【正文】 球齒條齒扇式轉(zhuǎn)向器實(shí)現(xiàn)變速比的目的。因此，轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比是變化的。由上述兩式可知：當(dāng)具有標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)壓力角的齒輪與一個(gè)具有變模數(shù)、變壓力角的齒條相嚙合，并始終保持時(shí)，它們就可以嚙合運(yùn)轉(zhuǎn)。相互嚙合齒輪的基圓齒距必須相等，即。 齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿指銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器都可以制成變速比轉(zhuǎn)向器。角傳動(dòng)比增加后，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)角速度的響應(yīng)變得遲鈍，使轉(zhuǎn)向操縱時(shí)間增長(zhǎng)，汽車(chē)轉(zhuǎn)向靈敏性降低，所以“輕”和“靈”構(gòu)成一對(duì)矛盾[12]。由此可見(jiàn)，研究轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比特性，只需研究轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比及其變化規(guī)律即可。 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比，除用表示以外，還可以近似地用轉(zhuǎn)向節(jié)臂臂長(zhǎng)與搖臂臂長(zhǎng)之比來(lái)表示，即。根據(jù)車(chē)型不同，轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑在380~550mmd標(biāo)準(zhǔn)系列內(nèi)選取,這里取=420mm。~，而貨車(chē)的值在40~60mm范圍內(nèi)選取[11]。作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的手力為 （）式中，為作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的力矩；為轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑。此定義適用于除齒輪齒條式之外的轉(zhuǎn)向器。從輪胎接地面中心作用在兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪上合力2與作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)的手力之比，稱(chēng)為力傳動(dòng)比，即 轉(zhuǎn)向盤(pán)角速度與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度之比，稱(chēng)為轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比，即 （）式中，d為轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角增量；d為轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量；d為時(shí)間增量。為此，導(dǎo)程角必須大于摩擦角，通常螺線(xiàn)導(dǎo)程角選在~之間，取8176。當(dāng)導(dǎo)程角小于或等于摩擦角時(shí)，逆效率為負(fù)值或者為零。如果忽略軸承和其他地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，則逆效率為 （）由式（）和式（）可見(jiàn)，增加導(dǎo)程角，正、逆效率均增大。極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于上述兩者之間，在車(chē)輪受到?jīng)_擊力作用時(shí)，此力只有較小一部分傳至轉(zhuǎn)向盤(pán)。該沖擊力由轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件承受，因而這些零件容易損壞。屬于可逆式的有齒輪齒條式和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。這既減輕了駕駛員的疲勞，又提高了行駛安全性。路面作用在車(chē)輪上的力，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向系可大部分傳遞至轉(zhuǎn)向盤(pán)，這種逆效率較高的轉(zhuǎn)向器屬于可逆式。（2） 轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率，如果忽略軸承和其他地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，對(duì)于蝸桿和螺桿類(lèi)轉(zhuǎn)向器，其正效率為 （） 式中，為蝸桿（或螺桿）的螺線(xiàn)導(dǎo)成角；為摩擦角，；為摩擦因數(shù)。另外兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器效率，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分別為70%和75%。如蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的滾輪與支持軸之間的軸承可以選用滾針軸承、圓錐滾子軸承和球軸承等三種結(jié)構(gòu)之一。（1） 轉(zhuǎn)向器類(lèi)型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與效率，在前述四種轉(zhuǎn)向器中，齒輪齒條式、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率比較高，而蝸桿指銷(xiāo)式特別是固定銷(xiāo)和蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的正效率要明顯低一些。為了減輕在不平路面上的行駛時(shí)駕駛員的疲勞，車(chē)輪與路面之間的作用力傳至轉(zhuǎn)向盤(pán)上要盡可能小，防止打手，這又要求此逆效率盡可能低。式中，為轉(zhuǎn)向器的摩擦功率；為作用在轉(zhuǎn)向搖臂上的功率。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)。轉(zhuǎn)向器總成通過(guò)通過(guò)螺桿上的漸開(kāi)線(xiàn)花鍵與轉(zhuǎn)向軸相聯(lián)接，轉(zhuǎn)向器與轉(zhuǎn)向盤(pán)間有兩個(gè)（或一個(gè))十字軸萬(wàn)向節(jié)。螺桿軸承的預(yù)緊負(fù)荷，可通過(guò)增加或減少上蓋處的調(diào)整墊片，達(dá)到轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿所要求的預(yù)緊扭矩。螺母下方切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)蓋的滾針軸承中。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。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要用于商用車(chē)上。圖21 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器示意圖循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是：在螺桿與螺母之間因?yàn)橛锌梢匝h(huán)流動(dòng)的鋼球，將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，因而傳動(dòng)效率可達(dá)到75%~85%；在結(jié)構(gòu)和工藝上采取措施后，包括提高制造精度，改善工作表面的表面粗糙度，螺桿和螺母上的螺旋槽經(jīng)淬火和磨削加工，使之有足夠的硬度和耐磨損性能，可保證有足夠的使用壽命；轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比可以變化；工作平穩(wěn)可靠；齒條和齒扇之間的間隙調(diào)整工作容易進(jìn)行；適合用來(lái)作整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器[8]。當(dāng)汽車(chē)以10km/h的車(chē)速?gòu)闹本€(xiàn)進(jìn)入轉(zhuǎn)彎半徑為12m的彎道上行駛時(shí)，作用到轉(zhuǎn)向盤(pán)上的最大手力對(duì)MM2類(lèi)汽車(chē)為150N，對(duì)MN1類(lèi)汽車(chē)為200N，對(duì)NN3類(lèi)汽車(chē)為245N。為了使汽車(chē)具有良好的機(jī)動(dòng)性能，必須使轉(zhuǎn)向輪有盡可能大的轉(zhuǎn)角，并要達(dá)到按前外車(chē)輪軌跡計(jì)算，其最小轉(zhuǎn)彎半徑大小能達(dá)到汽車(chē)軸距的2~[7]。轉(zhuǎn)向系中設(shè)置有轉(zhuǎn)向減震器時(shí)，能夠防止轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生自振，同時(shí)又能使傳到轉(zhuǎn)向盤(pán)上的反沖力明顯降低。保證轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。（9） 在車(chē)禍中，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤(pán)由于車(chē)架或車(chē)身變形而共同后移時(shí)，轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。（7） 轉(zhuǎn)向輪碰撞到障礙物以后，傳給轉(zhuǎn)向盤(pán)的反沖力要盡可能小。（5） 保證汽車(chē)有較高的機(jī)動(dòng)性，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力。（3） 汽車(chē)在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪都不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤(pán)沒(méi)有擺動(dòng)。不滿(mǎn)足這項(xiàng)要求會(huì)加速輪胎磨損，并降低汽車(chē)的行駛穩(wěn)定性。有轉(zhuǎn)向搖臂至轉(zhuǎn)向梯形這一系列零件和部件，均屬于轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大后的力矩和減速后的運(yùn)動(dòng)傳到轉(zhuǎn)向搖臂，再通過(guò)轉(zhuǎn)向直拉桿傳給固定于左轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂，使左轉(zhuǎn)向節(jié)和它所支撐的左轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。當(dāng)汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)向力矩。由于轉(zhuǎn)向助力裝置的普及，轉(zhuǎn)向盤(pán)外徑變小了，而手握處卻變粗了，采用柔軟材料，使操作感得到了改善。轉(zhuǎn)向盤(pán)的慣性力矩也是很重要的，慣性力矩小，我們就會(huì)感到“輪輕”，操作感良好，但同時(shí)也容易受到轉(zhuǎn)向盤(pán)的反彈的影響，為了設(shè)定適當(dāng)?shù)膽T性力矩，就要調(diào)整骨架的材料或形狀等。轉(zhuǎn)向盤(pán)外皮要求有某種程度的柔軟度，手感良好，能防止手心出汗打滑的材質(zhì)，還需要有耐熱、耐候性。采用焊接或鑄造等工藝制造，轉(zhuǎn)向軸是由細(xì)齒花鍵和螺母連接的。轉(zhuǎn)向盤(pán)內(nèi)部有金屬制成的骨架，是用鋼、鋁合金或鎂合金等材料制成。由于轉(zhuǎn)向助力裝置最常用的是一套液壓系統(tǒng)，因此也離不開(kāi)泵、油管、閥、活塞和儲(chǔ)油罐。其中轉(zhuǎn)向器是將操縱機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃?dòng)機(jī)構(gòu)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件。汽車(chē)轉(zhuǎn)向系可按轉(zhuǎn)向能源的不同分為機(jī)械式轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系兩大類(lèi)。這一套用來(lái)改變或恢復(fù)汽車(chē)行駛方向的專(zhuān)設(shè)機(jī)構(gòu)，即稱(chēng)為汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。在汽車(chē)直線(xiàn)行駛時(shí)，往往轉(zhuǎn)向輪也會(huì)受到路面?zhèn)认蚋蓴_力的作用，自動(dòng)偏轉(zhuǎn)而改變行駛方向。第2章 轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)向器的組成與分類(lèi) 汽車(chē)在行駛過(guò)程中，需按駕駛員的意志經(jīng)常改變其行駛方向，即所謂汽車(chē)轉(zhuǎn)向。繪制循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的三維模型，按照標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)工藝要求，繪制汽車(chē)轉(zhuǎn)向器總裝配圖和主要零件圖。 研究?jī)?nèi)容和設(shè)計(jì)方法研究?jī)?nèi)容：（1） 調(diào)研收集課題相關(guān)資料，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)課題進(jìn)行必要的文獻(xiàn)檢索，查閱、歸納、整理相關(guān)資料；（2） 深入學(xué)習(xí)并掌握汽車(chē)設(shè)計(jì)、汽車(chē)構(gòu)造等專(zhuān)業(yè)知識(shí)，了解循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想和設(shè)計(jì)原則；（3） 掌握汽車(chē)設(shè)計(jì)的方法和步驟，參考相關(guān)資料、標(biāo)準(zhǔn)和手冊(cè)，對(duì)各零部件進(jìn)行選型。 研究的目的及意義本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是針對(duì)汽車(chē)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，根據(jù)一些指定的參數(shù)，并且結(jié)合《汽車(chē)設(shè)計(jì)》和其他相關(guān)書(shū)籍中關(guān)于轉(zhuǎn)向器的理論知識(shí)設(shè)計(jì)一款循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，確定其相關(guān)參數(shù)，使設(shè)計(jì)出的轉(zhuǎn)向器符合使用要求。因此必須定期對(duì)方向盤(pán)自由行程進(jìn)行檢查和調(diào)整。但自由行程必須適當(dāng)，過(guò)大則影響轉(zhuǎn)向操縱的靈敏度，過(guò)小使轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)吃力。如果轉(zhuǎn)向盤(pán)自由行程較大時(shí)，轉(zhuǎn)向器較輕，但調(diào)整到規(guī)定的行程時(shí)，轉(zhuǎn)向器明顯變重，說(shuō)明螺母、螺桿滾道加工精度不夠。即左右各10176。轉(zhuǎn)向盤(pán)自由行程應(yīng)該在54mm之內(nèi)。國(guó)產(chǎn)輕型汽車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)自由行程通常規(guī)定不得超過(guò)15176。進(jìn)口汽車(chē)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向盤(pán)自由行程通常不超過(guò)10176。調(diào)整其自由行程時(shí)，應(yīng)將齒扇中央點(diǎn)（齒扇中間的齒）對(duì)準(zhǔn)齒條，此時(shí)齒扇和齒條之間的嚙合間隙為最小，在此點(diǎn)（即汽車(chē)在直線(xiàn)行駛的位置上）處調(diào)整自由行程。轉(zhuǎn)向盤(pán)的自由行程是整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)綜合間隙在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的反應(yīng)，其間隙主要是指轉(zhuǎn)向器齒條和齒扇之間的嚙合間隙。墊與墊之間必須抹密封膠，防止油的泄露，旋轉(zhuǎn)起來(lái)十分輕松即為合適。螺桿支承軸承預(yù)緊力的調(diào)整，分為調(diào)整墊和調(diào)整螺母兩種。如果向心球軸承上、下軸承蓋同軸度誤差過(guò)大，使用中可能會(huì)使相對(duì)比較單薄的轉(zhuǎn)向器上蓋破裂，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向失效，極易引發(fā)交通事故[3]。加工第一個(gè)螺桿和螺母后，必須對(duì)其滾道尺寸進(jìn)行精密測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果選擇合適的鋼球，螺桿、。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的螺母、螺母滾道的加工精度，直接關(guān)系到轉(zhuǎn)向盤(pán)的自由行程和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，鋼球應(yīng)該能保證在螺桿和螺母45176。為減少鋼球在導(dǎo)管中排列不規(guī)則而引起的流通阻力，推薦導(dǎo)管采用變截面，縮小二導(dǎo)管孔之間的斷面尺寸，~。試驗(yàn)證明，轉(zhuǎn)向器的可靠性主要取決于導(dǎo)管的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量。滾球的運(yùn)動(dòng)，可用其球心的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)描述，導(dǎo)管導(dǎo)球特性即為描述滾球球心軌跡的方程式或曲線(xiàn)。導(dǎo)管的作用即是限制其螺旋線(xiàn)上的運(yùn)動(dòng)而引導(dǎo)其沿導(dǎo)管運(yùn)動(dòng)。螺母的螺旋槽與螺桿的螺旋槽形成滾球的運(yùn)動(dòng)軌道，或稱(chēng)為滾道。如何使?jié)L球運(yùn)動(dòng)通暢，關(guān)鍵問(wèn)題是設(shè)計(jì)合理的幾何尺寸。滾球由沿螺旋運(yùn)動(dòng)改為由導(dǎo)管運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)使運(yùn)動(dòng)阻力增加。滾球公轉(zhuǎn)時(shí)，其球心的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條螺旋線(xiàn)。螺母滾球與螺桿組成行星機(jī)構(gòu)，滾球相當(dāng)于行星輪。相反，如設(shè)計(jì)不合理，就可能產(chǎn)生過(guò)大的阻力，使傳動(dòng)效率降低，甚至?xí)l(fā)生幾何干涉，使導(dǎo)管損壞。這裝置包括螺母螺桿，滾球及導(dǎo)管。在循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要包括齒輪齒條傳動(dòng)副，螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)副以及導(dǎo)球機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。當(dāng)齒條齒扇傳動(dòng)副產(chǎn)生磨損后，可以重新調(diào)整間隙，使其保持合適的傳動(dòng)間隙，從而減少振動(dòng)，提高轉(zhuǎn)向器壽命。汽車(chē)車(chē)速的不斷提高，需要在高速時(shí)有更加良好的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，這就要求轉(zhuǎn)向器具有較高的剛度。汽車(chē)轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)很多，但從目前的使用的普遍程度來(lái)看，主要有四種類(lèi)型：循環(huán)球式、齒輪齒條式、蝸桿滾輪式、蝸桿銷(xiāo)式[1]。而循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由于具有較高的傳動(dòng)效率，磨損較小，使用壽命長(zhǎng)，近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用?？梢哉f(shuō)，汽車(chē)零部件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平直接影響著我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的未來(lái)，因此，加強(qiáng)零部件的設(shè)計(jì)，提高其質(zhì)量和技術(shù)水平便顯得尤為重要。多數(shù)企業(yè)沒(méi)有完全掌握核心技術(shù)，產(chǎn)品市場(chǎng)多面向中低端，高端產(chǎn)品較少。而反觀國(guó)內(nèi)，由于起步比較晚，國(guó)內(nèi)零部件企業(yè)在這一方面仍有欠缺。由于部分國(guó)內(nèi)零部件企業(yè)仍然處在粗放式的生產(chǎn)管理方式階段，缺少對(duì)工藝系統(tǒng)的研究與持續(xù)改進(jìn)，過(guò)程控制能力不足，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，很難形成高質(zhì)量的產(chǎn)品，這樣在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)方面就很難形成優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過(guò)多年的努力發(fā)展，國(guó)有品牌零部件質(zhì)量有了很大的提高，但是整體的質(zhì)量水平與外資企業(yè)相比還是有一定的差距的，尤其是在產(chǎn)品的一致性和可靠性方面還有很多需要盡快提升的?；谶@樣的趨勢(shì)，零部件企業(yè)要想獲得更好的發(fā)展，就必須在前沿技術(shù)開(kāi)發(fā)的早期，就與整車(chē)廠(chǎng)進(jìn)行緊密的合作，共同發(fā)展，合作共贏。也就是說(shuō)，在整車(chē)廠(chǎng)研發(fā)設(shè)計(jì)產(chǎn)品階段會(huì)對(duì)各個(gè)總成零部件提出限定和要求，或者在產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生問(wèn)題的時(shí)候，這時(shí)候都要求零部件供應(yīng)商來(lái)協(xié)作，提供配套的解決方案。現(xiàn)在歐美企業(yè)也越來(lái)越強(qiáng)調(diào)整車(chē)企業(yè)和零部件企業(yè)共同合作的關(guān)系；而在一些日韓的汽車(chē)企業(yè)當(dāng)中，也有全球化采購(gòu)零部件的傾向。目前在國(guó)內(nèi)仍有部分企業(yè)采取這種模式。當(dāng)然國(guó)內(nèi)也成長(zhǎng)起來(lái)一大批汽車(chē)配套零部件企業(yè)。汽車(chē)零部件行業(yè)是汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，其帶動(dòng)的產(chǎn)業(yè)很多，比如上游的鋼材、有色金屬、石油、橡膠及其他的材料行業(yè)，還有處于下游的整車(chē)裝配行業(yè)和汽車(chē)的服務(wù)維修行業(yè)。2009年，我國(guó)汽車(chē)工業(yè)產(chǎn)銷(xiāo)量突破1000萬(wàn)量大關(guān)，躍居世界第一位。3 d modeling。Rack and gear clearance between fan adjustment work easily。Ste