畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-循環(huán)球液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)

第一章緒論1.1課題研究背景和意義隨著人民生活水平和對(duì)汽車要求的提高，汽車在人們的生活中變得越來(lái)越必不可少。2018年，我國(guó)汽車產(chǎn)銷量雙雙實(shí)現(xiàn)世界第一，汽車保有量近3.54億輛。轉(zhuǎn)向系是現(xiàn)代車輛的重要系統(tǒng)之一，而轉(zhuǎn)向器作為轉(zhuǎn)向系最為重要的組成部分，其性能的好壞直接影響轉(zhuǎn)向靈敏度，對(duì)車輛的安全性也有重要影響。隨著農(nóng)民生活水平的提高以及農(nóng)村生產(chǎn)力的進(jìn)步，對(duì)于低速貨車的使用越來(lái)越普遍，然而低速貨車由早期的四輪農(nóng)用車發(fā)展而來(lái)，設(shè)計(jì)理念落后，工藝制造水平低下，再加上低速貨車經(jīng)常行駛于復(fù)雜工況的路面上，使加強(qiáng)轉(zhuǎn)向系操穩(wěn)性顯得尤為重要。汽車操作難度和安全性受汽車操穩(wěn)性的直接影響。隨著汽車行駛速度的不斷提高，轉(zhuǎn)向系對(duì)汽車安全性的影響也越來(lái)越大，汽車操穩(wěn)性也得到越來(lái)越多的關(guān)注。作為精確傳達(dá)駕駛員操作指令的系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向系的優(yōu)化不僅可以減輕駕駛員的操作難度，還對(duì)降低駕駛員疲勞有重要意義。因此，轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)加強(qiáng)逐漸成為現(xiàn)今評(píng)判汽車性能好壞的重要指標(biāo)之一，分析轉(zhuǎn)向系對(duì)貨車操穩(wěn)性的影響也成為各大汽車廠商及相關(guān)企業(yè)一致的研究課題。如今，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要包括液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、線性控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型不同，適用車型也不同，而液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于具備轉(zhuǎn)向平穩(wěn)、安全性高、輸出力矩大等優(yōu)點(diǎn)，成為中大型噸位貨車的優(yōu)先選擇。而整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向是目前市場(chǎng)上較為主要的助力轉(zhuǎn)向器，它將機(jī)械轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸和轉(zhuǎn)向控制閥整合到一起，大大減少轉(zhuǎn)向系占的空間，使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的布置更加方便靈活。轉(zhuǎn)向器和動(dòng)力缸缸體形成的上下兩個(gè)油腔，通過(guò)油道與分配閥閥體上開(kāi)的環(huán)槽相通，通過(guò)控制油液的方向?qū)崿F(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)動(dòng)。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于其工作平穩(wěn)，噪聲低，輸出力矩大等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于各類車型。1.2汽車轉(zhuǎn)向器的發(fā)展據(jù)了解，世界范圍內(nèi)汽車齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器占40％左右，蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器只占10％左右，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占45％左右，其它形式的轉(zhuǎn)向器占5％。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器一直在穩(wěn)步發(fā)展。日本的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器發(fā)展較為完善，不同類型的汽車配備不同類型的轉(zhuǎn)向器，其中循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占的比重越來(lái)越多。日本的所有的公共汽車已經(jīng)將轉(zhuǎn)向器改換為循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，淘汰了以前曾經(jīng)使用的蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器；在貨車中，配備循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的占了大多數(shù)，而齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器只占到了百分之三十左右，目前在國(guó)外，各國(guó)都在大力發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的制造業(yè)，以各專業(yè)廠為中心經(jīng)行研究試驗(yàn)，使循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器實(shí)現(xiàn)了專業(yè)化，系列化生產(chǎn)，尤其是日本NSK公司，該公司生產(chǎn)的轉(zhuǎn)向器質(zhì)量好，成本低，產(chǎn)量大，產(chǎn)品銷售遍布全世界。德國(guó)的ZF公司從1948年開(kāi)始生產(chǎn)轉(zhuǎn)向器，逐漸發(fā)展為一個(gè)大型轉(zhuǎn)向器專業(yè)廠，現(xiàn)在聞名于世，年產(chǎn)轉(zhuǎn)向器達(dá)到200多萬(wàn)臺(tái)。另外還有一些大型轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)廠，如美國(guó)的SAGINAW、英國(guó)的AN公司，都是非常知名的轉(zhuǎn)向器專業(yè)生產(chǎn)廠家，有非常大的銷售面和競(jìng)爭(zhēng)力?，F(xiàn)如今，專業(yè)化生產(chǎn)已成為一種世界潮流，我國(guó)也只有走這條道理，才能使我們的產(chǎn)品產(chǎn)量大、質(zhì)量好、成本低，在世界上形成強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)力。從2018年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出來(lái)，隨著汽車產(chǎn)量的不斷加大，轉(zhuǎn)向器的產(chǎn)量也在隨之提升，特別是整體式轉(zhuǎn)向器中的轉(zhuǎn)閥式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器，受世界各大專業(yè)廠家青睞，成為當(dāng)前轉(zhuǎn)向器的發(fā)展方向，各國(guó)都在大力投入，組織力量，積極開(kāi)展試驗(yàn)研究工作保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，提高轉(zhuǎn)向器使用性能、減小總成體積、并普及推廣。21世紀(jì)以來(lái)，世界經(jīng)濟(jì)形勢(shì)波瀾起伏，各行各業(yè)都受到不小的影響，尤其是在西方國(guó)家發(fā)布石油禁運(yùn)之后，汽車行業(yè)站在風(fēng)口浪尖，首當(dāng)其沖。隨之而來(lái)的還有能源危機(jī)，隨著能源危機(jī)的發(fā)展，汽車工業(yè)的發(fā)展方向產(chǎn)生很大的變化，給汽車設(shè)計(jì)制造的操作輕便，能源消耗，材料消耗等方面提出新的要求。我國(guó)加入世界貿(mào)易組織，同時(shí)為我國(guó)汽車工業(yè)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，也帶來(lái)新的機(jī)遇，國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)生產(chǎn)水平也將邁入到下一階段，得到進(jìn)一步發(fā)展。近年來(lái)，我國(guó)汽車轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)也在努力迎合世界潮流，除了早期投產(chǎn)的解放牌汽車和東風(fēng)汽車采用了蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器外，其他大多數(shù)車型均已普及了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，并且基本都具備了一定的核心技術(shù)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)?，F(xiàn)如今，解放汽車和東風(fēng)汽車也在積極向生產(chǎn)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器方向發(fā)展，在第二代換型車上全部安裝匹配了循環(huán)球整體式轉(zhuǎn)向器。我國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展迅猛，汽車轉(zhuǎn)向器作為汽車的重要安全部件之一，更是得到各汽車專業(yè)廠重視，在1970年左右，在國(guó)內(nèi)推廣了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器；1978年改革開(kāi)放之后，汽車工業(yè)也受到激發(fā)，我國(guó)自主開(kāi)發(fā)了循環(huán)球變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向器，并積極推廣發(fā)行，對(duì)提高國(guó)內(nèi)汽車轉(zhuǎn)向輕便性開(kāi)了先河；從20世界末到現(xiàn)在，國(guó)名生活水平不斷提高，對(duì)汽車轉(zhuǎn)向器輕便型和操穩(wěn)性的要求也越來(lái)越高，各大專業(yè)廠和相關(guān)企業(yè)迎接更新更大的挑戰(zhàn)。20世紀(jì)以前國(guó)內(nèi)采用的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器以及循環(huán)球式變傳動(dòng)比式轉(zhuǎn)向器，對(duì)于汽車轉(zhuǎn)向輕便性和操作靈敏性的提高都是非常有限的，動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的出現(xiàn)，完美解決了轉(zhuǎn)向器靈敏性與輕便性之間的矛盾，因此，這幾年國(guó)內(nèi)的汽車都在積極采用動(dòng)力式轉(zhuǎn)向器，不僅僅只有重型貨車，中型貨車，高檔轎車，豪華客車甚至于輕型貨車，中檔轎車也都開(kāi)始陸續(xù)安裝匹配動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。目前國(guó)內(nèi)汽車轉(zhuǎn)向器制造業(yè)緊跟世界潮流，朝著發(fā)展趨勢(shì)不斷進(jìn)步，大力發(fā)展整體式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器，除了現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的轎車全部采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器外，其余車型基本都采取了循環(huán)球式整體液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。轉(zhuǎn)閥式分配閥由于其靈敏度高，結(jié)構(gòu)緊湊，軸向尺寸短，受到各大轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)廠家歡迎，整體式液壓助力轉(zhuǎn)向器的分配閥也基本由以前的滑閥式都改為轉(zhuǎn)閥式分配閥。1.3我國(guó)汽車發(fā)展與國(guó)外對(duì)比自改革開(kāi)放以后，我國(guó)汽車工業(yè)不斷進(jìn)步，工藝能力也不斷提高，產(chǎn)品更新速度越來(lái)越快，然而汽車零部件的生產(chǎn)，無(wú)論是產(chǎn)品生產(chǎn)效率還是產(chǎn)品質(zhì)量都沒(méi)有辦法滿足國(guó)內(nèi)汽車市場(chǎng)的需求。造成供需矛盾重要的原因：一是標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化程度低，我國(guó)國(guó)內(nèi)的汽車生產(chǎn)商的專業(yè)化水平相對(duì)于國(guó)外來(lái)說(shuō)較為落后，各種國(guó)內(nèi)汽車品牌的汽車各自為標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)化程度低，對(duì)汽車零部件的生產(chǎn)造成困難；二是設(shè)計(jì)和工藝落后，如汽車的主要部件，發(fā)動(dòng)機(jī)、ECU、傳感器等都要從國(guó)外進(jìn)口，國(guó)內(nèi)只負(fù)責(zé)汽車的總裝，自主生產(chǎn)的能力相對(duì)國(guó)外落后。加之生產(chǎn)效率低、周期長(zhǎng)，我國(guó)車輛發(fā)展任重而道遠(yuǎn)。1.4我國(guó)汽車轉(zhuǎn)向器的發(fā)展前景根據(jù)中國(guó)產(chǎn)業(yè)調(diào)研網(wǎng)發(fā)布的《2018年中國(guó)汽車市場(chǎng)現(xiàn)狀調(diào)研與發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)分析報(bào)告》顯示我國(guó)生產(chǎn)的汽車主要是配套安裝液壓助力循環(huán)球轉(zhuǎn)向器及液壓助力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上有140余家轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零部件生產(chǎn)廠商，專業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)向器的廠商總計(jì)有30余家，年產(chǎn)量達(dá)20萬(wàn)臺(tái)以上的廠商有10余家。我國(guó)轉(zhuǎn)向器行業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品類型齊全，已經(jīng)形成一定規(guī)模且達(dá)到較高水平，向經(jīng)濟(jì)規(guī)模型、科技創(chuàng)新型方向邁進(jìn)。根據(jù)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2018年末，我國(guó)汽車轉(zhuǎn)向行業(yè)產(chǎn)能約為9800萬(wàn)臺(tái)（套），總銷售額約350億元。

第二章汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理汽車上用來(lái)改變或恢復(fù)汽車行駛方向的系統(tǒng)稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，按照轉(zhuǎn)向動(dòng)力源可以分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩大類。2.1轉(zhuǎn)向系的功用和類型汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功用是保持汽車的直線行駛和改變汽車的行駛方向，以便于駕駛員可以隨時(shí)按照自己的意志改變或恢復(fù)汽車的行駛方向。汽車在直線行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向車輪經(jīng)常會(huì)受到來(lái)自于不平路面的側(cè)向力干擾車輪保持直線行駛；當(dāng)汽車行駛過(guò)程中需要轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向搖臂帶動(dòng)直拉桿，直拉桿拉動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié)臂上的轉(zhuǎn)向節(jié)是車輪相對(duì)主銷偏轉(zhuǎn)一定角度增量從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理：機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向器，操縱機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成，即主要由轉(zhuǎn)向盤、安全轉(zhuǎn)向柱、轉(zhuǎn)向器、左右橫拉桿，轉(zhuǎn)向直拉桿和轉(zhuǎn)向減振器等組成汽車轉(zhuǎn)向系，由駕駛員自身提供轉(zhuǎn)向所需的全部能源，駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)向盤施加一個(gè)切向力，經(jīng)由安全轉(zhuǎn)向柱、萬(wàn)向節(jié)、傳動(dòng)軸、轉(zhuǎn)向軸傳入轉(zhuǎn)向器，從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸，這一系列部件屬于轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)向器有減速增矩的作用，由兩級(jí)傳動(dòng)副構(gòu)成（螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)副和齒條齒扇傳動(dòng)副），傳入轉(zhuǎn)向器的力矩經(jīng)由轉(zhuǎn)向器減速增矩后，轉(zhuǎn)向搖臂作為轉(zhuǎn)向器的輸出端帶動(dòng)轉(zhuǎn)向直拉桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將駕駛員輸入的力矩經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向節(jié)臂使車輪上的轉(zhuǎn)向節(jié)水平擺動(dòng)，從而使得車輪可以相對(duì)于主銷旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度增量。左右梯形臂和轉(zhuǎn)向橫拉桿使非轉(zhuǎn)向器一側(cè)得車輪隨轉(zhuǎn)向器一側(cè)的車輪按設(shè)計(jì)好的規(guī)律偏轉(zhuǎn)。梯形臂一端與轉(zhuǎn)向橫拉桿用球銷鉸鏈傳動(dòng)副鏈接，另一端固定于轉(zhuǎn)向節(jié)上，轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向器一側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)受到來(lái)自轉(zhuǎn)向器傳來(lái)的力矩，帶動(dòng)梯形臂和橫拉桿擺動(dòng)，傳遞力矩到另一側(cè)的橫拉桿和梯形臂，使得該側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)連同車輪按設(shè)計(jì)好得規(guī)律隨轉(zhuǎn)向器一側(cè)車輪繞主銷偏轉(zhuǎn)，完成轉(zhuǎn)向任務(wù)。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上加設(shè)液壓助力系統(tǒng)的一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。由駕駛員自身和由發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的油泵共同作為轉(zhuǎn)向動(dòng)力源來(lái)完成轉(zhuǎn)向任務(wù)。如圖2-1為當(dāng)前國(guó)內(nèi)較為流行的一種液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)布置方案。采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車，在正常情況下轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員只需要向液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操作機(jī)構(gòu)提供極少的一部分能量來(lái)控制分配閥即可，而由轉(zhuǎn)向油泵（發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)帶輪想起傳輸力矩）產(chǎn)生油壓為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)的全部能量。在液壓系統(tǒng)失效時(shí)，駕駛者還可以通過(guò)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)完成汽車轉(zhuǎn)向任務(wù)。傳統(tǒng)的動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置一般都是采用液壓作為助力的動(dòng)力源，液壓裝置經(jīng)過(guò)世界上各種技術(shù)上改進(jìn)，已經(jīng)達(dá)到了相對(duì)完善的程度。但到目前為止液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置，仍然存在一些難以克服的缺點(diǎn)。圖2-1一種液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)布置方案轉(zhuǎn)向盤2-傳動(dòng)軸3-液壓缸4-轉(zhuǎn)向拉桿5-油箱6-油泵液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的液壓助力部分包括分配閥、動(dòng)力缸、油泵和液壓管路等，這使得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)復(fù)雜、龐大，不僅造價(jià)高，維修也比較困難。其次，液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置的液壓系統(tǒng)對(duì)密封要求較高，發(fā)生油液泄漏時(shí)，處理起來(lái)比較棘手。第三，液壓系統(tǒng)的控制困難，通用性差，一套適用于某類車型的液壓系統(tǒng)，對(duì)于其他類型的汽車往往缺乏通用性。這對(duì)于降低成泵是不利的。（3）近年來(lái)，各國(guó)的大型汽車制造公司先后幵發(fā)出以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力轉(zhuǎn)向助力動(dòng)力源的新型電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置，電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置的系統(tǒng)一般由電機(jī)與電磁離合器、轉(zhuǎn)向傳感器、信號(hào)控制單元、機(jī)械齒輪箱以及發(fā)動(dòng)機(jī)等構(gòu)成。轉(zhuǎn)向傳感器一般都安裝在機(jī)械式的轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)內(nèi)，車速傳感器安裝在車輪附近，也可以安裝車速里程表中，轉(zhuǎn)向傳感器和車速傳感器根據(jù)汽車當(dāng)前工況產(chǎn)生信號(hào)輸入中央控制ECU中，利用蓄電池和發(fā)電機(jī)的電力作為能源，直接為轉(zhuǎn)向裝置提供轉(zhuǎn)向提供助力。中央控制單元ECU接收車速傳感器和轉(zhuǎn)向傳感器產(chǎn)生的信號(hào)，根據(jù)駕駛者操縱轉(zhuǎn)向盤力矩的大小和車速控制電動(dòng)機(jī)的電力源和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，按照車輛行駛工況改變轉(zhuǎn)向助力。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，具有液壓助力轉(zhuǎn)向裝置所不具備的一些優(yōu)點(diǎn)。電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，將電動(dòng)機(jī)、減速裝置和轉(zhuǎn)向器總裝為一個(gè)整體，因而造價(jià)低，維修也比較簡(jiǎn)單。其次是電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通用性比較強(qiáng)，同樣的一套電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)向減速器，只需配備不同傳感器，并適當(dāng)調(diào)整控制單元，就可以作為多種類型汽車的配套部件使用。但是因其技術(shù)尚未成熟，目前仍主要采用液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向。本次課題設(shè)計(jì)的是滿載質(zhì)量為13610kg的中型貨車，滿載時(shí)前橋載荷是4110kg，所以決定針對(duì)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算并完成后續(xù)工作。2.2液壓式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)整體方案的分析2.2.1動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的布置方案控制閥、轉(zhuǎn)向器、動(dòng)力缸、液壓油泵、和油管等構(gòu)成液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。根據(jù)動(dòng)力缸、控制閥、轉(zhuǎn)向器三者之間的相對(duì)位置，液壓式助力轉(zhuǎn)向分為分置式、整體式（圖2-2a）兩種形式。分置式中按照控制閥的安裝位置分為以下幾種形式：控制閥裝在動(dòng)力缸和轉(zhuǎn)向器之間的連桿上，稱為聯(lián)桿式，如圖2-2c所示；控制閥裝在轉(zhuǎn)向器上的稱為半分置式，如圖2-2d所示?？刂崎y安裝在動(dòng)力缸上稱為聯(lián)閥式，如圖2-2b所示；整體式助力轉(zhuǎn)向器的控制閥、動(dòng)力缸和轉(zhuǎn)向器安裝在一起，集成度高、結(jié)構(gòu)緊湊、軸向尺寸、管路連接少，為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的布置提供方便的同時(shí)，還可以使控制閥的閥芯穩(wěn)定，減少控制閥受到外界的干擾，解決了一直以來(lái)分置式助力轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向輪擺振的問(wèn)題。由此，本次課題針對(duì)整體式助力轉(zhuǎn)向器進(jìn)行設(shè)計(jì)。（b）（c）（d）圖2-2動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案圖分配閥2-轉(zhuǎn)向器3-液壓缸2.2.2分配閥的結(jié)構(gòu)方案分配閥的兩種結(jié)構(gòu)方案：分配閥中的閥芯與閥體以軸向移動(dòng)方式來(lái)控制油路稱為滑閥式，以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)控制油路的稱為轉(zhuǎn)閥式?；y式分配閥有工藝性好，適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，曾得到廣泛使用。轉(zhuǎn)閥式與滑閥式比較，靈敏度高、密封件少而且結(jié)構(gòu)較為先進(jìn)。由于轉(zhuǎn)閥式是利用扭桿彈簧使轉(zhuǎn)閥回位，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜。轉(zhuǎn)閥式分配閥在國(guó)內(nèi)外均得到廣泛使用，由此，本次設(shè)計(jì)選擇采用轉(zhuǎn)閥式分配閥。2.2.3轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)方案（1）轉(zhuǎn)向器類型轉(zhuǎn)向器根據(jù)其傳動(dòng)副的不同分為：齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器、蝸桿蝸輪式轉(zhuǎn)向器、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器等。汽車用途和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)布置方案決定了轉(zhuǎn)向器類型，例如工作環(huán)境良好，工況相對(duì)簡(jiǎn)單的市內(nèi)客車或者轎車經(jīng)常使用可逆程度高、效率高的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器采用螺桿和螺母作為第一級(jí)傳動(dòng)副，齒條齒扇作為第二級(jí)傳動(dòng)副，其中蝸桿軸和螺母之間利用小鋼球傳動(dòng)，與其相配合的螺旋槽經(jīng)過(guò)熱處理和磨削加工，工作壽命長(zhǎng)，與其他轉(zhuǎn)向器相比齒扇齒條間隙易于調(diào)整，但是這種轉(zhuǎn)向器對(duì)零件的精度要求高，結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器相對(duì)于循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，對(duì)零件要求低，成本低廉，結(jié)構(gòu)單一，制造容易，但是分配閥無(wú)法隔離來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，會(huì)增加轉(zhuǎn)向輪的擺振，正逆效率均比較高，行走在不平路面上無(wú)法吸收來(lái)自地面的反向沖擊，方向控制難度加大，增加駕駛員的疲勞度。蝸桿曲柄銷式轉(zhuǎn)向器由于其效率過(guò)低，各種特性均受到較大限制；如嚙合間隙特性，傳動(dòng)比特性等。綜上所述，本次設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)選用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器工作原理循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器中有兩級(jí)傳動(dòng)副，螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)副和齒條齒扇傳動(dòng)副。轉(zhuǎn)向螺桿的軸頸由一對(duì)圓錐滾子軸承支承，與轉(zhuǎn)向螺母配合，轉(zhuǎn)向螺母與動(dòng)力缸的活塞制成一體，下端平面制成齒條與第二級(jí)傳動(dòng)副的齒扇嚙合，轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向螺母由于活塞的限制只能軸向移動(dòng)，來(lái)驅(qū)動(dòng)齒圖2-3循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器剖面圖扇轉(zhuǎn)動(dòng)。為了提高循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器第一級(jí)傳動(dòng)副（螺桿與螺母?jìng)鲃?dòng)副）的傳動(dòng)效率，轉(zhuǎn)向螺桿與轉(zhuǎn)向螺母相配合，各自的螺旋槽配合形成圓形輪廓斷面的管狀通道，其間裝滿鋼球，為了使鋼球可以自主循環(huán)而不脫出，在螺母?jìng)?cè)表面的通孔插入兩跟導(dǎo)管，與螺桿螺母配合形成的通道共同構(gòu)成封閉的鋼球流道。由于齒扇軸上的齒扇是沿齒扇軸線性變化的變厚齒扇，因此與之相嚙合的轉(zhuǎn)向螺母上的齒條也是傾斜的，所以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器使用壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)效率高。

第三章轉(zhuǎn)向器總成方案設(shè)計(jì)3.1轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)要求（1）汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，全部轉(zhuǎn)向輪應(yīng)按照同一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，且不應(yīng)發(fā)生側(cè)滑，否則會(huì)加速輪胎磨損，并降低車輛的行駛穩(wěn)定性。（2轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向器等需要鏈接處應(yīng)設(shè)有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的裝置。（3）汽車在任何工況下，轉(zhuǎn)向盤不應(yīng)出現(xiàn)“打手”的問(wèn)題，同時(shí)車輪不應(yīng)擺振。（4）應(yīng)該盡量減小由于轉(zhuǎn)向車輪和懸架導(dǎo)向裝置運(yùn)動(dòng)匹配不協(xié)調(diào)造成的車輪擺動(dòng)。（5）盡可能保持轉(zhuǎn)向輕便性。（6）在保證輕便性的前提下，汽車還應(yīng)具有較高的機(jī)動(dòng)性。（7）汽車行駛時(shí)，如遇到障礙物導(dǎo)致車輪偏轉(zhuǎn)，由路面?zhèn)鞯椒聪虮P的力要盡可能柔和，但要與轉(zhuǎn)向時(shí)的轉(zhuǎn)向力有區(qū)分度。（8）在汽車完成轉(zhuǎn)向，結(jié)束過(guò)過(guò)彎后，駕駛員松開(kāi)轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向輪能自動(dòng)回正，并穩(wěn)定行駛。（9）在發(fā)生突發(fā)情況時(shí)，例如車禍時(shí)，轉(zhuǎn)向盤隨轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸后移，應(yīng)配有保護(hù)駕駛員的保護(hù)機(jī)構(gòu)。正確設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)匹配校核，以保證轉(zhuǎn)向車輪轉(zhuǎn)向時(shí)不發(fā)生側(cè)滑，在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中設(shè)置減震器不僅可以減少發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)向系造成的影響、使轉(zhuǎn)向盤手感柔。為了保證汽車的機(jī)動(dòng)性，最小轉(zhuǎn)彎半徑一般要設(shè)置為所設(shè)計(jì)汽車軸距的2~2.5倍。通常利用轉(zhuǎn)向盤總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)和駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的切向力來(lái)評(píng)價(jià)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輕便性。轉(zhuǎn)向盤總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)一般來(lái)說(shuō)轎車被要求不超過(guò)4圈，貨車不超過(guò)6圈。普通機(jī)械轉(zhuǎn)向的轎車，正常行駛轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)向盤的切向力應(yīng)為50~100N；裝有動(dòng)力轉(zhuǎn)向的轎車，駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)向盤施加的切向力應(yīng)為20~50N。對(duì)于普通機(jī)械轉(zhuǎn)向貨車，在干燥柏油馬路上以10km/h的速度由直線行駛狀態(tài)轉(zhuǎn)入半徑12m的彎道時(shí)，駕駛員所施加的切向力不可超過(guò)250N；而對(duì)于裝有動(dòng)力轉(zhuǎn)向的貨車，切向力不可超過(guò)120N。3.2轉(zhuǎn)向器總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及原理轉(zhuǎn)向器是動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心部分，所以本次課題中轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)所占比重最大。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由于其獨(dú)特的特性，是目前國(guó)內(nèi)外汽車都在積極采用的一類轉(zhuǎn)向器。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器普遍都包含兩級(jí)傳動(dòng)副，第一級(jí)傳動(dòng)副是螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)副，相配合的環(huán)槽通道內(nèi)裝滿鋼球，利用鋼球傳動(dòng)；第二級(jí)傳動(dòng)副齒輪齒條傳動(dòng)副，齒扇為變后齒扇，齒條加工與轉(zhuǎn)向螺母下端平面，為斜向齒條。圖3-1所示為循環(huán)球式齒條齒扇轉(zhuǎn)向器。轉(zhuǎn)向螺桿的軸頸由一對(duì)圓錐滾子軸承支承，與轉(zhuǎn)向螺母配合，轉(zhuǎn)向螺母與動(dòng)力缸的活塞制成一體，下端平面制成齒條與第二級(jí)傳動(dòng)副的齒扇嚙合，轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向螺母由于活塞的限制只能軸向移動(dòng)，來(lái)驅(qū)動(dòng)齒扇轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，螺母-齒條-活塞既是第一級(jí)傳動(dòng)副的從動(dòng)件，也是第二級(jí)傳動(dòng)副的主動(dòng)件。動(dòng)力轉(zhuǎn)向器總成分為兩部分：機(jī)械部分和液壓部分，機(jī)械部分的作用是傳遞駕駛員輸出的力矩到分配閥來(lái)控制液壓部分的工作，并傳遞液壓部分產(chǎn)生的力矩到轉(zhuǎn)向車輪完成轉(zhuǎn)向任務(wù)；液壓部分的作用則是提高汽車的轉(zhuǎn)向操穩(wěn)性和輕便性。（1）機(jī)械部分工作原理動(dòng)力轉(zhuǎn)向器中，駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)向盤施加一個(gè)切向力，通過(guò)轉(zhuǎn)向盤—轉(zhuǎn)向安全柱—轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸—萬(wàn)向節(jié)—轉(zhuǎn)向器輸入軸將力矩輸入轉(zhuǎn)向器，利用扭桿的彈性使控制閥的轉(zhuǎn)閥與閥芯發(fā)生相對(duì)位移，從而改變油壓方向，同時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)向螺母提供一小部分軸向力；液壓系統(tǒng)的作用下，轉(zhuǎn)向螺母作軸向運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)與之嚙合的齒扇軸作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，再通過(guò)轉(zhuǎn)向搖臂—轉(zhuǎn)向直拉桿—轉(zhuǎn)向節(jié)臂將力矩傳遞到轉(zhuǎn)向節(jié)上使轉(zhuǎn)向節(jié)連同與轉(zhuǎn)向節(jié)連接車輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)。輸入軸傾斜向上，轉(zhuǎn)向器左置左輸出的安裝方式，適用于方向盤左置的汽車。左轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員按逆時(shí)針?lè)较虼蚍较虮P，轉(zhuǎn)向器輸入軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，由于轉(zhuǎn)向螺母與螺桿均為右偏，螺桿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向螺母—活塞左行，轉(zhuǎn)向臂軸反轉(zhuǎn)（逆時(shí)針），轉(zhuǎn)向搖臂右擺，通過(guò)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)車輪向左偏轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)向時(shí)，反之。圖3-1液壓轉(zhuǎn)向器汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向器輸入軸受到來(lái)圓周方向的扭矩，由于扭桿的彈性作用，扭桿連接的兩部分（一端為輸入軸閥芯總成，另一端為螺桿閥套總成）產(chǎn)生相對(duì)角位移，使得轉(zhuǎn)閥的臺(tái)肩一側(cè)油路全開(kāi)，另一側(cè)油路全閉。全開(kāi)一側(cè)的油路與油泵相通，油壓通向該側(cè)所對(duì)應(yīng)的動(dòng)力缸油腔；全閉一側(cè)的油路與回油通道相通，該側(cè)對(duì)應(yīng)的動(dòng)力缸油腔就通過(guò)扭桿腔回到油罐。動(dòng)力缸a,b兩腔產(chǎn)生壓力差，推動(dòng)活塞即螺母齒條移動(dòng)。當(dāng)方向盤停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)，在扭桿彈性恢復(fù)力和油壓力的繼續(xù)作用下，閥芯和閥套回到正常的常開(kāi)位置，油泵供來(lái)的油不再流入任何一腔，直接回到轉(zhuǎn)向油腔，直到轉(zhuǎn)向動(dòng)作幵始又重復(fù)上述過(guò)程，也就是所謂的“回正”。3.3轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)原理圖3-2為本次設(shè)計(jì)整體式轉(zhuǎn)向器控制閥部分，為三位四通轉(zhuǎn)閥，參考了豐田公司田中常雄等人的設(shè)計(jì)。B進(jìn)油口，G回油口，R與右腔相通，L與左腔相通，左轉(zhuǎn)時(shí)，油路為B-L-R-G；右轉(zhuǎn)時(shí)油路為B-R-L-G。圖3-2轉(zhuǎn)閥側(cè)剖圖（從左至右依次為左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)）

第四章轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)4.1.1轉(zhuǎn)向器的效率功率從轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向器輸出所求得的效率稱為正效率，用符號(hào)表示；反之稱為逆效率，用符號(hào)表示，。轉(zhuǎn)向器正效率與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)輕便性相關(guān)，正效率越高，轉(zhuǎn)向輕便性越高；轉(zhuǎn)向逆效率；逆效率與汽車轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤的回正以及駕駛員駕駛手感相關(guān)，因此需要一定的逆效率，但是逆效率過(guò)高會(huì)增重駕駛員在不平路面上及復(fù)雜工況路面上行駛時(shí)的疲勞，車輪與路面之間的作用力傳至方向盤時(shí)應(yīng)盡可能小，同時(shí)防止打手，這又要求此逆效率盡可能低。轉(zhuǎn)向器的正效率：轉(zhuǎn)向器正效率受到轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、轉(zhuǎn)向器類型等的影響。轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與效率在前述的幾種轉(zhuǎn)向器中，齒輪齒條式、循環(huán)球式的正效率比較高。轉(zhuǎn)向器逆效率：轉(zhuǎn)向器根據(jù)逆效率的不同分為可逆式轉(zhuǎn)向器、不可逆式轉(zhuǎn)向器、極限可逆是轉(zhuǎn)向器。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器屬于可逆式，其逆效率非常高，對(duì)汽車轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向車輪及轉(zhuǎn)向盤的及時(shí)回正非常有利。然而當(dāng)駕駛員遇到不平路面或其他復(fù)雜工況的路面時(shí)，由于過(guò)高的逆效率，來(lái)自地面對(duì)轉(zhuǎn)向盤的反向力過(guò)大以致于產(chǎn)生“打手”現(xiàn)象，如果長(zhǎng)時(shí)間在這種狀態(tài)下工作，會(huì)使駕駛員精神持續(xù)緊繃，造成駕駛疲勞，對(duì)車輛的安全行駛造成威脅。本次課題設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向器為循環(huán)球式，傳動(dòng)副之間的摩擦形式為滾動(dòng)摩擦，大大提高了轉(zhuǎn)向器的效率，假設(shè)忽略軸承和其它地方的摩擦損失僅考慮傳動(dòng)副的摩擦熱量損失，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正、逆效率為：（4-1）（4-2）式中：——螺桿的螺線導(dǎo)程角，??；——摩擦角，；——摩擦因數(shù)，（查機(jī)械設(shè)計(jì)f=0.01~0.001）；——齒輪齒條傳動(dòng)效率，查表得，取0.96；——轉(zhuǎn)向器齒扇軸軸承傳動(dòng)效率，查表取=0.99。代入式（4-1），（4-2）得：，，增加導(dǎo)程角正逆效率均增大。受增大的影響不宜過(guò)大，一般，取=。圖4-1轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)簡(jiǎn)圖轉(zhuǎn)向盤2-轉(zhuǎn)向軸3-萬(wàn)向節(jié)4-轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)向器6-轉(zhuǎn)向搖臂7-轉(zhuǎn)向直拉桿8-轉(zhuǎn)向節(jié)臂9-左轉(zhuǎn)向節(jié)10、12-梯形臂11-轉(zhuǎn)向橫拉桿13右轉(zhuǎn)向節(jié)由圖4-1易知，——操縱機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率；——傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率；——萬(wàn)向連軸器傳動(dòng)效率，=0.98；——轉(zhuǎn)動(dòng)副傳動(dòng)效率，=0.97；帶入得=0.9604，=0.91274.1.2傳動(dòng)比的變化特性轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)比包括兩方面：力傳動(dòng)比和角傳動(dòng)比。（1）角傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的增量與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角相應(yīng)增量之比，稱為轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的增量與相應(yīng)的轉(zhuǎn)向搖臂軸轉(zhuǎn)角增量之比，稱為轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比。轉(zhuǎn)向搖臂軸轉(zhuǎn)角的增量與轉(zhuǎn)向盤所在一側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)相應(yīng)的轉(zhuǎn)角增量之比，稱作轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比。它們之間的關(guān)系為：（4-3）（4-4）（4-5）式中：——轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比;——角傳動(dòng)比；——轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比；——轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的增量；——轉(zhuǎn)向搖臂軸轉(zhuǎn)角的增量；——同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角的相應(yīng)增量。力傳動(dòng)比輪胎與地面之間的轉(zhuǎn)向阻力和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩之間的關(guān)系(4-6)式中，a為主銷偏移距此處，指從轉(zhuǎn)向節(jié)主銷軸線的延長(zhǎng)線與支撐平面的交點(diǎn)至車輪中心平面與支撐平面交線間的距離。作用在方向盤上的手力為為(4-7)式中，為作用在方向盤上的力矩；為方向盤的直徑。將式(4-6)、(4-7)代入后得到(4-8)由(4-8)知，當(dāng)主銷偏移距a與李力傳動(dòng)比成反比，合理減小主銷偏移距可以增大力傳動(dòng)比，從而增加轉(zhuǎn)向器的輕便性。4.1.3給定的主要計(jì)算參數(shù)軸距mm；輪距前輪：1967mm;最小轉(zhuǎn)彎半徑：16m；汽車總重：13.61t（滿載）；前軸載荷：40278N（滿載）；由給定參數(shù)查《汽車設(shè)計(jì)》選擇輪胎9-20，其主要參數(shù)如下：輪胎直徑：D=1018mm輪胎斷面寬：259mm輪胎氣壓：600kPa靜力半徑：509mm由（圖4-1）易知：外輪的最大轉(zhuǎn)角：；內(nèi)輪的最大轉(zhuǎn)角：圖4-2車輪位置簡(jiǎn)圖4.1.4轉(zhuǎn)向盤回轉(zhuǎn)總?cè)?shù)根據(jù)總布置設(shè)計(jì)，得到轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角和；在轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)之初，根據(jù)車型和選擇的轉(zhuǎn)向器型式，給出大致的轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比。有了上述參數(shù)，可計(jì)算轉(zhuǎn)向盤總回轉(zhuǎn)圈數(shù)。（4-9）式中:――內(nèi)轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)角；——外轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)角；――轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比，參考同類轉(zhuǎn)向器，選取將數(shù)據(jù)帶入式（4-9）計(jì)算得圈4.2確定轉(zhuǎn)向系的載荷校核轉(zhuǎn)向系各零件的強(qiáng)度時(shí)，需要先確定作用在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上的外載荷。影響作用在轉(zhuǎn)向器外載荷的因素主要包括路面的變化以及汽車前橋軸荷等。汽車轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)向輪需要克服車輪的穩(wěn)定阻力、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向節(jié)中的摩擦阻力、車輪轉(zhuǎn)動(dòng)阻力等。汽車在瀝青或混凝土路面原地轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)向器受到的阻力矩：（4-10）式中:――輪胎和路面的滑動(dòng)摩擦因數(shù),?。?.7;――轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷＝40278N；――輪胎氣壓P＝0.6MPa；――轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)；――轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)；――轉(zhuǎn)向盤直徑，根據(jù)GB/T5911-1986《轉(zhuǎn)向盤尺寸》，取=500mm；――轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比，參考同類轉(zhuǎn)向器，初選；――轉(zhuǎn)向器正效率，由上文知=0.9451代入式（4-10）得：N·mm轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比取為1機(jī)械傳動(dòng)，作用在方向盤上的手力：（4-11）將數(shù)據(jù)帶入式（4-11）得NN對(duì)于轉(zhuǎn)向器和動(dòng)力轉(zhuǎn)向器動(dòng)力缸以前零件的計(jì)算載荷，應(yīng)取駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤輪緣上的最大瞬時(shí)力N4.3循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的計(jì)算循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器中螺桿、鋼球和螺母?jìng)鲃?dòng)副的結(jié)構(gòu)圖如圖4-3所示。圖4-3螺桿,鋼球,螺母?jìng)鲃?dòng)副4.3.1循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要參數(shù)參考《汽車設(shè)計(jì)》表7-1，選?。糊X扇模數(shù)m=6.5mm，搖臂軸直徑D=38mm，鋼球中心距=40mm，螺桿外徑=38mm，鋼球直徑d=8mm，螺距P=11mm，工作圈數(shù)W=3.5，環(huán)流數(shù)為2，齒扇齒數(shù)=5，齒扇整圓齒數(shù)Z=15，齒扇壓力角為，切削角=7.5°，齒扇寬B=38mm。4.3.2螺桿、鋼球和螺母?jìng)鲃?dòng)副1.螺母內(nèi)徑=+==41.2mm。每個(gè)環(huán)路中鋼球的數(shù)量為：（4-12）代入數(shù)據(jù)求得n=54.98,取其中為螺桿的螺線導(dǎo)程角，選8°。2.接觸角θ是螺桿螺母螺旋槽法線方向和鋼球受到螺旋槽正壓力方向之間的夾角，一般取45°，以使軸向力和徑向力分配均勻。3.轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角，對(duì)應(yīng)螺母移動(dòng)距離s為：(4-13)與此同時(shí)齒扇節(jié)圓轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)等與s，相應(yīng)搖臂軸轉(zhuǎn)過(guò)角，其關(guān)系：(4-14)r為齒扇分度圓半徑聯(lián)立（4-13）（4-14）得=，將對(duì)求導(dǎo)，得轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比為：(4-15)由式（4-11）修正為445.11N滾動(dòng)截面一般取mm4.3.3齒條、齒扇傳動(dòng)副設(shè)計(jì)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的齒扇為變厚齒扇，如圖4-4所示，滾刀相對(duì)齒扇作斜向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)加工齒扇齒得到變厚齒扇。如圖4-5所示，變厚齒扇的齒根與齒頂?shù)妮喞獮閳A錐的一部分，其分度圓上得齒厚是變化的，故稱之為變厚齒扇。0-0剖面齒形變位系數(shù)，且Ⅰ-Ⅰ剖面和Ⅱ-Ⅱ剖面分別位于0-0剖面兩側(cè)，則Ⅰ-Ⅰ剖面的齒輪是正變位齒輪，Ⅱ-Ⅱ剖面的齒輪為負(fù)變位齒輪，故變厚齒扇在整個(gè)齒寬方向上，齒形的變位系數(shù)按線性變化。對(duì)齒輪來(lái)說(shuō)，因?yàn)樵诓煌恢玫钠拭嬷?，其模?shù)不變，所以它的分度圓半徑和基圓半徑相同。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(kāi)線齒形，都是在同一個(gè)基圓柱上所展出的漸開(kāi)線，只是其輪齒的漸開(kāi)線齒形相對(duì)基圓的位置不同而已，所以應(yīng)將其歸入圓柱齒輪的范疇。圖4-4用滾刀加工變厚齒扇的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)圖4-5變厚齒扇的截面變厚齒扇齒形的計(jì)算，一般將中間剖面Ⅰ-Ⅰ規(guī)定為基準(zhǔn)剖面。由Ⅰ-Ⅰ剖面向左時(shí)，變位系數(shù)ξ為正，向右則又正變?yōu)榱悖?-0剖面），再變?yōu)樨?fù)。若0-0剖面距Ⅰ-Ⅰ剖面的距離為，取=6.3mm（4-16）求得表4-1基準(zhǔn)剖面（1-1剖面）的齒形計(jì)算名稱公式結(jié)果(mm)分度圓直徑齒頂高齒根高齒全高齒頂圓直徑分度圓齒厚頂圓壓力角頂圓齒厚表4-2最大變位系數(shù)剖面（2-2剖面）齒頂變尖核算名稱公式結(jié)果（mm）最大變位系數(shù)齒頂圓半徑齒頂圓壓力角分度圓齒厚齒頂圓齒厚圖4-6變厚齒扇齒形計(jì)算簡(jiǎn)圖齒扇軸在從動(dòng)線自左向右看是又窄又低的形狀，變位系數(shù)逐漸增大，0-0面與中間面1-1面的間距mm。齒扇與齒條嚙合時(shí)，為滿足轉(zhuǎn)向器齒輪嚙合間隙特性，二者的齒槽寬要相等，且齒條變厚方向應(yīng)與齒扇相反，為等移距齒形變位配合傳動(dòng)。4.4轉(zhuǎn)向器的零件強(qiáng)度校核首先計(jì)算轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向時(shí)受到的外部載荷，通過(guò)計(jì)算汽車在瀝青或混凝土路面原地轉(zhuǎn)向時(shí)汽車轉(zhuǎn)向輪受到的阻力矩，進(jìn)而求得轉(zhuǎn)向盤受到的切向力或者轉(zhuǎn)向搖臂受到的阻力矩，即為轉(zhuǎn)向系受到的外部載荷，利用此載荷來(lái)經(jīng)行強(qiáng)度校核。4.4.1鋼球與滾道間的接觸應(yīng)力螺旋槽與小鋼球之間的接觸應(yīng)力：（4-17）式中：k——系數(shù)，根據(jù)值查《汽車設(shè)計(jì)》表7-3查出，,,求得A/B=0.0318取k=1.592；——鋼球半徑；——滾道截面半徑；——鋼球半徑；——螺桿外半徑；——材料彈性模量，等于MPa；——鋼球與螺桿之間的正壓力，可用下式計(jì)算（4-18）式中：——接觸角，取；——每環(huán)流鋼球數(shù)；（4-19）——作用在螺桿上的軸向力；——齒扇分度圓直徑,mm——傳動(dòng)機(jī)構(gòu)力傳動(dòng)比，取=1.5；螺桿、齒扇軸采用常用材料20CrMnTi，力學(xué)性能如下：帶入數(shù)據(jù)聯(lián)立式（4-17）（4-18）（4-19）（4-20）求得NN可見(jiàn)滿足要求4.4.2齒的彎曲應(yīng)力用下式計(jì)算齒扇齒的彎曲應(yīng)力：（4-20）式中：—作用在齒扇上的圓周力，；——齒扇的齒高；——齒扇的齒寬；——基圓齒厚，;——齒扇分度圓直徑,mm代入數(shù)據(jù)求得：Nmm可見(jiàn)滿足要求。4.5液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的計(jì)算轉(zhuǎn)向器動(dòng)力缸的設(shè)計(jì)（1）作用在活塞上的力存在這樣一個(gè)平衡條件：（4-21）式中，—由轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向阻力矩所確定的作用于齒扇上的圓周力；—活塞與缸筒間的摩擦力；—由轉(zhuǎn)向盤切向力所引起的作用在活塞上的軸向力；—高壓油液對(duì)活塞的推力。其中，（4-22）（4-23）（4-24）聯(lián)立（4-19）（4-22）（4-23）（4-24）可得：（4-25）式中，——轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向阻力矩，N；——齒扇的嚙合半徑，mm；——轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的力傳動(dòng)比為2；——轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率，；——活塞與缸筒間的摩擦系數(shù)（取0.0085）；——齒扇的嚙合角，=27.5；——扭桿本體長(zhǎng)度，根據(jù)《汽車設(shè)計(jì)》P638知，當(dāng)作用在方向盤上的切向力N，動(dòng)力轉(zhuǎn)向器要開(kāi)始工作，取N——轉(zhuǎn)向盤的半徑，取mm；——活塞桿直徑，；——轉(zhuǎn)向螺桿螺旋滾道的導(dǎo)程角，；——換算摩擦角，；——?jiǎng)恿Ω字杏鸵簤毫Pa。代入數(shù)據(jù)得92.939mm，取=94.5mm分析得出,液壓動(dòng)力缸的受力基本滿足（2）活塞行程的計(jì)算對(duì)于整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器，活塞最大位移量可由轉(zhuǎn)向盤總?cè)?shù)乘以螺桿與螺母滾道的螺距來(lái)求得，即mm（4-26）其中，n為轉(zhuǎn)向盤總?cè)?shù)；t為螺距;齒扇軸轉(zhuǎn)角為則最終活塞行程（3）動(dòng)力缸缸筒壁厚的計(jì)算動(dòng)力缸殼體壁厚，根據(jù)計(jì)算軸向平面拉應(yīng)力來(lái)確定，即（4-27）式中，p為油液壓力；為動(dòng)力缸內(nèi)徑；為動(dòng)力缸殼體壁厚；n為安全系數(shù)，n=3.5～5.0，此處取5.0。是缸體的屈服極限。缸體材料用球墨鑄鐵采用QT500－05，抗拉強(qiáng)度為500MPa，屈服點(diǎn)為350MPa。取t=14mm求得4.6扭桿的設(shè)計(jì)計(jì)算扭桿是轉(zhuǎn)閥回正時(shí)必不可少的關(guān)鍵零件。形狀如圖4-7所示，是一種中間細(xì)兩端粗的彈性長(zhǎng)桿。這樣兩端固定可靠，中間細(xì)長(zhǎng)桿有較好的彈性，可以通過(guò)改變中間較細(xì)部分的直徑或長(zhǎng)度來(lái)改變其扭轉(zhuǎn)剛度。桿的粗細(xì)過(guò)渡部分需要圓滑過(guò)渡以保證扭桿的使用，壽命以約為桿徑1.5倍為半徑的圓弧聯(lián)接二者，不得有棱角等應(yīng)力集中部位。表面粗糙度要求Ra0.4～0.8，圖4-7扭桿外形圖-扭桿本體直徑；-扭桿大端直徑；-過(guò)渡部分長(zhǎng)度；-過(guò)渡部分當(dāng)量長(zhǎng)度需采用成型磨削加工。扭桿的材料可選用50CrVA，62Si2Mn等彈簧鋼或者類似40Cr這樣的合金結(jié)構(gòu)鋼。對(duì)熱處理的要求各不相同，一般為36～41HRC，最高為50HRC。扭桿的剛度決定了扭桿的尺寸，扭桿受到的扭矩為：（4-28）——扭桿兩端作用的力矩；——扭桿剪切模量，鋼為79.4GPa；——扭桿本體直徑；——扭桿計(jì)算長(zhǎng)度；——扭桿兩端相對(duì)轉(zhuǎn)角。扭桿剪切應(yīng)力計(jì)算公式：（4-29）扭桿計(jì)算時(shí)，扭桿的粗細(xì)過(guò)渡部分也會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，因此兩端的過(guò)渡部分應(yīng)換算為當(dāng)量長(zhǎng)度加進(jìn)總計(jì)算長(zhǎng)度中，長(zhǎng)度計(jì)算公式由圖（4-8）可以得出，其計(jì)算長(zhǎng)度為：（4-30）——扭桿本體長(zhǎng)度；——過(guò)渡部分當(dāng)量長(zhǎng)度。圖4-8扭桿過(guò)渡部分當(dāng)量長(zhǎng)度過(guò)渡曲線假定，由圖4-8查得，初選mm，由式（4-31）得mm作用在扭桿兩端的力矩：（4-32）——扭桿本體長(zhǎng)度，根據(jù)《汽車設(shè)計(jì)》P638知，當(dāng)作用在方向盤上的切向力N，動(dòng)力轉(zhuǎn)向器要開(kāi)始工作，取N代入數(shù)據(jù)得N由式（4-30）可得（4-33）代入數(shù)據(jù)得=8.59mm，取=9mm扭桿大端直徑,取d=12mm圓弧半徑4.7轉(zhuǎn)向油泵油罐選型4.7.1轉(zhuǎn)向油泵的選型目前國(guó)內(nèi)動(dòng)力轉(zhuǎn)向器常采用的油泵一般為葉片泵、齒輪泵、柱塞泵等。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外汽車葉片泵的越來(lái)越受歡迎，當(dāng)然仍有部分車型采用齒輪泵。葉片泵被廣泛使用，原因主要有以下幾個(gè)方面：1）工作壓力高，可以實(shí)現(xiàn)13～15MPa,容積效率高。尺寸小，它比同樣排量的齒輪泵尺寸小20%～30%,因此結(jié)構(gòu)緊湊，容易布置。容易實(shí)現(xiàn)流量系列化，一般為6、9、12、16、20和25L/min。4）在油泵不轉(zhuǎn)動(dòng)或損壞時(shí)可以形成自然通道，形成自然油回路，簡(jiǎn)化系統(tǒng)油路。不工作時(shí)，葉片無(wú)離心力的作用強(qiáng)制壓緊定子內(nèi)表面從而形成自然油路，使油缸兩腔自然相通。解決了通常采用其他油泵在油泵不工作時(shí)，必須另加單向閥才能解決的阻撓活塞運(yùn)動(dòng)——液壓自鎖現(xiàn)象。轉(zhuǎn)向油泵的排量應(yīng)保證轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸能比無(wú)動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)以更高的轉(zhuǎn)速使汽車轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向，否則動(dòng)力轉(zhuǎn)向反而會(huì)形成快速轉(zhuǎn)向的輔加阻力。油泵排量要達(dá)到這一要求，必須滿足如下的不等式:（4-43）式中，—油泵的計(jì)算流量；—油泵的容積效率，計(jì)算時(shí)一般取；—泄漏系數(shù)，，取=0.08；—?jiǎng)恿Ω字睆健！獎(jiǎng)恿Ω谆钊苿?dòng)速度（4-44）式中，—轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的最大可能頻率，計(jì)算時(shí)可對(duì)轎車??；對(duì)于貨車取，則動(dòng)力轉(zhuǎn)向系的排量可表達(dá)為：（4-45）對(duì)于貨車，，代入數(shù)據(jù)得選取(ZYB201-A5/41E2-L)轉(zhuǎn)向泵主要參數(shù)如下：排量：15.77ml／r

最大工作壓力：10.0MPa

控制流量：13.0L／min

轉(zhuǎn)速范圍：500-3600r／min

最大輸入功率：9.7kW4.7.2轉(zhuǎn)向油罐的選擇對(duì)于動(dòng)力轉(zhuǎn)向器而言，油罐是不可缺少的重要部分。油罐的主要功能是：1、儲(chǔ)存油液，向油泵及系統(tǒng)供油；2、對(duì)液壓系統(tǒng)內(nèi)的油液進(jìn)行冷卻降溫；3、過(guò)濾油液中的雜質(zhì)，保持油液的清潔。油罐子的容積不應(yīng)該取的太小，否則易使高壓油路產(chǎn)生氣泡。通常取油泵在溢流閥限制的選取SG3408101轉(zhuǎn)向油罐：主要參數(shù)如下：容積：1.6L，過(guò)濾精度：20μm出油口直徑：14mm，回油口直徑：11mm4.8成本預(yù)估非標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)表序號(hào)代號(hào)名稱數(shù)量材料重量1TL3410001齒扇軸120CrMnTi4.03kg2TL3410002殼體1QT40019.10kg3TL3410003轉(zhuǎn)向螺母120CrMnTi5.29kg4TL3410004螺桿120CrMnTi1.76kg6TL3410005螺桿后蓋1QT4000.29kg7TL3410006扭桿162Si2Mn0.16kg16TL3410008閥蓋1QT4004.60kg20TL3410008螺堵1QT4000.66kg26TL3410011鎖緊螺圈1QT4000.24kg各材料及標(biāo)準(zhǔn)件市場(chǎng)價(jià)格QT4007￥/kg5件20CrMnTi7.5￥/kg3件62Si2Mn8.9￥/kg1件精密實(shí)心圓柱銷0.82/件3件8mm小鋼球4￥/kg36粒（約2.1kg）液壓液動(dòng)O型密封圈10￥/件10件彈簧墊圈0.25￥/件18件內(nèi)六角圓柱頭螺釘1.5￥/件4件六角頭螺栓0.13￥/件6件內(nèi)包骨架FB唇型油封15.8￥/件2件NA69-32滾針軸承19.5￥/件2件四點(diǎn)角接觸球軸承38￥/件1件6204深溝球軸承30￥/件2件彈性擋圈2￥/件3件由上表計(jì)算該轉(zhuǎn)向器材料成本（預(yù)估毛坯質(zhì)量為加工后質(zhì)量的10%），總計(jì)為578.6￥4.9液壓油本轉(zhuǎn)向器液壓油采用8號(hào)液力傳動(dòng)油（ATF）），它具有以下特點(diǎn)：（1）適宜的粘度和良好的粘溫性能，保證液力傳動(dòng)裝置在-40~70℃溫度范圍內(nèi)正常工作；（2）良好的抗磨性，保證各種不同材質(zhì)的\t"/item/%E6%B6%B2%E5%8A%9B%E4%BC%A0%E5%8A%A8%E6%B2%B9/_blank"液力傳動(dòng)部件在操作條件下不易被磨損；（3）較好的\t"/item/%E6%B6%B2%E5%8A%9B%E4%BC%A0%E5%8A%A8%E6%B2%B9/_blank"熱穩(wěn)定性和\t"/item/%E6%B6%B2%E5%8A%9B%E4%BC%A0%E5%8A%A8%E6%B2%B9/_blank"抗氧化安定性，以適應(yīng)在70～140℃（甚至更高）的工作條件下長(zhǎng)期循環(huán)使用；（4）良好的低溫流動(dòng)性，\t"/item/%E6%B6%B2%E5%8A%9B%E4%BC%A0%E5%8A%A8%E6%B2%B9/_blank"凝點(diǎn)低，以適應(yīng)機(jī)械時(shí)開(kāi)時(shí)停及冬季運(yùn)轉(zhuǎn)的工作條件；（5）良好的抗泡性，使油品在受機(jī)械不斷攪拌的工作條件下產(chǎn)生的泡沫易于消失，以免降低變扭器效率，使換檔失靈。使用注意事項(xiàng)（1）不同廠家同級(jí)別的\t"/item/%E6%B6%B2%E5%8A%9B%E4%BC%A0%E5%8A%A8%E6%B2%B9/_blank"液力傳動(dòng)油品不可以混用，具體應(yīng)用事宜須與油品應(yīng)用專業(yè)工程師聯(lián)系；（2）儲(chǔ)存期限不得超過(guò)一年，常溫下密封保存。若儲(chǔ)存條件發(fā)生變化，須經(jīng)油品專業(yè)人員檢驗(yàn)，確認(rèn)合格后方能使用；（3）廠家僅提供油品技術(shù)參考數(shù)據(jù)，每批次油品具體理化技術(shù)參數(shù)，以廠家或經(jīng)銷商提供的實(shí)際數(shù)據(jù)及用戶檢測(cè)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。（4）在生產(chǎn)潤(rùn)滑油的工藝路線中，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)品，如何能減少有毒有害物質(zhì)的產(chǎn)生，或者將其合理利用轉(zhuǎn)化成其他環(huán)保的產(chǎn)品將對(duì)目前諸多污染，如霧霾、土壤酸化及水體富營(yíng)養(yǎng)化等生態(tài)問(wèn)題有一定的緩解作用。對(duì)于廢棄的潤(rùn)滑油，要及時(shí)處理，回收再利用，避免直接排放污染環(huán)境

第五章結(jié)論通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我對(duì)整體式液壓轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)知識(shí)有了更為深刻的理解。完成了大學(xué)所學(xué)的知識(shí)由整到散，再到整的知識(shí)整合過(guò)程。在設(shè)計(jì)中主要完成的工作有：（1）初始設(shè)計(jì)在該階段主要是對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)的理解。了解整體式液壓轉(zhuǎn)向器在汽車生產(chǎn)中的情況以及整體式液壓轉(zhuǎn)向器的發(fā)展前景。對(duì)整體式轉(zhuǎn)向器進(jìn)行分析，采用的是液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，深入分析了解液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理，進(jìn)而依據(jù)分析結(jié)果來(lái)采取設(shè)計(jì)方案。本設(shè)計(jì)所需要設(shè)計(jì)的零部件較多，需要認(rèn)真參考各種文獻(xiàn)設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)四種方案的選擇，綜合考慮各種因素，最終確定轉(zhuǎn)向器采用整體式方案。（2）轉(zhuǎn)向器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在該階段主要包括對(duì)轉(zhuǎn)向器的主要參數(shù)、工作原理、的計(jì)算設(shè)計(jì)。根據(jù)主要參數(shù)的計(jì)算選取動(dòng)力缸。轉(zhuǎn)向螺母與動(dòng)力缸活塞鑄為一體，安裝在轉(zhuǎn)向器殼體的油壓缸孔內(nèi)，形成上、下兩個(gè)密封腔室，通過(guò)動(dòng)力轉(zhuǎn)向器殼體上的兩條油道分別與分配閥相通，上腔為左轉(zhuǎn)向動(dòng)力腔,下腔為右轉(zhuǎn)向動(dòng)力腔的動(dòng)力缸。在轉(zhuǎn)向器中，為了提高轉(zhuǎn)向器的密封性，選用了轉(zhuǎn)閥式分配閥作為整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的分配閥。從以前所學(xué)的知識(shí)，更重要的是設(shè)計(jì)過(guò)程中的反復(fù)查找翻閱讓我了解到合適零部件的選擇對(duì)轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)及其質(zhì)量都有著至關(guān)重要。（3）轉(zhuǎn)向器的零部件的設(shè)計(jì)該階段中，主要是齒條齒扇傳動(dòng)副和扭桿的設(shè)計(jì)。主要的工作是通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析，確定本設(shè)計(jì)采用合適的齒條齒扇傳動(dòng)副和扭桿等零部件，以完成最終轉(zhuǎn)向器的整體設(shè)計(jì)。（4）主要對(duì)各個(gè)零部件的強(qiáng)度進(jìn)行校核符合設(shè)計(jì)。通過(guò)本次設(shè)計(jì)了解轉(zhuǎn)向器在汽車生產(chǎn)中的重要性，并對(duì)專業(yè)知識(shí)有了更深刻的了解，通過(guò)不斷學(xué)習(xí)、查閱相關(guān)資料和老師的指導(dǎo)終于完成了本次設(shè)計(jì)。

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致謝本我歷時(shí)將近兩個(gè)月時(shí)間終于把這篇論文寫完了，在這段充滿奮斗的歷程中，帶給我的學(xué)生生涯無(wú)限的激情和收獲。在論文的寫作過(guò)程中遇到了無(wú)數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過(guò)了。在校圖書(shū)館查找資料的時(shí)候，圖書(shū)館的老師給我提供了很多方面的支持與幫助，尤其要強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師張曉東老師，沒(méi)有他對(duì)我進(jìn)行了不厭其煩的指導(dǎo)和幫助，無(wú)私的為我進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)，就沒(méi)有我這篇論文的最終完成。在此，我向指導(dǎo)和幫助過(guò)我的老師表示最衷心的感謝！同時(shí)，我也要感謝本論文用到的的各位學(xué)者的專著，如果沒(méi)有這些學(xué)者的研究成果的啟發(fā)和幫助，我將無(wú)法完成本篇論文的最終寫作。至此，我也要感謝我的朋友和同學(xué)，他們?cè)谖覍懻撐牡倪^(guò)程中給予我了很多有用的素材，也在論文的排版和撰寫過(guò)程中提供熱情的幫助！金無(wú)足赤，人無(wú)完人。由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請(qǐng)各位老師和同學(xué)批評(píng)和指正！

附錄A：關(guān)鍵總成三維模型一、爆炸圖二、整體式液壓助力轉(zhuǎn)向器三、拆齒扇軸端蓋四、拆齒扇軸五、拆螺母-螺桿-閥蓋總成六、拆鋼球和螺母七、拆閥蓋八、拆扭桿-閥芯總成九、拆扭桿螺桿軸線所在平面的剖視圖齒扇軸軸線所在平面的剖視圖

附錄B：論文翻譯長(zhǎng)途重載貨車液壓助力轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)隨著汽車電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)汽車轉(zhuǎn)向操縱性能的要求也日益提高。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已從傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向、液壓助力轉(zhuǎn)向(HydraulicPowerSteering，簡(jiǎn)稱HPS)、電控液壓助力轉(zhuǎn)向(ElectricHydraulicPowerSteering，簡(jiǎn)稱EHPS)，發(fā)展到電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(ElectricPowerSteering，簡(jiǎn)稱EPS)，最終還將過(guò)渡到線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(SteerByWire，簡(jiǎn)稱SBW)。機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是指以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，其中所有傳力件都是機(jī)械的，汽車的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)是由駕駛員操縱方向盤，通過(guò)轉(zhuǎn)向器和一系列的桿件傳遞到轉(zhuǎn)向車輪而實(shí)現(xiàn)的。機(jī)械轉(zhuǎn)向系由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)械3大部分組成。通常根據(jù)機(jī)械式轉(zhuǎn)向器形式可以分為:齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。應(yīng)用最廣的兩種是齒輪齒條式和循環(huán)球式(用于需要較大的轉(zhuǎn)向力時(shí))。在循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器中，輸入轉(zhuǎn)向圈與輸出的轉(zhuǎn)向搖臂擺角是成正比的；在齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中，輸入轉(zhuǎn)向圈數(shù)與輸出的齒條位移是成正比的。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由于是滾動(dòng)摩擦形式，因而正傳動(dòng)效率很高，操作方便且使用壽命長(zhǎng)，而且承載能力強(qiáng)，故廣泛應(yīng)用于載貨汽車上。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器與循環(huán)球式相比，最大特點(diǎn)是剛性大，結(jié)構(gòu)緊湊重量輕，且成本低。由于這種方式容易由車輪將反作用力傳至轉(zhuǎn)向盤，所以具有對(duì)路面狀態(tài)反應(yīng)靈敏的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也容易產(chǎn)生打手和擺振等現(xiàn)象，且其承載效率相對(duì)較弱，故主要應(yīng)用于小汽車及輕型貨車上，目前大部分低端轎車采用的就是齒輪齒條式機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。隨著車輛載重的增加以及人們對(duì)車輛操縱性能要求的提高，簡(jiǎn)單的機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿足需要，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，它能在駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的同時(shí)提供助力，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2種。其中液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是目前使用最為廣泛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了液壓系統(tǒng)，包括液壓泵、V形帶輪、油管、供油裝置、助力裝置和控制閥。它借助于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液壓泵、空氣壓縮機(jī)和發(fā)電機(jī)等，以液力、氣力或電力增大駕駛員操縱前輪轉(zhuǎn)向的力量，使駕駛員可以輕便靈活地操縱汽車轉(zhuǎn)向，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了行駛安全性。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從發(fā)明到現(xiàn)在已經(jīng)有了大約半個(gè)世紀(jì)的歷史，可以說(shuō)是一種較為完善的系統(tǒng)，由于其工作可靠、技術(shù)成熟至今仍被廣泛應(yīng)用。它由液壓泵作為動(dòng)力源，經(jīng)油管道控制閥向動(dòng)力液壓缸供油，通過(guò)活塞桿帶動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)動(dòng)作，可通過(guò)改變缸徑及油壓的大小來(lái)改變助力的大小，由此達(dá)到轉(zhuǎn)向助力的作用。傳統(tǒng)液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般按液流的形式可以分為:常流式和常壓式2種類型，也可根據(jù)控制閥形式分為轉(zhuǎn)閥式和滑閥式。隨著液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車上的日益普及，人們對(duì)操作時(shí)的輕便性和路感的要求也日益提高，然而液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)卻存在許多的缺點(diǎn)：①由于其本身的結(jié)構(gòu)決定了其無(wú)法保證車輛在任何工況下轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)，都有較理想的操縱穩(wěn)定性，即無(wú)法同時(shí)保證低速時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時(shí)的操縱穩(wěn)定性；②汽車的轉(zhuǎn)向特性受駕駛員駕駛技術(shù)的影響嚴(yán)重；③轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比固定，使汽車轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性隨車速、側(cè)向加速度等變化而變化，駕駛員必須提前針對(duì)汽車轉(zhuǎn)向特性幅值和相位的變化進(jìn)行一定的操作補(bǔ)償，從而控制汽車按其意愿行駛。這樣增加了駕駛員的操縱負(fù)擔(dān)，也使汽車轉(zhuǎn)向行駛中存在不安全隱患；而此后出現(xiàn)了電控液壓助力系統(tǒng)，它在傳統(tǒng)的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加速度傳感器，使汽車能夠隨著車速的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)操縱力的大小，在一定程度上緩和了傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在的問(wèn)題。目前我國(guó)生產(chǎn)的商用車和轎車上采用的大多是電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它是比較成熟和應(yīng)用廣泛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。盡管電控液壓助力裝置從一定程度上緩解了傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向中輕便性和路感之間的矛盾，然而它還是沒(méi)有從根本上解決HPS系統(tǒng)存在的不足，隨著汽車微電子技術(shù)的發(fā)展，汽車燃油節(jié)能的要求以及全球性倡導(dǎo)環(huán)保，其在布置、安裝、密封性、操縱靈敏度、能量消耗、磨損與噪聲等方面的不足已越來(lái)越明顯，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向著電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是現(xiàn)在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向，其工作原理是:EPS系統(tǒng)的ECU對(duì)來(lái)自轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器和車速傳感器的信號(hào)進(jìn)行分析處理后，控制電機(jī)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)闹D(zhuǎn)矩，協(xié)助駕駛員完成轉(zhuǎn)向操作。近幾年來(lái)，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，大幅度降低EPS的成本已成為可能，日本的大發(fā)汽車公司、三菱汽車公司、本田汽車公司、美國(guó)的Delphi汽車系統(tǒng)公司、TRW公司及德國(guó)的ZF公司都相繼研制出EPS。Mercedes2Benz和SiemensAutomotive兩大公司共同投資6500萬(wàn)英鎊用于開(kāi)發(fā)EPS，目標(biāo)是到2002年裝車，年產(chǎn)300萬(wàn)套，成為全球EPS制造商。到目前為止，EPS系統(tǒng)在輕微型轎車、廂式車上得到廣泛的應(yīng)用，并且每年以300萬(wàn)臺(tái)的速度發(fā)展。轉(zhuǎn)向是一個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)，適用于采集部件，聯(lián)系等，其中允許一艘(艦船)或汽車(轎車)按照預(yù)期的方向行駛。一個(gè)例外的情況是鐵路運(yùn)輸由路軌組合在一起鐵路道岔提供轉(zhuǎn)向功能。許多現(xiàn)代轎車使用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，在方向盤末端有轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪；該齒輪帶動(dòng)齒條移動(dòng)，它是一種線性的齒輪緊密配合，從一邊到一邊。這種運(yùn)動(dòng)把轉(zhuǎn)矩通過(guò)轉(zhuǎn)向橫拉桿和一種叫做轉(zhuǎn)向節(jié)臂的短形臂傳遞給轉(zhuǎn)向輪的主銷。以前的設(shè)計(jì)往往采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，而這種轉(zhuǎn)向器仍然應(yīng)用在卡車和多用途車輛。這是一種老式的螺母和齒扇設(shè)計(jì)，該轉(zhuǎn)向管柱轉(zhuǎn)動(dòng)大螺絲("蝸輪")，它與一個(gè)齒扇齒輪嚙合，當(dāng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒扇也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，一個(gè)安裝在齒扇軸上且與轉(zhuǎn)向聯(lián)動(dòng)有關(guān)的搖臂帶動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié)臂，從而使車輪轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器通過(guò)安裝滾珠減少螺母和螺桿之間的摩擦；兩根導(dǎo)管和螺母內(nèi)的螺旋管狀通道組合成兩條各自獨(dú)立的封閉的鋼球“流到”。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)具有很大程度的反饋和直接轉(zhuǎn)向"路感"；它也通常不會(huì)有任何反彈，或呆滯。缺點(diǎn)是，它是不可調(diào)的，因此當(dāng)它磨損唯一的解決辦法更換。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械優(yōu)勢(shì)，因此，它被使用在較大較重的車輛，而齒輪齒條式原本僅限于較小和較輕；由于幾乎普遍采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，不過(guò)，這已不再是一個(gè)重要的優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致越來(lái)越多地在新型汽車應(yīng)用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)在中心也有明顯的沖擊，或"死點(diǎn)"。凡一分鐘交替方向盤出不來(lái)并不移動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)；這是很容易可調(diào)螺桿的端部來(lái)減少磨損，但它并不能完全消除或機(jī)制開(kāi)始磨損很快。這項(xiàng)設(shè)計(jì)目前仍在使用中，在卡車和其他大型車輛，也應(yīng)用于迅速轉(zhuǎn)向，路感與穩(wěn)健性，可維護(hù)性，和機(jī)械的優(yōu)勢(shì)相比不太重要的場(chǎng)合。較小程度的反饋，這樣的設(shè)計(jì)也有時(shí)是一種優(yōu)點(diǎn)；當(dāng)前輪碰撞時(shí)，使用齒輪齒條轉(zhuǎn)向的司機(jī)只有自己的大拇指受傷，造成方向盤揭開(kāi)一邊突然(因?yàn)轳{駛教練告訴學(xué)生把自己的大拇指在前面的方向盤，而非放在左右的內(nèi)邊緣)。這種效果在像卡車一樣的重型汽車更為明顯；循環(huán)球式轉(zhuǎn)向防止這種程度的反饋，只是因?yàn)樗梢栽谡Ｇ闆r下防止可取反饋。轉(zhuǎn)向連鎖連接轉(zhuǎn)向器和車輪通常符合一個(gè)阿克曼轉(zhuǎn)向幾何的變化，它交代了一個(gè)事實(shí):當(dāng)轉(zhuǎn)向時(shí)，內(nèi)輪轉(zhuǎn)過(guò)的半徑比外輪小得多，因此適合駕駛的直路，是不適合曲折。由于車輛已成為較重而改用前輪驅(qū)動(dòng)，為了扭轉(zhuǎn)方向盤，通常的，主要的是體力。為了解決這一問(wèn)題，汽車業(yè)發(fā)展的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。有兩種類型的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)-液壓和電氣/電子。還有一種液壓-電動(dòng)混合系統(tǒng)。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(HPS)利用油壓供應(yīng)的一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵，以協(xié)助將方向盤轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)方式，是較有效率的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向汽車只需要提供協(xié)助時(shí)，方向盤被轉(zhuǎn)動(dòng)，而液壓泵必須不斷運(yùn)行。在EPS的幫助下是很容易調(diào)節(jié)車型，最高車速，甚至駕駛的喜好。另外一個(gè)好處是，通過(guò)泄漏和處置動(dòng)力轉(zhuǎn)向液消除對(duì)環(huán)境構(gòu)成危險(xiǎn)。動(dòng)力轉(zhuǎn)向的分支是速度可調(diào)轉(zhuǎn)向而轉(zhuǎn)向是大量輔助以低速行駛，稍微協(xié)助高速。汽車制造商認(rèn)為，當(dāng)要停車時(shí)駕駛?cè)丝赡苄枰龀龃罅哭D(zhuǎn)向投入，但當(dāng)時(shí)高速行駛時(shí)則不然。第一輛有這特點(diǎn)的汽車，是雪鐵龍與其diravi，雖然改變了現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)資金的投入，但它改變了定心凸輪的壓力，使得方向盤盡力去回到原來(lái)的位置。現(xiàn)代速度可調(diào)式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，當(dāng)速度增長(zhǎng)時(shí)減少了活塞的壓力,給予更直接的感受.這一特點(diǎn)在所有新車正逐漸成為司空見(jiàn)慣。四輪轉(zhuǎn)向(或全輪轉(zhuǎn)向)是一種系統(tǒng)，當(dāng)高速行駛時(shí)能增加車輛穩(wěn)定型，而在低速行駛時(shí)可以減小轉(zhuǎn)彎半徑。大多數(shù)的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，后輪轉(zhuǎn)向通過(guò)單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)。后輪一般不能反過(guò)來(lái)，有幾個(gè)系統(tǒng)，包括Delphi的quadrasteer，該系統(tǒng)在本田的生產(chǎn)前線，當(dāng)前輪低速時(shí)，允許后輪在相反方向轉(zhuǎn)向。這使得車輛轉(zhuǎn)彎半徑較小，有時(shí)應(yīng)用于大型卡車車輛及掛車。

馬自達(dá)公司的速度感應(yīng)四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三十五年前，兩個(gè)馬自達(dá)設(shè)計(jì)師提出了一個(gè)遠(yuǎn)見(jiàn)的、有計(jì)算認(rèn)為是相當(dāng)革命性的結(jié)論。他們?cè)?962年10月26日日本汽車工程師學(xué)會(huì)技術(shù)會(huì)議上TadashiOkada博士和Toshiaki工程師總結(jié)了他們關(guān)于車輛動(dòng)力學(xué)的辛勤研究如下：1.基本特性差別在于過(guò)度轉(zhuǎn)向與不足轉(zhuǎn)向的量和時(shí)間上的延遲和響應(yīng)。2.汽車在高速狀態(tài)下應(yīng)具備不足轉(zhuǎn)向特點(diǎn)。3.后方的穩(wěn)定很大程度上反映出車輪和輪胎。4.控制與穩(wěn)定的一大進(jìn)步,可預(yù)期的方式自動(dòng)引導(dǎo)系統(tǒng)后車輪.這種結(jié)論和提法被這兩個(gè)工程師提出并為良好懸架技術(shù)的研制成立了基金會(huì)多年來(lái)致力于研究和開(kāi)發(fā),原有的理論有一定的作用,一些最重要的成就在近代歷史上汽車底盤工程,將在馬自達(dá)的系列產(chǎn)品的生產(chǎn).這些發(fā)展