廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)(機(jī)械齒輪齒條轉(zhuǎn)向器)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師：摘要：轉(zhuǎn)向系是用來(lái)保持或者改變汽車(chē)行駛方向的機(jī)構(gòu)，在汽車(chē)轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。轉(zhuǎn)向器是整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要組成部分。在機(jī)械式轉(zhuǎn)向器中，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器由于其自身的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于轎車(chē)和微型、輕型車(chē)上。本次設(shè)計(jì)參考五菱宏光輕型客車(chē)的技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)其轉(zhuǎn)向器，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向器各個(gè)部分的原理分析，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)主要零部件的強(qiáng)度校核計(jì)算，確定齒輪幾何參數(shù)以及嚙合齒條的尺寸，最后設(shè)計(jì)優(yōu)化和進(jìn)行轉(zhuǎn)向器總成裝配圖的繪畫(huà)。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向器；齒輪齒條：強(qiáng)度校核Abstract:Thesteeringsystemisusedtomaintainorchathecartodrive,ensurecoordinationofAnglerelationshipbetweenthesteeringwheel.Thegear,gearandracktypesteeringgearduandminiature,lightvehicle.Thedesignreferenceofwallingmacrolparameterdesign,thesteeringgear,throughanalyzingthepristeeringgear,selectingrationalstructureform,tcomponents,determinethesizeofmeshandgeometricparameters廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)目錄摘要 II IV1緒論 1 11.2汽車(chē)轉(zhuǎn)向器的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)概述 11.3本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 32齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)方案選擇及論證 42.1概述 42.1.1轉(zhuǎn)向系的組成 42.1.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類(lèi)型 52.2對(duì)轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)要求 72.3機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析 82.3.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 82.3.2整體式轉(zhuǎn)向器 2.3.3結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析 3轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計(jì)算 3.2轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)尺寸初步確定 4齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器計(jì)算載荷的確定 4.1轉(zhuǎn)向器主要性能參數(shù) 4.2原地轉(zhuǎn)向阻力矩 4.3轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比 4.4作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的手力 225齒輪設(shè)計(jì) 245.1齒輪參數(shù)的選擇 5.2齒輪幾何尺寸的確定 245.3齒輪校核 255.3.1齒輪受力分析 255.3.2齒輪的齒面彎曲疲勞強(qiáng)度校核 255.3.3齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 266齒條設(shè)計(jì) 286.1齒條材料的選擇 286.2齒條參數(shù)的確定 287齒輪軸的設(shè)計(jì)與校核 7.1齒輪軸結(jié)構(gòu)形式與幾何參數(shù)的確定 7.2齒輪軸強(qiáng)度校核 8其他零件的選擇 8.1彈簧的選擇 廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)8.2軸承的選擇 8.3螺釘?shù)倪x擇 結(jié)束語(yǔ) 參考文獻(xiàn) 1改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)的汽車(chē)工業(yè)日新月異，勢(shì)如破竹，在各大行業(yè)中占據(jù)第一產(chǎn)業(yè)支柱，伴隨著現(xiàn)代社會(huì)和人類(lèi)對(duì)汽車(chē)在性能方面的要求越來(lái)越高，在駕車(chē)行駛中的操作便捷性、行駛時(shí)操縱過(guò)程中汽車(chē)是否具有很好的穩(wěn)定性等等因素都是現(xiàn)代社會(huì)對(duì)汽車(chē)性能的要求。近年來(lái)，出現(xiàn)了各種隨著汽車(chē)行駛速度調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向助力的電子控制液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，他們?cè)诒容^高級(jí)的轎車(chē)中得到了應(yīng)用。本課題根據(jù)五菱宏光輕型載客汽車(chē)轉(zhuǎn)向器的參數(shù)及使用條件，設(shè)計(jì)一種轉(zhuǎn)向器使其滿足使用要求。1.2汽車(chē)轉(zhuǎn)向器的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)概述隨著汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展和對(duì)舒適性的要求，安全性和性能的不斷提高，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的制造工藝和技術(shù)也隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)。我國(guó)在轉(zhuǎn)向器的使用比例上，除初期投產(chǎn)的解放牌汽車(chē)使用蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器，還有東風(fēng)汽車(chē)用蝸桿肖式轉(zhuǎn)向器之外，其余大部分車(chē)型都采用循環(huán)球式結(jié)構(gòu)，并在生產(chǎn)工藝上有一定的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)前解放、東風(fēng)也都在積極地發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，并已在更換車(chē)型的車(chē)上廣泛選用了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。由此看出一個(gè)結(jié)論，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。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)在研究過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)配以專(zhuān)業(yè)廠為主、花費(fèi)巨額資金進(jìn)行大量的試驗(yàn)和研究，大大提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)似乎已成為一種趨向，只能走專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)這條道路，才能使產(chǎn)品質(zhì)量提高、產(chǎn)量增大、成本降低，在市場(chǎng)上占有很大的競(jìng)爭(zhēng)力，才能分到更多的蛋糕。以日本(NSK)公司尤其明顯，由于生產(chǎn)車(chē)間的專(zhuān)業(yè)化，使得NSK公司的轉(zhuǎn)向器成本低，占領(lǐng)日本大部分市場(chǎng)，甚至在全球轉(zhuǎn)向器市場(chǎng)都占有一定的比例。機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，采用的是純粹的人力機(jī)械操作，無(wú)需外部助力能源。為了能夠按照設(shè)想軌跡轉(zhuǎn)向，需要更大的轉(zhuǎn)向力矩，因此為了節(jié)省駕駛員的體力，使用比較大直徑的轉(zhuǎn)向盤(pán)。但是方向盤(pán)占據(jù)駕駛室的空間大，降低駕駛員在駕駛室的舒適度，并且駕駛不方便。如果使用小直徑的方向盤(pán)，為了提供能使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作的轉(zhuǎn)向力矩，駕駛員就要在方向盤(pán)施加很大的轉(zhuǎn)向手力，駕駛員的體力負(fù)擔(dān)重，特別是重型汽車(chē)的轉(zhuǎn)向阻力更大，單純靠駕駛員的手力是很難實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的，而且單純的機(jī)械式轉(zhuǎn)向不管在結(jié)構(gòu)上還是重量上顯得笨拙，。這就大大限制了其在車(chē)型上的使用范圍。但由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，制造成本低，在一些需要轉(zhuǎn)向力相對(duì)較小的車(chē)型仍然使用。2上世紀(jì)60年代的通用汽車(chē)公司，在他們的車(chē)型中第一次進(jìn)行液壓轉(zhuǎn)向的嘗試，液壓轉(zhuǎn)向原理是油泵產(chǎn)生油壓，控制閥調(diào)節(jié)油流量，靠液壓的形式增大轉(zhuǎn)向扭力，使駕駛員在駕駛過(guò)程中轉(zhuǎn)向更靈活輕便，減輕駕駛員轉(zhuǎn)向時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度，行駛的安全性得以大大提高。隨著時(shí)代的變遷，液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)已逐步成熟。據(jù)統(tǒng)計(jì)，時(shí)至當(dāng)代汽車(chē)采用液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的比率為85%。從此各方面技術(shù)都取得了很大的進(jìn)步。因?yàn)槠潴w積小而使駕駛室變得寬敞，降低了轉(zhuǎn)向操縱力，這樣有一個(gè)好處就是使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更為靈敏。由于液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在技術(shù)上比較成熟、易操控、而且能提供比較大的轉(zhuǎn)向操縱助力，目前已經(jīng)在部分乘用車(chē)(比如通用五菱、風(fēng)行菱智)和大部分商用車(chē)上應(yīng)用，特別是重型車(chē)輛上廣泛應(yīng)用。雖然說(shuō)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在體積方面得到了優(yōu)化，但是在其他方面還存在一些不足，需要技術(shù)上的改所以轉(zhuǎn)向助力過(guò)大，所以轉(zhuǎn)向太過(guò)靈敏導(dǎo)致汽車(chē)操縱穩(wěn)定性降低，這就是助力特性不能改變導(dǎo)致的結(jié)果。比如說(shuō)油液密封性，整個(gè)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在工作過(guò)程中，由于路面不平產(chǎn)生的震動(dòng)會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的密封性降低。系統(tǒng)的液壓缸位置的放置，占據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)艙的空間，液壓管的布置，顯得發(fā)動(dòng)機(jī)艙凌亂。EPS(電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng))首先被應(yīng)用在汽車(chē)在上世紀(jì)90年代。20世紀(jì)90年代日本鈴木公司開(kāi)發(fā)出一種全新的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，因?yàn)樗请娮涌刂剖降?，利用電子元件?duì)整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的執(zhí)行元件進(jìn)行發(fā)布控制命令，并應(yīng)用于公司開(kāi)發(fā)的車(chē)型上。EPS電源的變化在一定程度上幫助形成，由低速向高速發(fā)展，控制形式和功能得到進(jìn)一步加強(qiáng)，如電子控制元件可釋放電流信號(hào)。日本最早研發(fā)的EPS只有在車(chē)輛低速行駛與駐車(chē)時(shí)提供電動(dòng)助力，高速行駛時(shí)EPS將不提供助力，其電子控制元件不會(huì)發(fā)出執(zhí)行命令。全新研發(fā)的EPS不管汽車(chē)在任何情況下(低速、高速、駐車(chē))都能提供助力，而且車(chē)輛不會(huì)因?yàn)樵诟咚傩旭倳r(shí)轉(zhuǎn)向車(chē)身變得不穩(wěn)定，隨著電子科技技術(shù)的發(fā)展，EPS技術(shù)日趨完善，而且方便便捷，使用的是發(fā)動(dòng)機(jī)功率，所以因此其在各個(gè)車(chē)型的應(yīng)用范圍將越來(lái)越大。隨著私家車(chē)普遍進(jìn)入尋常百姓家，各式各樣的低、中、高檔轎車(chē)步入人們的生活中。快節(jié)奏和生活節(jié)奏的產(chǎn)生，更是促進(jìn)人們對(duì)高速和經(jīng)驗(yàn)的不斷追求，生活節(jié)奏的加快也意味著車(chē)輛速度的增加。由于世界汽車(chē)數(shù)量越來(lái)越多，交通狀況復(fù)雜，多崎嶇不平路面，對(duì)轉(zhuǎn)向系的損傷增大。為了改善這些因素，就得在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研發(fā)上花費(fèi)功夫。上的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中裝設(shè)了防傷裝置。在發(fā)生撞車(chē)事故時(shí)，駕駛員胸部撞上轉(zhuǎn)向盤(pán)，當(dāng)這種撞擊力達(dá)到設(shè)定值時(shí)上述網(wǎng)格狀轉(zhuǎn)向軸就被壓潰、發(fā)生塑性形變，同時(shí)吸收能量、限制對(duì)駕駛員的沖擊力。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也有單純的轉(zhuǎn)向逐漸向安全性這方面靠攏。為3了使轉(zhuǎn)向系逐步往安全性方面靠攏，生產(chǎn)廠家也在安全性和制造成本之間尋求一個(gè)平衡點(diǎn)，在保證質(zhì)量的前提下提高轉(zhuǎn)向系的安全性，就得增加制造成本，單純的追求安全性也是不明智的選擇?？紤]到全球環(huán)境的影響，汽車(chē)零部件生產(chǎn)商還要考慮環(huán)保的各汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)就當(dāng)今汽車(chē)速度高、針對(duì)不同駕駛水平的駕駛員、車(chē)流密集的道路，設(shè)計(jì)出怎樣的汽車(chē)轉(zhuǎn)向特性才能具有更好的操縱性能這一重要課題進(jìn)行反復(fù)研究和新技術(shù)的研發(fā)。一、為適應(yīng)新時(shí)代的時(shí)代發(fā)展需求，新型化的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究與應(yīng)用應(yīng)該減小傳動(dòng)誤差、優(yōu)化設(shè)計(jì)、減輕磨損、提高傳動(dòng)效率等方面設(shè)計(jì)。二、降低駕駛疲勞，使操縱更輕便穩(wěn)定是動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)研發(fā)的重要方向，考慮到動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)制造的成本性較高，在高級(jí)轎車(chē)上應(yīng)用較多，但隨著時(shí)代的發(fā)展，技術(shù)的不斷成熟，在今后的車(chē)型中廣泛運(yùn)用動(dòng)力轉(zhuǎn)向器不是遙不可及。1.3本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本次設(shè)計(jì)結(jié)合并參考五菱宏光2010款輕型客車(chē)的特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，這次設(shè)計(jì)通過(guò)方案論證選擇合適的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式；確定結(jié)構(gòu)布置方案，完成轉(zhuǎn)向器的總體結(jié)構(gòu)布置和主要零部件的設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)向器零部件材料的選擇并進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算；最后繪制轉(zhuǎn)向器總成的裝配圖及主要零部件的圖紙。42.1.1轉(zhuǎn)向系的組成轉(zhuǎn)向系是通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將駕駛員施加的轉(zhuǎn)向力矩作用于兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪，從而改變汽車(chē)行駛方向或保持汽車(chē)原有的行駛方向。在汽車(chē)要進(jìn)行轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過(guò)傳輸轉(zhuǎn)向力矩，對(duì)左、右轉(zhuǎn)向輪通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(執(zhí)行器)以不同的角度匹配確保汽車(chē)沿設(shè)想軌跡行駛。轉(zhuǎn)向系的主要組成部分包括轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。其中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向梯形臂、轉(zhuǎn)向直拉桿。在汽車(chē)要進(jìn)行轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過(guò)傳輸轉(zhuǎn)向力矩，左右轉(zhuǎn)向輪通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(執(zhí)行器)以不同的角度匹配確保汽車(chē)沿設(shè)想軌道行駛。體現(xiàn)這一作用的機(jī)構(gòu)就是汽車(chē)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。汽車(chē)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠按照司機(jī)人為意志在開(kāi)車(chē)時(shí)更改方向，且在行駛過(guò)程中車(chē)輪駛過(guò)坑洼路面而造成汽車(chē)受到偶然沖擊或行駛方向意外偏離的時(shí)候，轉(zhuǎn)向系與行駛系統(tǒng)配分工合一起承擔(dān)著車(chē)輛能安全行駛不跑偏的性能。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)利用轉(zhuǎn)向器傳出來(lái)的力矩轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)向節(jié)，促使車(chē)輛左右前輪按照一定的偏轉(zhuǎn)角進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的功用就是轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所具備的能力，只有這樣才能使汽車(chē)在需要轉(zhuǎn)向時(shí)降低車(chē)輪與地面的相對(duì)滑動(dòng)。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的組成方式和布置位置，因轉(zhuǎn)向器位置和轉(zhuǎn)向輪懸架類(lèi)型不同而不1).與非獨(dú)立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與非獨(dú)立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，部件主要包括轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂和轉(zhuǎn)向梯形臂。當(dāng)前橋的作用只作為轉(zhuǎn)向橋的情況下，轉(zhuǎn)向梯形一般有轉(zhuǎn)向橫拉桿和左、右梯形臂等部件組成，而轉(zhuǎn)向梯形的位置一般會(huì)布置在前橋之后。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪與汽車(chē)行駛方向相平行的時(shí)候，梯形臂與橫拉桿在與道路平行的平面(水平平面)內(nèi)的交角θ>90°。轉(zhuǎn)向橋兼充驅(qū)動(dòng)橋或當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)布置位置較低的情況下，為了不讓運(yùn)動(dòng)干涉梯形結(jié)構(gòu)，就要將轉(zhuǎn)向梯形布置在前橋的面前。此時(shí)，上述交角θ<90°[12]。若轉(zhuǎn)向搖臂是在與道路平行的平面內(nèi)左右擺動(dòng)，而不是在汽車(chē)縱向平面內(nèi)前后擺動(dòng)，則可將轉(zhuǎn)向直拉桿橫置，并借球頭銷(xiāo)直接帶動(dòng)轉(zhuǎn)向橫拉桿，并且使兩邊梯形臂轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向搖臂與轉(zhuǎn)向節(jié)臂三者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不是在一個(gè)平面上，是空間運(yùn)動(dòng)。因此，為了不讓三者之間的運(yùn)動(dòng)互相干擾，他們?nèi)齻€(gè)之間通過(guò)球鉸連接，可避免三者之間的運(yùn)動(dòng)干涉。直拉桿體是一段鋼管，這斷鋼管兩頭大中間小的形狀。直拉5桿體前端是帶有球頭銷(xiāo)的。而球頭銷(xiāo)的尾端是用螺母固定于轉(zhuǎn)向節(jié)臂的端部。而兩個(gè)球頭座里面是各有一個(gè)壓縮彈簧的，在彈簧的作用力下，利用固定件將球頭銷(xiāo)的球頭固定住。球頭與座的潤(rùn)滑是通過(guò)油嘴注入潤(rùn)滑脂，使?jié)櫥M(jìn)入直拉桿端部官腔，達(dá)到潤(rùn)滑效果，延長(zhǎng)使用壽命和減少傳遞功率的損耗。球頭在拆裝的過(guò)程中，其出入的孔口要用防塵墊封蓋，目的是防止灰塵進(jìn)入，采用耐油橡膠延長(zhǎng)其使用壽命，而無(wú)需頻繁更換。整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間工作后，直拉桿體的球頭與座之間的磨損嚴(yán)重，間隙大，而壓縮彈簧就可以補(bǔ)償他們之間因?yàn)槟p而產(chǎn)生的間隙，兩者之間沒(méi)有活動(dòng)間隙后還會(huì)緩和通過(guò)車(chē)輪和轉(zhuǎn)向節(jié)傳來(lái)的不平路面產(chǎn)生的“反沖擊”。彈簧預(yù)緊力的大小可調(diào)，可通過(guò)球頭端塞調(diào)整，調(diào)好后只需要插銷(xiāo)固定的位置，可以調(diào)整彈簧預(yù)緊力。直拉桿前后兩端的兩個(gè)壓縮彈簧分別在沿軸線的不同方向上起到緩沖作用。從前面?zhèn)鬟f的沖擊力通過(guò)壓縮彈簧承受；當(dāng)球頭銷(xiāo)的沖擊力，沖擊力通過(guò)球頭座，前端插頭，直桿體和插頭的后端，被壓縮彈簧壓吸收。壓縮彈簧發(fā)生彈性形變吸收沖擊力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的底邊轉(zhuǎn)向橫拉桿。轉(zhuǎn)向橫拉桿是由一段橫拉桿體和旋裝在兩端的橫拉桿接頭組成。兩端相比，結(jié)構(gòu)一樣，而且連接方式一模一樣。上、下球頭座的材料是由具有很強(qiáng)耐磨性的聚甲醛制成。裝配過(guò)程中，上、下球頭座的凹凸部分相連接。里面的壓縮彈簧保證凹凸部分連接沒(méi)縫隙，并且起到緩沖效果。兩接頭用部分有切口的接口螺紋與橫拉桿體聯(lián)接，螺紋因?yàn)橛胁糠智锌谑顾哂幸欢ǖ膹椥?。螺紋接頭旋轉(zhuǎn)到橫拉桿體上后，同時(shí)用有彈簧墊片的夾緊螺栓夾緊。橫拉桿體兩端的螺紋必須一端為右旋、另一端為左旋，這樣兩邊的沖擊力不會(huì)使螺紋松動(dòng)，保證了接口的安全穩(wěn)定性。松動(dòng)夾緊螺栓后，通過(guò)橫拉桿可以調(diào)整轉(zhuǎn)向輪前束。2).與獨(dú)立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)當(dāng)前懸架采用獨(dú)立懸架時(shí)，轉(zhuǎn)向系的布置就不能跟非獨(dú)立懸架相比，每一個(gè)每個(gè)轉(zhuǎn)向輪都相對(duì)于車(chē)架做獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，所以每一個(gè)轉(zhuǎn)向輪的運(yùn)動(dòng)是大同小異的，因而轉(zhuǎn)向橋在控制轉(zhuǎn)向輪上必須是分開(kāi)的。與這個(gè)原理相似的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向梯形，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)向梯形也必須分成兩段、甚至要分為三段，轉(zhuǎn)向梯形運(yùn)動(dòng)是直接驅(qū)動(dòng)或通過(guò)操縱桿帶動(dòng)轉(zhuǎn)向臂，其中轉(zhuǎn)向搖臂是平行于路面運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)的。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按能源的不同，分為機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動(dòng)力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩大類(lèi)。名稱組成6由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)(方向盤(pán))、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(轉(zhuǎn)向萬(wàn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向拉桿等)構(gòu)源只有駕駛員的體力當(dāng)汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員對(duì)方向盤(pán)(1)施加一個(gè)轉(zhuǎn)向手力。該力通過(guò)轉(zhuǎn)向軸(2)、萬(wàn)向節(jié)(4)、和傳動(dòng)軸(5)輸入轉(zhuǎn)向器，輸入的轉(zhuǎn)向力經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大的力矩和減速后的運(yùn)動(dòng)傳到轉(zhuǎn)向搖臂，經(jīng)轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、最后到達(dá)轉(zhuǎn)向輪。(如圖2-1所示)動(dòng)力轉(zhuǎn)向在機(jī)械轉(zhuǎn)向的原有基礎(chǔ)上多了轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸、轉(zhuǎn)向液壓泵、轉(zhuǎn)向油罐、油液控制閥。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是裝載加力裝置的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。加力油液施加一定的壓力，而壓力的釋放通過(guò)控制閥來(lái)控制。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)帶動(dòng)直拉桿順帶打開(kāi)控制閥，液壓泵里的高壓油的壓力電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(基本機(jī)構(gòu))、關(guān)(離合器)、電子控制裝置、電子感應(yīng)元件(傳感器)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向，根據(jù)扭矩傳ECU感知，判斷輸入轉(zhuǎn)向力矩的大小，同時(shí)ECU從其他的電子感應(yīng)元件(車(chē)速傳感器)傳來(lái)的信號(hào)來(lái)檢測(cè)此時(shí)的車(chē)速，通過(guò)ECU處理，選電動(dòng)機(jī)助力，形成電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向。7圖2-1轉(zhuǎn)向系目前，萬(wàn)向傳動(dòng)裝置出現(xiàn)在了國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的新車(chē)型的轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)中，這樣有利于轉(zhuǎn)向系各式的零部件在更換時(shí)更便捷，另外可以更快地找到零部件替代品。只有改變?nèi)f向傳動(dòng)裝置的一些參數(shù)，可以滿足各種類(lèi)型汽車(chē)在總體布局的要求。即便是轉(zhuǎn)向盤(pán)與轉(zhuǎn)向器在同一軸線上，因?yàn)椴考谲?chē)上的裝配和安裝誤差產(chǎn)生的變形(車(chē)架)所造成的兩者之間軸線在實(shí)際上的不同，可以利用萬(wàn)向傳動(dòng)裝置進(jìn)行補(bǔ)償誤差。對(duì)轉(zhuǎn)向系的要求：所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向輪應(yīng)設(shè)計(jì)出具有自動(dòng)回正的能力。汽車(chē)輪胎的側(cè)偏特性和車(chē)輪定位參數(shù)決定轉(zhuǎn)向輪是否有回正的能力。汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有合適的前輪定位參數(shù)，同時(shí)限制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)部機(jī)件運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦阻力大小和阻尼值，可獲得相應(yīng)的回正力矩，同時(shí)可為汽車(chē)提供可靠的穩(wěn)定性。2.2對(duì)轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)向器是汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心部件，對(duì)轉(zhuǎn)向器有如下基本要求5:(1)提供準(zhǔn)確而輕便的轉(zhuǎn)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(有傳動(dòng)零件之間的間隙引起)盡可能小，傳動(dòng)比適當(dāng)，駕駛員主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí)的機(jī)械效率(正效率)高，可能需要?jiǎng)恿χΑ?(2)使地面對(duì)前輪的干擾要盡可能少地被傳遞到轉(zhuǎn)向盤(pán)上，同時(shí)還要讓駕駛員能夠通過(guò)方向盤(pán)感覺(jué)得到路面狀況(粗糙程度、附著力的大小等)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)牡?，即逆效率適當(dāng)?shù)牡氐汀?3)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)回正，這又要求轉(zhuǎn)向器的逆效率適當(dāng)?shù)馗摺?4)停車(chē)(車(chē)輛的速度為零)的駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)力(轉(zhuǎn)向)應(yīng)減少到最低限度。為了使駕駛員能夠舒服地進(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)向力一般是最低的。(5)使汽車(chē)具有良好的高速操縱穩(wěn)定性。這一般要求轉(zhuǎn)向器的自由行程摩擦盡可能小，有適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)比和動(dòng)力助力(在采用動(dòng)力助力的情況下)。機(jī)械轉(zhuǎn)向器是指完全靠人力操縱的轉(zhuǎn)向器，其通過(guò)提供一定的機(jī)械增益(傳動(dòng)比)來(lái)減小駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)的力(即轉(zhuǎn)向力)。轉(zhuǎn)向器必須具備以下幾種品質(zhì)：①在直駛位置時(shí)沒(méi)有晃動(dòng)；②低摩擦，從而具有高效率；③高剛性；④可調(diào)整性。2.3機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器主要由一根齒條和一個(gè)小齒輪所組成。其轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比由小齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)(等于轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)數(shù))與齒條的相應(yīng)形成的比值確定。齒條采用的齒形可以使傳動(dòng)比在整個(gè)行程中是變化的。這樣可以減少為修正轉(zhuǎn)向所需的作用力或行程。如圖2-2所示：圖2-2這種轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向齒輪的齒數(shù)很少，一般為5~6牙，個(gè)別也有4牙的，主要是為了提高傳動(dòng)比，減少方向盤(pán)手里。此外齒輪齒條絕大多數(shù)采用斜齒，以提高嚙合從重迭系數(shù)，減少齒的根切，增強(qiáng)齒的強(qiáng)度同時(shí)也可適當(dāng)提高傳動(dòng)比和降低逆?zhèn)鲃?dòng)效率，(齒9輪齒條式轉(zhuǎn)向器正逆?zhèn)鲃?dòng)效率很高，路面反沖易傳到方向盤(pán)，降低逆效率對(duì)減輕犯沖圖2-3齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器分析優(yōu)缺點(diǎn)與應(yīng)用(a)中間輸入，兩端輸出因兩端為輸出端，直接連接轉(zhuǎn)向拉桿，其根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點(diǎn)不同來(lái)區(qū)分齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的輸入、輸出形式。如2-4圖所示，每一種輸入輸出方式都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。圖2-4表2-1轉(zhuǎn)向器輸入、輸出方式分析(b)側(cè)面輸入，兩端輸出長(zhǎng)度被限制在一定的程度上，易與懸架系統(tǒng)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)互相干涉；(c)側(cè)面輸入，中間輸出相對(duì)于輸出兩端的中心桿的輸出長(zhǎng)度動(dòng)干涉。但是，拉桿與齒條之間用螺栓固定連接，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向器工作時(shí)兩拉桿與齒條同時(shí)向同方向(左或右)移動(dòng)，因而要在殼體上開(kāi)一個(gè)齒條運(yùn)動(dòng)軌跡的槽，這樣就會(huì)降低殼體的強(qiáng)度。(d)側(cè)面輸入，一端輸出用于平頭微型貨車(chē)齒形特點(diǎn)直齒輪傳動(dòng)用于平行軸，不嚙合度小，平穩(wěn)性低，易產(chǎn)生沖擊，振動(dòng)和噪聲。兩軸線夾角只能是直角，不適應(yīng)總布置而淘汰。穩(wěn)，噪聲小。重合度大，降應(yīng)采用推力軸承，延長(zhǎng)使用壽命應(yīng)用淘汰廣泛應(yīng)用齒形端面形狀有圓形、V形和Y形三種，這三種齒形斷面各有優(yōu)缺點(diǎn)。表2-3齒面類(lèi)型分析齒面類(lèi)型特點(diǎn)圓形齒面消耗材料多，強(qiáng)度不夠大消耗的材料少，可節(jié)省約20%(質(zhì)量效應(yīng)),Y形齒寬做料(如聚四氟乙烯)做成的墊片，以減少滑動(dòng)摩擦。Y形與V形端面齒條多用于車(chē)輪跳動(dòng)情況下、轉(zhuǎn)向器輕微跳動(dòng)下工作時(shí)，因?yàn)槟切┕ぷ鞑糠帜墚a(chǎn)生往切面方向運(yùn)動(dòng)的力，能使齒條旋轉(zhuǎn)的力。整體式轉(zhuǎn)向器包括蝸桿曲柄指銷(xiāo)式(見(jiàn)圖2-5)、蝸桿渦輪式(見(jiàn)圖2-6)、蝸桿滾輪式(見(jiàn)圖2-7)、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器(見(jiàn)圖2-8)等。這些轉(zhuǎn)向器都是以轉(zhuǎn)向搖臂圖2-5圖2-7圖2-6圖2-8車(chē)上采用，因?yàn)闆](méi)有布置轉(zhuǎn)向連桿的空間。當(dāng)采用獨(dú)立懸架的前置-后輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)采用這種轉(zhuǎn)向器時(shí)，需要附加斷開(kāi)式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)，如圖2-9所示。這會(huì)增加重量和成本，經(jīng)濟(jì)性不如齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。圖2-9在不帶轉(zhuǎn)向助力的前提下比較這兩種轉(zhuǎn)向器，可以發(fā)現(xiàn)整體式轉(zhuǎn)向器具有如下優(yōu)點(diǎn)：①可以與非獨(dú)立懸架匹配使用；②可以承受較大的力；③具有較大的車(chē)輪轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角范圍可達(dá)±45°;④可以采用較長(zhǎng)的轉(zhuǎn)向節(jié)臂，以減小轉(zhuǎn)向搖臂和中央拉桿中的載荷；⑤轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以設(shè)計(jì)得使其傳動(dòng)比隨車(chē)輪轉(zhuǎn)角變化很?。虎迣?duì)地面沖擊載荷不敏感。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用體積小，傳動(dòng)效率高，間隙消除裝置提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度，防止工作時(shí)產(chǎn)生沖擊和噪聲，無(wú)轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，轉(zhuǎn)向角較大，制造成本低逆效率高(60~70%),“打手”車(chē)；部分負(fù)荷小，質(zhì)量小，前輪獨(dú)立懸架的卡車(chē)和公共傳動(dòng)效率高(75～85%)、要求高貨車(chē)和客車(chē)；商務(wù)車(chē)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制的優(yōu)點(diǎn)，蝸桿與滾輪摩正效率低，嚙合間隙變化后調(diào)曾廣泛應(yīng)用蝸桿指銷(xiāo)式按銷(xiāo)子能否自轉(zhuǎn)分固定銷(xiāo)式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易磨損快，效率低較少效率高，磨損高結(jié)構(gòu)復(fù)雜分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸和質(zhì)量較小磨損快，搖臂軸轉(zhuǎn)角小磨損較慢，搖臂軸轉(zhuǎn)角尺寸大、重量大、固定不牢靠、精度要求齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中轉(zhuǎn)向梯形相對(duì)前軸位置的不同有不同的布局方式，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在汽車(chē)上有四種布置形式：轉(zhuǎn)向器位于轉(zhuǎn)向軸后方，后其后面布置轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)向器位于轉(zhuǎn)向軸后方，前方布置轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)向器位于轉(zhuǎn)向軸的前方，后面放置梯形結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)向器位于轉(zhuǎn)向軸的前方，前面放置轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)，如圖3-8所示，如圖3-8所示a)圖2-10齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種布置形式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向裝置具有多種優(yōu)點(diǎn)，前軸負(fù)荷小的的小型汽車(chē)應(yīng)用相當(dāng)明顯，廣泛應(yīng)用于普通級(jí)，高級(jí)轎車(chē)及微型，輕型卡車(chē)，前懸架采用獨(dú)立懸架的部分汽車(chē)也采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量小，傳動(dòng)效率高效率可達(dá)90%之高，采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的汽車(chē)，不用再擔(dān)心齒輪與齒條間因長(zhǎng)期的嚙合磨損出現(xiàn)間隙后，消除間隙的工作難以進(jìn)行的問(wèn)題。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器可以利用壓緊力調(diào)節(jié)彈簧，能自行消除間的間隙。因?yàn)辇X輪齒條式轉(zhuǎn)向器可以自動(dòng)消除齒間間隙，所以轉(zhuǎn)向器的剛度得到提升，同時(shí)有效的阻止運(yùn)行時(shí)撞擊產(chǎn)生異響。根據(jù)齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)和布局的齒輪齒條式來(lái)分析，轉(zhuǎn)向齒輪傳輸方式的設(shè)計(jì)采用中間輸入，兩端輸出形式；布置為轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形；齒條斷面形狀采用制造工藝簡(jiǎn)單的圓形。根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，表格(2-5)是本次設(shè)計(jì)參考車(chē)型(五菱宏光2010款1.4L實(shí)用型)的主要性能參數(shù)。參數(shù)最小轉(zhuǎn)彎半徑驅(qū)動(dòng)方式輪距(前/后)參數(shù)總質(zhì)量(整備質(zhì)輪胎尺寸發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率軸荷(前)汽車(chē)研究對(duì)汽車(chē)轉(zhuǎn)向系的要求是，提高轉(zhuǎn)向便捷性、操控輕便性和行駛穩(wěn)定性的前提下，不管前懸架是獨(dú)立還是非獨(dú)立的，都必須要讓轉(zhuǎn)向軸的內(nèi)外轉(zhuǎn)向輪有必然的比例關(guān)系，使汽車(chē)轉(zhuǎn)向過(guò)程當(dāng)中所有的轉(zhuǎn)向車(chē)輪都是以純滾動(dòng)或有極小的滑移，這事通過(guò)轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。3.1轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計(jì)算汽車(chē)轉(zhuǎn)向的過(guò)程中，路面會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生一定的附加阻力，而且轉(zhuǎn)向時(shí)會(huì)對(duì)輪胎的磨損加快，為了避免這些情況出現(xiàn)，需要轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以保證所有車(chē)輪都其工作過(guò)程中做無(wú)滑移運(yùn)動(dòng)，如圖4-1所示，車(chē)輪的轉(zhuǎn)向角務(wù)必滿足阿克曼原理⑧,即在汽車(chē)前輪定位角都等于零、車(chē)輪為剛性的前提下，汽車(chē)在轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)向盤(pán)所轉(zhuǎn)動(dòng)的方向必須與轉(zhuǎn)向輪旋轉(zhuǎn)的方向一致，汽車(chē)所有車(chē)輪應(yīng)圍繞同一個(gè)圓心旋轉(zhuǎn)，不能出現(xiàn)側(cè)滑的現(xiàn)象。圖3-1理想的汽車(chē)轉(zhuǎn)向示意圖內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向角應(yīng)保證下列關(guān)系：B—兩側(cè)主銷(xiāo)軸線與地面相交點(diǎn)之間的距離L—汽車(chē)軸距由圖4-1可知，①,B=K-2a②,③,式中：La為主銷(xiāo)偏移距，70mm。其中a為前輪輪距減去前輪左右輪的主銷(xiāo)偏移距。對(duì)五菱宏光設(shè)計(jì)參考車(chē)型，屬于客車(chē)的范圍，查詢主銷(xiāo)偏移有關(guān)資料，從0.4~0.6倍的輪胎胎面寬度尺寸的選擇范圍內(nèi)選取。在這里取a=0.4倍輪胎寬度。輪胎規(guī)格是175/70R14.輪胎胎面寬度為175mm,所以主銷(xiāo)偏移距為將數(shù)據(jù)代入①②③式，得3.2轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)尺寸初步確定如圖4-2所示是一個(gè)后置轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)示意圖?；境叽缰饕刑菪蔚捉铅毯吞菪伪坶L(zhǎng)m。一般可參考現(xiàn)有器材梯形臂長(zhǎng)度m與兩主銷(xiāo)中心距B之比的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)后對(duì)梯形臂的長(zhǎng)度m進(jìn)行初選，其范圍為m=(0.11～0.15)B?。本設(shè)計(jì)車(chē)型參數(shù)中的梯形臂長(zhǎng)m為180mm,布置為轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形。由此可知，梯形臂長(zhǎng)m的范圍為140.8mm～192mm,設(shè)計(jì)參數(shù)給的梯形臂長(zhǎng)m為180mm在以上范圍之內(nèi)，符合要求。圖3-2轉(zhuǎn)向梯形示意圖2n+P=B-2mcosμ=1280-2×180×cos704齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器計(jì)算載荷的確定4.1轉(zhuǎn)向器主要性能參數(shù)在轉(zhuǎn)向器傳遞過(guò)程中，轉(zhuǎn)向器的輸出的功率與輸入的功率的比值稱為轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)效率?？赡媸睫D(zhuǎn)向器可將地面的反作用力容易地傳遞到駕駛員手中，形成“打手”現(xiàn)象，使駕駛員在駕駛過(guò)程中會(huì)因?yàn)椤按蚴帧倍{駛緊張。但是可逆式轉(zhuǎn)向器能夠讓轉(zhuǎn)向盤(pán)自動(dòng)回正。不可逆轉(zhuǎn)向器逆效率低，不平路面產(chǎn)生的作用力也不能傳到方向盤(pán)，讓駕駛員喪失了對(duì)路面的感知，所以這是不可逆轉(zhuǎn)向器的缺點(diǎn)。同時(shí)，轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向力矩不可調(diào)，工作時(shí)間一長(zhǎng)，轉(zhuǎn)向力矩變大，會(huì)導(dǎo)致駕駛操作起來(lái)吃力困難。極限可逆式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)：駕駛員感知通過(guò)其傳遞的一部分反作用力來(lái)確認(rèn)路面的情況，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向輪慢幅度的回正，只不過(guò)回正的時(shí)間有長(zhǎng)有短，這個(gè)可以調(diào)節(jié)的。當(dāng)遇到很大的反作用力的時(shí)候，才會(huì)有部分反作用力被傳遞到方向盤(pán)上，因?yàn)檫@種狀況下，轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)副已經(jīng)緩沖不了過(guò)大的反作用力。轉(zhuǎn)向器的效率η又有正效率η與逆效率η_之分。轉(zhuǎn)向搖輸出的功率與轉(zhuǎn)向器摩擦功率之差(P-P?)與轉(zhuǎn)向軸輸入功率P之比，稱為轉(zhuǎn)向器的正效率，即式中：P?-轉(zhuǎn)向器的摩擦功率。反之，正效率傳遞的逆方向，稱為轉(zhuǎn)向器的逆效率：由以上公式得知，轉(zhuǎn)向器正效率越大，消耗在轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的效率就越小，轉(zhuǎn)向操縱就越輕便、容易。影響轉(zhuǎn)向器正效率的主要因素有很多，比如轉(zhuǎn)向器的類(lèi)型(齒輪齒條式正效率高)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)副為鋼球，其摩擦為滾動(dòng)摩擦，摩擦損失率小，所以其正效率η可達(dá)85%)等等。其中蝸桿指銷(xiāo)式和蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)副是蝸桿和滾輪之間的摩擦，兩者之間采用凹槽連接，摩擦損失率大，其正效率非常低。通常，在蝸桿和螺桿類(lèi)轉(zhuǎn)向器中由方向盤(pán)傳至轉(zhuǎn)向輪方向上的效率就是轉(zhuǎn)向系的正效率，一般情況下η的平均值為0.67～0.82;當(dāng)向上訴相反方向傳遞力時(shí)逆效率廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)η_的一般平均值為0.58~0.63。轉(zhuǎn)向操縱及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中各個(gè)傳動(dòng)件的摩擦損耗為轉(zhuǎn)向系總損失的40%～50%,而拉桿球銷(xiāo)的損耗只有10%～15%。n_值應(yīng)用可逆式轉(zhuǎn)向器①汽車(chē)轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向輪自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)軌跡，操縱便捷，節(jié)省體力、提高安全性；的車(chē)輛極限可逆式轉(zhuǎn)向器較低性能介于可逆與不可逆之間在壞路面上行駛的不可逆式轉(zhuǎn)向器很低傳動(dòng)機(jī)構(gòu)吸收大部分地面“反作用已淘汰4.2原地轉(zhuǎn)向阻力矩為了使汽車(chē)能夠安全的駕駛，所選取的轉(zhuǎn)向系上的各部位零件應(yīng)有足夠高的強(qiáng)度。若要算出轉(zhuǎn)向系上各部位的零件參數(shù)，首先要明確系統(tǒng)中存在哪些力，然后進(jìn)行受力分析。同時(shí)還需要明確這些力受到哪些外界條件因素的影響，比如轉(zhuǎn)向軸的最大承受載荷和工況問(wèn)題，行駛時(shí)路面與輪胎之間的摩擦阻力問(wèn)題和路面與車(chē)胎氣體壓力等問(wèn)題。要校核轉(zhuǎn)向系各零件的強(qiáng)度，就必須確認(rèn)作用在各個(gè)零件的力。原地轉(zhuǎn)向阻力矩MR(N·m),即式中：f為輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)，一般取0.7G為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷(N),為890N。p為輪胎氣壓(Kpa)4.3轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比轉(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i和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比i,兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪胎與地面中心各有兩個(gè)作用點(diǎn)，并且作用于該兩個(gè)作用點(diǎn)的力的合力2Fw與作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的手力F?之比，稱之為力傳動(dòng)比，即i,=2F?/Fh同側(cè)轉(zhuǎn)向偏轉(zhuǎn)角速度w與方向盤(pán)角速度@的反比，稱為轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比i,即以上公式中dφ為方向盤(pán)在單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)角增加的量；dβ為轉(zhuǎn)向節(jié)單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)角變化的量；dt為單位時(shí)間的增量。力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系輪胎與地面之間相接觸，轉(zhuǎn)向輪對(duì)地面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)地面產(chǎn)生轉(zhuǎn)向阻力F轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的轉(zhuǎn)向手力作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向阻力矩MR。兩者之間有如下關(guān)系：式中：a為轉(zhuǎn)向系主銷(xiāo)偏移距作用在方向盤(pán)上的手力可用下式表示：式中：M,為作用在方向盤(pán)上的力矩；D為方向盤(pán)直徑假如忽略摩擦損失，根據(jù)能量守恒原理得廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)確保所有車(chē)輪輪圍繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心運(yùn)行，梯形機(jī)構(gòu)應(yīng)確保內(nèi)部，外部轉(zhuǎn)向角的轉(zhuǎn)角關(guān)系為式中L——汽車(chē)軸距K——兩主銷(xiāo)中心線的延長(zhǎng)線與地面的交點(diǎn)，兩交點(diǎn)之間的距離θ——內(nèi)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角其中，R為最小轉(zhuǎn)彎半徑，為5.5m所以則θ?=30.6°所以則θ?≈38.22@為轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角汽車(chē)類(lèi)型小型客車(chē)、小型貨車(chē)、轎車(chē)中型貨車(chē)、中型客車(chē)大型客車(chē)、大型貨車(chē)大于150～200N。轉(zhuǎn)向橫拉桿材料常采用都是45號(hào)鋼，其抗拉強(qiáng)度為σ?=600MPa;屈服強(qiáng)度廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)5.1齒輪參數(shù)的選擇根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，選擇出齒輪各個(gè)參數(shù)的范圍。主動(dòng)小齒輪齒數(shù)為5～7個(gè)之間壓力角取20°齒輪螺旋角范圍：9～15°根據(jù)齒輪第二章概述，在這里我選擇圓柱斜齒輪，斜齒輪的重合度高，運(yùn)行穩(wěn)定，震動(dòng)和噪聲降低，況且齒輪與齒條各自的軸線相交形成的夾角適用于汽車(chē)轉(zhuǎn)向系總體設(shè)布置的要求。主動(dòng)小齒輪選用的材料為20Cr材料制造并經(jīng)滲碳淬火，硬度在50-60HRC之間，取值55HRC。齒條選用的材料為20Cr;殼體選用鋁合金壓鑄5.2齒輪幾何尺寸的確定根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》確定齒輪的基本參數(shù)：名稱模數(shù)m(mm)齒數(shù)z數(shù)值6名稱壓力角α(°)螺旋角β(°)數(shù)值分度圓直徑：取d?=16mm齒頂高：h=hm,=2.5×1=2.5mm齒根高：h,=(h"+cn)m=(1+0.25×2.5=3.125nm全齒高：h=ha+h,=5.625mm齒根圓直徑：d,=d?-2h,=9.03mm基圓直徑：d,=d?cosa=16×cos20=15.04mm齒距：p=mn=3.14×2.5=7.85mm廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)5.3.1齒輪受力分析F的法向力F,可分解為徑向力F,和分力F?。分力F?又可分解為圓周力F,和軸向力F、。壓力角：20°;β為齒輪螺旋角13°。將數(shù)據(jù)代入上式，得F=F,tanβ=3200xtan13°(1)許用接觸應(yīng)力[σH](4)重合度系數(shù)Z一般在0.75～0.88之間，取0.8(6)因?yàn)樗切饼X輪傳動(dòng)，所以K可選更小，K=1.2(7)一般斜齒圓柱齒輪u≤6～7,所以齒輪比取6.齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度符合要求。5.3.3齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核其中為斜齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，Ysa=1.57;b?為齒寬=28mm。2)、確定載荷系數(shù)K式中：KA為使用系數(shù)；K,為動(dòng)載系數(shù)；K,彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒面載荷分布系數(shù)；K。為彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒間載荷分配系數(shù)81齒輪動(dòng)載系數(shù)：K?=1.35[原動(dòng)機(jī)輕微沖擊，工作機(jī)輕微沖擊]廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)則K=KAKvKgKa=1.35×1×1.07×1.2=1.73廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)6.1齒條材料的選擇齒條是轉(zhuǎn)向器的主要零部件，齒條兩端直接與轉(zhuǎn)向橫拉桿連接，齒條做往返運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)橫拉桿，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。其性能直接關(guān)系著轉(zhuǎn)向器的使用壽命。轉(zhuǎn)向器扭矩低，受到中等沖擊，工作環(huán)境較惡劣，所以在齒條材料選擇上十分重要。由以上可知，齒輪選用20Cr合金鋼，由此本設(shè)計(jì)齒條材料選用45鋼與其匹配作為嚙合副。齒條采用滲碳淬火工藝的熱處理方式，其表面硬度高于56HRC。為了減輕質(zhì)量，轉(zhuǎn)向器殼體用鋁合金壓鑄。6.2齒條參數(shù)的確定根據(jù)齒輪齒條的嚙合特點(diǎn)：(1)基圓齒輪嚙合的齒輪之間的間距應(yīng)相等，即P?=P?。其中，齒輪：P?=πmm,cosa?,齒條：P?=πn?cosa?。(2)齒輪與齒條嚙合角總是等于壓力角。所以有，齒條模數(shù)m=2.5,壓力角α=20。齒條斷面形狀選取圓形。選取齒數(shù)z=20,螺旋角β=13°齒條齒數(shù)的確定是通過(guò)整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的自由行程來(lái)確定的，根據(jù)齒條的自由行程來(lái)確定齒條的齒數(shù)。在齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中，為了便于相互比較，通常將轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)相應(yīng)的齒條移動(dòng)量定義為齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比i,即i角=齒條行程 (mm)/轉(zhuǎn)向盤(pán)圈數(shù)⑥。如前所述，角傳動(dòng)比i=20,轉(zhuǎn)向盤(pán)圈數(shù)為4圈，則齒條行齒條的齒數(shù)計(jì)算：式中，L為齒條行程80mm,m?齒條模數(shù)2.5,αn?齒條壓力角20°,代入數(shù)據(jù)得：Z?=21.69;取整數(shù)值z(mì)?=22分度圓直徑為16mm齒寬b=ψa×d=18.402mm廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)齒頂高系數(shù)法面頂隙系數(shù)齒頂高端面模數(shù)端面壓力角法面齒距端面齒距ha=(h+xn)m=2.5×(1+0)h,=(h"+c,-xn)m,=(1+0.25-0)×2.5=3.Pn?=n,=3.14×2.5=7.85mmP??=πn,=3.14×2.55=8.01mm7齒輪軸的設(shè)計(jì)與校核L?=16mmL?=14mmL?=22mmL?=26mm圖7-1剪切疲勞極限[z]=215MPa齒輪上的圓周力：齒輪上的徑向力：彎曲疲勞強(qiáng)度極限：剪切疲勞強(qiáng)