1、本科毕业论文（20 届）汽车转向梯形设计所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期汽车转向梯形设计摘要: 车辆一般都是依靠转向车轮偏转一个角度来实现转弯或曲线行驶,转向时的基本要求是保证所有车轮滚动而不发生滑动,这一要求通常设计平面四杆机构来达到。工程上传统的设计都是采用图解转向梯形的方法,这种方法需要按经验数据选择机构的各几何参数,然后作图校核该梯形机构在运动过程中转向轮的转角偏差是否大于允许偏差,若大于允许偏差,则重新选择或调整几何参数,再作图校核,直至转角偏差小于允许偏差为止。这实际上是一种试凑的方法,带有较大的盲目性,工作量大。计算机的发展应用,解析法得到较好的应
2、用,但是传统的图解法仍有它直观、方便的优点,仍然被工程设计人员广泛采用。本文介绍一种简单高效的实用解析图解设计方法,通过事先设定内、外转向轮实际特性曲线与理论特性的交点位笠来控制转角偏差的方法,选择转向梯形机构参数,可以大大减少作图次数,提高工作效率,减小转角误差 4。关键词：转向梯形，解析图解设，转角偏差Car steering trapezoidal designAbstracts: Vehicles are generally steering wheel deflection angle rely on to achieve a turn or curve driving , The
3、basic requirement is to ensure that all steering wheels rolling without slippage occurs , This requirement is usually designed to achieve planar four agencies . Traditional design methods are based on the projects steering trapezoid graphic , This method requires the data selection means according t
4、o the experience of the geometric parameters , Then check the trapezoid body mapping steering wheel angle deviation during exercise is greater than the allowable deviation , If more than the allowable deviation , Re-select or adjust the geometrical parameters , Then plotted check until the corner un
5、til the deviation is less than the allowable deviation . This is actually a trial and error approach With larger blindness and Workload . Computer application development, analytical method to get a better application , However, it is still the traditional graphical method intuitive and convenient a
6、dvantages , Is still widely used engineering staff. This paper describes a simple and efficient method for practical analytical Graphic Design , Methods By setting the inner and outer steering wheel actual characteristic curve and the theoretical properties of the corner of the intersection to contr
7、ol the position deviation Mikasa , Select the steering linkage parameters, can greatly reduce the number of mapping, improve efficiency, reduce the angular error.Key word: Steering trapezoid, Analytical Graphic Design, Angular deviation.I目 录1 绪论 .11.1 研究背景和开发意义 .11.2 课题来源及内容 .11.2.1 课题来源 .11.2.2 研究内
8、容 .11.3 转向系统的现状及发展趋势 .21.3.1 纯机械式转向系统 .21.3.2 液压助力转向系统 .21.3.3 汽车电动助力转向系统(EPS) .31.3.4 线控转向系统 .61.3.5 汽车转向技术的发展趋势 .72 简述汽车转向系统 .82.1 转向系统的定义 .82.2 转向系统的作用及要求 .82.3 转向系统的组成 .82.4 轿车对转向系统的要求 .112.5 汽车转向梯形的结构，分类及作用 .113 汽车转向梯形结构的解析图解设计方法 .143.1 总体设计方案 .143.2 转向理论特性 .143.3 转向梯形的图解设计及其转角误差 .153.4 实际特性曲线的
9、分析 .173.5 转向梯形参数的确定 .183.6 设计方法举例 .204 了解零部件材料及制造，热处理工艺 .274.1 材料 .27II4.2 制造 .274.3 热处理工艺 .285 主要零部件的载荷与计算工况的分析计算 10 .305.1 零件的载荷与计算工况的理论概述 .305.2 梯形臂的强度计算 .315.3 转向横拉杆的强度计算 .32结论与展望 .33参考文献 .34致谢 .3511 绪论1.1 研究背景和开发意义 10汽车转向梯形机构按结构形式可分为整体式和断开式 2 种。断开式转向系统又分为: 对称杆式、中间臂式、齿轮齿条拉杆式等,多用于独立悬架形式的汽车 ;整体式转向
10、系统多用于转向轴为整体刚性轴、悬架形式为非独立悬架的汽车。断开式转向系的主要优点是:与转向轮采用独立悬架相配合,能够保证一侧车轮上、下跳动时不会影响另一侧车轮。其缺点是:杆系和球头增多,结构复杂 ,制造成本高,调整转向轮定位困难。因此,现代汽车多采用断开式转向梯形机构。其设计原则为:（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）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)操纵轻便,汽车在任何行驶状态下,转向轮不得产生自振。（4)悬架导向机构和转向传动机构同时工作时,运动不协调量应最小。（5)保证汽车有较高的机动性
11、并有最小的转弯半径。1.2 课题来源及内容1.2.1 课题来源本课题来源于太原工业学院毕业设计课题组。1.2.2 研究内容通过调研和查阅相关资料文献，掌握汽车转向梯形主要用途和工作原理。应用所学相关基础知识和专业知识，分析转向梯形结构、载荷，对主要受力件强度进行计算分析，应用 CAD 三维造型或二维设计技术完成课题总成和关键零件结构设计和计算说明书，按照学校要求编写毕业设计论文。2（1）掌握汽车转向梯形的结构及工作原理，绘制结构简图和原理简图。（2）了解零部件材料及制造、热处理工艺。（3）了解汽车转向梯形的失效模式。（4）制作汽车转向梯形的装配总图。（5）对汽车转向梯形及关键零件结构进行计算分
12、析，重点是对失效件的分析。（6）编写毕业设计论文，总结设计取到的效果与体会，提出自己的论点和改进建议等。1.3 转向系统的现状及发展趋势1.3.1 纯机械式转向系统机械式的转向系统, 由于采用纯粹的机械解决方案, 为了产生足够大的转向扭矩需要使用大直径的转向盘, 这样一来, 占用驾驶室的空间很大, 整个机构显得比较笨拙, 驾驶员负担较重 , 特别是重型汽车由于转向阻力较大,单纯靠驾驶员的转向力很难实现转向, 这就大大限制了其使用范围。但因结构简单、工作可靠、造价低廉, 目前在一部分转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用。1.3.2 液压助力转向系统1953 年通用汽车公
13、司首次使用了液压助力转向系统, 此后该技术迅速发展, 使得动力转向系统在体积、功率消耗和价格等方面都取得了很大的进步。80 年代后期, 又出现了变减速比的液压动力转向系统。在接下来的数年内, 动力转向系统的技术革新差不多都是基于液压转向系统, 比较有代表性的是变流量泵液压动力转向系统( Variable Displacement Power Steering Pump) 和电动液压助力转向( Electric Hydraulic PowerSteering, 简称 EHPS) 系统。变流量泵助力转向系统在汽车处于比较高的行驶速度或者不需要转向的情况下, 泵的流量会相应地减少, 从而有利于减少不
14、必要的功耗。电动液压转向系统采用电动机驱动转向泵, 3由于电机的转速可调, 可以即时关闭, 所以也能够起到降低功耗的功效。液压助力转向系统使驾驶室变得宽敞, 布置更方便, 降低了转向操纵力, 也使转向系统更为灵敏。由于该类转向系统技术成熟、能提供大的转向操纵助力, 目前在部分乘用车、大部分商用车特别是重型车辆上广泛应用。但是液压助力转向系统在系统布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面存在不足。1.3.3 汽车电动助力转向系统(EPS)EPS 在日本最先获得实际应用, 且得到迅速发展, 其应用范围已经从微型轿车向大型轿车和客车方向发展。日本的大发汽车公司、三菱汽车公司、本田汽
15、车公司, 美国的Delphi公司,德国的ZF 公司, 都研制出了各自的EPS。EPS 的助力形式也从低速范围助力型向全速范围助力型发展,日本早期开发的EPS仅低速和停车时提供助力, 高速时EPS 将停止工作。新一代的EPS 则不仅在低速和停车时提供助力, 而且还能在高速时提高汽车的操纵稳定性。（1）电动助力转向系统的结构电动助力转向系统是在传统机械转向机构的基础上发展起来的。系统通常由转矩传感器、车速 传感器、电子控制器、电动机、电磁离合器和减速机构等组成, 其结构示意如图1.1图1.1 电动助力转向系统的结构4（2）电动助力转向系统工作原理汽车处于起动或者低速行驶状态时, 操纵转向盘转向,
16、装在转向柱上的转矩传感器不断检测作用于转向柱扭杆上的扭矩, 并将此信号与车速信号同时输入电子控制器, 处理器对输入信号进行运算处理, 确定助力扭矩的大小和方向, 从而控制电动机的电流和转向, 电动机经离合器及减速机构将转矩传递给牵引前轮转向的横拉杆, 最终起到为驾驶人员提供辅助转向力的功效；工作流程图见图 1.2。图1.2 电动助力转向系统的工作流程图5电动助力转向系统很容易实现在不同的车速下实时的为汽车转向提供不同的助力效果, 保证汽车在低速行驶时轻便灵活, 高速行驶时稳定可靠。（3）电动助力转向系统的主要部件转矩传感器 1用于检测作用于转向盘上的扭矩信号的大小与方向, 由力矩传感器和旋转速
17、度传感器组成。力矩传感器感知转向盘的转向力矩大小, 旋转传感器感知转向盘的旋转速度, 并把感知的这两个信号传递到电子控制单元。目前采用较多的转矩传感器是扭杆式电位计传感器。车速传感器 2用于检测汽车的行驶速度, 并进行自诊断,把检测到的信号送入电子控制单元。常采用电磁感应式传感器, 安装在汽车变速器输出轴上。电动机 3电动助力转向系统的动力源, 通常采用无刷永磁式直流电动机, 其功能是根据电子控制单元( ECU) 的指令产生相应的输出扭矩。电动机是影响EPS 性能的主要因素之一, 不仅要求低转速大扭矩、波动小、转动惯量小、尺寸小、质量轻,而且要求可靠性高、控制性能好。电子控制单元 4它是整个控制系统的核心, 完成对各个传感器输入信号的处理, 依据控制规则计算出所需的参数值, 通过驱动电路, 实现对电机的控制电磁离合器 5对于动力的工作范围限定在某一速度区域内。如果超过规定速度, 电动机停转, 且离合器分离, 不再起传递动力的作用。在不加助力的情况下, 离合器可以清除电动机惯性的影响。同时, 在系统发生故障时, 因离合器分离, 又可以恢复手动控制转向。减速机构6用来增大电动机的输出扭矩。主要有两种形式: 蜗轮蜗杆减速机构和双行星齿轮减速机构。前者主要用于转向轴助力式转向系统, 后者主要用于齿轮助力式和齿条助力式转向系统.（4）电动助力转向系统的优点
