，本田马自达尼桑三家汽车公司首先在部分轿车上推出了四轮转向系统。年，美国克莱斯勒和日本的三菱也推出了四轮转向车型。所谓四轮转向，是指车辆行驶过程中四个车轮能同时发生偏转的转向方式。其中后轮偏转角般不超过。根据转向时前后轮偏转方向的异同分为同向偏转及逆向偏转两类。对于行驶中的四轮汽车，当采用同向偏转时，车身的动态偏转减小，从而可显著提高汽车高速行驶稳定性当采用逆向偏转时，则可显著减小汽车转弯半径，如图.所示，由此增加了低速行驶的灵活性，有利于汽车的转向调头。因此采用四轮转向方式时，在定程度上提高了横摆角速度和侧向加速度的瞬态响应性能指标，如图.所示。所以四轮转向方式具有转向能力强转向响应快直线行驶稳定性高低速机动性好等优点。图.与转弯半径的比较图.与车辆转向特性比较.轮转向驱动方式转向的关键是如何将转向盘的转动量传递给前后转向轮，并为转向轮提供动力使其发生协调联动偏转。本文根据转向盘转动量传递途径以及转向轮动力来源的不同，对四轮转向系统作如下的分类集中驱动四轮转向系统当用机械传动链将转向盘的转动量分别传递给前后轮转向机构，从而在前后转向轮偏转量与转向盘的转动量之间形成确定的机械联系时，即属集中驱动四轮转向系统。其结构框图如图.所示，其中前后转向轮偏转的驱动动力来自于转向盘以及由液压系统等提供的辅助动力。图.集中驱动四轮转向系统结构框图此类集中驱动转向系统可进步分为机械式和机电控制式两种，其差异主要在后轮偏转方向的操纵方式上。机械式集中驱动四轮转向系统没有图.中的电子控制单元虚框，前后轮的偏转方向和偏转角大小均由转向盘操纵，并通过机械传动链获得确定的协调关系。这种四轮转向系统结构简单，转向特性固定，与车速无关。对于机电控制式集中驱动四轮转向系统，后轮偏转角大小由转向盘操纵，而后轮偏转方向则根据传感器获取的前轮偏转方向与角度以及车速信息由控制单元确定。集中驱动四轮转向系统的制造成本较低，但当传动链零件磨损后不能精确保证前后轮转角大小关系。分散驱动四轮转向系统图.分散驱动四轮转向系统结构框图在图.所示分散驱动四轮转向系统中，前轮转向动力由转向盘直接提供，前转向轮偏转方向及偏转量与转向盘转动量之间通过机械传动链形成确定关系后转向轮偏转的操纵由专门的液压系统或电动机提供动力，至于后轮偏转方向及偏转量则根据传感器获取的转向盘转动方向与转角信息以及车速等其他信息由控制单元综合确定。分散驱动四轮转向系统的基本特征在于前后转向轮偏转的驱动动力是分开的，前后转向轮偏转方向和偏转角度之间不是靠机械传动链形成固定的联系，而是靠电子控制系统进行协调控制实现预设关系，因此后轮转向控制灵活方便，能够获得更加精确和复杂的转向特性。.轮转向的研究方向对转向技术的研究主要表现在硬件技术和软件技术两个方面。硬件技术的发展体现在如何采用新材料新工艺新结构等来更好地发挥出四轮转向的优势，更好地实现四轮转向系统所预定的目标研究和开发高灵敏度高精度低成本的传感器和控制系统，为系统的具体应用提供可靠成熟的技术条件。目前，四轮转向技术研究的潮流主要表现在对控制理论等软件技术的研究上。将最先进的控制理论与控制方法不断应用于控制器的开发中，同时将人的因素考虑到操纵控制中去，研究由驾驶员车辆和行驶环境所构成的闭环系统。尽管目前科研人员从结构到控制原理上对四轮转向进行了大量的研究，但尚未取得突破性进展，四轮转向技术还没有真正地步入全面推广阶段。其主要原因在于尽管四轮转向车的些开环指标有较大程度的改善，但是对其进行主观评价的效果并不理想。这就要求从主观评价出发，考虑闭环综合性能指标，即将人车路看成个系统，建立合理可行的闭环性能评价体系，实现主观评价与客观评价的统。另外，还要把四轮转向技术与其他主动安全技术如等相结合，获得更高的车辆主动安全性。.设计的预期成果本次设计，我将取得如下成果设计说明书齿轮齿条式转向器各零件的结构齿轮齿条式转向器主要参数的选择与优化齿轮轴的设计计算调整弹簧的设计计算轴承的选择。图纸有齿轮齿条式转向器转向齿轮转向齿条转向蜗杆箱齿条衬套套管转向拉杆万向传动节齿条支撑调整螺塞。第章设计方案的选择.转向器类型的选择汽车转向系可按转向能源的不同分为机械式转向系和动力转向系两大类。汽车转向器是用来保持或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，使汽车保持直线或转弯运动状态，或者上述两种运动状态相互转换。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变为传动机构的直线运动的机构，是转向系的核心部件。转向器按结构形式可分为多种类型。历史上曾出现过许多种形式的转向器，目前较常用的有齿轮齿条式蜗杆曲柄指销式循环球齿条齿扇式循环球曲柄指销式蜗杆滚轮式等。其中第二第四种分别是第第三种的变形形式，而蜗杆滚轮式则更少见。如果按照助力形式，又可以分为机械式无助力，和动力式有助力两种，其中动力转向器又可以分为气压动力式液压动力式电动助力式电液助力式等种类齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器是种最常见的转向器，其基本结构是对相互啮合的小齿轮和齿条。转向轴带动小齿轮旋转时，齿条便做直线运动。有时，靠齿条来直接带动横拉杆，就可使转向轮转向。所以这是种最简单的转向器。齿轮齿条式转向器可分为两端输出式和中间或单端输出式两种。优点结构简单紧凑壳体由铝合金或镁合金压铸而成，故质量比较小传动效率高达齿轮齿条之间因磨损出现间隙后，可利用装在齿条背部靠近小齿轮的压紧力可以调节的弹簧自动消除齿间间隙，在提高系统刚度的同时也可防止工作时产生冲击和噪声转向器占用体积小没有转向摇臂和横拉杆，可以增大转向轮转角制造成本低。缺点逆效率高，汽车在不平路面行使时会出现汽车方向控制难度增加还有可能出现打手现象。循环球式转向器这种转向装置是由齿轮机构将来自转向盘的旋转力进行减速，使转向盘的旋转运动变为涡轮蜗杆的旋转运动，滚珠螺杆和螺母夹着钢球啮合，因而滚珠螺杆的旋转运动变为直线运动，螺母再与扇形齿轮啮合，直线运动再次变为旋转运动，使连杆臂摇动，连杆臂再使连动拉杆和横拉杆作直线运动，改变车轮的方向。这是种古典的机构，现代轿车已大多不再使用，但又被最新方式的助力转向装置所应用。它的原理相当于利用了螺母与螺栓在旋转过程中产生的相对移动，而在螺纹与螺纹之间夹入了钢球以减小阻力，所以钢球在个首尾相连的封闭的螺旋曲线内循环滚动，循环球式故而得名。优点在螺杆和螺母之间有可以循环流动的钢球，将滑动摩擦转变为滚动摩擦，传动效率可达转向器传动比可以变化工作平稳可靠齿条齿扇间间隙调整工作容易进行适合做整体式动力转向器。缺点逆效率高，结构复杂，制造困难，制造精度要求高。蜗杆曲柄指销式转向器它是以蜗杆为主动件，曲柄销为从动件的转向器。蜗杆具有梯形螺纹，手指状的锥形指销用轴承支撑在曲柄上，曲柄与转向摇臂轴制成体。转向时，通过转向盘传动蜗杆嵌于蜗杆螺旋槽中的锥形指销边自转，边旋绕转向摇臂轴做圆弧运动，从而带动曲柄和转向垂臂摆动，再通过转向传动机构使转向轮偏转。这种转向器通常用于转向力较大的载货汽车上。通过对不同形式的转向器对比，最终选择采用齿轮齿条式转向器。.齿轮齿条式转向器布置和结构形式的选择考滤到原车采用的是循环球式转向器，故采用如图.所示的布置形式。图.齿轮齿条式转向器同时考虑到原车是发动机前置后驱故采用如图.所示的侧面输入两端输出的结构形式。图.齿轮齿条式转向器的结构形式.本章小结本章主要介绍了齿轮齿条式转向器和循环球式转向器的优缺点布置方式以及结构形式，并进行比较，最终确定了采用齿轮齿条式转向器。第章齿轮齿条式转向器的设计和计算.转向系计算载荷的确定为了保证行驶安全，组成转向系的各零件应有足够的强度。欲验算转向系零件的强度，需首先确定作用在各零件上的力。影响这些力的主要因素有转向轴的负荷路面阻力和轮胎气压等。为转动转向轮要克服的阻力，包括转向轮绕主销转动的阻力车轮稳定阻力轮胎变形阻力和转向系中的内摩擦阻力等。表.汽佳宝汽车的基本参数名称轴距前轮距后轮距最小转弯半径数值名称整车质量轮胎气压方向盘直径数值.计算汽车的原地转向阻力矩.式中轮胎和路面间的滑动摩擦因数，般取.转向轴负荷，.,单位为轮胎气压，.,单位为。转向器角传动比的计算转向系的传动比由转向系的角传动比和转向系的力传动比组成．从轮胎接触地面中心作用在两个转向轮上的合力与作用在方向盘上的手力之比称为力传动比。方向盘的转角和驾驶员同侧的转向轮转角之比称为转向系角传动比.它又由转向器传动比转向传动装置角传动比所组成.式中汽车轴距单位为汽车最小转弯半径单位为前轮轮距单位为转向盘转角速度，转向轮转角速度，.转向器传动比,.。图.转向原理图作用在转向盘上的手力的计算.式中转向摇臂长，单位为原地转向阻力矩，.•转向节臂长，单位为转向盘直径，转向器角传动比，.η转向器正效率，η.。因齿轮齿条式转向传动机构无转向摇臂和转向节臂，故不代入数值。梯形臂长度的计算轮辋直径梯形臂长度取轮胎直径的计算取转向横拉杆直径的计算.式中.•取主动齿轮轴的计算.式中取.齿轮齿条式转向器的设计齿轮齿条式转向器的设计要求齿轮齿条式转向器若用直齿圆柱齿轮则会使运转平稳性降低冲击大噪声增加。齿轮齿条式转向器的齿轮多数采用斜齿圆柱齿轮。齿轮模数的取值范围多在之间，主动小齿轮齿数多数在个齿范围变化，压力角，齿轮螺旋角的取值范围多在之间。齿条齿数应根据转向轮达到最大偏转角时，相应地齿条移动行程应达到的值来确定。变速比的齿条压力角，对现有结构在范围内变化。此外，设计时应验算齿轮的抗弯强度和接触强度。主动小齿轮选用或材料制造，而齿条常采用钢制造。为减轻质量，壳体用铝合金压铸。齿轮齿条转向器的主要部件.齿轮齿轮是只切有齿形的轴。它安装在转向器壳体上并使其齿与齿条上的齿相啮合。齿轮齿条上的齿可以是直齿也可以是斜齿。齿轮轴上端与转向柱内的转向轴相连。因此，转向盘的旋转使齿条横向移动已操纵前轮。齿轮轴由安装在转向器壳体上的球轴承支承。选择齿轮类型根据齿轮传动的工作条件，选用斜齿圆柱齿轮与斜齿齿条啮合传动方案选择齿轮传动精度等级选用级精度初选参数如下表所示表.齿轮的设计参数设计名称计算公式计算结果模数.齿数压力角螺旋角斜齿圆柱齿轮直径齿条齿条是在金属壳体内来回滑动的，加工有齿形的金属条。转向器壳体是安装在前横梁或前围板的固定位置上的。齿条代替梯形转向杆系的摇杆和转向摇臂，并保证转向横拉杆在适当的高度以使他们与悬架下摆臂平行。齿条可以比作是梯形转向杆系的转向直拉杆。导向座将齿条支持在转向器壳体上。