買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 I 目錄 1 緒論 . 1 題背景 . 1 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 3 究目的及意義 . 3 究內(nèi)容和設(shè)計方法 . 3 2 轉(zhuǎn)向器的設(shè)計 . 4 向系統(tǒng)簡介 . 4 械轉(zhuǎn)向系 . 5 向操縱機構(gòu) . 6 向器 . 6 向傳動機構(gòu) . 8 向系主要性能參數(shù) . 8 向器的效率 . 8 動比的變化特性 . 10 要尺寸參數(shù)的選擇 . 12 桿、鋼球、螺母傳動副設(shè)計 . 15 條、齒扇傳動副設(shè)計 . 19 向器的計算和校核 . 21 環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件的強度計算 . 21 向搖臂軸直徑的確定 . 24 3 結(jié)論 . 25 致謝 . 26 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 要 汽車是一種性能要求高，負荷變化大的運輸工具。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)用的國家標準 并依據(jù) 輕型 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 轎車 的國家標準要求。 關(guān)鍵詞 : 循環(huán)球 ;轉(zhuǎn)向器 ;設(shè)計 ;分析 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 is a is of to be As of to be It as so as to be in to a is by of so as to 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 緒論 題背景 轉(zhuǎn)向器 還被稱為 轉(zhuǎn)向機、方向機，它是轉(zhuǎn)向系中最重要的部件 之一 。轉(zhuǎn)向器的作用是：增大轉(zhuǎn)向盤傳到轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的力和改變力的傳遞方向。 轉(zhuǎn)向器按結(jié) 分類 可分為 很多種 。 但是現(xiàn)階段 較常用的有齒輪齒條式、蝸桿曲柄指銷式、循環(huán)球 環(huán)球曲柄指銷式、蝸桿滾輪式等。 如果按照助力 方式分類的話 ，又可以分為機械式（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 類型 。 基本 運行配合 是一對相互嚙合的小齒輪和齒條。轉(zhuǎn)向軸 轉(zhuǎn)動 帶動小齒輪旋轉(zhuǎn)，齒條 做直線運動。 當 靠齒條來直接帶動橫拉桿 時 ，就可 以 使 得 轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。所以，這是一種最簡單的轉(zhuǎn)向器 類型 。它 的 優(yōu)點 主要有 結(jié)構(gòu)簡單，成本低 ，轉(zhuǎn)向靈敏，體積小，直接帶動橫拉桿。在汽車上得到廣泛應用。 （ 2） 蝸桿曲柄銷式 轉(zhuǎn)向器 蝸桿曲柄銷式轉(zhuǎn)向器 ，它 是以蝸桿為主動件，曲柄銷為從動件的轉(zhuǎn)向器。蝸桿 上有 梯形螺紋，錐形指銷用軸承 支撐 在曲柄上，曲柄與轉(zhuǎn)向搖臂軸 連成一體 。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)向搖臂軸做圓弧運動，帶動 轉(zhuǎn)向垂臂 和 曲柄 擺動 運動 ， 然后 再通過轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪 轉(zhuǎn)向 。這種轉(zhuǎn)向器通常 應 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 器 是 用 齒輪機構(gòu) 把從 轉(zhuǎn)向盤 來 的旋轉(zhuǎn)力減速，使轉(zhuǎn)向盤旋轉(zhuǎn)運動變轉(zhuǎn) 為 渦輪蝸桿 的旋轉(zhuǎn)運動，滾珠螺桿和螺母夾著鋼球， 使得 滾珠螺桿的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)?直線運動，螺母與扇形齒輪嚙合，直線運動 重新轉(zhuǎn) 變?yōu)樾D(zhuǎn)運動，使連桿臂搖動。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的原理 是應 用了螺母與螺栓在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的相對移買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 動，而在螺紋與螺紋之間夾入了鋼球 ，可 以減小阻力，所有 的 鋼球 都 在一個首尾相連的封閉的螺旋曲線 導管 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 的名字 是相對 齒輪齒條機械轉(zhuǎn)向器而言的，主要是在 齒輪齒條機械轉(zhuǎn)向器 的基礎(chǔ)上 增加了轉(zhuǎn)向油泵、油壺、油管、閥等部件， 目的是 改善駕駛員手感，增加轉(zhuǎn)向助力。 進入 90 年代以來，汽車已經(jīng)融入我們的生 活，我國的經(jīng)濟實力不斷增強，人民生活水平大幅度提高，同時也反映出民族汽車工業(yè)的巨大進步。 作為汽車 最 關(guān)鍵部件 轉(zhuǎn)向機構(gòu) 得到了相應的發(fā)展 ， 基本已形成了專業(yè) 系列 生產(chǎn)的局面。有資料顯示 ， 國外有 許多的國家的轉(zhuǎn)向器廠家 ， 都已經(jīng)形成了大 規(guī)模生產(chǎn) 模式 ， 單 年產(chǎn)超過百萬臺 ， 壟斷 轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn) ， 并且銷售向 全世界 各地。汽車轉(zhuǎn)向器從 結(jié)構(gòu) 類型分類可以分成 很多 種 ， 從 現(xiàn)在轉(zhuǎn)向器 使用的普遍程度來看 ，主要的轉(zhuǎn)向器類型有 四 種 ： 有蝸桿銷 式 轉(zhuǎn)向器 、 蝸桿滾輪式 轉(zhuǎn)向器 、 循環(huán)球式 轉(zhuǎn)向器 、 齒 輪齒條 式型 轉(zhuǎn)向器 。 這四種轉(zhuǎn)向器 類型 ， 已經(jīng)被廣泛使用在汽車上 1 。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 ， 已經(jīng)成為 世界汽車上 最普遍使用的 兩種轉(zhuǎn)向器 ； 而蝸輪 式轉(zhuǎn)向器 ， 正在 逐漸被淘汰。 在小客車轉(zhuǎn)向器的 發(fā)展上， 觀點各異 ， 美國 主要 發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 ， 比率 將近 90%以上 ；而 西歐 主要 發(fā)展齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 ， 比率超過 50%， 而 法國 已經(jīng) 高達 95%。 在全世界范圍內(nèi)，汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占 45%左右；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%左右 。所以說循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 有很大的發(fā)展空間 。日本汽車轉(zhuǎn)向器 的特點是循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占的比重 變得越來越大 ，日本 不同類型汽車不同型號發(fā)動機上 ， 分別 采用 了不同類型轉(zhuǎn)向器，在公共汽車中 使用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 已 發(fā)展到 100%了。 大型貨車 小型貨車中，也大都采用 了 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)向器發(fā)展的優(yōu)勢所在 ， 在中、小型號的車輛上都 有非常好的發(fā)展空間 。由此我們 可以很輕易 看出循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計具有 非常重要 的意義，其應用前景也 會變得越來越好 。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 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)向器殼體等組成 2 。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)復雜，成本高，逐漸 的 被齒輪齒條式取代。但隨著動力轉(zhuǎn)向的應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 90 95%） ，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 快速提高，需要汽車在 高速 行駛 時有 非常好的 轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性 ， 轉(zhuǎn)向器 必須 具有 相對有 較高的剛度 要求 。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器通過大量鋼球的滾動接觸來傳遞轉(zhuǎn)向力，具有較大的強度和較好的耐磨性。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的間隙 可以調(diào)整 ，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，因此 適用范圍越來越廣 。我國的轉(zhuǎn)向器也在向 以 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為主的方向 發(fā)展。 究目的及意義 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 輕型轎 車 的需要，并為其今后拓展 應用領(lǐng)域 奠定理論設(shè)計基礎(chǔ) 。 究內(nèi)容和 設(shè)計 方法 研究內(nèi)容： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 （ 1） 調(diào)研收集課題相關(guān)資料。結(jié)合畢業(yè)設(shè)計課題進行必要的文獻檢索，查閱、收集、整理、歸納技術(shù)文獻和科技情報資料； （ 2） 深入學習并掌握汽車設(shè)計、汽車構(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、手冊和標準，對各總成部件進行選型、計算、校核等； （ 4） 計算循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要參數(shù)，并對其重要部件進行強度校核，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，按照標準和生產(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)驗公式 對轉(zhuǎn)向器的重要部件進行強度校核，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)束本論文的設(shè)計工作 。 2 轉(zhuǎn)向器 的 設(shè)計 向系統(tǒng)簡介 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來保持或者改變汽車行駛方向的機構(gòu)，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn) 角關(guān)系。 按照 中華人民共和國國家標準 汽車設(shè)計可知，其轉(zhuǎn)向器的設(shè)計要求如下 3： （ 1） 方向盤必須左置。 （ 2） 不得單獨以后輪 作 為轉(zhuǎn)向車輪。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 （ 3） 不得裝用全動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)。 （ 4） 轉(zhuǎn)向時轉(zhuǎn)向車輪的偏轉(zhuǎn)必須是漸進的。 （ 5） 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須有足夠的剛度且堅固耐用，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 80h（ 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 10h 車速、 24m 轉(zhuǎn)彎直徑前行轉(zhuǎn)彎時，不帶助力時轉(zhuǎn)向力應小于 245N，帶助力轉(zhuǎn)向但助力轉(zhuǎn)向失效時，其轉(zhuǎn)向力應小于 588N，機動動作時間正常情況下不得大于 4s，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。 （ 10） 當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） 當助力轉(zhuǎn)向裝置本身無獨立的輔助動力源時，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。 （ 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 應該 容易接近。 械轉(zhuǎn)向系 機械轉(zhuǎn)向系以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，所有 的 傳力件都是機械 連接 的 。機械轉(zhuǎn)向系 共 由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向 傳動機構(gòu)三大部分組成。駕駛員對轉(zhuǎn)向盤施加的轉(zhuǎn)向力矩通過轉(zhuǎn)向軸輸入轉(zhuǎn)向器。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。經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大后的力矩和減速后的運動傳到轉(zhuǎn)向橫拉桿 ， 再傳給固定于轉(zhuǎn)向節(jié)上買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 的轉(zhuǎn)向節(jié)臂，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)向傳動機構(gòu)。 向操縱機構(gòu) 轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)由方向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱等組成 4，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 。 向器 轉(zhuǎn)向器 是完成由旋轉(zhuǎn)運動 轉(zhuǎn)變?yōu)?直線運動的一組齒輪機構(gòu)，也是轉(zhuǎn)向 系中的減速傳動裝置。目前 比較 常用的有齒輪齒條式 轉(zhuǎn)向器 、循環(huán)球曲柄指銷式 轉(zhuǎn)向器 、蝸桿曲柄指銷式 轉(zhuǎn)向器 、循環(huán)球 向器 、蝸桿滾輪式 轉(zhuǎn)向器 等。 循環(huán)球式和齒輪齒條式， 是 當今世界汽車上 最 主要 使用 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。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的特點是：效率高，操縱輕便，有一條平滑的操縱力特性曲線 。 安裝方便 。 適用于 大、中型車輛和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使用； 有便于 駕駛員操縱信號。 ，滿足了操縱輕便 的要求。中間位置 的 轉(zhuǎn)向力小、 而 且經(jīng)常使用， 則 要求轉(zhuǎn)向非常 靈敏，因此 要使 中間位置速比小， 才可以 提高靈敏性。大角度轉(zhuǎn)向位置轉(zhuǎn)向阻力 相對較 大，但使用次數(shù) 較 少，因此希望大角度位置速比大一些， 才可 以減小轉(zhuǎn)向力。由于循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器可實現(xiàn)變速比，應用 范圍正在變得日益廣泛 。 應用 大量鋼球的滾動接觸 傳遞轉(zhuǎn)向力，具有 相對 較大的強度和較好的耐磨性。并且該轉(zhuǎn)向器 也 可以被設(shè)計成具有等強度結(jié)構(gòu) 的 ，這 也是 它應用廣泛的原因之一。 變速比 類型的 結(jié)構(gòu)具有 相對 較高的剛度，特別 適合 高速車輛車速 提高時的要求 。高速車輛需要 汽車 在高速時 具有相對 較好的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，保證轉(zhuǎn)向器具有 相對 較高的剛度。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 2環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 內(nèi) 有一 根 蝸桿。 可以將 轉(zhuǎn)向器想 象 成兩部分。第一部分是帶有螺紋孔的螺母 。此 螺母 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。方向盤連接在螺桿上，螺桿則插在 螺母 的孔內(nèi)。轉(zhuǎn)動方向盤時， 螺桿 轉(zhuǎn)動螺栓。由于螺栓與 螺母 之間 式 相對固定 的 ，因此 在旋轉(zhuǎn)時 ，它不會像普通螺栓那樣鉆入 螺母內(nèi) 中，而是帶動 螺母移動 ， 然后 驅(qū)動轉(zhuǎn)動車輪的齒輪。 螺栓并不 是 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) 相 對 于 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 也都被稱為 保安件。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器一般有兩級傳動副，第一級是螺桿螺母傳動副，第二級是齒條齒扇傳動副。為了 降低 轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)向螺母之間的摩擦 力 ，二者 之間的 螺紋并不 是 直接接觸 的狀態(tài) ， 在其中間 裝有多個鋼球，以實現(xiàn)滾動摩擦 代替滑動摩擦 。轉(zhuǎn)向螺桿和螺母上都 被 加工 出了 斷面輪廓 為 不同心圓弧組成的近似半圓的螺旋槽。 他們 的螺旋槽能配合 在一起 形成買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 一個 近似 為 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 通過 孔塞入螺旋形通道內(nèi)。轉(zhuǎn)向螺母 上安裝 有兩根鋼球?qū)Ч埽瑢Ч艿膬?個 端 口 分別插入螺母側(cè)面的一對通孔中。導管內(nèi)也裝滿 鋼球。 當 螺桿轉(zhuǎn)動 時 ，通過鋼球?qū)⒘?傳遞到 轉(zhuǎn)向螺母，螺母 會 沿 著 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 。在轉(zhuǎn)向器 運行 時，兩列鋼球在 各自的封閉流道內(nèi)循環(huán) 滾動 ，不會 脫落出來 。 向傳動機構(gòu) 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的功用是將轉(zhuǎn)向器輸出的力和運動傳到轉(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 。 向系主要性能參數(shù) 向器的效率 功率 1P 自 轉(zhuǎn)向軸輸入 ， 經(jīng) 由轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出 求得的效率稱 之 為正效率 ， 用符號 表示 ， 121 /)( ；反之 則 稱為逆效率 ， 用符號 表示， 323 /)( 。2P 為轉(zhuǎn)向器摩擦功率； 3P 為轉(zhuǎn)向搖臂軸功率。轉(zhuǎn)向時駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤 時輕便穩(wěn)定 ， 則 要求 正 效率高，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 的過程中 ， 又 要有一定的逆效率。減輕在不平路面上行駛時駕駛員的疲勞 程度，車輪與路面之間的作用力傳回到 轉(zhuǎn)向盤上 時 要盡可能 的 小 ，這要求 逆效率 必須盡可能的 低。 (1) 轉(zhuǎn) 向器類型、 轉(zhuǎn)向器 結(jié)構(gòu)特點與 轉(zhuǎn)向 效率 滾針軸 承和球軸承等三種結(jié)構(gòu)之一 。 滾針軸承 除滾輪與滾針之間有摩擦損失買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 外，滾輪側(cè)翼與墊片之間還存在 著一定的 滑動摩擦損失， 因此 這種轉(zhuǎn)向器的效率 不高 ，另外兩種結(jié)構(gòu) 在 前面說的 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 都相對 比較高 ，而蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的正效率要低的多 。同一類型 的 轉(zhuǎn)向器，因結(jié)構(gòu)不同 也會使得效率 不一樣。如蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的滾輪與支持軸之間使用 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)試驗結(jié)果分別為70%和 75%。 (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 式中， 0 為 螺桿的螺線導程角： 為摩擦角， ； f 為摩擦因數(shù)。取 0 為 7； f 取 f ； % 7t an)t t 根據(jù)逆效率的大小，轉(zhuǎn)向器又分為 可逆式、極限可逆式和不可逆式。路面 反作用在車輪上的力，經(jīng)過轉(zhuǎn)向系 會 大部分 的被傳遞回 轉(zhuǎn)向盤，這種逆效率 相對 較高的轉(zhuǎn)向器屬于可逆式 的 。它能保證轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤 可以 自動回正。這不僅 減輕了駕駛員的疲勞， 也 提高了行駛安全性。但是，在不平 的 路面上 行進時 ，車輪受到的沖擊力 大部分傳至轉(zhuǎn)向盤， 引起 駕駛員“打手”，使 駕駛員 精神緊張；如果長時間在不平 的 路面上 行進 ， 會 使駕駛員疲勞，影響安全駕駛。 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。 沖擊力由轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的零件承受， 因此會使得零件特別容易損壞 。同時，它 不能保證車輪自動回正，駕駛員對路面感覺非常低 ，因此，現(xiàn)代汽車 已經(jīng)不使 用這種 類型的 轉(zhuǎn)向器 了 。 極限可逆式轉(zhuǎn)向器 的情況則介于上述兩者之間。在車輪受到?jīng)_擊力作用時，反 力只有 相對 較小一部分 的力傳回 轉(zhuǎn)向盤。它的逆效率 相對比 較低， 而 在不平路面上行駛時，駕駛員并 不十分緊張，同時 ，零件受到的沖擊力也沒有不可逆式轉(zhuǎn)向器的大 。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 如果只考慮 到 嚙合副的摩擦損失， 則可用以下公式做出計算 00 （ 2 %1 4 t t 00 式（ 2（ 2明：導程角 0 增大時 ，正 效率逆效率都 增大。受 增大的影響， 0 不 應 取得 太 。 而 當導程角小于或等于摩擦角時，逆效率 小于等于零 ，此時 則 表明該轉(zhuǎn)向器 屬于 不可逆式轉(zhuǎn)向器。 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 0i 、 力傳動比 輪胎接地面中心作用在兩個轉(zhuǎn)向輪上的合力 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 比，稱為力傳動比，即 2 （ 2 轉(zhuǎn)向盤角速度 w 與轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度 k 之比， 為轉(zhuǎn)向系角傳動比 0i 。 /0 （ 2 式中 的 d 為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量； 為轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量； 時間增量。 轉(zhuǎn)向系角傳動比 又由角傳動比 i 和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)角傳動比 i 所組成， 0 。 轉(zhuǎn)向盤角速度 w 比 搖臂軸角速度 p ，稱為轉(zhuǎn)向器角傳動比 i 。 /（ 2 式中 的 為搖臂軸轉(zhuǎn)角增量。此定義適應于除齒輪齒條式之外的轉(zhuǎn)向器 。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 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)向機構(gòu)的角傳動比i ， 即 /（ 2 (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 作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩 間有如下關(guān)系 （ 2 式中， a 為主銷偏移距，指從轉(zhuǎn)向節(jié)主銷軸線的延長線與支撐平面的交點 至車輪中心平面與支承平面交線間的距離。 作用在方向盤上的手力 用下式表示 （ 2 式中 的 作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩； 轉(zhuǎn)向盤直徑。 將式（ 2（ 2入 2 后得到 h （ 2 分析式（ 2知，當主銷偏移距 a 小時，力傳動比 取 的相對 大 一 些才能保證轉(zhuǎn)向輕便 靈活 。通常 a 值在 輪胎的胎面寬度尺寸范圍內(nèi)選取 。本次設(shè)計用原有車型的數(shù)據(jù)。 忽略摩擦損失 ， M /2 可用下式表示 出 02 （ 2 將式（ 2入（ 2得到 0 （ 2 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 當 a 和 變時，力傳動比 大， 0i 也越大， 雖然轉(zhuǎn)向變得輕便了，但表明轉(zhuǎn)向不靈敏。 (3) 轉(zhuǎn)向系的角傳動比 0i 計算 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)角傳動比 時 ，除用 kP / 表示以外，還可以用轉(zhuǎn)向節(jié)臂臂長 2L 與搖臂長 1L 之比表示，即 12 / ?，F(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)中， 2L 與1L 的比值大約在 間，可近似認為比值為 1， 0 。 因此 ，如果要 研究轉(zhuǎn)向系的傳動比特性，只需 要 研究轉(zhuǎn)向器的角 傳動比 i 和 i 的 變化規(guī)律。 (4) 角傳動比 i 及其 i 的 變化規(guī)律 式（ 2明： 如果 增大角傳動比 ， 可以增加力傳動比。 由 2 可知 ，定時，增大 可以減少 作用在方向盤上的手力 要尺寸參數(shù)的選擇 由設(shè)計要求汽車前軸載荷為 6再 根據(jù)表（ 2擇齒扇模數(shù)為 4。 在 確定齒扇模數(shù) 后 ，轉(zhuǎn)向器其他參數(shù)根據(jù)表（ 2和表（ 2進行選取。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 表 2環(huán)球轉(zhuǎn)向器的主要參數(shù) 參數(shù) 數(shù)值 齒扇模數(shù) /臂軸直徑 /2 26 30 32 32 38 42 鋼球中心距 /0 23 25 28 30 35 40 螺桿外徑 /0 23 25 28 29 34 38 鋼球直徑 /距 /作圈數(shù) 流行數(shù) 2 齒扇齒數(shù) 5 5 齒扇整圓齒數(shù) 12 13 13 14 15 齒扇壓力角 22 30 27 30 切削角 6 30 6 30 7 30 齒扇寬 /2 25 25 27 25 28 30 284 38 35 38 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 表 2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 O O 車 發(fā)動機排量00 1000 1800 1600 2000 2000 2000 前軸負荷 /N 3500 3800 4700 7350 7000 9000 8300 11000 10000 11000 貨車和大客車 前軸負荷 N 3000 5000 4500 7500 5500 18500 7000 19500 9000 24000 17000 37000 23000 44000 最大裝載 50 1000 2500 2700 3500 6000 8000 表 2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 0 165 ) 40 327 ) 22 30 6 30 7 30 22 3 3211 ) 45 327 ) 22 30 6 30 7 30 26 5 83 ) 48 41 ) 22 30 6 30 7 30 29 9 3213 ) 62 329 ) 22 30 6 30 7 30 35 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 3213 ) 72 329 ) 22 30 6 30 7 30 38 8 3213 ) 82 329 ) 22 30 6 30 7 30 42 根據(jù)所選擇的齒扇模數(shù)，根據(jù)表（ 2表（ 2取對應的參數(shù)為： 鋼球直徑： 螺距： 工作圈數(shù)： 桿外徑： 23 環(huán)流行數(shù)： 2 螺母長度： 45扇齒數(shù)： 齒扇壓力角： 22 30 切削角： 6 30 齒扇寬： 265 螺桿、鋼球、螺母傳動副 設(shè)計 （ 1） 鋼球中心距 D 螺桿外徑 1D 螺母內(nèi)徑 2D 尺寸 D 、 1D 、 2D 如圖（ 2示 7 圖 2桿 鋼球 螺母傳動副 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 也相應增加 ， 設(shè)計時先參考同類型汽車的參數(shù)進行初選，經(jīng)強度驗算后，再進行修正。 螺桿外徑 常在 20 38圍內(nèi)變化，設(shè)計時應根據(jù)轉(zhuǎn)向軸負荷的不同來選定，螺母內(nèi)徑 2D 應大于 1D ，一般要求 )10%5(12 根據(jù) （表 2：買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 16 得 D=23， 1D =23 012 2據(jù)外形及參考數(shù)據(jù)繪制螺母的零件主視圖 圖 2據(jù)外形及參考數(shù)據(jù)繪制螺母的零件左視圖 （ 2） 鋼球直徑 d 及數(shù)量 n 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 鋼球直徑應符合國家標準，一般常在 6 9圍內(nèi) ，根據(jù) （表 2取d= 每個環(huán)路中的鋼球數(shù)可用 下式計算： 0co s （ 2 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)流導管中的鋼球數(shù)； 0 為螺線導程角，常取 0 =5 8，則 1 ；代入數(shù)值解得 n= 圖 2量轉(zhuǎn)向螺桿的數(shù)據(jù)后繪制螺桿的零件圖 （ 3） 滾道截面 當螺桿 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球和滾道又四點接觸，傳動時軸向間隙最小，可滿足轉(zhuǎn)向盤自由行程小的要求。 圖中滾道與鋼球之間的間隙，除用來貯存潤滑油之外，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 2R 應大于鋼球半徑 2/d ，一般取 。在此我們?nèi)L道半徑為 合相應的要求 。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 18 圖 2段圓弧滾道截面 （ 4） 接觸角 鋼球與螺桿滾道接觸點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 和螺旋線導程角 0 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動 角，對應螺母移動的距離 s 為 2 (2式中， P 為螺紋螺距。螺距 P 一般在 8 11選取。查表（ 2： P 程角 0 = 5 8取 70 。 與此同時，齒扇節(jié)圓轉(zhuǎn)過的弧長等于 s ，相應搖臂軸轉(zhuǎn)過 p ，其間關(guān)系可表示如下 ： rs p （ 2 式中， r 為齒扇節(jié)圓半徑。 由 式（ 2 式（ 2 2 ，將 對 p求導得循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器角傳動比 i 為 2 (2又 2/r 根據(jù)表 2 13z ； 242/1242/r mz 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 由式 (2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，圖中的尺寸 b 越小，要求 符合要求。 （ 6） 工作鋼球圈數(shù) W 多數(shù)情況下，轉(zhuǎn)向器用兩個環(huán)路，而每個環(huán)路的工作鋼球圈數(shù) W 又與接觸強度有關(guān)：增加工作鋼球圈數(shù) 時 ， 會使 參加工作的鋼球增多， 就 能降低接觸應力，提高 了 承載能力；但鋼球受力不均勻、螺桿增長而使剛度降低。 2 圈兩種。 一個環(huán)路的工作鋼球圈數(shù)的選取見 （ 表 2。取 W= 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)路滾道的兩個導孔，并分別插入鋼球?qū)Ч艿膬啥藢Ч?。鋼球?qū)Ч苁怯射摪鍥_壓成具有半圓截面的滾道，然后對接成導管，并經(jīng)氰 化處理使之耐磨。插入螺母螺旋滾道兩個導孔的鋼球的兩個導管的中心線應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 d 約為 6 9球直徑尺寸差應不超過 。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 動性變差，從而 需 要降低傳動效率。經(jīng)驗表明在每個環(huán)路中 n 以不大于 60 為好。 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到。即齒扇由買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 20 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 1O 轉(zhuǎn)動，如圖 2示， 1O 相對于搖臂軸的中心 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 ， 齒側(cè)間隙 s 也逐漸加大，s 可表達為 c o sc o st a a 222 （ 2 式中 r 徑向間隙； 嚙合角； 齒扇的分度圓半徑； 搖臂軸的轉(zhuǎn)角。 圖