汽車(chē)轉(zhuǎn)向器畢業(yè)論文.pdf

宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題目題目：基于 SolidWorks 轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向器三維造型設(shè)計(jì) 系部現(xiàn) 代 制 造 工 程 系 專(zhuān) 業(yè) 名 稱(chēng)汽 車(chē) 運(yùn) 用 技 術(shù) 班級(jí)汽 車(chē)班 姓名 學(xué)號(hào) 指 導(dǎo) 教 師 2009 年年 09 月月 21 日日 I 基于 SolidWorks 轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向器三維造型設(shè)計(jì) 摘要 近年來(lái)隨著我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的迅猛發(fā)展以及人們對(duì)于舒適、安全性能要求的不 斷提高，作為汽車(chē)的重要安全部件之一的汽車(chē)轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)水平也有了很大提高 。 目前液壓助力轉(zhuǎn)向器在各種助力轉(zhuǎn)向器中占據(jù)主導(dǎo)地位，而作為液壓助力轉(zhuǎn)向器之 一的轉(zhuǎn)閥式液壓助力轉(zhuǎn)向器更是應(yīng)用廣泛?，F(xiàn)在許多車(chē)型所采用的動(dòng)力轉(zhuǎn)向器多為 轉(zhuǎn)閥式液壓助力轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)閥式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，軸向尺寸短，且 零件數(shù)目少，靈敏性能高等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的發(fā)展趨勢(shì)。本設(shè)計(jì)主要是 基于 Solid Works 對(duì)轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向器進(jìn)行三維造型。 對(duì)于液壓助力轉(zhuǎn)向器，控制閥是影響其性能的關(guān)鍵部件，而轉(zhuǎn)閥就是一種能保 持液壓助力轉(zhuǎn)向器高性能的控制閥。本文研究的是轉(zhuǎn)閥式液壓助力轉(zhuǎn)向器，文中分 析了此種助力轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)和工作原理， 在此基礎(chǔ)上根據(jù) SolidWorks 對(duì)其進(jìn)行零件 的繪制以及爆炸圖、工程圖的生成。 關(guān)鍵詞：汽車(chē)轉(zhuǎn)向器； 轉(zhuǎn)閥式液壓助力轉(zhuǎn)向器；SolidWorks II The 3D Modeling Design of the Turn Valve Type Redirector on SolidWorks Abstract Author：Yan Rong-qing Tutor:Yang Li In recent years, along with the rapid development of Chinas automobile industry for comfort, safety and to improve the performance of the car, as an important component of the safety of the production of automobile redirector level has greatly improved. Currently in various hydraulic booster steering the dominant power steering gear, as one of the hydraulic booster redirector turn valve type hydraulic power steering gear is widely used. Now many models used to turn more power steering gear hydraulic booster valve type redirector, turn valve type power steering gear due to its simple and compact structure, short axial dimensions, and the number of parts, sensitive, become the high performance of the development trend of the power steering gear. This design is mainly based on the valve type redirector given.this SolidWorks three-dimensional modelling. For hydraulic booster redirector, control valves is the key component, and performanceofthevalveisaturncankeephydraulicboosterredirector high-performance control valves. This research is turn valve type hydraulic power steering gear, the paper analyses the power steering structure and working principle, on the basis of its parts according to SolidWorks draw and explosion figure, engineering drawings. Keywords:automobile redirector； Turn valve type hydraulic power steering； SolidWorks. III 目目 錄錄 1 前言1 2 概述2 2.1 轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)方案分析2 3 轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9 3.1 轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定9 3.2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)9 3.3 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)10 3.4 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件強(qiáng)度計(jì)算15 4 SolidWorks 的轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)18 4.1 轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向器零件的繪制18 4.2 轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向器的裝配21 4.3 轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向器爆炸圖的生成22 4.4 轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向器工程圖的生成23 結(jié)論結(jié)論24 致謝致謝25 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)26 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 前前 言言 當(dāng)今汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從過(guò)去的普通機(jī)械式發(fā)展到動(dòng)力轉(zhuǎn)向， 一直到現(xiàn)代汽車(chē)電 子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向，逐步的發(fā)展和完善。汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的技術(shù)狀況，對(duì)于保障汽車(chē) 行駛安全，減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高運(yùn)輸效率和延長(zhǎng)車(chē)輛使用壽命均有著十分 重要的作用。 眾所周知，汽車(chē)轉(zhuǎn)向系在汽車(chē)上是必不可少的系統(tǒng)，它不僅可以改變汽車(chē)的 駛方向，而且還可以克服由于路面測(cè)向干擾力使輪自行產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向，恢復(fù)汽車(chē) 原來(lái)的行駛方向，它在汽車(chē)的發(fā)展占有重要的位置，改善汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性，提 高它的可靠性。 本設(shè)計(jì)主要是對(duì)轉(zhuǎn)向器進(jìn)行三維造型，以 SolidWorks 為基礎(chǔ)，結(jié)合所學(xué)書(shū) 本知識(shí)及所搜索的網(wǎng)絡(luò)資料，對(duì)轉(zhuǎn)向器的分類(lèi)、作用、工作原理等，結(jié)合各種圖 進(jìn)行了分析及闡述，運(yùn)用 SolidWorks 軟件對(duì)其進(jìn)行了零件的繪制和工程圖、爆 炸圖、裝配圖的生成。 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 2 概概 述述 2.1 轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)方案分析結(jié)構(gòu)方案分析 2.1.1 轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向器的定義的定義 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，是轉(zhuǎn)向系的執(zhí)行 機(jī)構(gòu)，在轉(zhuǎn)向系的發(fā)展及工作中扮演著不可或缺的角色。 全液壓轉(zhuǎn)向器 全液壓轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于車(chē)輛轉(zhuǎn)向和船舶液壓舵。駕駛?cè)藛T 通過(guò)它可以用較小的操縱力實(shí)現(xiàn)較大的轉(zhuǎn)向力控制，并且在性能上安全、可靠、 操縱上靈活、輕便。 轉(zhuǎn)向器的操縱是全液壓式，也就是說(shuō)在轉(zhuǎn)向柱和轉(zhuǎn)向輪之間沒(méi)有機(jī)械連接， 在轉(zhuǎn)向器與轉(zhuǎn)向油缸之間是液壓管或軟管鏈接。 當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)，轉(zhuǎn)向器根據(jù)方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)比例輸送相對(duì)的油量，該油量直接流 到操縱缸相應(yīng)一側(cè)，同時(shí)另一側(cè)的油量回到油箱。 轉(zhuǎn)閥式全液壓轉(zhuǎn)向器，具有以下特點(diǎn)：消除機(jī)械式聯(lián)動(dòng)裝置，可以降低主機(jī) 成本，提供可靠輕便的結(jié)構(gòu)，操縱靈活輕便，安全可靠，可以很小的力矩進(jìn)行連 續(xù)無(wú)級(jí)控制轉(zhuǎn)動(dòng)，提供給控制回路以及主機(jī)尺寸廣泛的選擇面，能和多種轉(zhuǎn)向油 泵及液壓供應(yīng)系統(tǒng)連接。 2.1.2 轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向器的作用的作用 汽車(chē)在行駛過(guò)程中需要改變行駛方向時(shí)， 駕駛員通過(guò)汽車(chē)轉(zhuǎn)向系使汽車(chē)轉(zhuǎn)向 橋（一般是前橋）上的車(chē)輪相對(duì)于汽車(chē)縱軸線(xiàn)偏轉(zhuǎn)一定的角度，使汽車(chē)達(dá)到轉(zhuǎn)向 的目的。另外，當(dāng)汽車(chē)直線(xiàn)行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向輪往往會(huì)受到路面?zhèn)认蚋蓴_力的作用而 自動(dòng)偏轉(zhuǎn)，從而改變了原來(lái)的行駛方向，此時(shí)，駕駛員也可以通過(guò)汽車(chē)轉(zhuǎn)向系使 轉(zhuǎn)向輪向相反的方向偏轉(zhuǎn)，恢復(fù)汽車(chē)原來(lái)的行駛方向。 汽車(chē)轉(zhuǎn)向系的功用是改變和保持汽車(chē)的行駛方向， 而作為轉(zhuǎn)向系重要執(zhí)行機(jī) 構(gòu)的轉(zhuǎn)向器的作用是：將轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)辇X條軸的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)向搖臂的擺 動(dòng)，降低傳動(dòng)速度，增大轉(zhuǎn)向力矩并改變轉(zhuǎn)向力矩的傳動(dòng)方向。 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 2.1.3 轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向器的分類(lèi)的分類(lèi) 轉(zhuǎn)向器按結(jié)構(gòu)形式可分為多種類(lèi)型。歷史上曾出現(xiàn)過(guò)許多種形式的轉(zhuǎn) 向器，目前較常用的有齒輪齒條式、蝸桿曲柄指銷(xiāo)式、循環(huán)球-齒條齒扇式、 循環(huán)球曲柄指銷(xiāo)式、蝸桿滾輪式等。其中第二、第四種分別是第一、第三 種的變形形式，而蝸桿滾輪式則更少見(jiàn)。如果按照助力形式，又可以分為 機(jī)械式（無(wú)助力），和動(dòng)力式（有助力）兩種，其中動(dòng)力轉(zhuǎn)向器又可以分 為氣壓動(dòng)力式、液壓動(dòng)力式、電動(dòng)助力式、電液助力式等種類(lèi)。 （1）齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 它是一種最常見(jiàn)的轉(zhuǎn)向器。其基本結(jié)構(gòu)是一對(duì)相互嚙合的小齒輪和齒 條，由與轉(zhuǎn)向軸做成一體的轉(zhuǎn)向齒輪和常與轉(zhuǎn)向橫拉桿做成一體的齒條組成。 轉(zhuǎn)向軸帶動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒條便做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。有時(shí)，靠齒條來(lái)直接帶動(dòng) 橫拉桿，就可使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。所以，這是一種最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)向器。在汽車(chē)上 得到廣泛應(yīng)用。與其它形式轉(zhuǎn)向器比較，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器最主要的優(yōu)點(diǎn)是： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉(zhuǎn)向器的質(zhì)量比較??；傳 動(dòng)效率高達(dá) 90；齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙后，利用裝在齒條背部、靠 近主動(dòng)小齒輪處的壓緊力可以調(diào)節(jié)的彈簧，可自動(dòng)消除齒間間隙，這不僅可以提 高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度，還可以防止工作時(shí)產(chǎn)生沖擊和噪聲；轉(zhuǎn)向器占用的體積??； 沒(méi)有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，所以轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角可以增大；制造成本低。 圖圖 2-1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：因逆效率高(6070)，汽車(chē)在不平路 面上行駛時(shí)，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間的沖擊力，大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤(pán)，稱(chēng)之為 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 反沖。反沖現(xiàn)象會(huì)使駕駛員精神緊張，并難以準(zhǔn)確控制汽車(chē)行駛方向，轉(zhuǎn)向盤(pán)突 然轉(zhuǎn)動(dòng)又會(huì)造成打手，對(duì)駕駛員造成傷害。 （2）蝸桿曲柄銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器 它是以蝸桿為主動(dòng)件，曲柄銷(xiāo)為從動(dòng)件的轉(zhuǎn)向器。蝸桿具有梯形螺紋， 手指狀的錐形指銷(xiāo)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(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿、嵌于蝸桿螺旋槽中的錐形指銷(xiāo)一邊自轉(zhuǎn)，一 邊繞轉(zhuǎn)向搖臂軸做圓弧運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)曲柄和轉(zhuǎn)向垂臂擺動(dòng)，再通過(guò)轉(zhuǎn)向 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。這種轉(zhuǎn)向器通常用于轉(zhuǎn)向力較大的載貨汽車(chē)上。 圖圖 2-2 蝸桿曲柄銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器蝸桿曲柄銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器 （3）循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 循環(huán)球式：這種轉(zhuǎn)向裝置是由齒輪機(jī)構(gòu)將來(lái)自轉(zhuǎn)向盤(pán)的旋轉(zhuǎn)力進(jìn)行減 速，使轉(zhuǎn)向盤(pán)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)闇u輪蝸桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，滾珠螺桿和螺母夾著 鋼球嚙合，因而滾珠螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)，螺母再與扇形齒輪嚙 合，直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)再次變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使連桿臂搖動(dòng)，連桿臂再使連動(dòng)拉桿和 橫拉桿做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，改變車(chē)輪的方向。 這是一種古典的機(jī)構(gòu)，現(xiàn)代轎車(chē)已 大多不再使用，但又被最新方式的助力轉(zhuǎn)向裝置所應(yīng)用。它的原理相當(dāng)于 利用了螺母與螺栓在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的相對(duì)移動(dòng)，而在螺紋與螺紋之間夾 入了鋼球以減小阻力，所有鋼球在一個(gè)首尾相連的封閉的螺旋曲線(xiàn)內(nèi)滾動(dòng)， 循環(huán)球式故而得名。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是：在螺桿和螺母之間因?yàn)橛锌梢匝h(huán)流動(dòng)的鋼球， 將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，因而傳動(dòng)效率可達(dá)到 7585；在結(jié)構(gòu)和工藝上 采取措施，包括提高制造精度，改善工作表面的表面粗糙度和螺桿、螺母上的螺 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 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；適合用來(lái)做整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。 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)向器主要用于貨車(chē)和客車(chē)上。 圖圖 2-3 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 （4）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(duì)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、轉(zhuǎn)向油缸等部件， 以期達(dá)到改善駕駛員手感，增加轉(zhuǎn)向助力的目的的轉(zhuǎn)向裝置。國(guó)內(nèi)經(jīng)過(guò) 10 多年來(lái)的發(fā)展，已經(jīng)形成成熟的研發(fā)和制造技術(shù)的廠家有豫北光洋轉(zhuǎn)向器 有限公司等企業(yè)。 圖圖 2-4 齒輪齒條液壓助力轉(zhuǎn)向器齒輪齒條液壓助力轉(zhuǎn)向器 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 2.1.4 轉(zhuǎn)向器的工作原理轉(zhuǎn)向器的工作原理 （1）動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加一套動(dòng)力輔助裝置組成 的。如下圖，轉(zhuǎn)向油泵 6 安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，由曲軸通過(guò)皮帶驅(qū)動(dòng)并向外輸 出液壓油。轉(zhuǎn)向油罐 5 有進(jìn)、出油管接頭，通過(guò)油管分別與轉(zhuǎn)向油泵和轉(zhuǎn) 向控制閥 2 聯(lián)接。轉(zhuǎn)向控制閥用以改變油路。機(jī)械轉(zhuǎn)向器和缸體形成左右 兩個(gè)工作腔，它們分別通過(guò)油道和轉(zhuǎn)向控制閥聯(lián)接。 當(dāng)汽車(chē)直線(xiàn)行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向控制閥 2 將轉(zhuǎn)向油泵 6 泵出來(lái)的工作液與油 罐相通，轉(zhuǎn)向油泵處于卸荷狀態(tài)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向器不起助力作用。當(dāng)汽車(chē)需要 向右轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員向右轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)，轉(zhuǎn)向控制閥將轉(zhuǎn)向油泵出來(lái)的工作 液與 R 腔接通，將 L 腔與油罐接通，在油壓的作用下，活塞向下移動(dòng)，通 過(guò)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)使左、右輪向右偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)右轉(zhuǎn)向。向左轉(zhuǎn)向時(shí)，情況與 上述相反。 圖圖 2-5 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示統(tǒng)示意圖意圖 l-轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 2-轉(zhuǎn)向控制閥 3-機(jī)械轉(zhuǎn)向器與轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸總成 4-轉(zhuǎn)向傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 5-轉(zhuǎn)向油罐 6-轉(zhuǎn)向油泵 R-轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸右腔 L-轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸左腔 （2）轉(zhuǎn)閥式液壓助力轉(zhuǎn)向器工作原理 汽車(chē)直線(xiàn)行駛時(shí)，閥芯與閥套的位置關(guān)系如圖中所示。自泵來(lái)的液壓油經(jīng) 閥芯與閥套間的間隙，流向動(dòng)力缸兩端，動(dòng)力缸兩端油壓相等。駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方 向盤(pán)時(shí)，閥芯與閥套的相對(duì)位置發(fā)生改變，使得大部分或全部來(lái)自泵的液壓油 流入動(dòng)力缸某一端，而另一端與回油管路接通，動(dòng)力缸促進(jìn)汽車(chē)左傳或右轉(zhuǎn)。 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 圖圖 2-6 轉(zhuǎn)閥式液壓助力轉(zhuǎn)向器工作原理轉(zhuǎn)閥式液壓助力轉(zhuǎn)向器工作原理 當(dāng)汽車(chē)直線(xiàn)行駛時(shí)，轉(zhuǎn)發(fā)處于中間位置，如圖 2-7（b）所示。來(lái)自轉(zhuǎn)向油泵 2 的工作液向閥套 8 的 3 個(gè)進(jìn)油孔供油，油液通過(guò)預(yù)開(kāi)隙進(jìn)入閥芯 7 的凹槽，再 通過(guò)閥芯的回油孔進(jìn)入閥芯 7 與扭力桿 6 間的空腔， 再經(jīng)過(guò)閥套 8 的回油孔通過(guò) 回油管流回油罐 1，形成油路循環(huán)。另一回路式由油泵 2 壓入閥套 8 的由經(jīng)過(guò)預(yù) 開(kāi)隙進(jìn)入閥套左右兩側(cè)的出油孔。由于左、右油缸均有油，且油壓相等，更由于 油路連通回油道而建立不起高壓，因此轉(zhuǎn)向助力器沒(méi)有助力作用，這即是直線(xiàn)行 駛狀態(tài)。 當(dāng)汽車(chē)右轉(zhuǎn)彎時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)扭力桿 6 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)（如圖 2-7（a）所示），扭力桿端頭與閥芯 7 以銷(xiāo)釘連接，因而帶動(dòng)閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度， 這是閥套 8 的進(jìn)油口一側(cè)的預(yù)開(kāi)隙被關(guān)閉，另一側(cè)的預(yù)開(kāi)隙開(kāi)度變大，壓力油壓 向轉(zhuǎn)向器右缸，活塞向伸出轉(zhuǎn)向器方向移動(dòng)，也即將齒條推出轉(zhuǎn)向器，從而起到 了轉(zhuǎn)向助力的作用，汽車(chē)向右轉(zhuǎn)彎?；钊蟾椎挠鸵罕粔撼?，通過(guò)閥套孔、閥芯 及閥芯與扭力桿間的間隙流回轉(zhuǎn)向油罐 1。 當(dāng)汽車(chē)左轉(zhuǎn)彎時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)扭力桿 6 反時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)（如圖 2-7（c）所示）。扭力桿端頭與閥芯 7 連接，因而帶動(dòng)閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，這是 閥套 8 的進(jìn)油口一側(cè)的預(yù)開(kāi)隙被關(guān)閉，另一側(cè)的預(yù)開(kāi)隙開(kāi)度變大，壓力油壓向轉(zhuǎn) 向器左缸，活塞向縮進(jìn)轉(zhuǎn)向器方向移動(dòng)，也即將齒條推進(jìn)轉(zhuǎn)向器，從而起到了轉(zhuǎn) 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 向助力的作用，汽車(chē)向左轉(zhuǎn)彎?；钊腋椎挠鸵罕粔撼觯ㄟ^(guò)閥套孔、閥芯及閥 芯與扭力桿間的間隙流回轉(zhuǎn)向油罐 1。 當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)停在某一位置不再繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 閥套隨小齒輪在液力和扭力桿彈力 的作用下，沿轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，使之與閥芯的相對(duì)角位移量減小， 左、右油缸油壓差減小，但仍有一定的助力作用。此時(shí)的助力轉(zhuǎn)矩與車(chē)輪的回正 力矩相平衡，使車(chē)輪維持在某一轉(zhuǎn)向位置上。 在轉(zhuǎn)向過(guò)程中， 如果轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)快， 閥套與閥芯的相對(duì)角位移量也大， 左、 右動(dòng)力腔的油壓差也相應(yīng)加大，前輪偏轉(zhuǎn)的速度也加快，如轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)速度慢， 前輪偏轉(zhuǎn)的也慢，若轉(zhuǎn)向盤(pán)停在某一位置上不變，對(duì)應(yīng)著前輪也停在某一位置上 不變。此即稱(chēng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向的“漸進(jìn)隨動(dòng)作用”。 如果駕駛員放松轉(zhuǎn)向盤(pán)，閥芯回到中間位置，失去了助力作用，此時(shí)轉(zhuǎn)向輪 在回正力矩的作用下自動(dòng)回位。 當(dāng)汽車(chē)直線(xiàn)行駛偶遇外界阻力使轉(zhuǎn)向輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)， 阻力矩通過(guò)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器、閥套下部銷(xiāo)軸作用在閥套上，使之與閥芯之間產(chǎn)生相對(duì)角 位移，這樣使動(dòng)力缸左、右腔油壓不等，產(chǎn)生了與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向方向相反的助力作 用。在此力的作用下，轉(zhuǎn)向輪迅速回正，保證了汽車(chē)直線(xiàn)行駛的穩(wěn)定性。 一旦液壓助力裝置失效， 該動(dòng)力轉(zhuǎn)向器即變成機(jī)械轉(zhuǎn)向器。 此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)， 通過(guò)轉(zhuǎn)向柱帶動(dòng)閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)，閥芯下端邊緣有弧形缺口，轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度后，帶動(dòng)小 齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)齒條傳給左右橫拉桿，即可實(shí)現(xiàn)汽車(chē)轉(zhuǎn)向。 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 3 轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定轉(zhuǎn)向系計(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(xiāo) 轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力、車(chē)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)算出這些力是困難的。 為此推薦用足夠精確的半經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算汽 車(chē)在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩 R M(mmN ) p Gf M R 3 1 3 （3-1） 式中，f 為輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)，一般取 0.7； 1 G為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷(N)；p 為輪胎氣壓( a MP)。 作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的手力為 iDL ML F sw R h 2 1 2 （3-2） 式中， 1 L為轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)； 2 L為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)； sw D為轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑； 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(chē)，用式（3-2）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)荷大的重型貨車(chē)，用上式計(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(pán)輪緣上的最大瞬時(shí)力，此力為 700N。 3.2齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的齒輪多數(shù)采用斜齒圓柱齒輪。齒輪模數(shù)取值范圍多在 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 23mm 之間。主動(dòng)小齒輪齒數(shù)多數(shù)在 57 個(gè)齒范圍變化，壓力角取 20，齒輪 螺旋角取值范圍多為 91 5。齒條齒數(shù)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向輪達(dá)到最大偏轉(zhuǎn)角時(shí)，相應(yīng) 的齒條移動(dòng)行程應(yīng)達(dá)到的值來(lái)確定。變速比的齒條壓力角，對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在 12 35范圍內(nèi)變化。此外，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算齒輪的抗彎強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度。 主動(dòng)小齒輪選用 16MnCr5 或 15CrNi6 材料制造，而齒條常采用 45 鋼制造。為減 輕質(zhì)量，殼體用鋁合金壓鑄。 3.3 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì) 3.3.1 主要尺寸參數(shù)的選擇主要尺寸參數(shù)的選擇 （1）螺桿、鋼球、螺母?jìng)鲃?dòng)副 鋼球中心距 D、螺桿外徑 1 D、螺母內(nèi)徑 2 D尺寸 D、 1 D、 2 D如圖 3-1 所示。鋼球中心距是基本尺寸，螺桿外徑 1 D、螺母內(nèi)徑 2 D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 值取小些。選取 D 值的規(guī)律是隨著扇齒模數(shù) 的增大，鋼球中心距 D 也相應(yīng)增加(表 3-1)。設(shè)計(jì)時(shí)先參考同類(lèi)型汽車(chē)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 1 D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(lái)選定。螺母內(nèi)徑 2 D應(yīng)大于 1 D，一般要求 DDD%10%5 12 。 圖圖 3-1 螺桿、鋼球、螺母?jìng)鲃?dòng)副螺桿、鋼球、螺母?jìng)鲃?dòng)副 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 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(表 3-1)。 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)以不超過(guò) 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)可用下式計(jì)算 d DW d DW n 0 cos 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)； 0 為螺線(xiàn)導(dǎo)程角，常取 0 =58，則 cos 0 1。 滾道截面當(dāng)螺桿和螺母各由兩條圓弧組成，形成四段圓弧滾道截面時(shí)， 見(jiàn)圖 3-1，鋼球與滾道有四點(diǎn)接觸，傳動(dòng)時(shí)軸向間隙最小，可滿(mǎn)足轉(zhuǎn)向盤(pán)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)。為了減少摩擦，螺桿和螺母溝槽的半徑 2 R應(yīng)大于鋼球半徑 d2，一般 取 2 R=(0.510.53)d 。 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(xiàn)間的 夾角稱(chēng)為接觸角，如圖 2-8 所示，角多取為 45，以使軸向力和徑向力分配均 勻。 圖圖 3-2 四段圓弧滾道截面四段圓弧滾道截面 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 螺距 P 和螺旋線(xiàn)導(dǎo)程角 0 轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)角，對(duì)應(yīng)螺母移動(dòng)的距離 s 為 2 P s（3-3） 式中，P 為螺紋螺距。 表表 3-1 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要參數(shù)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要參數(shù) 齒扇模數(shù) /mm 3.03.54.04.55.06.06.5 搖臂軸直徑 /mm 22263032 32 35 38 40 42 45 鋼球中心距 /mm 20 23 25 2528 30 32 3540 螺桿外徑 /mm 20 23 25 2528293438 鋼球直徑 /mm 5.556 5.556 6.350 6.3507.144 7.144 8.000 螺距/mm7.9388.7319.525 9.525 10.000 10.000 11.000 工作圈數(shù)1.5 1.5 2.5 2.5 環(huán)流行數(shù)2 螺母長(zhǎng)度 /mm 41 45 52 46 47 58 56 59 62 72 78 80 82 齒扇齒數(shù) 3 5 5 齒扇整圓齒 數(shù) 12 13 13 13 14 15 齒扇寬 22 25 25 27 25 28 30 28 32 30 34 38 35 38 與此同時(shí)，齒扇節(jié)圓轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)等于 s，相應(yīng)搖臂軸轉(zhuǎn)過(guò) p 角，其間關(guān)系可 表示如下： rs p （3-4） 式中，r 為齒扇節(jié)圓半徑。 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 聯(lián)立式（3-3） 、式（3-4）得 p P r 2 ，將對(duì) p 求導(dǎo)得循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器角 傳動(dòng)比 i為 ： P r i 2 （3-5） 由式（3-5）可知，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 3-1 中的尺寸 b 越小， 要求 b=P-d2.5mm。 螺距 P 一般在 8 llmm 內(nèi)選取。 工作鋼球圈數(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)而使剛度降低。工 作鋼球圈數(shù)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(jiàn)表 3-1。 （2）齒條、齒扇傳動(dòng)副設(shè)計(jì) 如圖 3-3 所示，滾迨相對(duì)齒扇作斜向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)加工齒扇齒，得到變厚齒扇。 如圖 3-4 所示，變厚齒扇的齒頂和齒根的輪廓面是圓錐的一部分，其分度圓上的 齒厚是變化的，故稱(chēng)之為變厚齒扇。 圖 3-4 中，若 0-0 截面的原始齒形變位系數(shù)=0，且 II 剖面和剖面 分別位于 0-0 剖面兩側(cè)，則 II 剖面的齒輪是正變位齒輪，剖面中的齒輪 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)原始齒形位移系數(shù)逐 漸變化的圓柱齒輪所組成。 圖圖 3-3 用滾刀加工變厚齒扇的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)用滾刀加工變厚齒扇的進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 圖圖 3-4 變厚齒扇的截面變厚齒扇的截面 對(duì)齒輪來(lái)說(shuō)，因?yàn)樵诓煌恢玫钠拭嬷校淠?shù)優(yōu)不變，所以它的分度圓半 徑廠和基半徑 b r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(kāi)齒形，都是在同一個(gè)基圓柱上所展出的漸開(kāi)線(xiàn)，只是其輪齒的漸 開(kāi)線(xiàn)齒形相對(duì)基圓的位置不同而已，所以應(yīng)將其歸人圓柱齒輪的范疇。 變厚齒扇齒形的計(jì)算， 如圖 3-5 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?0-0 剖面)，再變?yōu)樨?fù)。 若 0-0 剖面距 1-1 剖面的距離為 0 a，則其值為tan/ 0 ma，是切削角，常見(jiàn) 的有 630和 730兩種。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 a。 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， 參考表 3-2 選取； 法向壓力角 0 ，一般在 2030之間；齒頂高系數(shù) 1 x，一般取 0.8 或 1.0；徑向 間隙系數(shù)，取 0.2；整圓齒數(shù) z，在 1215 之間選??；齒扇寬度 B，一般在 2238mm 。 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 圖圖 3-5 變厚齒扇齒形計(jì)算簡(jiǎn)變厚齒扇齒形計(jì)算簡(jiǎn)圖圖 表表 3-2 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 mm 3.03.54.04.55.06.06.5 轎 排量 mL 500 1000 1800 1600 2000 20002000 車(chē) 前軸 負(fù)荷 /N 3500 3800 4700 7350 7000 9000 8300 11000 10000 11000 貨 車(chē) 和 前軸 負(fù)荷 N 3000 5000 4500 7500 5500 18500 7000 19500 9000 24000 17000 37000 23000 44000 大 客 車(chē) 最大 裝載質(zhì) kg 350100025002700350060008000 3.4 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件強(qiáng)度計(jì)算循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件強(qiáng)度計(jì)算 3.4.1 鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 用下式計(jì)算鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力 3 2 2 2 2 2 3 rR rREF k （3-6） 式中 ，k 為系數(shù)，根據(jù) AB 值從表 2-3 查取， 2/1/1 2 RrA， 2/1/1 1 RrB； 2 R為滾道截面半徑；r 為鋼球半徑； 1 R為螺桿外半徑；E 為材料彈性模量，等于 25 /101 . 2mmN； 3 F為鋼球與螺桿之間的正壓力，可用 下式計(jì)算 coscos 0 2 3 n F F（3-7） 式中， 0 為螺桿螺線(xiàn)導(dǎo)程角；為接觸角；n 為參與工作的鋼球數(shù)； 2 F為作用在 螺桿上的軸向力，見(jiàn)圖 3-6。 當(dāng)接觸表面硬度為 5864HRC 時(shí)，許用接觸應(yīng)力=2500 2 /mmN。 圖圖 3-6 螺桿受力簡(jiǎn)圖螺桿受力簡(jiǎn)圖 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 表表 3-33-3 系數(shù)系數(shù) k k 與與 A AB B 的關(guān)系的關(guān)系 3.4.2 齒的彎曲應(yīng)力齒的彎曲應(yīng)力 w 用下式計(jì)算齒扇齒的彎曲應(yīng)力 2 6 Bs Fh w （3-8） 式中，F(xiàn) 為作用在齒扇上的圓周力；h 為齒扇的齒高；B 為齒扇的齒寬；s 為基圓 齒厚。 許用彎曲應(yīng)力為 w =540 2 /mmN。 螺桿和螺母用 20CrMnTi 鋼制造，表面滲碳。前軸負(fù)荷不大的汽車(chē)，滲碳層 深度在 0.81.2mm；前軸負(fù)荷大的汽車(chē)，滲碳層深度在 1.051.45mm。表面硬 度為 5863HRC。 此外，應(yīng)根據(jù)材料力學(xué)提供的公式，對(duì)接觸應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算。 3.4.3 轉(zhuǎn)向搖臂軸直徑的確定轉(zhuǎn)向搖臂軸直徑的確定 用下式計(jì)算確定搖臂軸直徑 d 3 0 2 . 0 R KM d （3-9） 式中，K 為安全系數(shù)，根據(jù)汽車(chē)使用條件不同可取 2.53.5； R M為轉(zhuǎn)向阻力矩； 0 為扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限。 搖臂軸用 20CrMnTi 鋼制造，表面滲碳，滲碳層深度在 0.81.2mm。前軸負(fù) 荷大的汽車(chē)，滲碳層深度為 1.051.45mm。表面硬度為 5863HRC。 A B 1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.1 k 0.388 0.400 0.410 0.440 0.468 0.4900.5360.600 0.716 0.970 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 4 SolidWorks 的的轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 4.1 轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向器零件的繪制零件的繪制 4.1.1 閥芯的繪制閥芯的繪制 （1）閥芯上視圖 圖圖 4-1 閥芯上視圖閥芯上視圖 （2）閥芯下視圖 圖圖 4-2 閥芯下視圖閥芯下視圖 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 （3）閥芯前視圖 圖圖 4-3 閥芯前視圖閥芯前視圖 （4）閥芯右視圖 圖圖 4-4 閥芯右視圖閥芯右視圖 4.1.2 閥套的繪制閥套的繪制 （1）閥套立體圖 圖圖 4-5 閥套立體圖閥套立體圖 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)