第一节概述
转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。
机械转向系依靠驾驶员的手力转动转向盘，经转向器和转向传动机构使转向轮偏转。有些汽车还装有防伤机构和转向减振器。采用动力转向的汽车还装有动力系统，并借助此系统来减轻驾驶员的手力。
对转向系提出的要求有：
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。不满足这项要求会加速轮胎磨损，并降低汽车的行驶稳定性。
2）汽车转向行驶后，在驾驶员松开转向盘的条件下，转向轮能自动返回到直线行驶位置，并稳定行驶。
3）汽车在任何行驶状态下,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装置共同工作时，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）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，保证转向盘与转向轮转动方向一致。
正确设计转向梯形机构，可以使第一项要求得到保证。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.为了使汽车具有良好的机动性能,必须使转向轮有尽可能大的转角,并要达到按前外轮车轮轨迹计算，其最小转弯半径能达到汽车轴距的2～2．5倍.通常用转向时驾驶员作用·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。没有装置动力转向的轿车，在行驶中转向,此力应为50—100N；有动力转向时，此力在20—50N.当货车从直线行驶状态,以10km／h速度在柏油或水泥的水平路段上转入沿半径为12m的圆周行驶，且路面干燥，若转向系内没有装动力转向器,上述切向力不得超过250N;有动力转向器时，不得超过120N。轿车转向盘从中间位置转到每一端的圈数不得超过2．0圈，货车则要求不超过3．0圈。·
近年来，电动、电控动力转向器已得到较快发展，不久的将来可以转入商品装车使用。电控动力转向可以实现在各种行驶条件下转动转向盘的力都轻便。
第二节 转向系主要性能参数
一、转向器的效率
功率P 1从转向轴输入,经转向摇臂轴输出所求得的效率称为正效率，用符号
η+表示,η+=(P 1-P 2）／P l ;反之称为逆效率，用符号η-表示,η— =(P 3—P 2）／P 3.式中，P 2为转向器中的摩擦功率；P 3为作用在转向摇臂轴上的功率。为了保证转向时驾驶员转动转向盘轻便,要求正效率高。为了保证汽车转向后转向轮和转向盘能自动返回到直线行驶位置,又需要有一定的逆效率。为了减轻在不平路面上行驶时驾驶员的疲劳，车轮与路面之间的作用力传至转向盘上要尽可能小，防止打手又要求此逆效率尽可能低。
1．转向器的正效率η+
影响转向器正效率的因素有：转向器的类型、结构特点、结构参数和制造质量等.
(1）转向器类型、结构特点与效率 在前述四种转向器中，齿轮齿条式、循环球式转向器的正效率比较高，而蜗杆指销式特别是固定销和蜗杆滚轮式转向器的正效率要明显的低些。
同一类型转向器,因结构不同效率也不一样.如蜗杆滚轮式转向器的滚轮与支持轴之间的轴承可以选用滚针轴承、圆锥滚子轴承和球轴承等三种结构之一。第一种结构除滚轮与滚针之间有摩擦损失外，滚轮侧翼与垫片之间还存在滑动摩擦损失，故这种转向器的效率ly+仅有54％。另外两种结构的转向器效率,根据试验结果分别为70%和75%.
转向摇臂轴轴承的形式对效率也有影响，用滚针轴承比用滑动轴承可使正或逆效率提高约10％。
(2）转向器的结构参数与效率 如果忽略轴承和其它地方的摩擦损失,只考虑啮合副的摩擦损失,对于蜗杆和螺杆类转向器,其效率可用下式计算
)
tan(tan 00ρααη+=+ (7-—1） 式中，αo 为蜗杆(或螺杆)的螺线导程角；ρ为摩擦角,ρ=arctanf ；f 为摩擦因数。
2．转向器逆效率η-
根据逆效率大小不同，转向器又有可逆式、极限可逆式和不可逆式之分.
路面作用在车轮上的力，经过转向系可大部分传递到转向盘,这种逆效率较高的转向器属于可逆式。它能保证转向后,转向轮和转向盘自动回正。这既减轻了驾驶员的疲劳，又提高了行驶安全性。但是，在不平路面上行驶时，车轮受到的冲击力，能大部分传至转向盘，造成驾驶员“打手”，使之精神状态紧张，如果长时间在不平路面上行驶，易使驾驶员疲劳，影响安全驾驶。属于可逆式的转向器有齿轮齿条式和循环球式转向器.
不可逆式转向器，是指车轮受到的冲击力不能传到转向盘的转向器。该冲击力由转向传动机构的零件承受，因而这些零件容易损坏.同时，它既不能保证车轮自动回正，驾驶员又
缺乏路面感觉；因此，现代汽车不采用这种转向器。
极限可逆式转向器介于上述两者之间.在车轮受到冲击力作用时,此力只有较小一部分传至转向盘。它的逆效率较低，在不平路面上行驶时，驾驶员并不十分紧张，同时转向传动机构的零件所承受的冲击力也比不可逆式转向器要小。
如果忽略轴承和其它地方的摩擦损失，只考虑啮合副的摩擦损失，则逆效率可用下式计算
0tan tan αραη）（-=
- (7—2） 式(7—1）和式（7—2)表明：增加导程角αo ，正、逆效率均增大。受η—增大的影响，αo 不宜取得过大.当导程角小于或等于摩擦角时，逆效率为负值或者为零，此时表明该转向器是不可逆式转向器。为此，导程角必须大于摩擦角。通常螺线导程角选在8°～10°之间。
二、传动比的变化特性
1．转向系传动比
转向系的传动比包括转向系的角传动比wo i 和转向系的力传动比p i
从轮胎接地面中心作用在两个转向轮上的合力2Fw 与作用在转向盘上的手力Fh 之比，称为力传动比，即 ip=2Fw ／Fh 。
转向盘转动角速度 ωw 与同侧转向节偏转角速度 ωk 之比，称为转向系角传动比wo i ，即;k
k k w wo d d dt d dt d i βϕβϕωω===式中，d φ 为转向盘转角增量；d βk 为转向节转角增量;dt 为时间增量。它又由转向器角传动比iw 和转向传动机构角传动比iw ′ 所组成，即 iwo=iw iw ′ 。
转向盘角速度ωw 与摇臂轴转动角速度ωK 之比，称为转向器角传动比iw ′, 即
p
p p w w d d dt d dt d i βϕβϕωω===. 式中，d βp 为摇臂轴转角增量。此定义适用于除齿轮齿条式之外的转向器.
摇臂轴转动角速度ωp 与同侧转向节偏转角速度ωk 之比，称为转向传动机构的角传动比iw ′，即k
k k p k p w d d dt d dt d i ββββωω===’。 2．力传动比与转向系角传动比的关系
轮胎与地面之间的转向阻力Fw 和作用在转向节上的转向阻力矩 Mr 之间有如下关系
a
M F r W = （7—3）
式中，α为主销偏移距,指从转向节主销轴线的延长线与支承平面的交点至车轮中心平面与支承平面交线间的距离。
作用在转向盘上的手力Fh 可用下式表示
SW
h h D M F 2= （7—4) 式中，Mh 为作用在转向盘上的力矩；Dsw 为转向盘直径.
将式（7—3）、式(7—4)代入 ip=2Fw ／Fh 后得到
a
M D M i h sw r P = (7—5） 分析式(7—5）可知，当主销偏移距a 小时，力传动比 ip 应取大些才能保证转向轻便.通常轿车的 a 值在0．4～0．6倍轮胎的胎面宽度尺寸范围内选取，而货车的d 值在40～60mm 范围内选取.转向盘直径 Dsw 根据车型不同在JB4505—86转向盘尺寸标准中规定的系列内选取。
如果忽略摩擦损失，根据能量守恒原理，2Mr ／Mh 可用下式表示
wo k
h r i d d M M ==βϕ2 （7—6) 将式(7—6）代人式(7-5）后得到
a
D i i sw wo P 2= （7-7） 当 α 和 Dsw 不变时,力传动比 ip 越大，虽然转向越轻，但 iwo 也越大,表明转向不灵敏。
3．转向系的角传动比iwo
转向传动机构角传动比，除用 iw ′=d βp ／d βk 表示以外，还可以近似地用转向节臂臂长L 2与摇臂臂长L l 之比来表示，即 iw ′=d βp ／d βk i ≈L 2／L l 。现代汽车结构中,L 2与L 1的比值大约在0．85～1．1之间，可近似认为其比值为 iwo ≈iw=d φ／d β 。由此可见，研究转向系的传动比特性，只需研究转向器的角传动比 iw 及其变化规律即可.
4．转向器角传动比及其变化规律
式(7-7)表明:增大角传动比可以增加力传动比。从 ip=2Fw ／Fh 式可知，当Fw 一定时，增大ip 能减小作用在转向盘上的手力Fh ，使操纵轻便。
考虑到 iwo ≈iw ，由 iwo 的定义可知：对于一定的转向盘角速度，转向轮偏转角速度与转向器角传动比成反比.角传动比增加后，转向轮偏转角速度对转向盘角速度的响应变得迟钝，使转向操纵时间增长，汽车转向灵敏性降低，所以“轻”和“灵”构成一对矛盾.为解决这对矛盾，可采用变速比转向器。
齿轮齿条式、循环球式、蜗杆指销式转向器都可以制成变速比转向器。下面介绍齿轮齿条式转向器变速比工作原理。
根据相互啮合齿轮的基圆齿距必须相等，即 P bl=P b2。其中齿轮基圆齿距P bl=πm l cosα1，齿条基圆齿距 P b2=πm2cosα2。由上述两式可知:当齿轮具有标准模数m1和标准压力角α1与一个具有变模数m2、变压力角α2的齿条相啮合，并始终保持 m1cosoαl=m2cosoα2时,它们就可以啮合运转。如果齿条中部（相当汽车直线行驶位置）齿的压力角最大,向两端逐渐减小(模数也随之减小），则主动齿轮啮合半径也减小，致使转向盘每转动某同一角度时,齿条行程也随之减小.因此，转向器的传动比是变化的。图7—14是根据上述原理设计的齿轮齿条式转向器齿条压力角变化示例。从图中可以看到，位于齿条中部位置处的齿有较大压力角和齿轮有较大的节圆半径，而齿条齿有宽的齿根和浅斜的齿侧面；位于齿条两端的齿，齿根减薄，齿有陡斜的齿侧面。
循环球齿条齿扇式转向器的角传动比 iw=2πr／P (式7—13）。因结构原因,螺距 P 不能变化,但可以用改变齿扇啮合半径 r 的方法，达到使循环球齿条齿扇式转向器实现变速比的目的。
随转向盘转角变化,转向器角传动比可以设计成减小、增大或保持不变的。影响选取角传动比变化规律的因素，主要是转向轴负荷大小和对汽车机动能力的要求。若转向轴负荷小，在转向盘全转角范围内，驾驶员不存在转向沉重问题。装用动力转向的汽车，因转向阻力矩由动力装置克服，所以在上述两种情况下，均应取较小的转向器角传动比并能减少转向
盘转动的总圈数,以提高汽车的机动能力。
转向轴负荷大又没有装动力转向的汽车，因转向阻力矩大致与‘车轮偏转角度大小成正比变化，汽车低速急转弯行驶时的操纵轻便性问题突出,故应选用大些的转向器角传动比。汽车以较高车速转向行驶时，转向轮转角较小，转向阻力矩也小,此时要求转向轮反应灵敏,转向器角传动比应当小些。因此，转向器角传动比变化曲线应选用大致呈中间小两端大些的
下凹形曲线，如图7—15所示.
转向盘在中间位置的转向器角传动比不宜过小。过小则在汽车高速直线行驶时，对转向盘转角过分敏感和使反冲效应加大，使驾驶员精确控制转向轮的运动有困难.直行位置的转向器角传动比不宜低于15～16。
三、转向器传动副的传动间隙Δt
1．转向器传动间隙特性
传动间隙是指各种转向器中传动副(如循环球式转向器的齿扇和齿条)之间的间隙.该间隙随转向盘转角φ的大小不同而改变，并把这种变化关系称为转向器传动副传动间隙特性(图7—16）。研究该特性的意义在于它与直线行驶的稳定性和转向器的使用寿命有关。
直线行驶时，转向器传动副若存在传动间隙，一旦转向轮受到侧向力作用，就能在间隙Δt的范围内，允许车轮偏离原行驶位置，使汽车失去稳定.为防止出现这种情况，要求传动副的传动间隙在转向盘处于中间及其附近位置时(一般是10°～15°)要极小，最好无间隙。
转向器传动副在中间及其附近位置因使用频繁，磨损速度要比两端快.在中间附近位置因磨损造成的间隙大到无法确保直线行驶的稳定性时，必须经调整消除该处间隙。调整后，要求转向盘能圆滑地从中间位置转到两端,而无卡住现象.为此，传动副的传动间隙特性，应当设计成在离开中间位置以后呈图7—16所示的逐渐加大的形状。图中曲线1表明转向器在磨损前的间隙变化特性，曲线2表明使用并磨损后的间隙变化特性，并且在中间位置处已出现较大间隙，曲线3表明调整后并消除中间位置处间隙的转向器传动间隙变化特性。
2．如何获得传动间隙特性
循环球式转向器的齿条齿扇传动副的传动间隙特性，可通过将齿扇齿做成不同厚度来获取必要的传动间隙。即将中间齿设计成正常齿厚,从靠近中间齿的两侧齿到离开中间齿最远的齿，其厚度依次递减。
如图7—17所示，齿扇工作时绕摇臂轴的轴线中心O 转动.加工齿扇时使之绕切齿轴线O 1转动.两轴线之间的距离n 称为偏心距。用这种方法切齿，可获得厚度不同的齿扇齿.其传动特性可用下式计算
[]22122cos cos tan 2n R n n R t p p d -+--=∆ββα (7-8) 式中,αd 为端面压力角；R 为节圆半径;βp 为摇臂轴转角；R 1为中心O 1到b 点的距离;n 为偏心距.
偏心距n 不同，传动副的传动间隙特性也不同.图7—18示出偏心距n 不同时的传动间隙变化特性。n 越大,在同一摇臂轴转角条件下，其传动间隙也越大。一般偏心距n 取0．5mm 左右为宜。
第四节 机械式转向器的设计与计算
一、转向系计算载荷的确定
为了保证行驶安全，组成转向系的各零件应有足够的强度。欲验算转向系零件的强度，需首先确定作用在各零件上的力。影响这些力的主要因素有转向轴的负荷、路面阻力和轮胎气压等。为转动转向轮要克服的阻力,包括转向轮绕主销转动的阻力、车轮稳定阻力、轮胎变形阻力和转向系中的内摩擦阻力等。
精确地计算出这些力是困难的。为此推荐用足够精确的半经验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Mn(N ·mm ）
p G f M R 313
= （7—9） 式中，f 为轮胎和路面间的滑动摩擦因数，一般取0．7;Gl 为转向轴负荷（N ）；p 为轮胎气
压（MPa ）。 作用在转向盘上的手力为
+
=ηw SW R h i D L M L F 212 （7—10） 式中，L l 为转向摇臂长；L 2为转向节臂长；Dsw 为转向盘直径；iw 为转向器角传动比； η+为转向器正效率。
对给定的汽车，用式（7-10)计算出来的作用力是最大值。因此，可以用此值作为计算载荷。然而，对于前轴负荷大的重型货车，用上式计算的力往往超过驾驶员生理上的可能,在此情况下对转向器和动力转向器动力缸以前零件的计算载荷，应取驾驶员作用在转向盘轮缘上的最大瞬时力,此力为700N 。
二、齿轮齿条式转向器的设计
齿轮齿条式转向器的齿轮多数采用斜齿圆柱齿轮。齿轮模数取值范围多在2～3mm 之间。主动小齿轮齿数多数在5—7个齿范围变化，压力角取20°，齿轮螺旋角取值范围多为9°～15°。齿条齿数应根据转向轮达到最大偏转角时,相应的齿条移动行程应达到的值来确定。变速比的齿条压力角,对现有结构在12°一35°范围内变化。此外，设计时应验算齿轮的抗弯强度和接触强度。
主动小齿轮选用16MnCr5或15CrNi6材料制造,而齿条常采用45钢制造。为减轻质量，壳体用铝合金压铸。
三、循环球式转向器设计
（一)主要尺寸参数的选择
1．螺杆、钢球、螺母传动副
（1）钢球中心距D 、螺杆外径D ，、螺母内径D 2 尺寸D 、D l 、D 2如图7—19所示.钢球中
心距是基本尺寸,螺杆外径D 1、螺母内径D 2及钢球直径d 对确定钢球中心距D 的大小有影响,而D 又对转向器结构尺寸和强度有影响。在保证足够的强度条件下，尽可能将D 值取小些。选取D 值的规律是随着扇齿模数的增大，钢球中心距D 也相应增加(表7—1）.设计时先参考同类型汽车的参数进行初选，经强度验算后，再进行修正。螺杆外径D l 通常在20～38mm 范围内变化，设计时应根据转向轴负荷的不同来选定。螺母内径D 2应大于D l ，一般要求D 2—D l = （5%～10％）D 。
2）钢球直径d 及数量n 钢球直径尺寸d 取得大，能提高承载能力,同时螺杆和螺母传动机构和转向器的尺寸也随之增大。钢球直径应符合国家标准，一般常在7～9mm 范围内选用（表7—1）.
增加钢球数量n ，能提高承载能力，但使钢球流动性变坏,从而使传动效率降低。因为钢球本身有误差，所以共同参加工作的钢球数量并不是全部钢球数。经验证明，每个环路中的钢球数以不超过60粒为好。为保证尽可能多的钢球都承载，应分组装配。每个环路中的钢球数可用下式计算
d
DW d DW n παπ≈=0cos 式中，D 为钢球中心距；W 为一个环路中的钢球工作圈数；n 为不包括环流导管中的钢球数；α0为螺线导程角，常取α0=5°~8°，则cos α0≈1。
（3)滚道截面 当螺杆和螺母各由两条圆弧组成，形成四段圆弧滚道截面时，见图7-20，钢球与滚道有四点接触，传动时轴向间隙最小，可满足转向盘自由行程小的要求。图中滚道与钢球之间的间隙，除用来贮存润滑油之外,还能贮存磨损杂质。为了减少摩擦，螺杆和螺母沟槽的半径R 2应大于钢球半径d/2，一般取R 2 =（0．51～0．53)d 。
(4)接触角θ 钢球与螺杆滚道接触点的正压力方向与螺杆滚道法面轴线间的夹角称为接触角θ，如图7—20所示。θ角多取为45°，以使轴向力和径向力分配均匀.
(5）螺距P 和螺旋线导程角αo 转向盘转动φ角，对应螺母移动的距离S 为
π
ϕ2P S =
（7—11） 式中，P 为螺纹螺距.
与此同时，齿扇节圆转过的弧长等于s ，相应摇臂轴转过βp 角,其间关系可表示如下
r s p β= （7—12）
式中,r 为齿扇节圆半径。
联立式（7—11）、式(7—12）得P P
rr βπϕ2=
,将φ对βp ，求导得循环球式转向器角传动比iw 为 P
rr i w π2= (7—13) 由式（7—13）可知，螺距P 影响转向器角传动比的值。在螺距不变的条件下,钢球直径d 越大,图7—19中的尺寸b 越小，要求b=P —d ﹥2．5mm 。螺距P 一般在12～18mm 内选取。 前已述及导程角αo 对转向器传动效率有影响，此处不再赘述。
（6）工作钢球圈数W 多数情况下,转向器用两个环路，而每个环路的工作钢球圈数W 又与接触强度有关:增加工作钢球圈数,参加工作的钢球增多，能降低接触应力，提高承载能力;但钢球受力不均匀、螺杆增长而使刚度降低。工作钢球圈数有1．5和2．5圈两种.一个环路的工作钢球圈数的选取见表7—1。
表7-1 循环球式转向器主要参数
2．齿条、齿扇传动副设计
如图7-21所示,滚道相对齿扇作斜向进给运动加工齿扇齿，得到变厚齿扇。如图7—22所示,变厚齿扇的齿顶和齿根的轮廓面是圆锥的一部分，其分度圆上的齿厚是变化的，故称之为变厚齿扇.
图7—22中,若0—0截面的原始齿形变位系数ζ=0，且I-I剖面和Ⅱ—Ⅱ剖面分别位于0—0剖面两侧，则I—I剖面的齿轮是正变位齿轮, Ⅱ—Ⅱ剖面中的齿轮为负变位齿轮，故变厚齿扇在整个齿宽方向上，是由无数个原始齿形位移系数逐渐变化的圆柱齿轮所组成。
对齿轮来说,因为在不同位置的剖面中,其模数m不变,所以它的分度圆半径r和基圆半径r b相同.因此，变厚齿扇的分度圆和基圆均为一圆柱，它在不同剖面位置上的渐开线齿形，都是在同一个基圆柱上所展出的渐开线,只是其轮齿的渐开线齿形相对基圆的位置不同而已,所以应将其归人圆柱齿轮的范畴.
变厚齿扇齿形的计算,如图7-23所示.一般将中间剖面1—1规定为基准剖面.由1—1剖面向右时,变位系数ξ为正,向左则由正变为零(0—0剖面），再变为负。若0—0剖面距1-1剖面的距离为αo，则其值为αo=γ1m／tanγ，是切削角，常见的有6°30'和7°30，两种。在切削角γ一定的条件下，各剖面的变位系数ξ取决于距基准剖面1-1的距离a.
进行变厚齿扇齿形计算之前，必须确定的参数有：模数m，参考表7—2选取；法向压力角αo，一般在20°～30°之间；齿顶高系数x1，一般取0．8或1．0；径向间隙系数，取0．2；整圆齿数z，在12～15之间选取；齿扇宽度B，一般在22～38mm。
表7-2 循环球式转向器齿扇齿模数
齿扇齿模数m／mm3．03．54．04．55．06．06．5
轿车排量／mL
500
1000～
1800
1600～
2000
20002000
前轴负荷
／N
3500～
3800
4700～
7350
7000～
9000
8300～
11000
10000~11000
货车和大客车
前轴负荷
／N
3000～
5000
4500~
7500
5500～
18500
7000～
19500
9000～
24000
17000～
37000
23000～
44000最大装载质
量／kg
350100025002700350060008000
四、循环球式转向器零件强度计算 1．钢球与滚道之间的接触应力σ
用下式计算钢球与滚道之间的接触应力σ
32
22
223)()(r R r R E F k -=σ
式中，k 为系数,根据A ／B 值从表7-3查取，A= ［（1／r) —（1／R2）］/2， B=［(1／r) + (1／R 1）]／2；R 2为滚道截面半径；r 为钢球半径；R l 为螺杆外半径；E 为材料弹性模量，等于2．1X105
N ／mm2；F 3为钢球与螺杆之间的正压力,可用下式计算
θ
αcos cos 02
3n F F =
式中，αo 为螺杆螺线导程角；θ为接触角；n 为参与工作的钢球数;F 2为作用在螺杆上的轴向力，见图7-24.
当接触表面硬度为58—64HRC 时，许用接触应力 [σ]=2500N ／mm 2
。 表7-3 系数七与止／召的关系
2．齿的弯曲应力σw
用下式计算齿扇齿的弯曲应力 2
6bs
Fh
w =
σ 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[σw]=540N ／mm 2
。
螺杆和螺母用20CrMnTi 钢制造，表面渗碳。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. 此外,应根据材料力学提供的公式，对接触应力进行验算。 3．转向摇臂轴直径的确定 用下式计算确定摇臂轴直径d
2.0τR
KM d =
式中，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；τ.为扭转强度极限。
摇臂轴用20CrMnTi 钢制造，表面渗碳,渗碳层深度在0．8~1．2mm 。前轴负荷大的汽车，渗碳层深度为1．05~1．45mm 。表面硬度为58～63HRC.
汽车转向系统的设计
摘要 本设计课题为汽车前轮转向系统的设计，课题以机械式转向系统的齿轮齿条式转向器设计及校核、整体式转向梯形机构的设计及验算为中心。首先对汽车转向系进行概述，二是作设计前期数据准备，三是转向器形式的选择以及初定各个参数，四是对齿轮齿条式转向器的主要部件进行受力分析与数据校核，五是对整体式转向梯形机构的设计以及验算，并根据梯形数据对转向传动机构作尺寸设计。 在转向梯形机构设计方面。运用了优化计算工具Matlab进行设计及验算。Matlab 强大的计算功能以及简单的程序语法，使设计在参数变更时得到快捷而可靠的数据分析和直观的二维曲线图。最后设计中运用AutoCAD和CATIA作出齿轮齿条式转向器的零件图以及装配图。 关键词：转向机构，齿轮齿条，整体式转向梯形，Matlab梯形
Abstract The title of this topic is the design of steering system. Rack and pinion steering of Mechanical steering system and integrated Steering trapezoid mechanism gear to the design as the center. Firstly make an overview of the Steering System.Secondly take a preparation of the data of the design. Thirdly, make a choice of the steering form and determine the primary parameters and design the structure of Rack and pinion steering. Fourthly, Stress analysis and data checking of the Rack and pinion steering. Fifthly, design of Steering trapezoid mechanism, according to the trapezoidal data make an analysis and design of Steering linkage. In the design of integrated Steering trapezoid mechanism the computational tools Matlab had been used to Design and Checking of the data. The powerful computing and Intuitive charts of the Matlab can give us Accurate and quickly data. In the end AutoCAD and CATIA were used to make a rack and pinion steering parts diagrams and assembly drawings Keywords: Steering system，Mechanical Type Steering Gear and Gear Rack， Integrated Steering trapezoid，Matlab Trapezoid
转向系统是指汽车发动机在行驶过程中需要改变行驶方向时所需的一组组件。它们通过操作转向盘传达驾驶员的指令，最终控制车辆的前轮转向，实现车辆的转向动作。转向系统是汽车安全性能的重要组成部分，也直接关系到车辆的操控性能和舒适性。本文将从转向系统的功能、类型及结构组成三个方面进行详细介绍。 一、转向系统的功能 1.1 控制车辆的转向方向 转向系统的基本功能是控制车辆的转向方向。当驾驶员通过转向盘给出转向指令时，转向系统通过一系列的传动装置将指令传达至车辆的前轮，使车辆朝着期望的方向行驶。 1.2 提供操控感和舒适性 除了控制转向方向外，转向系统还需要具备良好的操控感和舒适性。良好的操控感能够让驾驶员清晰地感受到车辆的操控状态，从而更加精准地控制车辆的转向动作；而舒适性则能够减轻驾驶员在转向时的劳累感，提高驾驶的舒适性和安全性。 1.3 实现转向辅助功能
随着科技的发展，现代车辆的转向系统还可以实现一系列辅助功能， 比如车道保持辅助、车辆稳定控制、自动泊车等。这些功能不仅提升 了驾驶的便利性，也增强了车辆的安全性能。 二、转向系统的类型 2.1 传统液压助力转向系统 传统液压助力转向系统是目前应用最为广泛的转向系统类型。它通过 液压装置辅助驾驶员转动转向盘，从而降低了操纵转向盘的力度，提 高了操控感和舒适性。 2.2 电动助力转向系统 电动助力转向系统是近年来新兴的一种转向系统类型。它通过电动机 来辅助操控车辆的转向，相比传统液压助力转向系统，电动助力转向 系统具有更高的能效和精准度，同时还能够实现更多的辅助功能。 2.3 无助力转向系统 无助力转向系统是一种不需要任何辅助设备来帮助驾驶员操控转向的 系统。它主要应用在一些特殊的车辆上，比如赛车或者某些工程车辆，由于其操控要求更高，因此需要取消助力装置。
汽车转向系统毕业论文 汽车转向系统毕业论文 引言 汽车是现代社会的重要交通工具之一，而转向系统是汽车安全行驶的关键组成部分。本篇论文旨在探讨汽车转向系统的原理、技术和发展趋势，以及对汽车行驶安全和驾驶体验的影响。 一、汽车转向系统的原理 汽车转向系统的原理是通过操纵方向盘，使车轮产生旋转，从而改变车辆的行驶方向。常见的转向系统包括机械转向系统、液压转向系统和电动转向系统。 1. 机械转向系统 机械转向系统是最早应用于汽车的转向系统，其原理是通过连接方向盘和车轮的机械传动装置，使车轮产生转向。然而，机械转向系统存在传动效率低、操控力度大等问题，逐渐被其他转向系统所替代。 2. 液压转向系统 液压转向系统利用液压力来辅助转向，通过液压泵将液压油送至液压缸，从而产生转向力。液压转向系统具有操控力度小、转向灵活等优点，广泛应用于大多数汽车中。 3. 电动转向系统 电动转向系统是近年来发展起来的一种新型转向系统，其原理是通过电机产生转向力，将转向助力传递给车轮。相比于传统的机械和液压转向系统，电动转向系统具有响应速度快、能耗低等优势，被越来越多的汽车制造商采用。二、汽车转向系统的技术发展
随着科技的不断进步，汽车转向系统也在不断发展和创新。以下是几个目前较为热门的技术发展趋势。 1. 可变转向比系统 可变转向比系统是一种能够根据车速和转向角度自动调整转向比的技术。在低速行驶时，转向比较大，可以提供更好的操控性和转向灵活性；而在高速行驶时，转向比较小，可以提供更好的稳定性和安全性。 2. 主动转向系统 主动转向系统是一种能够根据车辆行驶状态主动调整车轮转向角度的技术。通过感知车辆的速度、转向角度和路面状况等信息，主动转向系统可以实时调整车轮的转向角度，提供更好的操控性和驾驶体验。 3. 电子稳定控制系统 电子稳定控制系统是一种能够通过感知车辆的横向加速度、转向角度和车轮滑动等信息，实时调整车辆的转向力和制动力，提高车辆的稳定性和安全性的技术。该技术在紧急情况下可以自动干预车辆的转向和制动，避免失控和侧翻等意外事故的发生。 三、汽车转向系统对行驶安全和驾驶体验的影响 汽车转向系统的性能对行驶安全和驾驶体验有着重要影响。 1. 行驶安全 优秀的转向系统可以提供良好的操控性和稳定性，使驾驶员能够更好地掌控车辆。例如，电子稳定控制系统可以通过主动干预车辆的转向和制动，提高车辆在紧急情况下的稳定性和操控性，减少事故的发生。 2. 驾驶体验
汽车电动助力转向系统设计毕业论文 本章主要介绍汽车电动助力转向系统设计的 背景和意义，以及论文的目的和结构安排。 汽车转向系统是车辆控制的重要组成部分，它直接影响着驾驶 员的操控感受和行车安全性。随着科技的发展，传统的液压助力转 向系统逐渐被电动助力转向系统所取代。电动助力转向系统通过电 力传动装置提供操控力，相较于液压助力转向系统具有更高的效率、更好的节能性和可靠性。 本文的目的是设计一种可靠、高效的汽车电动助力转向系统。 在研究的基础上，将重点关注系统的结构设计、控制算法优化、故 障诊断等方面。通过对系统的设计和优化，可以提高汽车的操控性 和安全性。 本文结构安排如下：第二章将介绍汽车电动助力转向系统的背 景与发展；第三章将详细阐述系统的设计原理与结构；第四章将重 点探讨控制算法的优化与实现；第五章将研究系统的故障诊断方法 与技术；最后，第六章将总结全文，并提出进一步研究的展望。 通过本文的研究和实践，相信可以为汽车电动助力转向系统的 设计与优化提供一定的参考和借鉴，推动汽车技术的发展与进步。
在这一部分，我们将对汽车电动助力转向系 统设计相关的文献进行综述。我们将总结已有的研究成果，以及当前存在的问题。 具体内容} 本文详细介绍了汽车电动助力转向系统设计 的方法和步骤，涵盖了传感器选择、电机控制、系统优化等方面。 传感器选择 在汽车电动助力转向系统设计中，选择合适的传感器是至关重 要的。传感器可以检测车轮的转向角度、转向速度以及转向力等参数，为后续的电机控制提供必要的数据支持。常见的传感器包括转 向角度传感器、转向速度传感器和转向力传感器。在选择传感器时，需考虑其精度、响应速度和可靠性等因素，并确保其能与电机控制系统良好地配合。 电机控制 在汽车电动助力转向系统中，电机控制是实现转向功能的核心 部分。电机控制系统通过接收传感器提供的数据，计算并控制电机
转向系统设计说明书 转向系统设计说明书 一、需求分析 1.1系统简介 本转向系统设计是为汽车制造企业设计的一款新型转向系统，包括方向盘、转向齿轮、转向杆等组件，用于汽车转向操作。 1.2系统功能 本系统主要实现以下功能： （1）实现车辆转向操作； （2）提供灵敏度和舒适性，使驾驶员可以轻松驾驶； （3）确保车辆转向时的安全性。 1.3使用环境 本系统主要用于汽车行驶时的转向操作，适用于各类车辆，包括小汽车、大型客车、货车、越野车等。
1.4系统需求 （1）具有可靠性和耐用性； （2）转向灵敏度高，操控舒适； （3）保证转向操作安全； （4）可适应各种驾驶员的需求。 二、系统设计 2.1系统架构 本转向系统采用传统的齿轮传动转向系统。主要包括方向盘、转向齿轮、转向杆等组件，在行驶过程中通过变换转向齿轮的位置，控制车轮的转向。 2.2系统组成 本转向系统包括以下组件： （1）方向盘：由驾驶员操控，控制转向的方向。 （2）转向齿轮：连接车轮的转向轴，通过旋转控制车轮角度，实现左右转向操作。
（3）转向杆：将方向盘的旋转运动转换成转向齿轮的轴向运动。 （4）轴承：用于支撑转向齿轮，使其顺畅运转。 2.3系统工作原理 当驾驶员通过方向盘控制转向时，方向盘传递力量到转向齿轮上，通过转向齿轮转动和转向杆的传动作用，使车轮转向。其中，转向齿 轮是通过齿轮副传动，将方向盘的旋转运动转换成轴向运动，控制车 轮的转向角度。 2.4系统性能 （1）灵敏度：驾驶员控制方向盘时，系统应能快速反应，确保车 辆转向灵敏。 （2）舒适性：转向时不应有任何异响或抖动感，使驾驶员的操控 更加舒适。 （3）可靠性：系统应具有较高的可靠性和耐久性，确保在各种路 况下的转向操作安全。 三、结论
车辆智能转向系统设计方案 引言 车辆的转向系统是指通过转向操作将车辆方向转换的一种系统。传统的车辆转向系统是通过人工控制方向盘来实现的，存在一定的局限性。越来越多的汽车制造商和科技公司开始开发智能转向系统，其能够在一定程度上自动控制车辆转向，提高驾驶安全性。本文介绍一种车辆智能转向系统的设计方案。 系统设计 系统框架 车辆智能转向系统的设计需要考虑多个方面，包括传感器、算法、控制器等。系统整体框架如下图所示： +----------+ | 相机 | +----------+ | | +----------+ +----------+ --> | 算法 | | 传感器组合 +----------+ +----------+ | | +----------+ | 控制器 | +----------+ 其中，系统主要分为相机、传感器组合和控制器三部分。 系统组成部分 相机 相机是车辆智能转向系统中的关键组成部分，它能够对前方的道路情况进行拍摄，并将图像传输给控制器进行分析和处理。相机的安装位置需要考虑到前视范围和安全性等问题。
传感器组合 传感器组合是车辆智能转向系统中的另一个关键组成部分，它能够感知车辆周 围的环境信息，包括车辆速度、转向角度、行驶距离等。传感器组合的种类有很多，如毫米波雷达、惯性导航仪等，通过传感器组合能够实现对车辆行驶状态的实时监控。 控制器 控制器是车辆智能转向系统的核心部分。一旦相机和传感器组合采集到了足够 的信息，控制器就会通过算法进行处理，并输出转向指令。控制器的处理逻辑应该尽可能的高效和准确，能够保证系统的稳定性和安全性。 算法 车辆智能转向系统的算法应该能够实现以下基本功能： •将相机拍摄到的图像进行处理，提取出道路信息 •根据车辆的行驶状态计算出转向角度 •通过控制器输出转向指令，实现车辆转向控制 目前，许多汽车制造商和科技公司采用深度学习算法来实现车辆智能转向系统。深度学习算法通过对大量的样本数据进行学习，能够实现对车辆周围环境的自主感知和判断。此外，深度学习算法还具有一定的自适应性和泛化能力，能够在多种不同的环境下实现可靠的转向控制。 系统实现 系统的实现主要通过硬件和软件两个方面来完成。 硬件方面，需要选用高品质的相机和传感器，并且确保这些硬件组件能够在车 辆的移动过程中稳定运行。此外，还需要采用高效可靠的控制器，并且在车辆的转向控制系统中进行嵌入式开发。 软件方面，需要进行深度学习算法的开发，以实现智能转向功能。算法开发过 程中需要采用常规的软件开发方法，包括需求分析、设计、编码、测试和部署等步骤。 总结 随着自动驾驶技术的不断发展，越来越多的汽车制造商和科技公司开始注重车 辆转向系统的智能化。本文介绍了一种车辆智能转向系统的设计方案，包括系统框架、组成部分和算法实现等方面的内容，希望能够对读者进行一定的启发和帮助。
转向系统设计开题报告 1. 引言 转向系统是汽车重要的组成部分之一，它对车辆的操控性和安全性起着至关重要的作用。随着科技的发展和人们对汽车性能的要求不断提高，传统的转向系统已经不能满足现代汽车的需求。因此，设计一种先进的转向系统对于改善车辆性能和安全性具有重要意义。 本开题报告旨在介绍我们的研究目标、问题陈述、方法和预期结果，以及项目计划和时间安排。 2. 研究目标 本研究的目标是设计一种先进的转向系统，以提高汽车的操控性和安全性。我们将通过结合现代技术和创新思维，设计出一种具有高精度、高效率和可靠性的转向系统，以满足用户的需求和提升驾驶体验。 3. 问题陈述 传统的转向系统存在一些问题，例如转向精度不高、转向时延较大等。因此，我们需要解决以下问题： •如何设计一种具有高精度的转向系统？ •如何减小转向时延，提高转向的效率？ •如何保证转向系统的可靠性和安全性？ 4. 方法 为了解决上述问题，我们将采取以下方法： 4.1 技术研究和分析 我们将对现有的转向系统进行研究和分析，了解其优缺点。同时，我们将调研先进的转向技术，包括电子转向系统、电动助力转向系统等，以及相关的传感器和控制算法。 4.2 系统设计和模拟
基于技术研究和分析的结果，我们将设计一种先进的转向系统。该系统将结合 电子转向技术和传感器数据，通过适当的控制算法实现高精度的转向和快速的响应。我们将使用仿真软件进行系统的模拟和验证。 4.3 系统实现和测试 在系统设计和模拟完成后，我们将进行实际的系统实现和测试。我们将搭建一 个实验平台，用于测试转向系统的性能和稳定性。通过实验数据的分析和对比，我们将评估设计的转向系统是否满足预期的要求。 5. 预期结果 我们预期通过本研究能够设计出一种具有高精度、高效率和可靠性的转向系统。该系统将能够提高汽车的操控性和安全性，满足用户对于驾驶体验的要求。 6. 项目计划和时间安排 本研究的项目计划和时间安排如下： •阶段一：技术研究和分析（2个月） •阶段二：系统设计和模拟（3个月） •阶段三：系统实现和测试（4个月） •阶段四：数据分析和结果总结（1个月） 7. 结论 本开题报告介绍了我们的研究目标、问题陈述、方法和预期结果，以及项目计 划和时间安排。我们相信通过本研究的努力，我们将能够设计出一种先进的转向系统，为汽车行业的发展做出贡献。
第一节概述 转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系. 机械转向系依靠驾驶员的手力转动转向盘，经转向器和转向传动机构使转向轮偏转。有些汽车还装有防伤机构和转向减振器。采用动力转向的汽车还装有动力系统,并借助此系统来减轻驾驶员的手力。 对转向系提出的要求有: 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。不满足这项要求会加速轮胎磨损，并降低汽车的行驶稳定性。 2）汽车转向行驶后，在驾驶员松开转向盘的条件下,转向轮能自动返回到直线行驶位置，并稳定行驶。 3）汽车在任何行驶状态下,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装置共同工作时，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）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，保证转向盘与转向轮转动方向一致。 正确设计转向梯形机构，可以使第一项要求得到保证。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。为了使汽车具有良好的机动性能，必须使转向轮有尽可能大的转角,并要达到按前外轮车轮轨迹计算,其最小转弯半径能达到汽车轴距的2～2．5倍。通常用转向时驾驶员作用·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。没有装置动力转向的轿车，在行驶中转向，此力应为50—100N；有动力转向时，此力在20-50N。当货车从直线行驶状态，以10km ／h速度在柏油或水泥的水平路段上转入沿半径为12m的圆周行驶，且路面干燥，若转向系内没有装动力转向器,上述切向力不得超过250N;有动力转向器时，不得超过120N。轿车转向盘从中间位置转到每一端的圈数不得超过2．0圈,货车则要求不超过3．0圈。·近年来，电动、电控动力转向器已得到较快发展，不久的将来可以转入商品装车使用。电控动力转向可以实现在各种行驶条件下转动转向盘的力都轻便.
课程汽车设计 题目电动助力转向系设计说明书姓名 学号 班级 指导教师 日期 2016年6月15日
目录 一. 轿车转向系设计方案的选择................................. - 1 - 1.轿车参数的确定 (1) 2.对转向系的要求 (2) 3。转向系结构设计 (2) 1)转向操纵机构 ......................................................................................- 2 - 2）转向传动机构 ......................................................................................- 3 - 3）机械转向器 ..........................................................................................- 3 - 二.转向系统的主要性能参数................................... - 4 - 1.转向系的效率 (4) 1）转向系的正效率...................................................................................- 4 - 2)转向系的逆效率...................................................................................- 5 - 2.转向系传动比的确定. (5) 1)转向系统传动比的组成........................................................................- 5 - 2）转向系统的力传动比和角传动比的关系..............................................- 5 - 3）传动系传动比的计算 ...........................................................................- 6 - 3。转向系传动副的啮合间隙 .. (6) 1)转向器的啮合特征 ...............................................................................- 7 - 2)转向盘的自由行程 ...............................................................................- 7 - 4。齿轮齿条式转向器的设计和计算 (7) 1)转向轮侧偏角的计算 ...........................................................................- 8 - 2）转向器参数的选取 ...............................................................................- 8 - 3）选择齿轮齿条材料 ...............................................................................- 8 - 4）轴承的选择 ..........................................................................................- 8 - 5。转向盘的转动的总圈数 (8) 三.电动助力转向系统设计..................................... - 9 - 1。转矩传感器 (9) 2。减速机构 (9) 3.电磁离合器 (9) 4.电动机 (9) 5。车速传感器 (10) 6。电子控制单元 (10) 四。转向梯形机构的设计...................................... - 10 - 1。转向梯形理论特性 (10) 2。转向梯形的布置 (11) 3。转向梯形机构尺寸的初步确定 (11) 4.梯形校核 (11) 一. 轿车转向系设计方案的选择 1.轿车参数的确定
FSAE汽车转向系统设计 FSAE (Formula Society of Automotive Engineers)汽车转向系统是 赛车设计中十分重要的部分。转向系统的设计需要考虑到车辆的操控性、 安全性和性能。本文将详细介绍FSAE汽车转向系统的设计原理和关键要素。 首先，FSAE汽车转向系统主要包括方向盘、转向齿轮传动、转向杆、转向齿条和转向臂等部件。方向盘是驾驶员与转向系统之间的接触面，通 过方向盘的转动来控制车辆的方向。转向齿轮传动通过齿轮的配对来将方 向盘的转动传递给转向臂。转向杆与转向臂连接，并通过转向齿条来实现 车轮的转向。 其次，FSAE汽车转向系统设计中的一项关键要素是转向比。转向比 是方向盘转动时车轮转动的比例关系。通常，转向比越小，驾驶员转动方 向盘时车轮转动的角度就越大，操控性越敏感。转向比的选择要根据赛车 的具体需求以及赛道的类型来确定。在一个狭窄、弯道多的赛道上，需要 一个较小的转向比来提高操控性能。而在一个直线较长的赛道上，可以选 择一个较大的转向比来提高车辆的稳定性。 另一个重要的设计原理是转向系统的减震装置。赛车在高速行驶时可 能会受到颠簸、冲击等外力的影响，这可能会对车辆的转向系统造成负面 影响。为了降低这些外力对转向系统的影响，可以在转向齿条或转向杆上 安装减震装置。这些减震装置可以减少转向系统的振动和冲击，提高操控 性和稳定性。 此外，转向系统的材料选择也是设计中的一个重要方面。转向系统的 部件通常会承受较大的力和扭矩，因此需要选择强度高、耐疲劳性好的材
料。常用的材料包括铝合金、钢和碳纤维等。选择适当的材料可以提高转 向系统的可靠性和寿命。 最后，FSAE汽车转向系统设计还需要考虑到安全性。转向系统应该 设计成可靠的并具备适当的安全装置，以确保驾驶员在高速行驶中的安全。例如，应该安装刹车支撑杆和碰撞安全装置等，以减少事故时对转向系统 的损坏。 总结起来，FSAE汽车转向系统设计需要考虑操控性、安全性和性能。转向比、减震装置、材料选择和安全性装置是设计中的关键要素。通过合 理的设计和选择，可以提高赛车的操控性能，并确保驾驶员的安全。
目录 一、绪论 1.1 前言 (1) 1.2 EPS的特点 (2) 1.3 EPS系统在国内外的应用状况 (3) 二、 EPS的基本构造和工作原理 2.1 EPS系统结构及其工作原理 (4) 2.2 EPS的关键部件 (5) 2.2.1 扭矩传感器 (5) 2.2.2 电动机 (6) 2.2.3 电磁离合器 (6) 2.2.4 减速机构 (7) 2.3 EPS的电流控制 (7) 2.4 助力控制 (8) 2.5 回正控制 (9) 2.6 阻尼控制 (9) 三、EPS系统电机驱动电路的设计 3.1 微控制器的选择 (10) 3.2 硬件电路总体框架 (10) 3.3 电机控制电路设计 (11) 3.3.1 H桥上侧桥MOSFET功率管驱动电路设计 (12) 3.3.2 H桥下侧桥MOSFET功率管驱动电路设计 (13) 3.4蓄电池倍压电源 (14) 3.5电机驱动电路台架试验 (15) 3.6 结论与展望 (16) 四、电动助力转向系统故障自诊断的研究 4.1 故障自诊断的基本原理 (17) 4.2 电动助力转向系统故障自诊断 (17) 4.2.1 系统各组成部件的故障辨识 (17) 4.2.2 转矩传感器故障自诊断 (18) 4.2.3 电机故障自诊断 (20) 4.2.4 车速和发动机转速信号故障自诊断 (21) 4.2.5 电磁离合器故障自诊断 (22) 4.2.6 控制单元电源线路故障自诊断 (22) 4.2.7 控制单元故障自诊断 (23) 4.3 故障代码显示控制及安全防范措施 (23) 4.4 实例分析 (26) 4.5 结束语 (27) 致谢 (27)
精心整理 汽车电动助力转向系统的设计 第1章绪论 1.1汽车转向系统简介 汽车转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，保证各转向轮术（HPS 4WS ）、应用为1.1.1(1)(2)(3)(4) (5)(6)(7)(8)(9)(10)进行运动校核，保证转向轮与转向盘转动方向一致。 1.2EPS 的特点及发展现状 1.2.1EPS 与其他系统比较 对于电动助力转向机构(EPS)，电动机仅在汽车转向时才工作并消耗蓄电池能量；而对于常流式液压动力转向机构，因液压泵处于长期工作状态和内泄漏等原因要消耗较多的能量。两者
比较，电动助力转向的燃料消耗率仅为液压动力转向的16%～20%。 液压动力转向机构的工作介质是油，任何部位出现漏油，油压将建立不起来，不仅失去助力效能，并对环境造成污染。当发动机出现故障停止工作时，液压泵也不工作，结果也会丧失助力效能，这就降低了工作可靠性。电动助力转向机构不存在漏油的问题，只要蓄电池内有电提供给电动助力转向机构，就能有助力作用，所以工作可靠。若液压动力转向机构的油路进入空气或者贮油罐油面过低，工作时将产生较大噪声，在排除气体之前会影响助力效果；而电动助力转向仅在电动机工作时有轻微的噪声。 (1）EPS 加了 (2）EPS EPS没有液 (3）EPS (4）EPS (5）EPS EPS 从而改善汽车的操纵稳定性和舒适性。 (6）动力性。 EPS系统可随车速的高低主动分配转向力，不直接消耗发动机功率，只在转向时才起助力作用，保障发动机充足动力。（不像HPS液压系统，即使在不转向时，油泵也一直运转处于工作状态，降低了使用寿命） 1.2.3EPS在国内外的应用状况 国外EPS的发展之路： 因为微型轿车上狭小的发动机舱空间给液压助力转向系统的安装带来了很大的麻烦，而EPS 原件比较少，重量轻，装配方便，比较适合在微型轿车上安装。因此在国外，EPS系统首先是在
汽车设计转向系课程设 计任务书 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
河北大学学年论文（课程设计）任务书 （指导教师用表） 目录
一．专项设计题目------------------------------------------------------------- 1设计题目--------------------------------------------------------------- 1 基本参数--------------------------------------------------------------- 1 二．转向系方案的选择及主要参数的确定------------------------------- 1转向系要求------------------------------------------------------------ 1 转向系方案的选择--------------------------------------------------- 1 转向系主要参数确定------------------------------------------------ 2三．齿轮齿条式转向器设计------------------------------------------------- 2齿轮齿条转向器输出形式------------------------------------------ 5 齿轮齿条转向器的整体布置--------------------------------------- 6 齿轮齿条转向器结构设计------------------------------------------ 6四．转向梯形机构的设计----------------------------------------------------10参数---------------------------------------------------------------------10 转向梯形布置---------------------------------------------------------11 转向梯形机构的尺寸的初步确定---------------------------------11 梯形校核---------------------------------------------------------------11 参考文献--------------------------------------------------------------------11
车辆转向系统设计方案 一、背景 车辆转向系统是车辆中非常重要的一个部分，其主要功能是控制车辆的转向。在车辆通过方向盘操纵转向机构，通过各种传动装置将驾驶员操作的力量传递给车轮，使车辆向左或向右转向。在不同的路况下，车辆转向系统能够自动调节车轮的转向角度以提高整车的稳定性和控制性。因此，一个高效可靠的车辆转向系统对于车辆的安全性和性能至关重要。 二、设计目标 该车辆转向系统设计方案的主要目标包括： 1.保证车辆的安全性； 2.提高车辆的稳定性； 3.降低转向系统的功耗； 4.提高转向系统的运行效率和精度； 5.降低转向系统的成本。 三、设计方案 1. 转向机构 转向机构是车辆转向系统的核心部分，它由转向齿轮、转向轴、转向机箱、万向节和转向倾角传感器等组成。 转向齿轮：应选用高强度合金钢，以确保其结构稳定性和寿命。 转向轴：应采用双向轴承来减少转向时的瑕疵，提高转向机构的稳定性。 转向机箱：应采用高强度铝合金或钢材来提高整个转向系统的刚度和耐用性。 万向节：应选用高精度的万向节，以确保转向系统的精度和可靠性。 转向倾角传感器：采用高精度的倾角传感器，利用MEMS技术制造，精度高达0.1度。 2. 液压转向系统 液压转向系统主要是由液压泵、液压缸和液压阀组成。其作用是将转向机构产生的转矩转化为液压功，从而使车轮偏转。 液压泵：选用低磨损的高压液压泵，降低转向系统的功耗。
液压缸：选用行程大的液压缸，以确保转向系统的升降速度。 液压阀：选用高精度的液压阀，通过构建先进的控制策略，可以实现液压转向系统的高效控制。 3. 电动转向系统 电动转向系统主要是由电动泵、电动缸、电动阀和控制器组成。其作用是利用电力产生转矩，从而使车轮偏转。 电动泵：选用高效稳定的电动泵，以降低整个电动转向系统的功耗。 电动缸：选用高速、高效、低摩擦的电动缸，以提高电动转向系统的灵敏度和精度。 电动阀：选用高速、高精度的电动阀，通过控制最小精度，实现高效的控制策略。 控制器：选用高速、高精度、低功耗的控制器，以实现电动转向系统的高效控制和排错功能。 四、总结 车辆转向系统是车辆中非常重要的一个部分，其设计符合安全性和舒适性的高标准。液压转向系统和电动转向系统各有优缺点，在设计时应根据车辆的具体情况进行选择。本设计方案通过输液压转向系统和电动转向系统两种设计方案，以达到提高车辆稳定性，降低转向系统功耗，提高转向精度等目标。
标题 转向系统设计与优化 摘要 汽车在行驶过程中，需要按照驾驶员的意志经常改变行驶方向，即所谓汽车转向。用来改变或保持汽车行驶方向的机构称为汽车转向系统。汽车转向系统的功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。汽车转向系统对汽车的行驶安全是至关重要的。因此需要对转向系统进行优化，从而使汽车操作起来更加方便、安全。本次设计是EPS电动转向系统，即电动助力转向系统。该系统是由一个机械系统和一个电控的电动马达结合在一起而形成的一个动力转向系统。EPS系统主要是由扭矩传感器、电动机、电磁离合器、减速机构和电子控制单元等组成。驾驶员在操纵方向盘进行转向时，转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小，将电压信号输送到电子控制单元，电子控制单元根据转矩传感器检测到的转距电压信号、转动方向和车速信号等，向电动机控制器发出指令，使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩，从而产生辅助动力。汽车不转向时，电子控制单元不向电动机控制器发出指令，电动机不工作。该系统由电动助力机直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保护了环境。另外，还具有调整简单、装配灵活以及在多种状况下都能提供转向助力的特点。因此，电动助力转向系统是汽车转向系统的发展方向。 关键词：机械系统，扭矩传感器，电动机，电磁离合器，减速机构，电子控
制单元。 概述 汽车在行使过程中，需要经常改变行驶方向，即所谓的转向。这就需要有一套能够按照司机意志来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，它将司机转动方向盘的动作转变为车轮的偏转动作，这就是所谓的转向系统。转向系统是用来改变汽车的行使方向和保持汽车直线行使的机构，既要保持车辆沿直线行驶的稳定性，又要保证车辆转向的灵活性。转向性能是保证车辆安全，减轻驾驶员劳动强度和提高作业效率的重要因素。汽车转向系统可按转向的能源不同分为机械转向系统和动力转向系统两类。机械转向系统是依靠驾驶员操纵转向盘的转向力来实现车轮转向，其中所有传力件都是机械的；动力转向系统则是一套兼用驾驶员体力和发动机动力为转向能源的转向系统，这样驾驶员就可以轻便灵活的操纵吨位较大的汽车转向，大大减轻了劳动强度，提高了行使安全性。 但是动力转向系统一直存在“轻”与“灵”的矛盾。为缓和这一矛盾，过去人们将减速器设计成壳变速比，在转向盘小转角时，以“灵”为主，在转向盘大转角时，以“轻”为主。但“灵”的范围只在转向盘中间位置附近，仅对高速行驶有意义，并且传动比不能随车速变化，所以这一方法不能根本解决矛盾。随着动力转向系统的产生，液压转向系统以其具有的转向操纵灵活、轻便，设计汽车时对转向器的结构形式的选择灵活性增大，并可以吸收路面对前轮产生的冲击等优点，自20世纪50年代以来，在各国的汽车上普遍采用。但是传统的液压动力转向系统的油耗量是很大的，约占整车燃油消耗量的3%，故这一弊端无法消除。后来随着电子技术的发展，电控液压动力转
汽车机械制造中的转向系统设计与制造案例 分析 在汽车设计和制造中，转向系统起着十分重要的作用。它能够使车辆稳定地行驶在道路上，并确保车辆转向的平衡和精度。因此，在汽车机械制造中，转向系统的设计和制造是十分关键的环节，这里我们将分析一些转向系统设计和制造案例。 一、转向系统设计案例 1. 双堆方向盘设计 在一些高性能汽车中，双堆方向盘是一种常见的设计。它能够提供更好的操控性和驾驶者舒适度。在此设计中，主要的方向盘位于驾驶者的手部位置，而辅助方向盘位于控制面板上。 为了实现这种设计，转向系统需要具备可弯曲传动轴和转向阀门。这样，驾驶员便可以更容易地控制车辆的转向。 2. 电动助力转向和低速助力转向设计 在现代汽车中，电动助力转向是一种十分普遍的设计。它能够提高车辆转向的精度和平衡性。此外，它还能够确保在各种路况下车辆的稳定性。 在低速时，车辆的转弯半径非常小。如果没有适当的支持，这个过程将非常困难。在这种情况下，低速助力转向可以提供更好的转向支持和控制。
二、转向系统制造案例 1. 小切面方向盘加工 在一些高性能汽车中，小切面方向盘是一种非常流行的选择。它能 够确保驾驶员在高速行驶时仍能控制车辆。在制造这种特殊的方向盘时，需要考虑材料和工艺的选择。 一些制造商会使用钛合金材料，因为它们具有强度和重量比的优势。在切削方面，这种类型的方向盘还需要借助数控机床和火花加工机来 保证准确性。 2. 齿轮齿条制造 在汽车转向系统中，齿轮和齿条是非常关键的组件。制造这些部件 需要高精度的机械加工技术和优质材料。 在加工齿轮和齿条时，制造商通常会使用数控机床和强大的软件来 确保准确性和可靠性。此外，清洗和热处理也是确保最终产品质量的 重要步骤。 以上是汽车机械制造中的转向系统设计与制造案例分析，展示了汽 车转向系统在设计和制造中的重要性以及所涉及的一些技术和工艺。 在技术和工艺的不断演进中，汽车转向系统的设计和制造将继续得到 改进和完善。
转向系统设计说明书 一、引言 1.1 项目背景 转向系统是汽车安全驾驶的重要组成部分，用于控制车辆的转向操作。一个稳定可靠的转向系统不仅能提高驾驶的安全性，还能提升驾驶的舒适性和操控性。本设计说明书旨在详细介绍转向系统的设计原理、组成部分以及各功能模块的工作原理，为开发人员提供指导和参考。 1.2 文档目的 本设计说明书的目的是提供一个清晰、详细的转向系统设计方案，以指导开发人员进行系统的开发和实现。同时，本文档还可以作为后续维护和升级的参考资料，确保系统的稳定性和可靠性。 1.3 参考文档 •ISO 26262：汽车功能安全性标准 •车辆制造商的相关规范和标准 1.4 定义和缩略词 缩略词定义 ABS Anti-lock Brake System（防抱死制动系统） ECU Electronic Control Unit（电子控制单元） CAN总线Controller Area Network（控制器局域网） HCU Hydraulic Control Unit（液压控制单元） HMI Human-Machine Interface（人机界面）
二、总体设计 2.1 系统架构 转向系统主要由以下几个部分组成： 1.转向传感器：用于检测驾驶员转动方向盘的角度和速度。 2.转向电机：根据转向传感器的信号，通过控制电机的转动，实现车辆的转向。 3.转向控制器：负责接收转向传感器的信号，根据算法计算转向电机的控制量。 4.供电系统：为转向电机和转向控制器提供稳定的电源。 2.2 功能模块 2.2.1 转向传感器 转向传感器负责检测驾驶员的转向动作，并将其转化为电信号传输给转向控制器。其主要功能模块包括： 1.转向角度检测：通过安装在方向盘旁的传感器，检测驾驶员转动方向盘的角 度。 2.转向速度检测：通过检测方向盘转动的速度，判断驾驶员的转向意图。 2.2.2 转向电机 转向电机是转向系统的核心部件，通过控制电机的转动实现车辆的转向。其主要功能模块包括： 1.转向力反馈控制：根据转向控制器的控制信号，调整电机的输出力以模拟驾 驶员转向时的力感觉。 2.电机转向角度控制：通过控制电机的转角，实现车辆的转向。 2.2.3 转向控制器 转向控制器是整个转向系统的控制中心，负责接收转向传感器的信号，并根据设定的算法计算转向电机的控制量。其主要功能模块包括： 1.转向力矩计算：根据驾驶员的转向力矩和转向角度计算出电机的输出力矩。 2.转向算法实现：根据转向系统的特性和整车的动态响应，设计合适的控制算 法，实现精准的车辆转向控制。
汽车设计课程设计说明书 题目：重型载货汽车转向器设计 姓名：席昌钱 学号：202124265 同组者：严炳炎、孔祥生、余鹏、李朋超、郑大伟专业班级：09车辆工程2班 指导教师：王丰元、邹旭东
设计任务书 目录 1.转向系分析 (4) 2.机械式转向器方案分析 (8) 3.转向系主要性能参数 (9) 4.转向器设计计算 (14) 5.动力转向机构设计 (16) 6.转向梯形优化设计 (22) 7.结论 (24) 8.参考文献 (25)
1转向系设计 1.1根本要求 1.汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转。 2.操纵轻便，作用于转向盘上的转向力小于200N。 3.转向系的角传动比在23~32之间，正效率在60%以上，逆效率在50%以上。 4.转向灵敏。 5.转向器和转向传动机构中应有间隙调整机构。 6.转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。 1.2根本参数 1.整车尺寸： 11976mm*2395mm*3750mm。 2.轴数/轴距 4/〔1950+4550+1350〕mm 3.整备质量 12000kg 4.轮胎气压 0.74MPa 2.转向系分析 2.1对转向系的要求[3] (1) 保证汽车有较高的机动性，在有限的场地面积内，具有迅速和小半径转弯的能力，同时操作轻便; (2) 汽车转向时，全部车轮应绕一个瞬时转向中心旋转，不应有侧滑; (3) 传给转向盘的反冲要尽可能的小; (4) 转向后，转向盘应自动回正，并应使汽车保持在稳定的直线行驶状态; (5) 发生车祸时，当转向盘和转向轴由于车架和车身变形一起后移时，转向系统最好有保护机构防止伤及乘员. 2.2转向操纵机构 转向操纵机构包括转向盘，转向轴，转向管柱。有时为了布置方便，减小由于装置位置误差及部件相对运动所引起的附加载荷，提高汽车正面碰撞的平安性以及便于拆装，在转向轴与转向器的输入端之间安装转向万向节，如图2-1。采用柔性万向节可减少传至转向轴上的振动，但柔性万向节如果过软，那么会影响转向系的刚度。采用动力转向时，还应有转向动力系统。但对于中级以下的轿车和前轴负荷不超过3t的载货汽车，那么多数仅在用机械转向系统而无动力转向装置。