货车循环球式转向系统设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)

货车循环球式转向系统设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

控制系统中，要改善这种特性 必须改造底盘的机械结构，实现起来很困难。 货车循环球式转向系统设计 5 转向系统是影响汽车操纵稳定性的重要因素之一。 传统液压动力转向由于不能很好地对助力进行实时调节与控制，所以协调转向力与路感的能力较差，特别是汽车高速行驶时，仍然会提供较大助力，使驾驶员缺乏路感，甚至感觉汽车发飘，从而影响操纵稳定性。 但 EPS 是由电动机提供助力，助力大小由电子控制单元（ ECU）根据车速、方向盘输入扭矩等信号进行实时调节与控制，可以很好地解决这个矛盾。 EPS 系统控制单元 ECU 具有故障自诊断功能，当 ECU 检 测到某一组件工作异常，如各传感器、电磁离合器、电动机、电源系统及汽车点火系统等，便会立即控制电磁离合器分离停止助力，并显示出相应的故障代码，转为手动转向，按普通转向控制方式进行工作，确保了行车的安全。 线控转向系统（ SBW） 在车辆高速化、驾驶人员大众化、车流密集化的今天，针对更多不同水平的驾驶人群 ， 汽车的易操纵性设计显得尤为重要。 线控转向系统 （ SteeringByWireSysterm，简称 SBW）的发展，正是满足这种客观需求。 它是继 EPS 后发展起来的新一代转向系统，具有比 EPS 操纵稳 定性更好的特点，它取消转向盘与转向轮之间的机械连接，完全由电能实现转向，彻底摆脱传统转向系统所固有的限制，提高了汽车的安全性和驾驶的方便性。 线控转向系统的构成 SBW 系统一般由转向盘模块、转向执行模块和主控制器 ECU、自动防故障系统以及电源等模块组成。 转向盘模块包括路感电机和转向盘转角传感器等，转向盘模块向驾驶员提供合适的转向感觉（ 也称为路感） 并为前轮转角提供参考信号。 转向执行模块包括转向电机、齿条位移传感器等 实现两个功能 : 跟踪参考前轮转角、向转向盘模块反馈轮胎所受外力的信息以 反馈车辆行驶状态。 主控制器控制转向盘模块和转向执行模块的协调工作。 线控转向系统的工作原理 当转向盘转动时 转向传感器和转向角传感器检测到驾驶员转矩和转向盘的转角并转变成电信号输入到 ECU， ECU 根据车速传感器和安装在转向传动机构上的位移传感器的信号来控制转矩反馈电动机的旋转方向并根据转向力模拟生成反馈转矩 控制转向电动机的旋转方向、转矩大小和旋转角度通过机械转向装置控制转向轮的转向位置，使汽广东技术师范学院本科毕业设计（论文） 6 车沿着驾驶员期望的轨迹行驶。 线控转向系统特点 （ 1） 取消了方向盘和转向车轮之 间的机械连接，通过软件协调它们之间的运动关系，因而消除了机械约束和转向干涉问题，可以根据车速和驾驶员喜好由程序根据汽车的行驶工况实时设置传动比。 （ 2）去掉了原来转向系统各个模块之间的刚性机械连接，采用柔性连接，使转向系统在汽车上的布置更加灵活，转向盘的位置可以方便地布置在需要的位置。 （ 3） 提高了汽车的操纵性。 由于可以实现传动比的任意设置，并针对不同的车速，转向状况进行参数补偿，从而提高了汽车的操纵性。 （ 4） 改善驾驶员的 “ 路感 ”。 由于转向盘和转向轮之间无机械连接，驾驶员 “ 路感 ” 通过模拟生成。 使 得在回正力矩控制方面可以从信号中提出最能够反映汽车实际行驶状态和路面状况的信息，作为转向盘回正力矩的控制变量，使转向盘仅仅向驾驶员提供有用信息，从而为驾驶员提供更为真实的 “ 路感 ”。 （ 5）减少了机构部件数量，而减少了从执行机构到转向车轮之间的传递过程，使系统惯性、系统摩擦和传动部件之间的总间隙都得以降低，从而使系统的响应速度和响应的准确性得以提高。 转向系设计概述 对转向系的要求 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。 不满足这项要求会加速轮胎磨损，并 降低汽车的行驶稳定性。 2）汽车转向行驶时，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）汽车在任何行驶状态下，转向轮都不得产生自振，转向盘没有摆动。 4）转向传动机构和悬架导向装置共同工作时，由于运动不协调使车轮产生的摆动应最小。 5）保证汽车有较高的机动性，具有迅速和小转弯行驶能力。 6）操纵轻便。 7) 转向轮碰撞到障碍物以后，传给转向盘的反冲力要尽可能小。 货车循环球式转向系统设计 7 8)转向器和转向传动机构的球头处，有消除因磨损而产生间隙的调整机构。 9)在车祸中，当转向轴和 转向盘由于车架或车身变形而共同后移时，转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。 10)进行运动校核，保证转向轮与转向盘转动方向一致。 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，减小由于装配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，在转向轴与转向器的输入端之间安装转向万向节，如图 31。 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。 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 ） 转向传动机构用于把转向器输出的力和运动传给左、右转向节并使左、右转向轮按一定关系进行偏转。 图中 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 图 转向操纵机构 广东技术师范学院本科毕业设计（论文） 8 转向器 机械转向器是将司机对转向盘的转动变为转向摇臂的摆动（或齿条沿转向车轴轴向的移动），并按一定的角转动比和力转动比进行传递的机构。 机械转向器与动力系统相结合，构成动力转向系统。 高级轿 车和重型载货汽车为了使转向轻便，多采用这种动力转向系统。 采用液力式动力转向时，由于液体的阻尼作用，吸收了路面上的冲击载荷，故可采用可逆程度大、正效率又高的转向器结构。 为了避免汽车在撞车时司机受到的转向盘的伤害，除了在转向盘中间可安装安全气囊外，还可在转向系中设置防伤装置。 为了缓和来自路面的冲击、衰减转向轮的摆振和转向机构的震动，有的还装有转向减振器。 多数两轴及三轴汽车仅用前轮转向；为了提高操纵稳定性和机动性，某些现代轿车采用全四轮转向；多轴汽车根据对机动性的要求，有时要增加转向轮的数目，制止采用全轮转 向。 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 图 转向传动机构 汽车的最小转弯半径 Rmin 与其内、外转向轮在最大转角 i max 与 o max 、轴距 L、主销距 K 及转向轮的转臂 a 等尺寸有关。 在转向过程中除内、外转向轮的转角外，其他参数是不变的。 最小转弯半径是指汽车在转向轮处于最大转角的条件下以低速转弯时前外轮与地面接触点的轨迹构成圆周的半径。 可按下式计算： aLR m a x0m in s in () 中型车 的最小转弯半径一般为 ～ ,这里取 minR =12m. 货车循环球式转向系统设计 9 图 理想的内、外转向轮转角间的关系 操纵轻便型的要求是通过合理地选择转向系的角传动比、力传动比和传动效率来达到。 对转向后转向盘或转向轮能自动回正的要求和对汽车直线行驶稳动性的要求 则主要是通过合理的选择主销后倾角和内倾角，消除转向器传动间隙以及选用可逆式转向器来达到。 但要使传递到转向盘上的反向冲击小，则转向器的逆效率有不宜太高。 至于对转向系的最后两条要求则主要是通过合理地选择结构以及结构布置来解决。 转向器及其纵拉杆与紧固件的称重，约为中级以及上轿车、载货汽车底盘干重的 ～ ；小排量以及下轿车干重的 ～。 转向器的结构型式对汽车的自身质量影响较小。 广东技术师范学院本科毕业设计（论文） 10 2 转型系方案的选择及主要参数的确定 转向系方案的选择 转向盘 转向盘有盘 毂、轮缘和轮辐组成。 一般轮辐有两根和三根的，也有四根的。 转向盘的尺寸和形状直接影响转向操纵的轻便性。 选用大直径转向盘会使驾驶员进、出驾驶室感到困难；选用小直径转向盘转向时要求驾驶员施加较大的力，从而使汽车操纵困难。 转向盘必须符合 JB45051986 转向盘尺寸标准。 该标准规定：转向盘直径尺寸 380mm、 400mm、 425mm、 450mm、 500mm、 550mm。 转向盘与转向轴采用圆柱直尺渐开线花键连接形式，可参照下表选择。 表 各类车型的转向盘直径 汽车类型 转向盘直径 /mm 轿车、小 型客车、轻型货车汽车 380、 400、 425 中型客车、中型载货汽车 450、 47 500 大客车、重型载货车 550 转向轴 早期汽车的转向轴通常用一根无缝钢管制造，其结构简单，制造容易，成本低，但从汽车上拆、装转向器较为困难。 这种结构在某些轻型汽车上还有应用。 目前大多数汽车转向轴上装置了万向节，使转向盘和转向器再汽车上布置更为合理，拆装方便，从而提高了操纵方便性、行驶安全性和转向机构的寿命。 特别对可翻转驾驶室的平头车，可将万向节布置在驾驶室翻转轴线上，有利于驾驶室的翻转。 万向节有 柔性和刚性两种。 柔性万向节，若刚性很大则不能满足使用要求，刚性大小又不能适应汽车转向要求，故一般应用较少。 刚性万 向节多是十字轴式 ,可使用单万向节 ,也可使用双万向节 .双万向节要求布置适当 ,达到等角速运动 .本课题选用装有单十字轴万向节的转向轴 . 转向器 转向器 (也常称为转向机 )是完成由旋转运动到直线运动 (或近似直线运动 )的一组货车循环球式转向系统设计 11 齿轮机构，同时也是转向系中的减速传动装置。 目前较常用的有齿轮齿条式、循环球曲柄指销式、蜗杆曲柄指销式、循环球 齿条齿扇式、蜗杆滚轮式等。 我们主要介绍前几种。 循环球式转向器和齿 轮齿条式转向器，已成为当今世界汽车上主要的两种转向器；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。 循环球式转向器的特点是：效率高，操纵轻便，有一条平滑的操纵力特性曲线。 布置方便。 特别适合大、中型车辆和动力转向系统配合使用；易于传递驾驶员操纵信号；逆效率高、回位好，与液压助力装置的动作配合得好。 可以实现变速比的特性，满足了操纵轻便性的要求。 中间位置转向力小、且经常使用，要求转向灵敏，因此希望中间位置附近速比小，以提高灵敏性。 大角度转向位置转向阻力大，但使用次数少，因此希望大角度位置速比大一 些，以减小转向力。 由于循环球式转向器可实现变速比，应用正日益广泛。 通过大量钢球的滚动接触来传递转向力，具有较大的强度和较好的耐磨性。 并且该转向器可以被设计成具有等强度结构，这也是它应用广泛的原因之一。 变速比结构具有较高的刚度，特别适宜高速车辆车速的提高。 高速车辆需要在高速时有较好的转向稳定性，必须保证转向器具有较高的刚度。 齿条齿扇副磨损后可以重新调整间隙，使之具有合适的转向器传动间隙，从而提高转向器寿命，也是这种转向器的优点之一。 循环球式转向器有一蜗杆。 您可以将此转向器想象为两部分。 第一部分是带有螺 纹孔的金属块。 此金属块外围有切入的轮齿，这些轮齿与驱动转向摇臂的齿 轮相结合（参见图 ）。 方向盘连接在类似螺栓的螺杆上，螺杆则插在金属块的孔内。 转动方向盘时，它便会转动螺栓。 由于螺栓与金属块之间相对固定，因此旋转时，它不会像普通螺栓那样钻入金属块中，而是带动金属块旋转，进而驱动转动车轮的齿轮。 螺栓并不直接与金属块上的螺纹结合在一起，所有螺纹中都填满了滚珠轴承，当齿轮转动时，这些滚珠将循环转动。 滚珠轴承有两个作用：第一，减少齿轮的摩擦和磨损；第二，减少齿轮的溢出。 如果齿轮溢出，则会在转动方向盘时感觉到。 而 如果转向器中没有滚珠，轮齿之间会暂时脱离，从而造成方向盘松动。 循环球式系统中的动力转向工作原理与齿条齿轮式系统类似。 其辅助动力也是通过向金属块一侧注入高压液体来提供的。 汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统的零件都称为保安件。 循环球式转向器是目前国内外 应用最广 泛的结构型式之一，一般有两级传动副，第一级广东技术师范学院本科毕业设计（论文） 12 是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。 为了减少转向螺杆转向螺母之间的摩擦，二者的螺纹并不直接接触，其间装有多个钢球，以实现滚动摩擦。 转向螺杆和螺母上都加工出断面轮廓为两段或三段不同心圆弧组成 的近似半圆的螺旋槽。 二者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面的螺旋管状通道。 螺母侧面有两对通孔，可将钢球从此孔塞入螺旋形通道内。 转向螺母外有两根钢球导管，每根导管的两端分别插入螺母侧面的一对通孔中。 导管内也装满了钢球。 这样，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 ”。 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 ”。 在转向器工作时，两列钢球只是在各自的封闭流道内循环，不会脱出。 本设计采 用的是循环球式转向器 . 转向梯形 汽车转向时 ,左右车轮的转角要符合一定的规律 ,以保证所有车轮在转向的过程中。