循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器及設(shè)計(jì)

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1、論文題目: 作者姓名: 班級(jí)學(xué)號(hào): 部: 專業(yè): 指導(dǎo)教師: 畢業(yè)論文 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 孫飛 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 2013年11月29日 目錄 摘要I 1緒論1 1.1 課題背景1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2 1.3 研究目的及意義3 1.4 研究?jī)?nèi)容和設(shè)計(jì)方法3 2轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)4 2.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡(jiǎn)介4 2.2 機(jī)械轉(zhuǎn)向系5 2.2.1 轉(zhuǎn)向

2、操縱機(jī)構(gòu)6 2.2.2 轉(zhuǎn)向器7 2.2.3 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)9 2.3 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)9 2.3.1 轉(zhuǎn)向器的效率9 2.3.2 傳動(dòng)比的變化特性10 2.4 主要尺寸參數(shù)的選擇12 2.4.1 螺桿、鋼球、螺母?jìng)鲃?dòng)副設(shè)計(jì)14 2.4.2 齒條、齒扇傳動(dòng)副設(shè)計(jì)16 2.5 轉(zhuǎn)向器的計(jì)算和校核17 2.5.1 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件的強(qiáng)度計(jì)算17 2.5.2 轉(zhuǎn)向搖臂軸直徑的確定19 3二維工程圖20 3.1 二維工程圖20 3.1.1 零件圖的繪制20 3.1.2 總裝圖的繪制22 4結(jié)論23 參考文獻(xiàn)24 1 輕型越野車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) ［摘要］

3、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)作為汽車的關(guān)鍵部件之 一，更需要了解和掌握。轉(zhuǎn)向器作為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中最重要的組成部件，對(duì)它進(jìn)行深入的研究便顯得意義重大。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要由螺桿、螺母、鋼球、轉(zhuǎn)向器殼體等組成，具有較高的傳動(dòng)效率，操縱輕便，磨損較小，使用壽命長(zhǎng)，近年來(lái)得到廣泛使用。根據(jù)現(xiàn)用的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)并依據(jù)BJ2020汽車的循環(huán)球轉(zhuǎn)向器數(shù)據(jù)，按照汽車設(shè)計(jì)的原則設(shè)計(jì)一款循環(huán)球轉(zhuǎn)向器，完成 三維圖形和零件平面圖的繪制，使其能夠滿足現(xiàn)代越野車的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。 ［關(guān)鍵詞］循環(huán)球轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)分析越野車 I 1緒論 1.1 課題背景 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

4、的部件。轉(zhuǎn)向器的作用是：增大轉(zhuǎn)向 盤傳到轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的力和改變力的傳遞方向。 轉(zhuǎn)向器按結(jié)構(gòu)形式可分為多種類型。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。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。 (1)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(duì)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)。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。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

5、，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 蝸桿曲柄銷式轉(zhuǎn)向器是以蝸桿為主動(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上。 (3)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(lái)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

6、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。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的原理相當(dāng)于利用了螺母與螺栓在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的相對(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內(nèi)循環(huán)滾動(dòng)，循環(huán)球式故而得名。 (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。 進(jìn)入90年代以來(lái)，汽車已經(jīng)融入我們的生活，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)

7、力不斷增強(qiáng)，人民生活水平大幅度提高，同時(shí)也反映出民族汽車工業(yè)的巨大進(jìn)步?，F(xiàn)在我國(guó)已經(jīng)成為世界五大汽車強(qiáng)國(guó)。 作為汽車關(guān)鍵部件之一的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也得到了相應(yīng)的發(fā)展，基本已形成了專業(yè)化、系列化 生產(chǎn)的局面。有資料顯示，國(guó)外有很多國(guó)家的轉(zhuǎn)向器廠，都已發(fā)展成大規(guī)模生產(chǎn)的專業(yè)廠，年產(chǎn)超過百萬(wàn)臺(tái)，壟斷了轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，并且銷售點(diǎn)遍布了全世界。汽車轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)很多，從目前使用的普遍程度來(lái)看，主要的轉(zhuǎn)向器類型有4種：有蝸桿銷式（WP型）、蝸桿滾輪式（WR .，一-一、.1 型）、循環(huán)球式（BS型）、齒輪齒條式（RP型）。這四種轉(zhuǎn)向器型式，已經(jīng)被廣泛使用在汽車上。 綜合上述對(duì)有關(guān)轉(zhuǎn)向器品種的使用分析，得出以

8、下結(jié)論： 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，已成為當(dāng)今世界汽車上主要的兩種轉(zhuǎn)向器；而蝸輪-蝸桿式轉(zhuǎn)向器和蝸桿銷式轉(zhuǎn)向器，正在逐步被淘汰或保留較小的地位。在小客車上發(fā)展轉(zhuǎn)向器的觀點(diǎn)各異，美國(guó)和日本重點(diǎn)發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，比率都已達(dá)到或超過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(guó)已高達(dá)95% 據(jù)了解，在全世界范圍內(nèi)，汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占45吐右，有繼續(xù)發(fā)展之勢(shì)；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%所以可以說循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器在穩(wěn)步發(fā)展。而西歐小客車中，齒條齒輪式轉(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)向器占的比重越來(lái)

9、越大，日本裝用不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)的各類型汽車，采用不同類型轉(zhuǎn)向器，在公共汽車中因使用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，由60年代占總數(shù)的62.5%發(fā)展 到現(xiàn)今的100%了（蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器在公共汽車上已經(jīng)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%齒條齒 輪式占35% 由于循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的種種優(yōu)點(diǎn)，在中、小型號(hào)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)。由此我們不難看出循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)具有很重要的意義，其應(yīng)用前景也非常的好。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是汽車上一種常用的轉(zhuǎn)向器，主要由螺桿、螺母、鋼球、轉(zhuǎn)

10、向器殼體等2 組成。因螺母與螺桿之間沒有滑動(dòng)摩擦，只有鋼球與螺桿及螺母之間的滾動(dòng)摩擦，所以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器具有較高的傳動(dòng)效率，由于有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，轉(zhuǎn)向靈敏度不如齒輪齒條式的眾多缺點(diǎn)，因此逐漸被齒輪齒條式取代。但隨著動(dòng)力轉(zhuǎn)向的應(yīng)用以及道路行駛條件的改善，“打手”的現(xiàn)象明顯減少，正向傳動(dòng)效率很高（最高可達(dá)90?95%）,操縱輕便，使用壽命長(zhǎng)， 各種優(yōu)勢(shì)逐漸得到體現(xiàn)，因此目前再次得到廣泛使用。 汽車車速的提高，需要在高速時(shí)有較好的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，必須使轉(zhuǎn)向器具有較高的剛度。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由于通過大量鋼球的滾動(dòng)接觸來(lái)傳遞轉(zhuǎn)向力，具有較大的強(qiáng)度和較好的耐磨性。并且該轉(zhuǎn)向器可以被設(shè)計(jì)成具有等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，

11、特別是變速比結(jié)構(gòu)具有較高的剛度，適宜高速車輛采用，這也是它采用廣泛的原因之一。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的間隙可調(diào)，齒條齒扇副磨損后可以重新調(diào)整間隙，使之具有合適的轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)間隙，從而提高轉(zhuǎn)向器壽命，因此采用日益廣泛。我國(guó)的轉(zhuǎn)向器也在向大量生產(chǎn)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器發(fā)展。 1.3 研究目的及意義 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是針對(duì)汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，根據(jù)一些指定的參數(shù)結(jié)合《汽車設(shè)計(jì)》和其他相關(guān)書籍中關(guān)于轉(zhuǎn)向器的理論知識(shí)設(shè)計(jì)一款循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，確定其相關(guān)參數(shù)，使設(shè)計(jì)出的轉(zhuǎn)向器符合使用要求。 本文通過對(duì)一款循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)，使其能夠滿足輕型越野車的需要，并為其今后拓展應(yīng)用領(lǐng)域奠定理論設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。 1.4 研究?jī)?nèi)容和設(shè)計(jì)

12、方法 研究?jī)?nèi)容： (1)調(diào)研收集課題相關(guān)資料。結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)課題進(jìn)行必要的文獻(xiàn)檢索，查閱、收集、整理、歸納技術(shù)文獻(xiàn)和科技情報(bào)資料； (2)深入學(xué)習(xí)并掌握汽車設(shè)計(jì)、汽車構(gòu)造等專業(yè)知識(shí)；了解循環(huán)球轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想和設(shè)計(jì)原則； (3)掌握汽車設(shè)計(jì)的方法和步驟，參考有關(guān)資料、手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各總成部件進(jìn)行選型、計(jì)算、校核等； (4)計(jì)算循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要參數(shù)，并對(duì)其重要部件進(jìn)行強(qiáng)度校核，確定相關(guān)參數(shù)、材料以及裝配要求。繪制循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的三維模型，按照標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)工藝要求，繪制汽車轉(zhuǎn)向器總裝配圖和主要零件圖。 設(shè)計(jì)方法：根據(jù)設(shè)計(jì)中已知參數(shù)并結(jié)合理論知識(shí)，分析并計(jì)算得到循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的基本結(jié)

13、構(gòu)參數(shù)，然后利用相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)轉(zhuǎn)向器的重要部件進(jìn)行強(qiáng)度校核，校核的結(jié)果不符合國(guó)家相關(guān)要求則需要重新計(jì)算，當(dāng)結(jié)果滿足要求的時(shí)候，可確定其相關(guān)幾何尺寸并完成圖紙的繪制，結(jié)束本論文的設(shè)計(jì)工作。 25 2轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 2.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡(jiǎn)介 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來(lái)保持或者改變汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。機(jī)械轉(zhuǎn)向系依靠駕駛員的手力轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤，經(jīng)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。有些汽車還裝有防傷機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向減震器。采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向的汽車還裝有動(dòng)力系統(tǒng)，并借助此系統(tǒng)來(lái)減輕駕駛員的手力。 按照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB17675-1999和汽車設(shè)計(jì)可知[4],其轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)要求如

14、下[5]: (1)方向盤必須左置。 (2)不得單獨(dú)以后輪作為轉(zhuǎn)向車輪。 (3)不得裝用全動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。 (4)轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)向車輪的偏轉(zhuǎn)必須是漸進(jìn)的。 (5)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須有足夠的剛度且堅(jiān)固耐用，以確保行駛安全。 (6)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須保證駕駛員在正常駕駛操作位置上能方便、準(zhǔn)確地操作，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在任何操作位置上不得與其他零部件有干涉現(xiàn)象。 (7)汽車轉(zhuǎn)向車輪應(yīng)有自動(dòng)回正能力，以保持汽車穩(wěn)定的直線行駛。 (8)后輪也做轉(zhuǎn)向車輪的汽車，具有二根和二根以上轉(zhuǎn)向車軸的全掛車和具有一根和 一根以上轉(zhuǎn)向車軸的半掛車，以80km/h(設(shè)計(jì)車速計(jì))的車速行駛時(shí)，駕駛員必須能在不做 異常轉(zhuǎn)向修正的條件，保

15、持汽車直線行駛。 (9)以10km/h車速、24m轉(zhuǎn)彎直徑前行轉(zhuǎn)彎時(shí)，不帶助力時(shí)轉(zhuǎn)向力應(yīng)小于245N,帶 助力轉(zhuǎn)向但助力轉(zhuǎn)向失效時(shí)，其轉(zhuǎn)向力應(yīng)小于588N,機(jī)動(dòng)動(dòng)作時(shí)間正常情況下不得大于4s, 帶助力轉(zhuǎn)向但助力失效時(shí)不得大于65。左右兩個(gè)方向都要試驗(yàn)。 (10)當(dāng)汽車前行向左或向右轉(zhuǎn)彎時(shí)，轉(zhuǎn)向盤向左向右的回轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)向力不得有顯著差異。 (11)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的液壓、氣壓或電氣部件部分或全部失效后，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須有控制汽車行駛方向的能力。 (12)當(dāng)助力轉(zhuǎn)向裝置本身無(wú)獨(dú)立的輔助動(dòng)力源時(shí)，必須設(shè)有蓄能器。如使用壓縮空氣， 貯氣筒上必須設(shè)有單向閥。 (13)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所有零部件的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和

16、安裝，必須保證駕駛員正常操作時(shí)不會(huì)鉤掛駕駛員的衣服和飾物；不得有撞車時(shí)會(huì)加重駕駛員傷害的粗糙表面或尖銳棱角，維修保養(yǎng)時(shí)應(yīng)該容易接近。 2.2 機(jī)械轉(zhuǎn)向系 機(jī)械轉(zhuǎn)向系以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，其中所有的傳力件都是機(jī)械的。機(jī)械轉(zhuǎn)向系 由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。（如圖2-1） 紅旗CAT22。型轎車機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 1.轉(zhuǎn)向盤2.安全轉(zhuǎn)向軸3.轉(zhuǎn)向節(jié)4.轉(zhuǎn)向輪 5.轉(zhuǎn)向節(jié)臂6.轉(zhuǎn)向橫拉桿7.轉(zhuǎn)向減振器8.機(jī)械轉(zhuǎn)向器 圖2-1機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 圖2-1是一種機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)向盤1施加的轉(zhuǎn)向力矩通過轉(zhuǎn)向軸2輸入轉(zhuǎn) 向器8。從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸

17、這一系列零件即屬于轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)。作為減速傳動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)向 器中有1、2級(jí)減速傳動(dòng)副（圖中所示轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向器為單級(jí)減速傳動(dòng)副）。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)向橫拉桿6,再傳給固定于轉(zhuǎn)向節(jié)3上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂5,使轉(zhuǎn) 向節(jié)和它所支承的轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，從而改變了汽車的行駛方向。這里，轉(zhuǎn)向橫拉桿和轉(zhuǎn)向節(jié)臂屬于轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 2.2.1轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)（參見圖2-3）由方向盤（如圖2-2所示）、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱等組成，它 的作用是將駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的操縱力傳給轉(zhuǎn)向器[6]。 圖2-3轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)

18、 2.2.2轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)向器（也常稱為轉(zhuǎn)向機(jī)）是完成由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到直線運(yùn)動(dòng)（或近似直線運(yùn)動(dòng)）的一組齒輪機(jī) 構(gòu)，同時(shí)也是轉(zhuǎn)向系中的減速傳動(dòng)裝置。目前較常用的有齒輪齒條式、循環(huán)球曲柄指銷式、 蝸桿曲柄指銷式、循環(huán)球-齒條齒扇式、蝸桿滾輪式等。我們主要介紹前幾種。 圖2-4齒輪齒條轉(zhuǎn)向器 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器（參見圖2-4）,已成為當(dāng)今世界汽車上主要的兩種 轉(zhuǎn)向器；蝸桿式轉(zhuǎn)向器和蝸桿銷式轉(zhuǎn)向器，正在逐步被

19、淘汰或保留較小的地位。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)是：效率高，操縱輕便，有一條平滑的操縱力特性曲線。布置方便。特別適合大、中型車輛和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配合使用；易于傳遞駕駛員操縱信號(hào)；逆效率高、回位好，與液壓助力裝置的動(dòng)作配合得好?？梢詫?shí)現(xiàn)變速比的特性，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，要求轉(zhuǎn)向靈敏，因此希望中間位置附近速比小，以提高靈敏性。大角度轉(zhuǎn)向位置轉(zhuǎn)向阻力大，但使用次數(shù)少，因此希望大角度位置速比大一些，以減小轉(zhuǎn)向力。由于循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器可實(shí)現(xiàn)變速比，應(yīng)用正日益廣泛。 通過大量鋼球的滾動(dòng)接觸來(lái)傳遞轉(zhuǎn)向力，具有較大的強(qiáng)度和較好的耐磨性。并且該轉(zhuǎn)向器可以被設(shè)計(jì)成具有等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，這也

20、是它應(yīng)用廣泛的原因之一。 變速比結(jié)構(gòu)具有較高的剛度，特別適宜高速車輛車速的提高。高速車輛需要在高速時(shí)有較好的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，必須保證轉(zhuǎn)向器具有較高的剛度。 齒條齒扇副磨損后可以重新調(diào)整間隙，使之具有合適的轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)間隙，從而提高轉(zhuǎn)向器壽命，也是這種轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)之一。 圖2-5循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器有一蝸桿。您可以將此轉(zhuǎn)向器想象為兩部分。第一部分是帶有螺紋孔的金屬塊（螺母）。此金屬塊外圍有切入的輪齒，這些輪齒與驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向搖臂的齒輪相結(jié)合（參見圖2-5）。方向盤連接在類似螺栓的螺桿上，螺桿則插在金屬塊的孔內(nèi)。轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，它便會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓。由于螺栓與金屬塊之間相對(duì)固定，因此旋轉(zhuǎn)時(shí)，它不

21、會(huì)像普通螺栓那樣鉆入金屬塊中，而是帶動(dòng)金屬塊旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)車輪的齒輪。 螺栓并不直接與金屬塊上的螺紋結(jié)合在一起，所有螺紋中都填滿了滾珠軸承，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，這些滾珠將循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)。滾珠軸承有兩個(gè)作用：第一，減少齒輪的摩擦和磨損；第二，減少齒輪的溢出。如果齒輪溢出，則會(huì)在轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)感覺到。而如果轉(zhuǎn)向器中沒有滾珠，輪齒之間會(huì)暫時(shí)脫離，從而造成方向盤松動(dòng)。循環(huán)球式系統(tǒng)中的動(dòng)力轉(zhuǎn)向工作原理與齒條齒輪式系統(tǒng)類似。其輔助動(dòng)力也是通過向金屬塊一側(cè)注入高壓液體來(lái)提供的。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)汽車的行駛安全至關(guān)重要，因此汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的零件都稱為保安件。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式之一，一般有兩級(jí)傳動(dòng)

22、副，第一級(jí)是螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)副，第二級(jí)是齒條齒扇傳動(dòng)副。為了減少轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)向螺母之間的摩擦，二者的螺紋并不直接接觸，其間裝有多個(gè)鋼球，以實(shí)現(xiàn)滾動(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的近似半圓的螺旋槽。二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?jìng)?cè)面有兩對(duì)通孔，可將鋼球從此孔塞入螺旋形通道內(nèi)。轉(zhuǎn)向螺母外有兩根鋼球?qū)Ч?，每根?dǎo)管的兩端分別插入螺母?jìng)?cè)面的一對(duì)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(dú)立的封閉的鋼球“流道”。 轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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)，在螺桿及螺母與鋼球間的摩擦力偶作用下

23、，所有鋼球便在螺旋管狀通道內(nèi)滾動(dòng)，形成“球流”。在轉(zhuǎn)向器工作時(shí)，兩列鋼球只是在各自的封閉流道內(nèi)循環(huán)，不會(huì)脫出。 2.2.3轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功用是將轉(zhuǎn)向器輸出的力和運(yùn)動(dòng)傳到轉(zhuǎn)向橋兩側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)，使兩側(cè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，且使二轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角按一定關(guān)系變化，以保證汽車轉(zhuǎn)向時(shí)車輪與地面的相對(duì)滑動(dòng)盡可能小。 2.3轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù) 2.3.1 轉(zhuǎn)向器的效率 功率R從轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出所求得的效率稱之為正效率，用符號(hào)表示， (PF2)/Pi；反之則稱為逆效率，用符號(hào)表示，(P3F2)/P3。式中P2為轉(zhuǎn)向 器中的摩擦功率；P3為轉(zhuǎn)向搖臂軸上的功率。為了保證轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤

24、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(shí)駕駛員的疲勞，車輪于路面之間的作用力傳至轉(zhuǎn)向盤上要盡可能小，防止打手，這又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。 (1) 轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與效率 滾針軸承和球軸承等三種結(jié)構(gòu)之一。第一種結(jié)構(gòu)除滾輪與滾針之間有摩擦損失外，滾輪 側(cè)翼與墊片之間還存在滑動(dòng)摩擦損失，故這種轉(zhuǎn)向器的效率僅有54%另外兩種結(jié)構(gòu)在前 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固定銷和蝸桿滾輪式

25、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)不同效率也不一樣。 如蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的滾輪與支持軸之間的軸承可以選用滾針軸承、圓錐滾子軸的轉(zhuǎn)向器效 率，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分別為70%F口75%轉(zhuǎn)向搖臂軸軸承的形式對(duì)效率也有影響，用滾針軸承比用滑動(dòng)軸承可使正或逆效率提高約10% (2) 轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和效率 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，對(duì)于蝸桿和螺桿類轉(zhuǎn)向器，其效率可用下式計(jì)算 (2-1 ) arctan f ； f為摩擦因數(shù)。 tan0 tan(o) 式中，°為螺桿(或蝸桿)的螺線導(dǎo)程角：為摩擦角, arctanf1.146； tan 0

26、tan( 0 ) tan7 tan(7~~1.146 ) 85.7% 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。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)向器屬于可逆式。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”使之精神緊張；如果長(zhǎng)時(shí)間在不平路面上行駛，易使駕駛員疲勞，影響安全駕駛。屬于可逆式的有齒輪齒條式和循環(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

27、動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件承受，因而這些零件容易損壞。同時(shí)，它既不能保證車輪自動(dòng)回正，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，同時(shí)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) (2-2) tan(0) tan0 tan( ° ) tan 0 tan(7 1.146 ) 83.5% tan7 式（2-1 ）和（2-2）表明：增加導(dǎo)程角 0,正、

28、逆效率均增大。受 增大的影響， 0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，此時(shí)表明該轉(zhuǎn)向器是不可逆式轉(zhuǎn)向器。 2.3.2 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)比包括車t向系的角傳動(dòng)比i0和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比i。。從輪胎接地面中心作 p 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Fh之比，稱為力傳動(dòng)比，即 ip2Fw/Fh（2-3） 轉(zhuǎn)向盤角速度w與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度k之比，稱為轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比i0,即 i 0 式中d為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量；d 傳動(dòng)比i和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比i d /dt d d k /dt d k

29、為轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量; (2-4) k 出為時(shí)間增量。它又由轉(zhuǎn)向器角 所組成，即i 0 i i。  轉(zhuǎn)向盤角速度w與搖臂軸角速度p之比，稱為轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比i,即 (2-5) wd/dtd i pdp/dtdp 式中，dp為搖臂軸轉(zhuǎn)角增量。此定義適應(yīng)于除齒輪齒條式之外的轉(zhuǎn)向器。 搖臂軸角速度p與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度k之比，稱為轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比i,即 (2-6) pdp/dtdpi一 kdl/dtdl 輪胎與地面之間的阻力 （2）力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系 Mr a 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 (2-7) 式中，a為主銷偏移距

30、，指從轉(zhuǎn)向節(jié)主銷軸線的延長(zhǎng)線與支撐平面的交點(diǎn)至車輪中心平面 作用在方向盤上的手力 與支承平面交線間的距離。 Fh可用下式表不 (2-8) (2-9) 匚2Mh Fh Dsw 式中，Mh為作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩；DSW為轉(zhuǎn)向盤直徑。 將式（2-3）和（2-4）帶入ip2Fw/Fh后得到 MrDsw iP Mha 分析式（2-5）可知，當(dāng)主銷偏移距a小時(shí)，力傳動(dòng)比i。應(yīng)取大些才能保證轉(zhuǎn)向輕便。通p 常輕型越野車的a值在0.4?0.6倍輪胎的胎面寬度尺寸范圍內(nèi)選取。轉(zhuǎn)向盤直徑DSW應(yīng)根據(jù) 車型不同在GB591—86轉(zhuǎn)向盤尺寸標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的系列內(nèi)選取。本次設(shè)計(jì)用原有車型的數(shù)

31、據(jù)。 如果忽略摩擦損失，根據(jù)能量守恒原理，2Mr/Mh可用下式表示 (2-10) （2-11 ） i 0也越大，表明轉(zhuǎn)向不靈敏。 2Mrdi0 Mhdk 將式（2-6）代入（2-5）后得到 .i0Dsw iP八2a 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 （3） 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比i0 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比，除用idP/dk表示以外，還可以近似地用轉(zhuǎn)向節(jié)臂臂長(zhǎng)L2 與搖臂長(zhǎng)L1之比來(lái)表示，即idP/dkL2/L1?，F(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)中，L2與L1的比值大約 在0.85?1.1之間，可近似認(rèn)為其比值為1,則i0id/d。由此可見，研究轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比特性，只需研

32、究轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比i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（2-7）表明：增大角傳動(dòng)比可以增加力傳動(dòng)比。從ip2Fw/Fh可知，當(dāng)Fw一定時(shí), 增大ip能減少作用在方向盤上的手力Fh,使操縱輕便。 p 考慮到i0i,由i0的定義可知：對(duì)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(duì)轉(zhuǎn)向盤角速度的影響應(yīng)變得遲鈍，使轉(zhuǎn)向操縱時(shí)間增長(zhǎng)，汽車轉(zhuǎn)向靈敏性降低，所以“輕”和“靈”構(gòu)成一對(duì)矛盾。為解決這對(duì)矛盾，可采用變速比轉(zhuǎn)向器。 齒輪齒條式、循環(huán)球式、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

33、i2r/P,因結(jié)構(gòu)原因，螺距P不能變化，但可用改變齒扇嚙合半徑r的方法，使循環(huán)球齒條齒扇式轉(zhuǎn)向器實(shí)現(xiàn)變速比的目的。 2.4主要尺寸參數(shù)的選擇 BJ2020前軸載荷根據(jù)表（2-2）取得為757Kg,再根據(jù)表（2-3）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（2-4）進(jìn)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)/mm 3.0 搖臂軸直徑/mm 22 鋼球中心距/mm 20 螺桿外徑/mm 20 鋼球直徑/mm 5.556 螺距/mm 7.938 工作圈數(shù) 環(huán)流行數(shù) 齒扇齒數(shù) 齒扇整圓齒數(shù) 齒扇壓力角 切削角 22

34、 齒扇寬/mm 25 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0 6.5 26 30 32 32 38 42 23 25 28 30 35 40 23 25 28 29 34 38 6.350 6.350 7.144 8.000 8.731 9.525 10.000 11.000 1.5 2 5 12 18 13 22 30 ' 27 30 ' 6 30 ' 25 25 30 27 28 2.5 2.5 5 14 15 6 30 ' 7 30 ' 34 35 28-32

35、 38 38  表2-3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) m/mm 3.0 3.5 4.O 4.5 5.O 6.0 6.5 發(fā)動(dòng)機(jī) 1000 1600 排量/ 500 ? ? 2000 2000 ml 1800 2000 轎車 前軸負(fù) 3500 4700 7000 8300 10000 荷/N 3800 7350 9000 11000 11000 前軸負(fù) 3000 4500 5500 7000 9000 17

36、000 23000 貨車和大 荷/N ? 5000 ? 7500 ? 18500 ? 19500 ? 24000 ? 37000 ? 44000 客車 取人裝 載/kg 350 1000 2500 2700 3500 6000 8000 表2-4循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的部分參數(shù) 螺桿外 螺母長(zhǎng) 齒扇壓 齒扇切 模數(shù)m 螺紋升程 鋼球直徑 軸外 徑 度 力角 削角 徑 3.0 20 7.938( 5 一) 16 40 5.556( 7 一)

37、32 22 30' 6 7 30 30’ 22 3.5 23 8.731( 11 ) 32 45 5.556( 7 一) 32 22 30' 6 7 30’ 30’ 26 4.0 25 9.525( 8) 48 6.350( 1 22 30' 6 7 30’ 30’ 29 5.0 29 10.319( 32) 62 7.144( 32) 22 30' 6 7 30’ 30’ 35 6.0 34 10.319( 13 32) 72 7.144( 32) 22 30' 6

38、 7 30’ 30’ 38 6.5 38 10.319( 13 一) 32 82 7.144( 9 一) 32 22 30' 6 7 30’ 30' 42 根據(jù)所選擇的齒扇模數(shù)，根據(jù)表（2-1）和表（2-4）選取對(duì)應(yīng)的參數(shù)為: 鋼球直徑：7.144mm 螺桿外徑：28mm 齒扇齒數(shù)：5 螺品巨：9.525mm 環(huán)流行數(shù)：2 齒扇壓力角：22 30' 工作圈數(shù)：1.5 螺母長(zhǎng)度：58mm 切削角：6 30' 齒扇寬：27mm 2.4.1 螺桿、鋼球、螺母?jìng)鲃?dòng)副設(shè)計(jì) （1）鋼球中心距D螺桿外徑D1螺母

39、內(nèi)徑D2尺寸D、 圖2-6螺桿鋼球螺母?jìng)鲃?dòng)副 D1、D2如圖（2-6 ）所示7 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，設(shè)計(jì)時(shí)先參考同類型汽車的參數(shù)進(jìn)行初選，經(jīng)強(qiáng)度驗(yàn)算后，再進(jìn)行修正8。 螺桿外徑D1通常在20?38mm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D2應(yīng)大于D1,一般要求D2D1（5%10%）D根據(jù)（表2-1）:得D=28mm D2=30mmD2D110%D30.8mm （2）鋼球直徑d及數(shù)量n 鋼球直徑應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，一般常在6?9mms圍內(nèi)，根據(jù)（表2-1）。取d=7.14

40、4mm 每個(gè)環(huán)路中的鋼球數(shù)可用下式計(jì)算： DWDW n（2-12） dcos0d 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)9;0為螺線導(dǎo)程角，常取0=5°?8。，則cos01；代入數(shù)值解得n=210 （3）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)，見圖2-7,鋼球和滾道又四 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(lái)貯存潤(rùn)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R2應(yīng)大于鋼球半徑d/2,一般取R2(0.510.53)d。在此我們?nèi)L道

41、半徑為3.643mm符合相應(yīng)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(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。角多取為45°,以使軸向力與徑向力分配均勻。 (5)螺距P和螺旋線導(dǎo)程角0 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角，對(duì)應(yīng)螺母移動(dòng)的距離s為 (2-13) 式中，P為螺紋螺距。螺距 P一般在8?11mm內(nèi)選取。查表(2-1 ) 得：P取9.525mm導(dǎo) 程角0 = 5 7。與此同時(shí)，齒扇節(jié)圓轉(zhuǎn)過的弧長(zhǎng)等于 s,相應(yīng)搖臂軸轉(zhuǎn)過 s pr 式中，r為齒扇節(jié)圓半徑。 聯(lián)立式( - 2 2-12),式(2-13 )得 -

42、 p,其間關(guān)系可表示如下: (2-14) 得循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比i (2-15) 又r mz/ 2根據(jù)表2-1有z r mz/2 4.5 18/2 40.5mm P已知，可求出轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比 i 2 40.5/9.525 26.71 由式(2-14)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 越大，圖(2-9)中的尺寸b越小，要求bPd2.5mm符合要求。 W又與接觸強(qiáng)度有關(guān)：增 (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) 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；

43、但鋼球受力不均選取見（表2-1）。取W=1.5。 勻、螺桿增長(zhǎng)而使剛度降低。工作鋼球圈數(shù)有 1.5和2圈兩種。一個(gè)環(huán)路的工作鋼球圈數(shù)的 螺桿-鋼球-螺母?jìng)鲃?dòng)副與通常的螺桿-螺母?jìng)鲃?dòng)副的區(qū)別在于前者是經(jīng)過滾動(dòng)的鋼球?qū)⒘τ陕輻U傳至螺母，變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦。螺桿和螺母上的相互對(duì)應(yīng)的螺旋槽構(gòu)成鋼球的螺旋滾道。轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)向盤經(jīng)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿，使鋼球沿螺母上的滾道循環(huán)地滾動(dòng)。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(gè)環(huán)路滾道的兩個(gè)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(duì)接成導(dǎo)管，并經(jīng)

44、氧化處理使之耐磨。插入螺母螺旋滾道兩個(gè)導(dǎo)孔的鋼球的兩個(gè)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。轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向器左置時(shí)轉(zhuǎn)向螺桿為左旋，右置時(shí)為右旋。鋼球直徑d約為6?9mm一般應(yīng)參考同類型汽車的轉(zhuǎn)向器選取鋼球直徑d, 并應(yīng)使之符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。鋼球直徑尺寸差應(yīng)不超過128105d。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n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(dòng)性變差，從而需要降低傳動(dòng)效率。經(jīng)驗(yàn)表明在每個(gè)環(huán)路中n以不大于 60為好。 2.4.2齒條、齒扇傳動(dòng)副設(shè)計(jì) 齒扇通常有5個(gè)齒，它

45、與搖臂軸為一體。齒扇的齒厚沿齒長(zhǎng)方向是變化的，這樣即可通 過軸向移動(dòng)搖臂軸來(lái)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(shí)使兩端齒卡住，則應(yīng)增大兩端齒嚙合時(shí)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(lái)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(dòng)，如圖2-8所示，O1相對(duì)于搖臂軸的中心O有距離為n 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(shí)，齒側(cè)間隙s也逐漸加大， s可表達(dá)為 s2rtan2tan[rw

46、ncos^n2cos2rjn2]（2-16） 式中r——徑向間隙； ——嚙合角； rw——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(jì)算簡(jiǎn)圖 0/廣） 圖2-9用于選擇偏心n的線圖 當(dāng)，心確定后，根據(jù)上式可繪制如圖 齒條、齒扇傳動(dòng)副兩端齒嚙合時(shí)，齒側(cè)間隙 M英曲一 齒條、齒扇傳動(dòng)副各對(duì)嚙合齒齒側(cè)間隙 2-12所示的線圖，用于選擇適當(dāng)?shù)?n值，以便使 s能夠適應(yīng)消除中間齒最大磨損量所形成的間隙 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(lái)實(shí)現(xiàn)10。一般是將齒條（一般有4個(gè)齒）兩側(cè)的齒槽寬制成比中間

47、齒槽大0.20?0.30mm即可。本次設(shè)計(jì)采用直齒齒輪。 2.5轉(zhuǎn)向器的計(jì)算和校核 2.5.1 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件的強(qiáng)度計(jì)算 為了進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，首先要確定其計(jì)算載荷11。式（2-13）曾給出了汽車在粗糙的硬路面上作原地轉(zhuǎn)向時(shí)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(jì)算載荷。但對(duì)前軸負(fù)荷大的重型載貨汽車，用關(guān)系式計(jì)算出來(lái)的力，往往會(huì)超過司機(jī)在體力上的所能施展的力量。這時(shí)在計(jì)算轉(zhuǎn)向器的零件具體參數(shù)時(shí)，可取司機(jī)作用在轉(zhuǎn)向盤輪緣上的最大瞬時(shí)力。確定計(jì)算載荷后，即可計(jì)算轉(zhuǎn)向系零件的強(qiáng)度。 汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩（ Mr

48、 f Gi3 3 P (2-17) f取0.7;G1為前軸負(fù)荷（N）;p輪胎氣壓（MPa。由查得的資料可知道BJ2020前軸負(fù)荷757Kg，因此G17579.87418.6N；p0.7Mpa Mr n 178.2 確定計(jì)算載荷后，即可計(jì)算轉(zhuǎn)向系零件的強(qiáng)度。 轉(zhuǎn)向系力傳動(dòng)比: i 0為轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比i 0 DSW為轉(zhuǎn)向盤直徑取 435mm a為主銷偏移距通常 a的值在 a 0.5 215 107.5mm 所以 0.4 i 0Dsw 2a 26 .71 ； 0.6倍輪胎的胎面寬度尺寸范圍內(nèi)選取。取 (2-18) ip 26.71 435

49、一 54 2 107.5 輪胎與地面之間的轉(zhuǎn)向阻力 Fw和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力 M r有如下關(guān)系 FW max Mr 178.2 a 107.5 10 3 1657.7N 2F 再根據(jù)i0可求出作用在方向盤上的手力 pFh Fh 2Fw i p 2 1657.7 54 61.4N （1）齒的彎曲應(yīng)力 齒扇齒的彎曲應(yīng)力為 6Fh Bs2 ,許用彎曲應(yīng)力為 w 540MPa 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。 齒扇嚙合半徑r mz/2 4.5 18/2 40.5mm； h

50、 (21% hc)m 2.25 4.5 10.125mm； s m/2 7.07mm； B取 27mm F max Mr 178.2 r 40.5 6Fh 6 4400 10.125 10 3 4400N Bs2 27 7.072 198.06MPa 540MPa 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 d Mr及材料的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限 3 kMR 、0.2 0由下式確定： (2-21 ) 式中，k——安全系數(shù)，根據(jù)使用條件可取2.5?3.5,取k為3.0； Mr——轉(zhuǎn)向阻力矩，Mr178.2Nm； o——扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度

51、極限，0200MPa； kMR3178.2 d3R360.0237m23.7mm -0.200.2200106 轉(zhuǎn)向搖臂軸一般采用20CrMnTi、22CrMnMo^20CrNi3A鋼制造，表面滲碳，滲碳層深為 0.8?1.2mm,重型汽車和前軸負(fù)荷大的汽車，則為1.05?1.45mm=淬火后表面硬度為58— 63HRC轉(zhuǎn)向器殼體采用球墨鑄鐵QT400—18或可鍛鑄鐵KTH350-10,KTH370—12制造12。 3二維工程圖 3.1二維工程圖 3.1.1零件圖的繪制 己己口 圖3-7齒扇 圖3-7為測(cè)量完齒扇軸的相關(guān)數(shù)據(jù)后繪制齒扇的零件圖[12]。

52、 圖3-8螺桿 圖3-8為測(cè)量轉(zhuǎn)向螺桿的數(shù)據(jù)后繪制螺桿的零件圖。 192 3636 ―Ml——H* 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。 「153.6 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(jìn)行組裝，畫

53、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(jìn)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(jì)》和其他相關(guān)書籍中關(guān)于轉(zhuǎn)向器的理論知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)此轉(zhuǎn)向器的其他相關(guān)參數(shù)，使設(shè)計(jì)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輕型越野車的需求。在現(xiàn)代越野車設(shè)計(jì)中，選擇變齒用于齒條齒扇傳動(dòng)副上是其前沿發(fā)展趨勢(shì)，本論文中只是采用直齒齒輪完成了初步的設(shè)計(jì)，因而其實(shí)物在傳動(dòng)時(shí)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(duì)大中型車輛易于和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配合使用；易于傳遞駕駛員操縱信號(hào)，

54、逆效率高、回位好，與液壓助力裝置的動(dòng)作配合得好；可以實(shí)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)和參照相似類型車輛的技術(shù)狀況，本論文借用BJ2020汽車 相關(guān)參數(shù)完成了初步的設(shè)計(jì)，達(dá)到了設(shè)計(jì)初衷。應(yīng)用三維制圖軟件繪制的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的模型圖，應(yīng)用AUTOCAD工程制圖軟件繪制了詳細(xì)和準(zhǔn)確的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器圖形；分析計(jì)算并選取了循環(huán)球轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)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(jì)。通過此次的輕型越野車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)，初步掌握了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)的原則，同時(shí)鍛煉了自己綜合解決問題的能力。 參考文

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