【導(dǎo)讀】質(zhì)量嚴(yán)重影響汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性。隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)轉(zhuǎn)向器也在不斷的得到。車(chē)零部件生產(chǎn)廠商所采用。而在機(jī)械式轉(zhuǎn)向器中，循環(huán)球齒條-齒扇式轉(zhuǎn)向器由于其。自身的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各級(jí)各類(lèi)汽車(chē)上。本文的主要內(nèi)容：汽車(chē)轉(zhuǎn)向器的組成分類(lèi)；轉(zhuǎn)向器總成方案分析及其數(shù)據(jù)確定和轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)過(guò)程。這種轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是，操縱輕便，磨損小，壽命長(zhǎng)。

　　

【正文】 動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的要求 [11] 關(guān)系。 （或減?。饔迷谵D(zhuǎn)向盤(pán)上的手力必須增大（或減?。?，稱(chēng)之為“路感”。 Fh ≥ ～ 時(shí)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向器就應(yīng)開(kāi)始工作。 ,轉(zhuǎn)向盤(pán)應(yīng)自動(dòng)回正，并使汽車(chē)保持在穩(wěn)定的直線(xiàn)行駛狀態(tài)。 ，即轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)后，系統(tǒng)內(nèi)壓力能很快增長(zhǎng)到最大值。 ，仍能用機(jī)械系統(tǒng)操縱車(chē)輪轉(zhuǎn)向。 ，內(nèi)、 外泄漏少。 液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的計(jì)算 動(dòng)力缸的主要尺寸有動(dòng)力缸內(nèi)徑、活塞行程、活塞桿直徑和動(dòng)力缸體壁厚。 動(dòng)力缸產(chǎn)生的推力 F 為 LF LF 11? 式中， L1 為轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)度； L為轉(zhuǎn)向搖臂軸到動(dòng)力缸活塞之間的距離。 推力 F 與工作油液壓力 p和動(dòng)力缸截面面積 S 之間有如下關(guān)系 pLS LF 11? (71) 因?yàn)閯?dòng)力缸活塞兩側(cè)的工作面積不同，應(yīng)按較小一側(cè)的工作面積來(lái)計(jì)算，即 )(4 22 dDpS ?? ? （ 72） 式中， D 為動(dòng)力缸內(nèi)徑； dp為活塞桿直徑，初選 dp＝ ，壓力 p＝ 。 聯(lián)立式 (61)和式（ 62）后得到 30 dLF ppLD 2114 ?? ? （ 73） =63 mm 所以 d=22mm 活塞行程是車(chē)輪轉(zhuǎn)制最大轉(zhuǎn)角時(shí)，由直拉桿的的移動(dòng)量換算到活塞桿處的移動(dòng)量得到的。 活塞厚度可取為 B=。動(dòng)力缸的最大長(zhǎng)度 s 為 sDDs )~(10 ???? (74) =130mm 動(dòng)力缸殼體壁厚 t,根據(jù)計(jì)算軸向平面拉應(yīng)力 ?z 來(lái)確定，即 nDtp sz tD ?? ??? ])(4[ 22 （ 75） 式中， p 為油液壓力； D 為動(dòng)力缸內(nèi)徑； t 為動(dòng)力缸殼體壁厚； n 為安全系數(shù)，n=~。?s 為殼體材料的屈服點(diǎn)。殼體材料用球墨鑄鐵采用 QT500－ 05，抗拉強(qiáng)度為 500MPa,屈服點(diǎn)為 350MPa。 t=5mm 活塞桿用 45 剛制造，為提高可靠性和壽命，要求表面鍍鉻并磨光。 分配閥的參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 分配閥的要參數(shù)有 :滑閥直徑 d、預(yù)開(kāi)隙 e1 密封長(zhǎng)度 e2 、滑閥總移動(dòng)量 e、滑閥在中間位置時(shí)的液流速度 v、局部壓力降和泄漏量等。 轉(zhuǎn)向油泵的排量應(yīng)保證轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸能比無(wú)動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)以更高的轉(zhuǎn)向時(shí)汽車(chē)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向，否則動(dòng)力轉(zhuǎn)向反而會(huì)形成快速轉(zhuǎn)向的輔加阻力。油泵排量要達(dá)到這一要求，必須滿(mǎn)足如下不等式： ddD tscVQ 24)1( ?? ??? 式中 Q— 油泵的計(jì)算排量； ?V— 油泵的容積，計(jì)算時(shí)一般取 ?V＝ ～ ； ? — 泄漏系數(shù)， ? ＝ ～ ； Dc — 動(dòng)力缸缸徑； dd ts/ — 動(dòng)力缸活塞移動(dòng)速度； dd ts/ ＝ ?? 0tannd hs 31 式中 nh — 轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的最大可能頻率，計(jì)算時(shí)對(duì)轎車(chē)取 nh ＝ ~? 。則動(dòng)力轉(zhuǎn)向系的油泵排量 Q 可表達(dá)為 ? ??Vhsc ndDQ )1(4 ta n 022??? (76) =47L/s e1 預(yù)開(kāi)隙 e1 ，為滑閥處于中間位置時(shí)分配閥內(nèi)各環(huán)形油路沿滑閥軸向的開(kāi)啟量，也是為使分配閥內(nèi)某油路關(guān)閉所需的滑閥最小移動(dòng)量。 e1 值過(guò)小會(huì)使油液常流時(shí)局部阻力過(guò)大； e1 值過(guò)大則轉(zhuǎn)向盤(pán)需轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)大的角度才能使動(dòng)力缸工作，轉(zhuǎn)向靈敏度低。一般要求轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角 ??? 5~2? 時(shí)滑閥就移動(dòng) e1 的距離。 e1 ＝ t360? ＝ t???3605~2 (77) ＝ 式中 ? — 相應(yīng)的轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角，（176。）； t — 轉(zhuǎn)向螺桿的螺距， mm. 滑閥總移動(dòng)量 e 過(guò)大時(shí)，會(huì)使轉(zhuǎn)向盤(pán)停止轉(zhuǎn)動(dòng)后滑閥回到中間位置的行程長(zhǎng)，致使轉(zhuǎn)向車(chē)輪停止偏轉(zhuǎn)的時(shí)刻也相應(yīng)“滯后”，從而使靈敏度 降低；如 e 值過(guò)小，則使密封長(zhǎng)度 ee e 12 ?? 過(guò)小導(dǎo)致密封不嚴(yán)，這就容易產(chǎn)生油液泄漏致使進(jìn)、回油路不能完全隔斷而使工作油液壓力降低和流量減少。通常，當(dāng)滑閥總移動(dòng)量為 e時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)允許轉(zhuǎn)動(dòng)的角度約為 20176。左右。 te ???36020 (78) = p? 當(dāng)汽車(chē)宜行時(shí)，滑閥處于中 間位置，油液流經(jīng)滑閥后再回到油箱。油液流經(jīng)滑閥時(shí)產(chǎn)生的局部壓力降 p? (MPa)為 vvp 242 ????? ?? （ 79） 式中 ? — 油液密度， kg/m3 。 ? — 局部阻力系數(shù)，通常取 ? ＝ ； v— 油液的流速， m/s。 32 p? 的允許值為 ～ 。 [v] 由于 p? 的允許值 [ p? ]=~,代入上式，則可得到油液流速的允許值 [v]＝ smp /~][ 104 ???? (710) d vvd eQeQ1m a x1m a x ??? ? (711) =110mm 式中 Qmax— 溢流閥限制下的油液最大排量， L/min,— 般約為發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)油泵排量的 倍； e1 — 預(yù)開(kāi)隙， mm。 v — 滑閥在中間位置時(shí)的油液流速， m/s 7. 滑閥在中間位置時(shí)的油液流速 v eQeQddv 1m a x1m a x ??? ? (712) =5m/s Q? e ppQ 2312 ? ?? ????? （ 713） = 1010?? cm/s 式中 ? — 滑閥也閥體建的徑向間隙，一般 ? ＝ ～ 。 p? — 滑閥進(jìn)、出口油液的壓力差； d — 滑閥直徑； e2 — 密封長(zhǎng)度； ? — 油液的動(dòng)力粘度。 動(dòng)力轉(zhuǎn)向的評(píng)價(jià)指標(biāo) １．動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的作用效能 用效能指標(biāo) ??FF hhs來(lái)評(píng)價(jià)動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的作用效能?，F(xiàn)有動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的效能指標(biāo) s=1~15。 33 ２．路感 駕駛員的路感來(lái)自于轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí)，所要克服的液壓阻力。液壓阻力等于反作用閥面積與工作液壓壓強(qiáng)的乘積。在最大工作壓力時(shí)，轎車(chē)：換算以轉(zhuǎn)向盤(pán)上的力增加約 30~50N。 ３．轉(zhuǎn)向靈敏度 轉(zhuǎn)向靈敏度可以用轉(zhuǎn)向盤(pán)行程與滑閥行程的比值 i 來(lái)評(píng)價(jià) ??2Dswi? (714) 比值 i 越小，則動(dòng)力轉(zhuǎn)向作用的靈敏度越高。 ４．動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的靜特性 動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的靜特性是指輸入轉(zhuǎn)矩與輸出轉(zhuǎn)矩之間的變化關(guān)系曲 線(xiàn)，是用來(lái)評(píng)價(jià)動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的主要特性指標(biāo)。因輸出轉(zhuǎn)矩等于油壓壓力乘以動(dòng)力缸工作面積和作用力臂，對(duì)于已確定的結(jié)構(gòu)，后兩項(xiàng)是常量，所以可以用輸入轉(zhuǎn)矩 Mφ與輸出油壓 p之間的變化關(guān)系曲線(xiàn)來(lái)表示動(dòng)力轉(zhuǎn)向的靜特性，如圖 71示。 常將靜特性曲線(xiàn)劃分為四個(gè)區(qū)段。在輸入轉(zhuǎn)矩不大的時(shí)候，相當(dāng)于圖中 A段；汽車(chē)原地轉(zhuǎn)向或調(diào)頭時(shí)，輸入轉(zhuǎn)矩進(jìn)入最大區(qū)段（圖中 C段）； B區(qū)段屬常用快速轉(zhuǎn)向行駛區(qū)段； D區(qū)段曲線(xiàn)就表明是一個(gè)較寬的平滑過(guò)渡區(qū)間。 要求動(dòng)力轉(zhuǎn)向器向右轉(zhuǎn)和向左轉(zhuǎn)的靜特性曲線(xiàn)應(yīng)對(duì)稱(chēng)。對(duì)稱(chēng)性可以評(píng)價(jià)滑閥的加工和裝配質(zhì)量。要求對(duì)稱(chēng)性大于 。 圖 71 靜特性曲線(xiàn)分段示意圖 34 第八章 .轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是由轉(zhuǎn)向搖臂至左、右轉(zhuǎn)向車(chē)輪之間用來(lái)傳遞力及運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向桿、臂系統(tǒng)。其任務(wù)是將轉(zhuǎn)向器輸出端的轉(zhuǎn)向搖臀的擺動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樽?、右轉(zhuǎn)向車(chē)輪繞其轉(zhuǎn)向主銷(xiāo)的偏轉(zhuǎn)，并使它們偏轉(zhuǎn)到繞同一瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心的不向軌跡圓上，實(shí)現(xiàn)車(chē)輪無(wú)滑動(dòng)地滾動(dòng)轉(zhuǎn)向。為了使左、右轉(zhuǎn)向車(chē)輪偏轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系能滿(mǎn)足這一汽車(chē)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求，則要由轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的精確設(shè)計(jì)來(lái)保證。 非獨(dú)立懸架汽車(chē)的轉(zhuǎn)向系中，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、兩個(gè)相同的 轉(zhuǎn)向梯形臂和轉(zhuǎn)向橫拉桿組成。后者與左、右轉(zhuǎn)向梯形臂又組成轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)向器在汽車(chē)上應(yīng)這樣安置：首先應(yīng)使轉(zhuǎn)向搖臂下端與縱拉桿鉸接的球頭中心在轉(zhuǎn)向過(guò)程中是在平行于汽車(chē)縱向平面的平面內(nèi)移動(dòng) (在圖 81 (a))中為了清楚地表明桿、臂間的連接關(guān)系，已將該球心所在乎面移至該圖平面上 )；其次，為了使轉(zhuǎn)向縱拉桿與縱置鋼板彈簧協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)以避免轉(zhuǎn)向車(chē)輪的擺振，如圖 82所示，轉(zhuǎn)向搖臂下端的球頭中心 B應(yīng)盡量與轉(zhuǎn)向節(jié)臂與縱拉桿鉸接球頭中心 A2 的擺動(dòng)中心 O2 重合。 圖 81 與非獨(dú)立懸架轉(zhuǎn)向輪匹配是轉(zhuǎn)向系簡(jiǎn)圖 35 圖 81 轉(zhuǎn)向縱拉桿與縱置鋼板彈簧的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)分析 轉(zhuǎn)向傳送機(jī)構(gòu)的臂、桿與球銷(xiāo) 轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向節(jié)臂和梯形臂由中碳鋼或中碳合金鋼如 35Cr， 40， 40Cr 和 40CrNi用模鍛加工制成。多采用沿其長(zhǎng)度變化尺寸的橢圓形截面以合理地利用材料和提高其強(qiáng)度與剛度。轉(zhuǎn)向搖臂與轉(zhuǎn)向搖臂軸用三角花鍵聯(lián)接，且花鍵軸與花鍵孔具有一定的錐度以得到無(wú)隙配合，裝配時(shí)花鍵軸與孔應(yīng)按標(biāo)記對(duì)中以保證轉(zhuǎn)向搖臂的正確安裝位置。轉(zhuǎn)向搖臂的長(zhǎng)度與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置及傳動(dòng)比 等因素有關(guān)，一般在初選時(shí)對(duì)小型汽車(chē)可取 100～ 150mm，我的設(shè)計(jì)尺寸為 140mm。 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的桿件應(yīng)選用剛性好、質(zhì)量小的 30 或 35號(hào)鋼的無(wú)縫鋼管制造，其沿長(zhǎng)度方向的外形可根據(jù)總布置的需要確定。 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的各元件間采用球形鉸接．球形鉸接的主要特點(diǎn)是能夠消除由于鉸接處的表而磨損而產(chǎn)生的間隙，也能滿(mǎn)足兩鉸接件間復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。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(xiàn)壓緊的結(jié)構(gòu)制造容易，常為中、重型載貨汽車(chē)所采用。但這種結(jié)構(gòu)有明顯的缺點(diǎn)，即彈簧的壓緊力必須顯著地大于汽車(chē)在最壞 的行駛條件下作用于拉桿上的軸向力，這對(duì)于球頭和襯墊的壽命也有不利的影響。彈簧沿球銷(xiāo)軸線(xiàn)壓緊的結(jié)構(gòu)無(wú)上述缺點(diǎn)。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(chē)輪通過(guò)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(yīng)作為單獨(dú)組件，組裝好后以其殼體上的螺紋旋到桿的端部。以使桿長(zhǎng)可調(diào)以便用于調(diào)節(jié)前束。其他桿端的球形鉸接，其外殼應(yīng)與桿件制成一個(gè)整體。球頭與襯墊需潤(rùn)滑，并應(yīng)采用有效結(jié)構(gòu)措施保持住潤(rùn)滑材料及防止灰塵污物進(jìn)入。 球銷(xiāo)與襯墊均采用低 碳合金鋼如 12CrNi3A， 18MnTi，或 20CrN 制造，工作表面經(jīng)滲碳淬火處理，滲碳層深 ～ ，表面硬度 HRC 56～ 63。允許采用中碳鋼 40 36 或 45 制造并經(jīng)高頻淬火處理，球銷(xiāo)的過(guò)渡圓角處則用滾壓工藝增強(qiáng)。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?lài)婂児に嚕粚?duì)于轎車(chē)亦可采用耐磨性好的工程塑料制造襯墊。后者在制造過(guò)程中可滲入專(zhuān)門(mén)的成分 (例如尼龍 —— 二硫化鉬 )，對(duì)這類(lèi)襯墊則可免去潤(rùn)滑。 桿件設(shè)計(jì)結(jié)果 轉(zhuǎn)向搖臂 /mm 140 轉(zhuǎn)向 縱拉桿 /mm 240 轉(zhuǎn)向節(jié)臂 /mm 140 轉(zhuǎn)向梯形臂 /mm 200 轉(zhuǎn)向橫拉桿 /mm 600 37 結(jié) 論 轉(zhuǎn)向系是用來(lái)保持或者改變汽車(chē)行駛方向的機(jī)構(gòu)，在汽車(chē)轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。 本次設(shè)計(jì)，所選用的轉(zhuǎn)向器為適用于各種車(chē)型的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，對(duì)于已知的汽車(chē)數(shù)據(jù)如軸距，整備質(zhì)量等參數(shù)，計(jì)算轉(zhuǎn)向系所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)，并且對(duì)其進(jìn)行了強(qiáng)度校核的分析。同時(shí)還進(jìn)行了，轉(zhuǎn)向器的正，逆效率計(jì)算，轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比，力傳動(dòng)比，角傳動(dòng)比等計(jì)算。動(dòng)力缸的設(shè)計(jì)計(jì)算以及常流式滑閥的設(shè)計(jì)計(jì)算。其計(jì)算結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求，并且滿(mǎn)足強(qiáng)度條件。 但由于經(jīng)驗(yàn)較少，所選用的桿件長(zhǎng)度，均按同類(lèi)車(chē)型尺寸選取，難免有不當(dāng)之處，需要今后在實(shí)踐自中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。 38 致 謝 短短的 半個(gè)學(xué)期畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，我的大學(xué)生活也即將