循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計

1、2.4 主要尺寸參數(shù)的選擇 長安福特?？怂?.0滿載前軸載荷為51%Mg，再根據(jù)表（2-2）選擇齒扇模數(shù)為4.5。在確定齒扇模數(shù)后，轉(zhuǎn)向器其他參數(shù)根據(jù)表（2-1）和表（2-3）進行選取。表2-1 循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的主要參數(shù)參數(shù)數(shù)值齒扇模數(shù)/mm3.03.54.04.55.06.06.5搖臂軸直徑/mm22263032323842鋼球中心距/mm20232528303540螺桿外徑/mm20232528293438鋼球直徑/mm5.5566.3506.3507.1448.000螺距/mm7.9388.7319.52510.00011.000工作圈數(shù)1.52.52.5環(huán)流行數(shù)2齒扇齒數(shù)55齒扇整圓齒數(shù)

2、1213181415齒扇壓力角22°3027°30切削角6°306°307°30齒扇寬/mm2225252725283028-3234383538表2-2 各類汽車循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的齒扇齒模數(shù)齒扇齒模數(shù)mmm3.03.54O4.55O6.06.5轎車發(fā)動機排量ml500100018001600200020002000前軸負荷/N3500380047007350700090008300110001000011000貨車和大客車前軸負荷N3000500045007500550018500700019500900024000170003700023000

3、44000最大裝載kg350100025002700350060008000表2-3 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的部分參數(shù)模數(shù)m螺桿外徑螺紋升程螺母長度鋼球直徑齒扇壓力角齒扇切削角搖臂軸外徑3.0207.938405.5562230630730223.5238.731455.5562230630730264.0259.525486.3502230630730204.5289.525587.1442230630730325.02910.319627.144223063073035根據(jù)所選擇的齒扇模數(shù)，根據(jù)表（2-1）和表（2-3）選取對應的參數(shù)為：鋼球直徑：7.144mm 螺距：9.525mm 工作圈數(shù)：1

4、.5螺桿外徑：28mm 環(huán)流行數(shù)：2 螺母長度：58mm齒扇齒數(shù)：5 齒扇壓力角：2230 切削角：630齒扇寬：30mm2.4.1 螺桿、鋼球、螺母傳動副設(shè)計（1） 鋼球中心距螺桿外徑螺母內(nèi)徑尺寸、如圖（2-6）所示圖2-6 螺桿 鋼球 螺母傳動副在保證足夠的強度條件下，盡可能將值取小些。選取值的規(guī)律是隨著扇齒模數(shù)的增大，鋼球中心距也相應增加，設(shè)計時先參考同類型汽車的參數(shù)進行初選，經(jīng)強度驗算后，再進行修正。螺桿外徑D1通常在2038mm范圍內(nèi)變化，設(shè)計時應根據(jù)轉(zhuǎn)向軸負荷的不同來選定，螺母內(nèi)徑應大于，一般要求根據(jù)（表2-1）：得D=28mm D1=28mm mm（2） 鋼球直徑d及數(shù)量n鋼球直

5、徑應符合國家標準，一般常在69mm范圍內(nèi)，根據(jù)（表2-1）。取d=7.144 mm。每個環(huán)路中的鋼球數(shù)可用下式計算： （2-12）式中，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)流導管中的鋼球數(shù)；為螺線導程角，常取=5°8°，則；代入數(shù)值解得n=19。（3） 滾道截面當螺桿和螺母各由兩條圓弧組成，形成四段圓弧滾道截面時，見圖2-7，鋼球和滾道又四點接觸，傳動時軸向間隙最小，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，除用來貯存潤滑油之外，還能貯存磨損雜質(zhì)。為了減小摩擦，螺桿和螺母溝槽的半徑應大于鋼球半徑，一般取。在此我們?nèi)L道半徑為3.643mm

6、,符合相應的要求。圖2-7 四段圓弧滾道截面（4） 接觸角鋼球與螺桿滾道接觸點的正壓力方向與螺桿滾道法面軸線間的夾角稱為接觸角。角多取為45°，以使軸向力與徑向力分配均勻。（5） 螺距和螺旋線導程角 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動角，對應螺母移動的距離s為 (2-13)式中，P為螺紋螺距。螺距P一般在811mm內(nèi)選取。查表（2-1）得：取9.525mm 導程角= 5° 8°取。與此同時，齒扇節(jié)圓轉(zhuǎn)過的弧長等于，相應搖臂軸轉(zhuǎn)過，其間關(guān)系可表示如下： （2-14）式中，r為齒扇節(jié)圓半徑。聯(lián)立式（2-12），式（2-13）得，將對求導得循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器角傳動比為 (2-15)又根據(jù)表2-1

7、有；mm已知，可求出轉(zhuǎn)向器的角傳動比 由式(2-14)可知，螺距P影響轉(zhuǎn)向器角傳動比的值，在螺距不變的條件下，鋼球直徑d越大，圖（2-9）中的尺寸b越小，要求mm，符合要求。（6） 工作鋼球圈數(shù)W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)W又與接觸強度有關(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圈兩種。一個環(huán)路的工作鋼球圈數(shù)的選取見（表2-1）。取W=1.5。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

8、應的螺旋槽構(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(通常為上表面)需鉆孔與螺母的螺旋滾道打通以形成一個環(huán)路滾道的兩個導孔，并分別插入鋼球?qū)Ч艿膬啥藢Ч?。鋼球?qū)Ч苁怯射摪鍥_壓成具有半圓截面的滾道，然后對接成導管，并經(jīng)氰化處理使之耐磨。插入螺母螺旋滾道兩個導孔的鋼球的兩個導管的中心線應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。轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向器左置時轉(zhuǎn)向螺桿為左旋，右置時為右旋。鋼球直徑約為69mm。一般應參考同類型汽車的轉(zhuǎn)向器選取鋼球直徑，并應使之符合國家標

9、準。鋼球直徑尺寸差應不超過。顯然，大直徑的鋼球其承載能力亦大，但也使轉(zhuǎn)向器的尺寸增大。鋼球的數(shù)量也影響承載能力，增多鋼球使承載能力增大，但也使鋼球的流動性變差，從而需要降低傳動效率。經(jīng)驗表明在每個環(huán)路中以不大于60為好。2.4.2 齒條、齒扇傳動副設(shè)計齒扇通常有5個齒，它與搖臂軸為一體。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。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)生的間隙而又不致在轉(zhuǎn)彎時使兩端齒卡住，則應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到。即齒扇由

10、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轉(zhuǎn)動，如圖2-8所示，相對于搖臂軸的中心有距離為的偏心。這樣加工的齒扇在齒條的嚙合中由中間齒轉(zhuǎn)向兩端的齒時，齒側(cè)間隙也逐漸加大，可表達為 （2-16）式中徑向間隙；嚙合角；齒扇的分度圓半徑；搖臂軸的轉(zhuǎn)角。圖2-8 為獲得變化的齒側(cè)間隙齒扇的加工原理和計算簡圖圖2-9 用于選擇偏心n的線圖當，確定后，根據(jù)上式可繪制如圖2-12所示的線圖，用于選擇適當?shù)闹担员闶过X條、齒扇傳動副兩端齒嚙合時，齒側(cè)間隙能夠適應消除中間齒最大磨損量所形成的間隙的需要。齒條、齒扇傳動副各對嚙合齒齒側(cè)間隙的改變也可以用改變齒條各齒槽寬而不改變齒扇各

11、輪齒齒厚的辦法來實現(xiàn)。一般是將齒條(一般有4個齒)兩側(cè)的齒槽寬制成比中間齒槽大0.200.30mm即可。本次設(shè)計采用直齒齒輪。2.5轉(zhuǎn)向器的計算和校核2.5.1循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件的強度計算為了進行強度計算，首先要確定其計算載荷。式(2-13)曾給出了汽車在粗糙的硬路面上作原地轉(zhuǎn)向時轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向阻力矩，利用它可求得轉(zhuǎn)向搖臂上的力矩和在轉(zhuǎn)向盤上的切向力，它們均可作為轉(zhuǎn)向系的最大計算載荷。但對前軸負荷大的重型載貨汽車，用關(guān)系式計算出來的力，往往會超過司機在體力上的所能施展的力量。這時在計算轉(zhuǎn)向器的零件具體參數(shù)時，可取司機作用在轉(zhuǎn)向盤輪緣上的最大瞬時力。確定計算載荷后，即可計算轉(zhuǎn)向系零件的強度。汽車在

12、瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩（Nm）即 （2-17）f取0.7；為前軸負荷（N）；輪胎氣壓（MPa）。由查得的資料可知道長安福特?？怂?.0前軸負荷51%Mg,因此；確定計算載荷后，即可計算轉(zhuǎn)向系零件的強度。轉(zhuǎn)向系力傳動比： （2-18）為轉(zhuǎn)向系角傳動比；為轉(zhuǎn)向盤直徑取380mm；為主銷偏移距通常的值在0.40.6倍輪胎的胎面寬度尺寸范圍內(nèi)選取。取mm，所以輪胎與地面之間的轉(zhuǎn)向阻力和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力有如下關(guān)系再根據(jù)可求出作用在方向盤上的手力（1） 齒的彎曲應力齒扇齒的彎曲應力為，許用彎曲應力為式中，為作用在齒扇上的圓周力；為齒扇的齒高；為齒扇的齒寬；為基圓齒厚。齒扇嚙合半徑；B

13、取2.5.2 轉(zhuǎn)向搖臂軸直徑的確定轉(zhuǎn)向搖臂軸的直徑可根據(jù)轉(zhuǎn)向阻力矩及材料的扭轉(zhuǎn)強度極限由下式確定： （2-21）式中，安全系數(shù)，根據(jù)使用條件可取2.53.5，取為3.0；轉(zhuǎn)向阻力矩，；扭轉(zhuǎn)強度極限，；轉(zhuǎn)向搖臂軸一般采用20CrMnTi、22CrMnMo或20CrNi 3A鋼制造，表面滲碳，滲碳層深為0.81.2mm，重型汽車和前軸負荷大的汽車，則為1.051.45mm。淬火后表面硬度為5863HRC。轉(zhuǎn)向器殼體采用球墨鑄鐵QT40018或可鍛鑄鐵KTH35010，KTH37012制造。3 二維工程圖3.1 二維工程圖3.1.1 零件圖的繪制圖3-7 齒扇圖3-7為測量完齒扇軸的相關(guān)數(shù)據(jù)后繪制齒

14、扇的零件圖12。圖3-8 螺桿圖3-8為測量轉(zhuǎn)向螺桿的數(shù)據(jù)后繪制螺桿的零件圖。圖3-9 螺母主視圖圖3-9為根據(jù)外形及參考數(shù)據(jù)繪制螺母的零件主視圖。圖3-10 螺母左視圖圖3-10為根據(jù)外形及參考數(shù)據(jù)繪制螺母的零件左視圖。3.1.2 總裝圖的繪制圖3-11總裝配圖主視圖圖3-11為最后將所有零件圖進行組裝，畫出的總裝圖主視圖。圖3-12 總裝配圖左視圖圖3-12為最后將所有零件圖進行組裝，畫出的總裝圖左視圖。4 結(jié)論根據(jù)一些指定的參數(shù)結(jié)合汽車設(shè)計和其他相關(guān)書籍中關(guān)于轉(zhuǎn)向器的理論知識來設(shè)計此轉(zhuǎn)向器的其他相關(guān)參數(shù)，使設(shè)計出的轉(zhuǎn)向器符合其基本的功能，齒輪齒扇的尺寸基本能滿足一般轎車的需求。在現(xiàn)代轎車

15、設(shè)計中，選擇變齒用于齒條齒扇傳動副上是其前沿發(fā)展趨勢，本論文中只是采用直齒齒輪完成了初步的設(shè)計，因而其實物在傳動時將造成相關(guān)零件的磨損。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器效率高、操縱輕便；有一條平滑的操縱力特性曲線；布置方便，特別對大中型車輛易于和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配合使用；易于傳遞駕駛員操縱信號，逆效率高、回位好，與液壓助力裝置的動作配合得好；可以實現(xiàn)變速比，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，轉(zhuǎn)向靈敏，減小轉(zhuǎn)向力。根據(jù)現(xiàn)行的汽車參數(shù)設(shè)計標準和參照相似類型車輛的技術(shù)狀況，本論文借用長安福特?？怂?.0相關(guān)參數(shù)完成了初步的設(shè)計，分析計算并選取了循環(huán)球轉(zhuǎn)向器設(shè)計過程中所需要的主要參數(shù)，最終完成了自己的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計。通過此次的轎車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計，初步掌握了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計的原則，同時鍛煉了自己綜合解決問題