【文章內(nèi)容簡介】 減速，使轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)闇u輪蝸桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，滾珠螺桿和螺母夾著鋼球嚙合，因而滾珠螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 動變?yōu)橹本€運(yùn)動，螺母再與扇形齒輪嚙合，直線運(yùn)動再次變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動，使連桿臂搖動，連桿臂再使連動拉桿和橫拉桿做直線運(yùn)動，改變車輪的方向。它的原理相當(dāng)于利用了螺母與螺栓在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的相對移動，而在螺紋與螺紋之間夾入了鋼球以減小阻力，所有鋼球在一個首尾相連的封閉的螺旋曲線內(nèi)循環(huán)滾動，循環(huán)球式故而得名。 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的優(yōu)缺點(diǎn)齒輪齒條轉(zhuǎn)向器是一種最常見的轉(zhuǎn)向器。其基本結(jié)構(gòu)是一對相互嚙合的小齒輪和齒條。轉(zhuǎn)向軸帶動小齒輪旋轉(zhuǎn)時，齒條便做直線運(yùn)動。所以，這是一種最簡單的轉(zhuǎn)向器。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器因其結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、質(zhì)量輕、剛性好、使用可靠，近年來在世界，特別是在歐洲得到廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在除了在轎車上使用外，在轎車上使用外，在輕型汽車、微型汽車、賽車上也得到了推廣。優(yōu)點(diǎn):(1) 構(gòu)造筒單,結(jié)構(gòu)輕巧。由于齒輪箱小,齒條本身具有傳動桿系的作用,因此,它不需耍循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器上所使用的拉桿。 (2) 因齒輪和齒條直接嚙合,操縱靈敏性非常高。 (3) 滑動和轉(zhuǎn)動阻力小,轉(zhuǎn)矩傳遞性能較好,因此,轉(zhuǎn)向力非常輕。 (4) 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)總成完全封閉,可免于維護(hù)。(5) 剛度大，使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的自由行程變小 (6) 可自動補(bǔ)償齒輪和齒條見產(chǎn)生的間隙，并有均勻的固有阻尼。缺點(diǎn):(1) 由于摩擦較小，所以沖擊敏感性較高。(2) 當(dāng)采用兩端輸出結(jié)構(gòu)時，轉(zhuǎn)向拉桿長度受到限制，容易與懸架系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生跳動干涉。(3) 轉(zhuǎn)向傳動比隨車輪轉(zhuǎn)角的增加而下降。(4) 采用可變速比時，普通工藝較難實(shí)現(xiàn)。 汽車轉(zhuǎn)向器國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 國內(nèi)外現(xiàn)狀轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系主要構(gòu)成的關(guān)鍵零件，隨著電子技術(shù)在汽車中的廣泛應(yīng)用，轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)也有很大變化。從目前使用的普遍程度來看，主要的轉(zhuǎn)向器類型有 4 種：有蝸桿指銷式(WP 型)、蝸桿滾輪式(WR 型)、循環(huán)球式(BS 型)、齒輪齒條式(RP 型)。這四種轉(zhuǎn)向器型式，已經(jīng)被廣泛使用在汽車上。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，齒條齒輪式轉(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％。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器一直在穩(wěn)步發(fā)展。我國的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)，除早期投產(chǎn)的解放牌汽車用蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器，東風(fēng)汽車用蝸桿肖式轉(zhuǎn)向器之外，其它大部分車型都采用循環(huán)球式結(jié)構(gòu)，并都具有一定的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。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。由此看出，我國的轉(zhuǎn)向器也在向大量生產(chǎn)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器發(fā)展。安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 在國外，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器實(shí)現(xiàn)了專業(yè)化生產(chǎn)，同時以專業(yè)廠為主、大力進(jìn)行試驗(yàn)和研究，大大提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。在日本“精工”(NSK)公司的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器就以成本低、質(zhì)量好、產(chǎn)量大，逐步占領(lǐng)日本市場，并向全世界銷售它的產(chǎn)品。德國ZF 公司也作為一個大型轉(zhuǎn)向器專業(yè)廠著稱于世。它從 1948 年開始生產(chǎn) ZF 型轉(zhuǎn)向器，年產(chǎn)各種轉(zhuǎn)向器 200 多萬臺。還有一些比較大的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)廠，如美國德爾福公司SAGINAW 分部；英國 BURM0；AN 公司都是比較有名的專業(yè)廠家，都有很大的產(chǎn)量和銷售面。專業(yè)化生產(chǎn)已成為一種趨勢，只有走這條道路，才能使產(chǎn)品質(zhì)量高、產(chǎn)量大、成本低，在市場上有競爭力。 轉(zhuǎn)向系的發(fā)展發(fā)展趨勢轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變汽車行使方向的機(jī)構(gòu)，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時，在駕駛員松開方向盤的狀態(tài)下，應(yīng)保證汽車自動返回穩(wěn)定的直線行使?fàn)顟B(tài)。傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是機(jī)械式的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，汽車的轉(zhuǎn)向由駕駛員控制方向盤，通過轉(zhuǎn)向器等一系列機(jī)械轉(zhuǎn)向部件實(shí)現(xiàn)車輪的偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。 近年來，隨著電子技術(shù)在汽車中的廣泛應(yīng)用，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中也愈來愈多地采用電子器件。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)因此進(jìn)入了電子控制時代，相應(yīng)的就出現(xiàn)了電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電液助力轉(zhuǎn)向可以分為兩類 ：電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) EHPS（ElectroHydraulic Power Steering）和電控液壓助力轉(zhuǎn)向 ECHPS（Electronically Controlled Hydraulic Power Steering）。電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，與液壓助力系統(tǒng)不同的是，電動液壓助力系統(tǒng)中液壓系統(tǒng)的動力來源不是發(fā)動機(jī)而是電機(jī)，由電機(jī)驅(qū)動液壓系統(tǒng)，節(jié)省了發(fā)動機(jī)能量，減少了燃油消耗。電控液壓助力轉(zhuǎn)向也是在傳統(tǒng)液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展而來，它們的區(qū)別是，電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)增加了電子控制裝置。電子控制裝置可根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)向速率、車速等汽車運(yùn)行參數(shù)，改變液壓系統(tǒng)助力油壓的大小，從而實(shí)現(xiàn)在不同車速下，助力特性的改變。而且電機(jī)驅(qū)動下的液壓系統(tǒng)，在沒有轉(zhuǎn)向操作時，電機(jī)可以停止轉(zhuǎn)動，從而降低能耗。雖然電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)克服了液壓助力轉(zhuǎn)向的一些缺點(diǎn)。但是由于液壓系統(tǒng)的存在，它一樣存在液壓油泄漏的問題，而且電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)引入了驅(qū)動電機(jī)，使得系統(tǒng)更加復(fù)雜，成本增加，可靠性下降。 為了規(guī)避電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的缺點(diǎn)，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) EPS（Electric Power Steering）便應(yīng)時而生。它與前述各種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最大的區(qū)別在于，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中已經(jīng)沒有液壓系統(tǒng)了。原來由液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向助力由電動機(jī)來完成。電動助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般由轉(zhuǎn)矩傳感器、微處理器、電動機(jī)等組成?；竟ぷ髟硎?：當(dāng)駕駛者轉(zhuǎn)動方向盤帶動轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動時，安裝在轉(zhuǎn)動軸上的轉(zhuǎn)矩傳感器便將轉(zhuǎn)矩信號轉(zhuǎn)化為電信號并傳送至微處理器，微處理器根據(jù)轉(zhuǎn)矩信號并結(jié)合車速等其他車輛運(yùn)行參數(shù)，按照事先在程序中設(shè)定的處理方法得出助力電動機(jī)助力的方向和助力的大小。自1988 年日本鈴木公司首次在其 Cervo 車上裝備該助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)至今，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)己經(jīng)得到人們的廣泛認(rèn)可。此后，電動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)得到迅速發(fā)展，其應(yīng)用范圍已經(jīng)從微型轎車向大型轎車和客車方向發(fā)展。 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 本次設(shè)計(jì)的課題來源于東風(fēng)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，以某款輕型汽車轉(zhuǎn)向器的參數(shù)作為依據(jù)，設(shè)計(jì)一款適用于本公司某輕型車的轉(zhuǎn)向器。根據(jù)該車型對于市場的定位及對制造成本的考慮，同時參考同類車型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，將該車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一款機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，對轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)做簡單分析，并進(jìn)行轉(zhuǎn)向器零件設(shè)計(jì)、整體設(shè)計(jì)，同時按以下步驟對轉(zhuǎn)向器及零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)方案論證：第一步對所選的轉(zhuǎn)向器總成進(jìn)行剖析；第二部利用所學(xué)的知識對總成中的零部件進(jìn)行力學(xué)分析和分析；第三步對分析中發(fā)現(xiàn)的不合理的設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第二章 轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)計(jì)算 轉(zhuǎn)向系主要參數(shù)的確定 轉(zhuǎn)向系傳動比的確定轉(zhuǎn)向阻力矩 wM與前輪（轉(zhuǎn)向軸）負(fù)荷、輪胎尺寸和機(jī)構(gòu)、前輪定位參數(shù)、車速和道路條件等多種因數(shù)有關(guān)，要準(zhǔn)確計(jì)算轉(zhuǎn)阻力矩是很困難的，通常是以汽車在靜止時做原地轉(zhuǎn)向的阻力矩作為轉(zhuǎn)向阻力矩。根據(jù)原地轉(zhuǎn)向的試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)出來的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式為 [1] PGW31?? (21)式中 wM轉(zhuǎn)向阻力矩（Nm） ?輪胎與地面滑動摩擦系數(shù)，一般令 ?=前軸（轉(zhuǎn)向軸）負(fù)荷，按汽車設(shè)計(jì)取滿載質(zhì)量的 55%，轎車滿載質(zhì)量為1210kg。1=55%*1210*=輪胎氣壓，取 aMP則 GMW31??= Nm轉(zhuǎn)向系的傳動比直接影響車輛的機(jī)動性和操控輕便性。轉(zhuǎn)向系的傳動比包括力傳動比 pi和角傳動比 woi。轉(zhuǎn)向系力傳動比：轉(zhuǎn)向系力傳動比是指從輪胎接觸地面中心作用在兩個轉(zhuǎn)向輪上的合力 2 wF與作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 hF之比，即 pi= hwF2 (22)安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 轉(zhuǎn)向阻力 2 wF等于轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向阻力矩 wM與轉(zhuǎn)向力臂 ?之比 2F= (23)式中 ?為主銷偏移距，即轉(zhuǎn)向力臂，指從轉(zhuǎn)向節(jié)的主銷軸線的延長線與支撐平面的焦點(diǎn)至車輪中心平面與支撐平面交線間的距離。通常轎車的 a值在 0．4～0．6 倍輪胎的胎面寬度尺寸范圍內(nèi)選取。轉(zhuǎn)向盤的直徑 D 有一系列尺寸。選用選用大的直徑尺寸時，會使駕駛員進(jìn)出駕駛室感到困難。若選用小的直徑尺寸，在轉(zhuǎn)向時，駕駛員要施加較大的力量，從而使汽車難于操作，根據(jù)原始數(shù)據(jù)及相關(guān)手冊取 D=380mm,則由作用在方向盤上的力矩 hM =25 mN? 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 hF等于轉(zhuǎn)向盤的力矩 hM與轉(zhuǎn)向盤的半徑 R 之比h= R (24)則 = = 由公式(21)、(22)、(23) 則 pi = ?hwM2 (25) 若忽略摩擦損失 hw= kd? = woi (26) ?d為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量； kd為轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量。從式(26)可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角（車輪轉(zhuǎn)角） k一定后， woi的大小直接影響輕便性與機(jī)動性， woi大轉(zhuǎn)向輕便，但轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動圈數(shù)增加，機(jī)動性降低。對機(jī)械轉(zhuǎn)向的汽車， i可選大值，已達(dá)到轉(zhuǎn)向輕便的目的。對于動力轉(zhuǎn)向的汽車，輕便性不成問題，所以 wo取小值。對一定車型 woi都有一個大致的范圍，一般情況下，機(jī)械轉(zhuǎn)向的汽車，輕型車 i在 15~23 之間，中型車 25~30 之間。 [2]則 pi= ?Rwo (27)安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 轉(zhuǎn)向系的角傳動比 woi： 轉(zhuǎn)向系角傳動比指轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和駕駛員同側(cè)的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角之比，它由轉(zhuǎn)向器角傳動比 wi和轉(zhuǎn)向傳動裝置角傳動比 39。wi所組成，即 o= wi39。 (28)轉(zhuǎn)向器角傳動比等于轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向角 ?和轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向臂軸的轉(zhuǎn)角 p?之比wi= p? (29)轉(zhuǎn)向傳動裝置的角傳動比等于轉(zhuǎn)向臂軸的轉(zhuǎn)角 之比39。wi= kp? (210)將（29） 、 （210）帶入式（28）得 woi= k? (211)由以上過程可計(jì)算出結(jié)果如下：1） 角傳動比 woi= hM2=2*2） 力傳動比 pi= ?R 取 = 21B= *B=90 式中 B 為輪胎面寬度，輕型車一般為 165~195。 則 pi=*190/90= 動力缸的設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)轉(zhuǎn)向橫拉桿與車輪之間的垂直距離 L= 計(jì)算得：F= LMw=式中：F 為轉(zhuǎn)向橫拉桿上的理論推力。動力缸對于整體動力缸活塞與轉(zhuǎn)向器均布置在同一個由 QT40018 或 KTH35010 制造的轉(zhuǎn)向器殼體內(nèi)，活塞與齒條制成一體。安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 在動力缸的計(jì)算中需確定其缸直徑、活塞行程活塞桿直徑以及缸筒壁厚。動力缸殼體采用 ZL105 鑄造而成，缸內(nèi)表面應(yīng)光潔，粗糙度 aR=～，硬度為 HB241～285，活塞采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼 45 號鋼；活塞與缸筒之間的間隙采用橡膠密封圈。（1）缸徑 cD的計(jì)算 由上面可知，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要求動力缸所提供的動力為 2900N，動力缸的缸徑尺寸c可由作用在活塞上的力的平衡計(jì)算，得 c= ??pFd （212）式中：P 為供油壓力， MPa，設(shè)計(jì)時取 P=13MPa；d 為活塞桿直徑；F 為液壓缸理論推力。根據(jù)《液壓設(shè)計(jì)手冊》中推薦的活塞桿直徑系列初選 d=20mm cD= ?????)10( 取 D=35，此時，符合 d=（ ～ 8）D 的范圍。（2）活塞的設(shè)計(jì)計(jì)算活塞的寬度一般為活塞外徑的 ～ 倍，但本次設(shè)計(jì)采用一道密封環(huán)形，在所選厚度滿足強(qiáng)度的條件下，可以放窄一點(diǎn)。初取 b=?；钊耐鈴脚浜弦话悴捎?H7/f9 的配合公差帶，外徑和內(nèi)徑的同軸度公差不大于，端面與軸線的垂直公差度公差不大于 ,外表面的圓度和圓柱度一般不大于外徑公差的一半，表面粗糙度視結(jié)構(gòu)不同而各異，材料用和活塞相同的材料 45號鋼。（3）活塞行程計(jì)算 s= 12e+ +b式中： 1e為導(dǎo)向游隙， （～）D。 為活塞桿行程；b 為活塞寬度。 1s的取值可根據(jù)同類汽車的活塞桿行程，初取 1s=131mm。（4）動力缸殼體壁厚 t 的設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)缸體在橫斷平面內(nèi)的拉伸強(qiáng)度條件和在軸向平面內(nèi)的拉伸強(qiáng)度條件，計(jì)算出缸的壁厚，取計(jì)算結(jié)果大的一個安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 ????????????????ntDPtpscz scr ??2241 (213)式中： p為缸內(nèi)壓力，取 max =13MP。 c為動力缸直徑，mm；t 為動力缸殼體厚度，mm；n 為安全系數(shù)，n=～； s為殼體的屈服點(diǎn)