某型汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)及常見異響故障分析與維修

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It is an indispensable part of a car, so the steering system of a car is of great importance to the safety of the car. Firstly, through the research of gear and rack steering gear, the design of rack and pinion steering gear has been completed. After that, the design of steering control device and transmission device is completed through force analysis and calculation. Finally, based on the analysis of the common abnormal sound faults in the steering system, the relevant strategies and technical measures are put forward, and the problem of abnormal sound is solved by the actual test. Keyword: Steering system；Rack and pinion steering ；Abnormal sound failure； Rack sluggish II 目 錄 緒論 1 1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 3 1.1 轉(zhuǎn)向系的簡(jiǎn)介 3 1.2 轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)要求 3 1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程 4 1.4 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 1.4.1 方向盤設(shè)計(jì) 4 1.4.2 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 5 1.4.3 轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì) 5 1.4.4 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 1.4.5 動(dòng)力轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì) 5 2 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 2.1 齒輪齒條參數(shù)設(shè)計(jì) 7 2.1.1 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器布置形式 7 2.1.2 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比計(jì)算 9 2.1.3 齒輪齒條設(shè)計(jì)計(jì)算 10 2.1.3 齒輪的強(qiáng)度校核 11 2.2 齒輪材料的選擇 13 2.3 輪齒條轉(zhuǎn)向器優(yōu)缺點(diǎn) 13 2.4 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對(duì)位置 13 3 轉(zhuǎn)向操縱裝置及傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 15 3.1 方向盤設(shè)計(jì) 15 3.1.1 方向盤功能描述 15 3.1.2 方向盤設(shè)計(jì)要求 16 3.1.3 難點(diǎn)及解決方案 16 3.2 方向盤萬向轉(zhuǎn)動(dòng)節(jié)設(shè)計(jì) 16 3.2.1 萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 17 3.2.3 萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 17 3.2.4 萬向節(jié)設(shè)計(jì) 17 4 常見異響故障分析與維修 19 4.1 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器異響統(tǒng)計(jì) 19 4.2 齒條銹蝕卡滯造成卡滯異響 19 4.3 小齒輪竄動(dòng)造成的異響 20 4.4 齒輪與齒條嚙合間隙過大造成的異響 21 5 結(jié)論 22 參考文獻(xiàn) 23 致謝 24 緒論 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車結(jié)構(gòu)中占有很重要的位置，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)直接影響到汽車的安全性、穩(wěn)定性和舒適性，一個(gè)優(yōu)秀的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以節(jié)約很多的能量。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)表示出了簡(jiǎn)單的一點(diǎn)，即改變汽車的方向。它是由轉(zhuǎn)向裝置和轉(zhuǎn)向裝置組成的。隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由最簡(jiǎn)單的純機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(HPS)、電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EHPS)、電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)和線纜控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(SBW)的發(fā)展組成。 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車主要的安全部分。 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型是用來維持或改變汽車的方向，驅(qū)動(dòng)汽車的方向，同時(shí)也要確保方向盤的角度關(guān)系的協(xié)調(diào)，駕駛員通過操縱轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使車保持直線或轉(zhuǎn)動(dòng)，或者使其達(dá)到兩種運(yùn)動(dòng)變形。 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由方向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)向拉桿、基本轉(zhuǎn)向節(jié)驅(qū)動(dòng)，并被稱為機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、某些汽車和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向節(jié)減震器和防傷害等。駕駛員的切向力作用在方向盤上，方向盤進(jìn)入力矩，然后通過轉(zhuǎn)向齒輪的增加，然后穿過轉(zhuǎn)向桿和方向盤，用于克服轉(zhuǎn)向阻力，同時(shí)，方向盤的角位移轉(zhuǎn)換為方向盤周圍的轉(zhuǎn)角。 方向盤配有減少司機(jī)的力量在方向盤上。轉(zhuǎn)向減振器用于減弱方向盤的擺動(dòng)，減輕從道路到方向盤的沖擊載荷。為了防止汽車和其他物體的正面碰撞，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有一個(gè)反傷害機(jī)制。 傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)誕生于1902年，它是沒有助力的純機(jī)械式的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，尤其汽車在停車或低速行駛下對(duì)轉(zhuǎn)向系操縱的難度很大。所以現(xiàn)在大都是助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，而現(xiàn)在使用最多的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是20世紀(jì)80年代出來的一種機(jī)電技術(shù)，它于1988年第一次開發(fā)出EPS，分別裝備在了Cervo車和Alto車上。 國(guó)內(nèi)改革開放以來，汽車工業(yè)發(fā)展迅猛。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。國(guó)內(nèi)EPS的研發(fā)起步有些落后,但是已列入高新科技產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目其中之一。清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、華中科技大學(xué)等高校先后開展了一些有關(guān)的研究,在系統(tǒng)建模與助力特性這些地方得到了一定的成果。. 本課題首先通過對(duì)齒輪和齒條式轉(zhuǎn)向裝置的研究，完成了對(duì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向裝置的設(shè)計(jì)。之后，通過受力分析和計(jì)算完成了對(duì)轉(zhuǎn)向操縱裝置及傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)。最后，基于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常見的異響故障進(jìn)行了分析，提出了相關(guān)的策略，技術(shù)措施，通過實(shí)際檢驗(yàn)，較好的解決了異響問題。` 26 1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 在進(jìn)行轉(zhuǎn)向系前，需確定車輛的基本參數(shù)，才能進(jìn)一步進(jìn)行設(shè)計(jì)。參考相關(guān)車型及估算可獲得本設(shè)計(jì)所需的基本參數(shù)，其基本參數(shù)詳見下表： 表1-1 某車型的基本配置 序號(hào) 項(xiàng)目名稱 計(jì)算結(jié)果 1 外廓尺寸（長(zhǎng)寬高 mm） 3995X1620X1900 2 軸距（mm） 2700 3 前輪距（mm） 1386 4 整備質(zhì)量（Kg） 1150 5 總質(zhì)量（kg） 1950 6 輪胎規(guī)格 175/70 R14 7 前懸架形式 麥弗遜 8 驅(qū)動(dòng)方式 前置前驅(qū) 1.1 轉(zhuǎn)向系的簡(jiǎn)介 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來改變或保存汽車運(yùn)動(dòng)方向的裝置，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)于汽車的安全性至關(guān)重要，因此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的部件被稱為安全裝置。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)是兩個(gè)系統(tǒng),汽車安全必須重視。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要包括:方向盤、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向機(jī)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向等。 圖1-1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖 1.2 轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)要求 轉(zhuǎn)向系應(yīng)滿足下述要求; （1）當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí),所有的輪子都應(yīng)該圍繞著瞬時(shí)中心。 （2）轉(zhuǎn)向輪必須擁有自動(dòng)恢復(fù)能力。 （3）在駕駛情況下,方向盤不可以產(chǎn)生自振,方向盤不搖擺。 （4）轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置引起的移動(dòng)不同步，讓車輪表現(xiàn)的擺動(dòng)應(yīng)最小。 （5）變更方向方便，最小的過彎直徑小。 （6）操作起來容易。 （7）轉(zhuǎn)向輪對(duì)方向盤的反沖力應(yīng)該盡可能小。 （8）在轉(zhuǎn)向裝置和轉(zhuǎn)向裝置中應(yīng)該有間隙調(diào)整裝置。 （9）能保護(hù)駕駛員免受傷害或減輕受傷。 （10）方向盤的旋轉(zhuǎn)方向與車輛行駛方向的變化一致。 正確的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)制能夠確保所有的輪子在轉(zhuǎn)彎時(shí)都能在瞬時(shí)中心旋轉(zhuǎn)。自動(dòng)修正能力取決于方向盤的方向盤定位參數(shù)和轉(zhuǎn)向效率的大小。方向盤合理的定位參數(shù)，正確選擇轉(zhuǎn)向的方式，可以保證汽車有良好的自動(dòng)校正能力。當(dāng)轉(zhuǎn)向阻尼器被設(shè)定在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時(shí)，它能夠防止方向盤產(chǎn)生振動(dòng)而方向盤上的后坐力明顯減小了。為了具有良好的機(jī)動(dòng)性能，方向盤必須有盡可能大的轉(zhuǎn)角，其最小轉(zhuǎn)彎半徑可達(dá)2 ~ 2.5倍的軸距。 1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程 總體參數(shù)確定 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定 零部件設(shè)計(jì) 分析校核 校核 工程制圖 完成任務(wù)書 不滿足要求 圖1-2設(shè)計(jì)流程圖 本文的設(shè)計(jì)流程可參見上圖。 1.4 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.4.1 方向盤設(shè)計(jì) 司機(jī)通過控制方向盤并根據(jù)司機(jī)的意圖或改變方向保持汽車行駛。另一方面，當(dāng)汽車發(fā)生車禍時(shí)，無論是由于轉(zhuǎn)向盤或駕駛碰撞方向盤的結(jié)果，都可能使駕駛員受到傷害，因此方向盤是重要的安全部件，方向盤設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下基本要求: （1）發(fā)生車禍時(shí)，使駕駛員受到的傷害盡可能小 （2）不妨礙駕駛員觀察儀表板上的儀表 （3）有良好的耐磨性 （4）不易燃燒 （5）不易反光 轉(zhuǎn)向盤由輪緣、輪輻和輪轂三部分組成。輪輻有1-4根，采用一根輪輻有利于觀察儀表，要使轉(zhuǎn)向盤的剛性達(dá)到要求，需要使用增強(qiáng)材料。有4根輪輻的轉(zhuǎn)向盤，即使有了達(dá)到需求的強(qiáng)度，但不利于駕駛員清晰觀看表盤，輪輻應(yīng)有足夠大的面積，以利駕駛員的身體與轉(zhuǎn)向盤發(fā)生沖撞接觸時(shí)，能減輕他們之間產(chǎn)生的壓力。 1.4.2 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸可以用一根鋼管制成?？紤]到拆卸方便，平頭汽車翻轉(zhuǎn)駕駛室的需要和安全性的要求，也可以在轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸上采用1-2個(gè)十字軸萬向節(jié)或者一個(gè)撓性萬向節(jié)此時(shí)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸不再是一根軸，有些汽車的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸采用斷面為六邊形（或十字型）的軸管和六邊形（或十字形）的軸組合而成。 1.4.3 轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì) 歷史上有許多形式的變化，但許多已經(jīng)被消除。根據(jù)幫助形式分類，轉(zhuǎn)向器可分為機(jī)械式(無動(dòng)力)和動(dòng)力式(有動(dòng)力)。機(jī)械操舵裝置可分為齒輪齒條式、圓球式、蝸桿式指銷式、圓球曲柄銷式、蝸輪型等。常用的是齒輪齒條式、圓球式、蝸桿曲柄銷型。小齒輪式舵機(jī)是最簡(jiǎn)單的舵機(jī)類型。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、剛度大、成本低、轉(zhuǎn)向靈敏、正反攻擊率高、易于布置、特別適用于蠟燭式懸浮液和麥弗遜懸掛的特點(diǎn)，也可直接驅(qū)動(dòng)拉桿，簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。因此，它被廣泛應(yīng)用于汽車、微型和輕型卡車。滾珠式操舵裝置非常高，操作方便，壽命長(zhǎng)，工作穩(wěn)定可靠。但是由于攻擊率很高，很容易將道路的影響推到方向盤上。動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置是機(jī)械和舵機(jī)的結(jié)合。根據(jù)不同的傳動(dòng)介質(zhì)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置有氣壓和液壓兩種類型。液壓系統(tǒng)工作時(shí)無噪聲，工作滯后時(shí)間短，而且能吸收來自不平路面的沖擊。 1.4.4 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 操舵桿組成的轉(zhuǎn)向裝置和轉(zhuǎn)向梯形。其功能主要是使擺臂擺動(dòng)，通過直拉桿和轉(zhuǎn)向節(jié)臂，傳遞到方向盤上偏轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，汽車的旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)角之間有一定比例的比例。 1.4.5 動(dòng)力轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì) 隨著轉(zhuǎn)向桿的增加對(duì)司機(jī)的控制，方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)也增加了，為了降低手的重量，來達(dá)到操控光的要求，在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中有動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置的動(dòng)力功能。除了復(fù)雜的結(jié)構(gòu)以及引擎的部分動(dòng)力和成本之外，動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置在機(jī)械轉(zhuǎn)向裝置上有明顯的優(yōu)勢(shì)，所以每年的裝載率都在增加。 2 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向齒輪傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)裝置和機(jī)架，簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，方便的布局，簡(jiǎn)單的制造，但是轉(zhuǎn)向齒輪比較小(一般不超過15)和長(zhǎng)度方向的不均勻磨損，所以只有微型的汽車和汽車被廣泛使用。通常在前輪軸線之后。轉(zhuǎn)向機(jī)的主動(dòng)部分是螺旋形的圓柱小齒輪，該小齒輪與殼體中的運(yùn)動(dòng)部件嚙合，齒條固定在主體或框架上。架子用兩個(gè)球形接頭直接連接到兩個(gè)獨(dú)立的左和右杠上，水平拉桿和梯形臂連接在一起。 2.1 齒輪齒條參數(shù)設(shè)計(jì) 2.1.1 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器布置形式 根據(jù)輸入齒輪的位置和輸出特性，有四種類型的齒條式轉(zhuǎn)向器： （1）中間輸入，兩端輸出； （2）側(cè)面輸入，兩端輸出； （3）側(cè)面輸入，中間輸出； （4）側(cè)面輸入，一端輸出； 圖2-1 四種類型的齒條式轉(zhuǎn)向器 在側(cè)向輸入和中間輸出方案的情況下，支架的左右拉動(dòng)桿延伸到靠近汽車的大致對(duì)稱平面。隨著拉桿的長(zhǎng)度增加，當(dāng)輪子跳躍時(shí)拉桿的擺動(dòng)角度會(huì)減小，這有助于降低轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和懸掛系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)干擾，當(dāng)輪子上下跳動(dòng)時(shí)。連桿和齒條固定在一個(gè)固定的連接上，所以這兩個(gè)連桿和齒條在同一時(shí)間移動(dòng)到左邊或右邊，所以在方向盤上有一個(gè)很長(zhǎng)的溝槽來降低它的強(qiáng)度。 當(dāng)兩端的輸出方案被采用時(shí)，轉(zhuǎn)向桿的長(zhǎng)度是有限的，很容易引導(dǎo)懸掛系統(tǒng)。但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，成本低，經(jīng)常用于小型車輛。 在平車中通常使用具有側(cè)輸入和一端輸出的小齒輪式轉(zhuǎn)向器。 如果齒輪齒條式轉(zhuǎn)向齒輪與直齒架嚙合，運(yùn)行穩(wěn)定性降低，出拳力很大，工作噪聲也隨之增大。另外，由于這個(gè)原因，齒輪軸和齒條軸線之間的角度只能是直角，因?yàn)橐话愕牟季植贿m合被消除。采用螺旋形圓柱齒輪和嚙齒類錐齒輪齒式齒輪齒條式傳動(dòng)裝置，聯(lián)系比增加，平穩(wěn)操作，沖擊和噪聲減少，齒輪和齒條軸的角度很容易滿足整體設(shè)計(jì)的要求。由于螺旋結(jié)構(gòu)的軸向力，轉(zhuǎn)向機(jī)應(yīng)用于推力軸承、縮短壽命和斜齒輪的滑動(dòng)。 根據(jù)對(duì)四種不同類型轉(zhuǎn)向器的對(duì)比選擇，本課題將采用側(cè)面輸入兩端輸出的齒輪齒 條轉(zhuǎn)向器。 根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對(duì)前軸位置的不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在汽車上有四種布置形式：轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形； 轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形。 圖2-2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器四種布置形式 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于乘用車上，載質(zhì)量不大，前輪采用獨(dú)立懸架的貨車和客 車有些也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 2.1.2 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比計(jì)算 方向盤的直徑DSW有一系列的維度。當(dāng)使用大直徑時(shí)，駕駛員將很難進(jìn)出駕駛室。如果選擇較小的直徑，駕駛員將施加更大的動(dòng)力使汽車難以控制。根據(jù)原始數(shù)據(jù),查閱GB/T5911-1986《轉(zhuǎn)向盤尺寸》選擇取DSW=360mm。初選作用在方向盤上的力矩為Mh=200 N*m；則可以由下式求得 Fh=MhDSW （2-1） 式中Fh—作用在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向操縱力，N。 經(jīng)計(jì)算Fh=555.65N 因?yàn)橐踩男旭?，組成轉(zhuǎn)向系的各零件必須達(dá)到需求的強(qiáng)度。要驗(yàn)證轉(zhuǎn)向系零件的強(qiáng)度，就需要先確定施加在各零件上的力。影響這些力的主要原因有轉(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)摩擦阻力等。 要準(zhǔn)確地計(jì)算這些力是非常困難的。為了達(dá)到這個(gè)目的，半經(jīng)驗(yàn)公式用來計(jì)算出路面上的阻力MR，MR可由下式求得： MR=f3G13p （2-2） 式中：f——輪胎和路面間的摩擦因數(shù)，f=0.65 G1—轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷，初步設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于前置前驅(qū)車輛轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷按總質(zhì)量的55%計(jì)算，則計(jì)算時(shí)取G1=1950Kg*9.8m/s2*55%=10510.5N P——輪胎氣壓，P=1Mpa 經(jīng)計(jì)算MR=233467.89N*m 由式（3-8）可知，傳動(dòng)比ip可由下式求得 ip=MrDswMha （2-3） 式中：Mr—轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)向力矩，N*m;其有其轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的布置結(jié)構(gòu)所決定.計(jì)算時(shí)取Mr=2346.75N*m Dsw—方向盤直徑，Dsw=360mm； a——主銷偏移距，通常乘用車的a值在0.4-0.6倍輪胎的胎面寬度范圍內(nèi)選取，由表2-1可知175/70 R14.輪胎胎面寬度為175mm，則本文取a=105mm Mh—作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩，Mh=200N*m； 則ip=40.23 2.1.3 齒輪齒條設(shè)計(jì)計(jì)算 2.1.3.1 軸徑計(jì)算 齒輪齒條的軸直徑可按下式進(jìn)行估算： d≥34MRaπσ （2-4） 式中：MR—原地阻力，MR=233467.89 N*m； 計(jì)算時(shí)取a=105mm； σ—扭轉(zhuǎn)極限強(qiáng)度，計(jì)算時(shí)取σ=50Mpa 經(jīng)計(jì)算d≥6mm，參考同類產(chǎn)品，這里取d=30mm。 2.1.3.2 齒輪基本參數(shù)計(jì)算 架的實(shí)際上是一個(gè)無窮無盡的齒輪的一部分。當(dāng)牙齒的數(shù)量無窮大時(shí)，齒輪的基本圓直徑是無限的。根據(jù)漸開線漸開線的形成過程,變成了一條直線。牙齒的齒側(cè)輪廓線的齒形圖，每個(gè)點(diǎn)上的每個(gè)點(diǎn)都是平行的，而架是翻譯的，當(dāng)每一個(gè)點(diǎn)的傳輸速度都是相同的大小和方向的，所以牙齒的齒形的齒形的壓力角度是一樣的，大小等于牙齒的傾斜角度。牙齒上的齒條相互平行,所以任何線平行的分界線,周是相等的。 齒輪的節(jié)距圓總是與齒輪與齒條嚙合時(shí)的分度圓重合。當(dāng)不垂直的小齒輪軸和長(zhǎng)軸。只有齒條傳動(dòng)角變速比的齒條，小齒輪的普通模塊和小齒輪齒。在設(shè)計(jì)時(shí),只有合理選擇這些參數(shù)可以獲得所需的傳動(dòng)比。然而，小齒輪的模量不應(yīng)太小，否則，齒廓會(huì)太靠近齒的頂，不利于潤(rùn)滑，容易造成再導(dǎo)件堵塞現(xiàn)象。 主齒輪的參數(shù):小齒輪和齒條轉(zhuǎn)向齒輪為傾斜齒，齒輪模量在2 ~ 3mm之間，主動(dòng)小齒的數(shù)量在5 ~ 7之間。這里選取Z1=6，壓力角α=20°。齒輪的轉(zhuǎn)速n=60rpm，精度等級(jí)為8級(jí)，使用年限不低于5年。這里選取齒輪模數(shù)m=2。 齒條長(zhǎng)度確定，齒條的長(zhǎng)度的確定需要根據(jù)車輛總成布置，分析轉(zhuǎn)向梯形，前橋調(diào)動(dòng)量以及駕駛室人機(jī)工程學(xué)以后才能綜合確定齒條長(zhǎng)度。這里選用同類車型的齒條長(zhǎng)度，取轉(zhuǎn)向器總長(zhǎng)為750mm。 下表為齒輪及齒條的基本參數(shù) 2.1.3 齒輪的強(qiáng)度校核 齒根彎曲強(qiáng)度與齒根彎曲應(yīng)力和齒輪的材料的許用彎曲應(yīng)力有關(guān)。計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力時(shí)，可以把齒輪視為懸臂梁。斜齒輪的接觸線是傾斜的，齒輪的彎曲受力狀態(tài)較為復(fù)雜，危險(xiǎn)剖面的形狀不規(guī)則并且其位置也在變化，精確分析較為困難。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通常以斜齒輪的當(dāng)量直齒圓柱齒輪作為基礎(chǔ)，采用與直齒輪基本相同的方法進(jìn)行計(jì)算。斜齒輪接觸線的傾斜度有利于彎曲強(qiáng)度，引入螺旋角系數(shù)Yβ加以修正。 斜角齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度是： σF=2KT1bd1mnYFaYsaYεYβ （2-5） 式中：K—載荷系數(shù)，一般計(jì)算時(shí)取K=1.1； T1—齒輪的輸入扭矩，T1=Mr=23N*m b—齒輪寬度，b=30mm； d1—主動(dòng)齒輪分度圓直徑，d1=12.24mm； mn—法面模數(shù)，mn=2mm； YFa—齒形系數(shù)，與齒輪輪廓有關(guān)，查閱參考文獻(xiàn)[5]圖5-14可確定YFa=1.3； Ysa—應(yīng)力修正系數(shù)，用它考慮齒根過渡圓角處的應(yīng)力集中。查閱參考文獻(xiàn)[5]圖5-15. Ysa=1.9 Yε—計(jì)算齒根部彎曲強(qiáng)度的重合度系數(shù)?？捎上率角蟮茫? Yε=0.25+0.75cos2βbεa （2-6） 式中：εa—端面重合度，計(jì)算時(shí)取εa=1.5 其余參數(shù)同上述，經(jīng)計(jì)算則Yε=0.73 Yβ—螺旋角系數(shù)，Yβ可由下式求得： Yβ=1-εββ120° （2-7） 式中：εβ—軸向重合度，計(jì)算時(shí)取εβ=1； 經(jīng)計(jì)算Yβ—0.89 將上述參數(shù)帶入式3-11可求得斜齒輪的齒根彎曲疲勞應(yīng)力σF=11.28Mpa＜ [σF]=500Mpa.滿足強(qiáng)度要求。 齒表面的接觸強(qiáng)度與齒表面的接觸應(yīng)力和齒表面的接觸應(yīng)力有關(guān)。螺旋圓柱的接觸疲勞強(qiáng)度的計(jì)算方法和齒輪的相似度是一樣的，齒面的接觸壓力是根據(jù)齒輪節(jié)點(diǎn)計(jì)算的。不同之處在于，由于螺旋齒輪的傾斜，總的重疊部分很大。接觸線長(zhǎng)度增大，因嚙合發(fā)生在法面內(nèi)，故曲率半徑應(yīng)按法面計(jì)算。齒面接觸應(yīng)力可用下式求得： σH=ZHZEZεZβ2KT1(u+1)bd12u （2-8） 式中: ZH—節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù),可由下式計(jì)算： ZH=2cosβbcosatsinat （2-9） 經(jīng)計(jì)算：ZH=2.44 ZE—彈性系數(shù)，本文主從動(dòng)齒輪均材料均選用40Cr，則ZE=188.9Mpa1/2 Zε—計(jì)算接觸強(qiáng)度的重合系數(shù)，計(jì)算時(shí)取Zε=0.75 Zβ—螺旋角系數(shù)，Zβ=cosβ=0.987 u—傳動(dòng)比，計(jì)算時(shí)取u= ip=40.23 其余參數(shù)同上述，將參數(shù)帶入式3-14可求得σH=523.548Mpa＜[σH]=980Mpa 滿足強(qiáng)度要求。 2.2 齒輪材料的選擇 小齒輪：齒輪常用于國(guó)內(nèi)常用、優(yōu)良的20CrMnTi合金鋼性能，熱處理采用表面滲碳和淬火工藝，齒面硬度HRc58 ~ 63。小齒輪選擇和20CrMnTi有更匹配的40Cr，作為嚙合對(duì)。機(jī)架的熱處理采用高頻淬火工藝，表面硬度HRc50 ~ 56。 2.3 輪齒條轉(zhuǎn)向器優(yōu)缺點(diǎn) 小齒輪式操舵裝置的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊;外殼由鋁合金或鎂合金制成，而轉(zhuǎn)向裝置的質(zhì)量相對(duì)較小。傳輸效率高達(dá)90%;敏感的;由于齒輪和齒間的磨損在中場(chǎng)休息后，在架子的后部，靠近運(yùn)動(dòng)的小齒輪的緊實(shí)力可以在彈簧上調(diào)整，可以在間歇時(shí)自動(dòng)消除齒間的間隙這不僅可以提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的硬度，影響和噪音也可以防止工作;轉(zhuǎn)向裝置的體積很小;沒有轉(zhuǎn)動(dòng)搖臂和直拉桿，方向盤的角度可以增加，制造成本也很低。它尤其適合使用蠟燭和麥克弗森的懸掛，易于裝飾。因此，它已廣泛用于小汽車、小型和輕型貨車。這是齒輪和齒條式轉(zhuǎn)向裝置的主要缺點(diǎn)，因?yàn)楦咚俟返男蕿?0%，在粗糙路面上行駛的汽車，方向盤和路面的撞擊，可以延伸到大部分的方向盤，稱為后座力。后座力的現(xiàn)象可以讓司機(jī)感到緊張，而且很難準(zhǔn)確地控制汽車的行駛方向。方向盤的突然旋轉(zhuǎn)會(huì)讓司機(jī)同時(shí)進(jìn)入車?yán)铩Ｖ虚g輸出駕駛員造成傷害。 2.4 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對(duì)位置 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)是用來確保當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，所有的輪子都可以在瞬間中心轉(zhuǎn)動(dòng)，而在不同的圓上不滑動(dòng)純滾。設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形的主要任務(wù)之一是確定最佳參數(shù)和強(qiáng)度計(jì)算。一般來說，轉(zhuǎn)向梯形機(jī)械裝置是在前車軸上安排的，但當(dāng)引擎位置較低或前車軸被驅(qū)動(dòng)時(shí)，也會(huì)有前軸。有兩種類型的轉(zhuǎn)向梯形，這是一種積分類型和被打破的開放式類型。無論采用什么樣的計(jì)劃，都必須選擇正確的轉(zhuǎn)向梯形，當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，確保所有輪子都圍繞著瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心的驅(qū)動(dòng)，做出不同的圓周運(yùn)動(dòng)，不滑動(dòng)的純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，為了達(dá)到最小的轉(zhuǎn)動(dòng)直徑，方向盤應(yīng)該有足夠的旋轉(zhuǎn)角度。 車的驅(qū)動(dòng)，彈性輪胎的側(cè)滑角度的影響，所有的輪子都不是沿著長(zhǎng)軸的后軸，而是在車的前軸和后軸之間的滾動(dòng)軸。該點(diǎn)的位置與前輪和后輪的橫向角度有關(guān)。有很多因素影響了輪胎的側(cè)面角度，而且很難準(zhǔn)確判斷。 一般要求轉(zhuǎn)向體型滿足下圖3.1要求的幾種情況。圖5 - 3b適用于需要較大尺寸的車輛，而較小的車輛則較小;圖5 - 3c適用于具有較大尺寸和較小尺寸的車輛。圖5 - 3a適用于無花果，5 - 3b和c之間的模型，δ是四連桿的轉(zhuǎn)向角度，這是梯形的基底角度。 圖3.1 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的可行域 3 轉(zhuǎn)向操縱裝置及傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 3.1 方向盤設(shè)計(jì) 方向盤(方向盤)是控制汽車，工程機(jī)械，農(nóng)車，等等的方向盤裝置。方向盤通常通過花鍵與轉(zhuǎn)向軸連接。 駕駛員控制方向盤以使汽車與駕駛員的意圖保持一致或改變方向。當(dāng)車輛正面碰撞交通事故時(shí)，無論是由于方向盤的后退還是向前碰撞的方向盤，駕駛員都可以傷害駕駛員，因此，方向盤也是重要的安全部件。 3.1.1 方向盤功能描述 方向盤由輪轂，輻條，輪輞和滑輪組成。方向盤的輪轂，輪轂和輻條通常是由鋼，鋁合金，鎂合金或碳纖維制成的。輻條有一個(gè)或四個(gè)根部。使用輪輻時(shí)，觀察該儀表是有幫助的。為了確保方向盤足夠堅(jiān)固，必須使用加固材料，也就是核心部分。輻條應(yīng)該足夠大到能夠減少駕駛員的身體和方向盤之間的碰撞力。然而，有太多輻條的方向盤有足夠的強(qiáng)度和剛度，但它對(duì)駕駛員產(chǎn)生了負(fù)面影響。 方向盤的中心部分是由內(nèi)部的一條線桿設(shè)計(jì)的，這是用來裝在方向盤上的。輪轂，輻條框架裝配，方向盤和骨架組裝的核心部件是通過注射塑型或泡沫成型工藝的方向盤本體，高級(jí)方向盤在包裹的外部是一層皮革，幾乎所有的uf或縫紉都是手動(dòng)操作的。在方向盤上也有印著桃木圖案的圖案。皮膚的紋理和圖案是根據(jù)汽車的整體協(xié)調(diào)，創(chuàng)新和功能決定的。 當(dāng)汽車碰撞時(shí)，從安全角度考慮，方向盤不僅是由外皮膚的軟，緩沖作用所需要的，而且還需要在碰撞時(shí)的方向盤，骨架，能夠產(chǎn)生特定的變形來吸收沖擊能量，從而減輕駕駛員的損傷程度。方向盤上裝有揚(yáng)聲器按鈕，一些汽車的方向盤上安裝巡航和車載娛樂系統(tǒng)，以控制在碰撞過程中保護(hù)駕駛員的開關(guān)和氣囊。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，氣囊系統(tǒng)的方向盤越來越廣泛用于汽車工業(yè)，主要由氣囊，燃?xì)獍l(fā)生器，傳感器等組成。感覺信息一旦車輛碰撞、傳感器、控制單元、比較,判斷信息,工作指令為氣球膨脹的氣體發(fā)生器,氣球的脆弱在方向盤蓋中部和膨脹,充滿氣體軸承的氣囊,保護(hù)頭部和胸部。 由于駕駛員通常將方向盤緊貼在方向盤上，并且不停止旋轉(zhuǎn)，所以需要選擇具有良好耐磨性能的材料來制造方向盤。發(fā)生汽車意外火災(zāi)時(shí)，乘員的生命安全受到危害。為了減少對(duì)居住者的傷害，車內(nèi)的內(nèi)部裝飾部分，包括方向盤，應(yīng)該由阻燃材料制成。采用FMVSS 302、jisd1201等方法對(duì)燃燒性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。方向盤的反射是駕駛員眼花繚亂的原因之一，它可以干擾安全駕駛。國(guó)外的抗眩光標(biāo)準(zhǔn)是FMVSS 107和ADR 12。 司機(jī)一直緊靠方向盤的邊緣，所以需要方向盤的形狀和尺寸符合人體工程學(xué)的要求，而且不應(yīng)該在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)感到疲勞。鐵芯通過電弧焊接、電阻焊接、鉚接等方式與各部件連接。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，這一過程即將被逐步淘汰，取而代之的是用壓鑄的方法來連接輪轂、輪輞和輻條，內(nèi)部核心也被轉(zhuǎn)化為壓鑄。使用壓鑄鋁鎂合金材料的方法不僅簡(jiǎn)化了生產(chǎn)過程的方向盤,也滿足輕量級(jí)的產(chǎn)品的需求。 3.1.2 方向盤設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)方向盤應(yīng)該滿足以下基本要求: （1）發(fā)生正面碰撞時(shí)，應(yīng)盡可能少地?fù)p傷駕駛員; （2）切勿在儀表板上妨礙駕駛員對(duì)儀表的查看; （3）有良好的耐磨性能； （4）不易燃燒，不反光。 3.1.3 難點(diǎn)及解決方案 方向盤設(shè)計(jì)的難點(diǎn)主要有一下幾點(diǎn)： （1）方向盤材質(zhì)的選擇；方向盤的材質(zhì)一般要求阻燃、不反光以及耐磨。 （2） 方向盤布置位置的確定；方向盤的布置位置直接決定了駕駛員操作的舒適性，布置方向盤位置時(shí)需通過人機(jī)工程來優(yōu)化布置位置，同時(shí)還需滿足國(guó)家對(duì)方向盤的一系列要求。 （3）方向盤與其他元件的集成設(shè)計(jì)。目前主要集成在方向盤上的是喇叭操縱開關(guān)和安全氣囊。也有一部分車輛將其他的控制開關(guān)集成在方向盤之上。因此合理的優(yōu)化及布置相關(guān)集成部件才能滿足使用要求。 （4）個(gè)性化設(shè)計(jì)。目前個(gè)性化是年輕人追求的目標(biāo)，為了提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力，需對(duì)方向盤進(jìn)行美學(xué)設(shè)計(jì)。 3.2 方向盤萬向轉(zhuǎn)動(dòng)節(jié)設(shè)計(jì) 萬向萬向節(jié)是實(shí)現(xiàn)可變角度的動(dòng)力傳遞的一部分，用于需要改變驅(qū)動(dòng)軸方向的位置，它是“接合”部分的汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的通用傳動(dòng)裝置。萬向節(jié)和傳動(dòng)軸的組合被稱為萬向節(jié)驅(qū)動(dòng)。在前引擎后輪驅(qū)動(dòng)車，通用的聯(lián)合驅(qū)動(dòng)裝置安裝在變速器輸出軸和驅(qū)動(dòng)軸主減速器輸入軸上;前輪驅(qū)動(dòng)的前輪驅(qū)動(dòng)車輛是驅(qū)動(dòng)軸，通用關(guān)節(jié)安裝在車軸和輪子之間，驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向都有責(zé)任。 3.2.1 萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析 在扭轉(zhuǎn)方向上沒有明顯彈性的通用關(guān)節(jié)。它可以分為不平等的通用關(guān)節(jié)，準(zhǔn)恒速通用關(guān)節(jié)和恒速通用關(guān)節(jié)。本文件中萬向節(jié)的設(shè)計(jì)，主要的繼電器驅(qū)動(dòng)件與方向盤轉(zhuǎn)矩和變速器轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和不滿意關(guān)系，因此可選擇簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)低成本的十字軸萬向節(jié)。 十字軸萬向節(jié)的基本結(jié)構(gòu)通常由十字軸、兩個(gè)軛和滾針軸承組成。兩個(gè)萬向節(jié)排列的孔軸在橫軸上的兩雙。為了減少摩擦損耗，提高效率，軸頸上的針筒是由針和袖子組成的。然后把袖子固定在通用的關(guān)節(jié)叉上防止萬能關(guān)節(jié)叉在離心力下產(chǎn)生。因此，當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸可以與軸旋轉(zhuǎn)，并且可以在軸中心周圍的任何方向擺動(dòng)。目前，滾針軸承最常見的軸向方向?yàn)楦采w型、環(huán)型、滑動(dòng)固定和塑料環(huán)定位。 3.2.3 萬向傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和受力分析 當(dāng)輸入軸和輸出軸之間的角度時(shí)，單個(gè)萬向節(jié)十字軸軸線相對(duì)于輸入軸的輸出不是恒速旋轉(zhuǎn)。為了給輸入軸和輸出軸的相同的速度，可以使用雙卡登驅(qū)動(dòng)，但必須確保連接到兩個(gè)通用關(guān)節(jié)叉的傳動(dòng)軸上，這是同一架飛機(jī)上的，并使通用關(guān)節(jié)角度相等。 雙宇宙聯(lián)合傳輸，直接連接到輸入輸出軸的通用關(guān)節(jié)叉，這是由相應(yīng)的軸向力平衡所支撐的，徑向力應(yīng)該是在針輥軸承的底部，在輸入軸的輸出軸上引起了一種反應(yīng)。 3.2.4 萬向節(jié)設(shè)計(jì) 十字軸的損傷形式主要包括十字軸直徑和針管的磨損，橫軸和滾輪軸承碗的工作表面有凹痕和剝落。橫軸的主要破壞方式為周頸骨折，保證有足夠的抗彎強(qiáng)度。 設(shè)十字軸軸頸中點(diǎn)處所受到的力為F，則 F= T12rcosα （3-1） 式中：T1—萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)計(jì)算扭矩，這里選取T1=Mh=200 N*m； r—合力作用線到十字軸中心的距離，計(jì)算時(shí)取r=0.05m α—主、從動(dòng)叉的最大夾角，計(jì)算時(shí)取α=30° 經(jīng)計(jì)算F=5657.71N 十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力σw和切應(yīng)力τ應(yīng)滿足 σw=≤[σw] （3-2） τ=≤[τ] （3-3） 直徑d1 = 38。2毫米直徑在橫軸的直徑上，橫軸的油路的直徑是d2 = 10毫米，而作用力F的作用力線是在距離s = 14毫米的距離，而彎曲壓力的允許值是250 - 350mpa，這是剪切壓力的允許值。為80-120 Mpa經(jīng)計(jì)算滿足強(qiáng)度要求。 4 常見異響故障分析與維修 4.1 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器異響統(tǒng)計(jì) 轉(zhuǎn)向機(jī)是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心部件，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)決定轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的故障模式主要是轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向，方向，方向，方向，方向偏差，以及偏差。這是最常見的在指導(dǎo)的過程。轉(zhuǎn)向齒輪和齒條是最常見的轉(zhuǎn)向裝置，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，體積小，重量輕，生產(chǎn)成本低，傳動(dòng)效率高，目前，在小型貨車和汽車上廣泛使用。 在轉(zhuǎn)向裝置的工作中，異常的噪音是一個(gè)常見的錯(cuò)誤，噪音會(huì)導(dǎo)致司機(jī)或機(jī)組人員的不舒服。不同的原因表明，齒輪齒條轉(zhuǎn)向裝置在設(shè)計(jì)，加工和裝配過程中可能有缺陷。因此，如何提高齒輪齒輪式轉(zhuǎn)向機(jī)的轉(zhuǎn)向性能，消除噪音是研究底盤轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的主要課題之一。 圖5-1給出了某公司統(tǒng)計(jì)的轉(zhuǎn)向器異響售后維修數(shù)據(jù)，從圖5-1中可以看出轉(zhuǎn)向器異響主要由幾方面引起的：1、齒條銹蝕卡滯；2、齒輪齒條嚙合過程異響；3、小齒輪異響；4、導(dǎo)套位置異響；5、拉桿異響等原因。下面就齒輪齒條式機(jī)械轉(zhuǎn)向器工作過程中最常見的幾種異響故障進(jìn)行分類分析。 圖5-1 轉(zhuǎn)向器異響售后維修數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)向器異響類型 齒條銹蝕卡滯 齒輪齒條嚙合過程異響 小齒輪異響 導(dǎo)套位置異響 拉桿異響 其他 占比 58.5% 22% 14% 2% 0.5% 3% 4.2 齒條銹蝕卡滯造成卡滯異響 齒輪銹蝕卡滯造成異響主要表現(xiàn)在；車輛在下線入庫前，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)均能正常工作，用戶使用一段時(shí)間后反饋，在車輛轉(zhuǎn)向過程中出現(xiàn)卡滯和異響。更換轉(zhuǎn)向器后故障消失，故判斷轉(zhuǎn)向器異響。 通過對(duì)故障零件的檢測(cè)和分析，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向機(jī)內(nèi)有更多的泥水。轉(zhuǎn)向齒條嚴(yán)重銹蝕，導(dǎo)致出現(xiàn)轉(zhuǎn)向過程出現(xiàn)卡滯和異響。通過對(duì)轉(zhuǎn)向器進(jìn)一步分拆檢和分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)向器殼體與伸縮膠套的連接位置普遍出現(xiàn)卡箍松動(dòng)的現(xiàn)象。車輛在行駛過程中，經(jīng)過泥濘路段時(shí)泥水首先從該位置深入轉(zhuǎn)向殼體，再進(jìn)入轉(zhuǎn)向齒條及轉(zhuǎn)向橫拉桿球銷位置，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向齒條齒形面及橫拉桿球銷位置出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕。由于轉(zhuǎn)向齒條齒形面銹蝕，從而影響小齒輪與齒條的嚙合過程，最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)向過程出現(xiàn)卡滯和異響問題。針對(duì)轉(zhuǎn)向器進(jìn)入泥水的問題制定了相應(yīng)的解決措施：a）、對(duì)轉(zhuǎn)向器殼體與伸縮膠套的連接位置進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，加大橫拉桿卡槽寬度，增加密封面積。b）、更改卡箍結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)其密封性。采用專用的彈簧卡箍代替普通的卡箍。 4.3 小齒輪竄動(dòng)造成的異響 出現(xiàn)此故障時(shí)主要現(xiàn)象為：個(gè)別車輛在通過試車跑到的比利時(shí)石塊路面時(shí)，有異響聲從底盤傳出。在更換專線器后異響消失。故障判斷為轉(zhuǎn)向器異響。對(duì)轉(zhuǎn)向器故障件進(jìn)行拆檢，并對(duì)各子部件尺寸進(jìn)行測(cè)量和分析發(fā)現(xiàn)，球軸承層厚度，" C "形狀障礙環(huán)的安裝尺寸，" C "形狀的" C "形狀的隔板的厚度不耐受性，導(dǎo)致了" C型"的" C "形的洞，在轉(zhuǎn)向的方向上有一個(gè)" C "形狀的擋板，在轉(zhuǎn)向的時(shí)候，小的和中型的齒輪通常會(huì)在軸向力的作用下跳躍而下。球軸承與“C”形擋圈相互撞擊發(fā)生異響。 原機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向器小齒輪上的球軸承靠標(biāo)注孔用“C”形擋圈固定在殼體內(nèi)，本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可加工性好，裝配簡(jiǎn)單，但為了保證孔與“C”形擋板環(huán)組件的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)必須在滾珠軸承內(nèi)，“C”形擋板縫隙之間的空隙間距為0.2 mm;然而，由于滾珠軸承的厚度、殼體的“C”形狀的安裝位置和“C”形保持環(huán)的厚度，存在制造誤差。當(dāng)這些公差在極限狀態(tài)時(shí)，最高權(quán)限可以達(dá)到0。47mm。當(dāng)轉(zhuǎn)向器工作時(shí)，齒輪在軸向力作用下運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致異常響聲。 為了解決這一問題，關(guān)鍵是要在擋環(huán)安裝間隙之間以“C”形的形式優(yōu)化滾珠軸承孔，最大限度地減少帶“C”形的滾珠軸承和擋圈之間的孔間距，如果兩者之間沒有間隙，效果最好。通過研究和計(jì)算，優(yōu)化了“C”塊的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)外殼的安裝尺寸。只要是軸承的厚度，外殼的" C "形狀的環(huán)式安裝位置的大小，" C "的形狀就像" C "的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)誤差的設(shè)計(jì)上的誤差，以確保" C "形狀的擋板上的滾珠軸承和洞之間沒有空隙?！癈”型擋板環(huán)安裝槽內(nèi)孔的結(jié)構(gòu)，與固定環(huán)槽的位置相同，使球軸承殼層厚度、“C”型擋板環(huán)安裝位置大小、“C”型擋板環(huán)制造誤差的厚度、“C”形擋板的厚度、“C”形狀的擋板在“C”形的作用下，以“C”形狀的滾珠軸承調(diào)整開口尺寸，在“C”形上，通過“C”形在殼體上與倒角槽接觸，你可以保證“C”形狀，在擋圈和滾珠軸承之間沒有間隙，這樣的齒輪不會(huì)產(chǎn)生軸向運(yùn)動(dòng)，異響問題也就迎刃而解了。 4.4 齒輪與齒條嚙合間隙過大造成的異響 出現(xiàn)此故障時(shí)主要現(xiàn)象為：根據(jù)反饋，個(gè)別車輛在下線檢測(cè)是發(fā)現(xiàn)，左右打方向盤時(shí)底盤轉(zhuǎn)向器部位發(fā)出異響，更換轉(zhuǎn)向器后故障消失，因此判斷為轉(zhuǎn)向器異響。轉(zhuǎn)向器通過調(diào)整螺塞來控制齒輪與齒條之間的嚙合間隙，對(duì)故障件進(jìn)行拆檢和分析發(fā)現(xiàn)，齒輪齒條轉(zhuǎn)動(dòng)過程有松曠現(xiàn)象，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩較小。測(cè)量齒輪齒條間隙嚙合間隙為0.13mm左右。通過調(diào)節(jié)修整螺塞，將嚙合間隙調(diào)整到0.08mm后，異響聲消除。由此確定，故障原因?yàn)辇X輪齒條嚙合間隙超差，導(dǎo)致傳動(dòng)過程齒輪齒條間發(fā)出異響。 在轉(zhuǎn)向器總成裝配過程中，通過調(diào)整螺塞的調(diào)節(jié)，嚴(yán)格講齒輪齒條間嚙合間隙控制在0.08mm以內(nèi)，同時(shí)調(diào)整螺塞下端的壓緊彈簧剛度對(duì)嚙合間隙有直接的影響，需要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的控制。在此基礎(chǔ)上，增加設(shè)備對(duì)轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)動(dòng)力矩波動(dòng)值100%的在線監(jiān)控，可以觀察齒輪齒條的嚙合情況。采取以上措施后，可以經(jīng)齒輪齒條的嚙合間隙控制在設(shè)計(jì)公差范圍內(nèi)，避免在嚙合和傳動(dòng)的過程中出現(xiàn)的異?；虬l(fā)出異響聲。 5 結(jié)論 本課題首先介紹了汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，以及設(shè)計(jì)的背景和意義，通過對(duì)齒輪和齒條式轉(zhuǎn)向裝置的研究，做出了對(duì)齒輪齒條型轉(zhuǎn)向齒輪類型的選擇，然后分析了齒輪齒條式轉(zhuǎn)向齒輪的優(yōu)缺點(diǎn)，各種裝備和機(jī)架類型的重定向應(yīng)用。根據(jù)原始數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳輸比率計(jì)算了齒輪架的幾何參數(shù)是確定的。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向機(jī)的總體設(shè)計(jì)、力分析、對(duì)齒條疲勞強(qiáng)度的檢查和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。修正小齒輪式轉(zhuǎn)向機(jī)不合理數(shù)據(jù)。在齒輪齒條式轉(zhuǎn)向裝置的設(shè)計(jì)之后，通過受力分析和計(jì)算完成了對(duì)轉(zhuǎn)向操縱裝置及傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，利用CAD繪制出零件圖以及裝配圖。 然后基于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常見的異響故障進(jìn)行了分析，提出了相關(guān)的策略，技術(shù)措施，通過實(shí)際檢驗(yàn)，較好的解決了異響問題。 參考文獻(xiàn) [1] 王望予 張建文 汽車設(shè)計(jì) [M].第4版.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社.2004.08. 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[19] 趙世琴,黃宗益,陳明.慣性式同步器的結(jié)構(gòu)分析[J].《起重運(yùn)輸機(jī)械》2000 (5). 致謝 經(jīng)過三個(gè)多月的努力，在史老師細(xì)心的指導(dǎo)下，我終于完成了我的任務(wù)，也給我的大學(xué)劃上一個(gè)圓滿的句號(hào)，更為即將踏上的旅程劃出一道新的起跑線。 設(shè)計(jì)的目的是要我們把四年來學(xué)到的知識(shí)融匯貫通，緊密聯(lián)系在一起。只有做到這些，才能夠真正地層掌握住這些知識(shí)。只有這樣，才能夠合格地走上工作崗位。同時(shí)通過這次設(shè)計(jì)也可以檢驗(yàn)自已的學(xué)習(xí)成果。 設(shè)計(jì)給我最大的收獲是做設(shè)計(jì)要嚴(yán)謹(jǐn)和耐心。機(jī)械設(shè)計(jì)做的是毫米級(jí)別的工作，即使是平常的那些小錯(cuò)誤都可能在實(shí)際工程、生產(chǎn)中造成嚴(yán)重的事故，導(dǎo)致失之毫里、差之千里的結(jié)果，大部分的尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)都有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，不能憑著感覺做設(shè)計(jì)，那樣是靠不住的，所以一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度是作為一個(gè)設(shè)計(jì)者所必須的；其次，做設(shè)計(jì)要經(jīng)常性地更正數(shù)據(jù)、換結(jié)構(gòu)、選方案，這些都是非常需要時(shí)間和精力的，而且有時(shí)候是繁瑣的，這也同樣要求我們要有很好的耐心，否則，容易煩躁，無法做出好的成果。 通過真誠(chéng)的合作，我們小組順利完成了畢業(yè)的設(shè)計(jì)。由于缺乏經(jīng)驗(yàn),錯(cuò)誤是不可避免的,我希望老師和同學(xué)可以批評(píng)和糾正我的錯(cuò)誤。指出其中的問題，以便我能及時(shí)改正，幫助我的成長(zhǎng)，避免以后走上工作崗位后再犯同樣的錯(cuò)誤。