吉大汽车设计课件第七章

汽车工程系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汽车工程系第一节概述一、设计要求1．汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转，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第七章转向系设计汽车工程系第一节概述一、设计要求操纵轻便性评价指标指标车型切向力N转向盘半程转动圈数没有动力转向时50～100行驶中的轿车有动力转向时20～502．0没有动力转向时≤250货车以va=10km/h进入R=12m圆周行驶有动力转向时≤1203．0第七章转向系设计汽车工程系第一节概述二、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直拉杆转向梯形第七章转向系设计汽车工程系第一节概述三、分类1.转向器转向器机械转向器动力转向齿轮齿条式循环球式蜗杆滚轮式蜗杆指销式液压式气压式电动式滑阀式转阀式转向传动轴助力齿条助力主动齿轮助力第七章转向系设计汽车工程系第一节概述三、分类2.转向梯形断开式非断开式第七章转向系设计汽车工程系第二节机械式转向器方案分析一、机械式转向器方案分析蜗杆指销式形式特点齿轮齿条式循环球式蜗杆滚轮式死销旋转销正效率η+高(90%)高(75%～85%)低低较高逆效率η-高(60%～70%)高低较高较高iw可变可变不可变可变可变第七章转向系设计汽车工程系第二节机械式转向器方案分析一、机械式转向器方案分析**壳体用铝合金蜗杆指销式形式特点齿轮齿条式循环球式蜗杆滚轮式死销旋转销磨损慢慢慢快慢调整间隙容易容易困难容易容易工作可靠性可靠可靠可靠较差较差结构简单复杂简单简单较复杂制造工艺容易困难容易容易容易制造精度不高高不高双销变速比时要求高用做整体式动力转向可以可以困难困难困难质量轻**居中居中单销轻、双销重车轮转角大小小小小第七章转向系设计汽车工程系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.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第七章转向系设计汽车工程系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.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形式特点中间输入两端输出侧面输入两端输出侧面输入中间输出侧面输入一端输出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转向器壳体强度大大小大满足总布置要求不好较好较好应用平头车第七章转向系设计汽车工程系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.齿轮齿条式转向器2）齿条断面形状形状特点圆形V形Y形备注制造工艺简单复杂复杂材料消耗多少少约少20%质量大小小强度小小大∵Y形齿宽宽齿条自转能不能不能第七章转向系设计汽车工程系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.齿轮齿条式转向器3）齿轮齿条式转向器的布置形式(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,后置梯形第七章转向系设计汽车工程系第二节机械式转向器方案分析二、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）。第七章转向系设计汽车工程系第二节机械式转向器方案分析二、防伤安全机构方案分析1、法规要求1）汽车以48km/h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）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。第七章转向系设计汽车工程系第二节机械式转向器方案分析二、防伤安全机构方案分析防伤转向轴万向节联接叉安全联轴套管弹性联轴器吸能转向管柱方案特点结构简单简单简单简单复杂吸能不能不能能能能零件受载大小大大大制造工艺简单简单简单简单复杂制造精度不高不高不高不高高工作可靠性可靠可靠可靠可靠可靠撞后实现转向能不能能不能能第七章转向系设计汽车工程系第三节转向系主要性能参数一、转向器的效率1.定义η+=（P1-P2）/P1η-=（P3-P2）/P3P1—作用在转向轴上的功率P2—转向器中的磨檫功率P3—作用在转向摇臂轴上的功率第七章转向系设计汽车工程系第三节转向系主要性能参数一、转向器的效率2.正效率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、磨擦角等；制造与装配质量。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75—85%蜗杆指销式固定销55%旋转销75%蜗杆滚轮式针55%锥70%珠75%η+第七章转向系设计汽车工程系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+α0为蜗杆（或螺杆）的螺线导程角；ρ为摩擦角，ρ=tg-1f；f为摩擦因数。当滚道表面良好，表面硬度为58HRC以上时，ρ=19’分析上式可知：①η+与α0、ρ有关②α0↑，则η+↑③α070以后，η+↑缓慢)(00tgtg第七章转向系设计汽车工程系第三节转向系主要性能参数一、转向器的效率3.逆效率η-η-的种类可逆式：易打手，回正性能好不可逆式：转向零件受载大，无路感，不能回正极限可逆式：回正性能、路感、转向系零件受载等均居中转向器结构参数与η-分析上式可知：①η-与α0、ρ有关②α0↑，则η-↑，且在α0=80～100以后增加速度大于η+增加速度。∴α0不宜大于80～100③α0ρ时，则得-η-说明不可逆00)(tgtg第七章转向系设计汽车工程系第三节转向系主要性能参数二、传动比的变化特性1.转向系传动比转向系传动比转向系力传动比转向系角传动比转向器角传动比转向传动机构角传动比hwpFFi2kkkw0dddtddtdipppwdddtddtdikpkpkpdddtddtdi第七章转向系设计汽车工程系第三节转向系主要性能参数二、传动比的变化特性2.力传动比与转向系角传动比的关系aTFrwswnhDTF2aTDTihswrp02iddTTkhr又aDiiswp20第七章转向系设计汽车工程系第三节转向系主要性能参数二、传动比的变化特性2.力传动比与转向系角传动比的关系①a↑则ip↓，∴转向沉重，为此应减少a轿车（0.4～0.6）BB—轮胎胎面宽度货车40～60㎜②∵Dsw与a均为定值,∴ip仅与iw0呈正比变化第七章转向系设计汽车工程系第三节转向系主要性能参数二、传动比的变化特性3.转向系角传动比①a↑则ip↓，∴转向沉重，为此应减少a轿车（0.4～0.6）BB—轮胎胎面宽度货车40～60㎜②∵Dsw与a均为定值,∴ip仅与iw0呈正比变化0'iddiiK112'llddiKP又ii0第七章转向系设计汽车工程系第三节转向系主要性能参数二、传动比的变化特性4.转向器角传动比及其变化规律（1）分析式可知：↑iw0（iw）即↑由可知Fh↓,转向“轻便”。（2）∵，∴dβk与iw0（iw）成反比，转向“不灵”解决“轻”与“灵”的矛盾，可以采用变速比转向器。aDiiswp20hWpFFi2Kddi0第七章转向系设计汽车工程系第三节转向系主要性能参数二、传动比的变化特性4.转向器角传动比及其变化规律齿轮齿条式转向器变速比工作原理如下：一对相互啮合齿轮的基本条件是基圆齿距相等，即：其中齿轮基圆齿距齿条基圆齿距当齿轮用标准模数m1和压力角α1，而齿条用非标准的模数和压力角m2和α2，并始终保持两者便可以啮合运转21bbPP111cosmPb222cosmPb2211coscosmm第七章转向系设计汽车工程系第三节转向系主要性能参数二、传动比的变化特性4.转向器角传动比及其变化规律齿轮齿条式转向器变速比工作原理如下：当齿条中部α2的为最大向两端逐渐减小时，则齿条中部的m2也应当大于两端处齿的m2。α2大时，齿槽上宽下窄，节圆半径R1也大，反之亦反之。第七章转向系设计汽车工程系第三节转向系主要性能参数二、传动比的变化特性4.转向器角传动比及其变化规律齿轮齿条式转向器变速比工作原理如下：转向盘转dφ角，则齿条移动距离分别为：速比变化特性：α2变化范围120～350dRdSdRdS221121dSdS第七章转向系设计汽车工程系第三节转向系主要性能参数二、传动比的变化特性5.转向器角传动比变化规律的选择1）前轴负荷小或装有动力转向的汽车转向轻便性好，上述两种汽车应以解决汽车有良好的机动性为主，即应取用较小的iw以减少转向盘总转动圈数。2）转向轴负荷大（20～40KN）、未装动力转向的汽车，应以解决轻便性为主要矛盾。∵Tr与βk成正比变化，∴急转弯时的轻便性问题更突出，∴应选中间位置处iw小，两端位置处选用iw应大些的变化特性。第七章转向系设计汽车工程系第三节转向系主要性能参数二、传动比的变化特性6.iwmin的确定∵iw增大以后，转向器输出的力F↑，相对降低了转向传动装置刚度，∴希望iw取小些。当iwmin过于小时，带来如下问题：1）对φ的变化特敏感，驾驶员难于准确控制汽车方向高速转弯行驶容易发生交通事故。2）坏路上行驶反冲效应增大经验与建议：iwmin不低于15～16第七章转向系设计汽车工程系第三节转向系主要性能参数二、传动比的变化特性7.iwmax的确定iwmax过大带来下述问题：1）转向传动装置刚度、强度不足；2）转向器尺寸大、质量↑，在汽车上难于布置；3）转向盘转动圈数n↑。建议iwmax33第七章转向系设计汽车工程系第三节转向系主要性能参数三、转向器传动副的传动间隙△t1．转向器传动间隙特性各式转向器的传动副，如：齿轮齿条式转向器的齿轮与齿条传动副；循环球式转向器的齿扇与齿条传动副；曲柄指销式转向器的指销与蜗杆传动副等之间的间隙随转向盘转角的变化而变化，并称之为转向器传动副传动间隙特性。当各处△t=0时，寿命短当各处△t≠0时，车轮会偏离行驶位置。理想的传动间隙应当满足下述条件：于直线行驶位置处△t=0离开直线行驶位置处△t≠0，且逐渐增大第七章转向系设计汽车工程系第三节转向系主要性能参数三、转向器传动副的传动间隙△t1．转向器传动间隙特性曲线1—新的调整正常的间隙特性曲线2—使用磨损后的间隙特性曲线3—重新调整后的间隙特性第七章转向系设计汽车工程系第三节转向系主要性能参数三、转向器传动副的传动间隙△t2．如何获得传动间隙特性（1）循环球齿条齿扇式①偏心法特点：齿条的齿槽等宽；齿扇的齿变厚，且中间齿厚为正常齿，两侧齿齿厚依次减薄。若O1与O重合加工后齿扇各齿齿厚相同若O1与O不重合存在偏心距n，则各齿齿厚不同。第七章转向系设计汽车工程系第三节转向系主要性能参数三、转向器传动副的传动间隙△t2．如何获得传动间隙特性（1）循环球齿条齿扇式——