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汽车转向系统毕业设计_说明

摘要

本课题的题目是转向系的设计。以齿轮齿条转向器的设计为中心，

一是汽车总体构架参数对汽车转向的影响；二是机械转向器的选择；

三是齿轮和齿条的合理匹配，以满足转向器的正确传动比和强度要求；

四是动力转向机构设计；五是梯形结构设计。因此本课题在考虑上述

要求和因素的基础上研究利用转向盘的旋转带动传动机构的齿轮齿条

转向轴转向，通过万向节带动转向齿轮轴旋转，转向齿轮轴与转向齿

条啮合，从而促使转向齿条直线运动，实现转向。实现了转向器结构

简单紧凑，轴向尺寸短，且零件数目少的优点又能增加助力，从而实

现了汽车转向的稳定性和灵敏性。在本文中主要进行了转向器齿轮齿

条的设计和对转向齿轮轴的校核，主要方法和理论采用汽车设计的经

验参数和大学所学机械设计的课程内容进行设计，其结果满足强度要

求，安全可靠。

关键词：转向系；机械型转向器；齿轮齿条；液压式助力转向器

1.绪论

1.1汽车转向系统概述

转向系统是汽车底盘的重要组成部分，转向系统性能的好坏直接

影响到汽车行驶的安全性、操纵稳定性和驾驶舒适性，它对于确保车

辆的行驶安全、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶

员的工作条件起着重要作用。随着现代汽车技术的迅速发展，汽车转

向系统已从纯机械式转向系统、液压助力转向系（HPS）、电控液压

助力转向系统（EHPS），发展到利用现代电子和控制技术的电动助力

转向系统（EPS）及线控转向系统（SBW）。

按转向力能源的不同，可将转向系分为机械转向系和动力转向系。

机械转向系的能量来源是人力，所有传力件都是机械的，由转向

操纵机构(方向盘)、转向器、转向传动机构三大部分组成。其中转向器

是将操纵机构的旋转运动转变为传动机构的直线运动(严格讲是近似直

线运动)的机构，是转向系的核心部件[2]。

动力转向系除具有以上三大部件外，其最主要的动力来源是转向

助力装置。由于转向助力装置最常用的是一套液压系统，因此也就离

不开泵、油管、阀、活塞和储油罐，它们分别相当于电路系统中的电

池、导线、开关、电机和地线的作用。

通常，对转向系的主要要求是:

(1)保证汽车有较高的机动性，在有限的场地面积内，具有迅速和

小半径转弯的能力，同时操作轻便;

(2)汽车转向时，全部车轮应绕一个瞬时转向中心旋转，不应有侧

滑;

(3)传给转向盘的反冲要尽可能的小;

(4)转向后，转向盘应自动回正，并应使汽车保持在稳定的直线行

驶状态;

(5)发生车祸时，当转向盘和转向轴由于车架和车身变形一起后移

时，转向系统最好有保护机构防止伤及乘员

1.1.1机械式转向系统

汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘，通过转向器和一系列的

杆件传递到转向轮来完成的。机械式转向系统工作过程为：驾驶员对

转向盘施加的转向力矩通过转向轴输入转向器，减速传动装置的转向

器中有1、2级减速传动副，经转

向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向横拉杆，再传给固定

于转向节上的转向节臂，使转向节和它所支承的转向轮偏转，从而实

现汽车的转向。纯机械式转向系统根据转向器形式可以分为：齿轮齿

条式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。

纯机械式转向系统为了产生足够大的转向扭矩需要使用大直径的

转向盘，需占用较大的空间，整个机构笨拙，特别是对转向阻力较大

的中重型汽车，实现转向难度很大，这就大大限制了其使用范围。但

因结构简单、工作可靠、造价低廉，目前该类转向系统除在一些转向

操纵力不大、对操控性能要求不高的农用车上使用外已很少被采用。

1.1.2液压助力转向系统（HPS）

装配机械式转向系统的汽车，在泊车和低速行驶时驾驶员的转向

操纵负担过于沉重，为解决这个问题，美国GM公司在20世纪50年

代率先在轿车上采用了液压助力转向系统。该系统是建立在机械系统

的基础之上，额外增加了一个液压系统。液压转向系统是由液压和机

械等两部分组成，它是以液压油做动力传递介质，通过液压泵产生动

力来推动机械转向器，从而实现转向。液压助力转向系统一般由机械

转向器、液压泵、油管、分配阀、动力缸、溢流阀和限压阀、油缸等

部件组成。为确保系统安全，在液压泵上装有限压阀和溢流阀。其分

配阀、转向器和动力缸置于一个整体，分配阀和主动齿轮轴装在一起

（阀芯与齿轮轴垂直布置），阀芯上有控制槽，阀芯通过