转向系统设计指导要点Word文档下载推荐.docx
《转向系统设计指导要点Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《转向系统设计指导要点Word文档下载推荐.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
本标准不适用于非客车类产品的转向系统设计及应用规范。
2.概述
转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，还要保证各转向轮之间有协调的转角关系。
驾驶员通过操纵转向系统，使汽车保持在直线或转弯运动状态，或者使上述两种运动状态相互转换。
转向系由转向盘、转向传动轴、转向器、转向直拉杆、转向梯形、转向节等基本部分组成，并称之为机械转向系。
有些汽车还装有动力转向器、转向减震器和防伤机构等。
驾驶员作用在转向盘上的切向力，经转向盘转换成力矩，再经转向器增大后传至直拉杆和转向轮，用来克服转向阻力。
同时，转向盘的角位移也转换成转向轮绕主销转动的转角。
装有动力转向器的汽车，转向时能够减轻驾驶员作用在转向盘上的手力。
转向减振器用来衰减转向轮的摆振和缓和来自路面传给转向盘的冲击载荷。
为了防止汽车正面与其他物体冲撞时转向系部件伤害驾驶员，在转向系设置有防伤机构。
3.规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB7258机动车运行安全技术条件
GB13094客车结构安全技术条件
GB/T13052客车驾驶区尺寸
GB6323.4汽车操纵稳定性试验方法，转向回迟性能试验
GB6323.5汽车操纵稳定性试验方法，转向轻便性试验
GB6323.6汽车操纵稳定性试验方法稳定回转试验
GB/T5179-1985汽车转向系术语和定义
GB17675-1999汽车转向系基本要求
GB/T5911-1986转向盘尺寸
GB11557-1998防止汽车转向机构对驾驶员伤害的规定
QC/T563-1999汽车转向盘试验方法
QC/T29097-1992汽车转向总成技术条件
QC/T29096-1992汽车转向器总成台架试验方法
QC/T522-1999汽车转向拉杆总成技术条件
QC/T304-1999汽车转向拉杆接头总成台架试验方法
QC/T305-1999汽车动力转向控制阀总成技术条件
QC/T306-1999汽车动力转向控制阀总成台架试验方法
QC/T529-1999汽车液压转向加力装置及动力转向器总成台架试验方法
QC/T530–1999汽车液压转向加力装置及动力转向器总成技术条
QC/T299-1999汽车动力转向油泵技术条件
QC/T300-1999汽车动力转向油泵台架试验方法
QC/T301-1999汽车动力转向动力缸技术条件
QC/T302-1999汽车动力转向动力缸台架试验方法
QC/T303-1999汽车动力转向油罐技术条件
GB/T13604-1992汽车转向球接头尺寸
4.符号、代号、术语及其定义
量的名称
量的符号
单位
质量
M
kg
力矩
Mr
Nm
轴荷
G
N
轮胎气压
P
N/m2
磨差系数
μ
油路最小流量
Qmin
L/min
每分钟方向盘转数
n
r/min
转向器活塞面积
A
mm2
螺距
t
mm
转向器内泄漏流量
△Q
油泵损耗的功率
W
kW
油泵工作压力
Pb
Pa
油泵的效率
η
5.设计准则
5.1应满足的安全、环保和其它法规要求及国际惯例；
1）GB7258-2004机动车运行安全技术条件
汽车应具有适度的不足转向、汽车横直拉杆不得采用拼焊件等要求；
2）GB13094客车结构安全技术条件
5.2转向系统应满足的性能要求：
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情况下，转向轮能自动回到直线行驶位置，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，转向盘没有摆振。
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振应最小。
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）转向轮碰到障碍物以后，传给转向轮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。
5.3设计输入、输出要求
设计输入：
总布置设计任务书应对转向系选型、布置关键尺寸及与悬架、车架等相关总成的涉调关系作出明确的描述；
设计输出：
应根据总布置设计任务书的要求，输出完整图纸、零部件明细，装配与调整技术条件等技术文件的补充部分，设计计算书和运动校核图等是过程技术文件。
5.4设计过程的节点控制要求
1）根据底盘总布置设计要求，确立转向系统的结构方案；
2）根据结构方案对转向器、转向油泵等进行选型分析；
3）对转向系统进行设计、计算；
4）进行运动校核；
5）绘制相关图纸、编制明细表及技术条件；
6）根据试制、试验情况进行完善。
6.转向系统总布置设计
（1）转向系统总体布置应科学合理：
1）有利于装配、拆检、保养及维修；
2）要尽可能满足通用化、系列化的要求；
3）应避免与悬架等存在运动干涉。
（2）汽车转弯行驶时，应尽量保证全部车轮应绕瞬时转向中心旋转，任何车轮都没有侧滑现象。
但这是理论上的要求，在实际设计中，还要考虑桥和转向系统的通用性。
（3）再有条件的情况下，可以考虑设计安全转向油泵及管路系统。
（4）智能能转向系统的电器控制部分设计考虑与CAN的兼容。
（5）几种常用布置形式和特点
1）传统的转向系统布置形式
采用传统布置形式的转向系统主要常见于10m长以下的高地板旅游客车和长途客车,其布置如图1所示。
图1中给出了转向传动装置与悬架共同工作校核图,目的是检查转向拉杆与悬架导向机构的运动是否协调。
在此种布置形式中,转向器一般布置在前钢板前支架附近,这样使得与转向垂臂相连接的直拉杆球头点B1与前桥上转向节臂处直拉杆球头点B2随悬架跳动的中心O2较近,从而比较容易找到合适的转向器布置位置,使得运动不协调造成的轨迹偏差GH和GcHc较小。
一般来说,GH和GcHc这一偏差应控制在轮胎的弹性变形范围内。
目前国内大部分7~10m客车采用发动机后置,前开门,前悬较长,而长前悬客车转向器一般布置距离O2较远,这样要使GH和GcHc控制在轮胎弹性变形范围内,转向器的选用很重要;
因前地板高度较高,同时,长前悬客车如采用传统的布置形式,前直拉杆的长度较长,在相同的前桥载荷条件下,需增加直拉杆的直径,以增加拉杆稳定性。
C:
弹簧主片中心;
O1:
C点的摆动中心;
A1:
转向节臂球销中心;
B1:
转向摇臂下端球销中心;
O2:
A1点随悬架的摆动中心;
KKc:
A1点随B1点的跳动轨迹;
JJc:
A1点随O2点的跳动轨迹;
fc:
静挠度;
fd:
动挠度;
HG、HcGc:
轨迹偏差
图1传统的转向系统布置形式简图
2）转向垂臂采用倒置或横置
转向垂臂倒置多采用于二级踏步城市客车上。
由于转向节臂球销中心A1点随悬架的摆动中心O2一般已接近于地板面,如转向垂臂布置向下。
为满足运动不协调造成的轨迹偏差在规定的范围内,则整个转向器将超出地板面。
为使整个转向器的布置不超出地板面,而又保证整车的接近角,转向垂臂倒置是目前国内二级踏步城市客车普遍采用的布置形式。
转向垂臂横置用于大落差前桥和空气悬架在大型超低地板城市客车上,其简图如图2所示。
由于大型超低地板城市客车的气囊较大,在前桥工字梁上方已没有布置转向节臂的位置,转向节臂只有布置在工字梁的下方。
但是采用大落差前桥后,工字梁和地面的间隙已较小,所以转向节臂和工字梁的距离很小。
如采用转向垂臂下置,容易造成转向直
拉杆和工字梁干涉。
采用转向垂臂横置后,转向垂臂和转向节臂基本上是一个平行四边形运动关系,转向直拉杆基本上在和地面平行的平面上运动,所以减小了和工字梁干涉的可能性。
图2转向垂臂横置布置简图（俯视）
3）采用中间摆臂形式
采用中间摆臂形式的转向系统主要常见于10m以上的高地板旅游客车和长途客车。
此种车型前悬较长,传统布置形式的转向系统已不能满足整车转向性能要求。
国内10m以上大客车目前应用最为广泛的布置形式如图3所示。
此种布置形式与传统的布置形式相比,整个转向系统增加了前直拉杆、中间摆臂两个总成件。
设计时,应尽量使前直拉杆和后直拉杆处于中间摆臂的同侧,否则中间摆臂在运动时会形成一个扭矩,使中间摆臂轴承容易损坏。
其主要优点是:
①由于中间摆臂的安装及布置要比转向器的布置安装简单得多,所以和采用传统的转向系统布置形式相比,B1点更容易布置在O2点附近,使运动不协调造成的轨迹偏差更小。
②转向器布置位置较为灵活,特别是转向器的高低位置布置的选择余地较大,从而使得在整车总布置时,从方向盘至转向器的传动装置的布置更为合理、方便。
其缺点是:
①由于转向系统增加了前直拉杆和中间摆臂,而且中间摆臂的加工及安装精度较高,使得整车成本有所增加,整个转向系统的可靠性也有所降低。
②在整车营运初期,由于多了一道中间传动环节,增大了转向传动传动阻力,从而使得整车转向时可能出现转向沉重、回正不好的现象。
而在整车营运一段时间后,各传动副之间的间隙加大,使得转向系统的转向自由间隙较大,调整比较困难。
图3采用中间摆臂形式的布置简图（各符号的含义与图1相同）
4）采用角传动器传动布置形式
角传动器布置形式的转向系统常见于10m以上的低地板城市客车,其简图如图4所示。
在此种布置形式中,转向器的布置均为卧置。
由于从方向盘至转向器的输入角度过大,不可能实现用一根转向管柱将方向盘与转向器连接起来,所以通常的方法是在中间加一角传动器来转换传动角度,此种布置形式大多见于大型低地板城市客车。
其优点为:
①能有效降低地板高度。
因为大型城市客车的前轴荷较大,所以转向器的体积也较大,加上地板较低,如转向器按常规布置,则转向器将会有部分或全部在地板面以上,造成传动困难、密封困难及车内不美观等问题。
而将转向器卧置后,转向器的高度下降较多,加上角传动器的体积很小,所以基本上不影响地板面高度,而且不影响整车的接近角。
②方向盘的布置位置较为灵活。
由于从方向盘传动到转向器要经过转向管柱及传动轴二次万向传动,所以方向盘和转向器在布置位置上在整车X及Y方向上都可以有较大的距离,给整车总布置带来了一定的方便性。
此种布置形式的缺点是:
①转向器的安装较困难。
由于转向器体积较大,加上转向器布置在前钢板前支架附近,可用的空间较小,为使转向器支架有足够的强度和刚度,转向器支架的形状一般较为复杂,而且重量较大。
②整个转向系统的零部件增加,成本也增加。
图4采用角传动器传动布置形式简图（各符号的含义与图1相同）
通过对传统及几种典型转向系统的布置形式的介绍和对大客车转向系统常见问题的分析,可以看出不同的布置形式各有其优缺点及适用范围。
为照顾整车总布置并更好地满足转向功能,国内许多客车在转向系统布置时采用以上布置形式的两种组合。
设计人员除在整车方案及设计过程中仔细验算和校核外,还应不断积累实践经验,遇到问题时能准确分析原因,找出解决问题的方法。
另外,还需要保证装配和调试人员的素质,不断提高其工作能力,以确保转向系统的装配质量。
7.模块化设计
转向系统模块化设计，是通过将转向系统各项功能参数（规格或配置）独立，采用较少的部件，形成独立模块、按照积木组合方式。
构建一个可满足广泛客户不同配置需求的完整转向系统平台；
整个平台可根据客户的不同配置要求进行各零部件独立模块组合，得到一个完整的转向系统。
如果部分零部件供货状态有差异，只需加减或替换其所在的独立模块就可以实现更改。
转向系统各零部件按功能划分，可分为转向系统装置图模块、转向系统资料模块、转向器模块、方向盘模块、转向传动模块、转向拉杆模块、转向硬管管路模块、转向发动机仓管路模块、转向稳定器模块以及驾驶台模块。
1）所述的转向系统装置图模块，其包含转向系统装置图；
2）所述的转向系统资料模块，其包含转向系统安装调整技术要求、技术协议等等；
3）所述的转向器模块，其包含含转向器、支架、紧固件等；
4）所述的方向盘模块，其包含方向盘等；
5）所述的转向传动模块，其包含含转向管柱、角转向器、转向传动轴及其支架紧固件等；
6）所述的转向拉杆模块，其包含转向垂臂、转向前直拉杆、过渡摇臂及支座、转向后直拉杆、紧固件等；
7）所述的转向硬管管路模块，其包含含钢管、接头、支架等；
8）所述的转向发动机仓管路模块，其包含油罐、支架、进回油管、接头、紧固件等；
9）所述的转向稳定器模块，其包含转向稳定器安装总成、支架及其紧固件等；
10）所述的驾驶台模块，其包含含临时驾驶台总成、组合踏板或分体式踏板、紧固件等。
如上所述，在转向系统装置图模块、转向系统资料模块、转向器模块、方向盘模块、转向传动模块、转向拉杆模块、转向硬管管路模块、转向发动机仓管路模块、转向稳定器模块以及驾驶台模块这些独立模块中，如果有哪个零部件需要设计变更，只需要替换其所在的模块，就可以实现快速变更。
其他没有变化的零部件所属的独立模块就无需改变，整个转向系统设计改动量很小，大大缩短了设计周期。
8.零部件标准化结构
表1方向盘直径系列
方向盘系列
大型
中型
小型
直径规格
Ø
500
480
450
表2转向油泵的流量和额定工作压力
油泵系列
重型
轻型
额定流量（L/min）
20
16
13
额定工作压力（bar）
160
130
100
9.数据表达要求
1）转向器支架及转向管柱支架等铸件未注尺寸的极限偏差按QC/T269-1999要求；
2）转向摇臂、过度臂、转向节臂和转向梯形臂等钢模锻造件未注尺寸的极限偏差按QC/T270-1999要求；
3）油罐支架焊接加工件未注尺寸的极限偏差按QC/T29087-1992要求；
4）有关支架等冷冲压加工件未注尺寸的极限偏差按QC/T268-1999要求；
5）有关车削加工件未注尺寸的极限偏差按QC/T267-1999要求；
6）其他零件未注尺寸的极限偏差按QC/T266-1999要求；
7）为注螺纹紧固件拧紧力矩规范按QC/T518-1999。
10部件（材料）选用要求
零件名称
推荐材质或规格
备注
转向器支架
ZG310-570
转向垂臂
40Cr
转向直拉杆1）
35#、20#
冷拔无逢钢管
转向过度臂
转向
油路（主体部分）
高压
10*1.5
14*1.5
16*1.5
内外镀锌
低压
12*1.5
18*1.5
20*1.56
1）拉杆较长、有折弯的一般用35#，较短的直杆一般用20#，可以用35#取代20#。
2）前轴负荷大于4000kg的客车必须选用动力转向系统；
3）转向器、转向油泵压力和流量匹配：
·
转向油泵的压力和流量应不大于转向器所规定；
转向油泵的压力和流量应能满足转向器性能的要求。
4）转向器、转向油泵和转向油罐应与同一种转向油具有兼容性；
5）转向管路：
转向管路的内径应大于进油管路的直径；
6）转向油罐的高度应高出转向油泵适当的高度；
转向管路应能保证足够的密封性；
7）转向横直拉杆不得采用拼焊件，转向横直拉杆的折弯处应有适当的过渡圆角，同时应有足够的强度和刚度；
8）转向节、转向节臂、转向梯形臂、转向臂、转向过渡臂支架、转向器支架等系统应有足够的强度和刚度，关键结构处有适当的过渡圆角，不能出现引起转向系统失效的应力集中；
9）所有润滑点应便于加注润滑脂。
（1）动力转向器与转向油泵的匹配选择
动力转向系统由于具有转向操纵灵活、轻便,能吸收路面对前轮产生的冲击,设计时转向器结构形式的选择也灵活多样等优点,因此,已在各国的汽车制造中普遍采用。
我国大客车一般采用的是整体式液压动力转向器,其工作原理如图1所示。
液压式动力转向以液体的压力作动力来完成转向加力。
其特点是油液工作压力可达6~10MPa,甚至更高,所以结构紧凑,动力缸尺寸小、重量轻;
因油液具有不可压缩性,故灵敏度高;
油液的阻尼作用可以用来吸收路面冲击;
动力装置无需润滑。
其缺点是结构复杂,对加工精度和密封要求高等。
动力转向器型号的选择须根据前桥负荷、整车的布置等因素来综合考虑。
转向器选择的合适与否对整个转向系统起着至关重要的作用。
1）动力转向泵的最大压力：
考虑从转向泵的出口到转向机的进口之间的管路损失，在选择转向泵的最大压力时，应使转向泵的最大压力：
P=P1+△P
P1为转向机的最大压力;
△P为管路损失,一般取（0.3-0.5）MPa，如果压力已经很高，转向却依然沉重，只能是加大缸径。
2）动力转向泵的控制流量Q：
一般取Q≥（1.05-1.1）Qmax.
Qmax为转向机所需的最大流量。
3）动力转向泵的公称排量：
根据怠速时（转向泵转速一般为650-750r/min），转向机所需的流量，选择转向泵的排量，低速时（转向泵转速一般在1200r/s以下）转向泵输出的流量与排量之间的关系为：
Q=qt*n
其中qt为泵的理论排量；
n为怠速时转向泵的转速。
转向泵的排量过小，容易出现怠速时转向沉重，排量过大，系统容易发热。
图5动力转向液压系统示意图
（2）转向器及中间过渡臂的布置
转向器及中间过度臂的合理布置对于整车的行驶稳定性有非常重要的作用。
每一种转向器对其安装都有要求,在满足转向器安装要求的情况下,应根据整车的前转向桥和前悬挂的特点,保证转向拉杆和前悬挂的运动干涉在允许的范围内。
这需要作运动校核图,以确保不影响整车行驶稳定性的运动干涉。
另外,需根据前轮允许的内外转角,计算出转向垂臂和转向过渡臂的尺寸。
在这个过程当中,应尽可能地利用好转向器输出轴允许的摆角。
（3）转向油罐的选择
1）油罐容积选择：
考虑系统的供油、散热、油中杂质的沉淀等，一般取油罐的容量：
V=（0.15—0.2）Q
Q为转向泵的额定输出流量。
2）油罐过滤器要求：
转向系统一般采用回油过滤方式，根据系统管路工作压力、过滤精度、流通能力选择滤油器。
汽车转向系统中，过滤精度一般取10-20μm，压力损失小于0.1MPa。
如采用进油过滤，其铜丝网目数一般在100~180目之间。
过滤器通过流量应不低于泵流量的两倍。
3）油罐的散热能力：
一般希望转向系统的油温控制在80℃以下。
如果油温超过88℃，液压油将很快变质：
形成碳化物，液压油失去润滑功能，转向泵将急剧磨损，造成转向沉重；
析出胶状物质，堵塞阻尼孔或卡滞控制阀，使整个动力转向系统失效。
油温过高，还将使整个系统中的密封件加快老化，密封不良而造成漏油。
在大流量及高压力的转向系统中，储油罐的散热已经不能保证油温在80℃以下了，这时须附加专门的散热系统。
4）油罐安装要求：
油罐出油口位置高于动力转向泵进口200mm以上。
（4）转向油管内径的选择
根据管道内的流速，确定管道内径尺寸，允许流速的推荐值为：
1）转向泵吸油管道：
0.5～1.5m/s.一般取1m/s以下。
2）转向系统压油管道：
2.5～5m/s.压力高时取大值，管道长的取小值。
3）
转向系统回油管道：
1.5～2.5m/s。
4）短管及局部收缩处：
5～7m/s。
管道内径与流量、流速的关系式为：
d=
其中d为管道内径，Q为通过管道的流量，v为管道内液流平均流速。
管路内径经验值，可以参照下表：
转向泵控制流量
进油管路最小通径
出油管路最小通径
8L/min
φ8
φ5
11.5L/min
φ10
φ6
15L/min
φ11
φ7
16L/min
φ11.2
φ7.2
20L/min
φ13
以上管路内径是管路长为500mm时的经验值，当管路每增加△l=500mm时，管路内径增加△d=2mm。
配套时保证管路密封合格，进油管漏气漏水时会使液压油变质。
管路尽可能避免转弯，如不可避免时，转弯角度和转弯半径应尽可能大，避免管路的压力损失。
管路直径不能过小，进油管口径过小时会引起吸空，产生气穴现象，出油管直径过小时会产生阻尼，引起系统压力升高，系统可靠性变差。
（5）转向油品的选择
1）在夏季，全国
升级会员 