【文章內(nèi)容簡介】 拉桿和前梁共同構(gòu)成 ，如圖 。 圖 與非獨立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)示意圖 2． 轉(zhuǎn)向搖臂 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器通過轉(zhuǎn)向搖臂與轉(zhuǎn)向直拉桿相連。轉(zhuǎn)向搖臂的大端用錐形三角細(xì)花鍵與轉(zhuǎn)向器中搖臂軸的外端連接，小端通 過球頭銷與轉(zhuǎn)向直拉桿作空間鉸鏈連接 ，如圖 。 3． 轉(zhuǎn)向直拉桿 轉(zhuǎn)向直拉桿是轉(zhuǎn)向搖臂與轉(zhuǎn)向節(jié)臂之間的傳動桿件，具有傳力和緩沖作用。在轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)且因懸架彈性變形而相對于車架跳動時，轉(zhuǎn)向直拉桿與轉(zhuǎn)向搖臂及轉(zhuǎn)向節(jié)臂的相對運(yùn)動都是空間運(yùn)動，為了不發(fā)生運(yùn)動干涉，三者之間的連接件都是球形鉸鏈 ，如圖 。 圖 轉(zhuǎn)向搖臂示意圖 19 圖 轉(zhuǎn)向直拉桿示意圖 4． 轉(zhuǎn)向橫拉桿 轉(zhuǎn)向橫拉桿是轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的底邊，由橫拉桿體和旋裝在兩端 的橫拉桿接頭組成。其特點是長度可調(diào)，通過調(diào)整橫拉桿的長度，可以調(diào)整前輪前束 ，如圖 。 與獨立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu) 當(dāng)轉(zhuǎn)向輪采用獨立懸架時，為了滿足轉(zhuǎn)向輪獨立運(yùn)動的需要，轉(zhuǎn)向橋是斷開式的，轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)向梯形也必須斷開。與獨立懸架配用的多數(shù)是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向器布置在車身上，轉(zhuǎn)向橫拉桿通過球頭銷與齒條及轉(zhuǎn)向節(jié)臂相連。 20 圖 解放 CA1091型汽車轉(zhuǎn)向橫拉桿 9.懸架右擺臂 圖 斷開式轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)示意圖 轉(zhuǎn)向梯形的選擇 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關(guān)。無論采用哪一種方案，都必須正確選擇轉(zhuǎn)向梯形參數(shù)，做到汽車轉(zhuǎn)彎時，保證全部車輪繞一個瞬時轉(zhuǎn)向中心行駛，使在不同圓周上運(yùn)動的車輪，作無滑動的純滾動運(yùn)動。同時，為達(dá)到總體布置要求的最小轉(zhuǎn)彎直徑值，轉(zhuǎn)向輪應(yīng)有足夠大的轉(zhuǎn)角。本設(shè)計中由于采用的是非獨立式懸架，應(yīng)當(dāng)選用與 之配用的整體式轉(zhuǎn)向梯形。 整體式轉(zhuǎn)向梯形 整體式轉(zhuǎn)向梯形是由轉(zhuǎn)向橫拉桿 轉(zhuǎn)向梯形臂 2 和汽車前軸 3 組成，如下圖所示。 21 圖 整體式轉(zhuǎn)向梯形 其中梯形臂呈收縮狀向后延伸。這種方案的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整前束容易，制造成本低；主要缺點是一側(cè)轉(zhuǎn)向輪上、下跳動時，會影響另一側(cè)轉(zhuǎn)向輪。 當(dāng)汽車前懸架采用非獨立式懸架時，應(yīng)當(dāng)采用整體式轉(zhuǎn)向梯形。整體式轉(zhuǎn)向梯形的橫拉桿可位于前軸后或者前軸前（稱為前置梯形）。對于發(fā)動機(jī)位置低或前輪驅(qū)動 汽車，常采用前置梯形。前置梯形的梯形臂必須向前外側(cè)方向延伸，因而會與車輪或制動底版發(fā)生干涉，所以在布置上有困難。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。 斷開式轉(zhuǎn)向梯形 轉(zhuǎn)向梯形的橫拉桿做成斷開的，稱之為斷開式轉(zhuǎn)向梯形。斷開式轉(zhuǎn)向梯形的主要優(yōu)點是它與前輪采用獨立懸架相配合，能夠保證一側(cè)車輪上、下跳動時，不會影響另一側(cè)車輪。與整體式轉(zhuǎn)向梯形比較，由于其桿系、球頭增多，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜；制造成本高；并且調(diào)整前束比較困難。 橫拉桿上斷開點的位置 與獨立懸架形式有關(guān)。采用 雙橫臂獨立懸架，常用圖解法 (基于三心定理 )確定斷 開點的位置。其求法如下 ： 1)延長 BKB 與 AKA ，交于立柱 AB 的瞬心 P 點， 由 P 點作直線 PS。 S 點為轉(zhuǎn)向節(jié)臂球銷中心在懸架桿 件 (雙橫臂 )所在平面上的投影。當(dāng)懸架搖臂的軸線斜 置時，應(yīng)以垂直于搖臂軸的平面作為當(dāng)量平面進(jìn)行投影和運(yùn)動分析。 2)延長直線 AB 與 BAKK ，交于 ABQ 點，連 ABPQ 直線。 22 3)連接 S 和 B 點，延長直線 SB。 4)作直線 BSPQ ，使直線 ABPQ 與 BSPQ 間夾角等于直線 APK 與 PS 間的夾角。當(dāng)S 點 低于 A 點時， BSPQ 線應(yīng)低于 ABPQ 線。 5)延長 PS 與 BBSKQ ，相交于 D 點，此 D 點便是橫拉桿鉸接點 (斷開點 )的理想的位 置。 圖 斷開式轉(zhuǎn)向梯形 以上是在前輪沒有轉(zhuǎn)向的情況下，確定斷開點 D 位置的方法。此外，還要對車輪向左轉(zhuǎn)和向右 轉(zhuǎn)的幾種不同的工況進(jìn)行校核。圖解方法同上，但 S 點的位置變了；當(dāng)車輪轉(zhuǎn)向時，可認(rèn)為 S 點沿 垂直于主銷中心線 AB 的平面上畫弧 (不計主銷后 傾角 )。如果用這種方法所得到的橫拉桿長度在不 同轉(zhuǎn)角下都相同或十分接近，則不僅在汽車直線行駛時，而且在轉(zhuǎn)向時，車輪的跳動都不會對轉(zhuǎn)向產(chǎn)生影響。雙橫臂互相平行的懸架能滿足此要求，見圖 和 c。 23 圖 斷開點的確定 本章小結(jié) 本章對轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，由于本設(shè)計選用的是非獨立式懸架，因此選用與非獨立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向梯形也選用與之配用的整體式轉(zhuǎn)向梯形，為下一章的整體式轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計做準(zhǔn)備。 第 5 章 轉(zhuǎn)向系的設(shè)計計算 本設(shè)計主要參照東風(fēng) EQ1061T502 輕型貨車，其基本參數(shù)為：兩軸式 4? 2 驅(qū)動平 24 頭貨車，最高車速 115km/h,裝載質(zhì)量 3t，最小轉(zhuǎn)彎直徑不大于 14m，最大爬坡度不小于 。 轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)型式選擇及其設(shè)計計算 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器又有兩種結(jié)構(gòu)型式，即常見的循環(huán)球 齒條齒扇式和另一種即循環(huán)球 曲柄銷式。它們各有兩個傳動副，前者為：螺桿、鋼球和螺母傳動副以及螺母上的齒條和搖臂軸上的齒扇傳動副；后者為螺桿、鋼球和螺母傳動副以及螺母上的銷座與搖臂軸的錐銷或球銷傳動副。兩種結(jié)構(gòu)的調(diào)整間隙方法均是利用調(diào)整螺栓移動搖臂軸來進(jìn)行調(diào)整。 本設(shè)計選用的循環(huán)球 齒條齒扇式轉(zhuǎn)向器。 螺桿 — 鋼球 — 螺母傳動副的設(shè)計 表 各類汽車循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的齒扇模數(shù) 齒扇模數(shù) /mmm 乘用車 排量 /mL 550 1000 1600 2020 2020 一一 一一 前橋負(fù)荷/kN 一一 一一 商用車 前橋負(fù)荷/kN 24 最大裝載質(zhì)量 /kg 350 1000 2500 2700 4000 6000 8000 由設(shè)計要求可知最大裝載質(zhì)量為 3000kg，由前面的整體設(shè)計知滿載時：前軸負(fù)荷為 ，即 22020N，所以根據(jù)表 ，齒扇模數(shù)選 。 （ 1） 鋼球中心距 D、螺桿外徑 D1和螺母內(nèi)徑 D2 鋼球 中心距是基本尺寸。螺桿外徑 D1，螺母內(nèi)徑 D2 及鋼球直徑 d 對確定鋼球中 表 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要參數(shù) 齒扇模數(shù)/mm 25 搖臂軸直徑 /mm 22 26 30 32 32/35 38/40 42/45 鋼球中心距 /mm 20 23/25 25 28 60/32 35 40 螺桿外徑/mm 20 23/25 25 28 29 34 38 鋼球直徑/mm 56 螺距 /mm 38 工作圈數(shù) 環(huán)流行數(shù) 2 螺母長度/mm 41 45/52 46/47 58 56/59/ 62 72/78 80/82 齒扇齒數(shù) 3/5 5 齒扇整圓齒數(shù) 12/13 13 13/14/15 齒扇壓力角 22176。 30′ /27176。 30′ 切削角 6176。 30′ 6176。 30′ 7176。 30′ 齒扇寬 /mm 22/25 25/27 25/28 30 28~32 30/34/38 35/38 心距 D 的大小有影響，而 D 又對轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)尺寸和強(qiáng)度有影響。在保證足夠的強(qiáng)度條件下，盡可能將 D 值取小些。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（表 ）。 設(shè)計時先參考同類汽車的參數(shù)進(jìn)行初選，經(jīng)強(qiáng)度驗算后，再進(jìn)行修正。螺桿外 26 徑 D1 通常在 20~38 范圍內(nèi)變化，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷的不同來選定。螺母內(nèi)徑 D2 應(yīng)大于 D1，一般要求 D2 D1=（ 5%~ 10%） D。 根據(jù)表 ，本設(shè)計初選鋼球中心距為 32mm，螺桿外徑 29mm， D2D1=8%D，所以螺母內(nèi)徑 D2 為 32mm。 （ 2） 鋼球直徑 d 及數(shù)量 n 鋼球直徑尺寸 d 取得大，能提高承載能力，同時螺桿和螺母傳動機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向器的尺寸也隨之增加。鋼球直徑應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)一般常在 7~ 9mm 范圍內(nèi)選用（表）。 增加鋼球數(shù)量 n，能提高承載能力，但是鋼球流動性變壞，從而使傳動效率降低。因為鋼球直徑本身有誤差，所以共同參加工作的鋼球數(shù)量并不是全部的鋼球數(shù)。經(jīng)驗表明，每個環(huán)路中的鋼球數(shù)以不超過 60 為好。為保證盡可能多的 鋼球都承載，應(yīng)分組裝配。每個環(huán)路中的鋼球數(shù)為 0c o sD W D Wn dd????? （ ） 式中， D 為鋼球中心距； W 為一個環(huán)路中那個的鋼球工作圈數(shù)； n 為不包括環(huán)流導(dǎo)管中的鋼球數(shù)； 0? 為螺線導(dǎo)程角，常取 0? =5176。 ~8176。，故 0cos? ? 1。 本設(shè)計中鋼球直徑 d=，工作圈數(shù) W=，由公式（ ）可得鋼球數(shù) n 為36。 （ 3） 滾道截面 當(dāng)螺桿和螺母的滾道截面各由兩條圓弧組成，形成四段圓弧滾道截面時，如圖 所示，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。圖 中滾道與鋼球之間的間隙，除用來儲存潤滑油之外，還能儲存磨損雜質(zhì)。為了減少摩擦，螺桿和螺母溝槽的半徑 cr 應(yīng)大于鋼球半徑 d/2，一般取 cr =（ ~） d。螺桿滾道應(yīng)倒角，用來避免該處被嚙出毛刺而劃傷鋼球后降低傳動效率。 本設(shè)計取 cr ==。 27 圖 滾道截面示意圖 （ 4） 接觸角 ? 鋼球與螺桿滾道接觸點的正壓力方向與螺桿滾道法向截面軸線間的夾角稱為接觸角 ? ， ? 角多取為 45176。，以使軸向力和徑向力分配均勻。 本設(shè)計 ? 取為 45176。 （ 5） 螺距 P 和螺旋線導(dǎo)程角 0? 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動 ? 角，對應(yīng)螺母移動的距離 s 為 /2sP??? （ ） 式中， P 為螺紋螺距。 與此同時，齒扇節(jié)圓轉(zhuǎn)過的弧長等于 s，相應(yīng)搖臂轉(zhuǎn) 過 P? 角，期間關(guān)系為 Psr?? （ ） 式中， r 為齒扇節(jié)圓半徑。 聯(lián)立式（ ）、（ ）得 2/PrP??? ? ，將 ? 對 P? 求導(dǎo)，得循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器角傳動比 wi 為 2/wi r P?? （ ） 28 由式（ ）可知，螺距 P 影響轉(zhuǎn)向器角傳動比的值。螺距 P 一般在 8~ 11mm內(nèi)選取。 本設(shè)計選取螺距 P 為 10mm。 在已知螺旋線導(dǎo)程角 0? 和螺距 t 的情況下，鋼球中心距 D 也可由下式求得： 0tanPD ??? （ ） 式中 P — 螺桿與螺母滾道的螺距； 0? — 螺線導(dǎo)程角。 因此根據(jù)式（ ）反推出螺旋線導(dǎo)程角 0? 為 6176。 根據(jù)式（ ）得節(jié)圓半徑 mmpir w ?? ? （ 6） 工作鋼球圈數(shù) W 多數(shù)情況下，轉(zhuǎn)向器用兩個環(huán)路，而每個環(huán)路的工作鋼球圈數(shù) W 又與接觸強(qiáng)度有關(guān)：增加工作鋼球圈數(shù)，參加工作的鋼球數(shù)增多，能降低接觸應(yīng)力，提高承載能力；但鋼球受力不均勻。螺桿增長使剛度降低。工作鋼球圈數(shù)有 和 圈兩種。一個環(huán)路的工作鋼球圈數(shù)的選取見表 本設(shè)計選取工作鋼球圈數(shù) W 為 圈。 （ 7） 導(dǎo)管內(nèi)徑 1d 容納鋼球而且鋼球在其內(nèi)部流動的導(dǎo)管內(nèi)徑 1d d e??,式中， e 為鋼球直徑 d 與導(dǎo)管內(nèi)徑之間的間隙。 e 不易過大，否則鋼球流經(jīng)導(dǎo)管時球心偏離導(dǎo)管中心的距離增大，并使流動阻力增大。推薦 ~ mm? 。導(dǎo)管壁厚取為 1mm。 本設(shè)計選取 e 為 ，所以導(dǎo)管內(nèi)徑為 。 齒條、齒扇傳動副的設(shè)計 首先分析轉(zhuǎn)向器的傳動間隙，既齒扇和齒條之間的間隙。該間隙隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角 ?的大小不同而改變，這種變化關(guān)系稱為轉(zhuǎn)向器傳動副傳動間隙特性。研究該特性的意義在于，他與直線行駛的穩(wěn)定性 和轉(zhuǎn)向器的使用壽命有關(guān)。 轉(zhuǎn)向器傳動副在中間及其附近位置因使用頻繁，磨損速度要比兩端快。在中間附近位置因磨損造成的間隙大到無法確保直線行駛穩(wěn)定性時，必須經(jīng)調(diào)整