循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計

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1、畢業(yè)論文畢業(yè)論文論文題目： 循環(huán)球式轉(zhuǎn)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計向器的設(shè)計作者姓名： 孫飛孫飛班級學(xué)號： 系 部： 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計與機(jī)械設(shè)計與制造制造指導(dǎo)教師： 2013 年年11 月月 29日1目錄摘要 .1 緒論 .1 1.1 課題背景 .1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .2 1.3 研究目的及意義 .3 1.4 研究內(nèi)容和設(shè)計方法 .32 轉(zhuǎn)向器的設(shè)計 .4 2.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡介 .4 2.2 機(jī)械轉(zhuǎn)向系 .5 2.2.1 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) .6 2.2.2 轉(zhuǎn)向器 .7 2.2.3 轉(zhuǎn)向傳動機(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 傳動比的變化特性

2、 .10 2.4 主要尺寸參數(shù)的選擇 .12 2.4.1 螺桿、鋼球、螺母傳動副設(shè)計 .14 2.4.2 齒條、齒扇傳動副設(shè)計 .16 2.5 轉(zhuǎn)向器的計算和校核.17 2.5.1 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件的強(qiáng)度計算.17 2.5.2 轉(zhuǎn)向搖臂軸直徑的確定 .193 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 .224 結(jié)論 .23參考文獻(xiàn) .24I輕型越野車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計 摘要摘要 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，對它進(jìn)行深入的研

3、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，具有較高的傳動效率，操縱輕便，磨損較小，使用壽命長，近年來得到廣泛使用。根據(jù)現(xiàn)用的國家標(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)計的原則設(shè)計一款循環(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)代越野車的國家標(biāo)準(zhǔn)要求。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 循環(huán)球 轉(zhuǎn)向器 設(shè)計 分析 越野車11 1 緒論緒論1.11.1 課題背景課題背景轉(zhuǎn)向器又名轉(zhuǎn)向機(jī)、方向機(jī)，它是轉(zhuǎn)向系中最重要的部件。轉(zhuǎn)向器的作用是：增大轉(zhuǎn)向盤傳到轉(zhuǎn)向傳動機(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

4、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（無助力）和動力式（有助力）兩種，其中動力轉(zhuǎn)向器又可以分為氣壓動力式、液壓動力式、電動助力式、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)是一對相互嚙合的小齒輪和齒條。轉(zhuǎn)向軸帶動小齒輪旋轉(zhuǎn)時，齒條便做直線運(yùn)動。有時，靠齒條來直接帶動橫拉桿，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件，曲柄銷為從動件的

5、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，通過轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動蝸桿、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，從而帶動曲柄和轉(zhuǎn)向垂臂擺動，再通過轉(zhuǎn)向傳動機(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)動變?yōu)闇u輪蝸桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，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)動變?yōu)橹本€運(yùn)動，螺母再與扇形齒輪嚙合，直線運(yùn)動再次變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動，使連桿臂搖動，連桿臂再使連動拉桿和橫拉桿做直線運(yùn)動，改變車輪的方向。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的原

6、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，而在螺紋與螺紋之間夾入了鋼球以減小阻力，所有鋼球在一個首尾相連的封閉的螺旋曲線內(nèi)循環(huán)滾動，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，汽車已經(jīng)融入我們的生活，我國的經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷增強(qiáng)，人民生活水平大幅度提高，同時也反映出民族汽車工業(yè)的巨大進(jìn)步?，F(xiàn)在我國已經(jīng)成為世界五大汽車強(qiáng)國。2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

7、專業(yè)化、系列化生產(chǎn)的局面。有資料顯示，國外有很多國家的轉(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，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 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。1綜合上述對有關(guān)轉(zhuǎn)向器品種的使用分析,得出以下結(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，美國和日本

8、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%左右，有繼續(xù)發(fā)展之勢；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)向器占的比重越來越大，日本裝用不同類型發(fā)動機(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)

9、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)計具有很重要的意義，其應(yīng)用前景也非常的好。1.21.2 國內(nèi)外研究國內(nèi)外研究現(xiàn)狀現(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)向器殼體等組成。因螺母與螺桿之間沒有滑動摩擦，只有鋼球與螺桿及螺母之間的滾動摩擦，所以循 2環(huán)球式轉(zhuǎn)向器具有較高的傳動效率，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

10、多缺點(diǎn)，因此逐漸被齒輪齒條式取代。但隨著動力轉(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，正向傳動效率很高（最高可達(dá) 9095%），操縱輕便，使用壽命長，各種優(yōu)勢逐漸得到體現(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接觸來傳遞轉(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)計成具有等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，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3損后可以重新調(diào)整間隙，使之具有合適的轉(zhuǎn)向器傳動間隙，從而提高轉(zhuǎn)向器壽

11、命，因此采用日益廣泛。我國的轉(zhuǎn)向器也在向大量生產(chǎn)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器發(fā)展。1.31.3 研究目的及研究目的及意義意義本次畢業(yè)設(shè)計主要是針對汽車循環(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)計和其他相關(guān)書籍中關(guān)于轉(zhuǎn)向器的理論知識設(shè)計一款循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，確定其相關(guān)參數(shù)，使設(shè)計出的轉(zhuǎn)向器符合使用要求。本文通過對一款循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計，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)計基礎(chǔ)。1.41.4 研究內(nèi)容和研究內(nèi)容和設(shè)計設(shè)計方法方法研究內(nèi)容：（1） 調(diào)研收集課題相關(guān)資料。結(jié)合畢業(yè)設(shè)計課題進(jìn)行必要的文獻(xiàn)檢索，查閱、收集、整理、歸納技術(shù)文獻(xiàn)和科技情報資料；（2） 深入學(xué)習(xí)并掌握汽車設(shè)計、汽

12、車構(gòu)造等專業(yè)知識；了解循環(huán)球轉(zhuǎn)向器設(shè)計的指導(dǎo)思想和設(shè)計原則；（3） 掌握汽車設(shè)計的方法和步驟，參考有關(guān)資料、手冊和標(biāo)準(zhǔn)，對各總成部件進(jìn)行選型、計算、校核等；（4） 計算循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要參數(shù)，并對其重要部件進(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)計方法：根據(jù)設(shè)計中已知參數(shù)并結(jié)合理論知識，分析并計算得到循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，然后利用相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式對轉(zhuǎn)向器的重要部件進(jìn)行強(qiáng)度校核，校核的結(jié)果不符合國家相關(guān)要求則需要重新計算，當(dāng)結(jié)果滿足要求的時候，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

13、設(shè)計工作。42 2 轉(zhuǎn)向器的設(shè)轉(zhuǎn)向器的設(shè)計計2.12.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡介介轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來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)動轉(zhuǎn)向盤，經(jīng)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(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。采用動力轉(zhuǎn)向的汽車還裝有動力系統(tǒng)，并借助此系統(tǒng)來減輕駕駛員的手力。按照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) GB17675-1999 和汽車設(shè)計可知4，其轉(zhuǎn)向器的設(shè)計要求如下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） 不得裝用全動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。（4） 轉(zhuǎn)向時轉(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

14、度且堅固耐用，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 80kmh（設(shè)計車速計）的車速行駛時，駕駛員必須能在不做異常轉(zhuǎn)向修正的條件，保持汽車直線行駛。（9） 以 10kmh 車速、24m 轉(zhuǎn)彎直徑前行轉(zhuǎn)彎時，不帶助力時轉(zhuǎn)向力應(yīng)小于 245N，帶助力轉(zhuǎn)向但助力轉(zhuǎn)向失效時，其轉(zhuǎn)向力應(yīng)小于 588N，機(jī)動動作時間正常情況下不得大于4s，

15、帶助力轉(zhuǎn)向但助力失效時不得大于65。左右兩個方向都要試驗(yàn)。（10） 當(dāng)汽車前行向左或向右轉(zhuǎn)彎時，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)向裝置本身無獨(dú)立的輔助動力源時，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。5（13） 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所有零部件的設(shè)計、結(jié)構(gòu)和安裝，必須保證駕駛員正常操作時不會鉤掛駕駛員的衣服和飾物；不得有撞車時會加重駕駛員傷害的粗糙表面或尖銳棱角，維修保養(yǎng)時應(yīng)該容易接近。2.22.2 機(jī)械轉(zhuǎn)向系機(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

16、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)向傳動機(jī)構(gòu)三大部分組成。（如圖 2-1）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)向傳動軸這一系列零件即屬于轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)。作為減速傳動裝置的轉(zhuǎn)向器中有 1、2 級減速傳動副（圖中所示轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向器為單級減速傳動副）。經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大后的力矩和減速后的運(yùn)動傳到轉(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

17、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)向傳動機(jī)構(gòu)。62.2.1 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)動轉(zhuǎn)向盤的操縱力傳給轉(zhuǎn)向器6。1.輪圈 2.輪輻 3.輪轂圖 2-2 方向盤7圖 2-3 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)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)動到直線運(yùn)動(或近似直線運(yùn)動)的一組齒輪機(jī)構(gòu)，同時也是轉(zhuǎn)向系中的減速傳動裝置。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。8圖 2-4 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器循環(huán)球式轉(zhuǎn)向

18、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?？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。

19、通過大量鋼球的滾動接觸來傳遞轉(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)計成具有等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，這也是它應(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。9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

20、桿則插在金屬塊的孔內(nèi)。轉(zhuǎn)動方向盤時，它便會轉(zhuǎn)動螺栓。由于螺栓與金屬塊之間相對固定，因此旋轉(zhuǎn)時，它不會像普通螺栓那樣鉆入金屬塊中，而是帶動金屬塊旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動轉(zhuǎn)動車輪的齒輪。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)動時，這些滾珠將循環(huán)轉(zhuǎn)動。滾珠軸承有兩個作用：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，則會在轉(zhuǎn)動方向盤時感覺到。而如果轉(zhuǎn)向器中沒有滾珠，輪齒之間會暫時脫離，從而造成方向盤松動。循環(huán)球式系統(tǒng)中的動力轉(zhuǎn)向工作原理與齒條齒輪式系統(tǒng)類似。其輔助動力也是通過向金屬塊一側(cè)注入高壓液體來提供的。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對汽車的行駛安全至關(guān)重要，因此汽車

21、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的零件都稱為保安件。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式之一，一般有兩級傳動副，第一級是螺桿螺母傳動副，第二級是齒條齒扇傳動副。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，其間裝有多個鋼球，以實(shí)現(xiàn)滾動摩擦。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。螺母側(cè)面有兩對通孔，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側(cè)面的一對通孔中。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(dú)立的封閉的鋼球“流道”。轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)動時

22、，通過鋼球?qū)⒘鹘o轉(zhuǎn)向螺母，螺母即沿軸向移動。同時，在螺桿及螺母與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”。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)，不會脫出。102.2.3 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的功用是將轉(zhuǎn)向器輸出的力和運(yùn)動傳到轉(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)向時車輪與地面的相對滑動盡可能小。2.32.3 轉(zhuǎn)向系主要轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)性能參數(shù)2.3.1 轉(zhuǎn)向器的效率功率從轉(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，用符號表示，1P；反之則稱為逆效率，用符號表示，。式中為轉(zhuǎn)向121/ )(P

23、PP 323/ )(PPP 器中的摩擦功率；為轉(zhuǎn)向搖臂軸上的功率。為了保證轉(zhuǎn)向時駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤輕便，2P3P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

24、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%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，對于蝸桿和螺桿類轉(zhuǎn)向器，其效率可用下式計算 （2-)tan(tan001）式中，為螺桿（或蝸桿）的螺線導(dǎo)程角：為摩擦角，；為摩擦因0farctanf數(shù)

25、。取為 7；取 0.03，；0f146. 1arctan f%7 .85)146. 17tan(7tan)tan(tan00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11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，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；如果長時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

26、能傳到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向器。該沖擊力由轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的零件承受，因而這些零件容易損壞。同時，它既不能保證車輪自動回正，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，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，駕駛員并不十分緊張，同時轉(zhuǎn)向傳動機(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算 （2-00tan)tan(2）%5 .837tan)146. 17tan(tan)tan(00式（2-1）和（2-2）表明：增加導(dǎo)程角，正、逆效率均增大

27、。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，逆效率為負(fù)值或者為零，此時表明該轉(zhuǎn)向0器是不可逆式轉(zhuǎn)向器。2.3.2 傳動比的變化特性(1) 轉(zhuǎn)向系傳動比 轉(zhuǎn)向系的傳動比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動比和轉(zhuǎn)向系的力傳動比。從輪胎接地面中心0ipi作用在兩個轉(zhuǎn)向輪上的合力與作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力之比，稱為力傳動比，即wF2hF （2-hwpFFi/23）轉(zhuǎn)向盤角速度與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度之比，稱為轉(zhuǎn)向系角傳動比，即 wk0i （2-kkkwdddtddtdi/04） 式中為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量；為轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量；為時間增量。它又由轉(zhuǎn)向器角dkddt傳動比和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)角傳動比所組成，即。iiiii0轉(zhuǎn)向

28、盤角速度與搖臂軸角速度之比，稱為轉(zhuǎn)向器角傳動比，即wpi12 （2-pppwdddtddtdi/5）式中，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。pd搖臂軸角速度與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度之比，稱為轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的角傳動比，即pki （2-LpLpkpdddtddtdi/6）(2) 力傳動比與轉(zhuǎn)向系角傳動比的關(guān)系輪胎與地面之間的阻力和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩之間有如下關(guān)系WFrM （2-aMFrW7）式中，為主銷偏移距，指從轉(zhuǎn)向節(jié)主銷軸線的延長線與支撐平面的交點(diǎn)至車輪中心平a面與支承平面交線間的距離。作用在方向盤上的手力可用下式表示hF （2-swhhDMF28）式中，為作用在轉(zhuǎn)向盤上

29、的力矩；為轉(zhuǎn)向盤直徑。hMSWD將式（2-3）和（2-4）帶入后得到hwpFFi/2 （2-aMDMihswrP9）分析式（2-5）可知，當(dāng)主銷偏移距小時，力傳動比應(yīng)取大些才能保證轉(zhuǎn)向輕便。api通常輕型越野車的值在0.40.6 倍輪胎的胎面寬度尺寸范圍內(nèi)選取。轉(zhuǎn)向盤直徑應(yīng)根aSWD據(jù)車型不同在 GB591186 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)計用原有車型的數(shù)據(jù)。如果忽略摩擦損失，根據(jù)能量守恒原理，可用下式表示hrMM /2 （2-02iddMMkhr10）將式（2-6）代入（2-5）后得到 （2-aDiiswP2011）當(dāng)和不變時，力傳動比越大，雖然轉(zhuǎn)向越輕，但也越大，表明轉(zhuǎn)向不靈

30、敏。aSWDpi0i(3) 轉(zhuǎn)向系的角傳動比0i轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)角傳動比，除用表示以外，還可以近似地用轉(zhuǎn)向節(jié)臂臂長kPddi/13與搖臂長之比來表示，即?，F(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)中，與的比值大2L1L12/LLddikP2L約在 0.851.1 之間，可近似認(rèn)為其比值為 1，則。由此可見，研究轉(zhuǎn)1Lddii/0向系的傳動比特性，只需研究轉(zhuǎn)向器的角傳動比及其變化規(guī)律即可。i(4) 轉(zhuǎn)向器角傳動比及其變化規(guī)律式（2-7）表明：增大角傳動比可以增加力傳動比。從可知，當(dāng)一定時，hwpFFi/2WF增大能減少作用在方向盤上的手力，使操縱輕便。pihF考慮到，由的定義可知：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)ii

31、00i向器角傳動比成反比。角傳動比增加后，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度對轉(zhuǎn)向盤角速度的影響應(yīng)變得遲鈍，使轉(zhuǎn)向操縱時間增長，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)向器的角傳動比，因結(jié)構(gòu)原因，螺距不能變化，但可用改變齒扇嚙合半Pri/2P徑的方法，使循環(huán)球齒條齒扇式轉(zhuǎn)向器實(shí)現(xiàn)變速比的目的。r2.42.4 主要尺寸參主要尺寸參數(shù)的選擇數(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

32、-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)/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)1213181415齒扇壓力角22302730切削角63063014730齒扇寬/mm2225252725283028-323438353815表 2-3

33、 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發(fā)動機(jī)排量ml500100018001600200020002000轎車前軸負(fù)荷/N3500380047007350700090008300110001000011000前軸負(fù)荷N300050004500750055001850070001950090002400017000370002300044000貨車和大客車最大裝載kg350100025002700350060008000表 2-4 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3.0207.938(

34、)165405.556()32722 306 30730223.5238.731()3211455.556()32722 306 307 30264.0259.525()83486.350()4122 306 307 30295.02910.319()3213627.144()32922 306 307 30356.03410.319()3213727.144()32922 306 307 30386.53810.319()3213827.144()32922 306 307 304216根據(jù)所選擇的齒扇模數(shù)，根據(jù)表（2-1）和表（2-4）選取對應(yīng)的參數(shù)為：鋼球直徑：7.144mm 螺距：9.

35、525mm 工作圈數(shù)：1.5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：22 30 切削角：6 30齒扇寬：27mm2.4.1 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D1D2DD1D2D 7圖 2-6 螺桿 鋼球 螺母傳動副在保證足夠的強(qiáng)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DD大，鋼球中心距也相應(yīng)增加，設(shè)計時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，D再進(jìn)行修正。 8螺桿外徑 D1 通常在 2038mm 范圍內(nèi)變化，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷的不同來選定，螺母內(nèi)徑應(yīng)大于，一般要求根據(jù)（表 2-

36、1）：得D=28mm 2D1DDDD%)10%5(12D2=30mm mm8 .30%1012DDD（2） 鋼球直徑 d及數(shù)量n鋼球直徑應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，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-dDWdDWn0cos12）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(dǎo)管中的鋼球數(shù)；為螺線導(dǎo)程角，常取=58，則；代入數(shù)值解得n=21。 9001cos0（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，見圖2-7，鋼球和滾道又17四點(diǎn)接觸，傳動時軸向間隙最小，可滿足轉(zhuǎn)向盤自由行程

37、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(yīng)大于鋼球半徑，一般取。在此我2R2/ddR)53. 051. 0(2們?nèi)L道半徑為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） 螺距和螺旋線導(dǎo)程角 P0轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動角，對應(yīng)螺母移動的距離 s為 (2-13)2ps 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 P導(dǎo)程角= 5 8取。與此同時

38、，齒扇節(jié)圓轉(zhuǎn)過的弧長等于，相應(yīng)搖臂軸轉(zhuǎn)0 70s過，其間關(guān)系可表示如下：p （2-rsp14）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(dǎo)得PPr2循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器角傳動比為pi (2-15)Pri2又根據(jù)表 2-1 有；mm2/rmz18z5 .402/185 . 42/r mz已知，可求出轉(zhuǎn)向器的角傳動比 P71.26525. 9/5 .402i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。5 . 2dPb（6） 工作鋼球圈數(shù) W18多數(shù)情況下，轉(zhuǎn)向器用兩個環(huán)路，而

39、每個環(huán)路的工作鋼球圈數(shù) W 又與接觸強(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，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(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

40、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。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(yīng)參考同類型汽車的轉(zhuǎn)向器選取鋼球直徑，dd并應(yīng)使之符合國家標(biāo)準(zhǔn)。鋼球直徑尺寸差應(yīng)不超過。顯然，大直徑的鋼球其承載d510128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n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(yàn)表

41、明在每個環(huán)路中以不大n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(yīng)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(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轉(zhuǎn)動，如圖 2-8 所示，相對于搖臂軸的中心有距離為1O1OO的偏心。這樣加工的齒扇在齒條的嚙合中由中間齒

42、轉(zhuǎn)向兩端的齒時，齒側(cè)間隙也逐漸加ns大，可表達(dá)為s （2-coscostan2tan22222nrnnrrsww16）式中徑向間隙；r嚙合角；齒扇的分度圓半徑；wr搖臂軸的轉(zhuǎn)角。19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(dāng)，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(dāng)?shù)闹?，以便wrn使齒條、齒扇傳動副兩端齒嚙合時，齒側(cè)間隙能夠適應(yīng)消除中間齒最大磨損量所形成的s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s齒扇各輪齒齒厚的辦法來實(shí)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

43、間齒 10槽大 0.200.30mm 即可。本次設(shè)計采用直齒齒輪。2.52.5 轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向器的計算和校核計算和校核2.5.1 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件的強(qiáng)度計算為了進(jìn)行強(qiáng)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 1120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(fù)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(jī)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(jī)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(qiáng)度。汽車在瀝青或者混凝土路面上的

44、原地轉(zhuǎn)向阻力矩（Nm）即 （2-pGfMR31317）f取0.7；為前軸負(fù)荷（N） ；輪胎氣壓（MPa） 。由查得的資料可知道 BJ2020前軸1Gp負(fù)荷 757Kg,因此；NG6 .74188 . 97571Mpap7 . 02 .178107 . 0)6 .7418(37 . 063RM確定計算載荷后，即可計算轉(zhuǎn)向系零件的強(qiáng)度。轉(zhuǎn)向系力傳動比： （2-aDiiswp2018）為轉(zhuǎn)向系角傳動比；0i71.260ii為轉(zhuǎn)向盤直徑取 435mm；SWD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aamm，所以5 .1072155 . 0a545 .107243571.2

45、6pi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WFRMNaMFRW7 .1657105 .1072 .1783max再根據(jù)可求出作用在方向盤上的手力hWpFFi2NiFFpWh4 .61547 .165722（1） 齒的彎曲應(yīng)力w齒扇齒的彎曲應(yīng)力為，許用彎曲應(yīng)力為26BsFhw MPaw540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。FhBs齒扇嚙合半徑；mmmzr5 .402/185 . 42/；B 取mmmhhhca125.105 . 425. 2)2(mmms07. 72/mm27NrMFR4400105 .402 .1783max21MP

46、aMPaBsFhw54006.19807. 727125.10440066222.5.2 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(qiáng)度極限由下式確定：RM0 （2-21）302 . 0RkMd式中，安全系數(shù)，根據(jù)使用條件可取2.53.5，取為3.0；kk轉(zhuǎn)向阻力矩，；RMmNMR2 .178扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限，；0MPa2000mmmkMdR7 .230237. 0102002 . 02 .17832 . 03630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(fù)荷大的汽車，則為 1

47、.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。 12223 3 二維工程圖二維工程圖3.13.1 二維工程圖二維工程圖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。23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。243.1.2 總裝圖的繪制圖 3-11 總裝配圖主視

48、圖圖 3-11 為最后將所有零件圖進(jìn)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(jìn)行組裝，畫出的總裝圖左視圖。254 4 結(jié)論結(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輕型越野車的需求。在現(xiàn)代越野車設(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(shí)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

49、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(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，達(dá)到了設(shè)計初衷。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 AUTO CAD 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。通過此次的輕型越野車循環(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

50、了自己綜合解決問題的能力。26 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 余志生主編.汽車?yán)碚揗.機(jī)械工業(yè)出版社.2006：23-272 陳家瑞主編.汽車構(gòu)造M（下冊）.人民交通出版社.2005：53-543 王望予主編.汽車設(shè)計M.機(jī)械工業(yè)出版社.2007：75-784 中國汽車技術(shù)研究中心標(biāo)準(zhǔn)化研究所.汽車標(biāo)準(zhǔn)匯編S.中國汽車技術(shù)研究中心標(biāo)準(zhǔn)化研究所.2002.5 濮良貴、紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計M.高等教育出版社.2006：57-596 孫桓、陳作模主編.機(jī)械原理M.高等教育出版社.2006：35-377 陳啟新.循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器螺桿-螺母總成裝配方法的選擇.汽車工藝與材料 J.2008. 29(03A)：19-2

51、18 朱福培、張楓念.循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計中的一些問題探討.汽車研究與開發(fā) J.2008. 14(06A)：67-689 鐘天飛.循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器導(dǎo)球特性.汽車工程J.2002.26(01A)：45-4710 王玉梅、劉亞梅、王立威、岳靜.微型汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器齒扇設(shè)計參數(shù)分析.長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報D(自然科學(xué)版).2005 年02 期.11 林世裕.循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的強(qiáng)度計算.拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車J. 2006. 34(04A)：56-5812 曾東建主編.汽車制造工藝學(xué)M.機(jī)械工業(yè)出版社.2006：98-10013 王望予主編.汽車設(shè)計M.機(jī)械工業(yè)出版社.2007：56-5814 孫桓、陳作模主編.機(jī)械原理M.高等教育出版社.2006：42-4315 朱福培、張楓念.循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計中的一些問題探討.汽車研究與開發(fā) J.2008. 14(06A)：45-52