【正文】 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)向器的種種優(yōu)點(diǎn) ， 在中、小型號(hào)的車輛上都有良好的應(yīng)用 ， 而大型車輛更以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為主要結(jié)構(gòu)。由此我們不難看出循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)具有很重要的意義，其應(yīng)用前景也非常的好。 國(guó)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 ??2 。因螺母與螺桿之間沒(méi)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，轉(zhuǎn)向靈敏度不如齒輪齒條式的眾多缺點(diǎn)，因此逐漸被齒 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(zhǎng) ，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。 汽車車速的提高，需要在高速時(shí)有較好的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性 ， 必須使轉(zhuǎn)向器具有較高的剛度。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由于通過(guò)大量鋼球的滾動(dòng)接觸來(lái)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)，特別是變速比結(jié)構(gòu)具有較高的剛度，適宜高速車輛采用，這也是它采用廣泛的原因之一。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的間隙可調(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，因此采用日益廣泛。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。 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(shū)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(guò)對(duì)一款 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 的設(shè)計(jì)，使其能夠滿足 輕型越野車 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) 。 研究?jī)?nèi)容和 設(shè)計(jì) 方法 研究?jī)?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(guó)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 。 4 2 轉(zhuǎn)向器 的 設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡(jiǎn)介 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來(lái)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。機(jī)械轉(zhuǎn)向系依靠駕駛員的手力轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)，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)。有些汽車還裝有防傷機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向減震器。采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向的汽 車還裝有動(dòng)力系統(tǒng)，并借助此系統(tǒng)來(lái) 減輕駕駛員的手力。 按照 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB176751999 和汽車設(shè)計(jì)可知 [4]，其轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)要求如下 [5]： （ 1） 方向盤(pán)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(pán)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(wú)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。 5 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，其中所有 的 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。（如圖 21） 盤(pán) 圖 21 機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 圖 21 是一種機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán) 1 施加的轉(zhuǎn)向力矩通過(guò)轉(zhuǎn)向軸 2 輸入轉(zhuǎn)向器 8。從轉(zhuǎn)向盤(pán)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 2級(jí)減速傳動(dòng)副（圖中所示轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向器為單級(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 6， 再傳給固定于轉(zhuǎn)向節(jié) 3上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂 5，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)。 6 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) （參見(jiàn)圖 23） 由方向盤(pán) （如圖 22所示） 、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(pán)的操縱力傳給轉(zhuǎn)向器 [6]。 圖 22 方向盤(pán) 圖 23 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 7 轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)向器 (也常稱為轉(zhuǎn)向機(jī) )是完成由旋轉(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 齒條齒扇式、蝸桿滾輪式等。我們主要介紹前幾種。 圖 24 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 （參見(jiàn)圖 24） ，已成為當(dāng)今世界汽車上主要的兩種轉(zhuǎn)向器；蝸桿式轉(zhuǎn)向器和蝸桿 銷 式轉(zhuǎn)向器，正在逐步被淘汰或保留較小的地位。 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(guò)大量鋼球的滾動(dòng)接觸來(lái)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。 8 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。 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。 圖 25 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器有一蝸桿。您可以將此轉(zhuǎn)向器想 象 為兩部分。第一部分是帶有螺紋孔的金屬塊 （螺母） 。此金屬塊外圍有切入的輪齒，這些輪齒與驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向搖臂的齒輪相結(jié)合（參見(jiàn)圖 25）。方向盤(pán)連接在類似螺栓的螺桿上，螺桿則插在金屬塊的孔內(nèi)。轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)時(shí)，它便會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓。由于螺栓與金屬塊之間相對(duì)固定，因此旋轉(zhuǎn)時(shí)，它不會(huì)像普通螺栓那樣鉆入金屬塊中，而是帶動(dòng)金屬塊旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)車輪的齒輪。 螺栓并不直接與金屬 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(pán)時(shí)感覺(jué)到。而如果轉(zhuǎn)向器中沒(méi)有滾珠，輪齒之間會(huì)暫時(shí)脫離，從而造成方向盤(pán)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(guò)向金屬塊一側(cè)注入高壓液體來(lái)提供的。 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)汽車的行駛安全至關(guān)重要，因此汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的零件都稱為保安件。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式之一，一般有兩級(jí)傳動(dòng)副，第一 級(jí)是螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)副，第二級(jí)是齒條齒扇傳動(dòng)副。為了減少轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)