机械式转向器的设计和计算diad.docx

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1、第四节机机械式转转向器的的设计与与计算一、转向向系计算算载荷的确定为了保证证行驶安安全，组组成转向向系的各各零件应应有足足够的强强度。欲欲验算转转向系零零件的强强度，需需首先确确定作用用在各零零件上的的力。影影响这些些力的主主要因素素有转向向轴的负负荷、路路面阻力力和轮胎胎气压等等。为转转动转向向轮要克克服的阻阻力，包包括转向向轮绕主主销转动动的阻力力、车轮轮稳定阻阻力、轮轮胎变形形阻力和和转向系系中的内内摩擦阻阻力等。精确地计计算出这这些力是是困难的的。为此此推荐用用足够精精确的半半经验公公式来计计算汽车车在沥青青或者混混凝土路路面上的的原地转转向阻力力矩 () (7-99)式中，ff为轮胎

2、胎和路面面间的滑滑动摩擦擦因数，一一般取OO.7；为转向向轴负荷荷(N)；p为轮胎胎气压()。作用在转转向盘上上的手力力为 (7-110)式中，为为转向摇摇臂长；为转向向节臂长长；为转转向盘直直径；为为转向器器角传动动比；为为转向器器正效率率。对给定的的汽车，用用式(7-10)计算出出来的作作用力是是最大值值。因此此，可以以用此值值作为计计算载荷荷。然而而，对于于前轴负负荷大的的重型货货车，用用上式计计算的力力往往超超过驾驶驶员生理理上的可可能，在在此情况况下对转转向器和和动力转转向器动动力缸以以前零件件的计算算载荷，应应取驾驶驶员作用用在转向向盘轮缘缘上的最最大瞬时时力，此此力为7700N。

3、二、齿轮轮齿条式式转向器器的设计计齿轮齿条条式转向向器的齿齿轮多数数采用斜斜齿圆柱柱齿轮。齿齿轮模数数取值范范围多在在23mm之间。主主动小齿齿轮齿数数多数在在57个齿范围变变化，压压力角取20，齿轮轮螺旋角角取值范范围多为为911 5。齿条条齿数应应根据转转向轮达达到最大大偏转角角时，相相应的齿齿条移动动行程应应达到的的值来确确定。变变速比的的齿条压压力角，对对现有结结构在11235范围内内变化。此此外，设设计时应应验算齿齿轮的抗抗弯强度度和接触触强度。主动小齿齿轮选用用16MMnCrr5或15CCrNii6材料制制造，而而齿条常常采用45钢制造造。为减减轻质量量，壳体体用铝合合金压铸铸。三

4、、循环环球式转转向器设设计(一)主主要尺寸寸参数的的选择1、螺杆杆、钢球球、螺母母传动副副(1)钢钢球中心心距D、螺杆杆外径、螺螺母内径径尺寸D、如图7-119所示。钢钢球中心心距是基基本尺寸寸，螺杆杆外径、螺螺母内径径及钢球球直径d对确定定钢球中中心距D的大小有有影响，而而D又对转向向器结构构尺寸和和强度有有影响。在在保证足足够的强强度条件件下，尽尽可能将将D值取小小些。选选取D值的规律律是随着着扇齿模模数的增增大，钢钢球中心心距D也相应应增加(表71)。设计计时先参考同类型型汽车的的参数进进行初选选，经强强度验算算后，再再进行修修正。螺螺杆外径径通常在22038mmm范围内内变化，设设计时

5、应应根据转转向轴负负荷的不不同来选选定。螺螺母内径径应大于于，一般般要求。图7119 螺螺杆、钢钢球、螺螺母传动动副(2)钢钢球直径径d及数量量n钢球直直径尺寸寸d取得大大，能提提高承载载能力，同同时螺杆杆和螺母母传动机机构和转转向器的的尺寸也也随之增增大。钢钢球直径径应符合合国家标标准，一般般常在779mm范围内选选用(表7-11)。增加钢球球数量nn，能提提高承载载能力，但但使钢球球流动性性变坏，从从而使传传动效率率降低。因因为钢球球本身有有误差，所所以共同同参加工工作的钢钢球数量量并不是是全部钢钢球数。经经验证明明，每个个环路中中的钢球球数以不不超过60粒为好好。为保保证尽可可能多的的钢

6、球都都承载，应应分组装装配。每每个环路路中的钢钢球数可可用下式式计算式中，DD为钢球球中心距距；W为一个个环路中中的钢球球工作圈圈数；nn为不包包括环流流导管中中的钢球球数；为为螺线导导程角，常常取=558，则coss1。(3)滚滚道截面面当螺杆杆和螺母母各由两两条圆弧弧组成，形形成四段段圆弧滚滚道截面面时，见见图7-20，钢球球与滚道道有四点点接触，传传动时轴轴向间隙隙最小，可可满足转转向盘自自由行程程小的要要求。图图中滚道道与钢球球之间的的间隙，除除用来贮贮存润滑滑油之外外，还能能贮存磨磨损杂质质。为了了减少摩摩擦，螺螺杆和螺螺母沟槽槽的半径径应大于于钢球半半径d2，一般般取=(O.551

7、O.553)dd 。(4)接接触角钢球与与螺杆滚滚道接触触点的正正压力方方向与螺螺杆滚道道法面轴轴线间的的夹角称称为接触触角，如图图7-220所示。角多取取为455，以使使轴向力力和径向向力分配配均匀。(5)螺螺距P和螺旋旋线导程程角转向向盘转动动角，对对应螺母母移动的的距离s为 (77-111)式中，PP为螺纹纹螺距。图7220 四四段圆弧弧滚道截截面与此同时时，齿扇扇节圆转转过的弧弧长等于s，相应应摇臂轴轴转过角角，其间间关系可可表示如如下 (7-112)式中，rr为齿扇扇节圆半半径。联立式(7-111)、式(7-12)得，将对求导得得循环球球式转向向器角传传动比为 (77-133)由式(

8、77-133)可知，螺螺距P影响转转向器角角传动比比的值。在在螺距不不变的条条件下，钢球直径d越大，图7-19中的尺寸b越小，要求b=P-d2.5mm。螺距P一般在8llmm内选取。前已述及及导程角角对转向向器传动动效率有有影响，此此处不再再赘述。(6)工工作钢球球圈数WW 多多数情况况下，转转向器用用两个环环路，而而每个环环路的工工作钢球球圈数w又与接接触强度度有关：增加工工作钢球球圈数，参参加工作作的钢球球增多，能能降低接接触应力力，提高高承载能力力；但钢钢球受力力不均匀匀、螺杆杆增长而而使刚度度降低。工工作钢球球圈数有有1.5和2.5圈两种。一一个环路路的工作作钢球圈圈数的选选取见表表7

9、-1。表711 循环环球式转转向器主主要参数数2、齿条条、齿扇扇传动副副设计如图7-21所示，滚滚迨相对对齿扇作作斜向进进给运动动加工齿齿扇齿，得得到变厚厚齿扇。如如图722所示，变变厚齿扇扇的齿顶顶和齿根根的轮廓廓面是圆圆锥的一一部分，其其分度圆圆上的齿齿厚是变变化的，故称之为变厚齿扇。图7-222中，若0-0截面的的原始齿齿形变位位系数=O，且II剖面和剖面分分别位于于0-0剖面两两侧，则则II剖面的的齿轮是是正变位位齿轮，剖面中中的齿轮轮为负变变位齿轮轮，故变变厚齿扇扇在整个个齿宽方方向上，是是由无数数个原始始齿形位位移系数数逐渐变变化的圆圆柱齿轮轮所组成成。图7221 用用滚刀加加工变

10、厚厚齿扇的的进给运运动图7222 变变厚齿扇扇的截面面对齿轮来来说，因因为在不不同位置置的剖面面中，其其模数优优不变，所所以它的的分度圆圆半径厂厂和基半半径相同同。因此此，变厚厚齿扇的的分度圆圆和基圆圆均为一一圆柱，它它在不同同剖面位位置上的的渐开齿齿形，都都是在同同一个基基圆柱上上所展出出的渐开开线，只只是其轮轮齿的渐渐开线齿齿形相对对基圆的的位置不不同而已已，所以以应将其其归人圆圆柱齿轮轮的范畴畴。变厚齿扇扇齿形的的计算，如如图7-223所示，一一般将中中间剖面面1-1规定为基基准剖面面。由11-1剖面向向右时，变变位系数数为正，向向左则由由正变为为零(OO-0剖面)，再变为为负。若若0-

11、0剖面距1-1剖面的的距离为为，则其其值为，是切削角角，常见见的有6630和730两种。在在切削角一定的的条件下下，各剖剖面的变变位系数数取决于于距基准准剖面1-1的距离离a。进行变厚厚齿扇齿齿形计算算之前，必必须确定定的参数数有：模模数m，参考考表7-2选取；法法向压力力角，一一般在2030之间；齿齿顶高系系数，一一般取O.8或1.O；径向间间隙系数数，取OO.2；整圆圆齿数z，在1215。之间间选取；齿扇宽宽度B，一般般在图7223 变变厚齿扇扇齿形计计算简图图22338mmm 。表7-22 循环环球式转转向器齿齿扇齿模模数齿扇齿模模数mmm 3.00 3.55 4O 4.55 5O 6.

12、00 6.55轿排量mL 5000 10000 18800 16000 20000 20000 20000车前轴负荷荷/N 335000 338000 447000 73350 70000 90000 883000 1110000 100000110000货车和前轴负荷荷N 30000 50000 45000 75500 55000 185500 770000 1995000 90000 2240000 1170000 3770000 230000440000大客车最大装载载质kg 3350 110000 25000 27000 335000 660000 880000四、循环环球式转转向器零

13、零件强度度计算1、钢球球与滚道道之间的的接触应应力用下式计计算钢球球与滚道道之间的的接触应应力式中，kk为系数数，根据据AB值从表73查取，；为滚道道截面半半径；rr为钢球球半径；为螺杆杆外半径径；E为材料料弹性模模量，等等于；为钢球球与螺杆杆之间的的正压力力，可用用下式计计算式中，为为螺杆螺螺线导程程角；为接触触角；nn为参与与工作的的钢球数数；为作作用在螺螺杆上的的轴向力力，见图图724。当接触表表面硬度度为5864HHRC时，许许用接触触应力=25000。图7-224 螺螺杆受力力简图表7-33 系数数k与AB的关系系AB1OO90.8 O770.60.5 O44O30.2O1550.1

14、 O05 0.02 O01 O0077k0.38880.4000 O4410 O4440 O4468 O4490 O55360.60000.7116 O88000.97701.28801.80002.2771 3.22022、齿的的弯曲应应力用下式计计算齿扇扇齿的弯弯曲应力力式中，FF为作用在在齿扇上上的圆周周力；hh为齿扇扇的齿高高；B为齿扇扇的齿宽宽；s为基圆圆齿厚。许用弯曲曲应力为为=5540。螺杆和螺螺母用20CCrMnnTi钢制造造，表面面渗碳。前前轴负荷荷不大的的汽车，渗渗碳层深深度在O.81.22mm；前轴轴负荷大大的汽车车，渗碳碳层深度度在1.0051.445mmm。表面面硬度为为5863HHRC。此外，应应根据材材料力学学提供的的公式，对对接触应应力进行行验算。3、转向向摇臂轴轴直径的的确定用下式计计算确定定摇臂轴轴直径d式中，KK为安全全系数，根根据汽车车使用条条件不同同可取2.53.5；为转向向阻力矩矩；为扭扭转强度度极限。摇臂轴用用20CCrMnnTi钢制造造，表面面渗碳，渗渗碳层深深度在O.81.22mm。前轴轴负荷大大的汽车车，渗碳碳层深度度为1.051.455mm。表面硬硬度为5863HHRC。