機(jī)械設(shè)計(jì)說明書-長城哈弗H6汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)

PAGEIVPAGEI本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：長城哈弗H6汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)長城哈弗H6汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)本論文主要闡述說明長城哈弗H6的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)過程。汽車是一種性能要求高，負(fù)荷變化大的運(yùn)輸工具。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車的關(guān)鍵部分，而轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要組成部件，對它的深入研究顯得意義重大。轉(zhuǎn)向器質(zhì)量的好壞對汽車的行駛穩(wěn)定性和安全性都有直接影響。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要由螺桿、鋼球、螺母和轉(zhuǎn)向器殼體等組成，具有較高的傳動效率，操縱輕便，磨損較小，使用壽命長，近年來得到了廣泛應(yīng)用。雖然近年來電子助力，液壓助力轉(zhuǎn)向器越來越多的出現(xiàn)，但循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由于其自身的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各級各類汽車上。本論文的重點(diǎn)在于循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)，其中包括查詢、計(jì)算轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)；計(jì)算、選取轉(zhuǎn)向器的尺寸；校核主要零件強(qiáng)度、剛度；確定零件載荷；同時對轉(zhuǎn)向器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析優(yōu)化；并用AUTOCAD畫出圖紙，表達(dá)清楚其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)緊湊、軸向尺寸短、且零件數(shù)目少又能增加助力。關(guān)鍵詞：SUV；轉(zhuǎn)向器；機(jī)械轉(zhuǎn)向；循環(huán)球式；設(shè)計(jì)TheGreatWallofHavalH6CarCirculatingBallTypeSteeringGearDesignAbstractThisthesismainlyexpoundsthattheGreatWallathavalH6circulatingballtypesteeringgeardesignprocess.Carisakindofhighperformancerequirements,largetransportloadchange.Steeringsystemisakeypartofthecar,steeringandsteeringgearisanimportantcomponentofthein-depthstudyofitissignificant.Steeringgearqualityonvehicledrivingstabilityandsafetyaredirectlyaffected.Mainlybythecirculatingballtypesteeringgear,ballscrew,nutandsteeringgearhousingandsoon,hasthehightransmissionefficiency,manipulatinglight,wearsmall,longservicelife,hasawiderangeofapplications.Althoughelectronicpowerinrecentyears,moreandmorehydraulicpowersteeringgear,loopballtoothfantyperedirectorrackduetoitsowncharacteristicsiswidelyusedinalllevelsofvarioustypesofcars.Thispaperwillfocusonthedesignofthecirculatingballtypesteeringgear,includingquery,relevantparameterscalculatedsteeringsystem;Thesizeofthecalculation,selectionofsteeringgear;Checkthemainpartsstrengthandrigidity;Determiningtheload;Optimizationofstructuraldesignandanalysisforthesteeringgear;WiththeAUTOCADdrawingdrawings,clearitsinternalstructure.Realizethesteeringcompactstructure,shortaxialdimensions,andlessnumberofpartsandcanincreasepower.KeyWords:SUV；Thesteeringgear；Mechanicalsteering；Circulatingballtype；Design目錄1緒論 11.1轉(zhuǎn)向器的研究背景及意義 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 31.3本文主要研究內(nèi)容 42轉(zhuǎn)向器概述 52.1轉(zhuǎn)向器簡介 52.2工作原理 52.3循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器特點(diǎn) 53轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù) 83.1轉(zhuǎn)向器的效率 83.1.1轉(zhuǎn)向器正效率η+ 83.1.2轉(zhuǎn)向器逆效率η- 83.2轉(zhuǎn)向系傳動比 93.2.1轉(zhuǎn)向系的角傳動比 93.2.2轉(zhuǎn)向系的力傳動比 103.2.3力傳動比和轉(zhuǎn)向系角傳動比的關(guān)系 103.3轉(zhuǎn)向系變角傳動原理 103.4轉(zhuǎn)向器傳動副的傳動間隙△t 113.5轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定 124轉(zhuǎn)向器的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì) 134.1鋼球中心距D、螺桿外徑D1、螺母內(nèi)徑D2、鋼球直徑d及數(shù)量n 134.2滾道截面 154.3接觸角θ 174.4螺距P和螺線導(dǎo)程角α0 174.5工作鋼球圈數(shù)W與導(dǎo)管內(nèi)徑d1 174.6螺桿的實(shí)際有效工作長度的計(jì)算 185齒條、齒扇傳動副的設(shè)計(jì) 195.1工作原理 195.2變厚齒扇的分析 205.3變厚齒扇齒形的計(jì)算 216循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件強(qiáng)度計(jì)算 236.1鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力σ 236.2齒扇齒的彎曲應(yīng)力σw 246.3轉(zhuǎn)向搖臂軸直徑d的確定 247結(jié)論 26參考文獻(xiàn) 27致謝 28畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 29畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 30PAGE11緒論1.1轉(zhuǎn)向器的研究背景及意義汽車是一種性能要求高、負(fù)荷變化大、技術(shù)高度密集的運(yùn)輸工具。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車的關(guān)鍵部分，而轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要部件，對它進(jìn)行深入研究顯得意義重大，其質(zhì)量好壞對汽車行駛的穩(wěn)定性和安全性都有直接影響[1]。汽車轉(zhuǎn)向器按結(jié)構(gòu)可以分為多種，目前較常見的有循環(huán)球式、齒輪齒條式、蝸桿曲柄指銷式、蝸桿滾輪式等。如果按照助力形式，又可以分為機(jī)械式（無助力）和動力式（有助力）兩種，其中，動力轉(zhuǎn)向器又可以分為氣壓動力式、液壓動力式、電動助力式、電液助力式等種類[2]。a.齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器是一種最常見的轉(zhuǎn)向器。其基本結(jié)構(gòu)是一對相互嚙合的小齒輪和齒條。轉(zhuǎn)向軸帶動小齒輪旋轉(zhuǎn)時，齒條便做直線運(yùn)動。有時，靠齒條來直接帶動橫拉桿，就可使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。所以，這是一種最簡單的轉(zhuǎn)向器，它的優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，轉(zhuǎn)向靈敏，體積小，可以直接帶動橫拉桿，廣泛應(yīng)用。b.蝸桿曲柄銷式轉(zhuǎn)向器蝸桿曲柄銷式轉(zhuǎn)向器是以蝸桿為主動件，曲柄銷為從動件的轉(zhuǎn)向器，蝸桿具有梯形螺紋，手指狀的雛形指銷用軸承支承在曲柄上，曲柄與轉(zhuǎn)向搖臂軸制成一體。轉(zhuǎn)向時，通過轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動蝸桿、嵌于蝸桿螺旋槽中的錐形指銷一邊自轉(zhuǎn)，一邊繞搖臂軸做圓弧運(yùn)動，從而帶動曲柄和轉(zhuǎn)向垂臂擺動，再通過轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，通常用于轉(zhuǎn)向力大的載貨汽車上。c.齒輪齒條液壓助力轉(zhuǎn)向器齒輪齒條液壓助力轉(zhuǎn)向器，是相對于齒輪齒條機(jī)械轉(zhuǎn)向器而言的，主要是增加了轉(zhuǎn)向油泵、轉(zhuǎn)向油壺、轉(zhuǎn)向油管、轉(zhuǎn)向閥、專項(xiàng)油缸等部件，以其達(dá)到改善駕駛員手感，增加轉(zhuǎn)向助力的目的轉(zhuǎn)向裝置。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器所謂的循環(huán)球指的就是小鋼球，它們被放置于螺母與螺桿之間的密閉管路內(nèi)，起到將螺母螺桿之間的滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)樽枇^小的滾動摩擦的作用，當(dāng)與方向盤轉(zhuǎn)向管柱固定到西安大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）一起的螺桿轉(zhuǎn)動起來后，螺桿推動螺母上下運(yùn)動，螺母在通過齒輪嚙合來驅(qū)動齒扇往復(fù)搖動從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。在這個過程當(dāng)中，那些小鋼球就在密閉的管路內(nèi)循環(huán)往復(fù)的滾動，所以這種轉(zhuǎn)向器就被稱為循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，已成為當(dāng)今世界汽車主要的兩種轉(zhuǎn)向器，而蝸輪—蝸桿式轉(zhuǎn)向器和蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器，正在逐步被淘汰或保留較小地位。在小3客車上發(fā)展轉(zhuǎn)向器的觀點(diǎn)各異，美國和日本重點(diǎn)發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，比率都達(dá)到或超過了90%；西歐則重點(diǎn)發(fā)展齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，比率超過50%，法國已高達(dá)95%。在全球范圍內(nèi)，汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占45%左右，有繼續(xù)發(fā)展之勢；齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器占40%左右；蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器占10%左右；其他形式的轉(zhuǎn)向器占5%?？梢哉f，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器正在穩(wěn)步發(fā)展，而西歐小客車，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有很大的發(fā)展；日本汽車轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)是，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器所占比重越來越大，日本裝用不同型號發(fā)動機(jī)的各類型汽車，采用不同的轉(zhuǎn)向器，在公共汽車中因使用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，有60年代所占總數(shù)的62.5%發(fā)展到現(xiàn)在的100%（蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器在公共汽車上已經(jīng)被淘汰）。大、小型貨車中，也大都采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器；但齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器有所發(fā)展；微型貨車用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占65%，齒條輪式占35%。2010年，中國汽車產(chǎn)銷量雙雙突破1800萬輛，不僅蟬聯(lián)世界第一，而且創(chuàng)全球歷史新高。汽車工業(yè)儼然已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一。在我國，進(jìn)入90年代以來，汽車迅速普及，走進(jìn)千家萬戶，融入我們的生活。我國的經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，人民生活水平大幅度提高，中國已成為世界汽車最大的新興市場，產(chǎn)銷兩旺。由于循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的種種優(yōu)點(diǎn)，在中、小型號的車輛上都有良好的應(yīng)用，而大型車輛更以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為主要結(jié)構(gòu)。由此不難看出，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)具有極其重要的意義，其應(yīng)用前景也非常好。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是一種經(jīng)典的機(jī)械式轉(zhuǎn)向器，由鋼球、螺桿、螺母、齒扇、齒扇軸、殼體等組成，共兩級傳動副：轉(zhuǎn)向螺桿——螺母傳動副和轉(zhuǎn)向螺母——齒扇傳動副。因螺母與螺桿之間沒有滑動摩擦，只有鋼球與螺桿及螺母之間的滾動摩擦，所以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器具有較高的傳動效率。另一方面，因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度高、成本高、轉(zhuǎn)向靈敏度不如齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器等而一度被齒條齒輪式所壓制。但隨著動力轉(zhuǎn)向的應(yīng)用以及道況的改善，“打手”現(xiàn)象明顯減少，正向傳動效率很高（最高可達(dá)90%以上），操作輕便，使用壽命長等各優(yōu)勢漸得體現(xiàn)，目前再次得到廣泛應(yīng)用。汽車車速的提高，需要在轉(zhuǎn)向時有較好的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，必須使轉(zhuǎn)向器具有較高剛度。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器通過大量鋼球的滾動接觸來傳遞轉(zhuǎn)向力，具有較大的強(qiáng)度和耐磨性，并且被設(shè)計(jì)成等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，特別是變速比結(jié)構(gòu)具有較高剛度，適宜高速車輛采用。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的間隙可調(diào)，提高了轉(zhuǎn)向器使用壽命。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的制造水平體現(xiàn)了一個國家汽車工業(yè)發(fā)展水平。我國循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器行業(yè)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝水平方面，與世界先進(jìn)水平仍有較大差距。未來轉(zhuǎn)向器在朝著更加靈敏、經(jīng)濟(jì)、與信息化相適應(yīng)的方向發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，全球汽車產(chǎn)量、銷量、車速節(jié)節(jié)攀高，駕駛員和乘客的安全顯得愈發(fā)重要。同時，行業(yè)的不斷發(fā)展則要求設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造更加專業(yè)化、合理化、經(jīng)濟(jì)化、安全化。在世界范圍內(nèi)，汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占45%左右，有繼續(xù)發(fā)展之勢；齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器在40%左右；蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器占10%左右；其它型式的轉(zhuǎn)向器占5%。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器正向傳動效率高（最高可達(dá)90%以上），嚙合平穩(wěn)，剛性好，操縱輕便，大大降低駕駛員的勞動強(qiáng)度、使用壽命長，各種優(yōu)勢逐漸得到體現(xiàn)，目前得到廣泛使用。在中、小型號的車輛上都有良好的應(yīng)用，而大型車輛更以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為主要結(jié)構(gòu)。隨著動力轉(zhuǎn)向的應(yīng)用以及道路行駛條件的改善，“打手”現(xiàn)象明顯減少，我國的轉(zhuǎn)向器行業(yè)也在朝向大量生產(chǎn)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的方向發(fā)展，可是相較于發(fā)達(dá)國家起步晚，底子薄，模仿多于創(chuàng)新。而循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器在國外實(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)公司的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器就以成本低、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公司也作為一個大型轉(zhuǎn)向器專業(yè)廠著稱于世。它從1948年開始生產(chǎn)ZF型轉(zhuǎn)向器，年產(chǎn)各種轉(zhuǎn)向器200多萬臺。還有一些比較大的轉(zhuǎn)向器生產(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)已成為一種趨勢，只有走這條道路才能使產(chǎn)品質(zhì)量高、產(chǎn)量大、成本低，極具競爭力。動力轉(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，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器還是得到很快的發(fā)展[3]。發(fā)達(dá)國家轉(zhuǎn)向器行業(yè)，目前已基本形成了專業(yè)化，系列化的生產(chǎn)局面，使產(chǎn)品質(zhì)量高、產(chǎn)量大、成本低。國外有許多已發(fā)展成大規(guī)模生產(chǎn)的專業(yè)廠，技術(shù)先進(jìn)，年產(chǎn)量超過百萬臺，銷售點(diǎn)遍布全球。我國的轉(zhuǎn)向器行業(yè)，目前發(fā)展勢頭十分迅猛，也在朝向大量生產(chǎn)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的方向發(fā)展，可是相較于發(fā)達(dá)國家起步晚，底子薄，模仿多于創(chuàng)新，設(shè)計(jì)與制造水平均落后與世界先進(jìn)水平。41.3本文主要研究內(nèi)容本次設(shè)計(jì)主要根據(jù)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)行轉(zhuǎn)向器整體及主要零件的尺寸設(shè)計(jì)及強(qiáng)度、載荷校核。前期明確轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)原則、要求，查詢車型的相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算、選取必要的數(shù)據(jù)以確定鋼珠的尺寸大小、數(shù)目；搖臂軸的直徑、強(qiáng)度；齒扇軸的齒數(shù)、模數(shù)等。中期根據(jù)已有的數(shù)據(jù)，繪制CAD圖紙，明確表達(dá)轉(zhuǎn)向器整體、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、大小和各零件的裝配關(guān)系。后期，查看已完成的設(shè)計(jì)，改正不可實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)不合理的部分。2轉(zhuǎn)向器概述52轉(zhuǎn)向器概述本章主要介紹轉(zhuǎn)向器的基本結(jié)構(gòu)組成、工作原理、轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)要求，為后續(xù)的設(shè)計(jì)計(jì)算打下理論基礎(chǔ)。2.1轉(zhuǎn)向器簡介轉(zhuǎn)向器又名轉(zhuǎn)向機(jī)、方向機(jī)，它是轉(zhuǎn)向系中最重要的部件。它的作用是：增大方向盤傳到轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的力并改變力的傳遞方向。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是一種經(jīng)典的機(jī)械式轉(zhuǎn)向器，由鋼球、螺桿、螺母、齒扇軸、齒扇、殼體等主要零件組成，共兩級傳動副：轉(zhuǎn)向螺桿——螺母傳動副和轉(zhuǎn)向螺母——齒扇傳動副。2.2工作原理所謂的循環(huán)球指的就是小鋼球，它們被放置于螺母與螺桿之間的密閉管路內(nèi)，起到將螺母、螺桿之間的滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)樽枇^小的滾動摩擦的作用，當(dāng)與方向盤轉(zhuǎn)向管柱固定到一起的螺桿轉(zhuǎn)動起來后，螺桿推動螺母直線往復(fù)運(yùn)動，轉(zhuǎn)向螺母再通過齒齒嚙合來驅(qū)動齒扇往復(fù)搖動從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。在這個過程當(dāng)中，那些小鋼球就在密閉的管路內(nèi)循環(huán)往復(fù)的滾動，所以，這種轉(zhuǎn)向器就被稱為循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。這種轉(zhuǎn)向裝置是由齒輪機(jī)構(gòu)將來自轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)力進(jìn)行減速，使轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)闇u輪蝸桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，轉(zhuǎn)向螺桿和螺母夾著鋼球嚙合，從而將轉(zhuǎn)向螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動，轉(zhuǎn)向螺母再與齒扇齒嚙合，直線運(yùn)動再次變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動，使連桿臂搖動，轉(zhuǎn)向搖臂再使連動拉桿和橫拉桿做直線運(yùn)動，改變車輪的方向[4]。它的原理相當(dāng)于利用轉(zhuǎn)向螺桿與螺母中產(chǎn)生的相對移動，變滑動摩擦為滾動摩擦，所有鋼球在一個首尾相連的封閉的螺旋曲線內(nèi)循環(huán)滾動，循環(huán)球式故而得名。2.3循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器特點(diǎn)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由螺桿、螺母、鋼球、導(dǎo)管、殼體等主要零件組成。轉(zhuǎn)向螺桿利用殼體兩端的上蓋和下蓋及其軸承固定；在螺母的內(nèi)表面和螺桿的外表面上，分別加工西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）出端面為半圓弧形的精密螺紋槽，二者的螺紋槽通過鋼球相配合。螺母外表面有兩根鋼球?qū)Ч?，每根?dǎo)管的兩端分別插人螺母導(dǎo)管孔內(nèi)，導(dǎo)管內(nèi)也充滿了鋼球，結(jié)果兩根導(dǎo)管和螺母、螺桿所形成螺旋形的通道就組合成兩個獨(dú)立的、封閉的鋼球循環(huán)滾道。螺桿轉(zhuǎn)動時，通過鋼球給螺母，推動螺母軸向移動，同時由于摩擦力的作用，所有的鋼球便PAGE6在螺桿與螺母之間滾動，形成“滾流”，鋼球在螺母內(nèi)繞行兩圈后，流出螺母進(jìn)人導(dǎo)管，再由導(dǎo)管流回螺母內(nèi)而形成封閉的循環(huán)[5]。

螺桿與螺母之間是通過鋼球作為中間傳力件，而鋼球在它們之間又是以滾動摩擦的形式傳遞作用力、減少了滑動摩擦，所以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器傳動效率高，操作輕便。

螺母的下端切制成等距的齒條，與轉(zhuǎn)向搖臂軸上的偏心齒扇(齒中間截面為標(biāo)準(zhǔn)齒形，大端為正變位，小端為負(fù)變位，中間為連續(xù)變化的漸開線齒形)相嚙合(螺母的下端面在寬度方向上傾斜于水平面[6]，轉(zhuǎn)向搖臂軸上的偏心齒扇也從小端向大端傾斜于水平面)?？梢酝ㄟ^調(diào)整螺栓調(diào)M它們的嚙合間隙，實(shí)現(xiàn)無隙嚙臺，使傳遞平穩(wěn)。

螺母沿螺桿作軸向移動，通過齒條與齒扇的嚙合，使齒扇軸轉(zhuǎn)動，從而帶動轉(zhuǎn)向垂臂擺動。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的調(diào)整：兩個螺桿軸承的預(yù)緊力，可用增加或減少上蓋的調(diào)整墊片來進(jìn)行調(diào)整，然后用螺母鎖緊,調(diào)整螺栓[7]。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的基本機(jī)構(gòu)如圖2.1所示：圖2.1循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器汽車在行駛時，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。轉(zhuǎn)向系由三個主要部分組成，它們分別是是轉(zhuǎn)向操縱部分、轉(zhuǎn)向器部分和轉(zhuǎn)向傳動部分。通過這三部分的緊密配合，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用來改變或保持汽車行駛或倒退方向。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時，轉(zhuǎn)向器把這個動作傳到轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)。然后，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動機(jī)構(gòu)帶動前輪偏轉(zhuǎn)控制汽車的行駛方向。圖2.2汽車轉(zhuǎn)向系示意圖按照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB17675—1999和汽車設(shè)計(jì)可知，其轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)的要求如下：（1）汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，全部車輪應(yīng)繞瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，不應(yīng)有側(cè)滑；（2）轉(zhuǎn)向輪具有自動回正能力，并穩(wěn)定行駛；（3）在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動；（4）轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置產(chǎn)生的運(yùn)動不協(xié)調(diào)時，應(yīng)使車輪產(chǎn)生的擺動最??；（5）轉(zhuǎn)向靈敏，保證有足夠小的最小轉(zhuǎn)彎半徑，提高汽車機(jī)動性；（6）轉(zhuǎn)向輪遇到障礙物時，傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力，要盡可能??；（7）轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的球頭處，應(yīng)有間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)；（8）發(fā)生事故時，應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置；（9）保證轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動方向與汽車行駛方向的改變相一致；（10）轉(zhuǎn)向操縱輕便、并兼顧高速行駛操縱穩(wěn)定性。83轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)3轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)本章主要介紹轉(zhuǎn)向系的正逆效率、轉(zhuǎn)向系的傳動比變化特性、轉(zhuǎn)向系變角傳動原理、轉(zhuǎn)向器傳動副的傳動間隙△t、轉(zhuǎn)向系載荷等。3.1轉(zhuǎn)向器的效率轉(zhuǎn)向器的輸出功率與輸入功率之比，稱為轉(zhuǎn)向器的傳動效率。轉(zhuǎn)向器效率又分為正效率η+和逆效率η-。為保證轉(zhuǎn)向時駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤輕便，要求正效率高；同時，為保證汽車轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤能自動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行駛時駕駛員的疲勞，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，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[8]。3.1.1轉(zhuǎn)向器正效率η+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)向器的正效率:(3.1)式中，P1為作用在轉(zhuǎn)向器輸入軸上的輸入功率，P2為轉(zhuǎn)向器中的摩擦功率。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率相對比較高，可達(dá)80%以上，正效率越高，摩擦損失就越小，轉(zhuǎn)向操縱就越輕便。如果忽略軸承和其它地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，對于螺桿類的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，其正效率可用下式計(jì)算：=87.3%（3.2）其中，α0為蝸桿(或螺桿)的螺線導(dǎo)程角，取α0=8°ρ為摩擦角，ρ=arctan?=arctan0.03=1.146°PAGE9摩擦因數(shù)f，取0.03。3.1.2轉(zhuǎn)向器逆效率η-轉(zhuǎn)向軸輸出的功率（P3-P2）與轉(zhuǎn)向搖臂軸的輸入功率P3之比，稱為轉(zhuǎn)向器的逆效率：(3.3)式中，P3為作用在轉(zhuǎn)向搖臂軸上的功率。根據(jù)逆效率大小不同，轉(zhuǎn)向器又有可逆式、極限可逆式和不可逆式之分。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器屬于可逆式轉(zhuǎn)向器，可逆式轉(zhuǎn)向器的逆效率較高，一般路面作用在車輪上的力，經(jīng)過轉(zhuǎn)向系可大部分傳遞到轉(zhuǎn)向盤。由于它能保證轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動回正。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，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”，使之精神狀態(tài)緊張。如果長時間在不平路面上行駛，易使駕駛員疲勞，影響安全駕駛。不可逆式轉(zhuǎn)向器，是指當(dāng)車輪受到的外界沖擊力不能傳到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向器。該沖擊力由轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的零件承受，因而容易使這些零件損傷。同時，它既不能保證車輪自動回復(fù)正位，駕駛員又缺乏路面感覺。所以，現(xiàn)代汽車不采用這種轉(zhuǎn)向器。極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于上述兩者之間。在車輪受到?jīng)_擊力作用時，此力僅僅有較小一部分傳至轉(zhuǎn)向盤。它的優(yōu)點(diǎn)是逆效率較低，在不平整的路面上行駛時，可以降低駕駛員的緊張程度，同時轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的零件所承受的沖擊力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于不可逆式轉(zhuǎn)向器。如果忽略軸承和其它地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，則逆效率可用下式計(jì)算：=85.5%（3.4）由上式(3.3)、(3.4)可知，增大螺線導(dǎo)程角α0，正、逆效率都增大，故不宜將α0取得過大；當(dāng)α0≤ρ時，逆效率η-≤0，這時轉(zhuǎn)向器為不可逆式轉(zhuǎn)向器，因此α0min≥ρ，螺線導(dǎo)程角α0=8較為適宜。3.2轉(zhuǎn)向系傳動比轉(zhuǎn)向系的傳動比，包括轉(zhuǎn)向系的角傳動比iw和轉(zhuǎn)向系的力傳動比ip[9]。3.2.1轉(zhuǎn)向系的角傳動比對循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，其角傳動為方向盤角速度和轉(zhuǎn)向搖臂角速度之比:(3.5)轉(zhuǎn)向系角傳動比，其中為轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)角傳動比：（3.6）3.2.2轉(zhuǎn)向系的力傳動比作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩Mr與作用在方向盤上的力矩Mh之比，稱之為力傳動比ip，即：ip=Mr/Mh=33.9（3.7）3.2.3力傳動比和轉(zhuǎn)向系角傳動比的關(guān)系轉(zhuǎn)向系統(tǒng)效率為作用在方向盤的輸入功率與轉(zhuǎn)向節(jié)輸出功率之比，忽略轉(zhuǎn)向變形，則：ip=*iwo（3.8）有上式可知，在轉(zhuǎn)向系效率一定的情況下，力傳動比ip越大，雖然轉(zhuǎn)向越輕便，但不靈敏。3.3轉(zhuǎn)向系變角傳動原理上式ip=*iwo，表明增大力傳動比ip，操作輕便，但轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度對方向盤角速度的響應(yīng)變得遲鈍，操作時間增長，汽車轉(zhuǎn)向靈敏性降低。所以，“輕”和“靈”構(gòu)成了一對矛盾。為解決此問題，可采用變速比轉(zhuǎn)向器。對于循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，由式：(3.9)可知，因結(jié)構(gòu)原因，螺距P不能改變，但可以用改變齒扇嚙合半徑r的方法達(dá)到使循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器實(shí)現(xiàn)變速比的目的[10]。隨方向盤轉(zhuǎn)角變化，轉(zhuǎn)向器角傳動比可以設(shè)計(jì)成減小、增大和保持不變。影響選取角傳動比變化規(guī)律的因素主要是轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷和對汽車機(jī)動性能的要求。長城哈弗H6作為一款城市SUV，轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷較小，在方向盤轉(zhuǎn)向角范圍內(nèi)，駕駛員不存在轉(zhuǎn)向沉重問題。在此情況下，應(yīng)選取較小的轉(zhuǎn)向器角傳動比并減少方向盤的總?cè)?shù)，以提高氣汽車機(jī)動性能。汽車以較高車速轉(zhuǎn)向行駛時，要求轉(zhuǎn)向輪反應(yīng)靈敏，轉(zhuǎn)向器角傳動比應(yīng)當(dāng)小些。汽車高速直線行駛時，轉(zhuǎn)向盤在中間位置的轉(zhuǎn)向器角傳動比不宜過小。否則轉(zhuǎn)向過分敏感，使駕駛員精確控制轉(zhuǎn)向輪的運(yùn)動有困難。汽車轉(zhuǎn)向器角傳動比變化曲線應(yīng)選用大致呈“中間小，兩端大”的下凹形曲線，如圖3.1所示。圖3.1轉(zhuǎn)向器角傳動比變化特性曲線3.4轉(zhuǎn)向器傳動副的傳動間隙△t傳動間隙，是指各種轉(zhuǎn)向器中傳動副之間的間隙。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)系稱為轉(zhuǎn)向器傳動副傳動間隙特性。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)。圖3.1中曲線1表明，轉(zhuǎn)向器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)向器傳動間隙變化特性。圖3.2轉(zhuǎn)向器傳動副傳動間隙特性傳動副的傳動間隙在轉(zhuǎn)向盤處于中間及其附近位置時要極小，一般是10%15%，最好無間隙。若轉(zhuǎn)向器傳動副存在傳動間隙，一旦轉(zhuǎn)向輪受到側(cè)向力作用，車輪將偏離原行駛位置，汽車失去穩(wěn)定。傳動副在中間及其附近位置因使用頻繁，磨損速度比兩端快。在中間附近位置因磨損造成的間隙過大時，則必須經(jīng)過調(diào)整消除該處間隙[11]。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的齒條齒扇傳動副的傳動間隙特性，可通過將齒扇齒做成不同厚度來獲取必要的傳動間隙。即將中間齒設(shè)計(jì)成正常齒厚，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。3.5轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定為了保證行駛安全，轉(zhuǎn)向系的各零件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度。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)動轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動的阻力、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)算出這些力是極其困難的。為此推薦用足夠精確的半經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算汽車在瀝青或者混凝土路面上原地轉(zhuǎn)向阻力矩MR（N·mm）,即N·mm(3.10)式中,G1為前軸負(fù)荷：(3.11)f為靜止時輪胎和路面間的摩擦因數(shù)，一般取0.7；g為重力加速度；m為汽車前軸負(fù)荷，單位為kg；p為輪胎氣壓（MPa）,查輪胎氣壓得，p=0.245MPa。作用在方向盤上的手力為:(3.12)式中，Ll為轉(zhuǎn)向搖臂長，取240mm；L2為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長，取200mm;Dsw為轉(zhuǎn)向盤直徑，取380mm；iw為轉(zhuǎn)向器角傳動比，為轉(zhuǎn)向器正效率。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)給定車型——長城哈弗H6，上式計(jì)算出來的作用力是最大值，可用此值作為計(jì)算載荷。4轉(zhuǎn)向器的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)4轉(zhuǎn)向器的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向器，車型是長城哈弗H6——近年來，銷售十分火旺的民族自主品牌SUV，在汽車之家網(wǎng)站上，可以查的該車型的基本數(shù)據(jù)，如下表所示：表4.1長城哈弗H6的基本參數(shù)長城哈弗H6的基本參數(shù)最大功率98kw最大功率轉(zhuǎn)速5500r/min最大功率轉(zhuǎn)矩186N·m最高時速180Km/h整備質(zhì)量1549kg滿載質(zhì)量2050kg軸距2680mm前輪胎規(guī)格225/65R17車身長寬高4649/1852/1710前后輪距1565/1565最小離地間隙180mm方向盤尺寸380mm4.1鋼球中心距D、螺桿外徑D1、螺母內(nèi)徑D2、鋼球直徑d及數(shù)量n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對確定鋼球中心距D的大小有影響，而又對轉(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)時先參考同類型汽車參數(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20～38mm范圍內(nèi)變化，設(shè)計(jì)時應(yīng)根據(jù)汽車排量、轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷的大小來選定。螺母內(nèi)徑D2應(yīng)大于D1，一般要求D2-D1=(5%～10%)D。根據(jù)題目選取鋼球中心距D=24mm，螺桿外徑D1=23mm，取螺母內(nèi)徑D2-D1=10%D所以，螺母內(nèi)徑D2=D1+8%D=23+10%×24≈25mm。圖4.1螺桿、鋼球和螺母傳動副鋼球直徑尺寸d取得大，能提高承載能力，同時螺桿和螺母傳動機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)響器的尺寸也隨之增大。鋼球直徑應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，由表4.1初取d=5.556mm。增加鋼球數(shù)量n，能提高承載能力，但是鋼球流動性變壞，從而使傳動效率降低。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，每個環(huán)路中的鋼球數(shù)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。每個環(huán)路中的鋼球數(shù)可用下式計(jì)算：(個)（4.1）式(4.1)中，D為鋼球中心距；W為一個環(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)；α0為螺線導(dǎo)程角，常取α0=8o～10o，則cosα0=1。循環(huán)球與滾道之間的間隙，除用來貯存潤滑油之外，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=(0.51～0.53)d，初取R2=0.53d=0.53×5.556=2.94mm。表4.2循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要參數(shù)[12]齒扇模數(shù)m/mm3.03.54.04.55.06.06.5搖臂軸直徑/mm2226303032323538404245鋼球中心距/mm202325252830323540螺桿外徑/mm2024252528293438鋼球直徑/mm5.5565.5566.3506.3507.1447.1448螺距/mm7.9388.7319.5259.525101011工作圈數(shù)1.552.52.5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°30′27°30′切削角6°30′6°30′7°30′齒扇寬/mm2225252725283028～323034383538圖4.2四段圓弧滾道截面圖4.3滾道截面西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4.3接觸角θ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θ稱為接觸角，如圖4-2所示。θ角多取45°，以使軸向力和徑向力分配均勻。4.4螺距P和螺線導(dǎo)程角α0轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動角，對應(yīng)螺母移動的距離s為(4.2)式（4.2）中，P為螺紋螺距。與此同時，齒扇節(jié)圓轉(zhuǎn)過的弧長等于s，相應(yīng)搖臂轉(zhuǎn)過βp角，其間關(guān)系可表示如下(4.3)式（4.3）中，r為齒扇節(jié)圓半徑。聯(lián)立式（4.2）、式（4.3）得(4.4)將對求導(dǎo)，得循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器角傳動比為：（4.5）由式（4.5）可知，螺距P影響著轉(zhuǎn)向器傳動比的值。在螺距不變的條件下，鋼球直徑d越大，圖4-1中的尺寸b越小，要求b=P-d＞2.5mm。螺距一般在811mm內(nèi)選取，因?yàn)镻=8.731mm，d=5.556mm，所以b=P-d=8.731-5.556=3.175mm﹥2.5mm，所以，初取值符合要求，故取，d=5.556mm。則滾道截面圓弧半徑R2=0.53*5.556=2.94mm，此時的取值，符合要求。4.5工作鋼球圈數(shù)W與導(dǎo)管內(nèi)徑d1多數(shù)情況下，轉(zhuǎn)向器用兩個環(huán)路，而每個環(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)有1.5和2.5圈兩種。一個環(huán)路的工作鋼球圈數(shù)的選取見表4.1，工作圈數(shù)選為1.5圈。容納鋼球而且鋼球在其內(nèi)部流動的導(dǎo)管內(nèi)徑d1=d+e，式中，e為鋼球直徑d與導(dǎo)管內(nèi)徑之間的間隙。e不宜過大，否則鋼球流經(jīng)導(dǎo)管時球心偏離導(dǎo)管中心線的距離增大，從而流動阻力增大。推薦e=0.4～0.8mm，導(dǎo)管壁厚取為1mm。4.6螺桿的實(shí)際有效工作長度的計(jì)算當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)過3角(即1.5圈)時，齒扇節(jié)圓應(yīng)轉(zhuǎn)過的弧長等于對應(yīng)螺母在螺桿上移動的距離s，此時，搖臂軸轉(zhuǎn)過角，與此同時，轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)至最大轉(zhuǎn)角，則(4-6)則螺桿螺紋滾道的有效工作長度L′等于螺母在螺桿上移動的距離的2倍，即L′=2s=2×47.65mm=95.30mm；在此條件下，應(yīng)盡量縮短滾道長度。但為安全考慮，在有效工作長度L′之外的兩端各增加0.5-0.75圈滾道長度。又因?yàn)槁輻U螺紋滾道的有效工作長度距兩端面距離5.5mm。因此，螺桿螺紋滾道的實(shí)際有效工作長度LL=L′+2×0.55=95.3+1.3=96.6mm≈96mm(4-7)螺桿螺線導(dǎo)成角為，則：(4-8)

即(4-9)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）5齒條、齒扇傳動副的設(shè)計(jì)5.1工作原理循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器一般有5個齒，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搖臂軸來調(diào)節(jié)齒扇與齒條的嚙合間隙[13]。由于轉(zhuǎn)向器經(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)生的間隙而不致在轉(zhuǎn)彎時使兩端齒卡住，則應(yīng)增大兩端齒嚙合時的齒側(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，如圖5.1所示，O1相對于搖臂軸的中心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，齒側(cè)間隙△s也逐漸加大，嚙合角一般α為200，徑向間隙系數(shù)為0.2。圖5.1齒側(cè)間隙的齒扇加工原來與計(jì)算簡圖所以徑向間隙為:△r=0.2r=0.2×22.75=4.55mm(5.1)△s可表達(dá)為：△s=2△rtanα=2×4.55×tan200=3.312mm(5.2)齒條、齒扇傳動副各對嚙合齒齒側(cè)間隙△s的改變也可以用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0.20～0.30mm即可。圖5.2用滾刀加工變厚齒扇的進(jìn)給運(yùn)動圖5.3變厚齒扇的截面5.2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5.2所示，滾刀相對工件作垂直進(jìn)給的同時，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5.3所示。在該圖中0—0截面原始齒形的變位系數(shù)ζ=0，則位于其兩側(cè)的截面Ⅰ—Ⅰ和Ⅱ—Ⅱ分別具有ζ>0和ζ<0，即截面Ⅰ—Ⅰ的齒輪為正變位齒輪，截面Ⅱ—Ⅱ的齒輪為負(fù)變位齒輪。即變厚齒扇在其整個齒寬方向上是由無窮多的原始齒形變位系數(shù)逐漸變化的圓柱齒輪所形成。因?yàn)樵谂c0—0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[13]。變厚齒形齒扇的計(jì)算，如圖5-3所示，一般將中間剖面A-A定義為基準(zhǔn)平面。進(jìn)行變厚齒扇計(jì)算之前，必須確定的參數(shù)有：變厚齒扇的模數(shù)m；法向壓力角，一般在20°～30°之間；齒頂高系數(shù)X1，一般取0.8或1.0；徑向間隙系數(shù)，取0.2；正圓齒數(shù)，在12～15之間選取；齒扇寬度 B，一般在22mm～38mm。表5.1循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器齒扇齒模數(shù)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器齒扇齒模數(shù)齒扇齒模數(shù)m/mm3.03.54.04.55.06.06.5轎車排量/mL5001000～18001600～200020002000前軸負(fù)荷/N3500～38004700～73507000～90008300～1100010000～11000貨車和大客車前軸負(fù)荷/N3000～50004500～75005500～185007000～195009000～2400017000～3700023000～44000最大裝載質(zhì)量/Kg350100025002700350060008000首先根據(jù)汽車的排量1497ml，查表，選取齒扇的模數(shù)m=3.5mm，然后，由變厚齒扇的模數(shù)m=3.5mm，查表選擇確定轉(zhuǎn)向器的相關(guān)尺寸。5.3變厚齒扇齒形的計(jì)算通常取齒扇寬度的中間位置作基準(zhǔn)截面,如圖所示的截面I-I.由該截面至大端（截面Ⅱ-Ⅱ）時，各截面處的變位系數(shù)ζ均取正，向小端（截面Ⅲ-Ⅲ）時，變位系數(shù)ζ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Ⅱ-Ⅱ的距離為（5.3）則式中，ζⅠ——在截面I-I處的原始齒形變位系數(shù)；m——模數(shù)；γ——切削角(見圖5.4)由式(4-1)可知；當(dāng)齒扇的模數(shù)m及切削角γ選定后，各截面處的變位系數(shù)ζ取決于該截面與基準(zhǔn)截面間的距離a(見圖5.4)。切削角γ為60030′；齒扇寬一般為22～38mm；模數(shù)為m=3.5mm；齒頂高系數(shù)一般取0.8；壓力角為200。所以，距離為：a0=B/2=25/2=12.5mm(5.4)圖5.4變厚齒扇齒形計(jì)算簡圖在截面Ⅱ-Ⅱ處的變位系數(shù)為：（5.5）齒扇的最大端的直徑為:D大=（Z全+2ha*+2ζ）m=(13+2×0.8+2×0.342)×3.5=53.947mm（5.6）齒扇的最小端直徑為：D小=（Z全+2ha*-2ζ）m=(13+2×0.8-2×0.342)×3.5=48.251mm（5.7）分度圓弧齒厚為：S=（π/2+2ζtana0）m=3.14/2+2×0.342×tan200×3.5=6.5347mm（5.8）齒扇的全齒高為：h=ha+hf=ha*m+(ha*+c*)m=0.8×3.5+(0.8+0.3)×3.5=6.65mm（5.9）循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件強(qiáng)度計(jì)算為了保證行駛中車輛、駕駛員、運(yùn)載貨物及其他人員的安全,組成轉(zhuǎn)向系的各零件應(yīng)有具足夠的強(qiáng)度、剛度與硬度。6.1鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力σ鋼球接觸點(diǎn)至螺桿中心線的距離為(6.1)式中，D為鋼球中心距；d為鋼球直徑。作用在螺桿上的軸向力為:(6.2)鋼球與螺桿之間的正壓力為[14]:（6.3)鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力σ為:(6.4)式中，κ為系數(shù)，根據(jù)A/B值從表4.3查出，A=[(1/r)-(1/R2)]/2，B=[(1/r)+(1/R2)]/2,κ取1.8；R2為滾道截面半徑；r為鋼球半徑；R1為螺桿外半徑；E為材料彈性模量，等于2.1×105MPa。已知R2=2.94mm；r=d/2=5.556/2=2.778mm；R1=D1/2=23/2=11.5mm圖6.1螺桿受力簡圖[15]（6-5）因?yàn)棣?1679.60MPa≤[σ]=2500[16]，所以，接觸應(yīng)力符合要求。表6.1系數(shù)K與A/B的關(guān)系A(chǔ)/BK1.00.3880.90.4000.80.4100.70.4400.60.4680.50.4900.40.5360.30.6000.20.7160.150.8000.10.9700.051.28040.021.80.012.2710.0073.2026.2齒扇齒的彎曲應(yīng)力σw作用在齒扇上的圓周力為：(6.6)齒的彎曲應(yīng)力為：(6.7)式中，h為齒扇的齒高，mm；B為齒扇的齒寬，mm；s為齒厚，mm；許用彎曲應(yīng)力為[σω]=540MPaσω=530.07MPa＜[σω]=540MPa∴齒的彎曲應(yīng)力符合要求[17]。螺桿和螺母用20CrMnTi鋼制造，表面滲碳。前軸負(fù)荷不大的長城哈弗H6，滲碳層深度在0.8—1.2mm，表面硬度為58—63HRC。6.3轉(zhuǎn)向搖臂軸直徑d的確定轉(zhuǎn)向搖臂軸直徑d為：(6.8)式中，K為安全系數(shù)，根據(jù)汽車使用條件不同可取2.5～3.5，取K=3.5；MR為轉(zhuǎn)向阻力矩；τ0為扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限，查得[τ0]=200MPa?！?0mm(6.9)搖臂軸一般都采用20CrMnTi制造，表面滲碳，滲碳層深度在0.8～1.2mm，淬火后表明硬度為58～63HRC。轉(zhuǎn)向器殼體采用球墨鑄鐵QT400——18，KTH37012制造[18]。7結(jié)論28PAGE267結(jié)論本論文以長城哈弗H6循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為設(shè)計(jì)對象。首先在汽車之家網(wǎng)站查詢該車型的基本數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)，再根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和期刊資料了解歸納總結(jié)轉(zhuǎn)向器的發(fā)展歷程、未來趨勢，對市場現(xiàn)有的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器進(jìn)行了較為詳細(xì)的分類,并具體介紹了各種循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)、缺點(diǎn)及工作原理，并利用汽車設(shè)計(jì)類書籍對汽車轉(zhuǎn)向系的主要性能參數(shù)進(jìn)行確定，然后計(jì)算轉(zhuǎn)向器零部件尺寸以及