【正文】 取ɑ＝ 18 計(jì)算橫拉桿受軸向力 F。 mm，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： ＝ /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。 —— 35號(hào)鋼材料許用拉應(yīng)力，查的 ＝ 220Mpa。 橫拉桿截面尺寸計(jì)算 （ 1）桿長調(diào)節(jié)螺栓： 查相關(guān)設(shè)計(jì)資料得螺栓直徑由下式確定： d √ (74) 式中： d—— 調(diào)節(jié)螺栓直徑。 所以： L=√ + =418mm 轉(zhuǎn)向橫拉桿應(yīng)選擇剛性好，質(zhì)量小的 20， 30或 35號(hào)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。 橫拉桿長度計(jì)算 L=√ + (73) 式中： L—— 橫拉桿長； —— 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(diǎn)處距離，約 400mm。 . 1 轉(zhuǎn)向節(jié)臂最小半徑處彎曲正應(yīng)力強(qiáng)度校核 已知 45號(hào)鋼的彎曲許用應(yīng)力值為： =750Mpa =40N m = M (72) d √ =√ . = 取 d＝ 20mm； 轉(zhuǎn)向橫拉桿 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明 書 30 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。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。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(jì)算確定。因此，在設(shè)計(jì)中首先是要確定轉(zhuǎn)向擊斃的幾何尺寸參數(shù)，其次是進(jìn)行零件的強(qiáng)度計(jì)算。轉(zhuǎn)向節(jié)臂用來保證汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)汽車的車輪均能繞同一瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心在不同半徑的圓周上做無滑動(dòng)的純滾動(dòng)。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。本設(shè)計(jì)是微型轎車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程中力求結(jié)構(gòu)簡單緊湊，生產(chǎn)成本低。與 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器匹配的轉(zhuǎn)向桿系結(jié)構(gòu)更簡單，如圖 6－ 1及圖 7－ 2所示。當(dāng)汽車直行時(shí)擺桿 7 與轉(zhuǎn)向搖臂 1 應(yīng)對(duì)稱地位于中段橫拉桿的左右兩側(cè)并與之垂直地鉸接，且在懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)橫臂的縱向擺軸線上，以避免汽車垂向振動(dòng)引起轉(zhuǎn)向車輪的擺振并使汽車具有良好的直線行駛性能。轎車一般都選用獨(dú)立懸架系統(tǒng)。最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法包括：汽車轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)、汽車雙梯形轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、汽車雙橋轉(zhuǎn)向搖臂機(jī)構(gòu)和具有獨(dú)立懸架汽車的雙 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。為了使左、右轉(zhuǎn)向車輪偏轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系能滿足這一汽車轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求，則要求轉(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)來保證。 = (614) 查有關(guān)設(shè)計(jì)資料得： =1100MPa； ＝ 550MPa； = = =1 = = 所以，齒條齒的許用強(qiáng)度值為： = = . . =1300Mpa； = = . . 750Mpa 均符合強(qiáng)度要求。 疲勞強(qiáng)度校核 首先計(jì)算齒輪齒面的接觸許用強(qiáng)度應(yīng)力值： = (67) 查有關(guān)設(shè)計(jì)資料得： ＝ 1300MPa； = . = . 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明 書 26 所以： = = . . = 其次，計(jì)算齒輪傳動(dòng)的實(shí)際接觸強(qiáng)度應(yīng)力值： = √ (68) 查有關(guān)設(shè)計(jì)資料得： = = = = = = =1 = . K= = . (69) 而： 轉(zhuǎn)矩 = = = ； (610) 齒寬 b＝ ； 分度圓直徑 ＝ ； 傳動(dòng)比 u＝ 1； 所以： = √ (611) = 彎曲疲勞強(qiáng)度校核 首先計(jì)算輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力值： = (612) 查有關(guān)設(shè)計(jì)資料得： ＝ 620MPa； =1,5 =1 = 所以： = = . M 其次，計(jì)算輪齒的實(shí)際承受彎曲應(yīng)力值： = (613) 查有關(guān)設(shè)計(jì)資料得： = = 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明 書 27 = = 而： 螺旋角 =1 齒寬系數(shù) =1 齒數(shù) =8 嚙合重合度 =0。殼體常用鋁合金壓鑄。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的正效率 可達(dá) 70％～ 80％。 蘭州工業(yè)高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明 書 25 圖 6－ 3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的布置方案 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比： = θ = . （ 66） 式中： —— 梯形臂長度， mm；齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器與懸架匹配時(shí)，轉(zhuǎn)向梯形臂就是轉(zhuǎn)向節(jié)臂，取 ＝ 200mm。為此，齒條用一根直徑為 40mm 的圓柱形鋼材料加工而成。由小齒輪的齒數(shù)為 8得齒條的最小齒數(shù)為： Z2＝ 3 Z1＝ 3 8＝ 24 （ 65） h= + = . = 齒條材料采用 45 號(hào)鋼，高頻淬火。取 ? = 。則齒輪的其他參數(shù)可確定： = . （ 61） r = = . （ 62） h= + 式中 為齒頂高系數(shù)， 為頂隙系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)齒輪的 = ， = . ，所以，齒輪的齒高為： h＝ 3（ 2 1＋ ）＝ （ 63） 齒寬度 b= 式中， 為齒輪的齒寬系數(shù)，查得 = 。應(yīng)根據(jù)整車布置的需要并考慮轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比及效率等來選擇這些角度的大小和方向。 根據(jù)小齒輪螺旋角和齒條傾斜角的大小和方向的不同，可以構(gòu)成不同的傳動(dòng)方案。為了轉(zhuǎn)向輕便，主動(dòng)小齒輪的直徑應(yīng)盡量小。圖 6－ 2是相應(yīng)的一種結(jié)構(gòu)圖。齒條利用兩個(gè)球接頭直接和兩根分開的左右橫拉桿相連。圖 6－ 1 為其在轉(zhuǎn)向橋上的布置簡圖，通常均勻布置在前輪軸線之后。微型轎車載荷小，前軸負(fù)荷不大，整車結(jié)構(gòu)力求簡單，且一般行駛在良好里面上， 所以，微型轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向器采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。本設(shè)計(jì)為微型轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，取轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù) 3圈，即中間位置到兩邊極限位置時(shí)各轉(zhuǎn) 圈。它與轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比有關(guān)，并影響轉(zhuǎn)向的操縱輕便性和靈敏性。使汽車的轉(zhuǎn)向靈敏性變差。如果令 Ca 為不考慮轉(zhuǎn)向系剛度時(shí)的輪胎側(cè)偏剛度，而 Ca 為考慮轉(zhuǎn)向系剛度時(shí)的輪胎側(cè)偏剛度（稱為等價(jià)剛度），則有以下關(guān)系： Ca＝ Ca/(1+Ca/Cs?b) （ 5－ 20） 式中： Cs—— 整個(gè)轉(zhuǎn)向系的剛度； b—— 拖后距（后傾拖距與輪胎拖距之和） 由上式可見：當(dāng) Cs 值很大時(shí)， Ca≈ Ca，即前輪的側(cè)偏剛度近似為 Ca；當(dāng) Cs 值很小時(shí)，前輪的側(cè)偏剛度為 Ca＜ Ca。 1，轉(zhuǎn)向器的徑向曠量 2， 轉(zhuǎn)向器的軸向曠量 圖 5－ 4 轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)間隙特性 5. 6 轉(zhuǎn)向系的 剛度 轉(zhuǎn)向系各零、部件尤其是一些桿件均具有一定的彈性，這就使得轉(zhuǎn)向輪的實(shí)際轉(zhuǎn)角 要比司機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤并按轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比換算至轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角 要小，這樣就會(huì)有不足轉(zhuǎn)向的趨勢(shì)。為此應(yīng)使傳動(dòng)間隙從中間部位到兩端逐漸增大，并在端部達(dá)到其最大值（曠量轉(zhuǎn)角約為 25度～ 35 度），如圖5－ 4 所示，以利于對(duì)間隙的調(diào)整及提高轉(zhuǎn)向器的使用壽命。汽車多直線行駛，因此轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副在中間部位的磨損量大于其兩端。為防止這種情況發(fā)生，要求當(dāng)轉(zhuǎn)向盤處于中間位置時(shí)轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)副為無間隙嚙合。研究該傳動(dòng)間隙特性的意義在于它對(duì)汽車直線行駛時(shí)的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向器的壽命都有直接影響。該間隙δ隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角φ的改變而改變。一般 r 和 a都是一個(gè)常值，所以力傳動(dòng)比 與角傳動(dòng)比 r 成正比。對(duì)于一定車型，可用試驗(yàn)方法確定 a 值的最小極限，通常貨車的 a 值在 40～ 60mm 內(nèi)，轎車的 a 值可取 ～ 倍的輪胎胎面寬度。 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 可以由下式表示： ＝ M /r （ 5－ 16） 式中： —— 作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩； r —— 轉(zhuǎn)向盤作用半徑； 將上 5－ 1 5－ 16 兩式帶入式 5－ 14 得： = M r M α （ 5－ 17) 如果忽略摩擦損失，轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比 r 可以用下式表示： = M M (5－ 18） 于是可得轉(zhuǎn)向系力傳動(dòng)比： = r r α （ 5－ 19） 由式 5－ 19 可知，力傳動(dòng)比與車輪轉(zhuǎn)臂 a有關(guān)， a愈小，力傳動(dòng)比就愈大，轉(zhuǎn)向愈輕便。 轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比與力傳動(dòng)比的關(guān)系 轉(zhuǎn)向系力傳動(dòng)比可以由下式表示： ＝ 2 / （ 5－ 14） 輪胎和地面之間的轉(zhuǎn)向阻力 與作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩 Mr；有如下的關(guān)系： ＝ Mr/a （ 5－ 15） 式中： a—— 車輪轉(zhuǎn)臂，指主銷延長線至地面的交點(diǎn)到輪胎接地中心的距離。 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明 書 21 圖 5－ 3 轉(zhuǎn)向器交傳動(dòng)比 的變化特性曲線 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比也常采用不變的數(shù)值：轎車取 ＝ 14～ 22；貨車取 ＝20～ 25。 對(duì) 于轎車，因前軸負(fù)荷不大，在轉(zhuǎn)向盤的全轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)不存在轉(zhuǎn)向沉重的問題，而具有動(dòng)力轉(zhuǎn)向的車輛，其轉(zhuǎn)向阻力矩由動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置克服，故在上述情況下均有可能選擇較小的角傳動(dòng)比和減少轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的總?cè)?shù)，以提高汽車的轉(zhuǎn)向靈敏性。對(duì)于高車速車輛來說，轉(zhuǎn)向盤處于中間位置時(shí)的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比 iw 不宜過小，否則會(huì)在高速直線行駛時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角過分靈敏。而轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的變化規(guī)律又因轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)的不同而異。因此轉(zhuǎn)向“輕便性”與“靈敏性”是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中遇到的一對(duì)矛盾。約等于 1，可以看出：轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比 成反比。由 于增大角傳動(dòng)比可以增加力傳動(dòng)比，因此轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比不僅對(duì)轉(zhuǎn)向靈敏性和穩(wěn)定性有直接影響，而且也影響著汽車的操縱輕便性。 這里還應(yīng)指出：當(dāng)汽車在行駛過程中轉(zhuǎn)向時(shí)，上述轉(zhuǎn)向輪與地面的滑動(dòng)摩擦阻力矩 比汽車在原地轉(zhuǎn)向時(shí)的要小很多倍，且與車速有關(guān)。則轉(zhuǎn)向時(shí)在轉(zhuǎn)向盤上的切向力可由下式求得 = （ 5－ 13） 式中 —— 轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比； —— 轉(zhuǎn)向盤的半徑，根據(jù)微型轎車轉(zhuǎn)向系的要求和在 180～ 275mm 范圍內(nèi)按國家標(biāo)準(zhǔn)系列選取的原則，確