輕型貨車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)【含CATIA三維及17張CAD圖】
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充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙I輕型貨車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)摘 要循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是由螺母與絲杠傳動(dòng)副以及齒扇軸與螺母傳動(dòng)副二個(gè)部分組成。螺母與絲杠傳動(dòng)副是由里面的鋼珠聯(lián)系起來的，而齒扇軸與螺母傳動(dòng)副則是通過齒之間的嚙合聯(lián)系的，最終完成了力的傳遞。本文首先對汽車轉(zhuǎn)向器目前研究的概況和發(fā)展趨勢做出了闡述說明，研究 BJ2020車型汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，整理出汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，然后根據(jù)汽車的類型、汽車的前后軸的負(fù)荷以及汽車的用途選擇了初步的轉(zhuǎn)向器類型，隨后進(jìn)行汽車轉(zhuǎn)向器選型分析并完成總結(jié)，完成循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器各項(xiàng)主要參數(shù)的選擇，并根據(jù)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比、傳動(dòng)效率以及使用用途并參考以往的成功車的型號(hào)對循環(huán)球式向器的強(qiáng)度和具體參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，再進(jìn)行循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器性能分析最后完成設(shè)計(jì)圖紙以及設(shè)計(jì)說明書。論文最后用建模的方式畫出了轉(zhuǎn)向器的三維設(shè)計(jì)圖，從立體的角度反映了轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)功能。還有零件圖，畫出了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件的尺寸。裝配圖畫出了各個(gè)零件之間的配合，更全面反映了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)。受力分析則清晰的展現(xiàn)了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的各種受力情況。 論文最后完成了 BJ2020 轉(zhuǎn)向器從結(jié)構(gòu)形式的初步選擇到制造工藝最后布置的所有設(shè)計(jì)，所有設(shè)計(jì)合乎標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)鍵詞：循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器；工藝布置；受力分析充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙IIABSTRACTEcirculating ball type steering gear is composed of the nut and screw transmission gear and shaft and nut transmission of two parts. The nut and the screw pair is composed of a link inside the ball, and the gear shaft and nut transmission pair is linked through the meshing be- tween the final completion of the transfer of power.Firstly, the steering situation and trend of current study to make an exposition of BJ2020 models of automobile steering system, sorting out the system design requirements for autom-otive steering, then according to the type of car, use the car front and rear axle load and vehic- le selection of the steering type preliminary, followed by steering gear the selection and anal- ysis of the complete summary, complete the circulating ball type main parameters for the ste- ering and steering angle, gear ratio according to the circulating ball type, transmission efficie- ncy and use of reference and the model of successful car cycling ball strength and device spe- cific parameters are calculated, then the recirculating ball type steering the performance anal- ysis is finally complete the design drawings and design specification. Finally, by using the w- ay of modeling drawing to three-dimensional design, from three-dimensional angle reflects the shift The structure and function of device. And part drawing, draw the size of the recircul- ating ball type steering gear assembly drawing parts. Coordination between the various parts, more comprehensively reflect the circulating ball type steering gear structure. The stress anal- ysis show the recirculating ball steering the force.At the end of the article, all the designs of the BJ2020 redirector from the initial selection of structural form to the final layout of the manufacturing process are completed, and the des- ign is up to standard.Keywords:Recirculating ball steering; Process arrangement;Force analysis 充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙III充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙目 錄摘 要 ..................................................................IABSTRACT .................................................................II1 緒論 ...................................................................11.1 課題背景 ....................................................................................................................11.2 轉(zhuǎn)向器的介紹 ............................................................................................................11.3 國外的研究現(xiàn)狀 ........................................................................................................51.4 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀 ........................................................................................................51.5 本課題研究的主要內(nèi)容 ............................................................................................61.6 本章小結(jié) ....................................................................................................................72 轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)與參數(shù)選擇 .................................................82.1 轉(zhuǎn)向器的主要使用性能參數(shù) ....................................................................................82.2 主要尺寸參數(shù)的選擇 ..............................................................................................102.3 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的強(qiáng)度校核 ..................................................................................182.4 轉(zhuǎn)向搖臂軸直徑的確定 ..........................................................................................202.5 本章小結(jié) ..................................................................................................................213 建模及受力分析 ........................................................223.1 二維工程圖 ..............................................................................................................223.2 三維零件圖 ..............................................................................................................243.3 受力分析 ..................................................................................................................273.4 本章小結(jié) ..................................................................................................................304 結(jié) 論 ................................................................31參考文獻(xiàn) .................................................................32附錄 1：外文翻譯 ..........................................................33附錄 2：翻譯原文 ..........................................................37致 謝 ....................................................................41充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 1 -1 緒論1.1 課題背景轉(zhuǎn)向器別名轉(zhuǎn)向機(jī)、方向機(jī)，它在轉(zhuǎn)向系中的地位卓然，是很重要的部件。它的作用不僅能使作用在方向盤上的力傳到車輪時(shí)變得更大并且還可以改變力的傳遞方向，所以轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)就顯得意義非凡。轉(zhuǎn)向器可根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同可分為齒輪齒條式、循環(huán)球曲柄指銷式、蝸桿曲柄指銷式、蝸桿滾輪式、循環(huán)球-齒條齒扇式等。當(dāng)根據(jù)助力來看時(shí)又可分為有助力和無助力二種。其中又根據(jù)動(dòng)力來源的不同可分為氣壓動(dòng)力型、液壓動(dòng)力型和電動(dòng)動(dòng)力型等多種類型。轉(zhuǎn)向器具有將駕駛員作用在方向盤的手力放大，并且能夠使速度變慢之后再傳給轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。它作為汽車的重要部分，并且它決定了汽車安全性能的優(yōu)劣，它的質(zhì)量直接影響了汽車的操縱穩(wěn)定性，由此它的設(shè)計(jì)不可忽視。因?yàn)檠h(huán)球式轉(zhuǎn)向器具備傳動(dòng)效率高、工作狀態(tài)平穩(wěn)、牢靠，螺桿及螺母上的螺旋槽經(jīng)滲碳、淬火及磨削加工，耐磨性好、壽命長，且齒扇與齒條嚙合間隙的調(diào)整便利易行，這種構(gòu)造與液力式動(dòng)力轉(zhuǎn)向液壓裝置的匹配安裝時(shí)也極為方便。故本文選用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。1.2 轉(zhuǎn)向器的介紹1.2.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的簡介轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來改變或者保持汽車行駛方向的一系列裝置。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的最重要的功能就是能按照駕駛員自己的想法去控制汽車的行駛方向。有的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還有助力機(jī)構(gòu)，能夠在一定程度上減輕了駕駛員的手力，這種機(jī)構(gòu)對于女性駕駛者則顯得很重要。轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)必須滿足以下要求：(1)方向盤一定要左置；(2)后輪不可以單獨(dú)的作為轉(zhuǎn)向輪；(3)不可以使用全動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)；(4)必須有漸進(jìn)的轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)；(5)轉(zhuǎn)向輪必須具備足夠的硬度以保證行駛安全；(6)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須在合理的位置，以確保駕駛員能夠方便準(zhǔn)確的操作，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不能和其它的裝置有干涉；充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 2 -(7)轉(zhuǎn)向輪能夠自動(dòng)恢復(fù)正位，從而確保車輪沿著直線行駛；(8)在后輪做轉(zhuǎn)向輪的時(shí)候，具有二根及以上轉(zhuǎn)向車軸的全掛車和具有一根及以上轉(zhuǎn)向車軸的半掛車，以 80km／h 車速行駛時(shí)，駕駛員在不做反常修正時(shí)，能夠保持車輪直線行駛；(9)當(dāng)所有的助力系統(tǒng)損壞不能正常工作時(shí)，必須保證汽車有能夠控制行駛方向的能力；(10)當(dāng)助力裝置本身沒有獨(dú)立的輔助獨(dú)立機(jī)構(gòu)時(shí)，一定要具備蓄能器；(11)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的部件安裝、設(shè)計(jì)等必須保證與駕駛員的衣物等物件不會(huì)拉扯，且其表面不能有棱角，不能對駕駛員產(chǎn)生傷害；（12）汽車左右轉(zhuǎn)彎時(shí)，它的回轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)向力沒有明顯差異；（13）以 10km/h 車速轉(zhuǎn)彎且以 12m 的半徑前行和轉(zhuǎn)彎時(shí)，不帶助力的系統(tǒng)要求其轉(zhuǎn)向力不大于 245N，帶助力轉(zhuǎn)向但助力轉(zhuǎn)向失去效用的系統(tǒng)，要求其轉(zhuǎn)向力不得大于588N，一般的情況下機(jī)動(dòng)動(dòng)作時(shí)間不得超過 4s，帶有助力轉(zhuǎn)向的系統(tǒng)則要求它的助力失效時(shí)間不得大于 65s，左右兩個(gè)方向都必須要進(jìn)行試驗(yàn)測試。1.2.2 機(jī)械轉(zhuǎn)向系操縱機(jī)構(gòu)、機(jī)械轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成了汽車機(jī)械式轉(zhuǎn)向系，其具體結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示。汽車機(jī)械式的動(dòng)力來源是駕駛員的手力，并且它的所有傳動(dòng)件都是機(jī)械的。圖 1-1 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器1—轉(zhuǎn)向盤 2—轉(zhuǎn)向軸 3—轉(zhuǎn)向萬向 4—轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸 5—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—左右梯形臂 11—轉(zhuǎn)向橫拉桿 13—右轉(zhuǎn)向節(jié)駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上面的力通過轉(zhuǎn)向柱傳到轉(zhuǎn)向軸，從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸這一部分的零件都屬于轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)。再將力傳到直拉桿，再到轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向器在將力傳到減速器（圖中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無減速器，其位置在轉(zhuǎn)向器旁邊），到這里再到轉(zhuǎn)向拉桿，充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 3 -作用到轉(zhuǎn)向節(jié)臂。最后作用在轉(zhuǎn)向輪上，從而使其產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，改變汽車行駛的方向。而轉(zhuǎn)向橫拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)和轉(zhuǎn)向節(jié)臂等零件均屬于轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。（1）轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)是由圖 1-2 中的方向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱等零部件組成的。它主要作用是將駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤的力傳給轉(zhuǎn)向器。圖 1-2 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)（2）轉(zhuǎn)向器 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器由轉(zhuǎn)向齒輪、轉(zhuǎn)向殼體和轉(zhuǎn)向齒條等組成，結(jié)構(gòu)如圖 1-3 所示。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低，結(jié)構(gòu)很簡單，體積較小，轉(zhuǎn)向靈敏，可以實(shí)現(xiàn)直接帶動(dòng)橫拉桿。但是它由于逆效率很高，容易產(chǎn)生打手，令車上的駕駛員精神緊張，不能有很好地駕駛感受，甚至?xí)a(chǎn)生比較致命的后果，所以本文不采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。圖 1-3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器齒條齒扇副磨損后可以重新調(diào)整間隙，使之具有合適的轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)間隙，從而提高轉(zhuǎn)向器壽命，也是這種轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)之一。充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 4 -循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器是如今世界社會(huì)上用的最多的兩種轉(zhuǎn)向器，蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器和蝸桿式轉(zhuǎn)向器這兩種則由于各種原因正在逐漸被淘汰掉。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)較多，比如效率很高，操縱很方便，布置容易等，特別適合中大型的汽車應(yīng)用。易于傳遞駕駛操縱信息，逆效率也很高，和液壓操縱機(jī)構(gòu)配合的很不錯(cuò)。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要是由螺桿、螺母、轉(zhuǎn)向器殼體以及許多的小鋼球等部件組成，其所謂的循環(huán)球指的就是里面的這些小鋼球，它們被放置于螺母與螺桿之間的密閉管路內(nèi)，經(jīng)過管道進(jìn)行無限的循環(huán)流動(dòng)，這些鋼球起到將螺母與螺桿之間的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)樽枇Ψ浅Ｐ〉臐L動(dòng)摩擦的作用，當(dāng)與方向盤轉(zhuǎn)向管柱固定到一塊的螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)起來的時(shí)候，螺桿推動(dòng)螺母進(jìn)行上下的運(yùn)動(dòng)，螺母在通過齒輪來驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向搖臂往復(fù)搖動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)效率高、工作安穩(wěn)、牢靠，螺桿及螺母上的螺旋槽是經(jīng)滲碳、淬火以及切削加工，耐磨性極好、壽命很長。齒扇與齒條嚙合間隙的調(diào)整便利容易實(shí)施，這種結(jié)構(gòu)與液力式動(dòng)力轉(zhuǎn)向液壓裝置的匹配布置也極為便利。所以循環(huán)球轉(zhuǎn)向器憑借這些優(yōu)點(diǎn)讓其在汽車中得到了比較廣泛的應(yīng)用 [1]。轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過小鋼球?qū)⒆饔昧鹘o了在絲杠上運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向螺母，螺母即沿絲杠進(jìn)行軸向的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，在螺桿及螺母與鋼球間的摩擦力偶效果的作用下，所有鋼球便會(huì)在螺旋管狀通道以及管道內(nèi)滾動(dòng)，形成循環(huán)的“球流”。在轉(zhuǎn)向器工作時(shí)，兩列鋼球只是在各自的封閉流道內(nèi)循環(huán)，不會(huì)中途產(chǎn)生脫出。（3）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功用是將轉(zhuǎn)向器輸出的力和運(yùn)動(dòng)傳到轉(zhuǎn)向橋兩側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)上面，轉(zhuǎn)向節(jié)再使兩側(cè)轉(zhuǎn)向輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)，且使二個(gè)轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)角按照一定的關(guān)系發(fā)生變化，從而確保汽車轉(zhuǎn)向時(shí)車輪與地面的相對滑動(dòng)能夠盡可能的小。1.3 國外的研究現(xiàn)狀國外對于轉(zhuǎn)向器的研究較早。在韓國 Durkhyun Wuh、Seokchan Yun 、Changsoo Han [3]的研究中一個(gè)動(dòng)態(tài)模型和控制算法的滾珠絲杠類型 MDPS 系統(tǒng)推導(dǎo)和分析了使用方法離散建模技術(shù)。改善轉(zhuǎn)向感覺,動(dòng)力轉(zhuǎn)向的特點(diǎn),兩個(gè)衍生品收益被添加到傳統(tǒng)的權(quán)力增加控制算法。通過模擬,影響控制增益的轉(zhuǎn)向角增益在頻域進(jìn)行驗(yàn)證。在中心的方向盤回正性和轉(zhuǎn)向力矩相位滯后處理時(shí)域測試同時(shí)進(jìn)行。Man Hyung Lee 、Seung Ki Ha 、Ju Yong Choi 、Kang Sup Yoon [4]討論了直流電機(jī)加熱器調(diào)節(jié)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)。 充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 5 -2005 年法國的 Carlos Canudas-de-Wit、 Hubert Bechart、Xavier Claeys、Pietro Dolcini、John-Jairo Martinez [6]研究了電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向和輔助離合器同步問題，提出 EPS系統(tǒng)旨在生產(chǎn)相同的汽車轉(zhuǎn)向特性無論大小和重量，路況和輪胎特性;拒絕外部干擾,如道路違規(guī)行為和道路狀況的變化;PS 系統(tǒng)替代現(xiàn)有的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng),取代傳統(tǒng)的液壓動(dòng)力裝置的電子。任意設(shè)定預(yù)期的優(yōu)勢是潛在的能力反應(yīng)方向盤轉(zhuǎn)矩特性,并使這些特征符合道路條件。2016 年 Springer 國際版中瑞士的 Christoph Nippold、Ferit Kuckay 、Roman Henze [5]在測試試驗(yàn)臺(tái)基礎(chǔ)上的應(yīng)用和分析機(jī)電動(dòng)力轉(zhuǎn)向(EPS )。電動(dòng)轉(zhuǎn)向有節(jié)能環(huán)保、安裝方便、效率高、路感好和回正性好等優(yōu)勢。1.4 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀為了正常進(jìn)行循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器磨損試驗(yàn)，2015 年中國地質(zhì)大學(xué)伍穎，宋康頓，郭龍飛，吳選杰 [7]參照《汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置技術(shù)條件與臺(tái)架試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)，采用交流伺服技術(shù)、智能集成技術(shù)與微機(jī)測控技術(shù)，設(shè)計(jì)了雙工位循環(huán)球轉(zhuǎn)向器可靠性磨損試驗(yàn)系統(tǒng)。試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果顯示：該試驗(yàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)高效，穩(wěn)定牢靠，滿足循環(huán)球轉(zhuǎn)向器磨損試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定功能：系統(tǒng)應(yīng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、實(shí)時(shí)繪制曲線和檢測空載性能三大功能，從而進(jìn)一步完成循環(huán)球轉(zhuǎn)向器出廠前的可靠性磨損試驗(yàn)，降低由于服役壽命周期內(nèi)的失去效果而導(dǎo)致交通安全事故的概率。 2016 年為了解決循環(huán)球變比轉(zhuǎn)向器變比齒輪齒廓設(shè)計(jì)問題，為了解決循環(huán)球變比轉(zhuǎn)向器變比齒輪齒廓設(shè)計(jì)問題胡大偉,牛子孺等 [8]提出一種數(shù)字設(shè)計(jì)方法即范成仿真法; 該方法在 CATIA 建模軟件中，基于變傳動(dòng)比運(yùn)動(dòng)規(guī)律建立布爾減運(yùn)算宏程序，模擬變比齒輪齒廓包絡(luò)面范成加 工過程，生成變比齒輪三維模型; 對齒廓曲面進(jìn)行修補(bǔ)，完成變比齒輪副的虛擬裝配后，采用 ADAMS 軟件對建立的變比齒輪齒條副進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析，將仿真得到的傳動(dòng)比曲線與設(shè)計(jì)用曲線進(jìn)行對比分析，驗(yàn)證了該方法的有效性。為了檢測循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的疲勞性能，在原有的分析轉(zhuǎn)向器工作原理的基礎(chǔ)上，2016 年郭海林,熊麗 [9]運(yùn)用電液伺服材料試驗(yàn)機(jī) INSTRON 1251 試驗(yàn)臺(tái)與計(jì)算機(jī)控制單元，設(shè)計(jì)出了轉(zhuǎn)向器疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)。研制了轉(zhuǎn)向器疲勞試驗(yàn)工裝夾具，系統(tǒng)加載動(dòng)態(tài)響應(yīng)良好，達(dá)到了規(guī)定的轉(zhuǎn)向器疲勞試驗(yàn)參數(shù)要求。試驗(yàn)運(yùn)行表明：該試驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向器疲勞性能測試，操作簡便，控制精度高，為轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度評(píng)估提供了基礎(chǔ)技術(shù)支持。我國正在發(fā)展多軸車輛的 EPS 系統(tǒng)：(1)右輪裝半自動(dòng) S-EPS，其雙輪左輪裝手動(dòng)，最大負(fù)載 6 000 kg，基本上滿足我國的公路重型汽車要求?；旧弦话愕妮p重型汽車都充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 6 -可使用 EPS；(2)雙前橋轉(zhuǎn)向同前一條一樣用左輪裝手動(dòng) S-EPS，其余的可采用半自動(dòng) S-EPS，并且由一個(gè)控制器來控制。部分轉(zhuǎn)向桿系保持原拉桿系統(tǒng)；(3)分別在三軸車輛電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)前后軸上安裝電動(dòng)轉(zhuǎn)向器 [10]。 1.5 本課題研究的主要內(nèi)容本文主要進(jìn)行循環(huán)球的相關(guān)設(shè)計(jì)，包括其循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要性能參數(shù)的設(shè)計(jì)，其中包括轉(zhuǎn)向器的效率以及傳動(dòng)比的變速特性。然后主要尺寸參數(shù)的選擇，包括其螺桿、鋼球、螺母傳動(dòng)副的設(shè)計(jì)和齒條、齒扇傳動(dòng)副的設(shè)計(jì)。隨后其零件的強(qiáng)度計(jì)算和轉(zhuǎn)向搖臂的軸直徑的確定，再進(jìn)行三維模型及二維工程圖的設(shè)計(jì)。最后則利用 CATIA對它進(jìn)行受力分析，觀測它的受力情況。本文的設(shè)計(jì)思路有以下 8 點(diǎn)：（1）研究輕型貨車汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；（2）汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求；（3）根據(jù)汽車總體方案的設(shè)計(jì)選擇；（4）進(jìn)行汽車轉(zhuǎn)向器選型分析并完成總結(jié)；（5）完成轉(zhuǎn)向器各項(xiàng)主要參數(shù)的選擇；（6）進(jìn)行轉(zhuǎn)向器性能分析；（7）完成設(shè)計(jì)圖紙；（8）完成設(shè)計(jì)說明書。1.6 本章小結(jié)本章是文章的緒論部分，首先寫的是設(shè)計(jì)此課題的背景，初步介紹了一下轉(zhuǎn)向系，以及它們的功用。國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀也是本章的重點(diǎn)，詳細(xì)說明近幾年轉(zhuǎn)向器的研究過程。本章也闡明了研究的意義以及目的。文章有各種的設(shè)計(jì)方法以及所有表達(dá)的內(nèi)容，此章介紹研究的方法以及內(nèi)容。之后是對轉(zhuǎn)向器的詳細(xì)介紹，包括它的工作原理、優(yōu)點(diǎn)等等。也將循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器與其它類型的轉(zhuǎn)向器進(jìn)行詳細(xì)的對比，詳細(xì)說明了研究采用此類型轉(zhuǎn)向器的原因以及意圖。充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 7 -2 轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)與參數(shù)選擇轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)參數(shù)包括主要的性能參數(shù)以及尺寸參數(shù)的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度的校核。主要性能的參數(shù)包括效率和傳動(dòng)比。尺寸參數(shù)則包括鋼球的直徑、鋼球數(shù)量、工作圈數(shù)、導(dǎo)管內(nèi)徑等等。強(qiáng)度的校核有鋼球與滾道的接觸應(yīng)力以及彎曲壓力。2.1 轉(zhuǎn)向器的主要使用性能參數(shù)轉(zhuǎn)向器的使用性能參數(shù)主要包括循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正逆效率以及轉(zhuǎn)向系自身的傳動(dòng)比。2.1.1 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正逆效率 手作用在方向盤上的力功率 從絲杠的一端輸入到轉(zhuǎn)向搖臂軸，再從轉(zhuǎn)向搖臂軸1P輸出到轉(zhuǎn)向搖臂軸所得到的效率被稱為正效率，其符號(hào)為 ，公式為 ；??121/)(P???相反的，從轉(zhuǎn)向輪傳到轉(zhuǎn)向軸的效率，被稱為逆效率，其符號(hào)為 ，公式為?。公式中的 是轉(zhuǎn)向器自身所有的摩擦功率。正效率高能使轉(zhuǎn)向便利，323/)(P???2而逆功率高能夠保證汽車轉(zhuǎn)向后的回正率更高。但是逆功率太高又會(huì)使汽車在行駛的路上打手情況更加嚴(yán)重，一般要求逆功率盡最大可能的小。轉(zhuǎn)向器的類型、構(gòu)造特征、內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)以及產(chǎn)品的制造質(zhì)量等等都可能是影響轉(zhuǎn)向器正功率的本質(zhì)原因。（1）轉(zhuǎn)向器種類、構(gòu)造特點(diǎn)與正逆效率滾針軸承除了滾輪和滾針之間的摩擦損耗之外，滑動(dòng)摩擦消耗在滾輪兩邊與墊片之間也有，所以這種轉(zhuǎn)向器的正效率大約只有 53%[14]。齒輪齒條式、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率相對與蝸桿指銷式來說則顯得比較高。相同類型的轉(zhuǎn)向器也會(huì)由于它們的構(gòu)造不同，所以它們的正效率也不會(huì)完全的相同。有實(shí)驗(yàn)可以證明選用滾針軸承、圓錐滾子軸的蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的滾輪與支持軸之間的軸承的轉(zhuǎn)向器，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示它們的正效率分別是 69%和 74%。此外對它有影響的還有轉(zhuǎn)向搖臂軸軸承的結(jié)構(gòu)種類，用圓錐滾子軸承的正負(fù)效率都比滑動(dòng)軸承的高一些。（2）轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)上的性能參數(shù)計(jì)算如果我們只考慮到各個(gè)相嚙合零件之間的摩擦消耗時(shí)，把軸承其他地方的摩擦損失忽略掉，可用下式計(jì)算蝸桿和螺桿類轉(zhuǎn)向器它的正效率公式為：（2-)tan(0??????1） 式中， 是螺桿上螺線的導(dǎo)程角度： 是摩擦角度， ；0? farctn??充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 8 -為材料摩擦因數(shù)。f查得鋼與鋼的摩擦因數(shù)為 0.25，則 ， =8°。??146.arctnf?0?故 （2-%7.5).8t()tan(0?????2）可逆型轉(zhuǎn)向器在遇到凹凸不平的路面時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生很嚴(yán)重的打手感，這樣會(huì)增加駕駛員的緊張感，不利于汽車行駛。屬于可逆型轉(zhuǎn)向器的有齒輪齒條型轉(zhuǎn)向器和循環(huán)球型轉(zhuǎn)向器這二種。如果路面給車輪的力基本不能傳回到方向盤，則被稱為不可逆式轉(zhuǎn)向器。由于不能很好的傳到方向盤，所以這些力只能由轉(zhuǎn)向器的零部件去承擔(dān)，很容易造成轉(zhuǎn)向器的破壞，所以現(xiàn)代的車輛大部分情況下不應(yīng)用這種類型的轉(zhuǎn)向器。效率處于兩者之間的還有種類型的轉(zhuǎn)向器，由于在路面不平時(shí)它接受路面的沖擊力比較小，所以逆效率低，稱為極限轉(zhuǎn)向器。打手感也不是特別大，駕駛員也不會(huì)感到過分的緊張，轉(zhuǎn)向器內(nèi)部零部件的沖擊力也不高，損傷也就不高。如果我們只考慮相嚙合零件之間的摩擦消耗時(shí)，略去軸承以及其它地方因?yàn)槟Σ猎斐傻南模衫孟旅娴墓接?jì)算出蝸桿和螺桿類轉(zhuǎn)向器的逆效率公式為 ： 0tan)(=αρη故 （2-%5.837ta)146.(t0????????3）式（ ）表明：隨著 的增大，它的 也會(huì)變大。-20?η2.1.2 轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比包括角傳動(dòng)比 和力傳動(dòng)比 。力傳動(dòng)比的公式為：0?ipihwpF/2?角傳動(dòng)比的公式為：（2-kkwdtiti???????//5） 充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 9 -式（2-5 ）中的 即轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角增量； 即轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量； 它所表述的是時(shí)間?dkd?dt增量。它里面包括的有轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比 和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比 ，即 。?i ?i??i??0當(dāng)今車輛轉(zhuǎn)向部分的角傳動(dòng)比一般取 0.8～51 之間，此處取 1.0。轎車的 一般取 ，14～22，此處取 17。所以：17=×′0ωi2.2 主要尺寸參數(shù)的選擇根據(jù)表 2-1 可知 BJ2020 的前軸載荷為 780kg，再根據(jù)表 2-2 得到它的齒扇模數(shù)為。在轉(zhuǎn)向器齒扇模數(shù)得到確定后，循環(huán)式轉(zhuǎn)向器的各級(jí)數(shù)據(jù)可以通過表 和表4 3-2來進(jìn)行選擇。-2根據(jù)以下表格，確定的齒扇模數(shù)查表 2-2 和 2-4 可得：螺距：9.525mm 工作圈數(shù)：1.5 鋼球直徑：6.350mm螺桿外徑：25mm 齒扇壓力角：22 30′ 齒扇寬：45mm?環(huán)流行數(shù)：2 螺母長度：80mm 齒扇齒數(shù)：4 切削角：6 30?充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 10 -表 2-1 的 主 要 技 術(shù) 參 數(shù)20BJ充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 11 -汽 車 系 列20BJ 系 列s20BJ系 列N20J[m]全 長 46836全 寬 171750][[整 車 裝 備 質(zhì) 量全 高 90軸 距 23][m[前 輪 、 后 輪輪 距 147140滿 載最 小 離 地 間 隙 05][[沿 前 外 輪 中 心最 小 轉(zhuǎn) 彎 直 徑 2°]滿 載接 近 角 414尺寸參數(shù) [滿 載離 去 角 335kg最 大 裝 載 質(zhì) 量 2[]整 車 裝 備 質(zhì) 量 156010[整 車 裝 備 質(zhì) 量前 橋 軸 荷 778][kg整 車 裝 備 質(zhì) 量后 橋 軸 荷 834最 大 總 質(zhì) 量 190195質(zhì)量參數(shù) ][[掛 車 和 貨 物最 大 拖 掛 質(zhì) 量 Km/h滿 載最 高 車 速 8][/分 動(dòng) 器 低 檔 變 速 器 一 檔 ，最 低 穩(wěn) 定 車 速 3°路 面 碎 石滿 載 、 無 拖 掛 、 干 燥 的最 大 爬 坡 度 0[m]最 大 涉 水 深 度 5L一 百 公 里 燃 油 消 耗 量 12不 大 于使用參數(shù) 、 噪 聲汽 車 的 制 動(dòng) 性 能 、 排 放 滿 足 國 家 法 規(guī) 要 求充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 12 -表 2-2 參 數(shù)循 環(huán) 球 式 轉(zhuǎn) 向 器 的 主 要參 數(shù)數(shù)值m/齒 扇 模 數(shù) 0.35.0.45.0..65./搖 臂 軸 直 徑 26323842/鋼 球 中 心 距 058054 0/m螺 桿 外 徑 2322938/鋼 球 直 徑 56.0.5.614.70.螺 距 938712901工 作 圈 數(shù) . 5.5.2環(huán) 流 行 數(shù)齒 扇 齒 數(shù) 5齒 數(shù)齒 扇 整 圓 13213154壓 力 角齒 扇 ′0°26切 削 角 ′30°6′30°76m/齒 扇 寬 45274520528584充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 13 -表 2-3 向 器 齒 扇 齒 模 數(shù)各 類 汽 車 的 循 環(huán) 球 式 轉(zhuǎn)m/齒 扇 齒 模 數(shù) 0.35.0.45.0..65.l/發(fā) 動(dòng) 機(jī) 排 量 5018中 20620轎 車 N/前 軸 負(fù) 荷 380中53805中10N/前 軸 負(fù) 荷 50中3745019中72403710中貨 車和 大貨 車 kg/最 大 裝 載 35012507350680充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 14 -表 2-4 mm參 數(shù)循 環(huán) 球 式 轉(zhuǎn) 向 器 的 部 分m模 數(shù) 螺 桿 外 徑 螺 紋 升 程 長 度螺 母 鋼 球 直 徑 壓 力 角齒 扇 切 削 角齒 扇 直 徑搖 臂 軸0.32( )7.938?16540)56.?327′0°′376155.32( )8.731?245( )6.?327′0°′37610.425( )9.25?830( )35.6?41′30°2′76200.529( )10.39?285( )7.14?329′0°′376250.634( )10.39?210( )7.4?329′0°′37605.63 8( )10.39?2105( )7.4?329′0°′3765充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 15 -2.2.1 鋼球、絲杠與螺母傳動(dòng)副的設(shè)計(jì)（1）如圖 2-1 所示絲杠外徑 鋼球中心距 螺母管道的直徑 以及尺寸 、1D2D、 。D2圖 2-1 螺桿、螺母傳動(dòng)副鋼球一般取得越小越好。隨著齒扇模數(shù)的增加，鋼球的中心距 也會(huì)相應(yīng)的逐漸增D D加，絲杠外徑 在 19 到 31mm 之間變化，螺母內(nèi)徑 一般要求大于 ，并且一般要1 21求 =(6%～11%)D,再由表 2-2 得：12-=27mm， =25mm， 。m7.2=102%D+（2）鋼球的個(gè)數(shù) 及直徑nd鋼球直徑一般取 ～ mm，由表 2-2 得鋼球直徑為 6.350mm，故每個(gè)路線的鋼球5個(gè)數(shù)可由以下公式得出：（2-dWdn????0cos6） 式中， 為一個(gè)環(huán)形路線中的鋼球圈數(shù)；D 為鋼球中心之間的距離； 為包括環(huán)流管W n道中的鋼球個(gè)數(shù)； 為螺線導(dǎo)程角，一般取 =5°～8°，cos ≈1；將上述各數(shù)值代0α00?入得 =18.55。n（3）接觸角 ?為了使徑向力與軸向力分布更加均勻， 一般取 45°。 ?（4）滾道截面充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 16 -絲杠與螺母由二條弧型線構(gòu)成，如圖 2-2,從而形成四個(gè)分段類型的弧型軌道斷面，鋼球與滾道就會(huì)有四處接觸，此時(shí)傳動(dòng)軸軸向的間隔不是很大，可以滿足所有的標(biāo)準(zhǔn)。圖 2-2 中各處間隙除了可以用來儲(chǔ)存油外，也會(huì)存雜質(zhì)，使部件磨損。為了減小磨損，螺桿與螺母的溝槽半徑常取 =（0.51～0.53） 。在這里我們?nèi)?3.239mm，符2Rd合之前的要求。圖 2-2 鋼球軌道斷面（5）螺旋線導(dǎo)程角 和螺線間距離0?P轉(zhuǎn)向盤旋轉(zhuǎn)角度 ，其相對應(yīng)的螺母位移 為：°ψs（2-?2ψp?7）式中， 為 。 常取 8～11mm 之間。由表 2-2 得; 取 6°，P螺 紋 距 離 P m52.9=0?又；（2-rs??8）式中， 為齒扇節(jié)圓半徑。由前式得 ，可得轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比公式：r ??P2充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 17 -(2-9)Pπriω2=由此可得，螺距對轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比有影響。由表 2-2 得 ， , ,故可得 ≈1714=zm28/zr52.9pwi由上式可得若螺距 不變，則隨著 的增加，圖 2-2 中的 不會(huì)越來越大，且pdb設(shè)計(jì)合理。5.2≥-）（ dPb（6）鋼球工作圈數(shù) W鋼球工作圈數(shù) 有 1.5 和 2.5 二種。由表 2-2 得 =1.5。W（7）導(dǎo)管內(nèi)徑 1裝得下所有鋼珠并且能夠讓鋼珠在它的內(nèi)部管道里面滾動(dòng)的管道直徑 ，ed+=1一般應(yīng)該盡量取很小，推薦 =0.4～0.8mm，此處為了方便取 0.5mm，導(dǎo)管壁的厚度ee取 1mm。2.2.2 變厚齒扇機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)變厚齒扇的齒頂與根的輪廓面只是圓錐的一部分，它的分度圓的齒的厚度會(huì)一直進(jìn)行改變，如圖 2-3 所示，被稱之為變厚齒扇。圖 2-3 變厚齒扇的截面對于變厚齒扇齒型的計(jì)算，我們一般最中間的剖面作為基準(zhǔn)面，如圖 2-4。由基準(zhǔn)面向左時(shí)，變位系數(shù)依次由正值變零再變負(fù)值。由某一剖面至基準(zhǔn)面的距離為 ，則0a它的值為 ， 是切削角，一般的有 6°30′和 7°30′二種，此處取 6°30′。γm/=ξatn10當(dāng) 不變時(shí)，變位系數(shù) 由 決定。?a充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 18 -圖 2-4 變厚齒扇計(jì)算說明圖以上已經(jīng)確定相 關(guān) 計(jì) 算 前 ， 必 須 知 道再 進(jìn) 行 變 厚 齒 扇 齒 型 的 的 參 數(shù) 包 括 ： ，模 數(shù) m； ， ， ；4m?法 向 壓 力 角 1?之 間 取到常 見 的 在 °302′30°2此 處 取 齒 頂 高 系 數(shù)， ， ； ， ； ，1?0.8或常 取 .此 處 取 徑 向 間 隙 系 數(shù) .1此 處 取 z整 圓 齒 數(shù)， ； ， ， 。之 間到一 般 在 524此 處 取 B齒 扇 寬 度 之 間 取到常 在 4545此 處 取2.3 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的強(qiáng)度校核2.3.1 鋼球與滾道的接觸應(yīng)力 σ在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算前，我們應(yīng)該首先確定其計(jì)算載荷。由之前的對應(yīng)螺母移動(dòng)的距離 s 的公式得轉(zhuǎn)向阻力矩，原地轉(zhuǎn)向阻力矩的公式為：(2-10)pGfMR31?此處的 ； 是汽車前軸載荷（N）； 是輪胎大氣壓力（MPa ）。又 BJ2020 前7.0=f1G軸重量為 780kg,因此 ；N6.7418=.9×5Pa245.0=故 ； (2-11) 23m6.125.0)(R轉(zhuǎn)向系的 公式是：力 傳 動(dòng) 比(2-12) aDiswp0??由之前的計(jì)算得 0?i≈ ≈17充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 19 -式中 此處我們?nèi)?435mm； 為主銷偏移距，常?。?0.4～0.6）倍輪胎寬度，此處我swDa們?nèi)?0.5 倍，即 a=107.5mm，故(2-13) 70.34=5.1×2pi又 (2-14)N6.29.max??MFRW在方向盤上作用的手力是：（2-50≤91.68=7.34290×=pWhi15） 所以這次所有設(shè)計(jì)符合該標(biāo)準(zhǔn)。σ 計(jì)算公式為 ≤ （2-322)1-(=RdNEΚσ][j?16）式中， 為滾道截面半徑，取 =3.239mm； 為系數(shù)， 根據(jù) 的值由表 2-5 可得，2R2RKA/B； 為鋼球半徑；故可得 =0.072 =0.229 ????/)1(/rA??????/)1(/Br??r=0.314 =0.600; 為螺桿外半徑； 為材料彈性模量， =2.1×105MPa； 是BKEEd鋼球的直徑 =6.35mm。d表 2-5 K的 關(guān) 系與 BA/A/B0.19.8.07.6.05.4.03.K38.4.1.4.8.9.6..A/B2.05..05.0.05 01.7.K716.8.97.28.1.2..3充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 20 -每個(gè)鋼球與螺桿滾道之間的正壓力 ： （2-??cosin0??lRFNh17）式中轉(zhuǎn)向盤圓周力 ：半徑 ：螺桿螺線導(dǎo)程角91.68?hFm5.217=43SWD：鋼球與軌道的接觸角 ：鋼球數(shù) ??80??45?： ， 。5.1nm32.=/)5.-2(=l 的 距 離中中l(wèi)求得 （2-N58.246cos8in.9185.2176cosin0 ???????lRNh18） MPa250a13.708)329.15.6()0.2(5.46.)12(323 ????RdEKj?故符合設(shè)計(jì)要求。2.3.2 齒的彎曲壓力 ωσ因?yàn)?26BsFhw??，且許用彎曲壓力為 。[]MPa540=ωσ式中， 是齒的齒高； 是作用在齒上的周向力； 是齒的寬度； 是基圓的齒的厚度。Bs齒的高度 ；相咬合的半徑為 ；m94×25.=)+2(hca m28=/14×2/=mzr基圓的齒的厚度為 ；此處的 取 38mm。 86≈/πs得 （2-N6.1257.3506axrMFR19）MPa40<.40=28.6×391=62Bshσw2.4 轉(zhuǎn)向搖臂軸直徑的確定轉(zhuǎn)向搖臂軸直徑 的公式：d(2-20)3016??RkMd?充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 21 -式中， 為安全系數(shù)一般在 2.5～3.5 之間取，此處取 =2； 由上式可得k kRM=315046.57Nm2； 。RMMPa60=τ所以 m18≈60×57.342=130πτkdR轉(zhuǎn)向搖臂軸的制造材料一般是 22CrMnMo，并且其表面必須要經(jīng)過滲碳處理且深度大約是 0.7～1.3mm，但前軸負(fù)荷比較大的汽車，一般為 1.06～1.46mm。淬火過程后表面的硬度一般是 58～63HRC。轉(zhuǎn)向器殼體這里采用型號(hào)為 QT401—18 的球墨鑄鐵對它進(jìn)行鑄造。2.5 本章小結(jié)本章主要是轉(zhuǎn)向器的性能以及尺寸的參數(shù)的設(shè)計(jì)，然后開始對其主要的性能參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，先是轉(zhuǎn)向系的逆效率設(shè)計(jì)，算出為 83.5%，再是計(jì)算出轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比為15。再來就是主要的尺寸參數(shù)的設(shè)計(jì)，其中包括齒扇的模數(shù) m=4，螺距齒扇壓力角為22°30′、齒扇寬為 38mm 等等的設(shè)計(jì)。經(jīng)過這些設(shè)計(jì)之后，又是鋼球、螺桿以及傳動(dòng)副的設(shè)計(jì)。包括鋼球的數(shù)量 n=18.55 以及直徑 d=6.35mm 還有齒數(shù) z=14、螺桿的外徑 D=29mm、接觸角 θ=45°等等的設(shè)計(jì)。然后就是齒條齒扇傳動(dòng)副的設(shè)計(jì)，包括之前已經(jīng)選擇好了的模數(shù)等等設(shè)計(jì)。最后是強(qiáng)度的計(jì)算部分，其中包括了鋼球和滾道的接觸應(yīng)力為 1708MPa 小于2500MPa 以及齒的彎曲應(yīng)力為 405MPa 小于 540MPa，完成了強(qiáng)度的校核。之后是轉(zhuǎn)向搖臂軸的直徑的確定，計(jì)算出轉(zhuǎn)向搖臂軸的直徑 =18mm，再進(jìn)行軸的材料的選擇，d最后選的是 22CrMnMo，殼體材料為 QT400-18。至此處，轉(zhuǎn)向器的計(jì)算基本結(jié)束，轉(zhuǎn)向器的性能以及尺寸參數(shù)也設(shè)計(jì)完畢，可以進(jìn)行它的三維圖的繪制。充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 22 -3 建模及受力分析 對零件進(jìn)行三維建模以及用 CATIA 對它進(jìn)行受力分析。3.1 二維工程圖主要是一些主要零件的二維圖紙的繪制，包括轉(zhuǎn)向搖臂軸、絲杠、螺母以及裝配圖等二維圖的繪制。3.1.1 零件圖的繪制繪制圖層，設(shè)置顏色，根據(jù)所需要的線以及各自的圖形尺寸畫圖。（1）轉(zhuǎn)向搖臂軸轉(zhuǎn)向搖臂軸上有齒扇，并且它與轉(zhuǎn)向搖臂相連，其結(jié)構(gòu)尺寸如圖 3-1 所示。圖 3-1 轉(zhuǎn)向搖臂軸的二維圖紙先畫出軸，根據(jù)圖中尺寸，然后畫齒扇，在根據(jù)之前計(jì)算的齒數(shù)畫出齒。（2）螺桿螺桿通過鋼球與螺母連接，傳遞手作用在方向盤上的力給轉(zhuǎn)向搖臂軸，其結(jié)構(gòu)以及尺寸如圖 3-2 所示。充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 23 -圖 3-2 螺桿的二維圖紙（3）螺母螺母通過鋼球與絲杠連接，并且通過齒與轉(zhuǎn)向搖臂軸連接，是轉(zhuǎn)向器的二個(gè)傳動(dòng)副的組成之一，其結(jié)構(gòu)尺寸如圖 3-3 所示。圖 3-3 螺母的二維圖3.1.2 裝配圖的繪制裝配圖詳細(xì)的畫出了零件的位置，以及零件之間的配合關(guān)系，其結(jié)構(gòu)如圖 3-4 所示。充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 24 -圖 3-4 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的裝配圖1-螺釘 2-軸承蓋 3-殼體 4-圓錐滾子軸承 5-絲杠 6-管道 7-螺母 8-油栓3.2 三維零件圖對一些主要零件三維圖紙的繪制，包括殼體、螺栓、轉(zhuǎn)向搖臂軸、軸承蓋、絲杠、總裝圖以及爆炸圖的三維圖繪制。（1）殼體殼體主要是起保護(hù)以及固定其它零部件的作用，其三維圖如圖 3-5 所示。圖 3-5 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器殼體充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 25 -（2）螺栓螺栓用于加緊固連接兩個(gè)帶有孔的零件的作用，三維圖如圖 3-6 所示。圖 3-6 螺栓（3）轉(zhuǎn)向搖臂軸轉(zhuǎn)向搖臂軸上可安裝轉(zhuǎn)向搖臂，并且軸上還有齒扇，其三維圖如圖 3-7 所示，是轉(zhuǎn)向器的重要零件之一，軸上的齒扇可用于調(diào)節(jié)其自由行程。圖 3-7 轉(zhuǎn)向搖臂軸（4）螺母螺母里面有很多槽，是鋼球的軌道，鋼球在內(nèi)滾道，形成球流，圖 3-8 所示是螺母的三維圖形。充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 26 -圖 3-8 螺母齒扇和殼體的設(shè)計(jì)主要是利用拉伸的方法，來完成齒扇的設(shè)計(jì)。（5）軸承蓋軸承蓋用于阻止灰塵等衣物進(jìn)入鋼球的軌道，以及保障潤滑劑僅僅對滾道以及鋼球起作用，其三維空間如圖 3-9 所示。圖 3-9 軸承蓋軸承蓋主要是通過拉伸、鉆孔以及開槽等方法來完成的。（6）絲杠絲杠一端是用來接受手作用在方向盤上的力，螺母通過鋼球與螺桿連接在一起，其三維圖形如圖 3-10 所示。圖 3-10 絲杠充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 27 -絲杠的設(shè)計(jì)主要也是用到了掃掠的處理，也是在中心線畫出螺紋螺旋線，然后在中心線掃一圈，最后得到螺桿的三維設(shè)計(jì)模型。（7）總裝圖轉(zhuǎn)向器總裝圖是各零件組合，如圖 3-11 所示，而轉(zhuǎn)向器的爆炸圖則展示了各零件的位置，如圖 3-12 所示。圖 3-11 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器總裝圖充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 28 -圖 3-12 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器爆炸圖打開裝配圖，進(jìn)入裝配模式，點(diǎn)移動(dòng)選項(xiàng)下面的分解按鈕，爆炸圖生成。3.3 受力分析受力分析主要是對轉(zhuǎn)向器很重要的零部件進(jìn)行力的分析，其中包括螺母、齒扇以及絲杠的受力分析。受力分析作圖的步驟：先打開受力分析模塊，之后選擇材料庫，再圖形屬性板塊選固定，選定需要固定的面，進(jìn)入力的參數(shù)設(shè)計(jì)，輸入力的參數(shù)以及受力點(diǎn)，最終，進(jìn)行計(jì)算，得出受力分析圖，對材料進(jìn)行著色。（1）螺母的受力分析螺母與鋼球接觸，鋼球運(yùn)行的軌道之間存在的力的受到的力的分析如圖 3-13 所示，對螺母造成的變形量的分析如圖 3-14 所示。充 值 購 買 -下 載 設(shè) 計(jì) 文 檔 后 ， 加 Q--1459919609 免 費(fèi) 領(lǐng) 取 圖 紙- 29 -圖 3-13 螺母的受力圖從圖中得其最大應(yīng)力為 1.2e+007Nm2，最小為 3.97e+003Nm2，其受力點(diǎn)為鋼球軌道，故其受力合理，設(shè)計(jì)合理。（2）轉(zhuǎn)向搖臂軸的受力分析轉(zhuǎn)向搖臂軸與螺母有齒的接觸，其受力分析如圖