【文章內容簡介】 的轉向齒輪常與轉向橫拉桿做成一體的齒條組成。與其它形式轉向器比較，齒輪齒條式轉向器最主要的優(yōu)點是：結構簡單、緊湊；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉向器的質量比較??；傳動效率高達 90％；齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙后，利用裝在齒條背部、靠近主動小齒 輪處的壓緊力可以調節(jié)的彈簧，可自動消除齒間間隙，這不僅可以提高轉向系統(tǒng)的剛度，還可以防止工作時產(chǎn)生沖擊和噪聲；轉向器占用的體積?。粵]有轉向搖臂和直拉桿，所以轉向輪轉角可以增大；制造成本低；轉向機構總成完全封閉 ,可免于維護；因齒輪和齒條直接嚙合 ,操縱靈敏性非常高。 特別適于與燭式和麥弗遜式懸架配用，便于布置等優(yōu)點。 因此，目前它在轎車、微型、輕型貨車上得到廣泛的應用。例如 ,一汽的紅旗 CA7220型轎車、奧迪 100 型轎車、捷達轎車、上海桑塔納轎車、天津夏利轎車以及天津 TJ1010 型微型貨車和南京依維柯輕型貨車等， 都采用了這種齒輪齒條式轉向器。 齒輪齒條式轉向器的主要缺點是：因逆效率高（ 60%70%），汽車在不平路面上行駛時，發(fā)生在轉向輪與路面之間沖擊力的大部分能傳至轉向盤，稱之為反沖。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，方向盤突然轉動會造成打手，同時對駕駛員造成傷害。 輸入輸出形式的選擇 根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點不同，齒輪齒條式轉向器有四種形式：中間輸入，兩端輸出（圖 ）、側面輸入，兩端輸出（圖 ）、側面輸入，中間輸出 (圖 )、側面輸入，一端輸出 (圖 )。 圖 輸入輸出形式 兩端輸出的齒輪齒條式轉向器如圖 所示，作為傳動副主動件的轉向齒輪軸 11 通過軸承 12 和 13 安裝在轉向器殼體 5 中，其上端通過花鍵與萬向節(jié)叉 10 和轉向軸連接。與轉向齒輪嚙合的轉向齒條 4 水平布置，兩端通過球頭座 3 與轉向橫拉桿 1 相連。彈簧 7 通過壓塊 9 將齒條壓靠在齒輪上，保證無間隙嚙合。彈簧的預緊力可用調整螺塞 6 調整。當轉動轉向盤時，轉向器齒輪 11 轉動，使與之嚙合的齒條 4 沿軸向移動，從而使左右橫拉桿帶動轉向節(jié)左右轉動，使轉向車輪偏轉，從而實現(xiàn)汽車轉向。采用兩端輸出方案時，由于轉向拉桿長 度受限制，容易與懸架系統(tǒng)導向機構產(chǎn)生運動干涉。但其結構簡單，制造方便，且成本低等特點，常用于小型車輛上。 圖 兩端輸出式 8.鎖緊螺母 中間輸出的齒輪齒條式轉向器如圖 所示，其結構及工作原理與兩端輸出的齒輪齒條式轉向器基本相同，不同之處在于它在轉向齒條的中部用螺栓 6 與左右轉向橫拉桿 7 相連。在單端輸出的齒輪齒條式轉向器上 ，齒條的一端通過內外托架與轉向橫拉桿相連。與齒條固連的左、右拉桿延伸到接近汽車總想對稱平面附近。由于拉桿長度增加，車輪上、下跳動時拉桿擺角減小，有利于減少車輪上下跳動時轉向系與懸架系的運動干涉。拉桿與齒條用螺栓固定連接，因此，兩拉桿與齒條同時向左或向右移動，為此在轉向器殼體上開有軸向的長槽，從而降低了它的強度 。 圖 中間輸出 拉桿 緊螺母 14.壓塊 齒輪嚙合方式 齒輪齒條式轉向器若采用直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合，則運轉平穩(wěn)性降低，沖擊力大，工作噪聲增加。此外，齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角只能是直角。采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉向器，重合度增加，運轉平穩(wěn)，沖擊與噪聲均降低，而且齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角易于滿足總體設計的要求。因為斜齒工作時有軸向力作用，所以轉向器應該采用推力軸承，是軸承壽命降低，還有斜齒輪的滑磨比較大事它的缺點。 圖 齒條斷面形狀 齒條斷 面形狀 齒條斷面形狀有圓形、 V 形和 Y 形三種。圓形斷面齒條的制作工藝比較簡單。 V 形和Y 形斷面齒條與圓形斷面比較，消耗的材料少，約節(jié)約 20%，故質量?。晃挥邶X下面的兩斜面與齒條托座接觸，可用來防止齒條繞軸線轉動； Y 形的斷面齒條的齒寬可以做的寬一些，因而強度得到增加。在齒條與托座之間通常裝有堿性材料（如聚四氟乙烯）做的墊片，以減少滑動摩擦。當車輪跳動、轉向或轉向器工作時，如在齒條上作用有能使齒條旋轉的力矩時，應選用 V 形和 Y 形斷面齒條，用來防止因齒條旋轉而破壞齒條、齒輪的齒不能正確嚙合的情況出現(xiàn)。 圖 轉 向梯形的相對位置 齒輪齒條式轉向器和轉向梯形相對位置 根據(jù)齒輪齒條式轉向器和轉向梯形相對前軸位置的不同，齒輪齒條式轉向器在汽車上有四種布置形式：轉向器位于前軸后方，后置梯形；轉向器位于前軸后方，前置梯形；轉向器位于前軸前方，后置梯形；轉向器位于前軸前方，前置梯形。如圖 。 對轉向器結構形式的選擇，主要是根據(jù)汽車的類型、前軸負荷、使用條件等來決定，并要考慮其效率特性、角傳動比變化特性等對使用條件的適應性以及轉向器的其他性能、壽命、制造工藝等。中、小型轎車以及前軸負荷小于 的客車、貨 車，多采用齒輪齒條式轉向器。球面蝸桿滾輪式轉向器曾廣泛用在輕型和中型汽車上，例如：當前軸軸荷不大于 且無動力轉向和不大于 4t 帶動力轉向的汽車均可選用這種結構型式。循環(huán)球式轉向器則是當前廣泛使用的一種結構，高級轎車和輕型及以上的客車、貨車均多采用。轎車、客車多行駛于好路面上，可以選用正效率高、可逆程度大些的轉向器。礦山、工地用汽車和越野汽車，經(jīng)常在壞路或在無路地帶行駛，推薦選用極限可逆式轉向器，但當系統(tǒng)中裝有液力式動力轉向或在轉向橫拉桿上裝有減振器時，則可采用正、逆效率均高的轉向器，因為路面的沖擊可由液 體或減振器吸收，轉向盤不會產(chǎn)生“打手”現(xiàn)象。 4 轉向操縱機構 圖 4 轉向操縱機構 1轉向萬向節(jié)； 2轉向傳動軸； 3轉向管柱； 4轉向軸； 5轉向盤 轉向操縱機構包括轉向盤，轉向軸，轉向管柱。有時為了布置方便，減小由于裝配位置誤差及部件相對運動所引起的附加載荷，提高汽車正面碰撞的安全性以及便于拆裝，在轉向軸與轉向器的輸入端之間安裝轉向萬向節(jié)，如圖 4。采用柔性萬向節(jié)可減少傳至轉向軸上的振動，但柔性萬向節(jié)如果過軟，則會影響轉向系的剛度。采用動力轉向時，還應有轉向動力系統(tǒng)。 5 轉向傳動機構 轉向傳動機構包括轉向臂、轉向縱拉桿、轉向節(jié)臂、轉向梯形臂以及轉向橫拉桿等。（見圖 5） 轉向傳動機構用于把轉向器輸出的力和運動傳給左、右轉向節(jié)并使左、右轉向輪按一定關系進行偏轉。 圖 5 轉向傳動機構 1轉向搖臂； 2轉向縱拉桿； 3轉向節(jié)臂； 4轉向梯形臂； 5轉向橫拉桿 節(jié)能車轉向系基本結構的選取 為了更直觀的表達我們選擇桿系結構的轉向系，我們做了如下的對比分析： 這是實際使用的汽車轉向系統(tǒng)的典型的結構圖 實際在道路上行駛的各種車輛，其轉向 系統(tǒng)要考慮到很多方面的內容，所以其結構復雜。重量很重。在節(jié)能車上主要考慮的問題是節(jié)能。圍繞節(jié)能出發(fā)，轉向系這塊的主要任務是：在滿足基本轉向要求的前提下，盡可能的減輕重量。 為此，節(jié)能車基本上轉向系統(tǒng)不用轉向器，以最簡單的拉桿機構實現(xiàn)車輪的轉向。 下面是一些節(jié)能車轉向系統(tǒng)的實物圖 因此為此我們的節(jié)能車也采用這種形式 下面 是一張我們草擬的轉向系總布置圖，里面包括節(jié)能車軸距 1500mm，注銷中心距 640mm，輪距 800mm。 一副傳動機構和整體式轉向梯形。 轉向手柄：為適應總布置的要求，用手剎的 形式來操縱離合器和碟剎，所以用轉向手柄代替轉向盤。這種結構形式被節(jié)能車廣泛采用，如上圖 傳動機構：主要部件為球頭拉桿，質量輕，結構簡單 轉向梯形：實現(xiàn)轉向輪繞同一中心運動的部分，采用非獨立懸架機構，所以采用整體式轉型梯形。 7 節(jié)能車主要性能參數(shù)的計算及選定 、轉向系的效率 節(jié)能車轉向系由桿系機構傳動，主要能量損失在嚙合副的摩擦損失，可忽略不記。所以節(jié)能車轉向系的正負效率都比較高。 、轉向系的傳動比 正常道路使用的車輛，傳動比都較高， 達到 17~25，方向盤轉一圈，輪才轉一點。但是參考方程式賽車組成員的建議，認為，我們設計的節(jié)能車，傳動比應該小些，便于操作，尤其我們采用的是手柄轉向而不是方向盤。類比自行車的設計，我們決定傳動比初定為 1. 由于轉向系采用的是桿系傳動機構，所以要實現(xiàn)這一目標是比較容易的，只要一個平行四邊形機構就可以了。如下圖所示 四邊形的長由車架定了為 K/2=320mm 四邊形的寬由轉向系的布置，拉桿和搖臂的受力情況綜合分析考慮后再定。 、力傳動比 預定駕駛節(jié)能車的駕駛員體重不超 過 50kg，設計的作用于駕駛員手上的力最大為 50N（乘用車為 700N）。 轉向阻力矩計算 由公式 Mr=F/3*（ G1^3/p） ^ 中 p=35*= f= G1=500N 得原地轉向阻力矩最大值為 mm 設計的轉向手柄 長度 L=（ ） *2N= 考慮到實際手掌握手柄的寬度，將手柄長度調整為 250mm。 從輪胎接地面中心作用在兩個轉向輪上的合力 2Fh=2*Mr/a= 力傳動比 ip=（由于手柄長度經(jīng)過了調整，所以實際