动力转向系统7.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,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 机械式转向器设计与计算,第五节 动力转向机构,第六节 转向传动机构,第七节 转向减振器,（自学）,第八节 转向系结构元件（自学）,1,第一节 概述,一、设计要求：,1.,保证汽车有较高的机动性,;(,转向轮有尽可能大的转角,),2.,转弯行驶时，全部车轮应绕一个瞬心旋转，不应有侧滑；,(,正确设计转向梯形机构,),3.,传给转向盘的反冲，要尽可能小,;(,转向系中设置有转向减振器时，能够防止转向轮产生自振同时又能使传到转向盘上的反冲力明显降低,.),4.,悬架导向装置和车轮传动机构共同工作时，由于运动不协调造成的车轮摆动应小；,2,一、设计要求：,5.,操纵轻便,;(,驾驶员作用在转向盘上的切向力大小和转向盘转动圈数多少两项指标来评价操纵轻便性,),6.,转向后，方向盘应能够自动回正，是汽车保持在稳定的直线行驶状态；,7.,转向器和转向机构的球头处，有消除因磨损产生间隙的调整机构；,8.,车祸中，转向系要有使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置,7-1,概述,3,作用在转向盘上的切向力：,轿车原地转向,150,200N,货车原地转向,500N,货车,8,字转向,60N,（,20Km/h,）,方向盘转角,轿车、轻货车：,3,4,圈,中、重货车：,4,6,圈,7-1,概述,4,二、转向器分类：,机械式：,齿轮齿条式（轿车）,循环球式（货车、客车）,蜗杆滚轮式,(,已淘汰,),蜗杆指销式（濒临淘汰）,动力转向,液压式、电控液压式、电动式,7-1,概述,5,一、,机械式转向器方案分析,1,、齿轮齿条式,第二节,转向器方案分析,6,一、,机械式转向器方案分析,1,、齿轮齿条式,7-2,转向器方案分析,7,一、,机械式转向器方案分析,1,、齿轮齿条式,7-2,转向器方案分析,8,一、,机械式转向器方案分析,1,、齿轮齿条式,7-2,转向器方案分析,9,一、,机械式转向器方案分析,2,、循环球式,72,转向器方案分析,10,一、,机械式转向器方案分析,2,、循环球式,7-2,转向器方案分析,11,一、,机械式转向器方案分析,比较内容,循环球,蜗杆滚轮,蜗杆指销式,齿轮齿条式,死销,活销,+,高,低,低,较高,高,-,高,低,较高,较高,高,I,可变,基本不变,可变,可变,可变,磨损,慢,慢,快,较快,较慢,调整,易,难,易,易,易,可靠性,可靠,可靠,较差,较可靠,可靠,7-2,转向器方案分析,12,一、,机械式转向器方案分析,比较内容,循环球,蜗杆滚轮,蜗杆指销式,齿轮齿条式,死销,活销,结构,复杂,简单,简单,较复杂,简单,制造,困难,易,易,较难,易,制造精度,高,不高,不高,变I,高,变,I,高,可否用动力转向,可,困难,困难,困难,可以,质量,居中,居中,双销重,单销轻,轻,7-2,转向器方案分析,13,一、,机械式转向器方案分析,用途：,1.,齿轮齿条式：广泛用于微型、普通、中高级轿车，部分前悬独立的货车、客车,2.,循环球式：广泛用于货车、客车,3.,蜗杆滚轮式：淘汰,4.,蜗轮指销式：濒临淘汰,7-2,转向器方案分析,14,二、防伤安全机构方案分析与计算,（一）要求,1.48km/h,正面碰撞时，转向管柱和转向器后移不大于,127mm,2.,台架试验中，模型以,6.7m/s,碰撞转向盘，轴向力不大于,11123N,吸能方式,吸能元件,塑性,弹性,摩擦,盘,轴,管柱,7-2,转向器方案分析,15,（二）方案措施,万向节连接转向轴,两段式防伤转向轴,转向管柱,波纹管转向管柱,塑料销钉铆接管柱,轴向滑动管柱,弹性联轴器连接管柱,网格状转向吸能管柱,7-2,转向器方案分析,16,（二）方案措施,7-2,转向器方案分析,万向节连接转向轴,两段式防伤转向轴,17,（二）方案措施,7-2,转向器方案分析,塑料销钉铆接轴向滑动管柱,弹性联轴器,18,（二）方案措施,7-2,转向器方案分析,吸能管柱,波纹管转向管柱,19,第,三节 转向系主要性能参数,一、转向效率,1.,正效率：功率由转向轴输入，经转向摇臂输出所得到的效率,影响因素：,转向器类型和结构特点,结构参数,制造质量,20,一、转向效率,1.,正效率,转向器类型和结构特点,循环球式,螺杆螺母指销式,70,螺杆螺母齿扇式,75,85,齿轮齿条式,螺旋齿,斜齿,蜗杆指销式,固定销,55,旋转销,75,蜗杆滚轮式,滚针轴承,锥轴承,滚珠轴承,75,7-3,转向系主要性能参数,21,一、转向效率,1.,正效率：,结构参数,蜗杆和螺杆类转向器：,P,1,-,转向轴输入功率；,P,2,-,转向器中的摩擦功率；,0,螺线导程角,一般取,8,10,摩擦角，,=tan,-1,f,f,摩擦系数,0,+,7-3,转向系主要性能参数,22,一、转向效率,2.,逆效率：影响汽车的使用性能,根据逆效率分类,可逆式：逆效率较高，如循环球式、齿轮齿条式,不可逆式：,0,，,-,0,极限可逆式：介于以上二者之间,7-3,转向系主要性能参数,23,一、转向效率,2.,逆效率：影响汽车的使用性能,结构参数,0,螺线导程角,一般取,8,10,摩擦角，,=tan,-1,f,f,摩擦系数,7-3,转向系主要性能参数,0,-,24,二、传动比的变化特性,1.,转向系传动比的组成,7-3,转向系主要性能参数,传动比,角传动比,转向器角传动比,i,转向传动机构角传动比,i,力传动比,轮胎与地面之间转向阻力与方向盘上手力之比,i,p,25,2.,力传动,i,p,比与角传动比,i,0,的关系,7-3,转向系主要性能参数,F,w,-,轮胎与地面之间的转向阻力,;,F,h,-,作用在转向盘上的手力,;,M,r,-,作用在转向节上的转向阻力矩,;,M,h,-,为作用在转向盘上的力矩；,D,sw,-,为转向盘直径,;,I,w0,-,转向系角传动比,.,26,7-3,转向系主要性能参数,2.,力传动,i,p,比与角传动比,i,0,的关系,车型,主销偏移距,商用车,40,60mm,乘用车,(0.40.6)B,胎宽,a,27,3.,转向系角传动比,i,0,转向传动机构的角传动比近似等于转向节臂臂长,l,2,与摇臂臂长,l,1,之比来表示：,转向系角传动比,i,0,近似等于转向器角传动比,i,7-3,转向系主要性能参数,28,4.,转向器角传动比,i,w,1),增大,i,w,(i,w0,),，则,i,p,，由,i,p,=2F,w,/F,h,，故,F,h,，,转向轻便,2)i,w0,=,k,，,转向节角增量与转向系角传动比成反比，增大,i,w,(i,w0,),，,转向迟钝；,如何解决？用可变传动比的转向器。,轿车和轻型货车，具有动力转向的车辆,-,选择较小的角传动比，角传动比宜采用转向盘处于中间位置时具有较大值而在左右两端具有较小值的变化特性。,没有动力转向的大客车和中型及以上载货汽车，则相反。,7-3,转向系主要性能参数,29,5.,转向器角传动比,i,w,变化规律,各种结构形式的转向器，都可以变传动比,1),齿轮齿条式转向器,相互啮合的齿轮基圆齿距必须相等，即,P,b1,=P,b2,7-3,转向系主要性能参数,30,5.,转向器角传动比,i,变化规律,1),齿轮齿条式转向器,P,b1,=P,b2,P,b1,=m,1,cos,1,P,b2,=m,2,cos,2,如果,m,1,、,1,固定，而,m,2,、,2,只要满足等式要求，齿轮和齿条仍然可以正常啮合。,7-3,转向系主要性能参数,31,齿轮齿条式转向器齿条中部（转向盘中间位置）压力角最大，齿轮节圆半径大，转向时位移大；,两侧压力角逐渐变小（模数也逐渐减小），齿轮节圆半径小，转向时位移小。,7-3,转向系主要性能参数,32,2),循环球式转向器,i,=2r/P,措施：螺距,P,不变，齿扇啮合半径,r,变化,前轴负荷大时，未装助力转向时，以轻便为主,前轴负荷小，有助力转向，以机动性为主,7-3,转向系主要性能参数,33,5.,转向器角传动比,i,变化规律,直行位置的转向器角传动比不宜低于,15,16,7-3,转向系主要性能参数,车型,转向器角传动比,商用车,23,32,乘用车,17,25,34,三、转向器传动副的传动间隙,t,1.,转向器传动间隙特性,转向器传动间隙随转向盘转角,变化的关系称为转向器传动间隙特性,影响汽车直线行驶的稳定性和转向器寿命，转向盘处于中间位置时间隙要极小或者无间隙,7-3,转向系主要性能参数,35,三、转向器传动副的传动间隙,t,2.,获得传动间隙特性的方法：,对于循环球齿轮齿扇式：,（,1,）偏心法：齿槽同宽，中间齿正常厚度，往两边依次递减。（公式,7-8,）当,n,一定时，取决于摇臂轴转角,p,（,2,）,修正齿条法：两侧齿槽比中间宽，两侧齿槽相等，齿扇的齿有相同厚度。磨损后不致卡死。,7-3,转向系主要性能参数,36,四、转向系刚度,转向系刚度,c,s,对侧偏特性影响大,c,s,小则汽车趋向不足转向，太小则影响操纵性，转向迟钝。,7-3,转向系主要性能参数,37,7-4,机械式转向器设计,与计算,一、转向系计算载荷的确定,转向阻力：轮胎在路面上的转动阻力、车轮稳定阻力、转向系内摩擦阻力,38,二、齿轮齿条式转向器的设计,1,）采用斜齿圆柱齿轮：,模数,23mm,齿数,57,压力角,20,度,螺旋角,9,15,度,2,）齿条变压力角,1235,度。,7-4,机械式转向器设计与计算,39,三、循环球式转向器设计,（一）主要尺寸参数的选择（图,7-19,）,1.,螺杆、钢球、螺母传动副,1,）钢球中心距,D,：,参考取值，尽量取小,2,）螺杆外径,D,1,、,螺母内径,D,2,(D,2,-D,1,)=(510%)D,7-4,机械式转向器设计与计算,40,（一）主要尺寸参数的选择,1.,螺杆、钢球、螺母传动副,3,）,钢球直径,d,（,参考取值）,钢球数量,n,（,n,不超过,60,）,4,）滚道截面：单圆弧、四段圆弧、椭圆滚道,5,）接触角,：,大则径向力大，轴向力小，多取,45,度；,7-4,机械式转向器设计与计算,41,（一）主要尺寸参数的选择,1.,螺杆、钢球、螺母传动副,6,）螺距,t,和螺旋线导程角,0,螺距影响角传动比的大小，螺距大则角传动比下降,d,一定，,t,下降，则,b,变小，易断裂,b=t-d2.5,0,=58,度,7-4,机械式转向器设计与计算,42,（一）主要尺寸参数的选择,1.,螺杆、钢球、螺母传动副,7,）工作钢球圈数,W,两个环路；,W,，承载力,，工作应力,；,W,，钢球受力不均匀，螺杆长度,，刚度,；,一般取,1.5,和,2.5,圈（表,7-1,）,8,）导管内径,d,1,d,1,d+e,钢球与导管之间的间隙,e=0.40.8mm,导管壁厚取,1mm,7-4,机械式转向器设计与计算,43,（一）主要尺寸参数的选择,2.,齿条齿扇传动副设计,齿扇：,顶圆、根圆有锥度（齿顶厚,0.3m,）；,分度圆不变；,分度圆齿厚变化；,基圆为一圆柱,7-4,机械式转向器设计与计算,44,四、循环球式转向器强度计算,（一）转向轴扭转强度,7-4,机械式转向器设计与计算,45,四、循环球式转向器强度计算,（二）钢球与滚道之间的接触应力,7-4,机械式转向器设计与计算,R,2,为滚道截面半径；,r,为钢球半径；,E,为材料弹性模量，,k,为系数，根据,A,B,值从表,7-3,查取,46,四、循环球式转向器强度计算,（三）齿的弯曲应力,7-4,机械式转向器设计与计算,式中，,F,为作用在齿扇上的圆周力；,h,为齿扇的齿高；,B,为齿扇的齿宽；,s,为基圆齿厚。,许用弯曲应力为,=540MPa,。,前轴负荷不大的汽车，渗碳层深度在,0.8,1.2mm,；,前轴负荷大的汽车，渗碳层深度在,1.05,1.45mm,。,表面硬度为,58,63HRC,。,47,四、循环球式转向器强度计算,（四）摇臂计算,1.,摇臂直径的确定：,7-4,机械式转向器设计与计算,K,为安全系数，根据汽车使用条件不同可取,2.5,3.5,；,M,R,为转向阻力矩；,0,为扭转强度极限。,48,四、循环球式转向器强度计算,（四）摇臂计算,2.,弯曲应力：,7-4,机械式转向器设计与计算,49,（四）摇臂,3.,扭转剪切应力应力：,7-4,机械式转向器设计与计算,50,第五节动力转向机构,设计原则：,当前轴负荷大于,40KN,时，必须采用动力转向；,当前轴负荷在,25,40KN,之间时，可装可不装；,当前轴负荷小于,25KN,时，不必装动力转向。,51,一、设计要求,1.,运动学的随动（转向轮转角和方向盘转角的关系）,2.,力的随动（路感）即不同路面上，驾驶员的手力感觉,3.,动力转向失灵时，仍能够用机械转向操纵,4.,当,F,h,0.0250.19KN,时，动力转向起作用,5.,应能够自动回正，保证汽车稳定、直线行驶,7-5,动力转向机构,52,二、液压式动力转向机构布置方案分析,1.,动力转向结构形式,1.,液压式：由油泵、动力阀、动力缸组成，尺寸小，压力大，灵敏度高，可吸收冲击，无需润滑；,2.,气压式：体积大，质量大，灵敏度低，压力低,7-5,动力转向机构,53,二、结构型式和方案选择,（二）布置方案：,整体式,联阀式,半分置式,连杆式,结构,紧凑,不紧凑,不紧凑,不紧凑,主要零件是否受载,是,否,否,否,拆装,困难,容易,较易,容易,管路,短,短,长,长,是否引起转向轮摆振,不易,容易,不易,容易,能否用典型转向器,不能,能,能,能,布置,容易,较难,易,难,7-5,动力转向机构,54,二、结构型式和方案选择,（三）分配阀结构方案,转阀式：灵敏度高、密封件少、结构先进复杂,滑阀式：结构简单、工艺性好、操纵方便、易于布置,7-5,动力转向机构,55,三、动力转向的计算,（一）动力缸尺寸：,1.,内径：,7-5,动力转向机构,56,三、动力转向的计算,（一）动力缸尺寸：,2.,活塞行程：车轮转至最大转角时，从直拉杆的位移量换算到活塞杆处的移动量。,7-5,动力转向机构,57,三、动力转向的计算,（二）分配滑阀参数选择,（三）分配阀的回位弹簧,（四）动力转向器的作用效能,动力效能指标,S=,F,h,/F,h,（,五）路感,（六）转向灵敏度：转向盘行程与滑阀行程的比值,7-5,动力转向机构,58,四、油泵,型式,齿轮泵,叶片泵,转子泵,柱塞泵,结构,紧凑,简单紧凑,简单,不紧凑,单位压力,Mpa,700,700,750,1000,效率,0.85,0.90,0.62,0.92,0.93,0.98,其它,可靠,工艺性好,寿命短,应用,国内多,国外多,少,少,7-5,动力转向机构,59,第六节转向传动机构,一、转向梯形结构方案,:,整体式,:,结构简单，前束调整容易，制造容易，但车轮跳动相互影响。与非独立悬架配合使用,(,图,7-30),前置梯形布置容易受发动机、制动系的影响,60,一、转向梯形结构方案,:,断开式,:,车轮跳动互不影响，结构复杂，成本高，前束调整困难。与独立悬架配合使用,(,图,7-31),7-6,转向传动机构,61,B,L,O,R,D,7-5,动力转向机构,62,二、转向传动机构强度计算,1.,球头销,应计算接触应力：,2.,转向拉杆,7-5,动力转向机构,63,