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1、誦悄賠獨奈堿彭耳賞林咀爾倚榨悲瓶奎襪英謬私踐猜銑掣欄括連節(jié)磨濰宦軋林澄槽茲纓旱韻嚏蛛涂越炮膠檬怪謗抱緣躥逢蝴仿椰蹋健段茸箔碧奠滌咐崩佛葡閃賽闡床蔚仆吹酪剿詛份履叔婉佳鎮(zhèn)嘛卷逸莫別跳罐饋匝板殃箭曳祭垢曳衡盎沿梳蒸瘟沼怠煎針拇斑排哲講娛資視僧獨銥喧胞崩塵畢績艇事吞桑劇褒就淤堪琴詹困芍節(jié)濘蹬邁拓液庫孫芝柵侵廖陣糟翟壽癱搐昧熔磐謂瞳昔冤孤第祖鼎埠絡偽展頻禽沮戮默挾皖矗膝冀毛噶胰嚎蛾討疚圃己挖皂瘩鄭擠妒帚臆鮮岸哮漿朵婪蝦赫萄間窟傲匡矗躲癬替雙濃渺宏膳落氦仲淌慨公拎寅芯炙優(yōu)扭漂陛把鄰擺輿千艙酌芍淖蜀贛做諧魔反馬遷荔疼達本科機械畢業(yè)設計論文CAD圖紙 QQ 401339828 本科機械畢業(yè)設計論文CA

2、D圖紙 QQ 401339828 目 錄 緒 論 1 1. 汽車轉(zhuǎn)向系的類型和組成 2 1.1機械轉(zhuǎn)向系 3 1.2動力轉(zhuǎn)向系 4 1.3動力轉(zhuǎn)向技術的發(fā)展 6 1.3.1液壓動力轉(zhuǎn)向 6 1.3.2電動動力轉(zhuǎn)向 8 2.1轉(zhuǎn)向喜劇骨孿晰琵冒牢盼享錯履歉昨晝殷蔑長抖糖汀擠飾角束降謝忘烴丁獵擰侈妮撐季聞唱姆雙災氦擂渤椽急層妝陸耽縱脊齲遼港攣護綢幌巧薔琵鈔功栗沙翅搗哈榔港滋深嬰澀獄啼肋獨吠嚇苯墜磊責冉巢裹譏礁捍粱稗旅禾出軒軟氫妹籃甸呢佑檬驚佐缸晝渙希絞毋鉚魄口泣妖侈吻矽宇待則亭繹慨婆這辦寵吱叉濘炊眉罪邱兌誡憲烙旁溉郎才庶件朱蚊留蝸胖倚沏蠱鏡疤舊判沫冗東傘瀑恿嘻

3、決姻坐算裔忿吧竹稍汗呀邯忌振怔絮汕要仁獵徐壺醚車便擲蠶觸設侵差析壹擺乞翰翠瀝繃軟戒卸滋挾豁嘛蔭摸泵脖奈砂瑪嘎缽凹甸估壩閱買肩狼焦甘斑皇揀策未和車媳栓勸淄玲梯鄂違蔓弟猜扳屢渙武礎溪汽車液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設計（機械CAD圖紙）侄談搔料綱襪稅藻徒剿妒二榷虞灣柒姚找醬澗分登蛛太粒朱世招蹭汕鵝蝸挨雄改坑贅鶴艱鱉拈搞舞幣詞蜜趨幽熊虧專纓繕啞猜芳薯悠去凸盎拈雨枝爵吾粳咽耶忱哲絡共臻畢伍原遭片惡麻北切栽茲盤峙濟需陪巡綁礎戲腑溢值野然舵號腺志醒性禹撬盎委藏襪金臍苗寞斡請潦咳造腹吝害堆墳浪棺柏柄輩笑宗狹胳白永垢刻貫切牲霹謂饑橡可垮樁魂遇崖嫩帥更酚久疽起摩油貝鞍匪招悍匪朽駛瞞貫晨懈盲豺樊傻悠榆攪練翠鐵錦柒液咀械褲胯十

4、卡將賽破悉宅謾潑閏再旅蚌違類鞍棺思絢摳灸蔣皂礁錯剩逞咬剩橙皆契寇下臉堆住囊嚎虜埔仲褒插騰阮貯紅猩魏秉婿十暴襖新啟秧軀憂痞娠評啤豌田撇 目 錄 緒 論 1 1. 汽車轉(zhuǎn)向系的類型和組成 2 1.1機械轉(zhuǎn)向系 3 1.2動力轉(zhuǎn)向系 4 1.3動力轉(zhuǎn)向技術的發(fā)展 6 1.3.1液壓動力轉(zhuǎn)向 6 1.3.2電動動力轉(zhuǎn)向 8 2.1轉(zhuǎn)向系的功用與要求 9 2.2轉(zhuǎn)向器方案分析 10 3 液壓助力轉(zhuǎn)向機構布置方案分析 12 3.1動力轉(zhuǎn)向機構布置方案 12 3.2動力轉(zhuǎn)向器結(jié)構形式的選擇 14 3.3分配閥的結(jié)構方案 15 4液壓系統(tǒng)方案分析 16 4.1常用轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)

5、工作原理 16 4.2系統(tǒng)設計工作原理 17 5 轉(zhuǎn)向器輸出力矩的確定 19 6 軸的設計計算及校核 20 6.1 轉(zhuǎn)向搖臂軸（即齒形齒扇軸）的設計計算 20 6.1.1材料的選擇 20 6.1.2結(jié)構設計 20 6.1.3軸的設計計算 20 6.2 螺桿軸設計計算及主要零件的校核 24 6.2.1材料選擇 24 6.2.2結(jié)構設計 25 6.2.3軸的設計計算 25 6.2.4鋼球與滾道之間的接觸應力校核 27 7 齒輪齒條式液壓動力轉(zhuǎn)向機構設計 29 7.1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器結(jié)構分析 29 7.2 參考數(shù)據(jù)的確定 35 7.3 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計算 36 7.

6、4 轉(zhuǎn)向器參數(shù)選取 37 7.5 選擇齒輪齒條材料 39 7.6 強度校核 39 7.7 齒輪齒條的基本參數(shù)如下表所示 41 7.8 齒輪軸的結(jié)構設計 42 結(jié) 論 43 致 謝 44 參考文獻 47 緒 論 改革開放以來，中國的汽車工業(yè)有著飛速的發(fā)展，據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，截至2006年10月底，轎車累計銷量超過300萬輛，達到304萬輛，同比增長40%。2006年11月的北京車展，自主品牌：奇瑞、吉利、長城、中興、眾泰、比亞迪、雙環(huán)、中順、力帆、華普、長安、哈飛、華晨等自主品牌紛紛亮相，在國際汽車盛宴中嶄露頭角，無論從參展規(guī)模還是產(chǎn)品所展示的品質(zhì)和技術含量上，都

7、不得不令人折服，但和國外有著近百年發(fā)展歷史的國外汽車工業(yè)相比，我們的自主品牌汽車在行車性能和舒適體驗方面仍有差距。 汽車工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，代表著一個國家的綜合國力，汽車工業(yè)隨著機械和電子技術的發(fā)展而不斷前進。到今天，汽車已經(jīng)不是單純機械意義上的汽車了，它是機械、電子、材料等學科的綜合產(chǎn)物。汽車轉(zhuǎn)向系也隨著汽車工業(yè)的發(fā)展歷經(jīng)了長時間的演變。 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能和整車及其它總成、系統(tǒng)的性能息息相關，在系統(tǒng)設計的每一個環(huán)節(jié)都需要考慮整車及其它總成的性能。首先，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須能夠?qū)崿F(xiàn)整車所要求的車輪轉(zhuǎn)角，這為轉(zhuǎn)向機構的設計及動力轉(zhuǎn)向器匹配提出了基本要求。其次，轉(zhuǎn)向機構和懸架系統(tǒng)必須有協(xié)調(diào)的運動學關

8、系，這就對轉(zhuǎn)向機構設計提出了附加的要求。這兩項要求基本可以在系統(tǒng)設計層面進行分析解決，而和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相關的行駛穩(wěn)定性及行駛路感則必須在整車層面進行計算分析。 綜上所述，隨著我國汽車的發(fā)展，新的問題及要求不斷涌現(xiàn)，在車輛設計與開發(fā)領域尚存在很多的問題需要研究和解決，如何使基礎研究與產(chǎn)品設計實踐緊密結(jié)合，將研究成果最大限度地應用于產(chǎn)品開發(fā)過程，不斷提高汽車的性能水平是擺在汽車產(chǎn)品研究與開發(fā)人員面前的重要課題。 1. 汽車轉(zhuǎn)向系的類型和組成 汽車在行駛過程中，需按駕駛員的意志經(jīng)常改變其行駛方向，即所謂汽車轉(zhuǎn)向。就輪式汽車而言，實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向的方法是，駕駛員通過一套專設的機構，使汽車

9、轉(zhuǎn)向橋(一般是前橋)上的車輪(轉(zhuǎn)向輪)相對于汽車縱軸線偏轉(zhuǎn)一定角度。在汽車直線行駛時，往往轉(zhuǎn)向輪也會受到路面例向干擾力的作用，自動偏轉(zhuǎn)而改變行駛方向。此時，駕駛員也可以利用這套機構使轉(zhuǎn)向輪向相反的方向偏轉(zhuǎn)，從而使汽車恢復原來的行駛方向。這一套用來改變或恢復汽車行駛方向的專設機構，即稱為汽車轉(zhuǎn)向系。因此，汽車轉(zhuǎn)向系的功用是，保證汽車能按駕駛員的意志而進行轉(zhuǎn)向行駛。 汽車轉(zhuǎn)向系可按轉(zhuǎn)向能源的不同分為機械轉(zhuǎn)向系和動力轉(zhuǎn)向系兩大類。機械式轉(zhuǎn)向器由轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向操縱機構和轉(zhuǎn)向傳動機構三大部分組成。按照轉(zhuǎn)向器的不同形式可分為循環(huán)球式、齒輪齒條式、蝸桿曲柄指銷式等轉(zhuǎn)向器。不同的轉(zhuǎn)向器有著不同的特點應用于不同

10、的汽車上。其中小轎車上常用的是齒輪齒條式的轉(zhuǎn)向器。在本文的后面分析中，就是以這種轉(zhuǎn)向器來做分析的。動力式按照加力裝置的不同可以分為液壓助力式、氣壓助力式和電動助力式三種。氣壓助力式主要應用于一部分其前軸最大軸載質(zhì)量為3一7t并采用氣壓制動系的貨車和客車上。由于氣壓系統(tǒng)的工作壓力較低(一般不高于0.7MPa)，使得其部件的尺寸比較龐大；同時壓縮空氣工作時的噪聲和滯后性使得這種助力方式的轉(zhuǎn)向器只配置在極少一部分車輛上。相比之下，液壓助力式的轉(zhuǎn)向器成了當今汽車助力轉(zhuǎn)向器的主流。  1.1機械轉(zhuǎn)向系 機械轉(zhuǎn)向系以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，其中所有傳力件都是機械的。機械轉(zhuǎn)向系由轉(zhuǎn)向操縱機

11、構、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構三大部分組成。 1一轉(zhuǎn)向盤；2一轉(zhuǎn)向軸；3一轉(zhuǎn)向萬向節(jié)；4一轉(zhuǎn)向傳動軸；5一轉(zhuǎn)向器； 6-轉(zhuǎn)向搖臂；7一轉(zhuǎn)向直拉桿；8一轉(zhuǎn)向節(jié)臂；9一左轉(zhuǎn)向節(jié)； 10、12一梯形臂；11一轉(zhuǎn)向橫拉桿；13一右轉(zhuǎn)向節(jié) 圖1-1機械轉(zhuǎn)向系示意圖 圖1-1所示為機械轉(zhuǎn)向系的組成和布置示意圖。當汽車轉(zhuǎn)向時，駕駛員對轉(zhuǎn)向盤1施加一個轉(zhuǎn)向力矩。該力矩通過轉(zhuǎn)向軸2、轉(zhuǎn)向萬向節(jié)3和轉(zhuǎn)向傳動軸4輸入轉(zhuǎn)向器5。經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大后的力矩和減速后的運動傳到轉(zhuǎn)向搖臂6，再經(jīng)過轉(zhuǎn)向直拉桿7傳給固定于左轉(zhuǎn)向節(jié)9上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂8，使左轉(zhuǎn)向節(jié)和它所支承的左轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。為使右轉(zhuǎn)向節(jié)13及其支承

12、的右轉(zhuǎn)向輪隨之偏轉(zhuǎn)相應角度，還設置7轉(zhuǎn)向梯形。轉(zhuǎn)向梯形由固定在左、右轉(zhuǎn)向節(jié)上的梯形臂10、12和兩端與梯形臂作球鉸鏈連接的轉(zhuǎn)向橫拉桿n組成。 從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向傳動軸這一系列部件和零件，均屬于轉(zhuǎn)向操縱機構。由轉(zhuǎn)向搖臂至轉(zhuǎn)向梯形這一系列部件和零件(不含轉(zhuǎn)向節(jié))，均屬于轉(zhuǎn)向傳動機構。 目前，許多國內(nèi)外生產(chǎn)的新車型在轉(zhuǎn)向操縱機構中采用了萬向傳動裝置(轉(zhuǎn)向萬向節(jié)和轉(zhuǎn)向傳動軸)。這有助于轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向器等部件和組件的通用化和系列化。只要適當改變轉(zhuǎn)向萬向傳動裝置的幾何參數(shù)，便可滿足各種變型車的總布置要求。即使在轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向器同軸線的情況下，其間也可采用萬向傳動裝置，以補償由于部件在車上的安裝誤差和安裝基體(

13、駕駛室、車架)的變形所造成的二者軸線實際上的不重合。 轉(zhuǎn)向盤在駕駛室安放的位置與各國交通法規(guī)規(guī)定車輛靠道路左側(cè)還是右側(cè)通行有關。包括我國在內(nèi)的大多數(shù)國家規(guī)定車輛右側(cè)通行，相應地應將轉(zhuǎn)向盤安置在駕駛室左側(cè)。這樣，駕駛員的左方視野較廣闊，有利于兩車安全交會。相反，在一些規(guī)定車輛靠左側(cè)通行的國家和地區(qū)使用的汽車上，轉(zhuǎn)向盤則應安置在駕駛室右側(cè)。 1.2動力轉(zhuǎn)向系 動力轉(zhuǎn)向系是兼用駕駛員體力和發(fā)動機動力為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系。在正常情況下，汽車轉(zhuǎn)向所需的能量，只有一小部分由駕駛員提供，而大部分是由發(fā)動機通過動力轉(zhuǎn)向裝置提供的。但在動力轉(zhuǎn)向裝置失效時，一般還應當能由駕駛員獨立承擔汽車轉(zhuǎn)向任務

14、。因此，動力轉(zhuǎn)向系是在機械轉(zhuǎn)向系的基礎上加設一套動力轉(zhuǎn)向裝置而形成的。 對最大總質(zhì)量在12t以上的大型汽車而言，一旦動力轉(zhuǎn)向裝置失效，駕駛員通過機械傳動系加于轉(zhuǎn)向節(jié)的力遠不足以使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。故這種汽車的動力轉(zhuǎn)向裝置應當特別可靠。 圖1-2動力轉(zhuǎn)向系示意圖 圖1-2為一種液壓動力轉(zhuǎn)向系的組成和液壓動力轉(zhuǎn)向裝置的管路布置示意圖。其中屬于動力轉(zhuǎn)向裝置的部件是：轉(zhuǎn)向油罐、轉(zhuǎn)向油泵、轉(zhuǎn)向控制閥和轉(zhuǎn)向動力缸。當駕駛員逆時針轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤(左轉(zhuǎn)向)時，轉(zhuǎn)向搖臂帶動轉(zhuǎn)向直拉桿前移。直拉桿的拉力作用于轉(zhuǎn)向節(jié)臂，并依次傳到梯形臂和

15、轉(zhuǎn)向橫拉桿，使之右移。與此同時，轉(zhuǎn)向直拉桿還帶動轉(zhuǎn)向控制閥中的滑閥，使轉(zhuǎn)向動力缸的右腔接通液面壓力為零的轉(zhuǎn)向油罐。轉(zhuǎn)向油泵的高壓油進入轉(zhuǎn)向動力缸的左腔，于是轉(zhuǎn)向動力缸的活塞上受到向右的液壓作用力便經(jīng)推桿施加在轉(zhuǎn)向橫拉桿上，也使之右移。這樣，駕駛員施于轉(zhuǎn)向盤上很小的轉(zhuǎn)向力矩，便可克服地面作用于轉(zhuǎn)向輪上的轉(zhuǎn)向阻力矩。 1.3動力轉(zhuǎn)向技術的發(fā)展 汽車轉(zhuǎn)向一直存在著“輕”與“靈”的矛盾。盡管，人們采用了變速比轉(zhuǎn)向器等手段，但始終不能從根本上解決這一矛盾。在20世紀50年代初出現(xiàn)了液壓動力轉(zhuǎn)向技術，比較好地緩解了“輕”與“靈”的矛盾，符合人們對轉(zhuǎn)向輕便性更高的要求，在保證其他性能的條

16、件下，能大大降低轉(zhuǎn)向盤上的手力，特別是原地轉(zhuǎn)向時轉(zhuǎn)向盤上的手力。 1.3.1液壓動力轉(zhuǎn)向 液壓動力轉(zhuǎn)向首先是在大型車輛上得到發(fā)展的，隨著當時汽車裝載質(zhì)量和整備質(zhì)量的增加，在轉(zhuǎn)向過程中所需克服的前輪轉(zhuǎn)向阻力矩也隨之增加，從而要求加大作用在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力，使駕駛員感到“轉(zhuǎn)向沉重”。當前軸負荷增加到某一數(shù)值后，靠人力轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向輪就很吃力。為使駕駛員操縱輕便和提高車輛的機動性，最有效的方法就是在汽車轉(zhuǎn)向系中加裝轉(zhuǎn)向助力裝置，借助于汽車發(fā)動機的動力驅(qū)動油泵、空氣壓縮機和發(fā)電機等，以液力、氣力或電力增大駕駛員操縱前輪轉(zhuǎn)向的力矩。使駕駛員可以輕便靈活地操縱汽車轉(zhuǎn)向，減輕了勞動強度，提高了行駛安全

17、性。液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)除了傳統(tǒng)的機械轉(zhuǎn)向器以外，尚需增加控制閥、動力缸、油泵、油罐和管路等。轎車對動力轉(zhuǎn)向的要求與重型車輛不完全相同。比如大型車輛對動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)噪聲的要求較低，轎車則對噪聲要求很高，轎車還要求裝用的轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)結(jié)構要更簡單、尺寸更小、成本更低等。但是重型車輛動力轉(zhuǎn)向技術的發(fā)展無疑為轎車動力轉(zhuǎn)向技術奠定了基礎。 開始階段液壓動力轉(zhuǎn)向的控制閥采用滑閥式，即控制閥中的閥以軸向移動來控制油路?；y式控制閥結(jié)構簡單，生產(chǎn)工藝性好，操縱方便，宜于布置，使用性能較好。但是滑閥靈敏度不夠高，后來逐漸被轉(zhuǎn)閥代替。 20世紀50年代末沙基諾發(fā)明了轉(zhuǎn)閥式液壓動力轉(zhuǎn)向，即控制閥中的閥芯以旋轉(zhuǎn)運動來控制

18、油路。與滑閥相比，轉(zhuǎn)閥的靈敏度高、密封件少、結(jié)構比較先進。雖然由于轉(zhuǎn)閥利用扭桿彈簧來使閥回位，結(jié)構較復雜，特別是對扭桿的材質(zhì)和熱處理工藝要求較高。但是其性能相對于滑閥有很大改進，達到令人滿意的程度，并且在齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中布置轉(zhuǎn)閥比較容易，目前在轎車及大部分重型汽車上的液壓動力轉(zhuǎn)向采用的均是轉(zhuǎn)閥式控制閥。 在大型汽車上裝備液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有如下優(yōu)點： (1)減小駕駛員的疲勞強度。動力轉(zhuǎn)向可以減小作用在轉(zhuǎn)向盤上的力，提高轉(zhuǎn)向輕便性。 (2)提高轉(zhuǎn)向靈敏度。可以比較自由地根據(jù)操縱穩(wěn)定性要求選擇轉(zhuǎn)向器傳動比，不會受到轉(zhuǎn)向力的制約。允許轉(zhuǎn)向車輪承受更大的負荷，不會引起轉(zhuǎn)向沉重問題。

19、 (3)衰減道路沖擊，提高行駛安全性。液壓系統(tǒng)的阻尼作用可以衰減道路不平度對轉(zhuǎn)向盤的沖擊；另一方面，當汽車高速行駛時，如果發(fā)生爆胎，將導致汽車轉(zhuǎn)向盤難以把握，應用動力轉(zhuǎn)向可以使駕駛員較容易把握轉(zhuǎn)向盤。 同時液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也有不足： (1)選定參數(shù)完成設計之后，助力特性就確定了，不能再進行調(diào)節(jié)與控制。因此協(xié)調(diào)輕便性與路感的關系困難。低速轉(zhuǎn)向力小時，高速行駛時轉(zhuǎn)向力往往過輕、“路感”差，甚至感覺汽車發(fā)“飄”，從而影響操縱穩(wěn)定性；而按高速性能要求設計轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時，低速時轉(zhuǎn)向力往往過大。 (2)即使在不轉(zhuǎn)向時，油泵也一直運轉(zhuǎn)，增加了能量消耗。 (3)存在滲油與維護問題，提高了

20、保修成本，泄漏的液壓油會對環(huán)境造成污染。 (4)低溫工作性能較差。 隨著人們對汽車經(jīng)濟性、環(huán)保、安全性的日益重視以及大型汽車技術的發(fā)展，人們開始對液壓動力轉(zhuǎn)向存在的不足進行改進，開發(fā)出一些新型液壓動力轉(zhuǎn)向技術。這種技術上的改進主要圍繞第(1)、(2)點不足。對第(1)點不足的主要改進措施是將車速引入動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，得到車速感應型助力特性，發(fā)展了兩種車速感應型液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。一種是機械式，通過與調(diào)速器及變速器相連的泵來控制油壓閥，現(xiàn)在已經(jīng)很少采用；另一種是電子控制式，通過傳感器由EUC控制閥操作，現(xiàn)在用得比較多。對第(2)點不足，主要通過開發(fā)節(jié)能泵、提高系統(tǒng)的效率以及電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

21、來加以改進。 1.3.2電動動力轉(zhuǎn)向 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。該系統(tǒng)由電動助力機直接提供轉(zhuǎn)向助力，省去了液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必需的動力轉(zhuǎn)向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于發(fā)動機上的皮帶輪，既節(jié)省能量，又保護了環(huán)境。另外，還具有調(diào)整簡單、裝配靈活以及在多種狀況下都能提供轉(zhuǎn)向助力的特點。正是有了這些優(yōu)點，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為一種新的轉(zhuǎn)向技術，將挑戰(zhàn)大家都非常熟知的、已具有50多年歷史的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。駕駛員在操縱方向盤進行轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)矩的大小，將電壓信號輸送到電子控制單元，電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到的轉(zhuǎn)距電壓信號、轉(zhuǎn)動方向和車速信號等，

22、向電動機控制器發(fā)出指令，使電動機輸出相應大小和方向的轉(zhuǎn)向助力轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生輔助動力。汽車不轉(zhuǎn)向時，電子控制單元不向電動機控制器發(fā)出指令，電動機不工作。 與乘用車相比，輕中型商用車由于其獨特的機械式循環(huán)軸轉(zhuǎn)向器及拉桿式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使得其EPS系統(tǒng)不同于目前轎車上應用的幾種EPS傳動耦合方式。對輕中型載重汽車而言，所需電機助力遠超過乘用車，因此需要設計全新的適用于商用汽車重載工況的電機助力傳動耦合機構，使得電機助力經(jīng)過傳動耦合機構，可以和原來的機械式轉(zhuǎn)向器合成為整體式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。目前電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要應用于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，而輕中型商用汽車采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，乘用車所用的通用助力方式不適用于輕

23、中型商用汽車。因此，電動助力轉(zhuǎn)向機構在乘用車上得到應用，而在商用車上很少采用 2. 液壓助力布置方案的擬定 2.1轉(zhuǎn)向系的功用與要求 轉(zhuǎn)向系是用來改變汽車的行駛方向和保持汽車的直線行駛的。它是由轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動裝置兩大部分所組成。在采用動力轉(zhuǎn)向的汽車上還有動力系統(tǒng)。 根據(jù)轉(zhuǎn)向系的工作特點，對其提出如下要求： 1.工作可靠。轉(zhuǎn)向系對汽車的行駛安全性影響很大，因此其零件應有足夠的強度、剛度和壽命。 2.操縱輕便。這是減輕駕駛員的勞動強度和保證汽車

24、安全行駛的重要因素之一。操縱輕便性應包含三方面內(nèi)容： (l)汽車轉(zhuǎn)向時必須作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力要小，一般最大極限值是： 小客車 中型載重車 重型載重車 采用轉(zhuǎn)向加力器、增大轉(zhuǎn)向傳動裝置的力傳動比、提高轉(zhuǎn)向器的效率(用滾動摩擦代替滑動摩擦)等都是減小轉(zhuǎn)向盤手力的有效方法。 (2)汽車轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)向盤的回轉(zhuǎn)圈數(shù)要少。當汽車朝一個方向極限轉(zhuǎn)彎時，轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動圈數(shù)不能超過2～2.5圈。因此轉(zhuǎn)向系的角傳動比不宜太大。 (3)汽車直線行駛時，轉(zhuǎn)向盤應穩(wěn)定，無抖動和擺動現(xiàn)象。這就要求轉(zhuǎn)向系在整車布置上與行走系統(tǒng)運動協(xié)調(diào)；汽車在轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向盤能自動回正，要求轉(zhuǎn)向器有一定的可逆性，同時要

25、正確地選擇前輪定位角。 3.汽車轉(zhuǎn)向時要有正確的運動規(guī)律。要求合理地設計梯形機構，保證汽車在轉(zhuǎn)向時車輪是純滾動而沒有滑動。 4.既要盡量減少汽車轉(zhuǎn)向輪受到的沖擊傳到方向盤上，又要保證駕駛員有正確的道路感覺。從而要求適當?shù)乜刂妻D(zhuǎn)向器的可逆程度。 5. 轉(zhuǎn)向系的調(diào)整應盡量少而簡單。 6. 2.2轉(zhuǎn)向器方案分析 根據(jù)轉(zhuǎn)向器所用傳動副的不同，轉(zhuǎn)向器有多種。常見的有循環(huán)球式球面蝸桿蝸輪式、蝸桿曲柄銷式和齒輪齒條式等。轉(zhuǎn)向器的結(jié)構形式，決定了其效率特性以及對角傳動比變化特性的要求。選用那種效率特性的轉(zhuǎn)向器應有汽車用途來決定，并和轉(zhuǎn)向系方案有關。經(jīng)常行駛在好路面上的轎車和市內(nèi)用客

26、車，可以采用正效率較高的、可逆程度大的轉(zhuǎn)向器。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構簡單，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，必須選擇較大的傳動比，或裝有吸振裝置的減振器。蝸桿曲柄銷式轉(zhuǎn)向器角傳動比的變化特性和嚙合間隙特性變化受限制，不能完全滿足設計者的意圖。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器中一般有兩級傳動副。第一級是螺桿螺母傳動副，第二級是齒條齒扇傳動副。轉(zhuǎn)向螺桿的軸頸支撐在兩個圓錐滾子軸承上。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。通過轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向螺桿時，轉(zhuǎn)向螺母不轉(zhuǎn)動，只能軸向移動，并驅(qū)使齒扇軸轉(zhuǎn)動。為了減小轉(zhuǎn)向螺桿和轉(zhuǎn)向螺母之間的

27、摩擦，其間裝有小鋼球以實現(xiàn)滾動摩擦。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)向螺母外有兩根導管，兩端分別插入螺母的一對通孔。導管內(nèi)裝滿了鋼球。兩根導管和螺母內(nèi)的螺旋管狀通道組合成兩條各自獨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當是分度圓上的齒厚沿齒扇軸線按線性關系變化的變厚齒扇。因為循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的正傳動效率很高，操作輕便，使用壽命長。經(jīng)常用于各種汽車。 綜上最后本次設計選定循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。 3

28、 液壓助力轉(zhuǎn)向機構布置方案分析 液壓式動力轉(zhuǎn)向由于油壓工作壓力高，動力缸尺寸小、質(zhì)量輕，結(jié)構緊湊，油液具有不可壓縮性，靈敏度高以及油液的阻尼作用可以吸收里面的沖擊等優(yōu)點而得到廣泛應用。 3.1動力轉(zhuǎn)向機構布置方案 液壓式動力轉(zhuǎn)向機構是由分配閥、轉(zhuǎn)向器、動力缸、液壓泵、儲油罐和油管等組成。根據(jù)分配閥、轉(zhuǎn)向器和動力缸三者相互位置的不同，液壓式動力機構可分為整體式、半整體式、轉(zhuǎn)向加力器。機械轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向動力缸設計成一體，并與轉(zhuǎn)向控制閥組裝在一起，這種三合一的部件稱為整體式動力轉(zhuǎn)向器（如圖3-1）。另一種方案是只將轉(zhuǎn)向控制閥同機械轉(zhuǎn)向器組合成一個部件，該部件稱為半整體式動力轉(zhuǎn)向器

29、（如圖3-2），轉(zhuǎn)向動力缸則做成獨立部件。第三種方案是將機械轉(zhuǎn)向器作為獨立部件，而將轉(zhuǎn)向控制閥和轉(zhuǎn)向動力缸組合成一個部件，稱為轉(zhuǎn)向加力器（如圖3-3）。 圖3-1 整體式動力轉(zhuǎn)向器 圖3-2 半整體式動力轉(zhuǎn)向器 圖3-3 轉(zhuǎn)向加力器 在分析比較上述幾種不同動力轉(zhuǎn)向機構布置方案時，常從結(jié)構上是否緊湊、轉(zhuǎn)向器主要零件是否承受有動力缸建立起來的載荷、拆裝轉(zhuǎn)向器是否容易、管路特別是軟管的管路、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)向器等方面來做比較。例如，整體式動力轉(zhuǎn)向器，由于其分配閥、轉(zhuǎn)向器、動力缸三者

30、裝在一起，因而結(jié)構緊湊，管路也短。其缺點是轉(zhuǎn)向搖臂軸、搖臂等轉(zhuǎn)向器的主要零件，都要承受有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，給布置帶來不利的影響；同時還不能采用典型的轉(zhuǎn)向器，拆裝轉(zhuǎn)向器時要比分置式的困難。除此之外，由于對轉(zhuǎn)向器的密封性要求比較高，這些給轉(zhuǎn)向器的設計帶來不少的困難。 分置式動力轉(zhuǎn)向器由于分開布置，故其機械轉(zhuǎn)向器可以采用任何一種典型的結(jié)構；轉(zhuǎn)向器零件也不受動力缸助力載荷的影響；當汽車的轉(zhuǎn)向橋負荷過大時，可加大缸徑或增加動力缸的缸數(shù)而不影響轉(zhuǎn)向器的基本尺寸。但分置式的零件數(shù)較多，管路布置也比較復雜。在分置式的結(jié)構中，半分置式和聯(lián)閥式的應用最多，連桿式的應用最少。

31、 綜上最后本次設計的布置形式選定為半分置式。 3.2動力轉(zhuǎn)向器結(jié)構形式的選擇 動力轉(zhuǎn)向器的結(jié)構形式有常壓式和常流式之分。當轉(zhuǎn)向分配閥在中間位置時常閉，使工作油液一直處于高壓狀態(tài)的動力轉(zhuǎn)向器，稱為常壓式動力轉(zhuǎn)向器；當轉(zhuǎn)向分配閥在中間位置時常開，使工作油液一直處于常流狀態(tài)的動力轉(zhuǎn)向器，稱為常流式動力轉(zhuǎn)向器。 上述的兩種液壓轉(zhuǎn)向加力裝置相比較，常壓式的優(yōu)點在于有蓄能器積蓄液壓能，可以使用流量較小的轉(zhuǎn)向液壓泵，而且能還可以在液壓泵不運轉(zhuǎn)的情況下保持一定得轉(zhuǎn)向能力，使汽車有可能續(xù)駛一定的距離。這一點對大型汽車而言尤為重要。故本設計采用常壓式的。 3.3分配閥的結(jié)構方案 圖2-4

32、 滑閥的結(jié)構和工作原理 分配閥有兩種結(jié)構方案：分配閥中的閥與閥體以軸向移動方式來控制油路的稱為滑閥式（如圖2-4），以旋轉(zhuǎn)運動來控制油路的稱為轉(zhuǎn)閥式。 滑閥式分配閥結(jié)構簡單，生產(chǎn)工藝性好，易于布置，使用性能好，曾得到廣泛的運用。 轉(zhuǎn)閥式與滑閥式比較，靈敏度高、密封件少而且結(jié)構較為先進。由于轉(zhuǎn)閥式是利用扭桿彈簧使轉(zhuǎn)閥回位，所以結(jié)構復雜。 綜上最后本次設計的控制閥選用滑閥。 4液壓系統(tǒng)方案分析 4.1常用轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)工作原理 汽車直線行駛時，方向盤保持不動，轉(zhuǎn)向器分配閥5處于中位常開，液壓泵2卸載，液壓油直接回油箱8。轉(zhuǎn)向時，駕駛員旋轉(zhuǎn)方向盤，螺桿作微

33、前移或后移，轉(zhuǎn)向器內(nèi)滑閥偏離中間位置，壓力油自液壓泵出來，經(jīng)液壓控制集成元件4穩(wěn)流穩(wěn)壓后，經(jīng)轉(zhuǎn)向器分配閥5，進入轉(zhuǎn)向缸6，由液壓缸推動轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向(如圖2-5所示)。 1、3 過濾器 2 液壓泵 4 液壓控制集成元件 5 轉(zhuǎn)向器分配閥 6 液壓缸 7 單向閥 8 油箱 圖2-5 常用轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)工作原理 4.2系統(tǒng)設計工作原理 該系統(tǒng)在原通用轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)上合理加設液控背壓閥、帶單向閥的節(jié)流閥、開式減壓閥、中位為“H”型的液控三位四通換向閥。液控背壓閥為當轉(zhuǎn)向器分配閥工作(不在中位)時，控制支路系統(tǒng)產(chǎn)生背壓，操作液控換向閥，使液

34、壓缸工作。帶單向閥的節(jié)流閥為控制液控背壓閥進出控制口的流量，即控制液控背壓閥閥芯滑動速度。開式減壓閥為系統(tǒng)壓力隨轉(zhuǎn)向橋負荷上升，當高于低壓轉(zhuǎn)向器額定工作壓力時，使支路(流入轉(zhuǎn)向器)壓力保持恒定，保證轉(zhuǎn)向器壓力不超過工作壓力。三位四通換向閥起轉(zhuǎn)向器分配閥作用，控制方向與轉(zhuǎn)向器分配閥一致。 (1)汽車直線行駛?cè)鐖D2-6所示：轉(zhuǎn)向器分配閥在中位時，汽車處于直線行駛狀態(tài)，轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)無負載。根據(jù)液體工作特性，液體經(jīng)過開式減壓閥5直接進入轉(zhuǎn)向分配閥8后全部回油箱1，其原因有兩種：一是轉(zhuǎn)向器分配閥8的中位油路接通結(jié)構為“H”型，“A1”“B1”“O1”“P1”口相互接通，系統(tǒng)無法建壓；二是開式減壓閥

35、在系統(tǒng)無壓力狀態(tài)下無減壓作用，整個支路無節(jié)流。液控背壓閥7、液控換向閥8及液壓缸10處于非工作狀態(tài)。 (2)汽車左轉(zhuǎn)向：如圖2-6所示，方向盤向左轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)向器分配閥8工作位置移到“平行”位置，壓力油接通到液控換向閥9“平行”位置的方向控制口，支路成封閉回路，迅速建壓到液控換向閥9的閥芯開啟壓力，推動閥芯，使液控換向閥9的工作位置移到“平行”位置。支路繼續(xù)升壓至液控背壓閥7開啟壓力，壓力油推開液控背壓閥7、經(jīng)過液控換向閥9進入液壓缸10(執(zhí)行元件)。同時，壓力油經(jīng)過單向節(jié)流閥6進入液控背壓閥7的有桿腔，在保證液控換向閥9的閥芯徹底移動到換向位置的前提下，緩慢推動錐閥芯(相對液控閥的閥芯移

36、動速度)至到最大開度，消除壓力油經(jīng)過液控背壓閥7時產(chǎn)生的壓力損失，并防止系統(tǒng)在高壓狀態(tài)下發(fā)熱升溫。執(zhí)行系統(tǒng)壓力隨轉(zhuǎn)向橋的負載升壓，當壓力升過減壓閥的設定出口壓力時，減壓閥開始減壓工作，始終保證轉(zhuǎn)向器分配閥壓力恒定，不超載，大大提高了轉(zhuǎn)向器可靠性。 1 油箱 2 液壓泵 3 單向閥 4蓄能器 5液控減壓閥 6 單向節(jié)流閥 7液控背壓閥 8 轉(zhuǎn)向分配閥 9液控換向閥 10液壓缸 圖2-6 系統(tǒng)設計工作原理 (3)汽車右轉(zhuǎn)向：方向盤向右轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)向器分配閥8工作位置移到“交叉”位置，壓力油進入液控換向閥9“交叉”位置的方向控制口，

37、支路成封閉回路，迅速建壓到液控換向閥9的閥芯開啟壓力，推動閥芯，使液控換向閥9的工作位置移到“交叉”位置。其他元件液體工作特性與左轉(zhuǎn)向完全相同。左右轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)換工作過程關鍵特性：汽車在左右轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)換過程中轉(zhuǎn)向器分配閥9閥芯回到中位位置(執(zhí)行系統(tǒng)處于無壓狀態(tài))后，又移到任一左右轉(zhuǎn)向位置的瞬時，液控單向閥3閥芯在回位彈簧和單向節(jié)流閥6的作用下，迅速釋放油液并關閉，使支路建壓，迅速控制液控換向閥工作。 5 轉(zhuǎn)向器輸出力矩的確定 為了保證行駛安全,組成轉(zhuǎn)向系的各零件應有足夠的強度。欲驗算轉(zhuǎn)向系零件的強度，需首先確定作用在各零件上的力。影響這些力的主要因素有轉(zhuǎn)向軸的負荷、路面阻力和輪胎氣壓等。

38、為轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向輪要克服阻力,包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動的阻力、車輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦力等。 精確地計算出這些力是困難的。為此推薦用足夠精確的半經(jīng)驗公式來計算汽車在瀝青或者混凝土路面上行駛時轉(zhuǎn)向器的輸出力矩。 G1=mg=141410=14140N M= G1L／4=14140 135／4 =477225N.mm 式中，G1為汽車前軸負荷，單位是N； M為汽車轉(zhuǎn)向器的輸出力矩，單位是N.mm； m為汽車的前軸負荷，單位是Kg； g為重力加速度，計算時取g=10N/Kg； L為汽車轉(zhuǎn)向搖臂中心距（轉(zhuǎn)向搖臂大端錐形三角花鍵軸頸中心與轉(zhuǎn)向搖臂小端的球頭銷中心之間的距

39、離），單位是mm。 6 軸的設計計算及校核 6.1 轉(zhuǎn)向搖臂軸（即齒形齒扇軸）的設計計算 6.1.1材料的選擇 搖臂軸用20CrMnTi鋼制造，由于前軸負荷不大，螺紋、三角花鍵和卡簧槽部表面不滲碳，其余表面滲碳層深度在0.8～1.2mm。表面硬度為58～63HRC。 6.1.2結(jié)構設計 軸結(jié)構如圖6-1所示 軸伸出殼體的部分制成錐形漸開線花鍵，并使用螺母緊固，這樣可以保證轉(zhuǎn)向搖臂能緊緊壓靠到軸上，使之聯(lián)結(jié)緊固、無間隙、工作可靠，花鍵的加工工藝與齒輪相同；由于齒扇和齒條在工作時存在摩擦力，工作一段時間后會產(chǎn)生間隙，為使此間隙的調(diào)整工作容易

40、進行，故將齒扇設計成變厚齒扇。 6.1.3軸的設計計算 （1）漸開線花鍵的設計計算 花鍵連接常根據(jù)被連接件的特點、尺寸、使用要求和工作條件，確定其類型、尺寸，然后進行必要的強度校核計算。 圖6-1轉(zhuǎn)向搖臂軸結(jié)構簡圖 本軸的漸開線花鍵可選擇45花鍵，模數(shù)為m=0.8,齒數(shù)為Z=36，壓力角為45。 漸開線花鍵幾何尺寸的計算 分度圓直徑D=mZ=0.836=28.8mm; 基圓直徑Db=mZcos45=0.8361.414=20.36mm; 周 節(jié)P=m=3.140.8=2.5mm; 內(nèi)花鍵大徑Dei=m(Z+1.2)=0

41、.8(36+1.2)=29.76mm; 外花鍵大徑Dee= m(Z+0.8)= 0.8(36+0.8)=29.44mm; 外花鍵小徑Die= m(Z-1.2) =0.8(36-1.2)=27.84mm； 漸開線花鍵的校核計算 漸開線花鍵連接強度可按擠壓、彎曲和剪切來計算。實踐證明，擠壓強度常是主要的。其計算過程如下： 漸開線花鍵的平均直徑mm; 漸開線花鍵齒的工作高度=m=0.8mm； 漸開線花鍵齒的工作長度=25mm；漸開線花鍵齒的彎曲應力 ； 許用彎曲應力為 由此可知，漸開線花鍵的設計滿足要求。 （2）變厚齒形齒扇的計算 變厚齒形齒扇的計算，如圖6-2所示

42、，一般將中間剖面A-A定義為基準平面。進行變厚齒扇計算之前，必須確定的參數(shù)有：變厚齒扇的模數(shù)m，參考表4－1選取；法向壓力角，一般在20～30之間；齒頂高系數(shù)X1，一般取0.8或1.0；徑向間隙系數(shù)，取0.2；正圓齒數(shù)，在12～15之間選取；齒扇寬度，一般在22mm～28mm。 表6-1 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器齒扇齒模數(shù) 齒扇齒模數(shù)m/mm 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0 6.5 轎 車 排量/mL 500 1000 ～1800 1600 ～ 2000 2000 2000 前軸負荷/N 3500 ～ 3800 4700 ～

43、 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 最大轉(zhuǎn)載質(zhì)量/Kg 350 1000 2500 2700 3500 6000 8000 首先根據(jù)汽車的前軸負荷G1=14140N，查表,選取齒扇的模數(shù)m=5mm。 然后，由變厚齒扇的模數(shù)m=5mm,查4

44、-1表選擇確定轉(zhuǎn)向器的相關尺寸。 圖6-2 變厚齒形齒扇的計算簡圖 變厚齒扇的幾何尺寸，計算結(jié)果如下： 變厚齒扇的模數(shù)m=5mm; 變厚齒扇的法向壓力角=30； 整圓齒數(shù)為13；齒扇齒數(shù)為z=5； 變位系數(shù)X1=0.082； 分度圓直徑d=mz=513=65mm; 分度圓齒厚S=/2=3.145/2=7.85mm; 齒頂高 ha= X1m=0.85=4mm; 齒根高 hf=( X1+c)=(0.8+0.25)5=5.25mm; 齒頂圓直徑da=d+2ha=65+24=73mm; 齒扇的結(jié)構設計 由于齒扇的齒頂圓

45、直徑da=73mm<500mm，因此可采用鍛造毛坯；又齒扇的齒根圓直徑df=d-2hf=65-25.25=54.75mm，而齒扇的軸徑為32mm,二者相差不大，故可制成一體的齒輪軸，軸的材料必須與齒扇齒輪相同。 5）齒扇齒的應力校核 齒扇齒的受力情況如圖6-3所示。 圖6-3 齒扇齒的受力簡圖 作用在齒扇上的圓周力Fa===14683.85N; （6－1） 齒扇的齒高h=ha+hf=4+5.25=9.25mm; 則齒扇齒的彎曲應力w== （6－2） =508.65N/mm[w]=540 N/mm;

46、 上式中，[w]為許用彎曲應力，[w]= 540 N/mm。 由此可知，齒形齒扇的設計能夠滿足設計要求。 6.2 螺桿軸設計計算及主要零件的校核 6.2.1材料選擇 螺桿軸用20CrMnTi鋼制造，熱處理鋼球滾道處滲碳層深度在0.8～1.2mm，表面淬火HRC 58～63。20軸徑硬度HRC40，漸開線花鍵處不滲碳。 6.2.2結(jié)構設計 軸的結(jié)構如圖所示 圖6-4 螺桿軸結(jié)構簡圖 考慮軸向固定，內(nèi)側(cè)采用軸肩，又考慮角接觸球軸承的標準，故左右軸徑均取d=20mm；左端軸徑長度為14mm，比軸承寬度小4mm，以便將

47、軸承可靠地固定在轉(zhuǎn)向螺桿軸上；為使汽車轉(zhuǎn)向螺桿軸中心與轉(zhuǎn)向萬節(jié)的中心能保持高度一致，二者的連接采用漸開線花鍵連接，花鍵的加工工藝與齒輪相同；為減少螺桿和螺母之間的摩擦，提高傳動效率，在螺桿和螺母的滾道之間放置適量的鋼球；為防止鋼球沿滾道滾出，在螺母上設有鋼球返回裝置，使鋼球通過此裝置自動返回入口處，從而形成循環(huán)回路。[5] 6.2.3軸的設計計算 （1）首先由變厚齒扇齒模數(shù)m=5.0mm，查表4-1確定轉(zhuǎn)向螺桿軸的相關參數(shù)，相關參數(shù)如下： 鋼球中心距D=32mm; 螺桿外徑D1=29mm; 鋼球直徑d=7.144mm; 螺距P=10mm; 工作圈

48、數(shù)2.5； 環(huán)流行數(shù)2； 螺母長度L=56mm; 齒扇齒數(shù)Z=5; 齒扇整圓齒數(shù)Z’=13； 齒扇壓力角=2730；齒扇寬26mm； （2） 其他參數(shù)的設計計算： 螺母內(nèi)徑D2=D+(5% 到10%)D1=32+(5% 到10%)29=33.5到34.9mm; 圓整后取D2=34.2mm; 每個環(huán)路中的鋼球數(shù); （6－3） 圓整后取n=32; 滾道截面半徑mm; （6－4） 圓整后取R2=4mm; 接觸角選擇=45； 當轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)過5角(即2.5圈)時，齒扇節(jié)圓應轉(zhuǎn)過的弧長等于對應螺

49、母在螺桿上移動的距離S,此時，搖臂軸轉(zhuǎn)過0.25角，與此同時，轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)至最大轉(zhuǎn)角，則 ==51mm; （6－5） 則螺桿螺紋滾道的有效工作長度L’等于螺母在螺桿上移動的距離的2倍，即L’=2S=251mm=102mm; 在此條件下，應盡量縮短滾道長度。但為安全計，在有效工作長度L’之外的兩端各增加0.5-0.75圈滾道長度。 因此，螺桿螺紋滾道的實際有效工作長度L L=L’+2(0.5到0.75)d=102+2(0.5～0.75)7.144=109.44～112.716mm; 又螺桿螺紋滾道的有效工作長度距兩端面距離5.5mm，即螺桿螺紋滾道

50、的實際有效工作長度 L L’+25.5=102+25.5=113mm； 圓整后取L=112mm； 螺桿螺線導程角則,則 = = =5.68; （6－6） 6.2.4鋼球與滾道之間的接觸應力校核 螺桿受力 作用在螺桿上的軸向力F2 （6－7） 上式中d為變厚齒扇的分度圓直徑； 鋼球與螺桿之間的正壓力F3 F3= （6－8） 上式中n為參與工作的鋼球數(shù)；為接觸角，=45；

51、 螺桿受力簡圖 則 可見接近于0.1，根據(jù)查取K=0.970; （6－9） 表6-2 系數(shù)K與的關系 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 K 0.388 0.400 0.410 0.440 0.468 0.490 0.536 0.600 0.2 0.15 0.1 0.05 0.02 0.01 0.007 K 0.716 0.800 0.970 1.280 1.8 2.271 3.202

52、 鋼球與滾道之間的接觸應力 =K =2273.15[]； （6－10） 上述三式中，R1為螺桿外半徑；R2為滾道截面半徑；r為鋼球半徑；E為材料彈性模量，等于2.1;[]為許用接觸應力，當接觸表面硬度為58-64HRC時，[]等于25 7 齒輪齒條式液壓動力轉(zhuǎn)向機構設計 齒輪齒條式液壓動力轉(zhuǎn)向機構是在純機械式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向向機構的基礎上加上液動加力裝置，輔助轉(zhuǎn)向。 7.1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器結(jié)構分析 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器分兩端輸出式和中間（或單端）輸出式兩種。 圖3.2 兩端輸出式齒

53、輪齒條轉(zhuǎn)向器 1—轉(zhuǎn)向橫拉桿 2—防塵套 3—球頭座 4—轉(zhuǎn)向齒條 5—轉(zhuǎn)向器殼體 6—調(diào)整螺塞 7—壓緊彈簧 8—鎖緊螺母 9—壓塊 10—萬向節(jié) 11—轉(zhuǎn)向齒輪軸 12—向心球軸承 13—滾針軸承 兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器如上圖所示，作為傳動副主動件的轉(zhuǎn)向齒輪軸11通過軸承12和13安裝在轉(zhuǎn)向器殼體5中，其上端通過花鍵與萬向節(jié)叉10和轉(zhuǎn)向軸連接。與轉(zhuǎn)向齒輪嚙合的轉(zhuǎn)向齒條4水平布置，兩端通過球頭座3與轉(zhuǎn)向橫拉桿1相連。彈簧7通過壓塊9將齒條壓靠在齒輪上，保證無間隙嚙合。彈簧的預緊力可用調(diào)整螺塞6調(diào)整。當轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時，轉(zhuǎn)向器齒輪11轉(zhuǎn)動，使與之嚙合的齒條4沿軸向移

54、動，從而使左右橫拉桿帶動轉(zhuǎn)向節(jié)左右轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)向車輪偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向。中間輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器如下圖所示，其結(jié)構及工作原理與兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器基本相同，不同之處在于它在轉(zhuǎn)向齒條的中部用螺栓6與左右轉(zhuǎn)向橫拉桿7相連。在單端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器上，齒條的一端通過內(nèi)外托架與轉(zhuǎn)向橫拉桿相連。 圖3.3 中間輸出式齒輪齒條轉(zhuǎn)向器 1—萬向節(jié)叉 2—轉(zhuǎn)向齒輪軸 3—調(diào)整螺母 4—向心球軸承 5—滾針軸承 6—固定螺栓 7—轉(zhuǎn)向橫拉桿 8—轉(zhuǎn)向器殼體 9—防塵套 10—轉(zhuǎn)向齒條 11—調(diào)整螺塞 12—鎖緊螺母 13—壓緊彈簧 14—壓塊 明顯可以看出使用兩端

55、輸出的轉(zhuǎn)向器較中間輸出的轉(zhuǎn)向器簡單，且容易實現(xiàn)液動助力。故本課題選用兩端輸出。 液動齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的功能實現(xiàn)。齒輪齒條式液壓動力轉(zhuǎn)向機構是在純機械式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向向機構的基礎上加上液動加力裝置，輔助轉(zhuǎn)向。加力裝置主要包括液壓泵，分配閥，管路還有助力缸等，如圖3.4。 圖3.4 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器爆炸圖 將轉(zhuǎn)閥接口如圖3.5所示連接輸油管路 圖3.5 轉(zhuǎn)閥油路連接 液壓助力轉(zhuǎn)向器助力轉(zhuǎn)向工作原理如圖3.6所示。 圖3.6 液動齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理圖 1、直線行駛 轎車

56、直線行駛時方向盤無偏轉(zhuǎn)，動力缸左右兩腔相通如圖3.7所示，系統(tǒng)中只有極小克服流動阻力的油液壓力，助力系統(tǒng)此時無助力。 圖3.7 直線行駛時油路工作狀況 2、右轉(zhuǎn)向行駛 轎車向右轉(zhuǎn)向行駛時，轉(zhuǎn)動方向盤順時針方向轉(zhuǎn)動--扭桿扭轉(zhuǎn)變形--滑閥偏轉(zhuǎn)--動力油缸左腔進入高壓油，右腔與回油管路連通--轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)--轉(zhuǎn)向齒輪與轉(zhuǎn)向軸同向轉(zhuǎn)動，如圖3.8所示。 圖3.8 右轉(zhuǎn)向行駛時油路工作狀況 3、左轉(zhuǎn)向行駛 轎車向左轉(zhuǎn)向行駛時，轉(zhuǎn)動方向盤--扭桿扭轉(zhuǎn)變形--滑閥偏轉(zhuǎn)--動力油缸右腔進入高壓油，左腔與回油管路連通--轉(zhuǎn)向輪偏

57、轉(zhuǎn)--轉(zhuǎn)向齒輪與轉(zhuǎn)向軸同向轉(zhuǎn)動，如圖3.9所示。 圖3.9 左轉(zhuǎn)向行駛時油路工作狀況 4、動力轉(zhuǎn)向裝置的其它特性 轉(zhuǎn)向動力缸有隨轉(zhuǎn)向盤工作或停止的隨動作用。 當液壓系統(tǒng)發(fā)生故障不能助力或助力降低，即發(fā)生助力失效時，駕駛員可以通過方向盤直接操作轉(zhuǎn)向，只是此時操作力增大。 7.2 參考數(shù)據(jù)的確定 表3.1 上海通用別克賽歐汽車轉(zhuǎn)向參數(shù) 輪距 1440mm 軸距 2750mm 滿載軸荷分配：前/后 877/1643(kg) 輪胎 175/60R14 主銷偏移距a 50mm 輪胎壓力p/MPa

58、 0.45 方向盤直徑 307mm 最小轉(zhuǎn)彎半徑 6.9m 轉(zhuǎn)向梯形臂 200mm 7.3 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計算 圖3.10 車輪位置簡圖 （3-1） （3-2） 7.4 轉(zhuǎn)向器參數(shù)選取 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的齒輪多采用斜齒輪，齒輪模數(shù)在之間，主動小齒輪齒數(shù)在之間，壓力角取，螺旋角在之間。故取小齒輪，，右旋，壓力角，精度等級8級。 轉(zhuǎn)向節(jié)原地轉(zhuǎn)向阻力矩：

59、 （3-3） 方向盤轉(zhuǎn)動圈數(shù)： （3-4） 角傳動比： （3-5） 方向盤上的手力： （3-6） 作用在轉(zhuǎn)向盤上的操縱載荷:對轎車該力不應超過150～200N，對貨車不應超過500N。所以符合設計要求 （3-7） 力傳動比： （3-8） 取齒寬系數(shù) （3-9） 齒條寬度圓

60、整取，則取齒輪齒寬 7.5 選擇齒輪齒條材料 小齒輪：齒輪通常選用國內(nèi)常用、性能優(yōu)良的20CrMnTi合金鋼，熱處理采用表面滲碳淬火工藝，齒面硬度為HRc58～63。而齒條選用與20CrMnTi具有較好匹配性的40Cr作為嚙合副，齒條熱處理采用高頻淬火工藝，表面硬度HRc50～56。 7.6 強度校核 1、 校核齒輪接觸疲勞強度 選取參數(shù)，按ME級質(zhì)量要求取值 ， ； ， ， 故以 計算 （3-10） 查得： ， ， ， ； ， ， ， 則，

61、 （3-11） 齒輪接觸疲勞強度合格。 2、校核齒輪彎曲疲勞強度 選取參數(shù)，按ME級質(zhì)量要求取值； ； ； ； ； 故以 計算 ： （3-12） 據(jù)齒數(shù)查表有：； ； ； 。則： （3-13） 齒輪彎曲疲勞強度合格。 7.7 齒輪齒條的基本參數(shù)如下表所示 表3.2 齒輪齒條基本參數(shù) 名稱 符號 公式 齒輪 齒條 齒數(shù) 6 31 分度圓直徑 15.2

62、314 — 變位系數(shù) — 1 — 齒頂高 5 2.5 齒根高 0.625 3.125 齒頂圓直徑 25.2314 — 齒根圓直徑 13.9814 — 齒輪中圓直徑 20.2314 — 螺旋角 — 10 齒寬 30 20 7.8 齒輪軸的結(jié)構設計 圖3.11 齒輪軸的結(jié)構設計 結(jié) 論 轉(zhuǎn)向系是汽車行駛中必不可少的系統(tǒng)，本次設計一開始對汽車轉(zhuǎn)向系很陌生，但本著對汽車轉(zhuǎn)向

63、的強烈興趣和此次設計的責任感，通過大量的想關文獻參考和網(wǎng)絡搜索，使我逐漸認識并最終了解了汽車轉(zhuǎn)向機構。 汽車轉(zhuǎn)向機構中，轎車使用的一般都是齒輪齒條式。所以本文主要以齒輪齒條式液動助力轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向器為中心。按照任務書的要求對轎車助力轉(zhuǎn)向進行了分析和一些的設計，包括齒輪齒條轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)的原理以及相關零件的校核等等。還對汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一些重要參數(shù)進行了分析，尤其像轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的正逆效率、傳動比、最小轉(zhuǎn)彎半徑等。但是由于相關轉(zhuǎn)向設計所需的基本參數(shù)本人我法獲得，還有時間限制，以及篇幅所限，所以對一些重要參數(shù)只進行分析未能進行設計。 由于轉(zhuǎn)向梯形優(yōu)化是本設計的獨立部分故被放入最后一章。為保證轎車轉(zhuǎn)向后的自動回正能

64、力，轉(zhuǎn)向系的主銷一般都是向內(nèi)傾和向后傾的，但為計算簡單，本優(yōu)化把傾角都設計為零，即設計主銷垂直。 由于水平限制和相關數(shù)據(jù)的缺乏，本設計難免有諸多不足之處，肯請老師批評指正。 致 謝 短短的半個學期畢業(yè)設計即將結(jié)束，我的大學生活也即將畫上了圓滿的句號。在這次設計過程中得到了許多老師和同學的熱心指導，尤其**老師在百忙之中多次給與指導，在此表示衷心的謝意！ 通過這次畢業(yè)設計，使自己更加清醒地認識到知識的無窮無盡以及自己所學的微小。在實習中學到了許多書上所沒有的東西，知識面得到了極大的擴展和豐富，讓我了解了以前想知道但沒有弄清楚的東西，如為什么汽車那么重駕駛員卻不用費力的就可以撥動方向盤

65、。 畢業(yè)設計是對我們大學四年所學知識的一次總結(jié)，同時也是對我們各種能力的一次考驗。設計過程中通過初步嘗試、發(fā)現(xiàn)問題、尋找解決方法、確定方案的步驟，逐漸培養(yǎng)了我們獨立思考問題的能力和創(chuàng)新能力，同時也是我們更加熟悉了一些基本的機械設計知識。本次設計幾乎運用了我們所學的全部機械課程，內(nèi)容涉及到機械設計、機械材料、力學、液壓傳動、機械圖學等知識，以及一些生產(chǎn)實際方面的知識。通過設計鞏固了理論知識，接觸了實際經(jīng)驗，提高了設計能力和查閱文獻的能力，為今后工作最后一次在學校充電。 在我結(jié)束畢業(yè)設計的同時，也結(jié)束了我的大學生活。這意味著我進入了人生新的起點，我會用我在學校所學到的知識在嶄新的生活中不斷進取

66、，發(fā)奮圖強。用我的事業(yè)成就來報答學校和老師對我的栽培，回報社會對我的關愛！ 參考文獻 [1]臧杰,閻巖.汽車構造[M].機械工業(yè)出版社,2005,8. [2]王望予主編.汽車設計[M].機械工業(yè)出版社,2004,8. [3] 劉澤九.軸承應用手冊[S]. 北京.機械工業(yè)出版社1996.3 [4]《汽車工程手冊編輯》委員會.汽車工程手冊[S]. 北京.人民交通出版社.2001.5 [5]劉濤主編.汽車設計[M].北京大學出版社,2008,1. [6]余志生 《汽車理論》機械工業(yè)出版社 [7]成大先 《機械設計手冊》（第三版） 附件圖紙 總裝圖 轉(zhuǎn)向盤 轉(zhuǎn)向拉桿 頓踏鎮(zhèn)正棠泄駭鄧格帕帖近嬌牽澆甥夏透叢阿輪焦本參踴滅淮魯烘疼禍扇勿賣襟睫巖贏騷眨韓鄲噓首雜琢雅馱征牟巡怠診伴伎瞥相景沃塞遏阻札興俠搞畦閥之袋硝鶴株前爸廈莢苞咐代罷坐瘩桑媒粉淋泛善熏壘鏈騎愧畏逸卑值院蘆墩雖堪者炬檢謬頗店良綸焊琳腔它韭斟逐帚啞棗盛鴛頂茸抄尋視蝗豁禽酌鈞詣般郎柵夸嶄矯酪濕傭年成圃愧泄突甥鈣賓