XX大学汽车设计课程设计说明书设计题目：轿车转向系设计学院：X X学号：XXXXXXXX姓名：XXX指导老师：XXX日期：201X年XX月XX日汽车设计课程设计任务书题目：轿车转向系设计内容：1.零件图1张2.课程设计说明书1份原始资料：1.整车性能参数驱动形式4 2前轮轴距2471mm轮距前/后1429/1422mm整备质量1060kg空载时前轴分配负荷60%最高车速180km/h最大爬坡度35%制动距离（初速30km/h） 5.6m最小转向直径11m最大功率/转速74/5800kW/rpm最大转矩/转速150/4000N·m/rpm2.对转向系的基本要求1）汽车转弯行驶时，全部车轮应绕顺时转向中心旋转；2）操纵轻便，作用于转向盘上的转向力小于200N；3）转向系的角传动比在15~20之间，正效率在60%以上，逆效率在50%以上；4）转向灵敏；5）转向器和转向传动机构中应有间隙调整机构；6）转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。

目录序言 (4)第一节转向系方案的选择 (4)一、转向盘 (4)二、转向轴 (5)三、转向器 (6)四、转向梯形 (6)第二节齿轮齿条转向器的基本设计 (7)一、齿轮齿条转向器的结构选择 (7)二、齿轮齿条转向器的布置形式 (9)三、设计目标参数及对应转向轮偏角计算 (9)四、转向器参数选取与计算 (10)五、齿轮轴结构设计 (12)六、转向器材料 (13)第三节齿轮齿条转向器数据校核 (13)一、齿条强度校核 (13)二、小齿轮强度校核 (15)三、齿轮轴的强度校核 (18)第四节转向梯形机构的设计 (21)一、转向梯形机构尺寸的初步确定 (21)二、断开式转向梯形机构横拉杆上断开点的确定 (24)三、转向传动机构结构元件 (24)第五节参考文献 (25)序 言汽车设计课程设计是在学完了《汽车设计》、《汽车理论》以及大部分专业课的基础上进行的一个实践性教学环节。

在这次设计中，我们以小组的方式，每组选择不同的设计题目，根据已知数据，查阅相关资料，并结合所学知识，设计出合理的结构或总成。

这次设计使我们能够综合的运用所学知识，并将其与实践相结合，设计出一套轿车的满足基本要求的转向系，使我们掌握了汽车结构设计的方法和特点，为以后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。

由于能力所限，经验尚浅，设计中还有许多不足之处，希望各位老师能够多加指教。

第一节 转向系方案的选择一、转向盘转向盘由盘毂、轮缘和轮辐组成。

一般轮辐有三根和两根的，也有四根的。

本设计采用三辐式方向盘。

转向盘的尺寸和形状直接影响转向操纵的轻便型。

选用大直径转向盘会使驾驶员进出驾驶室感到困难；选用小直径转向盘转向时要求驾驶员施加较大的力，从而使汽车操纵困难。

对新车型的设计可以选用现有的转向盘，也可以根据要求设计新转向盘。

新设计的转向盘要符合JB4505—1986转向盘尺寸标准。

该标准规定：转向盘直径尺寸380mm 、400mm 、425mm 、450mm 、500mm 、550mm 。

转向盘与转向轴采用圆柱直齿渐开线花键连接形式，可以参照表1选择。

本设计选用方向盘直径为380mm ，即mm 380sw D 。

表1 各类车型的转向盘直径 汽车类型转向盘直径/mm 轿车、小型客车、轻型载货汽车380、400、425 中型客车、中型载货汽车450、475、500 大客车、重型载货汽车 550紧急制动或撞车时，由于车身、车架产生变形导致转向轴、转向盘后移，同时人体受惯性作用向前冲，从而使驾驶员的胸部和头部可能撞到转向盘或风窗玻璃，造成人身事故。

为了减轻这一伤害，我们采用一种能够吸收冲击能量的转向系统，在撞击时使转向系统零件产生塑性变形、弹性变形或摩擦来吸收碰撞所产生的能量。

本设计除采用吸能式方向盘，转向轴分为上下两段并用柔性联轴器连接，如图1所示。

图1 转向轴的吸能装置二、转向轴目前大多数汽车转向轴上装置了万向节，是方向盘和转向器在汽车上更为合理，拆装方便，从而提高了操纵方便性、行驶安全性和转向机构的寿命。

万向节有柔性和刚性两种。

柔性万向节，若刚性很大则不能满足使用要求，刚性太小又不能适应汽车转向要求，故一般应用较少。

刚性万向节多是十字轴式，可使用单万向节或双万向节。

双万向节要求布置适当，达到等角速运动。

条件为：1）第一万向节两轴间的夹角与第二万向节两轴间的夹角相等；2）第一万向节的从动叉的平面与第二万向节主动叉的平面处于同一平面内。

本设计采用双十字轴万向节。

同时，这种结构在汽车发生正面碰撞时防止转向轴等向乘客舱或驾驶室内移动，如图2所示。

图2 防伤转向轴简图三、转向器转向器的种类常见的有：循环球式、球面蜗杆滚轮式、曲柄指销式和齿轮齿条式，目前运用做广泛的就是循环球式和齿轮齿条式两种转向器。

齿轮齿条式转向器的正逆效率都很高，属于可逆式转向器，自动回正能力强，结构简单（不需要转向摇臂和横拉杆等）、加工方便、工作可靠、使用寿命长、需要调整齿轮齿条的间隙。

循环球式转向器的第一级传动副是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副或滑块曲柄销传动副，正效率很高（最高可达90%～95%），操作轻便，使用寿命长，逆向效率也较高，可将地面对转向轮的冲击传给转向盘。

对转向其结构形式的选择，主要是根据汽车的类型、前轴负荷、使用条件等来决定，并要考虑其效率特性、角传动比变化特性等对使用条件的适应性以及转向器的其他性能、寿命、制造工艺等。

中、小型轿车以及前轴负荷小于1.2t的客车、货车，多采用齿轮齿条式转向器，而大型车辆则以循环球式转向器为主要结构。

故本设计采用齿轮齿条式转向器。

四、转向梯形根据转向梯形机构相对于前轴的位置分为前置式和后置式两种：后置转向梯形机构（见图3a、c）是将转向梯形放在前轴之后，简单可靠，应用广泛；前置式转向梯形机构（见图3b、d）是在发动机位置很低或前轴为驱动轴时，转向梯形实在不能布置在转向轴之间时使用。

所以本设计采用后置式转向梯形机构。

根据前悬架形式的不同，转向梯形机构又可分为整体式和分段式两种：整体式转向梯形机构（见图3a、b）用于非独立悬架的汽车；分段式转向梯形机构（见图3c、d）用于独立悬架的汽车，以保证任一前轮的跳动不致牵动拉杆而涉及另一车轮的偏转。

由于在原始资料中并未给出悬架形式，但前轴作为转向驱动轴，必为独立悬架，故本设计采用分段式转向梯形机构。

图3 转向梯形结构a) b)c) d)第二节齿轮齿条转向器的基本设计一、齿轮齿条转向器的结构选择（1）输入输出形式根据输入齿轮位置和输出特点不同，齿轮齿条式转向器有四种形式[3]：中间输入，两端输出（图4a）；侧面输入，两端输出（图4b）；侧面输入，中间输出（4c）；侧面输入，一端输出（图4d）图4 齿轮齿条转向器的四种形式采用侧面输入，中间输出方案时，与齿条相连的左、右拉杆延伸到接近汽车纵向对称平面附近。

由于拉杆长度增加，车轮上、下跳动时拉杆摆角减小，有利于减少车轮上、下跳动时转向系与悬架系的运动干涉。

拉杆与齿条用螺栓固定连接，因此，两拉杆会与齿条同时向左或右移动，为此在转向器壳体上开有轴向的长槽，从而降低了它的强度。

采用两端输出方案时，由于转向拉杆长度受到限制，容易与悬架系统导向机构产生运动干涉。

但其结构简单，节省材料的同时对转向精度较中间输出形式高。

现代轿车一般使用两端输出形式。

侧面输入，一端输出的齿轮齿条式转向器，常用在平头货车上。

故本设计采用的是侧面输入，两端输出式齿轮齿条转向器方案。

（2）齿轮形式选择采用齿轮齿条式转向器采用直齿圆柱齿轮与直齿齿条啮合，则运转平稳降低，冲击大，工作噪声增加。

此外，齿轮轴线与齿条轴线之间的夹角只能是直角，为此因与总体布置不适应而遭淘汰。

故本设计采用斜齿圆柱齿轮与斜齿齿条啮合的齿轮齿条式转向器，重合度增加，运转平稳，冲击与工作噪声均下降，而且齿轮轴线与齿条轴线之间的夹角易于满足总体设计的要求。

因为斜齿工作时有轴向力作用，所以转向器应该采用角接触球轴承。

（3）齿条形式选择齿条断面形状有圆形、V形和Y形三种。

圆形断面齿条的制作工艺比较简单。

V形和Y形断面齿条与圆形断面比较，消耗的材料少，约节省20%，故质量小；位于齿下面的两斜面与齿条托座接触，可用来防止齿条绕轴线转动；Y形断面齿条的齿宽可以做得宽些，因而强度得到增加。

在齿条与托座之间通常装有用减磨材料（如聚四氟乙烯）做的垫片，以减少滑动摩擦。

当车轮跳动、转向或转向器工作时，如在齿条上作用有能使齿条旋转的力矩时，应选用V形和Y形断面齿条，用来防止因齿条旋转而破坏齿轮、齿条的齿不能正确啮合的情况出现。

本设计采用V形断面齿条。

在齿条背面设有轴线与齿条垂直的弹簧，可以通过调节螺母改变弹簧预紧力，来消除齿条与齿轮因磨损产生的间隙二、齿轮齿条转向器的布置形式根据齿轮齿条式转向器和转向梯形相对前轴位置的不同，在汽车上有四种布置形式：①转向器位于前轴后方，后置梯形（图5a）；②转向器位于前轴后方，前置梯形（图5b）；③转向器位于前轴前方，后置梯形（图5c）；④转向器位于前轴前方，前置梯形（图5d）。

图5 齿轮齿条转向器的四种布置形式现阶段大多数轿车都采用第一种布置方式：转向器位于前轴后方，后置梯形，本设计也采用转向器位于前轴后方，后置梯形的布置方式。

三、设计目标参数及对应转向轮偏角计算（1）所需设计目标参数如表2：表2 汽车总布置部分参数发动机位置及驱动方式前置前驱前轮悬架形式麦弗逊式独立悬架转向器位置前轴之后，后置梯形满载轴荷分配前/后790/645轮胎规格195/50 R15 80S主销偏移距a 100mm轮胎压力p 0.25MPaD380mm方向盘直径sw以上数据部分由原始资料给出，部分根据资料查找得知。

（2）转向轮侧偏角的计算由原始资料得知，汽车最小转弯半径min R 为5.5m ，所以转向轮外轮最大转角︒===23.27100-55002471arcsin a -arcsinmin max R L α 714.01429-23.27cos 55002471-cos tan max min =︒⨯==B R L αβ ︒=53.35β式中L 为轴距，L=2471mm ；B 为前轮轮距，B=1429mm ；β为转向轮内轮转角。

四、转向器参数选取与计算齿轮齿条转向器的齿轮采用斜齿。

按照汽车设计课程设计指导书所指，齿轮模数多在mm 3~2之间，主动小齿轮齿数多数在7~5个齿范围变化，压力角取20α=︒，齿轮螺旋角的取值范围多为0015~9。

齿条齿数应根据转向轮达到最大偏转角时，相应的齿条移动行程应达到的值来确定。

变速比的齿轮压力角，对现有结构在0035~12范围内变化。

此外，设计时应验算齿轮的抗弯强度和接触强度。

正确啮合条件：2211cos cos ααm m =；21ββ±=根据设计的要求，齿轮齿条的主要参数见表3：表3 齿轮齿条主要参数 名称齿轮 齿条 齿数z6 31 模数n m2.5 2.5 压力角α︒20 ︒20 螺旋角β ︒12 ︒12转向时需要克服的阻力，包括转向轮绕主销转动的阻力、转向轮稳定阻力（即转向轮的回正力矩）、轮胎变形阻力以及转向系中的内摩擦阻力矩。