捷达轿车转向系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

毕 业 设 计 题 目 捷达轿车转向系的设计 院 系 机械学院 专 业 车 辆 工 程 姓 名 年 级 指导教师 2015 年 6 月 摘 要 本课题的题目是 捷达轿车的 转向系的设计。以齿轮齿条转向器的设计为中心，阐述了汽车 转向系统 的概况 ； 介绍了 机械转向器的选择 以及如何选择 齿轮和齿条的合理匹配，以满足转向器的正确传动比和强度要求； 同时设计了 动力转向机构；以及 梯形结构设计。因此本课题在考虑上述要求和因素的基础上研究利用转向盘的旋转带动传动机构的齿轮齿条转向轴转向，通过万向节带动转向齿轮轴旋转，转向齿轮轴与转向齿条啮合，从而促使转向齿条直线运动，实现转向。实现了转向器结构简单紧凑，轴向尺寸短，且零件数目少的优点又能增加助力，从而实现了汽车转向的稳定性和灵敏性。在本文中主要进行了转向器齿轮齿条的设计和对转向齿轮轴的校核，主要方法和理论采用汽车设计的经验参数和大学所学机械设计的课程内 容进行设计，其结果满足强度要求，安全可靠。 【关键词】 ： 捷达 轿车 ； 转向系 ； 齿轮齿条设计 ；动力转向机构；齿轮轴校核 he of is of to as a to of on of to to of of in to In a in of of 【 目录 摘要 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 绪论 . 错误 !未定义书签。 第一章 转向系统 . 错误 !未定义书签。 . 12 . 14 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 第二章 捷达汽车转向系统总体设计 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 20 . 21 . 21 . 21 . 错误 !未定义书签。 . 21 . 21 第三章 齿轮齿条式转向器方案 分析择及设计 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 20 . 21 . 20 . 21 . 20 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 第四章 转向传动机构设计 . 错误 !未定义书签。 向传动机构原理 . 错误 !未定义书签。 向传动机构的臂、杆与球销 . 错误 !未定义书签。 向横拉杆及其端部 . 错误 !未定义书签。 第五章 转向梯形机构优化 . 错误 !未定义书签。 向梯形机构概述 . 42 体式转向梯形结构方案分析 . 43 体式转向梯形机构优化分析 . 43 体式转向梯 形机构优化设计 . 47 总结 . 48 致 谢 . 49 参考文献 . 50 绪 论 第一辆捷达 1979 年的夏天在欧洲上市。从一开始，捷达被赋予了多种变化和规格。除了双开门和四开门的车体结构以外，它还拥有三种引擎可以选择： 12721457及长期以一直作为高尔夫 588动机。根据配置的不同，捷达 分为基本型、 L 型和 ，再加上选择不同的发动机，捷达 8 种以上不同形式的配置上市。高尔夫 产上市后不久，大众汽车公司便发现：现在已经可以引入一种三箱轿车去扩展他们的车型 系列，与高尔夫 驾齐驱。 近年来，国产车 在国际汽车盛宴中崭露头角，无论从参展规模还是产品所展示的品质和技术含量上，都不得不令人折服，但和国外有着近百年发展历史的国外汽车工业相比，我们的自主品牌汽车在行车性能和舒适体验方面仍有差距 ，应该学习像大众这种企业 汽车工业是国民经济的支柱产业，代表着一个国家的综合国力，汽车工业随着机械和电子技术的发展而不断前进。到今天，汽车已经不是单纯机械意义上的汽车了，它是机械、电子、材料等学科的综合产物。汽车转向系也随着汽车工业的发展历经了长时间的演变。 由于汽车转向器属 于汽车系统中的关键部件，它在汽车系统中占有重要位置，因而它的发展同时也反映了汽车工业的发展，它的规模和质量也成为了衡量汽车工业发展水平的重要标志之一。 转向系是用来保持或者改变汽车行使方向的机构，转向系统应准确，快速、平稳地响应驾驶员的转向指令，转向行使后或受到外界扰动时，在驾驶员松开方向盘的状态下，应保证汽车自动返回稳定的直线行使状态。 随着私家车的越来越普遍，各式各样的高中低档轿车进入了人们的生活中。快节奏高效率的生活加上们对高速体验的不断追求，也要求着车速的不断提高。由于汽车保有量的增加和社会活生活汽车 化而造成交通错综复杂，使转向盘的操作频率增大，这要求减轻驾驶疲劳。 所以，无论是为满足快速增长的轿车市场还是为给驾车者更舒适更安全的的驾车体验，都需要一种高性能、低成本的大众化的轿车转向结构。 第一章 转向系统 向系统概述 汽车行驶过程中，经常需要改变行驶方向，即所谓的转向，这就需要有一套能够按照司机意志使汽车转向的机构，它将司机转动方向盘的动作转变为车轮(通常是前轮 )的偏转 动 作。按转向力能源的不同，可将转向系分为机械转向系和动力转向系。 机械转向系的能量来源是人力，所有传力件都是机械的，由转向操纵机构 (方向盘 )、转向器、转向传动机构三大部分组成。其中转向器是将操纵机构的旋转运动转变为传动机构的直线运动 (严格讲是近似直线运动 )的机构，是转向系的核心部件 2。 动力转向系除具有以上三大部件外，其最主要的动力来源是转向助力装置。由于转向助力装置最常用的是一套液压系统，因此也就离不开泵、油管、阀、活塞和储油罐，它们分别相当于电路系统中的电池、导线、开关、电机和地线的作用。 通常，对 转向系的主要要求是 : (1) 保证汽车有较高的机动性，在有限的场地面积内，具有迅速和小半径转弯的能力，同时操作轻便 ; (2) 汽车转向时，全部车轮应绕一个瞬时转向中心旋转，不应有侧滑 ; (3) 传给转向盘的反冲要尽可能的小 ; (4) 转向后，转向盘应自动回正，并应使汽车保持在稳定的直线行驶状态 ; (5) 发生车祸时，当转向盘和转向轴由于车架和车身变形一起后移时，转向系统最好有保护机构防止伤及乘员 （ 6） 操纵轻便。 正确设计转向梯形机构，可以使第一项要求得到保证。转向系中设置有转向减振器时，能够防止转向轮产 生自振，同时又能使传到转向盘上的反冲力明显降低。为了使轿车车具有良好的机动性能，必须使转向轮有尽可能大的转角，并要达到按前外轮车轮轨迹计算，其最小转弯半径能达到轿车车轴距的 2 。通常用转向时驾驶员作用在转向盘上的切向力大小和转向盘转动圈数多少两项指标来评价操纵轻便性。没有装置动力转向的轿车，在行驶中转向，此力应为50 100N；有动力转向时，此力在 20 50N。轿车转向盘从中间位置转到每一端的圈数不得超过 。 下 图是一种机械式转向系统 如图 1驾驶员对转向盘 1施加的转向力矩通过转向轴 2输入 转向器 8。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（右图所示转向系统中的转向器为单级减速传动副）。经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向横拉杆 6，再传给固定于转向节 3 上的转向节臂 5，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。 图 1 械 系 统 简 图 械式转向系统 汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向轮来完成的。机械式转向系统工作过程为：驾驶员对转向盘施加的转向力矩通过转向轴输入转向器，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，从而实现汽车的转向。纯机械式转向系统根据转向器形式可以分为：齿轮齿条式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。 纯机械式转向系统为了产生足够大的转向扭矩需要使用大直径的转向盘， 需占用较大的空间，整个机构笨拙，特别是对转向阻力较大的中重型汽车，实现转向难度很大，这就大大限制了其使用范围。但因结构简单、工作可靠、造价低廉，目前该类转向系统除在一些转向操纵力不大、对操控性能要求不高的农用车上使用外已很少被采用。 动助力转向系统 1988年日本 配备了 司研发的转向柱助力式电动助力转向系统。 1990 年日本 司也在运动型轿车 采用了自主研发的齿条助力式电动助力转向系统，从此揭开了电动助力转向在汽车上应用的 历史。 在 基础上发展起来的 , 它取消 液压油泵、油管、油缸和密封圈等部件 ,完全依靠电动机通过减速机构直接驱动转向机构 , 其结构简单、零件数量大大减少、可靠性增强 , 解决了长期以来一直存在的液压管路泄漏和效率低下的问题。电动助力转向系统在本田飞度、思域以及丰田新皇冠、奔驰新 控转向系统 在车辆高速化、驾驶人员大众化、车流密集化的今天，针对更多不同水平的驾驶人群，汽车的易操纵性设计显得尤为重要。线控转向系统（ 称 发展，正是满足这种客观需求。它是继 发展起来的新一代转向系统，具有比 纵稳定性更好的特点，它取消转向盘与转向轮之间的机械连接，完全由电能实现转向，彻底摆脱传统转向系统所固有的限制，提高了汽车的安全性和驾驶的方便性。 压助力转向系统 装配机械式转向系统的汽车，在泊车和低速行驶时驾驶员的转向操纵负担过于沉重，为解决这个问题，美国 司在 20 世纪 50 年代率先在轿车上采用了液压助力转向系统。该系统是建立在机械系统的基础 之上，额外增加了一个液压系统。液压转向系统是由液压和机械等两部分组成，它是以液压油做动力传递介质，通过液压泵产生动力来推动机械转向器，从而实现转向。液压助力转向系统一般由机械转向器、液压泵、油管、分配阀、动力缸、溢流阀和限压阀、油缸等部件组成。为确保系统安全，在液压泵上装有限压阀和溢流阀。其分配阀、转向器和动力缸置于一个整体，分配阀和主动齿轮轴装在一起（阀芯与齿轮轴垂直布置），阀芯上有控制槽，阀芯通过转向轴上的拨叉拨动。转向轴用销钉与阀中的弹性扭杆相接，该扭杆起到阀的中心定位作用。在齿条的一端装有活塞，并位 于动力缸之中，齿条左端与转向横拉杆相接。转向盘转动时，转向轴（连主动齿轮轴）带动阀芯相对滑套运动，使油液通道发生变化，液压油从油泵排出，经控制阀流向动力缸的一侧，推动活塞带动齿条运动，通过横拉杆使车轮偏转而转向。 液压助力转向系统是在驾驶员的控制下，借助于汽车发动机带动液压泵产生的压力来实现车轮转向。由于液压转向可以减少驾驶员手动转向力矩，从而改善了汽车的转向轻便性和操纵稳定性。为保证汽车原地转向或者低速转向时的轻便性，液压泵的排量是以发动机怠速时的流量来确定。汽车起动之后，无论车子是否转向，系统都要 处于工作状态，而且在大转向车速较低时，需要液压泵输出更大的功率以获得比较大的助力，所以在一定程度上浪费了发动机动力资源。并且转向系统还存在低温工作性能差等缺点。 第二章 捷达汽车转向系的总体设计 轮齿条式转向器的分类 1. 转向横拉杆 轴承 图 2端式齿轮齿条转向器 齿轮齿条式转向器 ： 齿轮齿条式转向器分两端输出式和中间（或单端）输出式两种。 （一） 两端输出的齿轮齿条式转向器 ， 作为传动副主动件的转向齿轮轴通过轴承安装在转向器壳体中，其上端通过花键与万向节和转向轴连接。与转向齿轮啮合的转向齿条水平布置，两端通过球头座与转向横拉杆相连。弹簧通过压块将齿条压在齿轮上，保证无间隙啮合。 弹簧的预紧力可用调整螺 栓 调整。当转动转向盘时，转向器齿轮转动，使与之啮合的齿条沿轴向移动，从而使左右横拉杆带动转向节左右转动，使转向车轮偏转，从而实现汽车转向。 两端输出的齿轮齿条式转向器如图 2示，作为传动 副主动件的转向齿轮轴 11 通过轴承 12 和 13 安装在转向器壳体 5 中，其上端通过花键与万向节 10和转向轴连接。与转向齿轮啮合的转向齿条 4水平布置，两端通过球头座 3与转向横拉杆 1相连。弹簧 7通过压块 9将齿条压在齿轮上，保证无间隙啮合。弹簧的预紧力可用调整螺 塞 6 调整。当转动转向盘时，转向器齿轮 11 转动，使与之啮合的齿条 4沿轴向移动，从而使左右横拉杆带动转向节左右转动，使转向车轮偏转，从而实现汽车转向。中间输出的齿轮齿条式转向器如图 2结构及工作原理与两端输出的齿轮齿条式转向器基本相同，不同之处在于它在转向齿条的中部用螺栓 6 与左右转向横拉杆 7相连。 （二） 中间输出的齿轮齿条式转向器，其结构及工作原理与两端输出的齿轮齿条式转向器基本相同，不同之处在于它在转向齿条的中部用螺栓与左右转向横拉杆相连。在单端输出的齿轮齿条式转向器上，齿条的一端通过内外托架与转向横拉杆相连。循环球式转向器 循环球式转向器是目前国内外应用最广泛的结构型式之一， 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。 为了减少转向螺杆转向螺母之间的摩擦，二者的螺纹并不直接接触，其间装有多个钢球，以实现滚动摩擦。转向螺杆和螺母上 都加工出断面轮廓为两段或三段不同心圆弧组成的近似半圆的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面的螺旋管状通道。螺母侧面有两对通孔，可将钢球从此孔塞入螺旋形通道内。转向螺母外有两根钢球导管，每根导管的两端分别插入螺母侧面的一对通孔中。导管内也装满了钢球。这样，两根导管和螺母内的螺旋管状通道组合成两条各自独立的封闭的钢球 流道 。转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，螺母即沿轴向移动。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，形成 球流 。在转向器工作时，两列钢球只是在各 自的封闭流道内循环，不会脱出。在单端输出的齿轮齿条式转向器上，齿条的一端通过内外托架与转向横拉杆相连。 轴承 图 2 中间式齿轮齿条转向器 向系方案的选择 向盘 转向盘有盘毂、轮缘和轮辐组成。一般轮辐有两根和三根的，也有四根的。 转向盘的尺寸和形状直接影响转向操纵的轻便性。选用大直径转向盘会使驾驶员进、出驾驶室感到困难；选用小直径转向盘转向时要求驾驶员施加较大的力，从而使汽车操纵困难。 转向盘必须符合 标准规定：转向盘直径尺寸 380400425450500550向盘与转向轴采用圆柱直尺渐开线花键连接形式，可参照下表选择。 各类车型的转向盘直 径 汽 车 类 型 转向盘直径 车、小型客车、轻型货车汽车 380、 400、 425 中型客车、中型载货汽车 450、 475、 500 大客车、重型载货车 550 向轴 早期汽车的转向轴通常用一根无缝钢管制造，其结构简单，制造容易，成本低，但从汽车上拆、装转向器较为困难。这种结构在某些轻型汽车上还有应用。目前大多数汽车转向轴上装置了万向节，使转向盘和转向器再汽车上布置更为合理，拆装方便，从而提高了操纵方便性、行驶安全性和转向机构的寿命。特别对可翻转驾驶室的平头车，可将万向节布置在驾驶室翻转轴线上，有利于驾驶室的翻转。 万向节有柔性和刚性两种。柔性万向节，若刚性很大则不能满足使用要求，刚性大小又不能适应汽车转向要求，故一般应用较少。刚性万向节多是十字轴式，可使用单万向节，也 可使用双万向节。双万向节要求布置适当，达到等角速运动。本课题采用装有单十字轴万向节的转向轴。 向器 转向器的种类很多，常见的有循环球式、球面蜗杆滚轮式、曲柄指销式和齿轮齿条式。随着汽车技术的发展和工艺水平的提高，有些形式的转向器已经很少采用，目前循环球式和齿轮齿条式两种转向器应用广泛。 转向器形式的选择应根据汽车的用途决定。经常行驶在公路上的汽车可选用正效率高、可逆程度大的转向器。转向系统中采用液力式动力转向器时，由于液体的阻尼作用，吸收了路面上的冲击载荷，可采用可逆程度 大、正效率高的装向器。循环球式和齿轮齿条式两种转向器正效率高（ 70%，可逆程度大（ 60%，适合大量生产，是目前得到广泛应用的原因。本文采用齿轮齿条式转向器，取其传动效率为 80%。 因本车型前悬采用钢板弹簧，为了避免悬架运动与转向机构运动出现不协调现象，应该将转向器布置在前钢板跳动中心附近，即前钢板弹簧前支架偏后不多的位置处。 向梯形 汽车转向时，左、右转向轮的转角要符合一定的规律，以保证所有车轮在转向过程中都绕一个圆心以相同的瞬时角速度运动。转向梯形机构可以使汽车在转向过程中所有车轮都是纯滚动或有极小的滑移，从而提高轮胎的使用寿命，保证汽车操纵的轻便性和稳定性。转向梯形机构由梯形臂、横拉杆和前轴组成。 根据梯形机构相对前轴的位置分为前置式和后置式两种。 后置转向梯形机构是将转向梯形放在前轴之后，简单可靠，因此应用广泛。 前置转向梯形机构是在发动机位置很低或前轴为驱动轴时，转向梯形实在不能布置在转向轴之间，才不得 不把转向梯形放在前轴之前。 根据前悬架形式的不同，转向梯形机构又可分为整体式和分段式两种。 整体式转向梯形机构用于非独立悬架的汽车。分段式转向梯形机构用于独立悬架的汽车，以保证任一前轮的跳动不致牵动拉杆而涉及另一车轮的偏转。分段式转向梯形比较复杂，铰接点多。 因本车型采用非独立悬架，故本文采用后置整体式转向梯形。 向系主要性能参数 向器的效率 功率 转向摇臂轴输出所求得的效率称为正效率，用符号 +表示， +=( 之称为逆效率，用符号 - =(中， 了保证转向时驾驶员转动转向盘轻便，要求正效率高。为了保证汽车转向后转向轮和转向盘能自动返回到直线行驶位置，又需要有一定的逆效率。为了减轻在不平路面上行驶时驾驶员的疲劳，车轮与路面之间的作用力传至转向盘上要尽可能小，防止打手又要求此逆效率尽可能低 1。 1转向器正效率 + 影响转向器正效率的因素有：转向器的类型、结构特点、结构参数和制造质量等。 (1)转向器类型、结构特点与效率 在前述四种转向器中，齿轮齿条式、循环球式转向器的正效率比较高，而蜗杆指销式特别是固定销和蜗杆滚轮式转向器的正效率要明显的低些。 同一类型转向器，因结构不同效率也不一样。如蜗杆滚轮式转向器的滚轮与支持轴之间的轴承可以选用滚针轴承、圆锥滚子轴承和球轴承等三种结构之一。第一种结构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滑动摩擦损失，故这种转向器的效率 有 54。另外两种结构的转向器效率，根据试验结果分别为 70和 75。 转向摇臂轴轴承的形式对效率也有影响，用滚针轴承比用滑动轴承可使正或逆 效率提高约 10。 (2)转向器的结构参数与效率 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 ) （ 式中， 或螺杆 )的螺线导程角； 为摩擦角， = 2转向器逆效率 - 根据逆效率大小不同，转向器又有可逆式、极限可逆式和不可逆式之分。 路面作用在车轮上的力，经过转向系可大部分传递到转向盘，这种逆效率较高的转向器属于可逆式。它能保证转向后，转向轮和转向盘自动回正。这既减轻了驾驶员的疲劳，又提高了行驶安全性。但是，在不平路面上行驶时，车轮受到的冲击力，能大部分传至转向盘，造成驾驶员“打手”，使之精神状态紧张，如果长时间在不平路面上行驶，易使驾驶员疲劳，影响安全驾驶。属于可逆式的转向器有齿轮齿条式和循环球式转向器。 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。该冲击力由转向传动机构的零件承受，因而这些零件容易损坏。同时，它既不能 保证车轮自动回正，驾驶员又缺乏路面感觉；因此，现代汽车不采用这种转向器。 极限可逆式转向器介于上述两者之间。在车轮受到冲击力作用时，此力只有较小一部分传至转向盘。它的逆效率较低，在不平路面上行驶时，驾驶员并不十分紧张，同时转向传动机构的零件所承受的冲击力也比不可逆式转向器要小。 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，则逆效率可用下式计算 00 ）（ （ 式 (式 (明：增加导程角 o,正、逆效率均增大。受 导程角小于或等于摩擦角时，逆效率为负值或者为零，此时表明该转向器是不可逆式转向器。为此，导程角必须大于摩擦角。通常螺线导程角选在 8 10之间。 动比的变化特性 转向系的传动比包括转向系的角传动比为力传动比，即 转向盘转动角速度 w 与同侧转向节偏转角速度 k 之比，称为转向系角传动比； 式中， 为转向盘转角增量； d k 为转向节转角增量； 又由转向器角传动比 转向传动机构角传动比 所组成，即 iw 。 转向盘角速度 为转向器角传动比 即 。 式中 ,d 定义适用于除齿轮齿条式之外的转向器。 摇臂轴转动角速度 为转向传动机构的角传动比 ，即 。 2力传动比与转向系角传动比的关系 轮胎与地面之间的转向阻力 间有如下关系 （ 式中， 为主销偏移距，指从转向节主销轴线的延长线与支承平面的交点至车轮中心平面与支承平面交线间的距离。 作用在转向盘上的手力 （ 式中， 将式 (式 (入 得到 （ 分析式 (知，当主销偏移距 传动比 取大些才能保证转向轻便。通常轿车的 a 值在 0 4 0 6倍轮胎的胎面宽度尺寸范围内选取，而货车的 0 60向盘直径 据车型不同在 86转向盘尺寸标准中规定的系列内选取。 如果忽略摩擦损失，根据能量守恒原理， 22 （ 将式 (人式 (得到 （ 当 和 变时，力传动比 大，虽然转向越轻，但 越大，表明转向不灵敏。 根据相互啮合齿轮的基圆齿距必须相等， 即 中齿轮基圆齿距 ，齿条基圆齿距 。由上述两式可知：当齿轮具有标准模数 1与一个具有变模数 压力角 2的齿条相啮合，并始终保持 l=时，它们就可以啮合运转。如果齿条中部 (相当汽车直线行驶位置 )齿的压力角最大，向两端逐渐减小 (模数也随之减小 )，则主动齿轮啮合半径也减小，致使转向盘每转动某同一角度时，齿条行程也随之减小。因此，转向器的传动比是变化的。 循环球齿条齿扇式转向器的角传动比 r P。因结构原因，螺距 P 不能变化，但可以用改变齿扇啮合半径 r 的方法，达到使循环球齿条齿扇式转向器实现变速比的目的。 随转向盘转角变化，转向器角传动比可以设计成减小、增大或保持不变的。影响选取角传动比变化规律的因素，主要是转向轴负荷大小和对汽车机动能力的要求。若转向轴负荷小，在转向盘全转角范围内，驾驶员不存在转向沉重问题。装用动力转向的汽车，因转向阻力矩由动力装置克服，所以在上述两种情况下，均应取较小的转向器角传动比并能减少转向盘转动的总圈数，以提高汽车的机动能力。 转向盘在中间位置的转向器角传动比不宜过小。过小则在汽车高速直线行驶时，对转向盘转角过分敏感和使反冲效应加大，使驾驶员精确控制转向轮的运动有困难。直行位置的转向 器角传动比不宜低于 15 16。 第三章 齿轮齿条 式转向器方案分析及设计 轮齿条式转向器 齿轮齿条式转向器由与转向轴做成一体的转向齿轮和常与转向横拉杆做成一体的齿条组成。与其他形式的转向器比较，齿轮齿条式转向器最主要的优点是：结构简单、紧凑；壳体采用铝合金或镁合金压铸而成，转向器的质量比较小；传动效率高达 90%；齿轮与齿条之间因磨损出现间隙以后，利用装在齿条背部、靠近主动小齿轮处的压紧力可以调节的弹簧。能自动消除齿间间隙，这不仅可以提高转向系统的刚度。还可以防止工作时产生冲击和噪声；转向器占用的体积小；没有转向摇臂和直拉杆，所以转向轮转角可以增大；制造成本低。 齿轮齿条式转向器的主要缺点是：因逆 效率高，汽车在不平路面上行驶时，发生在转向轮与路面之间冲击力的大部分能传至转向盘，称之为反冲。反冲现象会使驾驶员精神紧张，并难以准确控制汽车行驶方向，转向盘突然转动又会造成打手，同时对驾驶员造成伤害。 根据输入齿轮位置和输出特点不同，齿轮齿条式转向起有四种形式，如图4间输入，两端输出 (a)；侧面输入，两端输出 (b)；侧面输入，中间输出 (c)；侧面输入，一端输出 (d)。 图 3齿轮齿条式转向起有四种形式 采用侧面输入，中间输出方案时，与齿条连的左，右拉杆延伸到接近汽车纵向对称平面附近。由于拉杆长度增加，车轮上、下跳动时拉杆摆角减小，有利于减少车轮上、下跳动时转向系与悬架系的运动干涉。拉杆与齿条用螺栓固定连接，因此，两拉杆会与齿条同时向左或右移动，为此在转向器壳体上开有轴向的长槽，从而降低了它的强度。 采用两端输出方案时，由于转向拉杆长度受到限制，容易与悬架系统导向机构产生运动干涉。 侧面输入，一端输出的齿轮齿条式转向器，常用在平头货车上。 采用齿轮齿条式转向器采用直齿圆柱齿轮与直齿齿条啮合，则运转平稳降低，冲击大，工作噪声增加。此外，齿轮轴线与齿条轴线之间的夹角只能是直角，为此因与总体布置不适应而遭淘汰。采用斜齿圆柱齿轮与斜齿齿条啮合的齿轮齿条式转向器，重合度增加，运转平稳，冲击与工作噪声均下降，而且齿轮轴线与齿条轴线之间的夹角易于满足总体设计的要求。因为斜齿工作时有轴向力作用，所以转向器应该采用推力轴承，使轴承寿命降低，还有斜齿轮的滑磨比较大是它的缺点。 齿条断面形状有圆形、 形三种。圆形断面齿条的制作工艺比较简单。V 形和 Y 形断面齿条与圆形断面比较，消耗的材料少，约节省 20%，故质量小；位于齿下面的两 斜面与齿条托座接触，可用来防止齿条绕轴线转动； 而强度得到增加。在齿条与托座之间通常装有用减磨材料（如聚四氟乙烯）做的垫片，以减少滑动摩擦。当车轮跳动、转向或转向器工作时，如在齿条上作用有能使齿条旋转的力矩时，应选用 形断面齿条，用来防止因齿条旋转而破坏齿轮、齿条的齿不能正确啮合的情况出现。 为了防止齿条旋转，也有在转向器壳体上设计导向槽的，槽内嵌装导向块，并将拉杆、导向块与齿条固定在一起。齿条移动时导向块在导向槽内随之移动，齿条旋转时导向块可防止齿条旋转。要求这种结构 的导向块与导向槽之间的配合要适当。配合过紧会为转向和转向轮回正带来困难，配合过松齿条仍能旋转，并伴有敲击噪声。 根据齿轮齿条式转向器和转向梯形相对前轴位置的不同，齿轮齿条式转向器在汽车上有四种布置：形式转向器位于前轴后方，后置梯形 (a)；转向器位于前轴后方，前置梯形 (b)；转向器位于前轴前方，后置梯形 (c)；转向器位于前轴前方，前置梯形 (d)。 图 3轮齿条式转向器在汽车上有四种布置 齿轮齿条式转向器广泛应用于乘用车上。车载质量不大，前轮采用独立悬架的货 车和客车有些也用齿轮齿条式转向器。 轮齿条式转向器结构形式的选择 图 3用如图所示的布置形式 图 3采用如图所示的侧面输入两端输出的结构形式 。 图 3轮齿条转向器装配图 1 转向齿轮 2 转向齿条 3 补偿弹簧 4 调整螺塞 5 螺母 6 压板 7 防尘罩 8 油封 9 轴承 1图 3轮齿条机械式转向器结构图 1 防尘套 2 防尘套通气管 3 转向齿条 4 转向齿轮 5 转向器壳体 6 转向齿条连接叉 据的确定及设计计算过程 根据以上的论述，本次设计初选数据如下 ： 轮距： 前 /后 1429/1422距 2603载轴荷分配：前 /后 826/1650(总质量 ma/120(轮胎 175/70销偏移距 a 74胎压力 p/向盘直径小转弯半径 向节臂 200向摇臂 180 3选数据 向轮侧偏角计算 2603s i n 0 . 4 7 0 75530 (3 得 2603t a n 0 . 7 7 0 7c o s 5 5 3 0 c o s 1 4 2 9 (3得 向器参数选取 齿轮齿条转向器的齿轮多采用斜齿轮，齿轮模数在 23间，主动小齿轮齿数在 57 之间，压力角取 20，螺旋角在 9 15之间。故取小齿轮， ， 10右旋，压力角 20，精度等级 8级。 转向节原地转向阻力矩： (3方向盘转动圈数 ： (3角传动 : (3故初选角传动比 值复合要求 方向盘上的手力 ： (3其中 转向摇臂长， 向节臂长， 向盘直径，为转向器效率。 作用在转向盘上的操纵载荷 :对轿车该力不应超过 150 200N，对货车不应超过 500N。所以符合设计要求 71z 6 31R 0000 i 60360 0000 ni 2 4 9 82221 (3力传动比 ： (3轮齿条设计 齿轮齿条转向器的齿轮多数采用斜齿轮。齿轮模数多在 2 3间，主动小齿轮齿数多数