汽車轉(zhuǎn)向助力器技術(shù)設(shè)計.docx

1、汽車轉(zhuǎn)向助力器技術(shù)設(shè)計液壓動力轉(zhuǎn)向首先是在大型車輛上得到發(fā)展的，隨著當(dāng)時汽車裝載質(zhì)量和整備質(zhì)量的增加，在轉(zhuǎn)向過程中所需克服的前輪轉(zhuǎn)向阻力矩也隨之增加，從而要求加大作用在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力，使駕駛員感到“轉(zhuǎn)向沉重”。當(dāng)前軸負(fù)荷增加到某一數(shù)值后，靠人力轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向輪就很吃力。為使駕駛員操縱輕便和提高車輛的機(jī)動性，最有效的方法就是在汽車轉(zhuǎn)向系中加裝轉(zhuǎn)向助力裝置，借助于汽車發(fā)動機(jī)的動力驅(qū)動油泵、空氣壓縮機(jī)和發(fā)電機(jī)等，以液力、氣力或電力增大駕駛員操縱前輪轉(zhuǎn)向的力矩。使駕駛員可以輕便靈活地操縱汽車轉(zhuǎn)向，減輕了勞動強(qiáng)度，提高了行駛安全性。液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)除了傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)向器以外，尚需增加控制閥、動力缸、油泵、油罐

2、和管路等。轎車對動力轉(zhuǎn)向的要求與重型車輛不完全相同。比如大型車輛對動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)噪聲的要求較低，轎車則對噪聲要求很高，轎車還要求裝用的轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要更簡單、尺寸更小、成本更低等。但是重型車輛動力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展無疑為轎車動力轉(zhuǎn)向技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。開始階段液壓動力轉(zhuǎn)向的控制閥采用滑閥式，即控制閥中的閥以軸向移動來控制油路?；y式控制閥結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)工藝性好，操縱方便，宜于布置，使用性能較好。但是滑閥靈敏度不夠高，后來逐漸被轉(zhuǎn)閥代替。20世紀(jì)50年代末沙基諾發(fā)明了轉(zhuǎn)閥式液壓動力轉(zhuǎn)向，即控制閥中的閥芯以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動來控制油路。與滑閥相比，轉(zhuǎn)閥的靈敏度高、密封件少、結(jié)構(gòu)比較先進(jìn)。雖然由于轉(zhuǎn)閥利用扭桿彈簧來使閥

3、回位，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，特別是對扭桿的材質(zhì)和熱處理工藝要求較高。但是其性能相對于滑閥有很大改進(jìn)，達(dá)到令人滿意的程度，并且在齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中布置轉(zhuǎn)閥比較容易，目前在轎車及大部分重型汽車上的液壓動力轉(zhuǎn)向采用的均是轉(zhuǎn)閥式控制閥。在大型汽車上裝備液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：(1) 減小駕駛員的疲勞強(qiáng)度。動力轉(zhuǎn)向可以減小作用在轉(zhuǎn)向盤上的力，提高轉(zhuǎn)向輕便性。(2) 提高轉(zhuǎn)向靈敏度?？梢员容^自由地根據(jù)操縱穩(wěn)定性要求選擇轉(zhuǎn)向器傳動比，不會受到轉(zhuǎn)向力的制約。允許轉(zhuǎn)向車輪承受更大的負(fù)荷，不會引起轉(zhuǎn)向沉重問題。(3) 衰減道路沖擊，提高行駛安全性。液壓系統(tǒng)的阻尼作用可以衰減道路不平度對轉(zhuǎn)向盤的沖擊；另一方面，當(dāng)汽車高速

4、行駛時，如果發(fā)生爆胎，將導(dǎo)致汽車轉(zhuǎn)向盤難以把握，應(yīng)用動力轉(zhuǎn)向可以使駕駛員較容易把握轉(zhuǎn)向盤。同時液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也有不足：(1) 選定參數(shù)完成設(shè)計之后，助力特性就確定了，不能再進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制。因此協(xié)調(diào)輕便性與路感的關(guān)系困難。低速轉(zhuǎn)向力小時，高速行駛時轉(zhuǎn)向力往往過輕、“路感”差，甚至感覺汽車發(fā)“飄”，從而影響操縱穩(wěn)定性；而按高速性能要求設(shè)計轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時，低速時轉(zhuǎn)向力往往過大。(2) 即使在不轉(zhuǎn)向時，油泵也一直運(yùn)轉(zhuǎn)，增加了能量消耗。(3) 存在滲油與維護(hù)問題，提高了保修成本，泄漏的液壓油會對環(huán)境造成污染。(4) 低溫工作性能較差。隨著人們對汽車經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保、安全性的日益重視以及大型汽車技術(shù)的發(fā)展，人們

5、開始對液壓動力轉(zhuǎn)向存在的不足進(jìn)行改進(jìn)，開發(fā)出一些新型液壓動力轉(zhuǎn)向技術(shù)。這種技術(shù)上的改進(jìn)主要圍繞第(1)、(2)點(diǎn)不足。對第(1)點(diǎn)不足的主要改進(jìn)措施是將車速引入動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，得到車速感應(yīng)型助力特性，發(fā)展了兩種車速感應(yīng)型液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。一種是機(jī)械式，通過與調(diào)速器及變速器相連的泵來控制油壓閥，現(xiàn)在已經(jīng)很少采用；另一種是電子控制式，通過傳感器由EUC控制閥操作，現(xiàn)在用得比較多。對第(2)點(diǎn)不足，主要通過開發(fā)節(jié)能泵、提高系統(tǒng)的效率以及電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來加以改進(jìn)。2. 3.2電動動力轉(zhuǎn)向電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。該系統(tǒng)由電動助力機(jī)直接提供轉(zhuǎn)向助力，省去了液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必需的動力

6、轉(zhuǎn)向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于發(fā)動機(jī)上的皮帶輪，既節(jié)省能量，又保護(hù)了環(huán)境。另外，還具有調(diào)整簡單、裝配靈活以及在多種狀況下都能提供轉(zhuǎn)向助力的特點(diǎn)。正是有了這些優(yōu)點(diǎn)，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為一種新的轉(zhuǎn)向技術(shù)，將挑戰(zhàn)大家都非常熟知的、己具有50多年歷史的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。駕駛員在操縱方向盤進(jìn)行轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)矩的大小，將電壓信號輸送到電子控制單元，電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到的轉(zhuǎn)距電壓信號、轉(zhuǎn)動方向和車速信號等，向電動機(jī)控制器發(fā)出指令，使電動機(jī)輸出相應(yīng)大小和方向的轉(zhuǎn)向助力轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生輔助動力。汽車不轉(zhuǎn)向時，電子控制單元不向電動機(jī)控制器發(fā)出指令，電動機(jī)不工作。與乘用車相比

7、，輕中型商用車由于其獨(dú)特的機(jī)械式循環(huán)軸轉(zhuǎn)向器及拉桿式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使得其EPS系統(tǒng)不同于目前轎車上應(yīng)用的幾種EPS傳動耦合方式。對輕中型載重汽車而言，所需電機(jī)助力遠(yuǎn)超過乘用車，因此需要設(shè)計全新的適用于商用汽車重載工況的電機(jī)助力傳動耦合機(jī)構(gòu)，使得電機(jī)助力經(jīng)過傳動耦合機(jī)構(gòu)，可以和原來的機(jī)械式轉(zhuǎn)向器合成為整體式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。目前電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要應(yīng)用于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，而輕中型商用汽車采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，乘用車所用的通用助力方式不適用于輕中型商用汽車。因此，電動助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)在乘用車上得到應(yīng)用，而在商用車上很少采用。3液壓助力布置方案的擬定3. 1轉(zhuǎn)向系的功用與要求轉(zhuǎn)向系是用來改變汽車的行駛方向和保持汽

8、車的直線行駛的。它是由轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動裝置兩大部分所組成。在采用動力轉(zhuǎn)向的汽車上還有動力系統(tǒng)。根據(jù)轉(zhuǎn)向系的工作特點(diǎn)，對其提出如下要求：1. 工作可靠。轉(zhuǎn)向系對汽車的行駛安全性影響很大，因此其零件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和壽命。2. 操縱輕便。這是減輕駕駛員的勞動強(qiáng)度和保證汽車安全行駛的重要因素之一。3. 汽車轉(zhuǎn)向時要有正確的運(yùn)動規(guī)律。要求合理地設(shè)計梯形機(jī)構(gòu)，保證汽車在轉(zhuǎn)向時車輪是純滾動而沒有滑動。4. 既要盡量減少汽車轉(zhuǎn)向輪受到的沖擊傳到方向盤上，又要保證駕駛員有正確的道路感覺。從而要求適當(dāng)?shù)乜刂妻D(zhuǎn)向器的可逆程度。5. 轉(zhuǎn)向系的調(diào)整應(yīng)盡量少而簡單。3. 2轉(zhuǎn)向器的方案分析根據(jù)轉(zhuǎn)向器所用傳動副的不同

9、，轉(zhuǎn)向器有多種。常見的有循環(huán)球式球面蝸桿蝸輪式、蝸桿曲柄銷式和齒輪齒條式等。轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)形式，決定了其效率特性以及對角傳動比變化特性的要求。選用那種效率特性的轉(zhuǎn)向器應(yīng)有汽車用途來決定，并和轉(zhuǎn)向系方案有關(guān)。經(jīng)常行駛在好路面上的轎車和市內(nèi)用客車，可以采用正效率較高的、可逆程度大的轉(zhuǎn)向器。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)簡單，因此制造容易，成本低，正、逆效率都高。為了防止和緩和反向沖擊傳給方向盤，必須選擇較大的傳動比，或裝有吸振裝置的減振器。蝸桿曲柄銷式轉(zhuǎn)向器角傳動比的變化特性和嚙合間隙特性變化受限制，不能完全滿足設(shè)計者的意圖。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器中一般有兩級傳動副。第一級是螺桿螺母傳動副，第二級是齒條齒扇傳動副。

10、轉(zhuǎn)向螺桿的軸頸支撐在兩個圓錐滾子軸承上。軸承緊度可用調(diào)整墊片調(diào)整。轉(zhuǎn)向螺母的下平面上加工成齒條，與齒扇軸內(nèi)的齒扇部分相嚙合。通過轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向螺桿時，轉(zhuǎn)向螺母不轉(zhuǎn)動，只能軸向移動，并驅(qū)使齒扇軸轉(zhuǎn)動。為了減小轉(zhuǎn)向螺桿和轉(zhuǎn)向螺母之間的摩擦，其間裝有小鋼球以實現(xiàn)滾動摩擦。二者的螺旋槽能配合形成近似圓形斷面輪廓的螺旋管狀通道。轉(zhuǎn)向螺母外有兩根導(dǎo)管，兩端分別插入螺母的一對通孔。導(dǎo)管內(nèi)裝滿了鋼球。兩根導(dǎo)管和螺母內(nèi)的螺旋管狀通道組合成兩條各自獨(dú)立的封閉的鋼球流道。轉(zhuǎn)向器工作是兩列鋼球只是在各自封閉的流道內(nèi)循環(huán)，而不脫出。轉(zhuǎn)向螺母上的齒條式傾斜的，因此與之嚙合的齒應(yīng)當(dāng)是分度圓上的齒厚沿齒扇軸線按線性關(guān)系變化的

11、變厚齒扇。因為循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的正傳動效率很高，操作輕便，使用壽命長。經(jīng)常用于各種汽車。綜上最后本次設(shè)計選定循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。4液壓助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案分液壓式動力轉(zhuǎn)向由于油壓工作壓力高，動力缸尺寸小、質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，油液具有不可壓縮性，靈敏度高以及油液的阻尼作用可以吸收里面的沖擊等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。4. 1動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案液壓式動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是由分配閥、轉(zhuǎn)向器、動力缸、液壓泵、儲油罐和油管等組成。根據(jù)分配閥、轉(zhuǎn)向器和動力缸三者相互位置的不同，液壓式動力機(jī)構(gòu)可分為整體式、半整體式、轉(zhuǎn)向加力器。機(jī)械轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向動力缸設(shè)計成一體，并與轉(zhuǎn)向控制閥組裝在一起，這種三合一的部件稱為整體式動力轉(zhuǎn)向器（如圖

12、3-1）。另一種方案是只將轉(zhuǎn)向控制閥同機(jī)械轉(zhuǎn)向器組合成一個部件，該部件稱為半整體式動力轉(zhuǎn)向器（如圖3-2）,轉(zhuǎn)向動力缸則做成獨(dú)立部件。第三種方案是將機(jī)械轉(zhuǎn)向器作為獨(dú)立部件，而將轉(zhuǎn)向控制閥和轉(zhuǎn)向動力缸組合成一個部件，稱為轉(zhuǎn)向加力器（如圖3-3）。轉(zhuǎn)向直拉料圖3-1整體式動力轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向油費(fèi)、轉(zhuǎn)向油費(fèi)轉(zhuǎn)向直杭桿圖3-2半整體式動力轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向油管流讖控制潤轉(zhuǎn)向油泵機(jī)械轉(zhuǎn)向器機(jī)械轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向動力亂單向閥轉(zhuǎn)向控制閥轉(zhuǎn)向直拉杵圖3-3轉(zhuǎn)向加力器、轉(zhuǎn)向盤在分析比較上述幾種不同動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案時，常從結(jié)構(gòu)上是否緊湊、轉(zhuǎn)向器主要零件是否承受有動力缸建立起來的載荷、拆裝轉(zhuǎn)向器是否容易、管路特別是軟管的管路

13、、轉(zhuǎn)向輪在側(cè)向力作用下是否容易引起轉(zhuǎn)向輪擺振、能不能采用典型轉(zhuǎn)向器等方面來做比較。例如，整體式動力轉(zhuǎn)向器，由于其分配閥、轉(zhuǎn)向器、動力缸三者裝在一起，因而結(jié)構(gòu)緊湊，管路也短。其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)向搖臂軸、搖臂等轉(zhuǎn)向器的主要零件，都要承受有動力缸所建立起來的載荷，因此必須加大它們的尺寸和質(zhì)量，給布置帶來不利的影響；同時還不能采用典型的轉(zhuǎn)向器，拆裝轉(zhuǎn)向器時要比分置式的困難。除此之外，由于對轉(zhuǎn)向器的密封性要求比較高，這些給轉(zhuǎn)向器的設(shè)計帶來不少的困難。分置式動力轉(zhuǎn)向器由于分開布置，故其機(jī)械轉(zhuǎn)向器可以采用任何一種典型的結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)向器零件也不受動力缸助力載荷的影響；當(dāng)汽車的轉(zhuǎn)向橋負(fù)荷過大時，可加大缸徑或增加動力缸的缸數(shù)

14、而不影響轉(zhuǎn)向器的基本尺寸。但分置式的零件數(shù)較多，管路布置也比較復(fù)雜。在分置式的結(jié)構(gòu)中，半分置式和聯(lián)閥式的應(yīng)用最多，連桿式的應(yīng)用最少。綜上最后本次設(shè)計的布置形式選定為半分置式。4. 2動力轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式的選擇動力轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)形式有常壓式和常流式之分。當(dāng)轉(zhuǎn)向分配閥在中間位置時常閉，使工作油液一直處于高壓狀態(tài)的動力轉(zhuǎn)向器，稱為常壓式動力轉(zhuǎn)向器；當(dāng)轉(zhuǎn)向分配閥在中間位置時常開，使工作油液一直處于常流狀態(tài)的動力轉(zhuǎn)向器，稱為常流式動力轉(zhuǎn)向器。上述的兩種液壓轉(zhuǎn)向加力裝置相比較，常壓式的優(yōu)點(diǎn)在于有蓄能器積蓄液壓能，可以使用流量較小的轉(zhuǎn)向液壓泵，而且能還可以在液壓泵不運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下保持一定得轉(zhuǎn)向能力，使汽車有可能續(xù)

15、駛一定的距離。這一點(diǎn)對大型汽車而言尤為重要。故本設(shè)計采用常壓式的。4.3分配閥的結(jié)構(gòu)方案*切力&I左、左糞的iliail渣星際該切力II左、左應(yīng)僵蔚力11曜;由甄財力II左、左胞&、左強(qiáng)的譜31常凌式漕海常壓式滑日圖2-4滑閥的結(jié)構(gòu)和工作原理分配閥有兩種結(jié)構(gòu)方案：分配閥中的閥與閥體以軸向移動方式來控制油路的稱為滑閥式（如圖2-4）,以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動來控制油路的稱為轉(zhuǎn)閥式?；y式分配閥結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)工藝性好，易于布置，使用性能好，曾得到廣泛的運(yùn)用。轉(zhuǎn)閥式與滑閥式比較，靈敏度高、密封件少而且結(jié)構(gòu)較為先進(jìn)。由于轉(zhuǎn)閥式是利用扭桿彈簧使轉(zhuǎn)閥回位，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜。綜上最后本次設(shè)計的控制閥選用滑閥5

16、液壓系統(tǒng)方案分析5. 1常用轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)工作原理汽車直線行駛時，方向盤保持不動，轉(zhuǎn)向器分配閥5處于中位常開，液壓泵2卸載，液壓油直接回油箱8o轉(zhuǎn)向時，駕駛員旋轉(zhuǎn)方向盤，螺桿作微前移或后移，轉(zhuǎn)向器內(nèi)滑閥偏離中間位置，壓力油自液壓泵出來，經(jīng)液壓控制集成元件4穩(wěn)流穩(wěn)壓后，經(jīng)轉(zhuǎn)向器分配閥5,進(jìn)入轉(zhuǎn)向缸6,由液壓缸推動轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向（如圖2-5所示）。1、3過濾器2液壓泵4液壓控制集成元件5轉(zhuǎn)向器分配閥6液壓缸7單向閥8油箱圖2-5常用轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)工作原理5. 2系統(tǒng)設(shè)計工作原理該系統(tǒng)在原通用轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)上合理加設(shè)液控背壓閥、帶單向閥的節(jié)流閥、開式減壓閥、中位為“H”型的液控三位四通換向閥。液控背

17、壓閥為當(dāng)轉(zhuǎn)向器分配閥工作（不在中位）時，控制支路系統(tǒng)產(chǎn)生背壓，操作液控?fù)Q向閥，使液壓缸工作。帶單向閥的節(jié)流閥為控制液控背壓閥進(jìn)出控制口的流量，即控制液控背壓閥閥芯滑動速度。開式減壓閥為系統(tǒng)壓力隨轉(zhuǎn)向橋負(fù)荷上升，當(dāng)高于低壓轉(zhuǎn)向器額定工作壓力時，使支路（流入轉(zhuǎn)向器）壓力保持恒定，保證轉(zhuǎn)向器壓力不超過工作壓力。三位四通換向閥起轉(zhuǎn)向器分配閥作用，控制方向與轉(zhuǎn)向器分配閥一致。（1）汽車直線行駛?cè)鐖D2-6所示：轉(zhuǎn)向器分配閥在中位時，汽車處于直線行駛狀態(tài)，轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)無負(fù)載。根據(jù)液體工作特性，液體經(jīng)過開式減壓閥5直接進(jìn)入轉(zhuǎn)向分配閥8后全部回油箱1,其原因有兩種：一是轉(zhuǎn)向器分配閥8的中位油路接通結(jié)構(gòu)為“H”型

18、，“Al”“B1”“01”“P1”口相互接通，系統(tǒng)無法建壓；二是開式減壓閥在系統(tǒng)無壓力狀態(tài)下無減壓作用，整個支路無節(jié)流。液控背壓閥7、液控?fù)Q向閥8及液壓缸10處于非工作狀態(tài)。（2）汽車左轉(zhuǎn)向：如圖2-6所示，方向盤向左轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)向器分配閥8工作位置移到“平行”位置，壓力油接通到液控?fù)Q向閥9“平行”位置的方向控制口，支路成封閉回路，迅速建壓到液控?fù)Q向閥9的閥芯開啟壓力，推動閥芯，使液控?fù)Q向閥9的工作位置移到“平行”位置。支路繼續(xù)升壓至液控背壓閥7開啟壓力，壓力油推開液控背壓閥7、經(jīng)過液控?fù)Q向閥9進(jìn)入液壓缸10（執(zhí)行元件）。同時，壓力油經(jīng)過單向節(jié)流閥6進(jìn)入液控背壓閥7的有桿腔，在保證液控?fù)Q向閥9的閥

19、芯徹底移動到換向位置的前提下，緩慢推動錐閥芯（相對液控閥的閥芯移動速度）至到最大開度，消除壓力油經(jīng)過液控背壓閥7時產(chǎn)生的壓力損失，并防止系統(tǒng)在高壓狀態(tài)下發(fā)熱升溫。執(zhí)行系統(tǒng)壓力隨轉(zhuǎn)向橋的負(fù)載升壓，當(dāng)壓力升過減壓閥的設(shè)定出口壓力時，減壓閥開始減壓工作，始終保證轉(zhuǎn)向器分配閥壓力恒定，不超載，大大提高了轉(zhuǎn)向器可靠性。1油箱2液壓泵3單向閥4蓄能器5液控減壓閥6單向節(jié)流閥7液控背壓閥8轉(zhuǎn)向分配閥9液控?fù)Q向閥10液壓缸圖2-6系統(tǒng)設(shè)計工作原理（3）汽車右轉(zhuǎn)向：方向盤向右轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)向器分配閥8工作位置移到“交叉”位置，壓力油進(jìn)入液控?fù)Q向閥9“交叉”位置的方向控制口，支路成封閉回路，迅速建壓到液控?fù)Q向閥9的閥芯

20、開啟壓力，推動閥芯，使液控?fù)Q向閥9的工作位置移到“交叉”位置。其他元件液體工作特性與左轉(zhuǎn)向完全相同。左右轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)換工作過程關(guān)鍵特性：汽車在左右轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)換過程中轉(zhuǎn)向器分配閥9閥芯回到中位位置（執(zhí)行系統(tǒng)處于無壓狀態(tài)）后，又移到任一左右轉(zhuǎn)向位置的瞬時，液控單向閥3閥芯在回位彈簧和單向節(jié)流閥6的作用下，迅速釋放油液并關(guān)閉，使支路建壓，迅速控制液控?fù)Q向閥工作。摘要本文就液壓助力轉(zhuǎn)向器及其控制系統(tǒng)的發(fā)展作以簡單的介紹，再對其液壓系統(tǒng)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的研究，研究起轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及液壓泵，液壓閥，蓄能器這幾個主要的液壓元件的工作原理及其優(yōu)缺點(diǎn)，并做評論。關(guān)鍵詞：汽車，液壓，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)6齒輪齒條式液壓動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計齒輪

21、齒條式液壓動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是在純機(jī)械式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向向機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上加上液動加力裝置，輔助轉(zhuǎn)向。6. 1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)分析齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器分兩端輸出式和中間（或單端）輸出式兩種。4圖3.2兩端輸出式齒輪齒條轉(zhuǎn)向器1一轉(zhuǎn)向橫拉桿2防塵套3球頭座4一轉(zhuǎn)向齒條5轉(zhuǎn)向器殼體6-調(diào)整螺塞7壓緊彈簧8鎖緊螺母9一壓塊10萬向節(jié)11一轉(zhuǎn)向齒輪軸12向心球軸承13滾針軸承兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器如上圖所示，作為傳動副主動件的轉(zhuǎn)向齒輪軸11通過軸承12和13安裝在轉(zhuǎn)向器殼體5中，其上端通過花鍵與萬向節(jié)叉10和轉(zhuǎn)向軸連接。與轉(zhuǎn)向齒輪嚙合的轉(zhuǎn)向齒條4水平布置，兩端通過球頭座3與轉(zhuǎn)向橫拉桿1相連。彈簧7通過壓塊9將

22、齒條壓靠在齒輪上，保證無間隙嚙合。彈簧的預(yù)緊力可用調(diào)整螺塞6調(diào)整。當(dāng)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時，轉(zhuǎn)向器齒輪11轉(zhuǎn)動，使與之嚙合的齒條4沿軸向移動，從而使左右橫拉桿帶動轉(zhuǎn)向節(jié)左右轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)向車輪偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向。中間輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器如下圖所示，其結(jié)構(gòu)及工作原理與兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器基本相同，不同之處在于它在轉(zhuǎn)向齒條的中部用螺栓6與左右轉(zhuǎn)向橫拉桿7相連。在單端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器上，齒條的一端通過內(nèi)外托架與轉(zhuǎn)向橫拉桿相連。圖3.3中間輸出式齒輪齒條轉(zhuǎn)向器1-萬向節(jié)叉2轉(zhuǎn)向齒輪軸3調(diào)整螺母4一向心球軸承5滾針軸承6-固定螺栓7轉(zhuǎn)向橫拉桿8轉(zhuǎn)向器殼體9一防塵套10T專向齒條11調(diào)整螺塞12鎖緊螺

23、母13壓緊彈簧14一壓塊明顯可以看出使用兩端輸出的轉(zhuǎn)向器較中間輸出的轉(zhuǎn)向器簡單，且容易實現(xiàn)液動力。故本課題選用兩端輸出。液動齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的功能實現(xiàn)。齒輪齒條式液壓動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是在純機(jī)械式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向向機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上加上液動加力裝置，輔助轉(zhuǎn)向。加力裝置主要包括液壓泵，分配閥，管路還有助力缸等，如圖3.4o圖3.4齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器爆炸圖將轉(zhuǎn)閥接口如圖3.5所示連接輸油管路接轉(zhuǎn)向液Jk泵接向油城接右轉(zhuǎn)向動力忸接左轉(zhuǎn)向動力們圖3.5轉(zhuǎn)閥油路連接液壓助力轉(zhuǎn)向器助力轉(zhuǎn)向工作原理如圖3.6所示。圖3.6液動齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理圖1、直線行駛轎車直線行駛時方向盤無偏轉(zhuǎn)，動力缸左右兩腔相通如圖3.7所示

24、，系統(tǒng)中只有極小克服流動阻力的油液壓力，助力系統(tǒng)此時無助力。圖3.7直線行駛時油路工作狀況2、右轉(zhuǎn)向行駛轎車向右轉(zhuǎn)向行駛時，轉(zhuǎn)動方向盤順時針方向轉(zhuǎn)動一扭桿扭轉(zhuǎn)變形一滑閥偏轉(zhuǎn)一動力油缸左腔進(jìn)入高壓油，右腔與回油管路連通一轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)向齒輪與轉(zhuǎn)向軸同向轉(zhuǎn)動，如圖3.8所示。圖3.8右轉(zhuǎn)向行駛時油路工作狀況3、左轉(zhuǎn)向行駛轎車向左轉(zhuǎn)向行駛時，轉(zhuǎn)動方向盤一招桿扭轉(zhuǎn)變形一滑閥偏轉(zhuǎn)一動力油缸右腔進(jìn)入高壓油，左腔與回油管路連通一轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)向齒輪與轉(zhuǎn)向軸同向轉(zhuǎn)動，如圖3.9所示。圖3.9左轉(zhuǎn)向行駛時油路工作狀況4、動力轉(zhuǎn)向裝置的其它特性轉(zhuǎn)向動力缸有隨轉(zhuǎn)向盤工作或停止的隨動作用。當(dāng)液壓系統(tǒng)發(fā)生故障不能助力或

25、助力降低，即發(fā)生助力失效時，駕駛員可以通過方向盤直接操作轉(zhuǎn)向，只是此時操作力增大。6.2齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖3.11齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)論轉(zhuǎn)向系是汽車行駛中必不可少的系統(tǒng)，本次設(shè)計一開始對汽車轉(zhuǎn)向系很陌生，但本著對汽車轉(zhuǎn)向的強(qiáng)烈興趣和此次設(shè)計的責(zé)任感，通過大量的想關(guān)文獻(xiàn)參考和網(wǎng)絡(luò)搜索，使我逐漸認(rèn)識并最終了解了汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中，轎車使用的一般都是齒輪齒條式。所以本文主要以齒輪齒條式液動助力轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向器為中心。按照任務(wù)書的要求對轎車助力轉(zhuǎn)向進(jìn)行了分析和一些的設(shè)計，包括齒輪齒條轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)的原理以及相關(guān)零件的校核等等。還對汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一些重要參數(shù)進(jìn)行了分析，尤其像轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的正逆效率、傳動比、最小

26、轉(zhuǎn)彎半徑等。但是由于相關(guān)轉(zhuǎn)向設(shè)計所需的基本參數(shù)本人我法獲得，還有時間限制，以及篇幅所限，所以對一些重要參數(shù)只進(jìn)行分析未能進(jìn)行設(shè)計。由于轉(zhuǎn)向梯形優(yōu)化是本設(shè)計的獨(dú)立部分故被放入最后一章。為保證轎車轉(zhuǎn)向后的自動回正能力，轉(zhuǎn)向系的主銷一般都是向內(nèi)傾和向后傾的，但為計算簡單，本優(yōu)化把傾角都設(shè)計為零，即設(shè)計主銷垂直。由于水平限制和相關(guān)數(shù)據(jù)的缺乏，本設(shè)計難免有諸多不足之處，肯請老師批評指正。參考文獻(xiàn)1 臧杰.閻巖.汽車構(gòu)造M,機(jī)械工業(yè)出版社，2005-08.2 王望予主編，汽車設(shè)計M,機(jī)械工業(yè)出版社，2004-08.3 劉澤九，軸承應(yīng)用手冊N,北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996-03.4 汽車工程手冊編輯委員會

27、，汽車工程手冊N,北京：人民交通出版社,2001-5.5 劉濤主編，汽車設(shè)計M,北京大學(xué)出版社，2008-01.6 余志生，汽車?yán)碚?，機(jī)械工業(yè)出版社.7 成大先，機(jī)械設(shè)計手冊(第三版).8 黃政宏，汽車液壓助力式轉(zhuǎn)向器N,2009-09,9 汽車液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)圖解說明(2007-04-03)httpr/A'10 陳家瑞,汽車構(gòu)造M,北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005-02-03.AbstractInthispaper,hydraulicpowersteeringandcontrolsystemdevelopedforasimpleintroduction,andthenconductin

28、-depthstudyofitsclassicstructureofthehydraulicsystem,theresearchersfromthesteeringsystemandhydraulicpumps,hydraulicvalves,accumulatorsseveralmajortheworkingprincipleofhydrauliccomponentsandtheirstrengthsandweaknesses,andmakecomments.KeyWords:Car,Hydraulicpressure,SteeringSystem1引言12汽車轉(zhuǎn)向系的類型和組成22. 1機(jī)

29、械轉(zhuǎn)向系22.2動力轉(zhuǎn)向系32. 3動力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展42.3.1液壓動力轉(zhuǎn)向42.3.2電動動力轉(zhuǎn)向63轉(zhuǎn)向器73. 1轉(zhuǎn)向系的功用與要求73.2轉(zhuǎn)向器方案分析74液壓助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案分析94. 1動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案94.2動力轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式的選擇114.3分配閥的結(jié)構(gòu)方案115液壓系統(tǒng)方案分析135. 1常用轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)工作原理135. 2系統(tǒng)設(shè)計工作原理136齒輪齒條式液壓動力轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)設(shè)計156. 1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)分析156.2齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計19結(jié)論20參考文獻(xiàn)21致謝221引言改革開放以來，隨著中國的汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，截至2006年10月底，轎

30、車?yán)塾嬩N售量超過300萬輛，達(dá)到304萬輛，同比增長40%。2006年11月的北京車展，自主品牌：啟辰、奇瑞、東風(fēng)風(fēng)神、廣汽傳祺、哈佛、榮威、吉利汽車、比亞迪、奔騰、長安、寶駿、陸風(fēng)、中華、納智捷、海馬等自主品牌紛紛亮相，在國際汽車盛宴中嶄露頭角，無論從產(chǎn)品所展示的品質(zhì)和技術(shù)含量還是參展規(guī)模上，都非常令人佩服，但和有著近百年發(fā)展歷史的國外汽車工業(yè)相比，我們的自主品牌汽車在舒適體驗和行車性能方面仍有差距。汽車工業(yè)代表著一個國家的綜合國力，是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，隨著機(jī)械和電子技術(shù)的發(fā)展，汽車工業(yè)不斷前進(jìn)。到今天，汽車已經(jīng)遠(yuǎn)不是單純機(jī)械意義上的汽車了，它是機(jī)械、電子、材料等學(xué)科的結(jié)合的產(chǎn)物。隨著汽車

31、工業(yè)的發(fā)展，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也歷經(jīng)了較長時間的演變。制動系統(tǒng)和汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都是汽車安全必須注意的兩個系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能和整車及其它總成、系統(tǒng)的性能息息相關(guān)，在系統(tǒng)設(shè)計的每一個環(huán)節(jié)都需要考慮整車及其它總成的性能。首先，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須能夠?qū)崿F(xiàn)整車所要求的車輪轉(zhuǎn)角，這為轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計及動力轉(zhuǎn)向器匹配提出了基本要求。其次，懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)必須有協(xié)調(diào)的運(yùn)動學(xué)關(guān)系，這就對轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計提出了附加的要求。這兩項要求基本可以在系統(tǒng)設(shè)計層面進(jìn)行分析解決，而和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相關(guān)的行駛穩(wěn)定性及行駛路感則必須在整車層面進(jìn)行計算分析。綜上所述，隨著我國汽車的發(fā)展，新的問題及要求不斷涌現(xiàn)，在車輛設(shè)計與開發(fā)領(lǐng)域尚存在很多的問題需要研究

32、和解決，如何使基礎(chǔ)研究與產(chǎn)品設(shè)計實踐緊密結(jié)合，將研究成果最大限度地應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)過程，不斷提高汽車的性能水平是擺在汽車產(chǎn)品研究與開發(fā)人員面前的重要課題。2汽車轉(zhuǎn)向系的類型和組成汽車在行駛過程中，需按駕駛員的意志經(jīng)常改變其行駛方向，即所謂汽車轉(zhuǎn)向。就輪式汽車而言，實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向的方法是，駕駛員通過一套專設(shè)的機(jī)構(gòu)，使汽車轉(zhuǎn)向橋（一般是前橋）上的車輪（轉(zhuǎn)向輪）相對于汽車縱軸線偏轉(zhuǎn)一定角度。在汽車直線行駛時，往往轉(zhuǎn)向輪也會受到路面例向干擾力的作用，自動偏轉(zhuǎn)而改變行駛方向。此時，駕駛員也可以利用這套機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪向相反的方向偏轉(zhuǎn)，從而使汽車恢復(fù)原來的行駛方向。這一套用來改變或恢復(fù)汽車行駛方向的專設(shè)機(jī)構(gòu)，即稱

33、為汽車轉(zhuǎn)向系。因此，汽車轉(zhuǎn)向系的功用是，保證汽車能按駕駛員的意志而進(jìn)行轉(zhuǎn)向行駛。汽車轉(zhuǎn)向系可按轉(zhuǎn)向能源的不同分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系和動力轉(zhuǎn)向系兩大類。機(jī)械式轉(zhuǎn)向器由轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)三大部分組成。按照轉(zhuǎn)向器的不同形式可分為循環(huán)球式、齒輪齒條式、蝸桿曲柄指銷式等轉(zhuǎn)向器。不同的轉(zhuǎn)向器有著不同的特點(diǎn)應(yīng)用于不同的汽車上。其中小轎車上常用的是齒輪齒條式的轉(zhuǎn)向器。在本文的后面分析中，就是以這種轉(zhuǎn)向器來做分析的。動力式按照加力裝置的不同可以分為液壓助力式、氣壓助力式和電動助力式三種。氣壓助力式主要應(yīng)用于一部分其前軸最大軸載質(zhì)量為3一7t并采用氣壓制動系的貨車和客車上。由于氣壓系統(tǒng)的工作壓力較低（一般

34、不高于0.7MPa）,使得其部件的尺寸比較龐大；同時壓縮空氣工作時的噪聲和滯后性使得這種助力方式的轉(zhuǎn)向器只配置在極少一部分車輛上。相比之下，液壓助力式的轉(zhuǎn)向器成了當(dāng)今汽車助力轉(zhuǎn)向器的主流。2.1機(jī)械轉(zhuǎn)向系機(jī)械轉(zhuǎn)向系以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，其中所有傳力件都是機(jī)械的。機(jī)械轉(zhuǎn)向系由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)三大部分組成。1轉(zhuǎn)向盤；2轉(zhuǎn)向軸；3轉(zhuǎn)向萬向節(jié)；4轉(zhuǎn)向傳動軸；5轉(zhuǎn)向器；6-轉(zhuǎn)向搖臂；7一轉(zhuǎn)向直拉桿；8一轉(zhuǎn)向節(jié)臂；9一左轉(zhuǎn)向節(jié)；10、12一梯形臂；11一轉(zhuǎn)向橫拉桿；13一右轉(zhuǎn)向節(jié)圖機(jī)械轉(zhuǎn)向系示意圖圖1T所示為機(jī)械轉(zhuǎn)向系的組成和布置示意圖。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時，駕駛員對轉(zhuǎn)向盤1施加一個轉(zhuǎn)向力矩。該力矩通過轉(zhuǎn)向軸2、轉(zhuǎn)向萬向節(jié)3和轉(zhuǎn)向傳動軸4輸入轉(zhuǎn)向器5。經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大后的力矩和減速后的運(yùn)動傳到轉(zhuǎn)向搖臂6,再經(jīng)過轉(zhuǎn)向直拉桿7傳給固定于左轉(zhuǎn)向節(jié)9上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂8,使左轉(zhuǎn)向節(jié)和它所支承的左轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。為使右轉(zhuǎn)向節(jié)13及其支承的右轉(zhuǎn)向輪隨之偏轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，還設(shè)置7轉(zhuǎn)向梯形。轉(zhuǎn)向