EQ1040輕卡前橋與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過)

下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 EQ1040 前橋與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二一一年六月 The Graduation Design for Bachelors Degree 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 EQ1040 Light Trucks Front Axle And Steering System Design Candidate： Dong Di Specialty： Vehicle Engingeering Class： B07-4 Supervisor： Associate Prof. Ji Junling Heilongjiang Institute of Technology 2011-06 Harbin 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 I 摘要 在整個世界汽車市場的需求和發(fā)展中，亞太地區(qū)將成為全球最大的汽車銷售市場，其中以中國的汽車市場發(fā)展最為迅猛。 2009 年自度過全球金融海嘯危機的寒冬后，歐美市場進(jìn)入需求衰退期，中國汽車市場規(guī)模進(jìn)入了迅猛高速發(fā)展期，產(chǎn)銷量躍居世界第一。與此同時，中國卡車行業(yè)的年產(chǎn)銷數(shù)量可謂世界前列，市場容量較大；中國卡車 市場的高端需求正在崛起。據(jù)最新數(shù)據(jù)顯示， 2010 年 1-5 月中國卡車行業(yè)生產(chǎn)整車近 125 萬輛，同比增幅超過 30%，盡管我國經(jīng)濟(jì)遭受金融危機的巨大沖擊，但隨著國家 4 萬億元擴(kuò)大內(nèi)需政策的實施及海外發(fā)展中國家市場的開拓，伴隨著我國公路、鐵路及其他基礎(chǔ)建設(shè)項目的陸續(xù)開工，尤其是 2009-2010 年我國陸續(xù)出臺的一系列促進(jìn)汽車消費（如汽車下鄉(xiāng)、以舊換新補貼政策）和汽車出口的相關(guān)政策，卡車行業(yè)已成為率先受益的行業(yè)。從卡車行業(yè)的發(fā)展趨勢來看， 2009 年全國卡車市場需求總體加快，隨著國家一系列宏觀調(diào)控政策的逐步到位， 2010 年仍將呈現(xiàn)較好的發(fā)展態(tài)勢。隨著公路和鐵路建設(shè)、現(xiàn)代物流業(yè)和節(jié)能減排工程以及民生工程的實施到位，必將為緊系國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的卡車產(chǎn)業(yè)帶來新的發(fā)展機遇 關(guān)鍵詞： 轉(zhuǎn)向橋；轉(zhuǎn)向器；載荷；強度； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 II ABSTRACT In the whole world car market demand and developing, in the asia-pacific region will become the worlds largest auto sales market, in which Chinas auto market develop the most rapidly. Since 2009, spend the winter in global financial tsunami crisis after the European and American market into recession, Chinas automotive market demand into rapid high-speed development scale and the destinations in the world in terms of first. Meanwhile, Chinese trucks in manufacturing industry, is the world number is bigger； the forefront of market capacity China truck market demand is rising in the high-end. According to the latest figures show that 2010 1-5 months China truck industry production nearly 125 million vehicles, vehicle year-on-year rate of increase more than 30%, although our country economy suffers financial crisis, but along with the huge impact national four trillion yuan to expand domestic demand and the implementation of the policy of developing countries overseas market exploration, along with our country roads, railways and other infrastructure projects in succession, especially the start of 2009-2010 China has promulgated a series of promoting auto (such as car went to the country, to old change new subsidies) and automotive export policies that truck industry has become the industry first benefit. From the development trend of truck industries, 2009 national truck market demand, as countries overall speed up a series of macroeconomic regulation and control policy gradually in place, 2010 will still has a good momentum of development. Along with the highway and railway construction, modern logistics industry and energy conservation and emission reduction projects and minsheng project implementation in place, will the national economic construction for a tight trucks of industry with a new development opportunity 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 目 錄 摘要 Abstract 第 1 章 緒 論 1 1.1 前橋的概述 2 1.2 循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的概述 5 1.3 研究內(nèi)容 6 第 2章 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計 5 2.1 轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式選擇 7 2.2 轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)設(shè)計 7 2.3 車型的選取與技術(shù)參數(shù)分析 8 2.4 轉(zhuǎn)向系計算載荷的確定 8 2.5 各零件主要結(jié)構(gòu)與參數(shù)確定 9 2.5.1 螺桿、鋼球、螺 母傳動副 9 2.5.2 齒條、齒扇傳動副 11 2.5.3 間隙調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 13 2.6 本章小結(jié) 13 第 3章 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件強度計算 14 3.1 鋼球與滾道間的接觸應(yīng)力 14 3.2 螺桿在彎扭聯(lián)合作用下的強度計算 17 3.3 本章小結(jié) 18 第 4 章 轉(zhuǎn)向橋設(shè)計 19 4.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇 20 4.2 轉(zhuǎn)向橋結(jié)構(gòu)形式 20 4.3 選擇前橋結(jié)構(gòu)型式及參數(shù) 20 4.4 前輪定位角 .20 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 4.5 本章小結(jié) .20 第 5 章 轉(zhuǎn)向橋設(shè)計 21 5.1 前軸強度計算 21 5.1.1 前軸受力簡圖 21 5.1.2 前軸載荷計算 21 5.2 彎矩及扭矩計算 22 5.3 本章小結(jié) 30 第 6章 轉(zhuǎn)向節(jié)強度計算 31 6.1 截面系數(shù)計算 31 6.2 彎矩計算 31 6.3 應(yīng)力計算 31 6.4 轉(zhuǎn)向節(jié)的材料、許用應(yīng)力及強度校核 32 6.5 本章小結(jié) 32 第 7 章 主銷強度計算 33 7.1 主銷作用力計算 33 7.2 計算載荷 33 7.3 彎矩計算 35 7.4 應(yīng)力計算 35 7.5 本章小結(jié) 36 結(jié) 論 37 參考文獻(xiàn) 38 致 謝 39 附 錄 34 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 1 買文檔送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 第 1 章 緒 論 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 3 在整個世界汽車市場的需求和發(fā)展中，亞太地區(qū)將成為全球最大的汽 車銷售市場，其中以中國的汽車市場發(fā)展最為迅猛。 2009 年自度過全球金融海嘯危機的寒冬后，歐美市場進(jìn)入需求衰退期，中國汽車市場規(guī)模進(jìn)入了迅猛高速發(fā)展期，產(chǎn)銷量躍居世界第一。與此同時，中國卡車行業(yè)的年產(chǎn)銷數(shù)量可謂世界前列，市場容量較大；中國卡車市場的高端需求正在崛起。據(jù)最新數(shù)據(jù)顯示， 2010 年 1-5 月中國卡車行業(yè)生產(chǎn)整車近 125 萬輛，同比增幅超過 30%。 盡管我國經(jīng)濟(jì)遭受金融危機的巨大沖擊，但隨著國家 4 萬億元擴(kuò)大內(nèi)需政策的實施及海外發(fā)展中國家市場的開拓，伴隨著我國公路、鐵路及其他基礎(chǔ)建設(shè)項目的陸續(xù)開工， 尤其是 2009-2010 年我國陸續(xù)出臺的一系列促進(jìn)汽車消費（如汽車下鄉(xiāng)、以舊換新補貼政策）和汽車出口的相關(guān)政策，卡車行業(yè)已成為率先受益的行業(yè)。從卡車行業(yè)的發(fā)展趨勢來看， 2009 年全國卡車市場需求總體加快，隨著國家一系列宏觀調(diào)控政策的逐步到位， 2010 年仍將呈現(xiàn)較好的發(fā)展態(tài)勢。隨著公路和鐵路建設(shè)、現(xiàn)代物流業(yè)和節(jié)能減排工程以及民生工程的實施到位，必將為緊系國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的卡車產(chǎn)業(yè)帶來新的發(fā)展機遇。 隨著中國卡車行業(yè)發(fā)展加快，卡車市場市場競爭日益激烈，眾多國外汽車生產(chǎn)巨頭都瞄準(zhǔn)中國卡車市場“這塊肥肉”，同時國內(nèi)民營 企業(yè)也紛紛加入卡車行業(yè)中來。從眾多著名企業(yè)的發(fā)展歷程中我們不難看出：誰能贏得市場先機，誰就能在卡車市場的激烈競爭中翹楚！ 市場環(huán)境一片大好形勢下，商家不僅在價格上具有強烈的競爭，同時在卡車的制造工藝、技術(shù)要求和安全性也同樣存在這比拼。正所謂：“領(lǐng)導(dǎo)時代，駕馭未來?！币虼耍焚|(zhì)與創(chuàng)新是卡車喊個的立足之本。 中國改革開放以來，在農(nóng)村實行家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制的改革，使農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)空前的活躍。農(nóng)村的貨運量和人口的流動量急劇增加，加快運輸機械化成為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迫切需要，正是這一市場的需要使具有中國特色的運輸機械 -小型載 貨汽車應(yīng)運而生。它解決了農(nóng)村運輸?shù)募毙瑁钛a了村際，鄉(xiāng)際，城鎮(zhèn)及城鄉(xiāng)結(jié)合部運輸網(wǎng)絡(luò)的空白，活躍了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，為農(nóng)村富裕勞動力找了一條出路，從而使數(shù)以萬計的農(nóng)民走上了小康之路！ 小型載貨汽車的競爭對手是輕型汽車。與輕型汽車相比，小型載貨汽車有許多優(yōu)點。入世后小型載貨汽車沒有受到多大沖擊，因為它是中國特色的產(chǎn)業(yè)，符合國情，在國外幾乎沒人搞過。但是我們不能回避輕型汽車與小型載貨汽車在市場的競爭，小型載貨汽車?yán)帽容^底的生產(chǎn)成本和微利經(jīng)營的生產(chǎn)方式并引進(jìn)先進(jìn)的汽車技術(shù)，堅持“三低一高”的特色，注重產(chǎn)品質(zhì)量，使之與在 汽車行業(yè)的競爭中得以提高。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 4 小型載貨汽車制造工藝簡單，價格便宜，四輪車價格在 1 1.5 萬元 /輛，購車農(nóng)戶一般半年左右即可收回 10000 元投資。另外，小型載貨汽車的養(yǎng)路費為每月每噸 70元，是汽車的 30%，使用成本為同噸位汽車的 1/3 到 1/2。公路快速建設(shè)也促進(jìn)了小型載貨汽車的發(fā)展。舊中國，全國公路僅 13 104 km，而到 1997 年底，已達(dá) 1.226 106 km，目前全國 98%的鄉(xiāng)和 80%的村都通了公路，使得小型載貨汽車有用武之地。因此，在近十幾年里我國小型載貨汽車得到快速發(fā)展。 1980 年全國小型載貨汽車產(chǎn) 銷量不足萬輛， 1992 年產(chǎn)銷量達(dá)到 113 萬輛，首次超過當(dāng)年汽車產(chǎn)銷量（ 106.2 萬輛）。 1998年小型載貨汽車產(chǎn)銷量達(dá)到 270 萬輛，而同期汽車產(chǎn)銷量為 163 萬輛。 我們要開發(fā)的小型載貨汽車要采用設(shè)計理念，多進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使產(chǎn)品新穎化，品種多樣化以適應(yīng)多種需要。而在小型載貨汽車的設(shè)計中，如何適應(yīng)復(fù)雜的路況下保證汽車能快速平穩(wěn)的行駛，就是一個很重的問題。 前橋是汽車上一個重要的總成件，主要包括轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向主銷、前軸等零部件，由于在汽車的行駛過程中，前橋所處的工作環(huán)境惡劣，工況復(fù)雜，其承受的載荷也多為交變載荷，從而 其零部件易出現(xiàn)疲勞裂紋甚至斷裂現(xiàn)象。這就要求其在結(jié)構(gòu)設(shè)計上必須有足夠的強度、剛度和抗疲勞破壞的能力。因此就有了本課題的研究和設(shè)計。 1.1 前橋的概述 前橋通過懸架與車架（或承載式車身）相聯(lián)，兩側(cè)安裝著從動車輪，用以在車架（或承載式車身）與車輪之間傳遞鉛垂力、縱向力和橫向力。從動橋要承受和傳遞制動力矩。 前橋按與其匹配的懸架結(jié)構(gòu)的不同，也可分為非斷開式與斷開式兩種。前橋按與之匹配的懸架結(jié)構(gòu)不同可分為非斷開式與斷開式兩種。 圖 1-1非斷開式前橋 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 圖 1-2斷開式前橋 汽車在行駛過程中，經(jīng)常需要改變行駛方向，即所謂轉(zhuǎn)向，這就需有一套能夠按照司機意志行使汽車轉(zhuǎn)向的機構(gòu)，它將司機轉(zhuǎn)動方向盤的動作轉(zhuǎn)變?yōu)檐囕喌钠D(zhuǎn)動作。為了保持汽車直線行駛的穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向輕便性及汽車轉(zhuǎn)向后使前輪具有自動回正的性能，前橋的主銷在汽車的縱向和橫向平面內(nèi)具有一定的傾角。在縱向平面內(nèi)，主銷上部向后傾斜一個角，稱為主銷后傾角。在橫向平面內(nèi)，主銷上部向內(nèi)傾斜一個 角，稱為主銷內(nèi)傾角。 主銷后傾使主銷軸線與路面的交點位于輪胎接地中心之前，該距 離稱為后傾拖距。當(dāng)直線行駛的汽車的轉(zhuǎn)向輪偶然受到外力作用而稍有偏轉(zhuǎn)時，汽車就偏離直線行駛而有所轉(zhuǎn)向，這時引起的離心力使路面對車輪作用著一阻礙其側(cè)滑的側(cè)向反力，使車輪產(chǎn)生繞主銷旋轉(zhuǎn)的回正力矩，從而保證了汽車具有較好的直線行駛穩(wěn)定性。此力矩稱穩(wěn)定力矩。穩(wěn)定力矩也不宜過大，否則在汽車轉(zhuǎn)向時為了克服此穩(wěn)定力矩需在方向盤上施加更大的力，導(dǎo)致方向盤沉重。后傾角通常在 3 以內(nèi)。現(xiàn)代轎車采用低壓寬斷面斜交輪胎，具有較大的彈性回正力矩，故主銷后傾角就可以減小到接近于零，甚至為負(fù)值。但在采用 子午線輪胎時，由于輪胎的拖距較小，則需選用較大的后傾角。 主銷內(nèi)傾也是為了保證汽車直線行駛的穩(wěn)定性并使轉(zhuǎn)向輕便。主銷內(nèi)傾使主銷軸線與路面的交點至車輪中心平面的距離即主銷偏移距減小，從而可減小轉(zhuǎn)向時需加在方向盤上的力，使轉(zhuǎn)向輕便，同時也可減小轉(zhuǎn)向輪傳到方向盤上的沖擊力。主銷內(nèi)傾使前輪轉(zhuǎn)向時不僅有繞主銷的轉(zhuǎn)動，而且伴隨有車輪軸及前橫梁向上的移動，而當(dāng)松開方向盤時，所儲存的上升位能使轉(zhuǎn)向輪自動回正，保證汽車作直線行駛。內(nèi)傾角一般為 85 ；主銷偏移距一般為 30 40mm。輕型客車、 輕型貨車及裝有動力轉(zhuǎn)向的汽車可選擇較大的主銷內(nèi)傾角及后傾角，以提高其轉(zhuǎn)向車輪的自動回正性能。但內(nèi)傾角也不宜過大，即主銷偏移距不宜過小，否則在轉(zhuǎn)向過程中車輪繞主銷偏轉(zhuǎn)時，隨著滾動將伴隨著沿路面的滑動，從而增加輪胎與路面間的摩擦阻力，使轉(zhuǎn)向變得很沉重。為了克服因左、右前輪制動力不等而導(dǎo)致汽車制動時跑偏，近年來出現(xiàn)主銷偏移距為黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 6 負(fù)值的汽車。 前輪定位除上述主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角外，還有車輪外傾角及前束，共 4 項參數(shù)。車輪外傾指轉(zhuǎn)向輪在安裝時，其輪胎中心平面不是垂直于地面，而是向外傾斜一個角度 ，稱為車輪外傾角。此角約為 5.15.0 ，一般為 1 左右。它可以避免汽車重載時車輪產(chǎn)生負(fù)外傾即內(nèi)傾，同時也與拱形路而相適應(yīng)。由于車輪外傾使輪胎接地點向內(nèi)縮，縮小了主銷偏移距，從而使轉(zhuǎn)向輕便并改善了制動時的方向穩(wěn)定性。 前束的作用是為了消除汽車在行駛中因車輪外傾導(dǎo)致的車輪前端向外張開的不利影響 (具有外傾角的車輪在滾動時猶如滾錐，因此當(dāng)汽車向前行駛時，左右兩前輪的前端會向外張開 )，為此在車輪安裝時，可使汽車兩前輪的中心平面不平行，且左 右輪前面輪緣間的距離 A 小于后面輪緣間的距離 B，以使車輪在每一瞬時的滾動方向是向著正前方。前束即 (B-A)，一般汽車約為 3 5mm，可通過改變轉(zhuǎn)向橫拉桿的長度來調(diào)整。設(shè)定前束的名義值時，應(yīng)考慮轉(zhuǎn)向梯形中的彈性和間隙等因素。 在汽車的設(shè)計、制造、裝配調(diào)整和使用中必須注意防止可能引起的轉(zhuǎn)向車輪的擺振，它是指汽車行駛時轉(zhuǎn)向輪繞主銷不斷擺動的現(xiàn)象，它將破壞汽車的正常行駛。轉(zhuǎn)向車輪的擺振有自激振動與受迫振動兩種類型。前者是由于輪胎側(cè)向變形中的遲滯特性的影響，使系統(tǒng)在一個振動周期中路面作用于輪胎的力對系統(tǒng)作正功，即外界對 系統(tǒng)輸入能量。如果后者的值大于系統(tǒng)內(nèi)阻尼消耗的能量，則系統(tǒng)將作增幅振動直至能量達(dá)到動平衡狀態(tài)。這時系統(tǒng)將在某一振幅下持續(xù)振動，形成擺振。其振動頻率大致接近系統(tǒng)的固有頻率而與車輪轉(zhuǎn)速并不一致，且會在較寬的車速范圍內(nèi)發(fā)生。通常在低速行駛時發(fā)生的擺振往往屬于自攝振動型。當(dāng)轉(zhuǎn)向車輪及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)受到周期性擾動的激勵，例如車輪失衡、端面跳動、輪胎的幾何和機械特性不均勻以及運動學(xué)上的干涉等，在車輪轉(zhuǎn)動下都會構(gòu)成周期性的擾動。在擾動力周期性的持續(xù)作用下，便會發(fā)生受迫振動。當(dāng)擾動的激勵頻率與系統(tǒng)的固有頻率一致時便發(fā)生共振。其特 點是轉(zhuǎn)向輪擺振頻率與車輪轉(zhuǎn)速一致，而且一般都有明顯的共振車速，共振范圍較窄 (35km/h)。通常在高速行駛時發(fā)生的擺振往往屬于受迫振動型。 轉(zhuǎn)向輪擺振的發(fā)生原因及影響因素復(fù)雜，既有結(jié)構(gòu)設(shè)計的原因和制造方面的因素如車輪失衡、輪胎的機械特性、系統(tǒng)的剛度與阻尼、轉(zhuǎn)向輪的定位角以及陀螺效應(yīng)的強弱等；又有裝配調(diào)整方面的影響，如前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)間的間隙 (影響系統(tǒng)的剛度 )和摩擦系數(shù) (影響阻尼 )等。合理地選擇這些有關(guān)參數(shù)、優(yōu)化它們之間的匹配，精心地制造和裝配調(diào)整，就能有效地控制前輪擺振的發(fā)生。在設(shè)計中提高轉(zhuǎn)向器總成與轉(zhuǎn)向拉桿系統(tǒng)的剛度及懸架的縱向剛度，提高輪胎的側(cè)向剛度，在轉(zhuǎn)向拉桿系中設(shè)置橫向減震器以增加阻尼等，都是控制前輪擺振發(fā)生的一些有效措施。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 7 汽車轉(zhuǎn)向系是保持或者改變汽車行駛方向的機構(gòu)，在汽車轉(zhuǎn)向行駛中，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。保證汽車在行駛中能按駕駛員的操縱要求，適時地改變行駛方向，并能在受到路面干擾偏離行駛方向時，與行駛系配合，共同保持汽車穩(wěn)定地直線行駛。轉(zhuǎn)向系和前橋?qū)ζ囆旭偟牟倏v性、穩(wěn)定性和安全性都具有重要的意義。 1.汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類與組成 機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng) : （ 1） 以駕駛員體力為轉(zhuǎn)向能源，所 有傳力件是機械零件。 （ 2） 主要由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)組成。 2.動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) : （ 1）駕駛員體力（小部分）和發(fā)動機動力（大部分 )為轉(zhuǎn)向能源。 （ 2）組成：在機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加轉(zhuǎn)向加力裝置。 1.2 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器概述 轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系的減速傳動裝置，一般有 12 級減速傳動副。它可按傳動副的形式分類。目前在汽車上廣泛采用的有齒輪齒條式、循環(huán)球 齒條齒扇式、循環(huán)球 曲柄銷式和蝸桿指銷式等幾種結(jié)構(gòu)形式 1。 其中，循環(huán)球 齒條齒扇式轉(zhuǎn)向器是目前國內(nèi)外汽車上較為流行的一種結(jié)構(gòu)形式， 其有兩級傳動副：第一級為螺桿、鋼球和螺母傳動副，第二級是螺母上的齒條與搖臂軸上的齒扇傳動副。 其中，轉(zhuǎn)向螺桿的軸頸支承在兩個角接觸球軸承上。軸承緊度可用間隙調(diào)整裝置調(diào)整。轉(zhuǎn)向螺母外側(cè)的下平面上加工成齒條，與齒扇軸（即搖臂軸）上的齒扇嚙合?？梢娹D(zhuǎn)向螺母既是第一級傳動副的從動件，也是第二級傳動副（齒條齒扇傳動副）的主動件（齒條）。通過轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向螺桿時，轉(zhuǎn)向螺母不能轉(zhuǎn)動，只能軸向移動，并驅(qū)使齒扇軸轉(zhuǎn)動。 為了減少轉(zhuǎn)向螺桿和轉(zhuǎn)向螺母之間的摩擦，二者之間的螺紋以沿螺旋槽滾動的許多鋼球代之， 以實現(xiàn)滑動摩擦 變?yōu)闈L動摩擦。轉(zhuǎn)向螺桿和螺母上都加工出斷面輪廓為兩段不同心圓弧組成的近似半圓的螺旋槽。兩者的螺旋槽能配合形成近似圓形斷面的螺旋管狀通道。螺母側(cè)面有兩對通孔，可將鋼球從此孔塞入螺旋形通道內(nèi)。兩根 U 形鋼球?qū)Ч艿膬啥瞬迦肼菽競?cè)面的兩對通孔中。導(dǎo)管內(nèi)也裝滿了鋼球。這樣，兩根導(dǎo)管和螺母內(nèi)的螺旋管狀通道組合成兩條各自獨立的封閉的鋼球“流道”。 轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)動時，通過鋼球?qū)⒘鹘o轉(zhuǎn)向螺母，螺母沿軸向移動。同時，在螺桿與螺母兩者和鋼球間的摩擦力偶作用下，所有鋼球便在螺旋管狀通道內(nèi)滾動，形成“球流”。鋼球在管狀通道內(nèi)繞行一定圈 數(shù)后，流出螺母而進(jìn)入導(dǎo)管的一端，再由導(dǎo)管另一端流回螺旋管狀通道。故在轉(zhuǎn)向器工作時，兩列鋼球只是在各自的封閉流道內(nèi)循環(huán)，黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 8 而不致脫出。 與齒條相嚙合的齒扇，其齒厚是在分度圓上沿齒扇軸線按線性關(guān)系變化的，故為變厚齒扇。只要使齒扇軸相對于齒條作軸向移動，即能調(diào)整兩者的嚙合間隙。調(diào)整螺栓旋裝在側(cè)蓋上。齒扇軸內(nèi)有切槽，調(diào)整螺栓的圓柱形端頭即嵌入此切槽中。將調(diào)整螺栓旋入，則嚙合間隙減小，反之則嚙合間隙增大。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正傳動效率高（可達(dá) 9095%），故操縱輕便；螺桿及螺母上的螺旋槽經(jīng)滲碳、淬火及磨削加工，故耐磨性 好、壽命長。但其逆效率也很高，容易將路面沖擊力傳到轉(zhuǎn)向盤。不過對于前軸載荷質(zhì)量不大而又經(jīng)常在平坦路面上行駛的各類汽車而言，這一缺點影響不大。因此，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器已廣泛應(yīng)用于高級轎車和輕型及以上的客車、貨車汽車上。 1.3 研究內(nèi)容 設(shè)計的主要內(nèi)容包括： （ 1）前橋的結(jié)構(gòu)形式選擇 （ 2）轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式及選擇 （ 3）前橋主要零件工作應(yīng)力的計算 （ 4）轉(zhuǎn)向系的設(shè)計及參數(shù)確定 （ 5）循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計與計算 （ 6）利用 CAD 畫裝配圖、零件圖。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 9 第 2 章 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計 2.1 轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式選 擇 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)成的傳動副，以及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動副組成。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點是：在螺桿和螺母之間因為有可以循環(huán)流動的鋼球，將滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦，因而傳動效率可達(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和螺桿、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。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：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。 2.2 轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)設(shè)計 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示。 1-間隙調(diào)整裝置 ；2-下端蓋 ；3-角接觸球軸承 ；4-轉(zhuǎn)向螺桿 ； 5-轉(zhuǎn)向螺母 ； 6-鋼球 ； 7-齒扇 ； 8-轉(zhuǎn)向器殼體 ； 9-轉(zhuǎn)向柱管總成 ； 8-轉(zhuǎn)向軸 圖 2-1 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器示意圖 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 10 2.3 車型的選取與技術(shù)參數(shù)分析 設(shè)計該轉(zhuǎn)向器時以 EQ1040型輕型載貨汽車為例，其影響轉(zhuǎn)向器設(shè)計的技術(shù)參數(shù)有： 軸荷分配：前軸空載時軸荷為 918 ，滿載時為 1193，最大總質(zhì)量（包括全部乘員）為 3890 。 轉(zhuǎn)向器角傳動比i為 20.42，方向盤直徑swD為 420 。 如圖 2-2 所示， 1L=84.4 ，2L=86.45 ， LM =123.0 ， RM =69.4 。 1-轉(zhuǎn)向搖臂 ；2,4-轉(zhuǎn)向縱拉桿及橫拉桿 ；3-轉(zhuǎn)向節(jié)臂 ；5-轉(zhuǎn)向梯形臂 圖 2-2 轉(zhuǎn)向系 簡圖 2.4 轉(zhuǎn)向系計算載荷的確定 為了保證行駛安全，組成轉(zhuǎn)向系的各零件應(yīng)有足夠的強度。欲驗算轉(zhuǎn)向系零件的強度，需首先確定作用在各零件上的力。影響這些力的因素的主要因素有轉(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。 精確地計算這些力是困難的，為此推薦用足夠精確度的半徑經(jīng)驗公式來計算汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩 錯誤 !未指定書簽。 （ N），即 pGfMR313 （ 2.1） 式中， f 輪胎和路面間的滑動摩擦因數(shù)，一般取 0.7； 1G 轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷， N； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 11 p 輪胎氣壓， MPa，查汽車工程設(shè)計手冊 p =0.67MPa。 即 53 103. 667.08.9119337.0 RMN 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力為 iDLMLFswRh212(2.2) 式中， 1L 轉(zhuǎn)向搖臂長，； 2L 轉(zhuǎn)向節(jié)臂長，； swD 轉(zhuǎn)向盤直徑，； i 轉(zhuǎn)向器角傳動比； 轉(zhuǎn)向器正效率。 即 N2 3 285.056.184 2 045.86 106.34.1 8 42 5 hF 2.5 各零件主要結(jié)構(gòu) 與參數(shù)確定 2.5.1 螺桿、鋼球、螺母傳動副 根據(jù)該車型前橋負(fù)荷及汽車的裝載質(zhì)量的不同參考機械設(shè)計手冊 選取，得齒扇 0.5m。 根據(jù)齒扇的模數(shù)，參照汽車設(shè)計，得鋼球中心距0d為 30 或 32 ，螺桿與螺母的螺距 t為 10 或 9.525 ，螺桿外徑 29d 。由機械設(shè)計手冊滾動螺旋傳動的公稱直徑 320 d，螺距 t =10 ；根據(jù)常用外循環(huán)滾動螺旋副的尺寸系列及其承載能力，得螺紋升角 145 。 螺桿螺旋滾道的內(nèi)徑 ,外徑 ,以及螺母的尺寸（見圖 2-3） ,在確定鋼球中心距后可B， D-鋼球與滾道接觸點；0d-轉(zhuǎn)向縱拉桿及橫拉桿 cr-滾道截面的圓弧半徑 圖 2-3 螺桿與螺母的螺旋滾道截面 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 12 由下式確定 : hDDxrdDhddxrddcc2222101101(2.3) 式中 , 0d 鋼球中心距，； cr 螺桿與螺母滾道截面的圓弧半徑，； x 滾道截面圓弧中心相對于鋼球中心的偏移距， s in2 bcdrx （ 2.4） bd 鋼球直徑，； 鋼球與滾道的接觸角，通常取 45 ； h 滾道截面的深度，可取 bdh 35.030.0(2.5) 08.28.1953.535.030.035.030.0 bdh，取 2h ； 則將0d=32 ， 29d ， 953.5bd， 2h 代入上式中，得 264.1x ，764.4cr ， 251 d ， 391 D ， 35D 。 螺桿 鋼球 螺母傳動副與通常的螺桿 螺母傳動副的區(qū)別在于前者是經(jīng)過滾動的鋼球?qū)⒘τ陕輻U傳至螺母，變滑動摩擦為滾動摩擦。螺桿和螺母上的相互對應(yīng)的螺旋槽構(gòu)成鋼球的螺旋滾道。轉(zhuǎn)向時轉(zhuǎn)向盤經(jīng)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動螺桿，使鋼球沿螺母上的滾道循環(huán)地滾動。為了形成螺母上的循環(huán)軌道，在螺母上與其齒條相反的一側(cè)表面（上表面）需鉆孔與螺母的螺旋滾道打通以形成一個環(huán)路滾道的兩個導(dǎo)孔，并分別插入鋼球?qū)Ч艿膬啥藢?dǎo)管。鋼球?qū)Ч苁怯射摪鍥_壓成具有半圓截面的滾道，然后對接成導(dǎo)管，并經(jīng)氰化處理使之耐磨。插入螺母螺旋 滾道兩個導(dǎo)孔的鋼球的兩個導(dǎo)管的中心線應(yīng)與螺母螺旋滾道的中心線相切。螺桿與螺母的螺旋滾道為單頭（單螺旋線）的，且具有不變的螺距， t =10 ，螺線導(dǎo)程角0約為 6 11。轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向器左置，轉(zhuǎn)向螺桿為左旋。鋼球的數(shù)量 n 影響轉(zhuǎn)向器的承載能力，增多鋼球使承載能力增大，但也使鋼球的流動性變差，從而要降低傳動效率。經(jīng)驗表明在每個環(huán)路 n 中以不大于黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 13 60 為好。 鋼球數(shù)目（ 不包括鋼球?qū)Ч苤械模┛捎上率酱_定： bb dWdd Wdn 000co s (2.6) 式中 , 0d 鋼球中心距，； W 一個環(huán)環(huán)路中的鋼球工作圈數(shù)，為了使載荷在各鋼球間分布均勻，一般W=1.52.5，當(dāng)轉(zhuǎn)向器的鋼球工作圈數(shù)需大于 2.5 時，則應(yīng)采用兩個獨立的環(huán)路；取 W=1.5； bd 鋼球直徑，； 0 螺線導(dǎo)程角，。 則 259 5 3.5 5.13214.30 bd Wdn 螺線導(dǎo)程角0可由下式確定： 00tan dt (2.7) 式中： t 螺桿與螺母滾道的螺距，； 0d 鋼球中心距，。 即 3214.3 10ar c t anar c t an 00 dt6 2.5.2 齒條、齒扇傳動副 由齒扇模數(shù) 0.5m ，根據(jù)汽車設(shè)計得齒條齒扇傳動副主要參數(shù)如表 2-1所示： 表 2-1 齒條齒扇傳動副主要參數(shù) 模數(shù) m 齒扇齒數(shù) 齒扇整圓齒數(shù) z 齒扇寬F 螺母長度 齒扇壓力角0切削角 搖臂軸外徑 5.0 5 13 32 62 27 7 30 35 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 14 變厚齒扇齒形參數(shù)的計算如圖 2-4所示： 由機械原理知，圓柱齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù) 7： 02m in sin/2 thZ(2-8) 式中， th 齒扇端剖面齒條形刀具齒齒高系數(shù)，取 th=1。 即 1027s in12 2m in Z不發(fā)生根切的最小端面變位系數(shù)： 3.010 13101m i nm i nm i n Z ZZh t(2.9) 通常取齒扇寬度的中間位置 A-A 作基準(zhǔn)截面。由該截面 至大端（截面 B-B）時，各截面處的變位系數(shù)均取正，向小端（ C-C）時，變位系數(shù)由正變?yōu)榱悖ń孛?O-O）再變?yōu)樨?fù)值。設(shè)截面 O-O 至截面 A-A 的距離為0a,則 tan/0 ma A (2.10) 式中： A 在截面 A-A處的原始齒形變位系數(shù)； m 模數(shù)，； 切削角，。 則因為齒扇寬 F =32，截面 C-C的變位系數(shù) 3.0m in C。則截面 A-A的截面變位系數(shù) A 為： 037ta n0.516 A 12.0A 同理，截面 O-O距截面 C-C的距離 4.11037t a n/0.53.0t a n/ maCO 最大截面變位系數(shù) 037t a n/0.5t a n/4.1132m a xm a x m得 54.0max 圖 2-4 變厚齒扇的齒形計算用 圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 15 因此，截面 B-B變位系數(shù) ： 42.012.054.0m a x AB 因此 ,變厚齒扇基準(zhǔn)截面（ A-A）處的齒形參數(shù)選擇與計算如表 2-2 所示： 2.5.3 間隙調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 間隙調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)如圖 2-5所示 : 1-齒扇； 2-側(cè)蓋； 3-滾針軸承； 4-調(diào)整塊； 5-調(diào)整螺栓； 6-調(diào)整螺母 圖 2-5 間隙調(diào)整裝置示意圖 隨著工作時間的增長，轉(zhuǎn)向螺母和齒扇的磨損也變得嚴(yán)重，為了使轉(zhuǎn)向螺母和齒扇能夠正常工作，因此需要設(shè)計間隙調(diào)整裝置。調(diào)整螺釘旋裝在側(cè)蓋上，齒扇軸內(nèi)側(cè)端部有切槽，調(diào)整螺釘?shù)膱A柱形端頭即嵌入此切槽中。將調(diào)整螺釘旋入，則嚙合間隙減小，反之則嚙合間隙增大。 2.6 本 章小結(jié) 本章主要明確了轉(zhuǎn)向器設(shè)計的總體方案，確定了轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式。通過對車型的選取與技術(shù)參數(shù)的分析來確定轉(zhuǎn)向系載荷及各零件主要結(jié)構(gòu)與參數(shù)。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 16 第 3 章 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件強度計算 3.1 鋼球與滾道間的接觸應(yīng)力 j 鋼球與滾道間的接觸應(yīng)力j為 jcbj rdNEK 3 22 12 (3.1) 式中， K 系數(shù)，根據(jù) A/B 查汽車設(shè)計求得，其中 A/B 用下式計算： bcbc ddrdrdBA 2/2/ 0 6 8.0 9 5 3.56.3024.32/9 5 3.524.326.30 (3.2) 查表 16-5 得 K=1. 28； d 螺桿外徑 ,； cr 螺桿與螺母滾道截面的圓弧半徑 ,； bd 鋼球直徑 ,； E 材料彈性模量， 5101.2 MPa； N 每 個鋼球與螺桿滾道之間的正壓力 ,N； 30109.145co s6s i n9.1325 2 1 02 3 2co ss i n nl RFN h N (3.3) hF 轉(zhuǎn)向盤圓周力 ,N； R 轉(zhuǎn)向盤輪緣半徑 ,； 0 螺桿螺線導(dǎo)程角 ,； 鋼球與滾道間的接觸角 ,； n 參與工作的鋼球數(shù)； l 鋼球接觸點至螺桿中心線之間的距離 ,， 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 17 9.1345c o s2953.523245c o s22 0 bddl (3.4) 則 M P a8.5024.3 1953.5 2)101.2(109.128.11233 2211322 cbj rdNEK當(dāng)鋼球與滾道的接觸表面的硬度為 HRC5864 時，許用接觸應(yīng)力 j可取為30003500MPa，所以 jj 滿足條件。 為了滿足上述接觸強度的要求，鋼球的工作總?cè)?shù)應(yīng)達(dá)到 bbnnW (3.5) 式中，bn 一圈滾道中的鋼球數(shù)； 000 c o ss in bbb ddd tn (3.6) 式中， t 螺距 ,； 0d 鋼球中心距 ,； 0 螺線導(dǎo)程角 ,； bd 鋼球中心距 ,； 即 176c o s953.5 3214.3c o s 00 bb d dnbn 需要的工作鋼球總數(shù)； )c o sc o s(0 NFn ocb (3.7) cF0 作用在齒條和齒扇的齒上的力， N； rTFoc (3.8) T 轉(zhuǎn)向搖臂軸上的力矩， N ； r 齒扇的嚙合半徑，； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 18 轉(zhuǎn)向搖臂軸上的力矩如下： 在實際中常取轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的力傳動比 pi計算轉(zhuǎn)向搖臂 軸上的力矩 T )( pr iTT (3.9) 式中 , 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的效率，一般取 0.850.9； 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的力傳動比為 )(2 21 LRRrp mmmLLTTi (3.10) 338.01234.694.694.18445.86 pi 65 102.185.0338.0106.3)( pr iTT N 齒扇的嚙合半徑計算如下： 由循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系的結(jié)構(gòu)關(guān)系 可知：當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動 角時，轉(zhuǎn)向螺母及其齒條的移動量應(yīng)為 ts )360( (3.11) 式中， t 螺桿或螺母的螺距 ,。 這時，齒扇轉(zhuǎn)過 角。設(shè)齒扇的嚙合半徑r為，則 角所對應(yīng)的嚙合圓弧長應(yīng)等于 s ，即 sr 2)360( (3.12) 且循環(huán)球轉(zhuǎn)向器角傳動比i為 i(3.13) 由式 (3-11)、 (3-12)、 (3-13)可求得循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器齒扇的嚙合半徑r為 齒扇的嚙合半徑 14.32 1042.202 tir32.5 (3.14) 綜上 NrTFoc 46 102.454.29102.1 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 19 5.3745co s6co s109.185.0102.4)co sco s(340 NFn ocb取 51bn31751 bbnnW 3.2 螺桿在彎扭聯(lián)合作用下的強度計算 螺桿處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)在其危險斷面上作用著彎矩和扭矩，其彎矩 M 和轉(zhuǎn)矩 T分別為 4/t a n lFeFMococ (3.15) fddFTboc a r c t a ns int a n2/ 00 (3.16) 式中， e 齒條、齒扇嚙合節(jié)點至螺桿中心的距離， mm28e ； l 螺桿兩支承軸承間的距離， mm20l ； 嚙合角，； 0d 鋼球中心距，； 0 螺線導(dǎo)程角，； f 滾動摩擦系數(shù)， f =0.0080.010； 鋼球與滾道的接觸角 ,。 則 mmNlFeFM ococ644102.14/037t a n20102.428102.44/t a n mmNfddFT boc4400103.9009.0a r c t a n45s i n953.56t a n2/32102.4a r c t a ns i nt a n2/ 這時，螺桿的當(dāng)量應(yīng)力 9為 22 /4/TocB WTAFWM(3.17) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 20 式中， A ，BW，TW 螺桿按其內(nèi)徑1d計算的橫斷面積、彎 曲截面系數(shù)和扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)。 許用應(yīng)力， N； 3/s (3.18) s 螺材料的屈服極限， MPa。 由于 22221 109.425414.34 mm dA (3.19) 33331 105.1253232 mm dW B(3.20) 33331 101.3251616 mm dW T(3.21) 得 M P a5.187101.3/103.94109.4/106.3105.1/102.1/4/2342243622 TocB WTAFWM根據(jù)螺桿的工作條件，其 選用的材料為 38GrMoAl 。 38GrMoAl 具有很高的滲氮性能和力學(xué)性能，良好的耐熱性、高的疲勞強度及良好的抗過熱性等特性，因此常應(yīng)用于制造高疲勞強度、高耐磨性，熱處理后尺寸精度、強度較高的各種尺寸的滲氮零件，如：氣缸套、底蓋、活塞螺栓、精密磨床主軸、搪桿、精密絲桿和齒輪、蝸桿、高壓閥門、閥桿等。 查機械設(shè)計實用手冊零件材料的牌號及力學(xué)性能得 38GrMoAl 的屈服極限835s MPa，因此 M P a3.2 7 8M P a3/8 3 53/ s 取 M P a3.2 7 83/ s得 MPa5.187 所以，螺桿在彎扭聯(lián)合作用下滿足強度條件。 3.3 本章小結(jié) 這一章重點在于對鋼球與滾道間的接觸應(yīng)力的計算，通過