【正文】 o achieve the vehicle steering stability and sensitivity. In this article a major design steering rack and pinion steering gear shaft and the check, the main methods and theoretical experience in the use of automotive design parameters and the University of mechanical design school curriculum design and the results meet the strength requirements, safe and reliable.Keywords: Car。 Mechanical Type Steering Gear and Gear Rack。2006年11月的北京車展，自主品牌：奇瑞、吉利、長(zhǎng)城、中興、眾泰、比亞迪、雙環(huán)、中順、力帆、華普、長(zhǎng)安、哈飛、華晨等自主品牌紛紛亮相，在國(guó)際汽車盛宴中嶄露頭角，無(wú)論從參展規(guī)模還是產(chǎn)品所展示的品質(zhì)和技術(shù)含量上，都不得不令人折服，但和國(guó)外有著近百年發(fā)展歷史的國(guó)外汽車工業(yè)相比，我們的自主品牌汽車在行車性能和舒適體驗(yàn)方面仍有差距。到今天，汽車已經(jīng)不是單純機(jī)械意義上的汽車了，它是機(jī)械、電子、材料等學(xué)科的綜合產(chǎn)物。轉(zhuǎn)向系是用來(lái)保持或者改變汽車行使方向的機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)準(zhǔn)確，快速、平穩(wěn)地響應(yīng)駕駛員的轉(zhuǎn)向指令，轉(zhuǎn)向行使后或受到外界擾動(dòng)時(shí)，在駕駛員松開(kāi)方向盤(pán)的狀態(tài)下，應(yīng)保證汽車自動(dòng)返回穩(wěn)定的直線行使?fàn)顟B(tài)。快節(jié)奏高效率的生活加上們對(duì)高速體驗(yàn)的不斷追求，也要求著車速的不斷提高。所以，無(wú)論是為滿足快速增長(zhǎng)的轎車市場(chǎng)還是為給駕車者更舒適更安全的的駕車體驗(yàn)，都需要一種高性能、低成本的大眾化的轎車轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)。第1章 轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總述 轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述在轉(zhuǎn)向技術(shù)方面轎車和普通汽車一樣，只是由于轎車的體型小，質(zhì)量輕，在安裝空間和轉(zhuǎn)向特性方面與大車有著一定的不同，但轎車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和通常汽車在轉(zhuǎn)向原理，轉(zhuǎn)向要求和轉(zhuǎn)向效果上都是基本相通的。按轉(zhuǎn)向力能源的不同，可將轉(zhuǎn)向系分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系。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)的直線運(yùn)動(dòng)(嚴(yán)格講是近似直線運(yùn)動(dòng))的機(jī)構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件。由于轉(zhuǎn)向助力裝置最常用的是一套液壓系統(tǒng)，因此也就離不開(kāi)泵、油管、閥、活塞和儲(chǔ)油罐，它們分別相當(dāng)于電路系統(tǒng)中的電池、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)、電機(jī)和地線的作用。后來(lái)，帶有齒輪減速比的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)很快被推廣使用，但是，這種機(jī)構(gòu)的方向盤(pán)不象舵柄或橫桿要置放在汽車中線的位置，而是要置放在汽車的左邊或右邊，這樣觸發(fā)了方向盤(pán)位置的爭(zhēng)論。幾十年來(lái)，各種汽車都使用蝸桿扇形齒輪轉(zhuǎn)向器，現(xiàn)在的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器也是這種轉(zhuǎn)向器的一種變型，轎車也經(jīng)常使用。從70年代起轎車興起了齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，它由方向盤(pán)、方向軸、方向節(jié)、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)桿和轉(zhuǎn)向輪(前輪)等組成。這種轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與蝸桿扇形齒輪等其它類型的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)比較，省略了轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向主拉桿，具有構(gòu)件簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高的優(yōu)點(diǎn)。其實(shí)，齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)早在一世紀(jì)前的汽車萌芽發(fā)展階段已經(jīng)有了，只是那時(shí)還不完善，機(jī)件加工粗糙。后來(lái)，汽車轉(zhuǎn)向器的型式被蝸桿一扇形齒輪型式所壟斷，但許多人仍然繼續(xù)完善齒輪一齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)代轎車馬力大、速度快，為了操縱的輕便和靈敏，中高檔次的轎車轉(zhuǎn)向器都加裝了轉(zhuǎn)向動(dòng)力裝置，又稱為液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。 轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求轎車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，全部車輪應(yīng)繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，任何車輪不應(yīng)有側(cè)滑。轎車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，在駕駛員松開(kāi)轉(zhuǎn)向盤(pán)的條件下，轉(zhuǎn)向輪能自動(dòng)返回到直線行駛位置，并穩(wěn)定行駛。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置共同工作時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生的擺動(dòng)應(yīng)最小。操縱輕便。轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核，保證轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。轉(zhuǎn)向系中設(shè)置有轉(zhuǎn)向減振器時(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。通常用轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的切向力大小和轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)多少兩項(xiàng)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)操縱輕便性。第2章 轉(zhuǎn)向系的主要性能參數(shù) 轉(zhuǎn)向系的效率功率從轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出所求得的效率稱為轉(zhuǎn)向器的正效率，用符號(hào)表示，；反之稱為逆效率，用符號(hào)表示。正效率高，轉(zhuǎn)向輕便；轉(zhuǎn)向器應(yīng)具有一定逆效率，以保證轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤(pán)的自動(dòng)返回能力。影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與效率在四種轉(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。另外兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器效率分別為70%和75%。轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率如果忽略軸承和其經(jīng)地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，對(duì)于蝸桿類轉(zhuǎn)向器，其效率可用下式計(jì)算 （23）式中，a0為蝸桿（或螺桿）的螺線導(dǎo)程角；ρ為摩擦角，ρ=arctanf；f為磨擦因數(shù)。路面作用在車輪上的力，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向系可大部分傳遞到轉(zhuǎn)向盤(pán)，這種逆效率較高的轉(zhuǎn)向器屬于可逆式。但是，在不平路面上行駛時(shí)，傳至轉(zhuǎn)向盤(pán)上的車輪沖擊力，易使駕駛員疲勞，影響安全行駕駛。不可逆式和極限可逆式轉(zhuǎn)向器。該沖擊力轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件承受，因而這些零件容易損壞。極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于可逆式與不可逆式轉(zhuǎn)向器兩者之間。如果忽略軸承和其它地方的磨擦損失，只考慮嚙合副的磨擦損失，則逆效率可用下式計(jì)算 （24）式（23）和式（24）表明：增加導(dǎo)程角，正、逆效率均增大。當(dāng)導(dǎo)程角小于或等于磨擦角時(shí)，逆效率為負(fù)值或者為零，此時(shí)表明該轉(zhuǎn)向器是不可逆式轉(zhuǎn)向器。 傳動(dòng)比變化特性 轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比iP。 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的選擇轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比可以設(shè)計(jì)成減小、增大或保持不變的。若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷小或采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向的汽車，不存在轉(zhuǎn)向沉重問(wèn)題，應(yīng)取較小的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比，以提高汽車的機(jī)動(dòng)能力。汽車以較高車速轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，要求轉(zhuǎn)向輪反應(yīng)靈敏，轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比應(yīng)當(dāng)小些。否則轉(zhuǎn)向過(guò)分敏感，使駕駛員精確控制轉(zhuǎn)向輪的運(yùn)動(dòng)有困難。 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比變化特性曲線 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙△t傳動(dòng)間隙是指各種轉(zhuǎn)向器中傳動(dòng)副之間的間隙。研究該特性的意義在于它與直線行駛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向器的使用壽命有關(guān)。若轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副存在傳動(dòng)間隙，一旦轉(zhuǎn)向輪受到側(cè)向力作用，車輪將偏離原行駛位置，使汽車失去穩(wěn)定。在中間附近位置因磨損造成的間隙過(guò)大時(shí)，必須經(jīng)調(diào)整消除該處間隙。 轉(zhuǎn)向盤(pán)的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)轉(zhuǎn)向盤(pán)從一個(gè)極端位置轉(zhuǎn)到另一個(gè)極端位置時(shí)所轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)稱為轉(zhuǎn)向盤(pán)的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)。轎車轉(zhuǎn)向盤(pán)的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)較少。 機(jī)械轉(zhuǎn)向器根據(jù)所采用的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)副的不同，轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)型式有多種。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的正逆效率都很高，屬于可逆式轉(zhuǎn)向器。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（不需要轉(zhuǎn)向搖臂和橫拉桿等）、加工方便、工作可靠、使用壽命長(zhǎng)、用需要調(diào)整齒輪齒條的間隙。第二級(jí)是齒條齒扇傳動(dòng)副或滑塊曲柄銷傳動(dòng)副。但逆向效率也較高，可將地面對(duì)轉(zhuǎn)向輪的沖擊傳給轉(zhuǎn)向盤(pán)。轉(zhuǎn)向蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與之嚙合的指指銷即繞轉(zhuǎn)向搖臂軸軸線沿圓弧線運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)轉(zhuǎn)向搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)。中、貨車，多采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。故本設(shè)計(jì)選用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。閥體沿軸向移動(dòng)來(lái)控制油液流量的控制閥，稱為滑閥式轉(zhuǎn)向控制閥。而閥體沿軸轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)控制油液流量的控制閥，稱為轉(zhuǎn)閥式控制閥。體積小，加工要求精度高。 轉(zhuǎn)向系壓力流量類型選擇液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系按系統(tǒng)內(nèi)部的壓力狀態(tài)分，有常壓式和常流式兩種。向油泵輸出的壓力油充入儲(chǔ)能器。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí)，機(jī)械轉(zhuǎn)向器, 即通過(guò)轉(zhuǎn)向搖臂等桿件使轉(zhuǎn)向控制閥轉(zhuǎn)入開(kāi)啟位置。動(dòng)力缸輸出的液壓作用力，作用在轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上，以助機(jī)械轉(zhuǎn)向器輸出力之不足。于是，轉(zhuǎn)向加力作用終止。常流式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系在汽車不轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向控制閥, 保持開(kāi)啟。轉(zhuǎn)向油泵. 輸出的油液流入轉(zhuǎn)向控制閥，又由此流回轉(zhuǎn)向油罐。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)，通過(guò)機(jī)械轉(zhuǎn)向器使轉(zhuǎn)向控制閥處于與某一轉(zhuǎn)彎方向相應(yīng)的工作位置時(shí)，轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸的相應(yīng)工作腔方與回油管路隔絕，轉(zhuǎn)而與油泵輸出管路相通，而動(dòng)力缸的另一腔則仍然通回油管路。于是轉(zhuǎn)向油輸出壓力急劇升高，直到足以推動(dòng)轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸活塞為止。上述兩種液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系相比較，常壓式的優(yōu)點(diǎn)在于有儲(chǔ)能器積蓄液壓能，可以使用流量較小的轉(zhuǎn)向油泵，而且還可以在油泵不運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下保持一定的轉(zhuǎn)向加力能力，使汽車有可能續(xù)駛一定距離。常流式的優(yōu)點(diǎn)則是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，油泵壽命長(zhǎng)，漏泄較少，消耗功率也較少。對(duì)于轎車而言本課題選擇使用常流式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系。 齒輪齒條式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)齒輪齒條式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是在純機(jī)械式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向向機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上加上液動(dòng)加力裝置，輔助轉(zhuǎn)向。 兩端輸出式齒輪齒條轉(zhuǎn)向器1—轉(zhuǎn)向橫拉桿 2—防塵套 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(wàn)向節(jié) 11—轉(zhuǎn)向齒輪軸 12—向心球軸承 13—滾針軸承兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器如上圖所示，作為傳動(dòng)副主動(dòng)件的轉(zhuǎn)向齒輪軸11通過(guò)軸承12和13安裝在轉(zhuǎn)向器殼體5中，其上端通過(guò)花鍵與萬(wàn)向節(jié)叉10和轉(zhuǎn)向軸連接。彈簧7通過(guò)壓塊9將齒條壓靠在齒輪上，保證無(wú)間隙嚙合。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí)，轉(zhuǎn)向器齒輪11轉(zhuǎn)動(dòng)，使與之嚙合的齒條4沿軸向移動(dòng)，從而使左右橫拉桿帶