毕业设计（论文）-富康轿车液压助力转向系统设计.docx

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1、前言转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。采用动力转向的汽车装有动力系统。借助此系统可减轻驾驶员的手力。对转向系提出的要求有：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。即使转向梯形迹线与ctg=ctgB+B1.逼近。汽车转向行驶后，在驾驶员松开方向盘的条件下，转向轮能自动返回到直线行驶的位置，并稳定行驶，这主要靠主销后倾角主销内倾来实现。汽车在任何行驶状态下，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共同工作时，由于运动不协调使车轮产生的摆动应最小。转向梯形的布置形式为后置式，以避免转向

2、横拉杆与障碍物相碰。转向梯形横拉杆的高度应不低于前桥。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。转向轮碰撞到障碍物以后，传给转向盘的反冲力要尽可能少。（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。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。进行运动校核，保证转向盘与转向轮转动方向一致。本次设计主要侧重随动阀的工作原理、结构、对富康样车及转阀的工作原理进行了大胆的改进。转向梯形的基本初始尺寸的确定是在老师的帮助下，利用Matlab软件以实习中测得的数据为初始值进行优化所得，动力缸的设计中对

3、所学力学基本知识进行了复习和灵活掌握。在最后的分析中，我们讨论了在不平路面上（以路遇石头为例），方向盘的转角，总装图及外形图的绘制，使我们对汽车转向系及整车结构有了进一步的了解。第1章轿车液压助力转向机构的设计计算及原理1.1设计车型及整机的性质1.1.1设计目的转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时保证各转向轮之间有协调的转角关系。机械转向系依靠驾驶员的手力转动转向盘，经转向器和转向传动机构使转向轮偏转。为了操作轻便，现代轿车多采用液压助力转向机构。本次设计目的使使同学们对轿车液压助力转向的工作原理及设计参数的选取过程有进一步的了解；对所学知识进行加深理解与灵活运用。1

4、.1.2设计的依据、车型转向系的功能大体可分为两部分。其一使驾驶者通过转向盘控制前轮绕主销的转角来操纵转向盘时对转向盘的输入，有两种方式，即角输入与力输入。实际驾驶中既有角输入又有力输入，有时则以一种为主。装有动力转向的汽车以低速行驶时，操作转向盘的力很轻，却有可能有很大的转向盘转角输入，汽车的运动纯粹是由几何关系决定的，这时基本上是角输入，而在高速公路上以高速行驶时，可能出现的转向盘转角很小，汽车却仍有一定的侧向惯性力，这时主要是通过力输入来操纵汽车的。转向系的第二个功能是凭借转向盘（反作用）力，将整车及轮胎的运动，受力状况反馈给驾驶者，驾驶者可以通过来自转向盘反馈给他的路感来感觉检测汽车的

5、运动状态。人在驾驶时，只有及时、方便、准确的掌握汽车的行驶状况才能把握地操纵汽车。转向盘力随汽车运动状况而变化的规律称为转向盘力特性。汽车转向系应具有良好的转向盘力特性，才能很好的起到控制汽车与反馈信息的作用。转向盘力特性决定于下列因素：转向器传动比及其变化规律，转向杆系传动比，转向杆系效率。有悬架导向杆系决定的主销位置、轮胎上的载荷、轮胎气压、轮胎力学特性、地面附着条件、转向盘转动惯量、转向柱摩擦阻力以及汽车整体动力学特性等。在不同工况下，对操纵稳定性要求的侧重面是不一样的。在低车速、低侧向加速度行驶工况下，汽车应具有适度的转向盘力与转向盘总回转角，还应有良好的回正性能。由于考虑到高速行驶时

6、汽车应具有较大的转向灵敏度，转向系总传动比不宜过大。但总传动比不够大，会带来低速行驶时转向盘力过于沉重的问题，这必须通过装合适的动力转向器来解决。在高车速、转向盘小转角、低侧向加速度范围内，汽车应具有良好的横摆角速度频率特性、直线行驶能力与回正性能。汽车还应具有良好的转向盘力特性，转向盘力的大小要适度，特别是随着车速的提高，转向盘力不宜过轻而要保持一定的数值；为了给驾驶者以良好的路感，在小侧向加速度范围内(00.1g),应有恰当的“转向盘力随汽车侧向加速度的变化率本次设计所选车型：富康轿车。1.1.3试车型的悬架形式、转向梯形的行驶前悬架形式：滑柱连杆式后悬架形式：纵向摆臂式转向梯形的形式：独

7、立悬架六连杆式1.1.4该车型载荷大小空车质量：970kg满载总质量：147Okg轴荷分配：前轴76Okg后轴71Okg1.1.5该车型转向机构所需总转向传动比的大小转向系的传动比直接影响到车辆转向的灵敏度和操纵的轻便性。他包括力传动比和角传动比。从轮胎接地面中心作用在两个转向轮上的合力2Fw与作用在转向盘上的受力Fh之比,称之为传动比.即ip=2Fw/Fh(1.1)转向盘角速度WW与同侧转向节偏转角速度Wk之比，称为转向系角传动比iwo,它又由转向器角传动比iw和转向传动机构角传动比iw，所组成，即iw=iwiw,对于轿车类转向传动机构，方向盘的转角直接驱动转向器的转阀iw，可省转向器的速比

8、:20.81.1.6该车型转向器的型式、安装位置、传动比的大小转向器的型式：齿轮齿条式。传动比：20.8安装位置：转向器安装在副车架上，通过转向万向节与转向柱相连。1.1.7该车型液压助力转向的布置形式，是集中布置还是半集中布置或分散布置？依据？动力转向分为全液压动力转向和液压助力式转向两种形式。其中，液压助力转向从布置形势来说，又可分为整体式转向助力器和半分置式转向助力器以及分置式转向助力器三种形式。整体式转向助力器式指转向器、转向阀和转向油缸称为一体的结构。其有点有：结构紧凑、体积小、重量轻。传动准确、灵敏度高、稳定性好。缺点是：适用于新车型的设计，不适用于老车型的改造半分布布置方案有“转

9、向器与转向阀一体”方案和“转向阀和转向油缸一体”方案两种形式.其中“转向器与转向阀一体”方案适用于被接式车辆，灵敏度高。这种方案应用了储能器故能够在使用小功率油泵的条件下使用。且在当发动机熄灭后仍可继续工作一段时间。缺点是管道连接长影响了系统的稳定性。“转向阀和转向油缸一体”方案的优点是转向阀与转向油缸之间无油管连接，因而稳定性好。缺点是灵敏度稍低。分置式方案指的是转向器、转向阀、转向油缸分别布置。其优点是布置随意性大，可选择现在使用中的转向器，故特别适用与对老车型的改造。富康轿车采用的是整体式1.1.8液压系统油路的设计、包括各种控制阀的选择及选择的依据1.1.8.1动力转向随动回转阀随动回

10、转阀与转向轮的装配关系有：直接式，转向油缸与转向阀直接连接在一起，中间不通过任何机械传动元件，因而此种方案具有灵敏度高、随动性好的优点。另外，还有间接式，此种方案是由油泵产生经滑阀输出的动力经机械机构适当的放大或缩小，因传动行程长，因而灵敏度相对直接式较低。对于轿车列液压助力转向机构，常利用前桥作为驱动桥、转向桥。因而在前桥处必须设置独立悬挂机构，万向节驱动机构、转向传动机构、动力转向驱动机构等组件。受条件限制，轿车的转向驱动、驱动机构常采用直接布置的方式。即将转向梯形、转向器、转向油缸、转向回转阀集中直接布置。常见的为富康六连杆式集中布置机构。随动回转阀的形式有常开式和常闭式两种。H如图：图

11、1转向阀的槽形（八槽式）A口进油，B.C口接动力缸，D口回油常开式的卸载方式为压力卸载，当阀芯处于中间位置时（如图），作用油缸的左、右两腔的油均与油箱相通。从灵敏度上讲，常开式随动阀的灵敏度好。转阀式控制阀与滑阀式比较灵敏度高、密封件少、结构比较先进。但由于转阀式控制一般式利用扭杆弹簧来使转阀复位，所以结构较复杂，转阀式控制阀大部分都是和转向器作为一体的。转阀由阀套和阀芯组成，阀芯往往由转向轴延伸而成与转向轴为一体。阀套和阀芯上各有纵向沟槽相对应构成转阀。富康车采用常开式转阀。为提高动力转向机构的稳定性，油泵的流量不宜过大否则阀芯从中立位置移到工作位置使就立即由很大的流量进入一个工作腔，而另一

12、个工作腔中的油很快会油缸，对油缸的冲击很大，且活塞杆也受很大的冲击，不仅会造成转向轮的回转速度过快，严重时，还会向反方向接通，此问题的解决可由流量限制阀完成。当发动机转速过高时油泵流量比大，从而引起转向轮振荡，油泵功耗增大，油泵循环系统装置流量限制阀。1. 1.8.2转向油缸转向油缸的作用面积F=1.lO27X1Omm转向油缸的直径D=40mm转向油缸的内腔全长1.=279.306m112取280mm转向油缸的个数及位置确定后就可以根据一确定的最大转向阻力矩及杠杆的尺寸，算出油缸的作用力P。根据油缸作用力确定F、D0转向油缸的内腔全长除了保证转向轮的最大转向角应有的长度外，还必须保留有余地，即

13、活塞回到极限位置时，还应与缸盖之间有约56mm的富余空隙。另外当活塞杆伸出至极限位置时，活塞与缸盖之间应富有O.50.6倍缸径长度。2. 1.8.3转向液压泵转向液压泵的作用时将机械能转换为液压能加以输出，动力来源为发动机的分动力。转向液压泵的结构有齿轮泵、转子泵、柱塞泵等形式。轿车用转向液压泵应用最多的形式时外啮合齿轮液压泵。外啮合齿轮液压泵的缺点是因齿轮端泄，造成液压泵的输出压力可能达不到输出压力的要求，解决办法为弹簧片补偿法。转向液压泵的流量与转速成正比。其流量应满足当发动机急速运转时，齿轮泵的流量能保证急速转向时所需的动力缸活塞最大移动速度。当发动机转速高时，液压泵的流量将过大，故而，

14、必须设置流量控制阀，以限制转向液压泵的最大流量。同时，为避免转向阻力矩过大而导致零件损坏，应设置安全阀以限制系统的最高压力。1.1.8.4转向油罐转向油罐的作用是储存、滤清并冷却液压转向助力装置的液压油。液压油常采用锭于油或透平油，油的标号结合使用环境加以确定。富康轿车使用转向油罐可以与液压泵合在一起安装，也可以单独安装，为便于检修、维护。转向液压泵通常都是单独安装。透气装置过滤装置、进和出油装置等，出、回油口应连接可靠，避免渗、漏油。富康轿车，转向油罐与液压泵单独安装。1.1.8.5液压原理液压原理系统图如图2所示，图中1为油箱，2为齿轮油泵，3为安全阀，4为流量控制阀，5为单向阀，6、7分

15、别为回转阀和转向器，8为液压作用缸。其中，活塞杆与转向器的齿条为同一刚性构件。回转阀芯为回油腔，回油腔直接与油箱相通。安全阀3可为溢流阀，以控制系统的最高压力。图2可理解为液压系统的原理图。图2系统图第2章设计计算2.1 转向梯形的结构设计富康轿车为独立悬架六连杆转向梯形结构。转向油缸的活塞机活塞杆的两端分别于两侧的转向梯形较接。缸体与车体机架固定。活塞杆的作用类似于转向梯形的横拉杆（如图3所示）。富康车向右转弯时,图4梯形平面投影如图5所示。图5拐弯时内侧转角B与外侧转角11的随动关系。富康车直线行驶时，转向梯形的平面投影如图4所示。汽车转向时，内侧车轮和外侧车轮滚过的距离是不相等的。对于一般汽车而言，后桥左右两侧的驱动轮由于差速器的作用，能够以不同的转速滚过不同的距离。但前桥左右两侧的转向轮要滚过不同的距离，必然引起车轮沿路面边滚动边滑动，致使转向时的行驶阻力增大，轮胎磨损增加。为了避免这种现象，要求转向系能保证在汽车转向时，所有车轮均作纯滚动。显然，这只有在转向时.，所有车轮的轴线都交于一点方能实现。此交点O称为汽车的转向中心。汽车转向时内侧转向轮偏转角B大于外侧转向轮偏转角o即：ctgQ=ctg+B1.(2.1)这一关系是由转向梯形保证的，故上式也称为转向梯形理论特性关系式。迄今为止，所有汽车转向梯形的设计实际上