循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器計(jì)算說(shuō)明書

1、汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)摘要循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是由螺桿和螺母共同形成的螺旋槽內(nèi)裝鋼球構(gòu)成的傳動(dòng)副，以及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動(dòng)副總成。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是：在螺桿與螺母 之間因?yàn)橛锌梢匝h(huán)流動(dòng)的鋼球，將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，因而傳動(dòng)效率可達(dá)到 75%85%;在結(jié)構(gòu)和工藝上采取措施后，包括提高制造精度，改善工作表面的表面粗 糙度，螺桿和螺母上的螺旋槽經(jīng)淬火和磨削加工， 使之有足夠的硬度和耐磨損性能，可 保證有足夠的使用壽命；轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比可以變化；工作平穩(wěn)可靠；齒條和齒扇之間的 間隙調(diào)整工作容易進(jìn)行；適合來(lái)做整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。本文的主要內(nèi)容即是設(shè)計(jì)一款機(jī)械式循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。通過(guò)查閱相關(guān)文

2、獻(xiàn)資料， 進(jìn)行循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算與強(qiáng)度校核，然后進(jìn)行循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的三維 CATIA建模，最后繪制轉(zhuǎn)向器的二維裝配圖及其重要零件的零件圖。關(guān)鍵詞：循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器；三維建模；螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)副1Circulati ng Ball Type Steeri ng of the VehicleDesig nAbstractCirculati ng ball type steeri ng gear is formed by the screw and nut of the spiral groove ball in side the tran smissi on, vice, and the n

3、ut on the rack and con stitute of the rocker arm shaft gear fan drive assembly.Theadvantage of circulating ball type steering gear :Between the screw and nut because of circulating ball,change the sliding friction to rolling friction,so transmission efficiency can reach 75% 85%;On the structure and

4、process measures,i nclud ing improve the manu facturi ng accuracy, and improve the surface rough ness of the work surface,the spiral groove on the screw and nut for que nching and grindin g.Make it has eno ugh hard ness and wear resista nee, to en sure adequate service life;Steeri ng gear ratio can

5、change;Stable and reliable;Rack and gear clearanee between fan adjustment work easily;Suitable for in tegrated power steeri ng.The main content of this title is to design a mechanical circulating ball type steering gear.Through con sult ing releva nt literature,to desig n and calculati on of the siz

6、e of the circulati ng ball type steeri ng gear and stre ngth check.The n the circulati ng ball type steeri ng gear three-dime nsio nal modeli ng using CATIA.Fi nally draw the redirector assembly draw ing and part draw ing of importa nt parts.Key words: Circulating ball type steering gear;3 d modelin

7、g;The screw and nut comb in ati on1目錄摘要 1Abstract 1第1章緒論 11.1 課題背景 11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.3 研究的目的及意義 31.4 研究?jī)?nèi)容和設(shè)計(jì)方法 4第2章轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 52.1 轉(zhuǎn)向器的組成與分類 52.2 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器方案分析 62.3 轉(zhuǎn)向器主要性能參數(shù) 72.3.1 轉(zhuǎn)向器的效率 82.3.2 傳動(dòng)比的變化特性 92.3.3 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙 ：t 122.4 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)與計(jì)算 132.4.1 轉(zhuǎn)向器計(jì)算載荷的確定 132.4.2 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要尺寸參數(shù)的確定 132.4.3 零件的強(qiáng)度校核 20

8、第3章 基于CATIA的三維造型 233.1 CATIA簡(jiǎn)介 233.2 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的三維建模 233.2.1 轉(zhuǎn)向螺桿的建模 233.2.2 轉(zhuǎn)向器的裝配設(shè)計(jì) 24總結(jié) 27致謝 28參考文獻(xiàn) 29附件一 31附件二 341第1章 緒論1.1 課題背景21世紀(jì)的開局十年，既是我國(guó)改革開放經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)的十年，也是我國(guó)的汽車工 業(yè)快速發(fā)展的十年。2009年，我國(guó)汽車工業(yè)產(chǎn)銷量突破1000萬(wàn)量大關(guān)，躍居世界第一 位。在這樣的大環(huán)境下，汽車零部件也得到了飛速的發(fā)展。 汽車零部件行業(yè)是汽車工業(yè) 發(fā)展的基礎(chǔ)，其帶動(dòng)的產(chǎn)業(yè)很多，比如上游的鋼材、有色金屬、石油、橡膠及其他的材 料行業(yè)，還有處于下游的整車

9、裝配行業(yè)和汽車的服務(wù)維修行業(yè)。隨著我國(guó)整車消費(fèi)市場(chǎng)和汽車保有量的大幅提升，不僅僅吸引了國(guó)外的汽車品牌來(lái)中國(guó)合資建廠，同時(shí)許多的國(guó)際知名汽車零部件廠商也把目光聚焦在了中國(guó)這片市場(chǎng)上，包括電裝、博世、馬勒、 博澤、法雷奧等等。當(dāng)然國(guó)內(nèi)也成長(zhǎng)起來(lái)一大批汽車配套零部件企業(yè)。全球汽車行業(yè)的整車廠和零部件廠關(guān)系大體分為三種模式，一是以歐美為代表的平 行發(fā)展模式，即零部件企業(yè)完全與整車廠是相互獨(dú)立的， 零部件企業(yè)通過(guò)自由競(jìng)爭(zhēng)來(lái)贏 取市場(chǎng)，獲得發(fā)展；二是以日韓為代表的塔式模式，整車企業(yè)與零部件企業(yè)之間是利益 共同體的關(guān)系，兩種企業(yè)之間的合作關(guān)系很深，相互依存，共同發(fā)展；三是中國(guó)計(jì)劃經(jīng) 濟(jì)時(shí)代的模式，即零部件廠

10、附屬于整車廠，比如一汽，東風(fēng)這些國(guó)有企業(yè)。目前在國(guó)內(nèi) 仍有部分企業(yè)采取這種模式。然而隨著國(guó)際化浪潮的不斷推進(jìn)，經(jīng)濟(jì)全球化已經(jīng)成為世 界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主流趨勢(shì)，這種整車廠和零部件企業(yè)的關(guān)系也在不斷地豐富和變換著?，F(xiàn)在歐美企業(yè)也越來(lái)越強(qiáng)調(diào)整車企業(yè)和零部件企業(yè)共同合作的關(guān)系；而在一些日韓的汽車企業(yè)當(dāng)中，也有全球化采購(gòu)零部件的傾向。如今，整車廠對(duì)零部件廠提出越來(lái)越高的要 求，零部件企業(yè)已經(jīng)不是傳統(tǒng)的意義上的單純的零部件供應(yīng)商，二是能夠給整車廠提供系統(tǒng)的解決方案的供應(yīng)商。也就是說(shuō)，在整車廠研發(fā)設(shè)計(jì)產(chǎn)品階段會(huì)對(duì)各個(gè)總成零部件 提出限定和要求，或者在產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生問(wèn)題的時(shí)候， 這時(shí)候都要求零部件供應(yīng) 商來(lái)

11、協(xié)作，提供配套的解決方案。這就對(duì)零部件企業(yè)提出了更高的要求， 比如要有很強(qiáng) 的創(chuàng)新能力和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等?；谶@樣的趨勢(shì)，零部件企業(yè)要想獲得更好的發(fā)展， 就必須 在前沿技術(shù)開發(fā)的早期，就與整車廠進(jìn)行緊密的合作，共同發(fā)展，合作共贏。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的 眼光看，這種模式下的整車廠和零部件企業(yè)之間是共創(chuàng)未來(lái)的關(guān)系，為整車廠和零部件企業(yè)創(chuàng)造了和諧發(fā)展的環(huán)境和廣闊空間。經(jīng)過(guò)多年的努力發(fā)展，國(guó)有品牌零部件質(zhì)量有了很大的提高， 但是整體的質(zhì)量水平 與外資企業(yè)相比還是有一定的差距的，尤其是在產(chǎn)品的一致性和可靠性方面還有很多需 要盡快提升的。當(dāng)然，這也是有原因的。由于部分國(guó)內(nèi)零部件企業(yè)仍然處在粗放式的生 產(chǎn)管理方式階段，缺少對(duì)

12、工藝系統(tǒng)的研究與持續(xù)改進(jìn)， 過(guò)程控制能力不足，產(chǎn)品質(zhì)量不 穩(wěn)定，很難形成高質(zhì)量的產(chǎn)品，這樣在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)方面就很難形成優(yōu)勢(shì)。產(chǎn)品的技術(shù)實(shí) 力是企業(yè)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的核心要素，國(guó)外的零部件企業(yè)的來(lái)源于不斷地研發(fā)投入和持續(xù) 的技術(shù)創(chuàng)新。而反觀國(guó)內(nèi)，由于起步比較晚，國(guó)內(nèi)零部件企業(yè)在這一方面仍有欠缺。目 前，國(guó)內(nèi)的零部件供應(yīng)商大多采用“來(lái)圖加工”的模式，即整車廠商將產(chǎn)品數(shù)據(jù)及圖樣 提供給零部件供應(yīng)商，后者按照?qǐng)D樣進(jìn)行生產(chǎn)加工制造。多數(shù)企業(yè)沒(méi)有完全掌握核心技 術(shù)，產(chǎn)品市場(chǎng)多面向中低端，高端產(chǎn)品較少。尤其是在涉及動(dòng)力系統(tǒng)、油耗、排放、安 全等電控零部件方面技術(shù)落后，部分領(lǐng)域甚至處于空白?？梢哉f(shuō)，汽車零部件產(chǎn)業(yè)的

13、發(fā)展水平直接影響著我國(guó)汽車工業(yè)的未來(lái)，因此，加強(qiáng)零部件的設(shè)計(jì)，提高其質(zhì)量和技術(shù)水平便顯得尤為重要。轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的重要組成的部件， 對(duì)其進(jìn)行深入的研究意義重大。而循環(huán)球 式轉(zhuǎn)向器由于具有較高的傳動(dòng)效率，磨損較小，使用壽命長(zhǎng)，近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)的發(fā)展，作為汽車關(guān)鍵部件之一的轉(zhuǎn)向器也得到了相應(yīng)的發(fā)展， 基本上形成了專業(yè)化、系列化的生產(chǎn)局面。汽車轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)很多，但從目前的使用的 普遍程度來(lái)看，主要有四種類型：循環(huán)球式、齒輪齒條式、蝸桿滾輪式、蝸桿銷式1 0而且齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器也是應(yīng)用最廣泛的兩種轉(zhuǎn)向器。汽車車速的不斷提高，需要在高速時(shí)

14、有更加良好的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，這就要求轉(zhuǎn)向器具有較高的剛度。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由于通過(guò)鋼球的滾動(dòng)來(lái)傳遞轉(zhuǎn)向力，具有較高的強(qiáng)度，并且該轉(zhuǎn)向器可以被設(shè)計(jì)成具有等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，適用于高速車輛。當(dāng)齒條齒扇傳動(dòng)副產(chǎn)生磨損后，可以重新 調(diào)整間隙，使其保持合適的傳動(dòng)間隙，從而減少振動(dòng)，提高轉(zhuǎn)向器壽命。目前，汽車上廣泛采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。 在循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要包 括齒輪齒條傳動(dòng)副，螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)副以及導(dǎo)球機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 所謂導(dǎo)球機(jī)構(gòu)，是指將螺桿 螺母之間的滾球，經(jīng)導(dǎo)向管組成首尾相接的循環(huán)線路的裝置。 這裝置包括螺母螺桿，滾 球及導(dǎo)管。正確設(shè)計(jì)的導(dǎo)球機(jī)構(gòu)，可保證在不發(fā)生任何干涉且阻力較小的情況下，引導(dǎo)滾球在該機(jī)構(gòu)

15、中順利流通。相反，如設(shè)計(jì)不合理，就可能產(chǎn)生過(guò)大的阻力，使傳動(dòng)效率 降低，甚至?xí)l(fā)生幾何干涉，使導(dǎo)管損壞。目前設(shè)計(jì)導(dǎo)球機(jī)構(gòu)的方法，一般是參照現(xiàn) 有結(jié)構(gòu)選擇幾何參數(shù)，試制出樣品以后再根據(jù)滾球流通情況進(jìn)行修正。螺母滾球與螺桿組成行星機(jī)構(gòu)，滾球相當(dāng)于行星輪。當(dāng)螺母不動(dòng)而螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾 球一方面繞自身的中心自轉(zhuǎn)，同時(shí)又繞螺桿的中心公轉(zhuǎn)。滾球公轉(zhuǎn)時(shí)，其球心的運(yùn)動(dòng)軌 跡是一條螺旋線。螺母上如裝有導(dǎo)管，導(dǎo)管阻止?jié)L球沿滾道運(yùn)動(dòng)，使其改變方向而沿導(dǎo) 管運(yùn)動(dòng)。滾球由沿螺旋運(yùn)動(dòng)改為由導(dǎo)管運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)使運(yùn)動(dòng)阻力增加。如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，則 會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉現(xiàn)象。如何使?jié)L球運(yùn)動(dòng)通暢，關(guān)鍵問(wèn)題是設(shè)計(jì)合理的幾何尺寸。 影響滾 球運(yùn)動(dòng)通

16、暢的主要幾何因素為滾道截面形狀，螺旋導(dǎo)程角，導(dǎo)管的布置，滾球直徑以及 螺母，螺桿傳動(dòng)副的尺寸。螺母的螺旋槽與螺桿的螺旋槽形成滾球的運(yùn)動(dòng)軌道，或稱為 滾道。假定滾道與滾球間沒(méi)有間隙，在滾道上任意位置的滾球，有的運(yùn)動(dòng)為沿該點(diǎn)螺旋 線切線方向的移動(dòng)及繞滾球本身球心的轉(zhuǎn)動(dòng)0導(dǎo)管的作用即是限制其螺旋線上的運(yùn)動(dòng) 而引導(dǎo)其沿導(dǎo)管運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)管限制滾球沿螺旋線運(yùn)動(dòng)而引導(dǎo)其沿導(dǎo)管運(yùn)動(dòng)特性，稱為導(dǎo)管導(dǎo)球特性。滾球的運(yùn)動(dòng)，可用其球心的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)描述，導(dǎo)管導(dǎo)球特性即為描述滾球球 心軌跡的方程式或曲線。導(dǎo)管在鋼球旋轉(zhuǎn)中起著至關(guān)重要的作用，故在設(shè)計(jì)制造時(shí)應(yīng)給 予充分重視。試驗(yàn)證明，轉(zhuǎn)向器的可靠性主要取決于導(dǎo)管的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量

17、。導(dǎo)管進(jìn)出 孔與鋼球的間隙一般為0.8mm左右，這是為了補(bǔ)償螺母導(dǎo)管孔與滾道間的偏移誤差， 以及導(dǎo)管本身的形狀與尺寸誤差。為減少鋼球在導(dǎo)管中排列不規(guī)則而引起的流通阻力， 推薦導(dǎo)管采用變截面，縮小二導(dǎo)管孔之間的斷面尺寸，使之與鋼球之間的間隙控制在 0.20.4mm 為宜。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是汽車轉(zhuǎn)向器中唯一采用滾動(dòng)摩擦和二級(jí)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)向器，目前國(guó)內(nèi)外所有后輪驅(qū)動(dòng)，以及以后輪驅(qū)動(dòng)主驅(qū)動(dòng)裝置的四輪驅(qū)動(dòng)汽車中的手動(dòng)轉(zhuǎn)向器和動(dòng)力轉(zhuǎn) 向器普遍采用循環(huán)球式，由于采用滾動(dòng)摩擦，其加工精度高于其他轉(zhuǎn)向器。循環(huán)球式轉(zhuǎn) 向器的螺母、螺母滾道的加工精度，直接關(guān)系到轉(zhuǎn)向盤的自由行程和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩， 鋼球應(yīng) 該能保證在螺桿和螺母

18、45°圓弧角上運(yùn)行，運(yùn)行軌跡越窄，轉(zhuǎn)向越輕。加工第一個(gè)螺 桿和螺母后，必須對(duì)其滾道尺寸進(jìn)行精密測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果選擇合適的鋼球，螺桿、 螺母滾道與循環(huán)球的間隙應(yīng)控制在 0.02mm以內(nèi)。轉(zhuǎn)向螺桿支撐軸承分為向心球軸承和圓錐滾子軸承，其中向心球軸承轉(zhuǎn)向較輕，進(jìn)口轉(zhuǎn)向器均采用這類軸承。選用向心球軸承必須保證上下軸承蓋的同軸度誤差小于 0.1mm，如果向心球軸承上、下軸承蓋同軸度誤差過(guò)大，使用中可能會(huì)使相對(duì)比較單薄 的轉(zhuǎn)向器上蓋破裂，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向失效，極易引發(fā)交通事故3。國(guó)內(nèi)加工精度較一般的轉(zhuǎn)向 器廠通常選用圓錐滾子軸承，該軸承雖比向心球軸承滾動(dòng)阻力大， 但對(duì)上下軸承蓋的同 軸度誤差要求略微寬

19、松。螺桿支承軸承預(yù)緊力的調(diào)整，分為調(diào)整墊和調(diào)整螺母兩種。采 用調(diào)整墊調(diào)整時(shí)，必須使用鋼制調(diào)整墊。墊與墊之間必須抹密封膠，防止油的泄露，預(yù) 緊力調(diào)整到軸向間隙小于0.05m m,旋轉(zhuǎn)起來(lái)十分輕松即為合適。轉(zhuǎn)向盤的自由行程即為轉(zhuǎn)向盤的自由轉(zhuǎn)動(dòng)量， 它是指汽車在直線位置上轉(zhuǎn)向盤的空 行程，即轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)，而轉(zhuǎn)向輪無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程。轉(zhuǎn)向盤的自由行程是整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)綜合 間隙在轉(zhuǎn)向盤上的反應(yīng)，其間隙主要是指轉(zhuǎn)向器齒條和齒扇之間的嚙合間隙。手動(dòng)齒扇轉(zhuǎn)向器為5個(gè)齒，動(dòng)力轉(zhuǎn)向器齒扇為3個(gè)齒。調(diào)整其自由行程時(shí)，應(yīng)將齒扇中央點(diǎn)（齒 扇中間的齒）對(duì)準(zhǔn)齒條，此時(shí)齒扇和齒條之間的嚙合間隙為最小，在此點(diǎn)（即汽車在直 線行駛的位置

20、上）處調(diào)整自由行程。通常情況下，轉(zhuǎn)向盤自由行程調(diào)整的越小越好。進(jìn) 口汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向盤自由行程通常不超過(guò)10°，以轎車為例，轉(zhuǎn)向盤自由行程應(yīng)該控制在37mm之內(nèi)。國(guó)產(chǎn)輕型汽車轉(zhuǎn)向盤自由行程通常規(guī)定不得超過(guò)15°，即左右個(gè)7.5°，轉(zhuǎn)向盤自由行程應(yīng)該在54mm之內(nèi)。中型汽車轉(zhuǎn)向盤自由行程通常規(guī)定 不得超過(guò)20°，即左右各10°轉(zhuǎn)向盤自由行程應(yīng)該在80mm之內(nèi)（中型汽車的轉(zhuǎn)向盤 直徑大）4。如果轉(zhuǎn)向盤自由行程較大時(shí)，轉(zhuǎn)向器較輕，但調(diào)整到規(guī)定的行程時(shí)，轉(zhuǎn)向 器明顯變重，說(shuō)明螺母、螺桿滾道加工精度不夠。轉(zhuǎn)向盤保持適當(dāng)?shù)淖杂尚谐炭梢允共?縱柔和，減

21、小轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的沖擊載荷。但自由行程必須適當(dāng)，過(guò)大則影響轉(zhuǎn)向操縱的靈敏 度，過(guò)小使轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)吃力。在汽車運(yùn)行的過(guò)程中，尤其是在一些路面質(zhì)量較差的路段行 駛時(shí)，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)受沖擊載荷頻繁，致使轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)各結(jié)合部位極易磨損， 齒條和齒扇之間 的嚙合間隙增大，轉(zhuǎn)向直拉桿上球頭銷和球頭座磨損增大，轉(zhuǎn)向盤自由行程也勢(shì)必增大， 影響操縱靈敏度。因此必須定期對(duì)方向盤自由行程進(jìn)行檢查和調(diào)整。在進(jìn)行轉(zhuǎn)向盤自由行程檢查調(diào)整時(shí)，一般先調(diào)整轉(zhuǎn)向螺桿的軸承預(yù)緊度， 轉(zhuǎn)向盤應(yīng)無(wú)明顯的軸向竄動(dòng)，否 則可用增減墊片來(lái)調(diào)整；齒條和扇形齒輪的嚙合間隙的調(diào)整用擰動(dòng)調(diào)整螺釘來(lái)調(diào)整。1.3 研究的目的及意義本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是針對(duì)汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器

22、， 根據(jù)一些指定的參數(shù)，并且結(jié)合汽 車設(shè)計(jì)和其他相關(guān)書籍中關(guān)于轉(zhuǎn)向器的理論知識(shí)設(shè)計(jì)一款循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，確定其相關(guān)參數(shù)，使設(shè)計(jì)出的轉(zhuǎn)向器符合使用要求。另外，也是通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，熟悉掌握設(shè) 計(jì)步驟與理念，為以后在專業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1.4 研究?jī)?nèi)容和設(shè)計(jì)方法研究?jī)?nèi)容：(1) 調(diào)研收集課題相關(guān)資料，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)課題進(jìn)行必要的文獻(xiàn)檢索， 查閱、歸納、 整理相關(guān)資料；(2) 深入學(xué)習(xí)并掌握汽車設(shè)計(jì)、汽車構(gòu)造等專業(yè)知識(shí)，了解循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)的 指導(dǎo)思想和設(shè)計(jì)原則；(3) 掌握汽車設(shè)計(jì)的方法和步驟，參考相關(guān)資料、標(biāo)準(zhǔn)和手冊(cè)，對(duì)各零部件進(jìn)行選 型。計(jì)算、校核等；(4) 計(jì)算循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要參

23、數(shù)，并對(duì)其重要部件進(jìn)行強(qiáng)度校核，確定相關(guān)參 數(shù)、材料以及裝配要求。繪制循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的三維模型，按照標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)工藝要求， 繪制汽車轉(zhuǎn)向器總裝配圖和主要零件圖。設(shè)計(jì)方法：根據(jù)設(shè)計(jì)中已知參數(shù)并結(jié)合已學(xué)的理論知識(shí)，分析并計(jì)算得到循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，然后利用相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)轉(zhuǎn)向器的重要部件進(jìn)行強(qiáng)度校核，校核的結(jié)果不符合國(guó)家相關(guān)要求則需要重新計(jì)算， 當(dāng)結(jié)果滿足要求的時(shí)候，可確定其相關(guān)幾何 尺寸并完成圖紙的繪制，結(jié)束本論文的設(shè)計(jì)工作。4第2章轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)2.1 轉(zhuǎn)向器的組成與分類汽車在行駛過(guò)程中，需按駕駛員的意志經(jīng)常改變其行駛方向，即所謂汽車轉(zhuǎn)向。就 輪式汽車而言，實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向的方法是，駕駛員通過(guò)

24、一套專設(shè)的機(jī)構(gòu)，使汽車轉(zhuǎn)向橋上 的車輪相對(duì)于汽車縱軸線偏轉(zhuǎn)一定角度。在汽車直線行駛時(shí)，往往轉(zhuǎn)向輪也會(huì)受到路面 側(cè)向干擾力的作用，自動(dòng)偏轉(zhuǎn)而改變行駛方向。此時(shí)，駕駛員也可利用這套機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向 輪向相反方向偏轉(zhuǎn)，從而使汽車恢復(fù)原來(lái)的行駛方向。這一套用來(lái)改變或恢復(fù)汽車行駛 方向的專設(shè)機(jī)構(gòu)，即稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向系即是用來(lái)保持或者改變汽車行駛方向的 機(jī)構(gòu)，在汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。汽車轉(zhuǎn)向系可按轉(zhuǎn)向能源的不同分為機(jī)械式轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系兩大類。機(jī)械轉(zhuǎn)向系的能量來(lái)源是人力，所有傳力件都是機(jī)械的，由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)三大部分組成。其中轉(zhuǎn)向器是將操縱機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

25、轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃?dòng)機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)的 機(jī)構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系除具有以上三大部件外， 其最主要的動(dòng)力來(lái)源 是轉(zhuǎn)向助力裝置。由于轉(zhuǎn)向助力裝置最常用的是一套液壓系統(tǒng)， 因此也離不開泵、油管、 閥、活塞和儲(chǔ)油罐。轉(zhuǎn)向盤即通常所說(shuō)的方向盤。轉(zhuǎn)向盤內(nèi)部有金屬制成的骨架，是用 鋼、鋁合金或鎂合金等材料制成。由圓環(huán)狀的盤圈、插入轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)向盤轂，以及連接 盤圈和盤轂的輻條構(gòu)成。采用焊接或鑄造等工藝制造，轉(zhuǎn)向軸是由細(xì)齒花鍵和螺母連接 的。骨架的外側(cè)一般包有柔軟的合成橡膠或樹脂， 也有采用皮革包裹以及硬木制作的轉(zhuǎn) 向盤。轉(zhuǎn)向盤外皮要求有某種程度的柔軟度，手感良好，能防止手心出汗打滑的材質(zhì)， 還需要有耐熱、耐候

26、性。轉(zhuǎn)向盤位于司機(jī)的正前方，是碰撞時(shí)最可能傷害到司機(jī)的部件， 因此需要轉(zhuǎn)向盤具有很高的安全性， 在司機(jī)撞到轉(zhuǎn)向盤上時(shí)，骨架能夠產(chǎn)生變形，吸收 沖擊能，減輕對(duì)司機(jī)的傷害。轉(zhuǎn)向盤的慣性力矩也是很重要的，慣性力矩小，我們就會(huì) 感到“輪輕”，操作感良好，但同時(shí)也容易受到轉(zhuǎn)向盤的反彈的影響，為了設(shè)定適當(dāng)?shù)?慣性力矩，就要調(diào)整骨架的材料或形狀等?，F(xiàn)在的轉(zhuǎn)向盤與以前的看似沒(méi)有太大變化， 但實(shí)際上已經(jīng)有了改進(jìn)。由于轉(zhuǎn)向助力裝置的普及，轉(zhuǎn)向盤外徑變小了，而手握處卻變 粗了，采用柔軟材料，使操作感得到了改善。現(xiàn)在有越來(lái)越多的汽車在轉(zhuǎn)向盤里安裝了 安全氣囊，也使汽車的安全性大大提高了 。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)向力

27、矩。該力 矩通過(guò)轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向萬(wàn)向節(jié)、和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸輸入轉(zhuǎn)向器。經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大后的力矩和減速 后的運(yùn)動(dòng)傳到轉(zhuǎn)向搖臂，再通過(guò)轉(zhuǎn)向直拉桿傳給固定于左轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂， 使左轉(zhuǎn) 向節(jié)和它所支撐的左轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸這一系列零件和部件，均屬于 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)。有轉(zhuǎn)向搖臂至轉(zhuǎn)向梯形這一系列零件和部件，均屬于轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 對(duì)轉(zhuǎn)向系提出的要求有：（1）汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，全部車輪應(yīng)繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)， 任何車輪不應(yīng)有側(cè)滑。不 滿足這項(xiàng)要求會(huì)加速輪胎磨損，并降低汽車的行駛穩(wěn)定性。（2）汽車轉(zhuǎn)向行駛后，在駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤的條件下，轉(zhuǎn)向輪能自動(dòng)返回到直線行 駛位置，并穩(wěn)定行駛。（3）汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)

28、向輪都不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒(méi)有擺動(dòng)。（4）轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置共同工作時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生的擺動(dòng) 應(yīng)最小。（5）保證汽車有較高的機(jī)動(dòng)性，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力。（6）操縱輕便。（7）轉(zhuǎn)向輪碰撞到障礙物以后，傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。（8）轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。（9） 在車禍中，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤由于車架或車身變形而共同后移時(shí)，轉(zhuǎn)向系應(yīng)有 能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。（10）進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核。保證轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。正確設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)，可以使第一項(xiàng)要求得到保證。轉(zhuǎn)向系中設(shè)置有轉(zhuǎn)向減震器 時(shí)，能夠防止轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生自振，同時(shí)又能

29、使傳到轉(zhuǎn)向盤上的反沖力明顯降低。要求M1類汽車以50km/h的車速，M2 M3 N1、N2 N3類汽車以40km/h的車速沿曲線半徑為 50m的彎道的切線方向駛離時(shí)，轉(zhuǎn)向盤不得有異常振動(dòng)。為了使汽車具有良好的機(jī)動(dòng)性 能，必須使轉(zhuǎn)向輪有盡可能大的轉(zhuǎn)角，并要達(dá)到按前外車輪軌跡計(jì)算，其最小轉(zhuǎn)彎半徑 大小能達(dá)到汽車軸距的22.5倍。通常用轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力大小和 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)多少兩項(xiàng)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)操縱輕便性。當(dāng)汽車以10km/h的車速?gòu)闹本€進(jìn)入轉(zhuǎn)彎半徑為12m的彎道上行駛時(shí)，作用到轉(zhuǎn)向盤上的最大手力對(duì) M1M2類汽車為150N, 對(duì)M3 N1類汽車為200N,對(duì)N2、N3類汽車為245N。

30、乘用車轉(zhuǎn)向盤從中間位置轉(zhuǎn)到每 一端的圈數(shù)不得超過(guò)2.0圈，貨車則要求不超過(guò)3.0圈。2.2 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器方案分析循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由螺桿和螺母共同形成的螺旋槽內(nèi)裝鋼球構(gòu)成的傳動(dòng)副，以及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動(dòng)副組成。圖2-1循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器示意圖循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是：在螺桿與螺母之間因?yàn)橛锌梢匝h(huán)流動(dòng)的鋼球， 將滑動(dòng) 摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，因而傳動(dòng)效率可達(dá)到 75%85%在結(jié)構(gòu)和工藝上采取措施后，包 括提高制造精度，改善工作表面的表面粗糙度，螺桿和螺母上的螺旋槽經(jīng)淬火和磨削加 工，使之有足夠的硬度和耐磨損性能，可保證有足夠的使用壽命；轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比可以 變化；工作平穩(wěn)可靠；齒條和齒扇之間

31、的間隙調(diào)整工作容易進(jìn)行； 適合用來(lái)作整體式動(dòng) 力轉(zhuǎn)向器8。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：逆效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，制造精 度要求高。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要用于商用車上。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器同樣分為機(jī)械式的和助 力似的，本文主要是設(shè)計(jì)一款機(jī)械式循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。轉(zhuǎn)向器由螺桿、螺母、鋼球、導(dǎo)管、搖臂軸、殼體、側(cè)蓋及上下蓋等主要零件組成。 如圖2-1所示，螺桿螺母支承在殼體兩端的上下蓋軸承中。 螺母下方切制成齒距相等的 齒條，它與搖臂軸上的變厚齒扇相嚙合，搖臂軸的軸頸支承在殼體及側(cè)蓋的滾針軸承中。 轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿時(shí)，通過(guò)鋼球使螺母沿軸線移動(dòng)，螺母齒條與搖臂軸齒扇的嚙合，使搖臂軸往 復(fù)擺動(dòng)。螺桿軸承的預(yù)緊負(fù)荷，可通過(guò)

32、增加或減少上蓋處的調(diào)整墊片， 達(dá)到轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿所 要求的預(yù)緊扭矩。齒條與齒扇的嚙合可通過(guò)調(diào)整側(cè)蓋處的調(diào)整螺釘，使處在中間位置時(shí) 無(wú)嚙合間隙，轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿時(shí)的扭矩應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。 轉(zhuǎn)向器總成通過(guò)通過(guò)螺桿上的漸開線 花鍵與轉(zhuǎn)向軸相聯(lián)接，轉(zhuǎn)向器與轉(zhuǎn)向盤間有兩個(gè)（或一個(gè) ）十字軸萬(wàn)向節(jié)。螺桿與螺母 具有與鋼球精密配合的螺紋滾道，其法向斷面由雙圓弧構(gòu)成，其優(yōu)點(diǎn)是消除螺桿與螺母 的相對(duì)位移，減小轉(zhuǎn)向盤的自由行程；在低負(fù)荷時(shí)，滾道與鋼球?yàn)辄c(diǎn)接觸，負(fù)荷較大時(shí) 為局部接觸，從而提高轉(zhuǎn)向器的效率；鋼球與滾道間的間隙可儲(chǔ)存雜物，減少磨損，提 高壽命。為減少鋼球與滾道的接觸應(yīng)力，采用高精度鋼球，分組裝配，使螺桿與螺母的 間隙

33、控制在允許的范圍內(nèi)。2.3 轉(zhuǎn)向器主要性能參數(shù)表1原始參數(shù)名稱參數(shù)角傳動(dòng)比20.25最大工作壓力12.9MPa前橋負(fù)荷（G!）23T理論最大輸出力矩1665N旋向右旋輸出擺角士 45°齒扇模數(shù)6231轉(zhuǎn)向器的效率功率P1從轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出所求得的效率稱為正效率，用符號(hào) .表示，+ =（RP2）/R ;反之稱為逆效率，用符號(hào)表示，=（P3-P2）/P3。式中，巳為 轉(zhuǎn)向器的摩擦功率；Pj為作用在轉(zhuǎn)向搖臂上的功率。為了保證轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤輕便，要求正效率高；為了保證汽車轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤能自動(dòng)返回到直線行駛位 置，又需要有一定的逆效率。為了減輕在不平路面上的行駛時(shí)駕駛

34、員的疲勞，車輪與路面之間的作用力傳至轉(zhuǎn)向盤上要盡可能小，防止打手，這又要求此逆效率盡可能低。影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有：轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。（1）轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與效率，在前述四種轉(zhuǎn)向器中，齒輪齒條式、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率比較高，而蝸桿指銷式特別是固定銷和蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的正效率要明 顯低一些。同一類型轉(zhuǎn)向器，因結(jié)構(gòu)不同效率也不一樣。如蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的滾輪與 支持軸之間的軸承可以選用滾針軸承、圓錐滾子軸承和球軸承等三種結(jié)構(gòu)之一。第一種 結(jié)構(gòu)除滾輪與滾針之間有摩擦損失外， 滾輪側(cè)翼與墊片之間還存在滑動(dòng)摩擦損失， 故這 種轉(zhuǎn)向器的效率僅有54%。另外兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器

35、效率，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分別為70%和75%轉(zhuǎn)向搖臂軸軸承的形式對(duì)效率也有影響，用滾針軸承比用滑動(dòng)軸承可使正或逆 效率提高約10%（2）轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率，如果忽略軸承和其他地方的摩擦損失， 只考慮嚙合 副的摩擦損失，對(duì)于蝸桿和螺桿類轉(zhuǎn)向器，其正效率為(2.1)式中，:0為蝸桿（或螺桿）的螺線導(dǎo)成角；，為摩擦角，- arctanf ； f為摩擦因數(shù)取:o 為 8 ； f 取 0.03，'二 arctan f =1.146 ；tan ： 0tan(： 0')tan8”tan(8 1.146)= 87.3%(2.2)根據(jù)逆效率大小不同，轉(zhuǎn)向器又有可逆式和不可逆式之分。路面作用在車輪上

36、的力， 經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向系可大部分傳遞至轉(zhuǎn)向盤， 這種逆效率較高的轉(zhuǎn)向器屬于可逆式。 它能保證轉(zhuǎn) 向后，轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動(dòng)回正。這既減輕了駕駛員的疲勞，又提高了行駛安全性。但 是，在不平路面上行駛時(shí)，車輪受到的沖擊力能大部分傳至轉(zhuǎn)向盤，造成駕駛員“打手”， 使之精神緊張；如果長(zhǎng)時(shí)間在不平路面上行駛，易使駕駛員疲勞，影響安全駕駛10。屬于可逆式的有齒輪齒條式和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。不可逆時(shí)轉(zhuǎn)向器，是指車輪受到的沖擊力 不能傳到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向器。該沖擊力由轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件承受， 因而這些零件容易損 壞。同時(shí)，它既不能保證車輪自動(dòng)回正，駕駛員又缺乏路面感覺(jué)，因此，現(xiàn)代汽車不采 用這種轉(zhuǎn)向器。極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于上

37、述兩者之間， 在車輪受到?jīng)_擊力作用時(shí)，此力只有較小一部分傳至轉(zhuǎn)向盤。它的逆效率極低，在不平路面上行駛時(shí)，駕駛員并不十分 緊張，同時(shí)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件所承受的沖擊力也比不可逆時(shí)轉(zhuǎn)向器要小。如果忽略軸承和其他地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，則逆效率為tan Co - )tan： otan(8-1.146)855%ta n8(2.3)9#由式（2.2 ）和式（2.3 ）可見(jiàn)，增加導(dǎo)程角：-o，正、逆效率均增大。受_增大的 影響，：o不宜取得過(guò)大。當(dāng)導(dǎo)程角小于或等于摩擦角時(shí)，逆效率為負(fù)值或者為零。此 時(shí)表明，該轉(zhuǎn)向器是不可逆時(shí)轉(zhuǎn)向器。為此，導(dǎo)程角必須大于摩擦角，通常螺線導(dǎo)程角 選在8 10之間

38、，取8°。2.3.2 傳動(dòng)比的變化特性轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比i.o和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比ip。從輪胎接地面 中心作用在兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪上合力 2Fw與作用在轉(zhuǎn)向盤的手力Fh之比，稱為力傳動(dòng)比，即ip二 2Fw / Fh轉(zhuǎn)向盤角速度、與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度 k之比，稱為轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比i.o，即(2.4)式中，為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量；d 'k為轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量；dt為時(shí)間增量。i.o又由轉(zhuǎn)向器 角傳動(dòng)比Q和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比io所組成，即i o = i i （2.5 ）轉(zhuǎn)向盤角速度-'w與搖臂軸角速度 'p之比，稱為轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比L .，即(2.6)式中，d 1 p為

39、搖臂軸轉(zhuǎn)角增量。此定義適用于除齒輪齒條式之外的轉(zhuǎn)向器。搖臂軸角速度 p與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度 k之比，稱為轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)的角傳動(dòng)比#(2.7 )輪胎與地面之間的轉(zhuǎn)向阻力 Fw和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩 M r之間有如下關(guān)FwMr(2.8)i10i#式中,a為主銷偏移距，指從轉(zhuǎn)向節(jié)主銷軸線的延長(zhǎng)線與支撐平面的交點(diǎn)至車輪中心平2MhDsw(2.9)式中，Mh為作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩；Dsw為轉(zhuǎn)向盤直徑將式（2.8 ）代入式（2.9）ip =2Fw/Fh后得到_ MrDswM ha(2.10)由式（2.10）可見(jiàn)，當(dāng)主銷偏移距a小時(shí)，力傳動(dòng)比ip應(yīng)取大些才能保持轉(zhuǎn)向輕便。 通常乘用車的a值在0.40.6

40、倍輪胎的胎面寬度尺寸范圍內(nèi)選取，而貨車的a值在4060mm范圍內(nèi)選取11。轉(zhuǎn)向盤直徑Dsw對(duì)輕便性有影響，選用尺寸小些的轉(zhuǎn)向盤，雖 然占用的空間少，但轉(zhuǎn)向時(shí)需對(duì)轉(zhuǎn)向盤施以較大的力； 而選用尺寸大些的轉(zhuǎn)向盤又會(huì)使 駕駛員進(jìn)、出駕駛室時(shí)入座困難。根據(jù)車型不同，轉(zhuǎn)向盤直徑Dsw在380550mm（標(biāo)準(zhǔn)系列內(nèi)選取,這里取Dsw=420mm如果忽略摩擦損失，根據(jù)能量守恒原理，2Mr/Mh為2Mr d .= =IMh _d'k °(2.11)將式（2.11 ）代入式（2.10 ）后得到i o Dsw2a(2.12)當(dāng)a和Dsw不變時(shí)，力傳動(dòng)比ip越大，雖然轉(zhuǎn)向越輕，但i °也越

41、大，表明轉(zhuǎn)向不靈面與支承平面交線間的距離。作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力Fh為i#轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比，除用 L = d0p/dBk表示以外，還可以近似地用轉(zhuǎn)向節(jié)臂臂長(zhǎng)L2與搖臂臂長(zhǎng)Li之比來(lái)表示，即.叱L2 / L?，F(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)中，L2與Li的比值大約在 0.851.10之間，可近似認(rèn)為其比值為1,則i ° : i.戶d /廠。由此可見(jiàn)，研究轉(zhuǎn)向系 的傳動(dòng)比特性，只需研究轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比i.，及其變化規(guī)律即可?？紤]到i L ，由i 0 的定義可知：對(duì)于一定的轉(zhuǎn)向盤角速度，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度與轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比成反比。角傳動(dòng)比增加后，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度對(duì)轉(zhuǎn)向盤角速度的響應(yīng)變得遲鈍， 使轉(zhuǎn)向操縱時(shí)間 增

42、長(zhǎng)，汽車轉(zhuǎn)向靈敏性降低，所以“輕”和“靈”構(gòu)成一對(duì)矛盾 12。為解決這對(duì)矛盾， 可采用變速比轉(zhuǎn)向器。齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器都可以制成變速比轉(zhuǎn)向器。下面介紹齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器變速比工作原理。相互嚙合齒輪的基圓齒距必須相等，即嘉二殮。其中，齒輪基圓齒距Pbi = -mi cos-1，齒條基圓齒距Fk二二m2cos2。由上述兩式可知：當(dāng)具有標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)mi和標(biāo)準(zhǔn)壓力角：i的齒輪與一個(gè)具有變模數(shù) m2、變壓力角:2的齒條相嚙合，并始終保持m cosi =m2cos2時(shí)，它們就可以嚙合運(yùn)轉(zhuǎn)。如果齒條中部（相當(dāng)于 汽車直線行駛位置）齒的壓力角最大，向兩端逐漸減?。?shù)也隨之減?。?則主動(dòng)齒輪嚙合

43、半徑也減小，致使轉(zhuǎn)向盤每轉(zhuǎn)動(dòng)某同一角度時(shí)，齒條行程也隨之減小。因此，轉(zhuǎn)向 器的傳動(dòng)比是變化的。循環(huán)球齒條齒扇式轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比i., = 2:r/p。因結(jié)構(gòu)原因，螺距P不能變化，但可以用改變齒扇嚙合半徑r的方法，達(dá)到使循環(huán)球齒條齒扇式轉(zhuǎn)向器實(shí)現(xiàn)變速比的目 的。隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的變化，轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比可以設(shè)計(jì)成減小、 增大或保持不變的。影響 選取角傳動(dòng)比變化規(guī)律的因素，主要是轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大小和對(duì)汽車機(jī)動(dòng)能力的要求。 若轉(zhuǎn) 向軸負(fù)荷小，則在轉(zhuǎn)向盤全轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，駕駛員不存在轉(zhuǎn)向沉重問(wèn)題 問(wèn)。裝有動(dòng)力轉(zhuǎn)向 的汽車，因轉(zhuǎn)向阻力矩由動(dòng)力裝置克服，所以在上述兩中情況下，均應(yīng)取較小的轉(zhuǎn)向器 角傳動(dòng)比并能減少轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)

44、的總?cè)?shù)，以提高汽車的機(jī)動(dòng)能力。轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大又沒(méi)有裝動(dòng)力轉(zhuǎn)向的汽車，因轉(zhuǎn)向阻力矩大致與車輪偏轉(zhuǎn)角度的大小 成正比變化，汽車低速急轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)的操縱輕便性問(wèn)題突出，故應(yīng)選用大些的轉(zhuǎn)向器角 傳動(dòng)比。汽車以較高車速轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角較小，轉(zhuǎn)向阻力矩也小，此時(shí)要求轉(zhuǎn) 向器應(yīng)當(dāng)小寫。因此，轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比變化曲線應(yīng)選用大致呈中間小兩端大些的下凹形 曲線，轉(zhuǎn)向盤在中間位置時(shí)的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比不宜過(guò)小，否則在汽車高速直線行駛時(shí)， 對(duì)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角過(guò)分敏感和使反沖效應(yīng)加大，使駕駛員精確控制轉(zhuǎn)向輪的運(yùn)動(dòng)有困難。相 當(dāng)于汽車直行位置時(shí)的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比不宜低于i5i6。對(duì)乘用車，推薦轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比i. 在 i725范圍內(nèi)

45、選??；對(duì)商用車，L 在 2332范圍內(nèi)選取，有原始數(shù)據(jù)得i =20.25。ii233轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙：t傳動(dòng)間隙是指各種轉(zhuǎn)向器中傳動(dòng)副（如循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的齒扇和齒條） 之間的間隙 該間隙隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角:的大小不同而改變，這種變化關(guān)系稱為轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性。研究該特性的意義在于，它與直線行駛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向器的使用壽命有關(guān)。直線行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副若存在傳動(dòng)間隙，一旦轉(zhuǎn)向輪受到側(cè)向力作用，就能在間隙的.：t范 圍內(nèi)，允許車輪偏離原行駛位置，是汽車失去穩(wěn)定。為防止出現(xiàn)這種情況，要求傳動(dòng)副 的傳動(dòng)間隙在轉(zhuǎn)向盤處于中間及其附近位置時(shí)要極小，最好無(wú)間隙。轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副在中間及其附近位置因使用頻繁，

46、磨損速度要比兩端快14。在中間附近位置因磨損造成的間 隙大到無(wú)法確保直線行駛的穩(wěn)定性時(shí)， 必須經(jīng)調(diào)整消除該處的間隙。調(diào)整后，要求轉(zhuǎn)向 盤能圓滑地從中間位置轉(zhuǎn)到兩端，而無(wú)卡住現(xiàn)象。為此，傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙特性，應(yīng)當(dāng) 設(shè)計(jì)成在離開中間位置以后呈逐漸加大的形狀。動(dòng)，加工齒扇時(shí)使之繞切齒軸線循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的齒條齒扇傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙特性， 可通過(guò)將齒扇齒做成不同厚度 來(lái)獲取必要的傳動(dòng)間隙，即將中間齒設(shè)計(jì)成正常齒吼，從靠近中間齒的兩側(cè)齒到離開中 間齒最遠(yuǎn)的齒，其厚度依次遞減。如圖2-2所示，齒扇工作時(shí)繞搖臂軸的軸線中心 O轉(zhuǎn)Oi轉(zhuǎn)動(dòng)。兩軸線之間的距離n稱為偏心距。用這種方法切齒，可獲得厚度不同的齒扇齒。其傳

47、動(dòng)特性為t=2tanad |R -ncosPp2 2- n cosr Rn2(2.13)12#式中，d為端面壓力角；R為節(jié)圓半徑； > 為搖臂軸轉(zhuǎn)角；Ri為中心Oi到b點(diǎn)的距離;n為偏心距。偏心距n不同，傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙特性也不同。偏心距 n不同時(shí)的傳動(dòng)間 隙變化特性。n越大，在同一搖臂軸條件下，其傳動(dòng)間隙也越大。一般偏心距n去0.5mm左右為宜圖2-2確定齒扇齒切齒軸線偏移的傳動(dòng)副徑向間隙厶R及傳動(dòng)間隙 t的示意圖2.4 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)與計(jì)算241轉(zhuǎn)向器計(jì)算載荷的確定為了保證行駛安全，組成轉(zhuǎn)向系的各零件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。 欲驗(yàn)算轉(zhuǎn)向系零件的強(qiáng) 度，需首先確定作用在各零件上的力。影響這

48、些力的主要因素有轉(zhuǎn)向軸的負(fù)荷， 路面阻 力和輪胎氣壓等。為轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力、 車輪穩(wěn) 定阻力、輪胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦阻力等。 精確地計(jì)算這些力是困難的，為此 推薦用足夠精確地半經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩M R（N mm）,即(2.14)式中，f為輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)，一般取0.7; Gi為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷（N）; P為i . I . 2 2輪胎氣壓(MPa),這里取 P=35kg/cm =0.343N / mm= 2.01 106N mm0.7 (3 1000 9.8)23 0.343作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力為Fh =2JMr

49、L2 Dswi - 亠(2.15)式中，L1為轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)；L2為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)；Dsw為轉(zhuǎn)向盤直徑，由前已知為420mm； i .為轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比；為轉(zhuǎn)向器正效率。對(duì)給定的汽車，用式（2.15）計(jì)算出來(lái)的作用力是最大值。因此，可以用此值作為 計(jì)算載荷。然而，對(duì)于前軸負(fù)荷大的貨車，用式（2.15）計(jì)算的力往往超過(guò)駕駛員生 理上的可能，在此情況下，對(duì)轉(zhuǎn)向器和動(dòng)力轉(zhuǎn)向器動(dòng)力缸以前零件的計(jì)算載荷，應(yīng)取駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤輪緣上的最大瞬時(shí)力，此力為 700N。2.4.2 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要尺寸參數(shù)的確定（1）鋼球中心距D、螺桿外徑D1和螺母內(nèi)徑D2,尺寸D、D1、D2如圖2-3所示。鋼球中心距是基本尺寸。螺桿

50、外徑 D1、螺母內(nèi)徑D2及鋼球直徑d對(duì)確定鋼球中心距D的大小有影響，而D又對(duì)轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)尺寸和強(qiáng)度有影響。在保證足夠的強(qiáng)度條件下， 盡可能將D值取消些。選取D值規(guī)律是隨著齒扇模數(shù)的增大，鋼球中心距 D也相應(yīng)增 加。設(shè)計(jì)時(shí)先參考同類型汽車的參數(shù)進(jìn)行初選，經(jīng)強(qiáng)度驗(yàn)算后，再進(jìn)行修正。螺桿外徑Di通常在2038mr范圍內(nèi)變化，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷的不同來(lái)選定。螺母內(nèi)徑D?應(yīng)大于Di，一般情況下要求D2 - Di =( 5%10% D 。由查表和計(jì)算得D =35mmD1 =34mmD2 =37mm14#(2) 鋼球直徑d及數(shù)量n,鋼球直徑尺寸d取得大，能提高承載能力，同時(shí)螺桿和螺 母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向器的尺

51、寸也隨之增大。鋼球直徑應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，一般常在79mm范圍內(nèi)選用，取d =8mfif。增加鋼球數(shù)量n，能提高承載能力；但使鋼球流動(dòng)性變壞， 從而使傳動(dòng)效率降低。因?yàn)殇撉蛑睆奖旧碛姓`差，所以共同參加工作的鋼球數(shù)量并不是 全部鋼球數(shù)。經(jīng)驗(yàn)證明，每個(gè)環(huán)路中的鋼球數(shù)以不超過(guò)60個(gè)為好。為保證盡可能多的鋼球都承載，應(yīng)分組裝配。每個(gè)環(huán)路中的鋼球數(shù)為n DW n DW n =d cos ： 0 d3.14 35 2.58.000= 34.34(2.16 )#式中，D為鋼球中心距；W為一個(gè)環(huán)路中的鋼球工作圈數(shù)；n為不包括環(huán)流導(dǎo)管中的鋼 球數(shù)，由計(jì)算得n=35； 0為螺線導(dǎo)成角，常?。盒?5 8，故cos。”1

52、(3) 當(dāng)螺桿和螺母的滾道各由兩條圓弧組成，形成四段圓弧滾道截面時(shí)，如圖2-4擦，螺桿和螺母溝槽的半徑所示，鋼球與滾道有四點(diǎn)接觸，傳動(dòng)時(shí)軸向間隙最好，可滿足轉(zhuǎn)向盤自由行程小的要求。 圖中滾道與鋼球之間的間隙，除用來(lái)貯存潤(rùn)滑油之外，還能貯存磨損雜質(zhì)。為了減少摩R2應(yīng)大于鋼球半徑d/2，一般取R(0.51 0.53)d。取R2 =4.6mm螺桿滾道應(yīng)倒角，用來(lái)避免該處被嚙出毛刺而劃傷鋼球后降低傳動(dòng)效率。15圖2-4 四段圓弧滾道截面(4) 接觸角,鋼球與螺桿滾道接觸點(diǎn)的正壓力方向與螺桿滾道法向截面軸線間的 夾角稱為接觸角二，如圖2-4所示。二角多取為45，已使軸向力和徑向力分配均勻(5) 螺距P和

53、螺旋線導(dǎo)程角：-o，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角，對(duì)應(yīng)螺母移動(dòng)的距離s為Ps =2冗式中，P為螺紋螺距，取11mm與此同時(shí)，齒扇節(jié)圓轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)等于 過(guò)r角，其間關(guān)系為(2.17)s，相應(yīng)搖臂軸轉(zhuǎn)s 二-pr式中,r為齒扇節(jié)圓半徑。又因?yàn)樘?hào)，已知Z=13,得mz6 132-39mm(2.19)(2.18 )2仃r聯(lián)立式(2.17 )、式(2.18 )得二，將對(duì)“求導(dǎo)，得循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器角傳(2.20)由式（2.20 ）可見(jiàn)，螺距P影響轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的值。在螺距不變的條件下，鋼球直徑d越大，圖2-2中的尺寸b越小，要求b = （Pd）2.5mm。取b=3mm螺距P 一 般在811mn選取,取11mm（6）工作鋼球圈

54、數(shù) W多數(shù)情況下，轉(zhuǎn)向器用兩個(gè)環(huán)路，而每個(gè)環(huán)路的工作鋼球圈 數(shù)W又與接觸強(qiáng)度有關(guān)：增加工作鋼球圈數(shù)，參加工作的鋼球增多，能降低接觸應(yīng)力，提高承載能力；但鋼球受力不均勻、螺桿增長(zhǎng)使剛度降低。工作鋼球圈數(shù) 1.5和2.5 圈兩種，取2.5圈。（7） 導(dǎo)管內(nèi)徑d!，容納鋼球而且鋼球在其內(nèi)部流動(dòng)的導(dǎo)管內(nèi)徑 d d e，式中，e為鋼球直徑d與導(dǎo)管內(nèi)徑之間的間隙。e不易過(guò)大，否則鋼球流經(jīng)導(dǎo)管時(shí)球心偏離導(dǎo)管 中心線的距離增大，并使流動(dòng)阻力增大。推薦e = 0.40.8mm，于是導(dǎo)管內(nèi)徑4取8.6mm導(dǎo)管壁厚取為1mm（8）材料的選取，螺桿和螺母一般采用 20CrMnTi鋼制造，表面滲碳處理，以加強(qiáng) 其表面硬

55、度，滲碳層深度為0.81.2mm,大型的商用汽車由于前軸負(fù)荷較大，可加深其 滲碳層深度到1.051.45mmo淬火后表面硬度為HRC5864"。螺桿、鋼球和螺母?jìng)鲃?dòng)副 還要對(duì)滾道截面進(jìn)行高精度加工，使?jié)L道表面具有高光潔度，采用標(biāo)準(zhǔn)的高精度的鋼球， 可用二、三級(jí)精度的，以盡可能的減少摩擦。表2螺桿螺母參數(shù)總結(jié)螺桿外徑34mm螺距11mm螺母內(nèi)徑37mm導(dǎo)程角8鋼球中心距35mm導(dǎo)管內(nèi)徑8.6mm鋼球直徑8mm導(dǎo)管壁厚1mm鋼球數(shù)量35螺桿螺母材料20CrM nTi（9）齒條、齒扇傳動(dòng)副設(shè)計(jì)，滾刀相對(duì)齒扇作斜向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)加工齒扇齒， 得到變厚齒 扇。變厚齒扇的齒頂和齒根的輪廓面是圓錐的一部

56、分，其分度圓上的齒厚是變化的，故稱之為變厚齒扇。圖2-5中若0-0剖面的原始齒形變位系數(shù).=0，且1-1剖面和11-11剖面分別位于O-O剖面兩側(cè)，則1-1剖面的齒輪是正變位齒輪，11-11 剖面的齒輪為 負(fù)變位齒輪，故變厚齒扇在整個(gè)齒寬方向上，是由無(wú)數(shù)個(gè)原始齒形變位系數(shù)逐漸變化的 圓柱齒輪所組成的。對(duì)齒輪來(lái)說(shuō)，因?yàn)樵诓煌恢玫钠拭嬷?，其模?shù)m不變，所以它的分度圓半徑r和基圓半徑rb相同。因此，變厚齒扇的分度圓和基圓均為一圓柱，它在不同剖面位置上的漸開線齒形，都是在同一個(gè)基圓柱上所展出的漸開線， 只是其輪齒的 漸開線齒形相對(duì)基圓的位置不同而已，所以應(yīng)將其歸入圓柱齒輪的范疇。變厚齒扇齒形 的計(jì)算，如圖2-5所示，一般將中間剖面1-1規(guī)定為基準(zhǔn)剖面。由1-1剖面向右時(shí)，變位系數(shù)為正，向左則由正變?yōu)榱悖僮優(yōu)樨?fù)。若 0-0剖面距1-1剖面的距離為：-0, 則其值為0 = im/tan , 是切削角，常見(jiàn)的有6 30'和7 30'兩種，這里取7 30'。在切 削角一定的條件下，各剖面的變位系數(shù)取決于距基準(zhǔn)剖面1-1的距離：。進(jìn)行變厚 齒扇齒形計(jì)算之前，必須確定的參數(shù)有：模數(shù)m=6，法向壓力角