摘 要

本文主要就福特锐界中型SUV的车型进行了汽车转向系统的设计。设计的内容涵盖了转向系统中的转向器、转向传动机构以及转向操纵机构。本文首先就汽车的转向系统进行了介绍，并通过分析对比最总决定设计电动助力转向系统，然后通过对比确定了本次设计的技术选型方案。在设计方面主要侧重于转向器的设计计算，本次的设计转向器选用齿轮齿条式，计算主要就是齿轮和齿条以及齿轮轴参数的确定以及校核。最后，转向传动以及操纵机构的计算部分主要就是结构尺寸的确定。有些标准件的选型会有所分析，最总确定下来本次的设计内容。

关键词：电动助力转向系统；转向传动机构；齿轮齿条式转向器；转向操纵机构

Abstract

This article mainly introduces the design of steering system based on the Ford Edge Sports Utility Vehicle. The article covers the design of steering gear, steering control mechanism and steering transmission mechanism in the steering system. In this paper, the steering system of the automobile is introduced firstly, and the Electric Power-assistant Steering system is determined finally by analyzing and comparing. Then, the technical selection scheme of this design is determined by comparison. The design focus on the calculation of the design of the steering gear, and the selection of the steering gear is rack-and-pinion steering gear. The calculation is mainly about the parameters of gears, racks and gear shaft as well as the checks. Finally, the calculation of the steering control mechanism and steering transmission mechanism is mainly about the determination of the structure parameters. Some standard parts of the selection are analyzed, then the content of the design is determined.

Key Words：Electric Power-assistant steering system; Rack-and-pinion steering gear; Steering transmission mechanism; Steering control mechanism

目 录

第1章 绪论 1

1.1 概述 1

1.2 转向系统的分类和组成 1

1.3 国内外发展概况 2

1.4 课题设计的内容以及预期目标 2

第2章 转向系统设计方案的分析以及选择 4

2.1 车型的相关数据以及设计要求 4

2.1.1 车辆数据 4

2.1.2 设计的要求 4

2.2 转向系统方案的分析 4

2.2.1 工作原理 5

2.2.2 转向系统机械部分工作内容等的分析 5

2.2.3转向操纵机构的分析 6

2.2.4 转向传动机构的分析 6

2.2.5 转向器的分析 6

2.2.6 动力系统部件的分析 8

2.2.7 转向系统结构类型的分析 9

2.3 转向系统最总方案的确定 9

第3章 转向系统主要性能参数的计算 10

3.1 转向器的效率 10

3.1.1 转向器的正效率 10

3.1.2 转向器的逆效率 10

3.2 转向系统传动比 10

3.2.1 转向系统传动比的组成 10

3.2.2 转向系统力传动比与角传动比的关系 11

3.2.3 转向系统传动比的计算 11

3.3 转向器传动副的传动间隙 12

3.4 转向盘的自由行程 13

3.5 转向盘转动的总圈数 13

第4章 转向器的设计与计算 14

4.1 转向轮侧偏角和作用在方向盘上手力的计算 14

4.2 齿轮齿条参数的选取与计算 15

4.2.1 齿轮参数的选择与计算 15

4.2.2 齿条参数的选择与计算 16

4.2.3 齿轮强度的校核 17

4.2.4 齿条强度的校核 18

4.2.5 齿轮和齿条基本参数的汇总 18

4.3 齿轮轴的设计 19

4.3.1 最小轴径及齿轮轴基本尺寸的初步确定 19

4.3.2 齿轮轴强度的校核 20

4.4 花键的尺寸设计 22

4.5 轴承的选型 22

第5章 转向传动机构的设计 24

5.1 结构布置 24

5.2 转向节臂的设计 25

5.2.1 初选转向节臂的长度与材料等 25

5.2.2 转向节臂最小半径处的弯曲正应力的强度校核与半径选取 26

5.3 转向横拉杆及其接头的设计 26

第6章 转向操纵机构的设计 28

6.1 转向盘的设计 28

6.2 转向轴和转向管柱的设计 28

6.2.1 转向轴上半轴的设计计算 29

6.2.2 转向轴下半轴的设计 29

6.3 输入轴和输出轴花键的尺寸设计 29

结论 31

参考文献 32

致谢 33

第1章 绪论

1.1 概述

汽车作为当代主要的交通工具之一，在人们的生活占据了很大一部分的比重，这也使得它变得越来越不可缺少。而转向系统是汽车的主要的子系统之一，它的主要作用就是确保汽车能够按照驾驶者的想法进行变向行驶，它的性能优劣将会直接关系着汽车的稳定性、驾驶感以及安全性^[1]。所以，对汽车转向系统的研究就显得尤为的重要，特别是在当今这个车辆高速化、驾车者非职业化以及车流密集化的时代，研究出具有良好的操纵性能的转向系统就显得意义重大。要知道这不仅能够保证驾驶者的安全、减少交通事故，还能够改善车辆的驾驶体验以提高购买者的满意度。

1.2 转向系统的分类和组成

汽车的转向系统依据不同的动力来源可以分为动力转向系统以及机械转向系统。

传统的机械转向系统依靠的动力来源于人力，传力件也基本都是机械的，它主要是由转向操纵机构、转向器以及转向传动机构组成的。有些好点的车还装备有防伤机构以及转向减震器的装置。转向操纵机构囊括了从转向盘、转向轴、转向传动轴到转向万向节等；转向传动机构则包含有转向摇臂、转向节臂、转向横拉杆以及梯形臂等。而转向器即为转向操纵机构与转向传动机构连接之间的那一部分。