機(jī)械式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)與計(jì)算

1、第四節(jié) 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)與計(jì)算一、轉(zhuǎn)向系計(jì)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(qiáng)度。欲驗(yàn)算轉(zhuǎn)向系零件的強(qiáng)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(fù)荷、路面阻力和輪胎氣壓等。為轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)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(jì)算出這些力是困難的。為此推薦用足夠精確的半經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩M r( N ?mm)式中，f為輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)，一般取 0.7; Gl為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷（N） ; p為輪胎氣壓（MPa）。作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力為l2LiM

2、 rF h(7-10)L2 Dswi式中，L1為轉(zhuǎn)向搖臂長；L2為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長;Dsw為轉(zhuǎn)向盤直徑；i為轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比;為轉(zhuǎn)向器正效率。對(duì)給定的汽車，用式（7-10）計(jì)算出來的作用力是最大值。因此，可以用此值作為計(jì)算載荷。然而，對(duì)于前軸負(fù)荷大的重型貨車，用上式計(jì)算的力往往超過駕駛員生理上的可能，在此情況下對(duì)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，此力為 700No二、齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)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 23mm之間。主動(dòng)小齒輪齒數(shù)多數(shù)在 57個(gè)齒范圍變化，壓力角取 20o,齒輪螺旋角取值范圍多為9o

3、1 5oo齒條齒數(shù)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向輪達(dá)到最大偏轉(zhuǎn)角時(shí)，相應(yīng)的齒條移動(dòng)行程應(yīng)達(dá)到的值 來確定。變速比的齒條壓力角，對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在12o350范圍內(nèi)變化。此外，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算齒輪的抗彎強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度。主動(dòng)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。三、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)（一）主要尺寸參數(shù)的選擇1、螺桿、鋼球、螺母傳動(dòng)副（1）鋼球中心距D、螺桿外徑 D1、螺母內(nèi)徑 D2 尺寸D D1、D2如圖7-19所示。鋼 球中心距是基本尺寸，螺桿外徑D1、螺母內(nèi)徑 D2及鋼球直徑d對(duì)確定鋼球中心距 D的大小有影響，而D又對(duì)轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)尺寸和強(qiáng)度有影響。在保證足夠

4、的強(qiáng)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7 1） o設(shè)計(jì)時(shí)先參考同類型汽車的參數(shù)進(jìn)行初選，經(jīng)強(qiáng)度驗(yàn)算后，再進(jìn)行修正。螺桿外徑D1通常在2038mm范圍內(nèi)變化，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷的不同來選定。螺母內(nèi)徑D2應(yīng)大于 D1，一般要求 D2 D15%10% D。JL圖7 19螺桿、鋼球、螺母傳動(dòng)副(2) 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(shí)螺桿和螺母傳動(dòng)機(jī)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7-1)。增加鋼球數(shù)量n,能提高承載能力，但使鋼球流動(dòng)性變壞，從而使傳動(dòng)效率降低。因

5、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(yàn)證明，每個(gè)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(gè)環(huán)路中的 鋼球數(shù)可用下式計(jì)算DWDWnd cos 0d式中，D為鋼球中心距； W為一個(gè)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 =5o8o,則cos 0疋1。(3) 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(shí)， 見圖7-20 , 鋼球與滾道有四點(diǎn)接觸， 傳動(dòng)時(shí)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

6、減少摩擦，螺桿和螺 母溝槽的半徑 R2應(yīng)大于鋼球半徑 d/ 2, 般取 R2=(O.51O.53)d。(4) 接觸角B鋼球與螺桿滾道接觸點(diǎn)的正壓力方向與螺桿滾道法面軸線間的夾角稱為接觸角B,如圖7-20所示。B角多取為 450,以使軸向力和徑向力分配均勻。(5) 螺距P和螺旋線導(dǎo)程角0 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角，對(duì)應(yīng)螺母移動(dòng)的距離s為Ps2(7-11)式中，P為螺紋螺距。p角，其間關(guān)系可表示如下rp (7-12)式中，r為齒扇節(jié)圓半徑。聯(lián)立式(7-11)、式(7-12)得為P P，將對(duì)p求導(dǎo)得循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比iP (7-13)由式(7-13)可知，螺距P影響轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的值。在螺距不變的條件下，鋼

7、球直徑 越大，圖7-19中的尺寸b越小，要求b=P-d2.5mm。螺距P一般在8llmm內(nèi)選取。前已述及導(dǎo)程角0對(duì)轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)效率有影響，此處不再贅述。(6) 工作鋼球圈數(shù) W 多數(shù)情況下，轉(zhuǎn)向器用兩個(gè)環(huán)路，而每個(gè)環(huán)路的工作鋼球圈數(shù)w又與接觸強(qiáng)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(gè)環(huán)路的工作鋼球圈數(shù)的選取見表7-1 o表7 1循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要參數(shù)齒隔Stt/mm3,03,54bQ4.J5 06.0fix；2226M32353&404245if曜申心距/mmZ023252S32

8、40 *be/inm2023252522938摘竜ft if/mm5.5565,55*6.3S03$07.1447rRJ144nooft.7319.5259,525JO.00010,000trooo工托柱1.5152，S2.5244552475962727ft8082J55帽鼻肉観121313131415齒幣壓力角22Mf27W 6r30齒 4 H/mm222323272528io2B-J2刃3438352、齒條、齒扇傳動(dòng)副設(shè)計(jì)如圖7-21所示，滾迨相對(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7 22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

9、變厚齒扇。圖7-22中，若0-0截面的原始齒形變位系數(shù)E=Q且I I剖面和n n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，n n剖面中的齒輪為負(fù)變位齒輪，故 變厚齒扇在整個(gè)齒寬方向上，是由無數(shù)個(gè)原始齒形位移系數(shù)逐漸變化的圓柱齒輪所組成。滾刀圖721用滾刀加工變厚齒扇的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)圖722 變厚齒扇的截面對(duì)齒輪來說，因?yàn)樵诓煌恢玫钠拭嬷?，其模?shù)優(yōu)不變，所以它的分度圓半徑廠和基半徑仏相同。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(gè)基圓柱上所展出的漸開線，只是其輪齒的漸開線齒形相對(duì)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

10、形的計(jì)算，如圖 7-23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(shí)，變位系數(shù)E為正，向左則由正變?yōu)榱悖?-0剖面），再變?yōu)樨?fù)。若0-0剖面距1-1 剖面的距離為ao，則其值為ao m/tan ，丫是切削角，常見的有 6o301和7o301兩種。 在切削角丫一定的條件下，各剖面的變位系數(shù)E取決于距基準(zhǔn)剖面1-1的距離a。進(jìn)行變厚齒扇齒形計(jì)算之前，必須確定的參數(shù)有：模數(shù)m參考表7-2選?。环ㄏ驂毫?，一般在20o30o之間；齒頂高系數(shù) X1，一般取0.8或1.0 ;徑向間隙系數(shù)，取 0.2 ; 整圓齒數(shù)乙在1215。之間選?。积X扇寬度 B, 般在齒扇齒模數(shù)m/ mm3.03.54.04.55.0) 6.06.5排量5001000/ mL18001600 20002000轎2000350070008300車前軸負(fù)470010000荷3800735090001100011000/N300045005500700023000貨前軸負(fù)900017000車荷50007500185001950044000/ N37000和24000最大裝載350250035006000大客質(zhì)100027008000車/ kg22 38mm。表7-2循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器