汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì),汽車,循環(huán),轉(zhuǎn)向器,設(shè)計(jì) 編 號(hào) 江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)材料 題 目 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì) 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 材 料 目 錄 序號(hào) 附 件 名 稱 數(shù)量 備注 1 設(shè)計(jì)說明書 1 2 總裝配圖 1 3 零件圖 8 2014年5月 江 西 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）完成情況登記表 姓 名 性 別 學(xué) 號(hào) 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級(jí) 論文（設(shè)計(jì)）題目 論文（設(shè)計(jì)）完成提交時(shí)間 論文（設(shè)計(jì)）取得主要成果及學(xué)生的誠信承諾 論文（設(shè)計(jì)）是在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下，由本人獨(dú)立撰寫完成，除文中已標(biāo)注的引用外，本論文（設(shè)計(jì)）不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。本人完全了解本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 學(xué)生（簽名）： 時(shí) 間： 教師指導(dǎo)過程情況記錄 （選題、試驗(yàn)、調(diào)研、資料收集及論文撰寫等過程） 選題符合要求，認(rèn)真指導(dǎo)，定期檢查工作進(jìn)度，多次細(xì)致修改學(xué)生撰寫的論文（設(shè)計(jì)）、圖紙等。重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生正確的思維方法、工作方法和科學(xué)態(tài)度。 指導(dǎo)教師（簽名）： 時(shí) 間： 指導(dǎo)教師對(duì)論文（設(shè)計(jì)）的審查意見 論文格式規(guī)范，邏輯結(jié)構(gòu)合理，內(nèi)容正確，工作態(tài)度端正，無嚴(yán)重抄襲或剽竊現(xiàn)象。達(dá)到本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）要求，同意參加論文（設(shè)計(jì)）答辯。 指導(dǎo)教師（簽名）： 時(shí) 間： 注：本表作為教學(xué)檔案，隨論文由各學(xué)院負(fù)責(zé)保存。 JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題目： 汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè)： 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 二0一四 年 五 月 轎車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)轎車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)n專業(yè)：農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化專業(yè)：農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化n班級(jí)：班級(jí)：10011001班班n姓名：孫昕姓名：孫昕n學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)：2010099920100999n指導(dǎo)教師：許靜指導(dǎo)教師：許靜課題介紹轉(zhuǎn)向器又名轉(zhuǎn)向機(jī)、方向機(jī)，它是轉(zhuǎn)向系中最重要的部件。轉(zhuǎn)向器的作用是：增大轉(zhuǎn)向盤傳到轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的力，和改變力的傳遞方向。運(yùn)行原理 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是由齒輪機(jī)構(gòu)將來自轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)力進(jìn)行減速，使轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)闇u輪蝸桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，滾珠螺桿和螺母夾著鋼球嚙合，因而滾珠螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，螺母再與扇形齒輪嚙合，直線運(yùn)動(dòng)再次變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使連桿臂搖動(dòng)，連桿臂再使連動(dòng)拉桿和橫拉桿做直線運(yùn)動(dòng)，改變車輪的方向。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的原理相當(dāng)于利用了螺母與螺栓在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的相對(duì)移動(dòng)，而在螺紋與螺紋之間夾入了鋼球以減小阻力，所有鋼球在一個(gè)首尾相連的封閉的螺旋曲線內(nèi)循環(huán)滾動(dòng)，循環(huán)球式故而得名。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，已經(jīng)成為世界汽車上最普遍使用的兩種轉(zhuǎn)向器。在全世界范圍內(nèi)，汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占45%左右；齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器在40%左右；蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器占10%左右；其它型式的轉(zhuǎn)向器占5%左右。所以說循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器有很大的發(fā)展空間。外形介紹參數(shù)選擇 由設(shè)計(jì)對(duì)象為前軸載荷為6KN的汽車為目標(biāo)查表可以得到以下數(shù)據(jù)。鋼球直徑：5.556mm 螺距：8.731mm 工作圈數(shù)：1.5 螺桿外徑：23mm 環(huán)流行數(shù)：2 螺母長度：45mm 齒扇齒數(shù)：3.5 齒扇壓力角：2230 切削角：630 齒扇寬：265mm設(shè)計(jì)過程 下圖為經(jīng)過相關(guān)公式計(jì)算后得到的尺寸畫出的螺桿CAD圖紙，按照要求，螺桿材料要求為20CrMnTi。下圖為經(jīng)過相關(guān)公式計(jì)算后得到的尺寸畫出的齒扇軸CAD圖紙，按照要求，齒扇軸材料要求為20CrMnTi。下圖為經(jīng)過相關(guān)公式計(jì)算后得到的尺寸畫出的螺母CAD圖紙，按照要求，螺母材料要求為Q235（普通碳素結(jié)構(gòu)鋼）。設(shè)計(jì)完成總裝配圖 講解結(jié)束，謝謝收看！請(qǐng)各位老師提問。目錄 1 緒論 1 1.1課題背景 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 1.3 研究目的及意義 3 1.4 研究內(nèi)容和設(shè)計(jì)方法 3 2 轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 4 2.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡介 4 2.2 機(jī)械轉(zhuǎn)向系 5 2.2.1 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 6 2.2.2 轉(zhuǎn)向器 6 2.2.3 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 8 2.3 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù) 8 2.3.1 轉(zhuǎn)向器的效率 8 2.3.2 傳動(dòng)比的變化特性 10 2.4 主要尺寸參數(shù)的選擇 12 2.4.1 螺桿、鋼球、螺母傳動(dòng)副設(shè)計(jì) 15 2.4.2 齒條、齒扇傳動(dòng)副設(shè)計(jì) 19 2.5轉(zhuǎn)向器的計(jì)算和校核 21 2.5.1循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件的強(qiáng)度計(jì)算 21 2.5.2 轉(zhuǎn)向搖臂軸直徑的確定 24 3結(jié)論 25 致謝 26 摘要 汽車是一種性能要求高，負(fù)荷變化大的運(yùn)輸工具。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為汽車的關(guān)鍵部件之一，更需要了解和掌握。轉(zhuǎn)向器作為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中最重要的組成部件，對(duì)它進(jìn)行深入的研究便顯得意義重大。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要由螺桿、螺母、鋼球、轉(zhuǎn)向器殼體等組成，具有較高的傳動(dòng)效率，操縱輕便，磨損較小，使用壽命長，近年來得到廣泛使用。根據(jù)現(xiàn)用的國家標(biāo)準(zhǔn)并依據(jù)輕型汽車的循環(huán)球轉(zhuǎn)向器數(shù)據(jù)，按照汽車設(shè)計(jì)的原則設(shè)計(jì)一款循環(huán)球轉(zhuǎn)向器，完成三維圖形和零件平面圖的繪制，使其能夠滿足現(xiàn)代轎車的國家標(biāo)準(zhǔn)要求。 關(guān)鍵詞: 循環(huán)球;轉(zhuǎn)向器;設(shè)計(jì);分析 Abstract Automobile is a transport machine with high-performance and variable loads. Steering system is one of the key components for vehicles and need to be understood and grasped. As the most important part of steering system, steering gear need to be studied importantly. Circulating ball-type steering gear contains screw, nut, ball, steering gear housing, etc. It has many Advantages, such as high transmission efficiency, light manipulation, less wear and long service life, so as to be widely used in recent years. According to current national standards and the ball steering vehicle data of BJ2020, a cycle ball steering is designed by the automotive principles, and some three-dimensional graphics and rendering parts of the plan are completed, so as to meet the national standards of Modern utility vehicle. Key words: Circulating ball;Steering gear;Design;Analysis III 1 緒論 1.1課題背景 轉(zhuǎn)向器還被稱為轉(zhuǎn)向機(jī)、方向機(jī)，它是轉(zhuǎn)向系中最重要的部件之一。轉(zhuǎn)向器的作用是：增大轉(zhuǎn)向盤傳到轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的力和改變力的傳遞方向。 轉(zhuǎn)向器按結(jié)分類可分為很多種。但是現(xiàn)階段較常用的有齒輪齒條式、蝸桿曲柄指銷式、循環(huán)球-齒條齒扇式、循環(huán)球曲柄指銷式、蝸桿滾輪式等。如果按照助力方式分類的話，又可以分為機(jī)械式（無助力）和動(dòng)力式（有助力）兩種，其中動(dòng)力轉(zhuǎn)向器又可以分為氣壓動(dòng)力式、液壓動(dòng)力式、電動(dòng)助力式、電液助力式等種類。 　 （1） 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器是一種最常見的轉(zhuǎn)向器類型。基本運(yùn)行配合是一對(duì)相互嚙合的小齒輪和齒條。轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)，齒條做直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)靠齒條來直接帶動(dòng)橫拉桿時(shí)，就可以使得轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。所以，這是一種最簡單的轉(zhuǎn)向器類型。它的優(yōu)點(diǎn)主要有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，轉(zhuǎn)向靈敏，體積小，直接帶動(dòng)橫拉桿。在汽車上得到廣泛應(yīng)用?！? （2） 蝸桿曲柄銷式轉(zhuǎn)向器 蝸桿曲柄銷式轉(zhuǎn)向器，它是以蝸桿為主動(dòng)件，曲柄銷為從動(dòng)件的轉(zhuǎn)向器。蝸桿上有梯形螺紋，錐形指銷用軸承支撐在曲柄上，曲柄與轉(zhuǎn)向搖臂軸連成一體。轉(zhuǎn)向時(shí)，通過轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿，嵌于蝸桿螺旋槽中的錐形指銷一邊自轉(zhuǎn)，一邊繞轉(zhuǎn)向搖臂軸做圓弧運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向垂臂和曲柄擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，然后再通過轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。這種轉(zhuǎn)向器通常應(yīng)用于轉(zhuǎn)向力較大的載貨汽車上?！　? （3） 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 這種轉(zhuǎn)向器是用齒輪機(jī)構(gòu)把從轉(zhuǎn)向盤來的旋轉(zhuǎn)力減速，使轉(zhuǎn)向盤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變轉(zhuǎn)為渦輪蝸桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，滾珠螺桿和螺母夾著鋼球，使得滾珠螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，螺母與扇形齒輪嚙合，直線運(yùn)動(dòng)重新轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使連桿臂搖動(dòng)。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的原理是應(yīng)用了螺母與螺栓在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的相對(duì)移動(dòng)，而在螺紋與螺紋之間夾入了鋼球，可以減小阻力，所有的鋼球都在一個(gè)首尾相連的封閉的螺旋曲線導(dǎo)管內(nèi)循環(huán)滾動(dòng)，循環(huán)球式故而得名。 　 （4） 齒輪齒條液壓助力轉(zhuǎn)向器 齒輪齒條液壓助力轉(zhuǎn)向器的名字是相對(duì)齒輪齒條機(jī)械轉(zhuǎn)向器而言的，主要是在齒輪齒條機(jī)械轉(zhuǎn)向器的基礎(chǔ)上增加了轉(zhuǎn)向油泵、油壺、油管、閥等部件，目的是改善駕駛員手感，增加轉(zhuǎn)向助力。 進(jìn)入90年代以來，汽車已經(jīng)融入我們的生活，我國的經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷增強(qiáng)，人民生活水平大幅度提高，同時(shí)也反映出民族汽車工業(yè)的巨大進(jìn)步。 作為汽車最關(guān)鍵部件轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)得到了相應(yīng)的發(fā)展，基本已形成了專業(yè)系列生產(chǎn)的局面。有資料顯示，國外有許多的國家的轉(zhuǎn)向器廠家，都已經(jīng)形成了大規(guī)模生產(chǎn)模式，單年產(chǎn)超過百萬臺(tái)，壟斷轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，并且銷售向全世界各地。汽車轉(zhuǎn)向器從結(jié)構(gòu)類型分類可以分成很多種，從現(xiàn)在轉(zhuǎn)向器使用的普遍程度來看，主要的轉(zhuǎn)向器類型有四種：有蝸桿銷式轉(zhuǎn)向器、蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器、齒輪齒條式型轉(zhuǎn)向器。這四種轉(zhuǎn)向器類型，已經(jīng)被廣泛使用在汽車上。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，已經(jīng)成為世界汽車上最普遍使用的兩種轉(zhuǎn)向器；而蝸輪-蝸桿式轉(zhuǎn)向器和蝸桿銷式轉(zhuǎn)向器，正在逐漸被淘汰。在小客車轉(zhuǎn)向器的發(fā)展上，觀點(diǎn)各異，美國主要發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，比率將近90%以上；而西歐主要發(fā)展齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，比率超過50%，而法國已經(jīng)高達(dá)95%。 在全世界范圍內(nèi)，汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占45%左右；齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器在40%左右；蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器占10%左右；其它型式的轉(zhuǎn)向器占5%左右。所以說循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器有很大的發(fā)展空間。日本汽車轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)是循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占的比重變得越來越大，日本不同類型汽車不同型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)上，分別采用了不同類型轉(zhuǎn)向器，在公共汽車中使用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器已發(fā)展到100%了。大型貨車小型貨車中，也大都采用了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器；但齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器有所發(fā)展；微型貨車用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占65%，齒條齒輪式占35%。 由于循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器發(fā)展的優(yōu)勢(shì)所在，在中、小型號(hào)的車輛上都有非常好的發(fā)展空間。由此我們可以很輕易看出循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)具有非常重要的意義，其應(yīng)用前景也會(huì)變得越來越好。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是汽車上一種常用的轉(zhuǎn)向器，主要由螺桿、螺母、鋼球、轉(zhuǎn)向器殼體等組成。因螺母與螺桿之間沒有滑動(dòng)摩擦，只有鋼球與螺桿及螺母之間的滾動(dòng)摩擦，所以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器具有較高的傳動(dòng)效率，由于有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，逐漸的被齒輪齒條式取代。但隨著動(dòng)力轉(zhuǎn)向的應(yīng)用以及道路行駛條件的改善，“打手”的現(xiàn)象明顯減少，正向傳動(dòng)效率很高（最高可達(dá)90～95%），操縱輕便，使用壽命長，各種優(yōu)勢(shì)逐漸得到體現(xiàn)，因此目前再次得到廣泛使用。 汽車車速的快速提高，需要汽車在高速行駛時(shí)有非常好的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)向器必須具有相對(duì)有較高的剛度要求。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器通過大量鋼球的滾動(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。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的間隙可以調(diào)整，齒條齒扇副磨損后可以重新調(diào)整間隙，使之具有合適的轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)間隙，從而提高轉(zhuǎn)向器壽命，因此適用范圍越來越廣。我國的轉(zhuǎn)向器也在向以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為主的方向發(fā)展。 1.3 研究目的及意義 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是針對(duì)汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，根據(jù)一些指定的參數(shù)結(jié)合《汽車設(shè)計(jì)》和其他相關(guān)書籍中關(guān)于轉(zhuǎn)向器的理論知識(shí)設(shè)計(jì)一款循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，確定其相關(guān)參數(shù)，使設(shè)計(jì)出的轉(zhuǎn)向器符合使用要求。 本文通過對(duì)一款循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)，使其能夠滿足輕型轎車的需要，并為其今后拓展應(yīng)用領(lǐng)域奠定理論設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。 1.4 研究內(nèi)容和設(shè)計(jì)方法 研究內(nèi)容： （1） 調(diào)研收集課題相關(guān)資料。結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)課題進(jìn)行必要的文獻(xiàn)檢索，查閱、收集、整理、歸納技術(shù)文獻(xiàn)和科技情報(bào)資料； （2） 深入學(xué)習(xí)并掌握汽車設(shè)計(jì)、汽車構(gòu)造等專業(yè)知識(shí)；了解循環(huán)球轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想和設(shè)計(jì)原則； （3） 掌握汽車設(shè)計(jì)的方法和步驟，參考有關(guān)資料、手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各總成部件進(jìn)行選型、計(jì)算、校核等； （4） 計(jì)算循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要參數(shù)，并對(duì)其重要部件進(jìn)行強(qiáng)度校核，確定相關(guān)參數(shù)、材料以及裝配要求。繪制循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的三維模型，按照標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)工藝要求，繪制汽車轉(zhuǎn)向器總裝配圖和主要零件圖。 設(shè)計(jì)方法：根據(jù)設(shè)計(jì)中已知參數(shù)并結(jié)合理論知識(shí)，分析并計(jì)算得到循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，然后利用相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)轉(zhuǎn)向器的重要部件進(jìn)行強(qiáng)度校核，校核的結(jié)果不符合國家相關(guān)要求則需要重新計(jì)算，當(dāng)結(jié)果滿足要求的時(shí)候，可確定其相關(guān)幾何尺寸并完成圖紙的繪制，結(jié)束本論文的設(shè)計(jì)工作。 2 轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 2.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡介 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來保持或者改變汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。 按照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB17675-1999和汽車設(shè)計(jì)可知，其轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)要求如下[3]： （1） 方向盤必須左置。 （2） 不得單獨(dú)以后輪作為轉(zhuǎn)向車輪。 （3） 不得裝用全動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。 （4） 轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)向車輪的偏轉(zhuǎn)必須是漸進(jìn)的。 （5） 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須有足夠的剛度且堅(jiān)固耐用，以確保行駛安全。 （6） 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須保證駕駛員在正常駕駛操作位置上能方便、準(zhǔn)確地操作，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在任何操作位置上不得與其他零部件有干涉現(xiàn)象。 （7） 汽車轉(zhuǎn)向車輪應(yīng)有自動(dòng)回正能力，以保持汽車穩(wěn)定的直線行駛。 （8） 后輪也做轉(zhuǎn)向車輪的汽車，具有二根和二根以上轉(zhuǎn)向車軸的全掛車和具有一根和一根以上轉(zhuǎn)向車軸的半掛車，以80km／h（設(shè)計(jì)車速計(jì)）的車速行駛時(shí)，駕駛員必須能在不做異常轉(zhuǎn)向修正的條件，保持汽車直線行駛。 （9） 以10km／h車速、24m轉(zhuǎn)彎直徑前行轉(zhuǎn)彎時(shí)，不帶助力時(shí)轉(zhuǎn)向力應(yīng)小于245N，帶助力轉(zhuǎn)向但助力轉(zhuǎn)向失效時(shí)，其轉(zhuǎn)向力應(yīng)小于588N，機(jī)動(dòng)動(dòng)作時(shí)間正常情況下不得大于4s，帶助力轉(zhuǎn)向但助力失效時(shí)不得大于65。左右兩個(gè)方向都要試驗(yàn)。 （10） 當(dāng)汽車前行向左或向右轉(zhuǎn)彎時(shí)，轉(zhuǎn)向盤向左向右的回轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)向力不得有顯著差異。 （11） 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的液壓、氣壓或電氣部件部分或全部失效后，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須有控制汽車行駛方向的能力。 （12） 當(dāng)助力轉(zhuǎn)向裝置本身無獨(dú)立的輔助動(dòng)力源時(shí)，必須設(shè)有蓄能器。如使用壓縮空氣，貯氣筒上必須設(shè)有單向閥。 （13） 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所有零部件的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和安裝，必須保證駕駛員正常操作時(shí)不會(huì)鉤掛駕駛員的衣服和飾物；不得有撞車時(shí)會(huì)加重駕駛員傷害的粗糙表面或尖銳棱角，維修保養(yǎng)時(shí)應(yīng)該容易接近。 2.2 機(jī)械轉(zhuǎn)向系 機(jī)械轉(zhuǎn)向系以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，所有的傳力件都是機(jī)械連接的。機(jī)械轉(zhuǎn)向系共由轉(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。駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)向盤施加的轉(zhuǎn)向力矩通過轉(zhuǎn)向軸輸入轉(zhuǎn)向器。從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸這一系列零件即屬于轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)。作為減速傳動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)向器中有1、2級(jí)減速傳動(dòng)副。經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大后的力矩和減速后的運(yùn)動(dòng)傳到轉(zhuǎn)向橫拉桿，再傳給固定于轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂，使轉(zhuǎn)向節(jié)和它所支承的轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，從而改變了汽車的行駛方向。這里，轉(zhuǎn)向橫拉桿和轉(zhuǎn)向節(jié)臂屬于轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 2.2.1 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)由方向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱等組成[4]，它的作用是將駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的操縱力傳給轉(zhuǎn)向器。 2.2.2 轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)向器是完成由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的一組齒輪機(jī)構(gòu)，也是轉(zhuǎn)向系中的減速傳動(dòng)裝置。目前比較常用的有齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器、循環(huán)球曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器、蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器、循環(huán)球-齒條齒扇式轉(zhuǎn)向器、蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器等。 循環(huán)球式和齒輪齒條式，是當(dāng)今世界汽車上最主要使用的兩種轉(zhuǎn)向器；蝸桿式轉(zhuǎn)向器和蝸桿銷式轉(zhuǎn)向器，正在逐步被淘汰。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)是：效率高，操縱輕便，有一條平滑的操縱力特性曲線。安裝方便。適用于大、中型車輛和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使用；有便于駕駛員操縱信號(hào)。，滿足了操縱輕便的要求。中間位置的轉(zhuǎn)向力小、而且經(jīng)常使用，則要求轉(zhuǎn)向非常靈敏，因此要使中間位置速比小，才可以提高靈敏性。大角度轉(zhuǎn)向位置轉(zhuǎn)向阻力相對(duì)較大，但使用次數(shù)較少，因此希望大角度位置速比大一些，才可以減小轉(zhuǎn)向力。由于循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器可實(shí)現(xiàn)變速比，應(yīng)用范圍正在變得日益廣泛。 應(yīng)用大量鋼球的滾動(dòng)接觸傳遞轉(zhuǎn)向力，具有相對(duì)較大的強(qiáng)度和較好的耐磨性。并且該轉(zhuǎn)向器也可以被設(shè)計(jì)成具有等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)的，這也是它應(yīng)用廣泛的原因之一。 變速比類型的結(jié)構(gòu)具有相對(duì)較高的剛度，特別適合高速車輛車速提高時(shí)的要求。高速車輛需要汽車在高速時(shí)具有相對(duì)較好的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，保證轉(zhuǎn)向器具有相對(duì)較高的剛度。 圖2-1 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器內(nèi)有一根蝸桿?？梢詫⑥D(zhuǎn)向器想象成兩部分。第一部分是帶有螺紋孔的螺母。此螺母外圍有切入的輪齒，這些輪齒與驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向搖臂的齒輪相結(jié)合。方向盤連接在螺桿上，螺桿則插在螺母的孔內(nèi)。轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓。由于螺栓與螺母之間式相對(duì)固定的，因此在旋轉(zhuǎn)時(shí)，它不會(huì)像普通螺栓那樣鉆入螺母內(nèi)中，而是帶動(dòng)螺母移動(dòng)，然后驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)車輪的齒輪。 螺栓并不是與金屬塊上的螺紋結(jié)合在一起，所有螺紋中都填滿了滾珠軸承，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，這些滾珠將循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)。滾珠軸承有兩個(gè)作用：第一，減少齒輪的摩擦和磨損；第二，減少齒輪的溢出。如果齒輪溢出，則會(huì)在轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)感覺到。而如果轉(zhuǎn)向器中沒有滾珠，輪齒之間會(huì)暫時(shí)脫離，從而造成方向盤松動(dòng)。循環(huán)球式系統(tǒng)中的動(dòng)力轉(zhuǎn)向工作原理與齒條齒輪式系統(tǒng)類似。其輔助動(dòng)力也是通過向金屬塊一側(cè)注入高壓液體來提供的。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相對(duì)于汽車的行駛安全至關(guān)重要，因此汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的零件也都被稱為保安件。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器一般有兩級(jí)傳動(dòng)副，第一級(jí)是螺桿螺母傳動(dòng)副，第二級(jí)是齒條齒扇傳動(dòng)副。為了降低轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)向螺母之間的摩擦力，二者之間的螺紋并不是直接接觸的狀態(tài)，在其中間裝有多個(gè)鋼球，以實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。轉(zhuǎn)向螺桿和螺母上都被加工出了斷面輪廓為不同心圓弧組成的近似半圓的螺旋槽。他們的螺旋槽能配合在一起形成一個(gè)近似為圓形斷面的螺旋管狀通道。螺母側(cè)面有兩對(duì)通孔，可將鋼球通過孔塞入螺旋形通道內(nèi)。轉(zhuǎn)向螺母上安裝有兩根鋼球?qū)Ч?，?dǎo)管的兩個(gè)端口分別插入螺母側(cè)面的一對(duì)通孔中。導(dǎo)管內(nèi)也裝滿鋼球。 當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過鋼球?qū)⒘鬟f到轉(zhuǎn)向螺母，螺母會(huì)沿著軸向移動(dòng)。同時(shí)，在螺桿及螺母與鋼球間的摩擦力偶作用下，所有鋼球便在螺旋管狀通道內(nèi)滾動(dòng)。在轉(zhuǎn)向器運(yùn)行時(shí)，兩列鋼球在各自的封閉流道內(nèi)循環(huán)滾動(dòng)，不會(huì)脫落出來。 2.2.3 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功用是將轉(zhuǎn)向器輸出的力和運(yùn)動(dòng)傳到轉(zhuǎn)向橋兩側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)，使兩側(cè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，且使二轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角按一定關(guān)系變化，以保證汽車轉(zhuǎn)向時(shí)車輪與地面的相對(duì)滑動(dòng)盡可能小。 2.3 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù) 2.3.1 轉(zhuǎn)向器的效率 功率自轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)由轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出求得的效率稱之為正效率，用符號(hào)表示，；反之則稱為逆效率，用符號(hào)表示，。為轉(zhuǎn)向器摩擦功率；為轉(zhuǎn)向搖臂軸功率。轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)輕便穩(wěn)定，則要求正效率高，汽車轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤能自動(dòng)返回到直線行駛位置的過程中，又要有一定的逆效率。減輕在不平路面上行駛時(shí)駕駛員的疲勞程度，車輪與路面之間的作用力傳回到轉(zhuǎn)向盤上時(shí)要盡可能的小，這要求逆效率必須盡可能的低。 (1) 轉(zhuǎn)向器類型、轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與轉(zhuǎn)向效率 滾針軸承和球軸承等三種結(jié)構(gòu)之一。滾針軸承除滾輪與滾針之間有摩擦損失外，滾輪側(cè)翼與墊片之間還存在著一定的滑動(dòng)摩擦損失，因此這種轉(zhuǎn)向器的效率不高，另外兩種結(jié)構(gòu)在前面說的四種轉(zhuǎn)向器中，齒輪齒條式、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率都相對(duì)比較高，而蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的正效率要低的多。同一類型的轉(zhuǎn)向器，因結(jié)構(gòu)不同也會(huì)使得效率不一樣。如蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的滾輪與支持軸之間使用的軸承可以選用滾針軸承、圓錐滾子軸的轉(zhuǎn)向器效率，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分別為70%和75%。 (2) 轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和效率 如果忽略軸承和其它地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，對(duì)于蝸桿和螺桿類轉(zhuǎn)向器，其效率可用下式計(jì)算 （2-1） 式中， 為螺桿的螺線導(dǎo)程角：為摩擦角，；為摩擦因數(shù)。取為7°；取0.03，； 根據(jù)逆效率的大小，轉(zhuǎn)向器又分為可逆式、極限可逆式和不可逆式。路面反作用在車輪上的力，經(jīng)過轉(zhuǎn)向系會(huì)大部分的被傳遞回轉(zhuǎn)向盤，這種逆效率相對(duì)較高的轉(zhuǎn)向器屬于可逆式的。它能保證轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤可以自動(dòng)回正。這不僅減輕了駕駛員的疲勞，也提高了行駛安全性。但是，在不平的路面上行進(jìn)時(shí)，車輪受到的沖擊力大部分傳至轉(zhuǎn)向盤，引起駕駛員“打手”，使駕駛員精神緊張；如果長時(shí)間在不平的路面上行進(jìn)，會(huì)使駕駛員疲勞，影響安全駕駛。 不可逆式轉(zhuǎn)向器，是指車輪受到的沖擊力不能傳到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向器。沖擊力由轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件承受，因此會(huì)使得零件特別容易損壞。同時(shí)，它不能保證車輪自動(dòng)回正，駕駛員對(duì)路面感覺非常低，因此，現(xiàn)代汽車已經(jīng)不使用這種類型的轉(zhuǎn)向器了。 極限可逆式轉(zhuǎn)向器的情況則介于上述兩者之間。在車輪受到?jīng)_擊力作用時(shí)，反力只有相對(duì)較小一部分的力傳回轉(zhuǎn)向盤。它的逆效率相對(duì)比較低，而在不平路面上行駛時(shí)，駕駛員并不十分緊張，同時(shí)，零件受到的沖擊力也沒有不可逆式轉(zhuǎn)向器的大。 如果只考慮到嚙合副的摩擦損失，則可用以下公式做出計(jì)算 （2-2） 式（2-1）和（2-2）表明：導(dǎo)程角增大時(shí)，正效率逆效率都增大。受增大的影響，不應(yīng)取得太。而當(dāng)導(dǎo)程角小于或等于摩擦角時(shí)，逆效率小于等于零，此時(shí)則表明該轉(zhuǎn)向器屬于不可逆式轉(zhuǎn)向器。 2.3.2 傳動(dòng)比的變化特性 (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、力傳動(dòng)比。輪胎接地面中心作用在兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪上的合力與作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力的比，稱為力傳動(dòng)比，即 （2-3） 轉(zhuǎn)向盤角速度 與轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度 之比，為轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比。 （2-4） 式中的為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量；為轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量；為時(shí)間增量。轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比又由角傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比所組成， 。 轉(zhuǎn)向盤角速度比搖臂軸角速度，稱為轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比。 （2-5） 式中的為搖臂軸轉(zhuǎn)角增量。此定義適應(yīng)于除齒輪齒條式之外的轉(zhuǎn)向器。 搖臂軸角速度與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度之比，稱為轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比，即 （2-6） (2) 力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系 輪胎與地面之間的阻力和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩之間有如下關(guān)系 （2-7） 式中，為主銷偏移距，指從轉(zhuǎn)向節(jié)主銷軸線的延長線與支撐平面的交點(diǎn)至車輪中心平面與支承平面交線間的距離。 作用在方向盤上的手力可用下式表示 （2-8） 式中的是作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩；是轉(zhuǎn)向盤直徑。 將式（2-3）和（2-4）帶入后得到 （2-9） 分析式（2-5）可知，當(dāng)主銷偏移距小時(shí)，力傳動(dòng)比應(yīng)取的相對(duì)大一些才能保證轉(zhuǎn)向輕便靈活。通常值在0.4～0.6倍輪胎的胎面寬度尺寸范圍內(nèi)選取。本次設(shè)計(jì)用原有車型的數(shù)據(jù)。 忽略摩擦損失，可用下式表示出 （2-10） 將式（2-6）代入（2-5）后得到 （2-11） 當(dāng)和不變時(shí)，力傳動(dòng)比越大， 也越大，雖然轉(zhuǎn)向變得輕便了，但表明轉(zhuǎn)向不靈敏。 (3) 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比 計(jì)算轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比時(shí)，除用表示以外，還可以用轉(zhuǎn)向節(jié)臂臂長與搖臂長之比表示，即?，F(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)中，與的比值大約在0.85～1.1之間，可近似認(rèn)為比值為1， 。因此，如果要研究轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比特性，只需要研究轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比和的變化規(guī)律。 (4) 角傳動(dòng)比及其的變化規(guī)律 式（2-7）表明：如果增大角傳動(dòng)比，可以增加力傳動(dòng)比。由可知，一定時(shí)，增大就可以減少作用在方向盤上的手力。 2.4 主要尺寸參數(shù)的選擇 由設(shè)計(jì)要求汽車前軸載荷為6KN，再根據(jù)表（2-2）選擇齒扇模數(shù)為4。在確定齒扇模數(shù)后，轉(zhuǎn)向器其他參數(shù)根據(jù)表（2-1）和表（2-3）進(jìn)行選取。 表2-1 循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的主要參數(shù) 參數(shù) 數(shù)值 齒扇模數(shù)/mm 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0 6.5 搖臂軸直徑/mm 22 26 30 32 32 38 42 鋼球中心距/mm 20 23 25 28 30 35 40 螺桿外徑/mm 20 23 25 28 29 34 38 鋼球直徑/mm 5.556 6.350 6.350 7.144 8.000 螺距/mm 7.938 8.731 9.525 10.000 11.000 工作圈數(shù) 1.5 2.5 2.5 環(huán)流行數(shù) 2 齒扇齒數(shù) 5 5 齒扇整圓齒數(shù) 12 13 13 14 15 齒扇壓力角 22°30′ 27°30′ 切削角 6°30′ 6°30′ 7°30′ 齒扇寬/mm 22 25 25 27 25 28 30 28-32 34 38 35 38 表2-2 各類汽車循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的齒扇齒模數(shù) 齒扇齒模數(shù)m／mm 3.0 3.5 4．O 4.5 5．O 6.0 6.5 轎車 發(fā)動(dòng)機(jī)排量／ml 500 1000 ～ 1800 1600 ～ 2000 2000 2000 前軸負(fù)荷/N 3500 ～ 3800 4700 ～ 7350 7000 ～ 9000 8300 ～11000 10000 ～11000 貨車和大客車 前軸負(fù)荷／N 3000 ～ 5000 4500 ～ 7500 5500 ～ 18500 7000 ～ 19500 9000 ～ 24000 17000 ～ 37000 23000 ～ 44000 最大裝載／kg 350 1000 2500 2700 3500 6000 8000 表2-3 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的部分參數(shù) 模數(shù)m 螺桿外徑 螺紋升程 螺母長度 鋼球直徑 齒扇壓力角 齒扇切削角 搖臂軸外徑 3.0 20 7.938() 40 5.556() 2230′ 630′730′ 22 3.5 23 8.731() 45 5.556() 2230′ 630′ 730′ 26 4.0 25 9.525() 48 6.350() 2230′ 630′ 730′ 29 5.0 29 10.319() 62 7.144() 2230′ 630′ 730′ 35 6.0 34 10.319() 72 7.144() 2230′ 630′ 730′ 38 6.5 38 10.319() 82 7.144() 2230′ 630′ 730′ 42 根據(jù)所選擇的齒扇模數(shù)，根據(jù)表（2-1）和表（2-3）選取對(duì)應(yīng)的參數(shù)為： 鋼球直徑：5.556mm 螺距：8.731mm 工作圈數(shù)：1.5 螺桿外徑：23mm 環(huán)流行數(shù)：2 螺母長度：45mm 齒扇齒數(shù)：3.5 齒扇壓力角：2230′ 切削角：630′ 齒扇寬：265mm 2.4.1 螺桿、鋼球、螺母傳動(dòng)副設(shè)計(jì) （1） 鋼球中心距螺桿外徑螺母內(nèi)徑尺寸、、如圖（2-6）所示 圖2-2 螺桿 鋼球 螺母傳動(dòng)副 選取值的規(guī)律是隨著扇齒模數(shù)的增大，鋼球中心距也相應(yīng)增加，設(shè)計(jì)時(shí)先參考同類型汽車的參數(shù)進(jìn)行初選，經(jīng)強(qiáng)度驗(yàn)算后，再進(jìn)行修正。 螺桿外徑D1通常在20～38mm范圍內(nèi)變化，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷的不同來選定，螺母內(nèi)徑應(yīng)大于，一般要求根據(jù)（表2-1）：得D=23mm ，=23mm ，mm 圖2-3根據(jù)外形及參考數(shù)據(jù)繪制螺母的零件主視圖 圖2-4根據(jù)外形及參考數(shù)據(jù)繪制螺母的零件左視圖 （2） 鋼球直徑d及數(shù)量n 鋼球直徑應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，一般常在6～9mm范圍內(nèi)，根據(jù)（表2-1）。取d=5.556mm。 每個(gè)環(huán)路中的鋼球數(shù)可用下式計(jì)算： （2-12） 式中，D為鋼球中心距；W為一個(gè)環(huán)路中的鋼球工作圈數(shù)；n為不包括環(huán)流導(dǎo)管中的鋼球數(shù)；為螺線導(dǎo)程角，常取=5°～8°，則；代入數(shù)值解得n=19.50。 圖2-5測(cè)量轉(zhuǎn)向螺桿的數(shù)據(jù)后繪制螺桿的零件圖 （3） 滾道截面 當(dāng)螺桿和螺母各由兩條圓弧組成，形成四段圓弧滾道截面時(shí)，見圖2-6，鋼球和滾道又四點(diǎn)接觸，傳動(dòng)時(shí)軸向間隙最小，可滿足轉(zhuǎn)向盤自由行程小的要求。 圖中滾道與鋼球之間的間隙，除用來貯存潤滑油之外，還能貯存磨損雜質(zhì)。為了減小摩擦，螺桿和螺母溝槽的半徑應(yīng)大于鋼球半徑，一般取。在此我們?nèi)L道半徑為2.833mm,符合相應(yīng)的要求。 圖2-6 四段圓弧滾道截面 （4） 接觸角 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稱為接觸角。角多取為45°，以使軸向力與徑向力分配均勻。 （5） 螺距和螺旋線導(dǎo)程角 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角，對(duì)應(yīng)螺母移動(dòng)的距離s為 (2-13) 式中，P為螺紋螺距。螺距P一般在8～11mm內(nèi)選取。查表（2-1）得：取8.731mm 導(dǎo)程角= 5°～ 8°取。與此同時(shí)，齒扇節(jié)圓轉(zhuǎn)過的弧長等于，相應(yīng)搖臂軸轉(zhuǎn)過，其間關(guān)系可表示如下： （2-14） 式中，r為齒扇節(jié)圓半徑。由式（2-12）、式（2-13）得，將對(duì)求導(dǎo)得循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比為 (2-15) 又根據(jù)表2-1 有；mm 由式(2-14)可知，螺距P影響轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的值，在螺距不變的條件下，鋼球直徑d越大，圖中的尺寸b越小，要求mm，符合要求。 （6） 工作鋼球圈數(shù)W 多數(shù)情況下，轉(zhuǎn)向器用兩個(gè)環(huán)路，而每個(gè)環(huán)路的工作鋼球圈數(shù)W又與接觸強(qiáng)度有關(guān)：增加工作鋼球圈數(shù)時(shí)，會(huì)使參加工作的鋼球增多，就能降低接觸應(yīng)力，提高了承載能力；但鋼球受力不均勻、螺桿增長而使剛度降低。工作鋼球圈數(shù)有1.5和2圈兩種。一個(gè)環(huán)路的工作鋼球圈數(shù)的選取見（表2-1）。取W=1.5。 螺桿－鋼球－螺母傳動(dòng)副與通常的螺桿－螺母傳動(dòng)副的區(qū)別在于前者是經(jīng)過滾動(dòng)的鋼球?qū)⒘τ陕輻U傳至螺母，變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦。螺桿和螺母上的相互對(duì)應(yīng)的螺旋槽構(gòu)成鋼球的螺旋滾道。轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)向盤經(jīng)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿，使鋼球沿螺母上的滾道循環(huán)地滾動(dòng)。為了形成螺母上的循環(huán)軌道，在螺母上與其齒條相反的一側(cè)表面(通常為上表面)需鉆孔與螺母的螺旋滾道打通以形成一個(gè)環(huán)路滾道的兩個(gè)導(dǎo)孔，并分別插入鋼球?qū)Ч艿膬啥藢?dǎo)管。鋼球?qū)Ч苁怯射摪鍥_壓成具有半圓截面的滾道，然后對(duì)接成導(dǎo)管，并經(jīng)氰化處理使之耐磨。插入螺母螺旋滾道兩個(gè)導(dǎo)孔的鋼球的兩個(gè)導(dǎo)管的中心線應(yīng)與螺母螺旋滾道的中心線相切。螺桿與螺母的螺旋滾道為單頭(單螺旋線)的，且具有不變的螺距。轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向器左置時(shí)轉(zhuǎn)向螺桿為左旋，右置時(shí)為右旋。鋼球直徑約為6～9mm。鋼球直徑尺寸差應(yīng)不超過。顯然，大直徑的鋼球其承載能力亦大，但也使轉(zhuǎn)向器的尺寸增大。鋼球的數(shù)量也影響承載能力，增多鋼球使承載能力增大，但也使鋼球的流動(dòng)性變差，從而需要降低傳動(dòng)效率。經(jīng)驗(yàn)表明在每個(gè)環(huán)路中以不大于60為好。 2.4.2 齒條、齒扇傳動(dòng)副設(shè)計(jì) 齒扇通常有5個(gè)齒，它與搖臂軸為一體。齒扇的齒厚沿齒長方向是變化的，這樣即可通過軸向移動(dòng)搖臂軸來調(diào)節(jié)齒扇與齒條的嚙合間隙。由于轉(zhuǎn)向器經(jīng)常處于中間位置工作，因此齒扇與齒條的中間齒磨損最厲害。為了消除中間齒磨損后產(chǎn)生的間隙而又不致在轉(zhuǎn)彎時(shí)使兩端齒卡住，則應(yīng)增大兩端齒嚙合時(shí)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轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖2-8所示，相對(duì)于搖臂軸的中心有距離為的偏心。這樣加工的齒扇在齒條的嚙合中由中間齒轉(zhuǎn)向兩端的齒時(shí)，齒側(cè)間隙也逐漸加大，可表達(dá)為 （2-16） 式中——徑向間隙； ——嚙合角； ——齒扇的分度圓半徑； ——搖臂軸的轉(zhuǎn)角。 圖2-7 為獲得變化的齒側(cè)間隙齒扇的加工原理和計(jì)算簡圖 圖2-8 用于選擇偏心n的線圖 當(dāng)，確定后，根據(jù)上式可繪制如圖2-12所示的線圖，用于選擇適當(dāng)?shù)闹?，以便使齒條、齒扇傳動(dòng)副兩端齒嚙合時(shí)，齒側(cè)間隙能夠適應(yīng)消除中間齒最大磨損量所形成的間隙的需要。 齒條、齒扇傳動(dòng)副各對(duì)嚙合齒齒側(cè)間隙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(一般有4個(gè)齒)兩側(cè)的齒槽寬制成比中間齒槽大0.20～0.30mm即可。本次設(shè)計(jì)采用直齒齒輪。 2.5轉(zhuǎn)向器的計(jì)算和校核 2.5.1循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件的強(qiáng)度計(jì)算 為了進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，首先要確定其計(jì)算載荷。式(2-13)曾給出了汽車在粗糙的硬路面上作原地轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向阻力矩，利用它可求得轉(zhuǎn)向搖臂上的力矩和在轉(zhuǎn)向盤上的切向力，它們均可作為轉(zhuǎn)向系的最大計(jì)算載荷。但對(duì)前軸負(fù)荷大的重型載貨汽車，用關(guān)系式計(jì)算出來的力，往往會(huì)超過司機(jī)在體力上的所能施展的力量。這時(shí)在計(jì)算轉(zhuǎn)向器的零件具體參數(shù)時(shí)，可取司機(jī)作用在轉(zhuǎn)向盤輪緣上的最大瞬時(shí)力。確定計(jì)算載荷后，即可計(jì)算轉(zhuǎn)向系零件的強(qiáng)度。 汽車在瀝青路面上或混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩（N﹒mm） （2-17） f取0.7；為前軸負(fù)荷（N）；輪胎氣壓（MPa）。由設(shè)計(jì)要求； 確定計(jì)算載荷后，即可計(jì)算轉(zhuǎn)向系零件的強(qiáng)度。 轉(zhuǎn)向系力傳動(dòng)比： （2-18） 為轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比； 為轉(zhuǎn)向盤直徑取435mm； 為主銷偏移距。通常的值在0.4～0.6倍輪胎的胎面寬度尺寸范圍內(nèi)選取。取mm，所以 作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力和輪胎與地面之間的轉(zhuǎn)向阻力有如下關(guān)系 再根據(jù)可求出作用在方向盤上的手力 （1） 鋼球與滾道間接觸應(yīng)力 ≤ （2-19） 式中K——系數(shù)，根據(jù)A／B查表2-5求得，其中A／B用下式計(jì)算： ； （2-20） ——螺桿與螺母滾道截面的圓弧半徑；； ——鋼球直徑；；A/B=0.05 因此，K取1.8； E——材料彈性模量，； N——每個(gè)鋼球與螺桿滾道之間的正壓力； ； ——轉(zhuǎn)向盤圓周力；； ——轉(zhuǎn)向盤輪緣半徑；； ——螺桿螺線導(dǎo)程角；； ——鋼球與滾道間的接觸角；； ——參與工作的鋼球數(shù)；； ——鋼球接觸點(diǎn)至螺桿中心線之距離。； 那么則有 表2-5 系數(shù)K與A/B的關(guān)系 A/B 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 A/B 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 當(dāng)鋼球與滾道的接觸表面的硬度為HRC58～64時(shí)，許用接觸應(yīng)力可取為3000～3500MPa。 （2） 齒的彎曲應(yīng)力 齒扇上齒的彎曲應(yīng)力為，許用彎曲應(yīng)力為 式中，為作用在齒扇上的圓周力；為齒扇的齒高；為齒扇的齒寬；為基圓齒厚。 齒扇嚙合半徑；；；B取 2.5.2 轉(zhuǎn)向搖臂軸直徑的確定 轉(zhuǎn)向搖臂軸的直徑可根據(jù)轉(zhuǎn)向阻力矩及材料的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限由下式確定： （2-21） 式中，——安全系數(shù)，根據(jù)使用條件可取2.5～3.5，取為3.0； ——轉(zhuǎn)向阻力矩，； ——扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限，； 轉(zhuǎn)向搖臂軸一般采用20CrMnTi、22CrMnMo或20CrNi 3A鋼制造，表面滲碳，滲碳層深為0.8～1.2mm，重型汽車和前軸負(fù)荷大的汽車，則為1.05～1.45mm。淬火后表面硬度為58—63HRC。轉(zhuǎn)向器殼體采用球墨鑄鐵QT400—18或可鍛鑄鐵KTH350—10，KTH370—12制造。 3結(jié)論 根據(jù)一些指定的參數(shù)結(jié)合《汽車設(shè)計(jì)》和其他相關(guān)書籍中關(guān)于轉(zhuǎn)向器的理論知識(shí)來設(shè)計(jì)此轉(zhuǎn)向器的其他相關(guān)參數(shù)，使設(shè)計(jì)出的轉(zhuǎn)向器符合其基本的功能，齒輪齒扇的尺寸基本能滿足一般輕型汽車的需求。在現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)中，選擇變齒用于齒條齒扇傳動(dòng)副上是其前沿發(fā)展趨勢(shì)，本論文中只是采用直齒齒輪完成了初步的設(shè)計(jì)，因而其實(shí)物在傳動(dòng)時(shí)將造成相關(guān)零件的磨損。 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。安裝方便。適用于大、中型車輛和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使用；有便于駕駛員操縱信號(hào)。，滿足了操縱輕便的要求。中間位置的轉(zhuǎn)向力小、而且經(jīng)常使用，則要求轉(zhuǎn)向非常靈敏，因此要使中間位置速比小，才可以提高靈敏性。大角度轉(zhuǎn)向位置轉(zhuǎn)向阻力相對(duì)較大，但使用次數(shù)較少，因此希望大角度位置速比大一些，才可以減小轉(zhuǎn)向力。由于循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器可實(shí)現(xiàn)變速比，應(yīng)用范圍正在變得日益廣泛。 本論文借用相關(guān)參數(shù)完成了初步的設(shè)計(jì)，達(dá)到了設(shè)計(jì)初衷。應(yīng)用AUTO CAD工程制圖軟件繪制了詳細(xì)和準(zhǔn)確的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器圖形；分析計(jì)算并選取了循環(huán)球轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)過程中所需要的主要參數(shù)，最終完成了自己的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)。通過此次的輕型汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)，初步掌握了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)的原則，同時(shí)鍛煉了自己綜合解決問題的能力。致謝 這次畢業(yè)論文能夠得以順利完成，是所有曾經(jīng)指導(dǎo)過我的老師，幫助過我的同學(xué)，一直支持著我的家人對(duì)我的教誨、幫助和鼓勵(lì)的結(jié)果。我要在這里對(duì)他們表示深深的謝意！ 首先要特別感謝我的指導(dǎo)老師許靜老師，她在我畢業(yè)設(shè)計(jì)的撰寫過程中，給我提供了極大的幫助和指導(dǎo)。從開始選題到中期修正，再到最終定稿，許靜老師給我提供了許多寶貴建議。 其次要感謝工學(xué)院所有2010級(jí)農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化專業(yè)的老師，他們?cè)谶@四年里辛苦的付出，老師們教會(huì)我的不僅僅是專業(yè)知識(shí)，更多的是對(duì)待學(xué)習(xí)、對(duì)待生活的態(tài)度。 感謝我的父母親，你們是我力量的源泉，只要有你們，不管面對(duì)什么樣的困難，我都不會(huì)害怕。 感謝我身邊的“戰(zhàn)友”，因?yàn)橛心銈兊膸椭?，我的設(shè)計(jì)得以順利完成。感謝機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的所有同學(xué)，在大學(xué)四年給我了那么多的幫助與鼓勵(lì)，在我不開心的時(shí)候，總能讓我開心起來。不會(huì)忘記，大學(xué)四年里我們一起渡過的歡樂時(shí)光，那些開心的日子，總是那么令人難以忘懷。參考文獻(xiàn) [1] 余志生主編.汽車?yán)碚揫M].機(jī)械工業(yè)出版社.2006：23-27． [2] 陳家瑞主編.汽車構(gòu)造[M]（下冊(cè)）.人民交通出版社.2005：53-54． [3] 濮良貴、紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].高等教育出版社.2006：57-59． [4] 孫桓、陳作模主編.機(jī)械原理[M].高等教育出版社.2006：35-37． [5] 陳啟新.循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器螺桿-螺母總成裝配方法的選擇.汽車工藝與材料 [J].2008. 29(03A)：19-21． [6] 朱福培、張楓念.循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)中的一些問題探討.汽車研究與開發(fā) [J].2008. 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