【正文】 一系列的桿件傳遞到轉(zhuǎn)向輪使其偏轉(zhuǎn)的，其中所有傳力件都是機械的。機械式轉(zhuǎn)向系根據(jù)機械式轉(zhuǎn)向器分為齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器、蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器、蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器等。有些汽車在轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)中裝有轉(zhuǎn)向減振器，用來衰減轉(zhuǎn)向輪的擺振和緩和來自路面的沖擊載荷。 重型汽車或裝有超低壓胎的轎車轉(zhuǎn)向時阻力較大，為了減輕駕駛員的疲勞強度，改善轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的技術(shù)性能，采用動力轉(zhuǎn)向裝置。因此，動力轉(zhuǎn)向系是早機械轉(zhuǎn)向系的基礎(chǔ)上加設(shè)一套轉(zhuǎn)向加力裝置而形成的。機械式轉(zhuǎn)向系完全由駕駛員的力量實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、路感好。隨著最近汽車發(fā)動機馬力的增大和扁平輪胎的普遍使用，使車重和轉(zhuǎn)向阻力都加大了，因此動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)越來越普及。常見的有齒輪齒條式、循環(huán)球式、球面蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式等 [8]。據(jù)了解，在世界范圍內(nèi)，汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占 45%左右，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器占 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%。 12 1調(diào)整螺塞 2罩蓋 3壓簧 4壓簧墊塊 5轉(zhuǎn)向齒條 6齒輪軸 7球軸承 8轉(zhuǎn)向器殼體 9轉(zhuǎn)向齒輪 10滾柱軸承 11轉(zhuǎn)向橫拉桿 12拉桿支架 13轉(zhuǎn)向節(jié) 圖 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：因逆效率高 60%70%面上行駛時，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間沖擊力的大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤產(chǎn)生反沖，反沖現(xiàn)象會使駕駛員精神緊張，并難以準確控制汽車行駛方向，轉(zhuǎn) 向盤突然轉(zhuǎn)動又會造成打手，同時對駕駛員造成傷害。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點：逆效率高，結(jié)構(gòu)復雜，制造困難，制造精度要求高。 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器根據(jù)其銷子能否自轉(zhuǎn)分為固定銷式蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器和旋轉(zhuǎn)銷式轉(zhuǎn)向器。旋轉(zhuǎn)銷式轉(zhuǎn)向器的效率高、磨損慢，但結(jié)構(gòu)復雜。在循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器中，輸入轉(zhuǎn)向圈與輸出的轉(zhuǎn)向搖臂擺角是成正比的；在齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中，輸入轉(zhuǎn)向圈數(shù)與輸出的齒條位移是成正比的。 第 3 章 機械式轉(zhuǎn)向系總體設(shè)計 轉(zhuǎn)向系的主要性能參數(shù) 轉(zhuǎn)向系的主要性能參數(shù)有轉(zhuǎn)向系的效率、傳動比的變化特性、轉(zhuǎn)向器傳動副的傳動間隙特性、轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動圈數(shù)以及轉(zhuǎn)向盤的自由行程。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的正效率可達 90%，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的傳動副為滾動摩擦，摩擦損失小，其正效率可達 85%，球面蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器正效率可達 77%82%，蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器和蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的傳動副存在較大滑動摩擦，正效率 68%75%比較低。 可逆式轉(zhuǎn)向器的逆效率較高，這種轉(zhuǎn)向器可將路面作用在車輪上的大部分力傳遞到轉(zhuǎn)向盤上，使司機的路感好。循環(huán)球式和齒輪齒條式轉(zhuǎn) 向器均屬于這一類。 極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于上述兩者之間。 轉(zhuǎn)向系傳動比 轉(zhuǎn)向系的傳動比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動比 owi 和轉(zhuǎn)向系的力傳動比 pi 。 0wi 又由轉(zhuǎn)向器角傳動比 wi 和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)角傳動比 39。本次設(shè)計 wi 取15。該間隙隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的改變而改變。為防止這種 情況發(fā)生，要求當轉(zhuǎn)向盤處于中間位置時轉(zhuǎn)向器的傳動副為無隙嚙合。為此應使傳動間隙從中間部位到兩端逐漸增大，并在端部達到其最大值，如圖 ，利于間隙的調(diào)整及提高轉(zhuǎn)向器的使用壽命。球面蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的傳動副是球面蝸桿及滾輪，球面蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器利用軸向移動搖臂以改變滾輪與蝸桿中心距的方法來調(diào)整傳動間隙。 轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動圈數(shù) 轉(zhuǎn)向盤從一個極端位置轉(zhuǎn)到另一個極端位置時所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)稱為轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動圈數(shù)。然而，這在實際上是不可能實現(xiàn)的。轉(zhuǎn)向盤在空轉(zhuǎn)階段中的角行程稱為轉(zhuǎn)向盤自由行程。當零件磨損嚴重到使轉(zhuǎn)向盤自由行程超過 25176。轉(zhuǎn)向盤由輪緣、輪輻和輪轂組成。骨架的外側(cè)一般包有柔軟的合成橡膠或樹脂，也有采用皮革包裹以及硬木制作的轉(zhuǎn)向盤。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。由于轉(zhuǎn)向助力裝置的普及，轉(zhuǎn)向盤外徑變小了，而手握處卻變粗了，采用柔軟材料，使操作感得到了改善。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。 轉(zhuǎn)向盤通過花鍵、螺母固定于轉(zhuǎn)向柱上端，平時有轉(zhuǎn)向盤中央蓋板遮擋，根據(jù)國家交通安全規(guī)定，轉(zhuǎn)向盤布置于駕駛室左側(cè)，便 于拓寬駕駛員左側(cè)視野，有利安全行車。 機械式轉(zhuǎn)向器總體布置 根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有四種形式：中間輸入，兩端輸出， 如圖 （ a）；側(cè)面輸入，兩端輸出，如圖 （ b） ；側(cè)面輸入，中間輸出，如圖 （ c）；側(cè)面輸入，一端輸出如圖 （ d）。若發(fā)動機的位置很低，或前橋為驅(qū)動橋時，因桿件的布置有困難，也可布置在前軸之前，稱為前置式。采用獨立懸架時，與齒輪齒條轉(zhuǎn)向器匹配的轉(zhuǎn)向桿系結(jié)構(gòu)更簡單。為減輕質(zhì)量，殼體用鋁合金壓鑄， 通過螺栓固定于車身上，轉(zhuǎn)向齒輪與齒條安裝于殼體內(nèi)，當轉(zhuǎn)向盤通過轉(zhuǎn)向柱帶動轉(zhuǎn)向齒輪轉(zhuǎn)動時，齒輪即帶動齒條向左或向右移動，實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向，齒條靠背部的彈簧與齒輪嚙合。主動小齒輪有 58 個齒，螺旋角為 β取 9176。 端面模數(shù) : m t =m n /cos? =3/cos 15176。= 齒頂高： 1ah =( *anh +x 1n ) nm =3 mm * ? 齒根高： 1fh =(h*an + *nc 1nx ) nm = nm = mm * ? 齒高： 1 1 1 h h? ? ? mm 齒頂圓直徑： 1 1 12 18 .6 2 3 24 .6aad d h? ? ? ? ? ? mm 齒根圓直徑： 1 1 12 1 8 . 6 2 3 . 7 5 1 1 . 1ffd d h? ? ? ? ? ? mm 齒距： ??? mm 23 齒輪中心到齒條基準線距離： 1 9 .3 22 nndH x m? ? ? mm 基圓直徑： 11 c os c os d a? ? ?= mm 端面重合度： * 111 4 ( ) c o s1 [ ( t a n t a n ) ] 1 . 6 12 s i n 2a n na a t t thxz a ?? ? ?? ?? ? ? ? 縱向重合度： sinnb m? ?? ?? = 齒寬系數(shù) d? 查表取值 bd? ?? ? 齒厚： 2ms ?? /cos ?? mm 齒寬：齒條長度根據(jù)齒輪圓周以及轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動圈數(shù)確定： 3 2 176r?? ? ? mm 轉(zhuǎn)向器齒條的設(shè)計 根據(jù)齒輪齒條的嚙合特點： （ 1）齒輪的分度圓永遠與其節(jié)圓相重合，而齒條的中線只有當標準齒輪正確安裝時才與其節(jié)圓相嚙合。 端面模數(shù) : m t =m n /cos? =3/cos 15176。 齒根抗彎疲勞強度 [15] []tF F a Sa FnkF Y Y Y Ybm ?????? （ ） 0 .2 5 0 .7 5 / aY? ??? =1/= 1＜ a? ＜ 2 1 / 1 2 0 0 .9 5 8Y????? ? ? ? 查表取 ? 取 / npm? 2 8 .2 7 8c o s c o sh bzz ???? ? 2lim 470 / m mF N? ? [ ] 470 329F? ? ? ?MPa []tF F a sa FnkF Y Y Y Ybm ??????=? 329MPa 對于轉(zhuǎn)向器的校核，汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩 rM ，下面由經(jīng)驗公式計算 313r GM P?? （ ） 式中 ： ? —輪胎和路面間的滑動摩擦系數(shù)，一般取 左右 1G —前軸負荷； 26 P —輪胎氣壓。mm 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)輸出力矩為：方向盤力矩、方向盤半徑和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動比乘積為輸出功率，在機械傳動時會有一定的損失，齒輪齒條的正效率為 90%，傳動機構(gòu)傳動效率為90%，計算出轉(zhuǎn)向系輸出力矩： 7 0 0 0 . 2 1 0 0 9 0 % 9 0 % 1 1 3 4 0? ? ? ? ? N 轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)要將駕駛員操 縱轉(zhuǎn)向盤的力傳給轉(zhuǎn)向器，同時為了駕駛員的舒適駕駛，還要求轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)可以進行調(diào)節(jié)，以滿足不同駕駛員的需求；為了防止車輛撞擊后對駕駛員的損傷，還要求轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)具有一定的安全保護裝置。彈簧 41 可消除轉(zhuǎn)向管柱與上轉(zhuǎn)向軸間的軸向間隙。萬向節(jié)叉的結(jié)構(gòu)與滑動叉基本相同，只是多一鎖緊螺栓與上端的萬向節(jié)叉和上轉(zhuǎn)向軸相連。 安全式轉(zhuǎn)向柱有可分離式安全操縱機構(gòu)和緩沖吸能式轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)。 (b)為轉(zhuǎn)向盤受撞擊時，安全元件被折疊、壓縮和安全連軸節(jié)脫開使轉(zhuǎn)向柱產(chǎn)生軸向移動的情形。緩沖吸能式轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)對這兩次沖擊都具有吸收 能量、減輕駕駛員受傷程度的作用。 這種轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)的轉(zhuǎn)向管柱 6 的部分管壁制成網(wǎng)格狀，使其在受到壓縮時很容易軸向變形，并消耗一定的變形能量，如圖 (b)所示。其二，轉(zhuǎn)向管柱上的網(wǎng)格部分被壓縮而變形，這兩個過程都會消耗一部分沖擊能量，從而阻止了轉(zhuǎn)向管柱整體向上移動，避免了轉(zhuǎn)向盤對駕駛員的擠壓傷害。 (a）正常工作 (b)受到撞擊 1塑料銷 2上轉(zhuǎn)向軸 3下轉(zhuǎn)向軸 4凸緣盤 31 5下托架 6轉(zhuǎn)向管柱 7塑料安全銷 8上托架 圖 網(wǎng)狀管柱變形式轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu) 2) 鋼球滾壓變形式 如圖 (a)所示為一種用鋼球連接的分開式轉(zhuǎn)向柱。 當發(fā)生第一次碰撞時，將連接上、下轉(zhuǎn)向軸的塑料銷釘切斷，下轉(zhuǎn)向軸便套在上轉(zhuǎn)向軸上向上滑動，如圖 (b)所示。因為鋼球的直徑稍大于上、下柱管之間隙，所以滑動中帶有對鋼球的擠壓，沖擊能量就在這種邊滑動邊擠壓的過程中被吸收。為此，一些汽車裝設(shè)了可調(diào)節(jié)式轉(zhuǎn)向柱，使駕駛員可以在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向盤位置。傾斜調(diào)整用鎖緊螺栓 5 穿過調(diào)整支架 7 上的長孔 3 和轉(zhuǎn)向管柱，螺栓的左端為左旋螺紋，調(diào)整手柄 4 即擰在該螺紋上。轉(zhuǎn)向軸分為上下兩段，二者通過花鍵連接。富康車采用的轉(zhuǎn)向盤高度可調(diào)節(jié)機構(gòu)的工作原理與此類似，如圖 (b)所示。 轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)的布置方式 本次設(shè)計 為微型車轉(zhuǎn)向系設(shè)計，將采用如圖 布置方式。各桿件之間都采用球形鉸鏈連接，并設(shè)有防止松動、緩沖吸振、自動消除磨損后的間隙等的結(jié)構(gòu)。 (a) 后置式 (b) 前置式 (c) 前 置式 1轉(zhuǎn)向器 2轉(zhuǎn)向搖臂 3轉(zhuǎn)向直拉桿 4轉(zhuǎn)向節(jié)臂 5轉(zhuǎn)向梯形臂 6轉(zhuǎn)向橫拉桿 圖 與非獨立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)示意圖 1) 轉(zhuǎn)向搖臂 如圖 所示為常見轉(zhuǎn)向搖臂的結(jié)構(gòu)形式，其大端具有三角細花鍵錐形孔，用以與轉(zhuǎn)向搖臂軸外端相連接，并用螺母固定；其小端帶有球頭銷，以便與轉(zhuǎn)向直拉桿做空間鉸鏈連接。 37 1轉(zhuǎn)向搖臂軸 2轉(zhuǎn)向搖臂 3球頭銷 圖 轉(zhuǎn)向搖臂 2) 轉(zhuǎn)向直拉桿 如圖 所示為解放 CA1092 型汽車的轉(zhuǎn)向直拉桿。拆裝時供球頭出入的直拉桿體上的孔口用油封墊的護套蓋住，以防止?jié)櫥鞒龊臀畚锴秩搿? 38 1端部螺塞 2球頭座 3壓縮彈簧 4彈簧座 8油嘴 6座塞 7直拉桿體 9轉(zhuǎn)向節(jié)臂球頭銷 10油封墊 11油封墊護套 12轉(zhuǎn)向搖臂 13球頭銷 圖 CA1092 型轉(zhuǎn)向直拉桿 3) 轉(zhuǎn)向橫拉桿 如圖 (a)所示為解放 CA1092 型汽車轉(zhuǎn)向橫拉桿，橫拉桿體用鋼管制成，其兩端切有螺紋，一端為右旋，一端為左旋，與橫拉桿接頭旋裝連接。 在橫拉桿兩端的接 頭上都裝有球頭銷等零件組成的球形鉸鏈。彈簧通過彈簧座壓向球頭座，以保證兩球頭座與球頭的緊密接觸，在球頭和球頭座磨損時能自動消除間隙，同時還起緩沖作用。 39 (a)轉(zhuǎn)向橫拉桿 (b)球頭銷 （ c）球頭座 1限位銷 2球頭座 3防塵罩 4防塵墊 5螺母 6開口銷 7夾緊螺栓 8橫拉桿體 11橫拉桿接頭 10球頭銷 12彈簧座 13彈簧 14螺塞 圖 CA1092 型汽車轉(zhuǎn)向橫拉桿 4) 轉(zhuǎn)向節(jié)臂和梯形臂 解放 CA1092 型汽車的轉(zhuǎn)向節(jié)臂和梯形臂如圖 所示 ,轉(zhuǎn)向橫拉桿通過轉(zhuǎn)向節(jié)臂與轉(zhuǎn)向節(jié)相連。 40 1左轉(zhuǎn)向梯形臂 2轉(zhuǎn)向節(jié) 3鎖緊螺母 4開口銷 5轉(zhuǎn)向節(jié)臂 6鍵 圖 CA1092 型汽車轉(zhuǎn)向節(jié)臂和梯形臂 與獨立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu) 當轉(zhuǎn)向輪采用獨立懸架時，由于每個轉(zhuǎn)向輪都需要相對于車架 (或車身 )作獨立運動，所以，轉(zhuǎn)向橋必須是斷開式的。 41 (a)(b)與循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器配用的轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu) (c)(d)與齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器配用的轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu) 1轉(zhuǎn)向搖臂 2轉(zhuǎn)向直拉桿 3左轉(zhuǎn)向橫拉桿 4右轉(zhuǎn)向橫拉桿 5左梯形臂