東風越野平板運輸車轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計【循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器】,循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器,東風越野平板運輸車轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計【循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器】,東風,越野,平板,運輸車,轉(zhuǎn)向,機構(gòu),設(shè)計,循環(huán),轉(zhuǎn)向器 SY-025-BY-2 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 學生姓名 陳 賀 系部 汽車工程系 專業(yè)、班級 車輛工程B07-8 指導教師姓名 王慧文 職稱 教授 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 東風越野平板運輸車轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計 一、設(shè)計（論文）目的、意義 牽引車屬于專用汽車，采用可拼接、模塊化組合方式，可以根據(jù)所運設(shè)備的具體情況和路面條件進行不同形式的組合以適應(yīng)各種運輸要求。但現(xiàn)有的運輸車存在成本高、維護不及時等問題。針對這種情況，有必要研制擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)高性能牽引車。 目前自行式牽引車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用液壓獨立轉(zhuǎn)向，其轉(zhuǎn)向角度可達到 47°以上。本設(shè)計的牽引車它的轉(zhuǎn)向行駛模式有:直行、斜行、橫行，正常轉(zhuǎn)向行駛。轉(zhuǎn)向靈活，成本低。 現(xiàn)在，世界各國著名零件廠商正在大力研究開發(fā)一種新型的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，即電子控制電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電子控制電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)作用在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)矩信號和車速信號，通過電子控制裝置使電機產(chǎn)生相應(yīng)大小和方向的輔助力，協(xié)助駕駛員進行轉(zhuǎn)向操縱，并獲得最佳轉(zhuǎn)向特性的伺服系統(tǒng)。 隨著世界各國國民經(jīng)濟的增長，公路交通狀況不斷改善，對汽車的專業(yè)化、高速化、重型化的要求越來越明顯，世界各國對專用汽車的需求逐年增加。近年來，專用汽車增長率均大于載貨車增長率，各國專用車的產(chǎn)量占載貨車產(chǎn)量的比率逐年遞增，發(fā)達國家盡量以專用車替代載貨汽車。目前專用汽車占載貨汽車市場的半壁江山。從世界各國專用汽車的技術(shù)含量看，專用汽車技術(shù)含量比普通載貨汽車高，而重型專用汽車屬于高技術(shù)、高附加值產(chǎn)品，其附加值達40%以上。 本設(shè)計的目的就是以我國現(xiàn)今發(fā)展情況探討開發(fā)一種適合我國國情、滿足未來市場需求的牽引車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，并在重型汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向裝置、動力轉(zhuǎn)向裝置等底盤轉(zhuǎn)向部件上進行重點探討。要求設(shè)計方法簡單、可靠、使用，設(shè)計出的底盤具有較高的安全性、可靠性、實用性、經(jīng)濟性，滿足當前重型車輛使用中對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本的使用性能要求，并在方案實施上具有一定的可行性。 二、設(shè)計（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法） 1．研究的基本內(nèi)容 （1）行式平板運輸車獨立轉(zhuǎn)向機構(gòu)總體設(shè)計方案分析確定； （2）行式平板運輸車獨立轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)的選擇與設(shè)計； （3）確定機械轉(zhuǎn)向器部分的性能參數(shù) 2. 技術(shù)要求 主要技術(shù)參數(shù)： 發(fā)動機最大功率 99kw 發(fā)動機型號 EQ6100-1B 最小轉(zhuǎn)彎直徑(m) 5m 最大功率時轉(zhuǎn)速 6000r/min 最大轉(zhuǎn)矩時轉(zhuǎn)速 3800r/min 最高車速 88km/h 掛車總質(zhì)量 4390kg 整備質(zhì)量 6100kg 3. 擬解決的主要問題 （1）重型運輸車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系的總體方案確定 （2）轉(zhuǎn)向機構(gòu)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，選型，尺寸參數(shù)的確定 三、設(shè)計（論文）完成后應(yīng)提交的成果 1、計算說明部分 1.5萬字設(shè)計計算說明書一份 2、圖紙部分 （1）傳動系統(tǒng)整體裝配圖，0號1張； （2）轉(zhuǎn)向器零件圖，0號4張； 四、設(shè)計（論文）進度安排 （1）第1～2周（2011年2月28日~2011年3月13日） 調(diào)研、開題報告，開題答辯 （2）第3～4周（2014年3月14日~2011年3月27日） 總體傳動方案確定 （3）第5～6周（2011年3月28日~2011年4月10日） 傳動參數(shù)設(shè)計計算 （4）第7～9周（2011年4月11日~2011年5月1日） 轉(zhuǎn)向器裝配草圖設(shè)計 （5）第10～11周（2011年5月2日~2011年5月15日） 轉(zhuǎn)向器正式裝配圖設(shè)計 （6）第12～13周（2011年5月16日~2011年5月29日） 零件圖設(shè)計、液壓系統(tǒng)設(shè)計 （7）第14～15周（2011年5月30日~2011年6月12日） 編寫設(shè)計說明書 （8）第16周（2011年6月13日～2011年6月19日） 設(shè)計審核、修改 （9）第17周（2011年6月20日～2011年6月26日） 畢業(yè)設(shè)計答辯準備及答辯 五、主要參考資料 [1] 劉惟信．汽車設(shè)計[J]．清華大學出版社，2001，7 [2] 汽車工程師手冊．《汽車工程師手冊》編輯委員會[J]．人民交通出版社，2001，5 [3] 陳家瑞．汽車構(gòu)造（下）[J]．機械工業(yè)出版社，2005，8 [4] 濮良貴，紀名剛．機械設(shè)計[J] ．高等教育出版社：2001，6 [5]郭正康．現(xiàn)代汽車列車設(shè)計與使用[J]．北京理工大學出版社，2006，6 [6]中外汽車構(gòu)造圖冊(底盤分冊) [M] ．吉林科學技術(shù)出版社，1995，1 [7]王寶璽．汽車拖拉機制造工藝學[M]．機械工業(yè)出版社，2005，9 [8] 陳燎, 田晉躍, 殷金鑒, 趙煦．130t升降平臺運輸車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計. 工程機械，2001，2 [9] 丁禮燈.楊家軍，劉照，廖道訓等．汽車動力轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向力矩的分析與計算.三峽大學學報(自然科學版)，2001，3 [10] 張高升 ?鄭紹春 ?魏艷．WTW90型重型平板運輸車非線性轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制方法研究。武漢理工大學學報（交通科學與工程版），2008、4 [11]Daniel A.Mantaras, Pablo Luque and Carlos Vera.Development and validation of a three-dimensional kinematec model for the McPherson steering and suspension meehanisms. Meehanism and Machine Theory, Volume39, Issue6, June 2004, Pages603-619 [12]Jaehyung Lee, D.J.Thompson, Hong Hee Yoo.et al.Vibration analysis of a vehicle body and suspensionInternational Journal of Vehicle system Design a substructure synthesis method.Vol.24, No.4, 2000, Pages471-477 六、備注 指導教師簽字： 年 月 日 教研室主任簽字： 年 月 日 SY-025-BY-1 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目審定表 指導教師姓名 王慧文 職稱 教授 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 否 題目名稱 東風越野平板運輸車轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計 課題適用專業(yè) 車輛工程 課題類型 Z 課題簡介：（主要內(nèi)容、意義、現(xiàn)有條件、預期成果及表現(xiàn)形式。） 一、 主要內(nèi)容 1.行式平板運輸車獨立轉(zhuǎn)向機構(gòu)總體設(shè)計方案分析確定；2.行式平板運輸車獨立轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)的選擇與設(shè)計；3.確定機械轉(zhuǎn)向器部分的性能參數(shù)4.完成設(shè)計說明書的撰寫。 二、選題意義 隨著世界各國國民經(jīng)濟的增長，公路交通狀況不斷改善，對汽車的專業(yè)化、高速化、重型化的要求越來越明顯，世界各國對專用汽車的需求逐年增加。近年來，專用汽車增長率均大于載貨車增長率，各國專用車的產(chǎn)量占載貨車產(chǎn)量的比率逐年遞增，發(fā)達國家盡量以專用車替代載貨汽車。目前專用汽車占載貨汽車市場的半壁江山。從世界各國專用汽車的技術(shù)含量看，專用汽車技術(shù)含量比普通載貨汽車高，而重型專用汽車屬于高技術(shù)、高附加值產(chǎn)品，其附加值達40%以上。 本設(shè)計的目的就是以我國現(xiàn)今發(fā)展情況探討開發(fā)一種適合我國國情、滿足未來市場需求的牽引車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，并在重型汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向裝置、動力轉(zhuǎn)向裝置等底盤轉(zhuǎn)向部件上進行重點探討。要求設(shè)計方法簡單、可靠、使用，設(shè)計出的底盤具有較高的安全性、可靠性、實用性、經(jīng)濟性，滿足當前重型車輛使用中對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本的使用性能要求，并在方案實施上具有一定的可行性。 三、現(xiàn)有條件 學校現(xiàn)有圖書館、實驗室、計算機資源，相關(guān)的設(shè)計參考資料和設(shè)計簡圖。 四、預期成果及表現(xiàn)形式 設(shè)計東風越野平板運輸車轉(zhuǎn)向機構(gòu)。完成總裝圖1張，零件圖5張。設(shè)計說明書1.5萬字，應(yīng)對設(shè)備的結(jié)構(gòu)、操作及注意事項等作詳細說明，并完成相應(yīng)的外文翻譯量。 指導教師簽字： 年 月 日 教 研 室 意 見 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標的符合度 □好 □較好 □一般 □較差 2 對學生能力培養(yǎng)及全面訓練的程度 □好 □較好 □一般 □較差 3 選題與生產(chǎn)、科研、實驗室建設(shè)等實際的結(jié)合程度 □好 □較好 □一般 □較差 4 論文選題的理論意義或?qū)嶋H價值 □好 □較好 □一般 □較差 5 課題預計工作量 □較大 □適中 □較小 6 課題預計難易程度 □較難 □一般 □較易 教研室主任簽字： 年 月 日 系（部）教學指導委員會意見： 負責人簽字： 年 月 日 注：課題類型填寫 W.科研項目；X.生產(chǎn)（社會）實際；Y.實驗室建設(shè)；Z.其它。 SY-025-BY-3 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 學生姓名 陳 賀 系部 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 B07- 8班 指導教師姓名 王慧文 職稱 教授 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 東風越野平板運輸車轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計 一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 （一）研究現(xiàn)狀 1. 平板運輸車應(yīng)用現(xiàn)狀 隨著我國造船業(yè)和橋梁建筑業(yè)的發(fā)展，各大運輸企業(yè)陸續(xù)從國外引入了一些大型自行式平板車來滿足生產(chǎn)要求，但存在成本高、維護不及時等問題。針對這種情況，有必要研制擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)高性能自行式動力平板運輸車。國外自行式動力平板車的技術(shù)起步早，專業(yè)化程度高，其技術(shù)已很成熟。目前國際上大型的液壓平板車的品牌主要有Cometto（科米托）、Goldhofer（歌德浩夫）、Nicolas（尼古拉斯）和Scheuerle（索愛勒）等。國內(nèi)有上海電力環(huán)保設(shè)備總廠有限公司、鄭州大方橋梁機械有限公司等。目前國內(nèi)各工程項目的不斷開展， 帶動了平板車市場強勁的籍求， 尤其是大噸位平板車。以運梁車為例，運梁車是高速鐵路施工中的重要設(shè)備，擬建中的京滬高速鐵路線路全長的60%以上將建在橋上，全跨預注、逐跨架設(shè)的簡支箱梁及小跨度連續(xù)梁將成為橋梁建設(shè)的主體，而平板車是預制梁的最好運輸工具。因此平板車在國內(nèi)有著極大的發(fā)展空間和市場潛力， 尤其是大型平板車。隨著平板車設(shè)計、制造技術(shù)的不斷優(yōu)化和平板車功能的延伸。平板車的技術(shù)日趨先進和復雜。 （1）平板車的噸位不斷增加(額定載重量達100t)，長度很長（L≥20 米），寬度很寬(B≥4米)等，在長度較長時，如何使主梁在滿足強度的前提下，主梁還有略有上弓要求；在臺面寬度較寬時，整車轉(zhuǎn)向不用回轉(zhuǎn)支承，而是拉桿，相比成品回轉(zhuǎn)支承轉(zhuǎn)向來說，拉桿平板車運行中更穩(wěn)固、安全；拉桿系統(tǒng)設(shè)計和其轉(zhuǎn)向潤滑機構(gòu)設(shè)計是此類平板車設(shè)計的技術(shù)核心及發(fā)展趨勢。 （2）對于部分客戶需求的中大噸位平板拖車，要求自帶停車制動和行車制動，行車制動有液壓制動和氣壓制動，液壓制動應(yīng)盡量采用多回路設(shè)計，避免制動滯后和回路動力損失；氣壓制動設(shè)計技術(shù)核心在于其與發(fā)動機及制動橋的匹配銜接； （3）自帶動力源平板車的設(shè)計開發(fā)，采用交流控制、交流再生制動、液壓馬達驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)向技術(shù)等，滿足特殊場合極小轉(zhuǎn)彎半徑下的使用需求。上述平板車中的特殊要求大大超出了普通平板車的設(shè)計制造技術(shù)，它的設(shè)計技術(shù)代表了平板車技術(shù)發(fā)展的趨勢，同時也反映了平板車生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)含金量。 2. 轉(zhuǎn)向器研究和制造現(xiàn)狀 汽車轉(zhuǎn)向器屬于對行駛安全影響較大的零部件，在汽車系統(tǒng)中占據(jù)了一個重要的位置，其規(guī)模和質(zhì)量已成為衡量汽車工業(yè)發(fā)展水平的重要標志之一。在重型汽車、大型客車等載重量較大的汽車中，通常用動力轉(zhuǎn)向器來操縱汽車行駛方向。由于動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有著傳統(tǒng)機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點，例如：轉(zhuǎn)向輕便靈敏，回位性能及手感良好，極大的減輕了汽車駕駛員的工作強度，特別適用于汽車在高速行駛時的轉(zhuǎn)向。因此目前國內(nèi)外生產(chǎn)的汽車越來越多地配置了動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。從世界上第一輛汽車問世至今，汽車工業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了百年的發(fā)展歷程。自上世紀四十年代起，為減輕駕駛員體力負擔，在機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了液壓助力系統(tǒng)它是建立在機械系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上的，額外增加了一個液壓系統(tǒng)HPS(hydraulic power steering)，一般有油泵、V形帶輪、油管、供油裝置、助力裝置和控制閥。它具有工作無噪聲，其靈觸度高、體積小，能夠吸收來自不平路面的沖擊力等方面的優(yōu)點并且其工作可靠、技術(shù)成熟至今仍被廣泛應(yīng)用。現(xiàn)在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在實際中應(yīng)用的最多。在當時這個助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最重要的新功能是液力支持轉(zhuǎn)向的運動，因此可以減少駕駛員作用在方向盤上的力?，F(xiàn)代的汽車與發(fā)展初期相比，廣泛地應(yīng)用了各種高新技術(shù)，并且還在發(fā)生更深刻的變革。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為汽車底盤中的獨立分系統(tǒng)，在汽車技術(shù)發(fā)展的過程中也經(jīng)歷了深刻的變革。轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展基本上經(jīng)歷了機械轉(zhuǎn)向、液壓(氣壓)動力轉(zhuǎn)向、電子控制液壓動力轉(zhuǎn)向、電動轉(zhuǎn)向、電子線控轉(zhuǎn)向和主動轉(zhuǎn)向幾個階段，它們分別代表了轉(zhuǎn)向技術(shù)的過去、現(xiàn)在和將來。 （1）機械轉(zhuǎn)向機構(gòu) 幾十年來，各種汽車都使用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。由于這種轉(zhuǎn)向器是滾動摩擦形式，因而正傳動效率很高，操作方便且使用壽命長，而且承載能力大，廣泛應(yīng)用于載貨車上。從70 年代起轎車興起了齒輪齒條轉(zhuǎn)向器，這種轉(zhuǎn)向機構(gòu)由方向盤、轉(zhuǎn)向軸、萬向節(jié)、轉(zhuǎn)動軸、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動桿和轉(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，齒輪與齒條緊密嚙合，推動齒條左移動或右移動，帶動轉(zhuǎn)向輪擺動，從而改變轎車行駛的方向。這種轉(zhuǎn)向機構(gòu)與循環(huán)球式等其它類型的轉(zhuǎn)向機構(gòu)比較，省略了轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向主拉桿，具有構(gòu)件簡單，傳動效率高的優(yōu)點。而且它的逆?zhèn)鲃有室哺?，在車輛行駛時可以保證偏轉(zhuǎn)車輪的自動回正，駕駛者的路感性強。 （2）動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 現(xiàn)代轎車馬力大、速度快，為了操縱的輕便和靈敏，中高檔轎車的轉(zhuǎn)向器都普遍應(yīng)用動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。采用動力轉(zhuǎn)向的最直接的目的是減小手動轉(zhuǎn)向力矩，改善轉(zhuǎn)向輕便性，同時也可以改善轉(zhuǎn)向的平穩(wěn)性及汽車的操縱穩(wěn)定性。動力轉(zhuǎn)向根據(jù)工作介質(zhì)的不同，可以分為氣壓式和液壓式。氣壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作壓力比較低，一般不高于0.7MPa，對于需要較大助力的汽車，氣壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的尺寸將過于龐大，所以已經(jīng)很少采用。相比之下，液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作壓力可高達10MPa 以上，液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的部件尺寸也很小，并且工作時噪聲極低，工作滯后時間短，能夠吸收來自不平路面的沖擊，所以液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在各級各類汽車上獲得了廣泛的應(yīng)用。 （3）電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以電動機為動力源，電動機由汽車電源供電。在操縱方向盤時，扭矩傳感器根據(jù)力的大小產(chǎn)生出相應(yīng)的電壓信號， 由此電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就可以檢測出操縱力的大??；同時根據(jù)車速傳感器產(chǎn)生的脈沖信號又可測出車速、再控制電動機的電流大小，從而形成適當?shù)霓D(zhuǎn)向助力，提高操縱的輕便性。 （4）電子線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零部件少、結(jié)構(gòu)緊湊、所占空間較少、重量輕，其重量可比液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)輕25%；由于電動機只是在轉(zhuǎn)向時才接通，故可節(jié)約燃油約2.5%；電動轉(zhuǎn)向還可有各種安全保護措施和故障自診斷功能; 且電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與汽車上其它電氣設(shè)備相連接，有助于四輪轉(zhuǎn)向的實現(xiàn)，并能促進懸掛系統(tǒng)的發(fā)展。汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種全新概念的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其取消了方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的機械連接，通過軟件協(xié)調(diào)它們之間的運動關(guān)系，可以實現(xiàn)一系列傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無法實現(xiàn)的特殊功能。它可以實現(xiàn)傳動比的任意設(shè)置，并對隨車速變化的參數(shù)進行補償。并且可以和ABS、汽車動力學控制、防碰撞、單個車輪轉(zhuǎn)向、軌道跟蹤、自動側(cè)向?qū)Ш降裙δ芟嘟Y(jié)合，實現(xiàn)對汽車的整體控制。電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于取消了方向盤和轉(zhuǎn)向輪之間的機械連接，完全擺脫了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各種限制，不但可以自由設(shè)計汽車轉(zhuǎn)向的力傳遞特性，而且可以設(shè)計汽車轉(zhuǎn)向的角傳遞特性，給汽車轉(zhuǎn)向特性的設(shè)計帶來無限的空間，是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重大革新。 （5）主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 主動前輪動力轉(zhuǎn)向AFS（Active Front Steering）的出色性能主要歸功于先進的轉(zhuǎn)向動力學技術(shù)，其性能與采用電子傳控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相類似。電子控制的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使車輪轉(zhuǎn)向角能夠大于或小于駕駛員操縱方向盤的轉(zhuǎn)向角。主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)是行星齒輪系統(tǒng)，它由3 個主要部分組成：太陽輪在中心，一套行星齒輪圍繞著太陽輪，大齒輪環(huán)在最外側(cè)，內(nèi)齒與行星齒輪嚙合。太陽輪和行星齒輪分別是輸入和輸出端，大齒圈與電控電機在外部嚙合。當電機不轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)向速比被固定，一旦電機按指令作出動作后，轉(zhuǎn)速比就會改變。 （二）目的和意義 牽引車屬于專用汽車，采用可拼接、模塊化組合方式，可以根據(jù)所運設(shè)備的具體情況和路面條件進行不同形式的組合以適應(yīng)各種運輸要求。但現(xiàn)有的運輸車存在成本高、維護不及時等問題。針對這種情況，有必要研制擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)高性能牽引車。 目前自行式牽引車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用液壓獨立轉(zhuǎn)向，其轉(zhuǎn)向角度可達到 47°以上。本設(shè)計的牽引車它的轉(zhuǎn)向行駛模式有:直行、斜行、橫行，正常轉(zhuǎn)向行駛。轉(zhuǎn)向靈活，成本低。 現(xiàn)在，世界各國著名零件廠商正在大力研究開發(fā)一種新型的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，即電子控制電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電子控制電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)作用在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)矩信號和車速信號，通過電子控制裝置使電機產(chǎn)生相應(yīng)大小和方向的輔助力，協(xié)助駕駛員進行轉(zhuǎn)向操縱，并獲得最佳轉(zhuǎn)向特性的伺服系統(tǒng)。 隨著世界各國國民經(jīng)濟的增長，公路交通狀況不斷改善，對汽車的專業(yè)化、高速化、重型化的要求越來越明顯，世界各國對專用汽車的需求逐年增加。近年來，專用汽車增長率均大于載貨車增長率，各國專用車的產(chǎn)量占載貨車產(chǎn)量的比率逐年遞增，發(fā)達國家盡量以專用車替代載貨汽車。目前專用汽車占載貨汽車市場的半壁江山。從世界各國專用汽車的技術(shù)含量看，專用汽車技術(shù)含量比普通載貨汽車高，而重型專用汽車屬于高技術(shù)、高附加值產(chǎn)品，其附加值達40%以上。 本設(shè)計的目的就是以我國現(xiàn)今發(fā)展情況探討開發(fā)一種適合我國國情、滿足未來市場需求的牽引車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，并在重型汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向裝置、動力轉(zhuǎn)向裝置等底盤轉(zhuǎn)向部件上進行重點探討。要求設(shè)計方法簡單、可靠、使用，設(shè)計出的底盤具有較高的安全性、可靠性、實用性、經(jīng)濟性，滿足當前重型車輛使用中對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本的使用性能要求，并在方案實施上具有一定的可行性。 二、設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題 基本內(nèi)容： （1）行式平板運輸車獨立轉(zhuǎn)向機構(gòu)總體設(shè)計方案分析確定； （2）確定機械轉(zhuǎn)向器部分的性能參數(shù) （3）行式平板運輸車獨立轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)的選擇與設(shè)計； 解決問題： 轉(zhuǎn)向機構(gòu)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，選型，尺寸參數(shù)的確定:由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器逆效率高（60%～70%），汽車在不平路面上行駛時發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面間沖擊力的大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤，反沖現(xiàn)象會使駕駛員緊張，并難以控制汽車行駛方向，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。 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器正效率低，工作齒面磨損后調(diào)整嚙合間隙比較困難，傳動比不能變化。固定銷蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但因銷不能自轉(zhuǎn)，指銷工作部位基本不變，所以磨損快、工作效率低。旋轉(zhuǎn)銷式轉(zhuǎn)向器的效率高、磨損小，但是結(jié)構(gòu)復雜。雙銷式的結(jié)構(gòu)較單銷式復雜，尺寸及質(zhì)量也較大，且對兩指銷間的位置精度、蝸桿上螺紋槽的形狀及尺寸精度要求較高，角傳動比的變化特性及傳動間隙特性的變化也受到限制。根據(jù)原始數(shù)據(jù)確定各項參數(shù)。 三、技術(shù)路線（研究方法） 收集資料、可行性分析 總體傳動方案確定 轉(zhuǎn)向器的運動和受力分析計算 轉(zhuǎn)向器的設(shè)計計算 轉(zhuǎn)向器裝配草圖設(shè)計設(shè)計 零件圖設(shè)計、液壓系統(tǒng)設(shè)計 零件圖、正式裝配圖設(shè)計 計算說明書 四、進度安排 （1）第 1～ 2周（2011年2月28日~2011年3月13日） 調(diào)研、開題報告，開題答辯 （2）第 3～ 4周（2014年3月14日~2011年3月27日） 總體傳動方案確定 （3）第 5～ 6周（2011年3月28日~2011年4月10日） 傳動參數(shù)設(shè)計計算 （4）第 7～ 9周（2011年4月11日~2011年5月 1日） 轉(zhuǎn)向器裝配草圖設(shè)計 （5）第10～11周（2011年5月 2日~2011年5月15日） 轉(zhuǎn)向器正式裝配圖設(shè)計 （6）第12～13周（2011年5月16日~2011年5月29日） 零件圖設(shè)計、液壓系統(tǒng)設(shè)計 （7）第14～15周（2011年5月30日~2011年6月12日） 編寫設(shè)計說明書 （8）第16周（2011年6月13日～2011年6月19日） 設(shè)計審核、修改 （9）第17周（2011年6月20日～2011年6月26日） 畢業(yè)設(shè)計答辯準備及答辯 五、參考文獻 [01] 陳燎，田晉躍，殷金鑒，趙煦。130t升降平臺運輸車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計. 工程機械，2001年 第32卷 第01期 [02] 丁禮燈，楊家軍，劉照。廖道訓等.汽車動力轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向力矩的分析與計算.三峽大學學報(自然科學版)，2001，3. 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BMW`s approach to modern steering technology.BMW AG,2004 六、備注 七、指導教師意見： 簽字： 年 月 日 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)論文 目 錄 摘要...............................................................................................….......................…Ⅰ Abstract.......................................................................….........................................Ⅱ 第 1 章 緒 論......................……………………............….…..... .....…...........1 1.1 引言..............................……………………............….…..... .....…...............1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀……………………………………………….………..…..2 1.3 設(shè)計研究的主要內(nèi)容……………………………………….………..……..6 第 2 章 轉(zhuǎn)向機構(gòu)方案分析.....................…………................... ... ................7 2.1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器…………………………………………... .……………7 2.2 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器…………………………………………... .………………9 2.3 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器…………………………………………...…..…...….. 10 2.4 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器………………………………………………..…..…...11 2.5 轉(zhuǎn)向盤的尺寸及布置……………………………………………..……….11 2.6 轉(zhuǎn)向軸的防傷安全措施…………………………………………..……….11 2.7 轉(zhuǎn)向機構(gòu)方案確定………………………………………………..……….12 2.8 本章小結(jié)…………………………………………………………..……….12 第 3 章 轉(zhuǎn)向機構(gòu)的參數(shù)分析與確定..………......................................…13 3.1 轉(zhuǎn)向系計算載荷的確定................................................................…...........13 3.2 轉(zhuǎn)向器的效率………………………………………………………..…….14 3.2.1 轉(zhuǎn)向器的正效率.........……………………………………………...15 3.2.2 轉(zhuǎn)向器的逆效率.........……………………………………………...16 3.3 傳動比的變化特性.………...................................................................…...16 3.3.1 轉(zhuǎn)向系傳動比……………...........................................................….16 3.3.2 傳動比與轉(zhuǎn)向系角傳動比的關(guān)系................................................…17 3.3.3 轉(zhuǎn)向系的角傳動比.…………...........................................…........…18 3.3.4 轉(zhuǎn)向器角傳動比及其變化規(guī)律…………………………………....18 3.4 轉(zhuǎn)向器傳動副的傳動間隙.........................….................................…....19 3.4.1 轉(zhuǎn)向器傳動間隙特性……………………………………………....19 3.4.2 傳動間隙特性的確定………………………………………..…..…20 3.5 轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動圈數(shù)………………………………………………..…….22 3.6 本章小結(jié)……………………………………………………………..…….22 第 4 章 轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計………………………………………….…… ..…….23 4.1 主要尺寸參數(shù)的選擇........................................................................….......23 4.1.1 螺桿、鋼球、螺母傳動副…………………………………..……..23 4.1.2 鋼球直徑及數(shù)量………………………………………..…….. 23 4.1.3 滾道截面……………………………………………………..……..24 4.1.4 接觸角………….…………………………………………...…….24 4.1.5 螺距和螺距導程角…………………………………………...….24 4.1.6 工作鋼球圈數(shù)…………….………………………………..……25 4.2 齒條、齒扇傳動副設(shè)計……………………………...................................28 4.3 滾珠螺旋傳動……………………………………………………..……….32 4.3.1 工作原理與結(jié)構(gòu)…………………………………………………....33 4.3.2 滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和施加預緊力的方法……………....34 4.4 單螺母預緊原理（偏置導程法）...………………………………………35 4.5 轉(zhuǎn)向搖臂直徑的確定………………………………………………..…….35 4.6 轉(zhuǎn)向傳送機構(gòu)的臂、桿與球銷…………………………………..……….36 4.7 本章小結(jié)…………………………………………………………..……….37 第 5 章 轉(zhuǎn)向機構(gòu)強度計算…………………………………………… …. .38 5.1 鋼球與滾道的強度計算…………………………………………………...38 5.2 齒輪強度計算……………………………………………………………...39 5.3 軸的強度計算..............................................…………………….…………40 5.3.1 轉(zhuǎn)向橫拉桿穩(wěn)定安全系數(shù)………………………………………....40 5.3.2 轉(zhuǎn)向節(jié)臂彎曲強度驗算……………………………………….…...40 5.3.3 轉(zhuǎn)向搖臂彎曲強度驗算……………………………………………41 5.4 本章小結(jié)…………………………………………………………………...41 結(jié)論................................... ....................................................................................…42 參考文獻................... ……………………………………………………………...43 致謝............................. ……………………………………………………………..44 附錄.......................................................................................................................... 45 本科學生畢業(yè)論文 東風越野平板運輸車轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計 系部名稱： 汽車工程系 專業(yè)班級： 車輛工程 BW07-8班 學生姓名： 陳 賀 指導教師： 王慧文 職 稱： 教 授 黑 龍 江 工 程 學 院 二○一一年六月 The Graduation Thesis for Bachelor's Degree Design of Steering Mechanism of Dong Feng Flat Board transporter Candidate: Chen He Specialty: Vehicle Engineering Class: BW07-8 Supervisor: Prof. Wang Huiwen Heilongjiang Institute of Technology 2011-06·Harbin 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 摘 要 在汽車行駛中，轉(zhuǎn)向運動是最基本的運動。我們通過方向盤來操縱和控制汽車的行駛方向，從而實現(xiàn)自己的行駛意圖。在現(xiàn)代汽車上，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是必不可少的最基本的系統(tǒng)之一，它也是決定汽車主動安全性的關(guān)鍵總成，如何設(shè)計汽車的轉(zhuǎn)向特性，使汽車具有良好的操縱性能，始終是各汽車廠家和科研機構(gòu)的重要課題。 本文主要介紹汽車轉(zhuǎn)向系的組成和作用，在對大量資料分析研究的基礎(chǔ)上，提出運輸車用循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的性能指標和機構(gòu)方案。并且采用相關(guān)數(shù)據(jù)進行機械式轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設(shè)計，對各種機械轉(zhuǎn)向器的利弊進行分析，進行循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的總體和零部件CAD設(shè)計。 關(guān)鍵詞:駕駛；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；轉(zhuǎn)向器；設(shè)計；計算 ABSTRACT In the process of travelling, steering is the most basic movement. We operate and control the automobile through the steering wheel, thus to achieve our intention of driving. On the modern automobile, the steering system is one of the most basic systems, it is also a essential unit which affect the automobile’s initiative secure. How to design the steering characteristic of automobile, enable the automobile to have good handling quality, which is always an important topic to various automobiles factory and the scientific research institution. Especially at the time of coming to high speed, drivers becoming personnel amateur, stream of vehicles crowded today, in view of the different crowd of driving, the design of automobile appears especially importantly. This article mainly introduc automobile steering composition and function system, and uses the correlate data to carry on the design which based on mechanical type rotation gear, carriy on the analysis to each kind of mechanical diverter advantages, designs the corresponding steering gear. Analysising the advantages and defect of different kind of streeing machinery,and carry on designing the whole and part on cad roof. Key words:Drive; Steering System; Diverter; Design; Calculate I 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 第1章 緒 論 1.1 引言 汽車在行駛過程中，為了適應(yīng)各種道路情況和行駛條件，經(jīng)常需要改變行駛方向或修正行駛方向，如轉(zhuǎn)向、超車和避讓等。因此，轉(zhuǎn)向系對汽車行駛的適應(yīng)性、安全性都具有重要的意義，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能直接影響著汽車的操縱穩(wěn)定性。如何設(shè)計汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使汽車具有良好的操縱性能，始終是各汽車廠家和科研機構(gòu)的重要課題。特別是在車輛高速化、駕駛?cè)藛T非職業(yè)化、車流密集化的今天，針對更多不同的駕駛?cè)巳?，汽車的操縱性設(shè)計顯得尤為重要。 對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)品的需求隨著汽車化的提高而發(fā)生著變化。最初駕駛員們只希望比較容易地操縱轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，而后則追求在高速行駛時的穩(wěn)定性、舒適性和良好的操縱感。傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是機械系統(tǒng)，汽車的轉(zhuǎn)向運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轉(zhuǎn)向車輪而實現(xiàn)的。普通的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建立在機械轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上，通丸根據(jù)機械式轉(zhuǎn)向器形式可以分為齒輪齒條式、循環(huán)式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。常用的有兩種是齒輪齒條式和循環(huán)球式（用于需要較大的轉(zhuǎn)向力時）。這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是我們最常見的，目前大部分低端轎車采用的是齒輪齒條式機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 從上世紀四十年代起，為減輕駕駛員體力負擔，在機械轉(zhuǎn)向系基礎(chǔ)上增加了液壓助力系統(tǒng)。它是建立在機械轉(zhuǎn)向器的基礎(chǔ)之上的，額外增加了一個液壓系統(tǒng)HPS（Hydraulic?power?steering），一般有油泵、油管、供油裝置、除噪裝置和控制閥。由于其工作可靠、技術(shù)成熟至今仍被廣泛應(yīng)用。現(xiàn)在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在實際中應(yīng)用的最多，根據(jù)控制閥形式有轉(zhuǎn)閥式和滑閥式之分。這個助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最重要的新功能是液力支持轉(zhuǎn)向的運動，因止可以減少駕駛員作用在方向盤上的力。 近年來，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中越來越多的采用電子元件。相應(yīng)的就出現(xiàn)了電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電液助力轉(zhuǎn)向可以分為兩大類：電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EHPS、電控液壓助力轉(zhuǎn)向ECHPS。ECHPS是在液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其特點是原來有發(fā)動機帶動的液壓助力泵改由電機驅(qū)動，取代了由發(fā)動機驅(qū)動的方式，節(jié)省了燃油消耗。ECHPS是在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了電控裝置構(gòu)成的。電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性可根據(jù)轉(zhuǎn)向速率、車速等參數(shù)設(shè)計為可變助力特性，使駕駛員能夠更輕松的操縱汽車。?現(xiàn)代電液動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要通過車速傳感器將車速傳遞給電子元件，或微型計算機系統(tǒng)，控制電液轉(zhuǎn)換裝置改變動力轉(zhuǎn)向的助力特性，使駕駛員的轉(zhuǎn)向手力根據(jù)車速和行駛條件變化而改變，即在低速行駛或轉(zhuǎn)急彎時能以很小的轉(zhuǎn)向手力進行操作，在高速行駛時能以稍重的轉(zhuǎn)向手力進行穩(wěn)定操作，使操縱輕便和穩(wěn)定性達到最合適的平穩(wěn)狀態(tài)。為了保證轉(zhuǎn)向輕便性，要求增大轉(zhuǎn)向器的傳動比。但是，增大角傳動比雖然可以減小轉(zhuǎn)向盤上的手力，但同時也造成汽車對操縱的反應(yīng)減慢，甚至有可能導致駕駛員沒有能力來轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤進行緊急避障等轉(zhuǎn)向操作，即不夠“靈”。 ECHPS相比傳統(tǒng)HPS降低了能源損耗。但電液動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，不論ECHPS還是AHPS都與傳統(tǒng)的HPS一樣存在液壓油泄漏問題。 上世紀50年代，通用汽車公司出循環(huán)球式液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。上世紀80年代出現(xiàn)的電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為動力轉(zhuǎn)向器增添了品種，歐洲汽車制造商在研究配有電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車比較早，日本的KOYO、NSK、HONDA及美國的DELPHI等公司也開發(fā)了多種類型的電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)?，F(xiàn)在人們更加關(guān)注具有節(jié)能、環(huán)保特點的產(chǎn)品，因此也可預測從液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)到電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變過程會在將來很快的發(fā)生。 因現(xiàn)代汽車發(fā)動機功率在不斷增大，行車速度也不斷提高，對于兩輪轉(zhuǎn)向的汽車在高速行駛時將使其操縱穩(wěn)定性變差。從20世紀80年代末四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已進入實用階段，不僅保證了汽車低速行駛的轉(zhuǎn)向靈活，也保證了汽車高速行駛的操縱穩(wěn)定性。 對轉(zhuǎn)向系的主要設(shè)計要求如下。 （1）汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，全部車輪應(yīng)繞瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，這項要求會加速輪胎磨損，并降低汽車的行駛穩(wěn)定性。任何車輪不應(yīng)有側(cè)滑； （2）汽車轉(zhuǎn)向行駛后，在駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤的條件下，轉(zhuǎn)向輪能自動返回到直線行駛位置，并穩(wěn)定行駛； （3）汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動； （4）轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)和懸架導向裝置共同工作時，由于運動不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生的擺動應(yīng)最??； （5）保證汽車有較高的機動性 ； （6）操縱輕便。具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力； （7）轉(zhuǎn)向輪碰撞到障礙物以后，傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能??； （8）轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機構(gòu)； （9）在車禍中，當轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤由于車架或車身變形而共同后移時，轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車上的日益普及，人們對操作時的輕便性和路感的要求也日益提高，然而液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)卻存在許多缺點：由于其本身的結(jié)構(gòu)決定了其無法保證車輛在任何工況下轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤實，都有較理想的操縱穩(wěn)定性，即無法同時保證低速時的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時的操縱穩(wěn)定性；汽車的轉(zhuǎn)向特性受駕駛員的駕駛技術(shù)的嚴重影響；轉(zhuǎn)向傳動比固定，使汽車轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性隨車速、側(cè)向加速度等變化而變化，駕駛員必須提前針對汽車轉(zhuǎn)向特性幅值和相位的變化進行一定的操作補償，從而控制汽車按其意愿行駛。這樣增加了駕駛員的操縱負擔，也使汽車轉(zhuǎn)向行駛中存在不安全隱患；而此后出現(xiàn)了電控液壓助力系統(tǒng)，它在傳統(tǒng)的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了速度傳感器，使汽車能夠隨著車速的變化自動調(diào)節(jié)操縱力的大小，在一定程度上緩和了傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在的問題。 目前我國生產(chǎn)的商用車和轎車上采用的大多是電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它是比較成熟和應(yīng)用廣泛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是現(xiàn)在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向，其工作原理是：EPS系統(tǒng)的ECU對來自轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器和車速傳感器的信號進行分析處理后，控制電機產(chǎn)生適當?shù)闹D(zhuǎn)矩，協(xié)助駕駛員完成轉(zhuǎn)向操作。 近幾年來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，大幅度降低ECHPS的成本已成為可能，日本的大發(fā)汽車公司、三菱汽車公司、本田汽車公司、美國的Delphi汽車系統(tǒng)公司、TRW公司及德國的ZF公司都相繼研制出EPS。到目前為止，EPS系統(tǒng)在輕微型。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要是在機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上了傳感器（包括車速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器和小齒輪位置傳感器）、電子控制單元（ECU）、助力電機、電磁離合器和減速機構(gòu)而構(gòu)成。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可根據(jù)減速機構(gòu)的不同分為蝸輪蝸桿式助力機構(gòu)和差動輪系式的主力機構(gòu)兩種形式。差動輪系機構(gòu)具有轉(zhuǎn)向路感平滑穩(wěn)定、轉(zhuǎn)向靈敏性可調(diào)，更適合前軸負載小且對高速操縱性能要求較高的轎車上，而蝸輪蝸桿機構(gòu)具有助力大小可調(diào)整，適合前軸負載大、轉(zhuǎn)向沉重、主要目的是降低轉(zhuǎn)向力且對高速操縱性能要求不高的載貨汽車上。 另外電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還可以根據(jù)電動機和減速機構(gòu)位置的不同分為：軸助力式EPS（電機和減速裝置裝在轉(zhuǎn)向傳動軸上），轉(zhuǎn)向小齒輪助力式（電機和減速裝置裝在輸入小齒輪上），另端小齒輪助力式（電機和減速裝置裝在另端小齒輪上），齒條助力式（電機和減速裝置套在齒條外側(cè)）。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要的優(yōu)點有：自由度高，助力特性可以靈活的依據(jù)轉(zhuǎn)向時的車速、橫向加速度、汽車重量、電池電壓、車輪氣壓等產(chǎn)生不同的助力，且修改方便；結(jié)構(gòu)簡單，相交與液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)少了液壓泵、轉(zhuǎn)閥、液壓管道等復雜的液壓機構(gòu)，不僅節(jié)省了大量的空間，也減少了4—6kg的重量；節(jié)能，對于駕駛員來說，最大的優(yōu)點就是ESP能相較于傳統(tǒng)的液壓助力式的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提升約5%的燃油經(jīng)濟性。這是由于EPS只在轉(zhuǎn)向時才工作，而液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不管需不需要助力都一直在運行，尤其在汽車高速行駛時，原本這時是最不需要轉(zhuǎn)向助力的，而這時液壓泵的功率消耗卻是最大的；減振，EPS系統(tǒng)具有較高的慣性力矩，對于來自輪胎的外部干擾可起到緩沖振動的作用。在高速相較于液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)減振25%-30%；環(huán)保，由于不存在液壓油泄漏等問題使得EPS相較于液壓轉(zhuǎn)向更為環(huán)保。 從整體上來講國內(nèi)近年來對于ECHPS的研究發(fā)展很快，尤其是在控制策略的研究上，已經(jīng)將不同的控制方法引如ECU中，并通過實驗和分析不斷地完善和改進，但是在對于細節(jié)的優(yōu)化上距離國外還有相當?shù)牟罹?，而且目前國?nèi)除了吉利汽車，還尚未自主知識產(chǎn)權(quán)的ECHPS，距離ECHPS的批量化生產(chǎn)也還有一段路要走。 盡管電控液壓助力裝置從一定程度上緩解了傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向中輕便性和路感之間的矛盾，然而它還是沒有從根本上解決HPS系統(tǒng)存在的不足，隨著汽車微電子技術(shù)的發(fā)展，汽車燃油節(jié)能的要求以及全球性倡導環(huán)保，其在布置、安裝、密封性、操縱靈敏度、能量消耗、磨損與噪聲等方面的不足已越來越明顯，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向著電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展。 動力轉(zhuǎn)向系是在駕駛員的控制下，借助于汽車發(fā)動機產(chǎn)生的液壓力或電動機驅(qū)動力來實現(xiàn)車論轉(zhuǎn)向。由于采用動力轉(zhuǎn)向可以減少駕駛員手動轉(zhuǎn)向力矩，改善汽車的轉(zhuǎn)向輕便性和汽車的操縱穩(wěn)定性，因此在國外不僅在商用車上，而且在中高級轎車和輕型車上也逐漸普遍應(yīng)用。動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要有液壓助力式、氣動助力式和電動助力式等三種形式。其中液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于其工作壓力大，結(jié)構(gòu)緊湊，而廣泛應(yīng)用。 液壓助力轉(zhuǎn)向器自五十年代發(fā)展以來，已日趨成熟，得到廣泛應(yīng)用，近幾年主要是提高現(xiàn)機構(gòu)的輕量化，簡化結(jié)構(gòu)；提升工作油壓。用壓鑄鋁代替鑄鐵的轉(zhuǎn)向器殼體；用塑料油箱代替鋼板沖壓油箱；對于輕型車和轎車，用鋁合金轉(zhuǎn)向軸萬向節(jié)等措施，這些均可減輕50%以上重量，其次，改進“路感”特性，為了滿足高速直行位置附近“路感”效果，改變閥特性，使其靜特性曲線的中間部位比較平坦。 傳統(tǒng)的液壓助力動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在多采用固定的放大倍率存在著一些缺點：如果所設(shè)計的固定放大倍率的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是為了減少汽車在停車或低速行駛狀態(tài)下轉(zhuǎn)向盤的操舵力，則當汽車以高速行駛時，這一固定放大倍率會使轉(zhuǎn)向盤的操舵力顯得太小，高速行駛時“路感”差，不利于汽車的方向控制；反之，如果設(shè)計的固定放大倍率的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是為了增加汽車在高速行駛時轉(zhuǎn)向力，則當汽車低速行駛時，轉(zhuǎn)向盤的力顯得太大，破壞了低速狀況下的操縱輕便性，為了解決這個問題，目前汽車界將電子控制技術(shù)應(yīng)用在汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，使汽車轉(zhuǎn)向性能達到令人滿意的程度。迄今為止，電子控制液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已在轎車上獲得應(yīng)用。電子控制液壓動力轉(zhuǎn)向是在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向基礎(chǔ)上增設(shè)了控制液體流量的電磁閥，車速傳感器和電子控制單元等。 現(xiàn)在，世界各國著名零件廠商正在大力研究開發(fā)一種新型的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，即電子控制電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電子控制電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)作用在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)矩信號和車速信號，通過電子控制裝置使電機產(chǎn)生相應(yīng)大小和方向的輔助力，協(xié)助駕駛員進行轉(zhuǎn)向操縱，并獲得最佳轉(zhuǎn)向特性的伺服系統(tǒng)。 電子控制電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ECHPS）技術(shù)發(fā)展趨勢可歸結(jié)為以下幾點。 （1）電力驅(qū)動技術(shù)：ECHPS系統(tǒng)中的電機要求端電壓、轉(zhuǎn)速較低、輸出轉(zhuǎn)矩相對較高、尺寸小。由于電機端電壓低，而功率相對較高。所以電機電流較大，這給驅(qū)動單元的電子器件選擇和電路設(shè)計帶來一定困難。 （2）非接觸式傳感器技術(shù)：ECHPS系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器要求結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價格便宜，精度適中?？紤]到可靠性問題，目前國外多采用非接觸式。而接觸式傳感器應(yīng)用較少。 （3）轉(zhuǎn)向控制技術(shù)：由于ECHPS系統(tǒng)在原有的機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中增加了電機和減速器，使得轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)的慣性增大，為此需引入慣性控制和阻力控制，避免在電機開始助力和結(jié)束助力時對轉(zhuǎn)向操縱產(chǎn)生影響。同時，為獲得更好的“路感”，必需根據(jù)汽車的行駛速度和轉(zhuǎn)向狀態(tài)確定合理的助力大小和方向。 （4）ECHPS系統(tǒng)與整車性能匹配：汽車本身是由各子系統(tǒng)組成的既相互聯(lián)系又相互制約的有機整體，當汽車某個子系統(tǒng)改變時，整車性能也產(chǎn)生相應(yīng)的變化。因此，必須對EPS系統(tǒng)與汽車上的其它子系統(tǒng)進行匹配，以利整車性能達到最優(yōu)化。 隨著電子技術(shù)和控制方法的進一步發(fā)展，有人提出了一個大膽的假設(shè)：即取消轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機械連接，完全由電能實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，這就是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 線控電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點：提高了駕駛員的安全性，由于減少了轉(zhuǎn)向柱等機械機構(gòu)，使得駕駛員周圍空間變大，正面碰撞時對駕駛員的傷害得到了大大的降低。另外同樣安全氣囊與駕駛員間的距離加大，使得安全氣囊可以張得更大，以增加對駕駛員的保護；提高了汽車的操縱性，由于可以實現(xiàn)傳動比的任意設(shè)置，并針對不同的車速，轉(zhuǎn)向狀況進行參數(shù)補償，從而提高汽車的操縱性；提高汽車的全面智能化，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以和其它的設(shè)備如ABS、防碰撞、自動導航、自動駕駛等系統(tǒng)結(jié)合起來，最終實現(xiàn)汽車的全面智能化；改善駕駛員的路感，在SBW中路感由模擬生成，使得在回正力矩控制方面可以從信號中提出最能夠反應(yīng)汽車實際行駛狀態(tài)和路面狀況的信息，作為方向盤回正力矩的控制變量，使方向盤僅僅向駕駛員提供有用的信息，從而為駕駛員提供更為真實的“路感”。 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還存在著可靠性的問題，目前歐洲汽車法規(guī)還要求駕駛員與轉(zhuǎn)向車輪之間必須有機械連接，而閑空轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為一個還不成熟的技術(shù)目前還不能有足夠的證據(jù)證明其可靠性。其次，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還需要在可靠性與成本之間做出較好的平衡；線控轉(zhuǎn)向還將與其它的汽車電氣系統(tǒng)通過CAN總線連接在中央控制器上，由中央控制器統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制汽車的運用，從而實現(xiàn)汽車電氣的一體化和智能化； 總之，線控轉(zhuǎn)向在EPS的基礎(chǔ)上，將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展又推進了一步，它將為實現(xiàn)汽車智能化駕駛提供技術(shù)支持。 1.3 設(shè)計研究的主要內(nèi)容 通過閱讀資料，分析與確定轉(zhuǎn)向機構(gòu)的整體設(shè)計方案。對設(shè)計參數(shù)進行分析與確定，并在此基礎(chǔ)上對轉(zhuǎn)向機構(gòu)計算研究。對設(shè)計結(jié)果進行強度計算校核以保證轉(zhuǎn)向機構(gòu)的可靠性，安全性。 第2章 轉(zhuǎn)向機構(gòu)方案分析 根據(jù)所采用的轉(zhuǎn)向傳動副的不同，轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)型式有多種。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。 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：當前軸軸荷不大于 2.5t且無動力轉(zhuǎn)向和不大于 4t 帶動力轉(zhuǎn)向的汽車均可選用這種結(jié)構(gòu)型式。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器則是當前廣泛使用的一種結(jié)構(gòu)，高級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，但當系統(tǒng)中裝有液力式動力轉(zhuǎn)向或在轉(zhuǎn)向橫拉桿上裝有減振器時，則可采用正、逆效率均高的轉(zhuǎn)向器，因為路面的沖擊可由液體或減振器吸收，轉(zhuǎn)向盤不會產(chǎn)生“ 打手現(xiàn)象”。 關(guān)于轉(zhuǎn)向器角傳動比對使用條件的適應(yīng)性問題，也是選擇轉(zhuǎn)向器時應(yīng)考慮的一個方面。對于前軸負荷不大的或裝有動力轉(zhuǎn)向的汽車來說，轉(zhuǎn)向的輕便性不成問題，而主要應(yīng)考慮汽車高速直線行駛的穩(wěn)定性和減小轉(zhuǎn)向盤的總?cè)?shù)以提高汽車的轉(zhuǎn)向靈敏性。因為高速行駛時，很小的前輪轉(zhuǎn)角也會導致產(chǎn)生較大的橫向加速度使輪胎發(fā)生側(cè)滑。這時應(yīng)選用轉(zhuǎn)向盤處于中間位置時角傳動比較大而左、右兩端角傳動比較小的轉(zhuǎn)向器。對于前軸負荷較大且未裝動力轉(zhuǎn)向的汽車來說，為了避免“轉(zhuǎn)向沉重”，則應(yīng)選擇具有兩端的角傳動比較大、中間較小的角傳動比變化特性的轉(zhuǎn)向器。 2.1 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??；傳動效率高達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：中間輸入，兩端輸出（圖2-1a）；側(cè)面輸入，兩端輸出（圖2-1b）；側(cè)面輸入，中間輸出（圖2-1c）；側(cè)面輸入，一端輸出（圖2-1d）。 圖2.1 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，兩拉桿那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。 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；轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于乘用車上。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。 2.2循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 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。兩種結(jié)構(gòu)的調(diào)整間隙方法均是利用調(diào)整螺栓移動搖臂軸來進行調(diào)整。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的傳動效率高、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。齒扇與齒條嚙合間隙的調(diào)整方便易行，這種結(jié)構(gòu)與液力式動力轉(zhuǎn)向液壓裝置的匹配布置也極為方便。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器有螺桿和螺母共同形成的螺栓槽內(nèi)裝鋼球構(gòu)成的傳動副，以及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動副組成，如圖2-2所示。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點是：在螺桿和螺母之間因為有可以循環(huán)流動的鋼球，將滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦，因而傳動效率可以達到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，使之有足夠的使用壽命；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)整工作容易進行（圖2-3）；適合用來做整體式動力轉(zhuǎn)向器。 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。 圖2.2 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器示意圖 圖2.3 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的間隙調(diào)整機構(gòu) 2.3 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器由蝸桿和滾輪嚙合而構(gòu)成。主要優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單；制造容易；因為滾輪的齒面和蝸桿上的螺紋呈面接觸，所以有比較高的強度，工作可靠，磨損小，壽命長；逆效率低。 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。 這種轉(zhuǎn)向器曾在汽車上廣泛使用過。 2.4蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的銷子如不能自轉(zhuǎn)，稱為固定銷式蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器；銷子除隨同搖臂軸轉(zhuǎn)動外，還能繞自身州縣轉(zhuǎn)動的，稱為旋轉(zhuǎn)銷式轉(zhuǎn)向器。根據(jù)銷子數(shù)量不同，又有單銷和雙銷之分。 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點是：轉(zhuǎn)向器的傳動比可以做成不變的或者變化的；指銷和蝸桿之間的工作面磨損后，調(diào)整間隙工作容易進行。 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。 要求搖臂軸有較大的轉(zhuǎn)角時，應(yīng)該采用雙銷式結(jié)構(gòu)。雙銷式轉(zhuǎn)向器在直線行駛區(qū)域附近，兩個銷子同時工作，可降低銷子上的負荷，減少磨損。當一個銷子脫離嚙合狀態(tài)是，另一個銷子要承受全部作用力，而恰恰在此位置，作用力達到最大值，所以設(shè)計師要注意核算其強度。雙銷與單銷蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器比較，結(jié)構(gòu)復雜、尺寸和質(zhì)量大，并且對兩主銷間的位置精度、蝸桿上螺紋槽的形狀及尺寸精度等要求高。此外，傳動比的變化特性和傳動間隙特性的變化受限制。 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器應(yīng)用較少。 2.5轉(zhuǎn)向盤的尺寸及布置 轉(zhuǎn)向盤有輪轂、輪緣和輪輻組成。采用最大直徑的轉(zhuǎn)向盤，會使駕駛員進出駕駛室感到困難；若采用較小直徑的轉(zhuǎn)向盤，則在轉(zhuǎn)向時要求駕駛?cè)藛T施加較大的力量。轉(zhuǎn)向盤布置過高會影響人對道路和儀表盤的視野；轉(zhuǎn)向盤布置過低，則在操縱離合器、制動踏板時影響駕駛?cè)藛T腿部的動作。在選擇轉(zhuǎn)向盤直徑時，應(yīng)考慮與汽車的類型和大小相適應(yīng)。乘用車、小型客車、小型商用車的轉(zhuǎn)向盤直徑參考直徑為400mm；中型客車、中型商用車的轉(zhuǎn)向盤參考直徑為450mm或者500mm；大型客車和大型商用車的轉(zhuǎn)向盤參考直徑為550mm。 2.6 轉(zhuǎn)向軸的防傷安全措施 根據(jù)交通事故統(tǒng)計資料和對汽車碰撞試驗結(jié)果的分析表明：汽車在正面碰撞時，轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向管柱和轉(zhuǎn)向器是使駕駛員受傷的主要元件。因此，要求汽車在以48km/h的速度、正面同其他物體碰撞的試驗中，轉(zhuǎn)向管柱和轉(zhuǎn)向軸后移量在水平方向上不得大于127mm；在臺架試驗中，用人體模型的軀干以6.7m/s的速度碰撞轉(zhuǎn)向盤時，作用在轉(zhuǎn)向盤的水平力不得超過11123N，見GB11557-1998。為此，需要在轉(zhuǎn)向系中設(shè)計安裝能吸收沖擊能量的機構(gòu)，或者采取能減輕駕駛員受傷程度的措施。吸收能量的方法是使有關(guān)的轉(zhuǎn)向系零件在撞擊時產(chǎn)生塑性變形、彈性變形或摩擦等來實現(xiàn)。當轉(zhuǎn)向軸采用萬向節(jié)連接的結(jié)構(gòu)，可以通過合理布置保證在汽車正面碰撞時，防止轉(zhuǎn)向軸等向車身內(nèi)移動，這種結(jié)構(gòu)雖然不能吸收碰撞能量，但其結(jié)構(gòu)簡單，主要萬向節(jié)連接的兩軸之間存在夾角，正面撞車后轉(zhuǎn)向盤沒有后移便不會影響駕駛員安全。轉(zhuǎn)向軸上設(shè)置有萬向節(jié)不僅提高安全性，而且有利于使轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向器在汽車上得到合理布置，提高了操縱方便性，拆裝容易。 2.7轉(zhuǎn)向機構(gòu)方案確定 由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器逆效率高（60%～70%），汽車在不平路面上行駛時發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面間沖擊力的大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤，反沖現(xiàn)象會使駕駛員緊張，并難以控制汽車行駛方向，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。 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器正效率低，工作齒面磨損后調(diào)整嚙合間隙比較困難，傳動比不能變化。固定銷蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但因銷不能自轉(zhuǎn)，指銷工作部位基本不變，所以磨損快、工作效率低。旋轉(zhuǎn)銷式轉(zhuǎn)向器的效率高、磨損小，但是結(jié)構(gòu)復雜。雙銷式的結(jié)構(gòu)較單銷式復雜，尺寸及質(zhì)量也較大，且對兩指銷間的位置精度、蝸桿上螺紋槽的形狀及尺寸精度要求較高，角傳動比的變化特性及傳動間隙特性的變化也受到限制。 根據(jù)原始數(shù)據(jù)：滿載時前軸軸荷：1940kg前輪氣壓：350kPa，輪胎和路面間滑動摩擦系數(shù)：= 0.75，搖臂擺角：±42°，要求傳動比設(shè)計成20左右，最大搖臂輸出力矩：1500N·m。 綜合上述各種形式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)缺點，本設(shè)計選取循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為設(shè)計方案。 2.8本章小節(jié) 本章主要事對轉(zhuǎn)向器的基本結(jié)構(gòu)形式的選擇，通過對目前各種形式轉(zhuǎn)向器設(shè)計方案進行分析比較，綜合考慮，采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為設(shè)計方案。 第3章 轉(zhuǎn)向機構(gòu)的參數(shù)分析與確定 轉(zhuǎn)向系的主要性能有轉(zhuǎn)向系的效率、轉(zhuǎn)向系的角傳動比與力傳動比、轉(zhuǎn)向器傳動副的傳動間隙特性、轉(zhuǎn)向系的剛度以及轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動圈數(shù)。 3.1 轉(zhuǎn)向系計算載荷的確定 為了保證行駛安全，組成轉(zhuǎn)向系的各零件應(yīng)有足夠的強度。欲驗算轉(zhuǎn)向系零件的強度，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)向軸的負荷、路面阻力和輪胎氣壓等。為轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動的阻力、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。 精確地計算出這些力是困難的。為此推薦用足夠精確的半經(jīng)驗公式來計算汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩Mn（N·mm） （3.1） 式中：—— 輪胎和路面間的滑動摩擦因數(shù)，一般取=0.75； ——轉(zhuǎn)向軸負荷（N）； ——輪胎氣壓（MPa）。 將原始數(shù)據(jù)代入公式（3.1）得， = 753542 （N·mm）。 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力為 （3.2）式中：——轉(zhuǎn)向搖臂長； ——轉(zhuǎn)向節(jié)臂長，=； ——轉(zhuǎn)向盤直徑，根據(jù)汽車設(shè)計設(shè)計手冊，取Dsw= 550mm； ——轉(zhuǎn)向器角傳動比，一般取=20； ——轉(zhuǎn)向器正效率，一般取=0.85。 根據(jù)公式（3.2），代入?yún)?shù)得，F(xiàn)k = 357 N。 對給定的汽車，用式計算出來的作用力是最大值。因此，可以用此值作為計算載荷。然而，對于前軸負荷大的重型貨車，用上式計算的力往往超過駕駛員生理上的可能，在此情況下對轉(zhuǎn)向器和動力轉(zhuǎn)向器動力缸以前零件的計算載荷，應(yīng)取駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤輪緣上的最大瞬時力，此力為700N。 根據(jù)汽車的前軸負荷來選取循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器齒扇齒模數(shù) = 1940 9.8 = 19012 N 表3.1 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器齒扇齒模 齒扇齒模數(shù)m/mm 3．0 3．5 4．0 4．5 5．0 6．0 6．5 轎 車 排量/mL 500 1000～ 1800 1600～ 2000 2000 2000 前軸負荷 /N 3500～3800 4700～ 7350 7000～ 9000 8300～11000 10000～11000 貨車 和大 客車 前軸負荷 /N 3000～ 5000 4500～ 7500 5500～ 18500 7000～ 19500 9000～ 24000 17000～37000 23000～ 44000 最大裝載質(zhì)量/kg 350 1000 2500 2700 3500 6000 8000 因為是貨車，所以 m = 5.0。 3.2 轉(zhuǎn)向器的效率 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正效率，用符號表示。 　　　　　　　 　　　　?。?.3） 反之稱為逆效率，用符號表示。 　　　　　　　　　　　　　　 　　　　?。?.4） 式中：——轉(zhuǎn)向器中的摩擦功率； ——作用在轉(zhuǎn)向搖臂軸上的功率。 為了保證轉(zhuǎn)向時駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤輕便，要求正效率高。為了保證汽車轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤能自動返回到直線行駛位置，又需要有一定的逆效率。為了減輕在不平路面上行駛時駕駛員的疲勞，車輪與路面之間的作用力傳至轉(zhuǎn)向盤上要盡可能小，防止打手又要求此逆效率盡可能低。 3.2.1轉(zhuǎn)向器的正效率 影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有：轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。 轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點與效率 在前述四種轉(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等三種結(jié)構(gòu)之一。第一種結(jié)構(gòu)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，故這種轉(zhuǎn)向器的效率僅有54％。另外兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器效率，根據(jù)試驗結(jié)果分別為70％和75％。 轉(zhuǎn)向搖臂軸軸承的形式對效率也有影響，用滾針軸承比用滑動軸承可使正或逆效率提高約10％。 轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率 如果忽略軸承和其它地方的桿類轉(zhuǎn)向器，其效率可用下式計算摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，對于蝸桿和螺 （3.5） 式中：——蝸桿（或螺桿）的螺線導程角； ——摩擦角，； ——摩擦因數(shù)，取= 0.02。 = 1.14 = 0.85 3.2.2 轉(zhuǎn)向器逆效率 根據(jù)逆效率大小不同，轉(zhuǎn)向器又有可逆式、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)向后，轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動回正。這既減輕了駕駛員的疲勞，又提高了行駛安全性。但是，在不平路面上行駛時，車輪受到的沖擊力，能大部分傳至轉(zhuǎn)向盤，造成駕駛員“打手"，使之精神狀態(tài)緊張，如果長時間在不平路面上行駛，易使駕駛員疲勞，影響安全駕駛。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。該沖擊力由轉(zhuǎn)向傳動機構(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)向器介于上述兩者之間。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。它的逆效率較低，在不平路面上行駛時，駕駛員并不十分 緊張，同時轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的零件所承受的沖擊力也比不可逆式轉(zhuǎn)向器要小。 如果忽略軸承和其它地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，則逆效率可用下式計算 （3.6） 式（3.5）和式（3.6）表明：增加導程角，正、逆效率均增大。受增大的影響。不宜取得過大。當導程角小于或等于摩擦角時，逆效率為負值或者為零，此時表明該轉(zhuǎn)向器是不可逆式轉(zhuǎn)向器。為此，導程角必須大于摩擦角。通常螺線導程角選在8o～10o之間。 = 8o = 0.85 3.3 傳動比的變化特性 3.3.1 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。 從輪胎接地面中心作用在兩個轉(zhuǎn)向輪上的合力2與作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力之比，稱為力傳動比，即 =2/ （3.7） 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動角速度與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度之比，稱為轉(zhuǎn)向系角傳動比，即 （3.8） 式中：——為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量； ——轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量； ——時間增量。 它又由轉(zhuǎn)向器角傳動比和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)角傳動比所組成，即。 搖臂軸轉(zhuǎn)動角速度與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度之比，稱為轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的角傳動比 。 （3.9） 3.3.2傳動比與轉(zhuǎn)向系角傳動比的關(guān)系 輪胎與地面之間的轉(zhuǎn)向阻力和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩之間有如下關(guān)系 （3.10） 式中：——主銷偏移距，指從轉(zhuǎn)向節(jié)主銷軸線的延長線與支承平面的交點至車輪中心平面與支承平面交線間的距離。 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力可用下式表示 （3.11） 式中：——作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩； ——轉(zhuǎn)向盤直徑。 將式（3.10）、式（3.11）代入后得到 （3.12） 分析式（3.12）可知，當主銷偏移距小時，力傳動比應(yīng)取大些才能保證轉(zhuǎn)向輕便。通常轎車的值在0.4～0.6倍輪胎的胎面寬度尺寸范圍內(nèi)選取，而貨車的值在40～60mm范圍內(nèi)選取。轉(zhuǎn)向盤直徑根據(jù)車型不同在JB4505—86轉(zhuǎn)向盤尺寸標準中規(guī)定的系列內(nèi)選取。 如果忽略摩擦損失，根據(jù)能量守恒原理，可用下式表示 （3.13） 將式（3.13）代人式（3.12）后得到 （3.14） 當和不變時，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。 3.3.3轉(zhuǎn)向系的角傳動比 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)角傳動比，除用表示以外，還可以近似地用轉(zhuǎn)向節(jié)臂臂長與搖臂臂長之比來表示，即/?，F(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)中，與的比值大約在0.85～1.1之間，可近似認為其比值為1，則。由此可見，研究轉(zhuǎn)向系的傳動比特性，只需研究轉(zhuǎn)向器的角傳動比及其變化規(guī)律即可。 3.3.4 轉(zhuǎn)向器角傳動比及其變化規(guī)律 式（3.14）表明：增大角傳動比可以增加力傳動比。從式可知，當一定時，增大能減小作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力，使操縱輕便。 考慮到，由的定義可知：對于一定的轉(zhuǎn)向盤角速度，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度與轉(zhuǎn)向器角傳動比成反比。角傳動比增加后，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度對轉(zhuǎn)向盤角速度的響應(yīng)變得遲鈍，使轉(zhuǎn)向操縱時間增長，汽車轉(zhuǎn)向靈敏性降低，所以“輕”和“靈"構(gòu)成一對矛盾。為解決這對矛盾，可采用變速比轉(zhuǎn)向器。 循環(huán)球齒條齒扇式轉(zhuǎn)向器的角傳動比 （3.15） 因結(jié)構(gòu)原因，螺距不能變化，但可以用改變齒扇嚙合半徑的方法，達到使循環(huán)球齒條齒扇式轉(zhuǎn)向器實現(xiàn)變速比的目的。 = 20 （3.16） 隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角變化，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)律的因素，主要是轉(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，在轉(zhuǎn)向盤全轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，駕駛員不存在轉(zhuǎn)向沉重問題。裝用動力轉(zhuǎn)向的汽車，因轉(zhuǎn)向阻力矩由動力裝置克服，所以在上述兩種情況下，均應(yīng)取較小的轉(zhuǎn)向器角傳動比并能減少轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動的總?cè)?shù)，以提高汽車的機動能力。 轉(zhuǎn)向軸負荷大又沒有裝動力轉(zhuǎn)向的汽車，因轉(zhuǎn)向阻力矩大致與車輪偏轉(zhuǎn)角度大小成正比變化，汽車低速急轉(zhuǎn)彎行駛時一的操縱輕便性問題突出，故應(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，轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角較小，轉(zhuǎn)向阻力矩也小，此時要求轉(zhuǎn)向輪反應(yīng)靈敏，轉(zhuǎn)向器角傳動比應(yīng)當小些。因此，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. 轉(zhuǎn)向盤在中間位置的轉(zhuǎn)向器角傳動比不宜過小。過小則在汽車高速直線行駛時，對轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角過分敏感和使反沖效應(yīng)加大，使駕駛員精確控制轉(zhuǎn)向輪的運動有困難。直行位置的轉(zhuǎn)向器角傳動比不宜低于15～16。 3.4 轉(zhuǎn)向器傳動副的傳動間隙 3.4.1 轉(zhuǎn)向器傳動間隙特性 傳動間隙是指各種轉(zhuǎn)向器中傳動副（如循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的齒扇和齒條）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3.1）。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)。 直線行駛時，轉(zhuǎn)向器傳動副若存在傳動間隙，一旦轉(zhuǎn)向輪受到側(cè)向力作用，就能在間隙的范圍內(nèi)，允許車輪偏離原行駛位置，使汽車失去穩(wěn)定。為防止出現(xiàn)這種情況，要求傳動副的傳動間隙在轉(zhuǎn)向盤處于中間及其附近位置時（一般是10o～1 5o）要極小，最好無間隙。 轉(zhuǎn)向器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大到無法確保直線行駛的穩(wěn)定性時，必須經(jīng)調(diào)整消除該處間隙。調(diào)整后，要求轉(zhuǎn)向盤能圓滑地從中間位置轉(zhuǎn)到兩端，而無卡住現(xiàn)象。為此，傳動副的傳動間隙特性，應(yīng)當設(shè)計成在離開中間位置以后呈圖3.1所示的逐漸加大的形狀。圖中曲線l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。 3.4.2 傳動間隙特性的確定 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。即將中間齒設(shè)計成正常齒厚，從靠近中間齒的兩側(cè)齒到離開中間齒最遠的齒，其厚度依次遞減。 如圖1所示，齒扇工作時繞搖臂軸的軸線中心轉(zhuǎn)動。加工齒扇時使之繞切齒軸線轉(zhuǎn)動。兩軸線之間的距離稱為偏心距。用這種方法切齒，可獲得厚度不同的齒扇齒。其傳動特性可用下式計算 （3.17） 式中：——端面壓力角； ——節(jié)圓半徑； ——搖臂軸轉(zhuǎn)角； ——中心到點的距離； ——偏心距。 齒扇通常有5個齒，它與搖臂軸為一體。齒扇的齒厚沿齒長方向是變化的，這樣即可通過軸向移動搖臂軸來調(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)彎時使兩端齒卡住，則應(yīng)增大兩端齒嚙合時的齒側(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，如圖3.1所示，相對于搖臂軸的中心有距離為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，齒側(cè)間隙Δs也逐漸加大，Δs可表達為： （3.18） 式中：Δr——徑向間隙； ——嚙合角； ——齒扇的分度圓半徑； ——搖臂軸的轉(zhuǎn)角。 圖3.1 為獲得變化的齒側(cè)間隙齒扇的加工原理和計算簡圖 圖3.2 用于選擇偏心的線圖 當，確定后，根據(jù)上式可繪制如圖3.2所示的線圖，用于選擇適當?shù)闹?，以便使齒條、齒扇傳動副兩端齒嚙合時，齒側(cè)間隙Δs能夠適應(yīng)消除中間齒最大磨損量所形成的間隙的需要。 齒條、齒扇傳動副各對嚙合齒齒側(cè)間隙Δs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現(xiàn)。一般是將齒條（一般有4個齒）兩側(cè)的齒槽寬制成比中間齒槽大0.20～0.30mm即可。 3.5 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)動閣數(shù)較少，一般約在3.6圈以內(nèi)；貨車一般不宜超過6圈。 3.6 本章小結(jié) 對轉(zhuǎn)向機構(gòu)主要參數(shù)進行了分析。通過參照表格和公式，計算確定了主要設(shè)計參數(shù)。 第4章 轉(zhuǎn)向機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1 主要尺寸參數(shù)的選擇 4.1.1 螺桿、鋼球、螺母傳動副 鋼球中心距、螺桿外徑、螺母內(nèi)徑 尺寸、、如圖4.1所示。鋼球中心距是基本尺寸，螺桿外徑、螺母內(nèi)徑及鋼球直徑對確定鋼球中心距的大小有影響，而又對轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)尺寸和強度有影響。在保證足夠的強度條件下，盡可能將值取小些。選取值的規(guī)律是隨著扇齒模數(shù)的增大，鋼球中心距也相應(yīng)增加（表7-1）。設(shè)計時先參考同類型汽車的參數(shù)進行初選，經(jīng)強度驗算后，再進行修正。螺桿外徑Dl通常在20～38mm范圍內(nèi)變化，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向軸負荷的不同來選定。螺母內(nèi)徑應(yīng)大于，一般要求－= （5％～10）。 圖4.1 螺桿、鋼球、螺母傳動副 4.1.2鋼球直徑及數(shù)量 鋼球直徑尺寸取得大，能提高承載能力，同時螺桿和螺母傳動機構(gòu)和轉(zhuǎn)向器的尺寸也隨之增大。鋼球直徑應(yīng)符合國家標準，一般常在7～9mm范圍內(nèi)選用（表4-1）。 增加鋼球數(shù)量n，能提高承載能力，但使鋼球流動性變壞，從而使傳動效率降低。因為鋼球本身有誤差，所以共同參加工作的鋼球數(shù)量并不是全部鋼球數(shù)。經(jīng)驗證明，每個環(huán)路中的鋼球數(shù)以不超過60粒為好。為保證盡可能多的鋼球都承載，應(yīng)分組裝配。每個環(huán)路中的鋼球數(shù)可用下式計算 （4.1） 式中：——鋼球中心距； ——一個環(huán)路中的鋼球工作圈數(shù)； ——不包括環(huán)流導管中的鋼球數(shù)； ——螺線導程角，常取=5°～8°，則cos≈1。 4.1.3 滾道截面 當螺桿和螺母各由兩條圓弧組成，形成四段圓弧滾道截面時，見圖4.2，鋼球與滾道有四點接觸，傳動時軸向間隙最小，可滿足轉(zhuǎn)向盤自由行程小的要求。圖中滾道與鋼球之間的間隙，除用來貯存潤滑油之外，還能貯存磨損雜質(zhì)。為了減少摩擦，螺桿和螺母溝槽的半徑應(yīng)大于鋼球半徑，一般取 =（0.51～0.53）。 圖4.2 四段圓弧滾道截面 4.1.4 接觸角 鋼球與螺桿滾道接觸點的正壓力方向與螺桿滾道法面軸線間的夾角稱為接觸角，如圖4-2所示。角多取為45°，以使軸向力和徑向力分配均勻。 4.1.5 螺距P和螺旋線導程角αo 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動φ角，對應(yīng)螺母移動的距離為 （4.2） 式中：——螺紋螺距。 與此同時，齒扇節(jié)圓轉(zhuǎn)過的弧長等于，相應(yīng)搖臂軸轉(zhuǎn)過角，其間關(guān)系可表示如下 （4.3） 式中：——齒扇節(jié)圓半徑。 聯(lián)立式（4.2）、式（4.3）得，將對，求導得循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器角傳動比為 （4.4） 由式（4.4）可知，螺距影響轉(zhuǎn)向器角傳動比的值。在螺距不變的條件下，鋼球直徑越大，圖4.1中的尺寸越小，要求mm。螺距P一般在12～18mm內(nèi)選取。 4.1.6 工作鋼球圈數(shù)W 多數(shù)情況下，轉(zhuǎn)向器用兩