587_輕型載重貨車(chē)設(shè)計(jì)(轉(zhuǎn)向系及前橋設(shè)計(jì))（有cad圖）
587_輕型載重貨車(chē)設(shè)計(jì)(轉(zhuǎn)向系及前橋設(shè)計(jì))（有cad圖）,輕型,載重,貨車(chē),設(shè)計(jì),轉(zhuǎn)向,前橋,cad
大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
（學(xué)生填表）
學(xué)院： 車(chē)輛與動(dòng)力工程學(xué)院 2013年 4月 15日
課題名稱(chēng)
輕型載貨汽車(chē)設(shè)計(jì)（轉(zhuǎn)向系及前橋設(shè)計(jì)）
學(xué)生姓名
專(zhuān)業(yè)班級(jí)
課題類(lèi)型
工程設(shè)計(jì)
指導(dǎo)教師
職稱(chēng)
課題來(lái)源
組合生產(chǎn)
1. 設(shè)計(jì)（或研究）的依據(jù)與意義
汽車(chē)在行駛過(guò)程中，需按駕駛員的意志經(jīng)常改變其行駛方向，即所謂汽車(chē)轉(zhuǎn)向。就輪式汽車(chē)而言，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)轉(zhuǎn)向的方法是，駕駛員通過(guò)一套專(zhuān)設(shè)的機(jī)構(gòu)，使汽車(chē)轉(zhuǎn)向橋（一般是前橋）上的車(chē)輪（轉(zhuǎn)向輪）相對(duì)于汽車(chē)縱軸線偏轉(zhuǎn)一定角度。在汽車(chē)直線行駛時(shí)，往往轉(zhuǎn)向輪也會(huì)受到路面?zhèn)认蚋蓴_力的作用，自動(dòng)偏轉(zhuǎn)而改變行駛方向。此時(shí)，駕駛員也可以利用這套機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪向相反方向偏轉(zhuǎn)，從而使汽車(chē)恢復(fù)原來(lái)的行駛方向。這一套用來(lái)改變或恢復(fù)汽車(chē)行駛方向的專(zhuān)設(shè)機(jī)構(gòu)，即稱(chēng)為汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（俗稱(chēng)汽車(chē)轉(zhuǎn)向系）。因此，汽車(chē)轉(zhuǎn)向系的功用是，保證汽車(chē)能按駕駛員的意志而進(jìn)行轉(zhuǎn)向行駛。
按轉(zhuǎn)向能源的不同，轉(zhuǎn)向系可分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系。轉(zhuǎn)向系以駕駛員的體力（手）作為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系，叫機(jī)械轉(zhuǎn)向系。兼用駕駛員體力和和發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系叫動(dòng)力轉(zhuǎn)向系。傳統(tǒng)的汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是機(jī)械轉(zhuǎn)向系，汽車(chē)的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)是由駕駛員操縱方向盤(pán)，通過(guò)轉(zhuǎn)向器和一系列的桿件傳遞到轉(zhuǎn)向車(chē)輪而實(shí)現(xiàn)的。普通的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建立在機(jī)械轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上，通常根據(jù)機(jī)械式轉(zhuǎn)向器形式可以分為：齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷(xiāo)式。常用的有兩種是齒輪齒條式和循環(huán)球式(用于需要較大的轉(zhuǎn)向力時(shí))。目前大部分低端轎車(chē)采用的就是齒輪齒條式機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。但是，隨著汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展，轎車(chē)的時(shí)速也也在快速提升。高速轎車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)的阻力矩比普通汽車(chē)要大得多，單靠選用角傳動(dòng)比較大的轉(zhuǎn)向器來(lái)提高機(jī)械轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)效率，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足轉(zhuǎn)向輕便和行車(chē)安全的 要求，機(jī)械轉(zhuǎn)向系也很難兼顧操縱省力和靈敏兩方面的要求。因此，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系的轉(zhuǎn)向加力裝置是以發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力為能源來(lái)增大駕駛員操縱轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向的力量，從而使操縱十分簡(jiǎn)單，同時(shí)選用傳動(dòng)比較小的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比，還能滿(mǎn)足轉(zhuǎn)向靈敏的要求。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2種。其中液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于工作壓力高（可達(dá)10Mp以上），部件尺寸很小，液壓系統(tǒng)工作時(shí)無(wú)噪聲，工作滯后時(shí)間短，而且能吸收來(lái)自不平路面的沖擊與振動(dòng)，在實(shí)際中應(yīng)用的最多，目前已在和各類(lèi)各級(jí)汽車(chē)上獲得廣泛應(yīng)用。
本課題就以機(jī)械轉(zhuǎn)向系為對(duì)向，介紹研究輕型車(chē)上機(jī)械式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，以及相關(guān)重要參數(shù)，總結(jié)大學(xué)期間學(xué)習(xí)的各科專(zhuān)業(yè)知識(shí)， 如機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造基礎(chǔ)以及液壓傳動(dòng)等，為以后工作打下實(shí)踐基礎(chǔ)。
2. 國(guó)內(nèi)外同類(lèi)設(shè)計(jì)（或同類(lèi)研究）的概況綜述
轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系主要構(gòu)成的關(guān)鍵零件，隨著電子技術(shù)在汽車(chē)中的廣泛應(yīng)用，轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)也有很大變化。從目前使用的普遍程度來(lái)看，主要的轉(zhuǎn)向器類(lèi)型有4種：有蝸桿銷(xiāo)式(WP型)、蝸桿滾輪式(WR型)、循環(huán)球式(BS型)、齒條齒輪式(RP型)。這四種轉(zhuǎn)向器型式，已經(jīng)被廣泛使用在汽車(chē)上。 據(jù)了解，在世界范圍內(nèi)，汽車(chē)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占45％左右，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器占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％。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器一直在穩(wěn)步發(fā)展。在西歐小客車(chē)中，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器有很大的發(fā)展。日本汽車(chē)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)越大，日本裝備不同類(lèi)型發(fā)動(dòng)機(jī)的各類(lèi)型汽車(chē)，采用不同類(lèi)型轉(zhuǎn)向器，在公共汽車(chē)中使用的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，已由60年代的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(chē)上已經(jīng)被淘汰)。大、小型貨車(chē)大都采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，但齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器也有所發(fā)展。微型貨車(chē)用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占65％，齒條齒輪式占35％。
我國(guó)的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)，除早期投產(chǎn)的解放牌汽車(chē)用蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器，東風(fēng)汽車(chē)用蝸桿肖式轉(zhuǎn)向器之外，其它大部分車(chē)型都采用循環(huán)球式結(jié)構(gòu)，并都具有一定的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。目前解放、東風(fēng)也都在積極發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，并已在第二代換型車(chē)上普遍采用了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。由此看出，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。
在國(guó)外，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器實(shí)現(xiàn)了專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)以專(zhuān)業(yè)廠為主、大力進(jìn)行試驗(yàn)和研究，大大提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。在日本“精工”(NSK)公司的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器就以成本低、質(zhì)量好、產(chǎn)量大，逐步占領(lǐng)日本市場(chǎng)，并向全世界銷(xiāo)售它的產(chǎn)品。德國(guó)ZF公司也作為一個(gè)大型轉(zhuǎn)向器專(zhuān)業(yè)廠著稱(chēng)于世。它從1948年開(kāi) 始生產(chǎn)ZF型轉(zhuǎn)向器，年產(chǎn)各種轉(zhuǎn)向器200多萬(wàn)臺(tái)。還有一些比較大的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)廠，如美國(guó)德?tīng)柛９維AGINAW分部；英國(guó)BURM#0；AN公司都是比較有名的專(zhuān)業(yè)廠家，都有很大的產(chǎn)量和銷(xiāo)售面。專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)已成為一種趨勢(shì)，只有走這條道路，才能使產(chǎn)品質(zhì)量高、產(chǎn)量大、成本低，在市場(chǎng)上有競(jìng)爭(zhēng)力。
齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，已成為當(dāng)今世界汽車(chē)上主要的兩種轉(zhuǎn)向器；而蝸輪蝸桿式轉(zhuǎn)向器和蝸桿肖式轉(zhuǎn)向器，正在逐步被淘汰或保留較小的地位。在小客車(chē)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(guò)90％；西歐則重點(diǎn)發(fā)展齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，比率超過(guò)50％，法國(guó)已高達(dá)95％。由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的種種優(yōu)點(diǎn)，在小型車(chē)上的應(yīng)用(包括小客車(chē)、小型貨車(chē)或客貨兩用車(chē))得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展；而大型車(chē)輛則以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為主要結(jié)構(gòu)。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)：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(chē)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(mǎn)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(guò)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)，這也是它應(yīng)用廣泛的原因之一。
齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉(zhuǎn)向器的質(zhì)量比較?。粋鲃?dòng)效率高達(dá)90%；齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙后，利用裝在齒條背部、靠近主動(dòng)小齒輪處的壓緊力可以調(diào)節(jié)的彈簧，能自動(dòng)消除間隙，這不僅可以提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度，還可以防止工作時(shí)產(chǎn)生沖擊和噪聲；轉(zhuǎn)向器占用體積??；制造成本低。
基于以上調(diào)查和轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器將是以后轉(zhuǎn)向器的發(fā)展的趨勢(shì)和潮流。
從汽車(chē)制造成本和轉(zhuǎn)向的要求分析，本次課程設(shè)計(jì)的是輕型載貨汽車(chē)的轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)由于考慮以下因素：
a.轉(zhuǎn)向器要提供輕便的方向控制，同時(shí)轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)角范圍不允許過(guò)大。這要求轉(zhuǎn)向器的自由行程盡可能小，傳動(dòng)比適當(dāng)，駕駛員主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)時(shí)的機(jī)械效率高?？赡苄枰?jiǎng)恿χΑ?
b.使地面對(duì)前輪的擾動(dòng)盡可能地被傳到轉(zhuǎn)向盤(pán)上，同時(shí)還要讓駕駛員能夠感覺(jué)到路面狀況的變化。這要求在前輪因受到地面干擾而試圖轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí)轉(zhuǎn)向器的機(jī)械效率適當(dāng)?shù)氐?，既逆效率適當(dāng)?shù)氐汀?
c.不能妨礙汽車(chē)完成轉(zhuǎn)向后、返回直線行駛狀態(tài)時(shí)的前輪自動(dòng)會(huì)正，這又要求轉(zhuǎn)向器的逆效率適當(dāng)?shù)馗摺?
d.停車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)的力應(yīng)該被減小到最低限度。為了使駕駛員能夠比較舒服地進(jìn)行停車(chē)轉(zhuǎn)向，一般要求采用動(dòng)力助力。停車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)所需要的轉(zhuǎn)向力一般是最大的。
e.使汽車(chē)具有良好的高速操縱穩(wěn)定性。這一般要求轉(zhuǎn)向器的自由行程、盡可能小，有適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)比和動(dòng)力助力。
綜上所述，本次課題選取循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器
3. 課題設(shè)計(jì)（或研究）的內(nèi)容
課題研究的主演內(nèi)容：
1.輕型汽車(chē)轉(zhuǎn)向器的方案論證；
2.轉(zhuǎn)向器的主要性能參數(shù)選擇；
3.轉(zhuǎn)向器各部件的設(shè)計(jì)計(jì)算；
4.轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的變化規(guī)律
5.轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計(jì)
6.轉(zhuǎn)向器的強(qiáng)度校核；
7.繪制零件圖及裝配圖
解決方法：
1.查閱資料確定輕型汽車(chē)即總質(zhì)量小于3500KG的M型和N型汽車(chē)所使用的轉(zhuǎn)向器的類(lèi)型。
2.確定轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比，轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)比。研究轉(zhuǎn)向器的正效率和逆效率。影響轉(zhuǎn)向器效率的因素有轉(zhuǎn)向器類(lèi)型和轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率。
3.查閱資料和學(xué)過(guò)的知識(shí)，根據(jù)選擇的性能參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算。
4.通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和查閱資料研究轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的變化規(guī)律
5.通過(guò)學(xué)過(guò)的知識(shí)完成轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計(jì)并進(jìn)行校核。
6.研究在EPS和非EPS兩種狀態(tài)下轉(zhuǎn)向器的受力情況，并對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。
7.用CAD繪圖軟件繪制所設(shè)計(jì)的零件圖和裝配圖。
4. 設(shè)計(jì)（或研究）方法
1.查閱資料確定輕型汽車(chē)即總質(zhì)量小于3500KG的M型和N型汽車(chē)所使用的轉(zhuǎn)向器的類(lèi)型。
2.確定轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比，轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)比。研究轉(zhuǎn)向器的正效率和逆效率。影響轉(zhuǎn)向器效率的因素有轉(zhuǎn)向器類(lèi)型和轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率。
3.查閱資料和學(xué)過(guò)的知識(shí)，根據(jù)選擇的性能參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算。
4.通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和查閱資料研究轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的變化規(guī)律
5.通過(guò)學(xué)過(guò)的知識(shí)完成轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計(jì)并進(jìn)行校核。
6.研究在EPS和非EPS兩種狀態(tài)下轉(zhuǎn)向器的受力情況，并對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。
7.用CAD繪圖軟件繪制所設(shè)計(jì)的零件圖和裝配圖。
5. 實(shí)施計(jì)劃
5——6周 調(diào)研，查閱資料，明確具體任務(wù)。
7——8周 討論，設(shè)計(jì)總體方案。
9——10周 完成主要總裝圖設(shè)計(jì)。
11——12周完成零、部件圖設(shè)計(jì)，并完成機(jī)繪圖。
13——14周 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
15周 整理圖紙及全部設(shè)計(jì)文件，最后交卷。
指導(dǎo)教師意見(jiàn)
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
教研室意見(jiàn)
教研室主任簽字： 年 月 日
輕型載重貨車(chē)設(shè)計(jì)(轉(zhuǎn)向系及前橋設(shè)計(jì))
摘 要
在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，是關(guān)于輕型載貨汽車(chē)的前橋及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本著力爭(zhēng)性能可靠，價(jià)優(yōu)，易造的設(shè)計(jì)構(gòu)想，同時(shí)也主要參照拖廠的同類(lèi)車(chē)型，努力去改造，去創(chuàng)新。
轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋是通過(guò)懸架和車(chē)相連，兩側(cè)安裝著從動(dòng)車(chē)輪，用以傳遞車(chē)架與車(chē)輪之間的各種力和力矩。汽車(chē)的轉(zhuǎn)向系是利用轉(zhuǎn)向節(jié)使車(chē)輪可以偏轉(zhuǎn)一定角度以實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的轉(zhuǎn)向。汽車(chē)的轉(zhuǎn)向系是用來(lái)改變或恢復(fù)汽車(chē)行駛方向的專(zhuān)設(shè)機(jī)構(gòu)，在行駛中起到重要作用。主要可分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系和電動(dòng)轉(zhuǎn)向系。其中電動(dòng)轉(zhuǎn)向系是未來(lái)汽車(chē)轉(zhuǎn)向系的發(fā)展方向。
綜合各種因素，本次設(shè)計(jì)采用采用轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)布置在前軸之后的整體式車(chē)橋和采用了正效率很高，操縱方便且使用壽命長(zhǎng)的機(jī)械式循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。本次設(shè)計(jì)包括對(duì)轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋結(jié)構(gòu)形式的選擇，主要是計(jì)算前軸、轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷(xiāo)、主銷(xiāo)上下軸承、轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承或止推墊片等在制動(dòng)和側(cè)滑兩種工況下的應(yīng)力校核。還包括轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)選擇及其設(shè)計(jì)計(jì)算并對(duì)轉(zhuǎn)向梯形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中水平有限，但希望能設(shè)計(jì)出一輛經(jīng)濟(jì)實(shí)用的輕型載貨汽車(chē)。
關(guān)鍵詞：運(yùn)輸車(chē)，前橋，主銷(xiāo)，轉(zhuǎn)向軸
I
THE DESIGNS OF THE STEERING SYSTEM AND
FRONT AXLE IN OWN UNLOAD AGRICULTURE
TRUCK TO TRANSPORT OF KD1080
ABSTRACT
In this graduated designs, my assignment is the light truck’s front axle and steering system. I shall try my best to design my assignment,I want the light truck’s capacity is secure and the price is low. It is also easy to make,at the same time,I refer to the light truck which made in YT factory.I want to improve and innovate it.
Steering front axle connects the frame by suspension.Driven wheel are installed at the sides of the fore axle,which transmits kinds of forces and torques into the wheels. The steering knuckle link to the front axle causes the front wheels to turn to the right or left .The steering system enables the driver to guide the automobile or wheeled tractor down the road and turn ringht or left.It is very important for the truck.there are mannnual steering,power steering and electric power steering.The electric power steering system will be the direction in the future.
In view of all the factors,I adopt the ladder-shaped organization assigns after the front axle and very efficient that can be handled easily and had long performance life steering box of the circulation ball type. The design includes selection of the structure of the fore axle but most calculate the streys inspection under the break and the second slide of front axle ,steering knuckle inserts, king pin and ball bearing, thrust bearing and stop last spacer. Still include choosing and designing aslo calculating and carrying on optimization design ladder-shapedly of steering. The level is limited in the design, but I hope to design a economical and practical agricultural light truck.
KEY WORDS: transporter, the front axle, king pin, steering shaft
III
主要符號(hào)表
量的名稱(chēng)
量的符號(hào)
單位
汽車(chē)前軸靜載荷
N
汽車(chē)質(zhì)心高度
mm
轉(zhuǎn)向阻力矩
Mr
N.mm
接觸應(yīng)力
σ
MPa
前輪承受的制動(dòng)力
N
前輪承受的垂直力
N
垂向彎矩
N.mm
水平彎矩
N.mm
車(chē)輪所受的重力
N
前輪輪距
B
mm
兩鋼板彈簧座中心距
S
mm
轉(zhuǎn)矩
T
N.mm
輪胎的滾動(dòng)半徑
mm
地面垂向反力
Z
N
地面?zhèn)认蚍戳?
Y
N
力偶矩
Q
N.mm
軸承的軸向載荷
N
軸承靜承載容量
KN
軸承當(dāng)量靜載荷
KN
轉(zhuǎn)向軸輸入功率
Kw
轉(zhuǎn)向器中的摩擦功率
Kw
效率
導(dǎo)程角
rad
附著系數(shù)
輕型載重貨車(chē)設(shè)計(jì)(轉(zhuǎn)向系及前橋設(shè)計(jì))
摘 要
在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，是關(guān)于輕型載貨汽車(chē)的前橋及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本著力爭(zhēng)性能可靠，價(jià)優(yōu)，易造的設(shè)計(jì)構(gòu)想，同時(shí)也主要參照拖廠的同類(lèi)車(chē)型，努力去改造，去創(chuàng)新。
轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋是通過(guò)懸架和車(chē)相連，兩側(cè)安裝著從動(dòng)車(chē)輪，用以傳遞車(chē)架與車(chē)輪之間的各種力和力矩。汽車(chē)的轉(zhuǎn)向系是利用轉(zhuǎn)向節(jié)使車(chē)輪可以偏轉(zhuǎn)一定角度以實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的轉(zhuǎn)向。汽車(chē)的轉(zhuǎn)向系是用來(lái)改變或恢復(fù)汽車(chē)行駛方向的專(zhuān)設(shè)機(jī)構(gòu)，在行駛中起到重要作用。主要可分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系和電動(dòng)轉(zhuǎn)向系。其中電動(dòng)轉(zhuǎn)向系是未來(lái)汽車(chē)轉(zhuǎn)向系的發(fā)展方向。
綜合各種因素，本次設(shè)計(jì)采用采用轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)布置在前軸之后的整體式車(chē)橋和采用了正效率很高，操縱方便且使用壽命長(zhǎng)的機(jī)械式循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。本次設(shè)計(jì)包括對(duì)轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋結(jié)構(gòu)形式的選擇，主要是計(jì)算前軸、轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷(xiāo)、主銷(xiāo)上下軸承、轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承或止推墊片等在制動(dòng)和側(cè)滑兩種工況下的應(yīng)力校核。還包括轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)選擇及其設(shè)計(jì)計(jì)算并對(duì)轉(zhuǎn)向梯形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中水平有限，但希望能設(shè)計(jì)出一輛經(jīng)濟(jì)實(shí)用的輕型載貨汽車(chē)。
關(guān)鍵詞：運(yùn)輸車(chē)，前橋，主銷(xiāo)，轉(zhuǎn)向軸
I
THE DESIGNS OF THE STEERING SYSTEM AND
FRONT AXLE IN OWN UNLOAD AGRICULTURE
TRUCK TO TRANSPORT OF KD1080
ABSTRACT
In this graduated designs, my assignment is the light truck’s front axle and steering system. I shall try my best to design my assignment,I want the light truck’s capacity is secure and the price is low. It is also easy to make,at the same time,I refer to the light truck which made in YT factory.I want to improve and innovate it.
Steering front axle connects the frame by suspension.Driven wheel are installed at the sides of the fore axle,which transmits kinds of forces and torques into the wheels. The steering knuckle link to the front axle causes the front wheels to turn to the right or left .The steering system enables the driver to guide the automobile or wheeled tractor down the road and turn ringht or left.It is very important for the truck.there are mannnual steering,power steering and electric power steering.The electric power steering system will be the direction in the future.
In view of all the factors,I adopt the ladder-shaped organization assigns after the front axle and very efficient that can be handled easily and had long performance life steering box of the circulation ball type. The design includes selection of the structure of the fore axle but most calculate the streys inspection under the break and the second slide of front axle ,steering knuckle inserts, king pin and ball bearing, thrust bearing and stop last spacer. Still include choosing and designing aslo calculating and carrying on optimization design ladder-shapedly of steering. The level is limited in the design, but I hope to design a economical and practical agricultural light truck.
KEY WORDS: transporter, the front axle, king pin, steering shaft
II
主要符號(hào)表
量的名稱(chēng)
量的符號(hào)
單位
汽車(chē)前軸靜載荷
N
汽車(chē)質(zhì)心高度
mm
轉(zhuǎn)向阻力矩
Mr
N.mm
接觸應(yīng)力
σ
MPa
前輪承受的制動(dòng)力
N
前輪承受的垂直力
N
垂向彎矩
N.mm
水平彎矩
N.mm
車(chē)輪所受的重力
N
前輪輪距
B
mm
兩鋼板彈簧座中心距
S
mm
轉(zhuǎn)矩
T
N.mm
輪胎的滾動(dòng)半徑
mm
地面垂向反力
Z
N
地面?zhèn)认蚍戳?
Y
N
力偶矩
Q
N.mm
軸承的軸向載荷
N
軸承靜承載容量
KN
軸承當(dāng)量靜載荷
KN
轉(zhuǎn)向軸輸入功率
Kw
轉(zhuǎn)向器中的摩擦功率
Kw
效率
導(dǎo)程角
rad
附著系數(shù)
目錄
前言 3
第一章 概述 3
第二章 從動(dòng)橋的方案確定 6
§2.1 從動(dòng)橋總體方案確定 6
第三章 轉(zhuǎn)向系的方案確定 8
§3.1 轉(zhuǎn)向系整體方案確定 8
§3.2 轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式及選擇 8
§3.3 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)及工作原理 9
第四章 從動(dòng)橋的設(shè)計(jì)計(jì)算 11
§4.1從動(dòng)橋主要零件尺寸的確定 11
§4.2 從動(dòng)橋主要零件工作應(yīng)力的計(jì)算 11
§4.3 在最大側(cè)向力(側(cè)滑)工況下的前梁應(yīng)力計(jì)算 13
§4.4 轉(zhuǎn)向節(jié)在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的應(yīng)力計(jì)算 15
§4.5 主銷(xiāo)與轉(zhuǎn)向節(jié)襯套在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的應(yīng)力計(jì)算 16
§4.6轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承的計(jì)算 19
第五章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 20
§5.1 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù) 20
§5.1.1轉(zhuǎn)向器的效率 20
§5.1.2傳動(dòng)比的變化特性 20
§5.2 主要參數(shù)的確定 21
§5.2.1 給定的主要計(jì)算參數(shù) 21
§5.2.2 選擇主要轉(zhuǎn)向參數(shù) 21
§5.2.3 車(chē)輪的左右最大轉(zhuǎn)角確定 22
§5.3 轉(zhuǎn)向梯形的選擇設(shè)計(jì) 23
§5.4 轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化 24
§5.5 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 27
§5.5.1 轉(zhuǎn)向器（循環(huán)球式）的效率 27
§5.5.2 主要參數(shù)的選擇 27
§5.5.3 螺桿、鋼球和螺母?jìng)鲃?dòng)副 28
§5.5.4 齒條、齒扇傳動(dòng)副設(shè)計(jì) 29
§5.6 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)確定 30
§5.6.1 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比 30
§5.5.2 轉(zhuǎn)向盤(pán)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)n 30
§5.6 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件強(qiáng)度的校核 31
§5.6.1鋼球與滾道間的接觸應(yīng)力 31
§5.6.2齒的彎曲應(yīng)力 32
§5.7 轉(zhuǎn)向系其他元件的選擇及材料的確定 32
第六章 轉(zhuǎn)向系主要零件的強(qiáng)度計(jì)算 34
§6.1 計(jì)算載荷的確定 34
§6.2 主要零件的強(qiáng)度計(jì)算 34
總 結(jié) 35
致 謝 37
參考文獻(xiàn) 38
]
前言
在目前金融危機(jī)的大環(huán)境下，伴隨著汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，輕型貨運(yùn)汽車(chē)在國(guó)民生產(chǎn)中扮演著更重要的角色。
輕型載貨汽車(chē)各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)于它的設(shè)計(jì)是依據(jù)以往理論知識(shí)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在滿(mǎn)足其功用的前提下來(lái)進(jìn)行的。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來(lái)保持或改變汽車(chē)行駛方向的機(jī)構(gòu)，它在整體設(shè)計(jì)中亦有其重要地位，對(duì)轉(zhuǎn)向時(shí)車(chē)輪正確運(yùn)動(dòng)和汽車(chē)的安全行駛有重大影響，這就要求其工作可靠、操縱輕便。
在目前的設(shè)計(jì)和使用方面，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由機(jī)械式和動(dòng)力式兩類(lèi)，由于動(dòng)力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)，而且操作方便，所以到廣泛使用。機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于造價(jià)低廉，而且能夠滿(mǎn)足輕型貨車(chē)等一大部分汽車(chē)的轉(zhuǎn)向需要，固也得到了廣泛的使用。機(jī)械式轉(zhuǎn)向系由操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，其重點(diǎn)是轉(zhuǎn)向器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)今國(guó)內(nèi)輕型汽車(chē)多才用整體式循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，整體式后置梯形。
本畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，主要講述了前橋前懸和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的選擇設(shè)計(jì)和方案分析。對(duì)前橋前懸和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類(lèi)和工作原理進(jìn)行了深入的對(duì)比和分析，選出最優(yōu)方案來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)；對(duì)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要組成部分轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，選擇合適的機(jī)構(gòu)和零件。 第一章 概述
從動(dòng)橋通過(guò)懸架與車(chē)架相聯(lián)，兩側(cè)安裝著從動(dòng)車(chē)輪，用以在車(chē)架與車(chē)輪之間傳遞鉛垂力、縱向力和橫向力。從動(dòng)橋還要承受和傳遞制動(dòng)力矩。
根據(jù)從動(dòng)車(chē)輪能否轉(zhuǎn)向，從動(dòng)橋分為轉(zhuǎn)向橋與非轉(zhuǎn)向橋。一般汽車(chē)多以前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向橋。為提高操縱穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性，有些轎車(chē)采用全四輪轉(zhuǎn)向。多軸汽車(chē)除前輪轉(zhuǎn)向外，根據(jù)對(duì)機(jī)動(dòng)性的要求，有時(shí)采用兩根以上的轉(zhuǎn)向橋直至全輪轉(zhuǎn)向。
一般載貨汽車(chē)采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)后橋驅(qū)動(dòng)的布置形式，故其前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向從動(dòng)橋。轎車(chē)多采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)前橋驅(qū)動(dòng)，越野汽車(chē)均為全輪驅(qū)動(dòng)，故它們的前橋既是轉(zhuǎn)向橋又是驅(qū)動(dòng)橋，稱(chēng)為轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋。
從動(dòng)橋按與其匹配的懸架結(jié)構(gòu)的不同，也可分為非斷開(kāi)式與斷開(kāi)式兩種。與非獨(dú)立懸架相匹配的非斷開(kāi)式從動(dòng)橋是一根支承于左、右從動(dòng)車(chē)輪上的剛性整體橫梁，當(dāng)又是轉(zhuǎn)向橋時(shí)，則其兩端經(jīng)轉(zhuǎn)向主銷(xiāo)與轉(zhuǎn)向節(jié)相聯(lián)。斷開(kāi)式從動(dòng)橋與獨(dú)立懸架相匹配。
為了保持汽車(chē)直線行駛的穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向輕便性及汽車(chē)轉(zhuǎn)向后使前輪具有自動(dòng)回正的性能，轉(zhuǎn)向橋的主銷(xiāo)在汽車(chē)的縱向和橫向平而內(nèi)都有一定傾角。在縱向平面內(nèi)，主銷(xiāo)上部向后傾斜一個(gè)角，稱(chēng)為主銷(xiāo)后傾角。在橫向平面內(nèi)，主銷(xiāo)上部向內(nèi)傾斜一個(gè)β角，稱(chēng)為主銷(xiāo)內(nèi)傾角。還有車(chē)輪外傾角及前束。
在汽車(chē)的設(shè)計(jì)、制造、裝配調(diào)整和使用中必須注意防止可能引起的轉(zhuǎn)向車(chē)輪的擺振，它是指汽車(chē)行駛時(shí)轉(zhuǎn)向輪繞主銷(xiāo)不斷擺動(dòng)的現(xiàn)象，它將破壞汽車(chē)的正常行駛。轉(zhuǎn)向車(chē)輪的擺振有自激振動(dòng)與受迫振動(dòng)兩種類(lèi)型。前者是由于輪胎側(cè)向變形中的遲滯特性的影響，使系統(tǒng)在一個(gè)振動(dòng)周期中路面作用于輪胎的力對(duì)系統(tǒng)作正功，即外界對(duì)系統(tǒng)輸入能量。如果后者的值大于系統(tǒng)內(nèi)阻尼消耗的能量，則系統(tǒng)將作增幅振動(dòng)直至能量達(dá)到動(dòng)平衡狀態(tài)。這時(shí)系統(tǒng)將在某一振幅下持續(xù)振動(dòng)，形成擺振。其振動(dòng)頻率大致接近系統(tǒng)的固有頻率而與車(chē)輪轉(zhuǎn)速并不一致，且會(huì)在較寬的車(chē)速范圍內(nèi)發(fā)生。通常在低速行駛時(shí)發(fā)生的擺振往往屬于自攝振動(dòng)型。當(dāng)轉(zhuǎn)向車(chē)輪及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)受到周期性擾動(dòng)的激勵(lì)，例如車(chē)輪失衡、端面跳動(dòng)、輪胎的幾何和機(jī)械特性不均勻以及運(yùn)動(dòng)學(xué)上的干涉等，在車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)下都會(huì)構(gòu)成周期性的擾動(dòng)。在擾動(dòng)力周期性的持續(xù)作用下，便會(huì)發(fā)生受迫振動(dòng)。當(dāng)擾動(dòng)的激勵(lì)頻率與系統(tǒng)的固有頻率一致時(shí)便發(fā)生共振。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)向輪擺振頻率與車(chē)輪轉(zhuǎn)速一致，而且一般都有明顯的共振車(chē)速，共振范圍較窄(3～5km/h)。通常在高速行駛時(shí)發(fā)生的擺振往往屬于受迫振動(dòng)型。
轉(zhuǎn)向輪擺振的發(fā)生原因及影響因素復(fù)雜，既有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原因和制造方面的因素．如車(chē)輪失衡、輪胎的機(jī)械特性、系統(tǒng)的剛度與阻尼、轉(zhuǎn)向輪的定位角以及陀螺效應(yīng)的強(qiáng)弱等；又有裝配調(diào)整方面的影響，如前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)間的間隙(影響系統(tǒng)的剛度)和摩擦系數(shù)(影響阻尼)等。合理地選擇這些有關(guān)參數(shù)、優(yōu)化它們之間的匹配，精心地制造和裝配調(diào)整，就能有效地控制前輪擺振的發(fā)生。在設(shè)計(jì)中提高轉(zhuǎn)向器總成與轉(zhuǎn)向拉桿系統(tǒng)的剛度及懸架的縱向剛度，提高輪胎的側(cè)向剛度，在轉(zhuǎn)向拉桿系中設(shè)置橫向減震器以增加阻尼等，都是控制前輪擺振發(fā)生的一些有效措施。
第二章 從動(dòng)橋的方案確定
§2.1 從動(dòng)橋總體方案確定
轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋的主要零件有前梁，轉(zhuǎn)向節(jié)，主銷(xiāo)，注銷(xiāo)上下軸承及轉(zhuǎn)向節(jié)襯套，轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承，輪轂等。
轉(zhuǎn)向前橋有斷開(kāi)式和非斷開(kāi)式兩種。斷開(kāi)式前橋與獨(dú)立懸架相配合，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜但性能比較好，多用于轎車(chē)等以載人為主的高級(jí)車(chē)輛。非斷開(kāi)式又稱(chēng)整體式，它與非獨(dú)立懸架配合。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，承載能力大，這種形式再現(xiàn)在汽車(chē)上得到廣泛應(yīng)用。因此本次設(shè)計(jì)就采用了非斷開(kāi)式從動(dòng)橋。
作為主要零件的前梁是用中碳鋼或中碳合金鋼的，其兩端各有一呈拳形的加粗部分為安裝主銷(xiāo)的前梁拳部；為提高其抗彎強(qiáng)度，其較長(zhǎng)的中間部分采用工字形斷面并相對(duì)兩端向下偏移一定距離，以降低發(fā)動(dòng)機(jī)從而降低傳動(dòng)系的安裝位置以及傳動(dòng)軸萬(wàn)向節(jié)的夾角。為提高其抗扭強(qiáng)度，兩端與拳部相接的部分采用方形斷面，而靠近兩端使拳部與中間部分相聯(lián)接的向下彎曲部分則采用兩種斷面逐漸過(guò)渡的形狀。中間部分的兩側(cè)還要鍛造出鋼板彈簧支座的加寬文承面。
轉(zhuǎn)向節(jié)用中碳合金鋼模級(jí)成整體式結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)向節(jié)通過(guò)主銷(xiāo)與前梁的拳部相連，使前輪可以繞主銷(xiāo)偏轉(zhuǎn)一定的角度使汽車(chē)轉(zhuǎn)向。為減小磨損，轉(zhuǎn)向節(jié)銷(xiāo)孔內(nèi)設(shè)計(jì)時(shí)壓入青銅襯套，襯套上的潤(rùn)滑油槽在上面端部是切通的，用裝在轉(zhuǎn)向節(jié)上的油嘴注入潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，為使轉(zhuǎn)向輕便，在轉(zhuǎn)向節(jié)和前梁拳部設(shè)有圓錐推力滾子軸承。
主銷(xiāo)的幾種結(jié)構(gòu)型式如圖2-1所示，本次設(shè)計(jì)用(a)。
（a） (b) (c) (d)
圖2-1主銷(xiāo)結(jié)構(gòu)形式
（a）圓柱實(shí)心型 (b) 圓柱空心型 (c) 上，下端為直徑不等的圓柱，中間為錐體的主銷(xiāo) (d)下部圓柱比上部細(xì)的主銷(xiāo)
車(chē)輪輪轂通過(guò)兩個(gè)圓錐滾子軸承支撐在轉(zhuǎn)向節(jié)外端的軸頸上，軸承的松緊度可通過(guò)調(diào)整螺母進(jìn)行調(diào)整。輪轂外端用沖壓的金屬外罩罩住。輪轂內(nèi)側(cè)有油封，以防潤(rùn)滑油進(jìn)入制動(dòng)器內(nèi)。
第三章 轉(zhuǎn)向系的方案確定
§3.1 轉(zhuǎn)向系整體方案確定
用來(lái)改變或恢復(fù)汽車(chē)行駛方向的專(zhuān)設(shè)機(jī)構(gòu)即稱(chēng)作汽車(chē)的轉(zhuǎn)向系。
轉(zhuǎn)向系可按轉(zhuǎn)向能源的不同分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系兩大類(lèi)。在現(xiàn)代汽車(chē)結(jié)構(gòu)中，常用機(jī)械式轉(zhuǎn)向系。機(jī)械式轉(zhuǎn)向系依靠駕駛員的手力轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)，經(jīng)過(guò)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(chē)裝有防傷機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向減振裝置。還有一些汽車(chē)的專(zhuān)門(mén)裝有動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，并借助此機(jī)構(gòu)來(lái)減輕駕駛員的手力，以降低駕駛員的勞累程度。
本次設(shè)計(jì)采用機(jī)械式轉(zhuǎn)向器。
對(duì)轉(zhuǎn)向系的主要要求有：
一、操縱輕便。本次設(shè)計(jì)針對(duì)輕型載貨貨車(chē)，要求方向盤(pán)最大手力不超過(guò)360N,方向盤(pán)的回轉(zhuǎn)圈數(shù)要少。
二、工作安全可靠。
三、在轉(zhuǎn)向后，方向盤(pán)有自動(dòng)回正能力，能保持汽車(chē)有穩(wěn)定的直線行駛能力。
四、在前輪受到?jīng)_擊時(shí)，轉(zhuǎn)向系傳遞反向沖擊到方向盤(pán)上要小。
五、應(yīng)盡量減小轉(zhuǎn)向系統(tǒng)連接處的間隙，間隙應(yīng)能自動(dòng)補(bǔ)償即調(diào)整，除了設(shè)計(jì)應(yīng)正確的選擇導(dǎo)向輪的定位角外，轉(zhuǎn)向盤(pán)在中間式的自由行程應(yīng)當(dāng)保證直線行駛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向盤(pán)相對(duì)導(dǎo)向輪偏轉(zhuǎn)角的靈敏度。
§3. 2轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式及選擇
根據(jù)轉(zhuǎn)向器所用傳動(dòng)副的不同，轉(zhuǎn)向器有多種。常見(jiàn)的有循環(huán)球式球面蝸桿蝸輪式、蝸桿曲柄銷(xiāo)式和齒輪齒條式等。
轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)形式，決定了其效率特性以及對(duì)角傳動(dòng)比變化特性的要求。選用那種效率特性的轉(zhuǎn)向器應(yīng)有汽車(chē)用途來(lái)決定，并和轉(zhuǎn)向系方案有關(guān)。經(jīng)常行駛在好路面上的轎車(chē)和市內(nèi)用客車(chē)，可以采用正效率較高的、可逆程度大的轉(zhuǎn)向器。
效率高、工作可靠、平穩(wěn)，蝸桿和螺母上的螺旋槽在淬火后經(jīng)過(guò)磨削加工，所以耐磨且壽命較長(zhǎng)。齒扇和齒條嚙合間隙的調(diào)整工作容易進(jìn)行。和其它形式轉(zhuǎn)向器比較，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)主要零件加工精度要求較高。
蝸桿曲柄銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的變化特性和嚙合間隙特性變化受限制，不能完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)者的意圖。
齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此制造容易，成本低，正、逆效率都高。為了防止和緩和反向沖擊傳給方向盤(pán)，必須選擇較大的傳動(dòng)比，或裝有吸振裝置的減振器。
本設(shè)計(jì)采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。
§3.3 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)及工作原理
循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器中一般有兩級(jí)傳動(dòng)副。第一級(jí)是螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)副，第二級(jí)是齒條齒扇傳動(dòng)副。
轉(zhuǎn)向螺桿的軸頸支撐在兩個(gè)圓錐滾子軸承上。軸承緊度可用調(diào)整墊片調(diào)整。轉(zhuǎn)向螺母的下平面上加工成齒條，與齒扇軸內(nèi)的齒扇部分相嚙合。通過(guò)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向螺桿時(shí)，轉(zhuǎn)向螺母不轉(zhuǎn)動(dòng)，只能軸向移動(dòng)，并驅(qū)使齒扇軸轉(zhuǎn)動(dòng)。為了減小轉(zhuǎn)向螺桿和轉(zhuǎn)向螺母之間的摩擦，其間裝有小鋼球以實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)摩擦。二者的螺旋槽能配合形成近似圓形斷面輪廓的螺旋管狀通道。轉(zhuǎn)向螺母外有兩根導(dǎo)管，兩端分別插入螺母的一對(duì)通孔。導(dǎo)管內(nèi)裝滿(mǎn)了鋼球。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)向器工作是兩列鋼球只是在各自封閉的流道內(nèi)循環(huán)，而不脫出。
轉(zhuǎn)向螺母上的齒條式傾斜的，因此與之嚙合的齒應(yīng)當(dāng)是分度圓上的齒厚沿齒扇軸線按線性關(guān)系變化的變厚齒扇。因?yàn)檠h(huán)球轉(zhuǎn)向器的正傳動(dòng)效率很高，操作輕便，使用壽命長(zhǎng)。經(jīng)常用于各種汽車(chē)。
綜上最后本次設(shè)計(jì)選定循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。
第四章 從動(dòng)橋的設(shè)計(jì)計(jì)算
§4.1從動(dòng)橋主要零件尺寸的確定
轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋采用工字形斷面的前梁，可保證其質(zhì)量最小而在垂向平面內(nèi)的剛度大，強(qiáng)度高。工字形斷面尺寸的推薦值，見(jiàn)圖5-1，圖中虛線繪出的是其當(dāng)量斷面。該斷面的垂向彎曲截面系數(shù)和水平彎曲截面系數(shù)（單位為）可近似取為
(4-1)
式中 a----工字形斷面的中部尺寸,a=11.5mm;
由經(jīng)驗(yàn)公式： (4-2)
式中 m---作用于前梁上的簧上質(zhì)量,m=806kg；
l---車(chē)輪中線至板簧中線的距離,l=335mm。
§4.2 從動(dòng)橋主要零件工作應(yīng)力的計(jì)算
主要是計(jì)算前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷(xiāo)、主銷(xiāo)上下軸承(即轉(zhuǎn)向節(jié)襯套)、轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承或止推墊片等在制動(dòng)和側(cè)滑兩種工況下的工作應(yīng)力。繪制計(jì)算用簡(jiǎn)圖時(shí)可忽略車(chē)輪的定位角，即認(rèn)為主銷(xiāo)內(nèi)傾角、主銷(xiāo)后傾角，車(chē)輪外傾角均為零，而左右轉(zhuǎn)向節(jié)軸線重合且與主銷(xiāo)軸線位于同一側(cè)向垂直平面內(nèi)。如下所示：
圖 4—1轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的受力分析簡(jiǎn)圖
1-制動(dòng)工況下的彎矩圖 2-側(cè)滑工況下的彎矩圖
制動(dòng)工況下的前梁應(yīng)力計(jì)算：
制動(dòng)時(shí)前輪承受的制動(dòng)力和垂直力傳給前梁，使前梁承受彎矩和轉(zhuǎn)矩?？紤]到制動(dòng)時(shí)汽車(chē)質(zhì)量向前，轉(zhuǎn)向橋轉(zhuǎn)移，則前輪所承受的地面垂直反力為： (4-3)
式中：——汽車(chē)滿(mǎn)載靜止于水平路面時(shí)前橋給地面的載荷，N；
——汽車(chē)制動(dòng)時(shí)對(duì)前橋的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，對(duì)轎車(chē)和載貨汽車(chē)的前橋可取1.5；質(zhì)量分配給前橋35%；
=
前輪所承受的制動(dòng)力： (4-4)
式中：——輪胎與路面的附著系數(shù)取為0.6；
=5942.10.6=3554.5N
由于和對(duì)前梁引起的垂向彎矩和水平方向的彎矩在兩鋼板彈簧座之間達(dá)最大值，分別為：
(4-5)
N·mm (4-6)
式中：—見(jiàn)圖4—1，取=335 mm
—車(chē)輪(包括輪毅、制動(dòng)器等)所受的重力，N；取=980N；
—前輪輪距取 B=1320 mm；
S—前梁上兩鋼板彈簧座中心間的距離取為650 mm
則
N·mm
制動(dòng)力還使前梁在主銷(xiāo)孔至鋼板彈簧座之間承受轉(zhuǎn)矩T：
T= N·mm (4-7)
式中：—輪胎的滾動(dòng)半徑取=635/2=317.5 mm
則有 T=3554.5317.5=1129000N·mm
圖4-1給出了前梁在制動(dòng)工況下的彎矩圖及轉(zhuǎn)矩圖。
前梁在鋼板彈簧座附近危險(xiǎn)斷面處的彎曲應(yīng)力（單位為M Pa）為：
MPa (4-8)
式中: ，，T ——見(jiàn)式（4-1）
扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為：
MPa (4-9)
式中：-- 前梁在危險(xiǎn)截面處的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)，mm;
--前梁橫斷面的最大厚度，mm;
--前梁橫截面的極慣性矩，對(duì)工字型斷面：
=0.4=3.956 (4-10)
h--工字型斷面矩形元素的長(zhǎng)邊長(zhǎng)，mm;
--工字型斷面矩形元素的短邊長(zhǎng)，mm;
前梁應(yīng)力的許用值【】=340~500MPa 【】=150~240MPa
前梁可采用45,30,40等中碳鋼或中碳合金鋼制造，硬度241~285HB
§4.3 在最大側(cè)向力(側(cè)滑)工況下的前梁應(yīng)力計(jì)算
當(dāng)汽車(chē)承受最大側(cè)向力時(shí)無(wú)縱向力作用，左、右前輪承受的地面垂向反力和 與側(cè)向反力，(此時(shí)，向右作用),各不相等，前輪的地面反力(單位都為N)分別為：
(4-11)
(4-12)
(4-13)
(4-14)
式中：--汽車(chē)質(zhì)心高度取為800 mm；
--車(chē)輪與地面附著系數(shù)取為0.6；
--前軸輪距取為1320mm;
--滿(mǎn)載時(shí)車(chē)廂分配給前橋的前軸載荷 806Kg;
側(cè)滑時(shí)左、右鋼板彈簧對(duì)前梁的垂直作用
則有 ：(4-15)
(4-16)
汽車(chē)側(cè)滑時(shí)左右前輪輪轂內(nèi)外軸承的徑向力（單位為N）分別為
(4-17)
(4-18)
(4-19)
(4-20)
公式中：--車(chē)輪的滾動(dòng)半徑；
a--至車(chē)輪中線的距離,mm；
b--至車(chē)輪中線的距離,mm；
求得即可求得左右前輪輪轂內(nèi)軸承對(duì)輪轂的徑向支承和外軸承對(duì)輪轂的徑向支承，這樣就求出了輪轂軸承對(duì)軸輪的徑向支承反力。根據(jù)這些力及前梁在鋼板彈簧座處的垂向力可繪出前梁與輪軸在汽車(chē)側(cè)滑時(shí)的垂向受力彎矩圖（4-1-2），汽車(chē)的最大彎矩發(fā)生在側(cè)滑方向一側(cè)的主銷(xiāo)孔處，另一處在鋼板彈簧座處，可以按下式求得：
= (4-21)
= (4-22)
公式中：--左右車(chē)輪承受地面的垂直反力，N；
--左右車(chē)輪承受側(cè)滑的反力，N;
§4.4 轉(zhuǎn)向節(jié)在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的應(yīng)力計(jì)算
如圖5—2所示，轉(zhuǎn)向節(jié)的危險(xiǎn)斷面在軸徑為的輪軸根部即III-III剖面處。
圖4—2 轉(zhuǎn)向節(jié)，主銷(xiāo)及轉(zhuǎn)向節(jié)襯套的計(jì)算用圖
§4.4.1、在制動(dòng)工況下轉(zhuǎn)向節(jié)應(yīng)力計(jì)算
III—III剖面處的軸徑僅受垂向彎矩和水平方向的彎矩而不受轉(zhuǎn)矩，因制動(dòng)力矩不經(jīng)轉(zhuǎn)向節(jié)的輪軸傳遞而直接由制動(dòng)底板傳給在轉(zhuǎn)向節(jié)上的安裝平面。這時(shí)的，及III—III剖面處的合成彎矩應(yīng)力（MPa）為：
(4-23)
(4-24) =(4-25)
式中：—轉(zhuǎn)向節(jié)的輪軸根部軸徑取為50mm，=40 mm，=550 MPa，
得：
故50mm的軸頸滿(mǎn)足要求。
轉(zhuǎn)向節(jié)采用30Cr，40Cr等中碳合金鋼制造，心部硬度HRC241～285，高頻淬火后表面硬度HRC57～65，硬化層深1.5～2.0mm。輪軸根部的圓角液壓處理。
§4.4.2、在側(cè)滑工況下轉(zhuǎn)向節(jié)應(yīng)力計(jì)算
在側(cè)滑時(shí)左、右轉(zhuǎn)向節(jié)在危險(xiǎn)斷面III—III處的彎矩是不等的，可分別下式求得：
（4-26）
（4-27）
左右轉(zhuǎn)向節(jié)在危險(xiǎn)截面處的彎曲應(yīng)力為：
（4-28）
（4-29）
=500MPa,故左右轉(zhuǎn)向節(jié)均滿(mǎn)足要求；
§4.5 主銷(xiāo)與轉(zhuǎn)向節(jié)襯套在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的應(yīng)力計(jì)算
在制動(dòng)和側(cè)滑工況下，在轉(zhuǎn)向節(jié)上、下襯套的中心，即與輪軸中心線相距分別為c，d的兩點(diǎn)處，在側(cè)向平面(圖4—2(c))和縱向平面(圖4—2(d))內(nèi)，對(duì)主銷(xiāo)作用有垂直其軸線方向的力。
一、在制動(dòng)工況下
地面對(duì)前輪的垂向支承反力所引起的力矩，由位于通過(guò)主銷(xiāo)軸線的側(cè)向平面內(nèi)并在轉(zhuǎn)向節(jié)上下襯套中點(diǎn)處垂直地作用于主銷(xiāo)的力所形成的力偶矩（c+d）所平衡(見(jiàn)圖4—2(b))，故有
(4-30)
式中取150，c取70mm，d=70 mm；
制動(dòng)力矩由位于縱向平面內(nèi)并作用于主銷(xiāo)的力所形成的力偶
（c+d）所平衡(見(jiàn)圖4—2(c))。故有
(4-31)
而作用于主銷(xiāo)的制動(dòng)力，則由在轉(zhuǎn)向節(jié)上下襯套中點(diǎn)處作用于主銷(xiāo)的力，平衡(見(jiàn)圖4—2(c))，且有：
(4-32)
(4-33)
由轉(zhuǎn)向橋的俯視圖(圖4—2(d)的下圖 取=80，=115)可知，制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向橫拉桿的作用力N為：
N= (4-34)
力N位于側(cè)向平面內(nèi)且與輪軸中心線的垂直距離為，如將N的著力點(diǎn)移至主銷(xiāo)中心線與輪鈾中心線的交點(diǎn)處．則需對(duì)主銷(xiāo)作用一側(cè)向力矩N (見(jiàn)圖4—2(b))。力矩N由位于側(cè)向平面內(nèi)并作用于主銷(xiāo)的力偶矩所平（c+d）衡，故有
（4-35）
而力N則內(nèi)存整向節(jié)上下襯套中點(diǎn)處作用于主銷(xiāo)的力，所平衡，且有：= （4-36）
= （4-37）
由圖4—2(b)可知，在轉(zhuǎn)向節(jié)上襯套的中點(diǎn)作用于主銷(xiāo)的合力和下襯套的中心作用于主銷(xiāo)的合力分別為：
=12500N （4-38）
=16600N （4-39）
公式中：--汽車(chē)左右前輪承受地面垂直反作用力，N；
--車(chē)輪中心線到主銷(xiāo)軸線的距離，mm;
--輪胎的滾動(dòng)半徑，mm;
--汽車(chē)左右前輪承受地面的側(cè)向反力，N；
由上兩式可見(jiàn)，在汽車(chē)制動(dòng)時(shí)，主銷(xiāo)的最大載荷發(fā)生在轉(zhuǎn)向節(jié)下襯套的中點(diǎn)處，其值為=16600N。
二、在側(cè)滑工況下
僅有在側(cè)向平面內(nèi)起作用的力和力矩，且作用于左右轉(zhuǎn)向節(jié)主銷(xiāo)的力是不相等的，它們可分別按下式求得：
（4-40）
（4-41）
取最大的作為主銷(xiāo)的計(jì)算載荷，計(jì)算主銷(xiāo)在前梁拳部下端面應(yīng)力和剪切應(yīng)力：
(4-42) ； (4-43)
式中：--主銷(xiāo)直徑取為24 mm；
h--轉(zhuǎn)向節(jié)下襯套中點(diǎn)至前梁拳部下端面的距離，（見(jiàn)圖4—2(a)）取h=21mm；
其中主銷(xiāo)的許可彎曲應(yīng)力=440MPa；許可剪切應(yīng)力=66MPa。
主銷(xiāo)采用20cr，20CrNi，20crMnTi等低碳合金鋼制造，滲碳淬火，滲碳層深1.0～1.5mm，HRC56～62。
轉(zhuǎn)向節(jié)襯套的擠壓應(yīng)力為：
(4-44)
式中：--襯套長(zhǎng)為80mm；
--取中最大值；
--主銷(xiāo)直徑；
在靜載荷下，上式的計(jì)算載荷取
N (4-45)
。 (4-46)
§4.6轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承的計(jì)算
對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承，取汽車(chē)以等速＝40km／h，沿半徑R＝50m的圓周行駛的工況作為計(jì)算工況。如果汽車(chē)向右轉(zhuǎn)彎，外輪即左前左輪的地面垂向反力增大。
， (4-47)
將上述計(jì)算工況的有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，并設(shè)
＝0.5，則有： ， (4-48)
可近似地認(rèn)為推力軸承的軸向載荷等于上述前外輪的地面垂向外力，即:
。
鑒于轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承在工作中的相對(duì)轉(zhuǎn)角不大及軸承滾輪使圓周破壞帶來(lái)的危險(xiǎn)性，軸承的選擇按其靜承載容量進(jìn)行，且取當(dāng)量靜載荷 》，故此推力軸承滿(mǎn)足要求。
第五章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
§5.1 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)
§5.1.1轉(zhuǎn)向器的效率
功率從轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向器輸出所求得的效率稱(chēng)為正效率，用符號(hào)表示，；反之稱(chēng)為逆效率，用符號(hào)表示，。
其中，為轉(zhuǎn)向器中的摩擦功率；為作用在齒條軸上的功率。為了保證轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)輕便，要求正效率高；為了保證汽車(chē)轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤(pán)能自動(dòng)回正，又需要一定的逆效率。為了減輕在不平路面上行駛時(shí)駕駛員的疲勞，車(chē)輪與路面之間的作用力傳至方向盤(pán)時(shí)應(yīng)盡可能小，防止打手，這又要求此逆效率盡可能低。
轉(zhuǎn)向器的正效率：
影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有：轉(zhuǎn)向器的類(lèi)型、結(jié)果特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。轉(zhuǎn)向器類(lèi)型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與效率 在前述的幾種轉(zhuǎn)向器中，齒輪齒條式、循環(huán)球式的正效率比較高。同一類(lèi)型的轉(zhuǎn)向器，因結(jié)構(gòu)不同效率也不一樣。
轉(zhuǎn)向器逆效率：
根據(jù)逆效率大小的不同，轉(zhuǎn)向器又分為可逆式、極限可逆式、和不可逆式三種。
齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器屬于可逆式轉(zhuǎn)向器，其逆效率相當(dāng)高，它能保證轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤(pán)自動(dòng)回正。這既減輕了駕駛員的疲勞，又提高了行駛的安全性。但是，在不平路面上行駛時(shí)，車(chē)輪受到的沖擊力能大部分傳至轉(zhuǎn)向盤(pán)，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。
§5.1.2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)比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比。
2. 力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系
輪胎與地面之間的轉(zhuǎn)向阻力和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩之間的關(guān)系
(5-1)
式中，a為主銷(xiāo)偏移距此處a=72，指從轉(zhuǎn)向節(jié)主銷(xiāo)軸線的延長(zhǎng)線與支撐平面的交點(diǎn)至車(chē)輪中心平面與支撐平面交線間的距離。作用在方向盤(pán)上的手力為為
(5-2)
式中，為作用在方向盤(pán)上的力矩；為方向盤(pán)的直徑。
將式(5-1)、 (5-2)代入后得到
(5-3)
有 (5-3)知，當(dāng)主銷(xiāo)偏移矩a小時(shí)，力傳動(dòng)比應(yīng)取大些才能保持轉(zhuǎn)向輕便。
§5.2 主要參數(shù)的確定
§5.2.1 給定的主要計(jì)算參數(shù)
軸距 L=2880mm
輪距 前輪1320mm
輪胎 6.00-20 D=635mm B=293mm
最小轉(zhuǎn)彎半徑小于等于5m
§5.2.2 選擇主要轉(zhuǎn)向參數(shù)
汽車(chē)在轉(zhuǎn)向時(shí)需要有自動(dòng)回正能力，這需要轉(zhuǎn)向主銷(xiāo)在汽車(chē)的縱向和橫向平面內(nèi)各有一定的傾角。所以選定主銷(xiāo)后傾角γ為2°30′，主銷(xiāo)內(nèi)傾角β為7°，車(chē)輪外傾角α為1°，前輪前束為10mm。
轉(zhuǎn)向盤(pán)由輪轂、輪緣和輪輻構(gòu)成，方向盤(pán)的直徑D有一系列尺寸（如表5-1）
表5-1 轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑
汽車(chē)類(lèi)型
方向盤(pán)直徑D，mm
轎車(chē)、小型客車(chē)、小載重量貨車(chē)
400
中型大客車(chē)、中等載重量貨車(chē)
450、500
大型客車(chē)、大載重量貨車(chē)
550
可選擇方向盤(pán)直徑400mm , 轉(zhuǎn)向軸是用雙萬(wàn)向節(jié)，軸與萬(wàn)向節(jié)的連接用花鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)。
§5.2.3 車(chē)輪的左右最大轉(zhuǎn)角確定
為了避免在汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)產(chǎn)生路面對(duì)汽車(chē)行駛的附加阻力和輪胎的過(guò)快磨損，要求轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能保證汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)所有車(chē)輪均做純滾動(dòng)，這就需要所有車(chē)輪的軸線都交于一點(diǎn)才能實(shí)現(xiàn)。此輕型貨車(chē)應(yīng)滿(mǎn)足轉(zhuǎn)向時(shí)候最小轉(zhuǎn)彎半徑小于5米，而理想的車(chē)輪轉(zhuǎn)角α與β應(yīng)滿(mǎn)足理想關(guān)系式：
(5-6)
式中為車(chē)輪外轉(zhuǎn)角，β為車(chē)輪內(nèi)轉(zhuǎn)角，K為兩側(cè)主銷(xiāo)軸線與地面相交點(diǎn)之間的距離 （K=1320-272=1176mm），為2880mm 。
又因?yàn)槔硐肭闆r下，最小轉(zhuǎn)彎半徑與外轉(zhuǎn)向輪最大偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系為：
(5-7)
聯(lián)立（5-6）（5-7）式得到：
=35.17°， =44.68°
圖5-1 理想內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系簡(jiǎn)圖
車(chē)輪的內(nèi)外轉(zhuǎn)向角度均大于35度，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)任務(wù)的要求。
§5.3 轉(zhuǎn)向梯形的選擇設(shè)計(jì)
圖5-2 整體式轉(zhuǎn)向梯形
1- 轉(zhuǎn)向橫拉桿 2-轉(zhuǎn)向梯形臂 3-前軸
轉(zhuǎn)向梯形選擇的是整體式后置梯形（如圖5-2），圖視為兩軸式時(shí)的圖形，L為假想的軸線距離，即是上圖的l,γ為轉(zhuǎn)向梯形的底角，S為兩個(gè)梯形臂延長(zhǎng)線與汽車(chē)中心線的交點(diǎn)與前軸的距離，一般為2/3l.
由公式 cotγ=0.75 （6-8）
得轉(zhuǎn)向梯形的底角 γ=72.98°
轉(zhuǎn)向梯形臂的長(zhǎng)度m，是參考現(xiàn)有汽車(chē)梯形臂長(zhǎng)度與主銷(xiāo)中心距K之比的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)后進(jìn)行選擇，一般范圍是： m=(0.11～0.15)K=(129.36～176.4)mm。由于是輕型載重汽車(chē)，固可取梯形臂長(zhǎng)度 m=150mm 。
由圖形可知，轉(zhuǎn)向橫拉桿的長(zhǎng)度跟K和γ有關(guān)，其關(guān)系式為：
=K-2×m×cosγ=1088mm (5-9)
則橫拉桿長(zhǎng)度為1088 mm。
§5.4 轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化
轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)用來(lái)保證汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)所有車(chē)輪能繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心，在不同的圓周上做無(wú)滑動(dòng)的純滾動(dòng)。兩軸汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)，若忽略輪胎側(cè)偏影響，兩轉(zhuǎn)向前軸的延長(zhǎng)線。
轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的優(yōu)化問(wèn)題是一個(gè)小型的約束非線性規(guī)劃化問(wèn)題，可用符合形法來(lái)求解。優(yōu)化設(shè)計(jì)程序如下：
#include
#include"math.h"
#define HUDU 3.1415926/180
main( )
{
int m1;
int m;
double r;
double g;
double fx=0;
double a;
double b;
double c;
double d;
double e;
double f;
double n;
double r1;
double min=100000;
for(m=246;m<=336;m++)
for(r=69.5;r<=90;r+=0.5)
{
for(g=1;g<=30;g++)
{
a=sin(r*HUDU+g*HUDU);
b=sqrt(pow(2237/m,2)+1-2*2237/m*cos(r*HUDU+g*HUDU));
c=atan(1/(1/tan(g*HUDU))-2237/4580);
d=2237/m*(2*cos(r*HUDU)-cos(r*HUDU+g*HUDU))-cos(2*r*HUDU);
e=a/b;
f=d/b;
n=(cos(40*HUDU)-2*cos(r*HUDU)+cos(r*HUDU+30*HUDU))/((cos(40*HUDU)-cos(r*HUDU))*cos(r*HUDU))-2*m/2237;
if(fabs(e)>1)||fabs(f)>1
{
e=1;
f=1; }
if(g<=10)
fx+=1.5*fabs((r-asin(e))/c-acos(f)/c-1);
else
{ if(10fx)
{
if(n>=0)
min=fx;j=m;r1=r ;}
}
printf("%d\n%f",m1,r1);
}
優(yōu)化的結(jié)果為：
轉(zhuǎn)向梯形臂長(zhǎng)m=149.72mm,轉(zhuǎn)向梯形底角7233
§5.5 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)
§5.5.1 轉(zhuǎn)向器（循環(huán)球式）的效率
為保證轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)的輕便，要求正效率高；為了保證汽車(chē)轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤(pán)能自動(dòng)回正，又需要一定的逆效率；為減輕駕駛員在不平路面上的疲勞，防止打手，又要求逆效率盡可能低。
正效率的計(jì)算公式：
（5-10）
其中為螺桿的螺線導(dǎo)程角，選6°；為摩擦角，=?；?為摩擦因數(shù)，選0.04，則=2.29°。
數(shù)據(jù)代入（4-10）解得 =72.1%。
逆效率的計(jì)算公式：
=71.3% （5-11）
§5.5.2 主要參數(shù)的選擇
主要參數(shù)參考《汽車(chē)設(shè)計(jì)》表7-1
模數(shù)
搖臂軸 直徑
螺桿
外徑
鋼球
直徑
螺距
工作
圈數(shù)
環(huán)流數(shù)
m=4
D=25
=25
d=6.350
P=9.525
1.5
b=2
螺母
長(zhǎng)度
齒扇
齒數(shù)
齒扇整圈齒數(shù)
齒扇
壓力角
切削角
齒扇寬
46
5
13
27.5
6.5
B=25
§5.5.3 螺桿、鋼球和螺母?jìng)鲃?dòng)副
螺母內(nèi)徑=+8%=27mm （5-12）
每個(gè)環(huán)路中鋼球的數(shù)量為：
=19 （5-13）
其中為螺桿的螺線導(dǎo)程角，選6°。
接觸角θ是鋼球與螺桿滾道接觸點(diǎn)的正壓力方向與螺桿滾道法向截面軸線間的夾角，一般取45°，以使軸向力和徑向力分配均勻。
圖5-3 螺桿,鋼球,螺母?jìng)鲃?dòng)副
轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)角，對(duì)應(yīng)螺母移動(dòng)距離s為：
（5-14）
與此同時(shí)齒扇節(jié)圓轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)等與s，相應(yīng)搖臂軸轉(zhuǎn)過(guò)角，其關(guān)系：
S=r (5-15)
其中r為齒扇節(jié)圓半徑。
聯(lián)立（5-14）（5-15）得= ，將對(duì)求導(dǎo)，得轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比為：
=17.142 （5-16）
§5.5.4 齒條、齒扇傳動(dòng)副設(shè)計(jì)
循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的齒扇為變厚齒扇，它的齒頂和齒根的輪廓是圓錐的一部分，分度圓上的齒厚是變化的，所以此傳動(dòng)副的設(shè)計(jì)主要是變厚齒扇的設(shè)計(jì)。
圖5-4 變厚齒扇齒形計(jì)算簡(jiǎn)圖
將中間剖面1-1規(guī)定為基準(zhǔn)剖面。由1-1剖面向右時(shí)，變位系數(shù)為正，向左則正變?yōu)榱悖?-0剖面），再變?yōu)樨?fù)。在切削角一定的情況下，各剖面的變位系數(shù)取決于距基準(zhǔn)剖面1-1的距離a;
一、在0-0剖面處的齒形系數(shù)
齒頂高系數(shù)：=0.8； 齒頂高=3.2mm； （5-17）
齒根高系數(shù)：=0.95； 齒根高=3.8mm；（5-18）
頂隙系數(shù)：=0.25； 全齒高h(yuǎn)==7mm （5-19）
分度圓直徑： =52mm （5-20）
齒頂圓直徑: =58.4mmm; （5-21）
齒根圓直徑:： =44.4mm: （5-22）
二、變厚齒扇小端（3-3剖面）齒形系數(shù)：
變位系數(shù)： （5-23）
齒頂圓直徑: （5-24）
齒根圓直徑：mm （5-25）
小端齒厚 ：m=5.59mm （5-26）
三、變厚齒扇大端（2-2剖面）處齒形系數(shù):
變位系數(shù)： （5-27）
齒頂圓直徑： （5-28）
齒根圓直徑： （5-29）
大端齒厚 ：m=7.56mm （5-30）
§5.6 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)確定
§5.6.1 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比
= （5-31）
式中為轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比，=17.142；為轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比，一般選擇=1。代入（6-9） 得 =17.142
其中 式中為轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)（mm），所以==162mm。
§5.5.2 轉(zhuǎn)向盤(pán)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)n
(5-32)
式中為轉(zhuǎn)向盤(pán)從一個(gè)極限位置到另一個(gè)極限位置所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，且：
=17.142（35.17°+44.68°）=1368.79°
所以 n=1368.79°÷360°=3.8 (圈)
§5.6 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件強(qiáng)度的校核
為了進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，首先要確定其計(jì)算載荷，可利用汽車(chē)在干燥硬路面上作原地轉(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(pán)上的切向力。他們均可作為轉(zhuǎn)向系的最大載荷。
§5.6.1鋼球與滾道間的接觸應(yīng)力
用下式計(jì)算鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力σ：
式中： k——系數(shù)，根據(jù)值查《汽車(chē)設(shè)計(jì)》表7-3查出， , ；
--滾道截面半徑；
r--鋼球半徑；
--螺桿外半徑；
E--材料彈性模量，等于；
--鋼球與螺桿之間的正壓力，
可用下式計(jì)算
式中：--螺桿螺線導(dǎo)程角；
--接觸角；
--參與工作的鋼球數(shù)；
--作用在螺桿上的軸向力。
其中，
當(dāng)接觸表面硬度為58—64HRC時(shí)，許用接觸應(yīng)力[σ]=2500。
§5.6.2齒的彎曲應(yīng)力
用下式計(jì)算齒扇齒的彎曲應(yīng)力：
式中：--作用在齒扇上的圓周力；
--齒扇的齒高；
B--齒扇的齒寬；
--基圓齒厚。
其中，, 取mm
，顯然符合要求。
許用彎曲應(yīng)力為。
螺桿和螺母用20CrMnTi鋼制造，表面滲碳。前軸負(fù)荷不大的汽車(chē)，滲碳層深度在0.8～1.2mm；前軸負(fù)荷大的汽車(chē)，滲碳層深度在1.05～1.45mm。表面硬度為58—63HRC。
§5.7 轉(zhuǎn)向系其他元件的選擇及材料的確定
轉(zhuǎn)向主銷(xiāo)選用圓柱實(shí)心型，D=40mm；一般選用20Cr。轉(zhuǎn)向節(jié)臂和梯形臂有中碳鋼或中合金鋼如35Cr，40，40Cr等模鍛加工而成，一般選用40Cr。轉(zhuǎn)向縱、橫拉桿應(yīng)選用質(zhì)量較輕剛性較好的20，30或40無(wú)縫鋼管制造，選用40鋼。球頭銷(xiāo)用合金結(jié)構(gòu)鋼12CrNiB、15CrMo
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