6 電 動(dòng) 汽 車 轉(zhuǎn) 向 制 動(dòng) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì)6.1 轉(zhuǎn) 向 系 設(shè) 計(jì) 概 述 轉(zhuǎn) 向 系 是 用 來 保 持 或 者 改 變 汽 車 行 駛 方 向 的 機(jī)構(gòu) ， 在 汽 車 轉(zhuǎn) 向 行 駛 時(shí) ， 保 證 各 轉(zhuǎn) 向 輪 之 間 有 協(xié) 調(diào)的 轉(zhuǎn) 角 關(guān) 系 。 機(jī) 械 轉(zhuǎn) 向 系 依 靠 駕 駛 員 的 手 力 轉(zhuǎn) 動(dòng) 轉(zhuǎn) 向 盤 ， 經(jīng)轉(zhuǎn) 向 器 和 轉(zhuǎn) 向 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 使 轉(zhuǎn) 向 輪 偏 轉(zhuǎn) 。 有 些 汽 車 還 裝 有 防 傷 機(jī) 構(gòu) 和 轉(zhuǎn) 向 減 振 器 。 采 用 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 的 汽 車 還 裝 有 動(dòng) 力 系 統(tǒng) ， 并 借 助此 系 統(tǒng) 來 減 輕 駕 駛 員 的 手 力 。 對 轉(zhuǎn) 向 系 提 出 的 要 求 有 ： 1)汽 車 轉(zhuǎn) 彎 行 駛 時(shí) ， 全 部 車 輪 應(yīng) 繞 瞬 時(shí) 轉(zhuǎn) 向 中心 旋 轉(zhuǎn) ， 任 何 車 輪 不 應(yīng) 有 側(cè) 滑 。 不 滿 足 這 項(xiàng) 要 求會 加 速 輪 胎 磨 損 ， 并 降 低 汽 車 的 行 駛 穩(wěn) 定 性 。 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(dòng) 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(dòng) 。 4)轉(zhuǎn) 向 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 和 懸 架 導(dǎo) 向 裝 置 共 同 工 作 時(shí) ，由 于 運(yùn) 動(dòng) 不 協(xié) 調(diào) 使 車 輪 產(chǎn) 生 的 擺 動(dòng) 應(yīng) 最 小 。 5)保 證 汽 車 有 較 高 的 機(jī) 動(dòng) 性 ， 具 有 迅 速 和 小 轉(zhuǎn)彎 行 駛 能 力 。 6)操 縱 輕 便 。 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 小 。 8)轉(zhuǎn) 向 器 和 轉(zhuǎn) 向 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 的 球 頭 處 ， 有 消 除 因磨 損 而 產(chǎn) 生 間 隙 的 調(diào) 整 機(jī) 構(gòu) 。 9)在 車 禍 中 ， 當(dāng) 轉(zhuǎn) 向 軸 和 轉(zhuǎn) 向 盤 由 于 車 架 或 車身 變 形 而 共 同 后 移 時(shí) ， 轉(zhuǎn) 向 系 應(yīng) 有 能 使駕 駛 員 免 遭 或 減 輕 傷 害 的 防 傷 裝 置 。 10)進(jìn) 行 運(yùn) 動(dòng) 校 核 ， 保 證 轉(zhuǎn) 向 盤 與 轉(zhuǎn) 向 輪 轉(zhuǎn) 動(dòng)方 向 一 致 。 正 確 設(shè) 計(jì) 轉(zhuǎn) 向 梯 形 機(jī) 構(gòu) ， 可 以 使 第 一 項(xiàng) 要 求得 到 保 證 。 轉(zhuǎn) 向 系 中 設(shè) 置 有 轉(zhuǎn) 向 減 振 器 時(shí) ， 能 夠 防 止 轉(zhuǎn)向 輪 產(chǎn) 生 自 振 ， 同 時(shí) 又 能 使 傳 到 轉(zhuǎn) 向 盤 上 的 反 沖力 明 顯 降 低 。 為 了 使 車 輛 具 有 良 好 的 機(jī) 動(dòng) 性 能 ， 必 須 使 轉(zhuǎn)向 輪 有 盡 可 能 大 的 轉(zhuǎn) 角 ， 并 要 達(dá) 到 按 前 外 輪 車 輪軌 跡 計(jì) 算 ， 其 最 小 轉(zhuǎn) 彎 半 徑 能 達(dá) 到 汽 車 軸 距 的 22 5倍 。 通 常 用 轉(zhuǎn) 向 時(shí) 駕 駛 員 作 用 在 轉(zhuǎn) 向 盤 上 的 切 向力 大 小 和 轉(zhuǎn) 向 盤 轉(zhuǎn) 動(dòng) 圈 數(shù) 多 少 兩 項(xiàng) 指 標(biāo) 來 評 價(jià) 操縱 輕 便 性 。 沒 有 裝 置 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 的 轎 車 ， 在 行 駛 中 轉(zhuǎn) 向 ，此 力 應(yīng) 為 50100N； 有 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 時(shí) ， 此 力 在 20-50N。 轎 車 轉(zhuǎn) 向 盤 從 中 間 位 置 轉(zhuǎn) 到 每 一 端 的 圈 數(shù) 不得 超 過 2.0圈 ， 貨 車 則 要 求 不 超 過 3 0圈 。 電 動(dòng) 、 電 控 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 器 已 得 到 較 快 發(fā) 展 ， 電控 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 可 以 實(shí) 現(xiàn) 在 各 種 行 駛 條 件 下 轉(zhuǎn) 動(dòng) 轉(zhuǎn) 向盤 的 力 都 輕 便 。 6.2 機(jī) 械 式 轉(zhuǎn) 向 器 結(jié) 構(gòu) 類 型 機(jī) 械 式 轉(zhuǎn) 向 器 應(yīng) 用 比 較 多 ， 根 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) 不同 ， 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 。 1 齒 輪 齒 條 式 齒 輪 齒 條 式 轉(zhuǎn) 向 器 廣 泛 應(yīng) 用 于 微 型 、 普 通 級 、中 級 和 中 高 級 轎 車 上 ， 甚 至 在 高 級 轎 車 上 也 有 采用 的 。 裝 載 量 不 大 、 前 輪 采 用 獨(dú) 立 懸 架 的 貨 車 和客 車 有 些 也 用 齒 輪 齒 條 式 轉(zhuǎn) 向 器 。 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 。 主 要 的 優(yōu) 點(diǎn) 是 ： 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 緊 湊 ； 殼 體 采 用鋁 合 金 或 鎂 合 金 壓 鑄 而 成 ， 轉(zhuǎn) 向 器 的 質(zhì) 量 比 較 小 ；傳 動(dòng) 效 率 高 達(dá) 90 ； 齒 輪 與 齒 條 之 間 因 磨 損 出 現(xiàn)間 隙 后 ， 利 用 圖 61裝 在 齒 條 背 部 的 彈 簧 ， 可 自動(dòng) 消 除 齒 間 間 隙 ， 不 僅 可 以 提 高 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) 的 剛 度 ，還 可 以 防 止 工 作 時(shí) 產(chǎn) 生 沖 擊 和 噪 聲 ； 轉(zhuǎn) 向 器 占 用的 體 積 小 ； 沒 有 轉(zhuǎn) 向 搖 臂 和 直 拉 桿 ， 所 以 轉(zhuǎn) 向 輪轉(zhuǎn) 角 可 以 增 大 ； 制 造 成 本 低 。 圖 61 自 動(dòng) 消 除 間 隙 裝 置 主 要 缺 點(diǎn) 是 ： 因 逆 效 率 高 (60 一 70 )， 汽車 在 不 平 路 面 上 行 駛 時(shí) ， 發(fā) 生 在 轉(zhuǎn) 向 輪 與 路 面 之間 的 沖 擊 力 ， 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(zhǔn) 確 控 制汽 車 行 駛 方 向 ， 轉(zhuǎn) 向 盤 突 然 轉(zhuǎn) 動(dòng) 又 會 造 成 打 手 ，對 駕 駛 員 造 成 傷 害 。 根 據(jù) 輸 入 齒 輪 位 置 和 輸 出 特 點(diǎn) 不 同 ， 齒 輪 齒 條 式轉(zhuǎn) 向 器 有 四 種 形 式 ： 中 間 輸 入 ， 兩 端 輸 出 (圖 6-2a)； 側(cè) 面 輸 入 ， 兩 端 輸 出 (圖 62b)； 側(cè) 面 輸 入 ，中 間 輸 出 (圖 62c)； 側(cè) 面 輸 入 ， 一 端 輸 出 (圖 62d)。 圖 6-2 齒 輪 齒 條 式 轉(zhuǎn) 向 器 的 四 種 形 式 齒 條 斷 面 形 狀 有 圓 形 (圖 63)、 V形 (圖 64)和 Y形 (圖 65)三 種 。 圓 形 斷 面 齒 條 制 作 工 藝 比 較簡 單 。 V形 和 Y形 斷 面 齒 條 與 圓 形 斷 面 比 較 ， 稍 耗的 材 料 少 ， 約 節(jié) 省 20 ， 故 質(zhì) 量 小 ； 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(dòng) ； 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 減摩 材 料 (如 聚 四 氟 乙 烯 )做 的 墊 片 (圖 64)可 減 少 滑動(dòng) 摩 擦 。 圖 63圓 形 斷 面 齒 條圖 6-4 V形 斷 面 齒 條 圖 6-5 Y形 斷 面 齒 條 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 ， 見 圖 66ad。 圖 66 齒 輪 齒 條 式 轉(zhuǎn) 向 器 的 四 種 布 置 形 式 2 循 環(huán) 球 式 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 67所示 。 圖 67 循 環(huán) 球 式 轉(zhuǎn) 向 器 優(yōu) 點(diǎn) 是 ： 在 螺 桿 和 螺 母 之 間 因 為 有 可 以 循 環(huán)流 動(dòng) 的 鋼 球 ， 將 滑 動(dòng) 摩 擦 變 為 滾 動(dòng) 摩 擦 ， 因 而 傳動(dòng) 效 率 可 達(dá) 到 75 一 85 ； 在 結(jié) 構(gòu) 和 工 藝 上 采 取措 施 ， 包 括 提 高 制 造 精 度 ， 改 善 工 作 表 面 的 表 面粗 糙 度 和 螺 桿 、 螺 母 上 的 螺 旋 槽 經(jīng) 淬 火 和 磨 削 加工 ， 使 之 有 足 夠 的 硬 度 和 耐 磨 損 性 能 ， 可 保 證 有足 夠 的 使 用 壽 命 ； 轉(zhuǎn) 向 器 的 傳 動(dòng) 比 可 以 變 化 ； 工作 平 穩(wěn) 可 靠 ； 齒 條 和 齒 扇 之 間 的 間 隙 調(diào) 整 工 作 容易 進(jìn) 行 (圖 6-8)； 適 合 用 來 做 整 體 式 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 器 。 主 要 缺 點(diǎn) 是 ： 逆 效 率 高 ， 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 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 貨 車 和 客 車 上 。 圖 6-8 循 環(huán) 球 式 轉(zhuǎn) 向 器 的 間 隙 調(diào) 整 機(jī) 構(gòu) 3 蝸 桿 滾 輪 式 蝸 桿 滾 輪 式 轉(zhuǎn) 向 器 由 蝸 桿 和 滾 輪 嚙 合 而 構(gòu) 成 。其 主 要 優(yōu) 點(diǎn) 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(qiáng) 度 ， 工 作 可 靠 ， 摩 損 小 ， 壽 命 長 ； 逆 效 率 低 。 主 要 缺 點(diǎn) 是 ： 正 效 率 低 ； 工 作 齒 面 摩 損 以 后 ，調(diào) 整 嚙 合 間 隙 比 較 困 難 ； 轉(zhuǎn) 向 器 的 傳 動(dòng) 比 不 能 變化 。 這 種 轉(zhuǎn) 向 器 曾 在 汽 車 上 廣 泛 使 用 過 。 4 蝸 桿 指 銷 式 蝸 桿 指 銷 式 轉(zhuǎn) 向 器 的 銷 子 若 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(dòng) 外 ， 還 能 繞 自 身 軸 線 轉(zhuǎn) 動(dòng) 的 ， 稱 之 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 。 優(yōu) 點(diǎn) 是 ： 轉(zhuǎn) 向 器 的 傳 動(dòng) 比 可 以 做 成 不 變 的 或者 變 化 的 ； 指 銷 和 蝸 桿 之 間 的 工 作 面 摩 損 后 ， 調(diào)整 間 隙 工 作 容 易 進(jìn) 行 。 磨 損 快 、 工 作 效 率 低 ， 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 。 蝸 桿 指 銷 式 轉(zhuǎn) 向 器 應(yīng) 用 較 少 。 防 傷 安 全 機(jī) 構(gòu) 根 據(jù) 交 通 事 故 統(tǒng) 計(jì) 資 料 和 對 汽 車 碰 撞 試 驗(yàn) 結(jié)果 的 分 析 表 明 ： 汽 車 正 面 碰 撞 時(shí) ， 轉(zhuǎn) 向 盤 ， 轉(zhuǎn) 向管 柱 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 它 物 體 碰 撞 的 試 驗(yàn) 中 ， 轉(zhuǎn) 向 管 柱 和 轉(zhuǎn) 向 軸 在 水平 方 向 的 后 移 量 不 得 大 于 127mm； 在 臺 架 試 驗(yàn)中 , 用 人 體 模 型 的 軀 干 以 6 7m s的 速 度 碰 撞 轉(zhuǎn)向 盤 時(shí) ， 作 用 在 轉(zhuǎn) 向 盤 上 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(jì) 并 安 裝 能 防 止 或者 減 輕 駕 駛 員 受 傷 的 機(jī) 構(gòu) 。 當(dāng) 轉(zhuǎn) 向 傳 動(dòng) 軸 中 采 用 有 萬 向 節(jié) 連 接 的 結(jié) 構(gòu) 時(shí)（ 圖 69所 示 ） ， 這 種 結(jié) 構(gòu) 雖 不 能 吸 收 碰 撞 能 量 ，但 其 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 只 要 萬 向 節(jié) 連 接 的 兩 軸 之 間 存 在夾 角 ， 正 面 撞 車 后 轉(zhuǎn) 向 傳 動(dòng) 軸 和 轉(zhuǎn) 向 盤 就 處 在 圖中 雙 點(diǎn) 劃 線 的 位 置 ， 轉(zhuǎn) 向 盤 沒 有 后 移 便 不 會 危 及駕 駛 員 安 全 。圖 6-9 防 傷 轉(zhuǎn) 向 傳 動(dòng) 軸 簡 圖 圖 610所 示 在 轎 車 上 應(yīng) 用 的 防 傷 安 全 機(jī) 構(gòu) ，其 結(jié) 構(gòu) 最 簡 單 ， 制 造 容 易 。 轉(zhuǎn) 向 軸 分 為 兩 段 ， 上轉(zhuǎn) 向 軸 的 下 端 經(jīng) 彎 曲 成 形 后 ， 其 軸 線 與 主 軸 軸 線之 間 偏 移 一 段 距 離 ， 其 端 面 與 焊 有 兩 個(gè) 圓 頭 圓 柱銷 的 緊 固 板 焊 接 ， 兩 圓 柱 銷 的 中 心 線 對 稱 于 上 轉(zhuǎn)向 軸 的 主 軸 線 。 該 軸 在 使 用 過 程 中 除 傳 遞 轉(zhuǎn) 矩 外 ，在 受 到 一 定 數(shù) 值 的 軸 向 力 時(shí) ， 上 、 下 轉(zhuǎn) 向 軸 能 自動(dòng) 脫 開 ， 以 確 保 駕 駛 員 安 全 。圖 6-10防 傷 轉(zhuǎn) 向 軸 簡 圖 圖 611所 示 為 聯(lián) 軸 套 管 吸 收 沖 擊 能 量 機(jī) 構(gòu) 。 位 于 兩萬 向 節(jié) 之 間 的 轉(zhuǎn) 向 傳 動(dòng) 軸 ， 是 由 套 管 1和 軸 3組 成 ， 裝 配后 從 兩 側(cè) 的 孔 中 注 入 塑 料 ， 形 成 塑 料 銷 釘 2將 套 管 與 軸 連接 為 一 體 。 車 輛 與 其 它 物 體 正 面 沖 撞 時(shí) ， 作 用 在 套 管 與 軸之 間 的 軸 向 力 使 塑 料 銷 釘 受 到 剪 切 作 用 ， 達(dá) 到 一 定 值 以 后剪 斷 銷 釘 ， 然 后 套 管 與 軸 相 對 移 動(dòng) ， 存 在 其 間 的 塑 料 能 增大 摩 擦 阻 力 吸 收 沖 擊 能 量 。 此 外 ， 套 管 與 軸 相 互 壓 縮 ， 長度 縮 短 ， 可 以 減 少 轉(zhuǎn) 向 盤 向 駕 駛 員 一 側(cè) 的 移 動(dòng) 量 ， 起 到 保護(hù) 駕 駛 員 的 作 用 。 這 種 防 傷 機(jī) 構(gòu) 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 制 造 容 易 ， 只要 合 理 地 選 取 鉚 釘 數(shù) 量 與 直 徑 ， 便 能 保 證 它 可 靠 地 工 作 和吸 收 沖 擊 能 量 。 撞 車 后 因 套 管 與 軸 仍 處 在 連 接 狀 態(tài) ， 所 以車 輛 仍 有 可 能 轉(zhuǎn) 向 行 駛 到 不 妨 礙 交 通 的 地 方 。圖 611 安 全 聯(lián) 軸 套 管 1-套 管 2-塑 料 銷 釘 3-軸 彈 性 聯(lián) 軸 器 式 防 傷 機(jī) 構(gòu) 圖 612 。 車 輛 一 旦出 現(xiàn) 嚴(yán) 重 的 碰 撞 事 故 ， 彈 性 墊 片 不 僅 有 軸 向 變 形 ，而 且 能 撕 裂 直 至 斯 開 ， 同 時(shí) 吸 收 了 沖 擊 能 量 ， 并允 許 上 、 下 轉(zhuǎn) 向 軸 相 對 移 動(dòng) 。 這 種 防 傷 機(jī) 構(gòu) 的 結(jié)構(gòu) 簡 單 ， 容 易 制 造 ， 成 本 低 。 但 彈 性 墊 片 的 存 在會 降 低 扭 轉(zhuǎn) 剛 度 ， 對 此 必 須 采 取 結(jié) 構(gòu) 措 施 予 以 消除 。 這 種 結(jié) 構(gòu) 工 作 的 可 靠 性 由 彈 性 墊 片 的 強(qiáng) 度 來決 定 。圖 6-12 彈 性 聯(lián) 軸 器 a)彈 性 聯(lián) 軸 器 b)彈 性墊 片1-上 轉(zhuǎn) 向 軸 2-凸 緣 3-聯(lián) 接 螺 蠅 栓 4-彈 性 墊 片 5-下 轉(zhuǎn) 向 軸 圖 613示 出 的 上 、 下 兩 段 轉(zhuǎn) 向 管 柱 1和 2壓入 兩 端 各 有 兩 排 凹 坑 的 套 管 3里 。 轉(zhuǎn) 向 軸 分 為 上 、下 兩 段 ， 用 花 鍵 連 接 (圖 上 未 畫 出 )， 因 而 同 上 述 幾種 形 式 比 較 ， 這 種 機(jī) 構(gòu) 雖 然 工 作 可 靠 ， 但 結(jié) 構(gòu) 復(fù)雜 ， 而 且 制 造 精 度 也 相 對 要 求 高 些 。 圖 613 吸 能 轉(zhuǎn) 向 管 柱簡 圖1-上 轉(zhuǎn) 向 管 柱 2-下 轉(zhuǎn) 向管 柱 3-套 管 6.3 轉(zhuǎn) 向 系 的 主 要 性 能 參 數(shù) 一 、 轉(zhuǎn) 向 器 的 效 率 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 正 效 率 ， 用 符 號 表 示 ，反 之 稱 為 逆 效 率 ， 用 符 號 表 示 ，。 式 中 ， P 2為 轉(zhuǎn) 向 器 中 的 摩 擦 功 率 ； P3為 作 用 在 轉(zhuǎn)向 搖 臂 軸 上 的 功 率 。1 21PPP 3 23P PP 為 了 保 證 轉(zhuǎn) 向 時(shí) 駕 駛 員 轉(zhuǎn) 動(dòng) 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(dòng) 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(shí) 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 。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(diǎn) 、 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(diǎn) 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 。(2)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 摩 擦 損 失 ， 只 考 慮 嚙 合 副 的 摩 擦 損 失 ， 對 于蝸 桿 和 螺 桿 類 轉(zhuǎn) 向 器 ， 其 效 率 可 用 下 式 計(jì) 算 (6-1)式 中 ， 0為 蝸 桿 (或 螺 桿 )的 螺 線 導(dǎo) 程 角 ； 為 摩 擦角 ， =arctan f ； f為 摩 擦 因 數(shù) 。 )tan(tan 0 0 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(dòng) 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(shí) ， 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(shí) 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(dòng) 機(jī) 構(gòu) 的零 件 承 受 ， 因 而 這 些 零 件 容 易 損 壞 。 同 時(shí) ， 它 既 不能 保 證 車 輪 自 動(dòng) 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 沖 擊 力 作 用 時(shí) ， 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(shí) ， 駕 駛員 并 不 十 分 緊 張 ， 同 時(shí) 轉(zhuǎn) 向 傳 動(dòng) 機(jī) 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(jì) 算 (6-2) 式 (61)和 式 (62)表 明 ： 增 加 導(dǎo) 程 角 0， 正 、逆 效 率 均 增 大 。 受 -增 大 的 影 響 ， 0不 宜 取 得 過 大 。當(dāng) 導(dǎo) 程 角 小 于 或 等 于 摩 擦 角 時(shí) ， 逆 效 率 為 負(fù) 值 或者 為 零 ， 此 時(shí) 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 摩 擦 角 。 通 常 螺 線 導(dǎo) 程 角選 在 8 10 之 間 。 00tan )tan( 二 、 傳 動(dòng) 比 的 變 化 特 性1 轉(zhuǎn) 向 系 傳 動(dòng) 比 轉(zhuǎn) 向 系 的 傳 動(dòng) 比 包 括 轉(zhuǎn) 向 系的 角 傳 動(dòng) 比 i0和 轉(zhuǎn) 向 系 的 力 傳 動(dòng) 比 ip。 從 輪 胎 接 地 面 中 心 作 用 在 兩 個(gè) 轉(zhuǎn) 向 輪 上 的 合 力2Fw與 作 用 在 轉(zhuǎn) 向 盤 上 的 手 力 Fh之 比 ， 稱 為 力 傳 動(dòng)比 ， 即 ip=2Fw/Fh。 轉(zhuǎn) 向 盤 轉(zhuǎn) 動(dòng) 角 速 度 w與 同 側(cè) 轉(zhuǎn) 向 節(jié) 偏 轉(zhuǎn) 角 速 度k之 比 ， 稱 為 轉(zhuǎn) 向 系 角 傳 動(dòng) 比 i 0 ，即式 中 ， d為 轉(zhuǎn) 向 盤 轉(zhuǎn) 角 增 量 ； d k為 轉(zhuǎn) 向 節(jié) 轉(zhuǎn) 角增 量 ； dt為 時(shí) 間 增 量 。 kkkw dddtd dtdi /0 它 又 由 轉(zhuǎn) 向 器 角 傳 動(dòng) 比 i和 轉(zhuǎn) 向 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 角 傳 動(dòng)比 i 所 組 成 ， 即 i 0 =i i 。 轉(zhuǎn) 向 盤 轉(zhuǎn) 動(dòng) 角 速 度 w與 搖 臂 軸 轉(zhuǎn) 動(dòng) 角 速 度 p之比 ， 稱 為 轉(zhuǎn) 向 器 角 傳 動(dòng) 比 i,即式 中 ， dp為 搖 臂 軸 轉(zhuǎn) 角 增 量 。 此 定 義 適 用 于 除 齒輪 齒 條 式 之 外 的 轉(zhuǎn) 向 器 。 搖 臂 軸 轉(zhuǎn) 動(dòng) 角 速 度 p 與 同 側(cè) 轉(zhuǎn) 向 節(jié) 偏 轉(zhuǎn) 角 速 度 k之 比 ， 稱 為 轉(zhuǎn) 向 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 的 角 傳 動(dòng) 比 i ，即 ppkw dddtd dtdi / kpkpkp dddtd dtdi / 2 力 傳 動(dòng) 比 與 轉(zhuǎn) 向 系 角 傳 動(dòng) 比 的 關(guān) 系 輪 胎 與 地 面 之 間 的 轉(zhuǎn) 向 阻 力 Fw和 作 用 在 轉(zhuǎn) 向 節(jié)上 的 轉(zhuǎn) 向 阻 力 矩 Mr之 間 有 如 下 關(guān) 系 Fw=Mr/a (63)式 中 ,a為 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(diǎn) 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 Fh可 用 下 式 表 示 Fh=2Mh/Dsw (64)式 中 ， M h為 作 用 在 轉(zhuǎn) 向 盤 上 的 力 矩 ； Dsw為 轉(zhuǎn) 向盤 直 徑 。 將 式 (63)、 式 (64)代 入 ip=2Fw Fh 得 ip=MrDsw / (Mha) (65) 分 析 式 (65)可 知 ， 當(dāng) 主 銷 偏 移 距 a小 時(shí) ， 力 傳動(dòng) 比 ip應(yīng) 取 大 些 才 能 保 證 轉(zhuǎn) 向 輕 便 。 通 常 轎 車 的 a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 a值 在 4060mm范 圍 內(nèi) 選 取 。 轉(zhuǎn) 向 盤 直 徑 Dsw根 據(jù) 車 型 不 同在 JB450586轉(zhuǎn) 向 盤 尺 寸 標(biāo) 準(zhǔn) 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 ， 2Mr Mh可 用 下 式 表 示 (66) 將 式 (66)代 入 式 (65)后 得 到 (67) 當(dāng) a和 Dsw不 變 時(shí) ， 力 傳 動(dòng) 比 ip越 大 ， 雖 然 轉(zhuǎn)向 越 輕 ， 但 i0也 越 大 ， 表 明 轉(zhuǎn) 向 不 靈 敏 。02 iddMM khr aDii swp 20 3 轉(zhuǎn) 向 系 的 角 傳 動(dòng) 比 i0 轉(zhuǎn) 向 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 角 傳 動(dòng) 比 ， i 還 可 以 近 似 地 用 轉(zhuǎn)向 節(jié) 臂 臂 長 L2與 搖 臂 臂 長 L1之 比 來 表 示 ，即 i 0 L2 L1。 現(xiàn) 代 汽 車 結(jié) 構(gòu) 中 ， L2與 L1的 比 值大 約 在 0 85 1 1之 間 ， 可 近 似 認(rèn) 為 其 比 值 為 1，則 i 0 i =d/d。 由 此 可 見 ， 研 究 轉(zhuǎn) 向 系 的傳 動(dòng) 比 特 性 ， 只 需 研 究 轉(zhuǎn) 向 器 的 角 傳 動(dòng) 比 i及 其 變化 規(guī) 律 即 可 。 4 轉(zhuǎn) 向 器 角 傳 動(dòng) 比 及 其 變 化 規(guī) 律 式 (67)表 明 ： 增 大 角 傳 動(dòng) 比 可 以 增 加 力 傳 動(dòng)比 。 從 ip=2Fw Fh式 可 知 ， 當(dāng) Fw一 定 時(shí) ， 增 大 ip能 減 小 作 用 在 轉(zhuǎn) 向 盤 上 的 手 力 Fh， 使 操 縱 輕 便 。 考 慮 到 i0i， 由 i0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(dòng) 比 成 反 比 。 角 傳 動(dòng) 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(shí) 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 。 三 ， 轉(zhuǎn) 向 器 傳 動(dòng) 副 的 傳 動(dòng) 間 隙 t 1 轉(zhuǎn) 向 器 傳 動(dòng) 間 隙 特 性 傳 動(dòng) 間 隙 是 指 各 種 轉(zhuǎn) 向 器 中 傳 動(dòng) 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(dòng) 副 傳 動(dòng) 間 隙 特 性 (圖 614)。 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) 。圖 6-14轉(zhuǎn) 向 器傳 動(dòng) 副 傳 動(dòng) 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(dòng) 間 隙 變 化 特 性 。 直 線 行 駛 時(shí) ， 轉(zhuǎn) 向 器 傳 動(dòng) 副 若 存 在 傳 動(dòng) 間 隙 ，一 旦 轉(zhuǎn) 向 輪 受 到 側(cè) 向 力 作 用 ， 就 能 在 間 隙 t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(dòng) 副 的 傳 動(dòng) 間隙 在 轉(zhuǎn) 向 盤 處 于 中 間 及 其 附 近 位 置 時(shí) (一 般 是10 15 )要 極 小 ， 最 好 無 間 隙 。 轉(zhuǎn) 向 器 傳 動(dòng) 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(shí) ，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 。傳 動(dòng) 副 的 傳 動(dòng) 間 隙 特 性 ， 應(yīng) 當(dāng) 設(shè) 計(jì) 成 在 離 開 中 間位 置 以 后 呈 圖 614所 示 的 逐 漸 加 大 的 形 狀 。 2.如 何 獲 得 傳 動(dòng) 間 隙 特 性 循 環(huán) 球 式 轉(zhuǎn) 向 器 的 齒 條 齒 扇 傳 動(dòng) 副 的 傳 動(dòng) 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(dòng) 間 隙 。 即 將 中 間 齒 設(shè) 計(jì) 成 正 常 齒 厚 ， 從靠 近 中 間 齒 的 兩 側(cè) 齒 到 離 開 中 間 齒 最 遠(yuǎn) 的 齒 ， 其厚 度 依 次 遞 減 。 如 圖 6-15所 示 ， 齒 扇 工 作 時(shí) 繞 搖 臂 軸 的 軸 線中 心 O轉(zhuǎn) 動(dòng) 。 加 工 齒 扇 時(shí) 使 之 繞 切 齒 軸 線 O1轉(zhuǎn) 動(dòng) 。兩 軸 線 之 間 的 距 離 n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(dòng) 特 性 可 用 下 式計(jì) 算 (68) 22122 coscostan2 nRnnRt ppd 式 中 ， d為 端 面 壓 力 角 ； R為 節(jié) 圓 半 徑 ； p為 搖 臂軸 轉(zhuǎn) 角 ； R1為 中 心 O1到 b點(diǎn) 的 距 離 ； n為 偏 心 距 。 圖 6-15 確 定 齒 扇 齒 切 齒軸 線 偏 移 的 傳 動(dòng) 副 徑 向 間 隙 R及 傳 動(dòng) 間 隙 t的 示 意 圖 第 四 節(jié) 機(jī) 械 式 轉(zhuǎn) 向 器 的 設(shè) 計(jì) 與 計(jì) 算 (轉(zhuǎn) 向 系 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) ) 一 、 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 。 首 先 確 定 作 用 在 各 零 件 上 的 力 。 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 。 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 M R(Nmm) (69) 式 中 ， f為 輪 胎 和 路 面 間 的 滑 動(dòng) 摩 擦 因 數(shù) ， 一 般取 0 7； G1為 轉(zhuǎn) 向 軸 負(fù) 荷 (N)； p為 輪 胎 氣 壓(MPa)。 作 用 在 轉(zhuǎn) 向 盤 上 的 手 力 為 (610) 式 中 ， L1為 轉(zhuǎn) 向 搖 臂 長 ； L2為 轉(zhuǎn) 向 節(jié) 臂 長 ； Dsw為 轉(zhuǎn) 向 盤 直 徑 ； i 為 轉(zhuǎn) 向 器 角 傳 動(dòng) 比 ； +為 轉(zhuǎn) 向 器正 效 率 。 p GfMR 313 iDL MLF sw Rh 2 12 對 給 定 的 汽 車 ， 用 式 (610)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 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 可 能 ， 在 此 情 況 下對 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。 二 、 齒 輪 齒 條 式 轉(zhuǎn) 向 器 的 設(shè) 計(jì) 齒 輪 齒 條 式 轉(zhuǎn) 向 器 的 齒 輪 多 數(shù) 采 用 斜 齒 圓 柱 齒輪 。 齒 輪 模 數(shù) 取 值 范 圍 多 在 2 3mm之 間 。 主 動(dòng)小 齒 輪 齒 數(shù) 多 數(shù) 在 57個(gè) 齒 范 圍 變 化 ， 壓 力 角 取20 ， 齒 輪 螺 旋 角 取 值 范 圍 多 為 9 15 。 齒條 齒 數(shù) 應(yīng) 根 據(jù) 轉(zhuǎn) 向 輪 達(dá) 到 最 大 偏 轉(zhuǎn) 角 時(shí) ， 相 應(yīng) 的齒 條 移 動(dòng) 行 程 應(yīng) 達(dá) 到 的 值 來 確 定 。 變 速 比 的 齒 條壓 力 角 ， 對 現(xiàn) 有 結(jié) 構(gòu) 在 12 35 范 圍 內(nèi) 變 化 。此 外 ， 設(shè) 計(jì) 時(shí) 應(yīng) 驗(yàn) 算 齒 輪 的 抗 彎 強(qiáng) 度 和 接 觸 強(qiáng) 度 。 主 動(dòng) 小 齒 輪 選 用 16MnCr5或 15CrNi6材 料 制造 ， 而 齒 條 常 采 用 45鋼 制 造 。 為 減 輕 質(zhì) 量 ， 殼 體用 鋁 合 金 壓 鑄 。 三 、 循 環(huán) 球 式 轉(zhuǎn) 向 器 設(shè) 計(jì) (一 )主 要 尺 寸 參 數(shù) 的 選 擇 1 螺 桿 、 鋼 球 、 螺 母 傳 動(dòng) 副 (1)鋼 球 中 心 距 D、 螺 桿 外 徑 D1、 螺 母 內(nèi) 徑 D2 、鋼 球 直 徑 d， 圖 616所 示 。 D1通 常 在 2038mm范 圍 內(nèi) 變 化 ， 設(shè) 計(jì) 時(shí) 應(yīng) 根 據(jù) 轉(zhuǎn) 向 軸 負(fù) 荷 的不 同 來 選 定 。 D2應(yīng) 大 于 D1， 一 般 要 求 D2-D1=(5 10 )D。 圖 616 螺 桿 、 鋼 球 、螺 母 傳 動(dòng) 副 (2)鋼 球 直 徑 d及 數(shù) 量 n 鋼 球 直 徑 尺 寸 d取 得 大 ，能 提 高 承 載 能 力 ， 同 時(shí) 螺 桿 和 螺 母 傳 動(dòng) 機(jī) 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(biāo)準(zhǔn) ， 一 般 常 在 7-9mm范 圍 內(nèi) 選 用 。 增 加 鋼 球 數(shù) 量 n， 能 提 高 承 載 能 力 ， 但 使 鋼 球流 動(dòng) 性 變 壞 ， 從 而 使 傳 動(dòng) 效 率 降 低 。 經(jīng) 驗(yàn) 證 明 ，每 個(gè) 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 。 (3)滾 道 截 面 當(dāng) 螺 桿 和 螺 母 各 由 兩 條 圓 弧 組 成 ，形 成 四 段 圓 弧 滾 道 截 面 時(shí) ， 見 圖 617， 鋼 球 與 滾道 有 四 點(diǎn) 接 觸 ， 傳 動(dòng) 時(shí) 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 R2應(yīng)大 于 鋼 球 半 徑 d 2 一 般 取 R2=(0 510 53)d。圖 6-17 四 段 圓 弧 滾 道 截 面 (4)接 觸 角 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 角 稱 為 接 觸 角 ， 如圖 617所 示 。 角 多 取 為 45 ， 以 使 軸 向 力 和徑 向 力 分 配 均 勻 。 (5)螺 距 P和 螺 旋 線 導(dǎo) 程 角 0 轉(zhuǎn) 向 盤 轉(zhuǎn) 動(dòng) 角 ， 對應(yīng) 螺 母 移 動(dòng) 的 距 離 s為 s= P/(2) (611)式 中 ， P為 螺 紋 螺 距 。 與 此 同 時(shí) ， 齒 扇 節(jié) 圓 轉(zhuǎn) 過 的 弧 長 等 于 s， 相 應(yīng) 搖 臂軸 轉(zhuǎn) 過 p角 ， 其 間 關(guān) 系 可 表 示 如 下 s= p r (6-12)式 中 ， r為 齒 扇 節(jié) 圓 半 徑 。 (6)工 作 鋼 球 圈 數(shù) W 多 數(shù) 情 況 下 ， 轉(zhuǎn) 向 器 用 兩 個(gè) 環(huán)路 ， 而 每 個(gè) 環(huán) 路 的 W又 與 接 觸 強(qiáng) 度 有 關(guān) ： 增 加 W，參 加 工 作 的 鋼 球 增 多 ， 能 降 低 接 觸 應(yīng) 力 ， 提 高 承載 能 力 ； 但 鋼 球 受 力 不 均 勻 、 螺 桿 增 長 而 使 剛 度降 低 。 工 作 鋼 球 圈 數(shù) 有 1 5和 2.5圈 兩 種 。 2 齒 條 、 齒 扇 傳 動(dòng) 副 設(shè) 計(jì) 如 圖 618所 示 ， 變 厚 齒 扇 的 齒 頂 和 齒 根 的 輪廓 面 是 圓 錐 的 一 部 分 ， 其 分 度 圓 上 的 齒 厚 是 變 化的 ， 故 稱 之 為 變 厚 齒 扇 . 圖 6-18 變 厚 齒 扇 齒 形計(jì) 算 簡 圖 四 、 循 環(huán) 球 式 轉(zhuǎn) 向 器 零 件 強(qiáng) 度 計(jì) 算 1 鋼 球 與 滾 道 之 間 的 接 觸 應(yīng) 力 ， 用 下 式 計(jì) 算 鋼 球 與 滾 道 之 間 的 接 觸 應(yīng) 力 式 中 ， k為 系 數(shù) ， 根 據(jù) A B值 從 表 61查 取 ，A=(1 r)-(1 R2)/2， B=(1 r)+(1 R1)/2；R2為 滾 道 截 面 半 徑 ； r為 鋼 球 半 徑 ； R1為 螺 桿 外 半徑 ； E為 材 料 彈 性 模 量 ， 等 于 2 1x105N mm2；F 3為 鋼 球 與 螺 桿 之 間 的 正 壓 力 ， 可 用 下 式 計(jì) 算 3 22 2223 )( )( rR rREFk coscos 023 n FF 式 中 ， 0為 螺 桿 螺 線 導(dǎo) 程 角 ； 為 接 觸 角 ； n為 參與 工 作 的 鋼 球 數(shù) ； F2為 作 用 在 螺 桿 上 的 軸 向 力 ，見 圖 619。 當(dāng) 接 觸 表 面 硬 度 為 5864HRC時(shí) ，許 用 接 觸 應(yīng) 力 =2500N mm2。圖 6-19 螺 桿 受 力 簡 圖 表 6-1 系 數(shù) k與 A B的 關(guān) 系 A B 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3K 0.388 0.400 0.410 0.440 0.468 0.490 0.536 0.600A B 0.2 0.15 0.1 0.05 0.02 0.01 0.007K 0.716 0.800 0.970 1.280 1.800 2.271 3.202 2 齒 的 彎 曲 應(yīng) 力 用 下 式 計(jì) 算 齒 扇 齒 的 彎 曲 應(yīng) 力 式 中 ， F為 作 用 在 齒 扇 上 的 圓 周 力 ； h為 齒 扇 的 齒高 ： B為 齒 扇 的 齒 寬 ： s為 基 圓 齒 厚 。 許 用 彎 曲 應(yīng) 力 為 w=540N mm2。 螺 桿 和 螺 母 用 20CrMnTi鋼 制 造 ， 表 面 滲 碳 。前 軸 負(fù) 荷 不 大 的 汽 車 ， 滲 碳 層 深 度 在 0.81.2mm；前 軸 負(fù) 荷 大 的 汽 車 ， 滲 碳 層 深 度 在1.051.45mm。 表 面 硬 度 為 5863HRC。 應(yīng) 根 據(jù) 材 料 力 學(xué) 提 供 的 公 式 ， 對 接 觸 應(yīng) 力 進(jìn) 行 驗(yàn) 算 。26BsFhw 3 轉(zhuǎn) 向 搖 臂 軸 直 徑 的 確 定 用 下 式 計(jì) 算 確 定 搖 臂 軸 直 徑 d 式 中 ， K為 安 全 系 數(shù) ， 根 據(jù) 汽 車 使 用 條 件 不 同 可 取2.53 5； MR為 轉(zhuǎn) 向 阻 力 矩 ； 0為 扭 轉(zhuǎn) 強(qiáng) 度 極限 。 搖 臂 軸 用 20CrMnTi鋼 制 造 ， 表 面 滲 碳 ， 滲 碳層 深 度 在 0 8 1.2mm。 前 軸 負(fù) 荷 大 的 汽 車 ， 滲碳 層 深 度 為 1 05 1 45mm。 表 面 硬 度 為5863HRC。 3 02.0 RKMd 第 五 節(jié) 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 機(jī) 構(gòu) 為 了 減 輕 轉(zhuǎn) 向 時(shí) 駕 駛 員 作 用 到 轉(zhuǎn) 向 盤 上 的 手力 和 提 高 行 駛 安 全 性 ， 在 有 些 汽 車 上 裝 設(shè) 了 動(dòng) 力轉(zhuǎn) 向 機(jī) 構(gòu) 。 中 級 以 上 轎 車 ， 由 于 對 其 操 縱 輕 便 性 的 要 求越 來 越 高 ， 采 用 或 者 可 供 選 裝 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 器 的逐 漸 增 多 。 轉(zhuǎn) 向 軸 軸 載 質(zhì) 量 超 過 2 5t的 貨 車 可 以采 用 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 ， 當(dāng) 超 過 4t時(shí) 應(yīng) 該 采 用 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 。 一 、 對 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 機(jī) 構(gòu) 的 要 求 1)運(yùn) 動(dòng) 學(xué) 上 應(yīng) 保 持 轉(zhuǎn) 向 輪 轉(zhuǎn) 角 和 駕 駛 員 轉(zhuǎn) 動(dòng) 轉(zhuǎn) 向 盤 的轉(zhuǎn) 角 之 間 保 持 一 定 的 比 例 關(guān) 系 。 2)隨 著 轉(zhuǎn) 向 輪 阻 力 的 增 大 (或 減 小 )， 作 用 在 轉(zhuǎn) 向 盤 上的 手 力 必 須 增 大 (或 減 小 )， 稱 之 為 “ 路 感 ” 。 3)當(dāng) 作 用 在 轉(zhuǎn) 向 盤 上 的 切 向 力 Fh0 0250 190kN時(shí) (因 汽 車 形 式 不 同 而 異 )， 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 器 就 應(yīng) 開始 工 作 。 4)轉(zhuǎn) 向 后 ， 轉(zhuǎn) 向 盤 應(yīng) 自 動(dòng) 回 正 ， 并 使 汽 車 保 持 在 穩(wěn) 定的 直 線 行 駛 狀 態(tài) 。 5)工 作 靈 敏 ， 即 轉(zhuǎn) 向 盤 轉(zhuǎn) 動(dòng) 后 ， 系 統(tǒng) 內(nèi) 壓 力 能 很 快 增長 到 最 大 值 。 6)動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 失 靈 時(shí) ， 仍 能 用 機(jī) 械 系 統(tǒng) 操 縱 車 輪 轉(zhuǎn) 向 。 7)密 封 性 能 好 ， 內(nèi) 、 外 泄 漏 少 。 二 、 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 機(jī) 構(gòu) 布 置 方 案 分 析 液 壓 式 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 因 為 油 液 工 作 壓 力 高 ， 動(dòng) 力缸 尺 寸 小 、 質(zhì) 量 小 ， 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 ， 油 液 具 有 不 可 壓縮 性 ， 靈 敏 度 高 以 及 油 液 的 阻 尼 作 用 可 吸 收 路 面沖 擊 等 優(yōu) 點(diǎn) 而 被 廣 泛 應(yīng) 用 。 1 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 機(jī) 構(gòu) 布 置 方 案 由 分 配 閥 、 轉(zhuǎn) 向 器 、 動(dòng) 力 缸 、 液 壓 泵 、 貯 油 罐和 油 管 等 組 成 液 壓 式 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 機(jī) 構(gòu) 。 根 據(jù) 分 配 閥 、轉(zhuǎn) 向 器 和 動(dòng) 力 缸 三 者 相 互 位 置 的 不 同 ， 它 分 為 整體 式 (圖 620a)和 分 置 式 ： 分 配 閥 裝 在 動(dòng) 力 缸 上的 稱 為 聯(lián) 閥 式 ， 圖 620b； 分 配 閥 裝 在 轉(zhuǎn) 向 器 和動(dòng) 力 缸 之 間 的 拉 桿 上 稱 為 連 桿 式 ， 圖 620c； 分配 閥 裝 在 轉(zhuǎn) 向 器 上 的 稱 為 半 分 置 式 ， 圖 6-20d兩類 。 圖 620 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 機(jī) 構(gòu) 布 置 方 案 圖1-分 配 閥 2-轉(zhuǎn) 向 器 3-動(dòng) 力 缸 在 分 析 比 較 上 述 幾 種 不 同 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 機(jī) 構(gòu) 布 置方 案 時(shí) ， 應(yīng) 從 以 下 幾 方 面 來 做 比 較 ： 結(jié) 構(gòu) 上 是 否 緊 湊 ； 轉(zhuǎn) 向 器 主 要 零 件 是 否 承 受 由 動(dòng) 力 缸 建 立 起 來的 載 荷 ； 拆 裝 轉(zhuǎn) 向 器 是 否 容 易 ； 管 路 ， 特 別 是 軟 管 的 管 路 長 短 ； 轉(zhuǎn) 向 輪 在 側(cè) 向 力 作 用 下 是 否 容 易 引 起 轉(zhuǎn) 向 輪擺 振 ； 能 不 能 采 用 典 型 轉(zhuǎn) 向 器 。 整 體 式 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 器 ， 由 于 分 配 閥 、 轉(zhuǎn) 向 器 、 動(dòng)力 缸 三 者 裝 在 一 起 ， 因 而 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 ， 管 路 也 短 。在 轉(zhuǎn) 向 輪 受 到 側(cè) 向 力 作 用 時(shí) 或 者 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 振 動(dòng) 不會 影 響 分 配 閥 的 振 動(dòng) ， 因 而 不 能 引 起 轉(zhuǎn) 向 輪 擺 振 。 其 缺 點(diǎn) 是 轉(zhuǎn) 向 搖 臂 軸 、 搖 臂 等 轉(zhuǎn) 向 器 主 要 零件 ， 都 要 承 受 由 動(dòng) 力 缸 所 建 立 起 來 的 載 荷 ， 因 此必 須 加 大 它 們 的 尺 寸 和 質(zhì) 量 ， 這 對 布 置 它 們 帶 來不 利 的 影 響 。 同 時(shí) 還 不 能 采 用 典 型 轉(zhuǎn) 向 器 ， 拆 裝轉(zhuǎn) 向 器 時(shí) 要 比 分 置 式 的 困 難 。 對 轉(zhuǎn) 向 器 的 密 封 性能 要 求 高 ， 這 對 轉(zhuǎn) 向 器 的 設(shè) 計(jì) ， 特 別 是 重 型 汽 車的 轉(zhuǎn) 向 器 設(shè) 計(jì) 帶 來 困 難 。 整 體 式 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 器 多 用 于 轎 車 和 中 型 貨 車 。 2 分 配 閥 的 結(jié) 構(gòu) 方 案 分 配 閥 有 兩 種 結(jié) 構(gòu) 方 案 ： 分 配 閥 中 的 閥 與 閥體 以 軸 向 移 動(dòng) 方 式 來 控 制 油 路 的 稱 為 滑 閥 式 ， 以旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 來 控 制 油 路 的 稱 為 轉(zhuǎn) 閥 式 。 滑 閥 式 分 配 閥 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 生 產(chǎn) 工 藝 性 較 好 ，易 于 布 置 ， 使 用 性 能 較 好 ， 曾 得 到 廣 泛 應(yīng) 用 。 轉(zhuǎn) 閥 式 與 滑 閥 式 比 較 ， 靈 敏 度 高 ， 密 封 件 少 ，結(jié) 構(gòu) 較 為 先 進(jìn) 。 由 于 轉(zhuǎn) 閥 式 是 利 用 扭 桿 彈 簧 使 轉(zhuǎn)閥 回 位 ， 所 以 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 。 轉(zhuǎn) 閥 式 分 配 閥 在 國 內(nèi) 、外 均 得 到 廣 泛 應(yīng) 用 。 三 ， 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 機(jī) 構(gòu) 的 計(jì) 算 1 動(dòng) 力 ， 缸 尺 寸 的 計(jì) 算 動(dòng) 力 缸 的 主 要 尺 寸 有 動(dòng) 力 缸 內(nèi) 徑 、 活 塞 行 程 、活 塞 桿 直 徑 和 動(dòng) 力 缸 殼 體 壁 厚 。 動(dòng) 力 缸 的 布 置 若 如 圖 621所 示 ， 則 在 計(jì) 算 前 ，應(yīng) 先 行 確 定 作 用 在 直 拉 桿 上 的 力 F1此 力 應(yīng) 用 式(69)計(jì) 算 出 來 的 轉(zhuǎn) 向 阻 力 矩 換 算 。圖 6-21 動(dòng) 力 缸 的 布 置 動(dòng) 力 缸 應(yīng) 產(chǎn) 生 的 推 力 F用 下 式 計(jì) 算 F= F1 L1 /L式 中 ， L1 為 轉(zhuǎn) 向 搖 臂 長 度 ； L為 轉(zhuǎn) 向 搖 臂 軸 到 動(dòng) 力 缸 活 塞之 間 的 距 離 。 推 力 F與 工 作 油 液 壓 力 p和 動(dòng) 力 缸 截 面 面 積 S之 間 有 如 下 關(guān) 系 F=pS S= F1 L1 /(pL) (614) 因 為 動(dòng) 力 缸 活 塞 兩 側(cè) 的 工 作 面 積 不 同 ， 應(yīng) 按 較 小 一 側(cè)的 工 作 面 積 來 計(jì) 算 ， 即 S= (D2-d2p)/4 (615)式 中 ， D為 動(dòng) 力 缸 內(nèi) 徑 ； d p為 活 塞 桿 直 徑 ， 一 般 初 選 時(shí) 可取 dp=0.35D。 (616)式 中 ， 壓 力 p 一 般 在 610MPa ， 最 高 可 取16.518.0MPa。 211 )/(4 pdpLLFD 活 塞 行 程 是 車 輪 轉(zhuǎn) 至 最 大 轉(zhuǎn) 角 時(shí) ， 由 直 拉 桿的 移 動(dòng) 量 換 算 到 活 塞 桿 處 的 移 動(dòng) 量 得 到 的 。 如 圖 622所 示 ， 活 塞 移 到 兩 端 極 限 位 置 ， 還 要留 有 一 定 間 隙 。 活 塞 移 到 左 側(cè) 極 限 位 置 時(shí) ， 其 端面 到 動(dòng) 力 缸 之 間 ， 應(yīng) 當(dāng) 留 有 10mm間 隙 。 活 塞 移 到右 側(cè) 極 限 位 置 時(shí) ， 其 端 面 到 缸 蓋 之 間 應(yīng) 留 有e=(0.5 0.6)D的 間 隙 ， 以 利 于 活 塞 導(dǎo) 向 作 用 。圖 6-22 確 定 動(dòng) 力 缸長 度 尺 寸 簡 圖 活 塞 厚 度 可 取 為 B=0.3D。 動(dòng) 力 缸 的 最 大 長 度 s用下 式 計(jì) 算 確 定 s=10+(0.50.6)D+0.3D+s1 (617)式 中 ， s1為 活 塞 最 大 位 移 量 。 動(dòng) 力 缸 殼 體 壁 厚 t， 按 計(jì) 算 軸 向 平 面 拉 應(yīng) 力 確 定 (6-18)式 中 ，