【導(dǎo)讀】機構(gòu)（方向盤）、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三大部分組成。動）的機構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件。由于轉(zhuǎn)向助力裝置最常用的是一套液壓系統(tǒng)，因此也就離不開泵、關(guān)、電機和地線的作用。直線運動）的一組齒輪機構(gòu)，同時也是轉(zhuǎn)向系中的減速傳動裝置。銷式、循環(huán)球－齒條齒扇式、循環(huán)球曲柄指銷式、蝸桿滾輪式等。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器目前在國內(nèi)外汽車上是引用較多的一種結(jié)構(gòu)形式。般采用齒條齒扇傳動副。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由螺桿、螺母、鋼球和導(dǎo)管、齒。母將沿軸向移動。道流動，形成“球流”。鋼球在螺母內(nèi)繞行兩周后，流出螺母而進入導(dǎo)。的封閉通道內(nèi)循環(huán)，而不會脫出。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正向傳動效率很高，故操縱輕便，同時其逆向傳動效率也很高，隨著道路行駛條件的改善，該設(shè)計在循環(huán)球式動力轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)及工作原理進行分析的基礎(chǔ)上，器前、后殼體等零件的設(shè)計，同時還對其進行了相關(guān)的校核工作。

　　

【正文】 設(shè)計方案 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計方案的分析 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器目前國內(nèi)外汽車上引用較多的一種結(jié)構(gòu)形式。循環(huán)器式轉(zhuǎn)向器由螺桿、螺母、鋼球和導(dǎo)管、齒條、齒扇構(gòu)成。由方向盤傳動帶動螺桿傳動，通過鋼球?qū)⒘?給螺母，螺母將沿軸向移動。同時由于摩擦力的作用，所有鋼球在螺桿和螺母內(nèi)的滾道流動，形成 “球流 ”。鋼球在螺母內(nèi)繞行兩周后，流出螺母而進入導(dǎo)管，再由導(dǎo)管流回螺母通道內(nèi)，故在轉(zhuǎn)向器工作時，兩列鋼球只是在各自的封閉通道內(nèi)循環(huán)，而不會脫出。螺母的軸向移動，通過齒條和齒扇，帶動搖臂軸轉(zhuǎn)動 ， 搖臂軸轉(zhuǎn)動帶動汽車轉(zhuǎn)向橋（一般是前橋）上的車輪（轉(zhuǎn)向輪）相對于汽車縱軸線偏轉(zhuǎn)一定角度，完成汽車轉(zhuǎn)向。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器具有 嚙合 平穩(wěn)，剛性好，轉(zhuǎn)向輕便、靈活，它的正向傳動效率很高（最高可達 90～ 95%），故操縱輕便，使用壽命長。同時其逆向傳 動效率也很高，隨著道路行駛條件的改善， “打手 ”的現(xiàn)象明顯減少，目前國內(nèi)外很多工廠均已采用。國內(nèi)外現(xiàn)有曲柄球銷式、曲柄叉式及齒扇齒條式三種結(jié)構(gòu)，其中齒扇齒條式能更好的滿足使用及工藝上的要求，它在循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器中已占主導(dǎo)地位。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器有兩級傳動副，第一級是螺桿、鋼球和螺母傳動副，第二級是螺母、齒條傳動副，所以設(shè)計方案主要由這兩個部分展開。 螺桿、鋼球和螺母傳動副循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的第一級傳動副，螺桿、螺母具有與鋼球精密配合的螺紋滾道，其優(yōu)點是消除螺桿與螺母的相對位移，減少轉(zhuǎn)向盤的自由行程；在負荷較低時，滾道與 鋼球為接觸，在負荷較大時，滾道與鋼球為局部接觸，從而提高轉(zhuǎn)向器的效率；鋼球與滾道間的間隙可儲存雜物，減少磨損，提高壽命。為減少鋼球與滾道的接觸應(yīng)力，采用高精度鋼球，分組裝配，使螺桿與螺母的間隙控制在允許的范圍內(nèi)。為減少剛球流通阻力，采用雙列鋼球獨立循環(huán)，每列循環(huán)滾道與鋼球的有效接觸圈數(shù)為 圈，螺母的上平面有 4 個導(dǎo)管孔，導(dǎo)管插入其中，用波型夾子固定。每列螺紋滾道用導(dǎo)管連通，實現(xiàn)鋼球在滾道中循環(huán)滾動。兩列鋼球間的無效圈數(shù)一般為 圈（次處無鋼球），螺母長度小，結(jié)構(gòu)較為緊湊。在模數(shù)較大的轉(zhuǎn)向器中，為提高螺母 的只支撐剛性，無效圈數(shù)為 圈。 齒條齒扇傳動副是循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的第二級傳動副，與齒條相嚙合的齒扇，其齒厚是在分度圓上沿齒扇軸線按線性關(guān)系變化的，故為變厚齒扇。 10 隨著工作時間的增長，轉(zhuǎn)向螺母和齒扇的磨損也變得越來越嚴重，為了使轉(zhuǎn)向螺母和齒扇能夠正常工作，因此需要設(shè)計間隙調(diào)整裝置。調(diào)整螺釘旋裝在側(cè)蓋上，齒扇軸內(nèi)側(cè)端部有切槽，調(diào)整螺釘?shù)膱A柱形端頭即嵌入此切槽中。將調(diào)整螺釘旋入，則嚙合間隙減小，反之則嚙合間隙增大。 轉(zhuǎn)向器 工作過程詳解 圖 21 ； ； ； ； ； ； 7.轉(zhuǎn)向減振器 上圖是一種機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。駕駛員對轉(zhuǎn)向盤 1 施加的轉(zhuǎn)向力矩通過轉(zhuǎn)向軸 2 輸入轉(zhuǎn)向器 8。從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向傳動軸這一系列零件即屬于轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)。作為減速傳動裝置的轉(zhuǎn)向器中有 2 級減速傳動副。經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大后的力矩和減速后的運動傳到轉(zhuǎn)向橫拉桿 6，再傳給固定于轉(zhuǎn)向節(jié)3 上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂 5，使轉(zhuǎn)向節(jié)和它所支承的轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，從而改變 了 汽車的行駛方向。這里，轉(zhuǎn)向橫拉桿和轉(zhuǎn)向節(jié)臂屬于轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)。 11 圖 22 ； 2 輪輻； 3 輪轂 轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)由方向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱等組成，它的作用是將駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的操縱力傳給轉(zhuǎn)向器。 圖 23 12 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器分兩端輸出式和中間（或單端）輸出式兩種。 圖 24 ； ； ； ； ； ；； ； ； ； ； ； 13.滾針軸承。 兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器作為傳動副主動件的轉(zhuǎn)向齒輪軸 11 通過軸承 12 和 13 安裝在轉(zhuǎn)向器殼體 5 中，其上端通過花鍵與萬向節(jié)叉 10和轉(zhuǎn)向軸連接。與轉(zhuǎn)向齒輪嚙合的轉(zhuǎn)向齒條 4 水平布置，兩端通過球頭座3 與轉(zhuǎn)向橫拉桿 1 相連。彈簧 7 通過壓塊 9 將齒條壓靠在齒輪上，保證無間隙嚙合。 彈簧的預(yù)緊力可用調(diào)整螺塞 6 調(diào)整。當(dāng)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時，轉(zhuǎn)向器齒輪 11轉(zhuǎn)動，使與之嚙合的齒條 4 沿軸向移動，從而使左右橫拉桿帶動轉(zhuǎn)向節(jié)左右轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)向車輪偏轉(zhuǎn)， 從而實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向。中間輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，其結(jié)構(gòu)及工作原理與兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器基本相同，不同之處在于它在轉(zhuǎn)向齒條的中部用螺栓 6 與左右轉(zhuǎn)向橫拉桿 7 相連。在單端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器上，齒條的一端通過內(nèi)外托架與轉(zhuǎn)向橫拉桿相連。 13 圖 25 ； ； ； ； ； ；； ； ； ； ； 母； ； 。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 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埽扛鶎?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。 14 圖 26 蝸桿 曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器 蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器的傳動副 (以轉(zhuǎn)向蝸桿為主動件，其從動件是裝在搖臂軸曲柄端部的指銷。轉(zhuǎn)向蝸桿轉(zhuǎn)動時，與之嚙合的指銷即繞搖臂軸軸線沿圓弧運動，并帶動搖臂軸轉(zhuǎn)動。 圖 27 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 轉(zhuǎn)向器由 螺桿、螺母、鋼球、導(dǎo)管、搖臂軸 、殼體、側(cè)蓋及上、下蓋等主要零件組成。螺桿、螺母支承在殼體兩端的上、下蓋軸承中。螺母的下方制成齒距相等的齒條，它與搖臂軸上的變厚齒扇相嚙合，搖臂軸的軸頸支承在殼體及側(cè)蓋的襯套中。轉(zhuǎn)動螺桿時，通過鋼球使螺母沿軸線移動，螺母齒條與搖臂軸齒扇的嚙合，使搖臂軸往復(fù)擺動。 螺桿軸承的預(yù)緊負荷，可通過增加或減少上蓋處的調(diào)整墊片，達 15 到轉(zhuǎn)動螺桿所要求的預(yù)緊扭矩。齒條與赤扇的嚙合可通過調(diào)整側(cè)蓋處的調(diào)整螺釘，使處于中間位置時無嚙合間隙，轉(zhuǎn)動螺桿時的扭矩應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)。 轉(zhuǎn)向器總成通過螺桿上的三角花鍵與轉(zhuǎn)向軸相連接，轉(zhuǎn) 向盤與轉(zhuǎn)向器有兩個（或一個）十字軸萬向節(jié)，并有滑動花鍵，使之拆裝方便，并可滿足可翻駕駛室的要求。 殼體兩端軸承孔是對稱的，根據(jù)車型的不同，可更換上、下蓋的位置，改變螺桿輸入端的位置，殼體兩個側(cè)面上均有安裝螺孔，因此同一轉(zhuǎn)向器，可滿足不同布置的要求。 為充分利用搖臂軸的最大轉(zhuǎn)角，保護相應(yīng)零件不損壞，在搖臂軸兩側(cè)的殼體內(nèi)腔中有定位凸臺，以限制搖臂軸的最大轉(zhuǎn)角。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)如圖 21 所示 [1]。 圖 21 循環(huán)球式動力轉(zhuǎn)向器示意圖 1轉(zhuǎn)向器殼體 。2轉(zhuǎn)向螺母 。3轉(zhuǎn)向螺桿 。4轉(zhuǎn)向閥 。5轉(zhuǎn)向搖臂軸 16 第 3 章 螺桿、鋼球和螺母傳動副的設(shè)計 螺桿、鋼球和螺母傳動副 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的第 一 級傳動副， 螺桿、螺母具有與鋼球精密配合的螺紋滾 道 ，其優(yōu)點是消除螺桿與螺母的相對位移，減少轉(zhuǎn)向盤的自由行程；在負荷 較低 時，滾道與鋼球為接觸， 在 負荷較大時 ， 滾道與鋼球為局部接觸，從而提高轉(zhuǎn)向器的效率；鋼球與滾道間的間隙可儲存雜物，減少磨損，提高壽命。為減少鋼球與滾道的接觸應(yīng)力，采用高精度鋼球，分組裝配，使螺桿與螺母的間隙控制在允許的范圍內(nèi)。 氣體增壓泵汽缸組件的設(shè)計計算 為了減少轉(zhuǎn)向螺桿和轉(zhuǎn)向螺母之間的摩擦，二者之 間的螺紋以螺旋槽滾動的許多鋼球代之，以實現(xiàn)滑動摩擦變?yōu)闈L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。兩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)面有一對通孔，可將鋼球從此孔塞入螺旋形通道內(nèi)。鋼球?qū)Ч艿膬啥瞬迦肼菽競?cè)面通孔中，導(dǎo)管內(nèi)也裝滿了鋼球。這樣，鋼球?qū)Ч芎吐菽竷?nèi)的螺旋管狀通道組合成封閉的鋼球 “通道 ”[2]。為減少剛球流通阻力，采用雙列鋼球獨立循環(huán)，每列循環(huán)滾道與鋼球的有效接觸圈數(shù)為 圈，螺母的上平面有 4 個導(dǎo)管孔，導(dǎo)管插入其中，用波型夾子固定。每列 螺紋滾道用導(dǎo)管連通，實現(xiàn)鋼球在滾道中循環(huán)滾動。兩列鋼球間的無效圈數(shù)一般為 圈（次處無鋼球），螺母長度小，結(jié)構(gòu)較為緊湊。在模數(shù)較大的轉(zhuǎn)向器中，為提高螺母的只支撐剛性，無效圈數(shù)為 圈。鋼球在螺母內(nèi)繞行兩周后，流出螺母而進入導(dǎo)管，再由導(dǎo)管流回螺母通道內(nèi)，故在轉(zhuǎn)向器工作時，兩列鋼球只是在各自的封閉通道內(nèi)循環(huán)，而不會脫出。螺母的軸向移動，通過齒條和齒扇，帶動搖臂軸轉(zhuǎn)動。 螺桿、鋼球和螺母傳動副的結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。 17 圖 31 鋼球、螺桿和螺母傳動副示意圖 1轉(zhuǎn)向螺母； 2鋼球?qū)Ч埽?3鋼球； 4轉(zhuǎn)向螺 桿； 5密封圈 主要尺寸參數(shù)的確定 阿克曼幾何學(xué)