车辆工程毕业设计81轿车前轮主动转向系统机械结构设计
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
轿车前轮主动转向系统机械结构设计
关键词：转向器；主动转向；前轮；机械设计；行星齿轮
ABSTRACT
Active steering system can ensure vehicles in any speed can provide the ideal steering control, while strengthening the cars in the safety of high-speed condition, improved driver when driving a car the flexibility and comfort, and compared with conventional methods, active steering system more reliable, failure to even lower. This design is based on the front-wheel existing active steering system, reference information of advanced active steering system and related data of some cars, redesign the theory of steering system with gear and rack and matching active steering system structure scheme of mechanical part. Design of the main content includes: the main steering system of parameters, the design of steering gear rack, active steering the controller design, including active steering is the difficulty in the design, use the stars to implement active steering gear control, finally I use Auto CAD software for the 2D drawings Key words: redirector; active steering; front wheel; mechanical design; planetary gear
汽车主动前轮转向系统的工作原理和方案
汽车主动前轮转向系统的工作原理及方案崔海波工程技术学院机制5班摘要: “主动转向”技术为汽车操纵和稳定性控制提供了更好的控制方法和性能，很好的解决了转向中轻便性和灵敏性的矛盾问题。
本文通过对汽车主动前轮转向系统的简要概述和发展现状,对其结构和工作原理以及一些先进的方案进行了分析。
关键词:主动前轮转向系统可变传动比发展现状工作原理结构方案1.前言转向系统是控制汽车行驶路线和方向的重要装置，其性能直接影响到汽车的操纵性能和稳定性能。
在汽车转向系统的设计中,转向轻便性与转向灵敏性是一对矛盾。
转向轻便性要求驾驶员对方向盘施加的转向力要小、方向盘的总转动圈数要少;而转向灵敏性则要求驾驶员转动方向盘达到目标角度所耗费的时间要短。
显然对机械式转向系统来说,要想转向灵敏性好,就要减小转向系统传动比,但这必然导致转向力增大;反之,要想转向力小,就要增大转向传动比,这又将导致转向灵敏性下降。
主动转向系统具有可变传动比的功能,它很好地解决了转向轻便性与转向灵敏性之间的矛盾。
主动前轮转向通过电机根据车速和驾驶工况改变转向传动比。
低、中速时，转向传动比较小，转向直接，以减少转向盘的转动圈数，提高转向的灵敏性和操纵性；高速时，转向传动比较大，提高车辆的稳定性和安全性。
同时，系统中的机械连接使得驾驶员直接感受到真实的路面反馈信息。
【1】因此，主动前轮转向为车辆行驶的灵敏性、舒适性和安全性设定了新标准，代表着转向技术的发展趋势。
2．主动前轮转向系统概述主动前轮转向系统（Active Front Steering，AFS）最早由德国 BWM 和12ZF 两家公司联合开发完成，并装备于宝马 3 系和 5 系轿车上。
图为主动前轮转向系统基本结构。
主动前轮转向系统能够在最大程度执行驾驶员意愿的前提下，对整车施加一个可独立于驾驶员的转向干预，可以实现整车的主动安全性和操纵稳定性的结合。
主动前轮转向系统可在一定范围内实现变传动比控制，使汽车在低车速行驶时转向传动比较小，以减少转向盘的转动圈数，提高汽车的机动性和灵活性；而在高车速时转向传动比较大，以降低转向灵敏性，提高汽车的稳定性和安全性。
轿车前轮主动转向系统机械结构设计-任务书
（2）开题。第2周（3月11日）
（3）分析并确定转向器的具体结构形式，主要零部件及相互位置关系。根据给定的设计参数，按照有关的设计要求和顺序进行具体结构尺寸参数计算及其他有关参数的选配，针对给定的设计参数优选转向器的总体方案。第3周（3月12日～3月20日）
[4]刘惟信主编.汽车设计[M].北京:清华大学出版社,2006
[5]机械设计手册编委会.机械设计手册,第3卷[M].北京:机械工业出版社,2004.8
[6]李秀珍主编.机械设计基础[M].北京:机械工业出版,2005.1
[7]机械设计手册编委会.机械设计手册,齿轮传动[M].北京:机械工业出版社,2007.3
要求：1、查阅相关资料，学习使用相关软件。
2、计算参数，设计结构，利用计算机辅助设计软件绘图。
3、编写设计说明书。说明书内容完整，格式规范。
4、结构设计合理，图面清晰。
三、设计（论文）完成后应提交的成果
1．设计说明书一份。说明书字数：15000字以上。
2．图纸：折合0号图3张。
四、设计（论文）进度安排
（4）进行转向器零部件的设计计算。第4～5周（3月21日～4月2日）
（5）完成部分设计图纸，折合0#图纸1张，完成说明书初稿。第6周～8周（4月3日～4月22日）
（6）中期检查。第8周（4月22日）
（7）完成转向器装配图、主要零件图，完成设计说明书第9~13周（4月23日～5月27日）
（8）设计及说明书初稿提交。第13周（5月27日）
[8]陈晓南,杨培林主编.机械设计基础[M].北京:科学出版社,2007.2
[9]张策主编,机械原理与机械设计[M].北京:机械工业出版社,2004.9
轿车转向系设计课程设计
资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载轿车转向系设计课程设计地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容轿车转向系设计此次设计的是与非独立悬架相匹配的整体式两轮转向机构。
利用相关汽车设计和连杆机构运动学的知识，首先对给定的汽车总体参数进行分析，在此基础上，对转向器、转向系统进行选择，接着对转向器和转向传动机构（主要是转向梯形）进行设计，再对动力转向机构进行设计。
转向器在设计中选用的是循环球式齿条齿扇转向器，转向梯形的设计选用的是整体式转向梯形，通过对转向内轮实际达到的最大偏转角时与转向外轮理想最大偏转角度的差值的检验和对其最小传动角的检验，来判定转向梯形的设计是否符合基本要求。
一、整车参数1、汽车总体参数的确定本设计中给定参数为：二、转向系设计概述汽车转向系统是用来改变汽车行驶方向的专设机构的总称。
汽车转向系统的功用是保证汽车能按驾驶员的意愿进行直线或转向行驶。
对转向系提出的要求有：1) 汽车转向行驶时，全部车轮绕瞬时转向中心转动；2) 操纵轻便，方向盘手作用力小于200N；3) 转向系角传动比15~20；正效率高于60%，逆效率高于50%；4) 转向灵敏；5) 转向器与转向传动装置有间隙调整机构；6) 配备驾驶员防伤害装置；三、机械式转向器方案分析机械转向器是将司机对转向盘的转动变为转向摇臂的摆动（或齿条沿转向车轴轴向的移动），并按一定的角转动比和力转动比进行传递的机构。
机械转向器与动力系统相结合，构成动力转向系统。
高级轿车和重型载货汽车为了使转向轻便，多采用这种动力转向系统。
采用液力式动力转向时，由于液体的阻尼作用，吸收了路面上的冲击载荷，故可采用可逆程度大、正效率又高的转向器结构。
机械原理课程设计-----汽车前轮转向机构
最优方案设计
3.传动连接杆
传动连接杆为直角构件，连接传动主杆和这轮系统，将主杆动力传输至车轮转向系统同时约束车轮转动的方向和角度
最优方案设计
4.车轮系统
车轮系统由车轮和转向连杆两部分组成，转轴固定于底板之上，同时与传动连接杆相组合，通过配合连接杆的运动实现两侧车轮系统绕底板固定轴平行转动，保证了转向的精确
方案三：基本结构是一对相互啮合的小齿轮和齿条。 转向轴带动小齿轮旋转时齿条便做直线运动。齿条作为传动主杆，其两端与传动连接杆组合将动力传输给车轮转向系统，并通过连接杆件间的配合协作来控制车轮转向的方向和不同的角度。
方案四：通过转动方向盘，带动方向盘直连的杆件转动，通过直连的末端电控单元检测转动角度和车速等数据，通过蜗轮蜗杆辅助转向。再通过两段万向节的杆件机构传动到底盘上的蜗轮蜗杆，带动四杆机构（双摇杆机构）使车辆转向
感谢观看
延时符
四、最优设计方案
最优方案设计
三维建模
最优方案设计
1.动力齿轮
动力齿轮按照方向盘的不同转动方向而转动，同时与动力主杆上的齿键相咬合推动主杆平行移动
最优方案设计
2.传动主杆
传动主杆为带有齿的平直杆件，通过与齿轮的咬合接收传动齿轮传输的动力平行移动，并根据齿轮转动方向不同改变移动方向，两端与传动连接杆组合，将动力传输至后续结构
三、设计方案展示
方案一：利用螺纹咬合的传动原理，将方向盘的旋转传动为杆件的横向移动，从而带动转向梯形结构转动，使得两侧车轮得以向相同角度，相同方向转动带动车体转向
方案二：汽车前轮转向机构运用平面四杆机构，该转向机构为等腰梯形双摇杆机构，铰链四杆机构左右对称，保证左右轮转弯时有相同特性，通过摇杆的转动带动车轮的等角度转动。
汽车转向系统毕业设计论文
因而，EPS可以很容易的实现在全速范围内的最佳助力控制，在低速行驶时保证汽车的转向灵活轻便，在高速行驶时保证汽车转向稳定可靠。在系统的某一部件发生故障时，可以断开电磁离合器使助力系统脱离机械转向系统，并同时驱动故障信号指示灯，保障驾驶的安全性。所以，EPS可以在各种路况和车速下，给驾驶员提供一个安全、稳定、轻便、舒适的驾驶环境。
7.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。
8.转向器和转向传动机构的球头处，有消除因磨损而产生间隙的调整机构。
9.在车祸中，当转向轴和转向盘由于车架或车身变形而共同后移时，转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。
10.进行运动校核，保证转向轮和转向盘转动方向一致。
2.3转向操纵机构
机械转向器分为齿轮齿条式转向器、循环球式转向器、蜗杆曲柄指销式转向器。由于齿轮齿条式转向器具有结构简单、紧凑；质量轻，刚性大；正 、逆效率都高以及便于布置，传动效率高达90％；齿轮与齿条之间因磨损出现间隙以后，利用装在齿条背部、靠近主动小齿轮处的压紧力可以调节的弹簧，能自动消除齿间间隙，这不仅可以提高转向系统的刚度，还可以防止工作时产生冲击和噪声；转向器占用体积小适于在微车上采用；没有转向摇臂和直拉杆，所以转向转角可以增大，转向灵敏，制造容易，成本低。
机械式前轮主动转向系统的原理与应用
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第1章绪论主动转向系统保留了传统转向系统中的机械构件，包括转向盘、转向柱、齿轮齿条转向机以及转向横拉杆等。
其最大特点就是在转向盘和齿轮齿条转向机之间的转向柱上集成了一套双行星齿轮机构，用于向转向轮提供叠加转向角。
主动转向系统通过一组双行星齿轮机构实现了独立于驾驶员的转向叠加功能，完美地解决了低速时转向灵活轻便与高速时保持方向稳定性的矛盾，并在此基础上通过转向干预来防止极限工况下车辆转向过多的趋势，进一步提高了车辆的稳定性。
同时，该系统能方便地与其他动力学控制系统进行集成控制，为今后汽车底盘一体化控制奠定了良好的基础。
与常规转向系统的显著差别在于，主动转向系统不仅能够对转向力矩进行调节，而且还可以对转向角度进行调整，使其与当前的车速达到完美匹配。
其中的总转角等于驾驶员转向盘转角和伺服电机转角之和。
低速时，伺服电机驱动的行星架转动方向与转向盘转动相同，叠加后增加了实际的转向角度，可以减少转向力的需求。
高速时，伺服电机驱动的行星架转动方向与转向盘转动相反，叠加后减少了实际的转向角度，转向过程会变得更为间接，提高了汽车的稳定性和安全性。
1.1转向系统综述1、蜗杆曲柄销式转向器它是以蜗杆为主动件，曲柄销为从动件的转向器。
蜗杆具有梯形螺纹，手指状的锥形指销用轴承支承在曲柄上，曲柄与转向摇臂轴制成一体。
转向时，通过转向盘转动蜗杆、嵌于蜗杆螺旋槽中的锥形指销一边自转，一边绕转向摇臂轴做圆弧运动，从而带动曲柄和转向垂臂摆动，再通过转向传动机构使转向轮偏转。
这种转向器通常用于转向力较大的载货汽车上。
2、循环球式转向器循环球式：这种转向装置是由齿轮机构将来自转向盘的旋转力进行减速，使转向盘的旋转运动变为涡轮蜗杆的旋转运动，滚珠螺杆和螺母夹着钢球啮合，因而滚珠螺杆的旋转运动变为直线运动，螺母再与扇形齿轮啮合，直线运动再次变为旋转运动，使连杆臂摇动，连杆臂再使连动拉杆和横拉杆做直线运动，改变车轮的方向。
这是一种古典的机构，现代轿车已大多不再使用，但又被最新方式的助力转向装置所应用。
它的原理相当于利用了螺母与螺栓在旋转过程中产生的相对移动，而在螺纹与螺纹之间夹入了钢球以减小阻力，所有钢球在一个首尾相连的封闭的螺旋曲线内循环滚动，循环球式故而得名。
3、齿轮齿条式转向器它是一种最常见的转向器。
其基本结构是一对相互啮合的小齿轮和齿条。
转向轴带动小齿轮旋转时，齿条便做直线运动。
有时，靠齿条来直接带动横拉杆，就可使转向轮转向。
所以，这是一种最简单的转向器。
它的优点是结构简单，成本低廉，转向灵敏，体积小，可以直接带动横拉杆。
在汽车上得到广泛应用。
1.2主动转向系统特点自从汽车发明以来，驾驶转向的传动装置通常都是固定的，方向盘与前轮的转向角度比始终一成不变。
如果采用直接转向，驾驶者在过急弯时就不需要大幅转动方向盘，但是在高速行驶时，方向盘细微的动作都将会影响到行驶稳定性；反过来说，转向系统越是间接，车辆在高速公路上的行驶稳定性就越高，但是必须牺牲过弯时的操控性。
所以，传统的转向系统都必须在安全性与舒适性之间做出权衡。
而主动转向系统保留了传统转向系统中的机械构件，包括转向盘、转向柱、齿轮齿条转向机以及转向横拉杆等。
其最大特点就是在转向盘和齿轮齿条转向机之间的转向柱上集成了一套双行星齿轮机构，用于向转向轮提供叠加转向角。
主动转向系统通过一组双行星齿轮机构实现了独立于驾驶员的转向叠加功能，完美地解决了低速时转向灵活轻便与高速时保持方向稳定性的矛盾，并在此基础上通过转向干预来防止极限工况下车辆转向过多的趋势，进一步提高了车辆的稳定性。
同时，该系统能方便地与其他动力学控制系统进行集成控制，为今后汽车底盘一体化控制奠定了良好的基础。
主动转向系统的的双行星齿轮机构包括左右左右两副行星齿轮机构，公用一个行星架进行动力传递，左侧的主动太阳轮与转向盘相连，将转向盘上输入的转向角经由行星架传递给右侧的行星齿轮副，而右侧的行星齿轮具有两个转向舒服自由度，一个是行星架传递的转向盘转角，另一个是由伺服电机叠加转角输入。
右侧的太阳轮作为输出轴，其输出的转向角度是由转向盘转向角度与伺服电动驱动的行星架转动方向与转向盘相同，增加了后者的实际转向角度，高速时，伺服电动机电机驱动的行星架与转向盘转向相反，叠加后减少了实际的转向角度，转向过程变得更为间接，提高了汽车的稳定性和安全性。
转动车轮所用的力量，并不是由电动机决定，而是由独立的转向助力系统与传统的转向装置一同决定的。
主动式转向系统的其他组成部件还包括判定当前驾驶条件和驾驶者指令的独立控制单元和多个传感器。
主动转向系统的整体结构如图1-1所示：图1-1 主动转向系统表1-1 主动转向系统设计基础参数表参数名称具体参数值传动比静止状态10:1；高速状态20:1轮胎型号245/45 R17W轴距2890㎜风阻系数0.28整车装备质量 1673㎏承载质量 382㎏前后配重49.7%，50.3%最高时速 250㎞/h转向盘回转总圈数 3.5圈最小转弯直径11.5m转向盘直径379㎜1.3本章小结本章是对传统转向器及主动转向系统的综述，了解主动转向系统的发展现状和特点并确定参考数据。
为后面的设计奠定基础。
第2章 转向系统主要参数的确定2.1转向盘的直径转向盘的直径根据车型的大小可在380～550㎜的标准系列内选取。
取SW D =379mm 。
2.2转向盘回转的总圈数转向盘转动的总圈数与转向系的角传动比以及所要求的转向轮最大转角有关，对货车和轿车的转向盘转动总圈数有不同的要求。
不装动力转向的重型汽车的转向盘转动的总圈数一般不宜超过7圈，而对于轿车不应超过3.6圈[2]。
取3.5圈。
2.3转向系的效率转向系的效率0η由转向器的效率η和传动机构的效率η'决定，即ηηη'⋅=0 （2-1） 转向器的效率有正效率+η和逆效率-η两种。
正效率121P P P -=+η （2-2） 逆效率323P P P -=-η （2-3） 式中：1P ——作用在转向盘上的功率； 2P ——转向器中的摩擦功率； 3P ——作用在转向摇臂轴上的功率。
对于蜗杆类和螺杆类转向器，如果只考虑啮合副的摩擦损失，忽略轴承和其他地方的摩擦损失，其效率可以用下面的公式计算：()ρααη+=+00t a n t a n （2-4）()0t a n t a n αραη-=- （2-5）式中：0α——蜗杆或螺杆的导程角，==βα012°；ρ——摩擦角，f arctan =ρ；f ——摩擦系数，取f =0.04（查得淬火钢对淬火钢的摩擦副摩擦系数f =0.03～0.05，选取f =0.04）； 则： ρ=arctan0.04()()04.0arctan 12tan 12tan tan tan 00+︒︒=+=+ ρααη=83.45﹪2.4转向系的传动比2.4.1转向时加在转向盘上的力为了使转向系操纵轻便，转向时加在转向盘上的切向力，对轿车不应大于150～200N 。
作用于方向盘上的手力h F h F =+ηw SW Ri D L M L 212 （2-6）式中： r M ——转向阻力矩；a ——主销偏移矩；可用下列公式来计算汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转向阻力矩r MpG f M r 313==481680 N·mm 式中： f ——轮胎和路面间的滑动摩擦系数，一般取0.7； r M ——转向阻力矩，N·mm ；1G ——转向轴负荷，N ，gc m G 载=1；载m ——汽车的满载质量 载m =(1673+382) ㎏=2055㎏；c ——汽车的转向轴载荷分配系数，转向轴为前轴，前轴载荷分配系数为49.7﹪。
=1G 2055×9.8×49.7﹪=10213.35N p ——轮胎气压，MPa ；取2.5bar ，即0.255MPa 。
则：h F =+ηw SW Ri D L M L 212=162.1N式中：1L ——为转向摇臂长；2L ——为转向节臂长，现代汽车结构中，转向传动机构角传动比='w i 12L L ；比值大约在0.85～1.10之间，近似认为='w i 1；SW D ——为转向盘直径，SW D =379 mm ； w i ——为转向器角传动比, w i =18；+η——为转向器正效率, +η=83.45%；2.4.2小齿轮最大转矩静止状态下，主动转向控制器不工作，此时工作状况相当于传统齿轮齿条转向器，转向盘与齿轮刚性连接。
则齿轮转矩 1T =21h F ·w D =30.8 N·m 2.4.3转向系的角传动比转向系的角传动比sds d i ∆∆==φφω0 （2-7） 式中：φ∆——转向轴的转角增量，rad ；s ∆——齿条位移增量，mm ；对于定传动比的转向器，其角转动比可表示为：r r i 1220==ππω （2-8）式中：r ——齿轮分度圆的半径，21d r =； 1d ——齿轮分度圆的直径；102122d r r i ===ππω （2-9） 2.4.4转向器的角传动比乘用车的转向器的角传动比在17～25的范围内选取，一般传统齿轮齿条转向器角传动比为18，取ωi =18。
2.5 本章小结本章主要根据以选择的数据，确定基本的转向系统参数，其中包括转向盘的直径 转向盘回转的总圈数 转向系的效率，转向系的传动比。
第3章 齿轮齿条式转向器的设计计算3.1齿轮齿条结构的几何设计主动小齿轮采用斜齿圆柱小齿轮，采用变位齿轮。
法向模数n m 在2～3mm 之间取值，取2mm(GB/T1357—1987)。
齿数多在5～8之间取值，取1Z =6。
由于避免根切的最小齿数为min Z =17；主动齿轮Z ＜min Z 只能采用变位齿轮方案变位系数 min χ=minmin Z Z Z h a-*；*a h =1，则min χ=0.529。
齿轮螺旋角多在9°～15°之间取值，取β=12°。
压力角即法向齿形角取标准值=n α20°。
转向盘最大转角=ϕ21×1.75×360°=315°。
齿条齿数待定。
主动小齿轮选用15i r N C 6材料制造，硬度≥58HRC 。
齿条选用45钢制造，均采用淬火处理。
壳体为减轻质量采用铝合金压铸。
齿轮精度初选8级。
法向齿顶高系数取标准值=*an h 1。
法向顶隙系数取标准值=*n c 0.25。
3.2齿轮齿条设计及校核转向器内齿轮工作视为闭式传动失效形式主要为轮齿的折断，因此按弯曲强度设计，按接触强度校核。
1、选取齿轮材料及热处理对于汽车齿轮采用硬齿面设计，表面硬度均应≥56HRC ，主动小齿轮取60HRC ，淬火处理；齿条采用45钢，表面硬度取58HRC ，淬火]。