转向系设计课件.pptx

1、非断开式车桥的转向梯形非断开式车桥的转向梯形1.转向器 2.转向摇臂 3.转向直拉杆 4.转向节臂 5.梯形臂 6.转向横拉杆两根导管和螺母内的螺旋管状通道组合成两条各自独立的封闭的钢球两根导管和螺母内的螺旋管状通道组合成两条各自独立的封闭的钢球流道流道。转向螺。转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，螺母即沿轴向移动。同时，在螺杆及螺母与杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，螺母即沿轴向移动。同时，在螺杆及螺母与钢球间的摩擦力偶作用下，所有钢球便在螺旋管状通道内滚动，形成钢球间的摩擦力偶作用下，所有钢球便在螺旋管状通道内滚动，形成球流球流。蜗杆曲柄指销式转向器的以转向蜗杆为主动件，其从动件是

2、装在摇臂轴曲柄端部的指蜗杆曲柄指销式转向器的以转向蜗杆为主动件，其从动件是装在摇臂轴曲柄端部的指销。转向蜗杆转动时，与之啮合的指销即绕摇臂轴轴线沿圆弧运动，并带动摇臂轴转销。转向蜗杆转动时，与之啮合的指销即绕摇臂轴轴线沿圆弧运动，并带动摇臂轴转动。动。蜗杆曲柄指销式转向器蜗杆曲柄指销式转向器)tan(tan00aa00tan)tan(aakkkwdddtddtdi/00iiii0ii0ipipppwdddtddtdi/kpkpkpdddtddtdi/hWpFFi/2aMFrWswhhDMF2hWpFFi/2aMDMihswrp02iddMMkhraDiiswp20pi0ikpddi/120/L

3、Lddikpddii/0i0i0i 为转动转向轮要克服的阻力，包括转向轮绕主销转动的阻力、车轮为转动转向轮要克服的阻力，包括转向轮绕主销转动的阻力、车轮稳定阻力、轮胎变形阻力和转向系中的内磨擦阻力等。稳定阻力、轮胎变形阻力和转向系中的内磨擦阻力等。 计算汽车在沥青或者混凝土跨面上的原地转向阻力矩计算汽车在沥青或者混凝土跨面上的原地转向阻力矩MR（Nmm）的半径经验公式的半径经验公式式中，式中，f为轮胎和路面间的滑动磨擦因数，一般取为轮胎和路面间的滑动磨擦因数，一般取0.7；G1为转向轴负荷（为转向轴负荷（N）；）；p为轮胎气压（为轮胎气压（MPa）。）。 作用在转向盘上的手力为作用在转向盘上的

4、手力为 式中，式中，L1转向摇臂长；转向摇臂长；L2为转向节臂长；为转向节臂长；Dsw为转向盘直径；为转向盘直径；i为转向器角传动为转向器角传动比；比；+为转向器正效率。为转向器正效率。 对给定的汽车，用式（对给定的汽车，用式（7-9）计算出来的的作用力是最大值。）计算出来的的作用力是最大值。 PGfMR313iDLMLFswRh212（7-9） （7-10） 齿轮齿条式转向器的齿轮多数采用斜齿圆柱齿轮。齿轮模齿轮齿条式转向器的齿轮多数采用斜齿圆柱齿轮。齿轮模数取值范围多在数取值范围多在23mm之间。主动小齿轮齿数多数在之间。主动小齿轮齿数多数在57个齿范围变化，压力角取个齿范围变化，压力角取

5、20，齿轮螺旋角取值范，齿轮螺旋角取值范围多为围多为915。齿条齿数应根据转向轮达到最大偏转。齿条齿数应根据转向轮达到最大偏转角时，相应的齿条移动行程应达到的值来确定。变速比的角时，相应的齿条移动行程应达到的值来确定。变速比的齿条压力角，对现有结构在齿条压力角，对现有结构在12一一35范围内变化。此范围内变化。此外，设计时应验算齿轮的抗弯强度和接触强度。外，设计时应验算齿轮的抗弯强度和接触强度。 主动小齿轮选用主动小齿轮选用16MnCr5或或15CrNi6材料制造，而齿材料制造，而齿条常采用条常采用45钢制造。为减轻质量，壳体用铝合金压铸。钢制造。为减轻质量，壳体用铝合金压铸。1螺杆、钢球、螺

6、母传动副螺杆、钢球、螺母传动副（1）钢球中心距）钢球中心距D、螺杆外径、螺杆外径D、螺母内径、螺母内径D2 尺寸尺寸D、Dl、D2如图所示。螺杆外径如图所示。螺杆外径Dl通常在通常在2038mm范围内变化，设范围内变化，设计时应根据转向轴负荷的不同来选定。螺母内径计时应根据转向轴负荷的不同来选定。螺母内径D2应大于应大于Dl，一般要求，一般要求D2Dl= （510）D。 （2）钢球直径）钢球直径d及数量及数量n 钢球直径尺寸钢球直径尺寸d取得大，能提高承载能力，同时螺杆和螺取得大，能提高承载能力，同时螺杆和螺母传动机构和转向器的尺寸也随之增大。钢球直径应符合母传动机构和转向器的尺寸也随之增大。

7、钢球直径应符合国家标准，一般常在国家标准，一般常在79mm范围内选用。范围内选用。 增加钢球数量增加钢球数量n，能提高承载能力，但使钢球流动性变坏，能提高承载能力，但使钢球流动性变坏，从而使传动效率降低。因为钢球本身有误差，所以共同参从而使传动效率降低。因为钢球本身有误差，所以共同参加工作的钢球数量并不是全部钢球数。经验证明，每个环加工作的钢球数量并不是全部钢球数。经验证明，每个环路中的钢球数以不超过路中的钢球数以不超过60粒为好。为保证尽可能多的钢粒为好。为保证尽可能多的钢球都承载，应分组装配。球都承载，应分组装配。 （3）滚道截面）滚道截面 当螺杆和螺母各由两条圆弧组成，形成当螺杆和螺母各

8、由两条圆弧组成，形成四段圆弧滚道截面时，见图，钢球与滚道有四段圆弧滚道截面时，见图，钢球与滚道有四点接触，传动时轴向间隙最小，可满足转四点接触，传动时轴向间隙最小，可满足转向盘自由行程小的要求。图中滚道与钢球之向盘自由行程小的要求。图中滚道与钢球之间的间隙，除用来贮存润滑油之外，还能贮间的间隙，除用来贮存润滑油之外，还能贮存磨损杂质。为了减少摩擦，螺杆和螺母沟存磨损杂质。为了减少摩擦，螺杆和螺母沟槽的半径槽的半径R2应大于钢球半径应大于钢球半径d/2，一般取，一般取R2 =（051053）d。（4）接触角）接触角 钢球与螺杆滚道接触点的正压力方向与螺杆滚道法面轴钢球与螺杆滚道接触点的正压力方向

9、与螺杆滚道法面轴线间的夹角称为接触角线间的夹角称为接触角，如图所示。，如图所示。角多取为角多取为45，以使轴向力和径向力分配均匀。以使轴向力和径向力分配均匀。（5）螺距）螺距P和螺旋线导程角和螺旋线导程角o 螺距螺距P影响转向器角传动比的值。螺距影响转向器角传动比的值。螺距P一般在一般在1218mm内选取。内选取。导程角导程角o对转向器传动效率有影响。对转向器传动效率有影响。（6）工作钢球圈数）工作钢球圈数W 多数情况下，转向器用两个环路，而每个环路的工作钢球圈数多数情况下，转向器用两个环路，而每个环路的工作钢球圈数W又与接触强度有关：增加工作钢球圈数，参加工作的钢球增多，又与接触强度有关：增

10、加工作钢球圈数，参加工作的钢球增多，能降低接触应力，提高承载能力；但钢球受力不均匀、螺杆增长能降低接触应力，提高承载能力；但钢球受力不均匀、螺杆增长而使刚度降低。工作钢球圈数有而使刚度降低。工作钢球圈数有15和和25圈两种。圈两种。 （7）导管内径）导管内径d1容纳钢球且钢球在其内部流动的导管内径容纳钢球且钢球在其内部流动的导管内径d1de。导管壁厚取为。导管壁厚取为1mm。滚道相对齿扇作斜向进给运动加滚道相对齿扇作斜向进给运动加工齿扇齿，得到变厚齿扇。工齿扇齿，得到变厚齿扇。 变厚齿扇的齿顶和齿根的轮廓面是圆变厚齿扇的齿顶和齿根的轮廓面是圆锥的一部分，其分度圆上的齿厚是变锥的一部分，其分度圆

11、上的齿厚是变化的，故称之为变厚齿扇。化的，故称之为变厚齿扇。对齿轮来说，因在不同位置的剖面中其模数对齿轮来说，因在不同位置的剖面中其模数m不变，所以它的分度圆半不变，所以它的分度圆半径径r和基圆半径和基圆半径rb相同。相同。进行变厚齿扇齿形计算之前，必进行变厚齿扇齿形计算之前，必须确定的参数有：须确定的参数有：模数模数m，参考表，参考表72选取；选取；法向压力角法向压力角o，一般在，一般在2030之间；之间；齿顶高系数齿顶高系数x1，一般取，一般取08或或10；径向间隙系数，取径向间隙系数，取02；整圆；整圆齿数齿数z，在，在1215之间选取；之间选取；齿扇宽度齿扇宽度B，一般在，一般在223

12、8mm。1钢球与滚道之间的接触应力钢球与滚道之间的接触应力当接触表面硬度为当接触表面硬度为5864HRC时，许用接触应时，许用接触应力力 =2500Nmm2。2齿的弯曲应力齿的弯曲应力w许用弯曲应力为许用弯曲应力为w=540Nmm2。螺杆和螺母用螺杆和螺母用20CrMnTi钢制造，表面渗碳。前轴负荷不钢制造，表面渗碳。前轴负荷不大的汽车，渗碳层深度在大的汽车，渗碳层深度在0812mm；前轴负荷大；前轴负荷大的汽车，渗碳层深度在的汽车，渗碳层深度在105145mm。表面硬度为。表面硬度为5863HRC。此外，应根据材料力学提供的公式，对接触应力进行验算。此外，应根据材料力学提供的公式，对接触应力

13、进行验算。3转向摇臂轴直径的确定转向摇臂轴直径的确定摇臂轴用摇臂轴用20CrMnTi钢制造，表面渗碳，渗碳层深度在钢制造，表面渗碳，渗碳层深度在0812mm。前轴负荷大的汽车，渗碳层深度为。前轴负荷大的汽车，渗碳层深度为105145mm。表面硬度为表面硬度为5863HRC。第六节第六节 转向梯形转向梯形 转向梯形有整体式和断开式两种。转向梯形有整体式和断开式两种。转向梯形方案与悬架形式密切相关。转向梯形方案与悬架形式密切相关。 转向梯形的设计要求：转向梯形的设计要求：1）正确选择转向梯形参数，保证汽正确选择转向梯形参数，保证汽车转弯时全部车轮绕一个瞬时转向中心车转弯时全部车轮绕一个瞬时转向中心

14、行驶。行驶。2）满足最小转弯直径的要求，转向满足最小转弯直径的要求，转向轮应有足够大的转角。轮应有足够大的转角。 一、转向梯形结构方案分析一、转向梯形结构方案分析 1.整体式转和梯形整体式转和梯形整体式转向梯形是由转向横拉杆整体式转向梯形是由转向横拉杆1，转向梯形臂转向梯形臂2和汽车前轴和汽车前轴3组成，如图组成，如图7-14所示。所示。图图7-14 整体式转向梯形整体式转向梯形1横拉杆横拉杆 2梯形臂梯形臂 3前轴前轴 这种方案的优点是结构简这种方案的优点是结构简单，调整前束容易，制造成本单，调整前束容易，制造成本低；主要缺点是一侧转向轮上、低；主要缺点是一侧转向轮上、下跳动时，会影响另一侧

15、转向下跳动时，会影响另一侧转向轮。轮。 LKiocotcot)/cot(cot)(0LKarcfoii)cos(212cos)cos(cos2arccos)cos(21)sin(arcsin22ooooimKmKmKmKmKi%100)()()()()(max1ooioiioiioiioixf%1001cotarccos)cos(212cos)cos(cos2arccoscotcot)cos(21)sin(arcsin)()(212maxLKmKmKmKLKarcmKmKxfoioioioioioioiooimxxx21aDLo2arcsinminmaxmax205 . 020100 . 11

16、005 . 1)(ooooo各设计变量的取值范围构成的约束条件为 m-mmin0 （7-17）mmax-m0 （7-18）-min0 （7-19） 梯形臂长度m设计时常取在mmin=0.11K，mmax=0.15K。梯形底角min=70最小传动角的约束条件为 02cos)cos(cos)cos(cos2cosminmaxminKmo（7-20） 式中，min为最小传动角，min=40 。 已知 ，故由式（7-20）可知，min为设计变量m及的函数。 aDLo2arcsinminmax由式（7-17）、式（7-18）、式（7-19）和式（7-20）四项约束条件所形成的可行域，如图7-17所示的几种情况。图7-17b适用于要求min较大，而min可小些的车型；图7-17c适用于要求min较大，而min小些的车型；图7-17a适用介于图7-17b、c之间要求的车型。 图7-17 转向梯形机构优化设计的可行域 由上述数学模型可知，转向梯形机构的优化设计问题，是一个小型的约束非线性规划问题，可用复合形法来求解。