載重汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表4.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要參數(shù)齒扇模數(shù)／mm3.03.54.04.55.06.06.5搖臂軸直徑／mm22263032323538404245鋼球中心距／mm202325252830323540螺桿外徑／mm2023252528293438鋼球直徑／mm5.5565.5566.3506.3507.1447.1448.000螺距／mm7.9388.7319.5259.525101011工作圈數(shù)2.5環(huán)流行數(shù)2螺母長度／mm41455246475856596272788082齒扇齒數(shù)355齒扇整圓齒數(shù)121313131415齒扇壓力角22°30’27°30’切削角6°30’6°30’7°30’齒扇寬／mm2225252725283028～3230343835384.1.3滾道截面螺桿和螺母各有兩條圓弧組成，形成四段圓弧滾道截面時,見圖4.2，鋼球與滾道有四點(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)。為了減少摩擦螺桿與螺母溝槽的半徑R2應(yīng)大于鋼球半徑d/2，一般取R2=(0.51～0.53)d,取R2=0.52d=0.52×7.144mm=3.7mm。圖4.2四段圓弧滾道截面4.1.4接觸角θ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θ稱為接觸角,如圖4.2所示。θ角多取45°,以使軸向力和徑向力分配均勻。4.1.5螺距P和螺線導(dǎo)程角α0轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動角,對應(yīng)螺母移動的距離s為（4.2）轉(zhuǎn)向4.2中,P為螺紋螺距。與此同時,齒扇節(jié)圓轉(zhuǎn)過的弧長等于s,相應(yīng)搖臂轉(zhuǎn)過βp角,其間關(guān)系統(tǒng)可表示如下（4.3）轉(zhuǎn)向4.3中,r為齒扇節(jié)圓半徑。聯(lián)立轉(zhuǎn)向（7.2）、轉(zhuǎn)向（4.3）得,將對求導(dǎo)得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動比為：（4.4）由轉(zhuǎn)向（4.4）可知,螺距影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動比的值。在螺距不變的條件下,鋼球直徑d越大,圖3.1中的尺寸b越小，要求b=P-d＞2.5mm。螺距一般在8-11mm內(nèi)選取，因?yàn)镻=10mm，d=7.144mm,所以b=P-d=10-7.144mm=2.856mm>2.5mm，所以符合要求。4.1.6工作鋼球圈數(shù)W多數(shù)情況下，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用兩個環(huán)路，而每個環(huán)路的工作鋼球圈數(shù)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2.5圈兩種。一個環(huán)路的工作鋼球圈數(shù)的選取見表4.2得該要求的商用車的工作圈數(shù)選為1.5圈。4.1.7導(dǎo)管內(nèi)徑d1容納鋼球而且鋼球在其內(nèi)部流動的導(dǎo)管內(nèi)徑d1=d+e,轉(zhuǎn)向中，e為鋼球直徑d與導(dǎo)管內(nèi)徑之間的間隙。e不宜過大,否則鋼球流經(jīng)導(dǎo)管時球心偏離導(dǎo)管中心線的距離增大，并使流動阻力增大。推薦e=0.4～0.8mm。導(dǎo)管壁厚取為1mm。4.2變厚齒扇4.2.1原理齒扇一般有5個齒，它與搖臂軸連為一體。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)向系統(tǒng)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O1轉(zhuǎn)動，如圖4.3所示，O1相對于搖臂軸的中心O有距離為n的偏心。這樣加工的齒扇在與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，嚙合角一般α為200，徑向間隙系統(tǒng)數(shù)為0.2；所以徑向間隙為△r=0.2r=0.2×26mm=5.2mm。△s可表達(dá)為：△s=2△rtanα=2×5.2×tan200mm=3.79mm。齒條、齒扇傳動副各對嚙合齒齒側(cè)間隙△s的改變也可以用改變齒條各齒槽寬而不改變齒扇各輪齒齒厚的辦法來實(shí)現(xiàn)。一般是將齒條兩側(cè)的齒槽寬制成比中間齒槽大0.20～0.30mm即可。圖4.3齒側(cè)間隙的齒扇加工原理與計(jì)算簡圖4.2.2變厚齒扇的分析變厚齒扇的齒頂和齒跟的輪廓面是圓錐的一部分，其分度圓上的齒厚是變化的，齒扇的齒厚沿齒寬方向的變化稱為變厚齒扇。如圖4.4所示，滾刀相對工件作垂直進(jìn)給的同時，還以一定的比例作徑向進(jìn)給，兩者合成為斜向進(jìn)給。這樣即可得到變厚齒扇。變厚齒扇的齒頂及齒根的輪廓面為圓錐面，其分度圓上的齒厚是成比例變化的，形成變厚齒扇，如圖4.5所示。在該圖中0—0截面原始齒形的變位系統(tǒng)數(shù)ζ=0，則位于其兩側(cè)的截面Ⅰ—Ⅰ和Ⅱ—Ⅱ分別具有ζ>0和ζ<0，即截面Ⅰ—Ⅰ的齒輪為正變位齒輪，截面Ⅱ—Ⅱ的齒輪為負(fù)變位齒輪。即變厚齒扇在其整個齒寬方向上是由無窮多的原始齒形變位系統(tǒng)數(shù)逐漸變化的圓柱齒輪所形成。因?yàn)樵谂c0—0平行的不同截面中，其模數(shù)m不變、齒數(shù)也相同，故其分度圓及基圓亦不變，即為分度圓柱和基圓柱。其不同截面位置上的漸開線齒形，均為在同一基圓柱上展開的漸開線，僅僅是其輪齒的漸開線齒形離基圓的位置不同而已，故應(yīng)將其歸入圓柱齒輪范疇，而不應(yīng)歸于直齒圓錐范圍，雖然它們從外觀上更相似，因?yàn)橹饼X圓錐齒輪輪齒的漸開線齒形的形成基準(zhǔn)是基錐。圖4.4用滾刀加工變厚齒扇的進(jìn)給運(yùn)動圖4.5變厚齒扇的截面4.2.3變厚齒扇齒形的計(jì)算通常取齒扇寬度的中間位置作基準(zhǔn)截面,如圖所示的截面I-I.由該截面至大端（截面Ⅱ-Ⅱ）時，各截面處的變位系統(tǒng)數(shù)ζ均取正，向小端（截面Ⅲ-Ⅲ）時，變位系統(tǒng)數(shù)ζ由正變?yōu)榱悖ń孛鍵-I）再變?yōu)樨?fù)值。設(shè)截面I-I至截面Ⅱ-Ⅱ的距離為,（4.5）則轉(zhuǎn)向中ζⅠ——在截面I-I處的原始齒形變位系統(tǒng)數(shù)；m——模數(shù)；γ——切削角（見圖4.6）由轉(zhuǎn)向(4.5)可知；當(dāng)齒扇的模數(shù)m及切削角γ選定后，各截面處的變位系統(tǒng)數(shù)ζ取決于該截面與基準(zhǔn)截面間的距離a(見圖4.6)。切削角γ為60030′；齒扇寬一般為22～28mm；模數(shù)為m=5.0mm；齒頂高系統(tǒng)數(shù)一般取0.8；壓力角為200?！嗑嚯x為:a0=B/2=25/2mm=12.5mm圖4.6變厚齒扇齒形計(jì)算簡圖∴在截面Ⅱ-Ⅱ處的變位系統(tǒng)數(shù)為：∴齒扇的最大端的直徑為:D大=（Z全+2ha*+2ζ）m=(13+2×0.8+2×0.28)×5.0mm=75.8mm∴齒扇的最小端直徑為：D小=（Z全+2ha*-2ζ）m=(13+2×0.8-2×0.28)×5.0mm=70.2mm∴分度圓弧齒厚為S=（+2ζtana0）m=3.14/2+2×0.28×tan200mm=1.77mm∴齒扇的全齒高為：h=ha+hf=ha*m+(ha*+c*)m=0.8×5+(0.8+0.3)×5mm=9.5mm載重汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表4.3轉(zhuǎn)向系統(tǒng)齒扇齒模數(shù)齒扇齒模數(shù)m／mm3.03.54.04.55.06.06.5轎車排量／mL5001000～18001600～200020002000前軸負(fù)荷／N3500～38004700～73507000～90008300～1100010000～11000貨車和大客車前軸負(fù)荷／N3000～50004500～75005500～185007000～195009000～2400017000～3700023000～44000最大裝載質(zhì)量／kg350100025002700350060008000由表4.4計(jì)算得出d=65mm，h1=4mm，h2=5.25mm表4.4變厚齒扇（I-I）處的齒形參數(shù)選擇與計(jì)算（mm）參數(shù)名稱參數(shù)的選擇與計(jì)算參數(shù)名稱參數(shù)的選擇與計(jì)算整圓齒數(shù)z通常在12~18范圍內(nèi)選取齒頂高h(yuǎn)1h1=X1m模數(shù)m根據(jù)汽車前橋負(fù)荷和裝載質(zhì)量選取齒根高h(yuǎn)2h2=X2m法向壓力角ɑ020°~30°齒全高h(yuǎn)h=h1+h2切削角θ常選取6°30′和7°30′徑向間隙cc=h1+h2齒扇寬度F通常去22~38齒頂圓直徑DD=（z+2X1+2ξA）m齒頂高系統(tǒng)數(shù)X11.0或0.8分度圓弧齒厚s齒根高系統(tǒng)數(shù)X2X2齒頂圓壓力角ɑ1變位系統(tǒng)數(shù)ξAξA分度圓直徑dd=mz4.3轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零件強(qiáng)度計(jì)算4.3.1鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力σ用下轉(zhuǎn)向計(jì)算鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力σ:（4.6）轉(zhuǎn)向4.6中，k為系統(tǒng)數(shù)，根據(jù)A／B值從表4.5中查取，A=[(1／r)-(1／R2)]/2，B=[(1／r)+(1／R1)]／2；R2為滾道截面半徑；r為鋼球半徑；Rl為螺桿外半徑；E為材料彈性模量，等于2.1×105N／mm2；F3為鋼球與螺桿之間的正壓力，可用下轉(zhuǎn)向計(jì)（4.7）轉(zhuǎn)向中，αo為螺桿螺線導(dǎo)程角；θ為接觸角；n為參與工作的鋼球數(shù)；F2為作用在螺桿上的軸向力，見圖4.7。表4.5系統(tǒng)數(shù)K與A/B之間的關(guān)系統(tǒng)A/B1.000.900.800.700.600.500.3000.050.020.010.007K0.3880.400.410.440.4680.4900.5360.6000.7160.9701.2801.8002.2713.202計(jì)算得A/B=0.0296，查表得k=1.5。聯(lián)立（4.6）和（4.7）并代入數(shù)據(jù)得：σ=1976.8N／mm2。當(dāng)接觸表面硬度為58—64HRC時，許用接觸應(yīng)力[σ]=2500N／mm2?？梢?，σ＜[σ]在許可范圍之內(nèi)，故滿足強(qiáng)度要求。圖4.7螺桿受力簡圖4.3.2齒的彎曲應(yīng)力σw用下轉(zhuǎn)向計(jì)算齒扇齒的彎曲應(yīng)力（4.8）轉(zhuǎn)向4.8中，F(xiàn)為作用在齒扇上的圓周力；h為齒扇的齒高；b為齒扇的齒寬；s為基圓齒厚。許用彎曲應(yīng)力為[σw]=540N／mm2。帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得，σw=412.7N／mm2。σw<[σw]在許可的范圍之內(nèi)，故滿足強(qiáng)度要求。螺桿和螺母用20CrMnTi鋼制造，表面滲碳。前軸負(fù)荷不大的汽車，滲碳層深度在0.8～1.2mm；前軸負(fù)荷大的汽車，滲碳層深度在1.05～1.45mm。表面硬度為58—63HRC。4.3.3轉(zhuǎn)向搖臂軸直徑的確定用下轉(zhuǎn)向（4.9）計(jì)算確定搖臂軸直徑d：(4.9)轉(zhuǎn)向中，K為安全系統(tǒng)數(shù)，根據(jù)汽車使用條件不同可取2.5～3.5；MR為轉(zhuǎn)向阻力矩；τ0為扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限。[τ]=650N/mm2。那么帶入數(shù)據(jù)得d=35.37mm查表4.2可知，取d=35齒扇模數(shù)m=5.0，此時根據(jù)表4.3可知，滿足轎車排量以及前軸負(fù)荷的要求。此時根據(jù)表4.2可知轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本參數(shù)如下：搖臂軸直徑取d=35mm,鋼球中心距為32mm，螺桿外徑為29mm，鋼球直徑7.144mm，螺距9.525mm，工作圈數(shù)選擇2.5，環(huán)流行數(shù)2，螺母長度59mm，齒扇齒數(shù)5mm，齒扇整圈圈數(shù)13，齒扇寬32mm。搖臂軸用20CrMnTi鋼制造，表面滲碳，滲碳層深度在0.8～1.2mm。前軸負(fù)荷大的汽車，滲碳層深度為1.05～1.45mm。表面硬度為58～63HRC。4.4轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的潤滑方轉(zhuǎn)向和密封類型的選擇轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的潤滑方轉(zhuǎn)向：人工定期潤滑潤滑脂：石墨鈣基潤滑脂（ZBE36002-88）中的ZG-S潤滑脂。載重汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)對汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求，除了機(jī)動性、輕便型和操縱穩(wěn)定性之外，還必須保證轉(zhuǎn)向軸的內(nèi)外轉(zhuǎn)向輪有一定的比例關(guān)系統(tǒng)，使汽車轉(zhuǎn)向過程中所有的車輪都是純滾動或有極小的滑移，這一要求一般由轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)近似的實(shí)現(xiàn)。5.1轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)原理圖5.1轉(zhuǎn)向中心的不同軌跡圓如上圖5.1所示：轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的任務(wù)是將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)輸出端的擺動轉(zhuǎn)變?yōu)樽?、右轉(zhuǎn)向車輪繞其轉(zhuǎn)向主銷的偏轉(zhuǎn)，并使它們偏轉(zhuǎn)到繞同一瞬時轉(zhuǎn)向中心的不向軌跡圓上，實(shí)現(xiàn)車輪無滑動地滾動轉(zhuǎn)向。為了使左、右轉(zhuǎn)向車輪偏轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系統(tǒng)能滿足這一汽車轉(zhuǎn)向運(yùn)動學(xué)的要求，則要由轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的精確設(shè)計(jì)來保證。載重汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.2轉(zhuǎn)向梯形的布置為保證汽車行駛的安全性，在一般情況下應(yīng)盡量將梯形布置在前軸之后，橫拉桿的高度應(yīng)在前軸下表面以上15mm處，以避免障礙物的撞擊。只有在發(fā)動機(jī)的位置很低或前軸是驅(qū)動軸時，由于梯形臂的橫拉桿難于布置時才不得不把轉(zhuǎn)向梯形放在前軸之前，此時橫拉桿位置應(yīng)盡量高些。我的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形布置在前軸以后，橫拉桿在前軸下表面以上15mm處。5.3轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)尺寸的初步確定轉(zhuǎn)向梯形的基本尺寸主要是梯行底角θ和梯形臂長m。梯形臂長m主要根據(jù)布置空間而定，它直接影響到橫拉桿軸向力的大小。橫拉桿軸向力（5.1）轉(zhuǎn)向5.1中，F(xiàn)Q是縱拉桿對轉(zhuǎn)向節(jié)上臂的作用力，一般可用前軸負(fù)荷G1的一半計(jì)算，即FQ=0.5G1;l是縱拉桿作用力臂；l'是橫拉桿軸向力FS的作用力臂。從上轉(zhuǎn)向可以看出，梯形臂不宜過短，因?yàn)闄M拉桿軸向力與梯形臂長m成反比，m減小導(dǎo)致FS增大。但梯形臂長度也不宜過大，否則會使其布置困難，尤其對于前置梯形更是如此。通常汽車上梯形臂長度m與兩主銷中心距M'的比值約為m／M'=0.11~0.15。綜合分析，我選取的主要參數(shù)m為204mm，M'為1672mm，m／M'為0.1254。梯行底角θ是一個非常重要的參數(shù)，一般情況下，對整體轉(zhuǎn)向軸后置梯形來說，兩梯形臂延長線的交點(diǎn)約在前軸后軸距的2／3處左右。在實(shí)際設(shè)計(jì)中梯行底角θ是根據(jù)整車布置最后確定的，一般在70°~80°范圍內(nèi)。梯形底角主要受到車輪的限制，很難設(shè)計(jì)得十分合理，一般設(shè)時橫拉桿接頭與車輪間隙不小于8mm。5.4梯形校核以圖解法進(jìn)行校核首先根據(jù)初步確定的梯形尺寸（梯形下底長度M=AB、梯形臂長度m=AP=BQ、梯形底角θ）作出中間位置的轉(zhuǎn)向梯形圖APQB。分別以A和B為圓心，以梯形臂長m為半徑畫兩弧。以A點(diǎn)為圓心，從AP線開始每隔5○作出A點(diǎn)的圓心角β1、β2、β3，,與以A點(diǎn)為圓心、m為半徑所畫弧相交于P1、P2、P3，,各點(diǎn)，再分別以P1、P2、P3，各點(diǎn)為圓心，以PQ長為半徑所畫弧分別與以B點(diǎn)為圓心、m為半徑所畫出的弧相交于Q1、Q2、Q3，將B點(diǎn)與Q1、Q2、Q3各點(diǎn)連線，測量∠QBQ1，∠QBQ2，各角，即為外輪轉(zhuǎn)角α1、α2、α3。內(nèi)輪轉(zhuǎn)角β與外輪轉(zhuǎn)角α的相應(yīng)關(guān)系統(tǒng)如表5.1所示。表5.1內(nèi)輪轉(zhuǎn)角β與外輪轉(zhuǎn)角α的相應(yīng)關(guān)系統(tǒng)β5°10°15°20°25°30°αα1α2α3α4α5α6根據(jù)作出的內(nèi)、外輪轉(zhuǎn)角畫出實(shí)際的特性曲線。與理論特性曲線進(jìn)行比較，可以選出幾組不同的梯形轉(zhuǎn)角θ和梯形臂長m，按上述方法求出和畫出一系統(tǒng)列的特性曲線，最接近理論特性曲線的該條曲線的θ和m，即為選定的梯形底角和梯形臂長?？紤]輪胎側(cè)向彈性的影響，應(yīng)使實(shí)際內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角的差值比理論值小。實(shí)際梯形特性曲線與理論特性曲線通常相交于15°~25°之間，使25°以內(nèi)的實(shí)際特性曲線盡量靠近理論特性曲線?？紤]整車布置，經(jīng)過校核后我取m為204mm，M'為1672mm，m／M'為0.1254，θ為76°。5.5轉(zhuǎn)向傳送機(jī)構(gòu)的臂、桿與球銷轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的桿件應(yīng)選用剛性好、質(zhì)量小的20、30或35號鋼的無縫鋼管制造，其沿長度方向的外形可根據(jù)總布置的需要確定。轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的各元件間采用球形鉸接．球形鉸接的主要特點(diǎn)是能夠消除由于鉸接處的表而磨損而產(chǎn)生的間隙，也能滿足兩鉸接件間復(fù)雜的相對運(yùn)動。在現(xiàn)代球形鉸接的結(jié)構(gòu)中均是用彈簧將球頭與襯墊壓緊。而且應(yīng)采用有效結(jié)構(gòu)措施保持住潤滑材料及防止灰塵污物進(jìn)入。球銷與襯墊均采用低碳合金鋼如12CrNi3A，18MnTi，或20CrN制造，工作表面經(jīng)滲碳淬火處理，滲碳層深1.5～3.0mm，表面硬度HRC56～63。允許采用中碳鋼40或45制造并經(jīng)高頻淬火處理，球銷的過渡圓角處則用滾壓工藝增強(qiáng)。球形鉸接的殼體則用鋼35或40制造。5.6轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部轉(zhuǎn)向橫拉桿與梯形轉(zhuǎn)向桿系統(tǒng)的相似。球頭銷通過螺紋與齒條連接。當(dāng)這些球頭銷依制造廠的規(guī)范擰緊時，在球頭銷上就作用了一個預(yù)載荷。防塵套夾在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩側(cè)的殼體和轉(zhuǎn)向橫拉桿上，這些防塵套阻止雜物進(jìn)入球銷及齒條中。轉(zhuǎn)向橫拉桿端部與外端用螺紋聯(lián)接。這些端部與梯形轉(zhuǎn)向桿系統(tǒng)的相似。側(cè)面螺母將橫拉桿外端與橫拉桿鎖緊（圖5.2）。圖5.2轉(zhuǎn)向橫拉桿外接頭1-橫拉桿2-鎖緊螺母3-外接頭殼體4-球頭銷5-六角開槽螺母6-球碗7-端蓋8-梯形臂9-開口銷表5.2轉(zhuǎn)向橫拉桿及接頭的尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)序號項(xiàng)目符號尺寸參數(shù)()1橫拉桿總長2812橫拉桿直徑153螺紋長度604外接頭總長1205球頭銷總長626球頭銷螺紋公稱直徑M10×17外接頭螺紋公稱直徑M12×1.58內(nèi)接頭總長65.39內(nèi)接頭螺紋公稱直徑M16×1.55.7桿件設(shè)計(jì)結(jié)果 表5.3桿件設(shè)計(jì)結(jié)果轉(zhuǎn)向梯形臂/mm440轉(zhuǎn)向橫拉桿/mm281載重汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的其它部分本章主要介紹關(guān)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)除轉(zhuǎn)向系統(tǒng)部分的其他部件，它包括轉(zhuǎn)向傳動部分和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的日常維護(hù)相關(guān)內(nèi)容。6.1萬向傳動裝置6.1.1概述萬向傳動裝置一般由萬向節(jié)和傳動軸組成，有時還加裝中間支承。在汽車傳動中，由于變速系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)連成整體支承在車架上，而驅(qū)動橋是通過彈性元件與車架彈性連接，因此，汽車在行駛中變速系統(tǒng)輸出軸與驅(qū)動橋輸入軸的夾角不會發(fā)生變化，而且它們之間的距離也會不斷變化。為適應(yīng)這變化，在汽車行駛系統(tǒng)中安裝了萬向傳動裝置，其作用是能在軸間夾角及相互位置經(jīng)常變化的轉(zhuǎn)軸之間傳遞動力。萬向傳動裝置不僅用于連接變速系統(tǒng)，分動系統(tǒng)和前后驅(qū)動橋，而且還用于驅(qū)動橋的兩端半軸之間。另外，在斷開轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋上，主減速系統(tǒng)與車輪之間也采用了萬向傳動裝置，萬向傳動裝置除用于汽車傳動系統(tǒng)外，還可用于動力輸出裝置和轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)?？傊嚿先魏我粚S相交且相對位置經(jīng)常變化的轉(zhuǎn)軸之間的動力傳遞，均須通過萬向傳動裝置[11]。6.1.2萬向節(jié)萬向節(jié)可分為剛性萬向節(jié)和撓性萬向節(jié)。在前者中，動力是靠零件的鉸鏈轉(zhuǎn)向連接傳遞的，而后者中則靠彈性零件傳遞，且有緩沖減震作用。剛性萬向節(jié)又可以分為不等速萬向節(jié)（常用的十字軸轉(zhuǎn)向）,準(zhǔn)等速萬向節(jié)（雙聯(lián)轉(zhuǎn)向、三銷軸轉(zhuǎn)向等）和等速萬向節(jié)（球叉轉(zhuǎn)向、球籠轉(zhuǎn)向等）。所謂萬向節(jié)，指的是利用球型連接實(shí)現(xiàn)不同軸的動力傳送的機(jī)械結(jié)構(gòu)，是汽車上有一個很重要的部件。萬向節(jié)與傳動軸組合，稱為萬向節(jié)傳動裝置。在前置發(fā)動機(jī)后輪驅(qū)動的車輛上，萬向節(jié)傳動裝置安裝在變速系統(tǒng)輸出軸與驅(qū)動橋主減速系統(tǒng)輸入軸之間；而前置發(fā)動機(jī)前輪驅(qū)動的車輛省略了傳動軸，萬向節(jié)安裝在既負(fù)責(zé)驅(qū)動又負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)向的前橋半軸與車輪之間。以下為簡單介紹兩種常用的萬向節(jié)[12,13]。a.十字軸轉(zhuǎn)向剛性萬向節(jié)目前汽車傳動系統(tǒng)中用得最多的是十字軸轉(zhuǎn)向剛性萬向節(jié)。如圖6.1所示，它允許相鄰兩軸的最大交角為15o~20o。剛性萬向節(jié)可以保證軸向交角變化時可靠的傳動，結(jié)構(gòu)簡單，并有較高的傳動效率，因此在汽車上廣泛采用。其缺點(diǎn)是單個萬向節(jié)在輸入軸與輸出軸之間有夾角的情況下，其兩軸的角速度不相等。圖6.1十字軸轉(zhuǎn)向剛性萬向節(jié)工作原理:1.主動叉在垂直位置，并且十字軸平面與主動軸垂直時。此時，主動叉與十字軸連接點(diǎn)a和從動叉與十字軸連接點(diǎn)b在十字軸平面上的線速度相等。（從動叉向十字軸平面的速度投影）。2.主動叉在水平位置，并且十字軸平面與從動軸垂直時。3.主從動軸的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)速關(guān)系統(tǒng)。b.等角速萬向節(jié)在轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋和獨(dú)立懸架的驅(qū)動橋中，由于受到軸向尺寸的限制及要求偏轉(zhuǎn)角大等原因，普通的萬向節(jié)已不能適應(yīng)其要求，所以人們在長期的時間過程中創(chuàng)造了各種形轉(zhuǎn)向的等角速萬向節(jié)，常見的有：雙聯(lián)轉(zhuǎn)向、三銷轉(zhuǎn)向、球叉轉(zhuǎn)向和球籠轉(zhuǎn)向。如下圖6.2所示為雙聯(lián)轉(zhuǎn)向萬向節(jié)：圖6.2雙聯(lián)轉(zhuǎn)向萬向節(jié)1-輸入軸；2-輸出軸；3-雙聯(lián)叉雙聯(lián)轉(zhuǎn)向萬向節(jié)實(shí)際上是一套將傳動軸長度減縮至最小的雙十字軸轉(zhuǎn)向萬向節(jié)等速傳動裝置，雙聯(lián)叉相當(dāng)于傳動軸及兩端處在同一平面上的萬向節(jié)叉。在當(dāng)輸出軸與輸入軸的交角較小時，處在圓弧上的兩軸軸線交點(diǎn)離上述中垂線很近，使得α1與α2的差很小，能使兩軸角速度接近相等，所以稱雙聯(lián)轉(zhuǎn)向萬向節(jié)為準(zhǔn)等速萬向節(jié)[14]。6.2傳動軸與中間支承傳動軸算是連接轉(zhuǎn)向萬向節(jié)的，它將轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)連接在一起，并傳遞轉(zhuǎn)矩到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向功能。為了得到較高的強(qiáng)度和剛度，傳動軸多做成空心的，一般用厚度1.5-3.0mm的薄鋼板卷焊而成。如下圖6.3所示。超重型載重汽車的傳動軸則直接采用無縫鋼管。圖6.3傳動軸傳動軸分段時中間必須加中間支承。通常中間支承安裝在車架橫梁上，應(yīng)能補(bǔ)償傳動軸軸向和角度方向的安裝誤差以及車輛行駛中由于發(fā)動機(jī)竄動或車架等變形所引起的位移。此外還可以吸收振動和減少噪聲傳導(dǎo)[16]。6.3動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)6.3.1對動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的要求1)運(yùn)動學(xué)上應(yīng)保持轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角和駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角之間保持一定的比例關(guān)系統(tǒng)。2)隨著轉(zhuǎn)向輪阻力的增大（或減?。?，作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力必須增大（或減小），稱之為“路感”。3)當(dāng)作用在轉(zhuǎn)向盤上的切向力Fh≥0.025～0.190KN時，動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就應(yīng)開始工作。4)轉(zhuǎn)向后,轉(zhuǎn)向盤應(yīng)自動回正，并使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài)。5)工作靈敏，即轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動后，系統(tǒng)內(nèi)壓力能很快增長到最大值。6)動力轉(zhuǎn)向失靈時，仍能用機(jī)械系統(tǒng)操縱車輪轉(zhuǎn)向。7)密封性能好，內(nèi)、外泄漏少。6.3.2動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案由分配閥、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、動力缸、液壓泵、貯油罐和油管等組成液壓轉(zhuǎn)向動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。根據(jù)分配閥、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動力缸三者相互位置的不同，它分為整體轉(zhuǎn)向(a)和分置轉(zhuǎn)向兩類。后者按分配閥所在位置不同又分為：分配閥裝在動力缸上的稱為聯(lián)閥轉(zhuǎn)向(b)，分配閥裝在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動力缸之間的拉桿上稱為連桿轉(zhuǎn)向(c)，分配閥裝在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上的稱為半分置轉(zhuǎn)向(d)。圖6.4動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案圖1－分配閥2－轉(zhuǎn)向系統(tǒng)3－動力缸在分析比較上述幾種不同動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案時，常從結(jié)構(gòu)上是否緊湊；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要零件是否承受由動力缸建立起來的載荷；拆裝轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是否容易；管路，特別是軟管的管路長短；轉(zhuǎn)向輪在側(cè)向力作用下是否容易引起轉(zhuǎn)向輪擺振；能不能采用典型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等方面來做比較。例如整體轉(zhuǎn)向動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由于分配閥、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、動力缸三者裝在一起，因而結(jié)構(gòu)緊湊，管路也短。在轉(zhuǎn)向輪受到側(cè)向力作用時或者發(fā)動機(jī)的振動不會影響分配閥的振動，因而不能引起轉(zhuǎn)向輪擺振。它的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)向搖臂軸、搖臂等轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要零件，都要承受由動力缸所建立起來的載荷，因此必須加大它們的尺寸和質(zhì)量，這對布置它們帶來不利的影響。同時還不能采用典型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，拆裝轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時要比分置轉(zhuǎn)向的困難。除此之外，由于對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的密封性能要求高，這對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，特別是重型汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來困難。整體轉(zhuǎn)向動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)多用于轎車和中型載重汽車。動力缸的主要尺寸有動力缸內(nèi)徑、活塞行程、活塞桿直徑和動力缸殼體壁厚。圖6.5動力缸的布置綜上所述：我選用整體轉(zhuǎn)向液壓動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)6.4汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的日常維護(hù)為了讓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠更加長時間安全有效的工作，對于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的日常維護(hù)也是必不可少的一個環(huán)節(jié)，以下為一些常用的日常維護(hù)措施：1)在坑洼不平路面行駛時，減速慢行，減小轉(zhuǎn)向機(jī)承受的載荷。2)經(jīng)常檢查方向機(jī)兩側(cè)的防護(hù)套及方向機(jī)上部與萬向十字軸連接的防護(hù)套狀態(tài)。護(hù)套的破損是導(dǎo)致方向機(jī)早期磨損和損壞的最主要因素。護(hù)套損壞后，水和灰塵沙土就通過破損處進(jìn)入轉(zhuǎn)向機(jī)內(nèi)部，破壞齒輪齒條的潤滑脂油膜，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)銹蝕，異常磨損等現(xiàn)象，如不立即處理掉內(nèi)部的水和沙土，在短期內(nèi)就會造成方向機(jī)的報廢。所以至少每月檢查一次防塵護(hù)套的狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)護(hù)套有破損現(xiàn)象必須馬上更換，并且在更換前對方向機(jī)做全面的檢查和保養(yǎng)。3)在做四輪定位調(diào)整前束、換轉(zhuǎn)向拉桿后，要特別注意防護(hù)套不能出現(xiàn)扭曲變形、裝配不到位等現(xiàn)象，否則會造成護(hù)套的損壞。4)因使用中潤滑脂會逐漸變臟、變質(zhì)，使?jié)櫥芰ο陆?；同時磨損下的物質(zhì)會逐漸增多，磨粒磨損現(xiàn)象會越來越重，使方向機(jī)磨損加劇。每行駛10萬公里左右應(yīng)對方向機(jī)做一次全面的保養(yǎng)維護(hù)，全面清潔，重新加注潤滑脂。5)方向機(jī)的使用條件惡劣，承受的載荷大，必須使用專用的潤滑脂，普通的潤滑脂達(dá)不到使用要求。6)方向機(jī)在使用中間隙會逐漸增大，如果方向盤的左右空行程超過15度，必須對方向機(jī)進(jìn)行檢查，如齒輪齒條異常磨損嚴(yán)重，必須更換方向機(jī)總成；如果無異常磨損，只是間隙過大，可進(jìn)行調(diào)整。在調(diào)整時要到服務(wù)站由經(jīng)過培訓(xùn)的專業(yè)人員進(jìn)行，調(diào)整后要保證方向盤能左、右打到極限位置，且力量均勻，轉(zhuǎn)動靈活。7)不要隨意在設(shè)備簡陋、技術(shù)水平低下的路邊店進(jìn)行方向機(jī)的保養(yǎng)和維護(hù)。方向機(jī)如調(diào)整不當(dāng)，會造成卡死現(xiàn)象，危及行車和人身安全。

7轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三維造型7.1solidworks簡介SolidWorks為達(dá)索系統(tǒng)（DassaultSystemesS.A）下的子公司，專門負(fù)責(zé)研發(fā)與銷售機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的視窗產(chǎn)品。達(dá)索公司是負(fù)責(zé)系統(tǒng)性的軟件供應(yīng)，并為制造廠商提供具有Internet整合能力的支援服務(wù)。該集團(tuán)提供涵蓋整個產(chǎn)品生命周期的系統(tǒng)，包括設(shè)計(jì)、工程、制造和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等各個領(lǐng)域中的最佳軟件系統(tǒng)，目前達(dá)索的CAD產(chǎn)品市場占有率居世界前列。7.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的三維裝配設(shè)計(jì)裝配設(shè)計(jì)平臺是solidworks機(jī)械設(shè)計(jì)的一個重要平臺，絕大數(shù)的機(jī)械設(shè)計(jì)中都包含多個零件，組件，都需要通過裝配來達(dá)到目的。此外通過裝配過程和裝配分析還可以發(fā)現(xiàn)零件設(shè)計(jì)和造型時的不足，以便進(jìn)一步修改。選擇【新建】-【裝配體】命令，進(jìn)入裝配設(shè)計(jì)平臺。在進(jìn)行裝配之前要把所有的零件都放在同一個文件夾里，以防止裝配體加載出錯。轉(zhuǎn)向液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要零件有轉(zhuǎn)向螺桿、轉(zhuǎn)向螺母、鋼珠、搖臂軸、軸承及上下轉(zhuǎn)向軸等。選擇【插入零件】工具便能彈出【文件選擇】對話框，選擇需要加載的零件，零件加載進(jìn)裝配平臺之后，首先將其移到合適的位置，然后在利用【配合】命令進(jìn)行零件間的約束。本次裝配的順序是由內(nèi)而外先將轉(zhuǎn)向螺桿、轉(zhuǎn)向螺母鋼球，齒扇軸載入對他們進(jìn)行約束定位，之后根據(jù)螺母下端的齒條定位齒扇即搖臂軸的位置，這樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)就基本完成。再根據(jù)螺桿軸線和搖臂軸的軸線定位軸承以及上下轉(zhuǎn)向軸和軸向盤的位置。轉(zhuǎn)向螺桿和齒扇軸如圖7.1裝配體如圖7.2所示。圖7.1轉(zhuǎn)向螺桿與齒扇軸圖7.2裝配體載重汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8結(jié)論本設(shè)計(jì)基于長城哈佛H6的基本參數(shù)對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了主要零部件的設(shè)計(jì)以及強(qiáng)度校核，設(shè)計(jì)前期對汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的載荷進(jìn)行了確定，然后根據(jù)載荷進(jìn)行了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要零部件的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核，包括汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核以及轉(zhuǎn)向梯形的整體布置。我充分利用網(wǎng)絡(luò)和湘潭大學(xué)圖書館，查閱和搜集資料，尤其是中國機(jī)械CAD論壇上面的資料讓我在本次課程設(shè)計(jì)中受益匪淺。然后結(jié)合專業(yè)知識，對收集的資料進(jìn)行整合，形成初步的設(shè)計(jì)思路。然后根據(jù)大量的閱讀認(rèn)識，綜合題目要求，對課題轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，遵循需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)這一程序，從結(jié)構(gòu)選型到結(jié)構(gòu)布局，再到具體零件尺寸的設(shè)計(jì)都依照前一階段的流程模型和機(jī)械設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。根據(jù)設(shè)計(jì)出的主要零件尺寸進(jìn)行了主要零部件和裝配圖的二維圖和三維圖的繪制，在設(shè)計(jì)過程中加強(qiáng)了專業(yè)知識的理解，進(jìn)一步熟悉了繪圖軟件的使用。隨著汽車工程的迅猛發(fā)展，汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)也跟著飛速發(fā)展，新型的轉(zhuǎn)向技術(shù)不斷的被應(yīng)用，如電動助力，線控轉(zhuǎn)向技術(shù)。但是這些技術(shù)與液壓助力轉(zhuǎn)向技術(shù)相比還不怎么成熟，液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在今后市場還會具有不可替代的地位。但是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也有很多不足之處，在今后的發(fā)展中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還要不斷改進(jìn)以使結(jié)構(gòu)最優(yōu)化。機(jī)械設(shè)計(jì)中認(rèn)知過程是具有漸變性，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)過程中以市場需求為導(dǎo)向，同時客戶對產(chǎn)品的要求永遠(yuǎn)不會停留在一個點(diǎn)上。諸多原因決定汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還存在很大的改進(jìn)空間。我們共同期待未來的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加人性化、節(jié)能、環(huán)保。載重汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)[1]王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2011.219-255.[2]吳際璋.汽車構(gòu)造[M].北京：人民交通出版社,2009.246-278.[3]劉志剛.汽車發(fā)展史簡述[J].汽車運(yùn)用,2000,12:20-23.[4]董寶承.汽車底盤[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.32-81.[5]劉惟信.汽車設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2001.158-200.[6]張洪欣.汽車設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999.106-126.[7]張文春.汽車?yán)碚揫M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2