精品课程课件 汽车设计教案 第七章 转向系统设计

➢为了保证自动回正作用，需要有一定的逆效率；
➢为了减轻驾驶员的疲劳，防止打手作用，要求此逆效率尽可能低。
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一、转向器的效率
汽 转向器的正效率η+
车
➢从类型上看，齿轮齿条式、循环球式转向器的正效率比较高；
设
➢从支承形式上看，采用球轴承的效率比用滚针轴承的高；
计
➢从结构参数上看，如果忽略摩擦损失，则蜗杆和螺杆类转向器
• 它的必要先修课包括汽车构造、汽车理论、理论力学、 材料力学、机械原理、机械设计、汽车工艺学、公差、
材料和热处理等。
1
汽
第七章 转向系统设计
车
设 • 第一节 概述
计 • 第二节 机械式转向器方案分析 教 • 第三节 转向系统主要性能参数
案
• 第四节 机械式转向器设计与计算
• 第六节 转向梯形
2
第一节 概述
教
的效率
案
tg0 tg(0
)
➢α0为螺旋线导程角； ➢ρ为摩擦角，tanρ= f 。
18
一、转向器的效率
汽
车 根据逆效率不同分类
设
➢可逆式转向器
计
➢不可逆式转向器
教
➢极限可逆式转向器
案 转向器的逆效率η-
➢如果忽略轴承等处的摩擦损失，只考虑啮合副的摩擦损失，则
逆效率为
tg(0 ) tg 0
二、防伤安全机构方案分析
汽
目的和指标
车
➢转向管柱和转向轴在水平方向的后移量
设
➢作用在转向盘上的水平力
计
原理及方案
教
➢利用转向系统零件产生塑性、弹性变形或摩擦作用吸收冲击能量
案
✓转向万向传动轴
✓分段式转向轴
✓安全联轴套管
✓弹性联轴节
✓吸能转向管柱
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汽 ➢分段式转向轴
车 设 计 教 案
15
➢网格状转向管柱
汽 一、机械式转向器方案分析
车 1．齿轮齿条式转向器
设
结构及工作原理
计
教
案
6
汽 1．齿轮齿条式转向器
车 优缺点及应用
设
➢结构简单、紧凑，占用空间小，转向轮转角可以增大；
计
➢铝合金壳体，质量比较小；
教
➢传动效率高达90%；
案
➢磨损间隙可以自动消除，系统刚度高，冲击、噪声小；
➢制造成本低。
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逆效率高（60%~70%），在不平路面上行驶时，反冲现象较
严重。
✓广泛应用于乘用车和部分前轮采用独立悬架的客、货车上。
7
1．齿轮齿条式转向器
汽
结构形式
车
➢中间输入，两端输出
设
➢侧面输入，中间输出
计
教
案
➢侧面输入，两端输出 ➢侧面输入，一端输出
8
1．齿轮齿条式转向器
汽
齿轮与齿条
车
设
✓ 普遍采用斜齿圆柱齿轮与齿条啮合。
计
➢重合度增加，运转平稳，冲击与噪声下降；
汽
优缺点及应用
车
➢传动效率高，可达到75%~85%；
设
➢硬度和耐磨损性能好，使用寿命长；
计
➢转向器传动比可以变化；
教
➢工作平稳可靠；
案
➢齿条和齿扇之间的间隙调整工作容易进行； ➢适合用来做整体式动力转向器。 逆效率高，反冲现象较严重； 结构复杂，制造困难，制造精度要求高。 ✓主要用于商用车上。
13
设
•需正确设计转向梯形机构
计
2．转向后，转向轮应能自动回正；
教
•前轮定位参数能产生回正力矩，且系统逆效率较大。
案
3．转向轮不得产生自振，转向盘没有摆动；
•转向减振器
4．转向传动机构和悬架导向机构应协调工作，使车轮摆动最小；
4
二． 设计要求
汽
5．保证汽车有较高的机动性，具有迅速和小转弯行驶能力。
车
•转向轮转角尽可能大，最小转弯半径应达到轴距的2~2.5倍。
iω0 = iω1 * iω2
20
二、传动比的变化特性
汽
车 力传动比与转向系统角传动比的关系
设
➢轮胎与地面之间的转向阻力Fw
计 教
Fw
Mr a
案
➢作用在转向盘上的手力Fh
Fh
2M h Dsw
➢代入力传动比的表达式中，有
ip
M r Dsw Mha
汽 车 设 计 教 案
16
第三节 转向系统主要性能参数
汽 一、转向器的效率
车
定义
设
➢功率P1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
计
η+=（P1-P2）/P1
教
➢功率P3从转向摇臂轴输入，经转向轴输出，得到的效率称为逆效率
案
η-=（P3-P2）/P3
➢为了保证转向轻便，要求正效率高；
《汽车设计》课程讲授的主要内容
汽
车 • 讲述整车研发的基本流程，简单介绍总布置工作的主
设
要内容和方法。
计 • 对于底盘七大总成，在回顾功用、组成和工作原理的
基础上，重点介绍各总成的设计要求、方案分析、参
教
数选择和设计计算，并简要介绍主要分总成的设计方
案
法。
• 它是车辆工程专业学生最重要的专业课，是成为汽车 设计师必不可少的培训环节。
➢导程角必须大于摩擦角，通常0 5°~10°。
19
二、传动比的变化特性
汽
车 转向系统的传动比
设
➢力传动比ip
计
•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
教
转向盘上的手力Fh之比
案
➢转向系角传动比 iω0
•转向盘角速度ωw与同侧转向节偏转角速度ωk之比
➢转向器角传动比iω1
➢转向传动机构的角传动比 iω2
汽 一． 功用和分类
车
1．功用
设
➢保持或者改变汽车行驶方向；
计
教
➢转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。
案
2．分类
➢机械转向系统
➢依靠驾驶员的手力转动转向盘
➢包括转向操纵机构、转向器、转向传动机构
➢动力转向系统
➢利用动力系统减轻驾驶员的手力
3
第一节 概述
汽
二． 设计要求
车
1．转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转，不应有侧滑；
齿条自转 能 不能 不能
10
1．齿轮齿条式转向器
汽
转向器和转向梯形相对于前桥的布置形式
车
➢转向器后置，梯形后置；
➢转向器后置，梯形前置；
设
➢转向器前置，梯形后置；
➢转向器前置，梯形前置。
计
教
案
11
2．循环球式转向器
汽 组成
车
➢螺杆、螺母、钢球传动副
设
➢齿条、齿扇传动副
计
教
案
12
2．循环球式转向器
教
➢齿轮轴线与齿条轴线之间的夹角易于满足总体设计
案
的要求。
工作时有轴向力作用，使轴承寿命降低；
斜齿轮的滑磨比较大。
9
1．齿轮齿条式转向器
汽
齿条断面形状
车
设
计
教
案
形状 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
设
6．操纵轻便；
计
• 乘用车向一侧转动圈数不得超过2.0圈，货车不超过3.0圈；
教
• 当汽车以10km/h车速进入半径为12m的弯道时， M1类汽车最大
案
手力为150 N。
7．逆效率低，反冲小；
8．应设置传动间隙调整机构；
9．应设置防伤装置；
10．保证转向盘与转向轮转动方向一致。
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第二节 机械式转向器方案分析