【正文】 齒條的徑向載荷 Fr= Fttgα/cosβ2。1）齒輪齒條副正向傳動時的效率為 = （312）式中，f—齒輪齒條副的摩擦因數(shù)，齒輪與齒條都是用銑齒加工的，； α—齒輪齒條的壓力角； θ—齒輪軸線與齒條軸線的交角 逆向傳動時的效率為 = （313）式中，f—齒輪齒條副的摩擦因數(shù)，；α—齒輪齒條的壓力角；β1—齒輪的螺旋角；β2—齒條的傾斜角。下面的計算認為轉(zhuǎn)向器中摩擦副的摩擦因數(shù)為常數(shù)，而且作用的齒條上的力是沿齒條軸線方向的。轉(zhuǎn)向器的正逆效率主要受轉(zhuǎn)向器內(nèi)摩擦功率的影響，P入=P出+P摩擦，所以當摩擦功率不變時，隨著負載的增大，轉(zhuǎn)向器的效率也增大。 轉(zhuǎn)向器效率的理論分析轉(zhuǎn)向器的效率分為正效率η+與逆效率η。但是小齒輪的模數(shù)不能太小，否則會使齒條齒廓在嚙合時嚙合點離齒頂太近，齒根的彎曲應力增大，易產(chǎn)生崩齒。π/cosβ2 （mm/rev） （310）可見齒輪齒條傳動的傳動比只與齒條的齒傾角、小齒輪的法向模數(shù)和小齒輪的齒數(shù)有關(guān)。于是就有 （39）從而可以得到齒輪齒條傳動的線角傳動比為 i == mnL—相應的齒條行程。根據(jù)嚙合傳動的要求，兩齒廓上與點P重合的點的速度在tt 方向的分量相等。當小齒輪軸線與齒條軸線不垂直時，小齒輪齒廓與齒條齒廓間的接觸為點接觸，輪齒所受的壓強較大，產(chǎn)生的接觸應力也比較大，輪齒磨損很快，所以齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的傳動比不能太大。齒輪為普通的漸開線斜齒輪。；若β1＞β2，則θ=β1－β2；若β1＜β2，則θ=β1－β2為負值，表示在齒條軸線的另一側(cè)。圖34齒輪齒條嚙合傳動時，根據(jù)小齒輪螺旋角與齒條齒傾角的大小和方向不同，可以構(gòu)成不同的傳動方案。所以齒條的齒廓為直齒廓（如圖34所示），齒廓上各點的法線是平行的，而且在傳動時齒條是平動的，齒廓上各點速度的大小和方向也相同，所以齒條齒廓上個點的壓力角相同，大小等于齒廓的傾斜角。 齒條實際上是齒數(shù)為無窮的齒輪的一部分。圖3—3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種布置形式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應用于微型、普通級、中級和中高級轎車上。 采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，重合度增加，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊與工作噪聲均下降。 拉桿與齒條用螺栓固定連接，因此兩拉桿與齒條同時向左或者向右移動，為此在轉(zhuǎn)向器殼體上開有軸向的長槽， 從而降低它的強度。根據(jù)機械轉(zhuǎn)向器的結(jié)果特點，可分為齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器、蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器和蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器等 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu) 1轉(zhuǎn)向拉桿總成；2防塵罩；3球頭座；4轉(zhuǎn)向齒條；5轉(zhuǎn)向器殼體；6調(diào)整螺塞；7壓緊彈簧；8鎖緊螺母；9壓塊；10萬向節(jié)；11轉(zhuǎn)向小齒輪；12小齒輪軸承；13滾針軸承 圖31 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器總成根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有四種形式：中間輸入，兩端輸也（圖32a）；側(cè)面輸入，兩端輸出（圖32b）；側(cè)面輸入，中間輸出（圖32c）；側(cè)面輸入，一端輸出（圖32d）圖32 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種形式采用側(cè)面輸入、中間輸出方案時，由于拉桿長度增加，車輪上、下跳動時位桿擺角減小，有利于減少車輪上、下跳動時轉(zhuǎn)向系與懸架系的運動干涉。3 轉(zhuǎn)向器總體方案設(shè)計 轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系中的重要部分，其主要作用有三個方面：一是增大來自轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)矩，使之達到足以克服轉(zhuǎn)向輪與地面之間的轉(zhuǎn)向阻力矩；二是減低轉(zhuǎn)向傳動軸的轉(zhuǎn)速，并帶動搖臂軸移動使其達到所需要的位置；三是使轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動方向與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動方向協(xié)調(diào)一致。轉(zhuǎn)向橫拉桿總成與轉(zhuǎn)向拉桿端接頭總成之間是通過螺紋副聯(lián)接的，要保證足夠的螺紋旋入深度，保證在使用過程中螺紋聯(lián)接傳遞載荷的可靠性。轉(zhuǎn)向拉桿總成兩球頭副的旋轉(zhuǎn)力矩及搖動力矩需要嚴格控制。因為齒輪齒條轉(zhuǎn)向器在設(shè)計上并沒有固定的對稱中心，這就會使得汽車有正確的前束，但左右拉桿的長度不同，使得汽車穩(wěn)定直線行駛的方向盤位置發(fā)生漂移。而且球頭必須進行滾擠壓加工。轉(zhuǎn)向橫拉桿總成與轉(zhuǎn)向拉桿端接頭總成各有一個球頭副，球頭尺寸的選擇應參照汽車的前軸負荷，前軸負荷越大，則相應的球頭尺寸越大。本次設(shè)計某輕型汽車的轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)主要是轉(zhuǎn)向拉桿總成。這些分力的大小與拉桿作用力的大小以及夾角的大小相關(guān)，夾角的大小受拉桿長度以及汽車工況的影響。圖25示的為在中間位置時轉(zhuǎn)向拉桿與齒條軸線在水平面上的投影，176。模擬分析與實際測量的坐標原點不同，所以會導致結(jié)果存在差異，只要差異不大（工程要求一般為5%），就可以認為模擬分析符合實際。此外，我們在進行上述的模擬分析時的坐標原點位于車身上，并且認為坐標原點是固定不動的，而實際測量的坐標原點則位于地面上。）十分的接近。這與實測的參照車內(nèi)外轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角（176。176。圖中白色的圓即為拉桿端接頭中心的運動軌跡圖23將齒條的軸線左移到極限位置（此時汽車做右轉(zhuǎn)彎），以齒條與拉桿的鉸接中心為圓心、拉桿兩球頭間距為半徑做一球面，球面與拉桿端接頭球頭運動軌跡在原始位置左面的交點即為此時拉桿球頭中心的位置，如圖23中的紅線。圖中點畫線表示假想的前軸軸線，綠色的線表示轉(zhuǎn)向器與拉桿，紅色的線表示假想的主銷軸（此處的主銷軸是指車輪轉(zhuǎn)向時所圍繞轉(zhuǎn)動的衡擺臂球頭中心與前支柱上安裝點的連線。拉桿端接頭球頭中心的坐標為（，）與（，），據(jù)此又可以得到此時的轉(zhuǎn)向拉桿兩球頭的間距。此車的轉(zhuǎn)向系的空間位置是根據(jù)參照車的掃描數(shù)據(jù)及測量數(shù)據(jù)進行布置的，圖22所示的為本次設(shè)計車的轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向器小齒輪、轉(zhuǎn)向器齒條以及拉桿的軸線在車身坐標下的空間位置，此時的車輪轉(zhuǎn)角為零，轉(zhuǎn)向上軸處于上極限位置。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的間隙對操縱穩(wěn)定性的影響主要表現(xiàn)在前輪擺振上，設(shè)計上最基本的努力方向就是在不增大摩擦力的情況下，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的間隙應盡量小。為了減輕在不平路面上行使時駕駛員的疲勞，車輪與路面之間的作用力傳至轉(zhuǎn)向盤上盡可能小，防止打手，這又要求此逆效率盡可能低。所以 MR = 277 Nm為了保證轉(zhuǎn)向時駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤輕便，要求轉(zhuǎn)向器的正效率高，影響正效率的因素有：轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。mm）。轉(zhuǎn)向時需要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動的阻力、轉(zhuǎn)向輪穩(wěn)定阻力（即轉(zhuǎn)向輪的回正力矩）、輪胎變形阻力以及轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦阻力矩。因此其半徑在5—，并盡量取小值以保證良好的機動性， 。合理的選擇轉(zhuǎn)向梯形的斷開點可以減小轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)與懸架導向機構(gòu)的運動干涉。轉(zhuǎn)向系逆效率的提高會使回正能力提高，但是會造成“打手”現(xiàn)象。轉(zhuǎn)向輪的回正能力是由轉(zhuǎn)向輪的定位參數(shù)（主銷內(nèi)傾角和主銷后傾角）決定的，同時也受轉(zhuǎn)向系逆效率的影響。轉(zhuǎn)向時內(nèi)外車輪間的轉(zhuǎn)角協(xié)調(diào)關(guān)系是通過合理設(shè)計轉(zhuǎn)向梯形來保證的。操縱的輕便性也由轉(zhuǎn)向系的傳動比決定，但其與轉(zhuǎn)向靈敏性是一對矛盾，轉(zhuǎn)向系的傳動比越大，則靈敏性提高，輕便性下降。機動性是通過汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑來體現(xiàn)的，而最小轉(zhuǎn)彎半徑由內(nèi)轉(zhuǎn)向車輪的極限轉(zhuǎn)角、汽車的軸距、主銷偏移距決定的，一般的極限轉(zhuǎn)角越大，軸距和主銷偏移距越小，則最小轉(zhuǎn)彎半徑越小。6） 汽車在作轉(zhuǎn)向運動時，所以車輪應繞同一瞬心旋轉(zhuǎn)，不得有側(cè)滑；同時，轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動方向一致。4） 轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的球頭處，應有消除因磨損而產(chǎn)生的間隙的調(diào)整機構(gòu)以及提高轉(zhuǎn)向系的可靠性。3） 轉(zhuǎn)向桿系和懸架導向機構(gòu)共同作用時，必須盡量減小其運動干涉。轉(zhuǎn)向輪的回正力來源于輪胎的側(cè)偏特性和車輪的定位參數(shù)。一般來說，轎車轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動圈數(shù)不宜大于4圈，對轎車來說，有動力轉(zhuǎn)向時的轉(zhuǎn)向力約為20—50；無動力轉(zhuǎn)向時為50—100N。在轉(zhuǎn)向盤尺寸和轉(zhuǎn)向輪阻力一定時，角傳動比增加，則轉(zhuǎn)向輕便，轉(zhuǎn)向靈敏度降低；角傳動比減小，則轉(zhuǎn)向沉重，轉(zhuǎn)向靈敏度提高。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應準確，快速、平穩(wěn)地響應駕駛員的轉(zhuǎn)向指令，轉(zhuǎn)向行使后或受到外界擾動時，在駕駛員松開方向盤的狀態(tài)下，應保證汽車自動返回穩(wěn)定的直線行使狀態(tài)。根據(jù)該車型對于市場的定位及對制造成本的考慮，同時參考同類車型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，將該車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計為一款機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，對轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)做簡單分析，并進行轉(zhuǎn)向器零件設(shè)計、工藝性及尺寸公差等級分析，同時按以下步驟對轉(zhuǎn)向器及零部件進行設(shè)計方案論證：第一步對所選的轉(zhuǎn)向器總成進行剖析；第二部利用所學的知識對總成中的零部件進行力學分析和分析；第三步對分析中發(fā)現(xiàn)的不合理的設(shè)計進行改進。 基于以上調(diào)查和轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器將是以后轉(zhuǎn)向器的發(fā)展的趨勢和潮流。并且該轉(zhuǎn)向器可以被設(shè)計成具有等強度結(jié)構(gòu)，這也是它應用廣泛的原因之一。由于循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器可實現(xiàn)變速比，應用正日益廣泛。中間位置轉(zhuǎn)向力小、且經(jīng)常使用，要求轉(zhuǎn)向靈敏，因此希望中間位置附近速比小，以提高靈敏性。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點：效率高，操縱輕便，有一條平滑的操縱力特性曲線，布置方便，特別適合大、中型車輛和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配合使用；易于傳遞駕駛員操縱信號；逆效率高、回位好，與液壓助力裝置的動作配合得好。由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的種種優(yōu)點，在小型車上的應用(包括小客車、小型貨車或客貨兩用車)得到突飛猛進的發(fā)展