汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計.doc

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1、開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 汽車設(shè)計課程設(shè)計說明書汽車設(shè)計課程設(shè)計說明書 題題 目目：汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計 學(xué)學(xué) 院院： 機(jī)械與汽車工程學(xué)院 專專 業(yè)業(yè)： 汽車制造與裝配 班班 級級： 11 級汽裝 姓姓 名名： 楊風(fēng)雷 學(xué)學(xué) 號號： 2011061672 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師： 林吉靚 日日 期期： 2013 年 12 月 小組成員：小組成員：陳帥振陳帥振 武飛揚(yáng)武飛揚(yáng) 楊風(fēng)雷楊風(fēng)雷 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 論論 文文 摘摘 要要 本設(shè)計課題為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計，課題以機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 設(shè)計。首先對汽車轉(zhuǎn)向系

2、進(jìn)行概述，二是作設(shè)計前期數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，三是轉(zhuǎn)向器形式的選 擇以及初定各個參數(shù)，四是對齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要部件進(jìn)行分析。設(shè)計中運(yùn)用 AutoCAD 作出齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的零件圖。 本課題在考慮上述要求和因素的基礎(chǔ)上研究利用轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)帶動傳動機(jī)構(gòu)的齒輪 齒條轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向，通過萬向節(jié)帶動轉(zhuǎn)向齒輪軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向齒輪軸與轉(zhuǎn)向齒條嚙合，從 而促使轉(zhuǎn)向齒條直線運(yùn)動，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。實現(xiàn)了轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡單緊湊，軸向尺寸短，且 零件數(shù)目少的優(yōu)點又能增加助力，從而實現(xiàn)了汽車轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性和靈敏性。在本文中 主要進(jìn)行了轉(zhuǎn)向器齒輪齒條的設(shè)計和對轉(zhuǎn)向 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞： 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，齒輪齒條,機(jī)械轉(zhuǎn)向 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與

3、裝配技術(shù)畢業(yè)論文 目目 錄錄 1 1 緒論緒論.1 1.1 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述.1 1.2 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.2 2 2 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性參數(shù)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性參數(shù).4 2.1 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成.4 2.2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能要求.5 2.3 轉(zhuǎn)向系的效率.6 2.4 傳動比特性.7 2.5 轉(zhuǎn)向器傳動副的傳動間隙.9 3 3 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器總體方案初步設(shè)計機(jī)械式轉(zhuǎn)向器總體方案初步設(shè)計.10 3.1 轉(zhuǎn)向器的分類及設(shè)計選擇.10 3.2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的基本設(shè)計.11 3.2.1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)選擇11 3.2.2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的布置形式12 3.2.5 齒輪軸的結(jié)

4、構(gòu)設(shè)計14 3.2.6 轉(zhuǎn)向器材料及其他零件選擇15 4 4 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計16 4.1 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)原理16 4.2 轉(zhuǎn)向梯形的布置17 4.3 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)尺寸的初步確定.17 4.5 轉(zhuǎn)向傳送機(jī)構(gòu)的臂、桿與球銷19 4.6 轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部19 4.4 桿件設(shè)計結(jié)果20 5.15.1 轉(zhuǎn)向垂臂轉(zhuǎn)向垂臂21 5.2 側(cè)蓋側(cè)蓋22 5.35.3 齒條齒條23 5.45.4 齒輪軸齒輪軸24 5.55.5 橫拉桿接頭橫拉桿接頭24 結(jié)論結(jié)論.25 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).26 致致 謝謝.27 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 1 1 1 緒論緒論 1.11.

5、1 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述 汽車在行駛的過程中,需按駕駛員的意志改變其行駛方向。就輪式汽車而言,實現(xiàn) 汽車轉(zhuǎn)向的方法是, 駕駛員通過一套專設(shè)的機(jī)構(gòu),使汽車轉(zhuǎn)向橋(一般是前橋)上的車輪 (轉(zhuǎn)向輪)相對于汽車縱橫線偏轉(zhuǎn)一定角度。這一套用來改變或恢復(fù)汽車行駛方向的專 設(shè)機(jī)構(gòu)如圖 1.1 所示，即稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1。 圖 1-1 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為兩大類：機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 1、機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 機(jī)械轉(zhuǎn)向系的能量來源是人力，所有傳力件都是機(jī)械的，由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)(方向盤)、 轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)三大部分組成。汽車的轉(zhuǎn)向運(yùn)動是由駕駛員操縱方向盤，通過 轉(zhuǎn)向器和一系列的桿件傳遞到

6、轉(zhuǎn)向輪來完成的。機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作過程為：駕駛員 對轉(zhuǎn)向盤施加的轉(zhuǎn)向力矩通過轉(zhuǎn)向軸輸入轉(zhuǎn)向器，減速傳動裝置的轉(zhuǎn)向器中有1、2 級 減速傳動副，經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大后的力矩和減速后的運(yùn)動傳到轉(zhuǎn)向橫拉桿，再傳給固定于 轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂，使轉(zhuǎn)向節(jié)和它所支承的轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。純 機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向器形式可以分為：齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸 桿指銷式。 2、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 2 動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)除了轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)(方向盤)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)三大部分外， 其最主要的動力來源是轉(zhuǎn)向助力裝置。由于轉(zhuǎn)向助力裝置最常用的是一套液壓系統(tǒng)， 因此

7、也就離不開泵、油管、閥、活塞和儲油罐，它們分別相當(dāng)于電路系統(tǒng)中的電池、 導(dǎo)線、開關(guān)、電機(jī)和地線的作用。動力轉(zhuǎn)向系的發(fā)展經(jīng)過幾個階段，各個階段也有不 同的動力輔助系統(tǒng)。 20 世紀(jì) 50 年代，美國 GM 公司率先在轎車上采用了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)是 建立在機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，額外增加了一個液壓系統(tǒng)。為液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(HPS)。 1983 年，在液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，日本 Koyo 公司推出了具備車速感應(yīng) 功能的電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）。 1988 年日本 Suzuki 公司首先在小型轎車 Cervo 上配備了 Koyo 公司研發(fā)的轉(zhuǎn)向柱 助力式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。1990

8、年日本 Honda 公司也在運(yùn)動型轎車 NSX 上采用了自主 研發(fā)的齒條助力式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，也就是現(xiàn)在應(yīng)用車型極為廣泛的 EPS 系統(tǒng)。 SBW 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是繼 EPS 后發(fā)展起來的新一代轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，具有比 EPS 操縱穩(wěn)定 性更好的特點，它取消轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接，完全由電能實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，徹底 擺脫傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所固有的限制，提高了汽車的安全性和駕駛的方便性1。 1.21.2 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 、電動助力轉(zhuǎn) 向系統(tǒng) 3 個基本階段 , 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為其發(fā)展趨勢1。 隨著汽車工

9、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：有蝸桿銷式(WP 型)、蝸 桿滾輪式(WR 型)、循環(huán)球式(BS 型)、齒條齒輪式(BP 型)，這四種轉(zhuǎn)向器型式，已經(jīng)被 廣泛使用在汽車上。 1、汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在世界發(fā)展?fàn)顩r 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1。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)動機(jī)的

10、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 625%，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%1。 2、汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 我國的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)，除早期投產(chǎn)的解放牌汽車用蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器，東風(fēng)汽車用 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 3 蝸桿肖式轉(zhuǎn)向器之外，其它大部分車型都采用循環(huán)球式結(jié)構(gòu)，并都具有一定的生產(chǎn)經(jīng) 驗。目前解放、東風(fēng)也都在積極發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，并已在第二代換型

11、車上普遍采 用了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。由此看出，我國的轉(zhuǎn)向器也在向大量生產(chǎn)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器發(fā)展 3、汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和循環(huán)球式轉(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)向器和蝸桿銷式轉(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)向器的觀點各異，美國和日本重點發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，比率 都已達(dá)到或超過 90%；西歐則重點發(fā)展齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，比率超過 50%，法國已高達(dá) 95%1。 由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的種種優(yōu)點，在小型車上的應(yīng)用(包括小客車、小型貨車或 客貨兩用車)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展；而大型車輛則以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為主要結(jié)構(gòu)。 從發(fā)展趨勢上看，國外整

12、體式轉(zhuǎn)向器發(fā)展較快，而整體式轉(zhuǎn)向器中轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)是目 前發(fā)展的方向。由于動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還是新的結(jié)構(gòu)，各國的生產(chǎn)廠家都正在組織力量， 大力開展試驗研究工作，提高使用性能、減小總成體積、降低生產(chǎn)成本、保證產(chǎn)品質(zhì) 量穩(wěn)定，以便逐步推廣和普及。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國際經(jīng)濟(jì)形勢的變化對汽車乃至汽車轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)都有很 大影響。特別是西方國家實行石油禁運(yùn)以來，世界經(jīng)濟(jì)形勢受沖擊很大。隨著能源危 機(jī)的發(fā)展，汽車工業(yè)首當(dāng)其沖，其發(fā)展方向有很大變化。從汽車設(shè)計、制造到各總成 部件的生產(chǎn)都隨著能源危機(jī)的發(fā)生而變化，表現(xiàn)在能源消耗、材料消耗、操縱輕便等 各個方面。 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 4

13、 2 2 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性參數(shù)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性參數(shù) 2.12.1 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成 轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變汽車行使方向的機(jī)構(gòu)，一般轉(zhuǎn)向系組成如下圖 1.22包 括轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向上、下軸、）、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)向拉桿、 轉(zhuǎn)向節(jié)）等。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 受到外界擾動時，在駕駛員松開方向盤的狀態(tài)下，應(yīng)保證汽車自動返回穩(wěn)定的直線行 使?fàn)顟B(tài)。 圖 1-2 轉(zhuǎn)向系的基本構(gòu)成 1-方向盤；2-轉(zhuǎn)向上軸；3-托架； 4-萬向節(jié)； 5-轉(zhuǎn)向下軸； 6-防塵罩 ；7-轉(zhuǎn)向器 ；8-轉(zhuǎn)向拉桿 1、轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)包

14、括轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向管柱。有時為了布置方便，減小由于裝 配位置誤差及部件相對運(yùn)動所引起的附加載荷，提高汽車正面碰撞的安全性以及便于 拆裝，在轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向器的輸入端之間安裝轉(zhuǎn)向萬向節(jié)，采用柔性萬向節(jié)可減少傳至 轉(zhuǎn)向軸上的振動，但柔性萬向節(jié)如果過軟，則會影響轉(zhuǎn)向系的剛度。采用動力轉(zhuǎn)向時， 還應(yīng)有轉(zhuǎn)向動力系統(tǒng)。 2、轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向臂、轉(zhuǎn)向縱拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向梯形臂以及轉(zhuǎn)向橫拉桿 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 5 等。轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)用于把轉(zhuǎn)向器輸出的力和運(yùn)動傳給左、右轉(zhuǎn)向節(jié)并使左、右轉(zhuǎn)向輪 按一定關(guān)系進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。 3、轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)向器是完成由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動到直線運(yùn)動

15、(或近似直線運(yùn)動)的一組齒輪機(jī)構(gòu)，同時也 是轉(zhuǎn)向系中的減速傳動裝置。 目前較常用的有齒輪齒條式、循環(huán)球曲柄指銷式、蝸桿 曲柄指銷式、循環(huán)球-齒條齒扇式、蝸桿滾輪式等。 2.22.2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能要求轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能要求 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用于改變或保持汽車行駛方向的專門機(jī)構(gòu)。起作用是使汽車在行 駛過程中能按照駕駛員的操縱要求而適時地改變其行駛方向，并在受到路面?zhèn)鱽淼呐?然沖擊及汽車意外地偏離行駛方向時，能與行駛系統(tǒng)配合共同保持汽車?yán)^續(xù)穩(wěn)定行駛。 因此，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能直接影響著汽車的操縱穩(wěn)定性和安全性。 一般來說，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求如下： 1、合理設(shè)置傳動比，使操縱輕便，轉(zhuǎn)向系傳動比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動

16、比（方向盤 轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角之比）和轉(zhuǎn)向系的力傳動比。在轉(zhuǎn)向盤尺寸和轉(zhuǎn)向輪阻力一定時， 角傳動比增加，則轉(zhuǎn)向輕便，轉(zhuǎn)向靈敏度降低；角傳動比減小，則轉(zhuǎn)向沉重，轉(zhuǎn)向靈 敏度提高。轉(zhuǎn)向角傳動比不宜低于 15-16；也不宜過大，通常以轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動圈數(shù)和轉(zhuǎn)向 輕便性來確定。一般來說，轎車轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動圈數(shù)不宜大于 4 圈，對轎車來說，有動力 轉(zhuǎn)向時的轉(zhuǎn)向力約為 20-50N；無動力轉(zhuǎn)向時為 50-100N3。 2、轉(zhuǎn)向輪應(yīng)具有自動回正能力。轉(zhuǎn)向輪的回正力來源于輪胎的側(cè)偏特性和車輪的 定位參數(shù)。汽車的穩(wěn)定行使，必須保證有合適的前輪定位參數(shù)，并注意控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 的內(nèi)部摩擦阻力的大小和阻尼值。 3、轉(zhuǎn)向桿系和懸架導(dǎo)

17、向機(jī)構(gòu)共同作用時，必須盡量減小其運(yùn)動干涉。應(yīng)從設(shè)計上 保證各桿系的運(yùn)動干涉足夠小。 4、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的球頭處，應(yīng)有消除因磨損而產(chǎn)生的間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)以 及提高轉(zhuǎn)向系的可靠性。 5、轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤應(yīng)有使駕駛員在車禍中避免或減輕傷害的防傷機(jī)構(gòu)。 6、汽車在作轉(zhuǎn)向運(yùn)動時，所以車輪應(yīng)繞同一瞬心旋轉(zhuǎn)，不得有側(cè)滑；同時，轉(zhuǎn)向 盤和轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動方向一致。 7、當(dāng)轉(zhuǎn)向輪受到地面沖擊時，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳遞到方向盤上的反沖力要盡可能小 8、在任何行使?fàn)顟B(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不應(yīng)產(chǎn)生擺振。 9、保證轎車有較高的機(jī)動性，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力。機(jī)動性是通過汽車的 最小轉(zhuǎn)彎半徑來體現(xiàn)的，而最小轉(zhuǎn)彎半徑由內(nèi)轉(zhuǎn)向車輪的極限轉(zhuǎn)角、汽車

18、的軸距、主 銷偏移距決定的，一般的極限轉(zhuǎn)角越大，軸距和主銷偏移距越小，則最小轉(zhuǎn)彎半徑越 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 6 小。 10、合理設(shè)計轉(zhuǎn)向梯形。轉(zhuǎn)向時內(nèi)外車輪間的轉(zhuǎn)角協(xié)調(diào)關(guān)系是通過合理設(shè)計轉(zhuǎn)向 梯形來保證的。對于采用齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向系來說，轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角間的協(xié) 調(diào)關(guān)系是通過合理選擇小齒輪與齒條的參數(shù)、合理布置小齒輪與齒條的相對位置來實 現(xiàn)的，而且前置轉(zhuǎn)向梯形和后置轉(zhuǎn)向梯形恰恰相反。轉(zhuǎn)向系的間隙主要是通過各球頭 皮碗和轉(zhuǎn)向器的調(diào)隙機(jī)構(gòu)來調(diào)整的。合理的選擇轉(zhuǎn)向梯形的斷開點可以減小轉(zhuǎn)向傳動 機(jī)構(gòu)與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動干涉。 2.32.3 轉(zhuǎn)向系的效率轉(zhuǎn)向系的效率

19、 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轉(zhuǎn)向器的正效率，符 號 +表示，反之稱為逆效率，用符號 -表示。 正效率+計算公式： (2.1) 1 21 P PP 逆效率-計算公式： 3 23 P PP (2.2) 式中，P1為作用在轉(zhuǎn)向軸上的功率；P2為轉(zhuǎn)向器中的磨擦功率；P3為作用在轉(zhuǎn)向搖臂 軸上的功率。 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)向盤的自動 返回能力。但為了減小傳至轉(zhuǎn)向盤上的路面沖擊力，防止打手，又要求此逆效率盡可 能低。 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、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等3。 1、轉(zhuǎn)向器的正效率 影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有轉(zhuǎn)向

20、器的類型、結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。 （1）、轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點與效率。 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。 同一類型轉(zhuǎn)向器，因結(jié)構(gòu)不同效率也不一樣。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。選用滾針軸承時，除滾輪 與滾針之間有摩擦損失外，滾輪側(cè)翼與墊片之間還存在滑動摩擦損失，故這種軸向器 的效率 +僅有 54%。另外兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器效率分別為 70%和 75%3。 轉(zhuǎn)向搖臂軸的軸承采用滾針軸承比采用滑動軸承可使正或逆效率提高約 10%。 開封大學(xué)機(jī)械與汽

21、車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 7 （2）、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，對于蝸桿類轉(zhuǎn) 向器，其效率可用下式計算 (2.3) )tan( tan 0 0 式中，為蝸桿（或螺桿）的螺線導(dǎo)程角；為摩擦角，=arctanf；f為磨擦系數(shù)。 0 2、轉(zhuǎn)向器的逆效率 根據(jù)逆效率不同，轉(zhuǎn)向器有可逆式、極限可逆式和不可逆式之分。 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。它能保證轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動回正，既可以減輕駕駛員的疲勞， 又可以提高行駛安全性。但是，在不平路面上行駛時，傳至轉(zhuǎn)向盤上的車輪沖擊力，

22、易使駕駛員疲勞，影響安全行駕駛。 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。 不可逆式轉(zhuǎn)向器是指車輪受到的沖擊力不能傳到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向器。該沖擊力轉(zhuǎn)向 傳動機(jī)構(gòu)的零件承受，因而這些零件容易損壞。同時，它既不能保證車輪自動回正， 駕駛員又缺乏路面感覺，因此，現(xiàn)代汽車不采用這種轉(zhuǎn)向器。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。在車輪受到?jīng)_擊力作用時，此力只有較小一部分 傳至轉(zhuǎn)向盤。 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 下式計算 0 0 tan )tan( a a （2.4） 式（2.3）和式（2.4）表明：增加導(dǎo)程角 0，正、逆效率均增大。受-增

23、大的影響， 0不宜取得過大。當(dāng)導(dǎo)程角小于或等于磨擦角時，逆效率為負(fù)值或者為零，此時表明 該轉(zhuǎn)向器是不可逆式轉(zhuǎn)向器。為此，導(dǎo)程角必須大于磨擦角。 2.42.4 傳動比特性傳動比特性 1、轉(zhuǎn)向系傳動比 轉(zhuǎn)向系的傳動比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動比和轉(zhuǎn)向系的力傳動比。 0 i p i 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 8 （2.5） h /2FFiW p 式中為從輪胎接地面中心作用在兩個轉(zhuǎn)向輪上的合力，為作用在轉(zhuǎn)向盤上的 W F h F 手力。 轉(zhuǎn)向系的角傳動比: kkk w d d dtd dtd i / / 0 （2.6） 式中為轉(zhuǎn)向盤角速度；為轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度；為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向角增量；為

24、 w k d k d 轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)向增量； 為時間增量。t d 轉(zhuǎn)向系的角傳動比由轉(zhuǎn)向器角傳動比和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)角傳動比組成，即： 0 i i i （2.7） iii 0 轉(zhuǎn)向器的角傳動比: （2.8） ppp w d d dtd dtd i / / 式中為搖臂軸角速度；為搖臂軸轉(zhuǎn)角增量。 p p d 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的角傳動比: （2.9） k p k p k p d d dtd dtd i / / 2、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： （2.10） a M F r w a 為主銷偏距。 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： （2.11）

25、sw h h D M F 式中為方向盤直徑 sw D 將式（2-10）、式（2-11）代入 后得到：hW p FFi/2 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 9 （2.12） aM DM i h swr p 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 （2.13） 0 2 i d d M M kh r 將式（2.13）代入式（2.12）后得到： （2.14） a Di i sw p 2 0 當(dāng) a 和 Dsw不變時，力傳動比越大，雖然轉(zhuǎn)向越輕，但也越大，表明轉(zhuǎn)向不靈敏。 p i 0 i 3、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

26、。影響選取角傳動比變化規(guī) 律的主要因素是轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大小和對汽車機(jī)動能力的要求。 若轉(zhuǎn)向軸負(fù)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(jī)動能力。若轉(zhuǎn)向軸負(fù)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(dāng)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(yùn)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 2.13 所示。其中橫軸為轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角，縱軸為轉(zhuǎn)向角傳動比。 圖 2.

27、1 轉(zhuǎn)向器角傳動比變化特性曲線 2.52.5 轉(zhuǎn)向器傳動副的傳動間隙轉(zhuǎn)向器傳動副的傳動間隙 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 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 10 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 2.2）。 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

28、損造成的間隙過大時，必須經(jīng)調(diào)整消除該處間隙。 圖 2.2 轉(zhuǎn)向器傳動副傳動間隙 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。 3 3 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器總體方案初步設(shè)計機(jī)械式轉(zhuǎn)向器總體方案初步設(shè)計 3.13.1 轉(zhuǎn)向器的分類轉(zhuǎn)向器的分類及設(shè)計選擇及設(shè)計選擇 轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系中的重要部分，其主要作用有三個方面：一是增大來自轉(zhuǎn)向盤的 轉(zhuǎn)矩，使之達(dá)到足以克服轉(zhuǎn)向輪與地面之間的轉(zhuǎn)向阻力矩；二是減低轉(zhuǎn)向傳動軸的轉(zhuǎn) 速，并帶動搖臂軸移動使其達(dá)到

29、所需要的位置；三是使轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動方向與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn) 動方向協(xié)調(diào)一致。 按照轉(zhuǎn)向能源不同，可以將汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩大 類。根據(jù)機(jī)械轉(zhuǎn)向器的結(jié)果特點，可分為齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器、蝸桿 滾輪式轉(zhuǎn)向器和蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器等。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的齒輪齒條直接嚙合，可安裝助力機(jī)構(gòu)。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。其自動回正能力強(qiáng)。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡 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、用需要調(diào)整 齒輪齒條的間隙。 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 11 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的第一級傳動副是螺桿螺母傳動副。第

30、二級是齒條齒扇傳動副或 滑塊曲柄銷傳動副。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率很高（最高可達(dá) 90%95%）4，操作輕 便，使用壽命長。但逆向效率也較高，可將地面對轉(zhuǎn)向輪的沖擊傳給轉(zhuǎn)向盤。 指銷式轉(zhuǎn)向器的傳動副以轉(zhuǎn)向蝸桿為主動件，裝在搖臂軸曲柄端的指銷為從動件。 轉(zhuǎn)向蝸桿轉(zhuǎn)動時，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，并帶動轉(zhuǎn)向 搖臂轉(zhuǎn)動。 對轉(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、角傳動比變化特性等對使用條件的適應(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。齒輪齒條

31、式轉(zhuǎn)向器安裝助力機(jī)構(gòu)方便且轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡單，適 合于轎車。故本設(shè)計選用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 3.23.2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的基本設(shè)計齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的基本設(shè)計 3.2.1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)選擇 1、輸入輸出形式選擇 根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有四種形式3：中間輸入， 兩端輸出（圖 3-1a）；側(cè)面輸入，兩端輸出（圖 3-1b）；側(cè)面輸入，中間輸出（圖 3- 1c）；側(cè)面輸入，一端輸出（圖 3-1d） 圖 3.1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種形式 采用側(cè)面輸入，中間輸出方案時，與齒條相連的左、右拉桿延伸到接近汽車縱向 對稱平面附近。由于拉桿長度增加，車輪上、下跳動時拉桿擺角減小

32、，有利于減少車 輪上、下跳動時轉(zhuǎn)向系與懸架系的運(yùn)動干涉。拉桿與齒條用螺栓固定連接，因此，兩 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 12 拉桿會與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(qiáng)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(dǎo)向機(jī)構(gòu)產(chǎn) 生運(yùn)動干涉。但其結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省材料的同時對轉(zhuǎn)向精度較中間輸出形式高?，F(xiàn)代轎 車一般使用兩端輸出形式。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。 5 本設(shè)計采用的是側(cè)面輸入 兩端輸出式齒輪齒條轉(zhuǎn)向器方案。 2、齒輪形式選擇 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

33、，則運(yùn)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(yùn)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)該采用角 接觸球軸承，使軸承壽命降低，還有斜齒輪的滑磨比較大是它的缺點。 本設(shè)計采用斜齒輪式方案。 3、齒條形式選擇 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

34、1 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(qiáng)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(dāng)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)。 本設(shè)計采用圓形端面齒條。 3.2.2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的布置形式 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，在汽車上有四種布置形 式： 1、轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形（圖 3-2a） ； 2、轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形（圖 3-

35、2b） ； 3、轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形（圖 3-2c） ； 4、轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形（圖 3-2d） 。 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 13 圖 3.2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種布置形式 現(xiàn)階段大多數(shù)轎車都采用第一種布置方式：轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形， 3 本設(shè)計也采用轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形的布置方式。 根據(jù)轉(zhuǎn)向器本身結(jié)構(gòu)特點以及中心距的要求，應(yīng)合理選取齒輪軸的變位系數(shù)。對 于齒輪齒條轉(zhuǎn)向器中齒輪齒條結(jié)構(gòu)特點，齒輪一般都采用斜齒輪，對于變位齒輪，為 了避免齒頂過薄，而又能滿足齒輪嚙合的要求，一般齒輪的齒頂高系數(shù)取偏小值。 據(jù)此，初步選定齒輪和齒條齒

36、頂高系數(shù)；頂隙系數(shù)；齒輪的變位系數(shù) * 1 a h * 0.25c 。其基本參數(shù)如表 3.3 所示。0.65 n x 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 14 表表 3.3.3 3 齒輪齒條基本參數(shù)齒輪齒條基本參數(shù) 名稱符號公式齒輪齒條 齒數(shù) zz731 分度圓直徑d cos n m z d 17.768 變位系數(shù) n x 0.65 齒頂高 a h() aannn hhx m 4.1252.5 齒根高 f h nnnanfn mxchh)( * * 1.53.125 齒頂圓直徑 a d aa hdd2 26.021 齒根圓直徑 f d ff hdd2 14.772 齒輪中圓直

37、徑 m d2 mnn ddx m 21.023 螺旋角 12（右旋） 12 齒寬b 1 db d 3222 3.2.5 齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 本設(shè)計根據(jù)齒輪的尺寸，設(shè)計成齒輪軸形式，如圖 3.4 所示。因為本設(shè)計采用斜 齒輪結(jié)構(gòu)，在傳動的時候有軸向力存在。所以軸承方面選取角接觸球軸承，齒輪軸與 轉(zhuǎn)向軸之間用萬向節(jié)連接，所以齒輪軸軸端設(shè)計花鍵。 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 15 圖 3.4 齒輪軸結(jié)構(gòu) 3.2.6 轉(zhuǎn)向器材料及其他零件選擇 1、齒輪齒條材料選擇 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 HR

38、C5863。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 HRC5056。 2、軸承的選擇 軸承 1：角接觸球軸承 7004C (GB/T292-1994) 軸承 2：角接觸球軸承 7001C (GB/T292-1994) 3、 轉(zhuǎn)向器的潤滑方式和密封類型的選擇 轉(zhuǎn)向器的潤滑方式：人工定期潤滑 潤滑脂：石墨鈣基潤滑脂（ZBE36002-88）中的 ZG-S 潤滑脂。 密封件： 旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈 FB 16 30 GB 138711992 2 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 16 4 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計 對汽車轉(zhuǎn)

39、向系的要求，除了機(jī)動性、輕便型和操縱穩(wěn)定性之外，還必須保證轉(zhuǎn)向 軸的內(nèi)外轉(zhuǎn)向輪有一定的比例關(guān)系，使汽車轉(zhuǎn)向過程中所有的車輪都是純滾動或有極 小的滑移，這一要求一般由轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)近似的實現(xiàn)。 4.1 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)原理 圖 4-1 轉(zhuǎn)向中心的不同軌跡圓 如上圖 4-1 所示： 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的任務(wù)是將轉(zhuǎn)向器輸出端的擺動轉(zhuǎn)變?yōu)樽?、右轉(zhuǎn)向車輪繞其轉(zhuǎn)向 主銷的偏轉(zhuǎn)，并使它們偏轉(zhuǎn)到繞同一瞬時轉(zhuǎn)向中心的不向軌跡圓上，實現(xiàn)車輪無滑動 地滾動轉(zhuǎn)向。為了使左、右轉(zhuǎn)向車輪偏轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系能滿足這一汽車轉(zhuǎn)向運(yùn)動學(xué)的 要求，則要由轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的精確設(shè)計來保證。 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)

40、畢業(yè)論文 17 圖 4-2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向原理簡圖 由于一般齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器與左右橫拉桿鉸接，而左右橫拉桿一般直接與轉(zhuǎn) 向節(jié)下節(jié)臂鉸接，所以在這里我假定把左右梯形臂轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)向節(jié)的一部分。 4 4.2 轉(zhuǎn)向梯形的布置 為保證汽車行駛的安全性，在一般情況下應(yīng)盡量將梯形布置在前軸之后，橫拉桿 的高度應(yīng)在前軸下表面以上 15mm 處，以避免障礙物的撞擊。只有在發(fā)動機(jī)的位置很低 或前軸是驅(qū)動軸時，由于梯形臂的橫拉桿難于布置時才不得不把轉(zhuǎn)向梯形放在前軸之 前，此時橫拉桿位置應(yīng)盡量高些。 我的設(shè)計轉(zhuǎn)向梯形布置在前軸以后，橫拉桿在前軸下表面以上 15mm 處。 4.34.3 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)尺寸的初步確定轉(zhuǎn)

41、向梯形機(jī)構(gòu)尺寸的初步確定 轉(zhuǎn)向梯形的基本尺寸主要是梯行底角 和梯形臂長 m。 梯形臂長 m 主要根據(jù)布置空間而定，它直接影響到橫拉桿軸向力的大小。 橫拉桿軸向力 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 18 sin 1 m F l l FF QQS 式中，F(xiàn)Q是縱拉桿對轉(zhuǎn)向節(jié)上臂的作用力，一般可用前軸負(fù)荷 G1的一半計算，即 FQ=0.5G1;l 是縱拉桿作用力臂；l是橫拉桿軸向力 FS的作用力臂。 從上式可以看出，梯形臂不宜過短，因為橫拉桿軸向力與梯形臂長 m 成反比，m 減 小導(dǎo)致 FS增大。但梯形臂長度也不宜過大，否則會使其布置困難，尤其對于前置梯形 更是如此。 通常汽車上

42、梯形臂長度 m 與兩主銷中心距 M的比值約為 mM=0.110.15。 綜合分析，我選取的主要參數(shù) m 為 204mm，M為 1672mm，mM為 0.1254。 梯行底角 是一個非常重要的參數(shù)，一般情況下，對整體式轉(zhuǎn)向軸后置梯形來說， 兩梯形臂延長線的交點約在前軸后軸距的 23 處左右。 在實際設(shè)計中梯行底角 是根據(jù)整車布置最后確定的，一般在 7080范圍內(nèi)。 梯形底角主要受到車輪的限制，很難設(shè)計得十分合理，一般設(shè)時橫拉桿接頭與車輪間 隙不小于 8mm。 4.4 梯形校核 以圖解法進(jìn)行校核。 1) 首先根據(jù)初步確定的梯形尺寸（梯形下底長度 M=AB、梯形臂長度 m=AP=BQ、梯形底 角 ）

43、作出中間位置的轉(zhuǎn)向梯形圖 APQB。 2) 分別以 A 和 B 為圓心，以梯形臂長 m 為半徑畫兩弧。 3) 以 A 點為圓心，從 AP 線開始每隔 5作出 A 點的圓心角 1、2、3，, 與以 A 點為圓心、m 為半徑所畫弧相交于 P1、P2、P3，,各點，再分別以 P1、P2、P3，各點為圓心，以 PQ 長為半徑所畫弧分別與以 B 點為圓心、m 為半 徑所畫出的弧相交于 Q1、Q2、Q3，將 B 點與 Q1、Q2、Q3各點連線，測量 QBQ1，QBQ2，各角，即為外輪轉(zhuǎn)角 1、2、3.。 4) 內(nèi)輪轉(zhuǎn)角 與外輪轉(zhuǎn)角 的相應(yīng)關(guān)系如表所示。 51015202530 123456 開封大學(xué)機(jī)械與

44、汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 19 根據(jù)作出的內(nèi)、外輪轉(zhuǎn)角畫出實際的特性曲線。與理論特性曲線進(jìn)行比較，可以 選出幾組不同的梯形轉(zhuǎn)角 和梯形臂長 m，按上述方法求出和畫出一系列的特性曲線， 最接近理論特性曲線的該條曲線的 和 m，即為選定的梯形底角和梯形臂長。 考慮輪胎側(cè)向彈性的影響，應(yīng)使實際內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角的差值比理論值小。實際梯形特 性曲線與理論特性曲線通常相交于 1525之間，使 25以內(nèi)的實際特性曲線盡量靠 近理論特性曲線。 考慮整車布置，經(jīng)過校核后我取 m 為 204mm，M為 1672mm，mM為 0.1254， 為 76。 4.5 轉(zhuǎn)向傳送機(jī)構(gòu)的臂、桿與球銷 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的桿件

45、應(yīng)選用剛性好、質(zhì)量小的 20、30 或 35 號鋼的無縫鋼管制造， 其沿長度方向的外形可根據(jù)總布置的需要確定。 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的各元件間采用球形鉸接球形鉸接的主要特點是能夠消除由于鉸 接處的表而磨損而產(chǎn)生的間隙，也能滿足兩鉸接件間復(fù)雜的相對運(yùn)動。在現(xiàn)代球形鉸 接的結(jié)構(gòu)中均是用彈簧將球頭與襯墊壓緊。而且應(yīng)采用有效結(jié)構(gòu)措施保持住潤滑材料 及防止灰塵污物進(jìn)入。 球銷與襯墊均采用低碳合金鋼如 12CrNi3A，18MnTi，或 20CrN 制造，工作表面經(jīng) 滲碳淬火處理，滲碳層深 1.53.0mm，表面硬度 HRC 5663。允許采用中碳鋼 40 或 45 制造并經(jīng)高頻淬火處理，球銷的過渡圓角處則用滾壓

46、工藝增強(qiáng)。球形鉸接的殼體則 用鋼 35 或 40 制造。 4.6 轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部 轉(zhuǎn)向橫拉桿與梯形轉(zhuǎn)向桿系的相似。球頭銷通過螺紋與齒條連接。當(dāng)這些球頭銷 依制造廠的規(guī)范擰緊時，在球頭銷上就作用了一個預(yù)載荷。防塵套夾在轉(zhuǎn)向器兩側(cè)的 殼體和轉(zhuǎn)向橫拉桿上，這些防塵套阻止雜物進(jìn)入球銷及齒條中。 轉(zhuǎn)向橫拉桿端部與外端用螺紋聯(lián)接。這些端部與梯形轉(zhuǎn)向桿系的相似。側(cè)面螺母 將橫拉桿外端與橫拉桿鎖緊（ 圖 6-4） 。 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 20 圖 4-3 轉(zhuǎn)向橫拉桿外接頭 1- 橫拉桿 2-鎖緊螺母 3-外接頭殼體 4-球頭銷 5-六角開槽螺母 6-球碗 7-端蓋 8-

47、梯形臂 9-開口銷 表表 4-44-4 轉(zhuǎn)向橫拉桿及接頭的尺寸設(shè)計參數(shù)轉(zhuǎn)向橫拉桿及接頭的尺寸設(shè)計參數(shù) 序號項目符號尺寸參數(shù)()mm 1橫拉桿總長 a L281 2橫拉桿直徑 La 15 3螺紋長度 M L60 4外接頭總長 W L120 5球頭銷總長 QX L62 6球頭銷螺紋公稱直徑 qx dM101 7外接頭螺紋公稱直徑 w dM121.5 8內(nèi)接頭總長 N L65.3 9內(nèi)接頭螺紋公稱直徑 n dM161.5 4.4 桿件設(shè)計結(jié)果 轉(zhuǎn)向梯形臂/mm 440 轉(zhuǎn)向橫拉桿/mm 281 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 21 5 零件圖 5.15.1 轉(zhuǎn)向垂臂轉(zhuǎn)向垂臂 開

48、封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 22 5.2 側(cè)蓋 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 23 5.35.3 齒條齒條 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 24 5.45.4 齒輪軸齒輪軸 5.55.5 橫拉桿接頭橫拉桿接頭 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 25 結(jié)論結(jié)論 對于汽車轉(zhuǎn)向系，在上學(xué)期選題的時候還沒有充分的了解，但本著對汽車構(gòu)造方 面的強(qiáng)烈興趣，在林老師的精心指導(dǎo)下，首先在網(wǎng)上調(diào)查現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向系的一些基本 資料，了解其組成以及工作原理。然后開始著手論文的設(shè)計資料。汽車相關(guān)的機(jī)構(gòu)方 面知識最終還是回歸到機(jī)械設(shè)

49、計范疇。憑著自己四年來積累的機(jī)械相關(guān)知識，查閱圖 書館汽車轉(zhuǎn)向系相關(guān)資料，以及互聯(lián)網(wǎng)中的中國機(jī)械CAD論壇、中國汽車工程師之家論 壇，為本次設(shè)計作了大量的資料收集。通過本次的設(shè)計實踐，我把大學(xué)期間所學(xué)的所 有專業(yè)知識都應(yīng)用，不僅大大的充實了自己的專業(yè)知識，而且還進(jìn)一步提高了自己整 體專業(yè)水平，可以說本次的畢業(yè)設(shè)計是一分耕耘，一分收獲。 綜合題目要求，對課題轉(zhuǎn)向器進(jìn)行總體設(shè)計，遵循需求分析、概要設(shè)計、詳細(xì) 設(shè)計這一程序，從結(jié)構(gòu)選型到結(jié)構(gòu)布局，再到具體零件尺寸的設(shè)計都依照前一階段 的流程模型和機(jī)械設(shè)計準(zhǔn)則。最后根據(jù)總體設(shè)計所得的參數(shù)，利用三維設(shè)計軟件 ug對各個零件進(jìn)行三維造型 。由于三維制圖，不

50、能更好的表示出尺寸、公差等等， 故而再用CAD對轉(zhuǎn)向器進(jìn)行二維設(shè)計。 在這次設(shè)計過程中，體現(xiàn)出自己與團(tuán)隊成員設(shè)計的能力以及綜合運(yùn)用知識的能力， 體會了學(xué)以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學(xué)習(xí)的不足和薄 弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 26 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 毛彩云，吳暮春，柯松.汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展J.科普園，2009. 2 陳家瑞.汽車構(gòu)造下冊M.北京：人民交通出版社，2002. 3 王望予.汽車設(shè)計（第4版）M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004. 4 王豐元，馬明星. 汽車設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書M.北京：中國電力出版社， 5 濮良

51、貴、紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計M.北京：高等教育出版社，2010. 6 徐灝.機(jī)械設(shè)計手冊M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992. 7 褚洪生,杜增吉,閻金華. MATLAB 7.2優(yōu)化設(shè)計實例指導(dǎo)教程 M.北京：機(jī)械工業(yè) 出版社，2007 8 余志生.汽車?yán)碚揗.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000. 9 徐石安汽車構(gòu)造-底盤工程M北京：清華大學(xué)出版社，2008 10 林秉華.最新汽車設(shè)計實用手冊(三)M.哈爾濱 黑龍江人民出版社,2005. 11 (日)GP企畫室編.宋桔桔等譯.汽車車身底盤圖解M.北京：吉林科學(xué)技術(shù)出版社， 香港萬里機(jī)構(gòu)出版有限公司，1999 12 (日)細(xì)川武志 編.魏朗 譯.汽車構(gòu)造圖冊

52、M.北京：人民交通出版社，2005. 開封大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車制造與裝配技術(shù)畢業(yè)論文 27 致致 謝謝 在此感謝我們的林老師.，老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中 的榜樣；老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪；這次模具設(shè)計的 每個實驗細(xì)節(jié)和每個數(shù)據(jù)，都離不開老師您的細(xì)心指導(dǎo)。而您開朗的個性和寬容的態(tài) 度，幫助我能夠很順利的完成了這次課程設(shè)計。 同時感謝對我?guī)椭^的同學(xué)們，謝謝你們對我的幫助和支持，讓我感受到同學(xué)的 友誼。 由于本人的設(shè)計能力有限，在設(shè)計過程中難免出現(xiàn)錯誤，懇請老師們多多指教,我 十分樂意接受你們的批評與指正，本人將萬分感謝。 在此，我再一次向你們說聲“謝謝” 。