1、 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 设计 (论文 )题目： 货车转向系设计 学生姓名 ： 王强 指导教师 ： 诸鑫瑞 二级学院 ： 机电工程学院 专 业 ： 车辆工程 班 级 ： M12车辆工程 学 号 ： 1221402015 提交日期 ： 2014年 05月 8 日 答辩日期 ： 2014 年 05月 14日 金陵科技学院学士学位论文 目录 I 目 录 摘 要 . III ABSTRACT . IV 1 前言 . 1 1.1转向 系的作用 . 1 1.2转向系研究的意义与发展趋势 . 1 2 汽车转向系统总述 . 2 2.1转向系的组成及各组成部件的功用 . 2 2.1.1转向器 . 2 2
2、.1.2 转向操纵机构 . 2 2.1.3 转向传动机构 . 3 2.2 转向器的分类 . 3 2.2.1 齿轮齿条转向器 . 3 2.2.2 循环球式转向器 . 5 2.2.3 蜗杆曲柄指销式转向器 . 5 2.3转向系统设计要求 . 6 2.3.1设计要求 . 6 3 转向系主要性能参数 . 7 3.1 转向器的效率 . 7 3.1.1 转向器的正效率 . 7 3.1.2 转向器的逆效率 . 8 3.2 传动比的变化特性 . 8 3.2.1转向系传动比 . 8 3.2.2力传动比与转向系角传动比的关系 . 9 3.2.3转向系的角传动比 . 10 3.2.4转向器角传动比及其变化规律 .
3、10 3.3转向器传动副的传动间隙 . 10 4 轻型货车转向 器设计 . 12 4.1转向器的方案分析 . 12 金陵科技学院学士学位论文 目录 II 4.1.1齿轮齿条式转向器 . 12 4.1.2其他转向器 . 14 4.1.3齿轮齿条式转向器工作原理及布置、结构形式的选择 . 14 4.2转向器设计与计算 . 15 4.2.1初选设计数据 . 15 4.2.2 转向轮侧偏角计算 . 16 4.2.3转向器参数选取 . 16 4.2.4选择齿轮齿条材料 . 16 4.2.5强度校核 . 17 4.2.6齿轮齿条的基本参数如下表所示 : . 18 5 转向梯形机构 . 20 5.1转 向梯
4、形结构方案分析 . 20 5.1.1整体式转向梯形 . 20 5.1.2断开式转向梯形 . 20 5.2转向梯形优化设计 . 22 6 三维建模 . 25 6.1 PRO/E介绍及主要特性 . 25 6.2 三维零件图及组装图 . 26 总结 . 31 参考文献 . 32 致谢 . 33 金陵科技学院学士学位论文 摘要 III 货车转向系设计 摘 要 转向系是汽车的重要组成之一 ,汽车转向系的功用是能够保证汽车能够按照驾驶员的意志 而进行转向行驶，对安全性要求很高。因此，转向系应准确，快速、平稳地响应驾驶员的转向指令，转向行使后或受到外界扰动时，在驾驶员松开方向盘的状态下，应保证汽车自动返回稳
5、定的直线行使状态。本设计以轻型货车为例，通过实际需求选择齿轮齿条转向系统进行设计，首先根据设计要求选择适宜的转向系性能参数，然后对齿轮齿条参数进行设计并校核计算，选择齿轮齿条的参数，紧接着对转向梯形结构进行选择，最终对整个货车转向系统进行三维建模并进行装配。 关键词： 转向系；齿轮齿条；转向梯形；三维建模 金陵科技学院学士学位论文 Abstract IV Truck steering system design Abstract Steering system is one important part of automobile, automobile steering systems fu
6、nction is to ensure cars can be conducted in accordance with the will of the driver to drive; the security requirement is very high. Steering system, therefore, should be accurate, fast and smooth response to the drivers steering commands, to after exercise or by external disturbances, the driver lo
7、osen the steering wheel, should guarantee the car automatically return to a stable state of straight line to exercise The design of the light truck as an example, through the actual demand to choose pinion and rack steering system design, first choose appropriate steering system performance paramete
8、rs according to the design requirements, and then the parameters of design and checking calculation of gear and rack, choose the parameters of the gear and rack, and then to choose of steering trapezoid structure, finally the whole truck steering system for 3 d modeling and assembly. Key words: Stee
9、ring system; The gear and rack; Steering gear; 3 d modeling 金陵科技学院学士学位论文 第 1章 前言 1 1 前言 1.1 转向系的作用 汽车在行驶过程中，经常需要换车道和转弯。驾驶员通过一套专门的机构汽车转向系，使汽车改变行驶方向。转向系还可以修正因路面倾斜等原因引起的汽车跑偏。转向系统不仅关系到汽车行驶的安全，还关系到延长轮胎寿命、降低燃油油耗等。伴随着现代汽车工业的发展而不断进步，高速公路和高架公路的出现，同向并行车辆的增多和行驶速度的提高及道路条件的变化，要求更加精确灵活的转向系统。 1.2 转向系研究的意义与发展趋势 作为
10、汽车的一个重要组成部分 , 汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成 , 如何设计汽车的转向特性 , 使汽车具有良好的操纵性能 , 始终是各汽车生产厂家和科研机构的重要研究课题。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天 , 针对更多不同水平的驾驶人群 , 汽车的操纵设计显得尤为重要。汽车转向系统发展经历了纯机械式转向系统、液压助力转向系统、电动助力转向系统三个基本发展阶段，线控转向系统为其发展趋势。 齿轮齿条式转向器和循环球式转向器，已成为当今世界汽车上主要的两种转向器；而蜗轮 蜗杆式转向器和蜗杆 销式转向器，正在逐步被淘汰或保留较小的地位。 在小客车上发展转向器的观点各异，美
11、国和日本重点发展循环球式转向器，比率都已达到或超过 90%；西欧则重点发展齿轮齿条式转向器，比率超过 50%，法国已高达 95%。 由于齿轮齿条式转向器的种种优点，在小型车上的应用 (包括小客车、小型货车或客货两用车 )得到突飞猛进的发展；而大型车辆则以循环球式转向器为主要结构。 从发展趋势上看，国外整体式转向器发展较快，而整体式转向器中转阀结构是目前发展的方向。由于动力转向系统还是新的结构，各国的生产厂家都正在组织力量，大力开展试验研究 工作，提高使用性能、减小总成体积、降低生产成本、保证产品质量稳定，以便逐步推广和普及。 随着能源危机的发展，汽车工业首当其冲，其发展方向有很大变化。从汽车设
12、计、制造到各总成部件的生产都随着能源危机的发生而变化，表现在能源消耗、材料消耗、操纵轻便等各个方面。金陵科技学院学士学位论文 第 2章 汽车转向系统总述 2 2 汽车转向系统总述 2.1 转向系的组成及各组成部件的功用 汽车转向系由转向操纵机构（包括转向盘、转向轴、转向万向节等）、转向器和转向传动机构（转向摇臂、转向节臂、转向直拉杆、转向节梯形臂、横拉杆等）三部分组成，如图 2.1所示。 2.1 转向系 1-转向盘 2-转向轴 3-转向万向节 4-转向传动轴 5-转向器 6-转向摇臂 7-转向直拉杆 8-转向节臂 9-左转向节 10-左转向梯形臂 11-转向横拉杆 12-右转向梯形臂 13-右
13、转向节 2.1.1转向器 转向器作为转向系的重要组成部分，其作用如下： 1、增大来自转向盘的转矩，使之达到足以克服转向轮与路面之间的转向阻力矩 ； 2、将与转向传动轴连接在一起的主动齿轮的转动，转换成齿条的直线运动而获得所需要的位移 ； 3、通过选取不同的螺（蜗）杆上的螺纹螺旋方向，达到使转向盘的转向方向与转向轮转动方向协调一致的目的。 4、增大由转向盘传到转向节的力并改变力的传递方向，获得所要求的摆动速度和角度。 2.1.2 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安全性以及便于拆装，在转
14、向轴与转向器的输入端之间安装转向万向节，如图 2.2。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，则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，则多数仅在金陵科技学院学士学位论文 第 2章 汽车转向系统总述 3 用机械转向系统而无动力转向装置。 2.2 转向操纵机构 1-转向万向节； 2-转向传动轴； 3-转向管柱； 4-转向轴； 5-转向盘 2.1.3 转向传动机构 转向传动机构包括转向臂、转向纵拉杆、转向节臂、转向梯形臂以及转向横拉杆等。（见图 2.3） 转向传动机构用于把转向器输出的力和运动传给左、右
15、转向节并使左、右转向轮按一定关系进行偏转。 2.3 转向传动机构 1-转向摇臂； 2-转向纵拉杆； 3-转向节臂； 4-转向梯形臂； 5-转向横拉杆 2.2 转向器的分类 转向器种类较多，较常用的有齿轮齿条式、循环球式、蜗杆曲柄指销式等。其中第一、第二种较常用，蜗杆曲柄指销式已经逐渐减少。 2.2.1 齿轮齿条转向器 齿轮齿条式转向器由与转向轴做成一体的转向齿轮和常与转向横拉杆做成一体的齿金陵科技学院学士学位论文 第 2章 汽车转向系统总述 4 条组成。与其他形式的转向器比较，齿轮齿条式转向器最主要的优点是：结构简单、紧凑；壳体采用铝合金或镁合金压铸而成，转向 器的质量比较小；传动效率高达 9
16、0%；齿轮与齿条之间因磨损出现间隙以后，利用装在齿条背部、靠近主动小齿轮处的压紧力可以调节的弹簧。能自动消除齿间间隙，这不仅可以提高转向系统的刚度。还可以防止工作时产生冲击和噪声；转向器占用的体积小；没有转向摇臂和直拉杆，所以转向轮转角可以增大；制造成本低。 齿轮齿条式转向器的主要缺点是：由于逆效率高，汽车在不平路面上行驶时，发生在转向轮与路面之间冲击力的大部分能传至转向盘，称之为反冲。反冲现象会使驾驶员精神紧张，并难以准确控制汽车行驶方向，转向盘突然转动又会造成打手，同时对驾 驶员造成伤害。 根据输入齿轮位置和输出特点不同，齿轮齿条式转向起有四种形式：中间输入，两端输出；侧面输入，两端输出；
17、侧面输入，中间输出；侧面输入，一端输出。 采用侧面输入，中间输出方案时，与齿条连的左，右拉杆延伸到接近汽车纵向对称平面附近。由于拉杆长度增加，车轮上、下跳动时拉杆摆角减小，有利于减少车轮上、下跳动时转向系与悬架系的运动干涉。拉杆与齿条用螺栓固定连接，因此，两拉杆那与齿条同时向左或右移动，为此在转向器壳体上开有轴向的长槽，从而降低了它的强度。 采用两端输出方案时，由于转向拉杆长度受到限制，容易与 悬架系统导向机构产生运动干涉。 侧面输入，一端输出的齿轮齿条式转向器，常用在平头货车上。 容易齿轮齿条式转向器采用直齿圆柱齿轮与直齿齿条啮合，则运转平稳降低，冲击大，工作噪声增加。此外，齿轮轴线与齿条轴
18、线之间的夹角只能是直角，因此与总体布置不适应而遭淘汰。采用斜齿圆柱齿轮与斜齿齿条啮合的齿轮齿条式转向器，重合度增加，运转平稳，冲击与工作噪声均下降，而且齿轮轴线与齿条轴线之间的夹角易于满足总体设计的要求。因为斜齿工作时有轴向力作用，所以转向器应该采用推力轴承，使轴承寿命降低，还有斜齿轮的滑磨较大是它的缺点。 齿条断面形状有圆形、 V形和 Y形三种。圆形断面齿条的制作工艺比较简单。 V形和 Y形断面齿条与圆形断面比较，消耗的材料少，约节省 20%，故质量小；位于齿下面的两斜面与齿条托座接触，可用来防止齿条绕轴线转动； Y 形断面齿条的齿宽可以做得宽些，因而强度得到增加。在齿条与托座之间通常装有用
19、减磨材料（如聚四氟乙烯）做的垫片，以减少滑动摩擦。当车轮跳动、转向或转向器工作时，如在齿条上作用有能使齿条旋转的力矩时，应选用 V形和 Y 形断面齿条，用来防止因齿条旋转而破坏齿轮、齿条的齿不能正确啮合的情况出现。 为了防止齿条旋转，也有在转 向器壳体上设计导向槽的，槽内嵌装导向块，并将拉杆、导向块与齿条固定在一起。齿条移动时导向块在导向槽内随之移动，齿条旋转时导向块可防止齿条旋转。要求这种结构的导向块与导向槽之间的配合要适当。配合过紧会为转向和金陵科技学院学士学位论文 第 2章 汽车转向系统总述 5 转向轮回正带来困难，配合过松齿条仍能旋转，并伴有敲击噪声。 根据齿轮齿条式转向器和转向梯形相
20、对前轴位置的不同，齿轮齿条式转向器在汽车上有四种布置：形式转向器位于前轴后方，后置梯形；转向器位于前轴后方，前置梯形；转向器位于前轴前方，后置梯形；转向器位于前轴前方，前置梯形。 齿轮齿条式转向器广泛应用于乘用车上 。载质量不大，前轮采用独立悬架的货车和客车有些也用齿轮齿条式转向器。 2.2.2 循环球式转向器 循环球式转向器由螺杆和螺母共同形成的螺旋槽内装钢球构成的传动副，以及螺母上齿条与摇臂轴上齿扇构成的传动副组成，如图 2.4。 2.4 循环球式转向器示意图 循环球式转向器的优点是：在螺杆和螺母之间因为有可以循环流动的钢球，将滑动摩擦转变为滚动摩擦，因而传动效率可达到 75% 85%；在
21、结构和工艺上采取措施后，包括提高制造精度，改善工作表面的表面粗糙度和螺杆。螺母上的螺旋槽经淬火和磨削加工，使之有足够的硬 度和耐磨损性能，可保证有足够的使用寿命；转向器的传动比可以变化；工作平稳可靠；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。 循环球式转向器的缺点是：逆效率高，结构复杂，制造困难，制造精度要求高。 循环球式转向器主要用于商用车上。 2.2.3 蜗杆曲柄指销式转向器 蜗杆曲柄指销式转向器的销子若不能自转，称为固定销式蜗杆曲柄指销式转向器；销子除随同摇臂轴转动外，还能绕自身轴线转动的，称为旋转销式转向器。根据销子数量不同，又有单销和双销之分。 蜗杆曲柄指销式转向器的优点是 :转向器的传动比可以 做成不变的或者变化的；指销和蜗杆之间的工作面磨损后，调整间隙工作容易。 固定销蜗杆曲柄指销式转向器的结构简单，制造容易；但是因销子不能自转，销子的工作部位基本保持不变，所以磨损快，工作效率低。旋转销式转向器的效率高，磨损慢，但结构复杂。 蜗杆曲柄指销式转向器应有较少。
