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微型汽车循环球式转向器设计,微型汽车,循环,转向器,设计
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键入文字目录目录1 引言.12 设计任务书.33 机械转向简介.43.1 转向操纵机构.43.2 转向器.44 转向系的设计要求.45 机械式转向器方案分析.55.1 齿轮齿条式.55.2 循环球式.75.3 蜗杆滚轮式、蜗杆指销式.86 计算设计说明书.96.1 转向器的效率.96.2 转向器类型、结构特点与效率.96.3 转向器的结构参数与效率.97 传动比的变化特性.107.1 转向系传动比.107.2 力传动比与转向系角传动比的关系.117.3 转向系的角传动比.127.4 转向器角传动比及其变化规律.128 齿轮齿条转向器变速比工作原理.128.1 转向器角传动比的选择.139 转向系计算载荷的确定.1410 转向梯形结构方案分析.1410.1 整体式转和梯形.1510.2 断开式转向梯形.1511 转向系统-零部件参数.1612 转向系统-发展趋势.1712.1 现代汽车转向装置的设计趋势.1712.2 现代汽车转向装置的发展趋势.1813 设计小结.2014 标准化审查报告.2014.1 产品图样的审查.2014.2 产品技术文件的审查.2114.3 标准件的使用情况.2114.4 审查结论.2115 使用说明书.21结 论.23参考文献.24致 谢.25外文资料翻译31 1 引言引言在汽车行驶中，转向运动是最基本的运动。我们通过方向盘来操纵和控制汽车的行驶方向，从而实现自己的形式意图。在现代汽车上，转向系统是必不可少的最基本的系统之一，它也是决定汽车主动安全性的关键总成，特别是在车辆高速化，驾驶人员非职业化，车流密集的今天，针对更多不同的驾驶人群，汽车的操纵性设计显得尤为重要。从上世纪四十年代起，为减轻驾驶员体力负担，在机械转向系统基础上增加了液压助力系统 HPS(hydraulic power steering)，它是建立在机械系统的基础之上的，额外增加了一个液压系统，一般有油泵、V 形带轮、油管、供油装置、助力装置和控制阀。由于其工作可靠、技术成熟至今仍被广泛应用。现在液压助力转向系统在实际中应用的最多，根据控制阀形式有转阀式和滑阀式之分。这个助力转向系统最重要的新功能是液力支持转向的运动，因此可以减少驾驶员作用在方向盘上的力。 虽然传统转向系统工作最可靠，但是也存在很多固有的缺点，传统转向系统由于方向盘和转向车轮之间的机械连接而产生一些自身无法避免的缺陷：汽车的转向特性受驾驶员驾驶技术的影响严重；转向传动比固定，使汽车转向响应特性随车速、侧向加速度等变化而变化，驾驶员必须提前针对汽车转向特性幅值和相位的变化进行一定的操作补偿，从而控制汽车按其意愿行驶。这就变相地增加了驾驶员的操纵负担，使汽车转向行驶存在很大的不安全隐患；液压助力转向系统经济性差，一般轿车每行驶一百公里要多消耗 0.30.4 升的燃料；另外，存在液压油泄漏问题，对环境造成污染，在环保性能被日益强调的今天，无疑是一个明显的劣势。电液动力转向系统近年来，随着电子技术的不断发展，转向系统中愈来愈多的采用电子器件。相应的就出现了电液助力转向系统。电液助力转向可以分为两大类：电动液压助力转向系统EHPS(electro-hydraulic power steering)、电控液压助力转向 ECHPS(electronically controlled hydraulic power steering)。EHPS 是在液压助力系统基础上发展起来的，其特点是原来有发动机带动的液压助力泵改由电机驱动，取代了由发动机驱动的方式，节省了4燃油消耗。ECHPS 是在传统的液压助力转向系统的基础上增加了电控装置构成的。电液助力转向系统的助力特性可根据转向速率、车速等参数设计为可变助力特性，使驾驶员能够更轻松便捷的操纵汽车。 现代电液动力转向系统主要通过车速传感器将车速传递给电子元件，或微型计算机系统，控制电液转换装置改变动力转向的助力特性，使驾驶员的转向手力根据车速和行驶条件变化而改变，即在低速行驶或转急弯时能以很小的转向手力进行操作，在高速行驶时能以稍重的转向手力进行稳定操作，使操纵轻便性和稳定性达EHPS 相比传统 HPS 降低了能源损耗。但电液动力转向系统，不论 ECHPS 还是 EHPS 都与传统的 HPS 一样存在液压油泄漏问题。电动助力转向系统 电动转向系统 EPS(Electric Power Steering)把一个机械的系统和一个电控的电动马达结合在一起形成的一个动力转向系统。与液压系统不同的是，助力改由电机提供，因此，要有一个力矩传感器来测量作用在方向盘上的力矩，由电子控制单元来计算所需要的力矩。作用在方向盘上的力矩曲线由一个电动马达来分配。通过电动马达提供转向所必须要的力，它通过一个减速器作用在转向柱上，在循环球式的传动装置中，直接作用在齿扇上的力太大，因此大多选用齿轮齿条转向器。根据助力位置不同分为三种形式：1、转向柱助力式.2、小齿轮助力式.3、齿条助力式.由于 EPS 改由电机提供助力，助力大小由电控单元 ECU 实时调节与控制，可以较好解决汽车操纵时轻与灵的矛盾。电动助力转向最早应用在微型汽车上，1988 年 2 月日本铃木公司首次在其 Cervo 车上装备，目前电动助力转向系统主要应用在轿车上，并逐渐从微型轿车向更大型轿车和商务车发展。其优点有：1.EPS 能在各种行驶工况下提供最佳助力，减小由路面不平所引起的对转向系统的扰动，改善汽车的转向特性，减轻汽车低速行驶时的转向操纵力，提高汽车高速行驶时的转向稳定性，进而提高汽车的主动安全性。并且可通过设置不同的转向手力特性来满足不同使用对象的需要。2 EPS 只在转向时电动机才提供助力(不像 HPS，即使在不转向时，油泵也一直运转)，因而能减少燃料消耗。外文资料翻译53.由于直接由电动机提供助力，电动机由蓄电池供电，因此 EPS 能否助力与发动机是否起动无关，即使在发动机熄火或出现故障时也能提供助力。4. EPS 取消了油泵、皮带、皮带轮、液压软管、液压油及密封件等，其零件比 HPS 大大减少，因而其质量更轻、结构更紧凑，在安装位置选择方面也更容易，并且能降低噪声。5 .EPS 没有液压回路，比 HPS 更易调整和检测，装配自动化程度更高，并且可以通过设置不同的程序，快速与不同车型匹配，因而能缩短生产和开发周期。6 .EPS 不存在渗油问题，消除了液压助力中液压油泄漏问题，可大大降低保修成本，减小对环境的污染，改善了环保性。7.EPS 比 HPS 具有更好的低温工作性能。电动助力转向目前已成为世界汽车技术发展的研究热点之一。汽车转向系统分类汽车转向系统分为两大类：机械转向系统和动力转向系统。完全靠驾驶员手里操纵的转向系统称为机械转向系统。借助动力来操纵的转向系统称为动力转向系统，动力转向系统又可分为液压动力转向系统和电动助力动力转向系统。2 2 设计任务书设计任务书汽车在行驶过程中需要不断改变方向，转向系就是通过一系列机械传动使得前轮发生偏转，从而实现汽车转向，达到改变行驶方向的目的。驾驶员操纵方向盘，通过转向器把方向盘的旋转运动转化成转向摇臂一定角度的摆动，带动转向梯形运动，使前轮偏转一定的角度，实现汽车转向。这次设计主要目的是总结所学知识，在设计中没有考虑到实际需要，只是从本专业出发，基于自己的实际能力对基础的机械设计进行练习。设计中对前桥的受力做简单的分析，对一些常见的转向器结构稍作分析并加以选择，并设计循环球式转向器。63 3 机械转向简介机械转向简介机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的，机械转向系由转向操纵机构，转向器和转向传动机构三大部分组成。3.1 转向操纵机构 转向器操纵机构由方向盘，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。3.2 转向器 转向器（也常称为转向机）是完成有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，目前较常用的有齿轮齿条式、循环球曲柄指销式、蜗杆曲柄指销式、循环球一齿条式扇式、蜗杆滚轮式等。汽车转向系的功用：汽车转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构。在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。 汽车转向系的形式和组成：汽车转向机构分为机械转向和动力转向两种形式。机械转向主要是由转向盘、转向器和转向传动机构等组成，动力转向还包括动力系统。机械转向是依靠驾驶员的手力转动转向盘，经转向器和转向传动机构使转向轮偏转。动力转向是在机械转向的基础上，加装动力系统，并借助此系统来减轻驾驶员的手力。动力转向包括液压式动力转向和电控式动力转向。液压式动力转向已在汽车上广泛应用。近年来，电控动力转向已得到较快发展。 4 4 转向系的设计要求转向系的设计要求 1）汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转。2）转向轮具有自动回正能力。3）在行驶状态下，转向轮不得产生自振，转向盘没有摆动。4）转向传动机构和悬架导向装置产生的运动不协调，应使车 轮产生的摆动最小。5）转向灵敏，最小转弯直径小。外文资料翻译76）操纵轻便。 7）转向轮传给转向盘的反冲力要尽可能小。8）转向器和转向传动机构中应有间隙调整机构。9）转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。10）转向盘转动方向与汽车行驶方向的改变相一致。正确设计转向梯形机构，可以保证汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转。转向轮的自动回正能力决定于转向轮的定位参数和转向器逆效率的大小。合理确定转向轮的定位参数，正确选择转向器的形式，可以保证汽车具有良好的自动回正能力。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。 为了使汽车具有良好的机动性能，必须使转向轮有尽可能大的转角，其最小转弯半径能达到汽车轴距的 22.5 倍。转向操纵的轻便性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。 轿车 货车机械转向 50100N 250N动力转向 2050N 120N轿车转向盘从中间位置转到第一端的圈数不得超过 2.0 圈，货车则要求不超过 3.0 圈。 5 5 机械式转向器方案分析机械式转向器方案分析 5.1 齿轮齿条式 齿轮齿条式转向器的主要优点是：结构简单、紧凑、体积小、质量轻；传动效率高达90%；可自动消除齿间间隙(图 1-1 所示)；没有转向摇臂和直拉杆，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：逆效率高（60%70%） 。因此，汽车在不平路面上行驶时，发生在转向轮与路面之间的冲击力，大部分能传至转向盘。 图 1-1 自动消除间隙装置 8根据输入齿轮位置和输出特点不同，齿轮齿条式转向器有四种形式：中间输入，两端输也（图 1-2a） ；侧面输入，两端输出（图 1-2b） ；侧面输入，中间输出（图 1-2c） ；侧面输入，一端输出（图 1-2d） 。图 1-2 齿轮齿条式转向器的四种形式 采用侧面输入、中间输出方案时，由于拉杆长度增加，车轮上、下跳动时位杆摆角减小，有利于减少车轮上、下跳动时转向系与悬架系的运动干涉。而采用两侧输出方案时，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，常用在平头微型货车上。 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。 齿条断面形状有圆形、V 形和 Y 形三种。圆形断面齿条制作工艺比较简单。V 形和 Y 形断面齿条与圆形断面比较，消耗的材料少，故质量小。 根据齿轮齿条式转向器和转向梯形相对前轴位置的不同，在汽车上有四种布置形式：转向器位于前轴后方，后置梯形；转向器位于前轴后方，前置梯形；转向器位于前轴前方，后置梯形；转向器位于前轴前方，前置梯形，见图 1-3。 外文资料翻译9 图 1-3 齿轮齿条式转向器的四种布置形式 齿轮齿条式转向器广泛应用于微型、普通级、中级和中高级轿车上。装载量不大、前轮采用独立悬架的货车和客车也用齿轮齿条式转向器5.2 循环球式 循环球式转向器由螺杆和螺母共同形成的螺旋槽内装有钢球构成的传动副，以及螺母上齿条与摇臂轴上齿扇构成的传动副组成，如图 1-4 所示。循环球式转向器的优点是：传动效率可达到 75%85%；转向器的传动比可以变化；工作平稳可靠；齿条和齿扇之间的间隙调整容易；适合用来做整体式动力转向器。 循环球式转向器的主要缺点是：逆效率高，结构复杂，制造困难，制造精度要求高。循环球式转向器主要用于货车和客车上。 图 1-4 循环球式转向器 10 图 1-5 循环球式转向器的间隙调整机构 5.3 蜗杆滚轮式、蜗杆指销式 蜗杆滚轮式转向器由蜗杆和滚轮啮合而构成。主要优点是：结构简单；制造容易；强度比较高、工作可靠、寿命长；逆效率低。主要缺点是：正效率低；调整啮合间隙比较困难；传动比不能变化。 蜗杆指销式转向器有固定销式和旋转销式两种形式。根据销子数量不同，又有单销和双销之分。蜗杆指销式转向器的优点是：传动比可以做成不变的或者变化的；工作面间隙调整容易。固定销式转向器的结构简单、制造容易。但销子的工作部位磨损快、工作效率低。旋转销式转向器的效率高、磨损慢，但结构复杂。要求摇臂轴有较大的转角时，应采用双销式结构。双销式转向器的结构复杂、尺寸和质量大，并且对两主销间的位置精度、螺纹槽的形状及尺寸精度等要求高。此外，传动比的变化特性和传动间隙特性的变化受限制。蜗杆滚轮式和蜗杆指销式转向器应用较少。 6 6 计算设计说明书计算设计说明书 6.1 转向器的效率 功率P1 从转向轴输入，经转向摇臂轴输出所求得的效率称为转向器的正效率，用符号+表示， ；反之称为逆效率，用符号表示。 正效率+ 计算公式：外文资料翻译11 +=（P1-P2）/P1 逆效率 计算公式： =（P3-P2）/P3式中， P1 为作用在转向轴上的功率；P2 为转向器中的磨擦功率；P3 为作用在转向摇臂轴上的功率。 正效率高，转向轻便；转向器应具有一定逆效率，以保证转向轮和转向盘的自动返回能力。但为了减小传至转向盘上的路面冲击力，防止打手，又要求此逆效率尽可能低。 转向器的正效率+ 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。 6.2 转向器类型、结构特点与效率 在四种转向器中，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。选用滚针轴承时，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，故这种轴向器的效率+仅有54%。另外两种结构的转向器效率分别为 70%和 75%。 转向摇臂轴的轴承采用滚针轴承比采用滑动轴承可使正或逆效率提高约 10%。 6.3 转向器的结构参数与效率 如果忽略轴承和其经地方的摩擦损失，只考虑啮合副的摩擦损失，对于蜗杆类转向器，其效率可用下式计算 （1）式中，a0 为蜗杆（或螺杆）的螺线导程角；为摩擦角，=arctanf；f为磨擦因数。根据逆效率不同，转向器有可逆式、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。它能保证转向轮和转向盘自动回正，既可以减轻驾驶员的疲劳，又可以提高行驶安全性。但是，在不平路面上行驶时，传至转向盘上的车轮冲击力，易使驾驶员疲劳，)tan(tan00aa12影响安全行驾驶。 属于可逆式的转向器有齿轮齿条式和循环球式转向器。不可逆式和极限可逆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可逆式与不可逆式转向器两者之间。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。如果忽略轴承和其它地方的磨擦损失，只考虑啮合副的磨擦损失，则逆效率可用下式计算（2） 式（1）和式（2）表明：增加导程角a0，正、逆效率均增大。受-增大的影响，a0 不宜取得过大。当导程角小于或等于磨擦角时，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，导程角必须大于磨擦角7 7 传动比的变化特性传动比的变化特性 7.1 转向系传动比 转向系的传动比包括转向系的角传动比 和转向系的力传动比 。转向系的力传动比:转向系的角传动比:转向系的角传动比 由转向器角传动比 和转向传动机构角传动比组成， 即 转向器的角传动比: 转向传动机构的角传动比: 00tan)tan(aa0ipihWpFFi/2kkkwdddtddtdi/00iiiii0pppwdddtddtdi/kpkpkpdddtddtdi/i外文资料翻译137.2 力传动比与转向系角传动比的关系 转向阻力Fw 与转向阻力矩Mr 的关系式： （3） 作用在转向盘上的手力Fh 与作用在转向盘上的力矩Mh 的关系式：（4） 将式（3） 、式（4）代入 后得到 （5） 如果忽略磨擦损失，根据能量地恒原理，2Mr/Mh 可用下式表示 （6） 将式（6）代入式（5）后得到 （7） 当a和Dsw 不变时，力传动比 越大，虽然转向越轻，但 也越大，表明转向不灵敏。 7.3 转向系的角传动比转向传动机构角传动比可用 表示以外，还可以近拟地用转向节臂臂长L2 与摇臂臂长L1 之比来表示， 。 在汽车结构中，L2 与L1 的比值大约在 0.851.1 之间，可近似认为其比值为 1，则 。由此可见，研究转向系的传动比特性，只需研究转向器的角传动比 及其变化规律即可。7.4 转向器角传动比及其变化规律 aMFrWswhhDMF2hWpFFi/2aMDMihswrp02iddMMkhraDiiswp20pi0ikpddi/120/LLddikpddii/014式（7）表明，增大角传动比可以增加力传动比。当Fw 一定时，增大力传动比能减小作用在转向盘上的手力Fh，使操纵轻便。 由 的定义可知：对于一定的转向盘角速度，转向轮偏转角速度与转向器角度传动比在反比。角传动比增加后，转向轮偏转角速度对转向盘角速度的响应变得迟钝，汽车转向灵敏性降低，所以“轻”和“灵”构成一对矛盾。为解决这对矛盾，可采用变速比转向器。 齿轮齿条式、循环球式、蜗式指销式转向器都可以制成变速比转向器。 8 8 齿轮齿条转向器变速比工作原理齿轮齿条转向器变速比工作原理 根据相互啮合齿轮的基圆齿距必须相等，即pb1=pb2。其中齿轮基圆齿距pb1=m1cosa1，齿条基圆齿距pb2=m2cosa2。由上述两式可知：当齿轮具有标准模数m1和标准压力角a1 与一个具有变模数m2、变压力角a2 的齿条相啮合，并始终保持m1cosa1=m2cosa2 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，转同器的传动比是变化的。 图 1-6 是根据上述原理设计的齿轮齿条式转向器齿条压力角变化示例。从图中可以看到，位于齿条中部位置处的齿有较大压力角和齿轮有较大的节圆半径，而齿条齿有宽的齿根和浅斜的齿侧面；位于具条两端的齿，齿根减薄，齿有陡斜的齿侧面。 图 1-6 齿条压力角变化简图a）齿条中部齿 b）齿条两端齿 8.1 转向器角传动比的选择 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主0i外文资料翻译15要因素是转向轴负荷大小和对汽车机动能力的要求。 若转向轴负荷小或采用动力转向的汽车，不存在转向沉重问题，应取较小的转向器角传动比，以提高汽车的机动能力。 若转向轴负荷大，汽车低速急转弯时的操纵轻便性问题突出，应选用大些的转向器角传动比。 汽车以较高车速转向行驶时，要求转向轮反应灵敏，转向器角传动比应当小些。 汽车高速直线行驶时，转向盘在中间位置的转向器角传动比不宜过小。否则转向过分敏感，使驾驶员精确控制转向轮的运动有困难。 转向器角传动比变化曲线应选用大致呈中间小两端大些的下凹形曲线，如图 1-7 所示。 图 1-7 转向器角传动比变化特性曲线 9 9 转向系计算载荷的确定转向系计算载荷的确定 为转动转向轮要克服的阻力，包括转向轮绕主销转动的阻力、车轮稳定阻力、轮胎变形阻力和转向系中的内磨擦阻力等。 计算汽车在沥青或者混凝土跨面上的原地转向阻力矩MR（Nmm）的半径经验公式（8） 式中，f为轮胎和路面间的滑动磨擦因数，一般取 0.7；G1 为转向轴负荷（N） ；p为轮胎气压（MPa） 。 作用在转向盘上的手力为PGfMR31316（9） 式中，L1 转向摇臂长；L2 为转向节臂长；Dsw 为转向盘直径；i 为转向器角传动比；+为转向器正效率对给定的汽车，用式（9）计算出来的的作用力是最大值。 1010 转向梯形结构方案分析转向梯形结构方案分析 10.1 整体式转和梯形整体式转向梯形是由转向横拉杆 1，转向梯形臂 2 和汽车前轴 3 组成，如图 1-8 所示。 图 1-8 整体式转向梯形 1横拉杆 2梯形臂 3前轴 这种方案的优点是结构简单，调整前束容易，制造成本低；主要缺点是一侧转向轮上、下跳动时，会影响另一侧转向轮。 10.2 断开式转向梯形 iDLMLFswRh212外文资料翻译17转向梯形的横拉杆做成断开的，称之为断开式转向梯形。断开式转向梯形方案之一如图1-15 所示。 图 1-15 断开式转向梯形 断开式转向梯形的主要特点：1）能够保证一侧车轮上、下跳动时，不会影响另一侧车轮；2）由于杆系、球头增多，所以结构复杂，制造成本高，并且调整前束比较困难。横拉杆上断开点的位置与独立悬架形式有关。采用双横臂独立悬架，常用图解法（基于三心定理）确定断开点的位置1111 转向系统转向系统- -零部件参数零部件参数 转向盘直径 380 毫米18转向盘转动总圈数 3.5 圈驾驶员侧机械式安全气囊 SRS-40转向柱 安全转向柱转向系总传动比 17.2转向器线角传动比 53.143转向器总行程 186 毫米车轮 6JX15 铝车轮轮胎 205R15(T 级)内轮最大转角 39.6外轮最大转角 33.5最小转弯直径 不大于 11.6m1212 转向系统转向系统- -发展趋势发展趋势 改革开放以来，中国汽车工业发展迅猛。作为汽车关键部件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。有资料显示，国外有很多国家的转向器厂，都已发展成大规模生产的专业厂，年产超过百万台，垄断了转向器的生产，并且销售点遍布了全世界。12.1 现代汽车转向装置的设计趋势适应汽车高速行驶的需要从操纵轻便性、稳定性及安全行驶的角度，汽车制造广泛使用更先进的工艺方法，使用变速比转向器、高刚性转向器。 “变速比和高刚性”是目前世界上生产的转向器结构的方向。充分考虑安全性、轻便性随着汽车车速的提高，驾驶员和乘客的安全非常重要，目前国内外在许多汽车上已普遍增设能量吸收装置，如防碰撞安全转向柱、安全带、安全气囊等，并逐步推广。从人类工程外文资料翻译19学的角度考虑操纵的轻便性，已逐步采用可调整的转向管柱和动力转向系统。低成本、低油耗、大批量专业化生产随着国际经济形势的恶化，石油危机造成经济衰退，汽车生产愈来愈重视经济性，因此，要设计低成本、低油耗的汽车和低成本、合理化生产线，尽量实现大批量专业化生产。对零部件生产，特别是转向器的生产，更表现突出。汽车转向器装置的电脑化汽车的转向器装置，必定是以电脑化为唯一的发展途径。12.2 现代汽车转向装置的发展趋势现代汽车转向装置的使用动态随着汽车工业的迅速发展，转向装置的结构也有很大变化。汽车转向器的结构很多，从目前使用的普遍程度来看，主要的转向器类型有 4 种：有蜗杆肖式(WP 型)、蜗杆滚轮式(WR型)、循环球式(BS 型)、齿条齿轮式(RP 型)。这四种转向器型式，已经被广泛使用在汽车上。据了解，在世界范围内，汽车循环球式转向器占 45左右，齿条齿轮式转向器占 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。循环球式转向器一直在稳步发展。在西欧小客车中，齿条齿轮式转向器有很大的发展。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 625，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)。大、小型货车大都采用循环球式转向器，但齿条齿轮式转向器也有所发展。微型货车用循环球式转向器占 65，齿条齿轮式占 35。综合上述对有关转向器品种的使用分析，得出以下结论：循环球式转向器和齿轮齿条式转向器，已成为当今世界汽车上主要的两种转向器；而蜗轮#0；蜗杆式转向器和蜗杆肖式转向器，正在逐步被淘汰或保留较小的地位。在小客车上发展转向器的观点各异，美国和日本重点发展循环球式转向器，比率都已达到或超过 90；西欧则重点发展齿轮齿条式转向器，比率超过 50，法国已高达 95。由于齿轮齿条式转向器的种种优点，在小型车上的应用(包括小客车、小型货车或客货两用20车)得到突飞猛进的发展；而大型车辆则以循环球式转向器为主要结构。循环球式转向器特点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。布置方便。特别适合大、中型车辆和动力转向系统配合使用；易于传递驾驶员操纵信号；逆效率高、回位好，与液压助力装置的动作配合得好。可以实现变速比的特性，满足了操纵轻便性的要求。中间位置转向力小、且经常使用，要求转向灵敏，因此希望中间位置附近速比小，以提高灵敏性。大角度转向位置转向阻力大，但使用次数少，因此希望大角度位置速比大一些，以减小转向力。由于循环球式转向器可实现变速比，应用正日益广泛。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。并且该转向器可以被设计成具有等强度结构，这也是它应用广泛的原因之一。变速比结构具有较高的刚度，特别适宜高速车辆车速的提高。高速车辆需要在高速时有较好的转向稳定性，必须保证转向器具有较高的刚度。间隙可调。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，也是这种转向器的优点之一。中国的转向器生产，除早期投产的解放牌汽车用蜗杆#0；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，中国的转向器也在向大量生产循环球式转向器发展。转向器生产专业化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。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。还有一些比较大的转向器生产厂，如美国德尔福公司 SAGINAW 分部；英国 BURM#0；AN公司都是比较有名的专业厂家，都有很大的产量和销售面。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。外文资料翻译21动力转向是发展方向动力转向系统的应用日益广泛，不仅在重型汽车上必须装备，在高级轿车上应用的也较多，在中型汽车上的应用也逐渐推广。主要是从减轻驾驶员疲劳，提高操纵轻便性和稳定性出发。虽然带来成本较高和结构复杂等问题，但由于优点明显，还是得到很快的发展。动力转向有 3 种形式：整体式、半分置式及联阀式动力转向结构。目前 3 种形式各有特点，发展较快，整体式多用于前桥负荷 38t 汽车，联阀式多用于前桥负荷 5#0；18t 汽车，半分置式多用于前桥负荷 6t 以上到超重型汽车。从发展趋势上看，国外整体式转向器发展较快，而整体式转向器中转阀结构是目前发展的方向1313 设计小结设计小结这次设计以汽车转向系为基础。在设计中分析计算了受力情况，并对其中的连接件进行强度校核。同时确定转向器的类型，简单设计了循环球式转向器。达到了总结知识，练习简单机械设计的目的在这次设计中，由于对汽车不是很了解，加之专业知识缺乏，转向操纵机构各部件的受力不清楚，很多零件无法校核。在以后的设计中，争取解决上述问题，加强该设计的实用性。1414 标准化审查报告标准化审查报告14.1 产品图样的审查该转向设计已基本完成，现具备全套图纸和统一基本数据，根据有关规定，对其进行标准化审查，结果如下：（1）产品图样完整、统一、表达准确清楚、图样清楚。符合 GB/T1800、3-1998 的规定。（2）产品图样公差与配合的选择与标准符合 GB/T1800、3-1998 的规定。22（3）产品图样的标号符合 JB/T5054.5-2000中华人民共和国机械行业标准产品图样及设计的完整性。（4）图纸标题栏与明细栏符合 GB/T10609.1-1989GB/T10690.2-1989d 的规定（5）产品图样粗糙度的标注符合 GB131-83表面特征代号及注法的规定。14.2 产品技术文件的审查（1）产品技术文件名词、术语符合 ZB/TJ01 和 0351-90产品图样及设计文件 术语及有关标准的规定。（2）量和单位符合 GB3100GB3102-93 的规定。（3）技术文件所用的编码符合 JB/T8823-1998机械工业企业计算机辅助管理信息分类编码导则的规定。（4）技术文件的完整性符合 JB/T5054.5-2000产品图样及技术文件完整性的规定及相关部门有关具体要求。14.3 标准件的使用情况本设计所用的紧固件均采用标准的螺栓、螺钉，材料及材料代号也符合国家标准和部颁标准的相关规定。14.4 审查结论通过对汽车转向系的标准化审查，认为该设计基本贯穿了国家最新颁发的各种标准，图纸和设计文件完整齐全，符合标准化的要求。1515 使用说明书使用说明书本设计用于实现汽车转向，其过程如下：驾驶员操纵方向盘，通过转向柱传递给转向器，是的转向器的转向螺杆旋转，这样转向螺母就会沿着转向螺杆做往复直线运动，从而使与之配对的齿扇轴发生一定角度的偏转，并通过转向摇臂带动转向梯形机构运动，是前轮发生偏转，从而实现汽车转向。外文资料翻译23EXTENDING BEARING LIFE如何延长轴承寿命如何延长轴承寿命Abstract：Nature works hard to destroy bearings, but their chances of survival can be improved by following a few simple guidelines. Extreme neglect in a bearing leads to overheating and possibly seizure or, at worst, an explosion. But even a failed bearing leaves clues as to what went wrong. After a little detective work, action can be taken to avoid a repeat performance.摘要：摘要： 自然界苛刻的工作条件会导致轴承的失效，但是如果遵循一些简单的规则，轴承正常运转的机会是能够被提高的。在轴承的使用过程当中，过分的忽视会导致轴承的过热现象，也可能使轴承不能够再被使用，甚至完全的破坏。但是一个被损坏的轴承，会留下它为什么被损坏的线索。通过一些细致的侦察工作，我们可以采取行动来避免轴承的再次失效。Keywords: bearings failures life关键词：关键词： 轴承 失效 寿命Bearings fail for a number of reasons，but the most common are misapplication，contamination，improper lubricant，shipping or handling damage，and misalignment. The problem is often not difficult to diagnose because a failed bearing usually leaves telltale signs about what went wrong导致轴承失效的原因很多，但常见的是不正确的使用、污染、润滑剂使用不当、装卸或搬运时的损伤及安装误差等。诊断失效的原因并不困难，因为根据轴承上留下的痕迹可以确定轴承失效的原因。However，while a postmortem yields good information，it is better to avoid the process altogether by specifying the bearing correctly in The first placeTo do this，it is useful to review the manufacturers sizing guidelines and operating characteristics for the selected bearing.然而，当事后的调查分析提供出宝贵的信息时，最好首先通过正确地选定轴承来完全避免失效的发生。为了做到这一点，再考察一下制造厂商的尺寸定位指南和所选轴承的使用特ii点是非常重要的。Equally critical is a study of requirements for noise, torque, and runout, as well as possible exposure to contaminants, hostile liquids, and temperature extremes. This can provide further clues as to whether a bearing is right for a job.对轴承的噪声、扭矩、偏差、可暴露于污物和有害液体的程度以及温度极限的要求进行研究同样是至关重要的。研究上述要求可以为确定轴承是否用于某种工作提供进一步的线索。1 Why bearings fail1 轴承失效的原因轴承失效的原因About 40% of ball bearing failures are caused by contamination from dust, dirt, shavings, and corrosion. Contamination also causes torque and noise problems, and is often the result of improper handling or the application environmentFortunately, a bearing failure caused by environment or handling contamination is preventable，and a simple visual examination can easily identify the cause在球轴承的失效中约有 40%是由灰尘、脏物、碎屑的污染以及腐蚀造成的。污染通常是由不正确的使用和不良的使用环境造成的，它还会引起扭矩和噪声的问题。由环境和污染所产生的轴承失效是可以预防的，而且通过简单的肉眼观察是可以确定产生这类失效的原因。Conducting a postmortem il1ustrates what to look for on a failed or failing bearingThen，understanding the mechanism behind the failure, such as brinelling or fatigue, helps eliminate the source of the problem.通过失效后的分析可以得知对已经失效的或将要失效的轴承应该在哪些方面进行查看。弄清诸如剥蚀和疲劳破坏一类失效的机理，有助于消除问题的根源。Brinelling is one type of bearing failure easily avoided by proper handing and assembly. It is characterized by indentations in the bearing raceway caused by shock loadingsuch as when a bearing is dropped-or incorrect assembly. Brinelling usually occurs when loads exceed the material yield point(350,000 psi in SAE 52100 chrome steel)It may also be caused by improper assembly, Which places a load across the racesRaceway dents also produce noise，vibration，and increased torque.只要使用和安装合理，轴承的剥蚀是容易避免的。剥蚀的特征是在轴承圈滚道上留有由冲击载荷或不正确的安装产生的压痕。剥蚀通常是在载荷超过材料屈服极限时发生的。如果安装不正确从而使某一载荷横穿轴承圈也会产生剥蚀。轴承圈上的压坑还会产生噪声、振动和附加扭矩。A similar defect is a pattern of elliptical dents caused by balls vibrating between raceways while the bearing is not turningThis problem is called false brinelling. It occurs on equipment in 外文资料翻译transit or that vibrates when not in operation. In addition, debris created by false brinelling acts like an abrasive, further contaminating the bearing. Unlike brinelling, false binelling is often indicated by a reddish color from fretting corrosion in the lubricant.类似的一种缺陷是当轴承不旋转时由于滚珠在轴承圈间振动而产生的椭圆形压痕。这种破坏称为低荷振蚀。这种破坏在运输中的设备和不工作时仍振动的设备中都会产生。此外，低荷振蚀产生的碎屑的作用就象磨粒一样，会进一步损害轴承。与剥蚀不同，低荷振蚀的特征通常是由于微振磨损腐蚀在润滑剂中会产生淡红色。False brinelling is prevented by eliminating vibration sources and keeping the bearing well lubricated. Isolation pads on the equipment or a separate foundation may be required to reduce environmental vibration. Also a light preload on the bearing helps keep the balls and raceway in tight contact. Preloading also helps prevent false brinelling during transit.消除振动源并保持良好的轴承润滑可以防止低荷振蚀。给设备加隔离垫或对底座进行隔离可以减轻环境的振动。另外在轴承上加一个较小的预载荷不仅有助于滚珠和轴承圈保持紧密的接触，并且对防止在设备运输中产生的低荷振蚀也有帮助。Seizures can be caused by a lack of internal clearance, improper lubrication, or excessive loading. Before seizing, excessive, friction and heat softens the bearing steel. Overheated bearings often change color，usually to blue-black or straw coloredFriction also causes stress in the retainer，which can break and hasten bearing failure造成轴承卡住的原因是缺少内隙、润滑不当和载荷过大。在卡住之前，过大的摩擦和热量使轴承钢软化。过热的轴承通常会改变颜色，一般会变成蓝黑色或淡黄色。摩擦还会使保持架受力，这会破坏支承架，并加速轴承的失效。Premature material fatigue is caused by a high load or excessive preloadWhen these conditions are unavoidable，bearing life should be carefully calculated so that a maintenance scheme can be worked out材料过早出现疲劳破坏是由重载后过大的预载引起的。如果这些条件不可避免，就应仔细计算轴承寿命，以制定一个维护计划。Another solution for fighting premature fatigue is changing materialWhen standard bearing materials，such as 440C or SAE 52100，do not guarantee sufficient life，specialty materials can be recommended. In addition，when the problem is traced back to excessive loading，a higher capacity bearing or different configuration may be used另一个解决办法是更换材料。若标准的轴承材料不能保证足够的轴承寿命，就应当采用特殊的材料。另外，如果这个问题是由于载荷过大造成的，就应该采用抗载能力更强或其他结构的轴承。Creep is less common than premature fatigueIn bearingsit is caused by excessive clearance between bore and shaft that allows the bore to rotate on the shaftCreep can be ivexpensive because it causes damage to other components in addition to the bearing蠕动不象过早疲劳那样普遍。轴承的蠕动是由于轴和内圈之间的间隙过大造成的。蠕动的害处很大，它不仅损害轴承，也破坏其他零件。0ther more likely creep indicators are scratches，scuff marks，or discoloration to shaft and boreTo prevent creep damage，the bearing housing and shaft fittings should be visually checked蠕动的明显特征是划痕、擦痕或轴与内圈的颜色变化。为了防止蠕动，应该先用肉眼蠕动的明显特征是划痕、擦痕或轴与内圈的颜色变化。为了防止蠕动，应该先用肉眼检查一下轴承箱件和轴的配件。检查一下轴承箱件和轴的配件。Misalignment is related to creep in that it is mounting relatedIf races are misaligned or cockedThe balls track in a noncircumferencial pathThe problem is incorrect mounting or tolerancing，or insufficient squareness of the bearing mounting siteMisalignment of more than 1/4can cause an early failure蠕动与安装不正有关。如果轴承圈不正或翘起，滚珠将沿着一个非圆周轨道运动。这个问题是由于安装不正确或公差不正确或轴承安装现场的垂直度不够造成的。如果偏斜超过0.25，轴承就会过早地失效。Contaminated lubricant is often more difficult to detect than misalignment or creepContamination shows as premature wearSolid contaminants become an abrasive in the lubricantIn addition。insufficient lubrication between ball and retainer wears and weakens the retainerIn this situation，lubrication is critical if the retainer is a fully machined typeRibbon or crown retainers，in contrast，allow lubricants to more easily reach all surfaces 检查润滑剂的污染比检查装配不正或蠕动要困难得多。污染的特征是使轴承过早的出现磨损。润滑剂中的固体杂质就象磨粒一样。如果滚珠和保持架之间润滑不良也会磨损并削弱保持架。在这种情况下，润滑对于完全加工形式的保持架来说是至关重要的。相比之下，带状或冠状保持架能较容易地使润滑剂到达全部表面。Rust is a form of moisture contamination and often indicates the wrong material for the applicationIf the material checks out for the job，the easiest way to prevent rust is to keep bearings in their packaging，until just before installation锈是湿气污染的一种形式，它的出现常常表明材料选择不当。如果某一材料经检验适合工作要求，那么防止生锈的最简单的方法是给轴承包装起来，直到安装使用时才打开包装。2 Avoiding failures2 避免失效的方法避免失效的方法The best way to handle bearing failures is to avoid themThis can be done in the selection process by recognizing critical performance characteristicsThese include noise，starting and running torque，stiffness，nonrepetitive runout，and radial and axial playIn some applications, 外文资料翻译these items are so critical that specifying an ABEC level alone is not sufficient解决轴承失效问题的最好办法就是避免失效发生。这可以在选用过程中通过考虑关键性能特征来实现。这些特征包括噪声、起动和运转扭矩、刚性、非重复性振摆以及径向和轴向间隙。Torque requirements are determined by the lubricant，retainer，raceway quality(roundness cross curvature and surface finish)，and whether seals or shields are usedLubricant viscosity must be selected carefully because inappropriate lubricant，especially in miniature bearings，causes excessive torqueAlso，different lubricants have varying noise characteristics that should be matched to the application. For example，greases produce more noise than oil扭矩要求是由润滑剂、保持架、轴承圈质量（弯曲部分的圆度和表面加工质量）以及是否使用密封或遮护装置来决定。润滑剂的粘度必须认真加以选择，因为不适宜的润滑剂会产生过大的扭矩，这在小型轴承中尤其如此。另外，不同的润滑剂的噪声特性也不一样。举例来说，润滑脂产生的噪声比润滑油大一些。因此，要根据不同的用途来选用润滑剂。Nonrepetitive runout(NRR)occurs during rotation as a random eccentricity between the inner and outer races，much like a cam actionNRR can be caused by retainer tolerance or eccentricities of the raceways and ballsUnlike repetitive runout, no compensation can be made for NRR.在轴承转动过程中，如果内圈和外圈之间存在一个随机的偏心距，就会产生与凸轮运动非常相似的非重复性振摆（NRR） 。保持架的尺寸误差和轴承圈与滚珠的偏心都会引起NRR。和重复性振摆不同的是，NRR 是没有办法进行补偿的。NRR is reflected in the cost of the bearingIt is common in the industry to provide different bearing types and grades for specific applicationsFor example，a bearing with an NRR of less than 0.3um is used when minimal runout is needed，such as in diskdrive spindle motorsSimilarly，machinetool spindles tolerate only minimal deflections to maintain precision cutsConsequently, bearings are manufactured with low NRR just for machine-tool applications在工业中一般是根据具体的应用来选择不同类型和精度等级的轴承。例如，当要求振摆最小时，轴承的非重复性振摆不能超过 0.3 微米。同样，机床主轴只能容许最小的振摆，以保证切削精度。因此在机床的应用中应该使用非重复性振摆较小的轴承。Contamination is unavoidable in many industrial products，and shields and seals are commonly used to protect bearings from dust and dirtHowever，a perfect bearing seal is not possible because of the movement between inner and outer racesConsequently，lubrication migration and contamination are always problems在许多工业产品中，污染是不可避免的，因此常用密封或遮护装置来保护轴承，使其免受灰尘或脏物的侵蚀。但是，由于轴承内外圈的运动，使轴承的密封不可能达到完美的程度，vi因此润滑油的泄漏和污染始终是一个未能解决的问题。Once a bearing is contaminated, its lubricant deteriorates and operation becomes noisierIf it overheats，the bearing can seizeAt the very least，contamination causes wear as it works between balls and the raceway，becoming imbedded in the races and acting as an abrasive between metal surfacesFending off dirt with seals and shields illustrates some methods for controlling contamination一旦轴承受到污染，润滑剂就要变质，运行噪声也随之变大。如果轴承过热，它将会卡住。当污染物处于滚珠和轴承圈之间时，其作用和金属表面之间的磨粒一样，会使轴承磨损。采用密封和遮护装置来挡开脏物是控制污染的一种方法。Noise is as an indicator of bearing qualityVarious noise grades have been developed to classify bearing performance capabilities噪声是反映轴承质量的一个指标。轴承的性能可以用不同的噪声等级来表示。Noise analysis is done with an Anderonmeter, which is used for quality control in bearing production and also when failed bearings are returned for analysis. A transducer is attached to the outer ring and the inner race is turned at 1,800rpm on an air spindle. Noise is measured in andirons, which represent ball displacement in m/rad.噪声的分析是用安德逊计进行的，该仪器在轴承生产中可用来控制质量，也可对失效的轴承进行分析。将一传感器连接在轴承外圈上，而内圈在心轴以 1800r/min 的转速旋转。测量噪声的单位为 anderon。即用 um/rad 表示的轴承位移。With experience, inspectors can identify the smallest flaw from their sound. Dust, for example, makes an irregular crackling. Ball scratches make a consistent popping and are the most difficult to identify. Inner-race damage is normally a constant high-pitched noise, while a damaged outer race
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