【正文】 80mm、 400mm、 425mm、 450mm、 500mm、 550mm。目前大多數(shù)汽車轉(zhuǎn)向軸上裝置了萬向節(jié)，使轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向器再汽車上布置更為合理，拆裝方便，從而提高了操縱方便性、行駛安全性和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的壽命。剛性萬 向節(jié)多是十字軸式 ,可使用單萬向節(jié) ,也可使用雙萬向節(jié) .雙萬向節(jié)要求布置適當(dāng) ,達(dá)到等角速運(yùn)動(dòng) .本課題選用裝有單十字軸萬向節(jié)的轉(zhuǎn)向軸 . 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) )的一組貨車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 齒輪機(jī)構(gòu)，同時(shí)也是轉(zhuǎn)向系中的減速傳動(dòng)裝置。 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 。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。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。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器有一蝸桿。方向盤連接在類似螺栓的螺桿上，螺桿則插在金屬塊的孔內(nèi)。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。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。轉(zhuǎn)向螺桿和螺母上都加工出斷面輪廓為兩段或三段不同心圓弧組成 的近似半圓的螺旋槽。導(dǎo)管內(nèi)也裝滿了鋼球。在轉(zhuǎn)向器工作時(shí)，兩列鋼球只是在各自的封閉流道內(nèi)循環(huán)，不會(huì)脫出。 后置轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)是將轉(zhuǎn)向梯形放在前軸之后 ,簡單可靠 ,因此應(yīng)用廣泛 。 分段式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)用于獨(dú)立懸架的汽車 ,以保證任一前輪的跳動(dòng)不致牽動(dòng)拉桿而涉及另一車輪的偏轉(zhuǎn) 。 貨車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 圖 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器 圖 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計(jì)算 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 2 0 0 03 3 0 8s in ??? RL? a= o s12020 3308c o st a n ???????OBR L ?? ?? 數(shù)據(jù)的初定 : 表 主要技術(shù)參數(shù) 數(shù) 據(jù) 全長 [mm] 5990 全寬 [mm] 2240 全高 [整車裝備質(zhì)量時(shí) ][mm] 2320 輪胎 14PR 輪胎壓力 [Mpa] 主銷偏移距 [mm] 50 貨車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 方向盤直徑 [mm] 425 最小轉(zhuǎn)彎半徑 [m] 12 轉(zhuǎn)向搖臂 [mm] 200 轉(zhuǎn)向節(jié)臂 [mm] 200 兩主銷延長線至地面交點(diǎn)的距離 [mm] 1300 軸距 [mm] 3308 輪距 [前輪 后輪 ][mm] 1665 1525 最小轉(zhuǎn)彎半徑 [沿前外輪中心 ][mm] 12020 質(zhì)量參數(shù) 最大裝載質(zhì)量 [kg] 2020 整車裝備質(zhì)量 [kg] 2495 前橋軸荷 [整車裝備質(zhì)量時(shí) ][kg] 2805 后橋軸荷 [整車裝備質(zhì)量時(shí) ][kg] 4685 最大總質(zhì)量 [kg] 7490 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù) 轉(zhuǎn)向器的效率 功率從轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出所求得的效率稱之為正效率，用符號(hào) ?? 表示，121 /)( PPP ???? ；反之則稱為逆效率，用符號(hào) ?? 表示， 323 /)( PPP ???? 。 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。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、圓錐滾子軸的轉(zhuǎn)向器效率，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分別為 70%和 75%。； f 取 ， ??? c ta n f? ； %)1 4 a n ( 8t a n)t a n (t a n 0 0 ???? ????? ?? ?? 轉(zhuǎn)向器的逆效率 根據(jù)逆效率大小不同，轉(zhuǎn)向器又有可逆式、極限可逆式和不可逆式之分。但是，在不平路面上行駛時(shí)，車輪受到的沖擊力能大部分傳至轉(zhuǎn)向盤，造成駕駛員“打手”，使之精神緊張；如果長時(shí)間在不平路面上行駛，易使駕駛員疲勞，影響安全駕駛。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。 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，則逆效率可用下式計(jì)算 00tan )tan( ? ??? ??? （ ） % a n )1 4 a n (t a n )t a n ( 00 ?? ??????? ? ??? 式（ ）和（ ）表明：增加導(dǎo)程角 0? ，正、逆效率均增大。從輪胎接地面中心作用在兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪上的合力 wF2 與作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 hF 之比，稱為力傳動(dòng)比，即 hwp FFi /2? （ ） 轉(zhuǎn)向盤角速度 w? 與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度 k? 之比，稱為轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比 0?i ，即 kkkw dddtd dtdi ??????? ??? //0 （ ） 式中 ?d 為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量； kd? 為轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量； dt 為時(shí)間增量。 搖臂軸角速度 p? 與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度 k? 之比，稱為轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比 ?i? ，即 LpLpkp dddtd dtdi ??????? ???? // （ ） 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 WF 和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩 rM 之間有如下關(guān)系 aMF rW? （ ） 式中， a 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。轉(zhuǎn)向盤直徑 SWD應(yīng)根據(jù)車型不同在 GB5911— 86 轉(zhuǎn)向盤尺寸標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的系列內(nèi)選取?，F(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)中， 2L 與 1L 的比值大約在 ～ 之間，可近似認(rèn)為其比值為 1，則 ???? ddii /0 ?? 。 考慮到 ?? ii ?0 ，由 0?i 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)向器角傳動(dòng)比成反比。 對(duì)乘用車 ,推薦轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比 wi 在 1725 內(nèi)選取 。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 s? 也逐漸加大， s? 可表達(dá)為 貨車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 ]c osc os[t a n2t a n2 2222 nrnnrrs ww ???????? ???? (） 式中 r? —— 徑向間隙； ? —— 嚙合角； wr —— 齒扇的分度圓半徑； ? —— 搖臂軸的轉(zhuǎn)角。本次設(shè)計(jì)采用直齒齒輪。 根據(jù)所選擇的齒扇模數(shù)，根據(jù)表（ ）和表（ ）選取對(duì)應(yīng)的參數(shù)為： 鋼球直徑： 螺距： 工作圈數(shù)： 螺桿外徑： 34mm 環(huán)流行數(shù)： 2 螺母長度： 72mm 齒扇齒數(shù)： 5 齒扇壓力角： 220 30′ 切削角： 60 30′ 齒扇寬： 34mm 表 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 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 螺距 /mm 工作圈數(shù) 環(huán)流行數(shù) 2 螺母長度 41 45 46 58 59 72 80 52 齒扇齒數(shù) 5 5 齒扇整圓齒數(shù) 12 13 13 14 15 齒扇壓力角 22176。 30′ 7176。取 d=。 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)。? 角多取為 45176。查表（ ）得： P 取 導(dǎo)程角 ??80? 。工作鋼球圈數(shù)有 和 圈兩種。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。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。一般應(yīng)參考同類型汽車的轉(zhuǎn)向器選取鋼球直徑 d ，并應(yīng)使之符合國家標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)驗(yàn)表明在每個(gè)環(huán)路中 n 以不大于 60為好。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。 轉(zhuǎn)向系力傳動(dòng)比： aDii swp 20?? （ ） 0?i 為轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比 ?? ?? ii ； SWD 為轉(zhuǎn)向盤直徑取 425mm； a 為主銷偏移距，貨車的 a 值一般在 4060mm 范圍內(nèi)選取 ,這里取 a=50mm，所以 0 1502 4 2 ?? ??pi 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力為 ?? ?wswRh iDL MLF212 1/ 21 ?LL ,代入數(shù)據(jù)得 hF =. 輪胎與地面之間的轉(zhuǎn)向阻力 WF 和作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 有以下關(guān)系 : 2/hpW FiF ? 貨車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 29 代入數(shù)據(jù)有 wF =12056N. 鋼球與滾道間的接觸應(yīng)力 j? ? ?j3222 )12( ?? ??? RdNEKj （ ） 式中 K—— 系數(shù)，根據(jù) A／ B查表 54求得，其中 A／ B 用下式計(jì)算： ? ?? ? 2/)/1(/1 2RrA ?? ； ? ? ? ?? ? 2//1/1 1RrB ?? （ ） 1R —— 螺桿外半徑 , 1R =17mm。 汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩（ N﹒ mm）即 pGfM R 313? （ ） 式中 ,f 為輪胎和路面 間的滑動(dòng)摩擦因數(shù) ,一般取 ； 1G 為前軸負(fù)荷（ N）； p 輪胎氣壓（ MPa）。式 ()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。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。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。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。取 W=。聯(lián)立式（ ），式（ ）得PPr??? 2?，將 ? 對(duì) p? 求導(dǎo)貨車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 得循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比 ?i 為 Pri ?? 2? () 又 2/r mz? 根據(jù)表 有 15?z ； 452/1562/r ???? mz mm P 已知，可求出轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比 ??? ??i 由式 ()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 ??? dPb mm，符合要求。 螺距 P 和螺旋線導(dǎo)程角 0? 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng) ? 角，對(duì)應(yīng)螺母移動(dòng)的距離 s 為 ??2ps? () 式中， P 為螺紋螺距。在此我們?nèi)L道半徑為 ,符合相應(yīng)的要求。 ,則 1cos 0 ?? ；代入數(shù)值解得 n=≈ 36。選取 D 值的規(guī)律是隨著 扇齒模數(shù)的增大，鋼球中心距 D 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。 30′ 切削角 6176。貨車一般不宜超過 6 圈 . 貨車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 3 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)與計(jì)算 前軸載荷根據(jù)表（ ）取得為 2805Kg，再根據(jù)表（ ）選擇齒扇模數(shù)為 6。 齒條、齒扇傳動(dòng)副各對(duì)嚙合齒齒側(cè)間隙 s? 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)。即齒扇由中間齒向兩端齒的齒厚是逐漸減小的。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。為解決這對(duì)矛盾，可采用變速比轉(zhuǎn)向器。 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比及其變化規(guī)律 式