方程式賽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)-在線瀏覽
2025-01-05 05:22本頁面
【正文】 與左右轉(zhuǎn)向橫拉桿相連。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是目前國內(nèi)外 應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式之一， 一般有兩級傳動副，第一級是螺桿螺母傳動副，第二級是齒條齒扇傳動副。轉(zhuǎn)向螺桿和螺母上都加工出斷面輪廓為兩段或三段不同心圓弧組成的近似半圓的螺旋槽。螺母側(cè)面有兩對通孔，可將鋼球從此孔塞入螺旋形通道內(nèi)。導(dǎo)管內(nèi)也裝滿了鋼球。轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)動時，通過鋼球?qū)⒘鹘o轉(zhuǎn)向螺母，螺母即沿軸向移動。在轉(zhuǎn)向器工作時，兩列鋼球只是在各自的封閉流道內(nèi)循環(huán)，不會脫出。 * 母 圖 32 中間式齒輪齒條轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù) 轉(zhuǎn)向器的效率 功率 P1從轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出所求得的效率稱為正效率，用符號 η +表示， η +=(P1— P2)／ Pl；反之稱為逆效率，用符號 η 表示， η =(P3— P2)／P3。為了保證轉(zhuǎn)向時駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤輕便，要求正效率高。為了減輕在不平路面上行駛時駕駛員的疲勞，車輪與路面之間的作用力傳至轉(zhuǎn)向盤上要盡可能小，防止打手又要求此逆效率盡可能低 [1]。 (1)轉(zhuǎn)向器類型、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，而蝸桿指銷式特別是固定銷和蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的正效率要明顯的低些。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。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％。 (2)轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù) 與效率 如果忽略軸承和其它地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，對于蝸桿和螺桿類轉(zhuǎn)向器，其效率可用下式計(jì)算 )tan(tan0 0 ?? ?? ??? （ ） 式中， α o為蝸桿 (或螺桿 )的螺線導(dǎo)程角； ρ 為摩擦角， ρ= arctanf； f為摩擦因數(shù)。 路面作用在車輪上的力，經(jīng)過轉(zhuǎn)向系可大部分傳遞到轉(zhuǎn)向 盤，這種逆效率較高的轉(zhuǎn)向器屬于可逆式。這既減輕了駕駛員的疲勞，又提高了行駛安全性。屬于可逆式的轉(zhuǎn)向器有齒輪齒條式和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。該沖擊力由轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的零件承受，因而這些零件容易損壞。 極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于上述兩者之間。它的逆效率較低，在不平路面上行駛時，駕駛員并不十分緊張，同時轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的零件所承受的沖擊力也比不可逆式轉(zhuǎn)向器要小。受 η 增大的影響， α o不宜取得過大。為此，導(dǎo)程角必須大于摩擦角?！?10176。 傳動比的變化特性 轉(zhuǎn)向系的傳動比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動比 woi 和轉(zhuǎn)向系的力傳動比 pi 從輪胎接地面中心作用在兩個轉(zhuǎn)向輪上的合力 2Fw與作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力Fh之比，稱為力傳動比，即 ip=2Fw／ Fh 。它又由轉(zhuǎn)向器角傳動比 iw 和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)角傳動比 iw′ 所組成，即 iwo=iw iw′ 。 式中 ,dβ p為搖臂軸轉(zhuǎn)角增量。 搖臂軸轉(zhuǎn)動角速度 ω p與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度 ω k之比，稱為轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的角傳動比 iw′ ， 即kkkpkpw dddtd dtdi ?????? ???’ 。 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 Fh可用下式表示 SWhh DMF 2? （ ） 式中， Mh為作用在轉(zhuǎn)向盤 上的力矩； Dsw為轉(zhuǎn)向盤直徑。通常轎車的 a 值在 0． 4～ 0． 6倍輪胎的胎面寬度尺寸范圍內(nèi)選取，而貨車的 d值在 40～ 60mm范圍內(nèi)選取。 如果忽略摩擦損失，根據(jù)能量守恒原理， 2Mr／ Mh可用下式表示 wokhr iddMM ?? ??2 （ ） 將式 ()代人式 ()后得到 aDii swwoP 2? （ ） 當(dāng) α 和 Dsw 不變時，力傳動比 ip 越大，雖然轉(zhuǎn)向越輕，但 iwo 也越大，表明轉(zhuǎn)向不靈敏。其中齒輪基圓齒距Pbl=π mlcosα 1，齒條基圓齒距 Pb2=π m2cosα 2 。如果齒條中部 (相當(dāng)汽車直線行駛位置 )齒的壓力角最大，向兩端逐漸減小 (模數(shù)也隨之減小 )，則主動齒輪嚙 合半徑也減小，致使轉(zhuǎn)向盤每轉(zhuǎn)動某同一角度時，齒條行程也隨之減小。欲驗(yàn)算轉(zhuǎn)向系零件的強(qiáng)度，需首先確定作用在各零件 上的力。為轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動的阻力、車輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦阻力等。為此用足夠精確的半經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩 MR(N 表 41 原地轉(zhuǎn)向阻力矩 MR 的計(jì)算 設(shè)計(jì)計(jì)算和說明 計(jì)算結(jié)果 331 ????RM 式中 f—— 輪胎和路面間的滑動摩擦因數(shù)； 1G —— 轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷，單位為 N； P—— 輪胎氣壓，單位為 MPa 。mm 2L —— 轉(zhuǎn)向節(jié)臂長 , 單位為 mm； SWD —— 為轉(zhuǎn)向盤直徑 ,單位為 mm； Iw—— 轉(zhuǎn)向器角傳動比； η+—— 轉(zhuǎn)向器正效率。 RM =mmN? SWD =265mm iw=15 ?? =% hF = 齒輪軸和齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù) 《汽車設(shè)計(jì)》中 機(jī)械 式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)與計(jì)算一節(jié)，轉(zhuǎn)向小齒輪模數(shù)取值范圍多在 2～ 3mm之間，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系角傳動比為 1： ，車輪最大轉(zhuǎn)角為 30176。由轉(zhuǎn)向梯形優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果可得齒條單向行程 約 為 37mm，也即轉(zhuǎn)向小齒輪轉(zhuǎn)過 150176。 有公式： Lmz ??? *3 60 （ ） 式中 ? =150176。 計(jì)算得 ： Z= 取整得 Z=15 壓力角 ? 的選取，由《機(jī)械原理》可知，增大壓力角 ? ，輪齒的齒厚及節(jié)點(diǎn)處的齒廓曲率半徑亦皆隨之增加，有利于提高齒輪傳動的彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度[5]。 齒寬系數(shù)的 d? 選擇，由齒輪的強(qiáng)度計(jì)算公式可知，輪齒 愈寬，承載能力也愈高，因而輪齒不宜過窄；但增大齒寬又會使齒面上的載荷分布更加不均勻，故齒寬系數(shù)應(yīng)取適當(dāng)。 理論齒寬 1db d?? 。 由此確定轉(zhuǎn)向小齒輪的各設(shè)計(jì)參數(shù)：齒數(shù) Z=1 螺旋角 =10 度、模數(shù) m=2mm、齒寬 B=20mm、齒
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