【正文】 的轉(zhuǎn)向桿系結(jié)構(gòu)更簡單，如圖6－1及圖7－2所示。圖7－1 獨立懸架的分段式轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)的布置圖7－2 與齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器匹配的轉(zhuǎn)向桿系布置方案轎車一般都采用獨立懸架，微型轎車也不例外。本設計是微型轎車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設計，設計過程中力求結(jié)構(gòu)簡單緊湊，生產(chǎn)成本低。今采用如圖7－2b所示的與齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器匹配的轉(zhuǎn)向桿系布置方案。圖示的桿臂系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向節(jié)臂與橫拉桿兩者組成，架構(gòu)簡單，安裝容易，誤差小。 轉(zhuǎn)向節(jié)臂的設計如圖7－2b的桿系中，轉(zhuǎn)向梯形臂簡化為一轉(zhuǎn)向節(jié)臂。轉(zhuǎn)向節(jié)臂用來保證汽車轉(zhuǎn)彎行駛時汽車的車輪均能繞同一瞬時轉(zhuǎn)向中心在不同半徑的圓周上做無滑動的純滾動。為此，轉(zhuǎn)向節(jié)臂保證內(nèi)、外轉(zhuǎn)向車輪的理想轉(zhuǎn)角關系如式5－1所示。因此，在設計中首先是要確定轉(zhuǎn)向擊斃的幾何尺寸參數(shù)，其次是進行零件的強度計算。 cotθ0cotθi=DOCDBD=KL (71)轉(zhuǎn)向節(jié)臂由中碳鋼或中碳合金鋼如35Cr，40，40Cr和40CrNi用模鍛加工制成。轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)向節(jié)臂上的轉(zhuǎn)向車輪與地面的摩擦力很大，轉(zhuǎn)向節(jié)臂的尺寸確定由其受力所計算確定。考慮到微型轎車的轉(zhuǎn)向系結(jié)構(gòu)簡單，現(xiàn)確定其轉(zhuǎn)向阻力大小，處取轉(zhuǎn)向節(jié)臂l4長度為200mm，與球銷聯(lián)合部分圓柱形，材料為45號鋼。與球銷聯(lián)合處圓柱孔滲碳淬火，提高硬度，避免變形和斷裂。其布置方向與汽車前進方向平行，并垂直與轉(zhuǎn)向節(jié)軸線。. 1轉(zhuǎn)向節(jié)臂最小半徑處彎曲正應力強度校核已知45號鋼的彎曲許用應力值為： σF=750Mpa Tmax=40N?m σF=MmaxWZ ≤σF (72)d≥332TmaxπσF=332750=取d＝20mm； 轉(zhuǎn)向橫拉桿橫拉桿的形狀一般為圓柱管形，其尺寸大小根據(jù)轉(zhuǎn)化到其上的車輪與地面的阻力確定；其長度尺寸根據(jù)轉(zhuǎn)向器的布置位置及轉(zhuǎn)向節(jié)臂長度確定。設轉(zhuǎn)向器橫向布置，其軸線臂的交點分轉(zhuǎn)向節(jié)臂為前后兩段，長度分別為80mm、120mm。 L=L02+Lα2 (73)式中： L——橫拉桿長； L0——橫拉桿與轉(zhuǎn)向器連接螺栓中心到轉(zhuǎn)向器殼體軸線與轉(zhuǎn)向節(jié)臂交點處距離，約400mm。 Lα——轉(zhuǎn)向器殼體軸線與轉(zhuǎn)向節(jié)臂交點到橫拉桿與轉(zhuǎn)向節(jié)臂連接球頭銷中心距離，約120mm。所以： L=L02+Lα2 =418mm轉(zhuǎn)向橫拉桿應選擇剛性好，質(zhì)量小的20，30或35號鋼的無縫鋼管制造，其沿長度方向的外形可根據(jù)總布置的需要確定，一般為圓形。選用35號鋼加工橫拉桿，采用可調(diào)桿長式空心拉桿。 橫拉桿截面尺寸計算（1）桿長調(diào)節(jié)螺栓：查相關設計資料得螺栓直徑由下式確定： d≥413Fπσ (74) 式中： d——調(diào)節(jié)螺栓直徑。 F——轉(zhuǎn)向阻力矩轉(zhuǎn)化到橫拉桿上的力。 σ——35號鋼材料許用拉應力，查的σ＝220Mpa。 F的計算：由前面計算可知，Tr＝T1＋T2＋T3＝7056＋＋＝ Nmm，而轉(zhuǎn)向節(jié)臂長為200mm，所以可只轉(zhuǎn)向節(jié)臂所受的與其垂直的等效力為： F3＝Tr/200＝ (75)而轉(zhuǎn)向橫拉桿與轉(zhuǎn)向器殼體軸線的夾角為：在此處鍵入公式。 α=arccos400418=176。 (76)由結(jié)構(gòu)布置可知，根據(jù)力學性質(zhì)原理，F(xiàn)3是F沿橫向的分力。取ɑ＝18計算橫拉桿受軸向力F。 F=/COS18176。= = (77)所以橫拉桿長度調(diào)節(jié)螺栓的直徑值為: d≥413Fπσ = (78)取d＝10mm；長度視安裝情況定。（2）橫拉桿尺寸計算及校核取橫拉桿管柱外徑為20mm，校核橫拉桿軸向拉應力： σB=FA=Fπ4(D2d2)=≤520Mpa (79)拉桿需計算其受壓時的縱向彎曲穩(wěn)定性。為了防止拉桿受壓力時產(chǎn)生縱向彎曲，拉桿截面對中性軸的慣性矩J可由下式求得： Nf≥π2EJL2 7－10 J≤NfL2π2E= 式中： n ——桿的剛度儲備系數(shù)，一般取n＝～； F ——桿承受的軸向力； E ——拉伸時桿材料的彈性模量，E＝2105MPa； l ——桿長，按桿兩端球鉸中心間的距離計算。轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的個元件間采用球形鉸接，其典型結(jié)構(gòu)如圖7－3a所示。球形鉸接的主要特點是能夠消除由于鉸接處的表面磨損而產(chǎn)生的間隙，也能滿足兩鉸接件間復雜的相對運動。在現(xiàn)代球形鉸接的結(jié)構(gòu)中均是用彈簧將球頭與襯墊壓緊。彈簧沿拉桿軸線壓緊的結(jié)構(gòu)（見圖7－3a）制造容易，常為中，重型載貨汽車所采用。但這種結(jié)構(gòu)由明顯的缺點，即彈簧的壓緊力必須顯著地大于汽車在最壞的行駛條件下作用于拉桿上的軸向力，這對于球頭和襯墊的壽命也有不利的影響。彈簧沿球銷軸線壓緊的結(jié)構(gòu)（見圖7－3b）無上述缺點。在這種結(jié)構(gòu)中彈簧的彈性壓緊力必須顯著地大于由于車輪通過不平路面而產(chǎn)生的作用于拉桿的最大垂向慣性力，以免在球形鉸接處出現(xiàn)間隙。整體式轉(zhuǎn)向橫拉桿兩端和分段式橫拉桿左右邊桿外端的球形鉸接應作為單獨組件，組裝好以后以其殼體上的螺紋旋到桿的端部，以使桿長可調(diào)節(jié)前束。其他桿端的球形鉸接，其外殼應與桿件制成一體。球頭與襯墊需要潤滑，并應采用有效結(jié)構(gòu)措施保持住潤滑材料以及防止灰塵污物進入。 圖7－3a 汽車轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的球頭銷 圖7－3b 汽車轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的球頭銷本設計采用如圖7－4所示的彈簧沿橫拉桿軸線壓緊的球頭銷。 圖7－4 球頭銷球銷與襯墊均采用低碳合金鋼如12CrNi3A，18MnTi或20CrNi制，工作表面經(jīng)滲碳淬火處理，～，表面硬度HRC56～63。允許采用中碳鋼40或45制造并經(jīng)高頻淬火處理，球銷的過渡圓角處則用滾壓工藝增強。球形鉸接的殼體則用鋼35或40制造。為了提高球頭和襯墊工作表面的耐磨性，可采用等離子或氣體等離子金屬噴鍍工藝；對于轎車亦可采用耐磨性好的工程塑料制造襯墊。后者在制造過程中可滲入專門的成分（例如尼龍－二硫化鉬），對這類襯墊則可免去潤滑。為了計算轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)零件的強度，首先應確定其計算載荷。轉(zhuǎn)向系無動力裝置，則轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的計算載荷可由式5－10所求得的最大轉(zhuǎn)向阻力矩Tr所確定； Tr＝T1＋T2＋T3球銷的損壞形式主要有球銷的斷裂與球頭的磨損，因此所選定的球銷應滿足以下條件： FC/Wb≤300Mpa F/A≤25～30Mpa (7－11)式中： F ——作用于球頭上的力； C——球頭懸臂部分的尺寸； Wb——球銷計算截面的彎曲截面系數(shù)； A ——球頭承載表面在通過球心并與力F相垂直的平面上的投影面積。 表7－1球頭直徑的選用范圍轉(zhuǎn)向輪負荷（N）球頭直徑（mm）～6000206000～9000229000～125002512500～160002716000～2400030校核：（1） 取球頭直徑d＝20mm（參見表7－1）；C＝20mm；已知，F(xiàn)＝； Wb=πd316=1570109 FCWb=109=300Mpa已知：F＝； A= πd34 =314106 FC=106=25Mpa符合強度要求。8 轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)的設計轉(zhuǎn)向操作機構(gòu)包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱。有時為了布置方便，減少裝置位置誤差以及部件相對運動所引起的附加載荷，提高汽車正面碰撞的安全性以及便于拆裝，在轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向器的輸入端之間安裝轉(zhuǎn)向萬向節(jié)。采用柔性萬向節(jié)可以減少傳至轉(zhuǎn)向軸上的震動，但柔性萬向節(jié)如果過軟，則會影響轉(zhuǎn)向系的剛度。 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向盤由輪轂、輪輻、輪緣等部分組成，輪緣和輪輻的中央部分是鐵質(zhì)或者輕合金制成的芯子，以提高強度，外側(cè)則用合成樹脂或硬質(zhì)橡膠成型，此外也有一些轉(zhuǎn)向盤使用強化木材，也有外部包以皮革的轉(zhuǎn)向盤。轉(zhuǎn)向盤輪輻的直徑，對于轎車取400mm，參照表8－1。轉(zhuǎn)向盤同軸的結(jié)合可以通過錐面結(jié)合，也可以通過齒形鍵結(jié)合。多數(shù)轉(zhuǎn)向盤在輪轂上還設置有喇叭按鈕和電器開關 。 表8－1轉(zhuǎn)向盤直徑參考值汽車類型轉(zhuǎn)向盤直徑（mm）轎車、小型客車、小型貨車400中型客車、中型貨車450、500大型客車、大型貨車550轉(zhuǎn)向盤應具有足夠的強度，同時也必須有適當?shù)男螤詈蛣偠龋员ＷC沖擊時的安全性。 轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向管柱的結(jié)構(gòu)設計轉(zhuǎn)向軸的作用是把轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向器連接起來，它是傳遞 轉(zhuǎn)向力矩的軸。轉(zhuǎn)向管柱套在轉(zhuǎn)向軸的外面，是安裝轉(zhuǎn)向盤的支柱。轉(zhuǎn)向軸一般用花鍵連接在轉(zhuǎn)向器的蝸桿上，或者焊接成為整體，從而將轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動傳給轉(zhuǎn)向器。今年來為代替這種整體式的轉(zhuǎn)向軸，多采用在轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向軸之間裝有彈性體連軸節(jié)的機構(gòu)，它能緩和由于轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向軸安裝引起的安裝誤差，并有減小將 路面沖擊傳給轉(zhuǎn)向軸的效果。為了容易操作，轉(zhuǎn)向軸一般要求裝成35度～50度左右，但根據(jù)要求，有些汽車有能夠適當調(diào)節(jié)斜角的機構(gòu)。轉(zhuǎn)向軸的材料多用低碳鋼制成，圓鋼的粗細要能承受對轉(zhuǎn)向盤施加200N的圓周力時產(chǎn)生的力矩。近年來，為了保證汽車撞車時司機的安全，在轉(zhuǎn)向盤上受到軸向沖擊時，必須要有能緩和這個沖擊的裝置。滿足這一規(guī)定的辦法有很多種，一般時采用轉(zhuǎn)向盤緩沖裝置，這種裝置的結(jié)構(gòu)如圖8－1所示。其轉(zhuǎn)向軸是由軸和管兩部分組成的，這兩者之間通過細齒結(jié)合在一起，當轉(zhuǎn)向盤上受到軸向沖擊力時軸部被壓縮到管中，在此過程中滑動處產(chǎn)生摩擦，可以吸收沖擊能量。同樣，轉(zhuǎn)向柱管也設計成二重的套管，網(wǎng)眼形的管子在受到?jīng)_擊時也吸收能量并被壓縮，這樣就可以減少對司機的傷害。另外，在受到?jīng)_擊時可以使支撐轉(zhuǎn)向柱管的托架也被破壞掉，也減少對司機的損傷。 圖8－1 鋼球連接的分段式轉(zhuǎn)向管柱按轉(zhuǎn)向系設計要求，選用35號鋼做轉(zhuǎn)向軸材料。加在轉(zhuǎn)向盤上的最大力為200N，轉(zhuǎn)向盤直徑是400mm。則轉(zhuǎn)向扭矩為： T＝Fr＝200200＝40000N?mm由材料力學知識可知： τ=Tmaxd21p ≤τ (81)查得35號鋼的許用剪應力值為： τ =τ2=260所以可求得轉(zhuǎn)向軸上半軸的直徑為： d=316Tmax2πτ=取d＝10mm；（管）的設計計算由于轉(zhuǎn)向軸需要做成能吸收能量的安全裝置，現(xiàn)采用上、下轉(zhuǎn)向軸分開式，那么下轉(zhuǎn)向軸做成管狀，以便與上轉(zhuǎn)向軸配合，轉(zhuǎn)向軸長度視與車身的裝配關系而定。取管外徑D＝20mm，內(nèi)徑d＝10mm，校核其強度。 (82)τmax=MnwP=≤260Mpa符合強度條件。 塑料銷材料采用聚砜，～；已知：塑料銷承受轉(zhuǎn)向盤力矩為Tmax＝40N?m，上轉(zhuǎn)向軸直徑為10mm； 塑料銷直徑為d＝5mm；所以塑料銷所受剪應力：τ=NA=2π524 106=102Mpa (83)符合強度條件。9 轉(zhuǎn)向減震器的設計轉(zhuǎn)向減震器為再鋼筒內(nèi)充滿油液的筒式減震器，有單筒式與雙筒式之分。它是利用其活塞移動時鋼筒內(nèi)油液分子間摩擦產(chǎn)生的黏性阻尼、通過閥孔時的阻尼以及克服壓緊閥門的彈簧力來衰減振動的。可用與衰減轉(zhuǎn)向車輪的擺振、轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)的振動及緩和來自路面的沖擊載荷。轉(zhuǎn)向減震器常水平地置于轉(zhuǎn)向橫拉桿附近，裝于轉(zhuǎn)向桿于車身或車架之間。轉(zhuǎn)向減震器于轉(zhuǎn)向器上方與轉(zhuǎn)向器相連接，并固定于車架上。減震器筒內(nèi)部充滿黏性液體，當汽車行駛過程中受到路面沖擊或轉(zhuǎn)向時，減震器活塞桿帶動活塞運動吸收沖擊能量。減震器活塞桿在運動過程中分為拉伸行程和壓縮行程，不管其處于拉伸還是壓縮行程，拉桿帶動活塞運動。當運動達到一定程度時，減震器筒內(nèi)液體有足夠壓力推開活塞上的橡膠壓片，使液體左右流通，從而吸收沖擊能量。同時，黏性液體在流動過程中的分子間摩擦運動也吸收了沖擊能量，使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作平穩(wěn)可靠。總結(jié)本次設計項目為微型轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設計,針對鄉(xiāng)鎮(zhèn)人民使用要求以及成本限制,轉(zhuǎn)向系統(tǒng)力求結(jié)構(gòu)簡單,成本低,布置方便,工作性能好,其與轉(zhuǎn)向節(jié)臂通過橫拉桿相連接,使得轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)非常簡單,與前輪距方向平行。轉(zhuǎn)向軸通過轉(zhuǎn)向萬向節(jié)與小齒輪連接,以便安裝方便可行,有效減少間隙,轉(zhuǎn)向器上方設置一結(jié)構(gòu)比較簡單的轉(zhuǎn)向減震器,其能吸收汽車行駛過程中因路面不平產(chǎn)生的對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的沖擊作用,使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作平穩(wěn),或汽車出險時,方向盤會給駕駛員帶來很大的沖擊作用,轉(zhuǎn)向器操縱機構(gòu)中的轉(zhuǎn)向軸做成分段式,并用塑料銷連接,使其受到大沖擊作用的時候切斷塑料銷