【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 自轉(zhuǎn)，銷(xiāo)子的工作部位基本保持不變，所以磨損快、工作效率低。旋轉(zhuǎn)銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器的效率高、磨損慢，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 要求搖臂軸有較大的轉(zhuǎn)角時(shí)，應(yīng)該采用雙銷(xiāo)式結(jié)構(gòu)。雙銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器在直線行駛區(qū)域附近，兩個(gè)銷(xiāo)子同時(shí)工作，可降低銷(xiāo)子上的負(fù)荷，減少磨損。當(dāng)一個(gè)銷(xiāo)子脫離嚙合狀態(tài)是，另一個(gè)銷(xiāo)子要承受全部作用力，而恰恰在此位置，作用力達(dá)到最大值，所以設(shè)計(jì)師要注意核算其強(qiáng)度。雙銷(xiāo)與單銷(xiāo)蝸桿指銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器比較，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸和質(zhì)量大，并且對(duì)兩主銷(xiāo)間的位置精度、蝸桿上螺紋槽的形狀及尺寸 精度等要求高。此外，傳動(dòng)比的變化特性和傳動(dòng)間隙特性的變化受限制。 蝸桿指銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器應(yīng)用較少。 轉(zhuǎn)向盤(pán)的尺寸及布置 轉(zhuǎn)向盤(pán)有輪轂、輪緣和輪輻組成。采用最大直徑的轉(zhuǎn)向盤(pán)，會(huì)使駕駛員進(jìn)出駕駛室感到困難；若采用較小直徑的轉(zhuǎn)向盤(pán)，則在轉(zhuǎn)向時(shí)要求駕駛?cè)藛T施加較大的力量。轉(zhuǎn)向盤(pán)布置過(guò)高會(huì)影響人對(duì)道路和儀表盤(pán)的視野；轉(zhuǎn)向盤(pán)布置過(guò)低，則在操縱離合器、制動(dòng)踏板時(shí)影響駕駛?cè)藛T腿部的動(dòng)作。在選擇轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑時(shí)，應(yīng)考慮與汽車(chē)的類(lèi)型和大小相適應(yīng)。乘用車(chē)、小型客車(chē)、小型商用車(chē)的轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑參考直徑為 400mm；中型客車(chē)、中型商用車(chē)的轉(zhuǎn) 向盤(pán)參考直徑為 450mm 或者 500mm；大型客車(chē)和大型商用車(chē)的轉(zhuǎn)向盤(pán)參考直徑為 550mm。 轉(zhuǎn)向軸的防傷安全措施 根據(jù)交通事故統(tǒng)計(jì)資料和對(duì)汽車(chē)碰撞試驗(yàn)結(jié)果的分析表明：汽車(chē)在正面碰撞時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)、轉(zhuǎn)向管柱和轉(zhuǎn)向器是使駕駛員受傷的主要元件。因此，要求汽車(chē)在以 48km/h的速度、正面同其他物體碰撞的試驗(yàn)中，轉(zhuǎn)向管柱和轉(zhuǎn)向軸后移量在水平方向上不得大于 127mm；在臺(tái)架試驗(yàn)中，用人體模型的軀干以 ，作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)的水平力不得超過(guò) 11123N，見(jiàn) GB115571998。為此，需要在轉(zhuǎn)向 系中設(shè)計(jì)安裝能吸收沖擊能量的機(jī)構(gòu)，或者采取能減輕駕駛員受傷程度的措施。吸收能量的方 12 法是使有關(guān)的轉(zhuǎn)向系零件在撞擊時(shí)產(chǎn)生塑性變形、彈性變形或摩擦等來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)轉(zhuǎn)向軸采用萬(wàn)向節(jié)連接的結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)合理布置保證在汽車(chē)正面碰撞時(shí)，防止轉(zhuǎn)向軸等向車(chē)身內(nèi)移動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)雖然不能吸收碰撞能量，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要萬(wàn)向節(jié)連接的兩軸之間存在夾角，正面撞車(chē)后轉(zhuǎn)向盤(pán)沒(méi)有后移便不會(huì)影響駕駛員安全。轉(zhuǎn)向軸上設(shè)置有萬(wàn)向節(jié)不僅提高安全性，而且有利于使轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向器在汽車(chē)上得到合理布置，提高了操縱方便性，拆裝容易。 由于齒 輪齒條式轉(zhuǎn)向器逆效率高 （ 60%～ 70%），汽車(chē)在不平路面上行駛時(shí)發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面間沖擊力的大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤(pán)，反沖現(xiàn)象會(huì)使駕駛員緊張，并難以控制汽車(chē)行駛方向，轉(zhuǎn)向盤(pán)突然轉(zhuǎn)動(dòng)又會(huì)造成 “打手 ”，同時(shí)對(duì)駕駛員造成傷害。 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器正效率低，工作齒面磨損后調(diào)整嚙合間隙比較困難，傳動(dòng)比不能變化。 固定銷(xiāo)蝸桿指銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，但因銷(xiāo)不能自轉(zhuǎn)，指銷(xiāo)工作部位基本不變，所以磨損快、工作效率低。旋轉(zhuǎn)銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器的效率高、磨損小，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。雙銷(xiāo)式的結(jié)構(gòu)較單銷(xiāo)式復(fù)雜，尺寸及質(zhì)量也較大，且對(duì)兩指銷(xiāo)間的位置精度、 蝸桿上螺紋槽的形狀及尺寸精度要求較高，角傳動(dòng)比的變化特性及傳動(dòng)間隙特性的變化也受到限制。 根據(jù)原始數(shù)據(jù)：滿載時(shí)前軸軸荷： 1940kg 前輪氣壓： 350kPa，輪胎和路面間滑動(dòng)摩擦系數(shù)： f = ，搖臂擺角： ?? 177。 42176。 ，要求傳動(dòng)比設(shè)計(jì)成 20 左右， 最大搖臂輸出力矩： 1500Nm。 綜合上述各種形式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選取循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為設(shè)計(jì)方案。 本章主要事對(duì)轉(zhuǎn)向器的基本結(jié)構(gòu)形式的選擇， 通 過(guò)對(duì)目前各種形式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析 比較 ， 綜合 考慮， 采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為設(shè)計(jì)方案。 13 第 3 章 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的參數(shù)分析與確定 轉(zhuǎn)向系的主要性能有轉(zhuǎn)向系的效率、轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比與力傳動(dòng)比、轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙特性、轉(zhuǎn)向系的剛度以及轉(zhuǎn)向盤(pán)的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)。 轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定 為了保證行駛安全，組成轉(zhuǎn)向系的各零件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。欲驗(yàn)算轉(zhuǎn)向系零件的強(qiáng)度，需首先確定作用在各零件上的力。影響這些力的主要因素有轉(zhuǎn)向軸的負(fù)荷、路面阻力和輪胎氣壓等。為轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主 銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力、車(chē)輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦阻力等。 精確地計(jì)算出這些力是困難的。為此推薦用足夠精確的半經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算汽車(chē)在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩 Mn（ Nmm） pGfM R313? （ ） 式中 ： f —— 輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)，一般取 f =； 1G —— 轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷 （ N） ； p —— 輪胎氣壓 （ MPa） 。 將 原始數(shù)據(jù) 代入公式（ ）得， RM = 753542 （ Nmm） 。 作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的手力為 ?? ?wSW Rh iDL MLF 2 12 （ ）式中 ：1L—— 轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)； 2L—— 轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng) ，1L = 2L； SWD —— 轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑 ，根據(jù)汽車(chē)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)手冊(cè)，取 Dsw= 550mm； wi —— 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比 ，一般取 wi =20； ?? —— 轉(zhuǎn)向器正效率 ，一般取 ?? =。 14 根據(jù)公式（ ），代入?yún)?shù)得， Fk = 357 N。 對(duì)給定的汽車(chē)，用式計(jì)算出來(lái)的作用力是最大值。因此，可以用此值作為計(jì)算載荷。然而，對(duì)于前軸負(fù)荷大的重型貨車(chē)，用上式計(jì)算的力往往超過(guò)駕駛員生理上的可能，在此情況下對(duì)轉(zhuǎn)向器和動(dòng)力轉(zhuǎn)向器動(dòng)力缸以前零件的計(jì)算載荷，應(yīng)取駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)輪緣上的最大瞬時(shí)力，此力為 700N。 根據(jù)汽車(chē)的前軸負(fù)荷來(lái)選取循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器齒扇齒模數(shù) 1G = 1940? = 19012 N 表 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器齒扇齒模 齒扇齒模數(shù)m/mm 3． 0 3． 5 4． 0 4． 5 5． 0 6． 0 6． 5 轎 車(chē) 排量 /mL 500 1000～ 1800 1600～ 2020 2020 2020 前軸負(fù)荷 /N 3500～3800 4700～ 7350 7000～ 9000 8300～11000 10000～11000 貨車(chē) 和大 客車(chē) 前軸負(fù)荷 /N 3000～ 5000 4500～ 7500 5500～ 18500 7000～ 19500 9000～ 24000 17000～37000 23000～ 44000 最大裝載質(zhì)量 /kg 350 1000 2500 2700 3500 6000 8000 因?yàn)槭秦涇?chē) ， 所以 m = 。 轉(zhuǎn)向器的效率 功率 1P 從轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出所求得的效率稱(chēng)為正效率，用符號(hào) ?? 表示 。 121 /)( PPP???? （ ） 反之稱(chēng)為逆效率，用符號(hào) ?? 表示 。 123 /)( PPP???? （ ） 式中 ： 2P —— 轉(zhuǎn)向器中的摩擦功率； 15 3P —— 作用在轉(zhuǎn)向搖臂軸上的功率。 為了保證轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)輕便，要求正效率高。為了保證汽車(chē)轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤(pán)能自動(dòng)返回到直線行駛位置，又需要有一定的逆效率。為了減輕在不平路面上行駛時(shí)駕駛員的疲勞，車(chē)輪與路面之間的作用 力傳至轉(zhuǎn)向盤(pán)上要盡可能小，防止打手又要求此逆效率盡可能低。 轉(zhuǎn)向器的正效率 ?? 影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有：轉(zhuǎn)向器的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。 轉(zhuǎn)向器類(lèi)型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與效率 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(xiāo)式特別是固定銷(xiāo)和蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的正效率要明顯的低些。 同一類(lèi)型轉(zhuǎn)向器，因結(jié)構(gòu)不同效率也不一樣。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、圓錐滾子軸承和球軸承等三種結(jié)構(gòu)之一。第一種結(jié)構(gòu)除 滾輪與滾針之間有摩擦損失外，滾輪側(cè)翼與墊片之間還存在滑動(dòng)摩擦損失，故這種轉(zhuǎn)向器的效率 ?? 僅有 54％。另外兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器效率，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分別為70％和 75％。 轉(zhuǎn)向搖臂軸軸承的形式對(duì)效率也有影響，用滾針軸承比用滑動(dòng)軸承可使正或逆效率提高約 10％。 轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率 如果忽略軸承和其它地方的桿類(lèi)轉(zhuǎn)向器，其效率可用下式計(jì)算摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，對(duì)于蝸桿和螺 ）（ ???? ??? 0 0tan tan （ ） 式中 ： 0? —— 蝸桿 （ 或螺桿 ） 的螺線導(dǎo)程角； ? —— 摩擦角， farctan?? ； f —— 摩擦因數(shù) ，取 f = 。 ? = ?? = 16 轉(zhuǎn)向器逆效率 ?? 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。 路面作用在車(chē)輪上的力，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向系可大部分傳遞到轉(zhuǎn)向盤(pán)，這種逆效率較高的轉(zhuǎn)向器屬于可逆式。它能保證轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤(pán)自動(dòng)回正。這既減輕了駕駛員的疲勞，又提高了行駛安全性。但是，在不平路面上行駛時(shí)，車(chē)輪受到的沖擊力，能大部分傳至轉(zhuǎn)向盤(pán)，造成駕駛員 “打手 ，使之精神狀態(tài)緊張，如果長(zhǎng)時(shí)間在不平路面上行駛，易使駕駛員疲勞，影響安全駕駛。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。 不可逆式轉(zhuǎn)向器，是指車(chē)輪受到的沖擊力不能傳到轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)向 器。該沖擊力由轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件承受，因而這些零件容易損壞。同時(shí)，它既不能保證車(chē)輪自動(dòng)回正，駕駛員又缺乏路面感覺(jué)，因此，現(xiàn)代汽車(chē)不采用這種轉(zhuǎn)向器。 極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于上述兩者之間。在車(chē)輪受到?jīng)_擊力作用時(shí)，此力只有較小一部分傳至轉(zhuǎn)向盤(pán)。它的逆效率較低，在不平路面上行駛時(shí)，駕駛員并不十分 緊張，同時(shí)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件所承受的沖擊力也比不可逆式轉(zhuǎn)向器要小。 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 00tantan ? ??? ）（ ??? （ ） 式 （ ） 和式 （ ） 表明：增加導(dǎo)程角 0? ，正、逆效率均增大。受??增大的影響 。 0? 不宜取得過(guò)大。當(dāng)導(dǎo)程角小于或等于摩擦角時(shí)，逆效率為負(fù)值或者為零，此時(shí)表明該轉(zhuǎn)向器是不可逆式轉(zhuǎn)向器。為此，導(dǎo)程角必須大于摩擦角。通常螺線導(dǎo)程角選在 8186?！?10186。之間。 0? = 8186。 ?? = 傳動(dòng)比的變化特性 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 0?i 和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比 pi 。 從輪胎接地面中心作用在兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪上的合力 2 wF 與作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的手力 hF 17 之比，稱(chēng)為力傳動(dòng)比，即 Pi =2 wF / hF （ ） 轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 w? 與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度 k? 之比，稱(chēng)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(pán)轉(zhuǎn)角增量； kd?—— 轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角 增量； td —— 時(shí)間增量。 它又由轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比 ?i 和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比 39。wi 所組成，即 39。0 ??? iii ? 。 搖臂軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 p? 與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度 k? 之比，稱(chēng)為轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比?39。i kpkpkp ddtdi ??????? /39。 （ ） 傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳 動(dòng)比的關(guān)系 輪胎與地面之間的轉(zhuǎn)向阻力 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 —— 主銷(xiāo)偏移距，指從轉(zhuǎn)向節(jié)主銷(xiāo)軸線的延長(zhǎng)線與支承平面的交點(diǎn)至車(chē)輪中心平面與支承平面交線間的距離。 作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的手力 hF 可用下式表示 swhh DMF 2? （ ） 式中 ： hM —— 作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的力矩； swD —— 轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑。 18 將式 （ ） 、式 （ ） 代入 hwF FFi /2? 后得到 aMDMi h swrp ? （ ） 分析式 （ ） 可知，當(dāng)主銷(xiāo)偏移距 a 小時(shí)，力傳動(dòng)比 Fi 應(yīng)取大些才能保證轉(zhuǎn)向輕便。通常轎車(chē)的 a 值在 ～ 倍輪胎的胎面寬度尺寸范圍內(nèi)選取，而貨車(chē)的 a 值在40～ 60mm 范圍內(nèi)選取。轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑 swD 根據(jù)車(chē)型不同在 JB4505—86 轉(zhuǎn)向盤(pán)尺寸標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的系列內(nèi)選取。 如果忽略摩擦損失，根據(jù)能量守恒原理， hr MM /2 可用下式表示 02 ????? iddMM khr