汽車轉(zhuǎn)向器畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

1、汽車轉(zhuǎn)向器是汽車的重要組成部分，也是決定汽車主動(dòng)安全性的關(guān)鍵 總成，它的質(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)向器也在不斷的得到改進(jìn)，雖然電了轉(zhuǎn)向器已開始應(yīng)用，但機(jī)械式轉(zhuǎn)向 器仍然廣泛地被世界各國汽車及汽車零部件生產(chǎn)廠商所采用。而在機(jī)械式 轉(zhuǎn)向器中，循環(huán)球齒條齒扇式轉(zhuǎn)向器曲于其自身的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各級(jí) 各類汽車上。本文選擇gx1608a型循環(huán)球齒條-齒扇式轉(zhuǎn)向器作為研究課題, 其主要內(nèi)容冇：汽車轉(zhuǎn)向器的組成分類；傳向器總成方案分析及其數(shù)據(jù)確 定和轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)過程。這種轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是，操縱輕便，磨損小，壽命長。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 成本高，轉(zhuǎn)向靈敏度不如齒輪齒條式。因此逐漸被齒

2、輪齒條式取代。但隨 著動(dòng)力轉(zhuǎn)向的應(yīng)用，循壞球式轉(zhuǎn)向器近年來又得到廣泛使用。關(guān)鍵詞；轉(zhuǎn)向器操縱穩(wěn)定性循環(huán)球齒條-齒扇式轉(zhuǎn)向器abstractgear cars an important component of the initiative is decided automobile safety of the key assembly, it seriously affected the quality of the vehicle handling and stability. along with the development of the auto industry, automobi

3、le steering gear is continuously improved, although the electronic steering gear has begun to use but mechanical steering gear is still widely been world motor vehicles and parts manufacturers adopted and the mechanical steering gear, rack cycle ball-type steering gear tooth fans as its own characte

4、ristics has been widely used in various types vehicles. the graduation design options gx1608a cycle gear ball-type steering gear rack as a research topic, its main contents are : automotive steering gear components classification; assembly was to program analysis and data to identify and steering ge

5、ar design process.the advantage of such steering gear, and manipulating light, wear and tear, long lift. the disadvantage is that the structure is complicated and costly, than steering rack and pinion sensitivity. therefore gradually being replaced by rack and pinion. however, with the power steerin

6、g applications, the ball-type steering gear cycle and are widely used in recent yearskeywords; diverter ball handling and stability cycle rack-type steering gear diverter摘要iabstractii1緒論12汽車轉(zhuǎn)向系的組成及分類32.1汽車轉(zhuǎn)向系的類型和組成32.1.1機(jī)械式轉(zhuǎn)向系62.1.2動(dòng)力轉(zhuǎn)向器72.2轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)82.2.1轉(zhuǎn)向器的效率8222傳動(dòng)比的變化特性10223轉(zhuǎn)向盤自山行程132.3轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)及轉(zhuǎn)向

7、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)132.3.1轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)132.3.2轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)143轉(zhuǎn)向器總成方案分析153.1轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)要求153.2轉(zhuǎn)向器總成方案設(shè)計(jì)164循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要尺寸參數(shù)的選擇195轉(zhuǎn)向器輸出力矩的確定236軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核246轉(zhuǎn)向搖臂軸（即齒形齒扇軸）的設(shè)計(jì)計(jì)算246.1.1材料的選擇246.1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)246.1.3軸的設(shè)計(jì)計(jì)算246.2螺桿軸設(shè)計(jì)計(jì)算及主要零件的校核286.2.1材料選擇286.2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)286.2.3軸的設(shè)計(jì)計(jì)算296.2.4鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力校核31參考文獻(xiàn)33致謝34附錄361緒論循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的英文名稱是recirculating ball stee

8、ring gcaro 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器rti兩對傳動(dòng)副組成，一對是螺桿、螺母，另一對是齒條、 齒扇或曲柄銷。在螺桿和螺母z間裝有可循環(huán)滾動(dòng)的鋼球，使滑動(dòng)摩擦變 為滾動(dòng)摩擦，從而提高了傳動(dòng)效率。循環(huán)球式：這種轉(zhuǎn)向裝置是出齒輪機(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(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，因而滾珠螺桿的旋傳運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，螺母再與扇形齒輪嚙 合，育線運(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 橫拉桿做直線運(yùn)動(dòng)，改變車輪的方向，這是一種古典的機(jī)構(gòu)，現(xiàn)代轎車已 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

9、旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的相對移動(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)首尾和連的封閉的螺旋曲線內(nèi)循環(huán) 滾動(dòng)，循環(huán)球式故而得名這種轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是，操縱輕便，磨損小，壽命長。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 成木高，轉(zhuǎn)向靈敏度不如齒輪齒條式。因此逐漸被齒輪齒條式取代。但隨 著動(dòng)力轉(zhuǎn)向的應(yīng)用，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器近年來乂得到廣泛使用。本文選擇gx1608a型循環(huán)球齒輪-齒條式轉(zhuǎn)向器作為研究課題，其主要 內(nèi)容冇：汽車轉(zhuǎn)向器相關(guān)知識(shí)，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要參數(shù)選擇及其設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)部分還包括轉(zhuǎn)向搖櫓軸，漸開線花鍵，扇形齒輪軸以及螺桿軸的設(shè)計(jì) 與校核。轉(zhuǎn)向器按結(jié)構(gòu)形式可分為多種類型。歷史上曾岀現(xiàn)過許多種形式的轉(zhuǎn) 向器，

10、目前較常用的有齒輪齒條式、蝸桿曲柄指銷式、循環(huán)球-齒條齒扇式、 循環(huán)球曲柄指銷式、蝸桿滾輪式等。在當(dāng)前國家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄中，汽車關(guān)鍵 零部件開發(fā)和制造被列為重點(diǎn)扶持的項(xiàng)口，國家計(jì)委和科技部也將汽車關(guān) 鍵零部件劃入當(dāng)前國家優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域，所以，具有先 進(jìn)水平的汽車轉(zhuǎn)向器的研發(fā)、生產(chǎn)將會(huì)得到有力的政策支持。隨著全球汽 車工業(yè)的迅速發(fā)展，汽車的需求量大幅攀升，汽車制造已向發(fā)展中國家轉(zhuǎn) 移。隨著國際上汽車行業(yè)開始實(shí)行零部件“全球化采購”策略及國際跨國 汽車企業(yè)推行本土化策略，國內(nèi)汽車市場將出現(xiàn)巨大的零部件配件缺口。 到2010年，中國汽車零部件國內(nèi)產(chǎn)值將突破1萬億元

11、，市場前景廣闊。按 照汽車零部件工業(yè)“十五”發(fā)展目標(biāo)，到2005年中國汽車保有量為 21982315萬倆，其中轎車843860萬輛。當(dāng)年汽車需求量為：271310 萬輛，其中轎車110121萬輛，汽車工業(yè)增加值占gdp的1%左右，汽車 零部件工業(yè)產(chǎn)值將占汽車工業(yè)總產(chǎn)值的25%左右。因此作為關(guān)鍵零部件的汽 車轉(zhuǎn)向器在中國銷售市場上前景廣闊?！笆濉逼陂g，我國機(jī)動(dòng)車行業(yè)包括汽車、農(nóng)用車、工程機(jī)械等將發(fā) 展成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，汽車轉(zhuǎn)向器是符合國家重點(diǎn)扶持和優(yōu)惠政策 的汽車關(guān)鍵零部件，是汽車重要的保安件之一。2汽車轉(zhuǎn)向系的組成及分類2.1汽車轉(zhuǎn)向系的類型和組成汽車轉(zhuǎn)向系可按轉(zhuǎn)向能源的不同分為機(jī)械式

12、轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系兩大 類。汽車轉(zhuǎn)向器是用來保持或改變汽車形式方向的機(jī)構(gòu)，在汽車轉(zhuǎn)向行使 時(shí)，還要保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。駕駛員通過操縱轉(zhuǎn)向系統(tǒng), 使汽車保持直線或轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，或者上述兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和互轉(zhuǎn)換。機(jī)械轉(zhuǎn)向系的能量來源是人力，所有傳力件都是機(jī)械的，由轉(zhuǎn)向操縱 機(jī)構(gòu)（方向盤）、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。其中轉(zhuǎn)向器是將操 縱機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃?dòng)機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)（嚴(yán)格講是近似直線運(yùn)動(dòng)）的 機(jī)構(gòu)，是傳向系的核心部件。 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系除具有以上三大部件外，其最 主要的動(dòng)力來源是轉(zhuǎn)向助力裝置。由于轉(zhuǎn)向助力裝置最常用的是一套液壓 系統(tǒng)，因此也就離不開泵、油管、閥、活塞和儲(chǔ)油罐，它們

13、分別相當(dāng)于電 路系統(tǒng)中的電池、導(dǎo)線、開關(guān)、電機(jī)和地線的作用。 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn) 向盤即通常所說的方向盤。轉(zhuǎn)向盤內(nèi)部有金屬制成的骨架，是用鋼、鋁合 金或鎂合金等材料制成。rh圓環(huán)狀的盤圈、插入轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)向盤轂，以及 連接盤圈和盤轂的輻條構(gòu)成。采用焊接或鑄造等工藝制造，轉(zhuǎn)向軸是由細(xì) 齒花鍵和螺母連接的。骨架的外側(cè)一般包有柔軟的合成橡膠或樹脂，也有 采用皮革包裹以及帔木制作的轉(zhuǎn)向盤。轉(zhuǎn)向盤外皮要求有某種程度的柔軟 度，手感良好，能防止手心出汗打滑的材質(zhì)，還需要有耐熱、耐候性。 轉(zhuǎn) 向盤的功能：轉(zhuǎn)向盤位于司機(jī)的正前方，是碰撞時(shí)最可能傷害到司機(jī)的部 件，因此需要轉(zhuǎn)向盤具冇很高的安全性，在司機(jī)撞在轉(zhuǎn)向盤上

14、吋，骨架能 夠產(chǎn)生變形，吸收沖擊能，減輕對司機(jī)的傷害。轉(zhuǎn)向盤的慣性力矩也是很 重要的，慣性力矩小，我們就會(huì)感到“輪輕”，操做感良好，但同時(shí)也容易 受到轉(zhuǎn)向盤的反彈（即“打手”）的影響，為了設(shè)定適當(dāng)?shù)膽T性力矩，就要 調(diào)整骨架的材料或形狀等。 現(xiàn)在的轉(zhuǎn)向盤與以而的看似沒有太大變化， 但實(shí)際上已經(jīng)有了改進(jìn)。由于轉(zhuǎn)向助力裝置的普及，轉(zhuǎn)向盤外徑變小了， 而手握處卻變粗了，采用柔軟材料，使操作感得到了改善。 現(xiàn)在有越來 越多的汽車在轉(zhuǎn)向盤里安裝了安全氣囊，也使汽車的安全性大大提高了。 轉(zhuǎn)向盤的集電環(huán)：轉(zhuǎn)向盤上有喇叭開關(guān)，必須時(shí)刻與車身屯器線路相連， 而旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向盤與組合開關(guān)之間顯然不能用導(dǎo)線直接相連，因此

15、就必須采 用集電環(huán)裝置。集電環(huán)好比環(huán)形的地鐵軌道，喇叭開關(guān)的觸點(diǎn)就彖奔跑在 軌道上的電車，時(shí)刻保持接通的狀態(tài)。由于是機(jī)械接觸，長時(shí)間使用觸點(diǎn) 會(huì)因磨損影響導(dǎo)電性，導(dǎo)致緊急時(shí)刻喇叭不鳴甚至氣囊不工作。因此，最 近裝備氣囊的汽車開始裝用電纜盤，代替集電環(huán)。轉(zhuǎn)向盤的端子與組合開關(guān)的端子用屯纜線連接，電纜盤將電線卷入盤 內(nèi)，類似于吸塵器的電線卷取機(jī)構(gòu)，在轉(zhuǎn)向盤旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，電線*卷筒自由 仲縮。轉(zhuǎn)向器分類轉(zhuǎn)向器按結(jié)構(gòu)形式可分為多種類型。丿力史上曾出現(xiàn)過許多種形式的轉(zhuǎn) 向器，目前較常用的有齒輪齒條式、蝸桿曲柄指銷式、循環(huán)球-齒條齒扇式、 循壞球曲柄指銷式、蝸桿滾輪式等。其中第二、第四種分別是第一、第三 種

16、的變形形式，而蝸桿滾輪式則更少見。如果按照助力形式，又可以分為 機(jī)械式（無助力），和動(dòng)力式（有助力）兩種，其中動(dòng)力轉(zhuǎn)向器乂可以分為 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。1）齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。它是一種最常見的轉(zhuǎn)向器。其基木結(jié)構(gòu)是- 對相互嚙合的小齒輪和齒條。轉(zhuǎn)向軸帶動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒條便做直線運(yùn) 動(dòng)。冇時(shí)，靠齒條來直接帶動(dòng)橫拉桿，就可使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。所以，這是一 種最簡單的轉(zhuǎn)向器。它的優(yōu)點(diǎn)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(dòng)橫拉桿。在汽車上得到廣泛應(yīng)用。2）蝸桿曲柄銷式轉(zhuǎn)向器它是以蝸桿為主動(dòng)件，曲柄銷為從動(dòng)件的轉(zhuǎn)向器。蝸桿具有梯形螺紋, 手指狀的錐形指銷用軸承支

17、承在曲柄上，曲柄與轉(zhuǎn)向搖臂軸制成一體。轉(zhuǎn) 向時(shí)，通過轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿、嵌于蝸桿螺旋槽中的錐形指銷一邊口轉(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)向器通常用丁轉(zhuǎn)向力較大的載貨汽車上。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(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€運(yùn)動(dòng)，螺母再 與扇形齒輪嚙合，直線運(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運(yùn)動(dòng)，改變車輪的方向。這是一種古典的機(jī)構(gòu), 現(xiàn)代轎車已大多不再使用，

18、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)過程中產(chǎn)生的相對移動(dòng)，而在螺紋與 螺紋z間夾入了鋼球以減小阻力，所冇鋼球在一個(gè)首尾相連的封閉的螺旋 曲線內(nèi)循環(huán)滾動(dòng)，循環(huán)球式故而得名。齒輪齒條液壓助力轉(zhuǎn)向器，是和對于齒輪齒條機(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、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fi的的轉(zhuǎn)向裝置。國內(nèi)經(jīng)過10 多年來的發(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 有限公司等金業(yè)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展以及人們對于舒適、安全性能 要求的不斷提高，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也隨著科技的發(fā)展日新月異。

19、就口前而言，電 動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是轉(zhuǎn)向行業(yè)前沿研究項(xiàng)目，按照其布局形式，可以分為管 柱助力、齒輪助力、齒條助力、拉桿助力、電液助力等形式。以前在一些 科幻電影中才能出現(xiàn)的無人飛機(jī)、無人駕駛汽車等現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)也在朝著更加先進(jìn)的方向發(fā)展，比如由日木jtekt研究開發(fā)出來的 先進(jìn)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等2.1.1機(jī)械式轉(zhuǎn)向系機(jī)械式轉(zhuǎn)向器的能量來源是人力，所有傳力件都是機(jī)械的，由轉(zhuǎn)向操 縱機(jī)構(gòu)（方向盤）、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。其中轉(zhuǎn)向器是將 操縱機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃?dòng)機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)（嚴(yán)格講是近似直線運(yùn)動(dòng)） 的機(jī)構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件。這種轉(zhuǎn)向器有兩對傳動(dòng)副組成，一對是螺 桿、螺母，另

20、一對是齒條、齒扇或曲柄銷。在螺桿和螺母之間裝有可循環(huán) 滾動(dòng)的鋼球，使滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，從而提高了傳動(dòng)效率。這種轉(zhuǎn)向 器的優(yōu)點(diǎn)是，操縱輕便，磨損小，壽命長。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，轉(zhuǎn) 向靈敏度不如齒輪齒條式。因此逐漸被齒輪齒條式取代。但隨著動(dòng)力轉(zhuǎn)向 的應(yīng)用，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器近年來乂得到廣泛使用。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向吋，駕駛員對轉(zhuǎn)向盤施加一個(gè)轉(zhuǎn)向力矩。該力矩通過轉(zhuǎn)向 軸、轉(zhuǎn)向萬向節(jié)、和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸輸入轉(zhuǎn)向器。經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大后的力矩和減 速后的運(yùn)動(dòng)傳到轉(zhuǎn)向搖臂，再通過轉(zhuǎn)向直拉桿傳給固定丁左轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn) 向節(jié)臂，使左轉(zhuǎn)向節(jié)和它所支撐的左轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸這一系列零件和部件，均屬于轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)。 有轉(zhuǎn)

21、向搖臂至轉(zhuǎn)向梯形這一系列零件和部件（不含轉(zhuǎn)向節(jié)），均屬于轉(zhuǎn)向傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)。目前較常用的機(jī)械式轉(zhuǎn)向器有齒輪齒條式、蝸桿曲柄指銷式、循環(huán)球- 齒條齒扇式、蝸桿滾輪式等。其屮第二、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。方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)使方向機(jī)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)、渦桿與 蝸輪咬合（也有循環(huán)球咬合的）渦輪軸帶動(dòng)方向機(jī)搖臂前后擺動(dòng)，方向機(jī) 搖臂通過球頭銷與豎拉桿相連、豎拉桿另一端與左前輪軸頭搖臂相連，軸 頭搖臂通過立銷（主銷）與前橋相連，搖借前后擺動(dòng)就可使車輪軸頭（沿 主銷）左右轉(zhuǎn)向了，左前輪通過橫拉桿與右車輪相連，這樣轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤就 可以讓左右前輪同吋轉(zhuǎn)向了 2汽車行駛屮經(jīng)常需要改變行駛方向，即所 謂

22、的轉(zhuǎn)向，這就需要有一套能夠按照司機(jī)意志使汽車轉(zhuǎn)向的機(jī)構(gòu)，它將司 機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的動(dòng)作轉(zhuǎn)變?yōu)檐囕?通常是前輪)的偏轉(zhuǎn)動(dòng)作。按轉(zhuǎn)向力能源的不同，可將轉(zhuǎn)向系分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系。機(jī)械轉(zhuǎn)向系的能量來源是人力，所有傳力件都是機(jī)械的，由轉(zhuǎn)向操縱 機(jī)構(gòu)(方向盤)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。其中轉(zhuǎn)向器是將操 縱機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃?dòng)機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)(嚴(yán)格講是近似直線運(yùn)動(dòng))的 機(jī)構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系除具有以上三大部件外，其最主要的動(dòng)力來源是轉(zhuǎn)向助力 裝置。由于轉(zhuǎn)向助力裝置最常用的是一套液壓系統(tǒng)，因此也就離不開泵、 油管、閥、活塞和儲(chǔ)油罐，它們分別相當(dāng)于電路系統(tǒng)屮的電池、導(dǎo)線、開 關(guān)、電

23、機(jī)和地線的作用。2.1.2動(dòng)力轉(zhuǎn)向器動(dòng)力轉(zhuǎn)向器是兼用駕駛員體力和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系。在 止常情況k,汽車轉(zhuǎn)向所需的能量，只有一小部分由駕駛員提供，而大部 分是由發(fā)動(dòng)機(jī)通過轉(zhuǎn)向加力裝置提供的。但在轉(zhuǎn)向加力裝置失效時(shí)，一般 還應(yīng)當(dāng)能由駕駛員獨(dú)立承擔(dān)汽車轉(zhuǎn)向任務(wù)。因此，動(dòng)力轉(zhuǎn)向器是在機(jī)械轉(zhuǎn) 向器的基礎(chǔ)上加設(shè)一套轉(zhuǎn)向加力裝置而形成的。動(dòng)力轉(zhuǎn)向器除具有以上三大部件外，其最主耍的動(dòng)力來源是轉(zhuǎn)向助力 裝置。由于轉(zhuǎn)向助力裝置最常用的是一套液壓系統(tǒng)，因此也就離不開泵、 油管、閥、活塞和儲(chǔ)油罐，它們分別相當(dāng)于電路系統(tǒng)小的電池、導(dǎo)線、開 關(guān)、電機(jī)和地線的作用。轉(zhuǎn)向助力裝置有以下幾種：(1) 液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向

24、裝置(2) 電動(dòng)式動(dòng)力傳向裝置(3) 屯動(dòng)液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置2.2轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)2. 2.1轉(zhuǎn)向器的效率轉(zhuǎn)向器的輸出功率與輸入功率z比，稱為轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)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正效率，用符號(hào)n + 表示，n+=( pi一p2) / pl；反之稱為逆效率，用符號(hào)耳一表示，n - =(p3p2) /p3o式中，p2為轉(zhuǎn)向器中的摩擦功率；p3為作用在轉(zhuǎn)向搖臂 軸上的功率。為了保證轉(zhuǎn)向吋駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤輕便，要求正效率高。為 了保證汽車轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤能自動(dòng)返冋到直線行駛位置，又需要有 一定的逆效率。為了減輕在不平路面上行駛時(shí)駕駛員的疲勞，車輪與路面 之間

25、的作用力傳至轉(zhuǎn)向盤上要盡可能小，防止打手又要求此逆效率盡可能 低。轉(zhuǎn)向器的止效率h +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。(1) 轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與止效率在而述四種轉(zhuǎn)向器中，齒輪齒條式、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率比較高, 而蝸桿指銷式特別是蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的正效率要明顯的低些。同一類型轉(zhuǎn)向器，因結(jié)構(gòu)不同其正效率也不一樣。另外兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn) 向器正效率，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)杲分別為70%和75%。轉(zhuǎn)向搖臂軸軸承的形式對效率也有影響，用滾針軸承比用滑動(dòng)軸承可 使止逆效率捉高約10%。(2) 轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與正效率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，

26、對 于蝸桿和螺桿類轉(zhuǎn)向器，其止效率可用下式計(jì)算h + 二tan a / tan( a +p )(21)式中，a為蝸桿（或螺桿）的螺線導(dǎo)程角；p為摩擦角，p =arctanf （f為摩擦因數(shù)）。2）轉(zhuǎn)向器逆效率h 根據(jù)逆效率大小不同，轉(zhuǎn)向器又有可逆式、極限町逆式和不可逆式之 分。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，這種逆 效率較高的轉(zhuǎn)向器展于可逆式。它能保證轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動(dòng)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(shí)，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(shí)間在不平路面上行駛，易使駕駛員疲

27、勞，影 響安全駕駛。屬于口j逆式的轉(zhuǎn)向器冇齒輪齒條式和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。不可逆式轉(zhuǎn)向器，是指車輪受到的沖擊力不能傳到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向器。 該沖擊力由轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件承受，因而這些零件容易損壞。同時(shí)，它 既不能保證車輪口動(dòng)回止，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(shí)，此 力只有較小一部分傳至轉(zhuǎn)向盤。它的逆效率較低，在不平路面上行駛時(shí)， 駕駛員并不十分緊張，同吋轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件所承受的沖擊力也比不可 逆式轉(zhuǎn)向器要小。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h- = tan （ a - p

28、 ） tan a（2一2）式（21）和式（2-2）表明：增加導(dǎo)程角a,正、逆效率均增大。受n- 壇大的影響，a不宜取得過大。當(dāng)導(dǎo)程角小于或等于摩擦角時(shí)，逆效率為 負(fù)值或者為零，此吋表明該轉(zhuǎn)向器是不可逆式轉(zhuǎn)向器。為此，導(dǎo)程角必須 大于摩擦角。通常螺線導(dǎo)程角選在8。10° z間。2.2.2傳動(dòng)比的變化特性1) 轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比包扌舌轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比從輪胎接地面中心作用在兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪上的合力2fw與作用在轉(zhuǎn)向盤上 的手力之比，稱為力傳動(dòng)比，即ip=2fw / fh轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角速度3w與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度3 k之比，稱為轉(zhuǎn) 向系角傳動(dòng)比,即iwo= cow/cok

29、= ( d4)/dt)/( d p kdt),式中，d <1)為轉(zhuǎn)向 盤轉(zhuǎn)角增量；dbk為轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量；dt為時(shí)間增量。它又由轉(zhuǎn)向器角傳 動(dòng)比iw和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比iw所組成，即iwo二iw iw 。轉(zhuǎn)向盤角速度與搖臂軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度sp之比，稱為轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng) 比iw,即iw二3w/3p二(de/dt)/(dbp/dt),式中,dpp為搖臂軸轉(zhuǎn)角增 量。此定義適用于除齒輪齒條式之外的轉(zhuǎn)向器。搖借軸傳動(dòng)角速度3p與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度比，稱為傳向 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比 iw，,即 iw= g)p/g)k= (dbp/dt)/ (dbk/dt)。2) 力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系輪胎與地面

30、之間的轉(zhuǎn)向阻力fw和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩mr之 間有如下關(guān)系fw= mr/a(23)式中，a為主銷偏移距，指從轉(zhuǎn)向節(jié)主銷軸線的延長線與支承平面的 交點(diǎn)至車輪中心平而與支承平而交線間的距離。作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力fh可用下式表示fh=2mh/dsw(24)式中，mh為作用在傳向盤上的力矩；dsw為傳向盤直徑。將式(23)、式(24)代入ip=2 fw / fh后得到ip二 mrdsw/mh a(2一5)分析式(2-5)可知，當(dāng)主銷偏移距為a時(shí)，力傳動(dòng)比ip應(yīng)取大些才 能保證轉(zhuǎn)向輕便。通常轎車的a值在0. 40. 6倍輪胎的胎面寬度尺寸 范圍內(nèi)選取，而貨車的d值在4060mm范圍內(nèi)選取。轉(zhuǎn)向盤

31、直徑dsw根 據(jù)車型不同在jb4505-86轉(zhuǎn)向盤尺寸標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的系列內(nèi)選取。如果忽略摩擦損失，根據(jù)能量守恒原理，2mr / mh w用下式表示2mr / mh= d 4)/ d p k(26)將式(26)代人式(25)后得到ip=iwodsw/2 a(2一7)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iwo也 越大，表明轉(zhuǎn)向不靈敏。3) 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比iwo轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比,除用iwz二dbp/dbk表示以外,還可以近 似地用轉(zhuǎn)向節(jié)臂臂長l2與搖臂臂長l1之比來表示，即iw二dbp/dbk l2/l1 o現(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)中，l2與l1的比值大約在0851. 1 z間， 可近似認(rèn)

32、為其比值為iwoiw二de/db o由此可見,研究轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng) 比特性，只需研究轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比iw及其變化規(guī)律即可。4) 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比及其變化規(guī)律式(27)表明：增大角傳動(dòng)比可以增加力傳動(dòng)比。從ip=2fw / fh式可 知，當(dāng)fw 定吋，增人ip能減小作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力fh,使操縱輕便?？紤]到iwoiw ,由iwo的定義可知：對于一定的轉(zhuǎn)向盤角速度，轉(zhuǎn) 向輪偏轉(zhuǎn)角速度與轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比成反比。角傳動(dòng)比增加后，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn) 角速度對轉(zhuǎn)向盤角速度的響應(yīng)變得遲鈍，使轉(zhuǎn)向操縱吋間增長，汽車轉(zhuǎn)向 靈敏性降低，所以“輕”和“靈”構(gòu)成一對矛盾。為解決這對矛圧，可采 用變速比傳向器。齒輪齒條式、循環(huán)球式、

33、蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器都可以制成變速比轉(zhuǎn)向器。循環(huán)球齒條齒扇式轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比iw=2nr/po因結(jié)構(gòu)原因，螺距 p不能變化，但可以用改變齒扇嚙合半徑r的方法，達(dá)到使循環(huán)球齒條齒 扇式轉(zhuǎn)向器實(shí)現(xiàn)變速比的n的。隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角變化，轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比可以設(shè)計(jì)成減小、增大或保持不 變的。影響選取角傳動(dòng)比變化規(guī)律的因素，主要是轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大小和對汽 車機(jī)動(dòng)能力的要求。若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷小，在轉(zhuǎn)向盤全轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，駕駛員不 存在轉(zhuǎn)向沉重問題。裝用動(dòng)力轉(zhuǎn)向的汽車，因轉(zhuǎn)向阻力矩由動(dòng)力裝置克服, 所以在上述兩種情況下，均應(yīng)取較小的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比并能減少轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn) 動(dòng)的總?cè)?shù)，以提高汽車的機(jī)動(dòng)能力。轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大又沒有裝動(dòng)力轉(zhuǎn)向的汽車，

34、因轉(zhuǎn)向阻力矩大致與'車輪 偏轉(zhuǎn)角度大小成止比變化，汽車低速急轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)的操縱輕便性問題突出, 故應(yīng)選用大些的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比。汽車以較高車速轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn) 角較小，轉(zhuǎn)向阻力矩也小，此時(shí)要求轉(zhuǎn)向輪反應(yīng)靈敏，轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比應(yīng) 當(dāng)小些。因此，轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比變化曲線應(yīng)選用大致呈屮間小兩端大些的 下凹形曲線，如圖2-1所示：iw圖2-1轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比特性傳向盤在中間位置的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比不宜過小。過小則在汽車高速直 線行駛時(shí)，對轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角過分敏感和使反沖效應(yīng)加大，使駕駛員精確控制 轉(zhuǎn)向輪的運(yùn)動(dòng)有困難。直行位置的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比不宜低于1516。2.2.3轉(zhuǎn)向盤自由行程對轉(zhuǎn)向盤自由行程的認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)向盤

35、在空轉(zhuǎn)階段中的角行程，稱為轉(zhuǎn)向盤自由行程。轉(zhuǎn)向盤自由行 程對于緩和路面沖擊及避免使駕駛員過度緊張是有利的，但不宜過大，以 免過分影響靈敏性。一般說來，轉(zhuǎn)向盤從相應(yīng)于汽車育線行駛的中間位置 向任一方向的口由行程最好不超過10°15° o當(dāng)零件磨損嚴(yán)重到十轉(zhuǎn)向 盤自由行程超過25°35°時(shí)，必須進(jìn)行調(diào)整。2)轉(zhuǎn)向盤自由行程過大的原i大i造成轉(zhuǎn)向盤口由行程過大的原因，主要有如下兒個(gè)方面：轉(zhuǎn)向器蝸桿與滾輪(或齒扇、指銷等)間隙過大；(2) 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置松動(dòng)；(3) 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置的球較鏈間隙過大(松動(dòng)):(4) 前輪軸承或傳向節(jié)主銷與襯套配合不緊等。2. 3轉(zhuǎn)向操

36、縱機(jī)構(gòu)及轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2. 3.1轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向盤的功能：現(xiàn)在冇越來越多的汽車在轉(zhuǎn)向盤里安裝了安全氣囊，也使汽車的安全 性大大提高了。轉(zhuǎn)向盤的集電環(huán)：轉(zhuǎn)向盤上有喇叭開關(guān)，必須時(shí)刻與車身 電器線路相連，而旋傳的轉(zhuǎn)向盤與組合開關(guān)z間顯然不能用導(dǎo)線直接相連, 因此就必須采用集電環(huán)裝置。集電環(huán)好比環(huán)形的地鐵軌道，喇叭開關(guān)的觸 點(diǎn)時(shí)刻保持接通的狀態(tài)。由于是機(jī)械接觸，長時(shí)間使用觸點(diǎn)會(huì)因磨損影響 導(dǎo)電性，導(dǎo)致緊急時(shí)刻喇叭不鳴甚至氣囊不工作。因此，最近製備氣囊的 汽車開始裝用電纜盤，代替集電壞。轉(zhuǎn)向盤的端了與組合開關(guān)的端了用電纜線連接，電纜盤將電線卷入盤 內(nèi)，在轉(zhuǎn)向盤旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，電線靠卷筒自由伸縮。這種裝置大

37、大提高了電器裝置的可靠性。2. 3. 2轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為牢固支承轉(zhuǎn)向盤而設(shè)有轉(zhuǎn)向柱。傳遞轉(zhuǎn)向盤操作的轉(zhuǎn)向軸從屮穿過, 內(nèi)部有軸承和襯套支承。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)應(yīng)備有吸收汽車碰撞時(shí)產(chǎn)牛的沖擊能的 裝置，許多國家都規(guī)定轎車必須安裝吸能式轉(zhuǎn)向柱。吸能裝置的方式很多, 大都通過轉(zhuǎn)向柱的支架變形來達(dá)到緩沖吸能的作用。轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向器齒輪箱z間采用聯(lián)軸節(jié)相連（即兩個(gè)萬向節(jié)），z所以 用聯(lián)軸節(jié)，除了可以改變轉(zhuǎn)向軸的方向，還有就是使得轉(zhuǎn)向軸可以作縱向 的伸縮運(yùn)動(dòng)，以配合轉(zhuǎn)向柱的緩沖運(yùn)動(dòng)。即：（1）可傾斜式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)：（2）可伸縮式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)：3轉(zhuǎn)向器總成方案分析3.1轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)要求（1）汽車轉(zhuǎn)彎行駛吋，全部車輪應(yīng)繞順吋針方向旋

38、轉(zhuǎn)，任何車輪不 應(yīng)有側(cè)滑。不滿足這項(xiàng)要求會(huì)加速輪胎磨損，并降低汽車的行駛穩(wěn)定性。（2）汽車轉(zhuǎn)向行駛后，在駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤的情況下，轉(zhuǎn)向輪能自 動(dòng)返冋到直線行駛位置，并穩(wěn)定行駛。（3）汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不得產(chǎn)生振動(dòng)，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)向裝置共同工作時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)使車 輪產(chǎn)生的擺動(dòng)應(yīng)最小。（5）保證汽車有較高的機(jī)動(dòng)性，具有快速和小傳彎能力。（6）操縱輕便。（7）轉(zhuǎn)向輪碰到障礙物以后，傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。（8）轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào) 整機(jī)構(gòu)。（9）在車禍中，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤由于車架或車身的變形而后移吋, 轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使

39、駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。（10）進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核，保證轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。正確設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)，可以使第一項(xiàng)得到保證。轉(zhuǎn)向系中設(shè)有轉(zhuǎn)向 減震器時(shí)，能夠防止轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生振動(dòng)，同時(shí)乂能使傳動(dòng)轉(zhuǎn)向盤上的反沖力 明顯下降。為了使汽車具有良好的機(jī)動(dòng)性能，必須使轉(zhuǎn)向輪有盡可能大的 轉(zhuǎn)角，并要達(dá)到按前外輪車輪軌跡讓算，其最小轉(zhuǎn)彎半徑能達(dá)到汽車軸距 的2-2.5倍。通常用轉(zhuǎn)向吋駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的切向力大小和轉(zhuǎn)向盤 轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)多少兩項(xiàng)指標(biāo)來評(píng)價(jià)操縱輕便性。沒冇動(dòng)力轉(zhuǎn)向的轎車，在行駛 中轉(zhuǎn)向，此力應(yīng)為50-100n；有動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)，此力在20-50no當(dāng)貨車從直 線行駛狀態(tài)，以lokm/h的速度在柏油路

40、或水泥的水平路段上轉(zhuǎn)入沿半徑 12m的圓周行駛，且路面干燥，若轉(zhuǎn)向系內(nèi)沒有裝動(dòng)力轉(zhuǎn)向器，上述切向力 不得超過250n;有動(dòng)力轉(zhuǎn)向器時(shí)，不得超過120n。轎車轉(zhuǎn)向盤從中間位置 轉(zhuǎn)到每一端的圈數(shù)不得超過2.0圈，貨車則要求不超過3.0圈。3. 2轉(zhuǎn)向器總成方案設(shè)計(jì)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器乂稱為綜合式轉(zhuǎn)向器（因?yàn)樗蓛杉?jí)傳動(dòng)副組成），是 目前國內(nèi)、外汽車上較為流行的一種結(jié)構(gòu)形式。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器中一般有 兩級(jí)傳動(dòng)副，第一級(jí)是由螺桿和螺母共同形成的螺旋槽內(nèi)裝冇鋼球構(gòu)成的 傳動(dòng)副，第二級(jí)是由螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的齒條-齒扇傳動(dòng)副。轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤，與轉(zhuǎn)向軸連為一體的螺桿帶動(dòng)方形螺母作軸向 移動(dòng)（因螺桿在軸

41、向方向固定在轉(zhuǎn)向器殼上），螺母的下端制成齒條，i大i而 能帶動(dòng)與轉(zhuǎn)向搖臂軸做成一體的齒扇的轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3-1所示為一循壞球式齒條-齒扇轉(zhuǎn)向器。轉(zhuǎn)向螺桿的軸徑支撐在兩 個(gè)角接觸球軸承上，軸承緊度可用調(diào)整墊片調(diào)整。轉(zhuǎn)向螺母外側(cè)的下平面 加工成齒條，與齒扇軸（即搖臂軸）上的齒扇嚙合?？梢姡D(zhuǎn)向螺母即是 第一級(jí)傳動(dòng)副的從動(dòng)件，也是第二級(jí)傳動(dòng)副（齒條-齒扇傳動(dòng)副）的主動(dòng)件 （齒條）。通過轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向螺桿時(shí)，轉(zhuǎn)向螺母不能轉(zhuǎn)動(dòng)，只能 軸向移動(dòng)，并驅(qū)使齒扇軸轉(zhuǎn)動(dòng)。4a1r13-po1轉(zhuǎn)向搖臂2向心推力球軸承3螺桿副總成4殼體組件5螺栓6上蓋調(diào)整墊片8上蓋9柱管夾子10螺桿汕封11鐵絲12頂絲13柱管14

42、轉(zhuǎn)向軸組件15支承套16自攻螺釘17螺母m12x1. 25 18螺母mb 19螺栓20墊圈21濾氣螺塞圖3-1循環(huán)球式齒條-齒扇轉(zhuǎn)向器為了減少轉(zhuǎn)向螺桿和轉(zhuǎn)向螺母之間的摩擦和磨損，二者的螺紋制成半 圓形凹槽，并不直接接觸，其間裝有許多鋼球，從而將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng) 摩擦。轉(zhuǎn)向螺桿和螺母上都加工出斷面輪廓為兩段或三段不同心圓弧組成 近似半鬪的螺旋槽。兩者的螺旋槽能配合形成近似鬪形斷面的螺旋管狀通 道，這樣可以使轉(zhuǎn)向螺母和轉(zhuǎn)向螺桿軸向定位好，滾道和鋼球間有間隙， 叮以用來貯存碎屑和潤滑油，有助于減少螺母和螺桿之間的磨損。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?兩端插入

43、螺母側(cè)而的兩對通孔屮，導(dǎo)管內(nèi)也裝滿了鋼球。這樣兩根導(dǎo)管和 螺母內(nèi)的螺旋管狀通道組成兩條各門獨(dú)立的封閉的鋼球“流道”。轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)吋，通過鋼球?qū)⒘鹘o轉(zhuǎn)向螺母，螺母即沿軸向移動(dòng)。 同時(shí)，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(dòng)，形成“球流”。鋼球在管狀通道內(nèi)繞行1.5周后，流岀螺 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。因此，在轉(zhuǎn)向 器工作時(shí)，兩列鋼球只是在各口封閉的“流道”內(nèi)循環(huán)，而不致脫出。與齒條相嚙合的齒扇，其齒厚是在分度i員i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(dòng)，即能調(diào)整兩 者的嚙合間隙。調(diào)整螺釘裝在

44、側(cè)蓋上，并用螺母鎖緊。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 間隙減少；反之，則嚙合間隙增大。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器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，因而其正傳動(dòng)效率很高（可達(dá)90%95%）,故操縱輕 便；在結(jié)構(gòu)和工藝上采取措施，可保證有足夠的使用壽命；工作平穩(wěn)可靠; 齒條和齒扇z間的間隙調(diào)整工作容易進(jìn)行。但其逆效率高，容易將路面沖 擊力傳動(dòng)轉(zhuǎn)向盤。不過，對于前軸軸載質(zhì)量不大而乂經(jīng)常在平坦路面上行 使的輕中型載貨汽車而言，這一缺點(diǎn)影響不大；而對于載重量較大的汽車, 使用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器吋，除可以在轉(zhuǎn)向器屮增加吸振裝置以減少路面

45、沖擊 反力外，往往裝冇液力轉(zhuǎn)向加力器。由于循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器在結(jié)構(gòu)上便于與 液力轉(zhuǎn)向加力器設(shè)計(jì)為一個(gè)整體，而液力系統(tǒng)又止可以緩和路面的沖擊， 因此，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器得到日益廣泛的應(yīng)用。循環(huán)球齒條齒扇式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)效率高，可達(dá)90%；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 螺母上的螺旋槽經(jīng)淬火和磨削加工，使之有足夠的硬度和耐幣性能,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z間的間隙調(diào)整工作容易進(jìn)行；適合用來做整體式轉(zhuǎn)向器。4循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要尺寸參數(shù)的選擇（1）鋼球中心距d、螺桿外徑口、螺母內(nèi)徑d,尺寸d.d,.d2如圖3-

46、1所示.鋼球中心距d是基本尺寸，螺桿外徑口、 螺母內(nèi)徑d及鋼球直徑d對確定鋼球中心距d的大小有影響，而乂對轉(zhuǎn)向 器結(jié)構(gòu)尺寸和強(qiáng)度有影響。在保證足夠的強(qiáng)度條件卜；盡可能將d值取小些。 選取規(guī)律是隨著扇齒模數(shù)的增人，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d】通 常在2038伽】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db 一般要求d2- d產(chǎn)（5%10%）d.鋼球直徑尺寸d取得人，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)響器的尺寸也隨之增大。鋼球直徑應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，一般常在79n）m 范圍內(nèi)選用（表4-1）。增

47、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)殇撉蚰旧碛姓`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)壞路中的鋼球數(shù)可用下式計(jì)算ttdwtidw(4-1)n=qd cos q() d式4-1中，d為鋼球屮心距；w為一個(gè)環(huán)路中的鋼球工作圈數(shù)；n為不圖4-2四段圓弧滾道截面包括壞流導(dǎo)管中的鋼球數(shù)；°。為螺線導(dǎo)程角，常取二5。8。，則cosa° «lo(3) 滾道截面當(dāng)螺桿和螺母各有兩條i員i弧組成，形 成四段圓弧滾道截面時(shí)，見圖4-2,鋼球

48、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，除用來貯存潤滑汕之 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 %, 一般取 r2二(0. 51 0.53)d。(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。(5) 螺距p和螺線導(dǎo)程角 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)爐角,對應(yīng)螺母移動(dòng)的距離s為2 糾(4-2)271式4-2屮,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0"角，其間關(guān)系

49、可表示如下s = ppr(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0 =卻色，將。對q求導(dǎo)得循環(huán)球式轉(zhuǎn) 向器角傳動(dòng)比為(4-4)由式(4-4)可知，螺距影響轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比的值。在螺距不變的條件卜； 鋼球直徑d越大，圖3-1中的尺寸b越小，要求b=p-d>2. 5nmi。螺距一般在 12-18mm內(nèi)選取.(6) 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)乂與接 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, 捉高承載能力；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(gè)環(huán)路的工作

50、鋼球圈數(shù)的選取見表4-1 o 71表4-1循壞球式轉(zhuǎn)向器主要參數(shù)齒扇模 數(shù) m/mni3.03.54.04.55.06.06. 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)1213131

51、31415齒扇壓 力角22。 30'27° 30'切削角6° 30'6° 30'7° 30'齒扇寬/nun2225252725283028 3230343835385轉(zhuǎn)向器輸出力矩的確定為了保證行駛安全，組成轉(zhuǎn)向系的齊零件應(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。影響這些力的主耍因素 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)向輪要克服阻力，包扌舌 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)向系中的內(nèi) 摩擦力等。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

52、來 計(jì)算汽車在瀝青或者混凝土路而上行駛時(shí)傳向器的輸出力矩。gl=mg=1414x 10=14140nm二 g1/4二 14140 x 135 / 4 二477225n. mm式小，gi為汽車前軸負(fù)荷，單位是n；m為汽車轉(zhuǎn)向器的輸出力矩，單位是n. mm；ni為汽車的前軸負(fù)荷，單位是血；g為重力加速度，計(jì)算時(shí)取g=10n/kg；l為汽車轉(zhuǎn)向搖臂屮心距（轉(zhuǎn)向搖臂大端錐形三角花鍵軸頸小心與轉(zhuǎn)向搖臂小端的球頭銷屮心之間的距離），單位是mm。6軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核6.1轉(zhuǎn)向搖臂軸(即齒形齒扇軸)的設(shè)計(jì)計(jì)算6.1.1材料的選擇搖臂軸用20crmnti鋼制造，由于前軸負(fù)荷不大，螺紋、三角花鍵和卡簧槽部表面不滲

53、碳，其余表面滲碳層深度在0. 81.2mmo表面碩度為58 63hrco6. 1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸結(jié)構(gòu)如圖6-1所示軸伸出殼體的部分制成錐形漸開線花鍵，并使用螺母緊固，這樣可以 保證轉(zhuǎn)向搖臂能緊緊壓靠到軸上，使z聯(lián)結(jié)緊固、無間隙、工作可靠，花 鍵的加工工藝與齒輪相同；由于齒扇和齒條在工作時(shí)存在摩擦力，工作一 段吋間后會(huì)產(chǎn)生間隙，為使此間隙的調(diào)整工作容易進(jìn)行，故將齒扇設(shè)計(jì)成 變厚齒扇。6.1.3軸的設(shè)計(jì)計(jì)算(1)漸開線花鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算花鍵連接常根據(jù)被連接件的特點(diǎn)、尺寸、使用要求和工作條件，確定 其類型、尺寸，然后進(jìn)行必要的強(qiáng)度校核計(jì)算。i.loo,ex02l033o|t何圖6-1轉(zhuǎn)向搖臂軸結(jié)構(gòu)簡圖*本

54、軸的漸開線花鍵可選擇45°花鍵，模數(shù)為滬0.&齒數(shù)為z二36,壓力 角為45° o漸開線花鍵兒何尺寸的計(jì)算分度圓直徑 d=mz=0. 8 x 36=2& 8mm;基圓直徑 db=mzcos45° =0. 8x36x1.414=20. 36mm;周 節(jié) p=m=3. 14x0. 8=2. 5mm;內(nèi)花鍵大徑 dei=m(z+l. 2)=0. 8>< (36+1. 2)=29. 76mm;外花鍵大徑 dee二 m(z+0. 8)二 0. 8x (36+0. 8)=29. 44mm;外花鍵小徑。乙二 m(z-1.2) =0.8x (36-1.

55、 2)=27. 84mm；漸開線花鍵的校核計(jì)算漸開線花鍵連接強(qiáng)度可按擠壓、彎曲和剪切來計(jì)算。實(shí)踐證明，擠壓 強(qiáng)度常是主要的。其計(jì)算過程如2漸開線花鍵的平均直徑= d = 28.8訕；漸開線花鍵齒的工作高度加=m=0. 8nun；漸開線花鍵齒的工作長度=25mm；漸開線花鍵齒的彎曲應(yīng)力2mcpzhld2x4772250.7x36x0.8x25x28.8=65.732 - 6y - 540 嘆爲(wèi)許用彎曲應(yīng)力為祠=%° %m2由此可知，漸開線花鍵的設(shè)計(jì)滿足要求。(2)變厚齒形齒扇的計(jì)算變厚齒形齒扇的計(jì)算，如圖6-2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z前，必須確定的

56、參數(shù)有：變厚齒扇的模數(shù)ni, 參考表41選?。环ㄏ驂毫莂。，一般在20°30°之間；齒頂高系數(shù)xi, 般取0.8或1.0；徑向間隙系數(shù)，取0.2；止鬪齒數(shù)，在1215之間選??；齒扇寬度，一般在22mm2&伽。表6-1循壞球式轉(zhuǎn)向器齒扇齒模數(shù)齒扇齒模數(shù) m/mm3.03.54.04. 55.06.06. 5轎排量/ml5001000 18001600200020002000車35003800470073507000900083001100010000 11000前軸300045005500700090001700023000貨車 和大 客車負(fù)荷/n5000750018500195002400037000440001350100025002700350060008000/kg首先根據(jù)汽車的前軸負(fù)荷gl=14140n,查表，選取齒扇的模數(shù)m=5mmo 然后，由變厚齒扇的模數(shù)m=5mm,查4t表選擇確定轉(zhuǎn)向器的相關(guān)尺寸。圖6-2變厚齒形齒扇的計(jì)算簡圖變厚齒扇的幾何尺寸，計(jì)算結(jié)果如下：變厚齒扇的模數(shù)m=5mm;變厚齒扇的法