1048型循環(huán)球轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì),循環(huán),轉(zhuǎn)向器,設(shè)計(jì) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 1048型循環(huán)球轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì) 陳喜連 ` 燕 山 大 學(xué) 2010年 6月 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 1048型循環(huán)球轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì) 學(xué)院（系）： 里仁學(xué)院 專 業(yè)： 06汽車1班 學(xué)生 姓名： 陳喜連 學(xué) 號(hào)： 061101011073 指導(dǎo) 教師： 楊樹軍 答辯 日期： 2010-6-20 燕山大學(xué)理仁學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué)院：車輛與能源學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位：車輛與交通運(yùn)輸工程系 學(xué) 號(hào) 061101011073 學(xué)生 姓名 ?陳喜連 專 業(yè) 班 級(jí) 06汽車1班 題 目 題目名稱 1048型循環(huán)球轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì) 題目性質(zhì) 1.理工類：工程設(shè)計(jì) （ √ ）；工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究型（ ）； 理論研究型（ ）；計(jì)算機(jī)軟件型（ ）；綜合型（ ） 2.管理類（ ）；3.外語類（ ）；4.藝術(shù)類（ ） 題目類型 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（ √ ） 2.論文（ ） 題目來源 科研課題（ ） 生產(chǎn)實(shí)際（ √ ）自選題目（ ） 主 要 內(nèi) 容 (1)查閱有關(guān)循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的文獻(xiàn)，了解循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)、工作原理和特點(diǎn)； (2)完成1048型循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的方案設(shè)計(jì)、性能參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算； (3)完成1048型循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的裝配圖、主要零件圖、主要零件的工藝卡片。 設(shè)計(jì)條件：前軸負(fù)荷（最大）：2.06t，最大輸出擺角：±41.5° 基 本 要 求 (1)完成1048型循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的方案設(shè)計(jì)、性能參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算，繪制裝配圖與主要零件圖，編制主要零件的工藝路線、工藝卡片。 (2)圖紙工作量不少于A0 3張，設(shè)計(jì)計(jì)算說明書字?jǐn)?shù)不少于2萬字。 (3)查閱文獻(xiàn)（不含教科書）15篇以上，翻譯與課題有關(guān)的外文資料不少于3千漢字。 參 考 資 料 (1)陳家瑞. 汽車構(gòu)造（下冊(cè)）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007 (2)劉惟信. 汽車設(shè)計(jì). 北京：清華大學(xué)出版社，2001 (3)王望予. 汽車設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 (4)最新汽車設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè). 哈爾濱：黑龍江人民出版社，2005 (5)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì). 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 周 次 第1 ～ 4周 第5 ～8 周 第9 ～12 周 第13～16周 第17～18周 應(yīng) 完 成 的 內(nèi) 容 調(diào)查研究，收集資料，翻譯外文資料 1048型循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的方案設(shè)計(jì)、性能參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算，主要外購(gòu)件的選型 1048型循環(huán)球轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝配圖繪制 1048型循環(huán)球轉(zhuǎn)向器主要零件圖繪制，編制工藝卡片,整理設(shè)計(jì)說明書 答辯 指導(dǎo)教師：楊樹軍 職稱：教授 2009 年12月 26 日 系級(jí)教學(xué)單位審批： 年 月 日 摘要 摘要 本文首先對(duì)我國(guó)轉(zhuǎn)向器行業(yè)的發(fā)展概況進(jìn)行了闡述，然后根據(jù)汽車的類型、前軸負(fù)荷、使用條件等對(duì)轉(zhuǎn)向器進(jìn)行了初步選型，并根據(jù)轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)效率，角傳動(dòng)比及使用條件參考以往的成功車型對(duì)轉(zhuǎn)向器的具體參數(shù)和強(qiáng)度進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算。完成了1048轉(zhuǎn)向器從結(jié)構(gòu)形式選擇到制造工藝布置的全部設(shè)計(jì)。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是汽車轉(zhuǎn)向器中唯一采用滾動(dòng)摩擦和二級(jí)減速的轉(zhuǎn)向器，目前國(guó)內(nèi)外所有后輪驅(qū)動(dòng)，以及以后輪為主驅(qū)動(dòng)裝置的四輪驅(qū)動(dòng)汽車中的手動(dòng)轉(zhuǎn)向器和動(dòng)力轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向器普遍采用循環(huán)球式。由于其傳動(dòng)效率高、工作平穩(wěn)、可靠，螺桿及螺母上的螺旋槽經(jīng)滲碳、淬火及磨削加工，耐磨性好、壽命長(zhǎng)。齒扇與齒條嚙合間隙的調(diào)整方便易行等優(yōu)點(diǎn)在高級(jí)轎車和輕型及以上的客車、貨車上廣泛采用。 通過網(wǎng)絡(luò)資料收集明白了循環(huán)球轉(zhuǎn)向器在國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)向器市場(chǎng)中的重要地位。通過對(duì)1048轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)對(duì)汽車轉(zhuǎn)向系及整個(gè)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)有了更深層次的了解，通過工藝的設(shè)計(jì)對(duì)零部件的生產(chǎn)流水線有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。本次設(shè)計(jì)對(duì)以后從事設(shè)計(jì)生產(chǎn)工作奠定了重要基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞 循環(huán)球；轉(zhuǎn)向器；總體設(shè)計(jì)；加工；檢測(cè) I 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） Abstract First this article was set overview development of the steering industry in China, and then the type of car, front axle load conditions on the steering gear using a preliminary selection, and in accordance with steering the transmission efficiency, angle transmission ratio and conditions of use the success of previous models on the specific parameters and intensity of steering a detailed calculation. 1048 completed the structure selection from the steering gear to the manufacturing process all the design layout. The recirculating ball type steering gear steering is the only rolling friction and secondary deceleration steering, rear-wheel drive all at home and abroad, and after the main drive wheel four-wheel-drive vehicle in the manual and power steering Turn commonly used recirculating ball steering. Because of its high transmission efficiency, smooth, reliable, screw and nut on the spiral groove by carburization, quenching and grinding, abrasion resistance and long life. Fan gear meshing with the rack space to facilitate easy adjustment of the advantages of the high-level and above cars and light buses, goods vehicles on the widely adopted. Data collected through the network to understand the circulating ball steering gear steering gear in the domestic market in an important position. By 1048 the design of the steering and the vehicle steering system with a deeper understanding of transmission, through the process of design of the parts production line with a further understanding. The design of the future in design and production work laid an important foundation. Keywords Recirculating ball; Steering; Design; Processing; Detection III 目錄 目 錄 摘要 I Abstract II 目 錄 III 第1章 緒論 1 1.1 循環(huán)球轉(zhuǎn)向器概述 1 1.2 循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的分類和特點(diǎn) 2 1.3 轉(zhuǎn)向器的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 2 1.3.1 國(guó)外轉(zhuǎn)向器行業(yè)概況 3 1.3.2 國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)向器行業(yè)概況 3 1.3.3 研究主要成果 3 1.3.4 發(fā)展趨勢(shì) 4 1.4 循環(huán)球轉(zhuǎn)向器存在問題及解決方案 5 1.4.1存在問題 5 1.4.2解決方案 5 1.5 本章小結(jié) 6 第2章 總體方案設(shè)計(jì) 7 2.1 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向器的一般過程 7 2.1.1 總體設(shè)計(jì) 7 2.1.2技術(shù)設(shè)計(jì) 7 2.1.3審核鑒定 7 2.2 總體方案設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 8 2.2.1確定設(shè)計(jì)方案 8 2.2.2主要組成部分 10 2.2.3主要參數(shù) 11 2.3 本章小結(jié) 11 第3章 轉(zhuǎn)向器零部件計(jì)算與校核 12 3.1 循環(huán)球轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)的概述 12 3.2循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 12 3.3循環(huán)球轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比計(jì)算 12 3.4螺桿-鋼球-螺母?jìng)鲃?dòng)副的計(jì)算 13 3.4.1鋼球工作圈數(shù)的確定 13 3.4.2螺桿螺母尺寸的確定 14 3.4.3螺桿螺母加工要求 15 3.5齒條齒扇傳動(dòng)副的計(jì)算 16 3.5.1齒側(cè)間隙的計(jì)算 16 3.5.2齒扇各截面變?yōu)橄禂?shù)的計(jì)算 18 3.5.3變厚齒齒形參數(shù)的計(jì)算 19 3.6轉(zhuǎn)向器的零件強(qiáng)度計(jì)算 22 3.6.1轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定 22 3.6.2鋼球與滾道間的接觸強(qiáng)度校核 23 3.6.3鋼球工作圈數(shù)校核 24 3.6.4鋼球徑向向間隙校核 25 3.6.5螺桿在彎扭聯(lián)合作用下的強(qiáng)度計(jì)算 25 3.6.6齒的彎曲應(yīng)力校核 26 3.6.7轉(zhuǎn)向搖臂軸直徑的確定 26 3.7 本章小結(jié) 28 第4章 1048轉(zhuǎn)向器的加工與檢測(cè) 29 4.1 螺桿、螺母滾道的加工精度要求 29 4.2 螺桿、螺母循環(huán)球總成的檢測(cè)方法 29 4.3 轉(zhuǎn)向螺桿支撐軸承的選擇及軸承預(yù)緊力的調(diào)整 29 4.4 轉(zhuǎn)向盤自由行程的調(diào)整 30 4.5 本章小結(jié) 30 結(jié)論 31 參考文獻(xiàn) 32 致謝 33 附錄 1開題報(bào)告 35 附錄 2文獻(xiàn)綜述 40 附錄 3外文翻譯 43 III 第1章 緒論 第1章 緒論 1.1 循環(huán)球轉(zhuǎn)向器概述 轉(zhuǎn)向器又名轉(zhuǎn)向機(jī)、方向機(jī)，它是轉(zhuǎn)向系中最重要的部件。轉(zhuǎn)向器的作用是：增大轉(zhuǎn)向盤傳到轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的力和改變力的傳遞方向。 早期的汽車轉(zhuǎn)向是用舵柄或橫桿(即一種兩端帶有手柄的水平桿)進(jìn)行操縱，轉(zhuǎn)向比是1：1，因而汽車轉(zhuǎn)向時(shí)的操作是很吃力的。后來，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)了方向盤位置的爭(zhēng)論。這場(chǎng)爭(zhēng)論曠日持久，導(dǎo)致了今天的汽車分成了兩大類方向盤裝置法： ??一類以美國(guó)，中國(guó)，俄羅斯等世界上大多數(shù)國(guó)家和地區(qū)采用的左置方向盤，實(shí)行右上左下的汽車行駛規(guī)則；另一類以英國(guó)及英聯(lián)邦，日本等少數(shù)國(guó)家和地區(qū)采用的右置方向盤，實(shí)行右下左上的汽車行駛規(guī)則。 ??幾十年來，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。在這種轉(zhuǎn)向器中，蝸桿與扇形齒輪之間嵌入了鋼珠，大大降低了摩擦力，使汽車的轉(zhuǎn)向操縱變得比較輕松[1]。 ??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、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。方向盤操縱轉(zhuǎn)向器內(nèi)的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪與齒條緊密嚙合，推動(dòng)齒條左移動(dòng)或右移動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向輪擺動(dòng)，從而改變轎車行駛的方向。 ??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)。而且它的逆?zhèn)鲃?dòng)效率也高，在車輛行駛時(shí)可以保證偏轉(zhuǎn)車輪的自動(dòng)回正，駕駛者的路感性強(qiáng)。 ??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。1905年通用汽車卡迪拉克部的工程師將齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)理論化，并加工成精度很高，操縱靈活的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器，正式應(yīng)用在轎車上 1.2 循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的分類和特點(diǎn) 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器又有兩種結(jié)構(gòu)型式，即常見的循環(huán)球-齒條齒扇式和另一種即循環(huán)球曲柄銷式。它們各有兩個(gè)傳動(dòng)副，前者為：螺桿、鋼球和螺母?jìng)鲃?dòng)副以及落幕上的齒條和搖臂軸上的齒扇傳動(dòng)副；后者為螺桿、鋼球和螺母?jìng)鲃?dòng)副以及螺母上的銷座與搖臂軸的錐銷或球銷傳動(dòng)副。兩種結(jié)構(gòu)的調(diào)整間隙方法均是利用調(diào)整螺栓移動(dòng)搖臂軸來進(jìn)行調(diào)整。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由螺桿和螺母共同形成的螺旋槽內(nèi)裝有鋼球構(gòu)成的傳動(dòng)副，以及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動(dòng)副組成，如圖1-1所示。 圖1-1循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)效率高、工作平穩(wěn)、可靠，螺桿及螺母上的螺旋槽經(jīng)滲碳、淬火及磨削加工，耐磨性好、壽命長(zhǎng)。齒扇與齒條嚙合間隙的調(diào)整方便易行，這種結(jié)構(gòu)與液力式動(dòng)力轉(zhuǎn)向液壓裝置的匹配布置也極為方便。所以循環(huán)球轉(zhuǎn)向器憑借這些特點(diǎn)在汽車中得到了廣泛應(yīng)用[2]。 1.3 轉(zhuǎn)向器的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 改革開放以來，我國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展迅猛。作為汽車關(guān)鍵部件之一的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也得到了相應(yīng)的發(fā)展，基本已形成了專業(yè)化、系列化生產(chǎn)的局面。有資料顯示，國(guó)外有很多國(guó)家的轉(zhuǎn)向器廠，都已發(fā)展成大規(guī)模生產(chǎn)的專業(yè)廠，年產(chǎn)超過百萬臺(tái)，壟斷了轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，并且銷售點(diǎn)遍布了全世界 1.3.1 國(guó)外轉(zhuǎn)向器行業(yè)概況 國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家轉(zhuǎn)向器的制造有較長(zhǎng)歷史，伴隨汽車的發(fā)明轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)和制造也一直在不斷的更新。近些年來，為了滿足各種工況的實(shí)際需求轉(zhuǎn)向器的類型已經(jīng)演化到很多種。為了達(dá)到更加靈活和精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)向，液壓助力轉(zhuǎn)向和電子助力轉(zhuǎn)向已經(jīng)在國(guó)外得到了廣泛應(yīng)用。國(guó)外汽車配裝的轉(zhuǎn)向器以液壓助力式轉(zhuǎn)向器為主，約占總產(chǎn)量的50%以上，機(jī)械式轉(zhuǎn)向器僅占7%且日趨淘汰，從液壓助力式轉(zhuǎn)向器基礎(chǔ)上發(fā)展起來的電動(dòng)液壓助力式轉(zhuǎn)向器約占15%，近年來迅速發(fā)展的電動(dòng)助力式轉(zhuǎn)向器占28%（主要配轎車） 1.3.2 國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)向器行業(yè)概況 我國(guó)的汽車制造業(yè)起步較晚，所以汽車轉(zhuǎn)向器的發(fā)展造成了一定程度的延后，尤其和世界水平產(chǎn)生了不小的差距。 80年代以后，由于改革開放，我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展。面對(duì)國(guó)內(nèi)汽車制造行業(yè)的蒸蒸日上，作為汽車關(guān)鍵部件之一的轉(zhuǎn)向器也得到了較為快速地發(fā)展，在產(chǎn)銷規(guī)模不斷增長(zhǎng)的同時(shí)，技術(shù)水平也得到了一定程度的提升[3]。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，2007年全國(guó)汽車轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)企業(yè)有150多家，其中民營(yíng)企業(yè)占70%，國(guó)營(yíng)企業(yè)占14%，合資企業(yè)占10%，獨(dú)資企業(yè)占6%。轉(zhuǎn)向器行業(yè)中，規(guī)模較大的企業(yè)有上海ZF、恒隆集團(tuán)、一汽光洋、新鄉(xiāng)豫北和湖北三環(huán)等20多家，生產(chǎn)集中度約為80%。轉(zhuǎn)向器行業(yè)的企業(yè)總資產(chǎn)約為130億元，年生產(chǎn)能力超過1000萬臺(tái)（套）。2007年，國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)向器產(chǎn)銷量約940萬臺(tái)（套），總產(chǎn)值約為120億元，出口創(chuàng)匯約2.45億美元。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)基本合理，能覆蓋國(guó)內(nèi)全系列汽車，基本滿足整車產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。在國(guó)內(nèi)汽車配裝的轉(zhuǎn)向器產(chǎn)品中，商用車（主要是載貨車）有95%以上是自主品牌轉(zhuǎn)向器。在中高檔轎車中，2/3車輛使用的是中外合資企業(yè)或外商獨(dú)資企業(yè)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)向器，1/3的車輛使用自主品牌轉(zhuǎn)向器。低檔轎車則幾乎全部使用自主品牌轉(zhuǎn)向器。 1.3.3 研究主要成果 我國(guó)汽車轉(zhuǎn)向器制造業(yè)的發(fā)展，從無到有，從小到大，已成為我國(guó)機(jī)械工業(yè)的重要組成之一，成為世界轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)大國(guó)之一。迄今通過技術(shù)引進(jìn)、消化吸收、合作生產(chǎn)，自主開發(fā)了多種種新產(chǎn)品，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，有的達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。產(chǎn)品的技術(shù)水平和自動(dòng)化程度都有很大提高，新的技術(shù)產(chǎn)生了新的成果主要表現(xiàn)在： （1）做成整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器應(yīng)用于各種工況的多種車輛中 （2）制成變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向器解決轉(zhuǎn)向靈敏度和轉(zhuǎn)向力之間的矛盾 （3）可逆式轉(zhuǎn)向器保證轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動(dòng)回證，減輕駕駛員疲勞，提高行駛安全性 （4）采用變厚齒扇簡(jiǎn)單了轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)，保證了轉(zhuǎn)向的靈敏度 1.3.4 發(fā)展趨勢(shì) 隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)也有很大變化。汽車轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)很多，從目前使用的普遍程度來看，主要的轉(zhuǎn)向器類型有4種：有蝸桿肖式（WP型）、蝸桿滾輪式（WR型）、循環(huán)球式（BS型）、齒條齒輪式（RP型）。這四種轉(zhuǎn)向器型式，已經(jīng)被廣泛使用在汽車上。 據(jù)了解，在世界范圍內(nèi)，汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占45％左右，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器占40％左右，蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器占10％左右，其它型式的轉(zhuǎn)向器占5％。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器一直在穩(wěn)步發(fā)展。在西歐小客車中，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器有很大的發(fā)展。日本汽車轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)是循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占的比重越來越大，日本裝備不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)的各類型汽車，采用不同類型轉(zhuǎn)向器，在公共汽車中使用的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，已由60年代的62．5％，發(fā)展到現(xiàn)今的100％了(蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器在公共汽車上已經(jīng)被淘汰)。大、小型貨車大都采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，但齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器也有所發(fā)展。微型貨車用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占65％，齒條齒輪式占35％綜合上述對(duì)有關(guān)轉(zhuǎn)向器品種的使用分析，得出以下結(jié)論： 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，已成為當(dāng)今世界汽車上主要的兩種轉(zhuǎn)向器；而蝸輪蝸桿式轉(zhuǎn)向器和蝸桿肖式轉(zhuǎn)向器，正在逐步被淘汰或保留較小的地位。在小客車上發(fā)展轉(zhuǎn)向器的觀點(diǎn)各異，美國(guó)和日本重點(diǎn)發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，比率都已達(dá)到或超過90％；西歐則重點(diǎn)發(fā)展齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，比率超過50％，法國(guó)已高達(dá)95％[4]。 1.4 循環(huán)球轉(zhuǎn)向器存在問題及解決方案 雖然機(jī)械式轉(zhuǎn)向器目前已經(jīng)相當(dāng)成熟但是仍然存在一定的缺陷，還有一些問題需要改善，這一點(diǎn)是必不可少的。 1.4.1 存在問題 （1）由于轉(zhuǎn)向器經(jīng)常處于中間位置工作，因此齒扇與齒條的中間齒磨損最厲害，需要解決間隙的設(shè)計(jì)問題 （2）齒扇的齒厚沿齒長(zhǎng)方向是變化的，這樣即可通過軸向移動(dòng)搖臂軸來調(diào)節(jié)齒扇與齒條的嚙合間隙。這就要求特殊的加工設(shè)備和復(fù)雜的計(jì)算 （3）軌道界面的確定及其加工，考慮磨損及維修。 （4）轉(zhuǎn)向器的逆效率過高 （5）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，制造精度要求高 1.4.2 解決方案 我國(guó)轉(zhuǎn)向器制造技術(shù)應(yīng)在吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)本國(guó)國(guó)情，加快發(fā)展，主要發(fā)展目標(biāo)有以下幾個(gè)方面： （1）加大軟件開發(fā)和在轉(zhuǎn)向器中的應(yīng)用。引進(jìn)國(guó)外高新技術(shù)，改善設(shè)計(jì)過程，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，提高生產(chǎn)效率。 （2）在自力更生研究開發(fā)的同時(shí)，積極引進(jìn)、吸收國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)與系統(tǒng)，并加以創(chuàng)新，提高加工精度，減小誤差，保證制造產(chǎn)品的合格率。 （3）積極開拓國(guó)際市場(chǎng)，加大高新技術(shù)產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的占有率。 （4）既注重技術(shù)創(chuàng)新，又注重其與機(jī)制創(chuàng)新、管理創(chuàng)新的結(jié)合，處理好機(jī)制創(chuàng)新、管理創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)系。要以機(jī)制創(chuàng)新帶動(dòng)管理創(chuàng)新，以管理創(chuàng)新帶動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新。采取有效的協(xié)同研發(fā)方式以及符合市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律的運(yùn)行機(jī)制，組織好本領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)、裝備與軟件系統(tǒng)的研發(fā)，以及研究成果的推廣應(yīng)用。 隨著經(jīng)濟(jì)全球化和我國(guó)加入 WTO，我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將有重大調(diào)整，而制造業(yè)在工業(yè)化過程中起著主導(dǎo)作用，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的主要增長(zhǎng)點(diǎn)之一，沒有制造業(yè)的提高和發(fā)展，其它產(chǎn)業(yè)也不可能良性發(fā)展，因此制造業(yè)將是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中的主要著力點(diǎn)之一。在此內(nèi)外環(huán)境的影響下，我國(guó)轉(zhuǎn)向器制造業(yè)必須充分考慮產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、營(yíng)銷和服務(wù)各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)發(fā)展，吸收先進(jìn)制造技術(shù)，逐步走上以自主開發(fā)為主的道路，使我國(guó)汽車轉(zhuǎn)向器工業(yè)從“轉(zhuǎn)向器制造大國(guó)”走向“轉(zhuǎn)向器制造強(qiáng)國(guó)”，這是我們面臨的最重要的任務(wù)[5]。 1.5 本章小結(jié) 我國(guó)轉(zhuǎn)向器制造行業(yè)的發(fā)展，應(yīng)在繼承國(guó)內(nèi)制造業(yè)研究成果和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，吸收國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)， 面向轉(zhuǎn)向器工業(yè)發(fā)展需求，重創(chuàng)新、抓應(yīng)用、建環(huán)境、促發(fā)展、見效益，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和管理的信息化，生產(chǎn)工藝過程控制的智能化和數(shù)字化，全面提升我國(guó)轉(zhuǎn)向器制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。 5 第2章 總體方案設(shè)計(jì) 第2章 總體方案設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向器的一般過程 轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)過程大體上分為總體設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和審核鑒定三個(gè)階段。 2.1.1 總體設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)階段，主要做可行性分析與進(jìn)行初步設(shè)計(jì)倆方面的工作[9]。 一、可行性分析 可行性分析要弄清和解決以下幾個(gè)問題： （1）用戶的需要，即汽車的使用工況，正常人的操作習(xí)慣，以及行駛的安全性和使用壽命等。 （2）根據(jù)用戶需求，確定轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)內(nèi)容和轉(zhuǎn)向器的應(yīng)用環(huán)境，明確它的功能、應(yīng)用范圍和必須達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 （3）現(xiàn)有同類轉(zhuǎn)向器的發(fā)展情況，當(dāng)前加工技術(shù)水平及今后發(fā)展方向。 （4）構(gòu)思設(shè)計(jì)方案，并從工作原理、技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效益三個(gè)方面分析對(duì)比各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)和可行性，從中找出較為合理的方案。 然后，提出報(bào)告說明實(shí)施該項(xiàng)目的目的、可行性和實(shí)施計(jì)劃。 二、初步設(shè)計(jì) 將設(shè)計(jì)方案具體化，著重抓轉(zhuǎn)向器的零部件需求、總體布局、繪制結(jié)構(gòu)原理圖和擬定主要技術(shù)參數(shù)等。 2.1.2 技術(shù)設(shè)計(jì) 技術(shù)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括各組成部分的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零件強(qiáng)度與剛度校核、動(dòng)力計(jì)算、繪制設(shè)計(jì)圖樣和編寫技術(shù)文件等。 2.1.3 審核鑒定 對(duì)所擬定的方案、技術(shù)計(jì)算、設(shè)計(jì)圖樣等進(jìn)行詳細(xì)審核，并對(duì)試制的樣機(jī)進(jìn)行鑒定。特別要注意審查整個(gè)設(shè)計(jì)方案是否合理，各個(gè)具體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是否正確，實(shí)際是否完善，還須做哪些改進(jìn)。 2.2 總體方案設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 總體方案設(shè)計(jì)是技術(shù)設(shè)計(jì)的前提和依據(jù)?？傮w方案設(shè)計(jì)的好壞對(duì)項(xiàng)目的成敗和技術(shù)性能的優(yōu)劣有決定性的影響。應(yīng)強(qiáng)調(diào)以下幾點(diǎn)： （1）注重市場(chǎng)調(diào)查與預(yù)測(cè)，不斷為滿足新的需求提供新型轉(zhuǎn)向器。 （2）繼承與創(chuàng)造相結(jié)合，盡量采用先進(jìn)技術(shù)，推陳出新。 （3）對(duì)待實(shí)施的新方案，應(yīng)進(jìn)行必要的試驗(yàn)，經(jīng)驗(yàn)證可靠后方可著手正式設(shè)計(jì)。 （4）處理好使用與制造之間的關(guān)系，首先應(yīng)滿足使用需求，這是由工藝設(shè)備的特性決定的。更好更穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向器對(duì)制造提出了越來越高的要求，優(yōu)良的制造、裝配質(zhì)量是提高機(jī)器的工藝性能、工作可靠性和使用壽命所不可缺少的。 2.2.1 確定設(shè)計(jì)方案 （1）根據(jù)路況和車輛的類型選擇合適的轉(zhuǎn)向器 車輛為前軸負(fù)荷2.06t的中型貨車，載重較大所以選擇更為輕便的循環(huán)球轉(zhuǎn)向器。 （2）間隙調(diào)整機(jī)構(gòu) 考慮使用過程中齒扇的磨損，需要經(jīng)常調(diào)整間隙，所以選擇較為方便的非拆裝式間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)（見圖2-1(b)） 圖2-1循環(huán)球轉(zhuǎn)向器間隙調(diào)整機(jī)構(gòu) （3）確定鋼球軌道加工形式 滾道截面有四點(diǎn)接觸式、兩點(diǎn)接觸式（見圖 2－2）和橢圓滾道截面等。四點(diǎn)接觸式滾道截面由四段弧組成，螺桿和螺母的滾道截面各為兩段圓弧。四點(diǎn)接觸滾道截面可獲得最小的軸向間隙，以避免軸向定位的不穩(wěn)定，受載后基本上可消除軸向位移，但滾道與鋼球間仍應(yīng)有間隙以貯存磨屑、減小磨損。雖然其制造工藝較復(fù)雜，但仍得到廣泛應(yīng)用。兩點(diǎn)接觸式滾道截面由兩段圓弧組成，其螺桿和螺母滾道均為單圓弧，形狀簡(jiǎn)單。當(dāng)螺桿受有軸向載荷時(shí)，螺桿與螺母間產(chǎn)生軸向相對(duì)位移使軸向定位不穩(wěn)定，增加了轉(zhuǎn)向盤的自由行程，這對(duì)裝動(dòng)力轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向系特別不利，因?yàn)樗档土朔峙溟y的靈敏度，從而影響轉(zhuǎn)向性能。橢圓滾道的螺桿部分為橢圓截面、螺母部分為圓弧截面。鋼球以三點(diǎn)與滾道接觸被精確地定位于滾道中心，軸向定位精確，但加工較復(fù)雜[6]。 圖2-2螺旋軌道截面 （4）齒扇形式的選擇 齒扇的齒厚沿齒寬方向變化，故稱為變厚齒扇。其齒形外觀與普通的直齒圓錐齒輪相似。用滾刀加工變厚齒扇的切齒進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是滾刀相對(duì)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。這樣即可得到變厚齒扇。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2-3）。 圖2-3變厚齒扇的截面 在該圖中若 0－0 截面原始齒形的變位系數(shù)ξ＝0，則位于其兩側(cè)的截面 I—I 和Ⅱ一Ⅱ分別具有ξ＞0 和車ξ＜0，即截面 I—I 的齒輪為正變位齒輪，而截面Ⅱ一Ⅱ的齒輪為負(fù)變位齒輪。 即變厚齒扇在其整個(gè)齒寬方向上是由無窮多的原始齒形變位系數(shù)逐漸變化的圓柱齒輪所形成。因?yàn)樵谂c 0 一 0 平行的不同截面中，其模數(shù) m 不變、齒數(shù)亦同，故其分度圓及基圓亦不變，即為分度圓柱和基圓柱。其不同截面位置上的漸開線齒形，均為在同一基圓柱上展開的漸開線，僅僅是其輪齒的漸開線齒形離基圓的位置不同而已，故應(yīng)將其歸人圓柱齒輪范疇，而不應(yīng)歸于直齒圓錐齒輪范圍，雖然它們從外觀上更相似，因?yàn)橹饼X圓錐齒輪輪齒的漸開線齒形的形成基準(zhǔn)是齒輪的基錐[7]。 2.2.2 主要零部件結(jié)構(gòu) 循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)相對(duì)來說還是比較簡(jiǎn)單的。循環(huán)球轉(zhuǎn)向器中一般有兩級(jí)傳動(dòng)副，第一級(jí)是螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)副，第二級(jí)一般采用齒輪齒條傳動(dòng)副，如解放CA140系列輕型載貨汽車、CA1091型等汽車的轉(zhuǎn)向器。 如圖2-1所示為解放CA1091系列轉(zhuǎn)向器。轉(zhuǎn)向螺桿的軸頸支撐在兩個(gè)推理角接觸軸承上。軸承預(yù)緊度可用調(diào)整墊片來調(diào)整。轉(zhuǎn)向螺母外側(cè)的下平面上加工成的齒條，與齒扇軸的上的齒扇嚙合。 圖2-1 解放CA1091系列汽車轉(zhuǎn)向器 1—螺母 2—彈簧墊片 3—轉(zhuǎn)向螺母 4—轉(zhuǎn)向器殼體墊片 5—轉(zhuǎn)向器殼體底蓋6—轉(zhuǎn)向器殼體 7—導(dǎo)管夾 8—加油螺塞 9—鋼球?qū)Ч? 10—球軸承 11、12—油封 13、15—滾針軸承 14—搖臂軸 16—鎖緊螺母 17—調(diào)整螺釘 18—調(diào)整墊片 19—側(cè)蓋 20—螺釘 21—調(diào)整墊片 22—鋼球 23—轉(zhuǎn)向螺桿 2.2.3 主要參數(shù) （1）前軸最大負(fù)荷：2.06t （2）最大輸出擺角：± （3）方向盤直徑400-500mm （4）方向盤切向力200-350N （5）角傳動(dòng)比26.69 2.3 本章小結(jié) 本章詳盡的講述了總體設(shè)計(jì)的具體步驟和方法，為了在細(xì)節(jié)上做到盡善盡美，還應(yīng)該做到以下幾點(diǎn)： （1）注重市場(chǎng)調(diào)查與預(yù)測(cè)，不斷為滿足新的需求改善設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和加工工藝。 （2）繼承與創(chuàng)造相結(jié)合，盡量采用先進(jìn)技術(shù)，推陳出新。 （3）對(duì)待實(shí)施的新方案，應(yīng)進(jìn)行必要的試驗(yàn)，經(jīng)驗(yàn)證可靠后方可著手正式設(shè)計(jì)。處理好使用與制造之間的關(guān)系，首先應(yīng)滿足使用需求，這是由工藝設(shè)備的特性決定的。循環(huán)球轉(zhuǎn)向器對(duì)制造提出了越來越高的要求，優(yōu)良的制造、裝配質(zhì)量是提高機(jī)器的工藝性能、工作可靠性和使用壽命所不可缺少的。 31 第3章 1048轉(zhuǎn)向器零部件的計(jì)算與校核 第3章 轉(zhuǎn)向器零部件計(jì)算與校核 3.1 循環(huán)球轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)的概述 對(duì)轉(zhuǎn)向其結(jié)構(gòu)形式的選擇，主要是根據(jù)汽車的類型、前軸負(fù)荷、使用條件等來決定，并要考慮其效率特性、角傳動(dòng)比變化特性等對(duì)使用條件的適應(yīng)性以及轉(zhuǎn)向器的其他性能、壽命、制造工藝等。中、小型轎車以及前軸負(fù)荷小于1.2t的客車、貨車，多采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。球面蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器曾廣泛用在輕型和中型汽車上，例如：當(dāng)前軸軸荷不大于2.5t且無動(dòng)力轉(zhuǎn)向和不大于4t帶動(dòng)力轉(zhuǎn)向的汽車均可選用這種結(jié)構(gòu)型式。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器則是當(dāng)前廣泛使用的一種結(jié)構(gòu)，高級(jí)轎車和輕型及以上的客車、貨車均多采用。轎車、客車多行駛于好路面上，可以選用正效率高、可逆程度大些的轉(zhuǎn)向器。礦山、工地用汽車和越野汽車，經(jīng)常在壞路或在無路地帶行駛，推薦選用極限可逆式轉(zhuǎn)向器，但當(dāng)系統(tǒng)中裝有液力式動(dòng)力轉(zhuǎn)向或在轉(zhuǎn)向橫拉桿上裝有減振器時(shí)，則可采用正、逆效率均高的轉(zhuǎn)向器，因?yàn)槁访娴臎_擊可由液體或減振器吸收，轉(zhuǎn)向盤不會(huì)產(chǎn)生“打手”現(xiàn)象[8]。 3.2 循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)必須考慮多方面因素，而且首先應(yīng)當(dāng)滿足制造工藝和加工工藝的要求，同時(shí)要合理選擇工件材料和精度要求。由于轉(zhuǎn)向器的好壞直接影響著汽車的安全性和人身安全，所以要經(jīng)過嚴(yán)格的強(qiáng)度校核和惡劣工況下的穩(wěn)定性測(cè)試。 一般來說，為實(shí)現(xiàn)同一的工藝要求就有可能設(shè)想出若干個(gè)不同的傳動(dòng)方案。所以，一定要根據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行廣泛的調(diào)查研究，并參照現(xiàn)有的類似機(jī)器加以對(duì)比分析，才有可能選出一個(gè)比較理想的方案作為整機(jī)設(shè)計(jì)的依據(jù)。 3.3 循環(huán)球轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比計(jì)算 由循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)關(guān)系可知：當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)?角時(shí)，轉(zhuǎn)向螺母及其齒條的移動(dòng)量應(yīng)為 （3-1） 式中t——螺桿或螺母的螺距 這時(shí)，齒扇轉(zhuǎn)過β角。設(shè)齒扇的嚙合半徑，則β角所對(duì)應(yīng)的嚙合圓弧長(zhǎng)應(yīng)等于s，即 （3-2） 由以上兩式可求得循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比為 （3-3） 3.4 螺桿-鋼球-螺母?jìng)鲃?dòng)副的計(jì)算 3.4.1 鋼球工作圈數(shù)的確定 螺桿－鋼球－螺母?jìng)鲃?dòng)副與通常的螺桿一螺母一傳動(dòng)副的區(qū)別在于前者是經(jīng)過滾動(dòng)的鋼球?qū)⒘τ陕輻U傳至螺母，變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦。螺桿和螺母上的相互對(duì)應(yīng)的螺旋槽構(gòu)成鋼球的螺旋滾道。轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)向盤經(jīng)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿，使鋼球沿螺母上的滾道循環(huán)地滾動(dòng)。為了形成螺母上的循環(huán)軌道，在螺母上與其齒條相反的一側(cè)表面(通常為上表面)需鉆孔與螺母的螺旋滾道打通以形成一個(gè)環(huán)路滾道的兩個(gè)導(dǎo)孔，并分別插入鋼球?qū)Ч艿膬啥藢?dǎo)管。鋼球?qū)Ч苁怯射摪鍥_壓成具有半圓截面的滾道，然后對(duì)接成導(dǎo)管，并經(jīng)氰化處理使之耐磨。插入螺母螺旋滾道兩個(gè)導(dǎo)孔的鋼球的兩個(gè)導(dǎo)管的中心線應(yīng)與螺母螺旋滾道的中心線相切。 螺桿與螺母的螺旋滾道為單頭(單螺旋線)的，且具有不變的螺距，通常螺距t約在 8～ 13mm 范圍內(nèi)可按式(3—3)初選，螺旋線導(dǎo)程角α0約為 6o～ 11o。轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向器左置時(shí)轉(zhuǎn)向螺桿為左旋，右置時(shí)為右旋。鋼球直徑db約為6～9mm。一般應(yīng)參考同類型汽車的轉(zhuǎn)向器選取鋼球直徑，并應(yīng)使之符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。鋼球直徑尺寸差應(yīng)不超過。顯然，大直徑的鋼球其承載能力亦大，但也使轉(zhuǎn)向器的尺寸增大。鋼球的數(shù)量n也影響承載能力，增多鋼球使承載能力增大，但也使鋼球的流動(dòng)性變差，從而要降低傳動(dòng)效率。經(jīng)驗(yàn)表明在每個(gè)環(huán)路中n以不大于60為好。 鋼球數(shù)目(不包括鋼球?qū)Ч苤械?可由下式確定： （3-4） 式中d0——鋼球中心距，（見圖3-1）； W——一個(gè)環(huán)路中的鋼球工作圈數(shù)，為了使載荷在各鋼球間分布均勻，一般 W＝1.5～ 2.5，當(dāng)轉(zhuǎn)向器的鋼球工作圈數(shù)需大于2.5時(shí)，則應(yīng)采用兩個(gè)獨(dú)立的環(huán)路； db——鋼球直徑； α0——螺線導(dǎo)程角。 3.4.2 螺桿螺母尺寸的確定 鋼球中心距是指鋼球滾動(dòng)時(shí)其中心所在的圓柱表面的橫截面的圓的直徑。它是一個(gè)基本尺寸參數(shù)，將影響循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)尺寸及強(qiáng)度。設(shè)計(jì)時(shí)可參考同類車進(jìn)行初選，經(jīng)強(qiáng)度驗(yàn)算后再進(jìn)行修正。 顯然， 在保證強(qiáng)度的前提下應(yīng)盡量取小些。 在已知螺線導(dǎo)程角α0和螺距t的情況下，d0亦可由下式求得： （3-5） 式中t——螺桿與螺母滾道的螺距； α0——螺線導(dǎo)程角。 螺桿螺旋滾道的內(nèi)徑d1，外徑d，以及螺母的尺寸D1，D(見圖3—1)，在確定鋼球中心距d0后即可由下式確定： （3-6） 式中d0——鋼球中心距； rc——螺桿與螺母的滾道截面的圓弧半徑；（見圖3-1） x——滾道截面圓弧中心相對(duì)于鋼球中心線的偏移距； （3-7） db——鋼球直徑； θ——鋼球與滾道的接觸角，通常取θ＝45o； h——滾道截面的深度；可取 D應(yīng)大于d，一般也可取 。 （3-8） 圖3-1螺桿與螺母的螺旋軌道截面 滾道截面有四點(diǎn)接觸式、兩點(diǎn)接觸式（見圖3－1）和橢圓滾道截面等。四點(diǎn)接觸式滾道截面由四段圓弧組成，螺桿和螺母的滾道截面各為兩段圓弧。四點(diǎn)接觸滾道截面可獲得最小的軸向間隙，以避免軸向定位的不穩(wěn)定，受載后基本上可消除軸向位移，但滾道與鋼球間仍應(yīng)有間隙以貯存磨屑、減小磨損。雖然其制造工藝較復(fù)雜，但仍得到廣泛應(yīng)用。兩點(diǎn)接觸式滾道截面由兩段圓弧組成，其螺桿和螺母滾道均為單圓弧，形狀簡(jiǎn)單。當(dāng)螺桿受有軸向載荷時(shí)，螺桿與螺母間產(chǎn)生軸向相對(duì)位移使軸向定位不穩(wěn)定，增加了轉(zhuǎn)向盤的自由行程，這對(duì)裝動(dòng)力轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向系特別不利，因?yàn)樗档土朔峙溟y的靈敏度，從而影響轉(zhuǎn)向性能。橢圓滾道的螺桿部分為橢圓截面、螺母部分為圓弧截面。鋼球以三點(diǎn)與滾道接觸，被精確地定位于滾道中心，軸向定位精確，但加工較復(fù)雜[9]。 3.4.3 螺桿螺母加工要求 螺桿滾道應(yīng)倒角以避免尖角劃傷鋼球。 接觸角θ是指鋼球與螺桿滾道接觸點(diǎn)的正壓力方向與螺桿滾道法面軸線間的夾 (見圖)。增大"將使徑向力增大而軸向力減??；反之則相反。通常θ多取45o，以使徑向力與軸向力的分配均勻。 螺距t和螺旋線導(dǎo)程角α0：前者影響轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比(見式(3—3))；后者影響動(dòng)效率(見式(3—6)、式(3—7))。選擇時(shí)應(yīng)滿足角傳動(dòng)比的要求和保證有較高的正效率而反行程時(shí)不發(fā)生自鎖現(xiàn)象。工作鋼球的總?cè)?shù)：決定于接觸強(qiáng)度?？?cè)?shù)增多鋼球亦增多，則可降低接觸應(yīng)力、提高承載能力。一般有2.5、3和5圈的，當(dāng) ＞2.5時(shí)則應(yīng)采用兩個(gè)獨(dú)立的環(huán)路。 螺桿和螺母一般采用 20CrMnTi、22CrMnMo、20CrNi 3A鋼制造，表面滲碳，滲碳層深度為 0.8～1.2mm， 重型汽車和前軸負(fù)荷大的汽車的轉(zhuǎn)向器， 滲碳層深度可達(dá) 1.05～1.45mm。淬火后表面硬度為HRC58～64[10]。 螺桿—鋼球—螺母?jìng)鲃?dòng)副的高可靠性、長(zhǎng)壽命、小的摩擦損失以及達(dá)到實(shí)際上的無隙配合(螺桿的軸向間隙不應(yīng)大于 0.002～0.003mm)，是通過對(duì)滾道的高精度加工，使?jié)L道表面具有高光潔度，采用標(biāo)準(zhǔn)的高精度的鋼球(可用二、三級(jí)精度的)，并對(duì)螺桿、鋼球及螺母的尺寸進(jìn)行選配來達(dá)到的。 3.5 齒條齒扇傳動(dòng)副的計(jì)算 3.5.1 齒側(cè)間隙的計(jì)算 齒扇通常有5個(gè)齒，它與搖臂軸為一體。齒扇的齒厚沿齒長(zhǎng)方向是變化的，這樣即可通過軸向移動(dòng)搖臂軸來調(diào)節(jié)齒扇與齒條的嚙合間隙。由于轉(zhuǎn)向器經(jīng)常處于中間位置工作，因此齒扇與齒條的中間齒磨損最厲害。為了消除中間齒磨損后產(chǎn)生的間隙而又不致在轉(zhuǎn)彎時(shí)使兩端齒卡住，則應(yīng)增大兩端齒嚙合時(shí)的齒側(cè)間隙。這種必要的齒側(cè)間隙的改變可通過使齒扇各齒具有不同的齒厚來達(dá)到。即齒扇由中間齒向兩端齒的齒厚是逐漸減小的。為此可在齒扇的切齒過程中使毛坯繞工藝中心轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖 1－2 所示，相對(duì)于搖臂軸的中心O有距離為n的偏心。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)間隙也逐漸加大，可表達(dá)為 （3-9） 式中Δr——徑向間隙； α——嚙合角； rw——齒扇的分度圓半徑； β——搖臂軸轉(zhuǎn)角。 圖3-3 為獲得變化的齒側(cè)間隙齒扇的加工原理和計(jì)算簡(jiǎn)圖 圖3-4 用于選擇偏心n的線圈 當(dāng)α，rw確定后，根據(jù)上式可繪制如圖3—4 所示的線圖，用于選擇適當(dāng)?shù)膎值，以便使齒條、齒扇傳動(dòng)副兩端齒嚙合時(shí)，齒側(cè)間隙能夠適應(yīng)消除中間齒最大磨損量所形成的間隙的需要[11]。 齒條、齒扇傳動(dòng)副各對(duì)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不改變齒扇各輪齒齒厚的辦法來實(shí)現(xiàn)。一般是將齒條(一般有4個(gè)齒)兩側(cè)的齒槽寬制成比中間齒槽大0.20～0.30mm即可。 3.5.2 齒扇各截面變?yōu)橄禂?shù)的計(jì)算 齒扇的齒厚沿齒寬方向變化，故稱為變厚齒扇。其齒形外觀與普通的直齒圓錐齒輪相似。用滾刀加工變厚齒扇的切齒進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是滾刀相對(duì)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。這樣即可得到變厚齒扇。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3—5所示。 圖3-5變厚齒扇的截面 在該圖中若 0－0 截面原始齒形的變位系數(shù)ξ＝0，則位于其兩側(cè)的截面 I—I 和Ⅱ一Ⅱ分別具有ξ＞0 和車ξ＜0，即截面 I—I 的齒輪為正變位齒輪，而截面Ⅱ一Ⅱ的齒輪為負(fù)變位齒輪。 即變厚齒扇在其整個(gè)齒寬方向上是由無窮多的原始齒形變位系數(shù)逐漸變化的圓柱齒輪所形成。因?yàn)樵谂c 0 一 0 平行的不同截面中，其模數(shù) m 不變、齒數(shù)亦同，故其分度圓及基圓亦不變，即為分度圓柱和基圓柱。其不同截面位置上的漸開線齒形，均為在同一基圓柱上展開的漸開線，僅僅是其輪齒的漸開線齒形離基圓的位置不同而已，故應(yīng)將其歸人圓柱齒輪范疇，而不應(yīng)歸于直齒圓錐齒輪范圍，雖然它們從外觀上更相似，因?yàn)橹饼X圓錐齒輪輪齒的漸開線齒形的形成基準(zhǔn)是基錐。 3.5.3 變厚齒齒形參數(shù)的計(jì)算 圖3-6變厚齒扇的齒型計(jì)算用圖 通常取齒扇寬度的中間位置作基準(zhǔn)截面，如圖 5—6 所示的截面 A—A。由該截面至大端(截面 B－B)時(shí)，各截面處的變位系數(shù)ξ均取正，向小端(截面 C—C)時(shí)，變位系數(shù)ξ由正變?yōu)榱?截面 O—O)再變?yōu)樨?fù)值。設(shè)截面 O—O至截面 A－A的距離為，則 （3-10） 式中 ——在界面A-A處的原始齒形變位系數(shù)； m——模數(shù)； ——切削角。 由式（3－10）可知：當(dāng)齒扇的模數(shù) m及切削角ν選定后，各截面處的變位系數(shù)ξ取決于該截面與基準(zhǔn)截面的間的距離（見圖 5－6）。變厚齒扇基準(zhǔn)截面（截面 A—A）處的齒形計(jì)算可按表 5－3 進(jìn)行，計(jì)算前應(yīng)將先選定的參數(shù)也列在該表中。其中齒扇模數(shù) m 是根據(jù)前橋負(fù)荷及汽車的裝載質(zhì)量的不同參考表3－1選取；法向壓力角一般為20°～30°；切削角ν常見的有6°301和 7°301兩種；齒頂高系數(shù)一般取0.8或1.0；整圓齒數(shù) z 一般在 12～18 范圍內(nèi)選??；齒扇寬度F一般在22～28mm范圍內(nèi)選取[12]。 表3-1 各類汽車循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的齒扇模數(shù) 齒扇模數(shù)m/mm 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0 6.5 轎車 排量/ml 550 1000-1800 1600-2000 2000 2000 前橋負(fù)荷/kN 3.5-3.8 4.7-7.35 7.0-9.0 8.3-11.0 1.0-1.1 大客車和貨車 前橋負(fù)荷/kN 3.0-5.0 4.5-7.5 5.5-18.5 7.0-19.5 9.0-24 17-37 23-44 最大裝載質(zhì)量/kg 350 1000 2500 2700 4000 6000 8000 表3-2 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 參數(shù)名稱 參數(shù)的選擇與計(jì)算 整圓齒數(shù)z 通常在12～18范圍內(nèi)選取 齒頂高h(yuǎn)1 h1=χ1m 模數(shù)m 根據(jù)前橋負(fù)荷和汽車裝載質(zhì)量參考表選取 齒根高h(yuǎn)2 h2=χ2m 法向壓力角α0 20°～30° 齒全高h(yuǎn) h=h2+ h1=(χ1+χ2)m 切削角ν 常見的有6°301和7°301 徑向間隙c c= h2- h1=(χ2-χ1)m 齒扇寬度F 一般在22～38mm 齒頂圓直徑D D=(z+2χ1+2ξA)m 齒頂高系數(shù)χ1 1.0或0.8 分度圓齒厚s s=(π/2+2ξAtanα0)m 齒根高系數(shù)χ2 χ2 齒頂圓壓力角α1 α1=arccos(dcosα0/D) 變位系數(shù)ξA ξA 齒頂圓齒厚s1 s1=D[s/d-(invα1-invα0)] 分度圓直徑d d=mz 說明：基準(zhǔn)截面見圖3－6的截面A—A，為齒扇寬度的中間位置處的截面。 根據(jù)計(jì)算齒頂圓齒厚不可以過小，不然齒頂變尖會(huì)造成應(yīng)力集中，是齒輪壽命縮短。 最大變位系數(shù)截面即截面B—B（見圖3－6），應(yīng)對(duì)該截面的齒形齒頂變尖的核算，如表3－3所示。 表3－3 最大變位系數(shù)截面（截面 B－B）齒頂變尖核算 參數(shù)名稱 參數(shù)的選擇與計(jì)算 參數(shù)名稱 參數(shù)的選擇與計(jì)算 該截面相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)截面的變位系數(shù)ξB ξB 截面B-B的齒頂圓壓力角αB αB=arccos(dcosα0/DB) 最大變位系數(shù)ξmax ξmax=ξA+ξB 截面B-B的分度圓弧齒厚sB sB=(π/2+2ξmaxtanα0)m 截面B-B處的齒頂圓直徑DB DB=(z+2χ1+2ξmax)m 截面B-B的齒頂圓齒厚sB1 sB1=DB[sB/d-(invαB-invα0) 說明：一般容許的齒頂圓弧齒厚的最小值為： （0.25～0.30）m 當(dāng) m＝3～4時(shí) （0.20～0.25）m 當(dāng) m＝4～6時(shí) （0.10～0.20）m 當(dāng) m＝7～8時(shí) 要求齒扇齒根不能夠根切，齒扇齒頂不能夠變尖。 1048轉(zhuǎn)向器具體參數(shù)計(jì)算： 已知1048轉(zhuǎn)向器前軸負(fù)荷2.06t可以初步選定齒扇模數(shù)為5然后根據(jù)范圍選定17的齒數(shù)，得到齒扇的分度圓直徑，經(jīng)過計(jì)算驗(yàn)校是否存在齒扇齒根根切以及齒頂比案件的情況，然后才可以進(jìn)一步進(jìn)行下一步的計(jì)算。 經(jīng)校核滿足齒根不根切和齒頂不變尖的要求 3.6 轉(zhuǎn)向器的零件強(qiáng)度計(jì)算 3.6.1 轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定 為了保證行駛安全，組成轉(zhuǎn)向系的各零件應(yīng)有．足夠的強(qiáng)度。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、路面阻力和輪胎氣壓等。為轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)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[13]。 精確地計(jì)算出這些力是困難的。為此推薦用足夠精確的半經(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·mm) (3-11) 式中 f——輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)，一般取0.7； ——轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷(N)； P——輪胎氣壓（MPa）。 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力為 （3-12） 式中 L1——轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)； L2——轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)； DSW——轉(zhuǎn)向盤直徑； iω——轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比； η+——轉(zhuǎn)向器正效率。 對(duì)給定的汽車，用式（3一12）計(jì)算出來的作用力是最大值。因此，可以用此值作為計(jì)算載荷。然而，對(duì)于前軸負(fù)荷大的重型貨車，用上式計(jì)算的力往往超過駕駛員生理上的一可能，在此情況下對(duì)轉(zhuǎn)向器和動(dòng)力轉(zhuǎn)向器動(dòng)力缸以前零件的計(jì)算載荷，應(yīng)取駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤輪緣上的最大瞬時(shí)力，此力為 700N 。 3.6.2 鋼球與滾道間的接觸強(qiáng)度校核 （1）鋼球與滾道間的接觸應(yīng)力σj （3-13） 式中 K——系數(shù)，根據(jù)A/B查表3-5求得，其中A/B用下式計(jì)算： （3-13） d——螺桿外徑； rc——螺桿與螺母滾到截面的圓弧半徑； db——鋼球直徑； E——材料彈性模量，2.1×105 MPa； N——每個(gè)鋼球與螺桿滾道間的正壓力； （3-14） Fh——轉(zhuǎn)向盤圓周力； R——轉(zhuǎn)向盤輪緣半徑； α0——螺桿螺線導(dǎo)程角； θ——鋼球與滾道間的接觸角； n——參與工作的鋼球數(shù)； l——鋼球接觸點(diǎn)至螺桿中心線之間距離。 表3-5 系數(shù)K與A/B的關(guān)系 mm A/B 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 K 0.388 0.40 0.44 0.468 0.490 0.536 0.600 A/B 0.30 0.20 0.10 0.05 0.02 0.01 0.007 K 0.716 0.800 0.970 1.280 1.800 2.271 3.202 當(dāng)鋼球與滾道的接觸表面的硬度為HRC58～64時(shí)，許用接觸應(yīng)力[σj]可取為 3000～3500MPa。 3.6.3 鋼球工作圈數(shù)校核 為了滿足式(3—13)所表達(dá)的接觸強(qiáng)度的要求，鋼球的工作總?cè)?shù)應(yīng)達(dá)到 （3-15） 式中 nb——圓滾道中的鋼球數(shù)； （3-16） t——螺距； d0——鋼球中心距； ——螺線導(dǎo)程角； db——鋼球直徑； ——需要的工作鋼球總數(shù)； （3-17） ——作用在齒條與齒扇上的力 (3-18) T ——轉(zhuǎn)向搖臂軸上的力矩； ——齒扇的嚙合半徑； λ——考慮軸向力在各鋼球間不均勻分配的系數(shù)，λ＝0.8～0.9； N——鋼球與螺桿滾道之間的正壓力； θ——鋼球與滾道間的接觸角。 當(dāng)由式(3—4)算得的鋼球工作總?cè)?shù)＞2.5時(shí)，則應(yīng)采用圈數(shù)及鋼球數(shù)相同的兩個(gè)獨(dú)立的環(huán)路，以使載荷能較均勻地分布于各鋼球并保持較高的傳動(dòng)效率。但鋼球總數(shù) (包括在鋼球?qū)Ч苤械?不應(yīng)超過60個(gè)。否則應(yīng)加大鋼球直徑并重新計(jì)算[14]。 3.6.4 鋼球徑向向間隙校核 徑向間隙(見圖3—1)不應(yīng)大于0.02～0.03mm。亦可用下式計(jì)算： （3-19） 軸向間隙可用下式計(jì)算： （3-20） 3.6.5 螺桿在彎扭聯(lián)合作用下的強(qiáng)度計(jì)算 螺桿處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，在其危險(xiǎn)斷面上作用著彎矩和轉(zhuǎn)矩，其彎矩 M 及轉(zhuǎn)矩 T 分別為： （3-21） （3-22） 式中 ——由式（3-18）決定的力； e——齒條、齒扇嚙合節(jié)點(diǎn)至螺桿中心的距離 l——螺桿兩支撐軸承間的距離； ——嚙合角； ——鋼球中心距； ——螺線導(dǎo)程角； ——換算摩擦角； ——滾動(dòng)摩擦系數(shù)，； ——鋼球與滾道的接觸角。 這時(shí)，螺桿的當(dāng)量應(yīng)力為 (3-23) 式中A，,——螺桿按其內(nèi)徑計(jì)算的橫截面積、彎曲截面系數(shù)和扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)。 ——許用應(yīng)力， ——螺桿材料的屈服極限。 3.6.6 齒的彎曲應(yīng)力校核 齒扇齒的彎曲應(yīng)力為 (3-24) 式中 F——作用在齒扇上的圓周力； H——齒扇的齒高； B——齒扇的齒