汽車轉(zhuǎn)向器畢業(yè)論文.pdf

宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 題目題目：基于 SolidWorks 轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向器三維造型設(shè)計 系部現(xiàn) 代 制 造 工 程 系 專 業(yè) 名 稱汽 車 運 用 技 術(shù) 班級汽 車班 姓名 學(xué)號 指 導(dǎo) 教 師 2009 年年 09 月月 21 日日 I 基于 SolidWorks 轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向器三維造型設(shè)計 摘要 近年來隨著我國汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展以及人們對于舒適、安全性能要求的不 斷提高，作為汽車的重要安全部件之一的汽車轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)水平也有了很大提高 。 目前液壓助力轉(zhuǎn)向器在各種助力轉(zhuǎn)向器中占據(jù)主導(dǎo)地位，而作為液壓助力轉(zhuǎn)向器之 一的轉(zhuǎn)閥式液壓助力轉(zhuǎn)向器更是應(yīng)用廣泛。現(xiàn)在許多車型所采用的動力轉(zhuǎn)向器多為 轉(zhuǎn)閥式液壓助力轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)閥式動力轉(zhuǎn)向器由于其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，軸向尺寸短，且 零件數(shù)目少，靈敏性能高等優(yōu)點，成為當(dāng)前動力轉(zhuǎn)向器的發(fā)展趨勢。本設(shè)計主要是 基于 Solid Works 對轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向器進行三維造型。 對于液壓助力轉(zhuǎn)向器，控制閥是影響其性能的關(guān)鍵部件，而轉(zhuǎn)閥就是一種能保 持液壓助力轉(zhuǎn)向器高性能的控制閥。本文研究的是轉(zhuǎn)閥式液壓助力轉(zhuǎn)向器，文中分 析了此種助力轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)和工作原理， 在此基礎(chǔ)上根據(jù) SolidWorks 對其進行零件 的繪制以及爆炸圖、工程圖的生成。 關(guān)鍵詞：汽車轉(zhuǎn)向器； 轉(zhuǎn)閥式液壓助力轉(zhuǎn)向器；SolidWorks II The 3D Modeling Design of the Turn Valve Type Redirector on SolidWorks Abstract Author：Yan Rong-qing Tutor:Yang Li In recent years, along with the rapid development of Chinas automobile industry for comfort, safety and to improve the performance of the car, as an important component of the safety of the production of automobile redirector level has greatly improved. Currently in various hydraulic booster steering the dominant power steering gear, as one of the hydraulic booster redirector turn valve type hydraulic power steering gear is widely used. Now many models used to turn more power steering gear hydraulic booster valve type redirector, turn valve type power steering gear due to its simple and compact structure, short axial dimensions, and the number of parts, sensitive, become the high performance of the development trend of the power steering gear. This design is mainly based on the valve type redirector given.this SolidWorks three-dimensional modelling. For hydraulic booster redirector, control valves is the key component, and performanceofthevalveisaturncankeephydraulicboosterredirector high-performance control valves. This research is turn valve type hydraulic power steering gear, the paper analyses the power steering structure and working principle, on the basis of its parts according to SolidWorks draw and explosion figure, engineering drawings. Keywords:automobile redirector； Turn valve type hydraulic power steering； SolidWorks. III 目目 錄錄 1 前言1 2 概述2 2.1 轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)方案分析2 3 轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)設(shè)計9 3.1 轉(zhuǎn)向系計算載荷的確定9 3.2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計9 3.3 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計10 3.4 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件強度計算15 4 SolidWorks 的轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向器設(shè)計18 4.1 轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向器零件的繪制18 4.2 轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向器的裝配21 4.3 轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向器爆炸圖的生成22 4.4 轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向器工程圖的生成23 結(jié)論結(jié)論24 致謝致謝25 參考文獻參考文獻26 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 1 1 前前 言言 當(dāng)今汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從過去的普通機械式發(fā)展到動力轉(zhuǎn)向， 一直到現(xiàn)代汽車電 子控制動力轉(zhuǎn)向，逐步的發(fā)展和完善。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的技術(shù)狀況，對于保障汽車 行駛安全，減輕駕駛員勞動強度，提高運輸效率和延長車輛使用壽命均有著十分 重要的作用。 眾所周知，汽車轉(zhuǎn)向系在汽車上是必不可少的系統(tǒng)，它不僅可以改變汽車的 駛方向，而且還可以克服由于路面測向干擾力使輪自行產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向，恢復(fù)汽車 原來的行駛方向，它在汽車的發(fā)展占有重要的位置，改善汽車的操縱穩(wěn)定性，提 高它的可靠性。 本設(shè)計主要是對轉(zhuǎn)向器進行三維造型，以 SolidWorks 為基礎(chǔ)，結(jié)合所學(xué)書 本知識及所搜索的網(wǎng)絡(luò)資料，對轉(zhuǎn)向器的分類、作用、工作原理等，結(jié)合各種圖 進行了分析及闡述，運用 SolidWorks 軟件對其進行了零件的繪制和工程圖、爆 炸圖、裝配圖的生成。 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 2 2 概概 述述 2.1 轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)方案分析結(jié)構(gòu)方案分析 2.1.1 轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向器的定義的定義 轉(zhuǎn)向器又名轉(zhuǎn)向機、方向機，它是轉(zhuǎn)向系中最重要的部件，是轉(zhuǎn)向系的執(zhí)行 機構(gòu)，在轉(zhuǎn)向系的發(fā)展及工作中扮演著不可或缺的角色。 全液壓轉(zhuǎn)向器 全液壓轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于車輛轉(zhuǎn)向和船舶液壓舵。駕駛?cè)藛T 通過它可以用較小的操縱力實現(xiàn)較大的轉(zhuǎn)向力控制，并且在性能上安全、可靠、 操縱上靈活、輕便。 轉(zhuǎn)向器的操縱是全液壓式，也就是說在轉(zhuǎn)向柱和轉(zhuǎn)向輪之間沒有機械連接， 在轉(zhuǎn)向器與轉(zhuǎn)向油缸之間是液壓管或軟管鏈接。 當(dāng)轉(zhuǎn)動方向盤，轉(zhuǎn)向器根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)動比例輸送相對的油量，該油量直接流 到操縱缸相應(yīng)一側(cè)，同時另一側(cè)的油量回到油箱。 轉(zhuǎn)閥式全液壓轉(zhuǎn)向器，具有以下特點：消除機械式聯(lián)動裝置，可以降低主機 成本，提供可靠輕便的結(jié)構(gòu)，操縱靈活輕便，安全可靠，可以很小的力矩進行連 續(xù)無級控制轉(zhuǎn)動，提供給控制回路以及主機尺寸廣泛的選擇面，能和多種轉(zhuǎn)向油 泵及液壓供應(yīng)系統(tǒng)連接。 2.1.2 轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向器的作用的作用 汽車在行駛過程中需要改變行駛方向時， 駕駛員通過汽車轉(zhuǎn)向系使汽車轉(zhuǎn)向 橋（一般是前橋）上的車輪相對于汽車縱軸線偏轉(zhuǎn)一定的角度，使汽車達到轉(zhuǎn)向 的目的。另外，當(dāng)汽車直線行駛時，轉(zhuǎn)向輪往往會受到路面?zhèn)认蚋蓴_力的作用而 自動偏轉(zhuǎn)，從而改變了原來的行駛方向，此時，駕駛員也可以通過汽車轉(zhuǎn)向系使 轉(zhuǎn)向輪向相反的方向偏轉(zhuǎn)，恢復(fù)汽車原來的行駛方向。 汽車轉(zhuǎn)向系的功用是改變和保持汽車的行駛方向， 而作為轉(zhuǎn)向系重要執(zhí)行機 構(gòu)的轉(zhuǎn)向器的作用是：將轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動變?yōu)辇X條軸的直線運動或轉(zhuǎn)向搖臂的擺 動，降低傳動速度，增大轉(zhuǎn)向力矩并改變轉(zhuǎn)向力矩的傳動方向。 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 3 2.1.3 轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向器的分類的分類 轉(zhuǎn)向器按結(jié)構(gòu)形式可分為多種類型。歷史上曾出現(xiàn)過許多種形式的轉(zhuǎn) 向器，目前較常用的有齒輪齒條式、蝸桿曲柄指銷式、循環(huán)球-齒條齒扇式、 循環(huán)球曲柄指銷式、蝸桿滾輪式等。其中第二、第四種分別是第一、第三 種的變形形式，而蝸桿滾輪式則更少見。如果按照助力形式，又可以分為 機械式（無助力），和動力式（有助力）兩種，其中動力轉(zhuǎn)向器又可以分 為氣壓動力式、液壓動力式、電動助力式、電液助力式等種類。 （1）齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 它是一種最常見的轉(zhuǎn)向器。其基本結(jié)構(gòu)是一對相互嚙合的小齒輪和齒 條，由與轉(zhuǎn)向軸做成一體的轉(zhuǎn)向齒輪和常與轉(zhuǎn)向橫拉桿做成一體的齒條組成。 轉(zhuǎn)向軸帶動小齒輪旋轉(zhuǎn)時，齒條便做直線運動。有時，靠齒條來直接帶動 橫拉桿，就可使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。所以，這是一種最簡單的轉(zhuǎn)向器。在汽車上 得到廣泛應(yīng)用。與其它形式轉(zhuǎn)向器比較，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器最主要的優(yōu)點是： 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉(zhuǎn)向器的質(zhì)量比較?。粋?動效率高達 90；齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙后，利用裝在齒條背部、靠 近主動小齒輪處的壓緊力可以調(diào)節(jié)的彈簧，可自動消除齒間間隙，這不僅可以提 高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度，還可以防止工作時產(chǎn)生沖擊和噪聲；轉(zhuǎn)向器占用的體積小； 沒有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，所以轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角可以增大；制造成本低。 圖圖 2-1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：因逆效率高(6070)，汽車在不平路 面上行駛時，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間的沖擊力，大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤，稱之為 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 4 反沖。反沖現(xiàn)象會使駕駛員精神緊張，并難以準(zhǔn)確控制汽車行駛方向，轉(zhuǎn)向盤突 然轉(zhuǎn)動又會造成打手，對駕駛員造成傷害。 （2）蝸桿曲柄銷式轉(zhuǎn)向器 它是以蝸桿為主動件，曲柄銷為從動件的轉(zhuǎn)向器。蝸桿具有梯形螺紋， 手指狀的錐形指銷用軸承支承在曲柄上，曲柄與轉(zhuǎn)向搖臂軸制成一體。轉(zhuǎn) 向時，通過轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動蝸桿、嵌于蝸桿螺旋槽中的錐形指銷一邊自轉(zhuǎn)，一 邊繞轉(zhuǎn)向搖臂軸做圓弧運動，從而帶動曲柄和轉(zhuǎn)向垂臂擺動，再通過轉(zhuǎn)向 傳動機構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。這種轉(zhuǎn)向器通常用于轉(zhuǎn)向力較大的載貨汽車上。 圖圖 2-2 蝸桿曲柄銷式轉(zhuǎn)向器蝸桿曲柄銷式轉(zhuǎn)向器 （3）循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 循環(huán)球式：這種轉(zhuǎn)向裝置是由齒輪機構(gòu)將來自轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)力進行減 速，使轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)闇u輪蝸桿的旋轉(zhuǎn)運動，滾珠螺桿和螺母夾著 鋼球嚙合，因而滾珠螺桿的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，螺母再與扇形齒輪嚙 合，直線運動再次變?yōu)樾D(zhuǎn)運動，使連桿臂搖動，連桿臂再使連動拉桿和 橫拉桿做直線運動，改變車輪的方向。 這是一種古典的機構(gòu)，現(xiàn)代轎車已 大多不再使用，但又被最新方式的助力轉(zhuǎn)向裝置所應(yīng)用。它的原理相當(dāng)于 利用了螺母與螺栓在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的相對移動，而在螺紋與螺紋之間夾 入了鋼球以減小阻力，所有鋼球在一個首尾相連的封閉的螺旋曲線內(nèi)滾動， 循環(huán)球式故而得名。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點是：在螺桿和螺母之間因為有可以循環(huán)流動的鋼球， 將滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，因而傳動效率可達到 7585；在結(jié)構(gòu)和工藝上 采取措施，包括提高制造精度，改善工作表面的表面粗糙度和螺桿、螺母上的螺 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 旋槽經(jīng)淬火和磨削加工，使之有足夠的硬度和耐磨損性能，可保證有足夠的使用 壽命；轉(zhuǎn)向器的傳動比可以變化；工作平穩(wěn)可靠；齒條和齒扇之間的間隙調(diào)整工 作容易進行；適合用來做整體式動力轉(zhuǎn)向器。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：逆效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，制造精度 要求高。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要用于貨車和客車上。 圖圖 2-3 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 （4）齒輪齒條液壓助力轉(zhuǎn)向器 齒輪齒條液壓助力轉(zhuǎn)向器，是相對于齒輪齒條機械轉(zhuǎn)向器而言的，主 要是增加了轉(zhuǎn)向油泵、轉(zhuǎn)向油壺、轉(zhuǎn)向油管、轉(zhuǎn)向閥、轉(zhuǎn)向油缸等部件， 以期達到改善駕駛員手感，增加轉(zhuǎn)向助力的目的的轉(zhuǎn)向裝置。國內(nèi)經(jīng)過 10 多年來的發(fā)展，已經(jīng)形成成熟的研發(fā)和制造技術(shù)的廠家有豫北光洋轉(zhuǎn)向器 有限公司等企業(yè)。 圖圖 2-4 齒輪齒條液壓助力轉(zhuǎn)向器齒輪齒條液壓助力轉(zhuǎn)向器 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 6 2.1.4 轉(zhuǎn)向器的工作原理轉(zhuǎn)向器的工作原理 （1）動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理 動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加一套動力輔助裝置組成 的。如下圖，轉(zhuǎn)向油泵 6 安裝在發(fā)動機上，由曲軸通過皮帶驅(qū)動并向外輸 出液壓油。轉(zhuǎn)向油罐 5 有進、出油管接頭，通過油管分別與轉(zhuǎn)向油泵和轉(zhuǎn) 向控制閥 2 聯(lián)接。轉(zhuǎn)向控制閥用以改變油路。機械轉(zhuǎn)向器和缸體形成左右 兩個工作腔，它們分別通過油道和轉(zhuǎn)向控制閥聯(lián)接。 當(dāng)汽車直線行駛時，轉(zhuǎn)向控制閥 2 將轉(zhuǎn)向油泵 6 泵出來的工作液與油 罐相通，轉(zhuǎn)向油泵處于卸荷狀態(tài)，動力轉(zhuǎn)向器不起助力作用。當(dāng)汽車需要 向右轉(zhuǎn)向時，駕駛員向右轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向控制閥將轉(zhuǎn)向油泵出來的工作 液與 R 腔接通，將 L 腔與油罐接通，在油壓的作用下，活塞向下移動，通 過傳動結(jié)構(gòu)使左、右輪向右偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)右轉(zhuǎn)向。向左轉(zhuǎn)向時，情況與 上述相反。 圖圖 2-5 液壓動力轉(zhuǎn)向系液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示統(tǒng)示意圖意圖 l-轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu) 2-轉(zhuǎn)向控制閥 3-機械轉(zhuǎn)向器與轉(zhuǎn)向動力缸總成 4-轉(zhuǎn)向傳動結(jié)構(gòu) 5-轉(zhuǎn)向油罐 6-轉(zhuǎn)向油泵 R-轉(zhuǎn)向動力缸右腔 L-轉(zhuǎn)向動力缸左腔 （2）轉(zhuǎn)閥式液壓助力轉(zhuǎn)向器工作原理 汽車直線行駛時，閥芯與閥套的位置關(guān)系如圖中所示。自泵來的液壓油經(jīng) 閥芯與閥套間的間隙，流向動力缸兩端，動力缸兩端油壓相等。駕駛員轉(zhuǎn)動方 向盤時，閥芯與閥套的相對位置發(fā)生改變，使得大部分或全部來自泵的液壓油 流入動力缸某一端，而另一端與回油管路接通，動力缸促進汽車左傳或右轉(zhuǎn)。 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 7 圖圖 2-6 轉(zhuǎn)閥式液壓助力轉(zhuǎn)向器工作原理轉(zhuǎn)閥式液壓助力轉(zhuǎn)向器工作原理 當(dāng)汽車直線行駛時，轉(zhuǎn)發(fā)處于中間位置，如圖 2-7（b）所示。來自轉(zhuǎn)向油泵 2 的工作液向閥套 8 的 3 個進油孔供油，油液通過預(yù)開隙進入閥芯 7 的凹槽，再 通過閥芯的回油孔進入閥芯 7 與扭力桿 6 間的空腔， 再經(jīng)過閥套 8 的回油孔通過 回油管流回油罐 1，形成油路循環(huán)。另一回路式由油泵 2 壓入閥套 8 的由經(jīng)過預(yù) 開隙進入閥套左右兩側(cè)的出油孔。由于左、右油缸均有油，且油壓相等，更由于 油路連通回油道而建立不起高壓，因此轉(zhuǎn)向助力器沒有助力作用，這即是直線行 駛狀態(tài)。 當(dāng)汽車右轉(zhuǎn)彎時，轉(zhuǎn)向盤帶動轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動并帶動扭力桿 6 順時針轉(zhuǎn)動（如圖 2-7（a）所示），扭力桿端頭與閥芯 7 以銷釘連接，因而帶動閥芯轉(zhuǎn)動一個角度， 這是閥套 8 的進油口一側(cè)的預(yù)開隙被關(guān)閉，另一側(cè)的預(yù)開隙開度變大，壓力油壓 向轉(zhuǎn)向器右缸，活塞向伸出轉(zhuǎn)向器方向移動，也即將齒條推出轉(zhuǎn)向器，從而起到 了轉(zhuǎn)向助力的作用，汽車向右轉(zhuǎn)彎?；钊蟾椎挠鸵罕粔撼?，通過閥套孔、閥芯 及閥芯與扭力桿間的間隙流回轉(zhuǎn)向油罐 1。 當(dāng)汽車左轉(zhuǎn)彎時，轉(zhuǎn)向盤帶動轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動并帶動扭力桿 6 反時針轉(zhuǎn)動（如圖 2-7（c）所示）。扭力桿端頭與閥芯 7 連接，因而帶動閥芯轉(zhuǎn)動一個角度，這是 閥套 8 的進油口一側(cè)的預(yù)開隙被關(guān)閉，另一側(cè)的預(yù)開隙開度變大，壓力油壓向轉(zhuǎn) 向器左缸，活塞向縮進轉(zhuǎn)向器方向移動，也即將齒條推進轉(zhuǎn)向器，從而起到了轉(zhuǎn) 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 8 向助力的作用，汽車向左轉(zhuǎn)彎?；钊腋椎挠鸵罕粔撼?，通過閥套孔、閥芯及閥 芯與扭力桿間的間隙流回轉(zhuǎn)向油罐 1。 當(dāng)轉(zhuǎn)向盤停在某一位置不再繼續(xù)轉(zhuǎn)動時， 閥套隨小齒輪在液力和扭力桿彈力 的作用下，沿轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動方向旋轉(zhuǎn)一個角度，使之與閥芯的相對角位移量減小， 左、右油缸油壓差減小，但仍有一定的助力作用。此時的助力轉(zhuǎn)矩與車輪的回正 力矩相平衡，使車輪維持在某一轉(zhuǎn)向位置上。 在轉(zhuǎn)向過程中， 如果轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動過快， 閥套與閥芯的相對角位移量也大， 左、 右動力腔的油壓差也相應(yīng)加大，前輪偏轉(zhuǎn)的速度也加快，如轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動速度慢， 前輪偏轉(zhuǎn)的也慢，若轉(zhuǎn)向盤停在某一位置上不變，對應(yīng)著前輪也停在某一位置上 不變。此即稱動力轉(zhuǎn)向的“漸進隨動作用”。 如果駕駛員放松轉(zhuǎn)向盤，閥芯回到中間位置，失去了助力作用，此時轉(zhuǎn)向輪 在回正力矩的作用下自動回位。 當(dāng)汽車直線行駛偶遇外界阻力使轉(zhuǎn)向輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)時， 阻力矩通過轉(zhuǎn)向傳動機 構(gòu)、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器、閥套下部銷軸作用在閥套上，使之與閥芯之間產(chǎn)生相對角 位移，這樣使動力缸左、右腔油壓不等，產(chǎn)生了與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向方向相反的助力作 用。在此力的作用下，轉(zhuǎn)向輪迅速回正，保證了汽車直線行駛的穩(wěn)定性。 一旦液壓助力裝置失效， 該動力轉(zhuǎn)向器即變成機械轉(zhuǎn)向器。 此時轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤， 通過轉(zhuǎn)向柱帶動閥芯轉(zhuǎn)動，閥芯下端邊緣有弧形缺口，轉(zhuǎn)動一定角度后，帶動小 齒輪轉(zhuǎn)動，再通過齒條傳給左右橫拉桿，即可實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向。 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 9 3 轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1 轉(zhuǎn)向系計算載荷的確定轉(zhuǎn)向系計算載荷的確定 為了保證行駛安全，組成轉(zhuǎn)向系的各零件應(yīng)有足夠的強度。欲驗算轉(zhuǎn)向系零 件的強度，需首先確定作用在各零件上的力。影響這些力的主要因素有轉(zhuǎn)向軸的 負荷、路面阻力和輪胎氣壓等。為轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷 轉(zhuǎn)動的阻力、車輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦阻力等。 精確地計算出這些力是困難的。 為此推薦用足夠精確的半經(jīng)驗公式來計算汽 車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩 R M(mmN ) p Gf M R 3 1 3 （3-1） 式中，f 為輪胎和路面間的滑動摩擦因數(shù)，一般取 0.7； 1 G為轉(zhuǎn)向軸負荷(N)；p 為輪胎氣壓( a MP)。 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力為 iDL ML F sw R h 2 1 2 （3-2） 式中， 1 L為轉(zhuǎn)向搖臂長； 2 L為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長； sw D為轉(zhuǎn)向盤直徑； i為轉(zhuǎn)向器角傳 動比； 為轉(zhuǎn)向器正效率。 對給定的汽車，用式（3-2）計算出來的作用力是最大值。因此，可以用此 值作為計算載荷。然而，對于前軸負荷大的重型貨車，用上式計算的力往往超過 駕駛員生理上的可能， 在此情況下對轉(zhuǎn)向器和動力轉(zhuǎn)向器動力缸以前零件的計算 載荷，應(yīng)取駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤輪緣上的最大瞬時力，此力為 700N。 3.2齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的齒輪多數(shù)采用斜齒圓柱齒輪。齒輪模數(shù)取值范圍多在 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 10 23mm 之間。主動小齒輪齒數(shù)多數(shù)在 57 個齒范圍變化，壓力角取 20，齒輪 螺旋角取值范圍多為 91 5。齒條齒數(shù)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向輪達到最大偏轉(zhuǎn)角時，相應(yīng) 的齒條移動行程應(yīng)達到的值來確定。變速比的齒條壓力角，對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在 12 35范圍內(nèi)變化。此外，設(shè)計時應(yīng)驗算齒輪的抗彎強度和接觸強度。 主動小齒輪選用 16MnCr5 或 15CrNi6 材料制造，而齒條常采用 45 鋼制造。為減 輕質(zhì)量，殼體用鋁合金壓鑄。 3.3 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計 3.3.1 主要尺寸參數(shù)的選擇主要尺寸參數(shù)的選擇 （1）螺桿、鋼球、螺母傳動副 鋼球中心距 D、螺桿外徑 1 D、螺母內(nèi)徑 2 D尺寸 D、 1 D、 2 D如圖 3-1 所示。鋼球中心距是基本尺寸，螺桿外徑 1 D、螺母內(nèi)徑 2 D及鋼球直徑 d 對確 定鋼球中心距 D 的大小有影響，而 D 又對轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)尺寸和強度有影響。在保 證足夠的強度條件下，盡可能將 D 值取小些。選取 D 值的規(guī)律是隨著扇齒模數(shù) 的增大，鋼球中心距 D 也相應(yīng)增加(表 3-1)。設(shè)計時先參考同類型汽車的參數(shù)進 行初選，經(jīng)強度驗算后，再進行修正。螺桿外徑 1 D通常在 2038mm 范圍內(nèi)變 化，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向軸負荷的不同來選定。螺母內(nèi)徑 2 D應(yīng)大于 1 D，一般要求 DDD%10%5 12 。 圖圖 3-1 螺桿、鋼球、螺母傳動副螺桿、鋼球、螺母傳動副 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 11 鋼球直徑 d 及數(shù)量 n 鋼球直徑尺寸 d 取得大，能提高承載能力，同時螺桿 和螺母傳動機構(gòu)和轉(zhuǎn)向器的尺寸也隨之增大。鋼球直徑應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，一般常 在 79mm 范圍內(nèi)選用(表 3-1)。 增加鋼球數(shù)量 n，能提高承載能力，但使鋼球流動性變壞，從而使傳動效率 降低。因為鋼球本身有誤差，所以共同參加工作的鋼球數(shù)量并不是全部鋼球數(shù)。 經(jīng)驗證明，每個環(huán)路中的鋼球數(shù)以不超過 60 粒為好。為保證盡可能多的鋼球都 承載，應(yīng)分組裝配。每個環(huán)路中的鋼球數(shù)可用下式計算 d DW d DW n 0 cos 式中，D 為鋼球中心距；W 為一個環(huán)路中的鋼球工作圈數(shù)；n 為不包括環(huán)流導(dǎo)管 中的鋼球數(shù)； 0 為螺線導(dǎo)程角，常取 0 =58，則 cos 0 1。 滾道截面當(dāng)螺桿和螺母各由兩條圓弧組成，形成四段圓弧滾道截面時， 見圖 3-1，鋼球與滾道有四點接觸，傳動時軸向間隙最小，可滿足轉(zhuǎn)向盤自由行 程小的要求。圖中滾道與鋼球之間的間隙，除用來貯存潤滑油之外，還能貯存磨 損雜質(zhì)。為了減少摩擦，螺桿和螺母溝槽的半徑 2 R應(yīng)大于鋼球半徑 d2，一般 取 2 R=(0.510.53)d 。 接觸角鋼球與螺桿滾道接觸點的正壓力方向與螺桿滾道法面軸線間的 夾角稱為接觸角，如圖 2-8 所示，角多取為 45，以使軸向力和徑向力分配均 勻。 圖圖 3-2 四段圓弧滾道截面四段圓弧滾道截面 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 12 螺距 P 和螺旋線導(dǎo)程角 0 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動角，對應(yīng)螺母移動的距離 s 為 2 P s（3-3） 式中，P 為螺紋螺距。 表表 3-1 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要參數(shù)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要參數(shù) 齒扇模數(shù) /mm 3.03.54.04.55.06.06.5 搖臂軸直徑 /mm 22263032 32 35 38 40 42 45 鋼球中心距 /mm 20 23 25 2528 30 32 3540 螺桿外徑 /mm 20 23 25 2528293438 鋼球直徑 /mm 5.556 5.556 6.350 6.3507.144 7.144 8.000 螺距/mm7.9388.7319.525 9.525 10.000 10.000 11.000 工作圈數(shù)1.5 1.5 2.5 2.5 環(huán)流行數(shù)2 螺母長度 /mm 41 45 52 46 47 58 56 59 62 72 78 80 82 齒扇齒數(shù) 3 5 5 齒扇整圓齒 數(shù) 12 13 13 13 14 15 齒扇寬 22 25 25 27 25 28 30 28 32 30 34 38 35 38 與此同時，齒扇節(jié)圓轉(zhuǎn)過的弧長等于 s，相應(yīng)搖臂軸轉(zhuǎn)過 p 角，其間關(guān)系可 表示如下： rs p （3-4） 式中，r 為齒扇節(jié)圓半徑。 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 13 聯(lián)立式（3-3） 、式（3-4）得 p P r 2 ，將對 p 求導(dǎo)得循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器角 傳動比 i為 ： P r i 2 （3-5） 由式（3-5）可知，螺距 P 影響轉(zhuǎn)向器角傳動比的值。在螺距不變的條件下， 鋼球直徑 d 越大， 圖 3-1 中的尺寸 b 越小， 要求 b=P-d2.5mm。 螺距 P 一般在 8 llmm 內(nèi)選取。 工作鋼球圈數(shù) W多數(shù)情況下，轉(zhuǎn)向器用兩個環(huán)路，而每個環(huán)路的工作 鋼球圈數(shù) w 又與接觸強度有關(guān)：增加工作鋼球圈數(shù)，參加工作的鋼球增多，能 降低接觸應(yīng)力，提高承載能力；但鋼球受力不均勻、螺桿增長而使剛度降低。工 作鋼球圈數(shù)有 1.5 和 2.5 圈兩種。一個環(huán)路的工作鋼球圈數(shù)的選取見表 3-1。 （2）齒條、齒扇傳動副設(shè)計 如圖 3-3 所示，滾迨相對齒扇作斜向進給運動加工齒扇齒，得到變厚齒扇。 如圖 3-4 所示，變厚齒扇的齒頂和齒根的輪廓面是圓錐的一部分，其分度圓上的 齒厚是變化的，故稱之為變厚齒扇。 圖 3-4 中，若 0-0 截面的原始齒形變位系數(shù)=0，且 II 剖面和剖面 分別位于 0-0 剖面兩側(cè)，則 II 剖面的齒輪是正變位齒輪，剖面中的齒輪 為負變位齒輪，故變厚齒扇在整個齒寬方向上，是由無數(shù)個原始齒形位移系數(shù)逐 漸變化的圓柱齒輪所組成。 圖圖 3-3 用滾刀加工變厚齒扇的進給運動用滾刀加工變厚齒扇的進給運動 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 14 圖圖 3-4 變厚齒扇的截面變厚齒扇的截面 對齒輪來說，因為在不同位置的剖面中，其模數(shù)優(yōu)不變，所以它的分度圓半 徑廠和基半徑 b r相同。因此，變厚齒扇的分度圓和基圓均為一圓柱，它在不同剖 面位置上的漸開齒形，都是在同一個基圓柱上所展出的漸開線，只是其輪齒的漸 開線齒形相對基圓的位置不同而已，所以應(yīng)將其歸人圓柱齒輪的范疇。 變厚齒扇齒形的計算， 如圖 3-5 所示， 一般將中間剖面 1-1 規(guī)定為基準(zhǔn)剖面。 由 1-1 剖面向右時，變位系數(shù)為正，向左則由正變?yōu)榱?0-0 剖面)，再變?yōu)樨摗?若 0-0 剖面距 1-1 剖面的距離為 0 a，則其值為tan/ 0 ma，是切削角，常見 的有 630和 730兩種。在切削角一定的條件下，各剖面的變位系數(shù)取決于距 基準(zhǔn)剖面 1-1 的距離 a。 進行變厚齒扇齒形計算之前， 必須確定的參數(shù)有： 模數(shù) m， 參考表 3-2 選??； 法向壓力角 0 ，一般在 2030之間；齒頂高系數(shù) 1 x，一般取 0.8 或 1.0；徑向 間隙系數(shù)，取 0.2；整圓齒數(shù) z，在 1215 之間選?。积X扇寬度 B，一般在 2238mm 。 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 15 圖圖 3-5 變厚齒扇齒形計算簡變厚齒扇齒形計算簡圖圖 表表 3-2 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器齒扇齒模數(shù)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器齒扇齒模數(shù) 齒扇齒模數(shù) m mm 3.03.54.04.55.06.06.5 轎 排量 mL 500 1000 1800 1600 2000 20002000 車 前軸 負荷 /N 3500 3800 4700 7350 7000 9000 8300 11000 10000 11000 貨 車 和 前軸 負荷 N 3000 5000 4500 7500 5500 18500 7000 19500 9000 24000 17000 37000 23000 44000 大 客 車 最大 裝載質(zhì) kg 350100025002700350060008000 3.4 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件強度計算循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件強度計算 3.4.1 鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 16 用下式計算鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力 3 2 2 2 2 2 3 rR rREF k （3-6） 式中 ，k 為系數(shù)，根據(jù) AB 值從表 2-3 查取， 2/1/1 2 RrA， 2/1/1 1 RrB； 2 R為滾道截面半徑；r 為鋼球半徑； 1 R為螺桿外半徑；E 為材料彈性模量，等于 25 /101 . 2mmN； 3 F為鋼球與螺桿之間的正壓力，可用 下式計算 coscos 0 2 3 n F F（3-7） 式中， 0 為螺桿螺線導(dǎo)程角；為接觸角；n 為參與工作的鋼球數(shù)； 2 F為作用在 螺桿上的軸向力，見圖 3-6。 當(dāng)接觸表面硬度為 5864HRC 時，許用接觸應(yīng)力=2500 2 /mmN。 圖圖 3-6 螺桿受力簡圖螺桿受力簡圖 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 17 表表 3-33-3 系數(shù)系數(shù) k k 與與 A AB B 的關(guān)系的關(guān)系 3.4.2 齒的彎曲應(yīng)力齒的彎曲應(yīng)力 w 用下式計算齒扇齒的彎曲應(yīng)力 2 6 Bs Fh w （3-8） 式中，F(xiàn) 為作用在齒扇上的圓周力；h 為齒扇的齒高；B 為齒扇的齒寬；s 為基圓 齒厚。 許用彎曲應(yīng)力為 w =540 2 /mmN。 螺桿和螺母用 20CrMnTi 鋼制造，表面滲碳。前軸負荷不大的汽車，滲碳層 深度在 0.81.2mm；前軸負荷大的汽車，滲碳層深度在 1.051.45mm。表面硬 度為 5863HRC。 此外，應(yīng)根據(jù)材料力學(xué)提供的公式，對接觸應(yīng)力進行驗算。 3.4.3 轉(zhuǎn)向搖臂軸直徑的確定轉(zhuǎn)向搖臂軸直徑的確定 用下式計算確定搖臂軸直徑 d 3 0 2 . 0 R KM d （3-9） 式中，K 為安全系數(shù)，根據(jù)汽車使用條件不同可取 2.53.5； R M為轉(zhuǎn)向阻力矩； 0 為扭轉(zhuǎn)強度極限。 搖臂軸用 20CrMnTi 鋼制造，表面滲碳，滲碳層深度在 0.81.2mm。前軸負 荷大的汽車，滲碳層深度為 1.051.45mm。表面硬度為 5863HRC。 A B 1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.1 k 0.388 0.400 0.410 0.440 0.468 0.4900.5360.600 0.716 0.970 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 18 4 SolidWorks 的的轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向器設(shè)計設(shè)計 4.1 轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向器零件的繪制零件的繪制 4.1.1 閥芯的繪制閥芯的繪制 （1）閥芯上視圖 圖圖 4-1 閥芯上視圖閥芯上視圖 （2）閥芯下視圖 圖圖 4-2 閥芯下視圖閥芯下視圖 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 19 （3）閥芯前視圖 圖圖 4-3 閥芯前視圖閥芯前視圖 （4）閥芯右視圖 圖圖 4-4 閥芯右視圖閥芯右視圖 4.1.2 閥套的繪制閥套的繪制 （1）閥套立體圖 圖圖 4-5 閥套立體圖閥套立體圖 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計