齿轮齿条式
缺点
因逆效率高(60％～70％)，冲击力会使驾驶员精神 紧张，并难以准确控制汽车行驶方向，转向盘突然转动 又会造成打手，对驾驶员造成伤害。
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：中间输入，两端输出(图7—2a)； 侧面输入，两端输出(图7—2b)； 侧面输入，中间输出(图7—2c)； 侧面输入，一端输出(图7—2d)。
第七章
转向系设计
第四节
机械式转向器的设计 与计算
转向系计算载荷的确定
• • • • 为转动转向轮要克服的阻力： 转向轮绕主销转动的阻力 3 G1 f 车轮稳定阻力 MR 3 p 轮胎变形阻力 2 L1 M R 转向系中的内摩擦阻力等 Fh
L2 DSW i w
作用在转向盘上的手力为700N
传动比的变化特性
将式(7—3)、式(7—4)代入 ip=2Fw／Fh 后得到
iP M r Dsw M ha
（7—5）
分析式(7—5)可知，当主销偏移距a小时，力传 动比 ip 应取大些才能保证转向轻便。通常轿车 的 a 值0．4－0．6倍轮胎的胎面宽度尺寸范围 内选取，而货车的d值在40～60mm范围内选取。 转向盘直径 Dsw 根据车型不同在JB4505—86转 向盘尺寸标准中规定的系列内选取。
t an 0 ） （ t an 0
式中，P2--转向器中的摩擦功率； P3--作用在转向摇臂轴上的功率。
传动比的变化特性
转向系传动比
转向系的传动比包括转向系的角传动比和转 向系的力传动比。 力传动比：从轮胎接地面中心作用在两个转向 轮上的2Fw与作用在转向盘上的手力Fh之比 即 ip=2Fw／Fh 。
螺杆、钢球、螺母传动副 钢球中心距D 螺杆外径D1，设计时先参考同类型 汽车的参数进行初选，经强度验算后， 再进行修正。 D2—Dl= (5％～10％)D。 钢球d=7 ～9mm α0为螺线导程角 常α0=5°～8° 滚道截面 接触角θ=45° b=P-d﹥2．5mm。 螺距P一般在12～18mm内选取。 工作钢球圈数有1.5和2.5圈
机械式转向器方案分析
齿轮齿条式 啮合副 啮合副间隙 传动比 I 效率 适用 齿轮齿条 可调 可变 90％ 轿车 循环球式 蜗杆滚轮式 蜗杆指销式 螺杆和螺母 蜗杆和滚轮啮合 蜗杆指销 可调 可变 75％～85％ 客车，货车 调隙困难 不变 正效率低 曾广泛使用过 可调 可变 或不变 正效率低 应用较少
第七章
第二节
转向系设计
机械式转向器方案分析
分类
齿轮齿条式 循环球式 蜗杆滚轮式 蜗杆指销式
比较
齿轮齿条式 循环球式 蜗杆滚轮式 蜗杆指销
式
啮合副
齿轮齿条 螺杆和螺母 蜗杆和滚轮啮合 蜗杆指销
螺母上齿条与摇臂轴上齿扇
啮合副间隙
传动比 I 效率 适用
可调
可变 90％ 轿车
可调
要求
5)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。 7)转向轮碰撞到障碍物以后，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的球头处，有消除因 磨损而产生间隙的调整机构。 9)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。 10)进行运动校核，保证转向盘与转向轮转动方 向一致。
p d p dt d k i w’ k d k dt d k
传动比的变化特性
力传动比与转向系角传动比的关系
轮胎与地面之间的转向阻力Fw和作用在转向节上的转向 阻力矩 Mr 之间有如下关系
F W Mr a
作用在转向盘上的手力Fh可用下式表示 2M h Fh （7—4） DSW 式中，Mh为作用在转向盘上的力矩；Dsw为转向盘直径。
传动比的变化特性
转向系的角传动比iwo
转向传动机构角传动比，除用 iw′=dβp／dβk表 示以外，还可以近似地用转向节臂臂长L2与摇臂臂长 Ll之比来表示，即 iw′=dβp／dβk≈L2／Ll 。 现代汽车结构中，L2与L1的比值大约在0．85～ 1．1之间，可近似认为其比值为 iwo≈iw=dφ／dβ 。 由此可见，研究转向系的传动比特性，只需研 究转向器的角传动比 iw 及其变化规律即可。
传动比的变化特性
转向系的角传动比：转向盘转动角速度 ωw 与 同侧转向节偏转角速度 ωk 之比
i wo
w d dt d k d k dt d k
式中，dφ 为转向盘转角增量；dβk 为转向节 转角增量；dt为时间增量。 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 iwo=iw ×iw′
采用斜齿圆柱齿轮与斜齿齿条啮合的齿轮齿条式转向器 齿条断面形状有圆形(图7—1)、V形(图7—4)和Y形(图7— 5)三种
齿轮齿条式转向器布置形式
齿轮齿条式转向 器广泛应用于微型普 通级、中级和高级轿 车上，甚至在高级轿 车上也采用的。 装载量大、前轮 采用独立悬架的货车 和客有些也用齿轮齿 式 转向器。
循环球式转向器零件强度计算
钢球与滚道之间的接触应力
k3
F3 E 2 ( R2 r ) 2 ( R2 r ) 2
F3为钢球与螺杆之间的正压力 齿的弯曲应力σw
循环球式
由螺杆和螺母共 同形成的螺旋槽内 装有钢球构成的传 动副，以及螺母上 齿条与摇臂轴上齿 扇构成的传动副组 成。
循环球式
优点
• • 将滑动摩擦变为滚动摩擦，因而传动效率可达到75％85％； 在结构和工艺上采取措施，包括提高制造精度，改善 工作表面的表面粗糙度和螺杆、螺母上的螺旋槽经淬 火和磨削加工，使之有足够的硬度和耐磨损性能，可 保证有足够的使用寿命； 转向器的传动比可以变化； 工作平稳可靠； 齿条和齿扇之间的间隙调整工作容易进行(图7—8)； 适合用来做整体式动力转向器。
• • • •
循环球式
缺点
逆效率高，结构复杂，制造困难，制造 精度要求高。
循环球式转向器主要用于货车和客车上。
循环球式齿条和齿扇之间的间隙调整
蜗杆滚轮式
• • • 蜗杆滚轮式转向器由蜗杆和滚轮啮合而构成。 其主要优点是 结构简单； 制造容易； 因为滚轮的齿面和蜗杆上的螺纹呈面接触， 所以有比较高的强度，工作可靠，磨损小， 寿命长； • 逆效率低。
第七章
转向系设计
第一节
概述
功用
保持或者改变汽车行驶方向，在汽 车转向行驶时，保证各转向轮之间有 协调的转角关系。
组成
转向盘 转向器 转向机构（防伤机构和转向减振器， 动力系统）
要求
1)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。不满足这项要求 会加速轮胎磨损，并降低汽车的行驶稳定性。 2)汽车转向行驶后，在驾驶员松开转向盘的条件 下，转向轮能自动返回到直线行驶位置，并稳 定行驶。 3)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。
齿轮齿条式转向器的设计
多数采用斜齿圆柱齿轮 齿轮模数 m= 2-3mm之间 主动小齿轮 z1= 5-7个齿范围变化 α= 20° β= 9°-15° 齿条齿数 z2 据行程定 变速比的齿条压力角α= 12°-35°内变化 设计时应验算齿轮的抗弯强度和接触强度
循环球式转向器设计
主要尺寸参数的选择
螺母上齿条与摇臂轴上齿扇
防伤安全机构方案分析与计算
防伤安全机构方案分析与计算
第七章
转向系设计
第三节
转向系主要性能参数
转向系主要性能参数
转向器的效率
转向器的正效率η+ 转向器逆效率η-
传动比的变化特性
转向系传动比 力传动比与转向系角传动比的关系 转向系的角传动比iwo 转向器角传动比及其变化规律
传动比的变化特性
转向器角传动比及其变化规律
增大角传动比可以增加力传动比。
i wo Dsw iP 2a
ip=2Fw／Fh
从 ip=2Fw／Fh式可知，当Fw一定时，增大ip能 减小作用在转向盘上的手力Fh，使操纵轻便。
传动比的变化特性
转向器角传动比及其变化规律
考虑到 iwo≈iw ，由 iwo 的定义可知：对于一 定的转向盘角速度，转向轮偏转角速度与转向器角 传动比成反比。角传动比增加后，转向轮偏转角速 度对转向盘角速度的响应变得迟钝，使转向操纵时 间增长，汽车转向灵敏性降低，所以“轻”和“灵” 构成一对矛盾。为解决这对矛盾，可采用变速比转 向器。 齿轮齿条式、循环球式、蜗杆指销式转向器都 可以制成变速比转向器。下面介绍齿轮齿条式转向 器变速比工作原理。
齿轮齿条式
齿轮与齿条之间因磨损 出现间隙后，利用装在齿 条背部、靠近主动小齿轮 处的压紧力可以调节的弹 簧，可自动消除齿间隙， 如图7-1所示。 这不仅可以提高转向系 统的刚度，还可以防止工 作时产生冲击和噪声；转 向器占用的体积小；没有 转向摇臂和直拉杆，所以 转向轮转角可以增大；制 造成本低。
传动比的变化特性
转向器角传动比：转向盘角速度ωw与摇臂 轴转动角速度ωP之比，称为转向器角传动比 iw , 书中第229页第7行 式中,dβp为摇臂轴转角增量。 此定义适用于除齿轮齿条式之外的转向器。
传动比的变化特性
摇臂轴转动角速度ωp与同侧转向节偏转角 速度ωk之比，称为转向传动机构的角传动 比iw′：
齿轮齿条式转向器变速比工作原理
当齿轮具有标准模数 m1和标准压力角α1与一个 具有变模数m2、变压力角 α2的齿条相啮合，并始终 保持 m1cosαl=m2cosα2时， 它们就可以啮合运转。如 果齿条中部(相当汽车直线 行驶位置)齿的压力角最大， 向两端逐渐减小(模数也随 之减小)，则主动齿轮啮合 半径也减小，致使转向盘 每转动某同一角度时，齿 条行程也随之减小。因此， 转向器的传动比是变化的 。