【文章內(nèi)容簡介】 圖24實際測量值與模擬分析值間存在差異是十分正常的，測量工況的不同得到的結(jié)果也不盡相同。此外，我們在進行上述的模擬分析時的坐標原點位于車身上，并且認為坐標原點是固定不動的，而實際測量的坐標原點則位于地面上。由于主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角以及車輪外傾角的存在，轉(zhuǎn)向時車輪中心線在空間的軌跡為一錐面，所以轉(zhuǎn)向時車身相對于地面會抬高或降低，車身坐標的原點與地面的相對位置也就發(fā)生了改變。模擬分析與實際測量的坐標原點不同，所以會導致結(jié)果存在差異，只要差異不大（工程要求一般為5%），就可以認為模擬分析符合實際。轉(zhuǎn)向拉桿與齒條軸線在水平面內(nèi)存在夾角，此夾角隨車輪轉(zhuǎn)角的不同而不同。圖25示的為在中間位置時轉(zhuǎn)向拉桿與齒條軸線在水平面上的投影，176。由于此夾角的存在，在轉(zhuǎn)向時會在拉桿與齒條的鉸接處產(chǎn)生向前或向后的分力，會引起齒輪齒條的嚙合狀態(tài)以及配合副中摩擦阻力矩的變化。這些分力的大小與拉桿作用力的大小以及夾角的大小相關(guān)，夾角的大小受拉桿長度以及汽車工況的影響。圖25轉(zhuǎn)向梯形斷開點的位置（即轉(zhuǎn)向橫拉桿的球頭中心）需要與懸架系統(tǒng)進行校核后才能確定，要盡量避免轉(zhuǎn)向與跳動時與懸架的干涉。本次設(shè)計某輕型汽車的轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)主要是轉(zhuǎn)向拉桿總成。轉(zhuǎn)向拉桿總成包括：轉(zhuǎn)向橫拉桿總成、轉(zhuǎn)向拉桿端接頭總成、鎖緊螺母以及防塵罩。轉(zhuǎn)向橫拉桿總成與轉(zhuǎn)向拉桿端接頭總成各有一個球頭副，球頭尺寸的選擇應(yīng)參照汽車的前軸負荷，前軸負荷越大，則相應(yīng)的球頭尺寸越大。這主要是考慮到在實際使用過程中球頭受到的是交變應(yīng)力，而且還有磨損，容易產(chǎn)生疲勞破壞。而且球頭必須進行滾擠壓加工。轉(zhuǎn)向拉桿總成裝車后，其兩球頭之間的距離要嚴格控制。因為齒輪齒條轉(zhuǎn)向器在設(shè)計上并沒有固定的對稱中心，這就會使得汽車有正確的前束，但左右拉桿的長度不同，使得汽車穩(wěn)定直線行駛的方向盤位置發(fā)生漂移。而且還會使左右拉桿軸線與轉(zhuǎn)向器齒條軸線間的夾角不同，從而使拉桿作用在齒條軸線方向的力左右不相等，此時駕駛者必須在方向盤上施加作用力，否則汽車不能保持穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài)。轉(zhuǎn)向拉桿總成兩球頭副的旋轉(zhuǎn)力矩及搖動力矩需要嚴格控制。力矩太小則不利于球頭的耐磨性能，太大則會增加轉(zhuǎn)向沉重感與降低車輪的回正能力。轉(zhuǎn)向橫拉桿總成與轉(zhuǎn)向拉桿端接頭總成之間是通過螺紋副聯(lián)接的，要保證足夠的螺紋旋入深度，保證在使用過程中螺紋聯(lián)接傳遞載荷的可靠性。轉(zhuǎn)向拉桿是細而長的桿，在使用過程中會承受較大的壓力，故而需要進行壓桿穩(wěn)定性分析。3 轉(zhuǎn)向器總體方案設(shè)計 轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系中的重要部分，其主要作用有三個方面：一是增大來自轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)矩，使之達到足以克服轉(zhuǎn)向輪與地面之間的轉(zhuǎn)向阻力矩；二是減低轉(zhuǎn)向傳動軸的轉(zhuǎn)速，并帶動搖臂軸移動使其達到所需要的位置；三是使轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動方向與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動方向協(xié)調(diào)一致。 轉(zhuǎn)向器的分類 按照轉(zhuǎn)向能源不同，可以將汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩大類。根據(jù)機械轉(zhuǎn)向器的結(jié)果特點，可分為齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器、蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器和蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器等 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu) 1轉(zhuǎn)向拉桿總成；2防塵罩；3球頭座；4轉(zhuǎn)向齒條；5轉(zhuǎn)向器殼體；6調(diào)整螺塞；7壓緊彈簧；8鎖緊螺母；9壓塊；10萬向節(jié)；11轉(zhuǎn)向小齒輪；12小齒輪軸承；13滾針軸承 圖31 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器總成根據(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，兩端輸也（圖32a）；側(cè)面輸入，兩端輸出（圖32b）；側(cè)面輸入，中間輸出（圖32c）；側(cè)面輸入，一端輸出（圖32d）圖32 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種形式采用側(cè)面輸入、中間輸出方案時，由于拉桿長度增加，車輪上、下跳動時位桿擺角減小，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。而采用兩側(cè)輸出方案時，容易與懸架系統(tǒng)導向機構(gòu)產(chǎn)生運動干涉。 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者向右移動，為此在轉(zhuǎn)向器殼體上開有軸向的長槽， 從而降低它的強度。側(cè)面輸入、一端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，常用在平頭微型貨車上。 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)，沖擊與工作噪聲均下降。 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，在汽車上有四種布置形式：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。圖3—3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種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。 齒條實際上是齒數(shù)為無窮的齒輪的一部分。當齒數(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（如圖34所示），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)的齒廓是平行的，所以在任何與分度線平行的直線上，周節(jié)都相等。圖34齒輪齒條嚙合傳動時，根據(jù)小齒輪螺旋角與齒條齒傾角的大小和方向不同，可以構(gòu)成不同的傳動方案。當左旋小齒輪與右傾齒條相嚙合而且齒輪螺旋角β1與齒條傾斜角β2角相等時，則軸交角θ=0176。；若β1＞β2，則θ=β1－β2；若β1＜β2，則θ=β1－β2為負值，表示在齒條軸線的另一側(cè)。當右旋小齒輪與右傾齒條或左旋小齒輪與左傾齒條相嚙合時，其軸交角均為θ=β1+β2。齒輪為普通的漸開線斜齒輪。通常小齒輪與齒條齒廓都采用相同的模數(shù)與壓力角，漸開線齒輪嚙合傳動的條件為嚙合部位兩齒廓基節(jié)相等，即 (31) (32) (33)式中，Pb1—小齒輪的基節(jié)；Pb2—齒條的基節(jié)；m1—小齒輪模數(shù)；m2—齒條模數(shù)；α10—小齒輪節(jié)圓壓力角；α20—齒條節(jié)線壓力角可以知道，齒輪與齒條嚙合傳動時，齒輪的節(jié)圓始終與其分度圓重合。當小齒輪軸線與齒條軸線不垂直時，小齒輪齒廓與齒條齒廓間的接觸為點接觸，輪齒所受的壓強較大，產(chǎn)生的接觸應(yīng)力也比較大，輪齒磨損很快，所以齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的傳動比不能太大。如圖35所示，兩齒廓相切于P點，tt為兩齒廓在P處的切線。根據(jù)嚙合傳動的要求，兩齒廓上與點P重合的點的速度在tt 方向的分量相等。圖35假設(shè)小齒輪的螺旋角為β1，齒條的齒傾角為β2，在嚙合處齒輪上的點的切向速度為V1，齒條上的點的速度為V2，則有 （34）將上式兩邊對時間進行積分 （35） 得 （36）上式中：n—小齒輪的轉(zhuǎn)動圈數(shù)；dt—小齒輪的端面分度圓直徑。L—相應(yīng)的齒條行程。根據(jù)斜齒輪特性，又有 （37） （38） mn為小齒輪的法面模數(shù)，z為小輪的齒數(shù)。于是就有 （39）從而可以得到齒輪齒條傳動的線角傳動比為 i == mnz π/cosβ2 （mm/rev） （310）可見齒輪齒條傳動的傳動比只與齒條的齒傾角、小齒輪的法向模數(shù)和小齒輪的齒數(shù)有關(guān)。在設(shè)計時，只要合理的選取這幾個參數(shù)就可以獲得需要的傳動比。但是小齒輪的模數(shù)不能太小，否則會使齒條齒廓在嚙合時嚙合點離齒頂太近，齒根的彎曲應(yīng)力增大，易產(chǎn)生崩齒。同時小齒輪的變位系數(shù)不能太大，否則會造成齒條齒頂平面與小齒輪齒根圓柱面的間隙過小，對潤滑不利，而且容易造成轉(zhuǎn)向器卡死的現(xiàn)象。 轉(zhuǎn)向器效率的理論分析轉(zhuǎn)向器的效率分為正效率η+與逆效率η。齒條輸出功率與轉(zhuǎn)向器小齒輪軸輸入功率之比稱為轉(zhuǎn)向器的正效率；小齒輪軸的輸出功率與齒條的輸入功率之比稱為轉(zhuǎn)向器的逆效率。轉(zhuǎn)向器的正逆效率主要受轉(zhuǎn)向器內(nèi)摩擦功率的影響，P入=P出+P摩擦，所以當摩擦功率不變時，隨著負載的增大，轉(zhuǎn)向器的效率也增大。但是如果負載的方向與齒條軸線方向重合時，有可能使轉(zhuǎn)向器的內(nèi)摩擦功率增大，是轉(zhuǎn)向器的效率下降。下面的計算認為轉(zhuǎn)向器中摩擦副的摩擦因數(shù)為常數(shù)，而且作用的齒條上的力是沿齒條軸線方向的。齒輪齒條轉(zhuǎn)向器一般包括五個摩擦副：齒輪齒條副、齒輪軸上的兩個滾動軸承、齒條上的兩個滑動副。1）齒輪齒條副正向傳動時的效率為 = （312）式中，f—齒輪齒條