4座微型客货两用车设计（前悬架、转向系设计）

第三章 转向器、转向传动操纵机构、转向传动机构

§3.1 转向器

在本次设计中我们选用的是齿轮齿条式转向器。虽然这种转向器容易将车轮所受到的地面反作用力传至转向盘，容易产生打手和摆振等现象，但同时也具有对路面状态反应灵敏的优点，齿轮齿条方式的最大特点是刚性大，结构紧凑重量轻，且成本低。齿轮与齿条直接啮合，将齿轮的旋转运动转化为齿条的直线运动，使转向拉杆横向拉动车轮产生偏转。齿轮并非单纯的平齿轮，而是特殊的螺旋形状，这是为了尽量减小齿轮与齿条之间的啮合间隙，使转向盘的微小转动能够传递到车轮，提高操作的灵敏性，也就是我们通常所说的减小方向盘的旷量。不过齿轮啮合过紧也并非好事，它使得转动转向盘时的操作力过大，人会感到吃力。

§3.2转向操纵机构

一、 转向操纵机构的组成

从方向盘到转向传动轴一系列部件和零件都称为转向操纵机构。包括转向盘、转向柱管、万向节和转向传动轴。转向柱管固定于驾驶室的前围板。

二、 转向盘

转向盘即通常所说的方向盘。转向盘内部有金属制成的骨架，是用钢、铝合金或镁合金等材料制成。由圆环状的盘圈、插入转向轴的转向盘毂，以及连接盘圈和盘毂的辐条构成。采用焊接或铸造等工艺制造，转向轴是由细齿花键和螺母连接的。骨架的外侧一般包有柔软的合成橡胶或树脂，也有采用皮革包裹以及硬木制作的转向盘。转向盘外皮要求有某种程度的柔软度，手感良好，能防止手心出汗打滑的材质，还需要有耐热性。 转向盘位于司机的正前方，是碰撞时最可能伤害到司机的部件，因此需要转向盘具有很高的安全性，在司机撞在转向盘上时，骨架能够产生变形，吸收冲击能，减轻对司机的伤害。转向盘的惯性力矩也是很重要的，惯性力矩小，我们就会感到“轮轻”，操做感良好，但同时也容易受到转向盘的反弹(即“打手”)的影响，

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为了设定适当的惯性力矩，就要调整骨架的材料或形状等。 另外为了进一步提高汽车的行驶安全性，现在有越来越多的汽车在转向盘里安装了安全气囊，也使汽车的安全性大大提高了。

三、转向柱管和转向轴的吸能装置

为牢固支承转向盘而设有转向柱管。传递转向盘操作的转向轴从中穿过，由轴承和衬套支承。转向柱管本体安装在车身上。转向机构应备有吸收汽车碰撞时产生的冲击能的装置。许多国家都规定轿车义务安装吸能式转向柱。吸能装置的方式很多，大都通过转向柱的支架变形来达到缓冲吸能的作用。转向轴与转向器之间采用连轴节相连(即两个万向节)，之所以用连轴节，除了可以改变转向轴的方向，还有就是使得转向轴可以作纵向的伸缩运动，以配合转向柱的缓冲运动。

§3.3转向传动机构和布置

转向传动机构是指从转向器到转向节臂之间的一系列的部件和零件。它的作用非常的重要，因为转向梯形设计的合理与否直接影响到转向系转向关系是否满足理论的转向关系，如果设计不当将严重加剧轮胎的磨损，直接影响到汽车的行驶稳定性。转向杆系的最小转动角必须保证在?0?230时

?i23?300，

0其中?0为汽车转向轮的外轮转角；

?i23为汽车内轮转角为230时的传动角。

0转向传动机构的作用是将转向器输出的力与运动传到转向桥两边的转向节，并使两个转向轮保持一定的偏转关系，从而保证汽车转向时车轮与地面的滑动尽可能的小。

在本次设计中由于我们采用的是麦弗逊式独立悬架，当转向轮独立悬挂时，每个转向轮分别相对于车架做独立运动，汽车的前悬比较短，发动机中置，汽车前部相对来说较大的空间，且由于齿轮齿条式转向器所对应的转向梯形的最小转动角的要求，考虑到这些因素我们采用了断开式转向梯形。其工作方式为转向器带动转向横拉杆，经横拉杆传递给转向节臂，从而带动转向节使转向轮实现转向。

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第四章 转向系有关的计算及校核

§4.1 转向系主要性能参数

一、 转向器的效率

功率p1从转向轴输入，经转向器输出所求得的效率称为正效率，用符号

??表示，???(p?p2)(p1?p2)；反之称为逆效率，用符号??表示，???3。

p3p3其中，p2为转向器中的摩擦功率；p3为作用在齿条轴上的功率。为了保证转向时驾驶员转动方向盘轻便，要求正效率高；为了保证汽车转向后转向轮和转向盘能自动回正，又需要一定的逆效率。为了减轻在不平路面上行驶时驾驶员的疲劳，车轮与路面之间的作用力传至方向盘时应尽可能小，防止打手，这又要求此逆效率尽可能低。 1. 转向器的正效率??

影响转向器正效率的因素有：转向器的类型、结果特点、结构参数和制造质量等。

转向器类型、结构特点与效率在前述的几种转向器中，齿轮齿条式、循环球式的正效率比较高。同一类型的转向器，因结构不同效率也不一样。 2. 转向器逆效率??

根据逆效率大小的不同，转向器又分为可逆式、极限可逆式、和不可逆式三种。

齿轮齿条式转向器属于可逆式转向器，其逆效率相当高，它能保证转向后，转向轮和转向盘自动回正。这既减轻了驾驶员的疲劳，又提高了行驶的安全性。但是，在不平路面上行驶时，车轮受到的冲击力能大部分传至转向盘，造成驾驶员“打手”，使之精神紧张；如果长时间在不平路面上行驶，易使驾驶员疲劳，影响安全驾驶。

二、传动比的变化特性 1. 转向系传动比

转向系的传动比包括转向系的角传动比i?0和转向系的力传动比ip。具体公式和各因子意义参看公式(2-1),(2-2)。

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2. 力传动比与转向系角传动比的关系

轮胎与地面之间的转向阻力Fw和作用在转向节上的转向阻力矩Mr之间的关系

Fw?Mr (4-1) a式中，a为主销偏移距此处a?65mm，指从转向节主销轴线的延长线与支撑平面的交点至车轮中心平面与支撑平面交线间的距离。作用在方向盘上的手力为Fh为

Fh?2MhDsw (4-2)

2）螺旋弹簧非独立悬架

因为螺旋弹簧作为弹性元件，只能承受垂直载荷，所以其悬架系统要加设导向机构和减振器。

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