多軸轉(zhuǎn)向畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)多軸轉(zhuǎn)向車輛轉(zhuǎn)向軸設(shè)計(jì)摘要：多軸轉(zhuǎn)向車輛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是車輛轉(zhuǎn)向時(shí)實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外輪理想轉(zhuǎn)角關(guān)系的核心部件。多軸轉(zhuǎn)向車輛在低速時(shí)前后輪轉(zhuǎn)角方向相反，使汽車具有更好的機(jī)動(dòng)性，多軸轉(zhuǎn)向車輛承載能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)彎半徑小，在轉(zhuǎn)向時(shí)能夠改善汽車對(duì)轉(zhuǎn)向盤輸入的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，一定程度上改善了橫擺角速度和側(cè)向加速度的瞬態(tài)響應(yīng)型指標(biāo)，越來越受市場歡迎。關(guān)鍵詞：多軸車輛；轉(zhuǎn)向軸；轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)Multi-axle steering vehicle steering shaft designAbstract: Multi-axle steering vehicle steering mechanism is vehicle s

2、teering implementations, ocean shipping, the ideal Angle relationship of core parts. Multi-axle steering vehicle in front and rear wheels steering Angle at low speed in the opposite direction, that car has better mobility and multi-axle steering vehicle carrying capacity is strong, small turning rad

3、ius, in turn can improve the motor dynamic response of steering wheel input, to some extent improve the transient response of the yawing angular velocity and lateral acceleration type indicator, more and more popular with the market.Key Words: Multi-axis vehicle; Steering shaft; Steering mechanism1

4、引言 近代隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷的蓬勃發(fā)展，大噸位的重型車輛不斷的出現(xiàn)。為了滿足交通法規(guī)的要求，重型車輛多采用多軸技術(shù)。由于重型車輛質(zhì)量大、慣性矩大、質(zhì)心高、軸數(shù)多，故其行駛性能受多方面的限制，全輪轉(zhuǎn)向和多軸動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向技術(shù)在提高重型車輛高速操縱穩(wěn)定性和低速機(jī)動(dòng)靈活性具有顯著的功效。專用汽車的轉(zhuǎn)向軸多在二軸以上，有的甚至多達(dá)五軸，其轉(zhuǎn)向性能的好壞直 接影響車輛行駛的靈活性、操縱穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和輪胎的使用壽命，而且車軸越多，轉(zhuǎn)向?qū)囕v行駛影響越大。至今國際上工程行業(yè)技術(shù)劇透利勃海爾公司已經(jīng)退出了9軸多模式動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向全地面起重機(jī)，此外格魯夫、沃爾沃等公司也相繼推出了5軸以上的多軸轉(zhuǎn)向重型車輛，前些年，國內(nèi)徐

5、州重型機(jī)械有限公司緊跟國際發(fā)展，相繼推出了多軸轉(zhuǎn)向重型設(shè)備，發(fā)展勢(shì)頭非常好。多軸轉(zhuǎn)向重型車輛涉及到交叉學(xué)科的多項(xiàng)核心技術(shù)。其中，多軸轉(zhuǎn)向技術(shù)是提高重型車輛操縱性和安全性的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，但是相關(guān)核心關(guān)鍵技術(shù)的理論研究文獻(xiàn)資料非常有限，目前國內(nèi)對(duì)三橋以上的多橋轉(zhuǎn)向技術(shù)研究還不是很深入，主要針對(duì)兩軸車輛的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了初步的理論研究，大多數(shù)重型車輛的生產(chǎn)商仍然采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)性設(shè)計(jì)，通過制作屋里樣機(jī)實(shí)車試驗(yàn)來查找問題，大大增加了設(shè)計(jì)的風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)。本文通過對(duì)多軸轉(zhuǎn)向車輛轉(zhuǎn)向軸的研究設(shè)計(jì)，對(duì)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并將優(yōu)化結(jié)果，數(shù)據(jù)，應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品的研究改造上，為多軸轉(zhuǎn)向車輛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)提

6、供一些研究數(shù)據(jù)，減少實(shí)車試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)和費(fèi)用，縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期。2 多軸轉(zhuǎn)向車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分析2.1 多軸轉(zhuǎn)向車輛轉(zhuǎn)向特性2.1.1 轉(zhuǎn)向系的組成和要求1) 轉(zhuǎn)向系的組成轉(zhuǎn)向系是用來改變汽車的行駛方向和保持汽車直線行駛的系統(tǒng)，它由轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置和轉(zhuǎn)向車輪組成，在采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向的汽車上還有功能裝置。轉(zhuǎn)向控制裝置：指控制汽車轉(zhuǎn)向運(yùn)轉(zhuǎn)的部分，由駕駛員直接或間接操作，轉(zhuǎn)向力全部或部分由駕駛員的肌肉作用來提供。轉(zhuǎn)向控制裝置包括直到轉(zhuǎn)向效果變?yōu)闄C(jī)械、液力或電力方式提供之處為止的全部零件，如轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向器。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置：指轉(zhuǎn)向控制裝置與轉(zhuǎn)向車輪之間傳遞轉(zhuǎn)向力的所有零件，如轉(zhuǎn)向臂、轉(zhuǎn)向縱拉桿總成

7、，轉(zhuǎn)向節(jié)上臂等。轉(zhuǎn)向車輪：指直接或間接改變其相對(duì)于汽車縱軸的位置，以決定汽車行駛方向的車輪。功能裝置：指提供動(dòng)力、控制動(dòng)力、輸出動(dòng)力、分配并儲(chǔ)存動(dòng)力的所有零件。還包括提供介質(zhì)的貯存容器和管路，但不包括汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。2) 轉(zhuǎn)向系的要求（）工作可靠轉(zhuǎn)向系對(duì)汽車的行駛安全性影響很大，其所有零件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和壽命；（）操縱輕便這是減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度和保證汽車安全行駛的重要因素之一。操縱輕便性包括三方面的內(nèi)容。汽車轉(zhuǎn)向時(shí)作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力要小。汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向盤的回轉(zhuǎn)圈數(shù)要少，當(dāng)汽車朝一個(gè)方向極限轉(zhuǎn)彎時(shí)，轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)不應(yīng)超過圈，因此轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比不易太大。汽車直線行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向盤應(yīng)穩(wěn)定，無

8、抖動(dòng)和擺動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)汽車以下列車速以半徑50m的曲線的切線方向離開時(shí)，轉(zhuǎn)向盤不得有異常震。動(dòng)。這就要求轉(zhuǎn)向系在整車布置時(shí)與行走系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，使汽車轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向盤能自動(dòng)回正，要求轉(zhuǎn)向器具有一定的可逆性，同時(shí)要正確選擇前輪定位參數(shù)。（）汽車轉(zhuǎn)向時(shí)要有正確的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。要合理設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)，盡可能保證在轉(zhuǎn)向時(shí)車輪是純滾動(dòng)而沒有滑動(dòng)。（）既要盡量減少汽車轉(zhuǎn)向輪受到的沖擊傳到轉(zhuǎn)向盤上，又要保證駕駛員有正確的道路感覺。（）轉(zhuǎn)向系的調(diào)整應(yīng)盡量簡單。（）裝有助力轉(zhuǎn)向的汽車，在助力系統(tǒng)失效時(shí)，靠人力仍能操縱汽車轉(zhuǎn)向。 2.1.2 轉(zhuǎn)向系方案的選擇 轉(zhuǎn)向控制裝置（）轉(zhuǎn)向盤。轉(zhuǎn)向盤由盤轂、輪緣和輪輻組成。轉(zhuǎn)向盤的尺寸和

9、形狀直接影響轉(zhuǎn)向操縱的輕便性。選用大直徑轉(zhuǎn)向盤會(huì)使駕駛員進(jìn)、出駕駛室感到困難；選用小直徑轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向時(shí)要求駕駛員施加較大的力，從而使汽車操縱困難。對(duì)新車型的設(shè)計(jì)可以選用現(xiàn)有的轉(zhuǎn)向盤，也可根據(jù)要求設(shè)計(jì)新轉(zhuǎn)向盤，新設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向盤要符合轉(zhuǎn)向盤尺寸標(biāo)準(zhǔn)。（）轉(zhuǎn)向軸。為了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車上布置更為合理，拆裝方便，利于駕駛室的翻轉(zhuǎn)，特別對(duì)于可翻轉(zhuǎn)式平頭車駕駛室，在駕駛室翻轉(zhuǎn)軸線上給轉(zhuǎn)向軸裝置萬向節(jié)，從而提高了操縱方便性、行駛安全性和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的壽命，還有利于駕駛室的翻轉(zhuǎn)。（）轉(zhuǎn)向器。轉(zhuǎn)向器形式的選擇應(yīng)根據(jù)汽車的用途來決定。轉(zhuǎn)向器種類很多，常見的有循環(huán)球式、球面蝸桿滾輪式、曲柄指銷式和齒輪齒條式。隨著汽車技術(shù)發(fā)展及

10、工藝水平的提高，有些形式的轉(zhuǎn)向器已經(jīng)很少采用。 轉(zhuǎn)向梯形布置汽車轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向橫拉桿、和前軸組成。汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，左、右轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角要符合一定的規(guī)律，以保證所有車輪在轉(zhuǎn)彎過程中都繞一個(gè)圓心做等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)可以使汽車在轉(zhuǎn)向過程中所有的車輪都是純滾動(dòng)或有極小的滑移，從而提高輪胎的使用壽命，保證汽車操縱的輕便性和穩(wěn)定性。 轉(zhuǎn)向系主要參數(shù)選擇轉(zhuǎn)向系各部件設(shè)計(jì)需要首先確定轉(zhuǎn)向系主要參數(shù)：傳動(dòng)比和計(jì)算載荷。（）轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)的前提條件。轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)前，首先由總布置根據(jù)整車布置方案，確定各大總成在整車上的位置、占用空間、控制操作方式，如駕駛室形式、發(fā)動(dòng)機(jī)傾角、懸架形式、轉(zhuǎn)向軸選擇、輪胎型號(hào)、

11、轉(zhuǎn)向盤及轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸傾角等等，給出轉(zhuǎn)向系的外圍設(shè)計(jì)條件。同時(shí)，提供給各相關(guān)專業(yè)組整車尺寸參數(shù)、重量參數(shù)、性能參數(shù)和從整車機(jī)動(dòng)性要求提出的對(duì)相關(guān)專業(yè)組的具體要求，如最大車輪內(nèi)外轉(zhuǎn)角、最小轉(zhuǎn)彎直徑等。根據(jù)以上參數(shù)，可以進(jìn)行轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比及工作載荷的確定。（）計(jì)算轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比和計(jì)算載荷。直接影響車輛機(jī)動(dòng)性和操縱輕便性，包括力傳動(dòng)比和角傳動(dòng)比。轉(zhuǎn)向系力傳動(dòng)比：從輪胎接觸地中心作用在兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪上的合力與作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力之比。轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比：轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和駕駛員同側(cè)的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角之比。由轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置角傳動(dòng)比組成。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)角一定時(shí)，角傳比的大小直接影響到整車機(jī)動(dòng)性和操縱輕便性。大的角傳

12、比可使轉(zhuǎn)向輕便，但是相應(yīng)增加了轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，機(jī)動(dòng)性能下降。由于在中、重型汽車上，普遍裝配動(dòng)力轉(zhuǎn)向，所以汽車轉(zhuǎn)向的輕便性不是主要問題，可以適當(dāng)?shù)倪x擇較小的角傳比，為了有較好的機(jī)動(dòng)性，一般可選用角傳比在之間。為確定轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷，需求解轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向阻力矩、作用于轉(zhuǎn)向盤上的作用力和轉(zhuǎn)向盤總回轉(zhuǎn)圈數(shù)。汽車在行駛中作用在轉(zhuǎn)向系各種零件上的載荷是經(jīng)常變化的，很難用計(jì)算的方法加以確定，需要根據(jù)給出的假定載荷進(jìn)行零部件強(qiáng)度計(jì)算。假定載荷按下列三種情況給出：、以駕駛員可能作用于轉(zhuǎn)向盤上的最大手力（）為計(jì)算載荷；、以汽車在靜止?fàn)顟B(tài)做原地轉(zhuǎn)向所需的轉(zhuǎn)向力矩為計(jì)算載荷；、以轉(zhuǎn)向臂末端球頭承受的前軸負(fù)荷的為計(jì)算載荷。

13、以上三種假定載荷的說明：方法：沒有考慮車輪負(fù)荷狀況，而輕、中、重型汽車轉(zhuǎn)向系所承受的載荷顯然不同，一概以轉(zhuǎn)向盤上作用的手力計(jì)算轉(zhuǎn)向系載荷顯然不合理：方法：考慮了車輪負(fù)荷狀況，表明轉(zhuǎn)向系零部件所承受載荷因所需轉(zhuǎn)向力矩不同而異，符合轉(zhuǎn)向系正傳動(dòng)情況；方法：實(shí)際使用情況是汽車在不同道路上行駛，道路通過車輪對(duì)轉(zhuǎn)向系的沖擊力往往大于正傳動(dòng)的力，因此應(yīng)用逆?zhèn)鲃?dòng)可能產(chǎn)生的最大力矩進(jìn)行轉(zhuǎn)向系的零件設(shè)計(jì)。試驗(yàn)資料表明，汽車行駛時(shí)作用在轉(zhuǎn)向系上的載荷與前軸的負(fù)荷成正比，縱拉桿上的作用力在極限情況下，可達(dá)到前軸負(fù)荷的，因此用第三種計(jì)算載荷的方法比較符合實(shí)際。設(shè)計(jì)中，可以將方法和方法確定的載荷換算為作用在轉(zhuǎn)向盤上的最

14、大力，然后分析比較三種載荷的不同情況，選取適宜車型的確定載荷的方法。3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變汽車行使方向的機(jī)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向上、下軸、）、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)向拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)）等。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)準(zhǔn)確，快速、平穩(wěn)地響應(yīng)駕駛員的轉(zhuǎn)向指令，轉(zhuǎn)向行使后或受到外界擾動(dòng)時(shí)，在駕駛員松開方向盤的狀態(tài)下，應(yīng)保證汽車自動(dòng)返回穩(wěn)定的直線行使?fàn)顟B(tài)。圖1 轉(zhuǎn)向系1-方向盤； 2-轉(zhuǎn)向上軸 ；3-托架； 4-萬向節(jié)； 5-轉(zhuǎn)向下軸； 6-防塵罩 ；7-轉(zhuǎn)向器 ；8-轉(zhuǎn)向拉桿一般來說，對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求如下：轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比（方向盤轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角之比）和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)

15、比。在轉(zhuǎn)向盤尺寸和轉(zhuǎn)向輪阻力一定時(shí)，角傳動(dòng)比增加，則轉(zhuǎn)向輕便，轉(zhuǎn)向靈敏度降低；角傳動(dòng)比減小，則轉(zhuǎn)向沉重，轉(zhuǎn)向靈敏度提高。轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比不宜低于15-16；也不宜過大，通常以轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)和轉(zhuǎn)向輕便性來確定。 轉(zhuǎn)向輪應(yīng)具有自動(dòng)回正能力。轉(zhuǎn)向輪的回正力來源于輪胎的側(cè)偏特性和車輪的定位參數(shù)。汽車的穩(wěn)定行使，必須保證有合適的前輪定位參數(shù)，并注意控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的內(nèi)部摩擦阻力的大小和阻尼值。轉(zhuǎn)向桿系和懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)共同作用時(shí)，必須盡量減小其運(yùn)動(dòng)干涉。應(yīng)從設(shè)計(jì)上保證各桿系的運(yùn)動(dòng)干涉足夠小。轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的球頭處，應(yīng)有消除因磨損而產(chǎn)生的間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)以及提高轉(zhuǎn)向系的可靠性。轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤應(yīng)有使駕駛員在車禍中避

16、免或減輕傷害的防傷機(jī)構(gòu)。汽車在作轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)時(shí)，所以車輪應(yīng)繞同一瞬心旋轉(zhuǎn)，不得有側(cè)滑；同時(shí)，轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪受到地面沖擊時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳遞到方向盤上的反沖力要盡可能小在任何行使?fàn)顟B(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不應(yīng)產(chǎn)生擺振。機(jī)動(dòng)性是通過汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑來體現(xiàn)的，而最小轉(zhuǎn)彎半徑由內(nèi)轉(zhuǎn)向車輪的極限轉(zhuǎn)角、汽車的軸距、主銷偏移距決定的，一般的極限轉(zhuǎn)角越大，軸距和主銷偏移距越小，則最小轉(zhuǎn)彎半徑越小。轉(zhuǎn)向靈敏性主要通過轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)來體現(xiàn)，主要由轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比來決定。操縱的輕便性也由轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比決定，但其與轉(zhuǎn)向靈敏性是一對(duì)矛盾，轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比越大，則靈敏性提高，輕便性下降。為了兼顧兩者，一般采用變傳動(dòng)比的

17、轉(zhuǎn)向器，或者采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向，還有就是提高轉(zhuǎn)向系的正效率，但過高正效率往往伴隨著較高的逆效率。轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)外車輪間的轉(zhuǎn)角協(xié)調(diào)關(guān)系是通過合理設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形來保證的。對(duì)于采用齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向系來說，轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角間的協(xié)調(diào)關(guān)系是通過合理選擇小齒輪與齒條的參數(shù)、合理布置小齒輪與齒條的相對(duì)位置來實(shí)現(xiàn)的，而且前置轉(zhuǎn)向梯形和后置轉(zhuǎn)向梯形恰恰相反。轉(zhuǎn)向輪的回正能力是由轉(zhuǎn)向輪的定位參數(shù)（主銷內(nèi)傾角和主銷后傾角）決定的，同時(shí)也受轉(zhuǎn)向系逆效率的影響。選取合適的轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)可以獲得相應(yīng)的回正力矩，但是回正力矩不能太大又不能太小，太大則會(huì)增加轉(zhuǎn)向沉重感，太小則會(huì)使回正能力減弱，不能保持穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài)。轉(zhuǎn)向系逆效率的

18、提高會(huì)使回正能力提高，但是會(huì)造成“打手”現(xiàn)象。轉(zhuǎn)向系的間隙主要是通過各球頭皮碗和轉(zhuǎn)向器的調(diào)隙機(jī)構(gòu)來調(diào)整的。合理的選擇轉(zhuǎn)向梯形的斷開點(diǎn)可以減小轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)干涉。4 轉(zhuǎn)向軸的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向軸分為轉(zhuǎn)向上軸與轉(zhuǎn)向下軸，轉(zhuǎn)向上軸與轉(zhuǎn)向盤連接，轉(zhuǎn)向下軸連接轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向上軸和轉(zhuǎn)向下軸之間有萬向節(jié)連接，如圖1. 現(xiàn)在假設(shè)轉(zhuǎn)向器為齒輪齒條轉(zhuǎn)向器，對(duì)轉(zhuǎn)向軸進(jìn)行研究4.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)比分析設(shè)計(jì)取轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比、方向盤外徑mm，故力傳動(dòng)比。4.2 原地轉(zhuǎn)向阻力矩的計(jì)算輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)；輪胎氣壓，單位為； 轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷，單位為。 5 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 轉(zhuǎn)向搖臂長, 單位為； 原地轉(zhuǎn)向阻

19、力矩, 單位為；轉(zhuǎn)向節(jié)臂長, 單位為；為轉(zhuǎn)向盤直徑,單位為； 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比；轉(zhuǎn)向器正效率。因齒輪齒條式轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)無轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向節(jié)臂，故不代入。 4.3 初步估算主動(dòng)齒輪軸（轉(zhuǎn)向下軸）直徑 取齒輪是一只切有齒形的軸。它安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上并使其齒與齒條上的齒相嚙合。齒輪齒條上的齒可以是直齒也可以是斜齒。齒輪軸上端與轉(zhuǎn)向柱內(nèi)的轉(zhuǎn)向軸相連。因此，轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)使齒條橫向移動(dòng)以操縱前輪。齒輪軸由安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上的球軸承支承。斜齒的彎曲增加了一對(duì)嚙合齒輪參與嚙合的齒數(shù)。相對(duì)直齒而言，斜齒的運(yùn)轉(zhuǎn)趨于平穩(wěn)，并能傳遞更大的動(dòng)力。表1 齒輪軸的尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)尺寸參數(shù)(mm)1總長1252齒寬14.

20、53齒數(shù)74法向模數(shù)25螺旋角14°6螺旋方向左旋4.4 齒輪軸的強(qiáng)度校核4.4.1選擇齒輪軸上齒輪的材料、熱處理方式及計(jì)算許用應(yīng)力齒輪16MnCr5 滲碳淬火，齒面硬度56-62HRC確定許用應(yīng)力a)確定和 b)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N，確定壽命系數(shù)、。 c)計(jì)算許用應(yīng)力取 ,=應(yīng)力修正系數(shù)= 4.4.2.初步確定齒輪的基本參數(shù)和主要尺寸(1) 選擇齒輪類型根據(jù)齒輪傳動(dòng)的工作條件，選用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合傳動(dòng)方案(2) 選擇齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)選用7級(jí)精度(3) 初選參數(shù)初選 =7 =23 =0.8 =0.7 =0.93按當(dāng)量齒數(shù) 36200(4) 初步計(jì)算齒輪模數(shù)轉(zhuǎn)矩93.512&#

21、215;0.25=23.378=36200閉式硬齒面?zhèn)鲃?dòng)，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。=2.333=1.272 =3(5) 確定載荷系數(shù)=1，由,/100=0.00128,=1；對(duì)稱布置，取=1.06；取=1.2則 =1×1×1.06×1.2=1.272(6) 修正法向模數(shù)=1.587×=2.260圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，取=3=21.643 =26.036 =15.393 取 =204.4.3.確定齒輪傳動(dòng)主要參數(shù)和幾何尺寸(1) 分度圓直徑=21.643(2) 齒頂圓直徑=21.643+2=21.643+2×2.5(1+0)=26.036(3) 齒根圓直

22、徑=30.918-2=21.643-2×2.5×1.25=15.393(4) 齒寬=0.8×30.918=17.314因?yàn)橄嗷Ш淆X輪的基圓齒距必須相等，即。齒輪法面基圓齒距為 齒條法面基圓齒距為 取齒條法向模數(shù)為 =3取 =20 =2.5 =3.75 =4.712齒面接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求(5) 齒條齒頂高=3×(1+0)=3(6) 齒條齒根高=3(1+0.25-0)=3.75(7) 法面齒距=4.7124.4.4.校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度=189.8 =2.45取=0.8，=0.985所以 =189.8×2.45×0.8×0.

23、985×=1424齒輪齒條轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向橫拉桿的運(yùn)動(dòng)分析。作圖法得：齒條行程為61.26mm，同理齒條向左行程理論為61.26mm。轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)輪轉(zhuǎn)動(dòng)33.7°，小齒輪軸轉(zhuǎn)角為2×61.26×180°/33.7/=532.48°。故，角傳動(dòng)比為532.48°/33.7°=15.8，。4.4.5. 齒輪齒條傳動(dòng)受力分析若略去齒面間的摩擦力，則作用于節(jié)點(diǎn)P的法向力Fn可分解為徑向力Fr和分力F，分力F又可分解為圓周力Ft和軸向力Fa。=2×36200/21.643=3345.192=1254.824=834.05（1

24、）軸的受力分析a. 畫軸的受力簡圖，如圖2。b. 計(jì)算支承反力在垂直面上在水平面上c. 畫彎矩圖在水平面上，a-a剖面左側(cè)、右側(cè)在垂直面上，a-a剖面左側(cè)a-a剖面右側(cè)合成彎矩，a-a剖面左側(cè)a-a剖面右側(cè)d. 畫轉(zhuǎn)矩圖轉(zhuǎn)矩 =3345×21.6/2=36126（2）判斷危險(xiǎn)剖面顯然，a-a截面左側(cè)合成彎矩最大、扭矩為T，該截面左側(cè)可能是危險(xiǎn)剖面。（3）軸的彎扭合成強(qiáng)度校核由機(jī)械設(shè)計(jì)3查得，=60/100=0.6。a-a截面左側(cè)（4）軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核查得, ,；。a-a截面左側(cè)查得；由表查得絕對(duì)尺寸系數(shù)軸經(jīng)磨削加工，查得質(zhì)量系數(shù)=1.0。則彎曲應(yīng)力 應(yīng)力幅 平均應(yīng)力 切應(yīng)力

25、安全系數(shù)查得許用安全系數(shù)S=1.31.5，顯然S>S，故a-a剖面安全。36126N*mm40300N*mm43000N*mm12093N*mm19251N*mm38456N*mm圖2 齒輪軸校核分析圖5 轉(zhuǎn)向軸萬向節(jié)的選擇目前常見的是轉(zhuǎn)向軸上裝設(shè)柔性聯(lián)軸節(jié)或剛性萬向節(jié)，有這樣的結(jié)構(gòu)，可以說方向盤和轉(zhuǎn)向節(jié)布置在駕駛室的翻轉(zhuǎn)軸線上，有利于駕駛室的翻轉(zhuǎn)。采用柔性聯(lián)軸器時(shí)必須注意使其剛度合適，若剛性很大不能滿足使用要求，過低則不能適應(yīng)汽車的轉(zhuǎn)向要求，采用萬向節(jié)的時(shí)候，可以用一個(gè)或兩個(gè)萬向節(jié)，轉(zhuǎn)向節(jié)與萬向節(jié)之間的連接可以用焊接、鍵或花鍵。參考文獻(xiàn)：1 關(guān)文達(dá).汽車構(gòu)造M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.2 胡建軍，李彤.汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)進(jìn)展分析J.液壓與氣動(dòng)，2006.12.3