1、轻型皮卡车转向系及前桥设计摘要随着经济的发展，汽车作为一种交通工具，对于人们的生活越来越重要。由于皮卡车的客货两用性，经济、实用，使得它很受人们欢迎。因此，对轻型皮卡车的设计有一定的现实意义。在这次毕业设计中，我的任务是完成轻型皮卡车的转向系及前桥的设计。以下是本次设计的主要依据与内容。转向系是汽车的一大组成部分，其主要作用是在驾驶员的操纵下控制汽车行驶方向。转向系主要可分为机械式转向系和动力转向系。转向系的设计主要包括转向系形式的选择，转向器的选择，转向梯形的选择以及布置等。本次设计由于作用在方向盘上的手力不大，且考虑到经济性，采用机械式转向系。转向器采用正效率很高，操纵方便且使用寿命较长的
2、循环球式转向器。虽然，其逆效率也很高，但对于前轴载质量不大的轻型皮卡车而言影响不大。转向梯形采用与双横臂式独立悬架相匹配的断开式转向梯形，且考虑到发动机的位置，将转向梯形前置。前桥为断开式前桥，利用转向节使车轮偏转一定角度以实现汽车转向。在这次设计中经验不足，水平有限。希望能正确合理的完成设计，并能使其组成一辆经济实用的轻型皮卡车。关键词：机械式，转向系，循环球式，转向器，断开式，转向梯形THESTEERINGSYSTEMANDFRONTAXLEDESIGNOFPICK-UPTRUCKABSTRACTWiththedevelopmentofeconomic,theautomobileasone
3、kindofthetransportationismoreandmoreimportantinpeopleslife.AsaresultofPick-uptrucknotonlycancarrypassengersbutalsocancarrycargos,economicalandpractical,causesitreceivedwelcomeofthepeopleverymuch.Therefore,ThedesignofPick-uptruckhasthecertainpracticalsignificance.Inthisgraduationdesign,mydutyisthedes
4、ignofPick-uptrucksteeringsystemandthefrontaxles.Iwillintroducethisdesignsmainbasisandthecontent.Thesteeringsystemisanimportantportionoftheautomobile.Theprimarypurposeofthesteeringsystemistogivethedriverdirectionalcontroloftheautomobile.Thesteeringsystemmaybedividedintotwotypes：themanualsteeringsyste
5、mandthepowersteeringsystem.Thesteeringsystemdesignmainlyincludesthechoiceofthesteeringsystemformthesteeringgearandthesteeringtrapeziumaswellasthearrangementofthemandsoon.Becauseofaffectingonthesteeringwheelshandpowerisnotbig,alsoconsideringtheefficiency,thisdesignusesthemechanicaltypesteeringsystem.
6、Thesteeringgearadoptstherecirculatingballtype,thehighefficiency、theconvenientoperationalsothelonglifeservice.Althoughitsreverseefficiencyisalsohigh,theinfluenceregardingthefrontaxleloadqualityisnotbig.Thesteeringtrapeziumusestheseparationtypesteeringtrapeziumwhichmatcheswiththedoublecrossarmtypeinde
7、pendentsuspension,Consideringtheengineposition,thesteeringtrapeziumisinthefrontofthefrontaxle.Thefrontaxleistheseparationtype。Itcausesthewheeldeflectioncertainangleusingtheknuckletorealizethevehicleturning.Iaminsufficientlyexperiencedinthisdesignandthelevelislimited.IhopeIcancorrectlyandreasonablyco
8、mpletethedesign,andcancomposesaneconomicalpracticalPick-uptruck.KEYWORDS：themanualtype,steeringsystem,therecirculatingballtype,steeringgear,theseparationtype,steeringtrapezium前言1第一章转向系31.1 转向系概述31.2 转向系的类型和组成3第二章转向器、转向操纵机构、转向传动机构72.1 转向器与转向器形式72.2 转向操纵机构82.3 转向传动机构8第三章转向系设计与计算103.1 转向系主要性能参数103.2 转向
9、系计算载荷的确定133.3 循环球式转向器主要尺寸参数的确定143.4 循环球式转向器零件强度的计算173.5 转向梯形结构方案分析183.6 .转向梯形机构优化设计19第四章前桥的设计254.1 前桥方案254.2 转向节强度计算25结论27参考文献28致谢29外文资料译文错误!未定义书签。-*z,刖三汽车是重要的运输工具，是科学技术发展水平的标志，也是社会物质生活发展水平的标志。汽车问世百余年来，特别是从汽车产品的大批量生产及汽车工业的大发展以来，汽车已为经济的发展和人类生活，产生了巨大的影响，为人类社会的进步做出了不可磨灭的巨大贡献。汽车扩大了人的活动范围，增加了人与人之间的交流，使社会
10、生活变的丰富多彩：汽车还促进了公路建设和运输繁荣，改变了城市的面貌和布局，有助于各地区经济文化的交流和偏远地区的开发。社会对汽车不断增长的要求，促使汽车工业日益繁荣。我国最早的皮卡车，出现在上个世纪80年代初.这样既能载人、又能拉货的皮卡车近年来增幅较大的主要原因在于：首先，由于皮卡车的“兼能”，客户群正在壮大。其次，柴油机皮卡车大批量进入市场。第三，一些新品牌和新品种层出不穷。第四，皮卡车出口成为中国汽车出口的一个最大亮点。转向系统是皮卡车必不可少的最基本的系统之一，它是通过方向盘来操纵和控制汽车的行驶方向，从而实现行驶意图，它也是决定汽车主动安全性的关键总成，如何设计汽车的转向特性，使汽车
11、具有良好的操纵性能，始终是各汽车厂家和科研机构的重要课题。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同的驾驶人群，汽车的操纵性设计显得尤为重要。汽车发展了一百多年，到今天，转向系统也历经了长时间的演进，很大程度上也促进了汽车的发展。传统的汽车转向系统是机械系统，汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。普通的转向系统建立在机械转向的基础上，通常根据机械式转向器形式可以分为：齿轮齿条式转向器、循环球式转向器、蜗杆滚轮式转向器、蜗杆指销式转向器。常用的有两种是齿轮齿条式和循环球式（用于需要较大的转向力时）。这种转向系统是我们最常见的
12、，工作稳定可靠。随着技术的发展，为减轻驾驶员体力负担，在机械转向系统基础上增加了液压助力系统HPS(hydraulicpowersteering),它是建立在机械系统的基础之上的，额外增加了一个液压系统，一般有油泵、V形带轮、油管、供油装置、助力装置和控制阀。近年来，随着电子技术的不断发展，转向系统中愈来愈多的采用电子器件。相应的就出现了电液助力转向系统。电液助力转向系统的助力特性可根据转向速率、车速等参数设计为可变助力特性，使驾驶员能够更轻松便捷的操纵汽车。电液助力转向可以分为两大类.动液压助力转向系统EHPS(electro-hydraulicpowersteering),电控液压助力转向
13、ECHPS(electronicallycontrolledhydraulicpowersteering)0电动助力转向系统：EHPS是在液压助力系统基础上发展起来的，其特点是原来有发动机带动的液压助力泵改由电机驱动，取代了由发动机驱动的方式，节省了燃油消耗。ECHPS是在传统的液压助力转向系统的基础上增加了电控装置构成的。电动转向系统EPS(ElectricPowerSteering)把一个机械的系统和一个电控的电动马达结合在一起形成的一个动力转向系统。与液压系统不同的是，助力改由电机提供，因此，要有一个力矩传感器来测量作用在方向盘上的力矩，由电子控制单元来计算所需要的力矩。作用在方向盘上的
14、力矩曲线由一个电动马达来分配。通过电动马达提供转向所必须要的力，它通过一个减速器作用在转向柱上，在循环球式的传动装置中，直接作用在齿扇上的力太大，因此大多选用齿轮齿条转向器。根据助力位置不同分为三种形式：1、转向柱助力式.2、小齿轮助力式.3、齿条助力式.电子转向：电子转向系统取消了方向盘与转向轮之间的机械连接，改而由方向盘模块、转向执行模块和主控制器ECU三个主要部分以及自动防故障系统、电源等辅助模块组成。电子转向系统SBW(Steer-By-Wire)是汽车转向方面最为先进和前沿的技术之一。第一章转向系1.1 、转向系概述汽车在行驶过程中，需按驾驶员的意志经常改变其行驶方向，即所谓的汽车转
15、向。就轮式汽车而言，实现汽车转向的方法是驾驶员通过一套专设机构，使汽车转向桥上的车轮相对于汽车纵轴线偏转一定的角度。用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，称为汽车转向系统。其功用是保证汽车能按驾驶员的意志进行转向行驶。对转向系提出以下要求：1 .汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转，任何车轮不应有侧滑，不满足这项要求会加速轮胎磨损，并降低汽车的行驶稳定性。2 .汽车转向行驶后，在驾驶员松开转向盘的条件下转向轮能自动返回到直线位置，并稳定行驶。3 .汽车在任何行驶状态下，转向轮不得产生自振，转向盘没有摆动。4 .转向传动机构和悬架导向装置共同工作时，由于运动不协调使车轮产生的摆动应最小。
16、5 .保证汽车有较高的机动性，具有迅速和小转弯行驶能力。6 .操作轻便。7 .转向轮碰到障碍物后，传给转向盘的反冲力应尽可能小。8 .转向器和转向传动机构的球头处，有消除因磨损而产生间隙调整机构。9 .在车祸中，当转向轴和转向盘由于车架或车身变形而共同后移时，转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。10 .进行运动校核，保证转向盘与转向轮方向一致。1.2 、转向系的类型和组成按转向力能源的不同，可将转向系分为机械转向系和动力转向系。一、机械转向系统机械转向系统，是以驾驶员的体力（手力）作为转向能源的转向系统，其中所有传力件都是机械的。机械式转向系依靠驾驶员的手力转动转向盘，经转向器和转向
17、传动机构使转向轮偏转。有些汽车还装有转向减震器和防伤机构。下图1-1为转向系结构图，主要由转向操纵机构和转向传动机构组成。转向操纵机构包括转向盘1和安全转向柱2;转向传动机构包括转向器8、左右横拉杆6、转向节臂5和转向节3等。I-转向盘2-安全转向柱3-转向节4-车轮5-转向节臂6-左、右横拉杆7-转向减振器8-转向器二、动力转向系动力转向系，是兼用驾驶员体力和发动机动力为转向能源的转向系。在正常情况下，汽车转向所需能量，只有一小部分由驾驶员提供，而大部分由通过转向加力装置提供的。但在转向加力装置失效时，一般还应当能由驾驶员独立承担汽车转向。因此，动力转向是在机械转向系的基础上加设一套加力装置
18、而形成的。由于转向助力装置最常用的是一套液压系统，因此也就离不开泵、油管、阀、活塞和储油罐，它们分别相当于电路系统中的电池、导线、开关、电机和地线的作用。动力转向包括：1 .液压式动力转向装置液压式动力转向装置重量轻，结构紧凑，利于改善转向操作感觉，但液体流量的增加会加重泵的负荷，需要保持怠速旋转的机构。2 .电动式动力转向装置电动式动力转向装置是最新形式的转向装置，由于它节能，故受到人们的重视。它是利用蓄电池转动电机产生推力。由于不直接使用发动机的动力，所以大大降低了发动机的功率损失（液压式最大损失5-10马力），且不需要液压管路，便于安装。尤其有利于中置发动机后轮驱动的汽车。但目前电动式动
19、力转向装置所得动力还比不上液压式，所以只限用于前轮轴轻的中置发动机后驱动的汽车上。3 .电动液压式动力转向装置即由电机驱动转向助力泵并由计算机控制的方式，它集液压式和电动式的优点于一体。因为是计算机控制，所以转向助力泵不必经常工作，节省了发动机的功率。这种方式结构紧凑，便于安装布置，但液压产生的动力不能太大，所以适用排量小的汽车。对动力转向机的要求：（1）运动学上应保持转向轮转角和驾驶员转动转向盘的转角之间保持一定的比例关系。（2）随着转向轮阻力的增加（或减小），作用在转向轮上的受力必需增加（或减小），称为“路感”。（3）当作用在转向盘上的切向力Fh大于25190N时，动力转向器就开始工作。（
20、4）转向后，转向盘应自动回正，并使汽车保持再稳定的直线行驶状态。（5）工作灵敏，即转向盘转动后，系统内压力能很快增长到最大值。(6)动力转向失灵时，任能用机械系统操纵车轮转向。(7)密封性好，内外泄露少。本次设计采用工作稳定可靠且经济实用的机械式转向系。26第二章转向器、转向操纵机构、转向传动机构2.1 .转向器与转向器形式转向器（也常称为转向机）是完成由旋转运动到直线运动（或近似直线运动）的一组齿轮机构，同时也是转向系中的减速传动装置。以前曾出现过许多种形式的转向器，目前较常用的有齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、循环球曲柄指销式、蜗杆滚轮式等。其中第二、第四种分别是第一、第三
21、种的变形形式，而蜗杆滚轮式则更少见。目前最常用，最有代表性的两种形式为：齿轮齿条式和循环球式。一、循环球式转向器循环球式转向器是目前国内外汽车上较为流行的一种结构形式。循环球式转向器一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。转向螺母既是第一级传动副的从动件又是第二级传动副的主动件（齿条），通过转向盘和转向轴转动转向螺杆时，只能轴向移动，并驱动齿扇轴转动。为了减少转向螺杆和转向螺母之间的摩擦，两者之间的螺纹以螺旋槽滚动的许多钢球代之，以实现滑动摩擦变为滚动摩擦。与齿条相啮合的齿扇，其厚度在分度圆上沿轴线按线性关系变化的，故为变齿厚。只要使齿扇相对于齿条作轴向移动，即能调整
22、两者之间的啮合槽中，将调整螺钉旋入，则啮合间隙减小；反之，则增大。循环球式转向器的正传动效率很高（可高达90%95%）,故操纵轻便，使用寿命长，工作平稳，可靠。但其逆效率也很高，容易将路面冲击力传到转向盘。不过对于前轴载质量不大而又经常在平坦路面上行驶的汽车而言，这一缺点影响不大，因此，循环球式转向器广泛应用于各类汽车上。二、齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器的最大特点是刚性大，结构紧凑重量轻，且成本低。由于这种方式容易由车轮将反作用力传至转向盘，所以具有对路面状态反应灵敏的优点，但同时也容易产生打手和摆振等现象。齿轮与齿条直接啮合，将齿轮的旋转运动转化为齿条的直线运动，使转向拉杆横向拉动车轮产
23、生偏转。齿轮并非单纯的平齿轮，而是特殊的螺旋形状，这是为了尽量减小齿轮与齿条之间的啮合间隙，使转向盘的微小转动能够传递到车轮，提高操作的灵敏性。不过齿轮啮合过紧也并非好事，它使得转动转向盘时的操作力过大，人会感到吃力。齿轮齿条式转向器分两端输出式和中间（或单端）输出式两种。综合上述，本次设计采用循环球式转向器。2.2 s转向操纵机构转向操纵机构是从转向盘到转向传动轴这一系列零部件，包括转向盘、转向柱管、转向轴、转向传动轴等。转向盘即通常所说的方向盘。转向盘内部有金属制成的骨架，是用钢、铝合金或镁合金等材料制成。由圆环状的盘圈、插入转向轴的转向盘毂，以及连接盘圈和盘毂的辐条构成。转向盘轮毂孔内有
24、细牙内花键，与转向轴连接。骨架的外侧一般包有柔软的合成橡胶或树脂，也有采用皮革包裹以及硬木制作的转向盘。转向盘外皮要求有某种程度的柔软度，手感良好，能防止手心出汗打滑的材质，还需要有耐热、耐候性。转向盘上有喇叭开关，必须时刻与车身电器线路相连，而旋转的转向盘与组合开关之间显然不能用导线直接相连，因此就必须采用集电环轨道，喇叭开关的触点就象奔跑在轨道上的电车，时刻保持接通的状态。转向轴是连接转向盘和转向器的传动件，并传递它们之间的扭矩。安装在车上为了牢固支承转向盘而设有转向柱，传递转向盘操作的转向轴从中穿过，由轴承和衬套支承。转向柱本体安装在车身上。转向机构应备有吸收汽车碰撞时产生的冲击能的装置
25、。吸能装置的方式很多，大都通过转向柱的支架变形来达到缓冲吸能的作用。2.3 、转向传动机构转向传动机构的功用是将转向器输出的力和运动传到转向桥两侧的转向节，使两侧转向轮偏转，并使两转向轮偏转角按一定关系变化，以保证汽车转向时车轮与地面对滑动尽可能小。转向轴与转向器齿轮箱之间采用连轴节相连（即两个万向节），之所以用连轴节，除了可以改变转向轴的方向，还有就是使得转向轴可以作纵向的伸缩运动，以配合转向柱的缓冲运动。可倾斜式转构：正是由于有了连轴节，转向轴可以有不同的倾斜角度，使转向盘的位置可以上下倾斜，适应各种身高和体形的司机。通过操作位于转向柱下侧的手柄，使转向柱处于放松状态，将转向盘调至自己喜好
26、的位置，再反向转动手柄，使转向柱固定在新的位置上。本车采用万象传动装置：1万向节：采用十字轴刚性万向节结构：允许相邻两轴的最大交角为1520,取18。在十字轴和万象叉孔间装有滚针。为了润滑轴承，十字轴设计成空的，并有油路通过轴颈。万向节用45中碳钢，调质处理，硬度为1833HRC,十字轴材料为20CrMnTi,轴颈表面进行渗碳淬火，渗碳层深度为0.81.2mm,表面硬度为5864HRCo2传动轴总成:主要有传动轴和两端焊接的花键和万象叉组成。传动轴中一般有滑动花键，以实现传动长度的变化。为减少磨损，还装有加注滑脂的油嘴、油封、堵盖、防尘罩。传动轴设计成空心的，为得到较高的强度和刚度，设计成厚度
27、为3mm的薄钢板卷焊而成。第三章转向系设计与计算3.1、转向系主要性能参数3.1.1转向器的效率功率P1从转向轴输入，经转向摇臂输出所求得的效率称为正效率，用符号表示，八。反之，称为逆效率用符号7表示，JP.-P),式中，p,为转向器的摩擦功率；P,为作用在转向摇臂轴上的功率。为了保证转向时驾驶员转动转向盘轻便，要求正效率高；为了保证汽车转向后转向轮和转向盘能自动返回到直线行驶位置，又需要有一定的逆效率。为了减轻在不平路面上行驶时驾驶员的疲劳，车轮与路面之间的作用力传到转向盘要尽可能小，防止打手又要求此逆效率尽可能小。转向器的正效率：影响转向器正效率的因素有：转向器的类型、结构特点、结构参数和
28、制造质量等。齿轮齿条式转向器、循环球式转向器的正效率比较高，同一类型的转向器，因结构不同效率也不同。如果忽略轴承和其他地方的摩擦损失，只考虑啮合副的摩擦损失，对于循环球式转向器，其效率为：_tan。rl+;tanQz0+P)式中，口0为螺杆导程角，。0=8取；.为摩擦角，f为摩擦因数，p-arctan/,/?=1.718,得+=82.1%转向器的逆效率：根据逆效率大小的不同，转向器可分为：可逆式、极限可逆式和不可逆式。路面作用在车轮上的力，经过转向系可大部分传递到转向盘，这种逆效率较高的转向器属于可逆式。属于可逆式的有齿轮齿条式转向器和循环球式转向器。如果忽略轴承和其他地方的摩擦损失，只考虑啮
29、合副的摩擦损失，则逆效率为:tan（。p）=78.3%tan圆3.1.2转向器传动间隙特性传动间隙是指转向器中传动副，即循环球式转向器的齿扇和齿条之间的间隙。该间隙随转向盘转角大小不同而改变，这种变化关系称为转向器传动副传动间隙特性。它与直线行驶的稳定性和转向器的寿命有关。直线行驶时，转向器传动副若存在传动间隙，一旦转向轮受到侧向力作用，就能在间隙范围内，允许车轮偏离原行驶位置，使汽车失去稳定。为防止出现这种情况，要求传动副的传动间隙在转向盘处于中间及其附近位置时要极小，最好无间隙。循环球式转向器的齿条齿扇传动副的传动间隙特性，可通过齿扇齿做成不同厚度来获取必要的传动间隙，即将中间齿设计成正常
30、齿厚，从靠近中间齿的两侧齿到离开中间齿最远的齿，其厚度依次递减。3.1.3传动比特性一、转向系的传动比转向系的传动比包括转向系的角传动比I和转向系的力传动比Jo从轮胎地面中心作用在两个转向轮上的合力2作用在转向盘上的手力之比称为力传动比，即转向盘传动角速度w,与同侧转向节偏转角速度vu之比，称为转向系角传动比，即篇=生二L又由转向器角传动比和转向传动机构角传动比j所组成MIMIHIW转向盘的转动角速度1K,与转向摇臂转向角速度叱）之比，称为转向器角传动比，即i=也。此定义不适用于齿轮齿条式转向器。转向摇臂转动角速度卬。与同侧转向节偏转角速度出之比，称为转向传动机构角传动比,即:=生wk转向传动
31、机构角传动比可近似用转向节臂长和转向摇臂长度的比值来表示，一般大约为0.851.1之间，可近似的认为其比值为1,则转向系的角传动比即为转向器的角传动比。循环球齿条齿扇式转向器的角传动比=2X3-14X36=23.7lwp9.525r为齿扇啮合半径，r=362因结构原因，螺距不能改变，但可以用改变齿扇啮合半径的方法，达到使循环球齿条齿扇式转向器实现变速比的目的。二、传动比与转向系角传动比的关系轮胎与地面之间的转向阻力产,，和作用在转向节上的转向阻力矩Mr之间有如下关系：(2-2)(2-3)F_MR八-a式中，a为主销偏移距，取60mm；作用在方向盘上的手力Fh可表示为辿式中，为作用在方向盘上的力
32、矩；为转向盘的直径取400mm。将上式(2-2)、(2-3)代入(2-1)得：(2-4)lpMi如果忽略摩擦损失，根据能量守恒原理，则：(2-5)将（2-5）代入（2-4）得:_Ia0_79p2a，3.2,转向系计算载荷的确定:原地转向阻力矩:f一一轮胎和路面的摩擦因数，取f=0.7;G1转向轴负荷Gl=8000N；P轮胎气压P=0.2Mpa；代入得：Mr=373.3N作用在方向盘上的手力:=2LM=89.53N乙一转向节臂长为150mm,一转向摇臂长为140mm力一转向器角传动比为23.7转向器正效率为82.1%3.3、循环球式转向器主要尺寸参数的确定一、螺杆钢球、螺母传动副齿扇齿模数确定：
33、由汽车前轴负荷Gl=8000N（参照汽车设计P237表72）取齿扇模数m=4mm钢球中心距：D=25mm螺杆外径：D=25mm螺杆内径；=27mm）=+）,（5%10%D）钢球直径d=6.35mm螺距P=9.525mmb=P-d=3.175mm2.5mm满足要求摇臂轴直径30mm工作圈数W=l.5环流行数2mm螺母长度46mm图3-1螺杆、钢球和螺母传动副1、钢球直径d及数量n每个环路中的钢球数n=空也打38dcosaoW个环路中的钢球工作圈数0。一一螺线导程角，常取“0=582、滚道截面螺杆和螺母上滚道截面各有两条圆弧组成，形成四段圆弧滚道截面。钢球与滚道有四点接触，传动轴间隙最小，可满足转
34、向盘自由行程小的要求。为了减少摩擦，螺杆与螺母沟槽半径RJD/2,一般取尺,=(0.510.53)d,取=3.47mm。图3-2.四段圆弧滚道截面3 .接触角0钢球与螺杆滚道接触点的正压力方向与螺杆滚道法向截面轴线间的夹角，一般。取45,以使轴向力和径向力分配均匀。4 .螺距P和螺旋线导程角P=9.525mm,(|=805 .工作钢求圈数WW=l.56 .导管内径容纳钢球，而且钢球在其内部流动的导dl=d+e=6.35+0.5=6.85二、齿条齿扇传动副设计齿条齿扇传动副的齿扇为变厚齿扇，变厚齿扇的齿顶圆、齿根圆都有锥度，其分度圆上的齿厚也是变化的，故称之为变厚齿扇。变厚齿扇在它的整个宽度方向
35、上，相当于由无数个原始齿形位移系数逐渐变化的圆柱齿轮所组成。参数为:m=4. 0mm51827. 56. 5B = 28mm ha* = 0. 8 比 *=0.95 c* = 0. 25齿扇齿模数齿扇齿数齿扇正圆齿数齿扇压力角切削角齿扇宽齿顶高系数齿根高系数顶隙系数齿顶局h=九*尸3.2mm齿根局h二h*m=3.8mm齿全高K=hhf=7mm分度圆直径do=mz=72mm齿顶圆直径以=4+2,8.4mm齿根圆直径Q,0=”,_24,=64.4mm图3-3变厚齿扇齿形计算图如图3-3,小端3-3几何尺寸计算:变位系数%=-驷1=-也用竺=-0.266为3m3x4齿顶圆直径di=d12*严=78.
36、4-2x0.266x4=76.27mm齿根圆直径=76.27-7=69.27mm大端2-2几何尺寸计算：因为齿条的变厚齿扇随着沿轴向齿侧隙的调整，齿顶的径向间隙将随轴向移动量的增加而缩小，以至没有间隙，出现干涉现象，致使轴向调整也不可能了。为解决这一矛盾，把变齿厚齿扇靠近大端的齿侧削平，并把齿顶尖角修圆，这样处理的结果大端锥角丫6.5,实际上丫=6变位系数=0.490齿顶圆直径d“、=d“o+2x，m=784+2X0.492X4=82.32mm齿根圆直径dr，=82.32-7=75.32mm1-1面：1=邈丝=0.133m齿顶圆直径dq=d“0+2xk78.4+2x0.133x4=79.46m
37、m齿根圆直径d79.46-7=72.46mm大端齿厚$=（+%23。）加/2=6.63mm小端齿厚$=（;r+xJana）/77/2=6.09mm3.4、循环球式转向器零件强度的计算一、钢球与滚道之间接触应力o22o=k3RE（q（&广R一钢球半径Rl螺杆外半径R2一一滚道截面半径E材料弹性模量（2.冈（）5N7相加2）F2作用在螺杆上的轴向力；n-参加工作的钢球数；0-接触角（9=45）；/）一一螺杆螺线导程角（。=8）;F3钢球与螺杆之间正压力；F2_FhRswctgao=11233.2ND-b/2F3=F；=844.6N7?COSa（）COS0又A=l-_L/2=0.006r凡B=l+J
38、_/2=0.179rRA/B=O.03由汽车设计P128查表73知：k=L63门n|844.6x(2.1xio5)x(3.47-3.175)2JLOO/x3(3.47x3.175)2=2363.68Mpan=2500Mpa所以满足要求二、齿的弯曲应力o,。60=6地bs式中F作用在齿扇上的圆周力(F=1613.4N)b一齿扇的齿宽28mms基圆齿厚6.83mm代入得：Os=5252N/mm2Q(o=540N/mm2O3VG3则弯曲应力满足要求，螺杆和螺母用20GrMnTi钢制造，表面渗碳，深度为1.81.2mm,表面硬度为5863HRC.3.5 、转向梯形结构方案分析转向梯形有整体式和断开式两
39、种，选择整体式或断开式转向梯形方案与悬架方案有联系.汽车转弯时，保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶，使在不同圆周上运动的车轮，作无滑动的纯滚动运动。同时，为达到总体布置要求的最小转弯直径值，转向轮应有足够大的转角。一、整体式转向梯形整体式转向梯形是由转向横拉杆、转向梯形臂和汽车前轴组成，其中梯形臂呈收缩状向后延伸。这种方案的优点是结构简单，调整前束容易，制造成本低；主要缺点是一侧转向轮上、下跳动时，会影响另一侧转向轮。二、断开式转向梯形断开式转向梯形，即转向梯形的横拉杆做成断开的，称之为断开式转向梯形。断开式转向梯形的主要优点是它与前轮采用独立悬架相配合，能够保证一侧车轮上、下跳动时，不会影响
40、另一侧车轮；与整体式转向梯形比较，由于杆系、球头增多，所以结构复杂，制造成本高，并且调整前束比较困难。转向轮采用独立悬架时，每个转向轮分别相对与车架作独立运动，因而转向桥必须是断开的，与此相对应，转向传动机构中的转向梯形也必须分成两段或三段，并且由在平行于路面的平面中摆动的转向摇臂直接带动或通过转向直拉杆带动。本次设计采用与双横式独立悬架相匹配的断来式转向梯形。3.6 、转向梯形机构优化设计汽车转向行驶时，受弹性轮胎侧偏角的影响，所有车轮不是绕位于后轴延长线上的点滚动，而是绕位于前轴和后轴之间的汽车内侧某一点滚动。此点位置与前轮和后轮的侧偏角大小有关。设Oi、0。分别为内、外转向车轮转角，L为
41、汽车轴距，K为两主销中心线延长线到地面交点之间的距离。若要保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶，则梯形机构应保证内、外转向车轮的转角有如下关系：ctga_ctg仇二若自变角为0。，则因变角Oi的期望值为：0=fW=arcctg(ctgy)Lt利用余弦定理可推得转向梯形所给出的实际因变角0为式中，m为梯形臂长；y为梯形底角。0 - 7 -arcsinsin(7 + e。)一)+1-2cos(7 + ) mk一2cos/ - cos3 + J ) - cos2/-arccos 一)+1-2cos(y + ) m所设计的转向梯形给出的实际因变角。i,应尽可能接近理论上的期望值Oi。其偏差在最常使用的中
42、间位置附近小角范围内应尽量小，以减少高速行驶时轮胎的磨损；而在不经常使用且车速较低的最大转角时，可适当放宽要求。考虑到多数使用工况下转角9。小于20,且10以内的小转角使用得更加频繁。建立约束条件时应考虑到：设计变量m及过小时，会使横拉杆上的转向力过大；当m过大时，将使梯形布置困难，故对m的上、下限及对丫的下限应设置约束条件。因丫越大，梯形越接近矩形，f(x)值就越大，而优化过程是求f(x)的极小值，故可不必对丫的上限加以限制。综上所述，各设汁变量的取值范围构成的约束条件为：加小一加2；梯形臂长度m设计时常取在m=0.11K,神=0.15K0即148.2/n202.5,梯形底角7mm=70。已
43、知心侬=arcsin万工一,式中min八II280max为外转向车轮最大转角，Omin为汽车最小转弯直径；3为主销偏移距。一般，+夕70,取8=40,0=30o由上可知，转“OmaxLZfmaxLAmaxl/Omax向梯形机构的优化设计问题，是一个小型的约束非线性规划问题，可用复合形法来求解。初次设计参考同类型车取m=150mm,丫=72汽车转向梯形机构参数优化设计程序：Sincludemath.h#defineHUDU3.1415926/180main()floatcalculate();floatm,k,fx,r,fmax,L,resault3=0,0,150);printf(，zente
44、rL:)；scanf&L);printf(enterk:)；scanf&k);printf(z，enterfmax:)；scanf(f,&fmax);for(m=142,m=203,m+)for(r=70,r90,r+=0.5)fx=calculate(m,r,k,L,fmax);if(fxresault2)resault0=m;resaultl=r;resault2=fx;)printf(，ztheresaultis:nm=%f,r=%fz，,resault0,resault1);)floatcalculate(m,r,k,L,fmax)floatm,r,k,L,fmax;floata=0,
45、b=0,c=0,d=0,fx=0,f=1,sum=0;for(f=l;f0&f=10&f=20&ffmax)sum=0.5*sum;fx+=sum;)return(fx);3.7、转向传动机构强度计算一、球头销球头销常由于球面部分磨损而损坏，为此用下式验算接触应力。jF7A式中，F为作用在球头上的力；A为在通过球心垂直于F力方向的平面内，球面承载部分的投影面积。许用接触应力为。jW2530N/mm：设计初期，球头直径d可根据下表3-1推荐的数据进行选择。表3-1球头直径：球头直径转向轮负荷/N球头直径转向轮负荷/N2060003524000-34000226000-9000403400049000259000-125004549000700002712500160005070000100000301600024000球头销初选直径为22mm,材料用合金结构钢20CrNi或液体碳氮共渗钢35Cr、35CrNi制造。作用在球头销上的力为：/=牛=2.49.所以，球头销的接触应力为：(7=6.55N/mnroJA二、转向摇臂转向摇臂大端用锥形三角细花键与转向摇臂轴的外端连接，小端带球头销，以便于做空间钱接。参
