【正文】 pppw dddtd dtdi ??????? ??? // （ 48） 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的角傳動比 : kpkpkp dddtd dtdi ??????? ???? // （ 49） 力傳動比與轉(zhuǎn)向系角傳動比的關(guān)系 轉(zhuǎn)向阻力 FW 與轉(zhuǎn)向阻力矩 Mr 的關(guān)系式： aMFw r? （ 410） 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 Fh 與作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩 Mh 的關(guān)系式： swhh DMF 2? （ 411） 將式（ 410）、式（ 411）代入 hWp FFi /2? 后得到 揚 州大學 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 24 頁 aMDMi h swrp ? （ 412） 如果忽略磨擦損失，根據(jù)能量守恒原理， 2Mr/Mh可用下式表示 02 ??? iddMM khr ?? （ 413） 將式（ 410）代入式（ 411）后得到 aDii swp 20?? （ 414） 當 a和 Dsw不變時，力傳動比 pi 越大，雖然轉(zhuǎn)向越輕，但 0?i 也越大，表明轉(zhuǎn)向不靈敏。 轉(zhuǎn)向器角傳動比的選擇 轉(zhuǎn)向器角傳動比可以設(shè)計成減小、增大或保持不變的。影響選取角傳動比變化規(guī)律的主要因素是轉(zhuǎn)向軸負荷大小和對 汽車機動能力的要求。 若轉(zhuǎn)向軸負荷小或采用動力轉(zhuǎn)向的汽車，不存在轉(zhuǎn)向沉重問題，應(yīng)取較小的轉(zhuǎn)向器角傳動比，以提高汽車的機動能力。若轉(zhuǎn)向軸負荷大，汽車低速急轉(zhuǎn)彎時的操縱輕便性問題突出，應(yīng)選用大些的轉(zhuǎn)向器角傳動比。 汽車以較高車速轉(zhuǎn)向行駛時，要求轉(zhuǎn)向輪反應(yīng)靈敏，轉(zhuǎn)向器角傳動比應(yīng)當小些。汽車高速直線行駛時，轉(zhuǎn)向盤在中間位置的轉(zhuǎn)向器角傳動比不宜過小。否則轉(zhuǎn)向過分敏感，使駕駛員精確控制轉(zhuǎn)向輪的運動有困難。 轉(zhuǎn)向器角傳動比變化曲線應(yīng)選用大致呈中間小兩端大些的下凹形曲線，如圖 31所示。 圖 41 轉(zhuǎn)向器角傳動比變化特 性曲線 揚州大學 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 25 頁 轉(zhuǎn)向器傳動副的傳動間隙△ t 傳動間隙是指各種轉(zhuǎn)向器中傳動副之間的間隙。該間隙隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的大小不同而改變，并把這種變化關(guān)系稱為轉(zhuǎn)向器傳動副傳動間隙特性（圖 42）。 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)。 傳動副的傳動間隙在轉(zhuǎn)向盤處于中間及其附近位置時要極小，最好無間隙。若轉(zhuǎn)向器傳動副存在傳動間隙，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。 傳動副在中間及其附近位置因使用頻繁，磨損速度要比兩端快。在中間附近位置因磨損造成的間隙過大時，必須經(jīng)調(diào)整消 除該處間隙。 為此，傳動副傳動間隙特性應(yīng)當設(shè)計成圖 42所示的逐漸加大的形狀。 圖 42 轉(zhuǎn)向器傳動副傳動間隙特性 轉(zhuǎn)向器傳動副傳動間隙特性 圖中曲線 1 表明轉(zhuǎn)向器在磨損前的間隙變化特性；曲線 2表明使用并磨損后的間隙變化特性，并且在中間位置處已出現(xiàn)較大間隙；曲線 3表明調(diào)整后并消除中間位置處間隙的轉(zhuǎn)向器傳動間隙變化特性。 轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動圈數(shù) 轉(zhuǎn)向盤從一個極端位置轉(zhuǎn)到另一個極端位置時所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)稱為轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動圈數(shù)。它與轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)向系的角傳動比有關(guān)，并影響轉(zhuǎn)向的操縱輕便性和靈敏性。轎車轉(zhuǎn)向 盤的總轉(zhuǎn)動圈數(shù)較少，一般約在 ；貨車一般不宜超過 6圈。 揚 州大學 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 26 頁 5 機械式轉(zhuǎn)向器方案分析及設(shè)計 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器由與轉(zhuǎn)向軸做成一體的轉(zhuǎn)向齒輪和常與轉(zhuǎn)向橫拉桿做成一體的齒條組成。與其他形式的轉(zhuǎn)向器比較，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器最主要的優(yōu)點是：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?。粋鲃有矢哌_ 90%；齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙以后，利用裝在齒條背部、靠近主動小齒輪處的壓緊力可以調(diào)節(jié)的彈簧。能自動消除齒間間隙，這不僅可以提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度。還可以防止工作時產(chǎn)生沖 擊和噪聲；轉(zhuǎn)向器占用的體積??；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。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：因逆效率高，汽車在不平路面上行駛時，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間沖擊力的大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤，稱之為反沖。反沖現(xiàn)象會使駕駛員精神緊張，并難以準確控制汽車行駛方向，轉(zhuǎn)向盤突然轉(zhuǎn)動又會造成打手，同時對駕駛員造成傷害。 根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向起有四種形式，如圖 51所示：中間輸入，兩端輸出 (a)；側(cè)面輸入，兩端輸出 (b)；側(cè)面輸入，中間輸出 (c)；側(cè)面輸入，一端輸出 (d)。 圖 51 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向起有四種形式 采用側(cè)面輸入，中間輸出方案時，與齒條連的左，右拉桿延伸到接近汽車縱向?qū)ΨQ平面附近。由于拉桿長度增加，車輪上、下跳動時拉桿擺角減小，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。拉桿與齒條用螺栓固定連接，因此，兩拉桿會與揚州大學 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 27 頁 齒條同時向左或右移動，為此在轉(zhuǎn)向器殼體上開有軸向的長槽，從而降低了它的強度。 采用兩端輸出方案時，由于轉(zhuǎn)向拉桿長度受到限制，容易與懸架系統(tǒng)導向機構(gòu)產(chǎn)生運動干涉。 側(cè)面輸入，一端 輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，常用在平頭貨車上。 采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器采用直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合，則運轉(zhuǎn)平穩(wěn)降低，沖擊大，工作噪聲增加。此外，齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角只能是直角，為此因與總體布置不適應(yīng)而遭淘汰。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，而且齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角易于滿足總體設(shè)計的要求。因為斜齒工作時有軸向力作用，所以轉(zhuǎn)向器應(yīng)該采用推力軸承，使軸承壽命降低，還有斜齒輪的滑磨比較大是它的缺點。 齒條斷面形狀有圓形、 V 形和 Y 形三種。圓形斷 面齒條的制作工藝比較簡單。 V 形和 Y 形斷面齒條與圓形斷面比較，消耗的材料少，約節(jié)省 20%，故質(zhì)量??；位于齒下面的兩斜面與齒條托座接觸，可用來防止齒條繞軸線轉(zhuǎn)動； Y 形斷面齒條的齒寬可以做得寬些，因而強度得到增加。在齒條與托座之間通常裝有用減磨材料（如聚四氟乙烯）做的墊片，以減少滑動摩擦。當車輪跳動、轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向器工作時，如在齒條上作用有能使齒條旋轉(zhuǎn)的力矩時，應(yīng)選用 V形和 Y形斷面齒條，用來防止因齒條旋轉(zhuǎn)而破壞齒輪、齒條的齒不能正確嚙合的情況出現(xiàn)。 為了防止齒條旋轉(zhuǎn)，也有在轉(zhuǎn)向器殼體上設(shè)計導向槽的，槽內(nèi)嵌裝導向塊，并 將拉桿、導向塊與齒條固定在一起。齒條移動時導向塊在導向槽內(nèi)隨之移動，齒條旋轉(zhuǎn)時導向塊可防止齒條旋轉(zhuǎn)。要求這種結(jié)構(gòu)的導向塊與導向槽之間的配合要適當。配合過緊會為轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)向輪回正帶來困難，配合過松齒條仍能旋轉(zhuǎn)，并伴有敲擊噪聲。 根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對前軸位置的不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在汽車上有四種布置：形式轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形 (a)；轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形 (b)；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形 (c)；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形 (d)。 揚 州大學 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 28 頁 圖 52 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在汽車上有四種布置 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于乘用車上。車載質(zhì)量不大，前輪采用獨立懸架的貨車和客車有些也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 其他轉(zhuǎn)向器 有循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器，蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器等。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：逆效率高，結(jié)構(gòu)復雜，制造困難，制造精度要求高。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要用于商用車上。 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：正效率低；工作齒面磨損以后，調(diào)整嚙合間隙比較困難；轉(zhuǎn)向器的傳動比不能變化。 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。旋轉(zhuǎn)銷式轉(zhuǎn)向器的效率高、磨損慢，但結(jié)構(gòu)復雜。 所以我的設(shè)計選用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器為動力轉(zhuǎn)向裝置。 揚州大學 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 29 頁 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器布置和結(jié)構(gòu)形式的選擇 圖 53 采用如圖所示的布置形式。 圖 54 采用如圖所示的側(cè)面輸入兩端輸出的結(jié)構(gòu)形式。 數(shù)據(jù)的確定 根據(jù)以上的論述，本次設(shè)計數(shù)據(jù)如下： 表 51 給出數(shù)據(jù) 揚 州大學 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 30 頁 輪距 1440mm 軸距 2750mm 滿載軸荷分配：前 /后 877/1643(kg) 總質(zhì)量 ma /kg 1255(kg) 輪胎 175/60R14（附 2） 主銷偏移距 a 50mm 輪胎壓力 p/MPa 方向盤直徑 SWD 307mm 最小轉(zhuǎn)彎半徑 轉(zhuǎn)向梯形臂 200mm 設(shè)計計算過程 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計算 2750si n 0 .3 9 8 5 56900LR? ? ? ? (51) ??? 2750ta n 0 . 5 6 2 5 7c o s 6 9 0 0 c o s 1 4 4 0LRB? ??? ? ?? ? ? ? (52) ? ?? 揚州大學 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 31 頁 轉(zhuǎn)向器參數(shù)選取 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的齒輪多采用斜齒輪，齒輪模數(shù)在 2~3mm 之間，主動小齒輪齒數(shù)在 5~7 之間，壓力角取 20???，螺旋角在 9 ~15??之間。故取小齒輪 1 6z? ， ? ，10???右旋，壓力角 20???，精度等級 8級。 轉(zhuǎn)向節(jié)原地轉(zhuǎn)向阻力矩： 3 313 30 . 7 ( 8 7 7 9 . 8 ) 3 4 2 9 . 1 9 73 3 0 . 2R GfM N m mP ?? ? ? ? (53) 方向盤轉(zhuǎn)動 圈數(shù)：1180c os c os LmnZ?? ? ?? ? ? (54) 角傳動比： 3 6 0 3 . 8 8 1 3 6 0 2 6 . 4 3 7 2( ) ( 2 3 . 4 8 7 6 2 9 . 3 6 0 7 )Ww K ni ?? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ? (55) 方向盤上的手力 ： (56) 作用在轉(zhuǎn)向盤上的操縱載荷 :對轎車該力不應(yīng)超過 150～ 200N，對貨車不應(yīng)超過500N。所以符合設(shè)計要求 (57) 揚 州大學 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 32 頁 力傳動比 ： (58) 取 齒 寬 系 數(shù) ?? ， 11 2 .5 6 1 5 .2 3 1 4c o s c o s 1 0nmzd m m? ?? ? ?? (59) 齒條寬度 21 314 78db d mm?? ? ? ?圓整取 2 20b mm? ，則取齒輪齒寬12 10 30b b mm? ? ? 選擇齒輪齒條材料 小齒輪：齒輪通常選用國內(nèi)常用、性能優(yōu)良的 20CrMnTi 合金鋼，熱處理采用表面滲碳淬火工藝，齒面硬度為 HRc58～ 63。而齒條選用與 20CrMnTi具有較好匹配性的 40Cr作為嚙合副，齒條熱處理采用高頻淬火工藝，表面硬度 HRc50～ 56。 強度校核 （ 1）、校核齒輪接觸疲勞強度 選取參數(shù)，按 ME 級質(zhì)量要求取值 lim 1 1500H MPa? ? ， lim 2 650H MPa? ? ； lim1 ? ， lim2 ? ， 121NNZZ?? lim2 lim1HH??? 故以 lim2H? 計算 Hp? l i m 2 2l i m 26 5 0 1 5001 . 3HNHPHZ M P aS?? ?? ? ? 揚州大學 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮