毕业设计（论文）-1048型循环球转向器设计（全套图纸）

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1、 本科毕业设计1048型循环球转向器设计全套CAD图纸，加153893706XX 大 学2010年 6月本科毕业设计1048型循环球转向器设计学院（系）： 专 业： 06汽车1班 学生 姓名： 学 号： 指导 教师： 答辩 日期： 2010-6-20 燕山大学理仁学院毕业设计任务书学院：车辆与能源学院 系级教学单位：车辆与交通运输工程系学号学生姓名专 业班 级06汽车1班题目题目名称1048型循环球转向器设计题目性质1.理工类：工程设计 （ ）；工程技术实验研究型（ ）；理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ）2.管理类（ ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ）题目类型1.毕业设计（

2、 ） 2.论文（ ）题目来源科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主要内容(1)查阅有关循环球转向器的文献，了解循环球转向器的结构、工作原理和特点；(2)完成1048型循环球转向器的方案设计、性能参数设计计算；(3)完成1048型循环球转向器的装配图、主要零件图、主要零件的工艺卡片。设计条件：前轴负荷（最大）：2.06t，最大输出摆角：41.5基本要求(1)完成1048型循环球转向器的方案设计、性能参数设计计算，绘制装配图与主要零件图，编制主要零件的工艺路线、工艺卡片。(2)图纸工作量不少于A0 3张，设计计算说明书字数不少于2万字。(3)查阅文献（不含教科书）15篇以上，翻译与课题有

3、关的外文资料不少于3千汉字。参考资料(1)陈家瑞. 汽车构造（下册）.北京：机械工业出版社，2007(2)刘惟信. 汽车设计. 北京：清华大学出版社，2001(3)王望予. 汽车设计. 北京：机械工业出版社，2004(4)最新汽车设计实用手册. 哈尔滨：黑龙江人民出版社，2005(5)机械设计手册编委会. 机械设计手册. 北京：机械工业出版社，2004周 次第1 4周第5 8 周第9 12 周第1316周第1718周应完成的内容调查研究，收集资料，翻译外文资料1048型循环球转向器的方案设计、性能参数设计计算，主要外购件的选型1048型循环球转向器结构设计、装配图绘制1048型循环球转向器主要

4、零件图绘制，编制工艺卡片,整理设计说明书答辩指导教师： 职称：教授 2009 年12月 26 日系级教学单位审批： 年 月 日摘要摘要本文首先对我国转向器行业的发展概况进行了阐述，然后根据汽车的类型、前轴负荷、使用条件等对转向器进行了初步选型，并根据转向器的传动效率，角传动比及使用条件参考以往的成功车型对转向器的具体参数和强度进行了详细的计算。完成了1048转向器从结构形式选择到制造工艺布置的全部设计。循环球式转向器是汽车转向器中唯一采用滚动摩擦和二级减速的转向器，目前国内外所有后轮驱动，以及以后轮为主驱动装置的四轮驱动汽车中的手动转向器和动力转向的转向器普遍采用循环球式。由于其传动效率高、工

5、作平稳、可靠，螺杆及螺母上的螺旋槽经渗碳、淬火及磨削加工，耐磨性好、寿命长。齿扇与齿条啮合间隙的调整方便易行等优点在高级轿车和轻型及以上的客车、货车上广泛采用。通过网络资料收集明白了循环球转向器在国内转向器市场中的重要地位。通过对1048转向器的设计对汽车转向系及整个汽车传动系统有了更深层次的了解，通过工艺的设计对零部件的生产流水线有了更进一步的认识。本次设计对以后从事设计生产工作奠定了重要基础。关键词 循环球；转向器；总体设计；加工；检测 I 燕山大学本科生毕业设计（论文）AbstractFirst this article was set overview development of t

6、he steering industry in China, and then the type of car, front axle load conditions on the steering gear using a preliminary selection, and in accordance with steering the transmission efficiency, angle transmission ratio and conditions of use the success of previous models on the specific parameter

7、s and intensity of steering a detailed calculation. 1048 completed the structure selection from the steering gear to the manufacturing process all the design layout. The recirculating ball type steering gear steering is the only rolling friction and secondary deceleration steering, rear-wheel drive

8、all at home and abroad, and after the main drive wheel four-wheel-drive vehicle in the manual and power steering Turn commonly used recirculating ball steering. Because of its high transmission efficiency, smooth, reliable, screw and nut on the spiral groove by carburization, quenching and grinding,

9、 abrasion resistance and long life. Fan gear meshing with the rack space to facilitate easy adjustment of the advantages of the high-level and above cars and light buses, goods vehicles on the widely adopted. Data collected through the network to understand the circulating ball steering gear steerin

10、g gear in the domestic market in an important position. By 1048 the design of the steering and the vehicle steering system with a deeper understanding of transmission, through the process of design of the parts production line with a further understanding. The design of the future in design and prod

11、uction work laid an important foundation. Keywords Recirculating ball; Steering; Design; Processing; DetectionIII目录目 录摘要IAbstractII目 录III第1章 绪论11.1 循环球转向器概述11.2 循环球转向器的分类和特点21.3 转向器的现状和发展趋势21.3.1 国外转向器行业概况31.3.2 国内转向器行业概况31.3.3 研究主要成果31.3.4 发展趋势41.4 循环球转向器存在问题及解决方案51.4.1存在问题51.4.2解决方案51.5 本章小结6第2章 总

12、体方案设计72.1 设计转向器的一般过程72.1.1 总体设计72.1.2技术设计72.1.3审核鉴定72.2 总体方案设计的基本内容82.2.1确定设计方案82.2.2主要组成部分102.2.3主要参数112.3 本章小结11第3章 转向器零部件计算与校核123.1 循环球转向器设计的概述123.2循环球转向器的设计准则123.3循环球转向器角传动比计算123.4螺杆-钢球-螺母传动副的计算133.4.1钢球工作圈数的确定133.4.2螺杆螺母尺寸的确定143.4.3螺杆螺母加工要求153.5齿条齿扇传动副的计算163.5.1齿侧间隙的计算163.5.2齿扇各截面变为系数的计算183.5.3

13、变厚齿齿形参数的计算193.6转向器的零件强度计算223.6.1转向系计算载荷的确定223.6.2钢球与滚道间的接触强度校核233.6.3钢球工作圈数校核243.6.4钢球径向向间隙校核253.6.5螺杆在弯扭联合作用下的强度计算253.6.6齿的弯曲应力校核263.6.7转向摇臂轴直径的确定263.7 本章小结28第4章 1048转向器的加工与检测294.1 螺杆、螺母滚道的加工精度要求294.2 螺杆、螺母循环球总成的检测方法294.3 转向螺杆支撑轴承的选择及轴承预紧力的调整294.4 转向盘自由行程的调整304.5 本章小结30结论31参考文献32致谢33附录 1开题报告35附录 2文

14、献综述40附录 3外文翻译43III 第1章 绪论第1章 绪论1.1 循环球转向器概述转向器又名转向机、方向机，它是转向系中最重要的部件。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。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

15、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1。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

16、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1.2 循环球转向器的分类和特点循环球式转向器又有两种结构型式，即常见的循环球-齿条齿扇式和另一种即循环球曲柄销式。它们各有两个传动副，前者为：螺杆、钢球和螺母传动副以及落幕上的齿条和摇臂轴上的齿扇传动副；后者为螺杆、

17、钢球和螺母传动副以及螺母上的销座与摇臂轴的锥销或球销传动副。两种结构的调整间隙方法均是利用调整螺栓移动摇臂轴来进行调整。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1-1所示。图1-1循环球式转向器循环球式转向器的传动效率高、工作平稳、可靠，螺杆及螺母上的螺旋槽经渗碳、淬火及磨削加工，耐磨性好、寿命长。齿扇与齿条啮合间隙的调整方便易行，这种结构与液力式动力转向液压装置的匹配布置也极为方便。所以循环球转向器凭借这些特点在汽车中得到了广泛应用2。1.3 转向器的现状和发展趋势改革开放以来，我国汽车工业发展迅猛。作为汽车关键部件

18、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1.3.1 国外转向器行业概况国外发达国家转向器的制造有较长历史，伴随汽车的发明转向器的设计和制造也一直在不断的更新。近些年来，为了满足各种工况的实际需求转向器的类型已经演化到很多种。为了达到更加灵活和精准的转向，液压助力转向和电子助力转向已经在国外得到了广泛应用。国外汽车配装的转向器以液压助力式转向器为主，约占总产量的50%以上，机械式转向器仅占7%且日趋淘汰，从液压助力式转向器基础上发展起来的电

19、动液压助力式转向器约占15%，近年来迅速发展的电动助力式转向器占28%（主要配轿车）1.3.2 国内转向器行业概况我国的汽车制造业起步较晚，所以汽车转向器的发展造成了一定程度的延后，尤其和世界水平产生了不小的差距。 80年代以后，由于改革开放，我国经济迅速发展。面对国内汽车制造行业的蒸蒸日上，作为汽车关键部件之一的转向器也得到了较为快速地发展，在产销规模不断增长的同时，技术水平也得到了一定程度的提升3。据统计，2007年全国汽车转向器生产企业有150多家，其中民营企业占70%，国营企业占14%，合资企业占10%，独资企业占6%。转向器行业中，规模较大的企业有上海ZF、恒隆集团、一汽光洋、新乡豫

20、北和湖北三环等20多家，生产集中度约为80%。转向器行业的企业总资产约为130亿元，年生产能力超过1000万台（套）。2007年，国内转向器产销量约940万台（套），总产值约为120亿元，出口创汇约2.45亿美元。产品结构基本合理，能覆盖国内全系列汽车，基本满足整车产业发展需求。在国内汽车配装的转向器产品中，商用车（主要是载货车）有95%以上是自主品牌转向器。在中高档轿车中，2/3车辆使用的是中外合资企业或外商独资企业生产的转向器，1/3的车辆使用自主品牌转向器。低档轿车则几乎全部使用自主品牌转向器。1.3.3 研究主要成果我国汽车转向器制造业的发展，从无到有，从小到大，已成为我国机械工业的重

21、要组成之一，成为世界转向器生产大国之一。迄今通过技术引进、消化吸收、合作生产，自主开发了多种种新产品，填补了国内空白，有的达到国际先进水平。产品的技术水平和自动化程度都有很大提高，新的技术产生了新的成果主要表现在：（1）做成整体式动力转向器应用于各种工况的多种车辆中（2）制成变传动比转向器解决转向灵敏度和转向力之间的矛盾（3）可逆式转向器保证转向后转向轮和转向盘自动回证，减轻驾驶员疲劳，提高行驶安全性（4）采用变厚齿扇简单了转向器的传动间隙调整机构，保证了转向的灵敏度1.3.4 发展趋势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

22、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

23、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954。1.4 循环球转向器存在问题及解决方案 虽然机械式转向器目前已经相当成熟但是仍然存在一定的缺陷，还有一些问题需要改善，这一点是必不可少的。1.4.1 存在问题（1

24、）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，需要解决间隙的设计问题（2）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。这就要求特殊的加工设备和复杂的计算（3）轨道界面的确定及其加工，考虑磨损及维修。（4）转向器的逆效率过高（5）结构复杂，制造困难，制造精度要求高1.4.2 解决方案我国转向器制造技术应在吸收国内外先进制造技术的基础上，根据本国国情，加快发展，主要发展目标有以下几个方面： （1）加大软件开发和在转向器中的应用。引进国外高新技术，改善设计过程，简化设计结构，提高生产效率。（2）在自力更生研究开发的同时，积极引进、吸收国外

25、的先进技术与系统，并加以创新，提高加工精度，减小误差，保证制造产品的合格率。（3）积极开拓国际市场，加大高新技术产品在国际市场上的占有率。（4）既注重技术创新，又注重其与机制创新、管理创新的结合，处理好机制创新、管理创新和技术创新的关系。要以机制创新带动管理创新，以管理创新带动技术创新。采取有效的协同研发方式以及符合市场经济规律的运行机制，组织好本领域的相关技术、装备与软件系统的研发，以及研究成果的推广应用。随着经济全球化和我国加入 WTO，我国产业结构将有重大调整，而制造业在工业化过程中起着主导作用，是经济发展中的主要增长点之一，没有制造业的提高和发展，其它产业也不可能良性发展，因此制造业将

26、是产业结构调整中的主要着力点之一。在此内外环境的影响下，我国转向器制造业必须充分考虑产品的研发、生产、营销和服务各环节的协调发展，吸收先进制造技术，逐步走上以自主开发为主的道路，使我国汽车转向器工业从“转向器制造大国”走向“转向器制造强国”，这是我们面临的最重要的任务5。1.5 本章小结我国转向器制造行业的发展，应在继承国内制造业研究成果和经验的基础上，吸收国外的先进技术， 面向转向器工业发展需求，重创新、抓应用、建环境、促发展、见效益，实现转向器设计、生产和管理的信息化，生产工艺过程控制的智能化和数字化，全面提升我国转向器制造业的竞争力。5 第2章 总体方案设计第2章 总体方案设计2.1 设

27、计转向器的一般过程 转向器的设计过程大体上分为总体设计、技术设计和审核鉴定三个阶段。2.1.1 总体设计总体设计阶段，主要做可行性分析与进行初步设计俩方面的工作9。一、可行性分析可行性分析要弄清和解决以下几个问题：（1）用户的需要，即汽车的使用工况，正常人的操作习惯，以及行驶的安全性和使用寿命等。（2）根据用户需求，确定转向器的设计内容和转向器的应用环境，明确它的功能、应用范围和必须达到的技术经济指标。（3）现有同类转向器的发展情况，当前加工技术水平及今后发展方向。（4）构思设计方案，并从工作原理、技术性能和经济效益三个方面分析对比各种方案的优缺点和可行性，从中找出较为合理的方案。然后，提出报

28、告说明实施该项目的目的、可行性和实施计划。二、初步设计将设计方案具体化，着重抓转向器的零部件需求、总体布局、绘制结构原理图和拟定主要技术参数等。2.1.2 技术设计技术设计内容包括各组成部分的运动设计、结构设计、零件强度与刚度校核、动力计算、绘制设计图样和编写技术文件等。2.1.3 审核鉴定对所拟定的方案、技术计算、设计图样等进行详细审核，并对试制的样机进行鉴定。特别要注意审查整个设计方案是否合理，各个具体设计环节是否正确，实际是否完善，还须做哪些改进。2.2 总体方案设计的基本内容 总体方案设计是技术设计的前提和依据。总体方案设计的好坏对项目的成败和技术性能的优劣有决定性的影响。应强调以下几

29、点：（1）注重市场调查与预测，不断为满足新的需求提供新型转向器。（2）继承与创造相结合，尽量采用先进技术，推陈出新。（3）对待实施的新方案，应进行必要的试验，经验证可靠后方可着手正式设计。（4）处理好使用与制造之间的关系，首先应满足使用需求，这是由工艺设备的特性决定的。更好更稳定的转向器对制造提出了越来越高的要求，优良的制造、装配质量是提高机器的工艺性能、工作可靠性和使用寿命所不可缺少的。2.2.1 确定设计方案（1）根据路况和车辆的类型选择合适的转向器车辆为前轴负荷2.06t的中型货车，载重较大所以选择更为轻便的循环球转向器。（2）间隙调整机构考虑使用过程中齿扇的磨损，需要经常调整间隙，所以

30、选择较为方便的非拆装式间隙调整机构（见图2-1(b)）图2-1循环球转向器间隙调整机构（3）确定钢球轨道加工形式滚道截面有四点接触式、两点接触式（见图 22）和椭圆滚道截面等。四点接触式滚道截面由四段弧组成，螺杆和螺母的滚道截面各为两段圆弧。四点接触滚道截面可获得最小的轴向间隙，以避免轴向定位的不稳定，受载后基本上可消除轴向位移，但滚道与钢球间仍应有间隙以贮存磨屑、减小磨损。虽然其制造工艺较复杂，但仍得到广泛应用。两点接触式滚道截面由两段圆弧组成，其螺杆和螺母滚道均为单圆弧，形状简单。当螺杆受有轴向载荷时，螺杆与螺母间产生轴向相对位移使轴向定位不稳定，增加了转向盘的自由行程，这对装动力转向的转

31、向系特别不利，因为它降低了分配阀的灵敏度，从而影响转向性能。椭圆滚道的螺杆部分为椭圆截面、螺母部分为圆弧截面。钢球以三点与滚道接触被精确地定位于滚道中心，轴向定位精确，但加工较复杂6。图2-2螺旋轨道截面（4）齿扇形式的选择齿扇的齿厚沿齿宽方向变化，故称为变厚齿扇。其齿形外观与普通的直齿圆锥齿轮相似。用滚刀加工变厚齿扇的切齿进给运动是滚刀相对工件作垂向进给的同时，还以一定的比例作径向进给，两者合成为斜向进给。这样即可得到变厚齿扇。变厚齿扇的齿顶及齿根的轮廓面为圆锥面，其分度圆上的齿厚是成比例变化的，形成变厚齿扇（如图2-3）。图2-3变厚齿扇的截面在该图中若 00 截面原始齿形的变位系数0，则

32、位于其两侧的截面 II 和一分别具有0 和车0，即截面 II 的齿轮为正变位齿轮，而截面一的齿轮为负变位齿轮。 即变厚齿扇在其整个齿宽方向上是由无穷多的原始齿形变位系数逐渐变化的圆柱齿轮所形成。因为在与 0 一 0 平行的不同截面中，其模数 m 不变、齿数亦同，故其分度圆及基圆亦不变，即为分度圆柱和基圆柱。其不同截面位置上的渐开线齿形，均为在同一基圆柱上展开的渐开线，仅仅是其轮齿的渐开线齿形离基圆的位置不同而已，故应将其归人圆柱齿轮范畴，而不应归于直齿圆锥齿轮范围，虽然它们从外观上更相似，因为直齿圆锥齿轮轮齿的渐开线齿形的形成基准是齿轮的基锥7。2.2.2 主要零部件结构循环球转向器的结构相对

33、来说还是比较简单的。循环球转向器中一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级一般采用齿轮齿条传动副，如解放CA140系列轻型载货汽车、CA1091型等汽车的转向器。如图2-1所示为解放CA1091系列转向器。转向螺杆的轴颈支撑在两个推理角接触轴承上。轴承预紧度可用调整垫片来调整。转向螺母外侧的下平面上加工成的齿条，与齿扇轴的上的齿扇啮合。图2-1 解放CA1091系列汽车转向器1螺母 2弹簧垫片 3转向螺母 4转向器壳体垫片 5转向器壳体底盖6转向器壳体 7导管夹 8加油螺塞 9钢球导管10球轴承 11、12油封 13、15滚针轴承 14摇臂轴 16锁紧螺母 17调整螺钉 18调整垫片

34、19侧盖 20螺钉 21调整垫片 22钢球 23转向螺杆2.2.3 主要参数（1）前轴最大负荷：2.06t（2）最大输出摆角： （3）方向盘直径400-500mm （4）方向盘切向力200-350N（5）角传动比26.692.3 本章小结本章详尽的讲述了总体设计的具体步骤和方法，为了在细节上做到尽善尽美，还应该做到以下几点：（1）注重市场调查与预测，不断为满足新的需求改善设计结构和加工工艺。（2）继承与创造相结合，尽量采用先进技术，推陈出新。（3）对待实施的新方案，应进行必要的试验，经验证可靠后方可着手正式设计。处理好使用与制造之间的关系，首先应满足使用需求，这是由工艺设备的特性决定的。循环球

35、转向器对制造提出了越来越高的要求，优良的制造、装配质量是提高机器的工艺性能、工作可靠性和使用寿命所不可缺少的。31 第3章 1048转向器零部件的计算与校核第3章 转向器零部件计算与校核3.1 循环球转向器设计的概述对转向其结构形式的选择，主要是根据汽车的类型、前轴负荷、使用条件等来决定，并要考虑其效率特性、角传动比变化特性等对使用条件的适应性以及转向器的其他性能、寿命、制造工艺等。中、小型轿车以及前轴负荷小于1.2t的客车、货车，多采用齿轮齿条式转向器。球面蜗杆滚轮式转向器曾广泛用在轻型和中型汽车上，例如：当前轴轴荷不大于2.5t且无动力转向和不大于4t带动力转向的汽车均可选用这种结构型式。

36、循环球式转向器则是当前广泛使用的一种结构，高级轿车和轻型及以上的客车、货车均多采用。轿车、客车多行驶于好路面上，可以选用正效率高、可逆程度大些的转向器。矿山、工地用汽车和越野汽车，经常在坏路或在无路地带行驶，推荐选用极限可逆式转向器，但当系统中装有液力式动力转向或在转向横拉杆上装有减振器时，则可采用正、逆效率均高的转向器，因为路面的冲击可由液体或减振器吸收，转向盘不会产生“打手”现象8。3.2 循环球转向器的设计准则循环球转向器的设计必须考虑多方面因素，而且首先应当满足制造工艺和加工工艺的要求，同时要合理选择工件材料和精度要求。由于转向器的好坏直接影响着汽车的安全性和人身安全，所以要经过严格的

37、强度校核和恶劣工况下的稳定性测试。一般来说，为实现同一的工艺要求就有可能设想出若干个不同的传动方案。所以，一定要根据实际情况来进行广泛的调查研究，并参照现有的类似机器加以对比分析，才有可能选出一个比较理想的方案作为整机设计的依据。3.3 循环球转向器角传动比计算由循环球式转向器的结构关系可知：当转向盘转动角时，转向螺母及其齿条的移动量应为 （3-1）式中t螺杆或螺母的螺距这时，齿扇转过角。设齿扇的啮合半径，则角所对应的啮合圆弧长应等于s，即 （3-2）由以上两式可求得循环球式转向器的角传动比为 （3-3）3.4 螺杆-钢球-螺母传动副的计算3.4.1 钢球工作圈数的确定螺杆钢球螺母传动副与通常

38、的螺杆一螺母一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，通常螺距t约在 8

39、 13mm 范围内可按式(33)初选，螺旋线导程角0约为 6 11。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db约为69mm。一般应参考同类型汽车的转向器选取钢球直径，并应使之符合国家标准。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n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，从而要降低传动效率。经验表明在每个环路中n以不大于60为好。 钢球数目(不包括钢球导管中的)可由下式确定： （3-4）式中d0钢球中心距，（见图3-1）；W一个环路中的钢球工作圈数，为了使载荷在各钢球间分布均匀，一般 W1.5 2.5

40、，当转向器的钢球工作圈数需大于2.5时，则应采用两个独立的环路；db钢球直径；0螺线导程角。3.4.2 螺杆螺母尺寸的确定钢球中心距是指钢球滚动时其中心所在的圆柱表面的横截面的圆的直径。它是一个基本尺寸参数，将影响循环球转向器的结构尺寸及强度。设计时可参考同类车进行初选，经强度验算后再进行修正。 显然， 在保证强度的前提下应尽量取小些。 在已知螺线导程角0和螺距t的情况下，d0亦可由下式求得： （3-5）式中t螺杆与螺母滚道的螺距；0螺线导程角。螺杆螺旋滚道的内径d1，外径d，以及螺母的尺寸D1，D(见图31)，在确定钢球中心距d0后即可由下式确定： （3-6）式中d0钢球中心距；rc螺杆与螺

41、母的滚道截面的圆弧半径；（见图3-1）x滚道截面圆弧中心相对于钢球中心线的偏移距； （3-7）db钢球直径；钢球与滚道的接触角，通常取45；h滚道截面的深度；可取 D应大于d，一般也可取。 （3-8）图3-1螺杆与螺母的螺旋轨道截面滚道截面有四点接触式、两点接触式（见图31）和椭圆滚道截面等。四点接触式滚道截面由四段圆弧组成，螺杆和螺母的滚道截面各为两段圆弧。四点接触滚道截面可获得最小的轴向间隙，以避免轴向定位的不稳定，受载后基本上可消除轴向位移，但滚道与钢球间仍应有间隙以贮存磨屑、减小磨损。虽然其制造工艺较复杂，但仍得到广泛应用。两点接触式滚道截面由两段圆弧组成，其螺杆和螺母滚道均为单圆弧，

42、形状简单。当螺杆受有轴向载荷时，螺杆与螺母间产生轴向相对位移使轴向定位不稳定，增加了转向盘的自由行程，这对装动力转向的转向系特别不利，因为它降低了分配阀的灵敏度，从而影响转向性能。椭圆滚道的螺杆部分为椭圆截面、螺母部分为圆弧截面。钢球以三点与滚道接触，被精确地定位于滚道中心，轴向定位精确，但加工较复杂9。3.4.3 螺杆螺母加工要求螺杆滚道应倒角以避免尖角划伤钢球。接触角是指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 (见图)。增大将使径向力增大而轴向力减小；反之则相反。通常多取45，以使径向力与轴向力的分配均匀。螺距t和螺旋线导程角0：前者影响转向器的角传动比(见式(33)；后

43、者影响动效率(见式(36)、式(37)。选择时应满足角传动比的要求和保证有较高的正效率而反行程时不发生自锁现象。工作钢球的总圈数：决定于接触强度。总圈数增多钢球亦增多，则可降低接触应力、提高承载能力。一般有2.5、3和5圈的，当 2.5时则应采用两个独立的环路。螺杆和螺母一般采用 20CrMnTi、22CrMnMo、20CrNi 3A钢制造，表面渗碳，渗碳层深度为 0.81.2mm， 重型汽车和前轴负荷大的汽车的转向器， 渗碳层深度可达 1.051.45mm。淬火后表面硬度为HRC586410。螺杆钢球螺母传动副的高可靠性、长寿命、小的摩擦损失以及达到实际上的无隙配合(螺杆的轴向间隙不应大于

44、0.0020.003mm)，是通过对滚道的高精度加工，使滚道表面具有高光洁度，采用标准的高精度的钢球(可用二、三级精度的)，并对螺杆、钢球及螺母的尺寸进行选配来达到的。3.5 齿条齿扇传动副的计算3.5.1 齿侧间隙的计算齿扇通常有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

45、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 12 所示，相对于摇臂轴的中心O有距离为n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 （3-9）式中r径向间隙；啮合角；rw齿扇的分度圆半径；摇臂轴转角。图3-3 为获得变化的齿侧间隙齿扇的加工原理和计算简图图3-4 用于选择偏心n的线圈当，rw确定后，根据上式可绘制如图34 所示的线图，用于选择适当的n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11。 齿条、齿扇传动副各对啮合齿齿侧间隙s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

46、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。3.5.2 齿扇各截面变为系数的计算齿扇的齿厚沿齿宽方向变化，故称为变厚齿扇。其齿形外观与普通的直齿圆锥齿轮相似。用滚刀加工变厚齿扇的切齿进给运动是滚刀相对工件作垂向进给的同时，还以一定的比例作径向进给，两者合成为斜向进给。这样即可得到变厚齿扇。变厚齿扇的齿顶及齿根的轮廓面为圆锥面，其分度圆上的齿厚是成比例变化的，形成变厚齿扇，如图35所示。图3-5变厚齿扇的截面在该图中若 00 截面原始齿形的变位系数0，则位于其两侧的截面 II 和一分别具有0 和车0，即截面 II 的齿轮为正变位齿轮，而截面一的齿

47、轮为负变位齿轮。 即变厚齿扇在其整个齿宽方向上是由无穷多的原始齿形变位系数逐渐变化的圆柱齿轮所形成。因为在与 0 一 0 平行的不同截面中，其模数 m 不变、齿数亦同，故其分度圆及基圆亦不变，即为分度圆柱和基圆柱。其不同截面位置上的渐开线齿形，均为在同一基圆柱上展开的渐开线，仅仅是其轮齿的渐开线齿形离基圆的位置不同而已，故应将其归人圆柱齿轮范畴，而不应归于直齿圆锥齿轮范围，虽然它们从外观上更相似，因为直齿圆锥齿轮轮齿的渐开线齿形的形成基准是基锥。3.5.3 变厚齿齿形参数的计算 图3-6变厚齿扇的齿型计算用图通常取齿扇宽度的中间位置作基准截面，如图 56 所示的截面 AA。由该截面至大端(截面

48、 BB)时，各截面处的变位系数均取正，向小端(截面 CC)时，变位系数由正变为零(截面 OO)再变为负值。设截面 OO至截面 AA的距离为，则 （3-10）式中 在界面A-A处的原始齿形变位系数； m模数； 切削角。由式（310）可知：当齿扇的模数 m及切削角选定后，各截面处的变位系数取决于该截面与基准截面的间的距离（见图 56）。变厚齿扇基准截面（截面 AA）处的齿形计算可按表 53 进行，计算前应将先选定的参数也列在该表中。其中齿扇模数 m 是根据前桥负荷及汽车的装载质量的不同参考表31选取；法向压力角一般为2030；切削角常见的有630和 730两种；齿顶高系数一般取0.8或1.0；整圆

49、齿数 z 一般在 1218 范围内选取；齿扇宽度F一般在2228mm范围内选取12。表3-1 各类汽车循环球转向器的齿扇模数齿扇模数m/mm3.03.54.04.55.06.06.5轿车排量/ml5501000-18001600-200020002000前桥负荷/kN3.5-3.84.7-7.357.0-9.08.3-11.01.0-1.1大客车和货车前桥负荷/kN3.0-5.04.5-7.55.5-18.57.0-19.59.0-2417-3723-44最大装载质量/kg350100025002700400060008000表3-2 变厚齿扇（AA）处的齿形参数选择与计算 （mm）参数名称参

50、数的选择与计算参数名称参数的选择与计算整圆齿数z通常在1218范围内选取齿顶高h1h1=1m模数m根据前桥负荷和汽车装载质量参考表选取齿根高h2h2=2m法向压力角02030齿全高hh=h2+ h1=(1+2)m切削角常见的有630和730径向间隙cc= h2- h1=(2-1)m齿扇宽度F一般在2238mm齿顶圆直径DD=(z+21+2A)m齿顶高系数11.0或0.8分度圆齿厚ss=(/2+2Atan0)m齿根高系数22齿顶圆压力角11=arccos(dcos0/D)变位系数AA 齿顶圆齿厚s1s1=Ds/d-(inv1-inv0)分度圆直径dd=mz说明：基准截面见图36的截面AA，为齿扇

51、宽度的中间位置处的截面。根据计算齿顶圆齿厚不可以过小，不然齿顶变尖会造成应力集中，是齿轮寿命缩短。最大变位系数截面即截面BB（见图36），应对该截面的齿形齿顶变尖的核算，如表33所示。表33 最大变位系数截面（截面 BB）齿顶变尖核算参数名称参数的选择与计算参数名称参数的选择与计算该截面相对于标准截面的变位系数BB截面B-B的齿顶圆压力角BB=arccos(dcos0/DB)最大变位系数maxmax=A+B截面B-B的分度圆弧齿厚sBsB=(/2+2maxtan0)m截面B-B处的齿顶圆直径DBDB=(z+21+2max)m截面B-B的齿顶圆齿厚sB1sB1=DBsB/d-(invB-inv0

52、)说明：一般容许的齿顶圆弧齿厚的最小值为： （0.250.30）m 当 m34时 （0.200.25）m 当 m46时 （0.100.20）m 当 m78时要求齿扇齿根不能够根切，齿扇齿顶不能够变尖。1048转向器具体参数计算： 已知1048转向器前轴负荷2.06t可以初步选定齿扇模数为5然后根据范围选定17的齿数，得到齿扇的分度圆直径，经过计算验校是否存在齿扇齿根根切以及齿顶比案件的情况，然后才可以进一步进行下一步的计算。 经校核满足齿根不根切和齿顶不变尖的要求3.6 转向器的零件强度计算3.6.1 转向系计算载荷的确定为了保证行驶安全，组成转向系的各零件应有足够的强度。欲验算转向系零件的强

53、度，需首先确定作用在各零件上的力。影响这些力的主要因素有转向轴的负荷、路面阻力和轮胎气压等。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摩擦阻力等13。精确地计算出这些力是困难的。为此推荐用足够精确的半经验公式来计算汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转向阻力矩MR(Nmm) (3-11)式中 f轮胎和路面间的滑动摩擦因数，一般取0.7；转向轴负荷(N)； P轮胎气压（MPa）。作用在转向盘上的手力为 （3-12）式中 L1转向摇臂长；L2转向节臂长；DSW转向盘直径；i转向器角传动比；+转向器正效率。对给定的汽车，用式（3一12）计算出来的作用力

54、是最大值。因此，可以用此值作为计算载荷。然而，对于前轴负荷大的重型货车，用上式计算的力往往超过驾驶员生理上的一可能，在此情况下对转向器和动力转向器动力缸以前零件的计算载荷，应取驾驶员作用在转向盘轮缘上的最大瞬时力，此力为 700N 。3.6.2 钢球与滚道间的接触强度校核（1）钢球与滚道间的接触应力j （3-13）式中 K系数，根据A/B查表3-5求得，其中A/B用下式计算： （3-13） d螺杆外径；rc螺杆与螺母滚到截面的圆弧半径；db钢球直径；E材料弹性模量，2.1105 MPa；N每个钢球与螺杆滚道间的正压力； （3-14）Fh转向盘圆周力；R转向盘轮缘半径；0螺杆螺线导程角；钢球与滚

55、道间的接触角；n参与工作的钢球数；l钢球接触点至螺杆中心线之间距离。表3-5 系数K与A/B的关系 mmA/B1.000.900.800.700.600.500.40K0.3880.400.440.4680.4900.5360.600A/B0.300.200.100.050.020.010.007K0.7160.8000.9701.2801.8002.2713.202当钢球与滚道的接触表面的硬度为HRC5864时，许用接触应力j可取为 30003500MPa。3.6.3 钢球工作圈数校核为了满足式(313)所表达的接触强度的要求，钢球的工作总圈数应达到 （3-15）式中 nb圆滚道中的钢球数；

56、 （3-16）t螺距；d0钢球中心距；螺线导程角；db钢球直径；需要的工作钢球总数； （3-17）作用在齿条与齿扇上的力 (3-18)T 转向摇臂轴上的力矩；齿扇的啮合半径；考虑轴向力在各钢球间不均匀分配的系数，0.80.9； N钢球与螺杆滚道之间的正压力； 钢球与滚道间的接触角。当由式(34)算得的钢球工作总圈数2.5时，则应采用圈数及钢球数相同的两个独立的环路，以使载荷能较均匀地分布于各钢球并保持较高的传动效率。但钢球总数 (包括在钢球导管中的)不应超过60个。否则应加大钢球直径并重新计算14。3.6.4 钢球径向向间隙校核径向间隙(见图31)不应大于0.020.03mm。亦可用下式计算：

57、 （3-19）轴向间隙可用下式计算： （3-20）3.6.5 螺杆在弯扭联合作用下的强度计算螺杆处于复杂的应力状态，在其危险断面上作用着弯矩和转矩，其弯矩 M 及转矩 T 分别为： （3-21） （3-22）式中 由式（3-18）决定的力；e齿条、齿扇啮合节点至螺杆中心的距离l螺杆两支撑轴承间的距离；啮合角；钢球中心距；螺线导程角；换算摩擦角；滚动摩擦系数，；钢球与滚道的接触角。这时，螺杆的当量应力为 (3-23)式中A，,螺杆按其内径计算的横截面积、弯曲截面系数和扭转截面系数。许用应力，螺杆材料的屈服极限。3.6.6 齿的弯曲应力校核齿扇齿的弯曲应力为 (3-24)式中 F作用在齿扇上的圆周力；H齿扇的齿高；B齿扇的齿宽；s基圆齿厚许用弯曲应力为MPa螺杆和螺母用20CrMnTi钢制造，表面渗碳。前轴