【文章內(nèi)容簡介】 向器的特點是：效率高，操縱輕便，有一條平滑的操縱力特性曲線。布置方便。特別適合大、中型車輛和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配合使用；易于傳遞駕駛員操縱信號；逆效率高、回位好，與液壓助力裝置的動作配合得好?？梢詫崿F(xiàn)變速比的特性，滿足了操縱輕便性的要求。中間位置轉(zhuǎn)向力小、且經(jīng)常使用，要求轉(zhuǎn)向靈敏，因此希望中間位置附近速比小，以提高靈敏性。大角度轉(zhuǎn)向位置轉(zhuǎn)向阻力大，但使用次數(shù)少，因此希望大角度位置速比大一些，以減小轉(zhuǎn)向力。由于循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器可實現(xiàn)變速比，應(yīng)用正日益廣泛。通過大量鋼球的滾動接觸來傳遞轉(zhuǎn)向力，具有較大的強度和較好的耐磨性。并且該轉(zhuǎn)向器可以被設(shè)計成具有等強度結(jié)構(gòu)，這也是它應(yīng)用廣泛的原因之一。變速比結(jié)構(gòu)具有較高的剛度，特別適宜高速車輛車速的提高。高速車輛需要在高速時有較好的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，必須保證轉(zhuǎn)向器具有較高的剛度。齒條齒扇副磨損后可以重新調(diào)整間隙，使之具有合適的轉(zhuǎn)向器傳動間隙，從而提高轉(zhuǎn)向器壽命，也是這種轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點之一。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器有一蝸桿。您可以將此轉(zhuǎn)向器想象為兩部分。第一部分是帶有螺紋孔的金屬塊。此金屬塊外圍有切入的輪齒，這些輪齒與驅(qū)動轉(zhuǎn)向搖臂的齒輪相結(jié)合（）。方向盤連接在類似螺栓的螺桿上，螺桿則插在金屬塊的孔內(nèi)。轉(zhuǎn)動方向盤時，它便會轉(zhuǎn)動螺栓。由于螺栓與金屬塊之間相對固定，因此旋轉(zhuǎn)時，它不會像普通螺栓那樣鉆入金屬塊中，而是帶動金屬塊旋轉(zhuǎn)，進而驅(qū)動轉(zhuǎn)動車輪的齒輪。螺栓并不直接與金屬塊上的螺紋結(jié)合在一起，所有螺紋中都填滿了滾珠軸承，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動時，這些滾珠將循環(huán)轉(zhuǎn)動。滾珠軸承有兩個作用：第一，減少齒輪的摩擦和磨損；第二，減少齒輪的溢出。如果齒輪溢出，則會在轉(zhuǎn)動方向盤時感覺到。而如果轉(zhuǎn)向器中沒有滾珠，輪齒之間會暫時脫離，從而造成方向盤松動。循環(huán)球式系統(tǒng)中的動力轉(zhuǎn)向工作原理與齒條齒輪式系統(tǒng)類似。其輔助動力也是通過向金屬塊一側(cè)注入高壓液體來提供的。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對汽車的行駛安全至關(guān)重要，因此汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的零件都稱為保安件。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式之一，一般有兩級傳動副，第一級是螺桿螺母傳動副，第二級是齒條齒扇傳動副。為了減少轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)向螺母之間的摩擦，二者的螺紋并不直接接觸，其間裝有多個鋼球，以實現(xiàn)滾動摩擦。轉(zhuǎn)向螺桿和螺母上都加工出斷面輪廓為兩段或三段不同心圓弧組成的近似半圓的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圓形斷面的螺旋管狀通道。螺母側(cè)面有兩對通孔，可將鋼球從此孔塞入螺旋形通道內(nèi)。轉(zhuǎn)向螺母外有兩根鋼球?qū)Ч?，每根?dǎo)管的兩端分別插入螺母側(cè)面的一對通孔中。導(dǎo)管內(nèi)也裝滿了鋼球。這樣，兩根導(dǎo)管和螺母內(nèi)的螺旋管狀通道組合成兩條各自獨立的封閉的鋼球“流道”。轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)動時，通過鋼球?qū)⒘鹘o轉(zhuǎn)向螺母，螺母即沿軸向移動。同時，在螺桿及螺母與鋼球間的摩擦力偶作用下，所有鋼球便在螺旋管狀通道內(nèi)滾動，形成“球流”。在轉(zhuǎn)向器工作時，兩列鋼球只是在各自的封閉流道內(nèi)循環(huán)，不會脫出。本設(shè)計采用的是循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器. 轉(zhuǎn)向梯形 汽車轉(zhuǎn)向時,左右車輪的轉(zhuǎn)角要符合一定的規(guī)律,從而提高輪胎的使用壽命,保證汽車操縱的輕便性和穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)由梯形臂、橫拉桿和前軸組成。根據(jù)梯形機構(gòu)相對前軸的位置可分為前置式和后置式兩種。后置轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)是將轉(zhuǎn)向梯形放在前軸之后,簡單可靠,因此應(yīng)用廣泛。前置轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)是在發(fā)動機位置很低或前軸為驅(qū)動軸時,轉(zhuǎn)向梯形實在不能布置在轉(zhuǎn)向軸之間,才不得不把轉(zhuǎn)向梯形放在前軸之前。根據(jù)前懸架形式的不同,轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)又可分為整體式和分段式兩種。整體式轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)用于非獨立懸架的汽車。分段式轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)用于獨立懸架的汽車,以保證任一前輪的跳動不致牽動拉桿而涉及另一車輪的偏轉(zhuǎn)。分段式轉(zhuǎn)向梯形比較復(fù)雜,鉸接點多。因本車型采用非獨立懸架,故本文采用后置整體式轉(zhuǎn)向梯形。轉(zhuǎn)向設(shè)計的前提條件:整車形式及布置形式:平頭,發(fā)動機前置,非獨立懸架, 14PR,發(fā)動機采用型號YN33CRD1。 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計算 a= 數(shù)據(jù)的初定: 主要技術(shù)參數(shù)數(shù) 據(jù)全長[mm]5990全寬[mm]2240全高[整車裝備質(zhì)量時][mm]2320輪胎 14PR輪胎壓力[Mpa]主銷偏移距[mm]50方向盤直徑[mm]425最小轉(zhuǎn)彎半徑[m]12轉(zhuǎn)向搖臂[mm]200轉(zhuǎn)向節(jié)臂[mm]200兩主銷延長線至地面交點的距離[mm]1300軸距[mm]3308輪距[前輪 后輪][mm]16651525最小轉(zhuǎn)彎半徑[沿前外輪中心][mm]12000質(zhì)量參數(shù)最大裝載質(zhì)量[kg]2000整車裝備質(zhì)量[kg]2495前橋軸荷[整車裝備質(zhì)量時][kg]2805后橋軸荷[整車裝備質(zhì)量時][kg]4685最大總質(zhì)量[kg]7490 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù) 轉(zhuǎn)向器的效率功率從轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出所求得的效率稱之為正效率，用符號表示，；反之則稱為逆效率，用符號表示。式中為轉(zhuǎn)向器中的摩擦功率；為轉(zhuǎn)向搖臂軸上的功率。為了保證轉(zhuǎn)向時駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤輕便，要求正效率高，為了保證汽車轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤能自動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駕駛員的疲勞，車輪于路面之間的作用力傳至轉(zhuǎn)向盤上要盡可能小，防止打手，這又要求此逆效率盡可能低。影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有：轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。 轉(zhuǎn)向器的正效率影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有:轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等.(1)轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點與效率在前述轉(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,而蝸桿指銷式特別是固定銷和蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的正效率要明顯低一些.同一類型轉(zhuǎn)向器,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)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，而蝸桿指銷式特別是固定銷和蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的正效率要明顯的低些。同一類型轉(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、圓錐滾子軸的轉(zhuǎn)向器效率，根據(jù)試驗結(jié)果分別為70%和75%。轉(zhuǎn)向搖臂軸軸承的形式對效率也有影響，用滾針軸承比用滑動軸承可使正或逆效率提高約10%。(2)轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和效率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，對于蝸桿和螺桿類轉(zhuǎn)向器，其效率可用下式計算 （）式中，為螺桿（或蝸桿）的螺線導(dǎo)程角,通常螺線導(dǎo)程角選在之間,為摩擦角，；為摩擦因數(shù)。取為8176。；，； 轉(zhuǎn)向器的逆效率根據(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。路面作用在車輪上的力，經(jīng)過轉(zhuǎn)向系可大部分傳遞到轉(zhuǎn)向盤，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)向盤自動回正。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，車輪受到的沖擊力能大部分傳至轉(zhuǎn)向盤，造成駕駛員“打手”，使之精神緊張；如果長時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，是指車輪受到的沖擊力不能傳到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向器。該沖擊力由轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的零件承受，因而這些零件容易損壞。同時，它既不能保證車輪自動回正，駕駛員又缺乏路面感覺，因此，現(xiàn)代汽車不采用這種轉(zhuǎn)向器。極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于上述兩者之間。在車輪受到?jīng)_擊力作用時，此力只有較小一部分傳至轉(zhuǎn)向盤。它的逆效率較低，在不平路面上行駛時，駕駛員并不十分緊張，同時轉(zhuǎn)向傳動機構(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算 （）式（）和（）表明：增加導(dǎo)程角，正、逆效率均增大。受增大的影響，不宜取得過大。當(dāng)導(dǎo)程角小于或等于摩擦角時，逆效率為負(fù)值或者為零，此時表明該轉(zhuǎn)向器是不可逆式轉(zhuǎn)向器。 傳動比的變化特性 轉(zhuǎn)向系傳動比轉(zhuǎn)向系的傳動比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動比和轉(zhuǎn)向系的力傳動比。從輪胎接地面中心作用在兩個轉(zhuǎn)向輪上的合力與作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力之比，稱為力傳動比，即 （）轉(zhuǎn)向盤角速度與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度之比，稱為轉(zhuǎn)向系角傳動比，即 （） 式中為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量；為轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量；為時間增量。它又由轉(zhuǎn)向器角傳動比和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)角傳動比所組成，即。轉(zhuǎn)向盤角速度與搖臂軸角速度之比，稱為轉(zhuǎn)向器角傳動比，即 （）式中，為搖臂軸轉(zhuǎn)角增量。此定義適應(yīng)于除齒輪齒條式之外的轉(zhuǎn)向器。搖臂軸角速度與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度之比，稱為轉(zhuǎn)向機構(gòu)的角傳動比，即 （） 力傳動比與轉(zhuǎn)向系角傳動比的關(guān)系輪胎與地面之間的阻力和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩之間有如下關(guān)系 （）式中，為主銷偏移距，指從轉(zhuǎn)向節(jié)主銷軸線的延長線與支撐平面的交點至車輪中心平面與支承平面交線間的距離。作用在方向盤上的手力可用下式表示 （）式中，為作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩；為轉(zhuǎn)向盤直徑。將式（）和（）帶入后得到 （）分析式（）可知，當(dāng)主銷偏移距小時，力傳動比應(yīng)取大些才能保證轉(zhuǎn)向輕便?！?。轉(zhuǎn)向盤直徑應(yīng)根據(jù)車型不同在GB5911—86轉(zhuǎn)向盤尺寸標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的系列內(nèi)選取。本次設(shè)計用原有車型的數(shù)據(jù)。如果忽略摩擦損失，根據(jù)能量守恒原理，可用下式表示 （）將式（）代入式（）后得到 （）當(dāng)和不變時，力傳動比越大，雖然轉(zhuǎn)向越輕，但也越大，表明轉(zhuǎn)向不靈敏。 轉(zhuǎn)向系的角傳動比iw0轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)角傳動比，除用表示以外，還可以近似地用轉(zhuǎn)向節(jié)臂臂長與搖臂長之比來表示，即?，F(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)中，～，可近似認(rèn)為其比值為1，則。由此可見，研究轉(zhuǎn)向系的傳動比特性，只需研究轉(zhuǎn)向器的角傳動比及其變化規(guī)律即可。 轉(zhuǎn)向器角傳動比及其變化規(guī)律式（27）表明：增大角傳動比可以增加力傳動比。從可知，當(dāng)一定時，增大能減少作用在方向盤上的手力，使操縱輕便?？紤]到，由的定義可知：對于一定的轉(zhuǎn)向盤角速度，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度與轉(zhuǎn)向器角傳動比成反比。角傳動比增加后，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度對轉(zhuǎn)向盤角速度的影響應(yīng)變得遲鈍，使轉(zhuǎn)向操縱時間增長，汽車轉(zhuǎn)向靈敏性降低，所以“輕”和“靈”構(gòu)成一對矛盾。為解決這對矛盾，可采用變速比轉(zhuǎn)向器。齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器都可以制成變速比轉(zhuǎn)向器。對乘用車,推薦轉(zhuǎn)向器角傳動比在1725內(nèi)選取。對商用車, 在2332內(nèi)選取. 轉(zhuǎn)向器傳動副的傳動間隙?t,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,它與直線行駛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向器的使用壽命相關(guān). 傳動副的傳動間隙在轉(zhuǎn)向盤處于中間及其附近位置時要極小,一旦轉(zhuǎn)向輪受到側(cè)向力作用,車輪將偏離原行駛位置,使汽車失去穩(wěn)定.傳動副在中間及其附近位置因使用頻繁,必須經(jīng)調(diào)整消除該處間隙.為此,. 轉(zhuǎn)向器傳動副傳動間隙特性圖中曲線1表明轉(zhuǎn)向器在磨損前的間隙變化特性,曲線2表明使用并磨損后的間隙變化特性,并且在中間位置處已出現(xiàn)較大間隙,曲線3表明調(diào)整后并消除中間位置處間隙的轉(zhuǎn)向器傳動間隙變化特性. 如何獲得傳動間隙特性齒扇通常有5個齒，它與搖臂軸為一體。齒扇的齒厚沿齒長方向是變化的，這樣即可通過軸向移動搖臂軸來調(diào)節(jié)齒扇與齒條的嚙合間隙。由于轉(zhuǎn)向器經(jīng)常處于中間位置工作，因此齒扇與齒條的中間齒磨損最厲害。為了消除中間齒磨損后產(chǎn)生的間隙而又不致在轉(zhuǎn)彎時使兩端齒卡住，則應(yīng)增大兩端齒嚙合時的齒側(cè)間隙。這種必要的齒側(cè)間隙的改變可通過使齒扇各齒具有不同的齒厚來達到。即齒扇由中間齒向兩端齒的齒厚是逐漸減小的。為此可在齒扇的切齒過程中使毛坯繞工藝中心轉(zhuǎn)動，相對于搖臂軸的中心有距離為的偏心。這樣加工的齒扇在齒條的嚙合中由中間齒轉(zhuǎn)向兩端的齒時，齒側(cè)間隙也逐漸加大，可表達為 (）式中——徑向間隙；——嚙合角；——齒扇的分度圓半徑；——搖臂軸的轉(zhuǎn)角。 為獲得變化的齒側(cè)間隙齒扇的加工原理和計算簡圖 用于選擇偏心n的線圖當(dāng)，確定后，用于選擇適當(dāng)?shù)闹?，以便使齒條、齒扇傳動副兩端齒嚙合時，齒側(cè)間隙能夠適應(yīng)消除中間齒最大磨損量所形成的間隙的需要。齒條、齒扇傳動副各對嚙合齒齒側(cè)間隙的改變也可以用改變齒條各齒槽寬而不改變齒扇各輪齒齒厚的辦法來實現(xiàn)。一般是將齒條(一般有4個齒)～。本次設(shè)計采用直齒齒輪。 轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動圈數(shù),。貨車一般不宜超過6圈.3 機械式轉(zhuǎn)向器設(shè)計與計算 前軸載荷根