【文章內(nèi)容簡介】 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%[9]。另外兩種結(jié)構(gòu)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)與效率，如果忽略軸承和其他地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，對于蝸桿和螺桿類轉(zhuǎn)向器，其正效率為 （） 式中，為蝸桿（或螺桿）的螺線導(dǎo)成角；為摩擦角，；為摩擦因數(shù)。取為；，； （） 根據(jù)逆效率大小不同，轉(zhuǎn)向器又有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)向系可大部分傳遞至轉(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[10]。屬于可逆式的有齒輪齒條式和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。不可逆時轉(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。它的逆效率極低，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時轉(zhuǎn)向器要小。如果忽略軸承和其他地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，則逆效率為 （）由式（）和式（）可見，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)向器是不可逆時轉(zhuǎn)向器。為此，導(dǎo)程角必須大于摩擦角，通常螺線導(dǎo)程角選在~之間，取8176。 傳動比的變化特性 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)向輪上合力2與作用在轉(zhuǎn)向盤的手力之比，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，d為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量；d為轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量；d為時間增量。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。此定義適用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)向傳動機的角傳動比， （） 輪胎與地面之間的轉(zhuǎn)向阻力和作用在轉(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。作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力為 （）式中，為作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩；為轉(zhuǎn)向盤直徑。將式（）代入式（）后得到 （） 由式（）可見，當(dāng)主銷偏移距小時，力傳動比應(yīng)取大些才能保持轉(zhuǎn)向輕便。~，而貨車的值在40~60mm范圍內(nèi)選取[11]。轉(zhuǎn)向盤直徑對輕便性有影響，選用尺寸小些的轉(zhuǎn)向盤，雖然占用的空間少，但轉(zhuǎn)向時需對轉(zhuǎn)向盤施以較大的力；而選用尺寸大些的轉(zhuǎn)向盤又會使駕駛員進(jìn)、出駕駛室時入座困難。根據(jù)車型不同，轉(zhuǎn)向盤直徑在380~550mmd標(biāo)準(zhǔn)系列內(nèi)選取,這里取=420mm。 如果忽略摩擦損失，根據(jù)能量守恒原理，為 （）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?？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[12]。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。下面介紹齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器變速比工作原理。相互嚙合齒輪的基圓齒距必須相等，即。其中，齒輪基圓齒距，齒條基圓齒距。由上述兩式可知：當(dāng)具有標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)壓力角的齒輪與一個具有變模數(shù)、變壓力角的齒條相嚙合，并始終保持時，它們就可以嚙合運轉(zhuǎn)。如果齒條中部（相當(dāng)于汽車直線行駛位置）齒的壓力角最大，向兩端逐漸減?。?shù)也隨之減小),則主動齒輪嚙合半徑也減小，致使轉(zhuǎn)向盤每轉(zhuǎn)動某同一角度時，齒條行程也隨之減小。因此，轉(zhuǎn)向器的傳動比是變化的。 循環(huán)球齒條齒扇式轉(zhuǎn)向器的角傳動比。因結(jié)構(gòu)原因，螺距不能變化，但可以用改變齒扇嚙合半徑的方法，達(dá)到使循環(huán)球齒條齒扇式轉(zhuǎn)向器實現(xiàn)變速比的目的。 隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的變化，轉(zhuǎn)向器角傳動比可以設(shè)計成減小、增大或保持不變的。影響選取角傳動比變化規(guī)律的因素，主要是轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大小和對汽車機動能力的要求。若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷小，則在轉(zhuǎn)向盤全轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，駕駛員不存在轉(zhuǎn)向沉重問題[13]。裝有動力轉(zhuǎn)向的汽車，因轉(zhuǎn)向阻力矩由動力裝置克服，所以在上述兩中情況下，均應(yīng)取較小的轉(zhuǎn)向器角傳動比并能減少轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動的總?cè)?shù)，以提高汽車的機動能力。轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大又沒有裝動力轉(zhuǎn)向的汽車，因轉(zhuǎn)向阻力矩大致與車輪偏轉(zhuǎn)角度的大小成正比變化，汽車低速急轉(zhuǎn)彎行駛時的操縱輕便性問題突出，故應(yīng)選用大些的轉(zhuǎn)向器角傳動比。汽車以較高車速轉(zhuǎn)向行駛時，轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角較小，轉(zhuǎn)向阻力矩也小，此時要求轉(zhuǎn)向器應(yīng)當(dāng)小寫。因此，轉(zhuǎn)向器角傳動比變化曲線應(yīng)選用大致呈中間小兩端大些的下凹形曲線，轉(zhuǎn)向盤在中間位置時的轉(zhuǎn)向器角傳動比不宜過小，否則在汽車高速直線行駛時，對轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角過分敏感和使反沖效應(yīng)加大，使駕駛員精確控制轉(zhuǎn)向輪的運動有困難。相當(dāng)于汽車直行位置時的轉(zhuǎn)向器角傳動比不宜低于15~16。對乘用車，推薦轉(zhuǎn)向器角傳動比在17~25范圍內(nèi)選?。粚ι逃密?，在23~32范圍內(nèi)選取，有原始數(shù)據(jù)得=。 轉(zhuǎn)向器傳動副的傳動間隙傳動間隙是指各種轉(zhuǎn)向器中傳動副（如循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的齒扇和齒條）之間的間隙該間隙隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的大小不同而改變，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)向器的使用壽命有關(guān)。直線行駛時，轉(zhuǎn)向器傳動副若存在傳動間隙，一旦轉(zhuǎn)向輪受到側(cè)向力作用，就能在間隙的范圍內(nèi)，允許車輪偏離原行駛位置，是汽車失去穩(wěn)定。為防止出現(xiàn)這種情況，要求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，最好無間隙。轉(zhuǎn)向器傳動副在中間及其附近位置因使用頻繁，磨損速度要比兩端快[14]。在中間附近位置因磨損造成的間隙大到無法確保直線行駛的穩(wěn)定性時，必須經(jīng)調(diào)整消除該處的間隙。調(diào)整后，要求轉(zhuǎn)向盤能圓滑地從中間位置轉(zhuǎn)到兩端，而無卡住現(xiàn)象。為此，傳動副的傳動間隙特性，應(yīng)當(dāng)設(shè)計成在離開中間位置以后呈逐漸加大的形狀。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的齒條齒扇傳動副的傳動間隙特性，可通過將齒扇齒做成不同厚度來獲取必要的傳動間隙，即將中間齒設(shè)計成正常齒吼，從靠近中間齒的兩側(cè)齒到離開中間齒最遠(yuǎn)的齒，其厚度依次遞減。如圖22所示，齒扇工作時繞搖臂軸的軸線中心轉(zhuǎn)動，加工齒扇時使之繞切齒軸線轉(zhuǎn)動。兩軸線之間的距離稱為偏心距。用這種方法切齒，可獲得厚度不同的齒扇齒。其傳動特性為 （）式中，為端面壓力角；R為節(jié)圓半徑；為搖臂軸轉(zhuǎn)角；為中心到b點的距離；為偏心距。偏心距不同，傳動副的傳動間隙特性也不同。偏心距不同時的傳動間隙變化特性。越大，在同一搖臂軸條件下，其傳動間隙也越大。圖22 確定齒扇齒切齒軸線偏移的傳動副徑向間隙△R及傳動間隙△t的示意圖 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計與計算 轉(zhuǎn)向器計算載荷的確定 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。精確地計算這些力是困難的，為此推薦用足夠精確地半經(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(Nmm),即 ()式中，為輪胎和路面間的滑動摩擦因數(shù)，；為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷（N）；P為輪胎氣壓（MPa),這里取P=35=。作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力為 （）式中，為轉(zhuǎn)向搖臂長；為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長；為轉(zhuǎn)向盤直徑，由前已知為420mm；為轉(zhuǎn)向器角傳動比；為轉(zhuǎn)向器正效率。對給定的汽車，用式（）計算出來的作用力是最大值。因此，可以用此值作為計算載荷。然而，對于前軸負(fù)荷大的貨車，用式（） 計算的力往往超過駕駛員生理上的可能，在此情況下，對轉(zhuǎn)向器和動力轉(zhuǎn)向器動力缸以前零件的計算載荷，應(yīng)取駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤輪緣上的最大瞬時力，此力為700N。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要尺寸參數(shù)的確定（1） 鋼球中心距、螺桿外徑和螺母內(nèi)徑,尺寸、如圖23所示。鋼球中心距是基本尺寸。螺桿外徑、螺母內(nèi)徑及鋼球直徑對確定鋼球中心距的大小有影響，而又對轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)尺寸和強度有影響。在保證足夠的強度條件下，盡可能將值取消些。選取值規(guī)律是隨著齒扇模數(shù)的增大，鋼球中心距也相應(yīng)增加。設(shè)計時先參考同類型汽車的參數(shù)進(jìn)行初選，經(jīng)強度驗算后，再進(jìn)行修正。螺桿外徑通常在20~38mm范圍內(nèi)變化，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷的不同來選定。螺母內(nèi)徑應(yīng)大于，一般情況下要求=（5%~10%）。由查表和計算得=35mm,=34mm,=37mm。圖23 螺桿、鋼球和螺桿傳動副(2)鋼球直徑及數(shù)量,鋼球直徑尺寸取得大，能提高承載能力，同時螺桿和螺母傳動機構(gòu)和轉(zhuǎn)向器的尺寸也隨之增大。鋼球直徑應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，一般常在7~9mm范圍內(nèi)選用，取=8mm[15]。增加鋼球數(shù)量，能提高承載能力；但使鋼球流動性變壞，從而使傳動效率降低。因為鋼球直徑本身有誤差，所以共同參加工作的鋼球數(shù)量并不是全部鋼球數(shù)。經(jīng)驗證明，每個環(huán)路中的鋼球數(shù)以不超過60個為好。為保證盡可能多的鋼球都承載，應(yīng)分組裝配。每個環(huán)路中的鋼球數(shù)為