【正文】 下圖[2]包括轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向上、下軸、）、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)向拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)）等。 轉(zhuǎn)向輪應(yīng)具有自動(dòng)回正能力。 轉(zhuǎn)向系的效率 功率 P1 從轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出所求得的效率稱為轉(zhuǎn)向器的正效率，符號(hào)η +表示，反之稱為逆效率，用符號(hào)η 表示。它能 保證轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動(dòng)回正，既可以減輕駕駛員的疲勞，又可以提高行駛安全性。 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳 動(dòng)比 : （ ） 力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系 轉(zhuǎn)向阻力 Fw 與轉(zhuǎn)向阻力矩 Mr 的關(guān)系式： （ ） a 為主銷偏距。 傳動(dòng)副在中間及其附近位置因使用頻繁，磨損速度要比兩端快。 對(duì)轉(zhuǎn)向其結(jié)構(gòu)形式的選擇，主要是根據(jù)汽車的類型、前軸負(fù)荷、使用條件等來決定，并要考慮其效率特性、角傳動(dòng)比變化特性等對(duì)使用條件的適應(yīng)性以及轉(zhuǎn)向器的其他性能、壽命、制造工藝等。 本設(shè)計(jì)采用斜齒輪式方案。此外，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算齒輪的抗彎強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度 。而齒條選用與 20CrMnTi 具有較好匹配性的 40Cr 作為嚙合副，齒條熱處理采用高頻淬火工藝，表面硬度 HRC50～56。 齒輪與齒條的傳動(dòng)比 u , u 趨近于無窮 （ ） 所以 MPa 小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限 1000 MPa 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 210 所以 。為此，轉(zhuǎn)向梯形應(yīng)保證內(nèi)、外轉(zhuǎn)向車輪的理想轉(zhuǎn)角關(guān)系。為了保護(hù)橫拉桿免遭路面不平物的損傷，橫拉桿的位置應(yīng)盡可能布置得高些，至少不低于前軸高度。梯形底角γ min 70176。 設(shè)計(jì)的變量 本設(shè)計(jì)中，對(duì)轉(zhuǎn)向梯形有影響的因素中，主銷間距、軸距、最大外轉(zhuǎn)向角都是已知。 基于 Matlab 的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 了解 Matlab 功能與操作 了解 Matlab 的基本功能以及如何運(yùn)用。的初始角不能成為優(yōu)化區(qū)域。不至于得出來的結(jié)果跟初選傳動(dòng)比相差太大而影響齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)。允許采用中碳鋼 40 或 45 制造并經(jīng)高頻淬火處理，球銷的過渡圓角處則用滾壓工藝增強(qiáng)。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要部件 CATIA 三維設(shè)計(jì) 齒輪軸的三維設(shè)計(jì) 重點(diǎn)在于斜齒輪的輪齒畫法。通過本次的設(shè)計(jì)實(shí)踐，我把大學(xué)期間所學(xué)的所有專業(yè)知識(shí)都應(yīng)用，不僅大大的充實(shí)了自己的專業(yè)知識(shí)，而且還進(jìn)一步提高了自己整體專業(yè)水平，可以說本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是一分耕耘，一分收獲。 L input 39。 ub 1 *K。 theta 。 if alpha i pi/18 f i *abs beta i betae i else if alpha i pi/180。 B i 2*K*x 1 2*x 1 .^2*cos x 2 +alpha i 。 [x,resnorm] lsqnonlin 39。 theta theta*pi/180。 if alpha i pi/18 f i *abs beta i betae i else if alpha i pi/180。憑著自己四年來積累的機(jī)械相關(guān)知識(shí)，查閱圖書館汽車轉(zhuǎn)向系相關(guān)資料，以及互聯(lián)網(wǎng)中的中國機(jī)械 CAD論壇、中國汽車工程師之家論壇，為本次設(shè)計(jì)作了大量的資料收集。 CATIA 產(chǎn)品基于開放式可擴(kuò)展的 V5 架構(gòu)。 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的各元件間采用球形鉸接，球形鉸接的主要特點(diǎn)是能夠消除由于鉸接處的表而磨損而產(chǎn)生的間隙，也能滿足兩鉸接件間復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 ~176。的時(shí)候的輸出角隨輸入角變化時(shí)的實(shí)際值與期望值曲線。期望的函數(shù)值取轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的梯形臂每轉(zhuǎn)過一個(gè)小角度時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向角度的一個(gè)理想值。運(yùn)用 matlab 對(duì)其作設(shè)計(jì)，選擇優(yōu)化解。且 10176。 圖 整體式轉(zhuǎn)向梯形 1―轉(zhuǎn)向橫拉桿 2―轉(zhuǎn)向梯形臂 3―前軸 當(dāng)汽車前懸架采用非獨(dú)立懸架時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用整體式轉(zhuǎn)向梯形。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》 [4]查得， 60/100 。此外，在同時(shí)嚙合的齒對(duì)間，載荷的分配不是均勻的，即使在一對(duì)齒上，載荷也不可能沿接觸線均勻分布。 齒寬 32 22 齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)根據(jù)齒輪的尺寸，設(shè)計(jì)成齒輪軸形式，如圖 所示。本設(shè)計(jì)軸距為 L 2800 圖 轉(zhuǎn)角圖 可以得到外輪最大轉(zhuǎn)角 于是得轉(zhuǎn)向輪內(nèi)輪轉(zhuǎn)角 轉(zhuǎn)向器參數(shù)選取與計(jì)算 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的齒輪多數(shù)采用斜齒輪。 齒輪形式選擇 采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器采用直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合，則運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)降低，沖擊大，工作噪聲增加。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率很高（最高可達(dá) 90%～ 95%）[4]，操作輕便，使用壽命長。該間隙隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的大小不同而改變，并把這種變化關(guān)系稱為轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性（圖 ）。 傳動(dòng)比特性 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)比和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比。 轉(zhuǎn)向搖臂軸 的軸承采用滾針軸承比采用滑動(dòng)軸承可使正或逆效率提高約10%。轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)外車輪間的轉(zhuǎn)角協(xié)調(diào)關(guān)系是通過合理設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形來保證的。 一般來說，對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求如下： 合理設(shè)置傳動(dòng)比，使操縱輕便，轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比（方向盤轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角之比）和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比。 轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)部分：以齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器作為中心，分析其效率、齒輪軸和齒條的設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)校核、其他一些組件的設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)件選取。在西歐小客車中，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器有很大的發(fā)展。純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向器形式可以分為：齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。 在轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面。該系統(tǒng)是建立在機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，額外增加了一個(gè)液壓系統(tǒng)。目前解放、東風(fēng)也都在積極發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，并已在第二代換型車上普遍采用了 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)準(zhǔn)確、快速、平穩(wěn)地響應(yīng)駕駛員的轉(zhuǎn)向指令，轉(zhuǎn)向行使后或受到外界擾動(dòng)時(shí)，在駕駛員松開方向盤的狀態(tài)下，應(yīng)保證汽車自動(dòng)返回穩(wěn)定的直線行使?fàn)顟B(tài)。轉(zhuǎn)向輪的回正力來源于輪胎的側(cè)偏特性和車輪的定位參數(shù)。 正效率η +計(jì)算公式： 逆效率η 計(jì)算公式： 式中， P1 為作用在轉(zhuǎn)向軸上的功率； P2 為轉(zhuǎn)向器中的磨擦功率； P3 為作用在轉(zhuǎn)向搖臂軸上的功率。但是，在不平路面上行駛時(shí)，傳至轉(zhuǎn)向盤上的車輪沖擊力，易使駕駛員疲勞，影響安全行駕駛。 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 Fh 與作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩 Mh 的關(guān)系式： （ ） 式中為方向盤直徑 將式（ 210）、式（ 211）代入 后得到： （ ） 如果忽略磨 擦損失，根據(jù)能量守恒原理， 2Mr/Mh 可用下式表示 （ ） 將式（ ）代入式（ ）后得到： （ ） 當(dāng) a 和 Dsw 不變時(shí)，力傳動(dòng)比越大，雖然轉(zhuǎn)向越輕，但也越大，表明轉(zhuǎn)向不靈敏。在中間附近位置因磨損造成的間隙過大時(shí)，必須經(jīng)調(diào)整消除該處間隙。中、小型轎車以及前軸負(fù)荷小于 的客車、 貨車，多采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 齒條形式選擇 齒條斷 面形狀有圓形、 V 形和 Y 形三種。 正確嚙合條件：；； 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，齒輪齒條的主要參 齒輪齒條的主要參數(shù) 名稱 齒輪 齒條 齒數(shù) Z 7 31 模數(shù) Mn 壓力角 螺旋角 β 1 β 2 變位系數(shù) Xn 0 轉(zhuǎn)向時(shí)需要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力、轉(zhuǎn)向輪穩(wěn)定阻力（即轉(zhuǎn)向輪的回正力矩）、輪胎變形阻力以及轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦阻力矩。 軸承的選擇 軸承 1：角接觸球軸承 7004C GB/T2921994 軸承 2：角接觸球軸承 7001C GB/T2921994 轉(zhuǎn)向器的潤滑方式和密封類型的選擇 轉(zhuǎn)向器的潤滑方式：人工定期潤滑 潤滑脂：石墨鈣基潤滑脂（ ZBE3600288）中的 ZGS 潤滑脂。 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S 1，可得計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 1100MPa （ ） K ――接觸疲勞壽命系數(shù) 由此可得 所以，齒輪所選的參數(shù)滿足齒輪設(shè)計(jì)的齒面接觸疲勞強(qiáng)度要求。轉(zhuǎn)向梯形有整體式和斷開式兩種，選擇整體式或斷開式轉(zhuǎn)向梯形方案與懸架采用何種方案有聯(lián)系。 整體式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型分析 汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，受彈性輪胎側(cè)偏角的影響，所有車輪不是繞位于后軸沿長線上的點(diǎn)滾動(dòng)，而是繞位于前軸和后軸之間的汽車內(nèi)側(cè)某一點(diǎn)滾動(dòng)。 此外，由機(jī)械原理得知，四連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角δ不宜過小，通常取δ≥δ min＝ 40176。那么設(shè)計(jì)的變量就有轉(zhuǎn)向梯形的初始輸入角、轉(zhuǎn)向梯形的臂長。本次所用的軟件是 版本對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和優(yōu)化設(shè)計(jì)。經(jīng)過多次嘗試，可確定最適合的初始角區(qū)域?yàn)?66176。 圖 當(dāng) l 時(shí)。球形鉸接的殼體則用 鋼 35 或 40 制造。主要思路如下建立圓柱體― 在圓柱體一端面畫輪齒的輪廓― 投影到另一個(gè)端面再旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度― 通過 Multisection Solid 功能完成單齒三維構(gòu)造― 圓形陣列 圖 齒輪軸 齒條的三維設(shè)計(jì) 齒條的設(shè)計(jì)主要是輪齒造型以及陣列。 綜合題目要求，對(duì)課題轉(zhuǎn)向器進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，遵循需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)這一程序，從結(jié)構(gòu)選型到結(jié)構(gòu)布局，再到 具體零件尺寸的設(shè)計(jì)都依照前一階段的流程模型和機(jī)械設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。輸入軸距單位（ mm） L 39。 ub 2 pi/2。 x 1 input 39。 f i abs beta i betae i else f i *abs beta i betae i end end end plot alpha,beta,alpha,betae 。 A i 2*x 1 .^2*sin x 2 +alpha i 。,1e6 。 。 beta i x 2 +theta i pi。汽車相關(guān)的機(jī)構(gòu)方面知識(shí)最終還是回歸到機(jī)械設(shè)計(jì)范疇。 模塊化的 CATIA 系列產(chǎn)品旨在滿足客戶在產(chǎn)品開發(fā)活動(dòng)中的需要，包括風(fēng)格和外型設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、設(shè)備與系統(tǒng)工程、管理數(shù)字樣機(jī)、機(jī)械加工、分析和模擬。 轉(zhuǎn)向傳送機(jī)構(gòu)的臂、桿與球銷 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的桿件應(yīng)選用剛性好、質(zhì)量小的 30 或 35 號(hào)鋼的無縫鋼管制造，其沿長度方向的外形可根據(jù)總布 置的需要確定。初選角傳動(dòng)比為20 時(shí)，轉(zhuǎn)向盤總?cè)?shù)為 圈，也就是說輸入角從 0176。 ，圖 為初始角 85176。由此統(tǒng)計(jì)，找出比較合適的優(yōu)化解。通過以 上的數(shù)學(xué)模型。 考慮到多數(shù)使用工況下轉(zhuǎn)角θ o 小于 20176。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，汽車前束調(diào)整容易，制造成本低；主要缺點(diǎn)是一側(cè)轉(zhuǎn)向輪上、下跳動(dòng)時(shí)，會(huì)影響另一側(cè)轉(zhuǎn)向輪。 2 ； ； 1 畫軸的受力簡圖 圖 軸的受力簡圖 2 計(jì)算支承反力 在垂直面上 在水平面上 3 畫彎矩圖 見圖 在水平面上， aa 剖面左側(cè)、右側(cè) 在垂直面上， aa 剖面左側(cè) aa 剖面右側(cè) 4. 合成彎矩， aa 剖面左側(cè) aa 剖面右側(cè) 4 畫轉(zhuǎn)矩圖（見圖 ） 轉(zhuǎn)矩 顯然， aa 截面左側(cè)合成彎矩最大、扭矩為 T，該截面左側(cè)可能是危險(xiǎn)剖面。沿齒面接觸線單位長度上的平均載荷 P（單位為 N/mm）為 P （ ） 式中 Fn ――作用在齒面接觸線上的法向載荷 L ――沿齒面的接觸線長，單位 mm 法向載荷 Fn 為公稱載荷，在實(shí)際傳動(dòng)中，由于齒輪的制造誤差，特別是基節(jié)誤差和齒形誤差的影響，會(huì)使法 面載荷增大。（右旋） 12176。 據(jù)此，由圖 得轉(zhuǎn)向輪外輪最大轉(zhuǎn)角 式中 a 為主銷偏移距，通常乘用車的 a 值在 ― 倍輪胎的胎面寬度尺寸范圍內(nèi)選取，而貨車 a 值在 40mm― 60mm 范圍內(nèi)選取 [4]，本設(shè)計(jì)為中型轎車，選取主銷偏距為 100mm L 為