齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器課程設(shè)計(jì)

齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器課程設(shè)計(jì),齒輪,齒條,轉(zhuǎn)向器,課程設(shè)計(jì) 學(xué)號(hào) 成績(jī) 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 設(shè)計(jì)名稱(chēng)：機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)時(shí)間 2013年09-12月 系 別 機(jī)電工程系 專(zhuān) 業(yè) 車(chē)輛工程 班 級(jí) 姓 名 指導(dǎo)教師 2013年 12 月 8 日 23 目錄 一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 1 二、設(shè)計(jì)方案的擬訂 2 三、各種形式轉(zhuǎn)向器現(xiàn)狀比較 4 四．轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計(jì)與計(jì)算 8 五．車(chē)輛轉(zhuǎn)向力液壓回路分析 11 六、總體布局 16 七、參考資料 17 八、設(shè)計(jì)總結(jié) 18 九． 附圖 19 一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 設(shè)計(jì)題目：轎車(chē)液壓助力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì) 1． 課程設(shè)計(jì)目的： 1） 培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)思想，鞏固和加強(qiáng)所學(xué)的相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程的知識(shí)； 2） 熟悉和掌握車(chē)輛機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程和方法，提高綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行車(chē)輛設(shè)計(jì)能力； 3） 熟悉車(chē)輛液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程，掌握車(chē)輛液壓系統(tǒng)圖紙的表達(dá)方法； 4） 熟練掌握和運(yùn)用設(shè)計(jì)資料（指導(dǎo)書(shū)、圖冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等）以及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的能力，培養(yǎng)學(xué)生3D建模能力、設(shè)計(jì)計(jì)算和編寫(xiě)技術(shù)文件等的基本技能。 2． 課程設(shè)計(jì)時(shí)間：2013年9月23日~2013年12月20日 3． 整車(chē)性能參數(shù)：（以下參數(shù)也可采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物測(cè)繪結(jié)果） 表一：基本參數(shù) 名稱(chēng) 軸距L 前輪距L1 后輪距L2 最小轉(zhuǎn)彎半徑R 數(shù)值 2500mm 1350mm 1360mm 4600mm 名稱(chēng) 車(chē)長(zhǎng) 車(chē)寬 車(chē)高 車(chē)質(zhì)量 數(shù)值 3930mm 1585mm 1857mm 1123kg 4. 設(shè)計(jì)要求：1、建模僅設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向器部分 2、根據(jù)參數(shù)計(jì)算，繪制轉(zhuǎn)向（左或右）極限位置機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖帶轉(zhuǎn)向梯形（A4） 3、根據(jù)實(shí)物分析繪制車(chē)輛液壓轉(zhuǎn)向助力液壓系統(tǒng)回路圖（A4）; 4、轉(zhuǎn)向器具體結(jié)構(gòu)可參考汽車(chē)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)制動(dòng)器結(jié)構(gòu)，也可由學(xué)生自行設(shè)計(jì)。 5. 提交的文件資料： 1） 車(chē)輛轉(zhuǎn)向器裝配圖1張（A1或A0）、； 2） 車(chē)輛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)極位圖1張（A4）； 3） 車(chē)輛轉(zhuǎn)向助力液壓系統(tǒng)回路圖1張（A4）； 4） 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1份（8000字以上）（A4）。 二、設(shè)計(jì)方案的擬訂 適用車(chē)輛相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表一。 轉(zhuǎn)向器的功用是將轉(zhuǎn)向盤(pán)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系的減速傳動(dòng)裝置，一般由1-2級(jí)減速傳動(dòng)副。目前應(yīng)用比較廣泛的轉(zhuǎn)向器有齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器、蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器、蝸桿曲柄指銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器。 1. 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的優(yōu)缺點(diǎn) 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器是由轉(zhuǎn)向軸做成一體的轉(zhuǎn)向齒輪和常與轉(zhuǎn)向的齒條組成。 1) 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉(zhuǎn)向器質(zhì)量比較小，傳動(dòng)效率高達(dá)90%；齒輪與齒條之間因磨損而出現(xiàn)間隙后，利用裝在齒條背部的、靠近主動(dòng)小齒輪的處的壓緊彈簧能自動(dòng)消除間隙，不僅可以提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度，還可以防止工作時(shí)產(chǎn)生沖擊和噪聲；轉(zhuǎn)向器占用體積小，沒(méi)有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，所以轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角可以增大，制造成本低。 2) 缺點(diǎn)：齒輪齒條轉(zhuǎn)向器因逆效率高（60%~70%），汽車(chē)在不平路面上行駛時(shí)，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間沖擊力的大部分能傳至方向盤(pán)，稱(chēng)之反沖現(xiàn)象。反沖會(huì)使駕駛員精神緊張，并難以準(zhǔn)確控制汽車(chē)的行駛方向，轉(zhuǎn)向盤(pán)突然轉(zhuǎn)動(dòng)又會(huì)造成打手，同時(shí)對(duì)駕駛員造成傷害。 2. 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的輸入形式及特點(diǎn) 1) 側(cè)面輸入，中間輸出：與齒條固連的左右拉桿延伸到接近汽車(chē)縱向?qū)ΨQ(chēng)平面附近，由于拉桿長(zhǎng)度增加，車(chē)輪上下跳動(dòng)時(shí)拉桿擺角減小，有利于減少車(chē)輪的上下跳動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向系與懸架系的運(yùn)動(dòng)干涉，拉桿與齒條用螺栓固連在一起，因此，兩拉桿與齒條同時(shí)向左或向右移動(dòng)，為此在轉(zhuǎn)向器殼體上開(kāi)有軸向的長(zhǎng)槽，從而降低了他的強(qiáng)度。 2) 采用兩端輸出方案時(shí)，由于轉(zhuǎn)向拉桿長(zhǎng)度受到限制，容易與懸架系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。 3) 側(cè)面輸入，一端輸出的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器，常用在平頭車(chē)上。齒輪齒條轉(zhuǎn)向器采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合，增加運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性，降低沖擊和噪聲。齒條斷面有圓形、V形和Y形三種。圓形斷面制造簡(jiǎn)單；V形和Y形節(jié)約材料，質(zhì)量小而且位于齒條下面的兩斜面與齒條托坐接觸，可以用來(lái)防止齒條繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖1 圖2：V形 圖3:Y形 圖4：圓形 三、各種形式轉(zhuǎn)向器現(xiàn)狀比較 （1） 轉(zhuǎn)向器的功用和類(lèi)型 轉(zhuǎn)向器的功用是將駕駛員施加在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的力矩放大，并改變力的傳遞方向，然后傳給轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。按傳動(dòng)副的機(jī)構(gòu)形式分類(lèi)，目前在汽車(chē)廣泛采用的有齒輪齒條式、循環(huán)球—齒條齒扇式、循環(huán)球—曲柄指銷(xiāo)式和蝸桿曲柄指銷(xiāo)式等幾種結(jié)構(gòu)。 由于轉(zhuǎn)向器是一個(gè)大傳動(dòng)比機(jī)構(gòu)，其傳動(dòng)效率一般較低。轉(zhuǎn)向器的輸出功率與輸入功率之比稱(chēng)為轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)效率。在功率由轉(zhuǎn)向軸輸入、由轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出的情況下求得的傳動(dòng)效率稱(chēng)為正效率，而在傳動(dòng)方向與此方向相反時(shí)求得的傳動(dòng)效率稱(chēng)為逆效率。為了減輕駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤(pán)的體力消耗，應(yīng)盡量提高轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)效率，特別是其正效率是很重要的。逆效率很高的轉(zhuǎn)向器稱(chēng)為可逆式轉(zhuǎn)向器；逆效率很低的轉(zhuǎn)向器稱(chēng)為不可逆式轉(zhuǎn)向器；逆效率略高于不可逆式轉(zhuǎn)向器的稱(chēng)為極限可逆式轉(zhuǎn)向器，其反向傳力性能介于可逆式與不可逆式之間，而接近于不可逆式。 可逆式轉(zhuǎn)向器很容易將經(jīng)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳來(lái)的路面反力傳到轉(zhuǎn)向盤(pán)上，有利于汽車(chē)轉(zhuǎn)向結(jié)束后轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤(pán)自動(dòng)回正，但也能將壞路面對(duì)車(chē)輪的沖擊力傳到轉(zhuǎn)向盤(pán)，發(fā)生“打手”現(xiàn)象。經(jīng)常在良好路面行駛的汽車(chē)，多采用可逆式轉(zhuǎn)向器。不可逆式轉(zhuǎn)向器使轉(zhuǎn)向輪受到的沖擊力不會(huì)傳到轉(zhuǎn)向盤(pán)上，但也使轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤(pán)無(wú)自動(dòng)回正作用，而且還使駕駛員無(wú)法由轉(zhuǎn)向盤(pán)感受到地面對(duì)轉(zhuǎn)向輪的作用力的信息，即所謂喪失“路感”。因此，目前汽車(chē)上一般不采用此種轉(zhuǎn)向器。極限可逆式轉(zhuǎn)向器使駕駛員有一定的路感，轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤(pán)也具有一定的回正力矩，而且只有在路面沖擊力很大時(shí)才能部分地傳給轉(zhuǎn)向盤(pán)。此種轉(zhuǎn)向器多用于中型以上越野汽車(chē)和自卸汽車(chē)。 在整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中各個(gè)傳動(dòng)件之間都必然存在著裝配間隙，而且這些間隙將隨著零件的磨損而增大，反映到轉(zhuǎn)向盤(pán)上會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)向盤(pán)自由行程，轉(zhuǎn)向盤(pán)自由行程對(duì)于緩和路面沖擊及避免駕駛員過(guò)度緊張是有利的，但不宜過(guò)大，否則將使轉(zhuǎn)向靈敏性降低。一般來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)向盤(pán)從相應(yīng)于汽車(chē)直線行駛的中間位置向任一反向的自由行程一般不超過(guò)10°到15°；當(dāng)零件磨損嚴(yán)重到使轉(zhuǎn)向盤(pán)自由行程超過(guò)25°到30°時(shí)，則必須通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的嚙合間隙和軸承間隙來(lái)進(jìn)行調(diào)整。 （2） 轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu) 1) 齒輪齒條是轉(zhuǎn)向器 圖5所示為桑塔納轎車(chē)的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。傳動(dòng)副主動(dòng)件的轉(zhuǎn)向齒輪3與轉(zhuǎn)向齒條2嚙合。壓緊彈簧通過(guò)壓塊7將轉(zhuǎn)向齒條壓靠在轉(zhuǎn)向齒輪上，保證無(wú)間隙嚙合。彈簧的預(yù)緊力可用調(diào)整螺釘4調(diào)整。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使與之嚙合的轉(zhuǎn)向齒條沿軸向移動(dòng)。從而使左右橫拉桿帶動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié)左右轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，剛度大，轉(zhuǎn)向靈敏，成本低，正、逆效率都高，而且特別適于與燭式和麥弗遜式懸架配用，便于布置等優(yōu)點(diǎn)，所以得到了廣泛應(yīng)用，如一汽的紅旗CA7220型轎車(chē)、奧迪汽車(chē)、捷達(dá)汽車(chē)、上海桑塔納轎車(chē)、帕薩特轎車(chē)、大眾波羅轎車(chē)、廣州本田轎車(chē)、天津夏利轎車(chē)以及天津TJ1010型微型貨車(chē)和南京依維柯輕型貨車(chē)等，都采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 齒輪齒條傳動(dòng)的基本原理如圖6所示。 圖5 圖6 2) 循環(huán)球—齒條齒扇式轉(zhuǎn)向器 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器中一般有兩級(jí)傳動(dòng)副，第一級(jí)是螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)副，第二級(jí)是齒條齒山傳動(dòng)副。如圖7所示，轉(zhuǎn)向螺母既是第一級(jí)傳動(dòng)副的從動(dòng)件，又是第二級(jí)傳動(dòng)副的主動(dòng)件。為了減少轉(zhuǎn)向螺桿3與螺母之間的摩擦與磨損，二者螺紋不直接接觸，而是作為滾珠5的內(nèi)外滾道，其間裝有許多的滾珠，以實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)摩擦。轉(zhuǎn)向螺母上裝有兩個(gè)滾珠導(dǎo)管7，每個(gè)滾珠導(dǎo)管的兩端分別插入轉(zhuǎn)向螺母?jìng)?cè)面的孔中。滾珠導(dǎo)管也裝滿(mǎn)滾珠，形成兩個(gè)各自獨(dú)立的封閉通道。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)向螺桿旋轉(zhuǎn)，通過(guò)滾珠將力傳給螺母，使得轉(zhuǎn)向螺母沿軸向移動(dòng)，從而通過(guò)轉(zhuǎn)向螺母外部的齒條帶動(dòng)了扇形齒輪軸20轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)轉(zhuǎn)向搖臂軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)。其組成及工作原理如圖12—16所示。 循環(huán)球—齒條齒扇式轉(zhuǎn)向器的正傳動(dòng)效率很高（90%到95%），故操操縱輕便，使用壽命長(zhǎng)，工作平穩(wěn)，可靠。但其逆效率也很高，可將地面對(duì)轉(zhuǎn)向輪的沖擊力傳給轉(zhuǎn)向盤(pán)。經(jīng)常在良好路面行駛的汽車(chē)，上述缺點(diǎn)對(duì)其影響不大。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器應(yīng)用于各類(lèi)各級(jí)汽車(chē)，如解放CA1040系列輕型載貨汽車(chē)、北京BJ1041型、北京2023型、解放CA1091型和黃河JN1181C13型等汽車(chē)都采用這種轉(zhuǎn)向器。 圖7 3) 蝸桿曲柄指銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器 蝸桿曲柄指銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器將具有梯形截面螺紋的轉(zhuǎn)向蝸桿支承在轉(zhuǎn)向器殼體兩端的球軸承上，轉(zhuǎn)向蝸桿與錐形指銷(xiāo)相嚙合，錐形指銷(xiāo)用雙列圓錐滾子軸承支于搖臂軸內(nèi)端的曲柄孔中。當(dāng)轉(zhuǎn)向蝸桿隨轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，指銷(xiāo)沿蝸桿螺旋槽上下移動(dòng)，并帶動(dòng)曲柄及搖臂軸轉(zhuǎn)動(dòng)。其工作原理如圖8所示。 目前汽車(chē)使用的蝸桿曲柄指銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器多數(shù)是雙指銷(xiāo)式，其結(jié)構(gòu)如圖8所示。轉(zhuǎn)向蝸桿3支承于轉(zhuǎn)向器殼體兩端的兩個(gè)角接觸推力球軸承2和9上。轉(zhuǎn)向器蓋6上裝有調(diào)整螺塞7，用于調(diào)整上述兩軸承的松緊度，調(diào)整后用螺母鎖緊。蝸桿與兩個(gè)錐形指銷(xiāo)11相嚙合。兩個(gè)指銷(xiāo)均用雙列圓錐滾子軸承12支承于搖臂軸20內(nèi)端的曲柄上，其中靠指銷(xiāo)頭部的一列無(wú)內(nèi)座圈滾子直接與指銷(xiāo)軸頸接觸。這樣，所受剪切載荷最大的這段軸頸的直徑可做得大一些，以保證指銷(xiāo)有足夠的強(qiáng)度。指銷(xiāo)裝在滾動(dòng)軸承上可以減輕蝸桿和指銷(xiāo)的磨損，并提高傳動(dòng)效率。螺母13用以調(diào)整軸承12的松緊度，以使指銷(xiāo)能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，且無(wú)明顯的軸向間隙為宜。搖臂軸用粉末冶金襯套17和18支承在殼體中。指銷(xiāo)同蝸桿的嚙合間隙用側(cè)蓋14上的調(diào)整螺釘15調(diào)整，調(diào)整后用螺母16鎖緊。 雙指銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器在中間及其附近位置時(shí)，其兩指銷(xiāo)均與蝸桿嚙合，故每個(gè)指銷(xiāo)所承載荷較單指銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器的指銷(xiāo)載荷為小，因而其工作壽命較長(zhǎng)。當(dāng)搖臂軸轉(zhuǎn)角相當(dāng)大時(shí)，一個(gè)指銷(xiāo)與蝸桿脫離嚙合，另一指銷(xiāo)仍保持嚙合。因此，雙指銷(xiāo)式的搖臂軸轉(zhuǎn)角范圍較單指銷(xiāo)式為大。但雙指銷(xiāo)式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對(duì)蝸桿的加工精度要求也較高。 圖8 四．轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計(jì)與計(jì)算 （一)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足要求 1、內(nèi)、外車(chē)輪轉(zhuǎn)角θi、θo關(guān)系正確，保證全部車(chē)輪繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心行駛，各車(chē)輪盡可能作無(wú)滑動(dòng)的純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。 2、轉(zhuǎn)向輪有足夠大的轉(zhuǎn)角，保證給定的D min。 3、在汽車(chē)上有足夠的高度，高于前部h min。 (二)轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)方案分析 轉(zhuǎn)向梯形有整體式與斷開(kāi)式。 （1）整體式轉(zhuǎn)向梯形 整體式轉(zhuǎn)向梯形是由轉(zhuǎn)向橫拉桿1、轉(zhuǎn)向梯形臂2和汽車(chē)前軸3組成，如圖9所示。其中梯形臂呈收縮狀向后延伸。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整前束容易，制造成本低；主要缺點(diǎn)是一側(cè)轉(zhuǎn)向輪上、下跳動(dòng)時(shí)，會(huì)影響另一側(cè)轉(zhuǎn)向輪。 圖9 圖10 （2） 斷開(kāi)式轉(zhuǎn)向梯形 轉(zhuǎn)向梯形的橫拉桿做成斷開(kāi)的，稱(chēng)為斷開(kāi)式轉(zhuǎn)向梯形。斷開(kāi)式轉(zhuǎn)向梯形方案之一如圖10所示。斷開(kāi)式轉(zhuǎn)向梯形的主要優(yōu)點(diǎn)是它與前輪采用的獨(dú)立懸架相配合，能夠保證一側(cè)車(chē)輪上、下跳動(dòng)時(shí)，不會(huì)影響到另一側(cè)車(chē)輪。與整體式轉(zhuǎn)向梯形比較，由于其桿系、球頭多，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜；制造成本高；并且調(diào)整前束比較困難。 （3） 轉(zhuǎn)向梯形計(jì)算 汽車(chē)轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，受到彈性車(chē)輪側(cè)偏角的影響，所有車(chē)輪不是繞位于后軸延長(zhǎng)線上的點(diǎn)滾動(dòng)，而是繞位于前軸和后軸之間的汽車(chē)內(nèi)側(cè)某一點(diǎn)滾動(dòng)。此點(diǎn)位置與前輪和后輪的側(cè)偏角大小有關(guān)。由于影響輪胎側(cè)偏角的因素很多，而且難以精確確定，故下面是忽略側(cè)偏角影響條件下，分析有關(guān)兩軸汽車(chē)的轉(zhuǎn)向問(wèn)題。此時(shí)，兩轉(zhuǎn)向前輪軸線的延長(zhǎng)線交于后軸延長(zhǎng)線上，如圖11所示。設(shè)θi、θo為內(nèi)、外車(chē)輪轉(zhuǎn)角，L為汽車(chē)軸距，K為兩主銷(xiāo)中心線延長(zhǎng)線到地面交點(diǎn)之間的距離。若要保證全部車(chē)輪繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心行駛，則梯形機(jī)構(gòu)應(yīng)保證內(nèi)外轉(zhuǎn)向車(chē)輪的轉(zhuǎn)角關(guān)系為 若θo為自變量，則因變角θi的期望值為 圖11 圖12 五．車(chē)輛轉(zhuǎn)向力液壓回路分析 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力能（或電能），并在駕駛員控制下，對(duì)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或轉(zhuǎn)向器中某一傳動(dòng)件施加輔助作用力，使轉(zhuǎn)向輪偏擺，以實(shí)現(xiàn)汽車(chē)轉(zhuǎn)向的一系列裝置。采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以減輕駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱力。 　　動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由機(jī)械轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向加力裝置組成。 　　根據(jù)助力能源形式的不同可以分為液壓助力、氣壓助力和電動(dòng)機(jī)助力三種類(lèi)型。其中液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用較為普遍。 　　1．液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 　　1）常壓式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 　　其特點(diǎn)是無(wú)論轉(zhuǎn)向盤(pán)處于中立位置還是轉(zhuǎn)向位置，也無(wú)論轉(zhuǎn)向盤(pán)保持靜止還是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)工作管路中總是保持高壓。如圖15所示。 圖13 2）常流式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 　　其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)向油泵始終處于工作狀態(tài)，但液壓助力系統(tǒng)不工作時(shí)，基本處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。多數(shù)汽車(chē)都采用常流式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。如圖16所示。 　 圖16 2．液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向控制閥 　　1）滑閥式轉(zhuǎn)向控制閥 　　閥體沿軸向移動(dòng)來(lái)控制油液流量的轉(zhuǎn)向控制閥，稱(chēng)為滑閥式轉(zhuǎn)向控制閥，簡(jiǎn)稱(chēng)滑閥。其結(jié)構(gòu)及工作原理如圖17所示。 圖17 2）轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向控制閥 　　閥體繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)控制油液流量的轉(zhuǎn)向控制閥，稱(chēng)為轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向控制閥，簡(jiǎn)稱(chēng)轉(zhuǎn)閥。 圖18 如圖18所示，轉(zhuǎn)閥具有四個(gè)互相連通的進(jìn)油道A,通道B、C分別與動(dòng)力缸的左、右腔連通，中空的閥體1與儲(chǔ)油罐相連。當(dāng)閥體順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)很小的角度時(shí)，通道C與進(jìn)油道A相通，而與回油道D隔斷，來(lái)自油泵的壓力經(jīng)通道A流入通道C，繼而進(jìn)入動(dòng)力缸的一個(gè)腔內(nèi)；同時(shí)，通道B與進(jìn)油道A相隔斷而與回油道D相通，動(dòng)力缸另一腔的低壓油在活塞的推動(dòng)下經(jīng)通道B、回油道D和中空的閥體流回儲(chǔ)油罐。 圖20所示為裝備5氣門(mén)的發(fā)動(dòng)機(jī)捷達(dá)轎車(chē)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖，圖中將轉(zhuǎn)閥的剖面圖放大畫(huà)出，并表示出油路的連接關(guān)系。齒輪齒條式機(jī)械轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸和轉(zhuǎn)閥式控制閥設(shè)計(jì)成一體，構(gòu)成整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸活塞2與轉(zhuǎn)向齒條4制成一體?；钊麑⑥D(zhuǎn)向動(dòng)力缸（即轉(zhuǎn)向器殼體）1分成左右兩腔體。 轉(zhuǎn)閥的構(gòu)造如圖19所示。扭桿6的前端用銷(xiāo)2與轉(zhuǎn)向齒輪1連接，后端用銷(xiāo)7與閥芯5連接，而閥芯又與轉(zhuǎn)向軸的末端固定在一起，因而轉(zhuǎn)向軸可通過(guò)扭桿帶動(dòng)轉(zhuǎn)向齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。 轉(zhuǎn)向控制閥處于中立位置時(shí)，如圖20a所示，由轉(zhuǎn)向油罐7、轉(zhuǎn)向油泵6、流量控制閥5組成的供能裝置輸出的油液流入轉(zhuǎn)閥進(jìn)油口P進(jìn)入閥腔。由于轉(zhuǎn)閥處于中立位置，它使動(dòng)力缸的兩腔相通，則油液經(jīng)回油管路8流回轉(zhuǎn)向油罐7，轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸完全不起作用。 剛一開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí)，轉(zhuǎn)向軸連同閥芯被順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖23-27b所示，因?yàn)槭艿睫D(zhuǎn)向節(jié)臂傳來(lái)的路面轉(zhuǎn)向阻力，動(dòng)力缸活塞和轉(zhuǎn)向齒條暫時(shí)都不能運(yùn)動(dòng)，所以轉(zhuǎn)向齒輪暫時(shí)也不能隨轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，由轉(zhuǎn)向軸傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩只能使扭桿產(chǎn)生少許的扭轉(zhuǎn)變形，使轉(zhuǎn)向軸帶動(dòng)閥芯得以相對(duì)轉(zhuǎn)向齒輪轉(zhuǎn)過(guò)不大的角度，從而轉(zhuǎn)閥開(kāi)始工作并使動(dòng)力缸左腔成為高壓的進(jìn)油腔，右腔則成為低壓的回油腔。作用在動(dòng)力缸活塞上的向右的液壓作用力幫助轉(zhuǎn)向齒輪使轉(zhuǎn)向齒條開(kāi)始右移，轉(zhuǎn)向輪開(kāi)始向右偏轉(zhuǎn)，同時(shí)，轉(zhuǎn)向齒輪也得以與轉(zhuǎn)向軸同向轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。只要轉(zhuǎn)向盤(pán)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，扭桿就一直保持有扭轉(zhuǎn)變形，轉(zhuǎn)向控制閥也一直處于向右轉(zhuǎn)向的位置。一旦轉(zhuǎn)向盤(pán)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力缸暫時(shí)還得工作，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得扭桿的扭轉(zhuǎn)變形減小，直到扭桿恢復(fù)自由狀態(tài)，控制閥回復(fù)到中立位置，動(dòng)力缸停止工作為止。此時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)停在某一位置不動(dòng)，則車(chē)輪轉(zhuǎn)角也就保持一定。若轉(zhuǎn)向盤(pán)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，則轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸又繼續(xù)工作。這種轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸隨著轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)而工作，又隨著轉(zhuǎn)向盤(pán)停止轉(zhuǎn)動(dòng)而停止加力的作用，稱(chēng)為動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的隨動(dòng)作用。 當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，扭桿、轉(zhuǎn)閥閥芯的轉(zhuǎn)動(dòng)方向以及動(dòng)力缸活塞移動(dòng)方向均與順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)相反，結(jié)果轉(zhuǎn)向輪向左偏移。 圖19 圖20 六、總體布局 常流式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置方案，按機(jī)械轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向控制閥和轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸三者的組合及相對(duì)位置不同，有以下三種布置方案。如圖21所示。 機(jī)械轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸設(shè)計(jì)成一體，并與轉(zhuǎn)向控制閥組裝在一起，這種三合一的部件稱(chēng)為整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。另一種方案是只將轉(zhuǎn)向控制閥同機(jī)械轉(zhuǎn)向器組合成一個(gè)部件，該部件稱(chēng)為半整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸則做成獨(dú)立部件。第三種方案是將機(jī)械轉(zhuǎn)向器作為獨(dú)立部件，而將轉(zhuǎn)向控制閥和轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸組合成一個(gè)部件，稱(chēng)為轉(zhuǎn)向加力器。此次設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)物采取第一種方案。 圖21 整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的布置方案因其結(jié)構(gòu)緊湊、管路短而得到廣泛的應(yīng)用。目前，國(guó)產(chǎn)轎車(chē)高級(jí)配置的車(chē)型上基本上都采用了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，而且大多數(shù)都采用了轉(zhuǎn)閥式整體動(dòng)力轉(zhuǎn)向器，如一汽生產(chǎn)的紅旗CA7220型、一汽大眾生產(chǎn)的奧迪、捷達(dá)以及神龍汽車(chē)有限公司生產(chǎn)的富康等轎車(chē)。 七、參考資料 [1] 陳錦昌，劉林．機(jī)械制圖．北京：高等教育出版社，2010 [2] 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在這次看從開(kāi)學(xué)第三周開(kāi)始到將近學(xué)期末的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中，我們將在之前在課堂上所學(xué)到理論知識(shí)點(diǎn)，比如機(jī)械制圖等知識(shí)較為全面地﹑綜合型地運(yùn)用到實(shí)踐中去，并且對(duì)過(guò)去所學(xué)過(guò)的機(jī)械制圖知識(shí)作了相應(yīng)的復(fù)習(xí)以及鞏固，對(duì)尺寸標(biāo)注，幾何公差，視圖擺放，表面粗糙度，標(biāo)題欄要求等基礎(chǔ)知識(shí)做了較為深入的了解并且應(yīng)用到這次課程設(shè)計(jì)中去。在整個(gè)過(guò)程中，我那些學(xué)過(guò)而忘了的知識(shí)點(diǎn)通過(guò)查相應(yīng)的書(shū)籍和請(qǐng)教老師又重新掌握了，并加深了印象。與此同時(shí)我的綜合能力得到了較大的提高，特別是在使用catia方面，并鞏固了自己在三維建模方面的知識(shí)，提高了自己利用catia建模的能力，而且在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們同學(xué)與同學(xué)之間之間進(jìn)行了交流，在這個(gè)交流過(guò)程中，認(rèn)識(shí)到了對(duì)于同一問(wèn)題，我們可以有多種不同的解決方法，比如建模的方法。 回首此次課程設(shè)計(jì)，我們會(huì)因?yàn)楫?huà)錯(cuò)了不得不重新畫(huà)一遍而郁悶，我們會(huì)因?yàn)楫?huà)的較好而感到高興。雖然在這個(gè)過(guò)程我的基礎(chǔ)知識(shí)不牢固，但總的來(lái)說(shuō)，我在各方面都得到了比較綜合全面的鍛煉，使得我在專(zhuān)業(yè)課方面那些掌握的不是挺好的知識(shí)點(diǎn)得到了加深，并且深刻的體會(huì)到作為一名機(jī)械設(shè)計(jì)者所要具備的那種耐心與毅力，同時(shí)也感受到了設(shè)計(jì)過(guò)程中的快樂(lè)和完成設(shè)計(jì)時(shí)的滿(mǎn)足感和成就感，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我們能將在課堂上所學(xué)知識(shí)加以應(yīng)用到實(shí)際生活中，為未來(lái)的自身發(fā)展打下基礎(chǔ)。在此，我要感謝給過(guò)我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)。 9． 附圖 附圖1 運(yùn)動(dòng)分析圖 附圖2 車(chē)輛轉(zhuǎn)向助力液壓回路圖 附圖3 二維裝配圖 附圖4 裝配正視圖 附圖5 裝配后視圖 附圖6 裝配左視圖 附圖7 球頭組件 附圖8 閥組件 附圖9 殼體正視圖 附圖10 殼體后視圖 附圖11 殼體左視圖