【文章內(nèi)容簡介】 向拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)）等。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)。一般來說，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求如下：轉(zhuǎn)向系傳動比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動比（方向盤轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角之比）和轉(zhuǎn)向系的力傳動比。在轉(zhuǎn)向盤尺寸和轉(zhuǎn)向輪阻力一定時，角傳動比增加，則轉(zhuǎn)向輕便，轉(zhuǎn)向靈敏度降低；角傳動比減小，則轉(zhuǎn)向沉重，轉(zhuǎn)向靈敏度提高。轉(zhuǎn)向角傳動比不宜低于1516；也不宜過大，通常以轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動圈數(shù)和轉(zhuǎn)向輕便性來確定。一般來說，轎車轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動圈數(shù)不宜大于4圈，對轎車來說，有動力轉(zhuǎn)向時的轉(zhuǎn)向力約為20—50；無動力轉(zhuǎn)向時為50—100N[4]。轉(zhuǎn)向輪應(yīng)具有自動回正能力。轉(zhuǎn)向輪的回正力來源于輪胎的側(cè)偏特性和車輪的定位參數(shù)。汽車的穩(wěn)定行使，必須保證有合適的前輪定位參數(shù)，并注意控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的內(nèi)部摩擦阻力的大小和阻尼值。轉(zhuǎn)向桿系和懸架導(dǎo)向機構(gòu)共同作用時，必須盡量減小其運動干涉。應(yīng)從設(shè)計上保證各桿系的運動干涉足夠小。轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的球頭處，應(yīng)有消除因磨損而產(chǎn)生的間隙的調(diào)整機構(gòu)以及提高轉(zhuǎn)向系的可靠性。轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤應(yīng)有使駕駛員在車禍中避免或減輕傷害的防傷機構(gòu)。汽車在作轉(zhuǎn)向運動時，所以車輪應(yīng)繞同一瞬心旋轉(zhuǎn)，不得有側(cè)滑；同時，轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動方向一致。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪受到地面沖擊時，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳遞到方向盤上的反沖力要盡可能小在任何行使?fàn)顟B(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不應(yīng)產(chǎn)生擺振。機動性是通過汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑來體現(xiàn)的，而最小轉(zhuǎn)彎半徑由內(nèi)轉(zhuǎn)向車輪的極限轉(zhuǎn)角、汽車的軸距、主銷偏移距決定的，一般的極限轉(zhuǎn)角越大，軸距和主銷偏移距越小，則最小轉(zhuǎn)彎半徑越小。轉(zhuǎn)向靈敏性主要通過轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動圈數(shù)來體現(xiàn)，主要由轉(zhuǎn)向系的傳動比來決定。操縱的輕便性也由轉(zhuǎn)向系的傳動比決定，但其與轉(zhuǎn)向靈敏性是一對矛盾，轉(zhuǎn)向系的傳動比越大，則靈敏性提高，輕便性下降。為了兼顧兩者，一般采用變傳動比的轉(zhuǎn)向器，或者采用動力轉(zhuǎn)向，還有就是提高轉(zhuǎn)向系的正效率，但過高正效率往往伴隨著較高的逆效率。轉(zhuǎn)向時內(nèi)外車輪間的轉(zhuǎn)角協(xié)調(diào)關(guān)系是通過合理設(shè)計轉(zhuǎn)向梯形來保證的。對于采用齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向系來說，轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角間的協(xié)調(diào)關(guān)系是通過合理選擇小齒輪與齒條的參數(shù)、合理布置小齒輪與齒條的相對位置來實現(xiàn)的，而且前置轉(zhuǎn)向梯形和后置轉(zhuǎn)向梯形恰恰相反。轉(zhuǎn)向輪的回正能力是由轉(zhuǎn)向輪的定位參數(shù)（主銷內(nèi)傾角和主銷后傾角）決定的，同時也受轉(zhuǎn)向系逆效率的影響。選取合適的轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)可以獲得相應(yīng)的回正力矩，但是回正力矩不能太大又不能太小，太大則會增加轉(zhuǎn)向沉重感，太小則會使回正能力減弱，不能保持穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài)。轉(zhuǎn)向系逆效率的提高會使回正能力提高，但是會造成“打手”現(xiàn)象。轉(zhuǎn)向系的間隙主要是通過各球頭皮碗和轉(zhuǎn)向器的調(diào)隙機構(gòu)來調(diào)整的。合理的選擇轉(zhuǎn)向梯形的斷開點可以減小轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)與懸架導(dǎo)向機構(gòu)的運動干涉。因為這一次選擇的轉(zhuǎn)向器，已經(jīng)是確定的齒條式轉(zhuǎn)向器，所在在方案的確定上面，更多的是選擇齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的輸入輸出形式、齒輪齒條的齒形與齒條斷面的形狀的選擇，所以在方案的對比上面，主要對比各種輸入輸出形式的優(yōu)缺點、齒輪齒條的齒形在轉(zhuǎn)向器上的影響與優(yōu)缺點和各種齒條斷面適用的范圍等，還有就是說明轉(zhuǎn)向器的各種布置形式。通過對輸入輸出形式的對比，選擇在保證了轉(zhuǎn)向器性能的基礎(chǔ)上盡量的選擇制造成本低與制造簡單的原則來選擇一種最好的輸入輸出形式；齒輪齒條的齒形的選擇，根據(jù)重合度，與轉(zhuǎn)向器在各種環(huán)境下工作時的反應(yīng)，比如平穩(wěn)性，噪音等因素來作出最后的選擇；齒條斷面的形狀，主要根據(jù)的時，制造的成本與制造的難道，然后再分析它所受到的力所產(chǎn)生的各種影響來考慮，最終選擇一種比較合理的斷面形狀。具體的分析過程，與對比過程，在下面一一比較。[5]根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有四種形式：中間輸入，兩端輸出（）、側(cè)面輸入，兩端輸出（）、側(cè)面輸入，中間輸出()、側(cè)面輸入，一端輸出()。 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器輸入輸出形式采用兩端輸出方案時如（,），由于轉(zhuǎn)向拉桿長度受限制，容易與懸架系統(tǒng)導(dǎo)向機構(gòu)產(chǎn)生運動干涉。但其結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，且成本低等特點，常用于小型車輛上。采用側(cè)面輸入，中間輸出方案時，由（）可見，與齒條固連的左、右拉桿延伸到接近汽車車輪對稱平面附近。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(zhuǎn)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(zhuǎn)向器殼體上開有軸向的長槽，從而降低了它的強度。采用側(cè)面輸入，一端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器（），常用在平頭貨車上。如果齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器采用直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合重合度不高，則運轉(zhuǎn)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，為此，因與總體布置不適應(yīng)而遭淘汰。采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，重合度增加，運轉(zhuǎn)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(shè)計的要求。因為斜齒工作時有軸向力作用，所以轉(zhuǎn)向器應(yīng)該采用推力軸承，斜齒輪的滑磨比較大是它的缺點[6]。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(zhì)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(zhuǎn)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(dāng)車輪跳動、轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向器工作時，如在齒條上作用有能使齒條旋轉(zhuǎn)的力矩時，應(yīng)選用V形和Y形斷面齒條，用來防止因齒條旋轉(zhuǎn)而破壞齒條、齒輪的齒不能正確嚙合的情出現(xiàn)。a) b)c) 齒條斷面形狀根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對前軸位置的不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在汽車上有四種布置形式，如（）所示：轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形（）；轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形（）；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形（）；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形（）。 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器布置形式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于微型、普通級、中級和中高級轎車上。裝載量不大、前輪采用獨立懸架的貨車和客車也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器[7]。綜合上面的種種比較，考慮到制造難度與成本，最終在輸入與輸出形式上選擇了結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低的側(cè)面輸入兩端輸出的形式，同時考慮到直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合重合度不高，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性差，沖擊力大，工作噪聲大；采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，重合度增加，運轉(zhuǎn)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(shè)計的要求[14]。故齒輪與齒條選用斜齒。經(jīng)分析確定在齒條上沒有作用有能使齒條旋轉(zhuǎn)的力矩，且考慮到制作工藝的簡單性，故齒條斷面選擇圓形。最終的布置為：采用側(cè)面輸入兩端輸出的輸出形式，齒輪齒條采用斜齒，齒條斷面采用圓形斷面。3 轉(zhuǎn)向器齒輪齒條設(shè)計計算過程[8]轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能從整車機動性著手，在最大轉(zhuǎn)角時的最小轉(zhuǎn)彎半徑為軸距的 2—。此輕型車的軸距為2550mm，最小轉(zhuǎn)彎半徑R取5100mm。分析如(圖31)所示。 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角分析圖 （）式中：―轉(zhuǎn)向輪外輪轉(zhuǎn)角；―主銷偏移距，該值一般取10—30mm, 設(shè)計取20mm；―汽車軸距。= （）查得對應(yīng)的最大內(nèi)輪轉(zhuǎn)角，其綜合轉(zhuǎn)角為為了保證行駛安全，組成轉(zhuǎn)向系的各零件應(yīng)有足夠的強度。欲驗算轉(zhuǎn)向系零件的強度，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)動轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動的阻力、車輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦阻力等。精確地計算出這些力是困難的。為此用足夠精確的半經(jīng)驗公式來計算汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩MR（Nmm）[9]。輪胎上的原地轉(zhuǎn)動的阻力矩由經(jīng)驗公式得 （）式中：—輪胎和路面間的滑動摩擦因素，； —為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷（N）；取前軸滿載； —為輪胎氣壓（）。取(一般為)。 = （）轉(zhuǎn)向系的傳動比由轉(zhuǎn)向系的角傳動比和轉(zhuǎn)向系的力傳動比組成。力傳動比：從輪胎接觸地面中心作用在兩個轉(zhuǎn)向輪上的合力與作用在方向盤上的手力之比稱為力傳動比 。角傳動比：方向盤的轉(zhuǎn)角和駕駛員同側(cè)的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角之比稱為轉(zhuǎn)向系角傳動比。它又由轉(zhuǎn)向器傳動比轉(zhuǎn)向傳動裝置角傳動比所組成。方向盤轉(zhuǎn)動圈數(shù)取圈，轉(zhuǎn)向盤直徑，轉(zhuǎn)向節(jié)臂長。角傳動比為 （）作用在方向盤上的力 （）由公式 （）（）力傳動比與轉(zhuǎn)向系角傳動比的關(guān)系 （）而和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩有以下關(guān)系 () 作用在方向盤上的手力可由下式表示 （）則力傳動比為 () 又因為 （）由此力傳動比 （）齒條實際上是齒數(shù)為無窮的齒輪的一部分。當(dāng)齒數(shù)為無窮時，齒輪的基圓直徑也為無窮大，根據(jù)漸開線的形成過程可知，此時漸開線就變成了直線。所以齒條的齒廓為直齒廓（），齒廓上各點的法線是平行的，而且在傳動時齒條是平動的，齒廓上各點速度的大小和方向也相同，所以齒條齒廓上個點的壓力角相同，大小等于齒廓的傾斜角。齒條上各齒同側(cè)的齒廓