毕业设计（论文）-某轻型汽车循环球式动力转向器总成设计【全套图纸】.pdf

哈尔滨理工大学学士学位论文 - I - 某轻型汽车循环球式动力转向器总成设计某轻型汽车循环球式动力转向器总成设计 摘摘 要要 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。 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。 转向器（也常称为转向机） ，是完成由旋转运动到直线运动（或近似 直线运动）的一组齿轮机构，同时也是转向系中的减速传动装置。历史上 曾出现过许多种形式的转向器，目前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。其中第 二、第四种分别是第一、第三种的变形形式，而蜗杆滚轮式则更是少见。 循环球式转向器目前在国内外汽车上是引用较多的一种结构形式。循 环球式转向器中一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级一 般采用齿条齿扇传动副。循环球式转向器由螺杆、螺母、钢球和导管、齿 条、齿扇构成。由方向盘传动带动螺杆传动，通过钢球将力传给螺母，螺 母将沿轴向移动。同时由于摩擦力的作用，所有钢球在螺杆和螺母内的滚 道流动，形成“球流”。钢球在螺母内绕行两周后，流出螺母而进入导 管，再由导管流回螺母通道内，故在转向器工作时，两列钢球只是在各自 的封闭通道内循环，而不会脱出。螺母的轴向移动，通过齿条和齿扇，带 动摇臂轴转动, 摇臂轴转动带动汽车转向桥（一般是前桥）上的车轮（转 向轮）相对于汽车纵轴线偏转一定角度，完成汽车转向。上述工作原理， 循环球式转向器的正向传动效率很高（最高可达 9095%） ，故操纵轻便， 使用寿命长。同时其逆向传动效率也很高，随着道路行驶条件的改善， “打手”的现象明显减少，并且循环球式转向器具有啮合平稳、刚性好、转 向轻便、灵活等特点，所以得到了广泛的应用。 该设计在循环球式动力转向器的结构及工作原理进行分析的基础上， 采用两级传动副，螺杆、钢球、螺母传动副以及齿扇、螺母传动副完成了 某轻型汽车循环球式动力转向器机械传动部分的结构设计。其中包括螺杆 螺母传动装置、间隙调整装置、转向摇臂轴、转向螺母、转向螺杆、转向 哈尔滨理工大学学士学位论文 - II - 器前、后壳体等零件的设计，同时还对其进行了相关的校核工作。经过校 核计算及其理论分析，该循环球式动力转向器能够满足相关规范及工作要 求。 关键词关键词 动力转向器；设计；强度校核 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 哈尔滨理工大学学士学位论文 - III - The Design of A Light Vehicle Power Steering Gear Abstract Mechanical steering system is the energy source of manpower, all of the pieces are all- mechanical, to manipulation by institutions (steering wheel), steering gear, the transmission mechanism to three major components. Which is the steering gear control the rotational movement into the transmission line Movement (strictly speaking is similar to linear motion), is the shift of the core components. Power steering with the exception of the above three major components, its main power source is the power steering unit. As power steering unit is the most commonly used a hydraulic system, so it can not be separated from pump, tubing, valves, pistons and storage tanks, each the equivalent circuit system of batteries, wires, switches, motors and the role of ground . Steering Gear (often known as the Steering), the rotation is completed by the movement to the straight- line movement (or similar linear motion), a group of gears, but also to the slowdown of the transmission device. History- there had been various forms of steering gear, the gear is more commonly used rack- and worm- crank that sell, recycling the ball - rack- tooth fans, circulating that the ball crank pins, such as worm- wheel. The second, fourth, respectively is the first, third form of the deformation, and the worm wheel- is even more rare is. The current cycle of ball- type steering gear in the car at home and abroad is quoted on a more structural form. Cycle- ball steering gear in the transmission generally have two deputy, is the first- class screw nut transmission Deputy, the second- class general use of rack gear transmission of fans. Cycle- ball steering 哈尔滨理工大学学士学位论文 - IV - gear by the screw, nut, Ball and catheter, rack, a fan gear. Screw driven by the steering wheel drive transmission, power will pass through the ball nut, nut along the axial movement. As the role of friction at the same time, all the ball in the screw and nut Raceway flows, a “ball flow.“ Ball in the nut within two weeks after the bypass, nuts and outflow into the catheter and then return catheter nut channel, the work of the steering gear, two ball only in their respective channels within the closed circle, and will not emerge. Nut axial movement, through the rack and gear fan, driven rocker shaft rotation, rotation axis rocker driven car to the bridge (the former general Bridge) on the wheel (steering wheel) car vertical axis relative to a certain angle of deflection line, To complete the car. The above principle, recycling the ball forward for the steering gear transmission efficiency (up to 90 95%), the manipulation of light, long life. At the same time reverse its transmission efficiency is also very high, with the road conditions improve, “hatchet man“ of significantly reduced, and cycle- ball steering gear meshing with a smooth, rigid, and to light, flexible, and other characteristics, has been widely used . The design of the ball in the circle of the power steering gear structure and working principle on the basis of an analysis by two deputy transmission, screw, Ball, vice and transmission gear nut fan, nut transmission of light vehicles completed a cycle of ball - Power Steering mechanical transmission part of the structural design. Including screw nut drives, gap adjustment devices, to rocker shaft, to nut, screw shift, steering gear before and after the shell and other parts of the design, while its verification of the relevant work. After checking calculations and theoretical analysis, the ball- cycle power steering gear to meet the relevant standards and job requirements. Keywords power steering gear；design；intensity checkup 哈尔滨理工大学学士学位论文 - V - 目录目录 摘要 I Abstract II 第 1 章 绪论 1 1.1 课题研究的意义 . 1 1.2 国内外研究现状 . 1 1.3 转向器的发展 . 2 1.4 循环球式动力转向器的概要 3 1.5 转向系的检修 5 1.6 设计的要求 8 第 2 章 循环球式转向器的设计方案 9 2.1 循环球式转向器设计方案的分析 9 2.2 转向器工作过程详解 10 2.3 循环球式转向器的结构设计 14 第 3 章 螺杆、钢球和螺母传动副的设计 16 3.1 气体增压泵汽缸组件的设计计算 16 3.2 主要尺寸参数的确定 17 3.2.1 阿克曼几何学 . 17 3.2.2 最小转弯半径 min R . 17 3.2.3 转向系的效率 . 18 3.2.4 转向系的角传动比与力传动比 . 18 3.2.5 钢球中心距 D、螺杆外径 D1和螺母内径 D2 21 3.2.6 钢球直径 d 及数量 n 21 3.2.7 滚道截面 . 22 3.2.8 接触角 22 3.2.9 螺距 P 和螺旋线导程角 0 22 3.2.10 工作钢球圈数 W . 22 3.2.11 导管内径 d1 . 23 3.2.12 转向器的角传动比 . 23 3.3 钢球与滚道之间的强度校核 24 第 4 章 齿条、齿扇传动副的设计 25 4.1 齿条、齿扇传动副的结构设计 25 4.2 主要尺寸参数的确定 25 4.2.1 齿扇模数 m . 25 4.2.2 转向摇臂轴直径 1 d . 25 4.2.3 齿扇压力角 0 a和切削角g . 26 哈尔滨理工大学学士学位论文 - VI - 4.2.4 齿扇宽度 B . 26 4.3 间隙调整装置的设计 26 4.3.1 间隙调整装置的工作原理 . 26 4.3.2 间隙调整装置的结构设计 . 26 4.4 齿扇齿的强度校核 27 结论 28 致谢 29 参考文献 30 附录 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 1 - 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 课题研究的意义课题研究的意义 转向器是转向系统的减速传动装置，是转向系的重要组成，一般有 1 或 2 级减速传动副。在汽车上，广泛采用的有齿轮齿条式和循环球式等几 种结构形式。由于循环球式转向器在螺杆和螺母之间有可以循环流动的钢 球，将滑动摩擦转变为滚动摩擦，因而传动效率可达到 90%- 95%；在结构 和工艺上采取措施后，包括提高制造精度，改善工作表面粗糙度和螺杆、 螺母上的螺旋槽经淬火和磨削加工，使之有足够的强度和耐磨损性能，可 保证有足够的使用寿命；转向器的传动比可以变化；工作平稳可靠；因 此，循环球式转向器已广泛应用于各类各级汽车。根据所收集的相关技术 参数进行循环球式转向器设计，设计该转向器的总成及各主要零部件，通 过该设计工作，掌握该类型转向器的优缺点，同时，还能够了解汽车设计 中的先进方法与手段。 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 循环球式转向器已成为当今世界汽车上主要的两种转向器之一。循环 球式转向器主要应用于大型车辆。改革开放以来，我国汽车工业发展迅 猛作为汽车关键部位之一的转向系统也得到了相应的发展，基本已形成 了专业化、系列化生产的局面我国的转向器生产，除早期投产的解放牌 汽车用蜗杆滚轮式转向器，东风汽车用蜗杆肖式转向器之外，其它大部分 车型都采用循环球式结构，并都具有一定的生产经验。目前解放、东风也 都在积极发展循环球式转向器，并已在第二代换型车上普遍采用了循环球 式转向器。由此看出，我国的转向器也在向大量生产循环球式转向器发 展。循环球式转向器在国外实现了专业化生产，同时以专业厂为主、大力 进行试验和研究，大大提高了产品的产量和质量。专业化生产已成为一种 趋势，只有走这条道路，才能使产品质量高、产量大、成本低，在市场上 有竞争力。在世界范围内，汽车循环球式转向器占 45%左右。循环球式转 向器一直在稳步发展。日本汽车转向器的特点是循环球式转向器占的比重 越来越大，日本装备不同类型发动机的各类型汽车，采用不同类型转向 器，在公共汽车中使用的循环球式转向器，已由 60 年代的 62.5%，发展到 现今的 100%了(蜗杆滚轮式转向器在公共汽车上已经被淘汰)。在日本“精 工”(NSK)公司的循环球式转向器就以成本低、质量好、产量大，逐步占 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 2 - 领日本市场，并向全世界销售它的产品。德国 ZF 公司也作为一个大型转 向器专业厂著称于世。它从 1948 年开始生产 ZF 型转向器，年产各种转向 器 200 多万台。 1.3 转向器的发展转向器的发展 早期的汽车转向是用舵柄或横杆(即一种两端带有手柄的水平杆)进行 操纵，转向比是 1：1，因而汽车转向时的操作是很吃力的。后来，带有齿 轮减速比的转向机构很快被推广使用，但是，这种机构的方向盘不象舵柄 或横杆要置放在汽车中线的位置，而是要置放在汽车的左边或右边，这样 触发了方向盘位置的争论。这场争论旷日持久，导致了今天的汽车分成了 两大类方向盘装置法： 一类以美国，中国，俄罗斯等世界上大多数国家和地区采用的左置方 向盘，实行右上左下的汽车行驶规则；另一类以英国及英联邦，日本等少 数国家和地区采用的右置方向盘，实行右下左上的汽车行驶规则。 几十年来，各种汽车都使用蜗杆扇形齿轮转向器，现在的循环球式转 向器也是这种转向器的一种变型，轿车也经常使用。在这种转向器中，蜗 杆与扇形齿轮之间嵌入了钢珠，大大降低了摩擦力，使汽车的转向操纵变 得比较轻松。 从 70 年代起轿车兴起了齿轮齿条转向机构，它由方向盘、方向轴、 方向节、转动轴、转向器、转向传动杆和转向轮(前轮)等组成。方向盘操 纵转向器内的齿轮转动，齿轮与齿条紧密啮合，推动齿条左移动或右移 动，带动转向轮摆动，从而改变轿车行驶的方向。 这种转向机构与蜗杆扇形齿轮等其它类型的转向机构比较，省略了转 向摇臂和转向主拉杆，具有构件简单，传动效率高的优点。而且它的逆传 动效率也高，在车辆行驶时可以保证偏转车轮的自动回正，驾驶者的路感 性强。 其实，齿轮齿条转向机构早在一世纪前的汽车萌芽发展阶段已经有 了，只是那时还不完善，机件加工粗糙。1905 年通用汽车卡迪拉克部的工 程师将齿轮齿条转向器的设计理论化，并加工成精度很高，操纵灵活的齿 轮齿条转向器，正式应用在轿车上。 后来，汽车转向器的型式被蜗杆一扇形齿轮型式所垄断，但许多人仍 然继续完善齿轮一齿条转向机构。由于近代材料科学的发展，大大提高了 齿轮一齿条转向机构的安全可靠系数，人们再次重视这种转向机构的简单 实用性，由于它具有构件少质量轻，成本低的优点，受到汽车制造商的青 睐，现在大多数的轿车转向器都采用齿轮一齿条型。 现代轿车马力大、速度快，为了操纵的轻便和灵敏，中高档次的轿车 转向器都加装了转向动力装置，又称为液压动力转向器。它具有工作无噪 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 3 - 声，灵触度高体积小，能够吸收来自不平路面的冲击力，在现代轿车上得 到十分广泛的应用。 液压动力转向器的主要部件包括油泵、液压分配阀和助力器。液压分 配阀与油泵组合一体，助力器与转向器装在一起，中间用油路连接。发动 机通过皮带带动油泵，把油压输出到助力器。助力器壳体内是一个活塞， 活塞连接着转向器的齿轮，活塞两端是腔室。 当轿车直线行驶时，活塞两端压力相等，静止不动，油泵空转；当轿 车转弯时，液压分配阀将油液通过变化了的通道进入了助力器的一侧，使 活塞两端产生压力差，迫使活塞移动到另一侧，带动齿轮转动，“助一臂 之力”。这样转动方向盘的操纵力不是直接迫使车轮转向的唯一作用力 了，可由助力器辅动车轮转向，减轻了驾驶者的劳动强度，减少了方向盘 的转数，特别是减少了停车转向时的操纵力。 现在已经出现了电子控制速度传感型的轿车动力转向器，它除了满足 减少操纵力，提高灵触度外，还可以根据车速与行驶条件的不同而产生与 之相适应的转向力。在停车时能提供足够的助力，随着车速的逐渐增加助 力又可以逐渐减少，当高速行驶时则无助力但保持良好的路感。这种电子 式的动力转向机构附有微处理机和电子转速表，电子转速表发出脉冲讯 号，微处理机发出相应的指令控制动力转向机构。 轿车动力转向装置是 50 年代在美国大型轿车上出现的事物，现在已 经普及开来了。它的好处正如德国奔驰汽车制造公司所描述的那样：“发 动机发动后，您就得到动力转向辅助，尤其在泊车及左右移动车辆时，动 力转向装置会令您能非常轻松地控制方向盘。 1.4 循环球式动力转向器的概要循环球式动力转向器的概要 汽车在行驶过程中，需按照驾驶员的意志经常改变其行驶方向，即所 谓汽车转向。就轮式汽车而言，实现汽车转向的方法是，驾驶员通过一套 专设的机构，使汽车转向桥（一般是前桥）上的车轮（转向轮）相对于汽 车纵轴线偏转一定角度。在汽车直线行驶时，往往转向轮也会受到路面侧 向干扰力的作用，自动偏转而改变行驶方向。此时，驾驶员也可以利用这 套机构使转向轮向相反方向偏转，从而使汽车恢复原来的行驶方向。这一 套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，即称为汽车转向系统（俗称 汽车转向系） 。因此，汽车转向系的功用是，保证汽车能按照驾驶员的意 志而进行转向行驶。 转向器系统：转向机学名为转向器，它是转向系中最重要的部件。它 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。 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 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 4 - 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。 动力转向系是兼用驾驶员体力和发动机为转向能源的转向系。在正常 情况下，汽车转向所需能量，只有一小部分由驾驶员提供，而大部分是由 发动机通过动力转向装置提供的。但在动力转向装置失效时，一般还应当 能由驾驶员独立承担汽车转向任务。因此，动力转向系是在机械转向系的 基础上加设一套动力转向装置而形成的，用以将发动机(或电机)输出的部 分机械能转化为压力能，并在驾驶员控制下，对转向传动装置或转向器中 某一传动件施加不同方向的液压或气压作用力，以助驾驶员施力不足的一 系列零部件，总称为动力转向器。按传能介质的不同，动力转向器有气压 式和液压式两种。装载质量特大的货车不宜采用气压动力转向器，因为气 压系统的工作压力较低(一般不高于 0.7MPa)，用于重型汽车上时，其部件 尺寸将过于庞大。液压动力转向器的工作压力可高达 10MPa 以上，故其 部件尺寸很小。液压系统工作时无噪声，工作滞后时间短，而且能吸收来 自不平路面的冲击。因此，液压动力转向器已在各类各级汽车上获得广泛 应用。动力转向系统的工作原理：动力转向系统是在机械式转向系统的基 础上加一套动力辅助装置组成的。转向油泵安装在发动机上，由曲轴通过 皮带驱动并向外输出液压油。转向油罐有进、出油管接头，通过油管分别 与转向油泵和转向控制阀联接。转向控制阀用以改变油路。机械转向器和 缸体形成左右两个工作腔，它们分别通过油道和转向控制阀联接。 目前常用的有齿轮齿条式、蜗杆曲柄销式和循环球式。 1）齿轮齿条转向器：它是一种最常见的转向器。其基本结构是一对 相互啮合的小齿轮和齿条。转向轴带动小齿轮旋转时，齿条便做直线运 动。有时，靠齿条来直接带动横拉杆，就可使转向轮转向。所以，这是一 种最简单的转向器。它的优点是结构简单，成本低廉，转向灵敏，体积 小，可以直接带动横拉杆。在汽车上得到广泛应用。 ）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。蜗杆具有梯形螺纹，手指状的锥形指销用轴承支承在曲柄上，曲 柄与转向摇臂轴制成一体。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，从而带动曲柄 和转向垂臂摆动，再通过转向传动机构使转向轮偏转。这种转向器通常用 于转向力较大的载货汽车上。 3）循环球式转向器： 循环球式转向器目前在国内外汽车上是引用较 多的一种结构形式。循环球式转向器中一般有两级传动副，第一级是螺杆 螺母传动副，第二级一般采用齿条齿扇传动副。循环球式转向器由螺杆、 螺母、钢球和导管、齿条、齿扇构成。由方向盘传动带动螺杆传动，通过 钢球将力传给螺母，螺母将沿轴向移动。同时由于摩擦力的作用，所有钢 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 5 - 球在螺杆和螺母内的滚道流动，形成“球流”。钢球在螺母内绕行两周后， 流出螺母而进入导管，再由导管流回螺母通道内，故在转向器工作时，两 列钢球只是在各自的封闭通道内循环，而不会脱出。螺母的轴向移动，通 过齿条和齿扇，带动摇臂轴转动。摇臂轴转动带动汽车转向桥（一般是前 桥）上的车轮（转向轮）相对于汽车纵轴线偏转一定角度，完成汽车转 向。 上述工作原理，循环球式转向器的正向传动效率很高（最高可达 9095%） ，故操纵轻便，使用寿命长。同时其逆向传动效率也很高，随着 道路行驶条件的改善，“打手”的现象明显减少，并且循环球式转向器具有 啮合平稳、刚性好、转向轻便、灵活等特点。缺点是结构复杂，成本高， 转向灵敏度不如齿轮齿条式。因此逐渐被齿轮齿条式取代。但随着动力转 向的应用，循环球式转向器近年来又得到广泛使用。 螺杆、钢球和螺母传动副循环球式转向器的第一级传动副，螺杆、螺 母具有与钢球精密配合的螺纹滚道，其优点是消除螺杆与螺母的相对位 移，减少转向盘的自由行程；在负荷较低时，滚道与钢球为接触，在负荷 较大时，滚道与钢球为局部接触，从而提高转向器的效率；钢球与滚道间 的间隙可储存杂物，减少磨损，提高寿命。为减少钢球与滚道的接触应 力，采用高精度钢球，分组装配，使螺杆与螺母的间隙控制在允许的范围 内。为减少刚球流通阻力，采用双列钢球独立循环，每列循环滚道与钢球 的有效接触圈数为 2.5 圈，螺母的上平面有 4 个导管孔，导管插入其中， 用波型夹子固定。每列螺纹滚道用导管连通，实现钢球在滚道中循环滚 动。两列钢球间的无效圈数一般为 0.5 圈（次处无钢球） ，螺母长度小，结 构较为紧凑。在模数较大的转向器中，为提高螺母的只支撑刚性，无效圈 数为 1.05 圈。 齿条齿扇传动副是循环球式转向器的第二级传动副，与齿条相啮合的 齿扇，其齿厚是在分度圆上沿齿扇轴线按线性关系变化的，故为变厚齿 扇。 随着工作时间的增长，转向螺母和齿扇的磨损也变得越来越严重，为 了使转向螺母和齿扇能够正常工作，因此需要设计间隙调整装置。调整螺 钉旋装在侧盖上，齿扇轴内侧端部有切槽，调整螺钉的圆柱形端头即嵌入 此切槽中。将调整螺钉旋入，则啮合间隙减小，反之则啮合间隙增大。 1.5 转向系的检修转向系的检修 1.动力转向器的检查内容有哪些 1)检查动力转向器是否漏油，盖板螺栓是否松动。若螺栓松动，应拧 紧。 2)如果转向轴轴承松旷，应进行调整或更换损坏、磨损的轴承。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 6 - 3)动力转向器啮合副间隙过大或过小，螺栓改变补偿弹簧的预紧力， 可调整齿条、主动齿轮的啮合间隙。这里应注意，补偿弹簧的弹力出厂时 已调好，一般不需要另行调整，只有在确实有问题时才进行调整。 4)转向轴如有龟裂，应采用磁性控伤法进行检查。 2.怎样检查转向储液罐的液面高度 使发动机怠速运转，反复将转向盘从一侧极限位置转到另一侧极限位 置，以提高液压温度，使油温达到 40- 80左右。这时检查储油罐内油 量，油面应在储油罐的“MAX”处。油量不足时，在检查各部位元泄漏后， 按规定牌号补充液压油至“MAX”处。 3.怎样更换转向液压油 1)顶起汽车前轿，从储油罐及回流管中排出液压油； 2)使发动机怠速运转，一面排油，一方面将转向盘转到极限位置，直 至液压油排净； 3)添加液压油； 4)排净液压系统中的空气。 4.怎样检修转向柱 (1)拆卸，转向柱上装有一套组合开关，包括点火开关、前风窗刮水器 及洗涤器开关、转向灯开关及远近光变光开关，因此在拆卸前必须将蓄电 池电源线断开，转向指示灯开关放在中间位置，并将车轮处在直线行驶位 置，按下列拆卸步骤进行。 1)向下按橡皮边缘，撬出大盖板。 2)取下喇叭盖，拆卸喇叭按钮及有关接线。 3)拆下转向盘紧固螺母，用拉器将转向盘取下。 4)拆下组合开关上的三个平口螺栓，取下开关。 5)拆下仪表板左下方饰板。 6)拆下转向柱套管的两个螺钉，拆下套管。 7)将转向柱上段往下压，使上段端部凸缘上的两个驱动销脱离转向柱 下端，取出转向柱上段。 8)取下转向柱橡胶圈，松开夹紧箍的紧固螺栓，拆下转向柱下段。 9)用水泵钳旋转卸下弹簧垫圈，卸下左边的内六角螺栓，拧出右边的 开口螺栓，拆下转向盘锁套。 (2)检查，检查转向柱有无弯曲、安全联轴节有无磨损或损坏、弹簧弹 性是否失效，如有则应修理或更换新件。 (3)安装，转向柱安装基本按拆卸的相反顺序进行，但同时应注意以下 几点： 1)转向柱与凸缘管应一起安装，并用水泵钳连接起来。 2)应将凸缘管推至转向齿轮轴上，夹紧箍圈口应向外。注意：不可用 手等掰开夹箍。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 7 - 3)转向柱管的断开螺栓装配时，应将螺栓拧紧至螺栓头断开为止，然 后拧紧圆柱螺栓。 4)车轮应处于直线行驶位置，转向指示灯开关应处在中间位置，才可 装转向盘，否则在安装转向盘时，当分离瓜齿通过接触环上的簧片时，有 可能造成损坏。 5)应更换所有的自锁螺母和螺栓，转向柱不能进行焊接修理。 5.怎样拆卸动力转向器 1)支撑起车辆。 2)排放转向液压油。 3)拆下固定转向横拉杆的螺母。 4)拆下左前轮罩处的转向器固定螺栓。 5)松开在转向器分配阀外壳上的进油管，如图 3- 208 所示。 6)拆下后横板上固定转向器的自锁螺母(左侧)。 7)把车辆放下。 8)拆下紧固齿条与转向横拉杆的螺栓。 9)拆卸仪表板侧边下盖、通风管和踏板盖。 10)拆下紧固转向齿轮轴与联轴节的螺栓，并使各轴分开。 11)拆卸防尘套。 12)从车厢内部拆下固定转向器分配阀外壳上回油管的泄放螺栓。 13)拆下后横板上固定转向器的自锁螺母。 14)拆下转向器。 6 怎样安装动力转向器 安装时应注意：液压泵和转向器分配阀上固定泄放螺栓的密封圈只要 被拆卸，就必须更换。 1)在后横板上安装转向器，自锁螺母但不必完全拧紧。 2)支撑起车辆。 3)在液压泵上安装进油管和回油管，使用新的密封圈，拧紧螺栓。 4)安装在左前轮罩上的转向器固定螺栓，拧紧螺母。 5)安装在后横板上固定转向器的自锁螺母，拧紧螺母。 6)把进油管固定在转向器分配阀外壳上。 7)把车辆放下。 8)拧紧在后横板上固定转向器的自锁螺母。 9)安装转向横拉杆支架固定螺栓。 10)从车厢内把回油管安装在转向器分配阀外壳上。 11)安装防尘套。 12)连接联轴节，安装固定螺栓并拧紧。 13)安装踏板盖、通风管和仪表板盖。 14)向储油罐内注入液压油，直到达到标有“MAX”处。注意：决不要 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 8 - 再使用排出的液压油。 15)举升起车辆，在发动机停止的情况下转动转向盘数次，以便把系统 中存在的空气排出。补充液压油，达到储液罐标上“MAX”处。 16)起动发动机，向左和右转动转向盘至极限位置，观察油面高度，一 直操作到油面稳定在标有“MAX”处为止。 6.怎样更换转向齿轮轴密封圈 1)拆卸动力转向器。 2)把转向器固定在台虎钳上，并拆下转向齿轮轴的锁销。 3)拆下转向器分配阀总成。 4)拆卸转向器分配阀外壳的密封圈。 5)使用专用工具 VW065 和塑料铆头，把新的密封圈安装在转向器分 配阀外壳上。 11.怎样更换转向储液罐 松开转向液储液罐安装支架螺栓和储液罐进油、回油软管的夹箍，从 车上拆下储液罐。 1.6 设计的要求设计的要求 为保证转向器具有良好的工作性能，转向器的设计应尽量满足下列要 求： （1）运动学上应保持转向轮转角和驾驶员转向盘的转角之间保持一 定的比例关系，即随动作用； （2）在作用在转向盘上的手力的同时，还应当有合适的“路感”， 即能及时地将地面对转向阻力的影响反映到转向盘上，使作用在转向盘上 的手力随转向阻力的增大而增大； （3）工作安全可靠，即使一旦动力转向系统失灵，司机仍能够操纵 转向盘使汽车转向； （4）密封性良好； （5）工作没有噪声和震动； （6）工作灵敏，转动转向盘后，系统内的压力很快能增长到最高 值。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 9 - 第第 2 章章 循环球式转向器的设计方案循环球式转向器的设计方案 2.1 循环球式转向器设计方案的分析循环球式转向器设计方案的分析 循环球式转向器目前国内外汽车上引用较多的一种结构形式。循环器 式转向器由螺杆、螺母、钢球和导管、齿条、齿扇构成。由方向盘传动带 动螺杆传动，通过钢球将力传给螺母，螺母将沿轴向移动。同时由于摩擦 力的作用，所有钢球在螺杆和螺母内的滚道流动，形成“球流”。钢球在螺 母内绕行两周后，流出螺母而进入导管，再由导管流回螺母通道内，故在 转向器工作时，两列钢球只是在各自的封闭通道内循环，而不会脱出。螺 母的轴向移动，通过齿条和齿扇，带动摇臂轴转动，摇臂轴转动带动汽车 转向桥（一般是前桥）上的车轮（转向轮）相对于汽车纵轴线偏转一定角 度，完成汽车转向。循环球式转向器具有啮合平稳，刚性好，转向轻便、 灵活，它的正向传动效率很高（最高可达 9095%） ，故操纵轻便，使用 寿命长。同时其逆向传动效率也很高，随着道路行驶条件的改善，“打手” 的现象明显减少，目前国内外很多工厂均已采用。国内外现有曲柄球销 式、曲柄叉式及齿扇齿条式三种结构，其中齿扇齿条式能更好的满足使用 及工艺上的要求，它在循环球式转向器中已占主导地位。循环球式转向器 有两级传动副，第一级是螺杆、钢球和螺母传动副，第二级是螺母、齿条 传动副，所以设计方案主要由这两个部分展开。 螺杆、钢球和螺母传动副循环球式转向器的第一级传动副，螺杆、螺 母具有与钢球精密配合的螺纹滚道，其优点是消除螺杆与螺母的相对位 移，减少转向盘的自由行程；在负荷较低时，滚道与钢球为接触，在负荷 较大时，滚道与钢球为局部接触，从而提高转向器的效率；钢球与滚道间 的间隙可储存杂物，减少磨损，提高寿命。为减少钢球与滚道的接触应 力，采用高精度钢球，分组装配，使螺杆与螺母的间隙控制在允许的范围 内。为减少刚球流通阻力，采用双列钢球独立循环，每列循环滚道与钢球 的有效接触圈数为 2.5 圈，螺母的上平面有 4 个导管孔，导管插入其中， 用波型夹子固定。每列螺纹滚道用导管连通，实现钢球在滚道中循环滚 动。两列钢球间的无效圈数一般为 0.5 圈（次处无钢球） ，螺母长度小，结 构较为紧凑。在模数较大的转向器中，为提高螺母的只支撑刚性，无效圈 数为 1.05 圈。 齿条齿扇传动副是循环球式转向器的第二级传动副，与齿条相啮合的 齿扇，其齿厚是在分度圆上沿齿扇轴线按线性关系变化的，故为变厚齿 扇。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 10 - 随着工作时间的增长，转向螺母和齿扇的磨损也变得越来越严重，为 了使转向螺母和齿扇能够正常工作，因此需要设计间隙调整装置。调整螺 钉旋装在侧盖上，齿扇轴内侧端部有切槽，调整螺钉的圆柱形端头即嵌入 此切槽中。将调整螺钉旋入，则啮合间隙减小，反之则啮合间隙增大。 2.2 转向器工作过程详解转向器工作过程详解 1.转向系统 图 2- 1 l.转向盘；2.安全转向轴；3.转向节；4.转向轮；5.转向节臂；6.转向横拉杆；7. 转向减振器 8.机械转向器 上图是一种机械式转向系统。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。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。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 11 - 2.转向操纵机构 图 2- 2 1.轮圈；2 轮辐；3 轮毂 转向操纵机构由方向盘、转向轴、转向管柱等组成，它的作用是将驾 驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。 图 2- 3 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 12 - 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。 图 2- 4 1.转向横拉杆；2.防尘套；3.球头座；4.转向齿条；5.转向器壳体；6.调整螺塞； 7.压紧弹簧；8.锁紧螺母；9.压块；10.万向节；11.转向齿轮轴；12.向心球轴承；13. 滚针轴承。 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 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叉 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 将齿条压靠在齿轮上，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，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 6 与左右转向横拉杆 7 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。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 13 - 图 2- 5 1.万向节叉；2.转向齿轮轴；3.调整螺母；4.向心球轴承；5.滚针轴承；6.固定螺栓； 7.转向横拉杆；8.转向器壳体；9.防尘套；10.转向齿条；11.调整螺塞；12.锁紧螺 母；13.压紧弹簧；14.压块。 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。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 14 - 图 2- 6 蜗杆曲柄指销式转向器 蜗杆曲柄指销式转向器的传动副(以转向蜗杆 为主动件，其从动件是装在摇臂轴曲柄端部的指销。转向蜗杆转动时，与 之啮合的指销即绕摇臂轴轴线沿圆弧运动，并带动摇臂轴转动。 图 2- 7 2.3 循环球式转向器的结构设计循环球式转向器的结构设计 1、转向器由螺杆、螺母、钢球、导管、摇臂轴、壳体、侧盖及上、 下盖等主要零件组成。螺杆、螺母支承在壳体两端的上、下盖轴承中。螺 母的下方制成齿距相等的齿条，它与摇臂轴上的变厚齿扇相啮合，摇臂轴 的轴颈支承在壳体及侧盖的衬套中。转动螺杆时，通过钢球使螺母沿轴线 移动，螺母齿条与摇臂轴齿扇的啮合，使摇臂轴往复摆动。 2、螺杆轴承的预紧负荷，可通过增加或减少上盖处的调整垫片，达 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 15 - 到转动螺杆所要求的预紧扭矩。齿条与赤扇的啮合可通过调整侧盖处的调 整螺钉，使处于中间位置时无啮合间隙，转动螺杆时的扭矩应在规定的范 围内。 3、转向器总成通过螺杆上的三角花键与转向轴相连接，转向盘与转 向器有两个（或一个）十字轴万向节，并有滑动花键，使之拆装方便，并 可满足可翻驾驶室的要求。 4、壳体两端轴承孔是对称的，根据车型的不同，可更换上、下盖的 位置，改变螺杆输入端的位置，壳体两个侧面上均有安装螺孔，因此同一 转向器，可满足不同布置的要求。 5、为充分利用摇臂轴的最大转角，保护相应零件不损坏，在摇臂轴 两侧的壳体内腔中有定位凸台，以限制摇臂轴的最大转角。 循环球式转向器的结构如图 2- 1 所示 1。 图 2- 1 循环球式动力转向器示意图 1- 转向器壳体;2- 转向螺母;3- 转向螺杆;4- 转向阀;5- 转向摇臂轴 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 16 - 第第 3 章章 螺杆、钢球和螺母传动副的设计螺杆、钢球和螺母传动副的设计 螺杆、钢球和螺母传动副循环球式转向器的第一级传动副，螺杆、螺 母具有与钢球精密配合的螺纹滚道，其优点是消除螺杆与螺母的相对位 移，减少转向盘的自由行程；在负荷较低时，滚道与钢球为接触，在负荷 较大时，滚道与钢球为局部接触，从而提高转向器的效率；钢球与滚道间 的间隙可储存杂物，减少磨损，提高寿命。为减少钢球与滚道的接触应 力，采用高精度钢球，分组装配，使螺杆与螺母的间隙控制在允许的范围 内。 3.1 气体增压泵汽缸组件的设计计算气体增压泵汽缸组件的设计计算 为了减少转向螺杆和转向螺母之间的摩擦，二者之间的螺纹以螺旋槽 滚动的许多钢球代之，以实现滑动摩擦变为滚动摩擦。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。两 者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面的螺旋管状通道。螺母侧面有一对通 孔，可将钢球从此孔塞入螺旋形通道内。钢球导管的两端插入螺母侧面通 孔中，导管内也装满了钢球。这样，钢球导管和螺母内的螺旋管状通道组 合成封闭的钢球“通道”2。为减少刚球流通阻力，采用双列钢球独立循 环，每列循环滚道与钢球的有效接触圈数为 2.5 圈，螺母的上平面有 4 个 导管孔，导管插入其中，用波型夹子固定。每列螺纹滚道用导管连通，实 现钢球在滚道中循环滚动。两列钢球间的无效圈数一般为 0.5 圈（次处无 钢球） ，螺母长度小，结构较为紧凑。在模数较大的转向器中，为提高螺 母的只支撑刚性，无效圈数为 1.05 圈。钢球在螺母内绕行两周后，流出螺 母而进入导管，再由导管流回螺母通道内，故在转向器工作时，两列钢球 只是在各自的封闭通道内循环，而不会脱出。螺母的轴向移动，通过齿条 和齿扇，带动摇臂轴转动。 螺杆、钢球和螺母传动副的结构如图 3- 1 所示。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 17 - 图 3-1 钢球、螺杆和螺母传动副示意图 1- 转向螺母；2- 钢球导管；3- 钢球；4- 转向螺杆；5- 密封圈 3.2 主要尺寸参数的确定主要尺寸参数的确定 3.2.1 阿克曼几何阿克曼几何学学 两轴汽车以低速转弯行驶，可忽略离