发布时间 : 星期四 文章汽车齿轮齿条式转向器设计更新完毕开始阅读cd512d4858f5f61fb636664e
黑龙江工程学院本科毕业生设计
1.3转向器发展趋势
1.3.1汽车转向技术的发展趋势
(1)新型转向机构的研究与应用:
围绕减小转向机构的误差、优化转向机构的设计、减轻转向机构的磨损、提高转向机构的效率等方面开展工作，加强新型转向机构的研究与应用已成为生产企业和科研单位的追求的目标。
(2)动力转向技术的推广:
为减轻驾驶员疲劳，提高操纵轻便性和稳定性，动力转向系统的应用日益广泛，不仅在重型汽车上必须采用，在高级轿车上应用较多，而且在中型汽车上也已逐渐推广。
(3)考虑主动安全性的转向技术:
从操纵轻便性、稳定性和安全行驶的角度，广泛使用更先进的工艺方法制造、使用变速比转向器、高刚性转向器，采用防碰撞安全转向柱、安全带、安全气囊等，并逐步推广。新时代下的汽车转向装置设计充分考虑了驾乘的舒适性和安全性，诸如4WS转向技术的应用、EPS动力转向技术的应用等等。
(4)先进电子技术和控制技术在转向系统中的应用:
随着传感技术、控制技术的不断发展及在汽车中的应用，可以从多方面改善转向系统的各种性能，诸如汽车的低速行驶轻便性、汽车的稳态转向特性、汽车的回正能力、转向盘中间位置操纵稳定性、前轮的摆振等等。 1.3.2汽车转向装置的设计趋势
(1)适应汽车高速行驶的需要[1-4]:
从操纵轻便性，稳定性及安全行驶的角度，汽车制造厂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。“高速比和高刚性”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力吸收装置，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，一逐步采用可调整的转向管柱和动力转向系统。
(3)低成本、低耗能、大批专业化生产:
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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、低耗能的汽车和低成本、合理化生产线，尽量实现大批专业化生产。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:
未来汽车的转向器装置，必定是以电脑化为唯一的发展途径。
1.4转向器概述
1.4.1汽车转向基本要求及其关键技术
为使汽车实现车轮无侧滑的转向，车轮的偏转必须满足阿克曼特性，即在汽车前轮定位角都等于零、行走系统为刚性、汽车行驶过程中无侧向力的前提下，整个转向过程中全部车轮必须围绕同一瞬时中心相对于地面作圆周滚动，例如对于图1.1所示两轮转向情况，前内轮转角b与前外轮转角a之间应满足如下阿克曼转向特性公式：
cosα-cosβ=B/L (1.1)
图1.1 阿克曼两轮转向要求
车轮的偏转是通过转向机构带动的。对于两轮转向汽车，为减小车轮侧滑，转向机构应使两前轮偏转角在整个转向过程中始终尽可能精确地满足式(1.1)关系。因此从运动学角度来看，两轮转向机构的设计涉及到的关键技术主要是：(1)机构的形式设计，即确定能满足转向传动功能要求的机构结构组成；(2)机构的尺度设计，即确定能近似再现式(1.1)关系的机构运动尺寸。从系统和机构学角度来看，转向系统的组成及其相互关系可用框图1.2表示，其中转向机构是该系统的执行机构。
转向操纵机构 转向器 辅助动力 转向机构 图1.2 转向传动系统的组成
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1.4.2两轮转向及其实现技术 1.转向技术的发展概况[5-6]:
两百年前在汽车刚刚诞生的初期，其转向操纵是仿照马车和自行车的转向方式，即用一个操纵杆或手柄直接使前轮偏转。1817年，德国人林肯斯潘杰(Len Ken Sperge)发明了转向梯形机构，并将在英国获得的专利权转让给了阿克曼(Ru-dolph Ackerman)。现在人们常将转向梯形的特性关系式(1.1)称为阿克曼公式。
1857年，英国的达吉恩蒸汽汽车(Dud-geon Steamer)是首次采用方向盘的机动车辆。1872年苏格兰的查理士·鲁道夫(Charles Randolph)第一个把方向盘装到煤气发动机车辆上。1886年，英国的弗雷德里克·斯特里克兰(Frederiek Strickland)及汽车制造商德雷克(A．J．Drak)将船用转向柱和方向盘技术应用到新式戴姆勒·弗顿(Daimler Phantom)敞篷车上。1890年戴姆勒·帕利生(Daimlr Paririan)制成转向柱与方向盘倾斜的第一辆汽车。
进入20世纪后，相关科技的进步带动了汽车设计技术与汽车工业的迅速发展，但对于转向传动系统的研究主要集中在转向器的型式和转向执行机构的尺寸优化设计等方面，而在两轮转向原理以及两轮偏转联动实现方式等方面并未有新的突破。 2.前两轮转向技术的主流:
(1)与非独立悬架配用的转向机构 1)转向梯形后置，转向直拉杆纵置：
如图1.3(a)所示，在前桥仅为转向桥时，由转向横拉杆5和左、右转向梯形臂4组成的转向梯形一般布置在前桥之后，以避免其在转向过程中与车轮发生干涉。解放CA141、东风EQ140等汽车都是采用这种转向机构。
(a) (b) (c)
图1.3 与非独立悬架配用的转向机构
1—转向摇臂 2—转向直拉杆 3—转向节臂 4—梯形臂 5—转向横拉杆
2)转向梯形前置，转向直拉杆纵置：
在发动机较低或转向桥兼驱动桥的情况下，为避免干涉，往往将转向梯形布置在前桥之前，如图1.3 (b)所示。
3)转向梯形前置，转向直拉杆横置：
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如图1.3(c)所示，若转向摇臂1不是在汽车纵向平面内前后摆动，而是在与道路平行的平面内左右摆动（如北京BJ2020N型汽车），则可将转向直拉杆2横置，并借球头销直接带动转向横拉杆5，从而使两侧梯形臂转动。
(2)与独立悬架配用的转向机构
图1.4为循环球式（BS型）转向器配用的转向机构，转向摇臂1为主动件，绕固定铰点作往复摆动。其中图1.4(a)中两根转向横拉杆3、4布置在车轴的后方，形成两段式结构，如红旗CA7560型轿车即采用了这种转向机构；图1.4(b)中两根转向横拉杆3、4布置在车轴的前方，和转向直拉杆2一起构成三段式的前置梯形结构，丰田海艾斯轿车转向机构就采用这种布置形式。
(a) (b)
图1.4 与循环球式转向器配用的转向机构
1—转向摇臂 2—转向直拉杆 3—左转向横拉杆 4—右转向横拉杆 5—左梯形臂
6—右梯形臂 7—摇杆 8—悬架左摆臂 9—悬架右摆臂
(a) (b)
图1.5 与齿轮齿条式转向器配用的转向机构
图1.5为齿轮齿条式（RP型）转向器配用的转向机构两种布置形式，其中图1.5(a)中转向器位于前轴后方，前置梯形，应用实例为奥迪100轿车；图1.5(b)转向器位于前轴前方，前置梯形，在IVECO45-10型汽车中得到了应用。
前面所列仅为转向器和转向梯形机构结合的基本形式，实际使用中尚有许多情况，限于篇幅，在此不一一列出。 3.转向的存在问题:
(1)汽车两轮转向技术虽经历了近两百年的发展，但仍存在如下主要问题：
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