載重汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、載重汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)載重汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué) 校： 湘潭大學(xué) 學(xué) 院： 興湘學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 姓 名： 張 浩 學(xué) 號(hào)： 2010963237 指導(dǎo)老師：劉柏希老師摘 要論文主要闡述了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車的重要組成部分，它直接影響汽車行駛的安全性，其質(zhì)量嚴(yán)重影響汽車的操縱穩(wěn)定性。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也在不斷的得到改進(jìn)，雖然電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)開始使用，但是傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)依然起著主導(dǎo)作用。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于其自身的特點(diǎn)被廣泛運(yùn)用于各類汽車之中。本文重點(diǎn)設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零件強(qiáng)度、剛度進(jìn)行了校核，同時(shí)還對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)計(jì)算載荷進(jìn)行確定，同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)

2、向系統(tǒng)的其他主要零部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同樣也對(duì)所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析和研究。實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，軸向尺寸短，且零件數(shù)目少的優(yōu)點(diǎn)又能增加助力，從而實(shí)現(xiàn)了汽車轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性和靈敏性。最后運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三維模型的建立，通過三維模型的設(shè)計(jì)與建立，更進(jìn)一步的驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的合理性。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；機(jī)械轉(zhuǎn)向；轉(zhuǎn)向；液壓助力IAbstractThis paple mainly tell about the design of circulation ball steering system. Redirector,an important component o

3、f the automobile,which is the key assembly decided the safety of the automobile. It seriously affected the quality of the vehicle handing and stability. Along with the development of the auto industry,automobile steering gear is continuously improved, although the electronic steering gear has began

4、to use ,but the traditional mechanical steering gear is still plays a leading role. Circulation ball type steering system has been widely used in various cars as of its characteristics.This paper designs the circulating ball type steering gear and steering parts strength and stiffness for the checki

5、ng, but also to determine steering system computational load, at the same time to the other main parts of steering system structure design, also in the design of steering mechanism is analyzed and studied. Implements the redirector simple and compact structure, short axial dimensions, and the advant

6、age of less parts number and can increase power, so as to realize the vehicle steering stability and sensitivity. Finally by using the 3 d design software to design 3 d model of structure, through the design and build 3 d model, further verify the rationality of the design structure. Key words: Stee

7、ring gear; Steering system; Mechanical steering; Circulating ball type; The hydraulic power II目 錄1 緒論11.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的使用背景11.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究意義11.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.4主要研究工作32 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理及其特點(diǎn)42.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述42.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(diǎn)63 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要性能參數(shù)83.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的效率83.2傳動(dòng)比的變化特性93.3轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙t113.4轉(zhuǎn)向系統(tǒng)計(jì)算載荷的確定114 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的尺寸參數(shù)計(jì)算134.1主要尺寸參數(shù)的選擇134.2變厚齒扇174.3轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零

8、件強(qiáng)度計(jì)算224.4轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的潤滑方轉(zhuǎn)向和密封類型的選擇235 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)245.1轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)原理245.2轉(zhuǎn)向梯形的布置255.3轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)尺寸的初步確定255.4梯形校核255.5轉(zhuǎn)向傳送機(jī)構(gòu)的臂、桿與球銷265.6轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部265.7桿件設(shè)計(jì)結(jié)果276 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的其它部分286.1萬向傳動(dòng)裝置286.2傳動(dòng)軸與中間支承306.3動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)306.4汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的日常維護(hù)327 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三維造型347.1 solidworks簡介347.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的三維裝配設(shè)計(jì)348 結(jié)論36參考文獻(xiàn)37致 謝38畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明39畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明40IV載

9、重汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1 緒論本章主要介紹了本課題的研究背景、研究目的及其意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，簡單描述了本文的研究現(xiàn)狀，明確設(shè)計(jì)任務(wù)和要求。1.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的使用背景 當(dāng)前，汽車工業(yè)成為中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車企業(yè)對(duì)各系統(tǒng)部件的設(shè)計(jì)需求旺盛。其中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車的一個(gè)重要組成部分，它直接影響汽車的操控性和安全性。汽車在行駛過程中，需按照駕駛員的意志經(jīng)常改變其行駛方向，即所謂汽車轉(zhuǎn)向1。用來改變或保持汽車行駛方向的專設(shè)機(jī)構(gòu)稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功用就是保證汽車能按駕駛員的意志而進(jìn)行轉(zhuǎn)向行駛，并在受到路面?zhèn)鱽淼呐既粵_擊及汽車意外地偏離行駛方向時(shí)，能與行駛系統(tǒng)配合共同保持汽車?yán)^續(xù)穩(wěn)

10、定行駛。因此，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能直接影響著汽車的操縱穩(wěn)定性和安全性1。隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的迅速發(fā)展，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已從純機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）、電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS），發(fā)展到利用現(xiàn)代電子和控制技術(shù)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）及線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SBW）2。1.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究意義 一百多年前，汽車剛剛誕生后不久，其轉(zhuǎn)向操縱是仿照馬車和自行車的轉(zhuǎn)向方轉(zhuǎn)向，用一個(gè)操縱桿和手柄來時(shí)前輪偏轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的。由于操縱費(fèi)力且不可靠，一直常發(fā)生車毀人亡的事故。在隨后幾十年內(nèi)人們漸漸用轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向柱代替了操縱桿和手柄，之后渦輪蝸桿轉(zhuǎn)向的減速裝置被最早應(yīng)用。 在二十世紀(jì)初，汽車已經(jīng)是一個(gè)沉重而又高速

11、疾馳的車輛，即使一個(gè)強(qiáng)壯的駕駛員要控制轉(zhuǎn)向仍然是很勞累的事情。于是降低轉(zhuǎn)向操縱力的問題就變得比較迫切了。從1903年開始，助力輔助轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)不斷出現(xiàn)，有一些采用真空助力，有一些采用壓縮空氣。 1923年美國底特律市的亨利·馬爾斯為了減少渦輪副和滾輪的摩擦力在兩者之間接觸放入鋼珠支承，這就是后來的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)了。目前在美國和日本汽車上依然得到廣泛應(yīng)用。 1928年，弗朗西斯·戴維斯研制成功并首次應(yīng)用了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。但直到二戰(zhàn)時(shí)期才重新推廣應(yīng)用。1954年凱迪拉克汽車公司首先把液壓助力轉(zhuǎn)向應(yīng)用于汽車上。隨后汽車工業(yè)迅猛發(fā)展，1985年日本豐田公司采用計(jì)算機(jī)控制輔助轉(zhuǎn)向，即為所謂電

12、動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。1986年本田又研制出四輪轉(zhuǎn)向汽車。到今天，已經(jīng)不是單純機(jī)械意義上的汽車了，它是機(jī)械、電子、材料等學(xué)科的綜合產(chǎn)物。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也隨著汽車工業(yè)的發(fā)展歷經(jīng)了長時(shí)間的演變。 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和齒輪齒條轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，已成為當(dāng)今世界汽車上主要的兩種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；而蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和蝸桿肖轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，正在逐步被淘汰或保留較小的地位。相比齒輪齒條轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于更多依靠滾動(dòng)摩擦，所以具有較高的傳動(dòng)效率，操縱起來比較輕便舒適，機(jī)械部件的磨損較小，使用壽命相對(duì)較長，在過去那個(gè)沒有轉(zhuǎn)向助力的年代，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)占據(jù)了統(tǒng)治地位?？梢哉f，汽車喪失了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)這個(gè)重要環(huán)節(jié)，那么汽車的安全性將得不到充分而且必要的保證，交通事

13、故將會(huì)愈來愈多，所以研究汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)十分必要，而且意義重大。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著汽車車速的提高，駕駛員和乘客的安全非常重要，目前國內(nèi)外在許多汽車上已普遍增設(shè)能量吸收裝置，如防碰撞安全轉(zhuǎn)向柱、安全帶、安全氣囊等，并逐步推廣。從人類工程學(xué)的角度考慮操縱的輕便性，已逐步采用可調(diào)整的轉(zhuǎn)向管柱和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。    隨著國際經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的惡化，石油危機(jī)造成經(jīng)濟(jì)衰退，汽車生產(chǎn)愈來愈重視經(jīng)濟(jì)性，因此，要設(shè)計(jì)低成本、低油耗的汽車和低成本、合理化生產(chǎn)線，盡量實(shí)現(xiàn)大批量專業(yè)化生產(chǎn)3。對(duì)零部件生產(chǎn)，特別是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的生產(chǎn)，更表現(xiàn)突出。 隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)也有很大變化。汽車轉(zhuǎn)向

14、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)很多，從目前使用的普遍程度來看，主要的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)類型有4種：有蝸桿銷轉(zhuǎn)向(WP型)、蝸桿滾輪轉(zhuǎn)向(WR型)、轉(zhuǎn)向(BS型)、齒條齒輪轉(zhuǎn)向(RP型)。這四種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)型轉(zhuǎn)向，已經(jīng)被廣泛使用在汽車上4,5。  據(jù)了解，在世界范圍內(nèi)，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)占45左右，齒條齒輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)占40左右，蝸桿滾輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)占10左右，其它型轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)占5。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一直在穩(wěn)步發(fā)展。在西歐小客車中，齒條齒輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有很大的發(fā)展。日本汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)占的比重越來越大，日本裝備不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)的各類型汽車，采用不同類型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，在公共汽車中使用的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，已由60年代的62.5，發(fā)展到現(xiàn)今的100了

15、。大、小型載重汽車大都采用轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，但齒條齒輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也有所發(fā)展。微型載重汽車用轉(zhuǎn)向系統(tǒng)占65，齒條齒輪轉(zhuǎn)向占 356。 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在國外實(shí)現(xiàn)了專業(yè)化生產(chǎn)，以專業(yè)廠為主、大力進(jìn)行試驗(yàn)和研究，大大提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。在日本“精工”(NSK)公司的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就以成本低、質(zhì)量好、產(chǎn)量大，逐步占領(lǐng)日本市場，并向全世界銷售它的產(chǎn)品。德國ZF公司也作為一個(gè)大型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)專業(yè)廠著稱于世。它從1948年開始生產(chǎn)ZF型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，年產(chǎn)各種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)200多萬臺(tái)。還有一些比較大的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)生產(chǎn)廠，如美國德爾福公司SAGINAW分部；英國BURMAN公司都是比較有名的專業(yè)廠家，都有很大的產(chǎn)量和銷售面。專業(yè)化生產(chǎn)已成為一種趨

16、勢(shì)，只有走這條道路，才能使產(chǎn)品質(zhì)量高、產(chǎn)量大、成本低，在市場上有競爭力7,8。 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛，不僅在重型汽車上必須裝備，在高級(jí)轎車上應(yīng)用的也較多，在中型汽車上的應(yīng)用也逐漸推廣。主要是從減輕駕駛員疲勞，提高操縱輕便性和穩(wěn)定性出發(fā)。雖然帶來成本較高和結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，但由于優(yōu)點(diǎn)明顯，還是得到很快的發(fā)展。  動(dòng)力轉(zhuǎn)向有3種形轉(zhuǎn)向：整體轉(zhuǎn)向、半分置轉(zhuǎn)向及聯(lián)閥轉(zhuǎn)向動(dòng)力轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)。目前3種形轉(zhuǎn)向各有特點(diǎn)，發(fā)展較快，整體轉(zhuǎn)向多用于前橋負(fù)荷38t汽車，聯(lián)閥轉(zhuǎn)向多用于前橋負(fù)荷518t汽車，半分置轉(zhuǎn)向多用于前橋負(fù)荷6t以上到超重型汽車9。 從發(fā)展趨勢(shì)上看，國外整體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展較快，而整體轉(zhuǎn)向系

17、統(tǒng)中轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)是目前發(fā)展的方向。1.4主要研究工作這次設(shè)計(jì)主要是根據(jù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)行設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要部分零件的尺寸大小。另外，還有強(qiáng)度校核以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)其他的零部件的論述和組要零部件的三維建模。其中包括，鋼球尺寸大小、數(shù)目，搖臂軸的直徑大小、螺距，齒扇軸的齒數(shù)、直徑，轉(zhuǎn)向螺母的尺寸大小，各部分的裝配關(guān)系統(tǒng)以及主要零部件的選材加工要求等等。最后三維建模部分是根據(jù)前面的計(jì)算的尺寸而進(jìn)行的實(shí)體建模，目的是為了更加清楚直觀地表達(dá)此次設(shè)計(jì)的內(nèi)容。另外，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)滿足的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一些基本要求： 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)。 2）轉(zhuǎn)向輪具有自動(dòng)回正能力。 3）在行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)

18、向輪不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動(dòng)。 4）轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)，應(yīng)使車輪產(chǎn)生的擺動(dòng)最小。 5）轉(zhuǎn)向靈敏，最小轉(zhuǎn)彎直徑小、操縱輕便。 6）轉(zhuǎn)向輪傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。 7）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中應(yīng)有間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。 8）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。 9）轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向與汽車行駛方向的改變相一致10。3西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）I載重汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理及其特點(diǎn)本章主要介紹關(guān)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的概述，其工作基本原理，以及其基本的結(jié)構(gòu)組成，為后續(xù)的設(shè)計(jì)計(jì)算工作打下理論基礎(chǔ)。 2.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述 2.1.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成和工

19、作原理汽車在行駛時(shí)，常常需要改變其行駛方向。用來改變汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)叫做汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。按照轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能源的不同，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩大類。機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)完全靠駕駛員的人力操縱，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所有機(jī)件都是機(jī)械的。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)際上是一種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，即轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兼用駕駛員手力和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力為操縱能源。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由三個(gè)主要部分組成。它們是轉(zhuǎn)向操縱部分、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)部分和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)部分。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)把這個(gè)動(dòng)作傳到轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。然后，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)前輪偏轉(zhuǎn)，控制汽車的行駛方向。 圖2.1 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖111-轉(zhuǎn)向盤 2 -轉(zhuǎn)向軸 3-轉(zhuǎn)向

20、萬向節(jié) 4-轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸 5-轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 6-轉(zhuǎn)向搖臂7-轉(zhuǎn)向主拉桿 8-轉(zhuǎn)向節(jié)臂 9-左轉(zhuǎn)向節(jié) 10、12-梯形臂 13-右轉(zhuǎn)向節(jié)2.1.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類 按照轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動(dòng)力的來源可以將其分為五大類：機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 a . 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以駕駛者轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的力作為全部動(dòng)力，使得地面反作用輪胎轉(zhuǎn)向的力全部作用于駕駛者，地面狀況全部反饋給駕駛者，使其操作起來易打手。而且完全機(jī)械的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，若想產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)向扭距，由力矩=力×作用長度知，人力是有限的，若想操作輕便，就必須增大作用長度即增大方向盤，這樣一來，占用駕

21、駛室的空間很大，整個(gè)機(jī)構(gòu)顯得比較笨拙。所以有限的力、有限的方向盤只能導(dǎo)致有限的轉(zhuǎn)向扭距，使得機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用范圍得到了限制。根據(jù)所采用的裝箱傳動(dòng)副的不同，機(jī)械轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形轉(zhuǎn)向有很多種常見的有轉(zhuǎn)向、齒輪齒條轉(zhuǎn)向、球面蝸桿滾輪轉(zhuǎn)向、蝸桿曲柄指銷轉(zhuǎn)向等。 b. 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要部件包括油泵、液壓轉(zhuǎn)向分配閥和助力系統(tǒng)。油泵通過皮帶帶動(dòng)，把油壓輸出到助力系統(tǒng)，助力系統(tǒng)課題內(nèi)是一個(gè)活塞，活塞兩端是腔室。當(dāng)轎車直線行駛時(shí)，活塞兩端壓力相等，靜止不動(dòng)，油泵空轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，液壓分配閥將油液通過變化了的通道進(jìn)入了助力系統(tǒng)的一側(cè)，使活塞兩端出現(xiàn)壓力差，迫使活塞移動(dòng)到另一側(cè)幫助轉(zhuǎn)

22、動(dòng)。 液壓助力具有工作噪音小，靈敏度高，占用體積小，并能夠吸收來自地面的沖擊力反應(yīng)迅速等特點(diǎn)。但能耗較高,尤其是低速轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，覺得方向比較沉，發(fā)動(dòng)機(jī)也比較費(fèi)力氣，又由于液壓泵的壓力很大，也比較容易損害助力系統(tǒng)。 c. 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是利用電動(dòng)機(jī)作為助力源，根據(jù)車速和轉(zhuǎn)向參數(shù)等因素，由電子控制單元完成助力控制，其原理可概括如下：當(dāng)操縱轉(zhuǎn)向盤時(shí)，裝在轉(zhuǎn)向盤軸上的轉(zhuǎn)矩傳感系統(tǒng)不斷地測(cè)出轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)矩信號(hào)，該信號(hào)與車速信號(hào)同時(shí)輸入到電子控制單元。電控單元根據(jù)這些輸入信號(hào)，確定助力轉(zhuǎn)矩的大小和方向，即選定電動(dòng)機(jī)的電流和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，調(diào)整轉(zhuǎn)向輔助動(dòng)力的大小。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩由電磁離合系統(tǒng)通過

23、減速機(jī)構(gòu)減速增矩后，加在汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，使之得到一個(gè)與汽車工況相適應(yīng)的轉(zhuǎn)向作用力。 d. 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是液壓助力和電動(dòng)助力的結(jié)合體。它主要是通過車速傳感系統(tǒng)將車速傳遞給電子元件或微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，控制電液轉(zhuǎn)換裝置改變動(dòng)力轉(zhuǎn)向的助力特性，使駕駛員的轉(zhuǎn)向手力根據(jù)車速和行駛條件變化而改變，即在低速行駛或急速轉(zhuǎn)彎時(shí)能以很小的轉(zhuǎn)向手力進(jìn)行操作，在高速行駛時(shí)能以稍重的轉(zhuǎn)向手力進(jìn)行穩(wěn)定操作，使操縱性和穩(wěn)定性達(dá)到最合適的平衡狀態(tài)。 e. 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 隨著電子技術(shù)和控制理論的發(fā)展，一些研究人員做出大膽假設(shè)，將方向盤與轉(zhuǎn)向車輪通過控制信號(hào)連接，就可以利用轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的變?cè)鲆嫣匦匝a(bǔ)償整車

24、轉(zhuǎn)向特性的變化，從而降低駕駛員的操作負(fù)擔(dān)，改善人-車閉環(huán)系統(tǒng)性能。這種全新的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)就是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)12。2.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(diǎn) 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)是：效率高，操縱輕便，有一條平滑的操縱力特性曲線。布置方便。特別適合大、中型車輛和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配合使用；易于傳遞駕駛員操縱信號(hào)；逆效率高、回位好，與液壓助力裝置的動(dòng)作配合得好。可以實(shí)現(xiàn)變速比的特性，滿足了操縱輕便性的要求。中間位置轉(zhuǎn)向力小、且經(jīng)常使用，要求轉(zhuǎn)向靈敏，因此希望中間位置附近速比小，以提高靈敏性。 大角度轉(zhuǎn)向位置轉(zhuǎn)向阻力大，但使用次數(shù)少，因此希望大角度位置速比大一些，以減小轉(zhuǎn)向力。由于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)變速比，應(yīng)用正日益廣泛。其結(jié)構(gòu)如圖2.2所示

25、。 圖2.2 部分系統(tǒng)裝備示意圖 通過大量鋼球的滾動(dòng)接觸來傳遞轉(zhuǎn)向力，具有較大的強(qiáng)度和較好的耐磨性。并且該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以被設(shè)計(jì)成具有等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，這也是它應(yīng)用廣泛的原因之一。 變速比結(jié)構(gòu)具有較高的剛度，特別適宜高速車輛車速的提高。高速車輛需要在高速時(shí)有較好的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，必須保證轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有較高的剛度。間隙可調(diào)。齒條齒扇副磨損后可以重新調(diào)整間隙，使之具有合適的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)間隙，從而提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)壽命，也是這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)之一。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)效率可達(dá)到75%85%，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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)整容易，適用來做整體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)13。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由螺桿和螺母共同形成的螺旋槽內(nèi)裝有鋼

26、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。7載重汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要性能參數(shù)本章主要介紹關(guān)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的效率，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)比變化特性，以及傳動(dòng)比的選擇，另外還有計(jì)算載荷的計(jì)算。3.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的正效用符號(hào)+表示，反之稱為逆效率，用符號(hào)表示。正效率+ 計(jì)算公轉(zhuǎn)向： +=（P1-P2）/P1，逆效率 計(jì)算公轉(zhuǎn)向：=（P3-P2）/P314 。轉(zhuǎn)向中，P1為作用在轉(zhuǎn)向軸上的功率，P2為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的磨擦功率，P3為作用在轉(zhuǎn)向搖臂軸上的功率。 正效率高，轉(zhuǎn)向輕便。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)具有一定逆效率，以保證轉(zhuǎn)向輪

27、和轉(zhuǎn)向盤的自動(dòng)返回能力。但為了減小傳至轉(zhuǎn)向盤上的路面沖擊力，防止打手，又要求此逆效率盡可能低。 3.1.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的正效率+ 影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正效率的因素有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。 a. 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與效率 在四種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，齒輪齒條轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的正效率比較高，而蝸桿指銷轉(zhuǎn)向特別是固定銷和蝸桿滾輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的正效率要明顯的低些。 同一類型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，因結(jié)構(gòu)不同效率也不一樣。如蝸桿滾輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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。選用滾針軸承時(shí)，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，故這種軸向系統(tǒng)的效率+僅有54

28、%。另外兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)效率分別為70%和75%。轉(zhuǎn)向搖臂軸的軸承采用滾針軸承比采用滑動(dòng)軸承可使正或逆效率提高約10%。 b. 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率 如果忽略軸承和其經(jīng)地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，對(duì)于蝸桿類轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其效率可用轉(zhuǎn)向3.1計(jì)算 （3.1） 轉(zhuǎn)向中，a0為蝸桿（或螺桿）的螺線導(dǎo)程角；為摩擦角，=arctanf；f為磨擦因數(shù)。 根據(jù)逆效率不同，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有可逆轉(zhuǎn)向、極限可逆轉(zhuǎn)向和不可逆轉(zhuǎn)向之分。 路面作用在車輪上的力，經(jīng)過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可大部分傳遞到轉(zhuǎn)向盤，這種逆效率較高的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)屬于可逆轉(zhuǎn)向。它能保證轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動(dòng)回正，既可以減輕駕駛員的疲勞，又可以提高行駛安全性。但

29、是，在不平路面上行駛時(shí)，傳至轉(zhuǎn)向盤上的車輪沖擊力，易使駕駛員疲勞，影響安全行駕駛?？赡孓D(zhuǎn)向系統(tǒng)有利于汽車轉(zhuǎn)向結(jié)束后轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動(dòng)回正，但也可能將壞路面對(duì)車輪的沖擊力傳到轉(zhuǎn)向盤，發(fā)生“打手”情況。3.1.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的逆效率 逆效率很低的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)稱為不可逆轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。不平道路對(duì)轉(zhuǎn)向輪的沖擊在輸入到這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，即由其中個(gè)傳動(dòng)零件承受，而不會(huì)傳到轉(zhuǎn)向盤上。路面作用于轉(zhuǎn)向輪上的回正力矩同樣也不能傳到轉(zhuǎn)向盤。這就使得轉(zhuǎn)向輪自動(dòng)回正成為不可能。此外，道路的轉(zhuǎn)向阻力矩也不能反饋到轉(zhuǎn)向盤，使得駕駛員不能得到路面反饋信息（所謂喪失“路感”），無法據(jù)以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向力矩。不可逆轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，是指車輪受到的沖擊力不能傳到轉(zhuǎn)

30、向盤的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該沖擊力轉(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，因此，現(xiàn)代汽車不采用這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。極限可逆轉(zhuǎn)向系統(tǒng)介于可逆轉(zhuǎn)向與不可逆轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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。如果忽略軸承和其它地方的磨擦損失，只考慮嚙合副的磨擦損失，則逆效率可用下轉(zhuǎn)向計(jì)算 （3.2） 轉(zhuǎn)向（3-1）和轉(zhuǎn)向（3-2）表明：增加導(dǎo)程角a0，正、逆效率均增大。受-增大的影響，a0不宜取得過大。當(dāng)導(dǎo)程角小于或等于磨擦角時(shí)，逆效率為負(fù)值或者為零，此時(shí)表明該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是不可逆轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。為此，導(dǎo)程角必須大于磨擦角。3.2傳動(dòng)比的變化特性

31、3.2.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)比 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動(dòng)比包括轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳動(dòng)比 iw0 和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力傳動(dòng)比 ip 。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力傳動(dòng)比: （3.3）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳動(dòng)比: （3.4） 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳動(dòng)比: （3.5） 根據(jù)取值范圍，（對(duì)于載重汽車iw一般取值為1632，對(duì)于轎車一般取值為1220），取值為16。 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比: （3.6）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳動(dòng)比 iw0 由轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動(dòng)比 iw 和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比 i'w組成，即 。3.2.2力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動(dòng)比的關(guān)系統(tǒng) 轉(zhuǎn)向阻力Fw與轉(zhuǎn)向阻力矩Mr的關(guān)系統(tǒng)轉(zhuǎn)向： （3.7） 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力Fh與作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩Mh的關(guān)系統(tǒng)轉(zhuǎn)

32、向： （3.8） 將轉(zhuǎn)向（3.7）、轉(zhuǎn)向（3.8）代入 后得到 （3.9） 如果忽略磨擦損失，根據(jù)能量守恒原理，2Mr/Mh可用下轉(zhuǎn)向表示 （3.10） 將轉(zhuǎn)向（3.10）代入轉(zhuǎn)向（3.9）后得到 （3.11） 通過關(guān)系統(tǒng)轉(zhuǎn)向（3.11）可以看到，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 iw0 也越大，表明轉(zhuǎn)向不靈敏。 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)向系統(tǒng)角度傳動(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，汽車轉(zhuǎn)向靈敏性降低，所以“輕”和“靈”構(gòu)成一對(duì)矛盾。為解決這對(duì)矛盾，可采用變速比轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。3.3轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙t 傳動(dòng)

33、間隙是指各種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中傳動(dòng)副之間的間隙。該間隙隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的大小不同而改變，并把這種變化關(guān)系統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性（圖3.1）。 研究該特性的意義在于它與直線行駛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的使用壽命有關(guān)，圖3.1中曲線1表明轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在磨損前的間隙變化特性；曲線2表明使用并磨損后的間隙變化特性，并且在中間位置處已出現(xiàn)較大間隙；曲線3表明調(diào)整后并消除中間位置處間隙的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)間隙變化特性。 圖3.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性 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，最好無間隙。若轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)副存在傳動(dòng)間隙，一旦轉(zhuǎn)向輪受到側(cè)向力作用，車輪將偏離原行駛位置，使汽車失去穩(wěn)定。傳動(dòng)副在

34、中間及其附近位置因使用頻繁，磨損速度要比兩端快。在中間附近位置因磨損造成的間隙過大時(shí)，必須經(jīng)調(diào)整消除該處間隙。 為此，傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成圖3.1所示的逐漸加大的形狀。 3.4轉(zhuǎn)向系統(tǒng)計(jì)算載荷的確定為了保證行駛安全，組成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各零件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。欲驗(yàn)算轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零件的強(qiáng)度，需首先確定作用在各零件上的力。影響這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)向系統(tǒng)中的內(nèi)摩擦阻力等。以下為本次設(shè)計(jì)的有關(guān)初始數(shù)據(jù),如表3.1：表3.1 基本參數(shù)表最大扭矩轉(zhuǎn)速(r/min)最高車速(km/h)軸距(mm

35、)最大功率 (KW)最大功率轉(zhuǎn)速(r/min)最大扭矩(N·m)車重（kg）42002002620 11062001901475 精確地計(jì)算出這些力是困難的。為此推薦用足夠精確的半經(jīng)驗(yàn)公轉(zhuǎn)向來計(jì)算汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩Mn(N·mm) = 54221 N·mm （3.12）轉(zhuǎn)向中，f 為輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)，一般取0.7；Gl為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷(N)；p為輪胎氣壓(MPa)。 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力為 = 550 N （3.13）轉(zhuǎn)向中，Ll為轉(zhuǎn)向搖臂長，L2為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長，Dsw為轉(zhuǎn)向盤直徑，iw為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動(dòng)比，+為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正效率。 對(duì)給定的

36、汽車，用轉(zhuǎn)向計(jì)算出來的作用力是最大值。因此，可以用此值作為計(jì)算載荷。然而，對(duì)于前軸負(fù)荷大的重型載重汽車，用上轉(zhuǎn)向計(jì)算的力往往超過駕駛員生理上的可能，在此情況下對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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。14I載重汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的尺寸參數(shù)計(jì)算 本章主要介紹關(guān)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算及其相關(guān)參數(shù)的選取，另外，對(duì)于齒扇受力以及齒數(shù)的計(jì)算進(jìn)行相關(guān)的分析，以及相關(guān)強(qiáng)度校核。4.1主要尺寸參數(shù)的選擇 本課題的總體設(shè)計(jì)條件如下表4.1 表4.1 總體設(shè)計(jì)參數(shù)名稱參數(shù)角傳動(dòng)比18.85最大工作壓力13.7MPa前橋負(fù)荷()

37、23.5T理論最大輸出力矩1785Nm旋向左旋輸出擺角齒扇模數(shù)5使用溫度范圍4.1.1鋼球中心距D、螺桿外徑D1、 螺母內(nèi)徑D2 尺寸D、D1、D2如圖4.1所示。鋼球中心距D是基本尺寸，螺桿外徑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，而又對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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值取小些。選取規(guī)律是隨著扇齒模數(shù)的增大，鋼球中心距也相應(yīng)增加。設(shè)計(jì)時(shí)先參考同類型汽車的參數(shù)進(jìn)行選取，經(jīng)強(qiáng)度驗(yàn)算后，再進(jìn)行修正。螺桿外徑D1通常在2038mm范圍內(nèi)變化，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷的不同來選定。螺母內(nèi)徑D2應(yīng)大于D1。一般要求D2-D1=(5%10%)D。根據(jù)題目

38、選取鋼球中心距D=32mm，螺桿外徑D1=29mm，取螺母內(nèi)徑D2-D1=8%D，所以螺母內(nèi)徑D2=D1+8%D=29mm+8%×32mm=32mm。16載重汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖4.1 螺桿、鋼球和螺母傳動(dòng)副4.1.2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)螺桿和螺母傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)響系統(tǒng)的尺寸也隨之增大。鋼球直徑應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，一般常在79mm范圍內(nèi)選用（表4.2），由表4.2取得d=7.144mm。增加鋼球數(shù)量n，能提高承載能力，但是鋼球流動(dòng)性變壞，從而使傳動(dòng)效率降低。因?yàn)殇撉虮旧碛姓`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)

39、以不超過60粒為好。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)可用下轉(zhuǎn)向計(jì)算 （4.1） 轉(zhuǎn)向4.1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)；0為螺線導(dǎo)程角，常取0=5º8º，則cos01。 載重汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 表4.2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要參數(shù)齒扇模數(shù)mm3.03.54.04.55.06.06.5搖臂軸直徑mm22263032323538404245鋼球中心距mm202325252830323540 螺桿外徑mm2023252528293438鋼球直徑mm5.5565.5566.3506.3507.1447.1448.0

40、00 螺距mm7.9388.7319.525 9.525 101011工作圈數(shù)1.51.52.52.5 環(huán)流行數(shù) 2螺母長度mm41455246475856596272788082齒扇齒數(shù)355齒扇整圓齒數(shù)121313131415齒扇壓力角22°3027°30切削角6°30 6°30 7°30齒扇寬 mm22252527252830283230343835384.1.3滾道截面 螺桿和螺母各有兩條圓弧組成，形成四段圓弧滾道截面時(shí),見圖4.2，鋼球與滾道有四點(diǎn)接觸,傳動(dòng)時(shí)軸向間隙最小，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

41、貯存潤滑油之外，還能貯存磨損雜質(zhì)。為了減少摩擦螺桿與螺母溝槽的半徑R2應(yīng)大于鋼球半徑d/2，一般取R2=(0.510.53)d,取R2=0.52d=0.52×7.144mm=3.7mm。 圖4.2 四段圓弧滾道截面4.1.4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面軸線間的夾角稱為接觸角,如圖4.2所示。角多取45°,以使軸向力和徑向力分配均勻。4.1.5螺距P和螺線導(dǎo)程角0 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角,對(duì)應(yīng)螺母移動(dòng)的距離s為 （4.2）轉(zhuǎn)向4.2中,P為螺紋螺距。與此同時(shí),齒扇節(jié)圓轉(zhuǎn)過的弧長等于s,相應(yīng)搖臂轉(zhuǎn)過p角,其間關(guān)系統(tǒng)可表示如下 （4.3）轉(zhuǎn)向4.3中,r為齒扇節(jié)圓

42、半徑。聯(lián)立轉(zhuǎn)向（7.2）、轉(zhuǎn)向（4.3）得,將對(duì)求導(dǎo)得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動(dòng)比為： （4.4） 由轉(zhuǎn)向（4.4）可知,螺距影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)比的值。在螺距不變的條件下,鋼球直徑d越大,圖3.1中的尺寸b越小，要求b=P-d2.5mm。螺距一般在8-11mm內(nèi)選取，因?yàn)镻=10mm，d=7.144mm,所以b=P-d=10-7.144mm=2.856 mm>2.5mm，所以符合要求。4.1.6工作鋼球圈數(shù)W 多數(shù)情況下，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用兩個(gè)環(huán)路，而每個(gè)環(huán)路的工作鋼球圈數(shù)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、螺桿增長而使剛度降低。工作鋼球圈數(shù)

43、有1.5和2.5圈兩種。一個(gè)環(huán)路的工作鋼球圈數(shù)的選取見表4.2得該要求的商用車的工作圈數(shù)選為1.5圈。4.1.7導(dǎo)管內(nèi)徑d1 容納鋼球而且鋼球在其內(nèi)部流動(dòng)的導(dǎo)管內(nèi)徑d1=d+e,轉(zhuǎn)向中，e為鋼球直徑d與導(dǎo)管內(nèi)徑之間的間隙。e不宜過大,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。導(dǎo)管壁厚取為1mm。4.2變厚齒扇4.2.1原理 齒扇一般有5個(gè)齒，它與搖臂軸連為一體。齒扇的齒厚沿齒長方向是變化的，這樣即可通過軸向移動(dòng)搖臂軸來調(diào)節(jié)齒扇與齒條的嚙合間隙。由于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)常處于中間位置工作，因此齒扇與齒條的中間齒磨損最厲害。為了消除中間齒磨損后產(chǎn)生的間隙而不

44、致在轉(zhuǎn)彎時(shí)使兩端齒卡住，則應(yīng)增大兩端齒嚙合時(shí)的齒側(cè)間隙。這種必要的齒側(cè)間隙的改變可通過使齒扇各齒具有不同的齒厚來達(dá)到。即齒扇由中間齒向兩端齒的齒厚是逐漸減小的。為此可在齒扇的切齒過程中使毛坯繞工藝中心O1轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖4.3所示，O1相對(duì)于搖臂軸的中心O有距離為n的偏心。這樣加工的齒扇在與齒條的嚙合中由中間齒轉(zhuǎn)向兩端的齒時(shí)，齒側(cè)間隙s也逐漸加大，嚙合角一般為200，徑向間隙系統(tǒng)數(shù)為0.2；所以徑向間隙為r=0.2r=0.2×26mm=5.2mm。s可表達(dá)為：s=2rtan=2×5.2×tan200 mm=3.79mm。齒條、齒扇傳動(dòng)副各對(duì)嚙合齒齒側(cè)間隙s的改變也可以用

45、改變齒條各齒槽寬而不改變齒扇各輪齒齒厚的辦法來實(shí)現(xiàn)。一般是將齒條兩側(cè)的齒槽寬制成比中間齒槽大0.200.30mm即可。 圖4.3 齒側(cè)間隙的齒扇加工原理與計(jì)算簡圖4.2.2變厚齒扇的分析 變厚齒扇的齒頂和齒跟的輪廓面是圓錐的一部分，其分度圓上的齒厚是變化的，齒扇的齒厚沿齒寬方向的變化稱為變厚齒扇。如圖4.4所示，滾刀相對(duì)工件作垂直進(jìn)給的同時(shí)，還以一定的比例作徑向進(jìn)給，兩者合成為斜向進(jìn)給。這樣即可得到變厚齒扇。變厚齒扇的齒頂及齒根的輪廓面為圓錐面，其分度圓上的齒厚是成比例變化的，形成變厚齒扇，如圖4.5所示。在該圖中00截面原始齒形的變位系統(tǒng)數(shù)=0，則位于其兩側(cè)的截面和分別具有>0和<

46、;0，即截面 的齒輪為正變位齒輪，截面的齒輪為負(fù)變位齒輪。即變厚齒扇在其整個(gè)齒寬方向上是由無窮多的原始齒形變位系統(tǒng)數(shù)逐漸變化的圓柱齒輪所形成。因?yàn)樵谂c00平行的不同截面中，其模數(shù)m不變、齒數(shù)也相同，故其分度圓及基圓亦不變，即為分度圓柱和基圓柱。其不同截面位置上的漸開線齒形，均為在同一基圓柱上展開的漸開線，僅僅是其輪齒的漸開線齒形離基圓的位置不同而已，故應(yīng)將其歸入圓柱齒輪范疇，而不應(yīng)歸于直齒圓錐范圍，雖然它們從外觀上更相似，因?yàn)橹饼X圓錐齒輪輪齒的漸開線齒形的形成基準(zhǔn)是基錐。 圖4.4 用滾刀加工變厚齒扇的進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 圖4.5 變厚齒扇的截面4.2.3變厚齒扇齒形的計(jì)算 通常取齒扇寬度的中間位置作基

47、準(zhǔn)截面,如圖所示的截面I-I.由該截面至大端（截面-）時(shí)，各截面處的變位系統(tǒng)數(shù)均取正，向小端（截面-）時(shí)，變位系統(tǒng)數(shù)由正變?yōu)榱悖ń孛鍵-I）再變?yōu)樨?fù)值。設(shè)截面I-I至截面-的距離為, （4.5）則轉(zhuǎn)向中 在截面I-I處的原始齒形變位系統(tǒng)數(shù)； m模數(shù)； 切削角（見圖4.6） 由轉(zhuǎn)向(4.5)可知； 當(dāng)齒扇的模數(shù)m及切削角選定后，各截面處的變位系統(tǒng)數(shù)取決于該截面與基準(zhǔn)截面間的距離a(見圖4.6) 。 切削角為60030；齒扇寬一般為2228 mm；模數(shù)為m=5.0 mm ；齒頂高系統(tǒng)數(shù)一般取0.8；壓力角為200。 距離為: a0=B/2=25/2 mm=12.5 mm圖4.6 變厚齒扇齒形計(jì)算簡

48、圖在截面-處的變位系統(tǒng)數(shù)為：齒扇的最大端的直徑為:D大=（Z全+2ha*+2）m=(13+2×0.8+2×0.28)×5.0mm=75.8 mm齒扇的最小端直徑為：D小=（Z全+2ha*-2）m=(13+2×0.8-2×0.28)×5.0mm=70.2 mm分度圓弧齒厚為S=（+2tana0）m=3.14/2+2×0.28×tan200mm=1.77 mm齒扇的全齒高為：h=ha+hf=ha*m+(ha*+c*)m=0.8×5+(0.8+0.3)×5mm=9.5 mm45載重汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

49、表4.3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)齒扇齒模數(shù)齒扇齒模數(shù)mmm3.03.54.04.55.06.06.5轎車排量mL 5001000 18001600200020002000前軸負(fù)荷N3500380047007350700090008300110001000011000貨車和大客車前軸負(fù)荷N300050004500750055001850070001950090002400017000370002300044000最大裝載質(zhì)量kg350100025002700350060008000 由表4.4計(jì)算得出d=65mm ，h1=4mm，h2=5.25mm 表4.4變厚齒扇（I-I）處的齒形參數(shù)選擇與計(jì)算（mm）參數(shù)

50、名稱參數(shù)的選擇與計(jì)算參數(shù)名稱參數(shù)的選擇與計(jì)算整圓齒數(shù)z通常在1218范圍內(nèi)選取齒頂高h(yuǎn)1h1=X1m模數(shù)m根據(jù)汽車前橋負(fù)荷和裝載質(zhì)量選取齒根高h(yuǎn)2h2=X2m法向壓力角020°30°齒全高h(yuǎn)h=h1+h2切削角常選取6°30´和7°30´徑向間隙cc=h1+h2齒扇寬度F通常去2238齒頂圓直徑DD=（z+2X1+2A）m齒頂高系統(tǒng)數(shù)X11.0或0.8分度圓弧齒厚s齒根高系統(tǒng)數(shù)X2X2齒頂圓壓力角1變位系統(tǒng)數(shù)AA分度圓直徑dd=mz4.3轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零件強(qiáng)度計(jì)算4.3.1鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力用下轉(zhuǎn)向計(jì)算鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力: （4.6） 轉(zhuǎn)向4.6中，k為系統(tǒng)數(shù)，根據(jù)AB值從表4.5中查取，A= (1r) -(1R2)/2，B=(1r) + (1R1)2；R2為滾道截面半徑；r為鋼球半徑；Rl為螺桿外半徑；E為材料彈性模量，等于2.1×105Nmm2；F3為鋼球與螺桿之