　　　汽车是一种性能要求高，负荷变化大的运输工具。转向系统作为汽车的关键部件之一，更需要了解和掌握。转向器作为转向系统中最重要的组成部件，对它进行深入的研究便显得意义重大。循环球式转向器主要由螺杆、螺母、钢球、转向器壳体等组成，具有较高的传动效率，操纵轻便，磨损较小，使用寿命长，近年来得到广泛使用。根据现用的国家标准并依据轻型汽车的循环球转向器数据，按照汽车设计的原则设计一款循环球转向器，完成三维图形和零件平面图的绘制，使其能够满足现代轿车的国家标准要求。

关键词: 循环球;转向器;设计;分析

Abstract

　　　Automobile is a transport machine with high-performance and variable loads. Steering system is one of the key components for vehicles and need to be understood and grasped. As the most important part of steering system, steering gear need to be studied importantly. Circulating ball-type steering gear contains screw, nut, ball, steering gear housing, etc. It has many Advantages, such as high transmission efficiency, light manipulation, less wear and long service life, so as to be widely used in recent years. According to current national standards and the ball steering vehicle data of BJ2020, a cycle ball steering is designed by the automotive principles, and some three-dimensional graphics and rendering parts of the plan are completed, so as to meet the national standards of Modern utility vehicle.

Key words: Circulating ball;Steering gear;Design;Analysis

1 绪论

1.1课题背景

　　　转向器还被称为转向机、方向机，它是转向系中最重要的部件之一。转向器的作用是：增大转向盘传到转向传动机构的力和改变力的传递方向。

　　　转向器按结分类可分为很多种。但是现阶段较常用的有齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、循环球曲柄指销式、蜗杆滚轮式等。如果按照助力方式分类的话，又可以分为机械式（无助力）和动力式（有助力）两种，其中动力转向器又可以分为气压动力式、液压动力式、电动助力式、电液助力式等种类。　

　　　（1）齿轮齿条式转向器

　　　齿轮齿条式转向器是一种最常见的转向器类型。基本运行配合是一对相互啮合的小齿轮和齿条。转向轴转动带动小齿轮旋转，齿条做直线运动。当靠齿条来直接带动横拉杆时，就可以使得转向轮转向。所以，这是一种最简单的转向器类型。它的优点主要有结构简单，成本低，转向灵敏，体积小，直接带动横拉杆。在汽车上得到广泛应用。　

　　　（2）蜗杆曲柄销式转向器

　　　蜗杆曲柄销式转向器，它是以蜗杆为主动件，曲柄销为从动件的转向器。蜗杆上有梯形螺纹，锥形指销用轴承支撑在曲柄上，曲柄与转向摇臂轴连成一体。转向时，通过转向盘转动蜗杆，嵌于蜗杆螺旋槽中的锥形指销一边自转，一边绕转向摇臂轴做圆弧运动，带动转向垂臂和曲柄摆动运动，然后再通过转向传动机构使转向轮转向。这种转向器通常应用于转向力较大的载货汽车上。　　

　　　（3）循环球式转向器

　　　这种转向器是用齿轮机构把从转向盘来的旋转力减速，使转向盘旋转运动变转为涡轮蜗杆的旋转运动，滚珠螺杆和螺母夹着钢球，使得滚珠螺杆的旋转运动转变为直线运动，螺母与扇形齿轮啮合，直线运动重新转变为旋转运动，使连杆臂摇动。循环球式转向器的原理是应用了螺母与螺栓在旋转过程中产生的相对移动，而在螺纹与螺纹之间夹入了钢球，可以减小阻力，所有的钢球都在一个首尾相连的封闭的螺旋曲线导管内循环滚动，循环球式故而得名。　

　　　（4）齿轮齿条液压助力转向器

　　　齿轮齿条液压助力转向器的名字是相对齿轮齿条机械转向器而言的，主要是在齿轮齿条机械转向器的基础上增加了转向油泵、油壶、油管、阀等部件，目的是改善驾驶员手感，增加转向助力。

　　　进入90年代以来，汽车已经融入我们的生活，我国的经济实力不断增强，人民生活水平大幅度提高，同时也反映出民族汽车工业的巨大进步。

　　　作为汽车最关键部件转向机构得到了相应的发展，基本已形成了专业系列生产的局面。有资料显示，国外有许多的国家的转向器厂家，都已经形成了大规模生产模式，单年产超过百万台，垄断转向器的生产，并且销售向全世界各地。汽车转向器从结构类型分类可以分成很多种，从现在转向器使用的普遍程度来看，主要的转向器类型有四种：有蜗杆销式转向器、蜗杆滚轮式转向器、循环球式转向器、齿轮齿条式型转向器。这四种转向器类型，已经被广泛使用在汽车上。

　　　循环球式转向器和齿轮齿条式转向器，已经成为世界汽车上最普遍使用的两种转向器；而蜗轮-蜗杆式转向器和蜗杆销式转向器，正在逐渐被淘汰。在小客车转向器的发展上，观点各异，美国主要发展循环球式转向器，比率将近90%以上；而西欧主要发展齿轮齿条式转向器，比率超过50%，而法国已经高达95%。

　　　在全世界范围内，汽车循环球式转向器占45%左右；齿条齿轮式转向器在40%左右；蜗杆滚轮式转向器占10%左右；其它型式的转向器占5%左右。所以说循环球式转向器有很大的发展空间。日本汽车转向器的特点是循环球式转向器占的比重变得越来越大，日本不同类型汽车不同型号发动机上，分别采用了不同类型转向器，在公共汽车中使用循环球式转向器已发展到100%了。大型货车小型货车中，也大都采用了循环球式转向器；但齿条齿轮式转向器有所发展；微型货车用循环球式转向器占65%，齿条齿轮式占35%。

　　　由于循环球式转向器发展的优势所在，在中、小型号的车辆上都有非常好的发展空间。由此我们可以很轻易看出循环球式转向器设计具有非常重要的意义，其应用前景也会变得越来越好。

1.2 国内外研究现状

　　　循环球式转向器是汽车上一种常用的转向器，主要由螺杆、螺母、钢球、转向器壳体等组成。因螺母与螺杆之间没有滑动摩擦，只有钢球与螺杆及螺母之间的滚动摩擦，所以循环球式转向器具有较高的传动效率，由于有结构复杂，成本高，逐渐的被齿轮齿条式取代。但随着动力转向的应用以及道路行驶条件的改善，“打手”的现象明显减少，正向传动效率很高（最高可达90～95%），操纵轻便，使用寿命长，各种优势逐渐得到体现，因此目前再次得到广泛使用。

　　　汽车车速的快速提高，需要汽车在高速行驶时有非常好的转向稳定性，转向器必须具有相对有较高的刚度要求。循环球式转向器通过大量钢球的滚动接触来传递转向力，具有较大的强度和较好的耐磨性。循环球式转向器的间隙可以调整，齿条齿扇副磨损后可以重新调整间隙，使之具有合适的转向器传动间隙，从而提高转向器寿命，因此适用范围越来越广。我国的转向器也在向以循环球式转向器为主的方向发展。

　　　参考文献

[1] 余志生主编.汽车理论[M].机械工业出版社.2006：23-27．

[2] 陈家瑞主编.汽车构造[M]（下册）.人民交通出版社.2005：53-54．

[3] 濮良贵、纪名刚主编.机械设计[M].高等教育出版社.2006：57-59．

[4] 孙桓、陈作模主编.机械原理[M].高等教育出版社.2006：35-37．

[5] 陈启新.循环球式转向器螺杆-螺母总成装配方法的选择.汽车工艺与材料 [J].2008. 29(03A)：19-21．

[6] 朱福培、张枫念.循环球式转向器设计中的一些问题探讨.汽车研究与开发 [J].2008. 14(06A)：67-68．

[7] 钟天飞.循环球式转向器导球特性.汽车工程[J].2002.26(01A)：45-47．

[8] 王玉梅、刘亚梅、王立威、岳静.微型汽车循环球式转向器齿扇设计参数分析.长春工业大学学报[D](自然科学版).2005年02期.

[9] 林世裕.循环球式转向器的强度计算.拖拉机与农用运输车[J]. 2006. 34(04A)：56-58．

[10] 曾东建主编.汽车制造工艺学[M].机械工业出版社.2006：98-100．

[11] 王望予主编.汽车设计[M].机械工业出版社.2007：56-58．

[12] 孙桓、陈作模主编.机械原理[M].高等教育出版社.2006：42-43．

[13] 朱福培、张枫念.循环球式转向器设计中的一些问题探讨.汽车研究与开发 [J].2008. 14(06A)：45-52．

齿扇轴.gif

齿扇轴右端轴承盖.gif

齿扇轴左端轴承盖.gif

壳体.gif

螺杆.gif

螺杆右端轴承盖.gif

螺杆左端轴承盖.gif

螺母左视图.gif

循环球式转向器.gif

内容简介：: JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY本科毕业设计题目：汽车循环球式转向器设计学院：工学院姓名：孙昕学号： 20100999 专业：农业机械化及其自动化班级： 1001 指导教师：许静职称：讲师二0一四年五月目录1 绪论11.1课题背景11.2 国内外研究现状31.3 研究目的及意义31.4 研究内容和设计方法32 转向器的设计42.1 转向系统简介42.2 机械转向系52.2.1 转向操纵机构62.2.2 转向器62.2.3 转向传动机构82.3 转向系主要性能参数82.3.1 转向器的效率82.3.2 传动比的变化特性102.4 主要尺寸参数的选择122.4.1 螺杆、钢球、螺母传动副设计152.4.2 齿条、齿扇传动副设计192.5转向器的计算和校核212.5.1循环球式转向器零件的强度计算212.5.2 转向摇臂轴直径的确定243结论25致谢26摘要汽车是一种性能要求高，负荷变化大的运输工具。转向系统作为汽车的关键部件之一，更需要了解和掌握。转向器作为转向系统中最重要的组成部件，对它进行深入的研究便显得意义重大。循环球式转向器主要由螺杆、螺母、钢球、转向器壳体等组成，具有较高的传动效率，操纵轻便，磨损较小，使用寿命长，近年来得到广泛使用。根据现用的国家标准并依据轻型汽车的循环球转向器数据，按照汽车设计的原则设计一款循环球转向器，完成三维图形和零件平面图的绘制，使其能够满足现代轿车的国家标准要求。关键词: 循环球;转向器;设计;分析 AbstractAutomobile is a transport machine with high-performance and variable loads. Steering system is one of the key components for vehicles and need to be understood and grasped. As the most important part of steering system, steering gear need to be studied importantly. Circulating ball-type steering gear contains screw, nut, ball, steering gear housing, etc. It has many Advantages, such as high transmission efficiency, light manipulation, less wear and long service life, so as to be widely used in recent years. According to current national standards and the ball steering vehicle data of BJ2020, a cycle ball steering is designed by the automotive principles, and some three-dimensional graphics and rendering parts of the plan are completed, so as to meet the national standards of Modern utility vehicle.Key words: Circulating ball;Steering gear;Design;Analysis III1 绪论1.1课题背景转向器还被称为转向机、方向机，它是转向系中最重要的部件之一。转向器的作用是：增大转向盘传到转向传动机构的力和改变力的传递方向。转向器按结分类可分为很多种。但是现阶段较常用的有齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、循环球曲柄指销式、蜗杆滚轮式等。如果按照助力方式分类的话，又可以分为机械式（无助力）和动力式（有助力）两种，其中动力转向器又可以分为气压动力式、液压动力式、电动助力式、电液助力式等种类。（1）齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器是一种最常见的转向器类型。基本运行配合是一对相互啮合的小齿轮和齿条。转向轴转动带动小齿轮旋转，齿条做直线运动。当靠齿条来直接带动横拉杆时，就可以使得转向轮转向。所以，这是一种最简单的转向器类型。它的优点主要有结构简单，成本低，转向灵敏，体积小，直接带动横拉杆。在汽车上得到广泛应用。（2）蜗杆曲柄销式转向器蜗杆曲柄销式转向器，它是以蜗杆为主动件，曲柄销为从动件的转向器。蜗杆上有梯形螺纹，锥形指销用轴承支撑在曲柄上，曲柄与转向摇臂轴连成一体。转向时，通过转向盘转动蜗杆，嵌于蜗杆螺旋槽中的锥形指销一边自转，一边绕转向摇臂轴做圆弧运动，带动转向垂臂和曲柄摆动运动，然后再通过转向传动机构使转向轮转向。这种转向器通常应用于转向力较大的载货汽车上。（3）循环球式转向器这种转向器是用齿轮机构把从转向盘来的旋转力减速，使转向盘旋转运动变转为涡轮蜗杆的旋转运动，滚珠螺杆和螺母夹着钢球，使得滚珠螺杆的旋转运动转变为直线运动，螺母与扇形齿轮啮合，直线运动重新转变为旋转运动，使连杆臂摇动。循环球式转向器的原理是应用了螺母与螺栓在旋转过程中产生的相对移动，而在螺纹与螺纹之间夹入了钢球，可以减小阻力，所有的钢球都在一个首尾相连的封闭的螺旋曲线导管内循环滚动，循环球式故而得名。（4）齿轮齿条液压助力转向器齿轮齿条液压助力转向器的名字是相对齿轮齿条机械转向器而言的，主要是在齿轮齿条机械转向器的基础上增加了转向油泵、油壶、油管、阀等部件，目的是改善驾驶员手感，增加转向助力。进入90年代以来，汽车已经融入我们的生活，我国的经济实力不断增强，人民生活水平大幅度提高，同时也反映出民族汽车工业的巨大进步。作为汽车最关键部件转向机构得到了相应的发展，基本已形成了专业系列生产的局面。有资料显示，国外有许多的国家的转向器厂家，都已经形成了大规模生产模式，单年产超过百万台，垄断转向器的生产，并且销售向全世界各地。汽车转向器从结构类型分类可以分成很多种，从现在转向器使用的普遍程度来看，主要的转向器类型有四种：有蜗杆销式转向器、蜗杆滚轮式转向器、循环球式转向器、齿轮齿条式型转向器。这四种转向器类型，已经被广泛使用在汽车上。循环球式转向器和齿轮齿条式转向器，已经成为世界汽车上最普遍使用的两种转向器；而蜗轮-蜗杆式转向器和蜗杆销式转向器，正在逐渐被淘汰。在小客车转向器的发展上，观点各异，美国主要发展循环球式转向器，比率将近90%以上；而西欧主要发展齿轮齿条式转向器，比率超过50%，而法国已经高达95%。在全世界范围内，汽车循环球式转向器占45%左右；齿条齿轮式转向器在40%左右；蜗杆滚轮式转向器占10%左右；其它型式的转向器占5%左右。所以说循环球式转向器有很大的发展空间。日本汽车转向器的特点是循环球式转向器占的比重变得越来越大，日本不同类型汽车不同型号发动机上，分别采用了不同类型转向器，在公共汽车中使用循环球式转向器已发展到100%了。大型货车小型货车中，也大都采用了循环球式转向器；但齿条齿轮式转向器有所发展；微型货车用循环球式转向器占65%，齿条齿轮式占35%。由于循环球式转向器发展的优势所在，在中、小型号的车辆上都有非常好的发展空间。由此我们可以很轻易看出循环球式转向器设计具有非常重要的意义，其应用前景也会变得越来越好。1.2 国内外研究现状循环球式转向器是汽车上一种常用的转向器，主要由螺杆、螺母、钢球、转向器壳体等组成。因螺母与螺杆之间没有滑动摩擦，只有钢球与螺杆及螺母之间的滚动摩擦，所以循环球式转向器具有较高的传动效率，由于有结构复杂，成本高，逐渐的被齿轮齿条式取代。但随着动力转向的应用以及道路行驶条件的改善，“打手”的现象明显减少，正向传动效率很高（最高可达9095%），操纵轻便，使用寿命长，各种优势逐渐得到体现，因此目前再次得到广泛使用。汽车车速的快速提高，需要汽车在高速行驶时有非常好的转向稳定性，转向器必须具有相对有较高的刚度要求。循环球式转向器通过大量钢球的滚动接触来传递转向力，具有较大的强度和较好的耐磨性。循环球式转向器的间隙可以调整，齿条齿扇副磨损后可以重新调整间隙，使之具有合适的转向器传动间隙，从而提高转向器寿命，因此适用范围越来越广。我国的转向器也在向以循环球式转向器为主的方向发展。1.3 研究目的及意义本次毕业设计主要是针对汽车循环球式转向器，根据一些指定的参数结合汽车设计和其他相关书籍中关于转向器的理论知识设计一款循环球式转向器，确定其相关参数，使设计出的转向器符合使用要求。本文通过对一款循环球式转向器的设计，使其能够满足轻型轿车的需要，并为其今后拓展应用领域奠定理论设计基础。1.4 研究内容和设计方法研究内容：（1）调研收集课题相关资料。结合毕业设计课题进行必要的文献检索，查阅、收集、整理、归纳技术文献和科技情报资料；（2）深入学习并掌握汽车设计、汽车构造等专业知识；了解循环球转向器设计的指导思想和设计原则；（3）掌握汽车设计的方法和步骤，参考有关资料、手册和标准，对各总成部件进行选型、计算、校核等；（4）计算循环球式转向器的主要参数，并对其重要部件进行强度校核，确定相关参数、材料以及装配要求。绘制循环球式转向器的三维模型，按照标准和生产工艺要求，绘制汽车转向器总装配图和主要零件图。设计方法：根据设计中已知参数并结合理论知识，分析并计算得到循环球式转向器的基本结构参数，然后利用相关经验公式对转向器的重要部件进行强度校核，校核的结果不符合国家相关要求则需要重新计算，当结果满足要求的时候，可确定其相关几何尺寸并完成图纸的绘制，结束本论文的设计工作。2 转向器的设计2.1 转向系统简介转向系统是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，保证各转向轮之间有协调的转角关系。按照中华人民共和国国家标准GB17675-1999和汽车设计可知，其转向器的设计要求如下3：（1）方向盘必须左置。（2）不得单独以后轮作为转向车轮。（3）不得装用全动力转向机构。（4）转向时转向车轮的偏转必须是渐进的。（5）转向系统必须有足够的刚度且坚固耐用，以确保行驶安全。（6）转向系统必须保证驾驶员在正常驾驶操作位置上能方便、准确地操作，转向系统在任何操作位置上不得与其他零部件有干涉现象。（7）汽车转向车轮应有自动回正能力，以保持汽车稳定的直线行驶。（8）后轮也做转向车轮的汽车，具有二根和二根以上转向车轴的全挂车和具有一根和一根以上转向车轴的半挂车，以80kmh（设计车速计）的车速行驶时，驾驶员必须能在不做异常转向修正的条件，保持汽车直线行驶。（9）以10kmh车速、24m转弯直径前行转弯时，不带助力时转向力应小于245N，带助力转向但助力转向失效时，其转向力应小于588N，机动动作时间正常情况下不得大于4s，带助力转向但助力失效时不得大于65。左右两个方向都要试验。（10）当汽车前行向左或向右转弯时，转向盘向左向右的回转角和转向力不得有显著差异。（11）转向系统中的液压、气压或电气部件部分或全部失效后，转向系统必须有控制汽车行驶方向的能力。（12）当助力转向装置本身无独立的辅助动力源时，必须设有蓄能器。如使用压缩空气，贮气筒上必须设有单向阀。（13）转向系统所有零部件的设计、结构和安装，必须保证驾驶员正常操作时不会钩挂驾驶员的衣服和饰物；不得有撞车时会加重驾驶员伤害的粗糙表面或尖锐棱角，维修保养时应该容易接近。2.2 机械转向系机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源，所有的传力件都是机械连接的。机械转向系共由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。驾驶员对转向盘施加的转向力矩通过转向轴输入转向器。从转向盘到转向传动轴这一系列零件即属于转向操纵机构。作为减速传动装置的转向器中有1、2级减速传动副。经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向横拉杆，再传给固定于转向节上的转向节臂，使转向节和它所支承的转向轮偏转，从而改变了汽车的行驶方向。这里，转向横拉杆和转向节臂属于转向传动机构。2.2.1 转向操纵机构转向操纵机构由方向盘、转向轴、转向管柱等组成4，它的作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。2.2.2 转向器转向器是完成由旋转运动转变为直线运动的一组齿轮机构，也是转向系中的减速传动装置。目前比较常用的有齿轮齿条式转向器、循环球曲柄指销式转向器、蜗杆曲柄指销式转向器、循环球-齿条齿扇式转向器、蜗杆滚轮式转向器等。循环球式和齿轮齿条式，是当今世界汽车上最主要使用的两种转向器；蜗杆式转向器和蜗杆销式转向器，正在逐步被淘汰。循环球式转向器的特点是：效率高，操纵轻便，有一条平滑的操纵力特性曲线。安装方便。适用于大、中型车辆和动力转向系统使用；有便于驾驶员操纵信号。，满足了操纵轻便的要求。中间位置的转向力小、而且经常使用，则要求转向非常灵敏，因此要使中间位置速比小，才可以提高灵敏性。大角度转向位置转向阻力相对较大，但使用次数较少，因此希望大角度位置速比大一些，才可以减小转向力。由于循环球式转向器可实现变速比，应用范围正在变得日益广泛。应用大量钢球的滚动接触传递转向力，具有相对较大的强度和较好的耐磨性。并且该转向器也可以被设计成具有等强度结构的，这也是它应用广泛的原因之一。变速比类型的结构具有相对较高的刚度，特别适合高速车辆车速提高时的要求。高速车辆需要汽车在高速时具有相对较好的转向稳定性，保证转向器具有相对较高的刚度。图2-1 循环球式转向器循环球式转向器内有一根蜗杆。可以将转向器想象成两部分。第一部分是带有螺纹孔的螺母。此螺母外围有切入的轮齿，这些轮齿与驱动转向摇臂的齿轮相结合。方向盘连接在螺杆上，螺杆则插在螺母的孔内。转动方向盘时，螺杆转动螺栓。由于螺栓与螺母之间式相对固定的，因此在旋转时，它不会像普通螺栓那样钻入螺母内中，而是带动螺母移动，然后驱动转动车轮的齿轮。螺栓并不是与金属块上的螺纹结合在一起，所有螺纹中都填满了滚珠轴承，当齿轮转动时，这些滚珠将循环转动。滚珠轴承有两个作用：第一，减少齿轮的摩擦和磨损；第二，减少齿轮的溢出。如果齿轮溢出，则会在转动方向盘时感觉到。而如果转向器中没有滚珠，轮齿之间会暂时脱离，从而造成方向盘松动。循环球式系统中的动力转向工作原理与齿条齿轮式系统类似。其辅助动力也是通过向金属块一侧注入高压液体来提供的。汽车转向系统相对于汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统的零件也都被称为保安件。循环球式转向器一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。为了降低转向螺杆转向螺母之间的摩擦力，二者之间的螺纹并不是直接接触的状态，在其中间装有多个钢球，以实现滚动摩擦代替滑动摩擦。转向螺杆和螺母上都被加工出了断面轮廓为不同心圆弧组成的近似半圆的螺旋槽。他们的螺旋槽能配合在一起形成一个近似为圆形断面的螺旋管状通道。螺母侧面有两对通孔，可将钢球通过孔塞入螺旋形通道内。转向螺母上安装有两根钢球导管，导管的两个端口分别插入螺母侧面的一对通孔中。导管内也装满钢球。当螺杆转动时，通过钢球将力传递到转向螺母，螺母会沿着轴向移动。同时，在螺杆及螺母与钢球间的摩擦力偶作用下，所有钢球便在螺旋管状通道内滚动。在转向器运行时，两列钢球在各自的封闭流道内循环滚动，不会脱落出来。2.2.3 转向传动机构转向传动机构的功用是将转向器输出的力和运动传到转向桥两侧的转向节，使两侧转向轮偏转，且使二转向轮偏转角按一定关系变化，以保证汽车转向时车轮与地面的相对滑动尽可能小。2.3 转向系主要性能参数2.3.1 转向器的效率功率自转向轴输入，经由转向摇臂轴输出求得的效率称之为正效率，用符号表示，；反之则称为逆效率，用符号表示，。为转向器摩擦功率；为转向摇臂轴功率。转向时驾驶员转动转向盘时轻便稳定，则要求正效率高，汽车转向后转向轮和转向盘能自动返回到直线行驶位置的过程中，又要有一定的逆效率。减轻在不平路面上行驶时驾驶员的疲劳程度，车轮与路面之间的作用力传回到转向盘上时要尽可能的小，这要求逆效率必须尽可能的低。 (1) 转向器类型、转向器结构特点与转向效率滚针轴承和球轴承等三种结构之一。滚针轴承除滚轮与滚针之间有摩擦损失外，滚轮侧翼与垫片之间还存在着一定的滑动摩擦损失，因此这种转向器的效率不高，另外两种结构在前面说的四种转向器中，齿轮齿条式、循环球式转向器的正效率都相对比较高，而蜗杆指销式转向器的正效率要低的多。同一类型的转向器，因结构不同也会使得效率不一样。如蜗杆滚轮式转向器的滚轮与支持轴之间使用的轴承可以选用滚针轴承、圆锥滚子轴的转向器效率，根据试验结果分别为70%和75%。(2) 转向器的结构参数和效率如果忽略轴承和其它地方的摩擦损失，只考虑啮合副的摩擦损失，对于蜗杆和螺杆类转向器，其效率可用下式计算（2-1）式中，为螺杆的螺线导程角：为摩擦角，；为摩擦因数。取为7；取0.03，；根据逆效率的大小，转向器又分为可逆式、极限可逆式和不可逆式。路面反作用在车轮上的力，经过转向系会大部分的被传递回转向盘，这种逆效率相对较高的转向器属于可逆式的。它能保证转向后，转向轮和转向盘可以自动回正。这不仅减轻了驾驶员的疲劳，也提高了行驶安全性。但是，在不平的路面上行进时，车轮受到的冲击力大部分传至转向盘，引起驾驶员“打手”，使驾驶员精神紧张；如果长时间在不平的路面上行进，会使驾驶员疲劳，影响安全驾驶。不可逆式转向器，是指车轮受到的冲击力不能传到转向盘的转向器。冲击力由转向传动机构的零件承受，因此会使得零件特别容易损坏。同时，它不能保证车轮自动回正，驾驶员对路面感觉非常低，因此，现代汽车已经不使用这种类型的转向器了。极限可逆式转向器的情况则介于上述两者之间。在车轮受到冲击力作用时，反力只有相对较小一部分的力传回转向盘。它的逆效率相对比较低，而在不平路面上行驶时，驾驶员并不十分紧张，同时，零件受到的冲击力也没有不可逆式转向器的大。如果只考虑到啮合副的摩擦损失，则可用以下公式做出计算（2-2）式（2-1）和（2-2）表明：导程角增大时，正效率逆效率都增大。受增大的影响，不应取得太。而当导程角小于或等于摩擦角时，逆效率小于等于零，此时则表明该转向器属于不可逆式转向器。2.3.2 传动比的变化特性(1) 转向系传动比转向系的传动比包括转向系的角传动比、力传动比。轮胎接地面中心作用在两个转向轮上的合力与作用在转向盘上的手力的比，称为力传动比，即（2-3）转向盘角速度与转向节偏转角速度之比，为转向系角传动比。（2-4）式中的为转向盘转角增量；为转向节转角增量；为时间增量。转向系角传动比又由角传动比和转向传动机构角传动比所组成，。转向盘角速度比摇臂轴角速度，称为转向器角传动比。（2-5）式中的为摇臂轴转角增量。此定义适应于除齿轮齿条式之外的转向器。摇臂轴角速度与同侧转向节偏转角速度之比，称为转向机构的角传动比，即（2-6）(2) 力传动比与转向系角传动比的关系轮胎与地面之间的阻力和作用在转向节上的转向阻力矩之间有如下关系（2-7）式中，为主销偏移距，指从转向节主销轴线的延长线与支撑平面的交点至车轮中心平面与支承平面交线间的距离。作用在方向盘上的手力可用下式表示（2-8）式中的是作用在转向盘上的力矩；是转向盘直径。将式（2-3）和（2-4）带入后得到（2-9）分析式（2-5）可知，当主销偏移距小时，力传动比应取的相对大一些才能保证转向轻便灵活。通常值在0.40.6倍轮胎的胎面宽度尺寸范围内选取。本次设计用原有车型的数据。忽略摩擦损失，可用下式表示出（2-10）将式（2-6）代入（2-5）后得到（2-11）当和不变时，力传动比越大，也越大，虽然转向变得轻便了，但表明转向不灵敏。(3) 转向系的角传动比计算转向传动机构角传动比时，除用表示以外，还可以用转向节臂臂长与摇臂长之比表示，即。现代汽车结构中，与的比值大约在0.851.1之间，可近似认为比值为1，。因此，如果要研究转向系的传动比特性，只需要研究转向器的角传动比和的变化规律。(4) 角传动比及其的变化规律式（2-7）表明：如果增大角传动比，可以增加力传动比。由可知，一定时，增大就可以减少作用在方向盘上的手力。2.4 主要尺寸参数的选择由设计要求汽车前轴载荷为6KN，再根据表（2-2）选择齿扇模数为4。在确定齿扇模数后，转向器其他参数根据表（2-1）和表（2-3）进行选取。表2-1 循环球转向器的主要参数参数数值齿扇模数/mm3.03.54.04.55.06.06.5摇臂轴直径/mm22263032323842钢球中心距/mm20232528303540螺杆外径/mm20232528293438钢球直径/mm5.5566.3506.3507.1448.000螺距/mm7.9388.7319.52510.00011.000工作圈数1.52.52.5环流行数2齿扇齿数55齿扇整圆齿数1213131415齿扇压力角22302730切削角630630730齿扇宽/mm2225252725283028-3234383538表2-2 各类汽车循环球转向器的齿扇齿模数齿扇齿模数mmm3.03.54O4.55O6.06.5轿车发动机排量ml500100018001600200020002000前轴负荷/N3500380047007350700090008300110001000011000货车和大客车前轴负荷N300050004500750055001850070001950090002400017000370002300044000最大装载kg350100025002700350060008000表2-3 循环球式转向器的部分参数模数m螺杆外径螺纹升程螺母长度钢球直径齿扇压力角齿扇切削角摇臂轴外径3.0207.938()405.556()2230630730223.5238.731()455.556()2230630730264.0259.525()486.350()2230630730295.02910.319()627.144()2230630730356.03410.319()727.144()2230630730386.53810.319()827.144()223063073042根据所选择的齿扇模数，根据表（2-1）和表（2-3）选取对应的参数为：钢球直径：5.556mm 螺距：8.731mm 工作圈数：1.5螺杆外径：23mm 环流行数：2 螺母长度：45mm齿扇齿数：3.5 齿扇压力角：2230 切削角：630齿扇宽：265mm2.4.1 螺杆、钢球、螺母传动副设计（1）钢球中心距螺杆外径螺母内径尺寸、如图（2-6）所示图2-2 螺杆钢球螺母传动副选取值的规律是随着扇齿模数的增大，钢球中心距也相应增加，设计时先参考同类型汽车的参数进行初选，经强度验算后，再进行修正。螺杆外径D1通常在2038mm范围内变化，设计时应根据转向轴负荷的不同来选定，螺母内径应大于，一般要求根据（表2-1）：得D=23mm ，=23mm ，mm图2-3根据外形及参考数据绘制螺母的零件主视图图2-4根据外形及参考数据绘制螺母的零件左视图（2）钢球直径d及数量n钢球直径应符合国家标准，一般常在69mm范围内，根据（表2-1）。取d=5.556mm。每个环路中的钢球数可用下式计算：（2-12）式中，D为钢球中心距；W为一个环路中的钢球工作圈数；n为不包括环流导管中的钢球数；为螺线导程角，常取=58，则；代入数值解得n=19.50。图2-5测量转向螺杆的数据后绘制螺杆的零件图（3）滚道截面当螺杆和螺母各由两条圆弧组成，形成四段圆弧滚道截面时，见图2-6，钢球和滚道又四点接触，传动时轴向间隙最小，可满足转向盘自由行程小的要求。图中滚道与钢球之间的间隙，除用来贮存润滑油之外，还能贮存磨损杂质。为了减小摩擦，螺杆和螺母沟槽的半径应大于钢球半径，一般取。在此我们取滚道半径为2.833mm,符合相应的要求。图2-6 四段圆弧滚道截面（4）接触角钢球与螺杆滚道接触点的正压力方向与螺杆滚道法面轴线间的夹角称为接触角。角多取为45，以使轴向力与径向力分配均匀。（5）螺距和螺旋线导程角转向盘转动角，对应螺母移动的距离s为 (2-13)式中，P为螺纹螺距。螺距P一般在811mm内选取。查表（2-1）得：取8.731mm 导程角= 5 8取。与此同时，齿扇节圆转过的弧长等于，相应摇臂轴转过，其间关系可表示如下：（2-14）式中，r为齿扇节圆半径。由式（2-12）、式（2-13）得，将对求导得循环球式转向器角传动比为 (2-15)又根据表2-1 有；mm由式(2-14)可知，螺距P影响转向器角传动比的值，在螺距不变的条件下，钢球直径d越大，图中的尺寸b越小，要求mm，符合要求。（6）工作钢球圈数W多数情况下，转向器用两个环路，而每个环路的工作钢球圈数W又与接触强度有关：增加工作钢球圈数时，会使参加工作的钢球增多，就能降低接触应力，提高了承载能力；但钢球受力不均匀、螺杆增长而使刚度降低。工作钢球圈数有1.5和2圈两种。一个环路的工作钢球圈数的选取见（表2-1）。取W=1.5。螺杆钢球螺母传动副与通常的螺杆螺母传动副的区别在于前者是经过滚动的钢球将力由螺杆传至螺母，变滑动摩擦为滚动摩擦。螺杆和螺母上的相互对应的螺旋槽构成钢球的螺旋滚道。转向时转向盘经转向轴转动螺杆，使钢球沿螺母上的滚道循环地滚动。为了形成螺母上的循环轨道，在螺母上与其齿条相反的一侧表面(通常为上表面)需钻孔与螺母的螺旋滚道打通以形成一个环路滚道的两个导孔，并分别插入钢球导管的两端导管。钢球导管是由钢板冲压成具有半圆截面的滚道，然后对接成导管，并经氰化处理使之耐磨。插入螺母螺旋滚道两个导孔的钢球的两个导管的中心线应与螺母螺旋滚道的中心线相切。螺杆与螺母的螺旋滚道为单头(单螺旋线)的，且具有不变的螺距。转向盘与转向器左置时转向螺杆为左旋，右置时为右旋。钢球直径约为69mm。钢球直径尺寸差应不超过。显然，大直径的钢球其承载能力亦大，但也使转向器的尺寸增大。钢球的数量也影响承载能力，增多钢球使承载能力增大，但也使钢球的流动性变差，从而需要降低传动效率。经验表明在每个环路中以不大于60为好。2.4.2 齿条、齿扇传动副设计齿扇通常有5个齿，它与摇臂轴为一体。齿扇的齿厚沿齿长方向是变化的，这样即可通过轴向移动摇臂轴来调节齿扇与齿条的啮合间隙。由于转向器经常处于中间位置工作，因此齿扇与齿条的中间齿磨损最厉害。为了消除中间齿磨损后产生的间隙而又不致在转弯时使两端齿卡住，则应增大两端齿啮合时的齿侧间隙。这种必要的齿侧间隙的改变可通过使齿扇各齿具有不同的齿厚来达到。即齿扇由中间齿向两端齿的齿厚是逐渐减小的。为此可在齿扇的切齿过程中使毛坯绕工艺中心转动，如图2-8所示，相对于摇臂轴的中心有距离为的偏心。这样加工的齿扇在齿条的啮合中由中间齿转向两端的齿时，齿侧间隙也逐渐加大，可表达为（2-16）式中径向间隙；啮合角；齿扇的分度圆半径；摇臂轴的转角。图2-7 为获得变化的齿侧间隙齿扇的加工原理和计算简图图2-8 用于选择偏心n的线图当，确定后，根据上式可绘制如图2-12所示的线图，用于选择适当的值，以便使齿条、齿扇传动副两端齿啮合时，齿侧间隙能够适应消除中间齿最大磨损量所形成的间隙的需要。齿条、齿扇传动副各对啮合齿齿侧间隙的改变也可以用改变齿条各齿槽宽而不改变齿扇各轮齿齿厚的办法来实现。一般是将齿条(一般有4个齿)两侧的齿槽宽制成比中间齿槽大0.200.30mm即可。本次设计采用直齿齿轮。2.5转向器的计算和校核2.5.1循环球式转向器零件的强度计算为了进行强度计算，首先要确定其计算载荷。式(2-13)曾给出了汽车在粗糙的硬路面上作原地转向时转向轮的转向阻力矩，利用它可求得转向摇臂上的力矩和在转向盘上的切向力，它们均可作为转向系的最大计算载荷。但对前轴负荷大的重型载货汽车，用关系式计算出来的力，往往会超过司机在体力上的所能施展的力量。这时在计算转向器的零件具体参数时，可取司机作用在转向盘轮缘上的最大瞬时力。确定计算载荷后，即可计算转向系零件的强度。汽车在沥青路面上或混凝土路面上的原地转向阻力矩（Nmm）（2-17）f取0.7；为前轴负荷（N）；轮胎气压（MPa）。由设计要求；确定计算载荷后，即可计算转向系零件的强度。转向系力传动比：（2-18）为转向系角传动比；为转向盘直径取435mm；为主销偏移距。通常的值在0.40.6倍轮胎的胎面宽度尺寸范围内选取。取mm，所以作用在转向节上的转向阻力和轮胎与地面之间的转向阻力有如下关系再根据可求出作用在方向盘上的手力（1）钢球与滚道间接触应力（2-19）式中K系数，根据AB查表2-5求得，其中AB用下式计算：；（2-20）螺杆与螺母滚道截面的圆弧半径；钢球直径；A/B=0.05 因此，K取1.8；E材料弹性模量，；N每个钢球与螺杆滚道之间的正压力；；转向盘圆周力；转向盘轮缘半径；螺杆螺线导程角；钢球与滚道间的接触角；参与工作的钢球数；钢球接触点至螺杆中心线之距离。；那么则有表2-5 系数K与A/B的关系A/B1.00.90.80.70.60.50.40.3K0.3880.4000.4100.4400.4680.4900.5360.600A/B0.20.150.10.050.020.010.007K0.7160.8000.9701.2801.82.2713.202当钢球与滚道的接触表面的硬度为HRC5864时，许用接触应力可取为30003500MPa。（2）齿的弯曲应力齿扇上齿的弯曲应力为，许用弯曲应力为式中，为作用在齿扇上的圆周力；为齿扇的齿高；为齿扇的齿宽；为基圆齿厚。齿扇啮合半径；B取2.5.2 转向摇臂轴直径的确定转向摇臂轴的直径可根据转向阻力矩及材料的扭转强度极限由下式确定：（2-21）式中，安全系数，根据使用条件可取2.53.5，取为3.0；转向阻力矩，；扭转强度极限，；转向摇臂轴一般采用20CrMnTi、22CrMnMo或20CrNi 3A钢制造，表面渗碳，渗碳层深为0.81.2mm，重型汽车和前轴负荷大的汽车，则为1.051.45mm。淬火后表面硬度为5863HRC。转向器壳体采用球墨铸铁QT40018或可锻铸铁KTH35010，KTH37012制造。3结论根据一些指定的参数结合汽车设计和其他相关书籍中关于转向器的理论知识来设计此转向器的其他相关参数，使设计出的转向器符合其基本的功能，齿轮齿扇的尺寸基本能满足一般轻型汽车的需求。在现代汽车设计中，选择变齿用于齿条齿扇传动副上是其前沿发展趋势，本论文中只是采用直齿齿轮完成了初步的设计，因而其实物在传动时将造成相关零件的磨损。循环球式转向器的特点是：效率高，操纵轻便，有一条平滑的操纵力特性曲线。安装方便。适用于大、中型车辆和动力转向系统使用；有便于驾驶员操纵信号。，满足了操纵轻便的要求。中间位置的转向力小、而且经常使用，则要求转向非常灵敏，因此要使中间位置速比小，才可以提高灵敏性。大角度转向位置转向阻力相对较大，但使用次数较少，因此希望大角度位置速比大一些，才可以减小转向力。由于循环球式转向器可实现变速比，应用范围正在变得日益广泛。本论文借用相关参数完成了初步的设计，达到了设计初衷。应用AUTO CAD工程制图软件绘制了详细和准确的循环球式转向器图形；分析计算并选取了循环球转向器设计过程中所需要的主要参数，最终完成了自己的循环球式转向器设计。通过此次的轻型汽车循环球式转向器的设计，初步掌握了循环球式转向器设计的原则，同时锻炼了自己综合解决问题的能力。致谢这次毕业论文能够得以顺利完成，是所有曾经指导过我的老师，帮助过

温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。