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1、目录摘要IAbstract II第 1 章 绪论11.1 课题研究的目的及意义 11.2 汽车转向器研究的发展及趋势概况 11.3 不同类型转向系统的结构及特点 41.3.1 传统机械转向系统 41.3.2液压助力转向系统(HPS)41.3.3电控液压助力转向系统(EHPS) 51.3.4电动助力转向系统(EPS)61.3.5线控转向系统(SBW) 71.4 转向器设计要求71.5 设计主要内容 8第 2 章 液压动力转向器方案分析及确定 92.1 转向器结构优缺点分析和选择 92.1.1 齿轮齿条式转向器92.1.2 循环球式转向器102.1.3 蜗杆滚轮式转向器112.1.4 蜗杆指销式1
2、12.2 齿轮齿条式动力转向器结构112.3 液压动力转向器工作原理及过程122.3.1 工作原理122.3.2 工作过程132.4 转向系主要性能参数152.4.1 转向系的效率152.4.2 转向系传动比162.4.3 转向器的传动副的间隙特性172.4.4 转向系的刚度182.4.5 转向盘的总转动圈数182.5 本章小结19 第3章 液压转向器的设计计算203.1 转向系计算载荷的确定203.2 齿轮齿条式转向器的设计21321选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数213.2.2 按齿面接触硬度设计213.2.3 按齿根抗弯强度设计233.2.4 几何尺寸计算253.3 液压式动力转向机构
3、的计算263.3.1 动力缸尺寸的计算263.3.2 活塞行程 S 的计算263.3.3 分配阀的回位弹簧 273.3.4 动力转向器的评价指标273.4 本章小结28 结论29 参考文献 30 致谢31 附录32第 1 章 绪 论1.1 课题研究的目的及意义随着社会经济的进步以及人民生活水平的提高，汽车已经慢慢的走进了人们的生 活当中，它从以前简单的代步工具慢慢升级成为一种生活的品质，人们不再满足于简 单的行驶，而更关注驾驶乐趣对于汽车的安全性、稳定性、操纵性等更高要求。而人 们除了从外观及内饰等反面了解汽车外，最能直接体验驾驶乐趣的就是拥有一个良好 先进的转向系统，一个先进的转向系统带给驾
4、驶者更多的是驾驶的乐趣而不是负担。 同时，转向系又是底盘的重要组成部分，其好坏优劣会直接关系到汽车的驾驶舒适性 安全性和操纵稳定性，从而影响人们的生命及财产的安全。同时就我国的国情而言， 汽车工业己成为我国的支柱产业，为了提高汽车的产品质量，保证汽车行驶的安全性 操纵稳定性，发展我国的汽车工业，这就要求汽车转向器综合性能就成为汽车安全性 能的一个重要项目。汽车转向器属于对行驶安全影响较大的零部件，在汽车系统中占据了一个重要的 位置，其规模和质量已成为衡量汽车工业发展水平的重要标志之一。在重型汽车、大 型客车等载重量较大的汽车中，通常用动力转向器来操纵汽车行驶方向。由于动力转 向系统有着传统机械
5、式转向系统无法比拟的优点，例如：转向轻便灵敏，回位性能及 手感良好，极大的减轻了汽车驾驶员的工作强度，特别适用于汽车在高速行驶时的转 向。因此目前国内外生产的汽车越来越多地配置了动力转向系统。而液压动力转向器具有无噪声、灵敏度高、体积小、能够吸收来自不平路面的压力等优点，因 此在现代汽车上得到了十分广泛的应用。1.2 汽车转向器研究的发展及趋势概况随着科技的迅猛发展以及汽车的逐步普及，人们对汽车的操纵性、安全性，稳定 性等方面的性能已经有了更进一步的要求，对转向系统产品的需求也随着汽车化的提 高而发生着变化。最初驾驶员们只希望比较容易地操纵转向系统，而后则追求在高速 行驶时的稳定性、舒适性和良
6、好的操纵感。在早期的汽车上，转向机械非常简单，主 要由一级齿轮传动机构和转向拉杆等构成。其基本功能是将驾驶员的手动旋转操作转 变为转向拉杆的左右移动，从而带动车轮转动，实现汽车的转向，随着汽车技术的进 步又出现了更为复杂些的机械式转向器，这时的转向器是通过驾驶员转动方向盘，并 通过一系列的杆件传递到转向车轮上来实现转向的，而着种传统的转向器又分为四种 形式，分别为：齿轮齿条式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。其中齿轮齿条式 和循环球式应用比较广泛，在1923年，美国底特律的亨利马尔斯（HenryManes）为 了减少蜗轮副和滚轮轴之间的接触摩擦力，在两者之间接触处放置滚珠支承，这就出 现了滚
7、珠蜗轮转向器。这种形式的转向器就成为现在大家所熟知的循环球式转向器， 它目前仍很广泛地在汽车上应用。所谓“现代”齿轮齿条式转向器，是奔驰（Benz ）于 1885年首先采用的。这种形式的转向器同样也使用在1905年的凯迪拉克（Cadillac） 和 1911 一1920年间制造的许多其它形式的汽车上。据了解，在全世界范围内，汽车 循环球式转向器占45%左右，有继续发展之势；齿条齿轮式转向器在40%左右；蜗杆 滚轮式转向器占 10%左右；其它型式的转向器占 5%。所以可以说循环球式转向器在 稳步发展。而西欧小客车中，齿条齿轮式转向器有很大的发展。日本汽车转向器的特 点是循环球式转向器占的比重越来
8、越大，日本装用不同类型发动机的各类型汽车，采 用不同类型转向器，在公共汽车中因使用循环球式转向器，由60年代占总数的62.5% 发展到现今的 100%了（蜗杆滚轮式转向器在公共汽车上已经淘汰）。大、小型货车中， 也大都采用循环球式转向器;但齿条齿轮式转向器有所发展；微型货车用循环球式转向 器占65 %，齿条齿轮式占35 % 。20世纪初汽车已经是一个沉重而又高速疾驶的车辆， 充气轮胎代替了实心车轮。由于转向柱直接与转向节连接，所以转动车轮是很费劲的。 即使是一个健壮的驾驶员，要控制转向仍然是很劳累的事情。因此，汽车常常冲出路 外，于是要降低转向力的问题就变得比较迫切了。为了转向轻便，工程师设计
9、了在方 向盘和转向节之间装置齿轮减速机构。从那时起，转向机构一直就是这样沿用下来。汽车转向虽然采用了转向器，但转向的操纵仍非轻松的事当汽车重量增大、转向费劲 时驾驶员要求能有更好的办法来解决，这才重新推广了一种已经大约有 3/4 个世纪的 动力辅助转向器。从上世纪四十年代起，为减轻驾驶员体力负担，在机械转向系统基础上增加了液 压助力系统它是建立在机械系统的基础之上的， 额外增加了一个液压系统 HPS（hydraulic power steering）, 般有油泵、V形带轮、油管、供油装置、助力装置和 控制阀。它具有工作无噪声，其灵触度高、体积小，能够吸收来自不平路面的冲击力 等方面的优点并且其
10、工作可靠、技术成熟至今仍被广泛应用。现在液压助力转向系统 在实际中应用的最多。在当时这个助力转向系统最重要的新功能是液力支持转向的运 动，因此可以减少驾驶员作用在方向盘上的力。随着轿车车速的不断提高，传统的液压动力转向暴露出一个致命的缺点，即若要 保证汽车在停车或低速掉头时转向轻便的话，汽车在高速行驶时就会感到有“发飘”的 感觉：反之，若要保证汽车在高速行驶时操纵有适度感的话，那么当其要停车或低速 掉头时就会感到转向太重，两者不能兼顾，这是由传统液压动力转向的结构所决定的。 由于动力转向在轿车上的日益普及，对其性能上的要求已不再是单纯的为了减轻操作 强度，而是要求其在低速掉头时保证转向轻便性的
11、同时又能保证高速行驶时的操纵稳 定性。近年来，随着电子技术的不断发展，转向系统中愈来愈多的采用电子器件。相 应的就出现了电液助力转向系统。电液助力转向可以分为两大类：电动液压助力转向 系统EHPS、电控液压助力转向ECHPS2。EHPS是在液压助力系统基础上发展起来 的，其特点是原来有发动机带动的液压助力泵改由电机驱动，取代了由发动机驱动的 方式，节省了燃油消耗。 ECHPS 是在传统的液压助力转向系统的基础上增加了电控装 置构成的。国外在汽车动力转向器的研究和开发方面进行得比较早，进行了大量的研究，已 经成功地开发出了电动式动力转向器，并在越来越多的轿车和轻型车辆上成功使用。 该装置优于普通
12、的动力转向器，在不同车速下可通过转向电脑ECU自动调节转向盘的 操作力，在低速行驶或车辆就位时，驾驶员只需用较小的操作力就能灵活进行转向； 而在高速行驶时，则自动控制使操作力逐渐增大，实现操纵的稳定性。当然，在目前 的技术水准下它仍然存在某些不足，如助力较小等，目前仍处在发展阶段。和液压动 力转向器相比，电动转向器具有许多优点，如：效率高，路感好、符合环保要求等， 它是转向器未来发展趋势。20 世纪末，随着汽车技术的不断发展，电子控制技术也在汽车上得到逐步广泛应 用。现代汽车转向操纵系统的主动安全装置，有电子控制四轮转向系统（4WS）、电子 控制动力转向系统（EPS）等。电子控制四轮转向系统（4WS）:传统的前轮转向系统。为了使所有车轮处于纯滚动 而无滑动，要求全部车轮都绕同一个瞬时转向中心做圆周运动，转向的同一时刻，每 个车轮的转向半径都是不同的。但实际上，汽车转向时若仅前轮转向，车身的前进方 向与车身的中心线不一致，由于离心力的作用，将使后轮侧偏，导致车轮横摆。而且 车速越高，后轮侧偏越大，结果使车轮转向在高速时的操纵稳定性明显降低。电子控 制四轮转向系统则是在前轮转向的同时，主动地控制后轮也进行适当转向（一般最大 为 50）。后轮相对于前轮的转向，分为同向转向（后轮与前轮的转动方向一致）和逆向转 向（后轮与前轮的转动方向相反）。由于汽车在拐急弯时，通常以低速行驶，
