【正文】 要零件的校核螺桿軸用20CrMnTi鋼制造，～，表面淬火HRC 58～63。 （6－1）齒扇的齒高h=ha+hf=4+=。齒頂圓直徑da=d+2ha=65+24=73mm。；整圓齒數(shù)為13；齒扇齒數(shù)為z=5；變位系數(shù)X1=；分度圓直徑d=mz=513=65mm。 表61 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器齒扇齒模數(shù)齒扇齒模數(shù)m/mm轎車排量/mL5001000～18001600～200020002000前軸負荷/N3500～38004700～73507000～90008300～1100010000～11000貨車和大客車前軸負荷/N3000～50004500～75005500～185007000～195009000～2400017000～3700023000～44000最大轉(zhuǎn)載質(zhì)量/Kg350100025002700350060008000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。（2）變厚齒形齒扇的計算變厚齒形齒扇的計算，如圖62所示，一般將中間剖面AA定義為基準平面。 外花鍵小徑Die= m() =()=；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。==。圖61轉(zhuǎn)向搖臂軸結(jié)構(gòu)簡圖本軸的漸開線花鍵可選擇45176。6 軸的設(shè)計計算及校核 轉(zhuǎn)向搖臂軸（即齒形齒扇軸）的設(shè)計計算搖臂軸用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，～。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。30180。30180。30180。在螺距不變的條件下,鋼球直徑d越大,圖31中的尺寸b越小,要求b=Pd＞。角多取45176。（3）滾道截面 圖42 四段圓弧滾道截面當螺桿和螺母各有兩條圓弧組成，形成四段圓弧滾道截面時,見圖42，鋼球與滾道有四點接觸,傳動時軸向間隙最小，可滿足轉(zhuǎn)向盤自由行程小的要求。為保證盡可能多的鋼球都承載，應分組裝配。鋼球直徑應符合國家標準，一般常在7～9mm范圍內(nèi)選用（表41）。在保證足夠的強度條件下,盡可能將D值取小些。不過，對于前軸軸載質(zhì)量不大而又經(jīng)常在平坦路面上行使的輕中型載貨汽車而言，這一缺點影響不大；而對于載重量較大的汽車，使用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器時，除可以在轉(zhuǎn)向器中增加吸振裝置以減少路面沖擊反力外，往往裝有液力轉(zhuǎn)向加力器。齒扇軸內(nèi)側(cè)端部有切槽，調(diào)整螺釘?shù)膱A柱形端頭即嵌入此切槽中。因此，在轉(zhuǎn)向器工作時，兩列鋼球只是在各自封閉的“流道”內(nèi)循環(huán)，而不致脫出。這樣兩根導管和螺母內(nèi)的螺旋管狀通道組成兩條各自獨立的封閉的鋼球“流道”。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近似半圓的螺旋槽。轉(zhuǎn)向螺母外側(cè)的下平面加工成齒條，與齒扇軸（即搖臂軸）上的齒扇嚙合。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器中一般有兩級傳動副，第一級是由螺桿和螺母共同形成的螺旋槽內(nèi)裝有鋼球構(gòu)成的傳動副，第二級是由螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的齒條齒扇傳動副。沒有動力轉(zhuǎn)向的轎車，在行駛中轉(zhuǎn)向，此力應為50100N；有動力轉(zhuǎn)向時，此力在2050N。正確設(shè)計轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)，可以使第一項得到保證。（7） 轉(zhuǎn)向輪碰到障礙物以后，傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。（3） 汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不得產(chǎn)生振動，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動。轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向器齒輪箱之間采用聯(lián)軸節(jié)相連(即兩個萬向節(jié))，之所以用聯(lián)軸節(jié)，除了可以改變轉(zhuǎn)向軸的方向，還有就是使得轉(zhuǎn)向軸可以作縱向的伸縮運動，以配合轉(zhuǎn)向柱的緩沖運動。 為牢固支承轉(zhuǎn)向盤而設(shè)有轉(zhuǎn)向柱。由于是機械接觸，長時間使用觸點會因磨損影響導電性，導致緊急時刻喇叭不鳴甚至氣囊不工作。2）轉(zhuǎn)向盤自由行程過大的原因造成轉(zhuǎn)向盤自由行程過大的原因，主要有如下幾個方面：(1)轉(zhuǎn)向器蝸桿與滾輪(或齒扇、指銷等)間隙過大；(2)轉(zhuǎn)向傳動裝置松動；(3)轉(zhuǎn)向傳動裝置的球鉸鏈間隙過大(松動)；(4)前輪軸承或轉(zhuǎn)向節(jié)主銷與襯套配合不緊等。～15176。直行位置的轉(zhuǎn)向器角傳動比不宜低于15～16。轉(zhuǎn)向軸負荷大又沒有裝動力轉(zhuǎn)向的汽車，因轉(zhuǎn)向阻力矩大致與‘車輪偏轉(zhuǎn)角度大小成正比變化，汽車低速急轉(zhuǎn)彎行駛時的操縱輕便性問題突出，故應選用大些的轉(zhuǎn)向器角傳動比。隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角變化，轉(zhuǎn)向器角傳動比可以設(shè)計成減小、增大或保持不變的。為解決這對矛盾，可采用變速比轉(zhuǎn)向器。4）轉(zhuǎn)向器角傳動比及其變化規(guī)律式(2—7)表明：增大角傳動比可以增加力傳動比。如果忽略摩擦損失，根據(jù)能量守恒原理，2Mr／Mh可用下式表示 2Mr／Mh= dφ／dβk （2—6）將式(2—6)代人式(2—5)后得到ip=iwoDsw/2α （2—7）當 α 和 Dsw 不變時，力傳動比 ip 越大，雖然轉(zhuǎn)向越輕，但 iwo 也越大，表明轉(zhuǎn)向不靈敏。作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力Fh可用下式表示Fh=2Mh/Dsw (2—4）式中，Mh為作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩；Dsw為轉(zhuǎn)向盤直徑。轉(zhuǎn)向盤角速度ωw與搖臂軸轉(zhuǎn)動角速度ωp之比，稱為轉(zhuǎn)向器角傳動比iw, 即iw=ωw/ωp= (dφ/dt)/(dβp/dt),式中,dβp為搖臂軸轉(zhuǎn)角增量?！?0176。受η增大的影響，α不宜取得過大。極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于上述兩者之間。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。它能保證轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動回正。轉(zhuǎn)向搖臂軸軸承的形式對效率也有影響，用滾針軸承比用滑動軸承可使正逆效率提高約10％。轉(zhuǎn)向器的正效率η+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、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。式中，P2為轉(zhuǎn)向器中的摩擦功率；P3為作用在轉(zhuǎn)向搖臂軸上的功率。動力轉(zhuǎn)向器除具有以上三大部件外，其最主要的動力來源是轉(zhuǎn)向助力裝置。 動力轉(zhuǎn)向器動力轉(zhuǎn)向器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。機械轉(zhuǎn)向系的能量來源是人力，所有傳力件都是機械的，由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)(方向盤)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三大部分組成。目前較常用的機械式轉(zhuǎn)向器有齒輪齒條式、蝸桿曲柄指銷式、循環(huán)球齒條齒扇式、蝸桿滾輪式等。該力矩通過轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向萬向節(jié)、和轉(zhuǎn)向傳動軸輸入轉(zhuǎn)向器。缺點是結(jié)構(gòu)復雜，成本高，轉(zhuǎn)向靈敏度不如齒輪齒條式。其中轉(zhuǎn)向器是將操縱機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃訖C構(gòu)的直線運動(嚴格講是近似直線運動)的機構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件。國內(nèi)經(jīng)過10多年來的發(fā)展，已經(jīng)形成成熟的研發(fā)和制造技術(shù)的廠家有豫北光洋轉(zhuǎn)向器有限公司等企業(yè)。循環(huán)球式：這種轉(zhuǎn)向裝置是由齒輪機構(gòu)將來自轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)力進行減速，使轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)闇u輪蝸桿的旋轉(zhuǎn)運動，滾珠螺桿和螺母夾著鋼球嚙合，因而滾珠螺桿的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，螺母再與扇形齒輪嚙合，直線運動再次變?yōu)樾D(zhuǎn)運動，使連桿臂搖動，連桿臂再使連動拉桿和橫拉桿做直線運動，改變車輪的方向。蝸桿具有梯形螺紋，手指狀的錐形指銷用軸承支承在曲柄上，曲柄與轉(zhuǎn)向搖臂軸制成一體。所以，這是一種最簡單的轉(zhuǎn)向器。它是一種最常見的轉(zhuǎn)向器。歷史上曾出現(xiàn)過許多種形式的轉(zhuǎn)向器，目前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。因此，最近裝備氣囊的汽車開始裝用電纜盤，代替集電環(huán)。 現(xiàn)在有越來越多的汽車在轉(zhuǎn)向盤里安裝了安全氣囊，也使汽車的安全性大大提高了。轉(zhuǎn)向盤外皮要求有某種程度的柔軟度，手感良好，能防止手心出汗打滑的材質(zhì)，還需要有耐熱、耐候性。轉(zhuǎn)向盤內(nèi)部有金屬制成的骨架，是用鋼、鋁合金或鎂合金等材料制成。由于轉(zhuǎn)向助力裝置最常用的是一套液壓系統(tǒng)，因此也就離不開泵、油管、閥、活塞和儲油罐，它們分別相當于電路系統(tǒng)中的電池、導線、開關(guān)、電機和地線的作用。機械轉(zhuǎn)向系的能量來源是人力，所有傳力件都是機械的，由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)(方向盤)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三大部分組成。“十五”期間，我國機動車行業(yè)包括汽車、農(nóng)用車、工程機械等將發(fā)展成為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，汽車轉(zhuǎn)向器是符合國家重點扶持和優(yōu)惠政策的汽車關(guān)鍵零部件，是汽車重要的保安件之一。到2010年，中國汽車零部件國內(nèi)產(chǎn)值將突破1萬億元，市場前景廣闊。歷史上曾出現(xiàn)過許多種形式的轉(zhuǎn)向器，目前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。但隨著動力轉(zhuǎn)向的應用，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器近年來又得到廣泛使用。循環(huán)球式：這種轉(zhuǎn)向裝置是由齒輪機構(gòu)將來自轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)力進行減速，使轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)闇u輪蝸桿的旋轉(zhuǎn)運動，滾珠螺桿和螺母夾著鋼球嚙合，因而滾珠螺桿的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，螺母再與扇形齒輪嚙合，直線運動再次變?yōu)樾D(zhuǎn)運動，使連桿臂搖動，連桿臂再使連動拉桿和橫拉桿做直線運動，改變車輪的方向，這是一種古典的機構(gòu)，現(xiàn)代轎車已大多不再使用，但又被最新方式的助力轉(zhuǎn)向裝置所應用。學士學位論文汽車轉(zhuǎn)向器的設(shè)計畢業(yè)論文目 錄摘 要 IAbstract II1緒論 12汽車轉(zhuǎn)向系的組成及分類 3 3 機械式轉(zhuǎn)向系 6 動力轉(zhuǎn)向器 7 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù) 8 8 10 13 轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)及轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu) 13 13 143轉(zhuǎn)向器總成方案分析 15 15 164循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要尺寸參數(shù)的選擇 195 轉(zhuǎn)向器輸出力矩的確定 236 軸的設(shè)計計算及校核 24 轉(zhuǎn)向搖臂軸（即齒形齒扇軸）的設(shè)計計算 24 24 24 24 螺桿軸設(shè)計計算及主要零件的校核 28 28 28 29 31參考文獻 33致 謝 34附錄 36 431緒論循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的英文名稱是Recirculating Ball Steering Gear。它的原理相當于利用了螺母與螺栓在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的相對移動，而在螺紋與螺紋之間夾入了鋼球以減小阻力，所有鋼球在一個首尾相連的封閉的螺旋曲線內(nèi)循環(huán)滾動，循環(huán)球式故而得名 這種轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點是，操縱輕便，磨損小，壽命長。本文選擇GX1608A型循環(huán)球齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器作為研究課題，其主要內(nèi)容有：汽車轉(zhuǎn)向器相關(guān)知識，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要參數(shù)選擇及其設(shè)計。在《當前國家重點鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》中，汽車關(guān)鍵零部件開發(fā)和制造被列為重點扶持的項目，國家計委和科技部也將汽車關(guān)鍵零部件劃入當前國家優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點領(lǐng)域，所以，具有先進水平的汽車轉(zhuǎn)向器的研發(fā)、生產(chǎn)將會得到有力的政策支持。按照汽車零部件工業(yè)“十五”發(fā)展目標，到2005年中國汽車保有量為2198—2315萬輛，其中轎車843—860萬輛。 2汽車轉(zhuǎn)向系的組成及分類汽車轉(zhuǎn)向系可按轉(zhuǎn)向能源的不同分為機械式轉(zhuǎn)向系和動力轉(zhuǎn)向系兩大類。其中轉(zhuǎn)向器是將操縱機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃訖C構(gòu)的直線運動(嚴格講是近似直線運動)的機構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件。由圓環(huán)狀的盤圈、插入轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)向盤轂，以及連接盤圈和盤轂的輻條構(gòu)成。 現(xiàn)在的轉(zhuǎn)向盤與以前的看似沒有太大變化，但實際上已經(jīng)有了改進。轉(zhuǎn)向盤的集電環(huán)：轉(zhuǎn)向盤上有喇叭開關(guān)，必須時刻與車身電器線路相連，而旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向盤與組合開關(guān)之間顯然不能用導線直接相連，因此就必須采用集電環(huán)裝置。其中第二、第四種分別是第一、第三種的變形形式，而蝸桿滾輪式則更少見。其基本結(jié)構(gòu)是一對相互嚙合的小齒輪和齒條。它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，轉(zhuǎn)向靈敏，體積小，可以直接帶動橫拉桿。轉(zhuǎn)向時，通過轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動蝸桿、嵌于蝸桿螺旋槽中的錐形指銷一邊自轉(zhuǎn)，一邊繞轉(zhuǎn)向搖臂軸做圓弧運動，從而帶動曲柄和轉(zhuǎn)向垂臂擺動，再通過轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。 這是一種古典的機構(gòu)，現(xiàn)代轎車已大多不再使用，但又被最新方式的助力轉(zhuǎn)向裝置所應用。 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展以及人們對于舒適、安全性能要求的不斷提高，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也隨著科技的發(fā)展日新月異。這種轉(zhuǎn)向器有兩對傳動副組成，一對是螺桿、螺母，另一對是齒條、齒扇或曲柄銷。因此逐漸被齒輪齒條式取代。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，再通過轉(zhuǎn)向直拉桿傳給固定于左轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂，使左轉(zhuǎn)向節(jié)和它所支撐的左轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。其中第二、第四種分別是第一、第三種的變形形式，而蝸桿滾輪式則更少見。其中轉(zhuǎn)向器是將操縱機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃訖C構(gòu)的直線運動(嚴格講是近似直線運動)的機構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件。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)動機通過轉(zhuǎn)向加力裝置提供的。由于轉(zhuǎn)向助力裝置最常用的是一套液壓系統(tǒng)，因此也就離不開泵、油管、閥、活塞和儲油罐，它們分別相當于電路系統(tǒng)中的電池、導線、開關(guān)、電機和地線的作用。為了保證轉(zhuǎn)向時駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤輕便，要求正效率高。（1）轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點與正效率 在前述四種轉(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蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的正效率要明顯的低些。(2) 轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與正效率 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，對于蝸桿和螺桿類轉(zhuǎn)向器，其正效率可用下式計算 η+=tanα／tan(α+ρ) （21）式中，α為蝸桿(或螺桿)的螺線導程角；ρ為摩擦角，ρ=arctanf(f為摩擦因數(shù))。這既減輕了駕駛員的疲勞，又提高了行駛安全性。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。在車輪受到?jīng)_擊力作用時，此力只有較小一部分傳至轉(zhuǎn)向盤。當導程角小于或等于摩擦角時，逆效率為負值或者為零，此時表明該轉(zhuǎn)向器是不可逆式轉(zhuǎn)向器。之間。此定義適用于除齒輪齒條式之外的轉(zhuǎn)向器。將式(2—3)、式(2—4)代入 ip=2 Fw／Fh 后得到 ip= MrDsw/Mh