转向系统设计规范.doc

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1、转向系统设计规范目录：一、 概述二、 设计输入1. 市场分析报告2. 产品概念报告3. 技术方案分析报告4. 产品信函5. 项目描述书三、 转向系统设计目标1. 承载性目标2. 操纵稳定性目标 3. 安全性目标4. 成本目标5. 总成重量目标四、 转向系统结构参数的确定1、 转向系统结构形式（主要部件构成明细）2、 安装尺寸的确定3、 车架结构与转向元件的物理接口4、 前桥总成与转向元件的物理接口5、 车身元件与转向元件的物理接口6、 其他五、 转向系统匹配1、转向轻便性2、助力转向系统流量等匹配六、 机械转向设计1. 转向器设计2. 转向传动轴设计七、 动力转向设计1、 转向器设计2、 转向

2、油泵设计3、 转向油罐设计4、 其他部件设计八、 转向系统验证与试验项目1、动力学模型分析与验证2、整车性能试验项目与可靠性试验项目3、转向器台架试验项目4、转向油泵台架试验项目5、转向油罐台架试验项目7、 转向油管台架试验项目8、 转向盘台架试验项目9、 转向传动轴台架试验项目10、 其他附件：转向系统相关标准与设计参考书1、操纵稳定性2、转向器3、转向油罐4、转向油泵5、转向油管6、转向传动轴7、转向盘一、 概述本文适用于传统结构的转向系统，主要针对转向器、转向油泵等主要部件设计参数的选取、计算、验证等作出较详细的工作模板。1、 转向系统设计对整车性能的影响 转向系统的功能是保证汽车能按驾

3、驶员的意志进行转向行驶。同时对操纵稳定性有一定的影响。转向系统按能源的不同分为机械转向系和动力转向系两大类。机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件为机械的。机械转向器由转向操纵机构、转向器和转向传动机构组成。动力转向系是在机械转向系的基础上加设一套转向加力装置而行成的。2、转向设计流程概述设计输入整车设计目标物理边界确定主要部件性能指标确定结构设计3、转向系统的评价指标3.1汽车操纵稳定性：序号内容设计指标计分备注2操纵稳定性稳态回正性能侧向加速度an，m/s260QC/T 480-1999汽车操纵稳定性指标限值与评价方法规定的数值不足转向度U，()/(m/s2)60车厢侧倾度K

4、，()/(m/s2)60转向回正性能低速残留横摆角速度r，()/s60横摆角速度总方差Er，s60高速残留横摆角速度r，()/s60横摆角速度总方差Er，s60转向轻便性能转向盘平均操舵力FS，N60转向盘最大操舵力Fm，N60转向盘角阶跃输入性能横摆角速度响应时间T，s60转向盘角脉冲输入性能谐振频率F，Hz60谐振峰水平D，dB60相位滞后角，()60蛇行试验性能平均横摆角速度峰值R，()/s60平均转向盘转角峰值，()60综合评分603.2人机工程学序号驾驶员操作位置项目设计指标GB/T 15705-1995规定的数值1转向盘下缘至座垫上表面距离，mm200(可调节高度方向盘的最低点18

5、0)1802转向盘后缘至靠背距离，mm4504503转向盘下缘至离合器、制动器踏板纵向中心面距离，mm6206004转向盘至前面及下面障碍物距离，mm80805转向盘外缘至侧面障碍物距离，mm80806离合器踏板纵向中心面至转向柱纵向中心面距离，mm60150501507制动器踏板纵向中心面至转向柱纵向中心面距离，mm60150501508转向盘中心对座椅中心面的偏移量，mm10409转向盘平面与汽车对称平面间夹角，()909053.3其他相关法规3.3.1 GB7258-2004机动车运行安全技术条件： 3.3.1.1机动车方向盘的最大自由转动量不允许大于：1）最高设计车速不小于100km/

6、h的机动车：202）其他机动车：30（三轮车除外）3.3.1.2机动车在平坦、硬实、干燥和清洁的水泥或沥青路面上行驶，以10km/h的速度在5S内沿螺旋线从直线行驶过渡到直径24m的圆周行驶，施加于方向盘外缘的最大切向力不应大于245N。3.3.1.3汽车和汽车列车必须能在同一个车辆通道圆内通过，车辆通道圆的外圆直径D1为25.00m，车辆通道圆的内圆直径D2为10.60m，汽车和汽车列车由直线行驶过渡到上述圆周运动时，任何部分超出直线行驶时的车辆外侧面垂直面的值不应大于0.8m。(GB1589-2004 道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值)3.3.2 GB 17675-1999汽车转向系基本要

7、求：以10km/h车速、24m转弯直径前行转弯时，不带助力时转向力应小于245N, 带助力转向但助力转向失效时，其转向力应小于588N。机动动作时间正常情况下不得大于4s，带助力转向但助力转向失效时不得大于6s。3.3.3 92/62/EEC为适应技术进步，对有关机动车及其挂车转向设备的70/311/EEC号理事会指令进行修改的委员会指令：92/62/EEC 车辆应以10km/h的速度从径直到转弯行驶。应该在转向控制的位置与下表中给出的带有完好转向设备的特定类车辆的转向半径一致时，测量转向控制公称半径处的转向力。一次向右转弯，一次向左转弯。见下表 ：92/62/EEC 对转向控制力的要求车辆种

8、类完好故障最大力（daN）时间（秒）转弯半径（米）最大力（daN）时间（秒）转弯半径（米）M1M2M3N1N2N3151520202520444444121212121212（1）303045304045（2）446446202020202020（1）如果12达不到，则全锁紧。（2）对于两个或多个转向轴的刚性连接车辆为50，自跟踪设备除外。3.3.4 Q/FT B1902005轻型载货汽车整车设计标准：4、转向设计关联系统与工作接口部门 序号名称内容部门1整车车型主管总布置车型室2车架主管零件布置位置车型室3车桥、轮胎连接尺寸（目前杆系在前桥上）底盘室5悬架运动干涉校核底盘室6制动连接尺寸底盘

9、室7发动机连接尺寸(动力转向泵)动力室8车身连接尺寸车身所9电器连接尺寸电器所10试制物理尺寸验证试制所11试验台架性能、整车平顺性、操稳性、可靠性试验所12CAE分析CAE分析、整车动力学仿真分析计算分析所13设计计算书、图纸、明细入档、下发技术支持部14公告参数申报3C认证型式车型室/产品管理部二、设计输入 设计输入表_ 表1 序号名称代号依赖性（可无 必有）备注1市场分析报告营销公司2项目建议书营销公司3产品概念报告产品管理部4技术方案分析报告整车所5产品信函产品管理部6项目描述书整车所7标杆样车营销公司主要获取信息： 1、 输入信息表_ 表2序号名称内容及描述1产品市场定位及用户目标2

10、使用区域（平原/山区）3超载质量（Kg）4耐久性要求（可靠性里程Kg）5操稳性要求是否特殊说明 6转向盘是否可调及桃木化7防伤要求8是否助力转向2、 标杆样车性能参数表_表3.2（性能试验表转向操纵稳定性）品牌： 车型代号：VIN；3、标杆样车结构参数表_表3.3（检测后获得）品牌： 车型代号：VIN；转向系统：（主要结构形式描述）序号名称项目备注1转向器总成承载能力模数传动比流量最大压力特性曲线2转向油泵控制流量公称排量最大压力转速范围3转向油罐储油量最大允许通过流量绝对过滤精度4转向操纵机构单/双万向节可调转向盘及仿桃木化是否有防伤装置5转向传动机构尺寸三、转向系统设计目标序号项目目标值备

11、注1承载性超载：2操纵稳定性稳态回正性能：转向回正性能：转向轻便性能：转向盘角阶跃输入性能：转向盘角脉冲输入性能：蛇行试验性能：综合评分：3安全性4成本5总成重量四、转向系统结构参数的确定1、循环球转向器：（1）典型机械转向结构 ：附图1 1 9 2 8 3 5 6 4 7 图11、转向盘带喇叭按钮总成 2、转向操纵机构总成 3、转向器带摇臂总成 4、转向直拉杆5、左转向节 6、转向节臂 7、转向横拉杆 8、梯形臂 9、右转向节（2）典型动力转向结构 附图2 1 10 2 9 3 8 7 4 6 5 图21、转向盘带喇叭按钮总成 2、转向操纵机构总成 3、转向器带摇臂总成 4、转向直拉杆5、左

12、转向节 6、转向节臂 7、转向横拉杆 8、转向油泵 9、转向油罐 10、转向管路2、齿轮齿条式转向器：（1）典型机械转向结构： 附图3 1 2 3 4 图31、转向盘带喇叭按钮总成 2、转向操纵机构总成 3、转向减速器总成 4、转向器带摇臂总成（2）典型动力转向结构 附图4 1 7 2 6 5 3 4 图41、转向盘带喇叭按钮总成 2、转向操纵机构总成 3、转向减速器总成 4、转向器带摇臂总成5、转向油泵 6、转向管路 7、转向油罐 3、安装尺寸的确定 按整车总布置的要求，与各主管一起确定下列安装布置内容序号名称项目备注1转向器总成循环球式结构型式机械/动力结构尺寸安装倾角小于万向节规定的夹角

13、要求摇臂中心到前轮中心距离 摇臂中心到车架上平面距离摇臂小端连接尺寸输入轴连接尺寸摇臂长度与悬架干涉有关齿轮齿条式结构型式结构尺寸转向梯形断开点位置转向横拉杆与齿条球销位置转向齿条中心位置输入轴的位置转向横拉杆球头尺寸2转向油泵结构形式叶片/齿轮传动型式皮带/传动套/齿轮尺寸及位置3转向油罐尺寸及位置4转向管路尺寸及位置5转向传动轴、转向管柱结构形式单/双，是否防伤前翻及缓冲尺寸及位置6转向盘结构形式两辐条/三辐条/四辐条，是否防伤尺寸及位置人机工程五、 转向系统匹配1、转向轻便性 按第一项中要求。使用半经验公式2、 助力转向系统流量等匹配。原则上流量要合适，噪音要低，转向盘无抖动3、 转向梯

14、形匹配请参照清华大学出版社汽车设计P651页要求。4、 分段式横拉杆断开点的位置确定参照清华大学出版社汽车设计P654页要求六、机械转向设计1、转向器：根据使用状况确定转向器：输入内容：项目数值1前轴最大允许负荷（kg）2转向器型式输出内容：循环球式1转向器最大允许负荷（kg）2模数3传动比齿轮齿条式1转向器最大允许负荷（kg）2线角传动比3齿条行程范围2、转向传动轴：输入内容：项目数值1轮胎2转向杆系3前轴最大允许负荷（kg）输出内容：1静扭强度2扭转间隙3滑动花键的滑动起动力4转动力矩七、动力转向设计1、转向器计算输入内容：项目数值1前轴最大允许负荷（kg）2转向器型式输出内容：循环球式1

15、转向器允许负荷（kg）2模数3传动比4流量（L/min）5最大压力（Mpa）6特性曲线7使用温度齿轮齿条式1转向器允许负荷（kg）2最大压力（Mpa）3流量（L/min）4线角传动比5齿条行程范围6使用温度2、 转向油泵的设计：1）转向油泵工作流量的选取是根据转向盘最大瞬时转速计算的。先计算出满足转向盘最大瞬时转速所需要的理论流量Q，然后再计算出实际需要流量Q1Q=Snt式中：Q转向器所需的油泵控制流量，L/min S活塞的有效面积，mm2 n转向盘转速，r/min t螺杆螺距，mm根据QC/T530汽车动力转向器总成技术条件要求，转向器内泄漏量小于油泵控制流量的15，则油泵控制流量:Q1=

16、Q/0.852）转向油泵最大压力：转向油泵压力的选择以能满足整车的承载要求为主。兼顾转向系统杆系的强度要求。如果转向器本身能进行转向限位，可以不用考虑转向系统杆系的强度问题。如果转向器本身不能进行转向限位，可以通过CAE分析确定转向系统杆系的强度问题。助力转向系统在保持方向打死的状态时间过长，会造成助力系统压力过高，造成助力系统寿命减短或早期损坏。因此警示：助力转向系统在打死方向时不要超过5秒。3）转向油泵的功率计算：NPQt103（kw）P-转向油泵进出油口的压差 barQt转向泵的理论流量L/min Qt =qtn qt理论流量 ml/rn转速 r/min转向泵的总效率 ，一般取0.650

17、.75设计时要充分考虑到发动机能够提供给转向系统的功率，恰当的设计转向油泵参数（包括怠速提升），防止整车在怠速起动发动机时因功率不够而熄火。输入内容：项目数值1前轴最大允许负荷（kg）输出内容：1控制流量（L/min）2公称排量（ml/r）3最大压力（Mpa）4转速范围5使用温度3、转向油罐的设计转向油罐主要功能是储存油液，散热，滤清。油罐的容积不应太小，否则易使高压油路产生气泡。通常油罐容积可取油泵在溢流阀限制下最大排量的1520。转向油罐的过滤精度如果轻型车可以选择铜丝网100目。散热要求高的车型，可以选择金属罐。 转向油罐在车上安装的高度应比油泵进油口至少高20mm。安装得位置尽量接近油

18、泵4、转向管路管路应布置得尽量短；活动部位用软管，固定部分尽量采用钢管；布置软管时，应尽量保证软管所能允许得最小弯曲半径。如果转向油罐的散热性不足，可以采用增加钢管的方法。如果管路较长，转向液压系统发生共振现象，可以采用降噪管。八、转向系统验证与试验项目1、整车性能试验项目与可靠性试验项目2、机械转向器台架试验项目3、转向传动轴台架试验项目4、转向油泵台架试验项目5、转向油罐台架试验项目6、转向油管台架试验项目7、动力转向器台架试验项目8、转向盘台架试验项目1、整车性能试验项目与可靠性试验项目：试验任务书内容: 操纵稳定性指标2、机械转向器台架试验项目（QC/T29097 汽车转向器总成技术条

19、件）试验任务书内容:1）传动比2）输入全转角3）传动间隙4）转动力矩5）扭转刚度6）静扭7）冲击8）疲劳寿命9）清洁度3、转向传动轴台架试验项目（QC/T649 汽车转向传动轴总成性能要求及试验方法）试验任务书内容:1）总成间隙试验2）转动力矩试验3）花键滑动起动力4）静扭强度5）疲劳寿命 4、转向油泵台架试验项目（QC/T299 汽车动力转向油泵技术条件）试验任务书内容:1）最大压力2）开启转速及开启流量3）流量特性曲线4）半载容积效率及半载总效率5）气密性试验6）噪声7）定转速冲击、变转速冲击、高温试验后半载容积效率及半载总效率8）低温起动5、转向油罐台架试验项目（QC/T 303 汽车动

20、力转向油罐技术条件）试验任务书内容:1）总容积2）最大允许储油量3）最小允许储油量4）最大允许通过流量5）绝对过滤精度6、转向油管台架试验项目试验任务书内容: SAE J188 动力转向压力软管高容积膨胀型SAE J189 动力转向回流软管低压型7、动力转向器台架试验项目（QC/T 530 汽车动力转向器总成技术条件 ）试验任务书内容:1）转向器总圈数、空载转动力矩、自由间隙2）功能试验3）最大工作压力时的转向力矩4）特性曲线 5）内泄漏6）外泄漏7）回正能力8）转向灵敏度特性9） 劳试验10）磨损试验11）强制转向试验12）逆向超载试验13）超压试验8、 转向盘台架试验项目（QC/T 703

21、 汽车转向盘聚氨酯泡沫包覆层技术条件 Q/FT A026车辆产品转向系统技术条件）试验任务书内容: 1）外观2）燃烧特性3）热性能： 4）弯曲疲劳试验5）扭转疲劳试验6）耐溶剂性7）耐磨性8）耐老化性9）绝缘性10）表面硬度 11）聚氨酯泡沫材料要求附件：1）GB/T 6323.1-1994汽车操纵稳定性试验方法 蛇行试验 2）GB/T 6323.2-1994汽车操纵稳定性试验方法 转向瞬态响应试验(转向盘转角阶跃输入) 3）GB/T 6323.3-1994汽车操纵稳定性试验方法 转向瞬态响应试验(转向盘转角脉冲输入)4）GB/T 6323.4-1994汽车操纵稳定性试验方法 转向回正性能试验

22、 5）GB/T 6323.5-1994汽车操纵稳定性试验方法 转向轻便性试验 6）GB/T 6323.6-1994 汽车操纵稳定性试验方法 稳态回转试验 7）QC/T 480-1999汽车操纵稳定性指标限值与评价方法8）QC/T29097 汽车转向器总成技术条件9）QC/T649 汽车转向传动轴总成性能要求及试验方法10）QC/T299 汽车动力转向油泵技术条件11）QC/T 303 汽车动力转向油罐技术条件12）SAE J188 动力转向压力软管高容积膨胀型13）SAE J189 动力转向回流软管低压型14）QC/T 530 汽车动力转向器总成技术条件15）QC/T 703 汽车转向盘聚氨酯泡沫包覆层技术条件 16）Q/FT A026车辆产品转向系统技术条件17）92/62/EEC 为适应技术进步，对有关机动车及其挂车转向设备的70-311-EEC号理事会指令进行修改的委员会指令 18）汽车设计手册长春汽车研究所编19）转阀式动力转向器20）汽车设计清华大学出版社21）汽车理论清华大学出版社 .