第七章 转向系设计
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
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
转向系设计
6.电动助力转向
结构组成和工作原理
电动助力转向系统（EPS）是在 机械转向系统基础上增加一套电机 减速器总成、转向盘转矩传感器及 电控单元而构成的。 转向轴2上装 有转矩传感器3和减速器5，电动 机4通过花键驱动减速器。电控单 元1根据来自电子车速表的车速信 号及转矩传感器的输出信号，判 断驾驶员的操纵意图，从而控制 电机电流的大小和方向，使其输 出适当的转矩。电机产生的转矩 通过减速器直接施加在转向轴 （或转向齿轮、齿条轴）上。驾 驶员的转向操纵力矩和电机的助 力矩共同克服转向阻力矩，使车 轮偏转。
3.3 齿条齿扇设计 (1)齿扇
外形呈锥形，因 齿厚沿轴向线形逐渐 所至。 目的，为了调整间隙 基本上沿用圆柱齿轮设计 关键是变位系数 这可由选定的切削角γ来 找出
3.3 齿条齿扇设计
(2) 齿条设计
从图中可看到齿条已歪了一角
度。为什么？ 两者能否正确啮合 条件：齿形、模数、压力角
3. 循环球转向器设计
5.3 液压动力转向组成、结构原理
(1) 分配阀结构—滑阀式
和转阀式 回油 供油
零开口 负开口 正开口
结构工作原理
轴向移动
至负载 转阀式结构 滑阀式结构
5.3 液压动力转向组成、结构原理
(2) 反馈
(3) 其它辅助 措施
①路感 ②油路失灵补救 ③转向限位卸压
5.3 液压动力转向组成、结构原理
(4) 工作油路
β α
4.2 转向梯形设计
(2) 梯形参数 梯形臂长m 梯形角γ
4.2 转向梯形设计
(3)作图法---理论直线和误差曲线
α β
β
α
Ctgβ=AG/FG=(AE-EG)/FG Ctgα=BG/FG=(BE+EG)/FG Ctgα-ctgβ=2EG/FG=2AE/AC=K/L
轿车转向系设计课程设计
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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。
【汽车设计-过学迅】第7章 转向系统设计
7.1 概述 7.2 转向系统主要性能参数 7.3 机械式转向器方案设计 7.4 机械式转向器设计 7.5 动力转向系统设计 7.6 转向传动机构设计 7.7 转向操纵机构设计 7.8 转向减振器与转向系统结构元件设计 7.9 四轮转向与线控转向 习题
第7章 转向系统设计
[主要内容]本章介绍汽车转向系统的类型及设计要求,重点 介绍机械式转向器设计和动力转向系统设计,包括齿轮齿 条式转向器、循环球式转向器的设计,液压式动力转向机 构布置方案分析,液压式动力转向机构的计算和电动助力 转向系统的设计,最后介绍转向传动机构、转向操纵机构 设计、转向减振器设计以及四轮转向与线控转向。 本章要求:
考虑转向系统刚度时的轮胎的侧偏刚度
7.3 机械式转向器方案设计
7.3.1 齿轮齿条式转向器
Ｖ形断面齿条
Ｙ形断面齿条
四种形式的齿轮齿条式转向器
横拉杆与齿条的连接
齿轮齿条式转向器的四种布置形式
7.3.2 循环球式转向器
循环球式转向器(循环球—齿条齿扇式)
循环球式转向器的几种间隙调整机构
7.3.3 蜗杆滚轮式转向器
(7-33) ２)中间位置的液流流速 (7-34) ３)滑阀进、出口油压差 (7-35)
３.分配阀的复位弹簧
预开隙
复位弹簧预压缩力的最小值，应大于转向器逆传动时的摩擦力。
４.动力转向器的评价指标
１)动力转向器的作用效能 ２)液压式动力转向的路感 ３)转向灵敏度 ４)动力转向器的静特性 转向灵敏度可以用转向盘行程 与滑阀行程的比值i来评价，即: (7-36)
(7-9)
(7-10) 忽略摩擦损失,根据能量守恒原理,转向系统的角传动比iω0表示为: (7-11)
汽车设计_课后答案
第一章汽车总体设计1-2：前置前驱优点：前桥轴荷大，有明显不足转向性能，越过障碍能力高，乘坐舒适性高，提高机动性，散热好，足够大行李箱空间，供暖效率高，操纵机构简单，整车m小，低制造难度后置后驱优：隔离发动机气味热量，前部不受发动机噪声震动影响，检修发动机方便，轴荷分配合理，改善后部乘坐舒适性，大行李箱或低地板高度，传动轴长度短。
1-3：汽车的主要参数分几类？各类又含有哪些参数：汽车的主要参数分三类：尺寸参数，质量参数和汽车性能参数1）尺寸参数：外廓尺寸、轴距、轮距、前悬、后悬、货车车头长度和车厢尺寸。
2）质量参数：整车整备质量、载客量、装载质量、质量系数、汽车总质量、轴荷分配。
3）性能参数：(1) 动力性参数：最高车速、加速时间、上坡能力、比功率和比转距(2) 燃油经济性参数(3) 汽车最小转弯直径(4) 通过性几何参数(5) 操纵稳定性参数(6) 制动性参数(7) 舒适性1-6、具有两门两座和大功率发动机的运动型乘用车（跑车），不仅仅加速性好，速度又高，这种车有的将发动机布置在前轴和后桥之间。
试分析这种发动机中置的布置方案有哪些优点和缺点？（6分）优点：(1)将发动机布置在前后轴之间，使整车轴荷分配合理；（2）这种布置方式，一般是后轮驱动，附着利用率高；（3）可使得汽车前部较低，迎风面积和风阻系数都较低；（4）汽车前部较低，驾驶员视野好缺点：（1）发动机占用客舱空间，很难设计成四座车厢；（2）发动机进气和冷却效果差第二章离合器设计2-3后备系数β：反映离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。
选择β的根据：1）摩擦片摩损后, 离合器还能可靠地传扭矩2）防止滑磨时间过长（摩擦片从转速不等到转速相等的滑磨过程）3）防止传动系过载4）操纵轻便2-4膜片弹簧弹性特性有何特点？影响因素有那些？工作点最佳位置如何确定？答；膜片弹簧有较理想的非线形弹性特性，可兼压紧弹簧和分离杠杆的作用。
结构简单，紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小；高速旋转时压紧力降低很少，性能较稳定，而圆柱螺旋弹簧压紧力降低明显；以整个圆周与压盘接触，压力分布均匀，摩擦片接触良好,磨损均匀；通风散热性能好，使用寿命长；与离合器中心线重合，平衡性好。
汽车设计课后题答案
汽车设计课后题答案课后题1-1答：①车架上平⾯线：纵梁上翼⾯较长的⼀段平⾯或承载式车⾝中部地板或边梁上缘⾯在侧（前）视图上的投影线，作为标注垂直尺⼨的基准线（⾯），即Z坐标线。
②前轮中⼼线：通过左右前轮中⼼并垂直于车架平⾯线的平⾯，在侧视图和俯视图上的投影线。
作为标注纵向尺⼨的基准线（⾯），即X坐标线。
③汽车中⼼线：汽车纵向垂直对称⾯在俯视图和前视图的投影线。
作为标注横向尺⼨的基准线（⾯），即Y坐标线。
④地⾯线：地平⾯在侧视图和前视图上的投影线。
⑤前轮垂直线：通过左右前轮中⼼并垂直于地⾯的平⾯，在侧视图和俯视图上的投影线。
1-2答：1、乘⽤车⼴泛采⽤发动机前置前驱的原因如下：①前桥轴荷⼤，有明显的不⾜转向性能。
②前轮驱动，越过障碍的能⼒强。
③主减速器和变速器装在⼀个壳体中，动⼒总成结构紧凑，且不需要在变速器与主减速器间设置传动轴，车内地板凸包⾼度可降低，提⾼乘坐舒适性。
④发动机布置在轴距外，汽车的轴距可以缩短，有利于提⾼汽车的机动性。
⑤汽车的散热器布置在汽车前部，散热条件好，发动机可以得到⾜够的冷却。
⑥有⾜够⼤的空间布置⾏李箱。
2、客车⼴泛采⽤后置后驱的原因：①隔绝发动机的⽓味和热量。
②客车前、中部基本不受发动机噪声和⼯作振动的影响。
③检修发动机⽅便。
④轴荷分配合理。
⑤后桥簧上质量与簧下质量⽐增⼤，提⾼乘坐舒适性。
⑥作为城市间客车使⽤，可在地板下⽅和客车全宽范围，设⽴体积很⼤的⾏李箱。
1-3汽车的主要参数分⼏类？各类⼜含有哪些参数？各质量参数是如何定义的？汽车的主要参数有尺⼨参数、质量参数和性能参数。
尺⼨参数包括外廓尺⼨、轴距、轮距、前悬、后悬、货车车头长度和车厢尺⼨。
质量参数包括整车整备质量m、载质量、质量参数、汽车总质量和轴荷分配。
性能参数包括动⼒性参数、燃油经济性参数、最⼩转弯直径、通过性⼏何参数、稳定操作性参数、舒适性。
参数的确定：①整车整备质量m：车上带有全部装备（包括备胎等），加满燃料、⽔，但没有装货和载⼈的整车质量。
转向系设计
第三节 转向系主要性能参数
3.转向器传动副的传动间隙 转向器传动间隙特性 如何获得传动间隙特性
第四节 机械式转向器的设计计算
1.转向器计算载荷的确定
2.齿轮齿条式转向器的设计 3.循环球式转向器的设计 主要尺寸参数的选择 螺杆、钢球、螺母传动副 齿条、齿扇传动副设计
第四节 机械式转向器的设计计算
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） 三、转向梯形机构优化设计 四、转向传动机构强度计算 球头销。 转向拉杆 转向摇臂
1.转向器的效率 转向器的正效率—功率P1从转向盘到转向摇臂轴 时的传递特性。 P2：转向器的摩擦功率。 转向器的逆效率—功率从转向摇臂轴P3到转向盘 时的传递特性
( P P ) / P ( P P ) / P 3 2 3 1 2 1
第三节 转向系主要性能参数
1.转向器的效率
断开式转向梯形机构的设计
进行上述设计的本质
设计的双横臂式导向机构，由 KB-B、B-S、S-D 组成。刚体AB-QAB 和S-B-QBS 的瞬时中心都 是P 点。矢量TS 与TA 之间的夹 角等于矢量TBS 与TAB 之间的夹 角。这样确定断开点D 可以保证 在比较大的跳动范围内，在S 点 发生的运动干涉比较小，即由KBB、B-S、S-D 决定的S 点的运动 与由KB-B、B-A、A- KA 决定的S 点的运动之间干涉比较小。
侧面输入，中间输出 侧面输入，两端输出 中间输入，侧面输出 齿条断面与间隙调整 齿轮齿条转向器布置形式
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齿轮齿条转向器
（1）齿轮齿条转向器分类和布置形式 （2）齿条断面形状 （3）间隙调整 （4）优缺点
（1）齿轮齿条转向器分类和布置形式 分类
中间输入两端输出 侧面输入两端输出 齿轮齿条转向器 侧面输入中间输出 侧面输入一端输出
（1）齿轮齿条转向器分类和布置形式 布置形式
转向器位于前轴后，后置梯形 转向器位于前轴后，前置梯形 转向器位于前轴前，后置梯形 转向器位于前轴前，前置梯形
布置形式
齿轮齿条转向器
（1）齿轮齿条转向器分类和布置形式 （2）齿条断面形状 （3）间隙调整 （4）优缺点
（2）齿条断面形状
圆形
工艺简单
齿条断面形状
7.2.1 机械式转向器方案分析
齿轮齿条式 循环球 机械式转向器 蜗杆滚轮式 蜗杆指销式
蜗杆滚轮式转向器
优点 结构简单；制造容易；蜗杆和滚轮面接触，强 度高，工作可靠，磨损小，寿命长；逆效率低 缺点 正效率低；磨损后间隙调整困难；传动比不能 变化。
7.2.1 机械式转向器方案分析
齿轮齿条式 循环球 机械式转向器 蜗杆滚轮式 蜗杆指销式
7.1 概述
(1) 转向系的作用 (2) 转向系的组成和类型 (3) 转向系的设计要求
7.1 概述
(1) 转向系的作用
(2) 转向系的组成和类型 (3) 转向系的设计要求
保持或改变汽车行驶方向，并保证汽车转向行 驶时，各转向轮之间有协调的转角关系。
7.1 概述
转向器 (1) 转向系的作用 转向操纵机构
蜗杆指销式转向器
优点 蜗杆和指销面接触，强度高，传动比可以做成 不变的或者变化的，磨损后间隙调整容易。 缺点 对于固定销式，转向器工作效率低，磨损快 对于旋转销式，转向器结构复杂
7.2.2 防伤安全机构方案分析与计算 （1）目的 （2）防伤安全机构方案分析
7.2.2 防伤安全机构方案分析与计算 （1）目的 （2）防伤安全机构方案分析
(2) 转向系的组成和类型 转向传动机构
(3) 转向系的设计要求
7.1 概述
(1) 转向系的作用
齿轮齿条式 循环球式 蜗杆滚轮式 蜗杆指销式 液压式 动力式 整体式 转向梯形 断开式 电控液压式 电动助力式
(2) 转向系的组成和类型 机械式
(3) 转向系的设计要求
转向器
转向 系
7.1 概述
(1) 转向系的作用 (2) 转向系的组成和类型
齿扇 转向螺母
转向螺杆
蜗杆指销式
螺杆螺母传动副（第一级传动） 齿条齿扇传动 齿条 齿扇传动副（第二级传动） 副（第二级传动） 螺杆与螺母以钢球传动
循环球式转向器
优点 传动效率高，可达75% -85%；使用寿命足够； 转向器传动比可变；工作平稳可靠；齿条和齿 扇间间隙易调整；可作整体式动力转向器。 缺点 逆效率高，结构复杂，制造困难，制造精度高。
7.2 机械式转向器方案分析
7.2.1 机械式转向器方案分析 7.2.2 防伤安全机构方案分析与计算
7.2 机械式转向器方案分析
7.2.1 机械式转向器方案分析 7.2.2 防伤安全机构方案分析与计算
7.2.1 机械式转向器方案分析
齿轮齿条式 循环球 机械式转向器 蜗杆滚轮式 蜗杆指销式
齿轮齿条转向器
V形
耗材少，可防齿条转动
Y形
可得较大的齿宽
齿轮齿条转向器
（1）齿轮齿条转向器分类和布置形式 （2）齿条断面形状 （3）间隙调整 （4）优缺点
间隙调整装置
齿条背面的压块在压紧弹簧弹力作用下，将齿 条压靠在齿轮上，在预紧弹力作用下保证无间 隙啮合。并且可以吸收来自路面 Nhomakorabea部分冲击 。
齿轮齿条转向器的优缺点
第七章 转向系设计
本章的主要内容
1、详细介绍不同类型转向器的结构和特点 2、引出转向系的主要性能参数 3、对不同类型的转向器进行设计计算 4、介绍动力转向系的设计 5、介绍转向梯形的结构方案和优化设计
第七章 转向系设计
7.1 概述 7.2 机械式转向器方案分析 7.3 转向系主要性能参数 7.5 动力转向机构设计计算 7.6 转向梯形设计 重点、难点 7.7 转向减振器 （自学） 7.8 转向系结构元件 （自学） 重点 7.4 机械式转向器的设计与计算 重点
(3) 转向系的设计要求
（3）转向系的设计要求
车轮无侧滑 自动回正 摆振和运动干涉 机动性和安全性 可靠性 制造
转向行驶时，所有车轮应绕瞬时转向 中心旋转，不应有侧滑。 转向行驶后，松开转向盘的条件下， 转向轮能自动返回直线行驶位置。 任何行驶状态下，转向轮不得自振， 转向盘无摆振；转向机构与悬架运动 干涉所造成的车轮摆动应最小 具有小转弯行驶的能力，在车辆发生 车祸时，转向系应有防伤装置 转向轮碰到障碍物，传给转向盘的力 要小；转向轮与转向盘方向一致 结构简单，装、调整方便。
交通事故统计结果表明：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%。 防伤安全机构使汽车发生正面碰撞时，防止或减轻转 向盘、转向管柱等机构对驾驶员的受伤。
7.2.2 防伤安全机构方案分析与计算 （1）目的 （2）防伤安全机构方案分析
（2）防伤安全机构方案分析
优点 结构简单、紧凑、体积小、质量轻；传动效率 高达90%；能自动消除齿间间隙；无转向摇臂 和直拉杆，转向轮转角可增大；制造成本低。 缺点 逆效率高（60%-70%）→转向轮与路面间冲 击力大部分能传至转向盘（反冲） →精神紧张； 打手。
7.2.1 机械式转向器方案分析
齿轮齿条式 循环球 机械式转向器 蜗杆滚轮式
转向轴采用万向节连接 双销联接的两段式转向轴 防伤安全机构 弹性联轴器的两段式转向轴 吸能转向柱管
（2）防伤安全机构方案分析
转向轴采用万向节连接 双销联接的两段式转向轴 防伤安全机构 弹性联轴器的两段式转向轴 吸能转向柱管
（2）防伤安全机构方案分析
转向轴采用万向节连接 双销联接的两段式转向轴 防伤安全机构 弹性联轴器的两段式转向轴 吸能转向柱管 转向轴分为两段，上转向轴的下端弯曲，其轴线偏移， 并与下转向轴上端通过两个柱销相连。下转向轴与上 转向轴成倒钩状连接。在受到一定数值的轴向力时， 上、下转向轴能自动脱开，以保证驾驶员的安全。