微型汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計【說明書+CAD+PROE】
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鍵入文字 目錄 1 引言.1 2 設(shè)計任務(wù)書.3 3 機械轉(zhuǎn)向簡介.4 3.1 轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu).4 3.2 轉(zhuǎn)向器.4 4 轉(zhuǎn)向系的設(shè)計要求.4 5 機械式轉(zhuǎn)向器方案分析.5 5.1 齒輪齒條式.5 5.2 循環(huán)球式.7 5.3 蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式.8 6 計算設(shè)計說明書.9 6.1 轉(zhuǎn)向器的效率.9 6.2 轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點與效率.9 6.3 轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率.9 7 傳動比的變化特性.10 7.1 轉(zhuǎn)向系傳動比.10 7.2 力傳動比與轉(zhuǎn)向系角傳動比的關(guān)系.11 7.3 轉(zhuǎn)向系的角傳動比.12 7.4 轉(zhuǎn)向器角傳動比及其變化規(guī)律.12 8 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器變速比工作原理.12 8.1 轉(zhuǎn)向器角傳動比的選擇.13 9 轉(zhuǎn)向系計算載荷的確定.14 10 轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)方案分析.14 10.1 整體式轉(zhuǎn)和梯形.15 10.2 斷開式轉(zhuǎn)向梯形.15 11 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)-零部件參數(shù).16 12 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)-發(fā)展趨勢.17 12.1 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的設(shè)計趨勢.17 12.2 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的發(fā)展趨勢.18 13 設(shè)計小結(jié).20 14 標(biāo)準(zhǔn)化審查報告.20 14.1 產(chǎn)品圖樣的審查.20 14.2 產(chǎn)品技術(shù)文件的審查.21 14.3 標(biāo)準(zhǔn)件的使用情況.21 14.4 審查結(jié)論.21 15 使用說明書.21 結(jié) 論.23 參考文獻(xiàn).24 致 謝.25 - 0 - 1 引言 在汽車行駛中，轉(zhuǎn)向運動是最基本的運動。我們通過方向盤來操縱和控制汽車的 行駛方向，從而實現(xiàn)自己的形式意圖。在現(xiàn)代汽車上，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是必不可少的最基本 的系統(tǒng)之一，它也是決定汽車主動安全性的關(guān)鍵總成，特別是在車輛高速化，駕駛?cè)?員非職業(yè)化，車流密集的今天，針對更多不同的駕駛?cè)巳?，汽車的操縱性設(shè)計顯得尤 為重要。 從上世紀(jì)四十年代起，為減輕駕駛員體力負(fù)擔(dān)，在機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了液 壓助力系統(tǒng) HPS(hydraulic power steering)，它是建立在機械系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上的，額 外增加了一個液壓系統(tǒng)，一般有油泵、V 形帶輪、油管、供油裝置、助力裝置和控制閥。 由于其工作可靠、技術(shù)成熟至今仍被廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在實際中應(yīng)用 的最多，根據(jù)控制閥形式有轉(zhuǎn)閥式和滑閥式之分。這個助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最重要的新功能 是液力支持轉(zhuǎn)向的運動，因此可以減少駕駛員作用在方向盤上的力。 雖然傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作最可靠，但是也存在很多固有的缺點，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于 方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的機械連接而產(chǎn)生一些自身無法避免的缺陷：汽車的轉(zhuǎn)向特 性受駕駛員駕駛技術(shù)的影響嚴(yán)重；轉(zhuǎn)向傳動比固定，使汽車轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性隨車速、 側(cè)向加速度等變化而變化，駕駛員必須提前針對汽車轉(zhuǎn)向特性幅值和相位的變化進(jìn)行 一定的操作補償，從而控制汽車按其意愿行駛。這就變相地增加了駕駛員的操縱負(fù)擔(dān)， 使汽車轉(zhuǎn)向行駛存在很大的不安全隱患；液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性差，一般轎車每 行駛一百公里要多消耗 0.30.4 升的燃料；另外，存在液壓油泄漏問題，對環(huán)境造成 污染，在環(huán)保性能被日益強調(diào)的今天，無疑是一個明顯的劣勢。 電液動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 近年來，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中愈來愈多的采用電子器件。相應(yīng) 的就出現(xiàn)了電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電液助力轉(zhuǎn)向可以分為兩大類：電動液壓助力轉(zhuǎn)向系 統(tǒng) EHPS(electro-hydraulic power steering)、電控液壓助力轉(zhuǎn)向 ECHPS(electronically controlled hydraulic power steering)。EHPS 是在液壓助力 - 1 - 系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其特點是原來有發(fā)動機帶動的液壓助力泵改由電機驅(qū)動，取 代了由發(fā)動機驅(qū)動的方式，節(jié)省了燃油消耗。ECHPS 是在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基 礎(chǔ)上增加了電控裝置構(gòu)成的。電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性可根據(jù)轉(zhuǎn)向速率、車速等 參數(shù)設(shè)計為可變助力特性，使駕駛員能夠更輕松便捷的操縱汽車。 現(xiàn)代電液動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要通過車速傳感器將車速傳遞給電子元件，或微型計算 機系統(tǒng)，控制電液轉(zhuǎn)換裝置改變動力轉(zhuǎn)向的助力特性，使駕駛員的轉(zhuǎn)向手力根據(jù)車速 和行駛條件變化而改變，即在低速行駛或轉(zhuǎn)急彎時能以很小的轉(zhuǎn)向手力進(jìn)行操作，在 高速行駛時能以稍重的轉(zhuǎn)向手力進(jìn)行穩(wěn)定操作，使操縱輕便性和穩(wěn)定性達(dá) EHPS 相比傳統(tǒng) HPS 降低了能源損耗。但電液動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，不論 ECHPS 還是 EHPS 都與 傳統(tǒng)的 HPS 一樣存在液壓油泄漏問題。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng) EPS(Electric Power Steering)把一個機械的系統(tǒng)和一個電控的電 動馬達(dá)結(jié)合在一起形成的一個動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。與液壓系統(tǒng)不同的是，助力改由電機提 供，因此，要有一個力矩傳感器來測量作用在方向盤上的力矩，由電子控制單元來計 算所需要的力矩。作用在方向盤上的力矩曲線由一個電動馬達(dá)來分配。通過電動馬達(dá) 提供轉(zhuǎn)向所必須要的力，它通過一個減速器作用在轉(zhuǎn)向柱上，在循環(huán)球式的傳動裝置 中，直接作用在齒扇上的力太大，因此大多選用齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。根據(jù)助力位置不同 分為三種形式：1、轉(zhuǎn)向柱助力式.2、小齒輪助力式.3、齒條助力式. 由于 EPS 改由電機提供助力，助力大小由電控單元 ECU 實時調(diào)節(jié)與控制，可以較 好解決汽車操縱時輕與靈的矛盾。 電動助力轉(zhuǎn)向最早應(yīng)用在微型汽車上，1988 年 2 月日本鈴木公司首次在其 Cervo 車上裝備，目前電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要應(yīng)用在轎車上，并逐漸從微型轎車向更大型轎 車和商務(wù)車發(fā)展。其優(yōu)點有： 1.EPS 能在各種行駛工況下提供最佳助力，減小由路面不平所引起的對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的擾動， 改善汽車的轉(zhuǎn)向特性，減輕汽車低速行駛時的轉(zhuǎn)向操縱力，提高汽車高速行駛時的轉(zhuǎn) 向穩(wěn)定性，進(jìn)而提高汽車的主動安全性。并且可通過設(shè)置不同的轉(zhuǎn)向手力特性來滿足 不同使用對象的需要。 - 2 - 2 EPS 只在轉(zhuǎn)向時電動機才提供助力(不像 HPS，即使在不轉(zhuǎn)向時，油泵也一直運轉(zhuǎn))， 因而能減少燃料消耗。 3.由于直接由電動機提供助力，電動機由蓄電池供電，因此 EPS 能否助力與發(fā)動機是 否起動無關(guān)，即使在發(fā)動機熄火或出現(xiàn)故障時也能提供助力。 4. EPS 取消了油泵、皮帶、皮帶輪、液壓軟管、液壓油及密封件等，其零件比 HPS 大 大減少，因而其質(zhì)量更輕、結(jié)構(gòu)更緊湊，在安裝位置選擇方面也更容易，并且能降低 噪聲。 5 .EPS 沒有液壓回路，比 HPS 更易調(diào)整和檢測，裝配自動化程度更高，并且可以通過 設(shè)置不同的程序，快速與不同車型匹配，因而能縮短生產(chǎn)和開發(fā)周期。 6 .EPS 不存在滲油問題，消除了液壓助力中液壓油泄漏問題，可大大降低保修成本， 減小對環(huán)境的污染，改善了環(huán)保性。 7.EPS 比 HPS 具有更好的低溫工作性能。 電動助力轉(zhuǎn)向目前已成為世界汽車技術(shù)發(fā)展的研究熱點之一。 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為兩大類：機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 完全靠駕駛員手里操縱的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)稱為機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 借助動力來操縱的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)稱為動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又可分為液壓動力 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動助力動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 2 設(shè)計任務(wù)書 汽車在行駛過程中需要不斷改變方向，轉(zhuǎn)向系就是通過一系列機械傳動使得前輪 發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向，達(dá)到改變行駛方向的目的。 駕駛員操縱方向盤，通過轉(zhuǎn)向器把方向盤的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)向搖臂一定角度的擺動， 帶動轉(zhuǎn)向梯形運動，使前輪偏轉(zhuǎn)一定的角度，實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向。 - 3 - 這次設(shè)計主要目的是總結(jié)所學(xué)知識，在設(shè)計中沒有考慮到實際需要，只是從本專 業(yè)出發(fā)，基于自己的實際能力對基礎(chǔ)的機械設(shè)計進(jìn)行練習(xí)。設(shè)計中對前橋的受力做簡 單的分析，對一些常見的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)稍作分析并加以選擇，并設(shè)計循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。 3 機械轉(zhuǎn)向簡介 機械轉(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械的，機械轉(zhuǎn)向系 由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)，轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三大部分組成。 3.1 轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu) 轉(zhuǎn)向器操縱機構(gòu)由方向盤，轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向管柱等組成，它的作用是將駕駛員轉(zhuǎn)動 轉(zhuǎn)向盤的操縱力傳給轉(zhuǎn)向器。 3.2 轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)向器（也常稱為轉(zhuǎn)向機）是完成有旋轉(zhuǎn)運動到直線運動（或近似直線運動）的 一組齒輪機構(gòu)，同時也是轉(zhuǎn)向系中的減速傳動裝置，目前較常用的有齒輪齒條式、循 環(huán)球曲柄指銷式、蝸桿曲柄指銷式、循環(huán)球一齒條式扇式、蝸桿滾輪式等。 汽車轉(zhuǎn)向系的功用： 汽車轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變汽車行駛方向的機構(gòu)。在汽車轉(zhuǎn)向行駛時，保證 各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。 汽車轉(zhuǎn)向系的形式和組成： 汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)分為機械轉(zhuǎn)向和動力轉(zhuǎn)向兩種形式。機械轉(zhuǎn)向主要是由轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn) 向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)等組成，動力轉(zhuǎn)向還包括動力系統(tǒng)。 機械轉(zhuǎn)向是依靠駕駛員的手力轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，經(jīng)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏 轉(zhuǎn)。 動力轉(zhuǎn)向是在機械轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上，加裝動力系統(tǒng)，并借助此系統(tǒng)來減輕駕駛員的 手力。 動力轉(zhuǎn)向包括液壓式動力轉(zhuǎn)向和電控式動力轉(zhuǎn)向。 液壓式動力轉(zhuǎn)向已在汽車上廣泛應(yīng)用。近年來，電控動力轉(zhuǎn)向已得到較快發(fā)展。 - 4 - 4 轉(zhuǎn)向系的設(shè)計要求 1）汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，全部車輪應(yīng)繞瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)。 2）轉(zhuǎn)向輪具有自動回正能力。 3）在行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動。 4）轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置產(chǎn)生的運動不協(xié)調(diào)，應(yīng)使車 輪產(chǎn)生的擺動最小。 5）轉(zhuǎn)向靈敏，最小轉(zhuǎn)彎直徑小。 6）操縱輕便。 7）轉(zhuǎn)向輪傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。 8）轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)中應(yīng)有間隙調(diào)整機構(gòu)。 9）轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。 10）轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動方向與汽車行駛方向的改變相一致。 正確設(shè)計轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)，可以保證汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，全部車輪應(yīng)繞瞬時轉(zhuǎn)向中心 旋轉(zhuǎn)。 轉(zhuǎn)向輪的自動回正能力決定于轉(zhuǎn)向輪的定位參數(shù)和轉(zhuǎn)向器逆效率的大小。合理確定轉(zhuǎn) 向輪的定位參數(shù)，正確選擇轉(zhuǎn)向器的形式，可以保證汽車具有良好的自動回正能力。 轉(zhuǎn)向系中設(shè)置有轉(zhuǎn)向減振器時，能夠防止轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生自振，同時又能使傳到轉(zhuǎn)向盤上 的反沖力明顯降低。 為了使汽車具有良好的機動性能，必須使轉(zhuǎn)向輪有盡可能大的轉(zhuǎn)角，其最小轉(zhuǎn)彎 半徑能達(dá)到汽車軸距的 22.5 倍。 轉(zhuǎn)向操縱的輕便性通常用轉(zhuǎn)向時駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的切向力大小和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn) 動圈數(shù)多少兩項指標(biāo)來評價。 轎車 貨車 機械轉(zhuǎn)向 50100N 250N 動力轉(zhuǎn)向 2050N 120N 轎車轉(zhuǎn)向盤從中間位置轉(zhuǎn)到第一端的圈數(shù)不得超過 2.0 圈，貨車則要求不超過 3.0 圈。 5 機械式轉(zhuǎn)向器方案分析 - 5 - 5.1 齒輪齒條式 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、體積小、質(zhì)量輕；傳動效率 高達(dá) 90%；可自動消除齒間間隙(圖 1-1 所示)；沒有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角可 以增大；制造成本低。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：逆效率高（60%70%） 。因此，汽車在不平路面 上行駛時，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間的沖擊力，大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤。 圖 1-1 自動消除間隙裝置 根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有四種形式：中間輸入，兩端 輸也（圖 1-2a） ；側(cè)面輸入，兩端輸出（圖 1-2b） ；側(cè)面輸入，中間輸出（圖 1-2c） ； 側(cè)面輸入，一端輸出（圖 1-2d） 。 圖 1-2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種形式 采用側(cè)面輸入、中間輸出方案時，由于拉桿長度增加，車輪上、下跳動時位桿擺 - 6 - 角減小，有利于減少車輪上、下跳動時轉(zhuǎn)向系與懸架系的運動干涉。而采用兩側(cè)輸出 方案時，容易與懸架系統(tǒng)導(dǎo)向機構(gòu)產(chǎn)生運動干涉。 側(cè)面輸入、一端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，常用在平頭微型貨車上。 采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，重合度增加，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖 擊與工作噪聲均下降。 齒條斷面形狀有圓形、V 形和 Y 形三種。圓形斷面齒條制作工藝比較簡單。V 形和 Y 形斷面齒條與圓形斷面比較，消耗的材料少，故質(zhì)量小。 根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對前軸位置的不同，在汽車上有四種布置形式： 轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸 前方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形，見圖 1-3。 圖 1-3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種布置形式 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于微型、普通級、中級和中高級轎車上。裝載量不大、前 輪采用獨立懸架的貨車和客車也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 5.2 循環(huán)球式 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由螺桿和螺母共同形成的螺旋槽內(nèi)裝有鋼球構(gòu)成的傳動副，以及 螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動副組成，如圖 1-4 所示。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點是：傳動效率可達(dá)到 75%85%；轉(zhuǎn)向器的傳動比可以變化； 工作平穩(wěn)可靠；齒條和齒扇之間的間隙調(diào)整容易；適合用來做整體式動力轉(zhuǎn)向器。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：逆效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，制造精度要求 - 7 - 高。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要用于貨車和客車上。 圖 1-4 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 圖 1-5 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的間隙調(diào)整機構(gòu) 5.3 蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器由蝸桿和滾輪嚙合而構(gòu)成。主要優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單；制造容易； 強度比較高、工作可靠、壽命長；逆效率低。主要缺點是：正效率低；調(diào)整嚙合間隙 比較困難；傳動比不能變化。 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器有固定銷式和旋轉(zhuǎn)銷式兩種形式。根據(jù)銷子數(shù)量不同，又有單 銷和雙銷之分。 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點是：傳動比可以做成不變的或者變化的；工作面間隙調(diào) 整容易。 固定銷式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)簡單、制造容易。但銷子的工作部位磨損快、工作效率低。 - 8 - 旋轉(zhuǎn)銷式轉(zhuǎn)向器的效率高、磨損慢，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 要求搖臂軸有較大的轉(zhuǎn)角時，應(yīng)采用雙銷式結(jié)構(gòu)。雙銷式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺 寸和質(zhì)量大，并且對兩主銷間的位置精度、螺紋槽的形狀及尺寸精度等要求高。此外， 傳動比的變化特性和傳動間隙特性的變化受限制。 蝸桿滾輪式和蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器應(yīng)用較少。 6 計算設(shè)計說明書 6.1 轉(zhuǎn)向器的效率 功率 P1 從轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出所求得的效率稱為轉(zhuǎn)向器的正效率， 用符號 +表示， ；反之稱為逆效率，用符號 表示。 正效率 + 計算公式： +=（ P1-P2）/ P1 逆效率 計算公式： =（ P3-P2）/ P3 式中， P1 為作用在轉(zhuǎn)向軸上的功率； P2 為轉(zhuǎn)向器中的磨擦功率； P3 為作用在轉(zhuǎn)向搖 臂軸上的功率。 正效率高，轉(zhuǎn)向輕便；轉(zhuǎn)向器應(yīng)具有一定逆效率，以保證轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤的自 動返回能力。但為了減小傳至轉(zhuǎn)向盤上的路面沖擊力，防止打手，又要求此逆效率盡 可能低。 轉(zhuǎn)向器的正效率 + 影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。 6.2 轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點與效率 在四種轉(zhuǎn)向器中，齒輪齒條式、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率比較高，而蝸桿指銷式 特別是固定銷和蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的正效率要明顯的低些。 同一類型轉(zhuǎn)向器，因結(jié)構(gòu)不同效率也不一樣。如蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的滾輪與支持 軸之間的軸承可以選用滾針軸承、圓錐滾子軸承和球軸承。選用滾針軸承時，除滾輪 與滾針之間有摩擦損失外，滾輪側(cè)翼與墊片之間還存在滑動摩擦損失，故這種軸向器 的效率 +僅有 54%。另外兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器效率分別為 70%和 75%。 轉(zhuǎn)向搖臂軸的軸承采用滾針軸承比采用滑動軸承可使正或逆效率提高約 10%。 - 9 - 6.3 轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率 如果忽略軸承和其經(jīng)地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，對于蝸桿類轉(zhuǎn) 向器，其效率可用下式計算 （1） 式中， a0 為蝸桿（或螺桿）的螺線導(dǎo)程角； 為摩擦角， =arctanf； f 為磨擦因數(shù)。 根據(jù)逆效率不同，轉(zhuǎn)向器有可逆式、極限可逆式和不可逆式之分。 路面作用在車輪上的力，經(jīng)過轉(zhuǎn)向系可大部分傳遞到轉(zhuǎn)向盤，這種逆效率較高的 轉(zhuǎn)向器屬于可逆式。它能保證轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動回正，既可以減輕駕駛員的疲勞， 又可以提高行駛安全性。但是，在不平路面上行駛時，傳至轉(zhuǎn)向盤上的車輪沖擊力， 易使駕駛員疲勞，影響安全行駕駛。 屬于可逆式的轉(zhuǎn)向器有齒輪齒條式和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。 不可逆式和極限可逆式轉(zhuǎn)向器 不可逆式轉(zhuǎn)向器，是指車輪受到的沖擊力不能傳到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向器。該沖擊力轉(zhuǎn) 向傳動機構(gòu)的零件承受，因而這些零件容易損壞。同時，它既不能保證車輪自動回正， 駕駛員又缺乏路面感覺，因此，現(xiàn)代汽車不采用這種轉(zhuǎn)向器。 極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于可逆式與不可逆式轉(zhuǎn)向器兩者之間。在車輪受到?jīng)_擊力作 用時，此力只有較小一部分傳至轉(zhuǎn)向盤。 如果忽略軸承和其它地方的磨擦損失，只考慮嚙合副的磨擦損失，則逆效率可用下式 計算 （2） 式（1）和式（2）表明：增加導(dǎo)程角 a0，正、逆效率均增大。受 -增大的影響，a0 不宜取得過大。當(dāng)導(dǎo)程角小于或等于磨擦角時，逆效率為負(fù)值或者為零，此時表明該 轉(zhuǎn)向器是不可逆式轉(zhuǎn)向器。為此，導(dǎo)程角必須大于磨擦角 7 傳動比的變化特性 )tan(0 tn)( - 10 - 7.1 轉(zhuǎn)向系傳動比 轉(zhuǎn)向系的傳動比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動比 和轉(zhuǎn)向系的力傳動比 。 轉(zhuǎn)向系的力傳動比: 轉(zhuǎn)向系的角傳動比: 轉(zhuǎn)向系的角傳動比 由轉(zhuǎn)向器角傳動比 和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)角傳動比 組成， 即 轉(zhuǎn)向器的角傳動比: 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的角傳動比: 7.2 力傳動比與轉(zhuǎn)向系角傳動比的關(guān)系 轉(zhuǎn)向阻力 Fw 與轉(zhuǎn)向阻力矩 Mr 的關(guān)系式： （3） 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 Fh 與作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩 Mh 的關(guān)系式： （4） 將式（3） 、式（4）代入 后得到 （5） 如果忽略磨擦損失，根據(jù)能量地恒原理，2 Mr/Mh 可用下式表示 （6） 0i pihWpFi/2kkwdti /00iiii0 ppwdti/kkkti/aFrW swhDF2hWpi/2aiswrp02idkhr i - 11 - 將式（6）代入式（5）后得到 （7） 當(dāng) a 和 Dsw 不變時，力傳動比 越大，雖然轉(zhuǎn)向越輕，但 也越大，表明轉(zhuǎn)向 不靈敏。 7.3 轉(zhuǎn)向系的角傳動比 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)角傳動比可用 表示以外，還可以近擬地用轉(zhuǎn)向節(jié) 臂臂長 L2 與搖臂臂長 L1 之比來表示， 。 在汽車結(jié)構(gòu)中， L2 與 L1 的比值大約在 0.851.1 之間，可近似認(rèn)為其比值為 1， 則 。由此可見，研究轉(zhuǎn)向系的傳動比特性，只需研究轉(zhuǎn)向器的 角傳動比 及其變化規(guī)律即可。 7.4 轉(zhuǎn)向器角傳動比及其變化規(guī)律 式（7）表明，增大角傳動比可以增加力傳動比。當(dāng) Fw 一定時，增大力傳動比能減小 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 Fh，使操縱輕便。 由 的定義可知：對于一定的轉(zhuǎn)向盤角速度，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度與轉(zhuǎn)向器角度 傳動比在反比。角傳動比增加后，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度對轉(zhuǎn)向盤角速度的響應(yīng)變得遲鈍， 汽車轉(zhuǎn)向靈敏性降低，所以“輕”和“靈”構(gòu)成一對矛盾。為解決這對矛盾，可采用 變速比轉(zhuǎn)向器。 齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸式指銷式轉(zhuǎn)向器都可以制成變速比轉(zhuǎn)向器。 8 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器變速比工作原理 根據(jù)相互嚙合齒輪的基圓齒距必須相等，即 pb1=pb2。其中齒輪基圓齒距 pb1=m 1cosa1，齒條基圓齒距 pb2=m 2cosa2。由上述兩式可知：當(dāng)齒輪具有標(biāo)準(zhǔn)模 數(shù) m1 和標(biāo)準(zhǔn)壓力角 a1 與一個具有變模數(shù) m2、變壓力角 a2 的齒條相嚙合，并始終保持 m 1cosa1=m 2cosa2 時，它們就可以嚙合運轉(zhuǎn)。 aDiswp20pi 0ikpdi/0/dikp i0i - 12 - 如果齒條中部（相當(dāng)汽車直線行駛位置）齒的壓力角最大，向兩端逐漸減小 （模數(shù)也隨之減小）則主動齒輪嚙合半徑也減小，致使轉(zhuǎn)向盤每轉(zhuǎn)動某同一角度時， 齒條行程也隨之減小。因此，轉(zhuǎn)同器的傳動比是變化的。 圖 1-6 是根據(jù)上述原理設(shè)計的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器齒條壓力角變化示例。從圖中 可以看到，位于齒條中部位置處的齒有較大壓力角和齒輪有較大的節(jié)圓半徑，而齒條 齒有寬的齒根和淺斜的齒側(cè)面；位于具條兩端的齒，齒根減薄，齒有陡斜的齒側(cè)面。 圖 1-6 齒條壓力角變化簡圖 a）齒條中部齒 b）齒條兩端齒 8.1 轉(zhuǎn)向器角傳動比的選擇 轉(zhuǎn)向器角傳動比可以設(shè)計成減小、增大或保持不變的。影響選取角傳動比變化規(guī) 律的主要因素是轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大小和對汽車機動能力的要求。 若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷小或采用動力轉(zhuǎn)向的汽車，不存在轉(zhuǎn)向沉重問題，應(yīng)取較小的轉(zhuǎn)向 器角傳動比，以提高汽車的機動能力。 若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大，汽車低速急轉(zhuǎn)彎時的操縱輕便性問題突出，應(yīng)選用大些的轉(zhuǎn)向 器角傳動比。 汽車以較高車速轉(zhuǎn)向行駛時，要求轉(zhuǎn)向輪反應(yīng)靈敏，轉(zhuǎn)向器角傳動比應(yīng)當(dāng)小些。 汽車高速直線行駛時，轉(zhuǎn)向盤在中間位置的轉(zhuǎn)向器角傳動比不宜過小。否則轉(zhuǎn)向 過分敏感，使駕駛員精確控制轉(zhuǎn)向輪的運動有困難。 轉(zhuǎn)向器角傳動比變化曲線應(yīng)選用大致呈中間 小兩端大些的下凹形曲線，如圖 1-7 所示。 - 13 - 圖 1-7 轉(zhuǎn)向器角傳動比變化特性曲線 9 轉(zhuǎn)向系計算載荷的確定 為轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動的阻力、車輪穩(wěn)定阻力、輪 胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)磨擦阻力等。 計算汽車在瀝青或者混凝土跨面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩 MR（Nmm）的半徑經(jīng)驗公式 （8） 式中， f 為輪胎和路面間的滑動磨擦因數(shù)，一般取 0.7； G1 為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷（N） ； p 為輪 胎氣壓（MPa） 。 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力為 （9） 式中， L1 轉(zhuǎn)向搖臂長； L2 為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長； Dsw 為轉(zhuǎn)向盤直徑； i 為轉(zhuǎn)向器角傳動比； +為轉(zhuǎn)向器正效率 對給定的汽車，用式（9）計算出來的的作用力是最大值。 10 轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)方案分析 PfMR31iLFswRh21 - 14 - 10.1 整體式轉(zhuǎn)和梯形 整體式轉(zhuǎn)向梯形是由轉(zhuǎn)向橫拉桿 1，轉(zhuǎn)向梯形臂 2 和汽車前軸 3 組成，如圖 1-8 所 示。 圖 1-8 整體式轉(zhuǎn)向梯形 1橫拉桿 2梯形臂 3前軸 這種方案的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整前束容易，制造成本低；主要缺點是一側(cè)轉(zhuǎn)向輪上、 下跳動時，會影響另一側(cè)轉(zhuǎn)向輪。 10.2 斷開式轉(zhuǎn)向梯形 轉(zhuǎn)向梯形的橫拉桿做成斷開的，稱之為斷開式轉(zhuǎn)向梯形。斷開式轉(zhuǎn)向梯形方案之 一如圖 1-15 所示。 - 15 - 圖 1-15 斷開式轉(zhuǎn)向梯形 斷開式轉(zhuǎn)向梯形的主要特點： 1）能夠保證一側(cè)車輪上、下跳動時，不會影響另一側(cè)車輪； 2）由于桿系、球頭增多，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，并且調(diào)整前束比較困難。 橫拉桿上斷開點的位置與獨立懸架形式有關(guān)。采用雙橫臂獨立懸架，常用圖解法（基 于三心定理）確定斷開點的位置 11 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)-零部件參數(shù) 轉(zhuǎn)向盤直徑 380 毫米 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動總?cè)?shù) 3.5 圈 駕駛員側(cè)機械式安全氣囊 SRS-40 轉(zhuǎn)向柱 安全轉(zhuǎn)向柱 - 16 - 轉(zhuǎn)向系總傳動比 17.2 轉(zhuǎn)向器線角傳動比 53.143 轉(zhuǎn)向器總行程 186 毫米 車輪 6JX15 鋁車輪 輪胎 205R15(T 級) 內(nèi)輪最大轉(zhuǎn)角 39.6 外輪最大轉(zhuǎn)角 33.5 最小轉(zhuǎn)彎直徑 不大于 11.6m 12 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)-發(fā)展趨勢 改革開放以來，中國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛。作為汽車關(guān)鍵部件之一的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也得 到了相應(yīng)的發(fā)展，基本已形成了專業(yè)化、系列化生產(chǎn)的局面。有資料顯示，國外有很 多國家的轉(zhuǎn)向器廠，都已發(fā)展成大規(guī)模生產(chǎn)的專業(yè)廠，年產(chǎn)超過百萬臺，壟斷了轉(zhuǎn)向 器的生產(chǎn)，并且銷售點遍布了全世界。 12.1 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的設(shè)計趨勢 適應(yīng)汽車高速行駛的需要 從操縱輕便性、穩(wěn)定性及安全行駛的角度，汽車制造廣泛使用更先進(jìn)的工藝方法， 使用變速比轉(zhuǎn)向器、高剛性轉(zhuǎn)向器。 “變速比和高剛性”是目前世界上生產(chǎn)的轉(zhuǎn)向器結(jié) 構(gòu)的方向。 充分考慮安全性、輕便性 隨著汽車車速的提高，駕駛員和乘客的安全非常重要，目前國內(nèi)外在許多汽車上 已普遍增設(shè)能量吸收裝置，如防碰撞安全轉(zhuǎn)向柱、安全帶、安全氣囊等，并逐步推廣。 從人類工程學(xué)的角度考慮操縱的輕便性，已逐步采用可調(diào)整的轉(zhuǎn)向管柱和動力轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)。 - 17 - 低成本、低油耗、大批量專業(yè)化生產(chǎn) 隨著國際經(jīng)濟(jì)形勢的惡化，石油危機造成經(jīng)濟(jì)衰退，汽車生產(chǎn)愈來愈重視經(jīng)濟(jì)性，因 此，要設(shè)計低成本、低油耗的汽車和低成本、合理化生產(chǎn)線，盡量實現(xiàn)大批量專業(yè)化 生產(chǎn)。對零部件生產(chǎn)，特別是轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，更表現(xiàn)突出。 汽車轉(zhuǎn)向器裝置的電腦化 汽車的轉(zhuǎn)向器裝置，必定是以電腦化為唯一的發(fā)展途徑。 12.2 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的發(fā)展趨勢 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的使用動態(tài) 隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)也有很大變化。汽車轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)很 多，從目前使用的普遍程度來看，主要的轉(zhuǎn)向器類型有 4 種：有蝸桿肖式(WP 型)、蝸 桿滾輪式(WR 型)、循環(huán)球式(BS 型)、齒條齒輪式(RP 型)。這四種轉(zhuǎn)向器型式，已經(jīng)被 廣泛使用在汽車上。據(jù)了解，在世界范圍內(nèi)，汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占 45左右，齒條 齒輪式轉(zhuǎn)向器占 40左右，蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器占 10左右，其它型式的轉(zhuǎn)向器占 5。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器一直在穩(wěn)步發(fā)展。在西歐小客車中，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器有很大的 發(fā)展。日本汽車轉(zhuǎn)向器的特點是循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占的比重越來越大，日本裝備不同類 型發(fā)動機的各類型汽車，采用不同類型轉(zhuǎn)向器，在公共汽車中使用的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器， 已由 60 年代的 625，發(fā)展到現(xiàn)今的 100了(蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器在公共汽車上已經(jīng) 被淘汰)。大、小型貨車大都采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，但齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器也有所發(fā)展。 微型貨車用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占 65，齒條齒輪式占 35。 綜合上述對有關(guān)轉(zhuǎn)向器品種的使用分析，得出以下結(jié)論： 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，已成為當(dāng)今世界汽車上主要的兩種轉(zhuǎn)向器； 而蝸輪#0；蝸桿式轉(zhuǎn)向器和蝸桿肖式轉(zhuǎn)向器，正在逐步被淘汰或保留較小的地位。 在小客車上發(fā)展轉(zhuǎn)向器的觀點各異，美國和日本重點發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，比率都已 達(dá)到或超過 90；西歐則重點發(fā)展齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，比率超過 50，法國已高達(dá) 95。 - 18 - 由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的種種優(yōu)點，在小型車上的應(yīng)用(包括小客車、小型貨車或客貨 兩用車)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展；而大型車輛則以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為主要結(jié)構(gòu)。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器特點 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的特點是：效率高，操縱輕便，有一條平滑的操縱力特性曲線。 布置方便。特別適合大、中型車輛和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配合使用；易于傳遞駕駛員操縱信 號；逆效率高、回位好，與液壓助力裝置的動作配合得好。 可以實現(xiàn)變速比的特性，滿足了操縱輕便性的要求。中間位置轉(zhuǎn)向力小、且經(jīng)常使用， 要求轉(zhuǎn)向靈敏，因此希望中間位置附近速比小，以提高靈敏性。大角度轉(zhuǎn)向位置轉(zhuǎn)向 阻力大，但使用次數(shù)少，因此希望大角度位置速比大一些，以減小轉(zhuǎn)向力。由于循環(huán) 球式轉(zhuǎn)向器可實現(xiàn)變速比，應(yīng)用正日益廣泛。 通過大量鋼球的滾動接觸來傳遞轉(zhuǎn)向力，具有較大的強度和較好的耐磨性。并且該轉(zhuǎn) 向器可以被設(shè)計成具有等強度結(jié)構(gòu)，這也是它應(yīng)用廣泛的原因之一。 變速比結(jié)構(gòu)具有較高的剛度，特別適宜高速車輛車速的提高。高速車輛需要在高速時 有較好的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，必須保證轉(zhuǎn)向器具有較高的剛度。 間隙可調(diào)。齒條齒扇副磨損后可以重新調(diào)整間隙，使之具有合適的轉(zhuǎn)向器傳動間隙， 從而提高轉(zhuǎn)向器壽命，也是這種轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點之一。 中國的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)，除早期投產(chǎn)的解放牌汽車用蝸桿#0；滾輪式轉(zhuǎn)向器，東風(fēng)汽車用 蝸桿肖式轉(zhuǎn)向器之外，其它大部分車型都采用循環(huán)球式結(jié)構(gòu)，并都具有一定的生產(chǎn)經(jīng) 驗。目前解放、東風(fēng)也都在積極發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，并已在第二代換型車上普遍采 用了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。由此看出，中國的轉(zhuǎn)向器也在向大量生產(chǎn)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器發(fā)展。 轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)專業(yè)化 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器在國外實現(xiàn)了專業(yè)化生產(chǎn)，同時以專業(yè)廠為主、大力進(jìn)行試驗和 研究，大大提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。在日本“精工”(NSK)公司的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器就 以成本低、質(zhì)量好、產(chǎn)量大，逐步占領(lǐng)日本市場，并向全世界銷售它的產(chǎn)品。德國 ZF 公司也作為一個大型轉(zhuǎn)向器專業(yè)廠著稱于世。它從 1948 年開始生產(chǎn) ZF 型轉(zhuǎn)向器，年 - 19 - 產(chǎn)各種轉(zhuǎn)向器 200 多萬臺。還有一些比較大的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)廠，如美國德爾福公司 SAGINAW 分部；英國 BURM#0；AN 公司都是比較有名的專業(yè)廠家，都有很大的產(chǎn)量和銷 售面。專業(yè)化生產(chǎn)已成為一種趨勢，只有走這條道路，才能使產(chǎn)品質(zhì)量高、產(chǎn)量大、 成本低，在市場上有競爭力。 動力轉(zhuǎn)向是發(fā)展方向 動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛，不僅在重型汽車上必須裝備，在高級轎車上應(yīng)用 的也較多，在中型汽車上的應(yīng)用也逐漸推廣。主要是從減輕駕駛員疲勞，提高操縱輕 便性和穩(wěn)定性出發(fā)。雖然帶來成本較高和結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，但由于優(yōu)點明顯，還是得 到很快的發(fā)展。 動力轉(zhuǎn)向有 3 種形式：整體式、半分置式及聯(lián)閥式動力轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)。目前 3 種形式 各有特點，發(fā)展較快，整體式多用于前橋負(fù)荷 38t 汽車，聯(lián)閥式多用于前橋負(fù)荷 5#0；18t 汽車，半分置式多用于前橋負(fù)荷 6t 以上到超重型汽車。從發(fā)展趨勢上看，國 外整體式轉(zhuǎn)向器發(fā)展較快，而整體式轉(zhuǎn)向器中轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)是目前發(fā)展的方向 13 設(shè)計小結(jié) 這次設(shè)計以汽車轉(zhuǎn)向系為基礎(chǔ)。在設(shè)計中分析計算了受力情況，并對其中的連接件進(jìn) 行強度校核。同時確定轉(zhuǎn)向器的類型，簡單設(shè)計了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。達(dá)到了總結(jié)知識， 練習(xí)簡單機械設(shè)計的目的在這次設(shè)計中，由于對汽車不是很了解，加之專業(yè)知識缺乏， 轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)各部件的受力不清楚，很多零件無法校核。在以后的設(shè)計中，爭取解決 上述問題，加強該設(shè)計的實用性。 14 標(biāo)準(zhǔn)化審查報告 14.1 產(chǎn)品圖樣的審查 該轉(zhuǎn)向設(shè)計已基本完成，現(xiàn)具備全套圖紙和統(tǒng)一基本數(shù)據(jù)，根據(jù)有關(guān)規(guī)定，對其進(jìn)行 - 20 - 標(biāo)準(zhǔn)化審查，結(jié)果如下： （1）產(chǎn)品圖樣完整、統(tǒng)一、表達(dá)準(zhǔn)確清楚、圖樣清楚。符合 GB/T1800、3-1998 的 規(guī)定。 （2）產(chǎn)品圖樣公差與配合的選擇與標(biāo)準(zhǔn)符合 GB/T1800、3-1998 的規(guī)定。 （3）產(chǎn)品圖樣的標(biāo)號符合 JB/T5054.5-2000中華人民共和國機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品 圖樣及設(shè)計的完整性。 （4）圖紙標(biāo)題欄與明細(xì)欄符合 GB/T10609.1-1989GB/T10690.2-1989d 的規(guī)定 （5）產(chǎn)品圖樣粗糙度的標(biāo)注符合 GB131-83表面特征代號及注法的規(guī)定。 14.2 產(chǎn)品技術(shù)文件的審查 （1）產(chǎn)品技術(shù)文件名詞、術(shù)語符合 ZB/TJ01 和 0351-90產(chǎn)品圖樣及設(shè)計文件 術(shù) 語及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 （2）量和單位符合 GB3100GB3102-93 的規(guī)定。 （3）技術(shù)文件所用的編碼符合 JB/T8823-1998機械工業(yè)企業(yè)計算機輔助管理信息 分類編碼導(dǎo)則的規(guī)定。 （4）技術(shù)文件的完整性符合 JB/T5054.5-2000產(chǎn)品圖樣及技術(shù)文件完整性的規(guī) 定及相關(guān)部門有關(guān)具體要求。 14.3 標(biāo)準(zhǔn)件的使用情況 本設(shè)計所用的緊固件均采用標(biāo)準(zhǔn)的螺栓、螺釘，材料及材料代號也符合國家標(biāo)準(zhǔn) 和部頒標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。 14.4 審查結(jié)論 通過對汽車轉(zhuǎn)向系的標(biāo)準(zhǔn)化審查，認(rèn)為該設(shè)計基本貫穿了國家最新頒發(fā)的各種標(biāo)準(zhǔn)， 圖紙和設(shè)計文件完整齊全，符合標(biāo)準(zhǔn)化的要求。 - 21 - 15 使用說明書 本設(shè)計用于實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向，其過程如下： 駕駛員操縱方向盤，通過轉(zhuǎn)向柱傳遞給轉(zhuǎn)向器，是的轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向螺桿旋轉(zhuǎn)，這 樣轉(zhuǎn)向螺母就會沿著轉(zhuǎn)向螺桿做往復(fù)直線運動，從而使與之配對的齒扇軸發(fā)生一定角 度的偏轉(zhuǎn)，并通過轉(zhuǎn)向搖臂帶動轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)運動，是前輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)汽車 轉(zhuǎn)向。 - 22 - 參考文獻(xiàn) 1 黃靖雄編著. 現(xiàn)代汽車新配置實務(wù).北京：人民交通出版社，2005 年 2 射忠明編著.汽車構(gòu)造雙色圖解.北京：人民交通出版社，2004 年 3 夏懷成主編.汽車概論.北京：電子工業(yè)出版社，2007 年 7 月 4 韓宗奇編著.現(xiàn)代汽車概論， 沈陽：東北大學(xué)出版社，2002年 5 周云山 鐘勇 主編. 汽車電子控制技術(shù)，北京：機械工業(yè)出版社，2004年 6 劉雅琴主編.上海桑塔納轎車結(jié)構(gòu)圖冊 ，上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社， 1997 年 7 一汽集團(tuán)公司編.CA1040 系列載貨汽車構(gòu)造圖冊 ，長春：中國第一汽車集團(tuán)公司 8 高延齡.汽車運用工程.北京：人民交通出版社，1990. 9 余志生.汽車?yán)碚?北京：機械工業(yè)出版社，1981. 10 五味 努等.自動車工會全書 11，自動車 環(huán)境，山海堂，1980. 11 童澄教.內(nèi)燃機排放與凈化.上海：上海交通大學(xué)出版社，1994. 12 何渝生.汽車噪聲控制.北京：機械工業(yè)出版社，1995. 13 袁雄.汽車低溫起動.北京：金盾出版社，1992. 14 蔡香華.機動車安全檢測技術(shù).合肥：中國科學(xué)技術(shù)出版社，1992. 15 陳鳳仁譯.汽車檢驗設(shè)備.北京：人民交通出版社，1985. 16 陳鳳仁，周維新.微機控制發(fā)動機自診系統(tǒng).西安：汽車運輸，1995. 17 陳煥江.汽車檢測與診斷（上、下）北京：機械工業(yè)出版社，2002. 18 趙英勛、劉明.汽車檢測與診斷技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，2003. 19 李岳林、王生昌.交通運輸環(huán)境污染與控制.北京：機械工業(yè)出版社，2003. 20 劉玉梅.汽車節(jié)能技術(shù)與原理. 北京：機械工業(yè)出版社，2003. - 23 - 畢業(yè)設(shè)計說明書中文摘要
微型汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計
摘要：汽車工業(yè)的快速發(fā)展和市場競爭的需求極大地促進(jìn)了汽車電子技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，而汽車電子技術(shù)本身的創(chuàng)新和進(jìn)步也為汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了技術(shù)保證，并為汽車向電子化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和多媒體方向發(fā)展創(chuàng)造了條件。汽車電子技術(shù)的發(fā)展正在改變著汽車的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和擴展著汽車的功能。在設(shè)計中分析了現(xiàn)在常見的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)設(shè)計需要采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。但是整個系只是簡單的機械連接，僅僅從理論上實現(xiàn)了汽車的轉(zhuǎn)向。
關(guān)鍵詞 方向盤 轉(zhuǎn)向系 轉(zhuǎn)向器
畢業(yè)設(shè)計說明書外文摘要
The automotive Design for mechanical steering system
Abstract：
With the rapid development of automobile industry ,the demand for market competition has greatly facilitated ,the application of automotive electronic technology and development of automotive electronic. Technology 、 innovation and progress are as well as the development of the automobile industry provides technical guarantee for the car to the electronic, intelligent and network and multimedia technologies to create the conditions for development. The development of automotive electronic technology is changing the traditional structure of the car and expanding the functions of the car. In the design analysis of the structure is now a common form of steering gear, according to the design require the use of circulating ball steering gear. But simply the entire Department of mechanical connection, only in theory the achievement of a car steering。
Keywords Steering wheel Steering System Steering Gear
中文譯文
汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究
隨著汽車電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,人們對汽車轉(zhuǎn)向操縱性能的要求也日益提高。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已從傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)向、液壓助力轉(zhuǎn)向(Hydraulic Power Steering ,簡稱HPS) 電控液壓助力轉(zhuǎn)向( Electric Hydraulic Power Steering , 簡稱EHPS) , 發(fā)展到電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Power Steering ,簡稱EPS) ,最終還將過渡到線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Steer By Wire ,簡稱SBW)。
機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是指以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源,其中所有傳力件都是機械的,汽車的轉(zhuǎn)向運動是由駕駛員操縱方向盤,通過轉(zhuǎn)向器和一系列的桿件傳遞到轉(zhuǎn)向車輪而實現(xiàn)的。機械轉(zhuǎn)向系由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機械3大部分組成。
通常根據(jù)機械式轉(zhuǎn)向器形式可以分為:齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。應(yīng)用最廣的兩種是齒輪齒條式和循環(huán)球式(用于需要較大的轉(zhuǎn)向力時) 。在循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器中,輸入轉(zhuǎn)向圈與輸出的轉(zhuǎn)向搖臂擺角是成正比的;在齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中,輸入轉(zhuǎn)向圈數(shù)與輸出的齒條位移是成正比的。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由于是滾動摩擦形式,因而正傳動效率很高,操作方便且使用壽命長,而且承載能力強,故廣泛應(yīng)用于載貨汽車上。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器與循環(huán)球式相比,最大特點是剛性大,結(jié)構(gòu)緊湊重量輕,且成本低。由于這種方式容易由車輪將反作用力傳至轉(zhuǎn)向盤,所以具有對路面狀態(tài)反應(yīng)靈敏的優(yōu)點,但同時也容易產(chǎn)生打手和擺振等現(xiàn)象,且其承載效率相對較弱,故主要應(yīng)用于小汽車及輕型貨車上,目前大部分低端轎車采用的就是齒輪齒條式機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
隨著車輛載重的增加以及人們對車輛操縱性能要求的提高,簡單的機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足需要,動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)運而生,它能在駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤的同時提供助力,動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2種。其中液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是目前使用最為廣泛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在機械系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了液壓系統(tǒng),包括液壓泵、V 形帶輪、油管、供油裝置、助力裝置和控制閥。它借助于汽車發(fā)動機的動力驅(qū)動液壓泵、空氣壓縮機和發(fā)電機等,以液力、氣力或電力增大駕駛員操縱前輪轉(zhuǎn)向的力量,使駕駛員可以輕便靈活地操縱汽車轉(zhuǎn)向,減輕了勞動強度,提高了行駛安全性。
液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從發(fā)明到現(xiàn)在已經(jīng)有了大約半個世紀(jì)的歷史,可以說是一種較為完善的系統(tǒng),由于其工作可靠、技術(shù)成熟至今仍被廣泛應(yīng)用。它由液壓泵作為動力源,經(jīng)油管道控制閥向動力液壓缸供油,通過活塞桿帶動轉(zhuǎn)向機構(gòu)動作,可通過改變缸徑及油壓的大小來改變助力的大小,由此達(dá)到轉(zhuǎn)向助力的作用。傳統(tǒng)液壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般按液流的形式可以分為:常流式和常壓式2 種類型,也可根據(jù)控制閥形式分為轉(zhuǎn)閥式和滑閥式。
隨著液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車上的日益普及,人們對操作時的輕便性和路感的要求也日益提高,然而液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)卻存在許多的缺點: ①由于其本身的結(jié)構(gòu)決定了其無法保證車輛在任何工況下轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時,都有較理想的操縱穩(wěn)定性,即無法同時保證低速時的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時的操縱穩(wěn)定性; ②汽車的轉(zhuǎn)向特性受駕駛員駕駛技術(shù)的影響嚴(yán)重; ③轉(zhuǎn)向傳動比固定,使汽車轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性隨車速、側(cè)向加速度等變化而變化,駕駛員必須提前針對汽車轉(zhuǎn)向特性幅值和相位的變化進(jìn)行一定的操作補償,從而控制汽車按其意愿行駛。這樣增加了駕駛員的操縱負(fù)擔(dān),也使汽車轉(zhuǎn)向行駛中存在不安全隱患;而此后出現(xiàn)了電控液壓助力系統(tǒng),它在傳統(tǒng)的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加速度傳感器,使汽車能夠隨著車速的變化自動調(diào)節(jié)操縱力的大小,在一定程度上緩和了傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在的問題。
目前我國生產(chǎn)的商用車和轎車上采用的大多是電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),它是比較成熟和應(yīng)用廣泛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。盡管電控液壓助力裝置從一定程度上緩解了傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向中輕便性和路感之間的矛盾,然而它還是沒有從根本上解決HPS 系統(tǒng)存在的不足,隨著汽車微電子技術(shù)的發(fā)展,汽車燃油節(jié)能的要求以及全球性倡導(dǎo)環(huán)保,其在布置、安裝、密封性、操縱靈敏度、能量消耗、磨損與噪聲等方面的不足已越來越明顯,轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向著電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展。
電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是現(xiàn)在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向,其工作原理是:EPS 系統(tǒng)的ECU 對來自轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器和車速傳感器的信號進(jìn)行分析處理后,控制電機產(chǎn)生適當(dāng)?shù)闹D(zhuǎn)矩,協(xié)助駕駛員完成轉(zhuǎn)向操作。近幾年來,隨著電子技術(shù)的發(fā)展,大幅度降低EPS的成本已成為可能,日本的大發(fā)汽車公司、三菱汽車公司、本田汽車公司、美國的Delphi 汽車系統(tǒng)公司、TRW公司及德國的ZF 公司都相繼研制出EPS。Mercedes2Benz 和Siemens Automotive 兩大公司共同投資6500萬英鎊用于開發(fā)EPS ,目標(biāo)是到2002 年裝車,年產(chǎn)300 萬套,成為全球EPS 制造商。到目前為止,EPS 系統(tǒng)在輕微型轎車、廂式車上得到廣泛的應(yīng)用,并且每年以300 萬臺的速度發(fā)展。
.轉(zhuǎn)向是一個專業(yè)術(shù)語,適用于采集部件,聯(lián)系等,其中允許一艘(艦船)或汽車(轎車)按照預(yù)期的方向行駛. 一個例外的情況是鐵路運輸由路軌組合在一起鐵路道岔提供轉(zhuǎn)向功能。
許多現(xiàn)代轎車使用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器,在方向盤末端有轉(zhuǎn)動齒輪;該齒輪帶動齒條移動,它是一種線性的齒輪緊密配合,從一邊到一邊。這種運動把轉(zhuǎn)矩通過轉(zhuǎn)向橫拉桿和一種叫做轉(zhuǎn)向節(jié)臂的短形臂傳遞給轉(zhuǎn)向輪的主銷。
以前的設(shè)計往往采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器,而這種轉(zhuǎn)向器仍然應(yīng)用在卡車和多用途車輛。這是一種老式的螺母和齒扇設(shè)計，該轉(zhuǎn)向管柱轉(zhuǎn)動大螺絲("蝸輪"),它與一個齒扇齒輪嚙合,當(dāng)蝸輪轉(zhuǎn)動時，齒扇也隨之轉(zhuǎn)動，一個安裝在齒扇軸上且與轉(zhuǎn)向聯(lián)動有關(guān)的搖臂帶動轉(zhuǎn)向節(jié)臂 ,從而使車輪轉(zhuǎn)動. 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器通過安裝滾珠減少螺母和螺桿之間的摩擦;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立的封閉的鋼球“流到”。
齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計具有很大程度的反饋和直接轉(zhuǎn)向"路感";它也通常不會有任何反彈,或呆滯。缺點是,它是不可調(diào)的,因此當(dāng)它磨損唯一的解決辦法更換。
循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點是機械優(yōu)勢,因此,它被使用在較大較重的車輛,而齒輪齒條式原本僅限于較小和較輕;由于幾乎普遍采用動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),不過,這已不再是一個重要的優(yōu)勢,導(dǎo)致越來越多地在新型汽車應(yīng)用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計在中心也有明顯的沖擊,或"死點"。凡一分鐘交替方向盤出不來并不移動轉(zhuǎn)向機構(gòu);這是很容易可調(diào)螺桿的端部來減少磨損,但它并不能完全消除或機制開始磨損很快。 這項設(shè)計目前仍在使用中,在卡車和其他大型車輛,也應(yīng)用于迅速轉(zhuǎn)向,路感與穩(wěn)健性,可維護(hù)性,和機械的優(yōu)勢相比不太重要的場合。 較小程度的反饋,這樣的設(shè)計也有時是一種優(yōu)點;當(dāng)前輪碰撞時，使用齒輪齒條轉(zhuǎn)向的司機只有自己的大拇指受傷,造成方向盤揭開一邊突然(因為駕駛教練告訴學(xué)生把自己的大拇指在前面的方向盤,而非放在左右的內(nèi)邊緣).這種效果在像卡車一樣的重型汽車更為明顯;循環(huán)球式轉(zhuǎn)向防止這種程度的反饋,只是因為它可以在正常情況下防止可取反饋。
轉(zhuǎn)向連鎖連接轉(zhuǎn)向器和車輪通常符合一個阿克曼轉(zhuǎn)向幾何的變化,它交代了一個事實:當(dāng)轉(zhuǎn)向是,內(nèi)輪轉(zhuǎn)過的半徑比外輪小得多，因此適合駕駛的直路,是不適合曲折。
由于車輛已成為較重而改用前輪驅(qū)動,為了扭轉(zhuǎn)方向盤，通常的,主要的是體力。為了解決這一問題,汽車業(yè)發(fā)展的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 有兩種類型的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)-液壓和電氣/電子。 T還有一種液壓-電動混合系統(tǒng)。
液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(hps)利用油壓供應(yīng)的一個發(fā)動機驅(qū)動泵,以協(xié)助將方向盤轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)方式,是較有效率的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),由于電動助力轉(zhuǎn)向汽車只需要提供協(xié)助時,方向盤被轉(zhuǎn)動,而液壓泵必須不斷運行。 在EPS的幫助下是很容易調(diào)節(jié)車型,最高車速,甚至駕駛的喜好。 另外一個好處是,通過泄漏和處置動力轉(zhuǎn)向液消除對環(huán)境構(gòu)成危險 。
A動力轉(zhuǎn)向的分支是速度可調(diào)轉(zhuǎn)向而轉(zhuǎn)向是大量輔助以低速行駛,稍微協(xié)助高速。 汽車制造商認(rèn)為,當(dāng)要停車時駕駛?cè)丝赡苄枰龀龃罅哭D(zhuǎn)向投入，但當(dāng)時高速行駛時則不然。第一輛有這特點的汽車,是雪鐵龍與其diravi，雖然改變了現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)資金的投入，但它改變了定心凸輪的壓力，使得方向盤盡力去回到原來的位置?，F(xiàn)代速度可調(diào)式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),當(dāng)速度增長時減少了活塞的壓力 ,給予更直接的感受。這一特點在所有新車正逐漸成為司空見慣。
四輪轉(zhuǎn)向(或全輪轉(zhuǎn)向)是一種系統(tǒng),當(dāng)高速行駛時能增加車輛穩(wěn)定型，而在低速行駛時可以減小轉(zhuǎn)彎半徑。
大多數(shù)的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng),后輪轉(zhuǎn)向通過單片機和驅(qū)動器實現(xiàn)。 后輪一般不能反過來,有幾個系統(tǒng),包括Delphi的quadrasteer，該系統(tǒng)在本田的生產(chǎn)前線，當(dāng)前輪低速時，允許后輪在相反方向轉(zhuǎn)向。這使得車輛轉(zhuǎn)彎半徑較小,有時應(yīng)用于大型卡車車輛及掛車。
電子動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
圖1
電子動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理
電子動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是通過一個電動機來驅(qū)動動力方向盤液壓泵或直接驅(qū)動轉(zhuǎn)向聯(lián)動裝置。
電子動力轉(zhuǎn)向的功能由于不依賴于發(fā)動機轉(zhuǎn)速，所以能節(jié)省能源
電子動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是這樣運行的
傳統(tǒng)的動力方向盤系統(tǒng)使用一條引擎輔助傳送帶駕駛泵浦，提供操作在動力方向盤齒輪或作動器的一個活塞協(xié)助司機的被加壓的流體。在電動液壓的指點，一個電子動力方向盤概念使用一臺電動機駕駛的一個高效率泵浦。 泵浦速度是由一個電控制器調(diào)控的變化泵浦壓力和流程，提供被剪裁的指點努力為不同的駕駛的情況。 泵浦可以跑在低速或關(guān)閉提供節(jié)能在大多時間在多數(shù)世界市場上)直向前的駕駛期間(直接電指點使用一臺電動機附加指點機架通過齒輪機構(gòu)(沒有泵浦或流體)。 各種各樣的馬達(dá)類型和齒輪驅(qū)動是可能的。 微處理器控制指點動力學(xué)和司機努力。 輸入包括車速和指點、輪子扭矩，角位和轉(zhuǎn)動率。
工作運行時的具體細(xì)節(jié)：
A “指點傳感器”位于它進(jìn)入傳動箱住房的輸入軸。 指點傳感器實際上是在一個的二個傳感器： 那“扭矩的傳感器”轉(zhuǎn)換指點扭矩輸入和它的方向成電壓信號，并且那“自轉(zhuǎn)的傳感器”轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)動速度和方向成電壓信號。 分享同一套住房的“接口”電路轉(zhuǎn)換從扭矩傳感器和自轉(zhuǎn)傳感器的信號成控制電子學(xué)可能處理的信號。從指點傳感器的輸入由那微處理器的控制單元消化也監(jiān)測從車速傳感器的輸入。 傳感器輸入然后被比較確定多少機械化根據(jù)一張被預(yù)編程序的“力量地圖”需要在控制單元的記憶。 控制單元然后派出適當(dāng)?shù)拿顚θ缓蠊┙o電動機以潮流的“電源裝置”。 馬達(dá)推擠機架在右邊或左根據(jù)哪個方式電壓流動(扭轉(zhuǎn)潮流扭轉(zhuǎn)方向馬達(dá)旋轉(zhuǎn))。 增加潮流對馬達(dá)增加功率協(xié)助。系統(tǒng)有三種操作方式： 左邊或右邊機械化提供以回應(yīng)從指點扭矩和自轉(zhuǎn)傳感器的輸入的輸入的“正?！笨刂品绞? 被用于在完成輪以后協(xié)助指點回歸的“回歸”控制方式; 并且改變與車速改進(jìn)路感受和挫傷傭金的“更加潮濕的”控制方式。如果方向盤被轉(zhuǎn)動，并且舉行在充分鎖位置和指點協(xié)助到達(dá)最大值，控制單元使潮流降低到電動機防止也許損壞馬達(dá)的超載情況。 控制單元也被設(shè)計保護(hù)馬達(dá)以防止電壓浪涌免受一個有毛病的交流發(fā)電機或充電的問題。
電子轉(zhuǎn)向控制單位有能力在自我診斷的缺點通過監(jiān)測系統(tǒng)輸入和產(chǎn)品和電動機的激勵電流上。 如果問題發(fā)生，控制單元通過開動在電源裝置的一個故障自動保險的中轉(zhuǎn)關(guān)閉系統(tǒng)。 這消滅所有機械化，造成系統(tǒng)恢復(fù)回到手工指點。 破折號EPS警告燈也被闡明警告司機。 要診斷問題，技術(shù)員跳服務(wù)檢查連接器的終端并且讀出問題代碼。
圖 2
電子動力方向盤機制
當(dāng)前發(fā)明與提供的供給動力的援助一電子功率驅(qū)動器馬達(dá)關(guān)連給車操縱機構(gòu)。根據(jù)當(dāng)前發(fā)明的一個方面，那里為提供供給動力的援助提供一個電子功率驅(qū)動器機制給有車的操縱機構(gòu)一名手動地可旋轉(zhuǎn)的成員為操作操縱機構(gòu)、傳動機構(gòu)包括可行扭矩的傳感器感覺手動地被申請于可旋轉(zhuǎn)的成員的扭矩，一個電子功率驅(qū)動器馬達(dá)操縱著被連接到可旋轉(zhuǎn)的成員和安排控制主驅(qū)動電動機自轉(zhuǎn)速度和方向以回應(yīng)從扭矩傳感器收到的信號的控制器，扭矩傳感器包括為與可旋轉(zhuǎn)的成員的連接適應(yīng)的傳感器軸形成引伸因此，以便扭矩通過前述傳感器軸被傳送，當(dāng)時 可旋轉(zhuǎn)的成員被轉(zhuǎn)動，并且應(yīng)變儀在導(dǎo)致的信號傳感器軸手動地登上表示通過前述軸被傳送的相當(dāng)數(shù)量扭矩。
圖3
傳感器軸不旋轉(zhuǎn)更好地登上在一個軸向末端在第一名聯(lián)結(jié)成員和不旋轉(zhuǎn)地登上在它的相反軸向末端在第二名聯(lián)結(jié)成員，第一和第二名聯(lián)結(jié)成員相互允諾允許有限的自轉(zhuǎn)之間連接，以便在一個被預(yù)先決定的極限之下的扭矩由僅傳感器軸傳送，并且，以便在前述被預(yù)先決定的極限之上的扭矩通過第一和第二名聯(lián)結(jié)成員被傳送。
更適宜地安排第一和第二名聯(lián)結(jié)成員作為操縱的連接的第一和第二個部分的一座橋梁互相的旋轉(zhuǎn)式成員。合適的傳感器軸是通常在多數(shù)的長方形橫斷面它的長度中。應(yīng)變儀包括一個或更多的適應(yīng)地看見了諧振器綁到傳感器軸上。好的馬達(dá)操縱的被連接到可旋轉(zhuǎn)的成員通過傳動器。馬達(dá)更好地包括一個工具箱和同心地被安排相對可旋轉(zhuǎn)的成員。當(dāng)前發(fā)明的Various方面此后將描述，關(guān)于伴隨的圖畫， ：圖1是一個車操縱機構(gòu)的一個圖表看法包括一個電子功率驅(qū)動器機制根據(jù)當(dāng)前發(fā)明，圖 2是說明在圖顯示的傳動機構(gòu)的各種各樣的組分的之間流程圖互作用1上，圖 3是一個軸截面通過在圖顯示的傳動機構(gòu)1，圖4上是一張截面圖被采取沿著線IV-IV在表3，圖5是在圖顯示的輸入推進(jìn)聯(lián)結(jié)的一張更加詳細(xì)的分解圖3上，和圖 6是顯示在表3.的傳動器的一張更加詳細(xì)的分解圖。 圖1的最初Referring，那里顯示一個車操縱機構(gòu)10操縱的被連接到一個對易操縱的路輪子12。這個顯示的操縱機構(gòu)包括一個齒條和齒輪匯編14被連接到路輪子12通過聯(lián)接15。 鳥翼末端(沒顯示)匯編14可旋轉(zhuǎn)地駕駛一名手動地可旋轉(zhuǎn)的成員以駕駛桿18的形式哪些由方向盤19手動地轉(zhuǎn)動。這個駕駛桿18包括包括一臺電主驅(qū)動電動機的一個電力的傳動機構(gòu)30 (沒顯示在駕駛的鳥翼末端圖1)上以回應(yīng)在駕駛桿18的扭矩裝貨為了為機械人員提供力量援助，當(dāng)轉(zhuǎn)動方向盤19時。如概要地被說明在表2，電力的傳動機構(gòu)包括測量駕駛桿申請的扭矩18，當(dāng)駕駛鳥翼末端時并且提供信號給控制器40的扭矩傳感器20。 控制器40被連接到主驅(qū)動電動機50并且控制電流被提供給馬達(dá)50控制馬達(dá)50和它的自轉(zhuǎn)的方向扭矩引起的相當(dāng)數(shù)量。馬達(dá)50 操縱的更適宜地被連接到駕駛桿18通過工具箱60，更適宜地一個周轉(zhuǎn)齒輪箱子和傳動器70。 在一定條件下傳動器70在正常運行時更適宜地永久地接合并且是有效的隔絕從馬達(dá)50的驅(qū)動使鳥翼末端通過傳動機構(gòu)30手動地被駕駛。 這是使機制的安全特點起作用在試圖的馬達(dá)50情形下駕駛太快速的駕駛桿并且/或者在錯誤的方向或在案件 電動機和工具箱占領(lǐng)了。
扭矩傳感器20更適宜地是一個匯編包括在扭矩應(yīng)用達(dá)到的傳感器軸登上應(yīng)變儀能夠準(zhǔn)確測量張力在一個被預(yù)先決定的范圍之內(nèi)的一個短的傳感器軸。被測量扭矩的被預(yù)先決定的范圍是0-lONm; 更好是關(guān)于l-5Nm。被測量的扭矩的范圍更好地對應(yīng)于大約0-1000微指令，并且傳感器軸的建筑更好被選擇這樣5Nm扭矩比在軸的2°導(dǎo)致較少的轉(zhuǎn)彎，少于1 °。好的應(yīng)變儀是鋸諧振器，在WO91/13832被描述的一臺適當(dāng)?shù)匿徶C振器。 類似在圖顯示的那WO91/13832 3上更好地運用配置，二看見諧振器被安排在對軸軸的45°和在90°對互相。諧振器經(jīng)營與在200-400 MHz之間共鳴頻率和被安排導(dǎo)致信號到控制器1 MHz 40 ± 500 KHz根據(jù)傳感器軸的自轉(zhuǎn)方向的自我調(diào)節(jié)。 因此，當(dāng)傳感器軸不被扭轉(zhuǎn)的歸結(jié)于缺乏扭矩時，它導(dǎo)致一個1 MHz信號。當(dāng)它導(dǎo)致在1.0到1.5 MHz之間的一個信號的傳感器軸在一個方向被扭轉(zhuǎn)。 當(dāng)傳感器軸在相反方向時被扭轉(zhuǎn)它導(dǎo)致在1.0到0.5 MHz之間的一個信號。 因而同樣傳感器能導(dǎo)致信號表示程度扭矩并且傳感器軸的自轉(zhuǎn)的方向。好的馬達(dá)扭矩引起的相當(dāng)數(shù)量以回應(yīng)在0-10Nm之間被測量的扭矩是0-40Nm，并且為在l-5Nm之間被測量的扭矩是0-25Nm。反饋電路提供自我調(diào)節(jié)，借以馬達(dá)使用的電流由控制器40測量并且比較保證馬達(dá)在正確方向運行并且提供期望功率協(xié)助。 控制器更好地行動使被測量的扭矩降低到零和如此控制馬達(dá)增加它的扭矩產(chǎn)品減少被測量的扭矩。 (沒顯示)更適宜地提供車速傳感器哪些寄發(fā)一個信號表示車速到控制器。 控制器使用這個信號修改程度力量協(xié)助提供以回應(yīng)被測量的扭矩。將提供在低車速最大力量協(xié)助的，因而，并且將提供高車速極小的力量協(xié)助。更適宜地是邏輯順序器有一個現(xiàn)場可編程序的門數(shù)組例如XC 4005如Xilinx供應(yīng)這個控制器。 這樣控制器不依靠軟件和，因此能更起作用可靠地在汽車車環(huán)境里。 被想象也許使用有邏輯的序列一個現(xiàn)場可編程序的列陣。 一個電力傳動機構(gòu)10的A具體建筑在表3.被說明。
電子動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（英文簡稱EPS）， 與液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）相比，EPS具有很多優(yōu)點。即EPS的優(yōu)勢在于：
1）效率高。HPS效率很低，一般為60%~70%；而EPS與電機連接，效率高，有的可高達(dá)90%以上。
2）耗能少。汽車在實際行駛過程中，處于轉(zhuǎn)向的時間約占行駛時間的5%，對于HPS系統(tǒng)，發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，油泵始終處于工作狀態(tài)，油液一直在管路中循環(huán)，從而使汽車燃油消耗率增加4%~6%；而EPS僅在需要時供能，使汽車的燃油消耗率僅增加0.5%左右。
3）“路感“好。由于EPS內(nèi)部采用剛性連接，系統(tǒng)的滯后特性可以通過軟件加以控制，且可以根據(jù)駕駛員的操作習(xí)慣進(jìn)行調(diào)整。
4）回正性好。EPS結(jié)構(gòu)簡單內(nèi)部阻力小，回正性好，從而可得到最佳的轉(zhuǎn)向回正特性，改善汽車操縱穩(wěn)定性。
5）對環(huán)境污染少。HPS液壓回路中有液壓軟管和接頭，存在油液泄露問題，而且液壓軟管不可回收，對環(huán)境有有一定污染；而EPS對環(huán)境幾乎沒有污染。
6）可以獨立于發(fā)動機工作。EPS以電池為動力元件，只要電池電量充足，不論發(fā)動機出于何種狀態(tài)，都可以產(chǎn)生助力作用。
7）應(yīng)有范圍廣。
8）裝配性好易于布置。
現(xiàn)在，動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已成為一些轎車的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，全世界約有一半的轎車采用動力轉(zhuǎn)向。隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，目前一些轎車已經(jīng)使用電動助力轉(zhuǎn)向器，使汽車的經(jīng)濟(jì)性、動力性和機動性都有所提高。電動助力轉(zhuǎn)向裝置是汽車上一種新的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)裝置,近年來在國內(nèi)外發(fā)展迅速,由于它采用了可編程電子控制裝置,在帶來靈活性的同時也存在著安全隱患.在分析這種產(chǎn)品特殊性的基礎(chǔ)上,筆者結(jié)合電子控制裝置的特點,指出了事關(guān)安全性的因素,提出了處理安全性的措施,并討論了幾個事關(guān)安全性的具體問題.研究結(jié)果表明:現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)不能夠滿足電動助力轉(zhuǎn)向裝置安全性的需要;并提出了對電動助力轉(zhuǎn)向裝置進(jìn)行安全性測評的思想.研究工作對電動助力轉(zhuǎn)向裝置的開發(fā)以及評價具有參考意義。
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