汽车齿轮齿条式转向系设计.doc

1 绪论 1.1汽车齿轮齿条式转向系统的概述 汽车行驶中，驾驶员通过操纵转向盘，经过一套传动机构，使转向轮在路面上偏转一定的角度来改变其行驶方向，确保汽车稳定安全的正常行驶。能使转向轮偏转以实现汽车转向的一整套机构成为汽车转向系。在现代汽车上，转向系统是必不可少的最基本的系统之一，它也是决定汽车主动安全性的关键总成，如何设计汽车的转向特性，使汽车具有良好的操纵性能，，始终是各汽车厂家和科研机构的重要课题。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同的驾驶人群，汽车的操纵性设计显得尤为重要。 1.2齿轮齿条式转向系统的发展概况 齿轮齿条式转向系统是整车系统中必不可少的最基本的组成系统，驾驶员通过方向盘来操纵和控制汽车的行进方向，从而实现自己的驾驶意图。一百多年来，汽车工业随着机械和电子技术的发展而不断前进。到今天，汽车已经不是单纯机械意义上的汽车了，它是机械、电子、材料等学科的综合产物。汽车齿轮齿条转向系统也随着汽车工业的发展历经了实践的演变。 1.3齿轮齿条式转向器背景、研究意义及国内外发展情况 齿轮齿条式转向器最早出现在1902年，当时由于其本身结构不够完善，整车布置的限制以及道路条件差等因素，导致路面反冲激烈，噪音较大以及转向性能较差等缺陷，使此种转向器的应用受到很大的限制。然而近几十年来，特别是最近几年，却有了很大发展，其发展速度超过循环球式转向器，国际舆论甚至认为：目前汽车工业正在抛弃有70年历史的摇臂型转向器。这种看法的主要依据是： a. 国外大部分主要汽车在制造厂大规模地推荐横置发动机、前轮驱动的小客车，这样对齿轮齿条式转向系的布置十分灵活方便，比摇臂式转向器的传动机构更为简化。 b. 高速公路发展使车辆速度大大提高，为获得良好的路感，对转向器的刚性要求愈来愈高，而循环球式转向器在刚性上远远不如齿轮齿条式转向器。 c. 齿轮齿条式转向器本身具备的优点如结构简单、成本低、高达80%以上的传动效率、具有多种输入输出形式便于布置、重量轻（转向器壳多数采用压铝合金、有的厂还在研制塑料壳体）、刚性好等等，能使高速车辆的驾驶者获得良好的路感。 此外、由于齿轮齿条式转向器自身结构的发展，如采用新型的手动变速比和动力转向，其使用范围已从轿车、微型车及轻型汽车逐步发展到中型和重型汽车转向系。 从目前情况看，国际上汽车工业发达国家生产的汽车转向器结合基本上可归为两大类：摇臂式转向器和齿轮齿条式转向器，前者主要型式有球面蜗杆滚轮式、循环球式和曲柄指销式三种，其中循环球式较为主要，在美国和日本的汽车中使用较多。而西欧国家，尤其是法国的汽车中则以齿轮齿条式转向器为主。日本NSK公司的统计资料表明了世界上各种转向器的采用比率及变化趋势，1968年到1975年循环球式转向器比率在40%～46%之间变化，而齿轮齿条式转向器的比率则由31%增加到43%，发展较快。此外，日本和美国循环球式转向器的产量占90%以上，而西欧国家齿轮齿条式转向器则占较大的百分比，西德为57%，英国为77%，法国为96%。 从目前国外著名转向器厂制造的齿轮齿条式转向器主要应用于轿车，微型和轻型汽车方面，加美国TRW公司的齿轮齿条式转向器用于前轴负载700～1250公斤的车辆，西德ZF厂的同类产品用于前轴负载荷为900～2400公斤的车辆，但该厂新设计的7856型齿轮齿条式动力转向器可用于前轴负载荷达6500公斤的汽车。从产量看，ZF厂1980年生产了30万套，占机械转向器的一半。英国伯曼厂日产1200套，为其生产的各种转向器之首。 日本汽车转向器虽然以循环球式为主，但近年随着微型汽车的迅速发展，也开始大量采用齿轮齿条式转向器。如大发、三菱微型汽车等。 齿轮齿条式转向器长期以来是我国汽车转向器生产中的一项空白，直到最近几年由于大量进口汽车组装件，技术引进以及与国外合资企业的发展，才开始研制开发和生产这种转向器。其中主要有与西德大众汽车公司合资生产的桑塔纳中级轿车，日本大发公司的微型汽车以及意大利菲亚特公司的依维柯轻型客货车系列等。仅从以上三种车型的最终生产纲领统计就达40余万辆，再加上其它进口车型的修配任务，估计齿轮齿条式转向器产量将达50余万套，可以估计到90年代时这种转向器将占我国汽车转向器产量的40%～50%。因此，国内转向器行业对此都十分重视。如上海汽车底盘厂为了配套生产桑塔纳轿车和SH110微型汽车的齿轮齿条式转向器，已经大力进行工厂技术改造和技术设备的引进工作，要在90年代达到以齿轮齿条式转向器为主的各种转向器产量共50万套的年生产纲领。 1.4汽车齿轮齿条式转向原理及基本特性 图1.1 车轮的运动轨迹 a. 平行四边形转型机构 b. 梯形转型机构 图1.2 前轮运动轨迹 若