目   录

1.   系统概述............................................................................................................................. 1

1.1   系统设计说明............................................................................................................. 1

1.2   系统结构及组成......................................................................................................... 1

1.3   系统设计原理及规范................................................................................................. 2

2.   输入条件............................................................................................................................. 2

2.1   标杆车基本参数......................................................................................................... 2

2.2   LF7133确定的整车参数........................................................................................... 3

3.   系统计算及验证................................................................................................................. 4

3.1   方向盘转动圈数......................................................................................................... 4

3.2   齿轮齿条式转向系的角传动比................................................................................. 4

3.3   车轮实际最大转角..................................................................................................... 5

3.4   静态原地转向阻力矩................................................................................................. 5

3.5   静态原地转向时作用于转向盘的力......................................................................... 5

3.6   最小转弯半径的校核................................................................................................. 6

4.   总结..................................................................................................................................... 8

参考文献.................................................................................................................................... 8

1.  系统概述

1.1  系统设计说明

LF7133是在标杆车的基础上开发设计的一款全新车型，其转向系统是在标杆车转向系统为依托的前提下，根据总布置设计任务书而开发设计的。根据项目要求，需要对转向系统各参数进行计算与较核，以确保转向系统的正常使用，使系统中各零部件之间参数匹配合理，并且确保其满足国家相关法律法规的要求。

1.2  系统结构及组成

LF7133转向系统是在标杆车的基础上，根据驾驶室和发动机舱的布置，对转向管柱、方向盘和转向器等作相应调整与优化设计。为提高汽车行驶的安全性，转向系必须转向轻便、灵活，以减轻司机的疲劳。LF7133电动助力转向系统中转向器采用齿轮齿条式转向器、电动助力转向管柱的结构方式。该结构紧凑，布置方便，降低油耗，工作可靠，维修方便，并且满足了整车的各项指标。

1).   转向系统的结构简图

图1 转向系统结构简图

1、转向器2、电动助力转向管柱3、转向盘

2).   转向系统的转向梯形示意简图

由于LF7133转向系结构与布置情况参照标杆车设计，所以LF7133与标杆车转向梯形示意图一致，如下图2所示。

图2  转向梯形简图

1.3  系统设计原理及规范

对于液压动力转向系的设计，在保证系统拥有正常助力功用的情况下，还应满足如下的技术要求：

1). 根据GB17675-1999  汽车转向系基本要求的规定，同样要求在不带助力转向时转向力应小于254N。

2). 对于乘用车来说，还要求转向盘转动在总圈数一般不超过4圈。

3). 在转向系最大转角时，要求其最小转弯直径满足整车总布置参数。

2.  输入条件

2.1  标杆车基本参数

对于标杆车其参数采集可分为为直接测量参数和间接计算参数，对于标杆车具体的参数如下：

1). 直接测量参数

表1 标杆车基本参数

2). 标杆车转向系统主要计算参数

转向器小齿轮节圆半径：

 mm

转向器小齿轮旋转圈数：

 圈

标杆车角传动比：

通过标杆车逆向数据其最大转角=42.8°。则由于转向拉杆连接球头、转向器齿轮齿条啮合间隙以及万向传动轴、方向盘连接等转向系连接结构中存在转向行程损失可以直接进行估算。

其转向系统转向行程损失：

2.2  LF7133整车参数

根据对标杆车数据的综合分析，结合LF7133整车的实际情况，对LF7133车型转向系统参数设计取值如下表所示：

表2  LF7133基本参数

3.  系统计算及验证

3.1  方向盘转动圈数

 

                                n=3.065圈

3.2  齿轮齿条式转向系的角传动比

转向系理论角传动比可用三维数模模拟的最大转角直接求出，当转向齿条行程152 mm时，通过三维运动分析可以得出前轮最大转角内外分别为：=42.0°，=35.5°。

则理论角传动比i：

实际上，转向系在转向拉杆连接球头、转向器齿轮齿条啮合间隙以及万向传动轴、方向盘连接等转向系连接结构中存在转向行程损失。由于LF7133转向系统基于标杆车进行设计，这里以标杆车计算所得转向行程损失η_wo=95.9%进行计算。

则转向系实际传动比

3.3  车轮实际最大转角

已知转向系实际传动比以及方向盘圈数的情况下，则其最大内转角为：

最大外转角：=34.5°

3.4  静态原地转向阻力矩

静态原地转向阻力矩是汽车中最大极限转向所需力矩，比行驶中转向所需的力矩大2到3倍。目前采用半经验公式计算

=3.38×10⁵ N·mm

式中：    M_r  ： 在沥青或混凝土路面上的原地转向阻力矩，N·mm；

f  ：  轮胎与地面间的滑动摩擦系数，一般取0.7；

G₁ ： 转向轴负荷，788.00×9.8=7722.4 N；

P  ：轮胎气压，0.22Mpa；          

3.5  静态原地转向时作用于转向盘的力

式中：     Mr ：原地转向阻力矩，N·mm，M_r=3.38×10⁵ N·mm；

F_h  ：作用于转向盘的力；

i_wo  ：齿轮齿条式转向系的角传动比，i_ow=13.70；

R  ：方向盘半径 mm，R=190mm；

α ： 转向梯形底角  ( °),α=89.23°；

η ：转向器的效率，取η=75%。

即:       =173.1 N

不带助力转向，汽车以10km/h行驶时，作用在方向盘的手力不应超过245N，Fh＜245N，所以此设计满足法规要求。

3.6  最小转弯半径的校核

设定设计数据姿态处于空载情况下，通过上述模拟其外轮理论最大转角分别为：42.8°/36.0°，且左右转角相等，计算时采用该值为计算基础。

为计算最小转弯半径，根据对数模空载姿态下的测量，转向轮绕主销偏移距=0.004809m，轴距L=2.55m。

计算采取文献3推荐的一种计算方法校核最小转弯直径。

为保证车辆行驶转向的精确性，确保各车轮不发生侧滑，转向时通过4个车轮中心的车轮平面垂直线都相交于一点——转向中心M。如果后轮不转向，则2个前轮平面的垂线必须与后轮中心连线的延长线相交于M点（如图2所示），从而使得在车身内外侧的前轮上出现不同的转向角δ_i和δ_Aa。根据相对较大的内侧车轮转向角δ_i可以推算出外侧车轮的理论值，即所谓的阿克曼角。

图2 转向原理图

由文献3所载的经验公式可以计算出最小转弯直径：

≈9.4 m

式中：    δ_Aa ： 外侧车轮推算理论转角值

δ_Aa=arc(cotδ_Aa)= arc1.649=31.25°；

cotδ_Aa：外侧车轮推算理论转角余切值

=1.649 ；

δ_i  ：  内侧车轮理论最大转角值，δ_i = 42.8°；

j  ：  为在地面测得的主销延长线与地面交点的距离

j = b_v - 2×r_s =1.4494 ；

r_s ：  主销偏移距，r_s =0.004809 m；

b_v ：  为前轮距，  b_v = 1.459 m；

l  ：  汽车轴距，  l = 2.550 m；

α  ：  经验因子，  α = 0.1 m/°；

Δδ_F ： 转向误差，  ；

由以上计算结果可以看出，其值与标杆车试验测量值(9.64m)相当接近，并且小于最小转弯直径值。故此，LF7133转向系统各参数取值符合总布置对最小转弯直径的设计目标值9.64m的要求。

4.  总结

根据此报告的设计计算，此转向系统满足法规的要求，符合整车的设计需要，达到预期的目的。但是其中很多数据为经验值，尚待装车做进一步优化。其计算结果参数见表3所示。

表3 计算结果参数

5.  参考文献

1). 刘惟信著.汽车设计.清华大学出版社,2001

2). 王望予.汽车设计.机械工业出版社,2003 

3). 《汽车工程手册》编辑委员会.汽车工程手册:设计篇. 人民交通出版社, 2001

4). GB 17675-1999：汽车转向系基本要求.中国标准出版社，2001

5). GB 7258-2004：机动车运行安全技术条件.中国标准出版社，2005

第二篇：开题报告-微型汽车转向系统设计

安徽工业大学毕业设计开题报告

        

  毕业设计题目：      微型汽车转向系统设计          
  学        院：      机 械 工 程 学 院                                                

  专        业：      过程装备与控制工程              

  班        级：      装 0 8 2                         

  姓        名：      胡 亚 军                        

  学        号：      0 8 9 0 5 4 2 7 2                   

  日        期：      20##年3月1日                  

一．课题名称：微型汽车转向系统设计

二．课题研究背景

伴随着人们生活水平的不断提高，汽车在人们生活中正变得越来越不可缺少。20##年，我国汽车产销量双双实现世界第一，汽车保有量将近7500万辆。20##年，我国汽车市场呈现平稳增长态势，产销量月月超过120万辆，平均每月产销突破150万辆，全年汽车销售超过1850万辆，再次刷新全球历史纪录。

微型汽车一般是指发动机排量不超过1.1L，车身长度、宽度、高度不超过3.8m、1.6m和2m，最大载货量不超过600kg的汽车。微型汽车产品具有燃料消耗少、使用费用低、占地面积小、用途多、适应性广等特点。微型汽车包括微型轿车、微型客车、微型货车。微型轿车主要是指发动机排量在1升以下的，微型客车主要是指长度不超过3.5米，微型货车主要是指载重在1.8吨以下。

近年来，中国的微型汽车业快速增长，成为汽车行业中增长速度最快的车种之一，成为汽车生产和消费市场的重要拉动力量和生力军。中国的微型汽车在国际上也有着一定的竞争能力，在价格、质量等方面具有一定的比较优势，在开拓国际市场上形成了一定的实力。微型车行业之所以能保持增长势头，与行业自身的发展状况有着直接关系。经过近几年的稳步发展，微型车行业的生产集中度大大提高了。与轿车行业群雄竞争的局面形成鲜明对比的是，微型车行业里的无序竞争状况，已经有了根本性改变，微型车完成了群雄纷争的历史过程，形成了市场寡头局面，规模效益开始凸显。

在中国汽车产业振兴规划（20##-2011）中提到，到20##年，国内1.0升以下排量车型要达到15%以上。中国微型汽车行业在国家产业政策和市场竞争的作用下，将迎来新的发展机遇，潜在的市场空间将不断扩大，行业整体水平在日益激烈的竞争中将有较大幅度的提高。

 转向系统作为汽车必不可少的系统之一，其性能的好坏，直接影响汽车的安全性和操纵稳定性。
    转向系统能让汽车按照驾驶员的意志经常改变行驶方向。自1886年，卡尔本茨发明第一辆汽车以来，转向系统的雏形就已经诞生。在所有机械故障引起的交通事故中，转向系统失效造成的事故占了很大一部分比例。

伴随着车辆技术的发展，人们对转向系统的性能要求也越来越高，如何开发出一款高性能的转向系统是我们亟需解决的一个问题。

三．课题研究意义

    汽车转向一直存在“轻”与“灵”的矛盾。为了保证转向轻便性，要求增大转向器角传动比，但是这将造成汽车队操纵的反应减慢，即不够“灵”。为了缓解这一矛盾，人们针对机械转向器，从两方面解决这一矛盾。一是提高转向器效率，二是将转向器设计成变速比，但这并不能从根本上解决这一矛盾。动力转向的出现很好地缓解了转向系统“轻”与“灵”的矛盾，可见助力转向对整车性能有着很大的影响。

作为汽车的一个重要组成部分，汽车转向系统是绝对汽车主动安全性的关键总成，如何设计汽车的转向特性使汽车具有良好的操纵性能，始终是个汽车厂家和科研机构的重要研究课题。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同水平的驾驶人群，汽车的操纵设计尤为重要。

四．文献查阅概括

   1.转向系统的作用

    汽车在行驶过程中，需要按照驾驶员的意志经常改变其行驶方向，即所谓汽车转向。就轮式汽车而言，实现汽车转向的方法是驾驶员通过一套专设的机构，是汽车转向桥（一般是前桥）上的车轮相对于汽车纵轴线偏转一定角度。汽车在直线行驶过程中，转向轮往往也会受到路面侧向干扰力的作用，自动偏转而改变行驶方向。此时，驾驶员也可以利用这套机构使转向轮向相反方向偏转，从而使汽车行驶方向恢复原来的行驶方向。这一套原来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，称为汽车转向系统。因此，汽车转向系统的功用是保证汽车能按照驾驶员的意志而进行转向行驶。

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。汽车转向系统是汽车必须要重视的两个系统之一（另一个是制动系统）。

2.转向系统的基本要求

    (1)汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转。 　　

    (2）转向轮具有自动回正能力。 　　

    (3)在行驶状态下，转向轮不得产生自振，转向盘没有摆动。 　　

    (4)转向传动机构和悬架导向装置产生的运动不协调，应使车轮的摆动最小。 　　

    (5)转向灵敏，最小转弯直径小。 　　

    (6)操纵轻便。 　　

    (7)转向轮传给转向盘的反冲力要尽可能小。 　　

    (8)转向器和转向传动机构中应有间隙调整机构。 　　

    (9)转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。 　　

    (10)转向盘转动方向与汽车行驶方向的改变相一致。 　　

3.汽车转向系统发展阶段

目前，汽车转向系统主要经历以下阶段：机械转向系统，液压动力转向系统，电控液压动力转向系统，电动助力转向系统，线控助力转向系统。

    (1)机械转向系统

机械转向系统结构简单，性能可靠，但是转向力全部来自驾驶员的手力，因此，转向盘操纵比较沉重。为了解决汽车灵与轻的矛盾，可以增大转向器的角传动比。增加角传动比虽然可以减小转向盘上的手力，但是同时也造成汽车队转向操纵的反应减慢；为此人们将转向器设计成变速比，在转向盘小转角时以灵为主，大转角时以轻为主。但是由于“灵”范围只在转向盘中间附近，仅对高速行驶有意义，所以不能从根本上解决“轻”与“灵”的问题。目前处于淘汰边缘。

    (2)液压助力转向系统

液压助力转向系统是在传统的机械转向系统上，增加转向液压泵、转向油管、转向油罐以及位于转向器的转向控制阀及转向动力缸 等。当驾驶员转动转向盘 时，通过机械转向器使转向横拉杆移动，并带动转向节臂，使转向轮偏转，从而改变汽车的行驶方向。与此同时，转向器输入轴还带动转向器内部的转向控制阀转动，使转向动力缸产生液压作用力，帮助驾驶员转向操作。由于有转向加力装置的作用，驾驶员只需比采用机械转向系统时小得多的转向力矩，就能使转向轮偏转。 　　

缺点：能耗较高,尤其时低速转弯的时候，觉得方向比较沉，发动机也比较费力气。又由于液压泵的压力很大，也比较容易损害助力系统。助力特性不能改变。

(3)电控液压助力转向系统

电控液压助力转向系统为了克服液压动力转向系统的不足，人们在液压助力转向系统中，增加了电子控制单元和执行部件，将车速信号引入系统中，控制单元根据车速信号改变电液转换装置的助力特性，达到在低速或急转弯时助力较大，以满足转向轻便性要求；高速时助力较小，以满足路感和操纵稳定性要求。虽然其有所改进，但仍难以克服液压系统本身所具有的缺点，同时由于液压转向系统增加了传感器和控制单元，使系统成本增加。

    (4)电动助力转向系统

简称电动式EPS或EPS(Electronic Power Steering system)在机械转向机构的基础上，增加信号传感器、电子控制单元和转向助力机构。 　　电动式EPS 是利用电动机作为助力源，根据车速和转向参数等因素，由电子控制单元完成助力控制，其原理可概括如下：当操纵转向盘时，装在转向盘轴上的转矩传感器不断地测出转向轴上的转矩信号，该信号与车速信号同时输入到电子控制单元。电控单元根据这些输入信号，确定助力转矩的大小和方向，即选定电动机的电流和转动方向，调整转向辅助动力的大小。电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构减速增矩后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与汽车工况相适应的转向作用力。例如福克斯的EHPAS电子液压系统由电脑根据发动机转速、车速以及方向盘转角等信号，驱动电子泵给转向系统提供助力。助力感觉非常的自然。因此很多人对福克斯方向的感觉相当不错，转向操控感觉可以说是随心所欲。有些车也号称采用电子助力，但是只是电机助力，没有液压辅助，容易产生噪音。助力效果也远不如福克斯这一类型的电子助力。

与液压动力转向系统和电控液压助力转向系统相比，电动助力转向系统优势明显，如能量消耗小，助力特性可以改变，体积和结构紧凑等。作为新一代的转向系统，目前已有代替液压助力转向系统的趋势。　　

优缺：能耗低，灵敏，电子单元控制，节省发动机概率，助力发挥比较理想。

(5)线控助力转向系统

线控助力转向系统是新一代的汽车电子转向系统，取消了转向盘与转向轮之间的机械连接。由于机械连接的取消，消除了撞车事故中转向柱引起上海驾驶员的可能性，因此不必设置转向防伤装置，同时地面造成的超级碗不会传到转向盘。目前处于开发和测试阶段，应用前景广阔。

    4.转向器

    随着汽车工业的迅速发展，转向装置的结构也有很大变化。汽车转向器的结构很多，从目前使用的普遍程度来看，主要的转向器类型有4种：有蜗杆肖式（WP型）、蜗杆滚轮式（WR型）、循环球式（BS型）、齿条齿轮式（RP型）。这四种转向器型式，已经被广泛使用在汽车上。 　　

据了解，在世界范围内，汽车循环球式转向器占45%左右，齿条齿轮式转向器占40%左右，蜗杆滚轮式转向器占10%左右，其它型式的转向器占5%。循环球式转向器一直在稳步发展。在西欧小客车中，齿条齿轮式转向器有很大的发展。日本汽车转向器的特点是循环球式转向器占的比重越来越大，日本装备不同类型发动机的各类型汽车，采用不同类型转向器，在公共汽车中使用的循环球式转向器，已由60年代的62．5%，发展到现今的100%了(蜗杆滚轮式转向器在公共汽车上已经被淘汰)。大、小型货车大都采用循环球式转向器，但齿条齿轮式转向器也有所发展。微型货车用循环球式转向器占65%，齿条齿轮式占35%。 　　 

综合上述对有关转向器品种的使用分析，得出以下结论：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；而蜗轮蜗杆式转向器和蜗杆肖式转向器，正在逐步被淘汰或保留较小的地位。 　　·

在小客车上发展转向器的观点各异，美国和日本重点发展循环球式转向器，比率都已达到或超过90%；西欧则重点发展齿轮齿条式转向器，比率超过50%，法国已高达95%。 由于齿轮齿条式转向器的种种优点，在小型车上的应用(包括小客车、小型货车或客货两用车)得到突飞猛进的发展；而大型车辆则以循环球式转向器为主要结构。

    5.现代汽车转向系统的设计趋势

    (1)适应汽车高速行驶的需要

　　从操纵轻便性、稳定性及安全行驶的角度，汽车制造广泛使用更先进的工艺方法，使用变速比转向器、高刚性转向器。“变速比和高刚性”是目前世界上生产的转向器结构的方向。

(2)充分考虑安全性、轻便性

　　随着汽车车速的提高，驾驶员和乘客的安全非常重要，目前国内外在许多汽车上已普遍增设能量吸收装置，如防碰撞安全转向柱、安全带、安全气囊等，并逐步推广。从人类工程学的角度考虑操纵的轻便性，已逐步采用可调整的转向管柱和动力转向系统。

    (3)低成本、低油耗、大批量专业化生产

　　随着国际经济形势的恶化，石油危机造成经济衰退，汽车生产愈来愈重视经济性，因此，要设计低成本、低油耗的汽车和低成本、合理化生产线，尽量实现大批量专业化生产。对零部件生产，特别是转向器的生产，更表现突出。

    (4)汽车转向器装置的电脑化

　　汽车的转向器装置，必定是以电脑化为唯一的发展途径。

五．设计的主要内容

1.  综述各类汽车转向系统及其用途 

      2.确定转向系统的结构方案

      2.1汽车主要尺寸的确定

      2.2汽车质量参数的确定

      2.3轮胎的选择

      2.4数据的确定

      2.5机械式转向器方案分析

2.5.1齿轮齿条式转向器

      2.5.2循环球式转向器

      2.5.3蜗杆滚轮式转向器

      2.5.3蜗杆指销式转向器

3.转向系统设计概述

      3.1转向系的主要性能参数

      3.2转向操纵机构

      3.3转向传动机构

      3.4转向器

      4.转向器总成的设计

      4.1参数的选取

      4.2计算参数

      5.动力转向机构设计

      6.主要零件的制造工艺分析

      7.装配工艺分析

六. 进度安排

七.参考文献

[1]王霄锋.汽车底盘设计.北京：清华大学出版社，2010.

[2]吉林工业大学汽车教研室.汽车构造（下册）.北京人名交通出版社,1976.

[3]刘惟信. 汽车车桥设计. 北京：清华大学出版社，2004.

[4]全国汽车维修专项技能认证技术支持中心编写组.悬架和专项系统.北京：教育科学出版社，2004.

[5]陈家瑞.汽车构造（下册）.北京：机械工业出版社，2005.