循環(huán)球式汽車方向機(jī)的總體設(shè)計_畢業(yè)設(shè)計

1、四川大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 循環(huán)球式方向機(jī)的總體設(shè)計及關(guān)鍵零部件的設(shè)計 循環(huán)球式汽車方向機(jī)的總體設(shè)計及關(guān)鍵零部件的設(shè)計專業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化學(xué)生 趙云甫 指導(dǎo)教師 趙武 教授【摘要】自從1928年液壓助力轉(zhuǎn)向器研制成功以來，液壓助力的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器便得到廣泛的應(yīng)用。本文首先從轉(zhuǎn)向器的歷史、分類和發(fā)展等概念入手，引出本課題所要研究的對象循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。進(jìn)而對循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)特點、設(shè)計要求和作用原理進(jìn)行簡單的介紹。然后講述了螺桿螺母傳動副的設(shè)計、齒條齒扇傳動副的設(shè)計、轉(zhuǎn)閥和箱體的設(shè)計，重點講述了轉(zhuǎn)向螺桿的設(shè)計。然后對設(shè)計出來的轉(zhuǎn)向器進(jìn)行強(qiáng)度校核，主要是鋼珠與滾道的接觸應(yīng)力、齒扇的彎曲應(yīng)力和搖臂

2、軸直徑的確定。最后用三維造型軟件Catia繪制轉(zhuǎn)向器的總成圖和裝配圖，至于二維的工程圖就應(yīng)用專業(yè)的計算機(jī)輔助繪圖和設(shè)計軟件Auto/CAD進(jìn)行繪制創(chuàng)建Recirculating ball steering of the overall vehicle design and the design of key components 【Abstract】 Since 1928, since the successful development of hydraulic power steering, hydraulic power of the recirculating ball steerin

3、g has been widely used. Firstly, from the steering gear of the history, classification and development concept, leads to the topic of the object to be recirculating ball steering. Turn on the recirculating ball steering structure, design requirements and principles for a brief role. Then tells the d

4、rive screw nut vice design, fan drive gear rack pairs design, the design of rotary valve and box, highlight the shift screw design. Then out of the steering of the design strength check, mainly steel ball and the raceway contact stress, bending stress and tooth fan rocker shaft diameter determined.

5、Finally, three-dimensional modeling software Catia drawing steering gear assembly and assembly drawings, As for the two-dimensional drawings to the application of professional computer-aided drafting and design software to draw -Auto/CAD created.Keywords: steering gear, hydraulic power, recirculatin

6、g ball type, rotary valve, screw. 目錄第一章 緒 論51.1概述51.2轉(zhuǎn)向器的歷史51.3轉(zhuǎn)向器的分類61.3.1 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器61.3.2 液壓助力轉(zhuǎn)向器61.3.3電動助力轉(zhuǎn)向器71.3.4電控液壓助力轉(zhuǎn)向器71.3.5 線控轉(zhuǎn)向器71.4 轉(zhuǎn)向器的發(fā)展現(xiàn)狀及展望71.5本課題研究內(nèi)容及意義81.6本章小結(jié)8第二章 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器92.1循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)特點92.2循環(huán)球式液壓助力轉(zhuǎn)向器設(shè)計要求92.3 循環(huán)球式液壓助力轉(zhuǎn)向器的作用原理102.4 本章小結(jié)12第三章 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的總體設(shè)計及螺桿的設(shè)計133.1轉(zhuǎn)向器計算載荷的確定133.2螺桿、鋼

7、珠和螺母傳動副的設(shè)計143.2.1初選螺桿外徑和螺母內(nèi)徑143.2.2 螺桿的設(shè)計143.2.2 鋼球中心距D的確定163.2.3 鋼球的直徑d和數(shù)量n163.2.4 鋼珠滾道截面173.2.5 螺距t和螺紋導(dǎo)程角183.2.6 導(dǎo)管內(nèi)徑183.2.7 材料的選取183.2.8 設(shè)計總結(jié)193.3 齒條齒扇傳動副的設(shè)計193.3.1 概 述193.3.2 變厚齒扇的設(shè)計203.4 轉(zhuǎn)閥的設(shè)計223.4.1 轉(zhuǎn)閥槽型的選擇223.4.2 閥套的設(shè)計233.4.3 閥芯的設(shè)計233.4.4 扭桿結(jié)構(gòu)243.4.5 轉(zhuǎn)閥刃口（閥口）的概述243.5 箱體的設(shè)計263.6 本章小結(jié)26第四章 零件的強(qiáng)

8、度校核274.1 鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力274.2 齒的彎曲應(yīng)力284.3 轉(zhuǎn)向搖臂軸直徑的確定284.4 本章小結(jié)28第五章 轉(zhuǎn)向器Catia三維造型295.1 Catia的簡介295.2 Catia的混合建模295.3 轉(zhuǎn)向器的三維裝配設(shè)計295.4 三維catia圖轉(zhuǎn)二維CAD圖305.5 本章小結(jié)32第六章 課程總結(jié)與展望33參考文獻(xiàn)：34致謝35第一章 緒 論1.1概述當(dāng)汽車行駛時，車前突然出現(xiàn)障礙物，你只有兩個選擇，一踩剎車，二急轉(zhuǎn)向。這道出了汽車安全的兩大安保系統(tǒng)，一制動系統(tǒng)，二轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車必不可少的基本組成系統(tǒng)之一，是用來改變和保持汽車行駛方向的專門機(jī)構(gòu)。它的作用

9、是使汽車在行駛過程中能夠按照駕駛員的意愿而隨時隨地的改變汽車的行駛方向，并且在受到路面?zhèn)鱽淼呐既慌鲎埠推囈馔獾钠x正常的行駛方向時，能夠與汽車的其他駕駛系統(tǒng)配合共同的保障汽車安全穩(wěn)定的行駛。所以說汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)直接影響汽車的操作穩(wěn)定性和安全性。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)三大部分組成。從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向傳動軸這部分屬于轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)，由轉(zhuǎn)向搖臂至轉(zhuǎn)向梯形這部分屬于轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)，操縱機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)之間的就是方向機(jī)，即本課題研究對象。方向機(jī)又名轉(zhuǎn)向器（下文多用此名），主要是用來增大方向盤傳來的力以及改變力的傳遞方向。1.2轉(zhuǎn)向器的歷史一百多年前，汽車剛剛誕生后不久，其轉(zhuǎn)向操縱是仿照

10、馬車和自行車的轉(zhuǎn)向方式，用一個操縱桿和手柄來時前輪偏轉(zhuǎn)實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的。由于操縱費力且不可靠，一直常發(fā)生車毀人亡的事故。在隨后幾十年內(nèi)人們漸漸用轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向柱代替了操縱桿和手柄，之后渦輪蝸桿式的減速裝置被最早應(yīng)用。在二十世紀(jì)初，汽車已經(jīng)是一個沉重而又高速疾馳的車輛，即使一個強(qiáng)壯的駕駛員要控制轉(zhuǎn)向仍然是很勞累的事情。于是降低轉(zhuǎn)向操縱力的問題就變得比較迫切了。從1903年開始，助力輔助轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)不斷出現(xiàn)，有一些采用真空助力，有一些采用壓縮空氣。1923年美國底特律市的亨利·馬爾斯為了減少渦輪副和滾輪的摩擦力在兩者之間接觸放入鋼珠支承，這就是后來的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器了。目前在美國和日本汽車上依然得到廣

11、泛應(yīng)用。1928年，弗朗西斯·戴維斯研制成功并首次應(yīng)用了液壓助力轉(zhuǎn)向器。但直到二戰(zhàn)時期才重新推廣應(yīng)用。1954年凱迪拉克汽車公司首先把液壓助力轉(zhuǎn)向應(yīng)用于汽車上。隨后汽車工業(yè)迅猛發(fā)展，1985年日本豐田公司采用計算機(jī)控制輔助轉(zhuǎn)向，即為所謂電動助力轉(zhuǎn)向器。1986年本田又研制出四輪轉(zhuǎn)向汽車。到今天，已經(jīng)不是單純機(jī)械意義上的汽車了，它是機(jī)械、電子、材料等學(xué)科的綜合產(chǎn)物。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也隨著汽車工業(yè)的發(fā)展歷經(jīng)了長時間的演變。1.3轉(zhuǎn)向器的分類按照轉(zhuǎn)向器動力的來源可以將其分為五大類：機(jī)械式轉(zhuǎn)向器、液壓助力轉(zhuǎn)向器、電動助力轉(zhuǎn)向器、電控液壓轉(zhuǎn)向器和線控轉(zhuǎn)向器。1.3.1機(jī)械式轉(zhuǎn)向器機(jī)械式轉(zhuǎn)向器以駕駛

12、者轉(zhuǎn)動方向盤的力作為全部動力，使得地面反作用輪胎轉(zhuǎn)向的力全部作用于駕駛者，地面狀況全部反饋給駕駛者，使其操作起來易打手。而且完全機(jī)械的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，若想產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)向扭距，由 力矩=力*作用長度 知，人力是有限的，若想操作輕便，就必須增大作用長度即增大方向盤，這樣一來，占用駕駛室的空間很大，整個機(jī)構(gòu)顯得比較笨拙。所以有限的力、有限的方向盤只能導(dǎo)致有限的轉(zhuǎn)向扭距，使得機(jī)械式轉(zhuǎn)向器的應(yīng)用范圍得到了限制。根據(jù)所采用的裝箱傳動副的不同，機(jī)械式的轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)形式有很多種常見的有循環(huán)球式、齒輪齒條式、球面蝸桿滾輪式、蝸桿曲柄指銷式等。1.3.2液壓助力轉(zhuǎn)向器液壓助力轉(zhuǎn)向器主要部件包括油泵、液壓式分配閥和助力

13、器。油泵通過皮帶帶動，把油壓輸出到助力器，助力器課題內(nèi)是一個活塞，活塞兩端是腔室。當(dāng)轎車直線行駛時，活塞兩端壓力相等，靜止不動，油泵空轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)動方向盤時，液壓分配閥將油液通過變化了的通道進(jìn)入了助力器的一側(cè)，使活塞兩端出現(xiàn)壓力差，迫使活塞移動到另一側(cè)幫助轉(zhuǎn)動。液壓助力具有工作噪音小，靈敏度高，占用體積小，并能夠吸收來自地面的沖擊力反應(yīng)迅速等特點。但能耗較高,尤其是低速轉(zhuǎn)彎的時候，覺得方向比較沉，發(fā)動機(jī)也比較費力氣，又由于液壓泵的壓力很大，也比較容易損害助力系統(tǒng)。1.3.3電動助力轉(zhuǎn)向器電動助力轉(zhuǎn)向器是利用電動機(jī)作為助力源，根據(jù)車速和轉(zhuǎn)向參數(shù)等因素，由電子控制單元完成助力控制，其原理可概括如下：當(dāng)操

14、縱轉(zhuǎn)向盤時，裝在轉(zhuǎn)向盤軸上的轉(zhuǎn)矩傳感器不斷地測出轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)矩信號，該信號與車速信號同時輸入到電子控制單元。電控單元根據(jù)這些輸入信號，確定助力轉(zhuǎn)矩的大小和方向，即選定電動機(jī)的電流和轉(zhuǎn)動方向，調(diào)整轉(zhuǎn)向輔助動力的大小。電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩由電磁離合器通過減速機(jī)構(gòu)減速增矩后，加在汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，使之得到一個與汽車工況相適應(yīng)的轉(zhuǎn)向作用力。1.3.4電控液壓助力轉(zhuǎn)向器電控液壓助力轉(zhuǎn)向器是液壓助力和電動助力的結(jié)合體。它主要是通過車速傳感器將車速傳遞給電子元件或微型計算機(jī)系統(tǒng)，控制電液轉(zhuǎn)換裝置改變動力轉(zhuǎn)向的助力特性，使駕駛員的轉(zhuǎn)向手力根據(jù)車速和行駛條件變化而改變，即在低速行駛或急速轉(zhuǎn)彎時能以很小的轉(zhuǎn)向手力進(jìn)行操作

15、，在高速行駛時能以稍重的轉(zhuǎn)向手力進(jìn)行穩(wěn)定操作，使操縱性和穩(wěn)定性達(dá)到最合適的平衡狀態(tài)。1.3.5線控轉(zhuǎn)向器隨著電子技術(shù)和控制理論的發(fā)展，一些研究人員做出大膽假設(shè)，將方向盤與轉(zhuǎn)向車輪通過控制信號連接，就可以利用轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的變增益特性補(bǔ)償整車轉(zhuǎn)向特性的變化，從而降低駕駛員的操作負(fù)擔(dān)，改善人-車閉環(huán)系統(tǒng)性能。這種全新的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)就是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。1.4轉(zhuǎn)向器的發(fā)展現(xiàn)狀及展望改革開放以來，我國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛。作為汽車關(guān)鍵部件之一的轉(zhuǎn)向器也得到了相應(yīng)的發(fā)展，基本已形成了專業(yè)化、系列化生產(chǎn)的局面。例如上海ZF、恒隆集團(tuán)、一汽光洋、新鄉(xiāng)豫北和湖北三環(huán)等20多家，生產(chǎn)集中度約為80%。轉(zhuǎn)向器行業(yè)的企業(yè)總資產(chǎn)約

16、為130億元，年生產(chǎn)能力超過1000萬臺。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)基本合理，能覆蓋國內(nèi)全系列汽車，基本滿足整車產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。在國內(nèi)汽車配裝的轉(zhuǎn)向器產(chǎn)品中，商用車（主要是載貨車）有95%以上是自主品牌轉(zhuǎn)向器。隨著人民生活水平的不斷提高，人們對汽車的要求不僅僅再是“代步”而已了，安全性、舒適性、速度感等等都成為人們購車的關(guān)鍵因素。從操縱輕便性、穩(wěn)定性及安全行駛的角度，汽車制造廣泛使用更先進(jìn)的工藝方法，使用變速比轉(zhuǎn)向器、高剛性轉(zhuǎn)向器?！白兯俦群透邉傂浴笔悄壳笆澜缟仙a(chǎn)的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)的方向。首先，充分考慮安全性、輕便性。隨著汽車車速的提高，駕駛員和乘客的安全非常重要，目前國內(nèi)外在許多汽車上已普遍增設(shè)能量吸收裝置，如防碰

17、撞安全轉(zhuǎn)向柱、安全帶、安全氣囊等，并逐步推廣。從人類工程學(xué)的角度考慮操縱的輕便性，已逐步采用可調(diào)整的轉(zhuǎn)向管柱和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。其次，低成本、低油耗、大批量專業(yè)化生產(chǎn)。隨著國際經(jīng)濟(jì)形勢的惡化，石油危機(jī)造成經(jīng)濟(jì)衰退，汽車生產(chǎn)愈來愈重視經(jīng)濟(jì)性，因此，要設(shè)計低成本、低油耗的汽車和低成本、合理化生產(chǎn)線，盡量實現(xiàn)大批量專業(yè)化生產(chǎn)。對零部件生產(chǎn)，特別是轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，更表現(xiàn)突出。最后，汽車轉(zhuǎn)向器裝置的數(shù)字化、電子化。隨著計算機(jī)的快速發(fā)展，大量的電子產(chǎn)品應(yīng)用到轉(zhuǎn)向器之中，如現(xiàn)在的電動助力轉(zhuǎn)向器和電控液壓轉(zhuǎn)向器都取得了較好的成績。其優(yōu)勢也漸漸顯示出來，今后必然是發(fā)展的大勢。1.5本課題研究內(nèi)容及意義本課題研究對象是

18、循環(huán)球式液壓助力轉(zhuǎn)向器，液壓采用的是轉(zhuǎn)閥式。主要研究內(nèi)容為轉(zhuǎn)向器的介紹分類及歷史發(fā)展；循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)特點、設(shè)計要求、作用原理；循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的總體設(shè)計和螺桿的設(shè)計；用三維設(shè)計軟件catia繪制轉(zhuǎn)向器三維圖；用二維設(shè)計軟件CAD進(jìn)行螺桿的詳細(xì)設(shè)計。本課題的選題意義在于通過對循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的總體設(shè)計熟悉產(chǎn)品設(shè)計的流程、方法和思維；掌握機(jī)械產(chǎn)品的先進(jìn)設(shè)計方法，整合所學(xué)專業(yè)知識，掌握計算機(jī)輔助設(shè)計的原理和方法，提高綜合運用知識和獨立設(shè)計的能力；培養(yǎng)認(rèn)識問題、分析問題和解決問題的思維方式，在沒有完全認(rèn)識問題之前切勿急于解決問題。1.6本章小結(jié)本章主要介紹了轉(zhuǎn)向器的歷史、分類和發(fā)展；課題的內(nèi)容和意義

19、。第二章 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器2.1循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)特點圖2-1 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)示意圖（液壓助力）1是螺桿軸及轉(zhuǎn)向軸；2是轉(zhuǎn)閥的閥芯；3是螺母兼齒條兼活塞；4是彈性扭桿軸；5是搖臂；6是齒扇。 如上圖所示，循環(huán)球式液壓助力轉(zhuǎn)向器中，殼體是承受高壓的，最大工作壓力已達(dá)15MPa。液壓閥體又做轉(zhuǎn)向器上端蓋，轉(zhuǎn)向軸即與螺桿相連部分同時又做轉(zhuǎn)閥的閥芯，兩者之間是閥套。轉(zhuǎn)向軸與螺桿由中心的扭桿相連。螺母下方開齒作為齒條用，同時又起到活塞的作用。齒扇與齒扇軸仍為一體，同時又作為動力轉(zhuǎn)向器輸出力矩傳力件，所以比一般機(jī)械轉(zhuǎn)向器齒扇軸直徑大些。2.2循環(huán)球式液壓助力轉(zhuǎn)向器設(shè)計要求本課題采用的是添加液壓助力的

20、轉(zhuǎn)向器，液壓方式是轉(zhuǎn)閥式的，它的設(shè)計要達(dá)到以下幾個方面的要求：1、 為駕駛者提供不同的轉(zhuǎn)向手力特性轉(zhuǎn)向手力特性直接決定了該轉(zhuǎn)向器的“路感”。所謂的“路感”就是駛者在實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的同時，通過方向盤獲得獲得對路面狀況和阻力變化的直接感覺。這種感覺是駕駛者操作方向盤不可缺少的。在轉(zhuǎn)向器的設(shè)計中，要根據(jù)用戶的需求調(diào)整不同的轉(zhuǎn)向手力特性，可以通過改變扭桿剛度和改變轉(zhuǎn)閥刃口的過流面積來調(diào)整專項手力特性供用戶選用。2、 提供不同的角傳動比動力轉(zhuǎn)向器的角傳動比的大小直接影響車輛行駛的機(jī)動性，角傳動比越小機(jī)動性越好。機(jī)械轉(zhuǎn)向器傳動比越小轉(zhuǎn)向手力越大，但是動力轉(zhuǎn)向器有了助力系統(tǒng)的作用，使得減小傳動比而不增大轉(zhuǎn)向手力。

21、根據(jù)人們習(xí)慣，一般動力轉(zhuǎn)向器的總?cè)?shù)應(yīng)在4.5-5.5圈，動力轉(zhuǎn)向器角傳動比應(yīng)在18-22之間。3、 密封性能好，內(nèi)外泄漏小對于液壓助力的轉(zhuǎn)向器，密封性的好壞直接影響其工作性能的好壞。密封性和內(nèi)外泄漏主要與加工精度的控制、密封結(jié)構(gòu)和元件設(shè)計及其密封元件本身質(zhì)量有關(guān)系。國內(nèi)現(xiàn)有密封元件本身質(zhì)量問題較大。密封元件的材料選擇高質(zhì)量的耐油橡膠材質(zhì)，改善橡膠的配方和成型工藝，對聚四氟乙烯材料進(jìn)行改進(jìn)或開發(fā)高質(zhì)量代替產(chǎn)品，提高其彈性都是至關(guān)重要。4、 強(qiáng)度好壽命長 一方面從設(shè)計上保證強(qiáng)度，另一方面要從材料和零件加工及熱處理上保證達(dá)到設(shè)計要求。這就要求提高設(shè)計水平和提高工藝水平，使我們設(shè)計和生產(chǎn)的新型動力轉(zhuǎn)

22、向器的水平得到提高，達(dá)到和超過國外同類產(chǎn)品的水平。5、 安裝方便可靠 在動力轉(zhuǎn)向器的設(shè)計中，必須考慮安裝方便和可靠。一是裝拆容易，包括行程限位閥容易調(diào)整，每個固定螺栓都容易裝卸等。二動力轉(zhuǎn)向器本身剛度要好，特別是動力轉(zhuǎn)向器輸出扭矩大。三是必須考慮與其連接的輔助件裝拆方便。 6、 成本低廉在設(shè)計任何產(chǎn)品都必需充分考慮制造的成本。應(yīng)通過對結(jié)構(gòu)的合理選型，結(jié)合生產(chǎn)廠家的設(shè)備條件和工藝水平把制造成本控制的盡量低，這樣才能保證效益。2.3循環(huán)球式液壓助力轉(zhuǎn)向器的作用原理當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)向時，輸出軸輸入一個轉(zhuǎn)向指令時，轉(zhuǎn)向軸（閥芯）在外力的作用下將克服扭桿彈性產(chǎn)生一個相對于閥套的角位移，使得轉(zhuǎn)閥的每個臺肩一側(cè)油

23、路全開，另一側(cè)全閉。這樣油泵供來的油沿被打開的油路向油缸中相應(yīng)的一腔供油。如下圖所示，由于油是不可壓縮的，這樣在轉(zhuǎn)向動力缸的a、b腔就會產(chǎn)生壓力差，充滿油的一腔繼續(xù)被供油就會膨脹，就會推動活塞即螺母齒條移動。圖2-2 液壓轉(zhuǎn)向器a、b兩油缸分布位置（右轉(zhuǎn)）當(dāng)方向盤停止轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)向軸停止轉(zhuǎn)動時，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位置，油泵供來的油不再流入任何一腔，直接回到轉(zhuǎn)向油腔，直到轉(zhuǎn)向動作開始又重復(fù)上述過程。這也就是所謂的“回正”。圖2-3 轉(zhuǎn)閥的橫截面（左轉(zhuǎn)）圖2-4 轉(zhuǎn)閥的橫截面（右轉(zhuǎn)） 如圖2-3，左轉(zhuǎn)向時，此時閥芯相對閥套左轉(zhuǎn)，關(guān)閉了每個閥芯臺肩左側(cè)與閥套

24、槽的間隙，相應(yīng)閥芯臺肩右側(cè)與閥套槽之間的間隙變大。油泵的來油便從閥套的進(jìn)油口通過臺肩右側(cè)與閥套槽之間的間隙再通過閥芯上的孔洞流入油缸a，推動活塞，從而就起到了液壓助力轉(zhuǎn)向的目的。如圖2-4，左轉(zhuǎn)向時，此時閥芯相對閥套右轉(zhuǎn)，關(guān)閉了每個閥芯臺肩右側(cè)與閥套槽的間隙，相應(yīng)閥芯臺肩左側(cè)與閥套槽之間的間隙變大。油泵的來油便從閥套的進(jìn)油口通過臺肩左側(cè)與閥套槽之間的間隙再通過閥芯上的孔洞流入油缸b，推動活塞，從而就起到了液壓助力轉(zhuǎn)向的目的。2.4本章小結(jié)本章主要介紹了循環(huán)球式液壓助力轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)特點、設(shè)計要求、作用原理。第三章 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的總體設(shè)計及螺桿的設(shè)計本課題的總體設(shè)計條件如下表1 表1 總體設(shè)計參

25、數(shù)名稱參數(shù)角傳動比18.85最大工作壓力13.7Mpa轉(zhuǎn)向器用油柴油機(jī)油15W/40CD工作流量(813.2)L/min前橋負(fù)荷()23.5T理論最大輸出力矩1785Nm旋向左旋輸出擺角齒扇模數(shù)6使用溫度范圍3.1轉(zhuǎn)向器計算載荷的確定 為了汽車的行駛安全，必須保證轉(zhuǎn)向器有足夠的強(qiáng)度，計算轉(zhuǎn)向器零件強(qiáng)度之前必須確定其所受的負(fù)載。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器利用鋼珠將滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦，大大減小了轉(zhuǎn)向器的內(nèi)摩擦，這樣轉(zhuǎn)向器承受的載荷就主要是轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動的阻力，車輪穩(wěn)定阻力和輪胎變形阻力。又半經(jīng)驗公式計算汽車在路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力距M （3-1）式中：f輪胎與地面的摩擦系數(shù)，一般取0.7M轉(zhuǎn)向阻力矩，N&

26、#183;mmG1轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷，NP輪胎氣壓，這里取P=3.5kg/cm=0.343N/mmN·mm設(shè)計載荷P約為前橋負(fù)荷的一半，則P=0.5*3500*9.8=175150N然而在實際應(yīng)用中，如在商用車中即貨車，質(zhì)量較大，導(dǎo)致這樣計算出來的轉(zhuǎn)向力矩往往不是普通人所能承受。因此對轉(zhuǎn)向器和動力轉(zhuǎn)向器動力缸以前的零件的計算載荷時，應(yīng)取駕駛者作用在轉(zhuǎn)向盤輪緣的最大作用力為人體最大的承受力這里取600N。3.2螺桿、鋼珠和螺母傳動副的設(shè)計3.2.1初選螺桿外徑和螺母內(nèi)徑圖3-1 螺桿、鋼珠和螺母傳動副結(jié)構(gòu)如上圖示，螺桿外徑D通常在20-38mm之間取值，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷的不同來選取，這里

27、我們初選為28mm。為避免摩擦，螺母內(nèi)徑D應(yīng)比螺桿外徑稍微大點，這里我們初選為32mm。3.2.2螺桿的設(shè)計課題中有要求關(guān)鍵零部件的設(shè)計，本文便將重點將螺桿的設(shè)計作為另一個側(cè)重點。轉(zhuǎn)向螺桿的三維圖二維圖如下：圖3-2轉(zhuǎn)向螺桿三維圖圖3-3轉(zhuǎn)向螺桿二維圖如上圖所示，螺桿的結(jié)構(gòu)可以大致分為三段，右端大頭部分是作為閥套使用閥套段，其結(jié)構(gòu)也最為復(fù)雜；中間便是螺桿與螺母嚙合的螺紋段，稱為螺紋段并不十分準(zhǔn)確，因為它是提供給鋼珠在這里滾動的，也可稱之為滾道段；最左端為輸入段，方向盤傳來的力和轉(zhuǎn)矩就從這里傳入轉(zhuǎn)向器。閥套段的設(shè)計。閥套段要與閥芯相配合以構(gòu)成所謂的液壓閥，中間用扭桿相連接，為轉(zhuǎn)向器提供助力。閥套

28、段的直徑為47mm，長度為50mm。要保證閥套與閥芯的配合，故而要求閥套內(nèi)孔應(yīng)與主軸線有一定的同軸度，這里我們選0.02，內(nèi)孔里開閥槽，采用的六槽式，故而開六個長方形閥槽尺寸為6.3*23.5mm，閥槽上間隔著開3個直徑為4mm的油孔，為了方便閥芯插入，最右端孔處倒30°（與軸心成30°）的角。閥套內(nèi)孔最右端做兩個臺肩以使閥芯更好的定位，防止軸向移動。滾道段的設(shè)計。滾道螺紋螺距為11mm，直徑30mm（即鋼球中心距），導(dǎo)程角為8°，旋向逆時針。由于滾道中才和鋼球嚙合，所以滾道齒上面并不參與嚙合，故而可以粗加工，表面粗糙度6.3即可。滾道的截面和鋼珠是兩點接觸，故而

29、不能將滾道做成圓弧狀的，這樣鋼珠就與滾道成面接觸了增大了摩擦力不利于鋼珠的流動。因此只能將滾道截面做成兩個半徑為4mm的圓弧相接，兩個圓弧均與鋼珠最大截面相切，這樣就保證了鋼珠與滾道只有兩點接觸但滾道最大開口距離我們設(shè)定為7.5mm，這樣兩段圓弧的圓心就必須不能在一起。滾道要與鋼球嚙合故而要進(jìn)行精加工，使表面粗糙度達(dá)到0.4才行。而且為了讓鋼珠對兩個接觸點的應(yīng)力盡量平衡，所以鋼珠與滾道的接觸角必須是45°。輸入端的設(shè)計。最右端是轉(zhuǎn)向器的輸入端，方向盤傳來的轉(zhuǎn)矩和力通過它進(jìn)入轉(zhuǎn)向器中，外徑為28.5mm內(nèi)徑為12mm，外徑與中心軸心的同軸度要達(dá)到0.03，表面粗糙度要達(dá)到0.8，內(nèi)徑與

30、中心軸線的同軸度要達(dá)到0.01，表面粗糙度要達(dá)到0.8.最右端開直徑為4mm銷孔用來與中心扭桿相連接，鉆孔的精度要達(dá)到1.6。其余各面的精度都要達(dá)到0.8。3.2.2 鋼球中心距D的確定如上圖3-1所示，鋼球中心距是指螺桿兩側(cè)鋼球中心之間的距離，它是一個基本尺寸直接影響到轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)尺寸和強(qiáng)度。選取D的大小與齒扇模數(shù)成正比，即齒扇模數(shù)越大，鋼球中心距越大。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)不同的轉(zhuǎn)向器應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行初選，然后進(jìn)行強(qiáng)度校核，繼而進(jìn)行修正。在保證足夠的強(qiáng)度下應(yīng)保證鋼珠中心距盡量小一點。由圖3-1可知鋼球中心距大小應(yīng)該在螺桿外徑螺母內(nèi)徑之間，這里我們選D=30mm。3.2.3 鋼球的直徑d和數(shù)量n鋼球的大小

31、直接決定了該傳動副的承載能力，鋼球的尺寸也能直接影響到螺桿螺母的尺寸乃至整個轉(zhuǎn)向器的尺寸，鋼球的直徑d應(yīng)按照國家標(biāo)準(zhǔn)，大小應(yīng)在7-9mm之間，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)選取為7.144mm。較大的鋼球數(shù)量會增大其承載能力，但流動性就會較差從而使傳動效率降低。經(jīng)驗證明，一個環(huán)路的鋼球數(shù)量不超過60個為好。鋼球的數(shù)量還與鋼球的工作圈數(shù)W相關(guān)，工作圈數(shù)越大自然鋼球數(shù)量越多，當(dāng)工作圈數(shù)大于2.5時就該采用兩個回路。國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鋼球的工作圈數(shù)有1.5、2.5、3和5圈，這里我們選擇2.5圈。一個回路鋼球數(shù)可有下式確定：n= （3-2）式中：D為鋼球中心距 30mm W鋼球的工作圈數(shù)2.5圈 螺紋導(dǎo)程角，常取8

32、76;-9°，故cos1 d鋼球直徑 7mm n不包括導(dǎo)管中的鋼球帶入數(shù)值得：n =333.2.4鋼珠滾道截面滾道截面有四點接觸式（圖8）、兩點接觸式和橢圓滾道截面等。四點接觸式滾道截面由四段圓弧組成，螺桿和螺母的滾道截面各為兩段圓弧。四點接觸滾道截面可獲得最小的軸向間隙，以避免軸向定位的不穩(wěn)定，受載后基本上可消除軸向位移，但滾道與鋼球間仍應(yīng)有間隙以貯存磨屑、減小磨損。雖然其制造工藝較復(fù)雜，但仍得到廣泛應(yīng)用。兩點接觸式滾道截面由兩段圓弧組成，形狀簡單，自由度限制較小。當(dāng)螺桿受有軸向載荷時，螺母與螺桿之間產(chǎn)生軸向相對移動，對軸向定位非常不利，增加了轉(zhuǎn)向盤的自由行程，這對裝動力轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向

33、系特別不利，從而影響轉(zhuǎn)向性能。橢圓滾道的螺母部分為圓弧截面，螺桿部分為橢圓截面。滾道以三點與鋼珠接觸，軸向定位精確，但加工非常復(fù)雜。綜上所述，本課題滾道采用最佳的四點接觸式。如下圖：圖3-4四點接觸式滾道截面 上圖中的接觸角角為鋼珠與螺桿滾道接觸點的正壓力方向與螺桿滾道法向截面軸線間的夾角。角增大時，徑向力增大而軸向力減小，反之，徑向力減小而軸向力增大。因此一般選=45°，使得軸向力和徑向力分配均衡。3.2.5螺距t和螺紋導(dǎo)程角螺距t與轉(zhuǎn)向器角傳動比的i的關(guān)系由下式表示：t = （3-3）式中r為齒扇節(jié)圓半徑。由上式可知，螺距t要由齒扇節(jié)圓半徑和傳動比共同決定，我們初選t為11mm。

34、 螺旋線導(dǎo)程角直接影響到轉(zhuǎn)向器的傳動效率，因此在選擇螺距和螺旋線導(dǎo)程角時，不僅應(yīng)滿足角傳動比的要求，還要保證有較高的正效率，而且反行程時不發(fā)生自鎖現(xiàn)象，初選為8°。3.2.6 導(dǎo)管內(nèi)徑循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器螺母兩側(cè)有一對通孔，導(dǎo)管將其連接，使得鋼球通過導(dǎo)管可以形成循環(huán)往復(fù)的效果，形成一個個環(huán)流。導(dǎo)管的內(nèi)徑d由下式?jīng)Q定： （3-4）其中d為鋼球直徑，e為鋼球與導(dǎo)管內(nèi)徑的間隙。e不易過大，否則鋼球流經(jīng)導(dǎo)管時球心偏離導(dǎo)管中心線過多，會增大鋼球流動的阻力，使之難以順暢流通。根據(jù)規(guī)定，e一般在0.4mm-0.8mm之間取值，這里我們初定e=0.456mm。那么導(dǎo)管內(nèi)徑d=7.144mm+0.456mm

35、=7.6mm。導(dǎo)管壁厚就定為1mm。3.2.7 材料的選取螺桿和螺母一般采用20CrMnTi鋼制造，表面滲碳處理，以加強(qiáng)其表面硬度，滲碳層深度為0.81.2mm，大型的商用汽車由于前軸負(fù)荷較大，可加深其滲碳層深度到1.051.45mm。淬火后表面硬度為HRC5864。螺桿、鋼球和螺母傳動副還要對滾道截面進(jìn)行高精度加工，使?jié)L道表面具有高光潔度，采用標(biāo)準(zhǔn)的高精度的鋼球，可用二、三級精度的，以盡可能的減少摩擦。3.2.8 設(shè)計總結(jié)螺桿螺母設(shè)計出的參數(shù)列表為螺桿外徑28mm螺距11mm螺母內(nèi)徑32mm導(dǎo)程角8°鋼珠中心距30mm導(dǎo)管內(nèi)徑7.6mm鋼球直徑7.144mm導(dǎo)管壁厚1mm數(shù)量33螺

36、桿螺母材料20CrMnTi表2參數(shù)總結(jié)3.3齒條齒扇傳動副的設(shè)計3.3.1 概 述齒條齒扇傳動副如下圖3-5，齒條加工在螺母下端，齒扇與轉(zhuǎn)向器的輸出軸（搖臂軸）制作在一起，當(dāng)齒扇與齒條長時期使用發(fā)生磨損后，為了調(diào)節(jié)磨損產(chǎn)生的間隙，常把齒扇加工成齒扇的齒厚沿齒長方向是變化的，這樣就可通過搖臂軸的軸向移動來調(diào)節(jié)磨損產(chǎn)生的間隙。由于無論是左轉(zhuǎn)還是右轉(zhuǎn)或者不轉(zhuǎn)，齒條和齒扇的中間部分都處于工作狀態(tài)，因此齒扇與齒條的中間齒磨損最厲害。為了消除中間齒磨損后產(chǎn)生的間隙而又不致在轉(zhuǎn)彎時使兩端齒卡住，則應(yīng)增大兩端齒嚙合時的齒側(cè)間隙。這種必要的齒側(cè)間隙的改變可通過使齒扇各齒具有不同的齒厚來達(dá)到。圖3-5齒條齒扇傳動

37、副示意圖3.3.2 變厚齒扇的設(shè)計圖3-6 變厚齒扇的截面如上圖3-6，若00截面原始齒形的變位系數(shù)0，則位于其兩側(cè)的截面II的變位系數(shù)大于0是所謂的正變位齒輪，一截面的變位系數(shù)小于0就是所謂的負(fù)變位齒輪。換而言之，所謂的變厚齒扇就是有一個漸變的正變位齒輪和一個漸變的付變位齒輪組成的。不同截面位置上的漸開線變位齒形，均為在同一基圓柱上展開的漸開線，僅僅是其輪齒的漸開線齒形離基圓的位置不同而已，故變厚齒扇應(yīng)該屬于圓柱齒輪的一種變種而非直齒圓錐齒輪，雖然變厚齒扇從外觀上看似直齒圓錐齒輪，但其根本的漸開線確實不同。圖3-7變厚齒扇的齒型計算用圖通常取齒扇寬度的中間位置作基準(zhǔn)截面OO，OO截面以右至B

38、B截面齒形變位系數(shù)均為正，以左至CC截面的齒形變位系數(shù)為負(fù)，則任一截面AA的齒形變位系數(shù)的絕對值可由以下公式得到： （3-5）式中：a該截面距離基準(zhǔn)截面的距離m模數(shù)，已知m=6切削角，6°30或7°30，這里我們選7°30由上式可知，模數(shù)和切削角已定，則齒形變位系數(shù)只與截面距離基準(zhǔn)平面的距離有關(guān)。表3齒扇的相關(guān)參數(shù)整圓齒數(shù)z選擇11，要想滿足表1中輸出擺角為即90°，則保留齒數(shù)至少為四分之一，一般保留齒數(shù)只有3、5兩種，則只能選擇后者，保留齒數(shù)為3。模數(shù)m為表1已知條件為6。法向壓力角選擇國標(biāo)GB/T 1356-1987規(guī)定的20°，則相應(yīng)的齒

39、頂高系數(shù)即為1.0，齒根高系數(shù)為1.25。切削角選擇6°30。初定齒扇寬度為30mm，截面BB距基準(zhǔn)平面OO的距離為20mm，截面CC距離基準(zhǔn)平面距離為10mm。由以上參數(shù)及表2公式可計算得以下數(shù)據(jù)：分度圓直徑d：d=mz=6*11=66mm （3-6）齒頂高h(yuǎn)：h=m=1.0*6=6mm （3-7）齒根高h(yuǎn)：h=m=1.25*6=7.5mm （3-8）齒全高h(yuǎn)：h= h+h=13.5mm （3-9）徑向間隙c：c= h- h=1.5mm （3-10） 最大變位系數(shù) （3-11）式中：a截面BB距基準(zhǔn)截面距離 同理可得，最小變?yōu)橄禂?shù)=-0.37 基準(zhǔn)齒頂圓直徑D=（z+2）m=（11

40、+2*1.0）*6=78mm （3-12）最大齒頂圓（BB處）直徑D=（z+2+2）m （3-13）=（11+2+2*0.73）*6=92mm最小齒頂圓（CC處）直徑D=（z+2+2）m （3-14）=（11+2-2*0.37）6=76mm基準(zhǔn)圓弧齒厚 s=m=9.42mm （3-15）最大齒厚（BB處）s=（）m=（3.14/2 +2*0.73*tan20°）*6=12.6mm （3-16） 同理可得，最小齒厚（CC處）s=7.8mm從截面CC處到截面BB處齒厚和齒高均是逐漸變大的，而且這種變化是線性的。3.4 轉(zhuǎn)閥的設(shè)計3.4.1轉(zhuǎn)閥槽型的選擇轉(zhuǎn)閥由閥套和閥芯組成，閥芯往往由轉(zhuǎn)向

41、軸延伸而成，與轉(zhuǎn)向軸常做成一體。閥套和閥芯上各有縱向溝槽相對應(yīng)形成所謂的轉(zhuǎn)閥。由其溝槽的數(shù)量可分為六槽式和八槽式兩種。如下圖3-8圖3-8 六槽式（左）和八槽式（右）轉(zhuǎn)閥截面 六槽式和八槽式兩種槽型雖然各有特點，但其工作原理卻是相同的。都有進(jìn)油回油及到上下油腔的油路，當(dāng)然兩種閥結(jié)構(gòu)不同自然油道布置也不同，進(jìn)油和出油口都是直接在轉(zhuǎn)閥上實現(xiàn)的，到油缸上油腔也是直接實現(xiàn)的，但到油缸下油腔的油道卻各不相同，可以是外管路和殼體壁上油孔，也可以通過螺桿中心的孔道將油通入下油腔。這里我們選擇六槽式的。3.4.2 閥套的設(shè)計轉(zhuǎn)閥的閥套也有不同的結(jié)構(gòu)，據(jù)統(tǒng)計有大概一下幾種：刨槽機(jī)加工成型，拉刀加工鑲塊型，封魔冶

42、金成型燒結(jié)性，套筒型，電化學(xué)腐蝕成型，壓配合型。閥套結(jié)構(gòu)的確定關(guān)鍵在于閥槽加工的可行性，不同的加工方法決定了不同的結(jié)構(gòu)，所以必須根據(jù)生產(chǎn)條件來選擇能生產(chǎn)的機(jī)構(gòu)，閥套的閥槽同樣也有六槽式和八槽式，但無論那一種，都必須把閥槽加工為盲槽。閥套的材料可選45號鋼，需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，熱處理硬度HRC30-35。閥套內(nèi)孔的表面粗糙度應(yīng)為Ra=0.4，精度要達(dá)到IT6。閥套槽分度精度為15，每個槽的對稱度不大于0.025mm。3.4.3 閥芯的設(shè)計一般來說閥芯和轉(zhuǎn)向軸是一體得。轉(zhuǎn)向盤的輸出指令通過轉(zhuǎn)向傳動裝置直接作用在轉(zhuǎn)向軸上，轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動的初期是閥芯相對于閥套的轉(zhuǎn)動，實際上就是將轉(zhuǎn)閥打開的動作。一般轉(zhuǎn)向軸的

43、上半段是漸開線三角花鍵，用于和轉(zhuǎn)向傳動裝置連接在一起，中間密封下半段便是閥芯部分。轉(zhuǎn)向軸的漸開線三角花鍵應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)GB3478.1-83的規(guī)定選用。閥芯部分的表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Ra0.4，加工精度應(yīng)達(dá)到IT6。轉(zhuǎn)向軸的材料一般為20CrMnTi，熱處理可以采用表面氰化處理或者滲碳淬火，熱處理表面硬度應(yīng)達(dá)到HRC58-63，心部硬度應(yīng)達(dá)到HRC25-30。3.4.4 扭桿結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)閥中的彈性元件是閥回正時不可缺少的關(guān)鍵零件，在轉(zhuǎn)閥式動力轉(zhuǎn)向器中該彈性元件即為扭桿。轉(zhuǎn)閥的閥芯在轉(zhuǎn)向手力操縱下相對于閥套轉(zhuǎn)動一個角度將閥打開，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向動作。轉(zhuǎn)向完成后，閥芯在扭桿的作用下迅速恢復(fù)到原始對中位置。圖3-9 扭

44、桿外形圖扭桿的外形如上圖3-9所示，是一個兩端粗中間細(xì)長的桿，這樣一來兩端可以更好的固定而中間的細(xì)長桿也有很好的彈性效果，設(shè)計中為確保扭桿的強(qiáng)度和壽命，設(shè)計上要求粗細(xì)過渡段得圓滑平整方能不產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力，那么就以細(xì)長桿直徑的3倍直徑的圓弧過渡連接粗細(xì)之間。扭桿的長度尺寸可有以下公式算的： （3-17）式中：G扭桿剪切模量（一般取7700kgf/mm）； d扭桿本體直徑，mm； 扭桿兩端相對轉(zhuǎn)角，rad； M扭桿兩端作用力矩。扭桿的材料一般采用性能較好的彈簧鋼50CrVA。表面粗糙度要達(dá)到Ra0.4-0.8，然后就是熱處理，一般HRC36-41即可，有時可達(dá)到HRC50的硬度。3.4.5轉(zhuǎn)閥

45、刃口（閥口）的概述由于個人能力和精力有限，且轉(zhuǎn)閥刃口計算實為異常復(fù)雜，本文就只能簡單的介紹。現(xiàn)階段常用的有三種閥口分別是簡單閥口、加工長坡口和加工短切口。三種閥口的示意圖如下：圖3-10簡單閥口示意圖圖3-11加工長坡口示意圖圖3-12 加工短切口示意圖采用長坡口型和短切口型刃口，使得轉(zhuǎn)向力變化柔和，加大了轉(zhuǎn)向力變化區(qū)域的范圍，其計算曲線比較接近理想曲線；而簡單刃口轉(zhuǎn)向力變化區(qū)域較小，轉(zhuǎn)向輸出載荷在大轉(zhuǎn)角時突然增大，對轉(zhuǎn)向性能將產(chǎn)生不利的影響。對于長坡口修正閥而言，刃口長度在8-12mm之間最好，而短切口的閥口切口應(yīng)在5-6mm較為理想。3.5 箱體的設(shè)計轉(zhuǎn)向器殼體的材料為HT150。由于灰鑄

46、鐵具有較好的耐磨性、減振性和良好的鑄造性、可加工性,而且價格低廉,所以它是箱體和殼體類零件廣泛采用的材料。轉(zhuǎn)向器殼體屬于薄壁箱體零件,尺寸比較小,結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,其上有一些精度要求較高的平面和孔系,以及較多的連接螺紋孔。其主要技術(shù)要求如下:(1)主要軸承孔的尺寸公差不低于IT7；(2)孔與平面,孔與孔的相互位置公差:A推力球軸承的兩軸承孔中心線與共公中心線的同軸度公差為0.05mm；B推力球軸承的軸承孔端面的圓跳動公差為0.03mm；C轉(zhuǎn)向螺桿孔端面的圓跳動公差為0.08mm；D轉(zhuǎn)向搖臂軸油封孔中心線與公共中心線的同軸度公差為0.12mm；E側(cè)蓋孔中心線與公共中心線的同軸度公差為0.03mm；(

47、3) 主要孔中心距偏差為±0.05mm；(4) 主要孔表面粗糙度為Ra1.6um；(5) 側(cè)面上螺紋孔位置度公差為0.15mm。3.6本章小結(jié)本章主要講解了螺桿螺母傳動副及齒條齒扇傳動副的設(shè)計、轉(zhuǎn)閥的設(shè)計和箱體的設(shè)計，重點對螺桿進(jìn)行了設(shè)計。第四章 零件的強(qiáng)度校核4.1 鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力已知接觸表面硬度為HRC58-63，則許用接觸應(yīng)力的MPa.鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力可用下式計算 （4-1）式中：K系數(shù)，根據(jù)A/B值從下表中查找，A=(1/r)-（1/R）/2； B=(1/r)+（1/R）/2； R滾道截面半徑，取7.5mm； r鋼球半徑，已知7mm； R螺桿外半徑，已知28

48、mm； E材料彈性模量，E=2.1MPa； 表4 系數(shù)K與AB的關(guān)系 A/B1.000.900.800.700.600.500.400.300.200.150.100.050.020.010.007K0.3880.400.410.440.4680.4900.5360.6000.7160.8000.9701.2801.8002.2713.202帶入數(shù)據(jù)得A/B=0.6，則k=0.468鋼球與螺桿之間的正壓力F，可由下式計算：F= （4-2）式中：接觸角，已知45° 螺桿螺線的導(dǎo)程角，這里取8°； n參加工作的鋼球圈數(shù)，這里取2.5； F作用在螺桿上的軸向力。螺桿上的軸向力F，

49、可由下式計算： （4-3）式中：F轉(zhuǎn)向器最大的手力，此處取600N； R方向盤半徑，取210mm； 轉(zhuǎn)向器正效率，取96%； D鋼球中心距，已知30mm； 螺桿螺線的導(dǎo)程角，已知8°。帶入數(shù)據(jù)得：F=57378N將F=57378N帶入式（4-2）中得：F=32777N將F=32777N帶入式（4-1）中得：=2378N4.2 齒的彎曲應(yīng)力齒扇通常用20CrMnTi鋼制造，需用彎曲應(yīng)力=540MPa。齒扇的彎曲應(yīng)力可由下式算得： （4-4）式中：P設(shè)計載荷，已知17150Nh齒扇的齒高，已知6mm B齒扇的齒寬，已知30mm s齒扇的齒厚，已知9.42mm帶入數(shù)據(jù)得=232MPa<

50、;4.3轉(zhuǎn)向搖臂軸直徑的確定轉(zhuǎn)向搖臂軸的直徑可由下式算的： （4-5）式中：k安全系數(shù)，可取2.5-3.5，這里取3； M轉(zhuǎn)向阻力距，已知2.53N·mm； 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限，20CrMnTi鋼為300MPa。帶入數(shù)據(jù)得：d=36mm，而我們選取的轉(zhuǎn)向搖臂軸的直徑為38mm大于這個最小值，故而復(fù)合要求。4.4本章小結(jié)本章對鋼珠與滾道的接觸應(yīng)力，齒的彎曲應(yīng)力和搖臂軸直徑的校核。第五章 轉(zhuǎn)向器Catia三維造型5.1 Catia的簡介CATIA是法國達(dá)索公司的產(chǎn)品開發(fā)旗艦解決方案。作為PLM協(xié)同解決方案的一個重要組成部分，它可以幫助制造廠商設(shè)計他們未來的產(chǎn)品，并支持從項目前階段、具體的設(shè)計、

51、分析、模擬、組裝到維護(hù)在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計流程。模塊化的CATIA系列產(chǎn)品旨在滿足客戶在產(chǎn)品開發(fā)活動中的需要，包括風(fēng)格和外型設(shè)計、機(jī)械設(shè)計、設(shè)備與系統(tǒng)工程、管理數(shù)字樣機(jī)、機(jī)械加工、分析和模擬。CATIA產(chǎn)品基于開放式可擴(kuò)展的V5架構(gòu)。通過使企業(yè)能夠重用產(chǎn)品設(shè)計知識，縮短開發(fā)周期，CATIA解決方案加快企業(yè)對市場的需求的反應(yīng)。自1999年以來，市場上廣泛采用它的數(shù)字樣機(jī)流程，從而使之成為世界上最常用的產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)。CATIA系列產(chǎn)品已經(jīng)在七大領(lǐng)域里成為首要的3D設(shè)計和模擬解決方案：汽車、航空航天、船舶制造、廠房設(shè)計、電力與電子、消費品和通用機(jī)械制造。5.2 Catia的混合建模設(shè)計對象的混合建模：

52、在CATIA的設(shè)計環(huán)境中，無論是實體還是曲面，做到了真正的互操作。量和參數(shù)化混合建模：在設(shè)計時，設(shè)計者不必考慮如何參數(shù)化設(shè)計目標(biāo)，CATIA提供了變量驅(qū)動及后參數(shù)化能力。幾何和智能工程混合建模：對于一個企業(yè)，可以將企業(yè)多年的經(jīng)驗積累到CATIA的知識庫中，用于指導(dǎo)本企業(yè)新手，或指導(dǎo)新車型的開發(fā)，加速新型號推向市場的時間。CATIA具有在整個產(chǎn)品周期內(nèi)的方便的修改能力，尤其是后期修改性無論是實體建模還是曲面造型，由于CATIA提供了智能化的樹結(jié)構(gòu)，用戶可方便快捷的對產(chǎn)品進(jìn)行重復(fù)修改，即使是在設(shè)計的最后階段需要做重大的修改，或者是對原有方案的更新?lián)Q代，對于CATIA來說，都是非常容易的事。5.3

53、轉(zhuǎn)向器的三維裝配設(shè)計裝配設(shè)計平臺是Catia機(jī)械設(shè)計的一個重要平臺，絕大數(shù)的機(jī)械設(shè)計中都包含多個零件，組件，都需要通過裝配來達(dá)到目的。此外通過裝配過程和裝配分析還可以發(fā)現(xiàn)零件設(shè)計和造型時的不足，以便進(jìn)一步修改。選擇【開始】-【機(jī)械設(shè)計】-【裝配設(shè)計】命令，進(jìn)入裝配設(shè)計平臺。在進(jìn)行裝配之前要把所有的零件都放在同一個文件夾里，以防止裝配體加載出錯。循環(huán)球式液壓助力轉(zhuǎn)向器的主要零件有轉(zhuǎn)向螺桿、轉(zhuǎn)向螺母、閥芯、扭桿、鋼珠、搖臂軸、外部箱體及一些端蓋和螺釘?shù)?。選擇【現(xiàn)有組件】工具便能彈出【文件選擇】對話框，選擇需要加載的零件，零件加載進(jìn)catia裝配平臺之后，首先用【移動】-【操縱】命令將其移到合適的位

54、置，然后在利用【約束】命令進(jìn)行零件間的約束，這些約束有相合約束、聯(lián)系約束、角度約束、固定組件、固定在一起、快速約束等。約束完成后，零件位置并沒有變化，這是需要點擊刷新按鈕，零件方可約束起來。本次裝配的順序是由內(nèi)而外先將轉(zhuǎn)向螺桿、閥芯、扭桿載入對他們進(jìn)行約束定位，之后再根據(jù)螺桿的滾道定位螺母，然后根據(jù)螺桿螺母的位置放入預(yù)先設(shè)計好的鋼珠串，之后哉根據(jù)螺母下端的齒條定位齒扇即搖臂軸的位置，這樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)就基本完成。在根據(jù)螺桿軸線和搖臂軸的軸線定位箱體，最后再根據(jù)箱體定位端蓋及螺釘?shù)奈恢?。裝配出的轉(zhuǎn)向器如下圖：圖5-1 轉(zhuǎn)向器裝配圖5.4 三維catia圖轉(zhuǎn)二維CAD圖 利用catia 軟件對所設(shè)計的產(chǎn)品進(jìn)行三維實體建模,不但對產(chǎn)品有直觀形象的認(rèn)識,還能方便地計算重量、進(jìn)行有限元分析、零件裝配和所需要的模擬分析進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。由于國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀的制約,不能直接通過三維圖進(jìn)行加工,還必須出二維圖紙,按照二維工程圖進(jìn)行加工。因此,利用已經(jīng)建好的三維實體,進(jìn)行工程圖的轉(zhuǎn)化。在catia 中,工程圖的生成思想與在二維CAD 系統(tǒng)中繪制工程圖的思想是互逆的。用二維CAD 系統(tǒng)畫圖是設(shè)計者力圖通過以投影關(guān)系為紐帶的各個視圖來表達(dá)出1 個零件的三維實體形態(tài)