第七章转向系统设计详解

P1 —作用在转向轴上的效率 P2—转向器中的磨檫功率 P3—作用在转向摇臂轴上的功率 1． 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、磨檫角等；
制造与装配质量。
η+ (1) 转向器类型、结构特点与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
蜗杆指销式
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。
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）。
1、法规要求
1 ） 汽 车 以 48 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）
分析上式可知：
① η+ 与α0、ρ有关 ②α0↑，则 η+ ↑ ③α0>70以后， η+ ↑缓慢
2．转向器逆效率η-
（1） η- 的种类
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 机械式转向器的设计与计算 • 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
第一节 概述
一． 设计转向系应满足的要求 1．汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋
器
管柱
特点
结构 吸能 零件受载 制造工艺 制造精度 工作可靠性 撞后实现转向
简单 不能
大 简单 不高 可靠
能
简单 不能
小 简单 不高 可靠 不能
简单 能 大
简单 不高 可靠
能
简单 能 大
简单 不高 可靠 不能
复杂 能 大
复杂 高
可靠 能
3．计算举例 弹性联轴器的弹性垫片强度
FZ F j a0tk1k 2 1
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。
方案
防伤转向轴 万向节 联接叉
安全联轴 弹性联轴 吸能转向
套管
操纵轻便性的评价指标：
车型
指标
切向力 N 转向盘半程 转动圈数
行驶中的轿 车
没有动力转 向时
有动力转向 时
50～100 20～50
2．0
货车以 va=10km/h 进 入 R=12m 圆 周行驶
没有动力转 向时
有动力转向 时
≤250 ≤120
3．0
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
式中： a0—实际断面宽度 t—垫片厚度 δ—垫片帘布层数 k1—垫片不同时损坏系数 0.85 k2—危险断面边缘帘线完整性被破坏系数0.08 σ1—拉伸应力 σ1 =5.5N/㎜2
建议: 取为9KN,则用上式可计算a0
第三节 转向系主要性能参数
一．转向器效率
1.η+=（P1-P2）/P1 2.η-=（P3-P2）/P3
快
慢
容易
容易
较差
较差
简单
较复杂
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 质量 车轮转角
可以
轻** 大
可以
居中 小
困难
居中 小
困难
困难
单销轻、双销重
小
小
**壳体用铝合金
2.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
特点
形式
中间输入 侧面输入 侧面输入 侧面输入 两端输出 两端输出 中间输出 一端输出
固定销 55%
旋转销 75%
蜗杆滚轮式 针
锥
55% 70%
珠 75% 75%
85%
转向摇臂轴轴承形式：滑动轴承
～ η+
滚针轴承 ↑η+ 10%
(2) 转向器结构参数与η+
tg 0 tg( 0 )
α0—蜗杆（或螺杆）的螺线导程角； ρ—摩擦角 ρ=t g-1f；
f —摩擦因素。
当滚道表面良好，表面硬度为58HRC以上时，ρ=19‘
直拉杆
转向梯形
三．分类 1．转向器
转向器
机械转向器
动力转向
齿
循
蜗
蜗
轮
环
杆
杆
齿
球
滚
指
条
式
轮
销
式
式
式
液
气
电
压
压
动
式
式
式
滑
转
转
齿
主
阀
阀
向
条
动
式
式
传
动
助
齿 轮
轴
力
助
助
力
力
2．转向梯形
转向梯形
整体式
断开式
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.机械式转向器方案分析
形式 齿 轮 齿 循环球式 蜗杆滚轮 蜗杆指销式
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
大
转向器壳体强度
大
大
小
满足总布置要求 不好
较好
较好
应用
平头车
1）齿条断面形状
圆形
V形
Y形
备注
形状
特点
制造工艺
简单
复杂
复杂
材料消耗
多
Fra Baidu bibliotek
少
少
约少 20%
质量
大
小
小
强度
小
齿条自转
能
小
大
∵Y 形齿宽宽
不能
不能
3） 齿轮齿条式转向器的布置形 (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.
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。
特点 条式
式
死销 旋转销
正效率
高(75%～
高(90%)
低
η+
85%)
负效率 高(60%～
高
低
η-
70%)
低
较高
较高
较高
iw
可变
可变
不可变 可变
可变
形式 特点
磨损 调整间隙 工作可靠性
结构 制造工艺
齿轮齿条
蜗杆滚
循环球式
式
轮式
慢
慢
慢
容易
容易
困难
可靠
可靠
可靠
简单
复杂
简单
容易
困难
容易
蜗杆指销式
死销
旋转销