輕型載貨汽車轉(zhuǎn)向橋設計

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1、 畢業(yè)設計論文 輕型載貨汽車轉(zhuǎn)向橋設計 學生姓名 專 業(yè) 汽車設計與制造 班 級 學 號 指導教師 車輛工程系 32 載重汽車轉(zhuǎn)向橋設計 摘 要 本設計為載重汽車的轉(zhuǎn)向橋，此轉(zhuǎn)向橋需要適應不同路況，不同速度下的穩(wěn)定行駛，因此對前橋的要求也越來越高。在汽車設計、制造、因此應該本著既能有足夠的承載能力，又能實現(xiàn)耐用經(jīng)濟

2、的思想進行方案的選擇，為了降低生產(chǎn)成本，又在結構上滿足要求的情況下應盡量簡單。 通過設計：（1）保證有足夠的強度：以保證可靠的承受車輪與車架之間的作用力。（2）保證有足夠的剛度：以使車輪定位參數(shù)不變。（3）保證轉(zhuǎn)向輪有正確的定位角度：以使轉(zhuǎn)向輪運動穩(wěn)定，操縱輕便并減輕輪胎的磨損。（4）轉(zhuǎn)向橋的質(zhì)量應盡可能?。阂詼p少非簧上質(zhì)量，提高汽車行駛平順性。 通過分析工作原理設計轉(zhuǎn)向節(jié)、前軸、主銷等零件的尺寸，使各個零部件的強度滿足校核，并運用caxa等繪圖軟件繪制裝配圖和零件圖。 關鍵詞: 轉(zhuǎn)向橋；定位參數(shù)；轉(zhuǎn)向節(jié)；前軸；主銷 Th

3、e design of the truck steering axle Abstract This design is Steering Axle for heavy trucks. The design is need to adapt to different road and under different speeds, so the stability of front axle higher requirements. In car design, manufacture, and should be based on both have enough carrying c

4、apacity, and can achieve durable economic thoughts options, in order to reduce the production cost, and meets the requirements in the structure of situations should as far as possible simple. By design: (1) To ensure adequate strength: in order to ensure affordable and reliable force between wheel

5、and frame. By design: (1) To ensure adequate strength: in order to ensure affordable and reliable force between wheel and frame. (2) Ensure adequate rigidity: in order to change the wheel alignment parameters. (3)To ensure the correct positioning of steering wheel angle: to make the steering wheel m

6、ovement and stability, manipulating light and reduce tire wear. (4) The steering axle of quality should be as small as possible: to reduce the non-sprung mass, improve vehicle ride comfort. Works by analyzing the design of steering knuckle, front axle, kingpin and other parts of the size, so that t

7、he strength of the various components to meet the check, and use other mapping software caxa assembly drawing and parts are drawing. Key words: steering axle; positional parameters; knuckle; front axle；kingpin 目 錄 摘 要 1 1.汽車轉(zhuǎn)向橋的概況 3 1.1汽車轉(zhuǎn)向橋目前狀況 3 1.1.1汽車前橋的分類 3 1.1.2前橋

8、各參數(shù)對汽車穩(wěn)定性的作用與影響 3 1.2從動橋的結構形式 7 1.2.1 從動橋總體結構 7 1.2.2 載重汽車從動橋 8 1.2.3 載重汽車從動橋 9 1.2.4設計意義 9 2.轉(zhuǎn)向橋的設計結構參數(shù) 10 2.1結構參數(shù)選擇 10 2.2從動橋總體結構選擇 10 2.3確定前橋具體結構型式 10 3.前軸設計 11 3.1前軸強度計算 11 3.1.1前軸受力分析簡圖 11 3.1.2前軸載荷的計算（分三種工況分析） 12 3.2前軸彎矩及扭矩計算 13 3.2.1前軸斷面分析圖 14 3.2.2各個斷面彎扭矩計算（分三種工況分析） 15 3.3斷面

9、系數(shù)計算 21 3.4應力計算 23 3.5前軸材料的許用應力 23 4.轉(zhuǎn)向節(jié)設計 23 4.1截面系數(shù)計算 24 4.2彎矩計算 24 4.3應力計算 24 4.4轉(zhuǎn)向節(jié)的材料、許用應力及強度校核 25 5.主銷設計 25 5.1在汽車工況下計算 26 5.2在汽車側滑下計算 27 6.轉(zhuǎn)向傳動機構設計 28 6.1推力軸承和止推墊片計算 28 6.2桿件設計結果 30 7.經(jīng)濟技術分析 31 7.1我國汽車車橋行業(yè)發(fā)展歷程 31 7.2國內(nèi)汽車車橋產(chǎn)量和市場容量分析 31 7.3汽車車橋業(yè)發(fā)展特征及問題透視 31 7.4車橋產(chǎn)品結構解析－轉(zhuǎn)向橋經(jīng)濟性分

10、析 31 7.5提高轉(zhuǎn)向橋經(jīng)濟性 32 8.結 論 33 致 謝 34 參 考 文 獻 35 附 錄 36 第1章汽車轉(zhuǎn)向橋的概況 1.1汽車轉(zhuǎn)向橋目前狀況 1.1.1汽車前橋的分類 從動橋即非驅(qū)動橋，又稱從動車橋。它通過懸架與車架(或承載式車身)相聯(lián)，兩側安裝著從動車輪，用以在車架(或承載式車身)與車輪之間傳遞鉛垂力、縱向力和橫向力。從動橋還要承受和傳遞制動力矩。 根據(jù)從動車輪能否轉(zhuǎn)向，從動橋分為轉(zhuǎn)向橋與非轉(zhuǎn)向橋。一般汽車多以前橋為轉(zhuǎn)向橋。為提高操縱穩(wěn)定性和機動性，有些轎車采用全四輪轉(zhuǎn)向。多軸汽車除前輪轉(zhuǎn)向外，

11、根據(jù)對機動性的要求，有時采用兩根以上的轉(zhuǎn)向橋直至全輪轉(zhuǎn)向。 一般載貨汽車采用前置發(fā)動機后橋驅(qū)動的布置形式，故其前橋為轉(zhuǎn)向從動橋。轎車多采用前置發(fā)動機前橋驅(qū)動，越野汽車均為全輪驅(qū)動，故它們的前橋既是轉(zhuǎn)向橋又是驅(qū)動橋，稱為轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋。 從動橋按與其匹配的懸架結構的不同，也可分為非斷開式與斷開式兩種。與非獨立懸架相匹配的非斷開式從動橋是一根支承于左、右從動車輪上的剛性整體橫梁，當又是轉(zhuǎn)向橋時，則其兩端經(jīng)轉(zhuǎn)向主銷與轉(zhuǎn)向節(jié)相聯(lián)。斷開式從動橋與獨立懸架相匹配。 非斷開式轉(zhuǎn)向從動橋主要由前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)及轉(zhuǎn)向主銷組成。轉(zhuǎn)向節(jié)利用主銷與前梁鉸接并經(jīng)一對輪轂軸承支承著車輪的輪轂，以達到車輪轉(zhuǎn)向

12、的目的。在左轉(zhuǎn)向節(jié)的上耳處安裝著轉(zhuǎn)向節(jié)臂，后者與轉(zhuǎn)向直拉桿相連；而在轉(zhuǎn)向節(jié)的下耳處則裝著與轉(zhuǎn)向橫拉桿相連接的轉(zhuǎn)向梯形臂。有的將轉(zhuǎn)向節(jié)臂與梯形臂連成一體并安裝在轉(zhuǎn)向節(jié)的下耳處以簡化結構。轉(zhuǎn)向節(jié)的銷孔內(nèi)壓入帶有潤滑油槽的青銅襯套以減小磨損。為使轉(zhuǎn)向輕便，在轉(zhuǎn)向節(jié)上耳與前梁拳部之間裝有調(diào)整墊片以調(diào)整其間隙。帶有螺紋的楔形鎖銷將主銷固定在前梁拳部的孔內(nèi)，使之不能轉(zhuǎn)動。 1.1.2前橋各參數(shù)對汽車穩(wěn)定性的作用與影響 為了保持汽車直線行駛的穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向輕便性及汽車轉(zhuǎn)向后使前輪具有自動回正的性能，轉(zhuǎn)向橋的主銷在汽車的縱向和橫向平而內(nèi)都有一定傾角。在縱向平面內(nèi)，主銷上部向后傾斜一個角，稱為主銷后傾角。在橫

13、向平面內(nèi)，主銷上部向內(nèi)傾斜一個β角，稱為主銷內(nèi)傾角。 圖1-1 主銷內(nèi)傾角 Figure 1-1 Kingpin Inclination 主銷內(nèi)傾也是為了保證汽車直線行駛的穩(wěn)定性并使轉(zhuǎn)向輕便。主銷內(nèi)傾使主銷軸線與路面的交點至車輪中心平面的距離即主銷偏移距減小，從而可減小轉(zhuǎn)向時需加在方向盤上的力，使轉(zhuǎn)向輕便，同時也可減小轉(zhuǎn)向輪傳到方向盤上的沖擊力。主銷內(nèi)傾使前輪轉(zhuǎn)向時不僅有繞主銷的轉(zhuǎn)動，而且伴隨有車輪軸及前橫梁向上的移動，而當松開方向盤時，所儲存的上升位能使轉(zhuǎn)向輪自動回正，保證汽車作直線行駛。內(nèi)傾角一般為；主銷偏移距一股為30～40mm。輕型客車、輕型貨車及裝有動力轉(zhuǎn)向的汽車可選

14、擇較大的主銷內(nèi)傾角及后傾角，以提高其轉(zhuǎn)向車輪的自動回正性能。但內(nèi)傾角也不宜過大，即主銷偏移距不宜過小，否則在轉(zhuǎn)向過程中車輪繞主銷偏轉(zhuǎn)時，隨著滾動將伴隨著沿路面的滑動，從而增加輪胎與路面間的摩擦阻力，使轉(zhuǎn)向變得很沉重。為了克服因左、右前輪制動力不等而導致汽車制動時跑偏，近年來出現(xiàn)主銷偏移距為負值的汽車。 主銷后傾使主銷軸線與路面的交點位于輪胎接地中心之前，該距離稱為后傾拖距。當直線行駛的汽車的轉(zhuǎn)向輪偶然受到外力作用而稍有偏轉(zhuǎn)時，汽車就偏離直線行駛而有所轉(zhuǎn)向，這時引起的離心力使路面對車輪作用著一阻礙其側滑的側向反力，使車輪產(chǎn)生繞主銷旋轉(zhuǎn)的回正力矩，從而保證了汽車具有較好的直線行駛穩(wěn)定性。此力矩稱

15、穩(wěn)定力矩。穩(wěn)定力矩也不宜過大，否則在汽車轉(zhuǎn)向時為了克服此穩(wěn)定力矩需在方向盤上施加更大的力，導致方向盤沉重。后傾角通常在以內(nèi)?，F(xiàn)代轎車采用低壓寬斷面斜交輪胎，具有較大的彈性回正力矩，故主銷后傾角就可以減小到接近于零，甚至為負值。但在采用子午線輪胎時，由于輪胎的拖距較小，則需選用較大的后傾角。舉一個生活中的例子： 我們在騎自行車拐彎的時候，會自然地將車子向所轉(zhuǎn)的方向傾斜，讓車輪與地面有一個夾角，學過物理的人知道，這樣做是為了產(chǎn)生足夠的向心力。汽車也是一樣，右側車輪在右轉(zhuǎn)彎的時候在主銷內(nèi)傾角和后傾角的共同作用下會向右側傾倒，而左側車輪雖也有主銷內(nèi)傾角，卻不會向左側傾倒，因為還有主銷后傾角，把它又拉了

16、回來，甚至也能向右微微傾斜。不僅如此，兩側車輪的轉(zhuǎn)動還使右側車身降低，左側車身抬高，整個車身也向右傾斜，于是產(chǎn)生了足夠的向心力。 圖1-2 車輪外傾角和主銷后傾角 Figure 1-2 camber and caster angle 前輪定位除上述主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角外，還有車輪外傾角及前束，共4項參數(shù)。車輪外傾指轉(zhuǎn)向輪在安裝時，其輪胎中心平面不是垂直于地面，而是向外傾斜一個角度 ，稱為車輪外傾角。此角約為，一般為左右。它可以避免汽車重載時車輪產(chǎn)生負外傾即內(nèi)傾，同時也與拱形路而相適應。由于車輪外傾使輪胎接地點向內(nèi)縮，縮小了主銷偏移距，從而使轉(zhuǎn)向輕便并改善了制動時的方向穩(wěn)定性。

17、 圖1-3 前束 Figure 1-3 toe 前束的作用是為了消除汽車在行駛中因車輪外傾導致的車輪前端向外張開的不利影響(具有外傾角的車輪在滾動時猶如滾錐，因此當汽車向前行駛時，左右兩前輪的前端會向外張開)，為此在車輪安裝時，可使汽車兩前輪的中心平面不平行，且左右輪前面輪緣間的距離A小于后面輪緣間的距離B，以使車輪在每一瞬時的滾動方向是向著正前方。前束即(B-A)，一般汽車約為3～5mm，可通過改變轉(zhuǎn)向橫拉桿的長度來調(diào)整。設定前束的名義值時，應考慮轉(zhuǎn)向梯形中的彈性和間隙等因素。 在汽車的設計、制造、裝配調(diào)整和使用中必須注意防止可能引起的轉(zhuǎn)向車輪的擺振，它是指汽車行駛時轉(zhuǎn)向輪繞主銷

18、不斷擺動的現(xiàn)象，它將破壞汽車的正常行駛。轉(zhuǎn)向車輪的擺振有自激振動與受迫振動兩種類型。前者是由于輪胎側向變形中的遲滯特性的影響，使系統(tǒng)在一個振動周期中路面作用于輪胎的力對系統(tǒng)作正功，即外界對系統(tǒng)輸入能量。如果后者的值大于系統(tǒng)內(nèi)阻尼消耗的能量，則系統(tǒng)將作增幅振動直至能量達到動平衡狀態(tài)。這時系統(tǒng)將在某一振幅下持續(xù)振動，形成擺振。其振動頻率大致接近系統(tǒng)的固有頻率而與車輪轉(zhuǎn)速并不一致，且會在較寬的車速范圍內(nèi)發(fā)生。通常在低速行駛時發(fā)生的擺振往往屬于自攝振動型。當轉(zhuǎn)向車輪及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)受到周期性擾動的激勵，例如車輪失衡、端面跳動、輪胎的幾何和機械特性不均勻以及運動學上的干涉等，在車輪轉(zhuǎn)動下都會構成周期性的擾動。

19、在擾動力周期性的持續(xù)作用下，便會發(fā)生受迫振動。當擾動的激勵頻率與系統(tǒng)的固有頻率一致時便發(fā)生共振。其特點是轉(zhuǎn)向輪擺振頻率與車輪轉(zhuǎn)速一致，而且一般都有明顯的共振車速，共振范圍較窄(3～5km/h)。通常在高速行駛時發(fā)生的擺振往往屬于受迫振動型。 轉(zhuǎn)向輪擺振的發(fā)生原因及影響因素復雜，既有結構設計的原因和制造方面的因素．如車輪失衡、輪胎的機械特性、系統(tǒng)的剛度與阻尼、轉(zhuǎn)向輪的定位角以及陀螺效應的強弱等；又有裝配調(diào)整方面的影響，如前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)間的間隙(影響系統(tǒng)的剛度)和摩擦系數(shù)(影響阻尼)等。合理地選擇這些有關參數(shù)、優(yōu)化它們之間的匹配，精心地制造和裝配調(diào)整，就能有效地控制前輪擺振的發(fā)生。在設計中

20、提高轉(zhuǎn)向器總成與轉(zhuǎn)向拉桿系統(tǒng)的剛度及懸架的縱向剛度，提高輪胎的側向剛度，在轉(zhuǎn)向拉桿系中設置橫向減震器以增加阻尼等，都是控制前輪擺振發(fā)生的一些有效措施。 1.2從動橋的結構形式 1.2.1 從動橋總體結構 各種車型的非斷開式轉(zhuǎn)向從動橋的結構型式基本相同。作為主要零件的前梁是用中碳鋼或中碳合金鋼的，其兩端各有一呈拳形的加粗部分為安裝主銷的前梁拳部；為提高其抗彎強度，其較長的中間部分采用工字形斷面并相對兩端向下偏移一定距離，以降低發(fā)動機從而降低傳動系的安裝位置以及傳動軸萬向節(jié)的夾角。為提高其抗扭強度，兩端與拳部相接的部分采用方形斷面，而靠近兩端使拳部與中間部分相聯(lián)接的向下彎曲部分則采用兩種斷面

21、逐漸過渡的形狀。中間部分的兩側還要鍛造出鋼板彈簧支座的加寬文承面。有的汽車的轉(zhuǎn)向從動橋的前梁采用組合式結構，即由其采用無縫鋼管的中間部分與采用模鍛成形的兩端拳形部分組焊而成。這種組合式前梁適于批量不太大的生產(chǎn)并可省去大型緞造設備。轉(zhuǎn)向節(jié)多用中碳合金鋼模級成整體式結構。有些大型汽車的轉(zhuǎn)向節(jié)，由于其尺寸過大，也有采用組焊式結構的，即其輪軸部分是經(jīng)壓配并焊接上去的。 主銷的幾種結構型式如下圖所示，其中比較常用的是(a)，(b)兩種。 （a） (b) (c) (d) 圖1-4主銷結構形式 FIG. 1-1 the

22、kingpin structure (a)圓柱實心型 (b) 圓柱空心型 (c) 上，下端為直徑不等的圓柱，中間為錐體的主銷 (d)下部圓柱比上部細的主銷 (a)Cylindrical solid model (b) cylindrical hollow (c) Ranging in diameter from top to bottom-side columns, the middle of the cone of the main sales (d) lower than the upper part of thin cylindrical kingpin 轉(zhuǎn)向節(jié)

23、推力軸承承受作用于汽車前梁上的重力，為減小摩擦使轉(zhuǎn)向輕便可采用滾動軸承，例如推力球軸承、推力圓錐滾子軸承或圓錐波子軸承等。也有采用青銅止推墊片的。主銷上、下軸承承受較大的徑向力，多采用滑動軸承，也有采用滾針軸承的結構。后者的效率高，轉(zhuǎn)向阻力小，且可延長使用壽命。 1.2.2 載重汽車從動橋 本設計為載重汽車的轉(zhuǎn)向前橋，因此應該本著既能有足夠的承載能力，又能實現(xiàn)耐用經(jīng)濟的思想進行方案的選擇，為了降低生產(chǎn)成本，又在結構上滿足要求的情況下應盡量簡單。 轉(zhuǎn)向前橋有斷開式和非斷開式兩種。斷開式前橋與獨立懸架相配合，結構比較復雜但性能比較好，多用于轎車等以載人為主的高級車輛。非斷開式又稱整體式，它與

24、非獨立懸架配合。與斷開式前橋相比它的結構簡單，經(jīng)濟性高，強度大、安裝維修方便的優(yōu)點，這種形式在現(xiàn)在汽車上得到廣泛應用。因此本次設計就采用了非斷開式從動橋。 轉(zhuǎn)向從動橋的主要零件有前梁，轉(zhuǎn)向節(jié)，主銷，注銷上下軸承及轉(zhuǎn)向節(jié)襯套，轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承。前梁采用中間部分為整體鍛件與兩端拳部組焊的形式。主銷采用結構簡單的實心的圓柱形如上圖a所示。 另外為了保證汽車轉(zhuǎn)彎行駛時所有車輪能繞一個轉(zhuǎn)向瞬時轉(zhuǎn)向中心，在不同的圓周上作無滑動的純滾動，本次設計有進行了轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化設計。本方案轉(zhuǎn)向梯形布置在前軸之后，進行梯形的最佳參數(shù)和強度計算。 目前國內(nèi)載重汽車前橋一般可以承受10噸左右的載重量，并且大部分都是采用

25、非斷開式轉(zhuǎn)向橋。像早期東風汽車公司生產(chǎn)的EQ1090E型載重貨車，它采用的是鋼材鍛造的并且斷面為工字型的前梁，采用非斷開式結構。前梁的拳形部分通過主銷相連轉(zhuǎn)向節(jié)，轉(zhuǎn)向節(jié)通過軸承與輪轂相連。這種方式連接穩(wěn)定、可靠，可以完成車輪的靈活轉(zhuǎn)向。 1.2.3 載重汽車從動橋 本文首先確定主要部件的結構型式和主要設計參數(shù)，然后參考類似轉(zhuǎn)向橋的結構，確定出總體設計方案，最后對前梁、主銷、主銷上下軸承、轉(zhuǎn)向橋、調(diào)整墊片，轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承等及輪轂等零件的尺寸進行設計，對強度進行校核以及對主要軸承進行了壽命校核。對前橋進行力學模型的建立，將物理力學模型轉(zhuǎn)化成數(shù)學模型（數(shù)學公式）。 2.主要解決的問題： 對以

26、往同類的轉(zhuǎn)向橋的資料進行總結分析，得到一些新的觀點及思路，針對載重車轉(zhuǎn)向橋的主要功用即對車身的支持作用、靈活轉(zhuǎn)向的作用。通過設計使前橋更可靠、更靈活 1.2.4設計意義： 采用傳統(tǒng)方法對載重汽車轉(zhuǎn)向橋進行結構尺寸設計，使轉(zhuǎn)向橋滿足如下的設計要求： （1）保證有足夠的強度：以保證可靠的承受車輪與車架之間的作用力。 （2）保證有足夠的剛度：以使車輪定位參數(shù)不變。 （3）保證轉(zhuǎn)向輪正確的定位角度：使轉(zhuǎn)向輪運動穩(wěn)定，操縱輕便并減輕輪胎磨損。 （4）從動橋的質(zhì)量應盡可能?。阂詼p少非簧上質(zhì)量，提高汽車行駛平順性。 合理優(yōu)化前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)、等零部件的結構，使各個部分零件能夠合理的配合，以適應復雜

27、路況。盡可能降低整個橋身的質(zhì)量，從而減輕車的重量。并且對車輪輪轂進行配合設計，使其與轉(zhuǎn)向橋合理配合達到靈活轉(zhuǎn)向的目的 2.轉(zhuǎn)向橋的設計結構參數(shù) 2.1結構參數(shù)選擇 轉(zhuǎn)向橋設計參數(shù)參照CA1021型號汽車前橋數(shù)據(jù)獲得，如表2-1所示 表2-1 汽車總質(zhì)量Ga（N） 前軸軸載質(zhì)量G1（N） 汽車質(zhì)心至前軸中心線距離L1（mm） 汽車質(zhì)心至后軸中心線距離L2(mm) 軸距 L（mm） 汽車質(zhì)心高度hg(mm) 前鋼板彈簧座中心距B(mm) 24250 11100 1800 1120 3025 540 720 主銷中心距B′(mm

28、) 前輪距B1(mm) 車輪滾動半徑rr(mm) 主銷內(nèi)傾角 β 主銷后傾角 ? 前輪外傾角a 前輪前束 1330 1460 314 6° 2° 1° 2～4 2.2從動橋總體結構選擇 本前橋采用非斷開式轉(zhuǎn)向從動橋 2.3確定前橋具體結構型式 （1）前軸結構形式：工字形斷面加叉形轉(zhuǎn)向節(jié)主銷固定在前軸兩端的拳部里。 （2）轉(zhuǎn)向節(jié)結構型式：整體鍛造式。 （3）主銷結構型式：圓柱實心主銷。 （4）轉(zhuǎn)向節(jié)止推軸承結構形式：止推滾柱軸承。 （5）主銷軸承結構形式：滾針軸承 （6）輪轂軸承結構形式：單列向心球軸承 （7）前輪定位角選擇見表1 3.前

29、軸設計 3.1前軸強度計算 3.1.1前軸受力分析簡圖 如圖3-1所示： 圖3-1 轉(zhuǎn)向從動橋在制動和側滑工況下的受力分析簡圖 Figure 3-1 Bridge in the braking and steering yaw driven condition of the force analysis diagram 1—制動工況下的彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖； 2—側滑工況下的彎矩圖 1 - braking and torque diagram of bending moment diagram 2 - yaw moment map condition 3.

30、1.2前軸載荷的計算（分三種工況分析） 一、緊急制動 汽車緊急制動時，縱向力制動力達到最大值，因質(zhì)量重新分配，而使前軸上的垂直載荷增大，對后輪接地點取矩得 取路面附著系數(shù)Ф=0.7 制動時前軸軸載質(zhì)量重新分配分配系數(shù)m1===1.34 （3-1） 垂直反作用力：Z1l= Z1r==7437N 橫向反作用力：X1l=X1r= Ф=5205.9N （3-2） 二、側滑 汽車側滑時，因橫向力的作用，汽車前橋左右車輪上的垂直載荷發(fā)生轉(zhuǎn)移。 （1）確定側向滑移附著糸數(shù)： 在側滑的臨界狀態(tài)，橫向反作用力等于離心力F離，并達到最大值F離=,Ymax=G1Ф′，為保證不橫向

31、翻車，須使V滑

32、5.9 側滑 Z1l 8436 Z1r 2664 Y1l 5905.2 Y1r 1864.8 越過不平路面 Z1′ 13875 3.2前軸彎矩及扭矩計算 3.2.1前軸斷面分析圖 由于前軸為不規(guī)則工字型鋼鍛鑄形成，因此前軸的受力點是變化的，必須取點分段進行設計與力的校核。 選擇下述三個部位計算分析其斷面的彎矩、扭矩 如下圖3-2所示 圖3-2 三個不同的斷面部位計算分析其斷面的彎矩、扭矩 Figure 3-2 Calculation of three different sections of the cross section a

33、rea moment, torque A斷面位于鋼板彈簧座內(nèi)側，屬于前軸中部最弱部位。此斷面內(nèi)彎矩最大（鋼板彈簧座可視為梁的固定端），故兩鋼板彈簧之間這段梁可不考慮受扭） B斷面處的彎矩，扭矩均較大 C斷面位于梁端，此斷面內(nèi)扭矩最大，而彎矩最小 各斷面的計算參數(shù)如下表3-3 表3-3 參數(shù) A B C 斷面長度L 334 250 166 斷面高度h 136 128 0 3.2.2各個斷面彎扭矩計算（分三種工況分析） 一、緊急制動 垂直面內(nèi)彎矩 水平面內(nèi)彎矩 （3-6） 上式中Li對應與A、B、C斷面分別帶入La、Lb、Lc、 鋼板彈簧外側扭矩

34、 （3-7） 上式中hi對應與A、B、C斷面分別帶入ha、hb、hc。 二、側滑 左側各斷面垂直面內(nèi)彎矩 （3-8） 上式中Li,hi帶入值與緊急制動時一致 面內(nèi)并在轉(zhuǎn)向節(jié)上、下襯套中點處垂直地作用于主銷的力QMZ所形成的力偶QMZ（c+d）所平衡，故有 QMZ===7590 N (3-30) 制動力矩Prrr由位于縱向平面內(nèi)并作用于主銷的力Qmr所形成的力偶Qmr（c+d）所平衡，故有 Qmr=Prrr/（c+d）=Z1rrr/ (c+d) =7437×1.0×314

35、/（48.5+48.5）=24074N (3-31) 而作用于主銷的制動力Pr則由在轉(zhuǎn)向節(jié)上、下襯套中點出作用的主銷的力Qru、Qrl所平衡，且有 Qru===3718.5 N (3-32) Qrl===3718.5 N (3-33) 由轉(zhuǎn)向橋的俯視圖可知，制動時轉(zhuǎn)向橫拉桿的作用力N為 N===6402 N (3-34) 力N位于側向平面內(nèi)且與輪軸中心線的垂直距離為l4，如將N的著力點移至主銷中心線與輪軸中心線交點處，則需對主銷作用一側向力矩Nl。力矩Nl4，由位于側向

36、平面內(nèi)并作用于主銷的力偶QMN（c+d）所平衡，故有 QMN===6534 N (3-35) 而力N則在轉(zhuǎn)向節(jié)上、下襯套中點處作用于主銷的力QNu,QNl所平衡，且有 QNu===3201 N (3-36) QNl===3201 N (3-37) 由圖3-3可知，在轉(zhuǎn)向節(jié)上襯套的中點作用于主銷的合力Qu和在下襯套的中點作用于主銷的合力Ql分別為 Qu= = =23097.52 N (3-38) Ql== =32750

37、.25N (3-39) 由上兩式可見，在汽車制動工況下，主銷的最大載荷發(fā)生在轉(zhuǎn)向節(jié)下襯套的中點處，其值計算所得到的Ql。 5.2 在汽車側滑工況下的計算 僅有在側向平面內(nèi)起作用的力和力矩，且作用于左、右轉(zhuǎn)向節(jié)主銷的力QMZ是不相等的，他們分別按下式求得： QMZL= =21281.54N (3-40) QMZR= =6721 N (3-41) 式中：Z1L，Z1R—

38、—汽車左、右前輪承受的地面垂向反作用力，N； l1——輪胎中心線至主銷軸線的距離 mm; rr——輪胎的滾動半徑 mm; Y1L，Y1R——左、右前輪承受地面的側向反力，N； G1——汽車靜止于水平路面時的前橋的軸荷，N； hg——汽車質(zhì)心高度，mm; B1——汽車前輪輪距，mm; ——輪胎與路面的側向附著系數(shù)，計算時可取=1.0. 取Ql, QMZL, QMZR中最大的作為主銷的計算載荷Qj,計算主銷在前梁拳部下端處的彎曲力w和剪應切力s w===497.5 MPa (3-42) s===72.5 MPa

39、 (3-43) 式中:d0——主銷直徑 mm; h——轉(zhuǎn)向節(jié)下襯套中點至前梁拳部下端面的距離,mm。 主銷的許用應力彎曲力[w]=413MPa;許用剪切應力[s]=66MPa。 主銷采用20Cr,20CrNi,20CrMnTi等低碳合金鋼制造，滲碳淬火，滲碳層深1.0～1.5mm,56～62HRC。 6.1 推力軸承和止推墊片的計算 計算時首先要確定推力軸承和止推墊片的當量靜載荷 推力軸承計算 對轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承，文獻推薦取汽車以等速va=40km/h、沿半徑R=50m或以va=20km/h,沿半徑R=12m的圓周行使的工況作為計算工況。如果汽車向右轉(zhuǎn)彎則其前外輪即前

40、左輪的地面垂向反力Z1L增大。 汽車前橋的側滑條件為 P1=m1≥Y1L+Y1R=G11=m1g1=820×10×1.0=8200N (3-46) 式中：P1——前橋所受的側向力，N； m1——汽車滿載時的整車質(zhì)量分配給前橋的部分； R——汽車轉(zhuǎn)彎半徑，mm; va——汽車行使速度，mm/s; g——重力加速度，mm/s2； Y1L、Y1R——地面給左、右前輪的側向反作用力，N； 1——輪胎與地面的側向附著系數(shù)； G1——汽車滿載靜止于水平路面時前橋給地面的載荷，N。 由上式可得 1= (3-4

41、7) Z1L= (3-48) 將上述計算工況的va、R等的有關數(shù)據(jù)代入(3-44), (3-45)式，并hg/B=0.5, 則有 Z1L=1.25G1/2=0.625G1 可近似地認為推力軸承的軸向載荷F，等于上述前輪的地面垂向反力，即有 Fa=0.6256G1=0.625×6150=3844 N (3-49) 鑒于轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承在工作中的相對轉(zhuǎn)角不大的及軸承滾道圈破壞帶來的危險性，軸承的選擇按其靜承載容量C0進行，且取當量靜載荷P0為： P0=（0.5～0.33）C0 轉(zhuǎn)向節(jié)止推墊片的計算

42、 當采用青銅止推墊片代替轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承時，在汽車滿載情況下，止推墊片的靜載荷可取為 Fa===3075 N (3-50) 這時止推墊片的擠壓力為 c==1 MPa (3-51) 式中：d；D——止推墊片的內(nèi)、外徑。 通常取[c]≤30MPa 6.2桿件設計結果 設計計算結果如表6-2所示 表6-2 設計零件 長度 右轉(zhuǎn)向節(jié)臂/mm 128 左轉(zhuǎn)向節(jié)臂/mm 128 轉(zhuǎn)向橫拉桿/mm 922 7.經(jīng)濟技術分析 7.1我國汽車車橋行業(yè)發(fā)展

43、歷程 我國汽車車橋行業(yè)發(fā)展迅速，經(jīng)過幾十年的時間，已經(jīng)形成了一定的市場規(guī)模，雖然目前我國汽車力橋行業(yè)與國外先進技術相比還有所差別，但是相信隨著社會的不斷發(fā)展，我國汽車車橋行業(yè)將會有更大的進步。 7.2國內(nèi)汽車車橋產(chǎn)量和市場容量分析 2003 年我國車橋產(chǎn)量達到800 萬只，2004 年我國車橋產(chǎn)量超過1000 萬只，達到1080 萬只，2005 年我國車橋產(chǎn)量達到1800 萬只，市場容量達到2000 萬只左右。 7.3汽車車橋業(yè)發(fā)展特征及問題透視 我國汽車車橋業(yè)發(fā)展迅速，市場規(guī)模也在逐漸增長，在發(fā)展的同時也存在一定的問題，如技術、質(zhì)量、外觀、功能等眾多問題，與國際產(chǎn)品相比，都有一定的

44、差距，市場競爭激烈，要想在競爭的市場當中占有一席之地，我國車橋生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品還需要進一步改善。 7.4車橋產(chǎn)品結構解析－轉(zhuǎn)向橋經(jīng)濟性分析 行駛系分為四大主要部分：車橋、車輪、車架和懸架。車橋(也稱車軸)通過懸架和車架(或承載式車身)相連，兩端安裝汽車車輪。其功能是傳遞車架(或承載式車身)與車輪之間各方向作用力。 車橋可以是整體式的，有如一個巨大的杠鈴，兩端通過懸架系統(tǒng)支撐著車身，因此整體式車橋通常與非獨立懸架配合；車橋也可以是斷開式的，象兩把雨傘插在車身兩側，再各自通過懸架系統(tǒng)支撐車身，所以斷開式車橋與獨立懸架配用。 根據(jù)驅(qū)動方式的不同，車橋也分成轉(zhuǎn)向橋、驅(qū)動橋、轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋和支持橋四

45、種。其中轉(zhuǎn)向橋和支持橋都屬于從動橋。大多數(shù)汽車采用前置后驅(qū)動(FR)，因此前橋作為轉(zhuǎn)向橋，后橋作為驅(qū)動橋；而前置前驅(qū)動(FF)汽車則前橋成為轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋，后橋充當支持橋。轉(zhuǎn)向橋的結構基本相同，由兩個轉(zhuǎn)向節(jié)和一根橫梁組成。如果把橫梁比做身體，轉(zhuǎn)向節(jié)就是他左右搖晃的腦袋，脖子就是我們常說的主銷，車輪就裝在轉(zhuǎn)向節(jié)上，仿佛腦袋上帶了個草帽。不過，行駛的時候草帽轉(zhuǎn)，腦袋卻不轉(zhuǎn)，中間用軸承分隔開，腦袋只管左右晃動。 汽車轉(zhuǎn)向橋是汽車主要的部件之一，它包括承載車身負荷及完成靈活轉(zhuǎn)向的目的。本次設計主要完成以下任務： （1）保證有足夠的強度：以保證可靠的承受車輪與車架之間的作用力。 （2）保證有足夠的剛度

46、：以使車輪定位參數(shù)不變。 （3）保證轉(zhuǎn)向輪正確的定位角度：使轉(zhuǎn)向輪運動穩(wěn)定，操縱輕便并減輕輪胎磨損。 （4）從動橋的質(zhì)量應盡可能?。阂詼p少非簧上質(zhì)量，提高汽車行駛平順性。 合理優(yōu)化前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)、等零部件的結構，使各個部分零件能夠合理的配合，以適應復雜路況。盡可能降低整個橋身的質(zhì)量，從而減輕車的重量。并且對車輪輪轂進行配合設計，使其與轉(zhuǎn)向橋合理配合達到靈活轉(zhuǎn)向的目的 7.5提高轉(zhuǎn)向橋經(jīng)濟性 1.優(yōu)化零件設計。對轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷、前軸的設計要合理，進行充分的受力分析，在保證滿足載荷需求的前提下，盡量減小各個零件的尺寸。 2.使用合適的材料。材料的選擇要根據(jù)受力、零件的接觸方式、及各個零

47、件的配合運動關系進行選擇，本著低成本，高性能的要求進行選擇。建議選擇高強度合金鋼，如20CrNi等材料。 本次設計根據(jù)以上兩個方法，對轉(zhuǎn)向橋的各個零件進行了合理的設計，并且選擇了較為合適的材料，這樣就大大的提高了轉(zhuǎn)向橋的經(jīng)濟性。 8 結論 近年來隨著生產(chǎn)水平汽車水平和路面的改善，汽車行使速度的不斷提高，同時人們對客車的性能要求也越來越高，如何保證既要具有高的行使速度又要具有良好的轉(zhuǎn)向性能以滿足用戶的要求，是亟待解決的問題。針對此現(xiàn)象，本論文選擇汽車的主要組成部分轉(zhuǎn)向橋來進行設計并以CA1021輕型貨車轉(zhuǎn)向橋作為研究對象。

48、本設計以《汽車設計》為理論基礎，在設計中確定了轉(zhuǎn)向橋設計方案，設計了轉(zhuǎn)向橋及其零件組成，通過計算設計出了主要零件的尺寸、強度和合理的整體布局。設計后的轉(zhuǎn)向橋具有結構簡單、緊湊、重量輕、轉(zhuǎn)向靈敏的特點，制造容易，成本低。廣泛用于微、輕型載貨汽車。 本文所設計的轉(zhuǎn)向橋?qū)ν愋偷霓D(zhuǎn)向橋的設計有一定的參考價值。 致謝 此次畢業(yè)設計經(jīng)過十幾周的努力已經(jīng)結束了，在這十幾周的時間里我已經(jīng)按照預期的目的設計好了前期老師所給定的題目，已經(jīng)基本完成了老師所布置的任務。由于水平有限，缺乏實際經(jīng)驗，本設計還有很多不足之處。本設計是在指導老師的積極鼓勵和精心

49、指導下完成的。指導老師豐富的理論知識、實踐經(jīng)驗和嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度使我在專業(yè)知識方面受益。在此要非常感謝指導老師長時間的幫助與指導。 我要感謝幫助所有汽車工程系的老師，你們豐富的理論知識、實踐經(jīng)驗和嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度使我在專業(yè)知識方面受益匪淺，你們無微不至的關懷對我論文的完成起到了極大的幫助作用。 在這里，我要特別感謝在設計中給予我大力支持的所有老師，他們淵博的專業(yè)知識，精益求精的工作作風，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，將一直是我工作、學習中的榜樣。本設計過程中遇到了很多困難，老師們的辛勤指導對本論文的完成起到了至關重要的作用。在我做畢業(yè)設計的每個階段，從開始的查閱資料，到設計草案的確定和修改，中

50、期檢查，后期詳細設計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設計較為復雜煩瑣，但是指導教師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。在本畢業(yè)設計的過程中，我向老師學習到的不僅僅是專業(yè)知識，面對困難時的堅韌性格，更學到了如何做人?！坝鍪?，先做人”將在我今后的學習和工作中成為我做人的準則，成為我人生路上的寶貴財富。 能夠順利的完成畢業(yè)設計，在此對各位老師和同學以及在設計期間，曾經(jīng)對我的畢業(yè)設計給予幫助的領導、老師、同學表示最誠摯的謝意！ 最后，我要向在百忙之中抽時間對本文進行審閱、評議和參加本人論文答辯的各位老師再次表示感謝！ 參考文獻 [1] 王洪欣.機械設計工程學(Ⅰ

51、) [M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2001. [2] 王洪欣.機械設計工程學(Ⅱ) [M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2001. [3] 竺延年.最新車橋設計、制造、質(zhì)量檢測及國內(nèi)外實用手冊[M].中國知識出版社,2005. [4] 陳家瑞.汽車結構[M].吉林工業(yè)大學,2000. [5] 徐清富.國外汽車最近結構手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1996. [6] D.J.Segal.Highway Vehic Object Simulation Model[M] .Programmers Manual,1976. [7] 程振彪.世界載貨汽車工業(yè)最新發(fā)展動態(tài)[M

52、].汽車科技,2001. [8] 謝衛(wèi)國,汪紅心.貨車平順性預測與優(yōu)化[J].汽車工程,1991,(3):69～79. [9] 神龍汽車有限公司著編.中國轎車叢書-富康[M].北京:北京理工大學出版社,1998. [10] 中國第一汽車集團公司著編.中國轎車叢書-紅旗[M].北京:北京理工大學出版社,1998. [11] 李卓森等編.中外汽車圖冊車身分冊(一) [M].長春:吉林科學技術出版社,1995. 附錄 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展歷史及未來技術趨勢 屈裕豐 （合肥工業(yè)大學，機械汽

53、車工程學院） 摘要：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是整車系統(tǒng)中必不可少的最基本的組成系統(tǒng)，駕駛者通過方向盤來操縱和控制汽車的行進方向，從而實現(xiàn)自己的駕駛意圖。一百多年來，汽車工業(yè)隨著機械和電子技術的發(fā)展而不斷前進。到今天，汽車已經(jīng)不是單純機械意義上的汽車了，它是機械、電子、材料等學科的綜合產(chǎn)物。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也隨著汽車工業(yè)的發(fā)展歷經(jīng)了長時間的演變。本文介紹了汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的歷史及未來的技術發(fā)展趨勢。 關鍵詞：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；轉(zhuǎn)向器；液壓助力 傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是機械式的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，汽車的轉(zhuǎn)向由駕駛員控制方向盤，通過轉(zhuǎn)向器等一系列機械轉(zhuǎn)向部件實現(xiàn)車輪的偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。隨著上世紀五十年代起，液壓動力轉(zhuǎn)向

54、系統(tǒng)在汽車上的應用，標志著轉(zhuǎn)向系統(tǒng)革命的開始。汽車轉(zhuǎn)向動力的來源由以前的人力轉(zhuǎn)變?yōu)槿肆右簤褐?。液壓助力系統(tǒng)HPS（Hydraulic Power Steering）是在機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎上增加了一個液壓系統(tǒng)而成。該液壓系統(tǒng)一般與發(fā)動機相連，當發(fā)動機啟動的時候，一部分發(fā)動機能量提供汽車前進的動能，另外一部分則為液壓系統(tǒng)提供動力。由于其工作可靠、技術成熟至今仍被廣泛應用。這種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要的特點是液壓力支持轉(zhuǎn)向運動，減小駕駛者作用在方向盤上的力，改善了汽車轉(zhuǎn)向的輕便性和汽車運行的穩(wěn)定性行的穩(wěn)定性。 但同時液壓助力系統(tǒng)也存在一些缺點： 在車輛設計制造完成后，車輛轉(zhuǎn)向的助力特性不

55、能改變。直接后果是，當助力特性偏向于低速助力時，汽車在低速段可以得到很好的助力，但是在高速段需要有較好路感的時候，由于助力特性不能調(diào)節(jié)，使得駕駛者沒有較好的路感；當助力特性偏向于高速助力時，在低速段得不到很好的助力效果；即使車輛不轉(zhuǎn)向，液壓系統(tǒng)也必須在發(fā)動機的帶動下工作。其結果是，消耗發(fā)動機能量，增加油耗 ； 存在液壓油泄漏問題，不僅對環(huán)境造成污染，而且容易使其他部件損壞；在低溫下，液壓系統(tǒng)的工作性能比較差。 近年來，隨著電子技術在汽車中的廣泛應用，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中也愈來愈多地采用電子器件。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)因此進入了電子控制時代，相應的就出現(xiàn)了電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電液助力轉(zhuǎn)向可以分為兩類 ：電動液壓助

56、力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EHPS（Electro-Hydraulic Power Steering）和電控液壓助力轉(zhuǎn)向ECHPS（Electronically Controlled Hydraulic Power Steering）。電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在液壓助力系統(tǒng)基礎上發(fā)展起來的，與液壓助力系統(tǒng)不同的是，電動液壓助力系統(tǒng)中液壓系統(tǒng)的動力來源不是發(fā)動機而是電機，由電機驅(qū)動液壓系統(tǒng)，節(jié)省了發(fā)動機能量，減少了燃油消耗。電控液壓助力轉(zhuǎn)向也是在傳統(tǒng)液壓助力系統(tǒng)基礎上發(fā)展而來，它們的區(qū)別是，電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)增加了電子控制裝置。電子控制裝置可根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)向速率、車速等汽車運行參數(shù)，改變液壓系統(tǒng)助力油壓的大小，從

57、而實現(xiàn)在不同車速下，助力特性的改變。而且電機驅(qū)動下的液壓系統(tǒng)，在沒有轉(zhuǎn)向操作時，電機可以停止轉(zhuǎn)動，從而降低能耗。雖然電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)克服了液壓助力轉(zhuǎn)向的一些缺點。但是由于液壓系統(tǒng)的存在，它一樣存在液壓油泄漏的問題，而且電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)引入了驅(qū)動電機，使得系統(tǒng)更加復雜，成本增加，可靠性下降。為了規(guī)避電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的缺點，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS（Electric Power Steering）便應時而生。它與前述各種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最大的區(qū)別在于，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中已經(jīng)沒有液壓系統(tǒng)了。原來由液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向助力由電動機來完成。電動助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般由轉(zhuǎn)矩傳感器、微處理器、電動機等組成。基本工作原理

58、是 ：當駕駛者轉(zhuǎn)動方向盤帶動轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動時，安裝在轉(zhuǎn)動軸上的轉(zhuǎn)矩傳感器便將轉(zhuǎn)矩信號轉(zhuǎn)化為電信號并傳送至微處理器，微處理器根據(jù)轉(zhuǎn)矩信號并結合車速等其他車輛運行參數(shù)，按照事先在程序中設定的處理方法得出助力電動機助力的方向和助力的大小。自1988年日本鈴木公司首次在其Cervo車上裝備該助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)至今，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)己經(jīng)得到人們的廣泛認可。 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能在不同車速下提供不同的助力特性。在低速行駛時，增加轉(zhuǎn)向助力，使得轉(zhuǎn)向更加輕便 ；在高速行駛時減少轉(zhuǎn)向助力，甚至為了提高路感增加轉(zhuǎn)向阻尼。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)只在轉(zhuǎn)向時電動機才工作，為轉(zhuǎn)向提

59、供助力，因而能減少能耗。電動機由蓄電池供電，因此電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以在發(fā)動機不工作的情況下工作。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)沒有液壓系統(tǒng)，與液壓助力系統(tǒng)相比，裝配自動化程度更高。而且電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以通過改變微處理器中的助力程序算法，很容易實現(xiàn)助力特性的改變。 科學技術的發(fā)展總是日新月異的，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系均由轉(zhuǎn)向操縱機構（方向盤）、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機構三大部分組成。但是思想的火花總是能給人帶來驚喜！電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)SBW（Steering-By-Wire）的誕生顛覆了轉(zhuǎn)向系三大部分的舊有觀念，它用微控制器取代了轉(zhuǎn)向傳動機構，由三大部分變?yōu)榱藘刹糠?。電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最為先進和前沿的技術之一

60、。它主要由方向盤控制模塊、轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊以及微控制器三大模塊組成。方向盤控制模塊的主要功能是通過轉(zhuǎn)向力矩傳感器檢測駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖，并將檢測到的信號（包括旋轉(zhuǎn)方向以及旋轉(zhuǎn)速度等）通過總線傳遞給微控制器，然后微控制器根據(jù)此信號，并結合車速信號反饋給方向盤控制模塊一個回正力矩，使得駕駛員能夠感受到路感。但是這種路感是虛擬的，是開發(fā)人員根據(jù)千萬次的試驗數(shù)據(jù)綜合起來，形成的“經(jīng)驗路感”，并以程序的形式固化在微控制器內(nèi)的。因此它與車速、轉(zhuǎn)向速率以及轉(zhuǎn)向力矩的大小存在著某種對應關系。 轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構包括轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)向電機、轉(zhuǎn)向電機控制器等組成。它的功能是根據(jù)微控制器的控制命令，驅(qū)動轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機旋

61、轉(zhuǎn)一定角度，完成轉(zhuǎn)向動作。同時轉(zhuǎn)角傳感器監(jiān)測轉(zhuǎn)角的大小，反饋給微控制器，形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，完成精確的轉(zhuǎn)向動作。微控制器是電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心。它接收檢測信號，經(jīng)過處理發(fā)送相應的控制信號。由于微控制器取代了轉(zhuǎn)向傳動機構，因此各部件之間的機械連接減少了，使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的響應速度和響應的準確性得以提高。而且可以對轉(zhuǎn)向策略進行軟件編程控制，實現(xiàn)傳動比的任意設置 ；可與其他設備，如ABS、自動導航設備進行整合。傳動機構的減少還帶來了更大的汽車內(nèi)部空間，給駕乘帶來更大的樂趣。而且轉(zhuǎn)向行為可以被軟件記錄下來，保存在EEPROM中，有助于以后進一步完善轉(zhuǎn)向控制策略，甚至還可以為交通肇事提供證據(jù)。 汽車的安全

62、問題一直是大眾關注的焦點。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與燈光系統(tǒng)的結合能給在夜間行駛的車輛帶來更好的安全性。如上頁左圖所示，傳統(tǒng)的車輛燈光系統(tǒng)是向車輛正前方直線照射的，如果行人在彎角處，駕駛者將很難發(fā)現(xiàn)彎角中的行人，極易造成交通事故。如果燈光系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結合起來，如上圖所示，當駕駛者在向右打方向盤的時候，燈光隨著方向盤角度的變化而向右照射，彎道內(nèi)側照明更寬，照明范圍更大，那么在道路彎角中的行人將很容易被發(fā)現(xiàn)。目前該項燈光照明技術已經(jīng)在中檔的雪鐵龍凱旋、豐田凱美瑞上得到應用。 目前電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性和成本是阻撓其發(fā)展的主要因素。主要表現(xiàn)在如果微控制器出現(xiàn)問題，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將完全失靈，其不像電動助力轉(zhuǎn)向系

63、統(tǒng)、電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，在電機或者液壓系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，還可以以人力來控制汽車。電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的微控制器出現(xiàn)故障的話，因為沒有機械系統(tǒng)能連接方向盤和轉(zhuǎn)向器，因此根本不可能控制汽車的轉(zhuǎn)向。但是盡管如此電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)依然是未來轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的設計趨勢： ??? 1.1 適應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的工藝方法，使用變速比轉(zhuǎn)向器、高剛性轉(zhuǎn)向器?！白兯俦群透邉傂浴笔悄壳笆澜缟仙a(chǎn)的轉(zhuǎn)向器結構的方向。 1.2 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

64、普遍增設能量吸收裝置，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)。 ??? 1.3 低成本、低油耗、大批量專業(yè)化生產(chǎn) ??? 隨著國際經(jīng)濟形勢的惡化，石油危機造成經(jīng)濟衰退，汽車生產(chǎn)愈來愈重視經(jīng)濟性，因此，要設計低成本、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。 ??? 1.4 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。 ??? 2 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的發(fā)展趨勢 ??? 2.1 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置

65、的使用動態(tài) ??? 隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，轉(zhuǎn)向裝置的結構也有很大變化。汽車轉(zhuǎn)向器的結構很多，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

66、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62．5％，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％。 2.2 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)向器可以被設計成具有等強度結構，這也是它應用廣泛的原因之一。變速比結構具有較高的剛度，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