液压助力转向器的设计

摘要汽车转向器是汽车的重要组成部分，也是决定汽车主动安全性的关键总成，它的质量严重影响汽车的操纵稳定性。随着汽车工业的发展，汽车转向器也在不断的得到改进，虽然电子转向器已开始应用，但机械式转向器仍然广泛地被世界各国汽车及汽车零部件生产厂商所采用。本文选择齿轮齿条式转向器作为研究课题，其主要内容有：汽车转向器的组成分类；转向器性能方案分析及其数据确定和转向器的设计过程。这种转向器的优点是，操纵轻便，成本低，转向灵敏度高，结构简单。缺点是一旦转向器发生泄漏会对环境造成一定的污染，对使用环境有一定的要求。但随着动力转向的应用，现在电控动力转向器（EPS）正在被广泛的应用。关键词：转向器齿轮齿条操纵稳定性设计计算液压助力转向器的设计1目录1绪论....................................................11.1汽车转向系统的概述...........................................11.1.1汽车转向系统的组成......................................11.1.2汽车转向系统的分类......................................11.1.3汽车对转向装置的基本要求................................31.2齿轮齿条转向器的介绍..........................................31.3汽车转向系统的发展趋势........................................32液压助力转向器及其主要部件工作分析.......................42.1液压助力转向器总体性能分析....................................42.2转向控制阀工作分析............................................42.3转向油泵工作工作分析..........................................53设计方案的说明...........................................53.1转向器设计输入信息............................................53.2传动比的计算.................................................53.2.1方向盘的选择.............................................53.2.2转向阻力矩的计算.........................................63.2.3角传动比的计算..........................................64齿轮的计算..............................................7液压助力转向器的设计24.1齿轮轴参数的选取.............................................74.2齿轮轴结构设计...............................................74.3齿轮齿条参数表...............................................75主要零件的理论计算......................................85.1齿轮齿轮精度等级、材料及参数的选择...........................85.2齿轮轴齿轮接触疲劳强度计算...................................85.3齿轮轴齿轮弯曲疲劳强度计算...................................95.4齿轮轴设计计算...............................................106其它零件的选择及润滑方式................................12结论..............................................................13参考文献.................................................14Abstract.................................................15致谢.....................................................16液压助力转向器的设计1液压助力转向器的设计作者：老衲指导老师：陈老师（安徽XX大学08车辆工程合肥230036）1绪论改革开放以来，我国汽车行业迅猛发展，作为汽车关键部件之一的转向系统也得到了相应的发展，基本已形成了专业化、系列化生产的局面。有资料显示，国外有很多国家的转向器厂，都已发展成大规模生产的专业厂，年产超过百万台，垄断了转向器的生产，并且销售点遍布了全世界。1.1转向系统的概述1.1.1汽车转向系统的组成一般的转向装置包括下述部件：转向盘、转向管柱、转向传动轴总成、转向器总成、转向拉杆总成。1.1.2汽车转向系统的分类1）机械式转向系机械式转向器的能量来源是人力，所有传力件都是机械的，由转向操纵机构(方向盘)、转向器、转向传动机构三大部分组成。其中转向器是将操纵机构的旋转运动转变为传动机构的直线运动(严格讲是近似直线运动)的机构，是转向系的核心部件。这种转向器有两对传动副组成，一对是螺杆、螺母，另一对是齿条、齿扇或曲柄销。在螺液压助力转向器的设计2杆和螺母之间装有可循环滚动的钢球，使滑动摩擦变为滚动摩擦，从而提高了传动效率。这种转向器的优点是，操纵轻便，磨损小，寿命长。缺点是结构复杂，成本高，转向灵敏度不如齿轮齿条式。因此逐渐被齿轮齿条式取代。但随着动力转向的应用，循环球式转向器近年来又得到广泛使用。当汽车转向时，驾驶员对转向盘施加一个转向力矩。该力矩通过转向轴、转向万向节、和转向传动轴输入转向器。经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向摇臂，再通过转向直拉杆传给固定于左转向节上的转向节臂，使左转向节和它所支撑的左转向轮偏转。从转向盘到转向传动轴这一系列零件和部件，均属于转向操纵机构。有转向摇臂至转向梯形这一系列零件和部件（不含转向节），均属于转向传动机构。目前较常用的机械式转向器有齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、蜗杆滚轮式等。其中第二、第四种分别是第一、第三种的变形形式，而蜗杆滚轮式则更少见。方向盘转动使方向机蜗杆转动、涡杆与蜗轮咬合（也有循环球咬合的）涡轮轴带动方向机摇臂前后摆动，方向机摇臂通过球头销与竖拉杆相连、竖拉杆另一端与左前轮轴头摇臂相连，轴头摇臂通过立销（主销）与前桥相连，摇臂前后摆动就可使车轮轴头（沿主销）左右转向了，左前轮通过横拉杆与右车轮相连，这样转动方向盘就可以让左右前轮同时转向了[2]汽车行驶中经常需要改变行驶方向，即所谓的转向，这就需要有一套能够按照司机意志使汽车转向的机构，它将司机转动方向盘的动作转变为车轮(通常是前轮)的偏转动作。按转向力能源的不同，可将转向系分为机械转向系和动力转向系。机械转向系的能量来源是人力，所有传力件都是机械的，由转向操纵机构(方向盘)、转向器、转向传动机构三大部分组成。其中转向器是将操纵机构的旋转运动转变为传动机构的直线运动(严格讲是近似直线运动)的机构，是转向系的核心部件。动力转向系除具有以上三大部件外，其最主要的动力来源是转向助力装置。由于转向助力装置最常用的是一套液压系统，因此也就离不开泵、油管、阀、活塞和储油罐，它们分别相当于电路系统中的电池、导线、开关、电机和地线的作用。2)动力转向器动力转向器是兼用驾驶员体力和发动机动力为转向能源的转向系。在正常情况下，汽车转向所需的能量，只有一小部分由驾驶员提供，而大部分是由发动机通过转向加力装置提供的。但在转向加力装置失效时，一般还应当能由驾驶员独立承担汽车转向任务。因此，动力转向器是在机械转向器的基础上加设一套转向加力装置而形成的。动力转向器除具有以上三大部件外，其最主要的动力来源是转向助力装置。由于转向助力装置最常用的是一套液压系统，因此也就离不开泵、油管、阀、活塞和储油液压助力转向器的设计3罐，它们分别相当于电路系统中的电池、导线、开关、电机和地线的作用。转向助力装置有以下几种：(1)液压式动力转向装置(2)电动式动力转向装置(3)电动液压式动力转向装置1.1.3汽车对转向装置的基本要求1:转向轮的转角和偏转速度应分别与转向盘的转角和转速保持一定的比例关系，即具有随动作用；2:操纵转向盘时，转向系统产生的助力作用要迅速、灵敏，与作用在转向盘上的手力相协调；3:驾驶员操纵转向盘时右良好的“路感”，即能及时将路面对转向阻力的影响反馈到转向盘上，使作用在转向盘上的手力随转向阻力的增大而增大；4:转向后应能自动回正，并应使汽车具有直线行驶稳定性；5:工作可靠，一旦助力转向系统失灵，驾驶员仍能操纵转向盘使汽车转向。1.2齿轮齿条转向器的介绍1：价格便宜：结构简单，零件数量少；2：重量轻，有利于改善汽车的燃料经济性；3：结构紧凑，特别适用于前轮驱动车型；4：路感、操纵性和响应性好；1.3汽车转向系统的发展趋势随着社会汽车化的发展，驾驶员不仅仅需要操纵省力，近年来从汽车的安全性能、燃油经济性方面对转向系统提出更高的要求，这些要求促进了电控液压转向器（EHPS）和电动助力转向（EPS）技术的发展。由于齿轮齿条式转向器的种种优点，在小型车上的应用(包括小客车、小型货车或客货两用车)得到突飞猛进的发展；而大型车辆则以循环球式转向器为主要结构。从发展趋势上看，国外整体式转向器发展较快，而整体式转向器中转阀结构是目前发展的方向。由于动力转向系统还是新的结构，各国的生产厂家都正在组织力量，大力开展试验研究工作，提高使用性能、减小总成体积、降低生产成本、保证产品质量稳定，以便逐步推广和普及。随着科学技术的发展，国际经济形势的变化对汽车乃至汽车转向器的生产都有很大影响。特别是西方国家实行石油禁运以来，世界经济形势受冲击很大。随着能源危机的发展，汽车工业首当其冲，其发展方向有很大变化。从汽车设计、制造到各总成部件的生产都随着能源危机的发生而变化，表现在能源消耗、材料消耗、操纵轻便等各个方面。我国加入WTO，给汽车工业带来新的机遇，也带来挑战，国产汽车及零部件将会得到进一步发展。液压助力转向器的设计42液压助力转向器主要部件工作原理分析2.1液压助力转向器总体性能分析转向器是汽车上的重要部件之一，转向系统的好坏关系着驾驶者与乘客的生命安全，因此对转向系统的性能有一定的要求。转向系统的滞后度要求，在转向系统正常工作时，应满足滞后量小于1，如果滞后量大于1，车辆在转向时就会发生方向盘打过以后，转向轮相对于方向盘的旋转产生一定的滞后量，从而让驾驶员对汽车的转向产生错误的判断，造成安全事故。转向系统的转向力对称度要求，转向系统在正常工作时应满足转向力对称度大于等于90%，驾驶员在驾驶时从视线以及方向盘手感获得对与汽车行驶环境的信息，然后通过作用在方向盘上的手力对汽车进行操控，当左右转向力对称度过低时，驾驶员在操作时可能产生输入手力不够或过大的负面效果，从而导致危险发生。2.2转向控制阀工作分析图2-1转向控制阀原理图不转向时：阀芯的槽脊与阀套的槽正对，而前者比后者略窄，存在预开隙；此时，转向动力缸的左、右腔室相通，且与油泵的出油、回油口相通；左、右腔油压相等，不产生助力。右转向时：扭杆在外力作用下产生扭转变形，而阀芯和阀套分别与扭杆的两端固连，因此阀芯相对阀套转动，阀芯的槽脊与阀套上槽的两侧间隙不对称，使油泵泵出的油液大部分进入动力缸右腔、小部分进