【正文】 = 所以代入式（ 6）中得到 t=12mm， 而查了相關(guān)資料，螺距 t 在范圍 t=8～ 13mm 內(nèi)選取，故 滿足要求 。 又由傳動關(guān)系得到： （ 5） 其中：β ―― 齒扇轉(zhuǎn)角； ―― 齒扇 分度圓 半徑。 轉(zhuǎn)向系的效率 如果忽略軸承和其他零部件的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，則循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率可由下式計算： 四川大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計循環(huán)球式 汽車 方向機總體設(shè)計及 三維裝配 設(shè)計 18 )tan(tan 0 0 ?? ?? ??? （ 2） 同樣，如果忽略軸承和其他零部件的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，則循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的逆效率可由下式計算： 00tan )tan( ? ??? ??? （ 3） 其中： 0? ―― 螺桿的螺線導(dǎo)程角 ； ? ―― 摩擦角， ? =arctanf， f為 摩 擦因數(shù) ， f=。 很顯然以其他 2種方法計算的載荷都很大，而且我們這次設(shè)計的轉(zhuǎn)向器是為輕型汽車設(shè)計的，因此選用第一種假定方式計算，其他兩種都是適合重型汽車的載荷設(shè)計。 =17150（ N） 汽車在行駛過程中，作用在轉(zhuǎn)向器的各個零件上的載荷是經(jīng)常在變化的，只能用假定的方法對載荷進行計算 。 G1=179。 計算得： 178。 由半經(jīng)驗公式得汽車在路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩 Mf： PG3fM31f ?（ 1） 其中： f—— 輪胎與地面的摩擦系數(shù)，一般取 ，故 f=； Mf —— 轉(zhuǎn)向阻力矩，單位（ N178。 初步定下此次設(shè)計的轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)圖如下： 四川大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計循環(huán)球式 汽車 方向機總體設(shè)計及 三維裝配 設(shè)計 17 圖 34 設(shè)計的轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)圖 轉(zhuǎn)向器的計算載荷的確定 在設(shè)計轉(zhuǎn)向器時，不能單純的設(shè)計計算，必須要考慮到能夠保證汽車行駛的安全性，因此必須保證轉(zhuǎn)向器有足夠的強度，而在計算零件強度時，需要用到汽車所受的載荷，所以必須要提前計算出汽車的載荷。 轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)的確定 在確定轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)之前，本人查閱了大量國內(nèi)外的 轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)模型，包括美國的 TRW公司的 TAS系列轉(zhuǎn)向器、德國 ZF 公司的、以及日本 KOYO 公司的 PBS 系列等等。 M）； P—— 油泵最大工作壓力（ MPa）； S0—— 油缸的工作面積（ m2）； S1—— 螺桿外徑所占的面積 （ m2）； RF—— 扇齒分度圓半徑（ m）。而輸出扭矩是設(shè)計條件中已知的，理論最大輸出扭矩為 1785Nm，設(shè)計條件中要求最大工作壓力為四川大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計循環(huán)球式 汽車 方向機總體設(shè)計及 三維裝配 設(shè)計 15 。 本章小結(jié) 本章主要介紹了循環(huán)球式液壓助力轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)特點和工作原理。油泵來油經(jīng)過閥套進油 口、相 應(yīng)閥芯臺肩左側(cè)與 閥 套槽之間擴大的間隙 、 閥 套上的孔道流入殼體上腔．推動活塞起助力作用。殼體上腔的油則按相反的油路流回轉(zhuǎn)向油罐。 圖 23 轉(zhuǎn)閥工作原理圖 1閥套； 2閥芯； 3扭桿 左轉(zhuǎn)向時，如圖 23左圖 所示，此時閥芯相對閥套左轉(zhuǎn)，關(guān)閉了每個閥芯的臺肩左側(cè)與閥套槽的間隙。方向盤轉(zhuǎn)動時，輸入軸轉(zhuǎn)動，閥芯客服扭桿的彈性作用產(chǎn)生一個相對于閥套的小的角位移，即轉(zhuǎn)閥中只有一側(cè)油腔的油道口是全開的，另一側(cè)全閉，這樣油沿著打開的油道進入其中一側(cè)的油腔 ，使得這一側(cè)油腔的油壓不斷增大，另一側(cè)的油腔油道封閉，油壓不變 ，由于油是幾四川大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計循環(huán)球式 汽車 方向機總體設(shè)計及 三維裝配 設(shè)計 12 乎不能被壓縮的，這樣兩側(cè)的油腔就會產(chǎn)生壓力差，充滿油的一側(cè)油會推動活塞往另一側(cè)移動，起到助力作用，這樣駕駛員就不需要費太大的力氣就可以輕松操縱方向盤，而且汽車的行駛也變得較為穩(wěn)定。 循環(huán)球式液壓助力轉(zhuǎn)向器的工作原理 本次設(shè)計選用的是六槽式轉(zhuǎn)閥，閥芯的油槽上開有 3 個相互成 120176。齒扇軸連接搖臂（圖中沒有繪制出）將轉(zhuǎn)向力矩輸出到車輪。 圖 21 循環(huán)球式液壓助力 轉(zhuǎn)向器 1－控制閥； 2－螺桿； 3－齒條活塞（螺母）； 4－殼體； 5－調(diào)整螺栓； 6－側(cè)蓋； 7－齒扇軸 在這種轉(zhuǎn)向器中，由于有液壓油的存在，在轉(zhuǎn)向器工作時， 缸 體所 承受的壓力是非常大的，最大的工作壓力可以達到 15MPa，而此次設(shè)計中 ，轉(zhuǎn)向器所承受的最大工作壓力為。 四川大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計循環(huán)球式 汽車 方向機總體設(shè)計及 三維裝配 設(shè)計 11 第二章 循環(huán)球式液壓助力轉(zhuǎn)向器 循環(huán)球式液壓助力轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu) 此次設(shè)計所采用的是整體式循環(huán)球式液 壓助力轉(zhuǎn)向器， 液壓閥采用的是轉(zhuǎn)閥，這種動力轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)主要由 機械部分和液壓部分組成，而其中的機械部分和普通的循環(huán)球式機械轉(zhuǎn)向器基本上是一樣的，由殼體、螺桿螺母、滾珠、齒條和齒扇、前蓋、后蓋、側(cè)蓋以及調(diào)整螺母等組成，而它的液壓助力部分由控制閥、油缸、還有活塞（活塞和螺母是集成于一體的）等組成。 四、技術(shù)支持與可行性：綜合所學(xué)相關(guān)知識，并結(jié)合所查相關(guān)資料，借助計算機輔助設(shè)計軟件（ PRO/E、 CAD等），密切結(jié)合 **教授的指導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題。 二、總體設(shè)計流程：轉(zhuǎn)向器原理分析 —— 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向器性能分析 —— 循環(huán)球轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)選型 —— 轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)布局 —— 效率計算、傳動比的計算 —— 各零部件設(shè)計計算 ——針對零件的 PRO/E三維建模 —— 轉(zhuǎn)向器的殼體設(shè)計 —— 三維裝配設(shè)計。最后轉(zhuǎn)換成二維 CAD工程圖，并對關(guān)鍵零件進行二維圖的繪制。汽車方向機的總體設(shè)計，主要是循環(huán)球液壓助力轉(zhuǎn)向器的設(shè)計，主要了解掌握該類型轉(zhuǎn)向器的設(shè)計要領(lǐng)和方法。 本課題的主要研究內(nèi)容 、研究思路 研究內(nèi)容： 一、研究汽車方向機轉(zhuǎn)向性能，建立符合汽車轉(zhuǎn)向要求和具有人性化的設(shè)計意識，把握從方向盤的轉(zhuǎn)動到車輪的偏轉(zhuǎn)整個轉(zhuǎn)向過程的傳動原理，設(shè)計出的轉(zhuǎn)向器要有良好的轉(zhuǎn)向性能，并且保證汽車操作穩(wěn)定性。培養(yǎng)分析問題、解決問題、自學(xué)、獨立思考的能力，提高綜合運用知識和獨立設(shè)計能力，充分地把大學(xué)前三年的所學(xué)知識充分和新知識結(jié)合起來。 選題意義 一、培養(yǎng)系統(tǒng)化和流程化思維．通 過方向機的總體設(shè)計，從整體上系統(tǒng)的把握設(shè)計流程，由抽象到具體，先整體后局部，在完整的設(shè)計框架基礎(chǔ)上作各零部件的設(shè)計，最后將各部分有機地聯(lián)合起來，培養(yǎng)以專業(yè)為背景的流程化思維。 改革開放以來，我國對工業(yè)的發(fā)展極其重視，尤其是汽車行業(yè)，國家出臺了一系列政策來保證汽車行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展?，F(xiàn)在 ,國內(nèi)技術(shù)成熟并能實現(xiàn)批量生產(chǎn)EPS的內(nèi)資企業(yè)不多 ,而日本 JTEKT、德國 ZF及韓國 ManDo等先后在中國成立了 EPS生產(chǎn)基地 ,它們具有外資背景的企業(yè)占據(jù)了國內(nèi) EPS市場的相當大的份額。 轉(zhuǎn)向器的研究現(xiàn)狀 國內(nèi)外現(xiàn)在最新的是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，而國內(nèi)外的研究焦點卻是電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)四川大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計循環(huán)球式 汽車 方向機總體設(shè)計及 三維裝配 設(shè)計 9 （ EPS）。其工作原理如下：來自方向盤的轉(zhuǎn)向力驅(qū)使轉(zhuǎn)向器的輸入軸轉(zhuǎn)動，這種旋轉(zhuǎn)運動通過螺桿和螺母傳動副轉(zhuǎn)變?yōu)槁菽傅闹本€運動，然后再通過齒條和齒扇傳動副轉(zhuǎn)變?yōu)辇X扇的旋轉(zhuǎn)運動，齒扇通過搖臂驅(qū)動車輪的轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向軸帶動小齒輪旋轉(zhuǎn)時，小齒輪帶動齒條做直線運動，而齒條可以直接帶動橫拉桿來使車輪偏轉(zhuǎn)。 這里主要介紹前三種。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制車輪轉(zhuǎn)到需要的角度，并將車輪的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩反饋到系統(tǒng)的其余部分，比如轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)，以使駕駛員獲得路感，這種路感的大小可以根據(jù)不同的情況由轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)控制。 線控轉(zhuǎn)向器： 汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由方向盤總成、轉(zhuǎn)向執(zhí)行總成和主控制器 (ECU)三個主要部分以及自動防故障系統(tǒng)、電源等輔助系統(tǒng)組成。 這種轉(zhuǎn)向器所采用的液壓泵不在依靠發(fā)動機皮帶來驅(qū)動，而是采用一個電動泵， 它所有的工作的狀態(tài)都是由電子控制單元根據(jù)車輛的行駛速度、轉(zhuǎn)向角度等信號計算出的最理想狀態(tài)。 四川大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計循環(huán)球式 汽車 方向機總體設(shè)計及 三維裝配 設(shè)計 8 電控液壓助力轉(zhuǎn)向器： 顧名思義，這種轉(zhuǎn)向器是電動助力轉(zhuǎn)向器和液壓助力轉(zhuǎn)向器的結(jié)合體。 電控單元 根據(jù)這些輸入信號，確定 助力轉(zhuǎn)矩的大小和方向， 就會 選定 完成助力轉(zhuǎn)向所需的 電動機的電流和 電機的 轉(zhuǎn)動方向，調(diào)整轉(zhuǎn)向輔助動力的大小。 電動助力轉(zhuǎn)向器： 這種轉(zhuǎn)向器的助力來源是電動機，電動 機是安裝在車輪轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)附近，電動機依靠電子控制單元對車速、轉(zhuǎn)向力矩等因素的分析、執(zhí)行來控制。其工作原理如下 ：皮帶帶動油泵，把液壓油通過液壓分配閥輸入到助力器里面，助力器里有一個活塞，活塞兩端各有一個封閉的油腔，每個油腔各有一條油道和液壓閥相接。作用長度這一公式可知，人轉(zhuǎn)動方向盤的力氣是有限的，在機械式轉(zhuǎn)向器的傳動比一定時，若要操作輕便，就必須加大作用長度，即加大方向盤的直徑，這樣就會使得方向盤占用較大的空間 ，不符合汽車整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的理念，因此這種轉(zhuǎn)向器的應(yīng)用范圍受到了很大的限制。 機械式轉(zhuǎn)向器： 這種轉(zhuǎn)向器依靠駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤的力作為轉(zhuǎn)向的全部動力來源，無任何助力系統(tǒng)，這使得地面對輪胎轉(zhuǎn)向的反作用力會間接地作用于駕駛員，因而地面的路況就會全部反饋給駕駛員，使其轉(zhuǎn)動方向盤時容易打手。 根據(jù)我國轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，以及與國外研究和發(fā)展的差距，研究和開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的 EPS 具有重要意義，并將為進一步開發(fā)線控電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)打下基礎(chǔ) 。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展， 總是順應(yīng)操作更加方便智能的發(fā)展方向 。 到今天，已經(jīng)不是單純機械意義上的汽車了，它是機械、電子、材料等學(xué)科的綜合產(chǎn)物。而 在穩(wěn)居了 40 年之后，隨著工業(yè)的發(fā)展，電力逐漸進入轉(zhuǎn)向器的世界，并成為其中的一個很重要的角色。 1954 年，凱迪拉克汽車公司首次把液壓助力轉(zhuǎn)向應(yīng)用于汽車上。戴維斯成功研制了采用液壓作為助力的轉(zhuǎn)向器，并首次應(yīng)用。馬爾斯為了減少蝸輪副和滾輪的摩擦力，在兩者之間的接觸部分加入了鋼珠作為介質(zhì)（眾所周知 滾動摩擦要比滑動摩擦的力要小得多） ，而這就奠定了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的基礎(chǔ)。 然而即使有了機械轉(zhuǎn)向器的出現(xiàn)，駕駛員靠手動轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤來控制汽車的轉(zhuǎn)向仍然比較費力，而且仍不夠穩(wěn)定，在汽車日益普遍的環(huán)境下，出現(xiàn)事故的幾率依然沒有減少，于是人們開始提出給機 械轉(zhuǎn)向器提供助力，用助力機構(gòu)來輔助轉(zhuǎn)向，減輕駕駛員的負擔。 轉(zhuǎn)向器的發(fā)展歷史 一百多年前，汽車誕生，當時的汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)是模仿自行車的轉(zhuǎn)向方式用一個簡單的操縱桿來控制前輪的偏轉(zhuǎn) ，來實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向，而當時的操縱機構(gòu)操作起來比較費力，更嚴重的問題是不可靠，比較容易發(fā)生事故。 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 包括 轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三大部分 ，轉(zhuǎn)向器是其中極其重要的一個主要部件。 關(guān)鍵詞 ： 循環(huán)球式、轉(zhuǎn)向器、液壓助力、轉(zhuǎn)閥、螺桿 四川大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計循環(huán)球式 汽車 方向機總體設(shè)計及 三維裝配 設(shè)計 3 The overall design of the recirculating ball type steeringmachine andits 3D assembly design Mechanical Design Manufacturing andits automation Undergraduate: Supervisor: Abstract:Steering system is an extremely important part of various parts in automotive, which is used to change or maintain vehicle directional. Throughout the development of steeringsystem, it mainly experienced the following phases: mechanical steering system, hydraulic power steering system, electric hydraulic power steering system, electric power steering system, four wheel steering system, active front steering system, the steering by wire system. Domestic and foreign newest now is the steering by wire system, but the recirculating ball type steering gear still occupies a larger role i