向助力失效等情况。
对于这些故障，需要进行系统的故障诊断和维修。
故障诊断一般分为机械故障和电气故障两种情况。
机械故障主要包括转向柱、转向机构以及转向齿轮的损坏或松动等问题，需要进行相应的修复和调整。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
固定销 55%
旋转销 75%
蜗杆滚轮式 针
锥
55% 70%
珠 75% 75%
85%
转向摇臂轴轴承形式：滑动轴承
～ η+
滚针轴承 ↑η+ 10%
(2) 转向器结构参数与η+
tg 0 tg( 0 )
α0—蜗杆（或螺杆）的螺线导程角； ρ—摩擦角 ρ=t g-1f；
f —摩擦因素。
当滚道表面良好，表面硬度为58HRC以上时，ρ=19‘
备注
车轮上下跳动时 拉杆摆角
大
大
小
拉杆短 摆角↑
转向拉杆与悬架 系的运动干涉
大
大
小
大
转向器壳体强度
大
大
小
满足总布置要求 不好
较好
较好
应用
平头车
1）齿条断面形状
圆形
V形
Y形
备注
形状
特点
制造工艺
简单
复杂
复杂
材料消耗
多
少
少
约少 20%
质量
大
小
小
强度
小
齿条自转
能
小
大
∵Y 形齿宽宽
不能
不能
3） 齿轮齿条式转向器的布置形 (1) 转向器在前轴后方, 后置梯形. (2) 转向器在前轴后方, 前置梯形. (3) 转向器在前轴前方, 前置梯形. (4) 转向器在前轴前方, 后置梯形.
直拉杆
转向梯形
三．分类 1．转向器
转向器
机械转向器
动力转向
齿
循
蜗
蜗
轮
环
杆
杆
齿
球
滚
指
条
式
轮
销
式
式
式
液
气
电
压
压
动
式
式
式
滑
转
转
齿
主
阀
阀
向
条
动
式
式
传
动
助
齿 轮
轴
力
助
助
力
力
2．转向梯形
转向梯形
整体式
断开式
第二节 机械式转向器方案分析
一 .机械式转向器方案分析 1.机械式转向器方案分析
形式 齿 轮 齿 循环球式 蜗杆滚轮 蜗杆指销式
第七章 转向系设计
• 第一节 概述 • 第二节 机械式转向器方案分析 • 第三节 转向系主要性能参数 • 第四节 机械式转向器的设计与计算 • 第五节 动力转向机构 • 第六节 转向梯形 • 第七节 转向减振器 • 第八节 转向系结构元件
第七章 转向系设计
第一节 概述
一． 设计转向系应满足的要求 1．汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋
操纵轻便性的评价指标：
车型
指标
切向力 N 转向盘半程 转动圈数
行驶中的轿 车
没有动力转 向时
有动力转向 时
50～100 20～50
2．0
货车以 va=10km/h 进 入 R=12m 圆 周行驶
没有动力转 向时
有动力转向 时
≤250 ≤120
3．0
二．组成
转向系
转向器
转向传动机构
转向盘 转向传动轴 转向器
式中： a0—实际断面宽度 t—垫片厚度 δ—垫片帘布层数 k1—垫片不同时损坏系数 0.85 k2—危险断面边缘帘线完整性被破坏系数0.08 σ1—拉伸应力 σ1 =5.5N/㎜2
建议: 取为9KN,则用上式可计算a0
第三节 转向系主要性能参数
一．转向器效率
1.η+=（P1-P2）/P1 2.η-=（P3-P2）/P3
P1 —作用在转向轴上的效率 P2—转向器中的磨檫功率 P3—作用在转向摇臂轴上的功率 1． η+ 影响η+ 的主要因素：
转向器类型；
转向器的结构特点；
螺线导程角、磨檫角等；
制造与装配质量。
η+ (1) 转向器类型、结构特点与η+
齿轮齿条式
斜齿齿条 90%
循环球式
螺杆螺母 指销式
齿条齿扇 式
蜗杆指销式
转，任何车轮不应有侧滑； 2．转向后，转向轮应能自动回正； 3．转向轮不得产生自振，转向盘没有摆动； 4．转向传动机构和悬架导向机构共同工作时，由于
运动不协调使车轮产生的摆动应最小；
5．保证汽车有较高的机动性，具有迅速和小转弯行驶能力； 6．操纵轻便； 7．逆效率低，反冲小； 8．有消除因磨损而产生间隙的调整机构； 9．有防伤装置； 10．保证转向盘与转向轮转动方向一致。
特点 条式
式
死销 旋转销
正效率
高(75%～
高(90%)
低
η+
85%)
负效率 高(60%～
高
低
η-
70%)
低
较高
较高
较高
iw
可变
可变
不可变 可变
可变
形式 特点
磨损 调整间隙 工作可靠性
结构 制造工艺
齿轮齿条
蜗杆滚
循环球式
式
轮式
慢
慢
慢
容易
容易
困难
可靠
可靠
可靠
简单
复杂
简单
容易
困难
容易
蜗杆指销式
死销
旋转销
2、防伤安全机构
安全带可以有效地限制乘员前移量。
安全气囊可以在乘员头、胸前部与转向盘（仪表板） 之间形成隔离带，缓和冲击，减缓乘员前移量和前移速 度。而在驾驶员不可避免的与转向盘发生身体接触时， 防伤安全机构可以减轻驾驶员受到伤害的程度。
方案
防伤转向轴 万向节 联接叉
安全联轴 弹性联轴 吸能转向
套管
分析上式可知：
① η+ 与α0、ρ有关 ②α0↑，则 η+ ↑ ③α0>70以后， η+ ↑缓慢
2．转向器逆效率η-
（1） η- 的种类
二. 防伤安全机构方案分析
交通事故表明:汽车发生碰撞事故,可以是正面、 侧面、追尾等碰撞事故,其中正面碰撞事故 约占 40%～ 50%。
正面碰撞事故中，驾驶员可能与转向盘、仪表板、 转向管柱、挡风玻璃、室内后视镜、遮阳板等发生身 体接触，并遭受伤害，严重时会伤及性命，因此采取 有效措施保护驾驶员是十分重要的。当前采取的有效 措施主要有：安全带、安全气囊、转向系中的防伤安 全机构。
有的汽车上述三种措施同时并存（如档次比较高 的轿车），有些汽车只有其中的1～2项（如平头客车 只有安全带，货车中当前也很少装气囊）。
1、法规要求
1 ） 汽 车 以 48 的 速 度 正 面 同 其 它 物 体 碰 撞 的 实 验 中 ， 转向管柱和转向轴在水平方向的后移量不得大于127mm；
2）在台架试验中用人体模型的驱干以6.7m/s的速度碰 撞转向盘时，作用在转向盘上的水平力不得超过11123N （GB11557—1998）
器
管柱
特点
结构 吸能 零件受载 制造工艺 制造精度 工作可靠性 撞后实现转向
简单 不能
大 简单 不高 可靠
能
简单 不能
小 简单 不高 可靠 不能
简单 能 大
简单 不高 可靠
能
简单 能 大
简单 不高 可靠 不能
复杂 能 大
复杂 高
可靠 能
3．计算举例 弹性联轴器的弹性垫片强度
FZ F j a0tk1k 2 1
快
慢
容易
容易
较差
较差
简度
不高
高
不高 双销变速比时要求高
用做整体式动 力转向 质量 车轮转角
可以
轻** 大
可以
居中 小
困难
居中 小
困难
困难
单销轻、双销重
小
小
**壳体用铝合金
2.齿轮齿条式转向器
1）齿轮齿条式转向器输入齿轮位置与输出特点
特点
形式
中间输入 侧面输入 侧面输入 侧面输入 两端输出 两端输出 中间输出 一端输出