摘 要

本文以阿克曼转向几何为基础，多种设计方法相结合，设计了一种可应用于四轴观光车的双前轴转向系统。主要针对转向系与转向传动机构进行了研究与讨论并做出设计方案，为双轴转向系统的设计提供一种思路与方案，对汽车转向系统的研究与发展有重要意义。

论文利用阿克曼转向几何说明各转向轮之间的运动关系，并计算出最小转向半径以及两前轴内外轮的转角之间的关系，并以此为基础利用平面设计的知识对转向器进行了选型设计，进而对转向传动机构进行进一步的设计，最终得到一份能够应用在四轴观光车上的双前轴转向系统。

设计虽以某型四轴观光车为模板进行，但其设计的思路与方案可以应用于各类双轴转向车的设计计算过程中，只需对某些部件的选型进行适当调整即可。设计结果以A0图纸的形式给出，一份循环球式转向器的装配图，一份蜗轮蜗杆传动机构的零件图。

关键词：双前轴转向；阿克曼转向几何；转向传动机构；转向器

Abstract

This paper is based on the Ackermann steering geometry, with the combination of various design methods, a double front axle steering system which can be applied to four-axis sightseeing bus is designed. This paper mainly studies and discusses the steering system and steering transmission mechanism and makes a design scheme, which provides a train of thought and a scheme for the design of double front axle steering system, and is of great significance to the research and development of automobile steering system.

In this paper, Ackermann steering geometry is used to explain the motion relationship between the steering wheels, and the relationship between the rotation angle of the inner and outer wheels of the two front axles, and the minimum steering radius is calculated. On this basis, the knowledge of graphic design is used to select the steering gear, then the steering transmission mechanism is further designed. Finally, a double steering system which can be applied to the four-axis sightseeing bus is obtained.

Although the design chooses a four-axle sightseeing car as a template, its design ideas and schemes can be applied to the design and calculation process of all kinds of double axle steering cars, only have to adjust the selection of some parts properly. The design results are given in the form of A0 drawings, an assembly drawing of ball circulating steering gear and a part drawing of worm gear transmission mechanism.

Key words：double front axle steering system；Ackermann steering geometry；steering transmission mechanism；steering gea

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景与意义 1

1.1.1 国内外双轴汽车转向研究现状 1

1.1.2 课题研究的意义 2

1.2 课题研究主要内容 2

1.2.1 本文设计主要内容 2

1.2.2 设计研究的思路与方案 2

1.3 设计的初始参数 3

1.4 转向系统简述 4

1.4.1 转向轮定位参数 4

1.4.2 转向梯形 4

第2章 转向梯形的综合设计 5

2.1 各转向轮间的转角关系 5

2.2 最小转向半径 6

2.3 转向梯形的设计 7

第3章 循环球式转向器的参数设计 9

3.1 转向器概述 9

3.2 转向器的类别与其适用 9

3.2.1 循环球式转向器 9

3.2.2 齿轮齿条式转向器 9

3.2.3 蜗杆指销式转向器 9

3.3 转向器选型 10

3.4 基本参数 10

3.4.1 模数m与其他基本参数 10

3.4.2 钢球中心距d₀ 10

3.4.3 工作圈数W 11

3.4.4 螺杆螺旋滚道参数 11

3.5 性能参数的计算 12

3.5.1 正负效率 12

3.5.2 转向器的角传动比 12

3.5.3 转向传动机构的角传动比 13

3.5.4 转向传动机构的力传动比 13

3.5.5 轮胎基本参数 14

3.6 齿扇基准截面参数的计算 14

3.6.1 齿扇基准截面基本参数设计 14

3.6.2 齿扇基准截面参数设计 15

第4章 循环球式转向器的力学计算 17

4.1 转向轮上的转向阻力矩 17

4.2 转向盘上的切向力 18

4.3 钢球与滚道间接触应力 18

4.4 钢球工作总圈数 19

4.5 转向摇臂轴直径的确定 20

第5章 传动机构的设计 21

5.1 双轴转向器的连接 21

5.1.1 摇臂机构传动的选型 21

5.1.2 蜗轮蜗杆的材料选择 21

5.2 蜗轮蜗杆传动机构设计 22

5.2.1 基本参数 22

5.2.2 蜗杆头数、蜗轮齿数与传动比设计 22

5.2.3 蜗杆传动的几何尺寸 22

5.2.4 蜗杆传动的滑动速度和效率 24

5.3 蜗轮蜗杆传动的力学计算 25

5.3.1 受力分析 25

5.3.2 载荷系数 25

5.3.3 蜗轮齿面接触疲劳强度 26

5.3.4 蜗轮轮齿的齿根弯曲疲劳强度 26

第6章 结论 27

参考文献 28

致谢 29

第1章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.1.1 国内外双轴汽车转向研究现状

在工业化发展过程中，汽车的使用始终跟随着时代的脚步。自从1886年卡尔本茨发明了世界上第一辆汽车之后，人类社会就此进入了汽车工业时代^[1]。经过了一百多年的技术革新，汽车已经从名门贵族的专属物逐渐走进了平民百姓的家庭，而汽车在商业上的发展也使其成为了各行各业不可或缺的伙伴。随着时代的发展与科技的进步，商用车的需求量越来越大，对商用车本身的要求也越来越严格，曾经的小容量汽车已经满足不了商用车的承载需求，因此汽车也越做越大。在如此的发展趋势中，多轴转向汽车也应运而生。而在多轴汽车中应用最广泛的当属双前轴转向汽车。

在上个世纪，国内外的汽车设计师针对双前轴转向汽车做了大量的研究，研制出了形形色色的，应用于各种场合、适应各种工作需求的双前轴转向汽车。在国内，清华汽车设计院、吉林车辆研究中心、长春一汽等单位执产业之牛耳，对各类双前轴转向汽车做出了非常重要的贡献。典型的有北京理工大学的孟详、陈思忠^[2]等人，通过建立双前轴转向汽车的转向模型，进一步推导各转轴间的内在联系，并运用空间几何的方法，阐述了多轴转向的运动性能；华中科技大学的李明兵、陈立平等人，建立了多轴转向汽车的多体运动学模型，在运动学理论的基础上，通过仿真软件建立了运动学仿真分析的模型，最后为了验证设计结果，分析设计的准确性，安排进行了整车实验，进一步对双前轴转向汽车的转向性能进行系统分析。