【正文】 控制閥和轉(zhuǎn)向動力缸。與此同時(shí)，轉(zhuǎn)向直拉桿還帶動轉(zhuǎn)向控制閥中的滑閥，使轉(zhuǎn)向動力缸的右腔接通液面壓力為零的轉(zhuǎn)向油罐。這樣駕駛員施于轉(zhuǎn)向盤上很小的轉(zhuǎn)向力 矩，便能克服地面作用于轉(zhuǎn)向輪上的轉(zhuǎn)向阻力矩。這不僅容易造成駕駛員疲勞，而且疲勞駕駛也極易引發(fā)交通事故。 圖 Mazda6 型轎車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖 目前已有的車速感應(yīng)型動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，有電控液壓動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和電動助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)兩種。包括通過轉(zhuǎn)向器的效率公式確定導(dǎo)程角，通過傳動比的變化特性確定傳動比及轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動圈數(shù)和機(jī)械轉(zhuǎn)向系的確定，為下面的設(shè)計(jì)過程做鋪墊。常見的有齒輪齒條式、循環(huán)球式、球面蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式等。 本設(shè)計(jì)選用的是循環(huán)球 — 齒條齒扇式轉(zhuǎn)向器。與其他形式的轉(zhuǎn)向器比較，齒輪齒條式式轉(zhuǎn)向器最主要的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，緊湊；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉(zhuǎn)向器的質(zhì)量比較少；傳動效率高達(dá) 90%；轉(zhuǎn)向器占用的體積小，沒有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，所以轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角可以增大；制造成本低。反沖現(xiàn)象會使駕駛員精神緊張，并難以準(zhǔn)確控制汽車行駛方向，轉(zhuǎn)向盤突然轉(zhuǎn)動又會造成打手，同時(shí)對駕駛員造成傷害。載質(zhì)量不大，前輪采用獨(dú)立懸架的貨車和客車有些也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是：在螺桿和螺母之間因?yàn)橛锌梢匝h(huán)流動的鋼球，將滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦，因而傳動效率可達(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和螺桿、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； 汽車前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 轉(zhuǎn)向器的傳動比可以變化；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；適合用來做整體式動力轉(zhuǎn)向器。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要用于商用車上。其主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單；制造容易；因?yàn)闈L輪的齒面和蝸桿上的螺紋呈面接觸，所以有較高的強(qiáng)度，工作可靠，磨損小，壽命長；逆效率低。 這種轉(zhuǎn)向器曾在汽車上廣泛使用過。根據(jù)銷子數(shù)量不同，又有單銷和雙銷之分。 固定銷蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)簡單，制造容易；但是因銷子不能自轉(zhuǎn)，銷子的工作部位基本保持不變，所以磨損快，工作效率低。 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器應(yīng)有較少。 汽車前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 第 4 章 汽車轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的選擇 從轉(zhuǎn)向器到轉(zhuǎn)向輪之間的所有傳動桿件總稱為轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)。 與非獨(dú)立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu) 1． 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的組成 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂和轉(zhuǎn)向梯形等零部件共同組成，其中轉(zhuǎn)向梯形由梯形臂、轉(zhuǎn)向橫拉桿和前梁共同構(gòu)成 ，如圖 。轉(zhuǎn)向搖臂的大端用錐形三角細(xì)花鍵與轉(zhuǎn)向器中搖臂軸的外端連接，小端通過球頭銷與轉(zhuǎn)向直拉桿作空間鉸鏈連接 ，如圖 。在轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)且因懸架彈性變形而相對于車架跳動時(shí)，轉(zhuǎn)向直拉桿與轉(zhuǎn)向搖臂及轉(zhuǎn)向節(jié)臂的相對運(yùn)動都是空間運(yùn)動，為了不發(fā)生運(yùn)動干涉，三者之間的連接件都是球形 汽車前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 鉸鏈 ，如圖 。其特點(diǎn)是長度可調(diào)，通過調(diào)整橫拉桿的 長度，可以調(diào)整前輪前束 ，如圖 。與獨(dú)立懸架配用的多數(shù)是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向器布置在車身上，轉(zhuǎn)向橫拉桿通過球頭銷與齒條及轉(zhuǎn)向節(jié)臂相連。無論采用哪一種方案，都必須正確選擇轉(zhuǎn)向梯形參數(shù)，做到汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，保證全部車輪繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心行駛，使在不同圓周上運(yùn)動的車輪，作無滑動的純滾動運(yùn)動。本設(shè)計(jì)中由于采用的是非獨(dú)立式懸架，應(yīng)當(dāng)選用與之配用的整體式轉(zhuǎn)向梯形。 圖 整體式轉(zhuǎn)向梯形 其中梯形臂呈收縮狀向后延伸。 當(dāng)汽車前懸架采用非獨(dú)立式懸架時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用整體式轉(zhuǎn)向梯形。對于發(fā)動機(jī)位置低或前輪驅(qū)動汽車，常采用前置梯形。為了保護(hù)橫拉桿免遭路面不平物的損傷，橫拉桿的位置應(yīng)盡可能布置得高些，至少不低于前軸高度。斷開式轉(zhuǎn)向梯形的主要優(yōu)點(diǎn)是它與前輪采用獨(dú)立懸架相配合，能夠保證一側(cè)車輪上、下跳動時(shí)，不會影響另一側(cè)車輪。 橫拉桿上斷開點(diǎn)的位置與獨(dú)立懸架形式有關(guān)。其求法如下 ： 1)延長 BKB 與 AKA ，交于立柱 AB 的瞬心 P 點(diǎn)， 由 P 點(diǎn)作直線 PS。當(dāng)懸架搖臂的軸線斜 置時(shí)，應(yīng)以垂直于搖臂軸的平面作為當(dāng)量平面進(jìn)行投影和運(yùn)動分析。 3)連接 S 和 B 點(diǎn)，延長直線 SB。當(dāng) S點(diǎn) 低于 A 點(diǎn)時(shí)， BSPQ 線應(yīng)低于 ABPQ 線。 圖 斷 開式轉(zhuǎn)向梯形 以上是在前輪沒有轉(zhuǎn)向的情況下，確定斷開點(diǎn) D 位置的方法。圖解方法同上，但 S 點(diǎn)的位置變了；當(dāng)車輪轉(zhuǎn)向時(shí)，可認(rèn)為 S 點(diǎn)沿 垂直于主銷中心線 AB的平面上畫弧 (不計(jì)主銷后 傾角 )。雙橫臂互相平行的懸架能滿足此要求，見圖 和 c。 汽車前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 第 5 章 轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)計(jì)算 本設(shè)計(jì)主要參照五十鈴 QL10403EAR 輕型貨車，其基本參數(shù)為：兩軸式 4? 2 驅(qū)動平頭貨車，最高車速 98km/h,裝載質(zhì)量 ，最小轉(zhuǎn)彎直徑不大于 13m，最大爬坡度不小于 。它們各有兩個(gè)傳動副，前者為：螺桿、鋼球和螺母傳動副以及螺母上的齒條和搖臂軸上的齒扇傳動副；后者為螺桿、鋼球和螺母傳動副以及螺母上的銷座與搖臂軸的錐銷或球銷傳動副。 本設(shè)計(jì)選用的循環(huán)球 齒條齒扇式轉(zhuǎn)向器。 （ 1） 鋼球中心距 D、螺桿外徑 D1和螺母內(nèi)徑 D2 鋼球中心距是基本尺寸。 30′ /27176。 30′ 6176。 30′ 齒扇寬 /mm 22/25 25/27 25/28 30 28~32 30/34/38 35/38 汽車前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 心距 D 的大小有影響，而 D 又對轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)尺寸和強(qiáng)度有影響。選取 D 值的規(guī)律是隨著扇齒模數(shù)的增大，鋼球中心距 D也相應(yīng)增加（表 ）。螺桿外徑 D1 通常在 20~38 范圍內(nèi)變化，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷的不同來選定。 根據(jù)表 ，本設(shè)計(jì)初選鋼球中心距為 25mm，螺桿外徑 25mm， D2D1=8%D，所以螺母內(nèi)徑 D2 為 27mm。鋼球直徑應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)一般常在 7 ~ 9mm 范圍內(nèi)選用（表）。因?yàn)殇撉蛑睆奖旧碛姓`差，所以共同參加工作的鋼球數(shù)量并不是全部的鋼球數(shù)。為保證盡可能多的鋼球都承載， 0c o sD W D Wn dd????? （ ） 式中， D 為鋼球中心距； W 為一個(gè)環(huán)路中那個(gè)的鋼球工作圈數(shù)； n 為不包括環(huán)流導(dǎo)管中的鋼球數(shù)； 0? 為螺線導(dǎo)程角，常取 0? =5176。故 ?cos ? 1。 （ 3） 滾道截面 當(dāng)螺桿和螺母的滾道截面各由兩條圓弧組成，形成四段圓弧滾道截面時(shí)，如圖 所示，鋼球與滾道有四點(diǎn)接觸，傳動時(shí)軸向間隙最小，可滿足轉(zhuǎn)向盤自由行程小的要求。為了減少摩擦，螺桿和螺母溝槽的半徑 cr 應(yīng)大于鋼球半徑 d/2，一般取 cr =（ ~） d。 本設(shè)計(jì)取 cr ==。以使軸向力和徑向力分配均勻。 （ 5） 螺距 P 和螺旋線導(dǎo)程角 0? 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動 ? 角，對應(yīng)螺母移動的距離 s 為 /2sP??? （ ） 式中， P 為螺紋螺距。 聯(lián)立式（ ）、（ ）得 P/r2 P???? ，將 ? 對 P? 求導(dǎo)，得循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器角傳動比 wi 為 2/wi r P?? （ ） 由式（ ）可知，螺距 P 影響轉(zhuǎn)向器角傳動比的值。 本設(shè)計(jì)選取螺距 P 為 。 因此根據(jù)式（ ）反推出螺旋線導(dǎo)程角 0? 為 176。螺桿增長使剛度降低。一個(gè)環(huán)路的工作鋼球圈數(shù)的選取見表 本設(shè)計(jì)選取工作鋼球圈數(shù) W 為 圈。 e 不易過大，否則鋼球流 經(jīng)導(dǎo)管時(shí)球心偏離導(dǎo)管中心的距離增大，并使流動阻力增大。導(dǎo)管壁厚取為 1mm。 齒條、齒扇傳動副的設(shè)計(jì) 首先分析轉(zhuǎn)向器的傳動間隙，既齒扇和齒條之間的間隙。研究該特性的意義在于，他與直線行駛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向器的使用 壽命有關(guān)。在中間附近位置因磨損造成的間隙大到無法確保直線行駛穩(wěn)定性時(shí)，必須經(jīng)調(diào)整消除該處的間隙。為此， 汽車前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 傳動副的傳動間隙特性，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成在離開中間位置以后呈圖 所示的逐漸增大的形狀。 圖 轉(zhuǎn)向器傳動副傳動間隙特性 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的齒條齒扇傳動副的傳動間隙特性，可通過將齒扇齒做成不同厚度來獲取必要的傳動間隙，即齒扇由中間齒向兩端齒的齒厚是逐漸減小的。這樣加工的齒扇在齒條的嚙合中由中間齒轉(zhuǎn)向兩端的齒時(shí)，齒側(cè)間隙 s? 也逐漸加大， s? 可表達(dá)為 ]c o sc o s[t a n2t a n2 2222 nrnnrrs ww ???????? ???? （ ） 式中 r? —— 徑向間隙； ? —— 嚙合角； wr —— 齒扇的分度圓半徑； ? —— 搖臂軸的轉(zhuǎn)角。 齒條、齒扇傳動副各對嚙合齒齒側(cè)間隙 s? 的改變也可以用改變齒條各齒槽寬而 汽車前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 不改變齒扇各輪齒齒厚的辦法來實(shí)現(xiàn)。 圖 為獲得變化的齒側(cè)間隙齒扇的加工原理和計(jì)算簡圖 圖 用于選擇偏心 n 的線圖 齒扇的齒厚沿齒寬方向變化，故稱為變厚齒扇。用滾刀加工變厚齒扇的切齒進(jìn)給運(yùn)動是滾刀相對工件作垂向進(jìn)給的同時(shí)，還以一定的比例作徑向進(jìn)給，兩者合成為斜向進(jìn)給。變厚齒扇的齒頂及齒根的輪廓面為圓錐面，其分度圓上的齒厚是成比例變化的，形成變厚齒扇，如圖 所示。由 AA 剖面向右時(shí)，變?yōu)橄禂?shù) ? 為正，向左則變?yōu)橄禂?shù)為零（ OO 剖面），再變?yōu)樨?fù)。 ? 為切削角。30′和 7176。在切削角 ? 一定得條件下，各剖面的變?yōu)橄禂?shù) ? 取決于距離基準(zhǔn)剖面 AA 的距離 a ，此次設(shè)計(jì) a 取 5mm。~30176。30′；切削角 ? 為 6176。列出如下： 汽車前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 圖 變厚齒扇的齒型計(jì)算用圖 整圓齒數(shù) 13z? ； 模數(shù) mmm ? 。?? ? 齒扇寬度 mmB 25? 根據(jù)表 ，列出變厚齒扇的齒形參數(shù)： 齒頂高系數(shù) 1 ? 徑向間隙系數(shù) ?? 齒頂高 mmmxh a ????? 徑向間隙 mmcmc ????? ? 齒根高 mmhch af ????? 全齒高 mmhhh fa ????? 汽車前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 變位系數(shù) 4 n5mta na 0 ???? ?? A 齒頂圓直徑 mmmxzD A )()22( 1 ?????????? ? 分度圓弧齒厚 mmmsA )ta n22( 0 ??? ??? 齒頂圓壓力角 ?)d c o s(a r c c o s 01 ?? D?? 齒頂圓齒厚 minvvdsDs )]in([ 011 ?? ??? = ]52 [ ????? 表 變厚齒扇（ A－ A）處的齒形參數(shù)選擇與計(jì)算 （ mm） 參數(shù)名稱 參數(shù)的選擇與計(jì)算 齒頂高系數(shù) 1x 或 齒頂高 ah 1ah x m?? 齒根高 fh fah c h?? 齒全高 h fa hhh ?? 徑向間隙 c c m c??? 變位系數(shù) A? 齒頂圓直徑 D 1( 2 2 )AD z x m? ? ? ? 分度圓弧齒厚 0( 2 ta n )2 Asm?? ? ? ? 說明：基準(zhǔn)截面見圖 的截面 A—A，為齒扇寬度的中間位置處的截面。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、影響這些力的主要因素有轉(zhuǎn)向軸的負(fù)荷， 汽車前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 路面阻力和輪胎氣壓等。輪胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的 內(nèi)摩擦阻力等。 mm） ，即 313R GfM p?