汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器】,循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器,汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器】,汽車,機(jī)械,轉(zhuǎn)向,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì),循環(huán),轉(zhuǎn)向器 目錄 1 引言.1 2 設(shè)計(jì)任務(wù)書.3 3 機(jī)械轉(zhuǎn)向簡(jiǎn)介.4 3.1 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu).4 3.2 轉(zhuǎn)向器.4 4 轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)要求.4 5 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析.5 5.1 齒輪齒條式.5 5.2 循環(huán)球式.7 5.3 蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式.8 6 計(jì)算設(shè)計(jì)說明書.9 6.1 轉(zhuǎn)向器的效率.9 6.2 轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與效率.9 6.3 轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率.9 7 傳動(dòng)比的變化特性.10 7.1 轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比.10 7.2 力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系.11 7.3 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比.12 7.4 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比及其變化規(guī)律.12 8 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器變速比工作原理.12 8.1 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的選擇.13 9 轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定.14 10 轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)方案分析.14 10.1 整體式轉(zhuǎn)和梯形.15 10.2 斷開式轉(zhuǎn)向梯形.15 11 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)-零部件參數(shù).16 12 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)-發(fā)展趨勢(shì).17 12.1 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的設(shè)計(jì)趨勢(shì).17 12.2 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的發(fā)展趨勢(shì).18 13 設(shè)計(jì)小結(jié).20 14 標(biāo)準(zhǔn)化審查報(bào)告.20 14.1 產(chǎn)品圖樣的審查.20 14.2 產(chǎn)品技術(shù)文件的審查.21 14.3 標(biāo)準(zhǔn)件的使用情況.21 14.4 審查結(jié)論.21 15 使用說明書.21 結(jié) 論.23 參考文獻(xiàn).24 致 謝.25 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 1 - 汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 引言 在汽車行駛中，轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)是最基本的運(yùn)動(dòng)。我們通過方向盤來操縱和控制汽車的 行駛方向，從而實(shí)現(xiàn)自己的形式意圖。在現(xiàn)代汽車上，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是必不可少的最基本 的系統(tǒng)之一，它也是決定汽車主動(dòng)安全性的關(guān)鍵總成，特別是在車輛高速化，駕駛?cè)?員非職業(yè)化，車流密集的今天，針對(duì)更多不同的駕駛?cè)巳海嚨牟倏v性設(shè)計(jì)顯得尤 為重要。 從上世紀(jì)四十年代起，為減輕駕駛員體力負(fù)擔(dān)，在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了液 壓助力系統(tǒng) HPS(hydraulic power steering)，它是建立在機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上的，額 外增加了一個(gè)液壓系統(tǒng)，一般有油泵、V 形帶輪、油管、供油裝置、助力裝置和控制閥。 由于其工作可靠、技術(shù)成熟至今仍被廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在實(shí)際中應(yīng)用 的最多，根據(jù)控制閥形式有轉(zhuǎn)閥式和滑閥式之分。這個(gè)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最重要的新功能 是液力支持轉(zhuǎn)向的運(yùn)動(dòng)，因此可以減少駕駛員作用在方向盤上的力。 雖然傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作最可靠，但是也存在很多固有的缺點(diǎn)，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于 方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的機(jī)械連接而產(chǎn)生一些自身無法避免的缺陷：汽車的轉(zhuǎn)向特 性受駕駛員駕駛技術(shù)的影響嚴(yán)重；轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比固定，使汽車轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性隨車速、 側(cè)向加速度等變化而變化，駕駛員必須提前針對(duì)汽車轉(zhuǎn)向特性幅值和相位的變化進(jìn)行 一定的操作補(bǔ)償，從而控制汽車按其意愿行駛。這就變相地增加了駕駛員的操縱負(fù)擔(dān)， 使汽車轉(zhuǎn)向行駛存在很大的不安全隱患；液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性差，一般轎車每 行駛一百公里要多消耗 0.30.4 升的燃料；另外，存在液壓油泄漏問題，對(duì)環(huán)境造成 污染，在環(huán)保性能被日益強(qiáng)調(diào)的今天，無疑是一個(gè)明顯的劣勢(shì)。 電液動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 近年來，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中愈來愈多的采用電子器件。相應(yīng) 的就出現(xiàn)了電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電液助力轉(zhuǎn)向可以分為兩大類：電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系 統(tǒng) EHPS(electro-hydraulic power steering)、電控液壓助力轉(zhuǎn)向 孫晉卿：汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 2 - ECHPS(electronically controlled hydraulic power steering)。EHPS 是在液壓助力 系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其特點(diǎn)是原來有發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的液壓助力泵改由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，取 代了由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式，節(jié)省了燃油消耗。ECHPS 是在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基 礎(chǔ)上增加了電控裝置構(gòu)成的。電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性可根據(jù)轉(zhuǎn)向速率、車速等 參數(shù)設(shè)計(jì)為可變助力特性，使駕駛員能夠更輕松便捷的操縱汽車。 現(xiàn)代電液動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要通過車速傳感器將車速傳遞給電子元件，或微型計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)，控制電液轉(zhuǎn)換裝置改變動(dòng)力轉(zhuǎn)向的助力特性，使駕駛員的轉(zhuǎn)向手力根據(jù)車速 和行駛條件變化而改變，即在低速行駛或轉(zhuǎn)急彎時(shí)能以很小的轉(zhuǎn)向手力進(jìn)行操作，在 高速行駛時(shí)能以稍重的轉(zhuǎn)向手力進(jìn)行穩(wěn)定操作，使操縱輕便性和穩(wěn)定性達(dá) EHPS 相比傳統(tǒng) HPS 降低了能源損耗。但電液動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，不論 ECHPS 還是 EHPS 都與 傳統(tǒng)的 HPS 一樣存在液壓油泄漏問題。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng) EPS(Electric Power Steering)把一個(gè)機(jī)械的系統(tǒng)和一個(gè)電控的電 動(dòng)馬達(dá)結(jié)合在一起形成的一個(gè)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。與液壓系統(tǒng)不同的是，助力改由電機(jī)提 供，因此，要有一個(gè)力矩傳感器來測(cè)量作用在方向盤上的力矩，由電子控制單元來計(jì) 算所需要的力矩。作用在方向盤上的力矩曲線由一個(gè)電動(dòng)馬達(dá)來分配。通過電動(dòng)馬達(dá) 提供轉(zhuǎn)向所必須要的力，它通過一個(gè)減速器作用在轉(zhuǎn)向柱上，在循環(huán)球式的傳動(dòng)裝置 中，直接作用在齒扇上的力太大，因此大多選用齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。根據(jù)助力位置不同 分為三種形式：1、轉(zhuǎn)向柱助力式.2、小齒輪助力式.3、齒條助力式. 由于 EPS 改由電機(jī)提供助力，助力大小由電控單元 ECU 實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)與控制，可以較 好解決汽車操縱時(shí)輕與靈的矛盾。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向最早應(yīng)用在微型汽車上，1988 年 2 月日本鈴木公司首次在其 Cervo 車上裝備，目前電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要應(yīng)用在轎車上，并逐漸從微型轎車向更大型轎 車和商務(wù)車發(fā)展。其優(yōu)點(diǎn)有： 1.EPS 能在各種行駛工況下提供最佳助力，減小由路面不平所引起的對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的擾動(dòng)， 改善汽車的轉(zhuǎn)向特性，減輕汽車低速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向操縱力，提高汽車高速行駛時(shí)的轉(zhuǎn) 向穩(wěn)定性，進(jìn)而提高汽車的主動(dòng)安全性。并且可通過設(shè)置不同的轉(zhuǎn)向手力特性來滿足 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 3 - 不同使用對(duì)象的需要。 2 EPS 只在轉(zhuǎn)向時(shí)電動(dòng)機(jī)才提供助力(不像 HPS，即使在不轉(zhuǎn)向時(shí)，油泵也一直運(yùn)轉(zhuǎn))， 因而能減少燃料消耗。 3.由于直接由電動(dòng)機(jī)提供助力，電動(dòng)機(jī)由蓄電池供電，因此 EPS 能否助力與發(fā)動(dòng)機(jī)是 否起動(dòng)無關(guān)，即使在發(fā)動(dòng)機(jī)熄火或出現(xiàn)故障時(shí)也能提供助力。 4. EPS 取消了油泵、皮帶、皮帶輪、液壓軟管、液壓油及密封件等，其零件比 HPS 大 大減少，因而其質(zhì)量更輕、結(jié)構(gòu)更緊湊，在安裝位置選擇方面也更容易，并且能降低 噪聲。 5 .EPS 沒有液壓回路，比 HPS 更易調(diào)整和檢測(cè)，裝配自動(dòng)化程度更高，并且可以通過 設(shè)置不同的程序，快速與不同車型匹配，因而能縮短生產(chǎn)和開發(fā)周期。 6 .EPS 不存在滲油問題，消除了液壓助力中液壓油泄漏問題，可大大降低保修成本， 減小對(duì)環(huán)境的污染，改善了環(huán)保性。 7.EPS 比 HPS 具有更好的低溫工作性能。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向目前已成為世界汽車技術(shù)發(fā)展的研究熱點(diǎn)之一。 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為兩大類：機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 完全靠駕駛員手里操縱的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)稱為機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 借助動(dòng)力來操縱的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)稱為動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又可分為液壓動(dòng)力 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)助力動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 2 設(shè)計(jì)任務(wù)書 汽車在行駛過程中需要不斷改變方向，轉(zhuǎn)向系就是通過一系列機(jī)械傳動(dòng)使得前輪 發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向，達(dá)到改變行駛方向的目的。 駕駛員操縱方向盤，通過轉(zhuǎn)向器把方向盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)向搖臂一定角度的擺動(dòng)， 孫晉卿：汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 4 - 帶動(dòng)轉(zhuǎn)向梯形運(yùn)動(dòng)，使前輪偏轉(zhuǎn)一定的角度，實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向。 這次設(shè)計(jì)主要目的是總結(jié)所學(xué)知識(shí)，在設(shè)計(jì)中沒有考慮到實(shí)際需要，只是從本專 業(yè)出發(fā)，基于自己的實(shí)際能力對(duì)基礎(chǔ)的機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行練習(xí)。設(shè)計(jì)中對(duì)前橋的受力做簡(jiǎn) 單的分析，對(duì)一些常見的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)稍作分析并加以選擇，并設(shè)計(jì)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。 3 機(jī)械轉(zhuǎn)向簡(jiǎn)介 機(jī)械轉(zhuǎn)向系以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，其中所有傳力件都是機(jī)械的，機(jī)械轉(zhuǎn)向系 由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。 3.1 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向器操縱機(jī)構(gòu)由方向盤，轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向管柱等組成，它的作用是將駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng) 轉(zhuǎn)向盤的操縱力傳給轉(zhuǎn)向器。 3.2 轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)向器（也常稱為轉(zhuǎn)向機(jī)）是完成有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到直線運(yùn)動(dòng)（或近似直線運(yùn)動(dòng)）的 一組齒輪機(jī)構(gòu)，同時(shí)也是轉(zhuǎn)向系中的減速傳動(dòng)裝置，目前較常用的有齒輪齒條式、循 環(huán)球曲柄指銷式、蝸桿曲柄指銷式、循環(huán)球一齒條式扇式、蝸桿滾輪式等。 汽車轉(zhuǎn)向系的功用： 汽車轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)。在汽車轉(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。 汽車轉(zhuǎn)向系的形式和組成： 汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)分為機(jī)械轉(zhuǎn)向和動(dòng)力轉(zhuǎn)向兩種形式。機(jī)械轉(zhuǎn)向主要是由轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn) 向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成，動(dòng)力轉(zhuǎn)向還包括動(dòng)力系統(tǒng)。 機(jī)械轉(zhuǎn)向是依靠駕駛員的手力轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤，經(jīng)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏 轉(zhuǎn)。 動(dòng)力轉(zhuǎn)向是在機(jī)械轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上，加裝動(dòng)力系統(tǒng)，并借助此系統(tǒng)來減輕駕駛員的 手力。 動(dòng)力轉(zhuǎn)向包括液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向和電控式動(dòng)力轉(zhuǎn)向。 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 5 - 液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向已在汽車上廣泛應(yīng)用。近年來，電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向已得到較快發(fā)展。 4 轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)要求 1）汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，全部車輪應(yīng)繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)。 2）轉(zhuǎn)向輪具有自動(dòng)回正能力。 3）在行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動(dòng)。 4）轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)，應(yīng)使車 輪產(chǎn)生的擺動(dòng)最小。 5）轉(zhuǎn)向靈敏，最小轉(zhuǎn)彎直徑小。 6）操縱輕便。 7）轉(zhuǎn)向輪傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。 8）轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中應(yīng)有間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。 9）轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。 10）轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向與汽車行駛方向的改變相一致。 正確設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)，可以保證汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，全部車輪應(yīng)繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心 旋轉(zhuǎn)。 轉(zhuǎn)向輪的自動(dòng)回正能力決定于轉(zhuǎn)向輪的定位參數(shù)和轉(zhuǎn)向器逆效率的大小。合理確定轉(zhuǎn) 向輪的定位參數(shù)，正確選擇轉(zhuǎn)向器的形式，可以保證汽車具有良好的自動(dòng)回正能力。 轉(zhuǎn)向系中設(shè)置有轉(zhuǎn)向減振器時(shí)，能夠防止轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生自振，同時(shí)又能使傳到轉(zhuǎn)向盤上 的反沖力明顯降低。 為了使汽車具有良好的機(jī)動(dòng)性能，必須使轉(zhuǎn)向輪有盡可能大的轉(zhuǎn)角，其最小轉(zhuǎn)彎 半徑能達(dá)到汽車軸距的 22.5 倍。 轉(zhuǎn)向操縱的輕便性通常用轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的切向力大小和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn) 動(dòng)圈數(shù)多少兩項(xiàng)指標(biāo)來評(píng)價(jià)。 轎車 貨車 機(jī)械轉(zhuǎn)向 50100N 250N 動(dòng)力轉(zhuǎn)向 2050N 120N 轎車轉(zhuǎn)向盤從中間位置轉(zhuǎn)到第一端的圈數(shù)不得超過 2.0 圈，貨車則要求不超過 3.0 圈。 孫晉卿：汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 6 - 5 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析 5.1 齒輪齒條式 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、體積小、質(zhì)量輕；傳動(dòng)效率 高達(dá) 90%；可自動(dòng)消除齒間間隙(圖 1-1 所示)；沒有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角可 以增大；制造成本低。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：逆效率高（60%70%） 。因此，汽車在不平路面 上行駛時(shí)，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間的沖擊力，大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤。 圖 1-1 自動(dòng)消除間隙裝置 根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點(diǎn)不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有四種形式：中間輸入，兩端 輸也（圖 1-2a） ；側(cè)面輸入，兩端輸出（圖 1-2b） ；側(cè)面輸入，中間輸出（圖 1-2c） ； 側(cè)面輸入，一端輸出（圖 1-2d） 。 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 7 - 圖 1-2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種形式 采用側(cè)面輸入、中間輸出方案時(shí)，由于拉桿長(zhǎng)度增加，車輪上、下跳動(dòng)時(shí)位桿擺 角減小，有利于減少車輪上、下跳動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向系與懸架系的運(yùn)動(dòng)干涉。而采用兩側(cè)輸出 方案時(shí)，容易與懸架系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。 側(cè)面輸入、一端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，常用在平頭微型貨車上。 采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，重合度增加，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖 擊與工作噪聲均下降。 齒條斷面形狀有圓形、V 形和 Y 形三種。圓形斷面齒條制作工藝比較簡(jiǎn)單。V 形和 Y 形斷面齒條與圓形斷面比較，消耗的材料少，故質(zhì)量小。 根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對(duì)前軸位置的不同，在汽車上有四種布置形式： 轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸 前方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形，見圖 1-3。 圖 1-3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種布置形式 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于微型、普通級(jí)、中級(jí)和中高級(jí)轎車上。裝載量不大、前 輪采用獨(dú)立懸架的貨車和客車也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 5.2 循環(huán)球式 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由螺桿和螺母共同形成的螺旋槽內(nèi)裝有鋼球構(gòu)成的傳動(dòng)副，以及 螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動(dòng)副組成，如圖 1-4 所示。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是：傳動(dòng)效率可達(dá)到 75%85%；轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比可以變化； 孫晉卿：汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 8 - 工作平穩(wěn)可靠；齒條和齒扇之間的間隙調(diào)整容易；適合用來做整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：逆效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，制造精度要求 高。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要用于貨車和客車上。 圖 1-4 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 圖 1-5 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的間隙調(diào)整機(jī)構(gòu) 5.3 蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器由蝸桿和滾輪嚙合而構(gòu)成。主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；制造容易； 強(qiáng)度比較高、工作可靠、壽命長(zhǎng)；逆效率低。主要缺點(diǎn)是：正效率低；調(diào)整嚙合間隙 比較困難；傳動(dòng)比不能變化。 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器有固定銷式和旋轉(zhuǎn)銷式兩種形式。根據(jù)銷子數(shù)量不同，又有單 銷和雙銷之分。 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是：傳動(dòng)比可以做成不變的或者變化的；工作面間隙調(diào) 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 9 - 整容易。 固定銷式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易。但銷子的工作部位磨損快、工作效率低。 旋轉(zhuǎn)銷式轉(zhuǎn)向器的效率高、磨損慢，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 要求搖臂軸有較大的轉(zhuǎn)角時(shí)，應(yīng)采用雙銷式結(jié)構(gòu)。雙銷式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺 寸和質(zhì)量大，并且對(duì)兩主銷間的位置精度、螺紋槽的形狀及尺寸精度等要求高。此外， 傳動(dòng)比的變化特性和傳動(dòng)間隙特性的變化受限制。 蝸桿滾輪式和蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器應(yīng)用較少。 6 計(jì)算設(shè)計(jì)說明書 6.1 轉(zhuǎn)向器的效率 功率 P1 從轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出所求得的效率稱為轉(zhuǎn)向器的正效率， 用符號(hào) +表示， ；反之稱為逆效率，用符號(hào) 表示。 正效率 + 計(jì)算公式： +=（ P1-P2）/ P1 逆效率 計(jì)算公式： =（ P3-P2）/ P3 式中， P1 為作用在轉(zhuǎn)向軸上的功率； P2 為轉(zhuǎn)向器中的磨擦功率； P3 為作用在轉(zhuǎn)向搖 臂軸上的功率。 正效率高，轉(zhuǎn)向輕便；轉(zhuǎn)向器應(yīng)具有一定逆效率，以保證轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤的自 動(dòng)返回能力。但為了減小傳至轉(zhuǎn)向盤上的路面沖擊力，防止打手，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)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。 6.2 轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與效率 在四種轉(zhuǎn)向器中，齒輪齒條式、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率比較高，而蝸桿指銷式 特別是固定銷和蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的正效率要明顯的低些。 同一類型轉(zhuǎn)向器，因結(jié)構(gòu)不同效率也不一樣。如蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的滾輪與支持 軸之間的軸承可以選用滾針軸承、圓錐滾子軸承和球軸承。選用滾針軸承時(shí)，除滾輪 與滾針之間有摩擦損失外，滾輪側(cè)翼與墊片之間還存在滑動(dòng)摩擦損失，故這種軸向器 孫晉卿：汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 10 - 的效率 +僅有 54%。另外兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器效率分別為 70%和 75%。 轉(zhuǎn)向搖臂軸的軸承采用滾針軸承比采用滑動(dòng)軸承可使正或逆效率提高約 10%。 6.3 轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率 如果忽略軸承和其經(jīng)地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，對(duì)于蝸桿類轉(zhuǎn) 向器，其效率可用下式計(jì)算 （1） 式中， a0 為蝸桿（或螺桿）的螺線導(dǎo)程角； 為摩擦角， =arctanf； f 為磨擦因數(shù)。 根據(jù)逆效率不同，轉(zhuǎn)向器有可逆式、極限可逆式和不可逆式之分。 路面作用在車輪上的力，經(jīng)過轉(zhuǎn)向系可大部分傳遞到轉(zhuǎn)向盤，這種逆效率較高的 轉(zhuǎn)向器屬于可逆式。它能保證轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動(dòng)回正，既可以減輕駕駛員的疲勞， 又可以提高行駛安全性。但是，在不平路面上行駛時(shí)，傳至轉(zhuǎn)向盤上的車輪沖擊力， 易使駕駛員疲勞，影響安全行駕駛。 屬于可逆式的轉(zhuǎn)向器有齒輪齒條式和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。 不可逆式和極限可逆式轉(zhuǎn)向器 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。該沖擊力轉(zhuǎn) 向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件承受，因而這些零件容易損壞。同時(shí)，它既不能保證車輪自動(dòng)回正， 駕駛員又缺乏路面感覺，因此，現(xiàn)代汽車不采用這種轉(zhuǎn)向器。 極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于可逆式與不可逆式轉(zhuǎn)向器兩者之間。在車輪受到?jīng)_擊力作 用時(shí)，此力只有較小一部分傳至轉(zhuǎn)向盤。 如果忽略軸承和其它地方的磨擦損失，只考慮嚙合副的磨擦損失，則逆效率可用下式 計(jì)算 （2） 式（1）和式（2）表明：增加導(dǎo)程角 a0，正、逆效率均增大。受 -增大的影響，a0 不宜取得過大。當(dāng)導(dǎo)程角小于或等于磨擦角時(shí)，逆效率為負(fù)值或者為零，此時(shí)表明該 轉(zhuǎn)向器是不可逆式轉(zhuǎn)向器。為此，導(dǎo)程角必須大于磨擦角 )tan(0 tn)( 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 11 - 7 傳動(dòng)比的變化特性 7.1 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 。 轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比: 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比: 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比 由轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比 和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比 組成， 即 轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比: 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比: 7.2 力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系 轉(zhuǎn)向阻力 Fw 與轉(zhuǎn)向阻力矩 Mr 的關(guān)系式： （3） 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 Fh 與作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩 Mh 的關(guān)系式： （4） 將式（3） 、式（4）代入 后得到 （5） 0i pihWpFi/2kkwdti /00iiii0 ppwdti/kkkti/aFrW swhDF2hWpi/2aMihswrp i 孫晉卿：汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 12 - 如果忽略磨擦損失，根據(jù)能量地恒原理，2 Mr/Mh 可用下式表示 （6） 將式（6）代入式（5）后得到 （7） 當(dāng) a 和 Dsw 不變時(shí)，力傳動(dòng)比 越大，雖然轉(zhuǎn)向越輕，但 也越大，表明轉(zhuǎn)向 不靈敏。 7.3 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比可用 表示以外，還可以近擬地用轉(zhuǎn)向節(jié) 臂臂長(zhǎng) L2 與搖臂臂長(zhǎng) L1 之比來表示， 。 在汽車結(jié)構(gòu)中， L2 與 L1 的比值大約在 0.851.1 之間，可近似認(rèn)為其比值為 1， 則 。由此可見，研究轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比特性，只需研究轉(zhuǎn)向器的 角傳動(dòng)比 及其變化規(guī)律即可。 7.4 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比及其變化規(guī)律 式（7）表明，增大角傳動(dòng)比可以增加力傳動(dòng)比。當(dāng) Fw 一定時(shí)，增大力傳動(dòng)比能減小 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 Fh，使操縱輕便。 由 的定義可知：對(duì)于一定的轉(zhuǎn)向盤角速度，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度與轉(zhuǎn)向器角度 傳動(dòng)比在反比。角傳動(dòng)比增加后，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度對(duì)轉(zhuǎn)向盤角速度的響應(yīng)變得遲鈍， 汽車轉(zhuǎn)向靈敏性降低，所以“輕”和“靈”構(gòu)成一對(duì)矛盾。為解決這對(duì)矛盾，可采用 變速比轉(zhuǎn)向器。 齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸式指銷式轉(zhuǎn)向器都可以制成變速比轉(zhuǎn)向器。 8 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器變速比工作原理 根據(jù)相互嚙合齒輪的基圓齒距必須相等，即 pb1=pb2。其中齒輪基圓齒距 pb1=m 1cosa1，齒條基圓齒距 pb2=m 2cosa2。由上述兩式可知：當(dāng)齒輪具有標(biāo)準(zhǔn)模 02idkhraDiswp20pi 0i kpdi/0/dikpi 0i 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 13 - 數(shù) m1 和標(biāo)準(zhǔn)壓力角 a1 與一個(gè)具有變模數(shù) m2、變壓力角 a2 的齒條相嚙合，并始終保持 m 1cosa1=m 2cosa2 時(shí)，它們就可以嚙合運(yùn)轉(zhuǎn)。 如果齒條中部（相當(dāng)汽車直線行駛位置）齒的壓力角最大，向兩端逐漸減小 （模數(shù)也隨之減?。﹦t主動(dòng)齒輪嚙合半徑也減小，致使轉(zhuǎn)向盤每轉(zhuǎn)動(dòng)某同一角度時(shí)， 齒條行程也隨之減小。因此，轉(zhuǎn)同器的傳動(dòng)比是變化的。 圖 1-6 是根據(jù)上述原理設(shè)計(jì)的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器齒條壓力角變化示例。從圖中 可以看到，位于齒條中部位置處的齒有較大壓力角和齒輪有較大的節(jié)圓半徑，而齒條 齒有寬的齒根和淺斜的齒側(cè)面；位于具條兩端的齒，齒根減薄，齒有陡斜的齒側(cè)面。 圖 1-6 齒條壓力角變化簡(jiǎn)圖 a）齒條中部齒 b）齒條兩端齒 8.1 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的選擇 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比可以設(shè)計(jì)成減小、增大或保持不變的。影響選取角傳動(dòng)比變化規(guī) 律的主要因素是轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大小和對(duì)汽車機(jī)動(dòng)能力的要求。 若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷小或采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向的汽車，不存在轉(zhuǎn)向沉重問題，應(yīng)取較小的轉(zhuǎn)向 器角傳動(dòng)比，以提高汽車的機(jī)動(dòng)能力。 若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大，汽車低速急轉(zhuǎn)彎時(shí)的操縱輕便性問題突出，應(yīng)選用大些的轉(zhuǎn)向 器角傳動(dòng)比。 汽車以較高車速轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，要求轉(zhuǎn)向輪反應(yīng)靈敏，轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比應(yīng)當(dāng)小些。 汽車高速直線行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向盤在中間位置的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比不宜過小。否則轉(zhuǎn)向 過分敏感，使駕駛員精確控制轉(zhuǎn)向輪的運(yùn)動(dòng)有困難。 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比變化曲線應(yīng)選用大致呈中間 孫晉卿：汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 14 - 小兩端大些的下凹形曲線，如圖 1-7 所示。 圖 1-7 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比變化特性曲線 9 轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定 為轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力、車輪穩(wěn)定阻力、輪 胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)磨擦阻力等。 計(jì)算汽車在瀝青或者混凝土跨面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩 MR（Nmm）的半徑經(jīng)驗(yàn)公式 （8） 式中， f 為輪胎和路面間的滑動(dòng)磨擦因數(shù)，一般取 0.7； G1 為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷（N） ； p 為輪 胎氣壓（MPa） 。 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力為 （9） 式中， L1 轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)； L2 為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)； Dsw 為轉(zhuǎn)向盤直徑； i 為轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比； +為轉(zhuǎn)向器正效率 對(duì)給定的汽車，用式（9）計(jì)算出來的的作用力是最大值。 PfMR31iLFswRh21 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 15 - 10 轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)方案分析 10.1 整體式轉(zhuǎn)和梯形 整體式轉(zhuǎn)向梯形是由轉(zhuǎn)向橫拉桿 1，轉(zhuǎn)向梯形臂 2 和汽車前軸 3 組成，如圖 1-8 所 示。 圖 1-8 整體式轉(zhuǎn)向梯形 1橫拉桿 2梯形臂 3前軸 這種方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整前束容易，制造成本低；主要缺點(diǎn)是一側(cè)轉(zhuǎn)向輪上、 下跳動(dòng)時(shí)，會(huì)影響另一側(cè)轉(zhuǎn)向輪。 10.2 斷開式轉(zhuǎn)向梯形 轉(zhuǎn)向梯形的橫拉桿做成斷開的，稱之為斷開式轉(zhuǎn)向梯形。斷開式轉(zhuǎn)向梯形方案之 一如圖 1-15 所示。 孫晉卿：汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 16 - 圖 1-15 斷開式轉(zhuǎn)向梯形 斷開式轉(zhuǎn)向梯形的主要特點(diǎn)： 1）能夠保證一側(cè)車輪上、下跳動(dòng)時(shí)，不會(huì)影響另一側(cè)車輪； 2）由于桿系、球頭增多，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，并且調(diào)整前束比較困難。 橫拉桿上斷開點(diǎn)的位置與獨(dú)立懸架形式有關(guān)。采用雙橫臂獨(dú)立懸架，常用圖解法（基 于三心定理）確定斷開點(diǎn)的位置 11 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)-零部件參數(shù) 轉(zhuǎn)向盤直徑 380 毫米 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)總?cè)?shù) 3.5 圈 駕駛員側(cè)機(jī)械式安全氣囊 SRS-40 轉(zhuǎn)向柱 安全轉(zhuǎn)向柱 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 17 - 轉(zhuǎn)向系總傳動(dòng)比 17.2 轉(zhuǎn)向器線角傳動(dòng)比 53.143 轉(zhuǎn)向器總行程 186 毫米 車輪 6JX15 鋁車輪 輪胎 205R15(T 級(jí)) 內(nèi)輪最大轉(zhuǎn)角 39.6 外輪最大轉(zhuǎn)角 33.5 最小轉(zhuǎn)彎直徑 不大于 11.6m 12 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)-發(fā)展趨勢(shì) 改革開放以來，中國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛。作為汽車關(guān)鍵部件之一的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也得 到了相應(yīng)的發(fā)展，基本已形成了專業(yè)化、系列化生產(chǎn)的局面。有資料顯示，國外有很 多國家的轉(zhuǎn)向器廠，都已發(fā)展成大規(guī)模生產(chǎn)的專業(yè)廠，年產(chǎn)超過百萬臺(tái)，壟斷了轉(zhuǎn)向 器的生產(chǎn)，并且銷售點(diǎn)遍布了全世界。 12.1 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的設(shè)計(jì)趨勢(shì) 適應(yīng)汽車高速行駛的需要 從操縱輕便性、穩(wěn)定性及安全行駛的角度，汽車制造廣泛使用更先進(jìn)的工藝方法， 使用變速比轉(zhuǎn)向器、高剛性轉(zhuǎn)向器。 “變速比和高剛性”是目前世界上生產(chǎn)的轉(zhuǎn)向器結(jié) 構(gòu)的方向。 充分考慮安全性、輕便性 隨著汽車車速的提高，駕駛員和乘客的安全非常重要，目前國內(nèi)外在許多汽車上 已普遍增設(shè)能量吸收裝置，如防碰撞安全轉(zhuǎn)向柱、安全帶、安全氣囊等，并逐步推廣。 從人類工程學(xué)的角度考慮操縱的輕便性，已逐步采用可調(diào)整的轉(zhuǎn)向管柱和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)。 孫晉卿：汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 18 - 低成本、低油耗、大批量專業(yè)化生產(chǎn) 隨著國際經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的惡化，石油危機(jī)造成經(jīng)濟(jì)衰退，汽車生產(chǎn)愈來愈重視經(jīng)濟(jì)性，因 此，要設(shè)計(jì)低成本、低油耗的汽車和低成本、合理化生產(chǎn)線，盡量實(shí)現(xiàn)大批量專業(yè)化 生產(chǎn)。對(duì)零部件生產(chǎn)，特別是轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，更表現(xiàn)突出。 汽車轉(zhuǎn)向器裝置的電腦化 汽車的轉(zhuǎn)向器裝置，必定是以電腦化為唯一的發(fā)展途徑。 12.2 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的使用動(dòng)態(tài) 隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)也有很大變化。汽車轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)很 多，從目前使用的普遍程度來看，主要的轉(zhuǎn)向器類型有 4 種：有蝸桿肖式(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 廣泛使用在汽車上。據(jù)了解，在世界范圍內(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。在西歐小客車中，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器有很大的 發(fā)展。日本汽車轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)是循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占的比重越來越大，日本裝備不同類 型發(fā)動(dòng)機(jī)的各類型汽車，采用不同類型轉(zhuǎn)向器，在公共汽車中使用的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器， 已由 60 年代的 625，發(fā)展到現(xiàn)今的 100了(蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器在公共汽車上已經(jīng) 被淘汰)。大、小型貨車大都采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，但齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器也有所發(fā)展。 微型貨車用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占 65，齒條齒輪式占 35。 綜合上述對(duì)有關(guān)轉(zhuǎn)向器品種的使用分析，得出以下結(jié)論： 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，已成為當(dāng)今世界汽車上主要的兩種轉(zhuǎn)向器； 而蝸輪#0；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。 在小客車上發(fā)展轉(zhuǎn)向器的觀點(diǎn)各異，美國和日本重點(diǎn)發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，比率都已 達(dá)到或超過 90；西歐則重點(diǎn)發(fā)展齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，比率超過 50，法國已高達(dá) 95。 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 19 - 由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的種種優(yōu)點(diǎn)，在小型車上的應(yīng)用(包括小客車、小型貨車或客貨 兩用車)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展；而大型車輛則以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為主要結(jié)構(gòu)。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器特點(diǎn) 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)是：效率高，操縱輕便，有一條平滑的操縱力特性曲線。 布置方便。特別適合大、中型車輛和動(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。 可以實(shí)現(xiàn)變速比的特性，滿足了操縱輕便性的要求。中間位置轉(zhuǎn)向力小、且經(jīng)常使用， 要求轉(zhuǎn)向靈敏，因此希望中間位置附近速比小，以提高靈敏性。大角度轉(zhuǎn)向位置轉(zhuǎn)向 阻力大，但使用次數(shù)少，因此希望大角度位置速比大一些，以減小轉(zhuǎn)向力。由于循環(huán) 球式轉(zhuǎn)向器可實(shí)現(xiàn)變速比，應(yīng)用正日益廣泛。 通過大量鋼球的滾動(dòng)接觸來傳遞轉(zhuǎn)向力，具有較大的強(qiáng)度和較好的耐磨性。并且該轉(zhuǎn) 向器可以被設(shè)計(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。 變速比結(jié)構(gòu)具有較高的剛度，特別適宜高速車輛車速的提高。高速車輛需要在高速時(shí) 有較好的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，必須保證轉(zhuǎn)向器具有較高的剛度。 間隙可調(diào)。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(dòng)間隙， 從而提高轉(zhuǎn)向器壽命，也是這種轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)之一。 中國的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)，除早期投產(chǎn)的解放牌汽車用蝸桿#0；滾輪式轉(zhuǎn)向器，東風(fēng)汽車用 蝸桿肖式轉(zhuǎn)向器之外，其它大部分車型都采用循環(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上普遍采 用了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。由此看出，中國的轉(zhuǎn)向器也在向大量生產(chǎn)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器發(fā)展。 轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)專業(yè)化 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器在國外實(shí)現(xiàn)了專業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)以專業(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)，并向全世界銷售它的產(chǎn)品。德國 ZF 公司也作為一個(gè)大型轉(zhuǎn)向器專業(yè)廠著稱于世。它從 1948 年開始生產(chǎn) ZF 型轉(zhuǎn)向器，年 孫晉卿：汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 20 - 產(chǎn)各種轉(zhuǎn)向器 200 多萬臺(tái)。還有一些比較大的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)廠，如美國德爾福公司 SAGINAW 分部；英國 BURM#0；AN 公司都是比較有名的專業(yè)廠家，都有很大的產(chǎn)量和銷 售面。專業(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。 動(dòng)力轉(zhuǎn)向是發(fā)展方向 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛，不僅在重型汽車上必須裝備，在高級(jí)轎車上應(yīng)用 的也較多，在中型汽車上的應(yīng)用也逐漸推廣。主要是從減輕駕駛員疲勞，提高操縱輕 便性和穩(wěn)定性出發(fā)。雖然帶來成本較高和結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，但由于優(yōu)點(diǎn)明顯，還是得 到很快的發(fā)展。 動(dòng)力轉(zhuǎn)向有 3 種形式：整體式、半分置式及聯(lián)閥式動(dòng)力轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)。目前 3 種形式 各有特點(diǎn)，發(fā)展較快，整體式多用于前橋負(fù)荷 38t 汽車，聯(lián)閥式多用于前橋負(fù)荷 5#0；18t 汽車，半分置式多用于前橋負(fù)荷 6t 以上到超重型汽車。從發(fā)展趨勢(shì)上看，國 外整體式轉(zhuǎn)向器發(fā)展較快，而整體式轉(zhuǎn)向器中轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)是目前發(fā)展的方向 13 設(shè)計(jì)小結(jié) 這次設(shè)計(jì)以汽車轉(zhuǎn)向系為基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)中分析計(jì)算了受力情況，并對(duì)其中的連接件進(jìn) 行強(qiáng)度校核。同時(shí)確定轉(zhuǎn)向器的類型，簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。達(dá)到了總結(jié)知識(shí)， 練習(xí)簡(jiǎn)單機(jī)械設(shè)計(jì)的目的在這次設(shè)計(jì)中，由于對(duì)汽車不是很了解，加之專業(yè)知識(shí)缺乏， 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)各部件的受力不清楚，很多零件無法校核。在以后的設(shè)計(jì)中，爭(zhēng)取解決 上述問題，加強(qiáng)該設(shè)計(jì)的實(shí)用性。 14 標(biāo)準(zhǔn)化審查報(bào)告 14.1 產(chǎn)品圖樣的審查 該轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)已基本完成，現(xiàn)具備全套圖紙和統(tǒng)一基本數(shù)據(jù)，根據(jù)有關(guān)規(guī)定，對(duì)其進(jìn)行 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 21 - 標(biāo)準(zhǔn)化審查，結(jié)果如下： （1）產(chǎn)品圖樣完整、統(tǒng)一、表達(dá)準(zhǔn)確清楚、圖樣清楚。符合 GB/T1800、3-1998 的 規(guī)定。 （2）產(chǎn)品圖樣公差與配合的選擇與標(biāo)準(zhǔn)符合 GB/T1800、3-1998 的規(guī)定。 （3）產(chǎn)品圖樣的標(biāo)號(hào)符合 JB/T5054.5-2000中華人民共和國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品 圖樣及設(shè)計(jì)的完整性。 （4）圖紙標(biāo)題欄與明細(xì)欄符合 GB/T10609.1-1989GB/T10690.2-1989d 的規(guī)定 （5）產(chǎn)品圖樣粗糙度的標(biāo)注符合 GB131-83表面特征代號(hào)及注法的規(guī)定。 14.2 產(chǎn)品技術(shù)文件的審查 （1）產(chǎn)品技術(shù)文件名詞、術(shù)語符合 ZB/TJ01 和 0351-90產(chǎn)品圖樣及設(shè)計(jì)文件 術(shù) 語及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 （2）量和單位符合 GB3100GB3102-93 的規(guī)定。 （3）技術(shù)文件所用的編碼符合 JB/T8823-1998機(jī)械工業(yè)企業(yè)計(jì)算機(jī)輔助管理信息 分類編碼導(dǎo)則的規(guī)定。 （4）技術(shù)文件的完整性符合 JB/T5054.5-2000產(chǎn)品圖樣及技術(shù)文件完整性的規(guī) 定及相關(guān)部門有關(guān)具體要求。 14.3 標(biāo)準(zhǔn)件的使用情況 本設(shè)計(jì)所用的緊固件均采用標(biāo)準(zhǔn)的螺栓、螺釘，材料及材料代號(hào)也符合國家標(biāo)準(zhǔn) 和部頒標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。 14.4 審查結(jié)論 通過對(duì)汽車轉(zhuǎn)向系的標(biāo)準(zhǔn)化審查，認(rèn)為該設(shè)計(jì)基本貫穿了國家最新頒發(fā)的各種標(biāo)準(zhǔn)， 圖紙和設(shè)計(jì)文件完整齊全，符合標(biāo)準(zhǔn)化的要求。 孫晉卿：汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 22 - 15 使用說明書 本設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向，其過程如下： 駕駛員操縱方向盤，通過轉(zhuǎn)向柱傳遞給轉(zhuǎn)向器，是的轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向螺桿旋轉(zhuǎn)，這 樣轉(zhuǎn)向螺母就會(huì)沿著轉(zhuǎn)向螺桿做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，從而使與之配對(duì)的齒扇軸發(fā)生一定角 度的偏轉(zhuǎn)，并通過轉(zhuǎn)向搖臂帶動(dòng)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，是前輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)汽車 轉(zhuǎn)向。 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 23 - 結(jié) 論 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我學(xué)到了許多以前我沒有接觸過的東西和學(xué)到了許多書本中沒 有的知識(shí)，從中提高了我運(yùn)用各種知識(shí)的能力,并懂了怎樣運(yùn)用手中的知識(shí)去設(shè)計(jì)有價(jià) 值的東西，來提高效率。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我學(xué)會(huì)了從機(jī)器功能的要求出發(fā)，合理選擇緊固機(jī)構(gòu)、調(diào)整 機(jī)構(gòu)，制定設(shè)計(jì)方案，正確計(jì)算零件的工作能力，確定它的尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)及材料， 并考慮制造工藝、使用、維護(hù)、經(jīng)濟(jì)和安全等問題，進(jìn)一步培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)的基本技能。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我機(jī)械設(shè)計(jì)的能力。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我具備了綜合運(yùn)用機(jī) 械設(shè)計(jì)課程、機(jī)械制造課程和其他選修課程的理論和實(shí)際知識(shí)的能力，使我現(xiàn)在初步 具備了解決機(jī)械設(shè)計(jì)問題的能力。通過設(shè)計(jì)時(shí)間，掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，樹立 了正確的設(shè)計(jì)思想，進(jìn)一步培養(yǎng)了我分析解決實(shí)際問題的能力。 經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我運(yùn)用機(jī)械制造工藝學(xué)及有關(guān)課程（機(jī)械設(shè)計(jì)、汽車） 的知識(shí)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)習(xí)中學(xué)到的實(shí)踐知識(shí)，獨(dú)立的分析和解決工藝問題，具備設(shè)計(jì)一 個(gè)中等復(fù)雜程度零件的工藝規(guī)程的能力。 以后的學(xué)習(xí)和生活中我會(huì)盡我所能將其完善，爭(zhēng)取能設(shè)計(jì)出比現(xiàn)在更好的夾具來。 在這次設(shè)計(jì)中所出現(xiàn)的一些不合理的機(jī)構(gòu)將不再出現(xiàn)，我會(huì)在以后的工作中多積累一 些這方面的知識(shí)，因?yàn)檫@不光能提高我自身的設(shè)計(jì)加工能力，同時(shí)也能為我創(chuàng)造財(cái)富。 對(duì)于班級(jí)的同學(xué)我也要向他們說一聲謝謝，是他們?cè)谖矣龅嚼щy時(shí)給我無償?shù)奶?供幫助，我能這么順利地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)多虧了他們的幫助。 孫晉卿：汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 24 - 參考文獻(xiàn) 1 黃靖雄編著. 現(xiàn)代汽車新配置實(shí)務(wù).北京：人民交通出版社，2005 年 2 射忠明編著.汽車構(gòu)造雙色圖解.北京：人民交通出版社，2004 年 3 夏懷成主編.汽車概論.北京：電子工業(yè)出版社，2007 年 7 月 4 韓宗奇編著.現(xiàn)代汽車概論， 沈陽：東北大學(xué)出版社，2002年 5 周云山 鐘勇 主編. 汽車電子控制技術(shù)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004年 6 劉雅琴主編.上海桑塔納轎車結(jié)構(gòu)圖冊(cè) ，上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社， 1997 年 7 一汽集團(tuán)公司編.CA1040 系列載貨汽車構(gòu)造圖冊(cè) ，長(zhǎng)春：中國第一汽車集團(tuán)公司 8 高延齡.汽車運(yùn)用工程.北京：人民交通出版社，1990. 9 余志生.汽車?yán)碚?北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981. 10 五味 努等.自動(dòng)車工會(huì)全書 11，自動(dòng)車 環(huán)境，山海堂，1980. 11 童澄教.內(nèi)燃機(jī)排放與凈化.上海：上海交通大學(xué)出版社，1994. 12 何渝生.汽車噪聲控制.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995. 13 袁雄.汽車低溫起動(dòng).北京：金盾出版社，1992. 14 蔡香華.機(jī)動(dòng)車安全檢測(cè)技術(shù).合肥：中國科學(xué)技術(shù)出版社，1992. 15 陳鳳仁譯.汽車檢驗(yàn)設(shè)備.北京：人民交通出版社，1985. 16 陳鳳仁，周維新.微機(jī)控制發(fā)動(dòng)機(jī)自診系統(tǒng).西安：汽車運(yùn)輸，1995. 17 陳煥江.汽車檢測(cè)與診斷（上、下）北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002. 18 趙英勛、劉明.汽車檢測(cè)與診斷技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003. 19 李岳林、王生昌.交通運(yùn)輸環(huán)境污染與控制.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003. 20 劉玉梅.汽車節(jié)能技術(shù)與原理. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 - 25 - 致 謝 我能順利完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我要感謝我的指導(dǎo)老師，他在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過 程中給了我很多幫助，原本他的事情就多，每次我遇到問題向他請(qǐng)教時(shí)他都會(huì)很 耐心的指導(dǎo)我，并給我提了很多寶貴的意見，正是由于他的寶貴意見才使我的課 題得到完善，設(shè)計(jì)得比較合理，但他不管刮風(fēng)下雨，在百忙中抽出空余時(shí)間來指 導(dǎo)我。正是由于他的悉心指導(dǎo)和耐心的教導(dǎo)才使我這么順利地完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)， 因此我要對(duì)他說一聲“感謝” 。