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目 錄
摘要 1
Abstract 2
第一章 緒論. 3
1.1簡(jiǎn)介 3
1.2課題目的與意義 4
1.3循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的發(fā)展史 4
1.4循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的前景與市場(chǎng) 7
1.5本課題研究的難點(diǎn) 7
第二章 汽車(chē)轉(zhuǎn)向器的組成與分類(lèi). 9
2.1汽車(chē)轉(zhuǎn)向器的類(lèi)型與組成 9
2.1.1 機(jī)械式轉(zhuǎn)向系 10
2.1.2 動(dòng)力轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向系 11
第三章 轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)概述. 12
3.1對(duì)轉(zhuǎn)向系的要求 12
3.2轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 13
3.3轉(zhuǎn)向器 14
3.4轉(zhuǎn)角及最小轉(zhuǎn)彎半徑 14
第四章 汽車(chē)轉(zhuǎn)向器的組成與分類(lèi). 17
4.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 17
4.2循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 18
4.3蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器 19
4.4蝸桿指銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器 19
第五章 轉(zhuǎn)向系的主要性能參數(shù). 21
5.1轉(zhuǎn)向系的效率 21
5.1.1 轉(zhuǎn)向系的正效率 21
5.1.2 轉(zhuǎn)向系的逆效率 21
5.2傳動(dòng)比變化特性 22
5.2.1 轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比 22
5.2.2 力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系 23
5.2.3 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的選擇 24
5.3轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙 24
5.4轉(zhuǎn)向盤(pán)的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù) 25
第六章 轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)計(jì)算. 26
6.1轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定 26
6.2轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì) 26
6.2.1 參數(shù)的選取 26
6.2.2 計(jì)算參數(shù) 27
6.3 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件強(qiáng)度計(jì)算 27
6.3.1 鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力 27
6.3.2 轉(zhuǎn)向搖臂直徑的確定 28
第七章 汽車(chē)轉(zhuǎn)向器的組成與分類(lèi). 29
7.1對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的要求 29
7.2液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的計(jì)算 29
7.2.1 動(dòng)力缸尺寸計(jì)算 29
7.2.2 分配閥的參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 30
7.3動(dòng)力轉(zhuǎn)向的評(píng)價(jià)指標(biāo) 32
第八章 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì). 35
8.1轉(zhuǎn)向傳送機(jī)構(gòu)的臂、桿與球銷(xiāo) 35
8.2 桿件設(shè)計(jì)結(jié)果 35
結(jié)論 37
致謝 38
參考文獻(xiàn) 39
英文翻譯 40
50
摘 要
汽車(chē)轉(zhuǎn)向器是汽車(chē)的重要組成部分，也是決定汽車(chē)主動(dòng)安全性的關(guān)鍵總成，它的質(zhì)量嚴(yán)重影響汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性。隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)轉(zhuǎn)向器也在不斷的得到改進(jìn)，雖然電子轉(zhuǎn)向器已開(kāi)始應(yīng)用，但機(jī)械式轉(zhuǎn)向器仍然廣泛地被世界各國(guó)汽車(chē)及汽車(chē)零部件生產(chǎn)廠(chǎng)商所采用。而在機(jī)械式轉(zhuǎn)向器中，循環(huán)球齒條-齒扇式轉(zhuǎn)向器由于其自身的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各級(jí)各類(lèi)汽車(chē)上。本文的主要內(nèi)容：汽車(chē)轉(zhuǎn)向器的組成分類(lèi)；轉(zhuǎn)向器總成方案分析及其數(shù)據(jù)確定和轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)過(guò)程。
這種轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是，操縱輕便，磨損小，壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，轉(zhuǎn)向靈敏度不如齒輪齒條式。因此逐漸被齒輪齒條式取代。但隨著動(dòng)力轉(zhuǎn)向的應(yīng)用，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器近年來(lái)又得到廣泛使用。
關(guān)鍵詞；轉(zhuǎn)向器 操縱穩(wěn)定性 循環(huán)球齒條-齒扇式轉(zhuǎn)向器
Abstract
Gear cars an important component of the initiative is decided automobile safety of the key assembly, It seriously affected the quality of the vehicle handling and stability. Along with the development of the auto industry, automobile steering gear is continuously improved, although the electronic steering gear has begun to use But mechanical steering gear is still widely been world motor vehicles and parts manufacturers adopted. And the mechanical steering gear, Rack cycle ball-type steering gear tooth fans as its own characteristics has been widely used in various types vehicles. The graduation design options main contents are : automotive steering gear components classification; assembly was to program analysis and data to identify and steering gear design process.
The advantage of such steering gear, and manipulating light, wear and tear, long life. The disadvantage is that the structure is complicated and costly, than steering rack and pinion sensitivity. Therefore gradually being replaced by rack and pinion. However, with the power steering applications, the ball-type steering gear cycle and are widely used in recent years.
Keywords； Diverter Ball handling and stability Cycle rack-type steering gear diverter
第一章 緒 論
1.1.簡(jiǎn)介
循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的英文名稱(chēng)是Recirculating Ball Steering Gear。
循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由兩對(duì)傳動(dòng)副組成，一對(duì)是螺桿、螺母，另一對(duì)是齒條、齒扇或曲柄銷(xiāo)。在螺桿和螺母之間裝有可循環(huán)滾動(dòng)的鋼球，使滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，從而提高了傳動(dòng)效率。
循環(huán)球式：這種轉(zhuǎn)向裝置是由齒輪機(jī)構(gòu)將來(lái)自轉(zhuǎn)向盤(pán)的旋轉(zhuǎn)力進(jìn)行減速，使轉(zhuǎn)向盤(pán)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)闇u輪蝸桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，滾珠螺桿和螺母夾著鋼球嚙合，因而滾珠螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)，螺母再與扇形齒輪嚙合，直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)再次變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使連桿臂搖動(dòng)，連桿臂再使連動(dòng)拉桿和橫拉桿做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，改變車(chē)輪的方向，這是一種古典的機(jī)構(gòu)，現(xiàn)代轎車(chē)已大多不再使用，但又被最新方式的助力轉(zhuǎn)向裝置所應(yīng)用。它的原理相當(dāng)于利用了螺母與螺栓在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的相對(duì)移動(dòng)，而在螺紋與螺紋之間夾入了鋼球以減小阻力，所有鋼球在一個(gè)首尾相連的封閉的螺旋曲線(xiàn)內(nèi)循環(huán)滾動(dòng)，循環(huán)球式故而得名
這種轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是，操縱輕便，磨損小，壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，轉(zhuǎn)向靈敏度不如齒輪齒條式。因此逐漸被齒輪齒條式取代。但隨著動(dòng)力轉(zhuǎn)向的應(yīng)用，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器近年來(lái)又得到廣泛使用。
轉(zhuǎn)向器按結(jié)構(gòu)形式可分為多種類(lèi)型。歷史上曾出現(xiàn)過(guò)許多種形式的轉(zhuǎn)向器，目前較常用的有齒輪齒條式、蝸桿曲柄指銷(xiāo)式、循環(huán)球-齒條齒扇式、循環(huán)球曲柄指銷(xiāo)式、蝸桿滾輪式等。
在《當(dāng)前國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》中，汽車(chē)關(guān)鍵零部件開(kāi)發(fā)和制造被列為重點(diǎn)扶持的項(xiàng)目，國(guó)家計(jì)委和科技部也將汽車(chē)關(guān)鍵零部件劃入當(dāng)前國(guó)家優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域，所以，具有先進(jìn)水平的汽車(chē)轉(zhuǎn)向器的研發(fā)、生產(chǎn)將會(huì)得到有力的政策支持。隨著全球汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，汽車(chē)的需求量大幅攀升，汽車(chē)制造已向發(fā)展中國(guó)家轉(zhuǎn)移。隨著國(guó)際上汽車(chē)行業(yè)開(kāi)始實(shí)行零部件“全球化采購(gòu)”策略及國(guó)際跨國(guó)汽車(chē)企業(yè)推行本土化策略，國(guó)內(nèi)汽車(chē)市場(chǎng)將出現(xiàn)巨大的零部件配件缺口。到2010年，中國(guó)汽車(chē)零部件國(guó)內(nèi)產(chǎn)值將突破1萬(wàn)億元，市場(chǎng)前景廣闊。按照汽車(chē)零部件工業(yè)“十五”發(fā)展目標(biāo)，到2005年中國(guó)汽車(chē)保有量為2198—2315萬(wàn)輛，其中轎車(chē)843—860萬(wàn)輛。當(dāng)年汽車(chē)需求量為：271—310萬(wàn)輛，其中轎車(chē)110——121萬(wàn)輛，汽車(chē)工業(yè)增加值占GDP的1%左右，汽車(chē)零部件工業(yè)產(chǎn)值將占汽車(chē)工業(yè)總產(chǎn)值的25%左右。因此作為關(guān)鍵零部件的汽車(chē)轉(zhuǎn)向器在中國(guó)銷(xiāo)售市場(chǎng)上前景廣闊。
“十五”期間，我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)行業(yè)包括汽車(chē)、農(nóng)用車(chē)、工程機(jī)械等將發(fā)展成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，汽車(chē)轉(zhuǎn)向器是符合國(guó)家重點(diǎn)扶持和優(yōu)惠政策的汽車(chē)關(guān)鍵零部件，是汽車(chē)重要的保安件之一。
1.2.課題的目的與意義
用來(lái)改變或保持汽車(chē)行駛或倒退方向的一系列裝置稱(chēng)為汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能就是按照駕駛員的意愿控制汽車(chē)的行駛方向。汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)汽車(chē)的行駛安全至關(guān)重要，因此汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的零件都稱(chēng)為保安件。 隨著汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)也有很大變化。汽車(chē)轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)很多，從目前使用的普遍程度來(lái)看，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器已成為當(dāng)今世界汽車(chē)上主要應(yīng)用的轉(zhuǎn)向器之一，本文針對(duì)微型汽車(chē)進(jìn)行循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)與研究。
1.3循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的發(fā)展史
100多年前，汽車(chē)剛剛誕生后不久，其轉(zhuǎn)向操作是模仿馬車(chē)和自行車(chē)的轉(zhuǎn)向方式，用一個(gè)操縱桿或手柄來(lái)使前輪偏轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的。由于操縱費(fèi)力且不可靠，以致時(shí)常發(fā)生車(chē)毀人亡的事故。
第一輛不用馬拉的四輪汽車(chē)問(wèn)世時(shí)，它已經(jīng)吧前橋和前輪組成為了一總成。該總成別安裝在樞軸上，可以繞前橋中心的一個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，利用一個(gè)桿柱連接前橋的中點(diǎn)，通過(guò)地板往上延伸，轉(zhuǎn)向盤(pán)就緊固再桿柱上端，以此操縱汽車(chē)。
這種裝置在汽車(chē)車(chē)速不超過(guò)馬車(chē)的速度時(shí)，還是很好用的，但當(dāng)車(chē)速提高后，駕駛員就要求提高轉(zhuǎn)向的準(zhǔn)確性，以減少輪胎的磨損，延長(zhǎng)輪胎的使用壽命。后來(lái)他們發(fā)現(xiàn)，正在探索的這種理論在1817年就已經(jīng)唄闡明了。
1817年，德國(guó)人林肯斯潘杰提出了類(lèi)似于現(xiàn)代汽車(chē)的將前輪用轉(zhuǎn)向節(jié)與前梁連接方式。（即改進(jìn)轉(zhuǎn)向器的想法）。他研制了一種允許汽車(chē)前輪在主軸上獨(dú)立回轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)—把車(chē)輪與轉(zhuǎn)向節(jié)連接起來(lái)，轉(zhuǎn)向節(jié)又用可轉(zhuǎn)動(dòng)的銷(xiāo)軸與前軸連接，從而發(fā)明了轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)，并與第二年將其向英國(guó)政府申請(qǐng)專(zhuān)利的權(quán)力轉(zhuǎn)讓給了出版商、英籍德國(guó)人阿克曼。不久，阿曼克向英國(guó)專(zhuān)利局申請(qǐng)了“平行連桿式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)”專(zhuān)利。
1879年，法國(guó)四輪馬車(chē)制造商杰特發(fā)明了第一個(gè)平行四邊形轉(zhuǎn)向聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)。杰特的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)可以把轉(zhuǎn)向中心點(diǎn)移向兩側(cè)。他把一根桿子與帶有兩個(gè)連接臂的轉(zhuǎn)向節(jié)相連。當(dāng)時(shí)稱(chēng)為轉(zhuǎn)向臂和隨動(dòng)臂。杰特把轉(zhuǎn)向柱的一端與轉(zhuǎn)向臂連接，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向柱時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)向臂和隨動(dòng)臂、橫拉桿和車(chē)輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)車(chē)輪，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)轉(zhuǎn)向。
1857年，英國(guó)的達(dá)吉恩蒸汽汽車(chē)是第一輛采用轉(zhuǎn)向盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)轉(zhuǎn)向的機(jī)動(dòng)車(chē)輛。
1872年蘇格蘭的查理士第一個(gè)把轉(zhuǎn)向盤(pán)安裝到煤氣發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)輛上。此前，想把轉(zhuǎn)向盤(pán)安裝到車(chē)輛上的多次嘗試均未得到認(rèn)可。
1878年，“現(xiàn)代汽車(chē)之父”、德國(guó)的卡爾?本茨在他的三輪乘坐車(chē)上首次采用了所謂的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，但卻考一根操縱桿來(lái)控制汽車(chē)行使方向。
1886年，英國(guó)的弗雷德里克?斯特里克蘭說(shuō)服了他的朋友、汽車(chē)制造商雷克，把一個(gè)用于輪船上的轉(zhuǎn)向柱和轉(zhuǎn)向盤(pán)裝到了一輛新的戴姆勒?弗頓敞蓬車(chē)上。斯特里克是以建造蒸汽機(jī)船為職業(yè)的，德雷克則是戴姆勒英國(guó)公司的領(lǐng)導(dǎo)人。后來(lái)，向大西洋兩岸銷(xiāo)售的每一輛戴姆勒?弗頓汽車(chē)都裝上了舵柄（轉(zhuǎn)向盤(pán)）。早期的那些試驗(yàn)，包括戴姆勒?弗頓敞篷汽車(chē)上的轉(zhuǎn)向器都已消亡，因?yàn)楦呔嵩诖怪鞭D(zhuǎn)向柱上短的轉(zhuǎn)向盤(pán)的高度幾乎已達(dá)到駕駛員眼睛的位置，因此，對(duì)任何一個(gè)人來(lái)說(shuō)，駕駛這種車(chē)輛都會(huì)感到困難。
汽車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)是關(guān)系著駕駛員與乘客生命安危的重要部件，它控制著車(chē)輛的行使方向。早期的蒸汽汽車(chē)上安裝的轉(zhuǎn)向盤(pán)都心愛(ài)用垂直安裝方式，專(zhuān)項(xiàng)通過(guò)向上或下旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)。這種安裝方式不利于駕駛員操縱，也常常妨礙駕駛視線(xiàn)。這一切在1887年秋因一次意外事故而發(fā)生了改變。1887年，一輛戴姆勒?弗頓汽車(chē)唄送往英國(guó)考文垂的戴姆勒工廠(chǎng)作一次大修，當(dāng)時(shí)汽車(chē)上的轉(zhuǎn)向器仍能使用。大修需要把 車(chē)身與底盤(pán)分離，當(dāng)車(chē)身落到轉(zhuǎn)向柱上，把轉(zhuǎn)向柱崖城傾斜狀態(tài)。當(dāng)一個(gè)工人上車(chē)做到駕駛員座位上時(shí)，立即發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向柱和轉(zhuǎn)向盤(pán)的傾斜角使駕駛條件大為改善。這個(gè)偶然的發(fā)現(xiàn)，促成了戴妙勒?帕利生于1890年制成世界上第一輛轉(zhuǎn)向柱與轉(zhuǎn)向盤(pán)傾斜的汽車(chē)，從此，人類(lèi)的汽車(chē)駕駛就踏上了更舒適、安全的旅程。此后，各國(guó)汽車(chē)公司紛紛效仿，使轉(zhuǎn)向盤(pán)日臻完善并最終定性，于是轉(zhuǎn)向盤(pán)就以現(xiàn)在的樣子出現(xiàn)在我們的面前。
最早采用的傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)蝸輪副，被安裝在轉(zhuǎn)向柱的末端。蝸桿驅(qū)動(dòng)一個(gè)蝸輪，再有蝸輪副被裝配在鑄鐵殼里，這個(gè)殼被固定在汽車(chē)的大橋梁上?；谖佪喐钡臏p速機(jī)構(gòu)在汽車(chē)工業(yè)中應(yīng)用已有很多年了，但還有兩種結(jié)構(gòu)是值得注意的。其中一種是于1908年投產(chǎn)的美國(guó)福特T型車(chē)采用的轉(zhuǎn)向齒輪結(jié)構(gòu)（行星齒輪轉(zhuǎn)向器）。福特T型車(chē)裝置了一套周轉(zhuǎn)（或行星）輪系，把齒輪安裝在減速器殼體內(nèi)直接固定到轉(zhuǎn)向盤(pán)的下方，行星齒輪盤(pán)直接驅(qū)動(dòng)緊固在轉(zhuǎn)軸上的主齒輪。這就把轉(zhuǎn)向裝置置于駕駛員的手下方，即轉(zhuǎn)向柱的上端，而不是在轉(zhuǎn)向柱的下端。
所謂“現(xiàn)在”齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，是奔馳汽車(chē)于1885年首先采用的。這種形式的轉(zhuǎn)向器同樣也使用在1905年生產(chǎn)的凱迪拉克汽車(chē)和1911～1920年制造的許多其他型式的汽車(chē)上。
在20世紀(jì)初，汽車(chē)已經(jīng)是一個(gè)沉重而又高速疾馳的車(chē)輛，充氣輪胎代替了實(shí)心車(chē)輪。由于轉(zhuǎn)向柱直接于轉(zhuǎn)向節(jié)連接，所以轉(zhuǎn)動(dòng)車(chē)輪式很費(fèi)勁的。即使是一個(gè)健壯的駕駛員，要控制轉(zhuǎn)向仍然是很勞累的事情。因此，汽車(chē)常常沖出路外。于是，降低轉(zhuǎn)向操縱力的問(wèn)題就變得賜教迫切了。
為了使轉(zhuǎn)向操縱輕便，工程師設(shè)計(jì)了在轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向節(jié)之間安裝齒輪減速機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器。從那時(shí)起，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)就一直被這樣沿用下來(lái)。
從1903年開(kāi)始，助力輔助轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)不斷出現(xiàn)，多數(shù)是用在可車(chē)上。助力輔助轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中，有一些采用真空助力，還有一些是采用壓縮空氣助力。
1905年出版的《汽車(chē)時(shí)代》雜志談到了哥倫比亞汽車(chē)的助力轉(zhuǎn)向器。據(jù)說(shuō)這總簡(jiǎn)單的裝置在車(chē)速為29公里/小時(shí)時(shí)，仍能使汽車(chē)保持不偏離路線(xiàn)。
1923年，美國(guó)底特律市的亨利?馬爾斯為了減少蝸輪副和滾動(dòng)軸之間的接觸摩擦力，在兩者之間接觸處放置滾珠支撐，這就出現(xiàn)了滾珠蝸輪轉(zhuǎn)向器。這種型式的轉(zhuǎn)向器就成為現(xiàn)在大家所熟知的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，目前仍被廣泛地應(yīng)用在美國(guó)和日本制造的汽車(chē)上。
1928年，弗朗西斯?戴維斯所研制成功并首次應(yīng)用了液壓助力輔助轉(zhuǎn)向器。這種轉(zhuǎn)向器由維克斯公司制造，該公司并制定了此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，26后為汽車(chē)工業(yè)所采納。第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，汽車(chē)轉(zhuǎn)向雖然采用了轉(zhuǎn)向器，但對(duì)其實(shí)施操縱仍然不是一鍵輕松的事。當(dāng)汽車(chē)質(zhì)量增大、轉(zhuǎn)向費(fèi)勁時(shí)，駕駛員要求能有更好的辦法來(lái)解決，這才重新推廣了一種已經(jīng)大約有3/4個(gè)世紀(jì)歷史的助力輔助轉(zhuǎn)向器。
1954年，凱迪拉克汽車(chē)公司首先把液壓助力轉(zhuǎn)向器應(yīng)用于汽車(chē)上，助力專(zhuān)項(xiàng)的歷史又回到了以前的道路。
早在第二次世界大戰(zhàn)期間，較高級(jí)的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就開(kāi)始應(yīng)用于各種軍用車(chē)輛。20世紀(jì)50年代初期，由于出現(xiàn)了重型的汽車(chē)以及速度很高的高級(jí)小客車(chē)，指靠轉(zhuǎn)向器本身的結(jié)構(gòu)，既要是汽車(chē)轉(zhuǎn)向操縱省力，又要靈活，顯然已難以兼顧，于是把戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期使用的助力轉(zhuǎn)向器經(jīng)過(guò)改進(jìn)，使用在了中型汽車(chē)和高級(jí)小客車(chē)上。后來(lái)，因?yàn)榈玫狡毡槭褂?，?0世紀(jì)50年代末就研制出了質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊、自行潤(rùn)滑的助力轉(zhuǎn)向器。這種助力轉(zhuǎn)向器使轉(zhuǎn)向操縱十分省力，只要適當(dāng)選擇轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比，就可以同時(shí)滿(mǎn)足轉(zhuǎn)向靈敏的要求。
1967年，美國(guó)的湯姆森制造了一輛四輪專(zhuān)項(xiàng)的印迪賽車(chē)，但未進(jìn)行實(shí)際使用。
1981年，日本研制出能原地轉(zhuǎn)向的汽車(chē)。他們?cè)谲?chē)身尾部下邊裝設(shè)了一直橫向小車(chē)輪，只需按一下電鈕就可使小車(chē)輪落地并把后輪抬起，在轉(zhuǎn)動(dòng)橫向小車(chē)輪，汽車(chē)變以前輪為中心原地轉(zhuǎn)向。
1985年，日本豐田公司的克雷西達(dá)汽車(chē)成了第一個(gè)采用計(jì)算機(jī)控制輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車(chē)產(chǎn)品，豐田公司稱(chēng)此系統(tǒng)為先進(jìn)的動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向系。該機(jī)構(gòu)在變速器力有個(gè)傳感器，它可以監(jiān)視車(chē)輛車(chē)速度，把信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)再根據(jù)此信號(hào)控制電磁液流控制閥，通過(guò)液壓系統(tǒng)供給轉(zhuǎn)向齒條高壓動(dòng)力油流。汽車(chē)在公路上高速行使使，轉(zhuǎn)向需要的動(dòng)力需要的動(dòng)力較少，計(jì)算機(jī)液流控制閥降低油壓，同時(shí)把轉(zhuǎn)向器穩(wěn)住，當(dāng)停車(chē)或汽車(chē)低速行駛轉(zhuǎn)向時(shí)，計(jì)算機(jī)液流控制閥提高油流壓力，這就使得駕駛員很容易操縱轉(zhuǎn)向盤(pán)。
1986年10月8日，日本本田汽車(chē)公司宣布，已研制出一種被稱(chēng)為4WS的四輪轉(zhuǎn)向汽車(chē)。汽車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度首先使前輪轉(zhuǎn)向，同時(shí)經(jīng)輸出軸帶動(dòng)后轉(zhuǎn)向機(jī)，使后輪與前輪同向或反向轉(zhuǎn)動(dòng)。
現(xiàn)在，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已成為一些轎車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，全世界約有一半的轎車(chē)采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向。隨著汽車(chē)電子技術(shù)的發(fā)展，目前一些轎車(chē)已經(jīng)使用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器，使汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和機(jī)動(dòng)性都有所提高。
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的英文縮寫(xiě)叫“EPS”（Electrical Power Steering），它利用電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力協(xié)助駕車(chē)者進(jìn)行轉(zhuǎn)向。此類(lèi)系統(tǒng)一般由轉(zhuǎn)矩傳感器(3)、電控單元（微處理器）(5)、電動(dòng)機(jī)(4)、減速器(2)、機(jī)械轉(zhuǎn)向器(1)和蓄電池電源(6)所組成。
1.4循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的前景與市場(chǎng)
不過(guò)，隨著轉(zhuǎn)向助力技術(shù)的廣泛應(yīng)用，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器很快后來(lái)居上，因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單從而更利于安裝助力裝置，另外，和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器相比，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向更直接，反饋也更靈敏，這在強(qiáng)調(diào)路感的運(yùn)動(dòng)風(fēng)格乘用車(chē)上更受歡迎，但對(duì)于經(jīng)常在復(fù)雜路況上駕駛的越野車(chē)來(lái)說(shuō)，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器倒是更加安全也更加皮實(shí)，比如奔馳G級(jí)、吉普牧馬人，以及過(guò)去的大小切諾基、豐田巡洋艦、三菱帕杰羅等等。
在中、大型商用汽車(chē)上循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器還扮演著重要角色，但是在小型乘用車(chē)當(dāng)中，采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的已經(jīng)越來(lái)越少了，就連一直堅(jiān)持用循環(huán)球轉(zhuǎn)向的奔馳也逐步轉(zhuǎn)變?yōu)辇X輪齒條。
1.5本課題研究的難點(diǎn)
循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要由螺桿、螺母、轉(zhuǎn)向器殼體以及許多小鋼球等部件組成，所謂的循環(huán)球指的就是這些小鋼球，它們被放置于螺母與螺桿之間的密閉管路內(nèi)，起到將螺母螺桿之間的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)樽枇^小的滾動(dòng)摩擦的作用，當(dāng)與方向盤(pán)轉(zhuǎn)向管柱固定到一起的螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)后，螺桿推動(dòng)螺母上下運(yùn)動(dòng)，螺母在通過(guò)齒輪來(lái)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向搖臂往復(fù)搖動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，那些小鋼球就在密閉的管路內(nèi)循環(huán)往復(fù)的滾動(dòng)，所以這種轉(zhuǎn)向器就被稱(chēng)為循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。
相比齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由于更多依靠滾動(dòng)摩擦，所以具有較高的傳動(dòng)效率，操縱起來(lái)比較請(qǐng)便舒適，機(jī)械部件的磨損較小，使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)，因此如何提高傳動(dòng)效率、減小部件磨損是我要考慮的重要問(wèn)題。
第二章 汽車(chē)轉(zhuǎn)向系的組成及分類(lèi)
2.1汽車(chē)轉(zhuǎn)向系的類(lèi)型和組成
汽車(chē)轉(zhuǎn)向系可按轉(zhuǎn)向能源的不同分為機(jī)械式轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系兩大類(lèi)。汽車(chē)轉(zhuǎn)向器是用來(lái)保持或改變汽車(chē)形式方向的機(jī)構(gòu)，在汽車(chē)轉(zhuǎn)向行使時(shí)，還要保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。駕駛員通過(guò)操縱轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使汽車(chē)保持直線(xiàn)或轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，或者上述兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換。
機(jī)械轉(zhuǎn)向系的能量來(lái)源是人力，所有傳力件都是機(jī)械的，由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)(方向盤(pán))、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。其中轉(zhuǎn)向器是將操縱機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃?dòng)機(jī)構(gòu)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)(嚴(yán)格講是近似直線(xiàn)運(yùn)動(dòng))的機(jī)構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件。? 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系除具有以上三大部件外，其最主要的動(dòng)力來(lái)源是轉(zhuǎn)向助力裝置。由于轉(zhuǎn)向助力裝置最常用的是一套液壓系統(tǒng)，因此也就離不開(kāi)泵、油管、閥、活塞和儲(chǔ)油罐，它們分別相當(dāng)于電路系統(tǒng)中的電池、導(dǎo)線(xiàn)、開(kāi)關(guān)、電機(jī)和地線(xiàn)的作用。? 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)? 轉(zhuǎn)向盤(pán)即通常所說(shuō)的方向盤(pán)。轉(zhuǎn)向盤(pán)內(nèi)部有金屬制成的骨架，是用鋼、鋁合金或鎂合金等材料制成。由圓環(huán)狀的盤(pán)圈、插入轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)向盤(pán)轂，以及連接盤(pán)圈和盤(pán)轂的輻條構(gòu)成。采用焊接或鑄造等工藝制造，轉(zhuǎn)向軸是由細(xì)齒花鍵和螺母連接的。骨架的外側(cè)一般包有柔軟的合成橡膠或樹(shù)脂，也有采用皮革包裹以及硬木制作的轉(zhuǎn)向盤(pán)。轉(zhuǎn)向盤(pán)外皮要求有某種程度的柔軟度，手感良好，能防止手心出汗打滑的材質(zhì)，還需要有耐熱、耐候性。? 轉(zhuǎn)向盤(pán)的功能：轉(zhuǎn)向盤(pán)位于司機(jī)的正前方，是碰撞時(shí)最可能傷害到司機(jī)的部件，因此需要轉(zhuǎn)向盤(pán)具有很高的安全性，在司機(jī)撞在轉(zhuǎn)向盤(pán)上時(shí)，骨架能夠產(chǎn)生變形，吸收沖擊能，減輕對(duì)司機(jī)的傷害。轉(zhuǎn)向盤(pán)的慣性力矩也是很重要的，慣性力矩小，我們就會(huì)感到“輪輕”，操做感良好，但同時(shí)也容易受到轉(zhuǎn)向盤(pán)的反彈(即“打手”)的影響，為了設(shè)定適當(dāng)?shù)膽T性力矩，就要調(diào)整骨架的材料或形狀等。? 現(xiàn)在的轉(zhuǎn)向盤(pán)與以前的看似沒(méi)有太大變化，但實(shí)際上已經(jīng)有了改進(jìn)。由于轉(zhuǎn)向助力裝置的普及，轉(zhuǎn)向盤(pán)外徑變小了，而手握處卻變粗了，采用柔軟材料，使操作感得到了改善。? 現(xiàn)在有越來(lái)越多的汽車(chē)在轉(zhuǎn)向盤(pán)里安裝了安全氣囊，也使汽車(chē)的安全性大大提高了。轉(zhuǎn)向盤(pán)的集電環(huán)：轉(zhuǎn)向盤(pán)上有喇叭開(kāi)關(guān)，必須時(shí)刻與車(chē)身電器線(xiàn)路相連，而旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向盤(pán)與組合開(kāi)關(guān)之間顯然不能用導(dǎo)線(xiàn)直接相連，因此就必須采用集電環(huán)裝置。集電環(huán)好比環(huán)形的地鐵軌道，喇叭開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)就象奔跑在軌道上的電車(chē)，時(shí)刻保持接通的狀態(tài)。由于是機(jī)械接觸，長(zhǎng)時(shí)間使用觸點(diǎn)會(huì)因磨損影響導(dǎo)電性，導(dǎo)致緊急時(shí)刻喇叭不鳴甚至氣囊不工作。因此，最近裝備氣囊的汽車(chē)開(kāi)始裝用電纜盤(pán)，代替集電環(huán)。?
轉(zhuǎn)向盤(pán)的端子與組合開(kāi)關(guān)的端子用電纜線(xiàn)連接，電纜盤(pán)將電線(xiàn)卷入盤(pán)內(nèi)，類(lèi)似于吸塵器的電線(xiàn)卷取機(jī)構(gòu)，在轉(zhuǎn)向盤(pán)旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，電線(xiàn)*卷筒自由伸縮。
2.1.1 機(jī)械式轉(zhuǎn)向系
機(jī)械式轉(zhuǎn)向器的能量來(lái)源是人力，所有傳力件都是機(jī)械的，由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)(方向盤(pán))、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。其中轉(zhuǎn)向器是將操縱機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃?dòng)機(jī)構(gòu)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)(嚴(yán)格講是近似直線(xiàn)運(yùn)動(dòng))的機(jī)構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件。這種轉(zhuǎn)向器有兩對(duì)傳動(dòng)副組成，一對(duì)是螺桿、螺母，另一對(duì)是齒條、齒扇或曲柄銷(xiāo)。在螺桿和螺母之間裝有可循環(huán)滾動(dòng)的鋼球，使滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，從而提高了傳動(dòng)效率。 這種轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是，操縱輕便，磨損小，壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，轉(zhuǎn)向靈敏度不如齒輪齒條式。因此逐漸被齒輪齒條式取代。但隨著動(dòng)力轉(zhuǎn)向的應(yīng)用，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器近年來(lái)又得到廣泛使用。
當(dāng)汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)施加一個(gè)轉(zhuǎn)向力矩。該力矩通過(guò)轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向萬(wàn)向節(jié)、和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸輸入轉(zhuǎn)向器。經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大后的力矩和減速后的運(yùn)動(dòng)傳到轉(zhuǎn)向搖臂，再通過(guò)轉(zhuǎn)向直拉桿傳給固定于左轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂，使左轉(zhuǎn)向節(jié)和它所支撐的左轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。
從轉(zhuǎn)向盤(pán)到轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸這一系列零件和部件，均屬于轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)。有轉(zhuǎn)向搖臂至轉(zhuǎn)向梯形這一系列零件和部件（不含轉(zhuǎn)向節(jié)），均屬于轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
目前較常用的機(jī)械式轉(zhuǎn)向器有齒輪齒條式、蝸桿曲柄指銷(xiāo)式、循環(huán)球-齒條齒扇式、蝸桿滾輪式等。其中第二、第四種分別是第一、第三種的變形形式，而蝸桿滾輪式則更少見(jiàn)。方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)使方向機(jī)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)、渦桿與蝸輪咬合（也有循環(huán)球咬合的）渦輪軸帶動(dòng)方向機(jī)搖臂前后擺動(dòng)，方向機(jī)搖臂通過(guò)球頭銷(xiāo)與豎拉桿相連、豎拉桿另一端與左前輪軸頭搖臂相連，軸頭搖臂通過(guò)立銷(xiāo)（主銷(xiāo)）與前橋相連，搖臂前后擺動(dòng)就可使車(chē)輪軸頭（沿主銷(xiāo)）左右轉(zhuǎn)向了，左前輪通過(guò)橫拉桿與右車(chē)輪相連，這樣轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)就可以讓左右前輪同時(shí)轉(zhuǎn)向了[2] 汽車(chē)行駛中經(jīng)常需要改變行駛方向，即所謂的轉(zhuǎn)向，這就需要有一套能夠按照司機(jī)意志使汽車(chē)轉(zhuǎn)向的機(jī)構(gòu)，它將司機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)的動(dòng)作轉(zhuǎn)變?yōu)檐?chē)輪(通常是前輪)的偏轉(zhuǎn)動(dòng)作。
按轉(zhuǎn)向力能源的不同，可將轉(zhuǎn)向系分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系。
機(jī)械轉(zhuǎn)向系的能量來(lái)源是人力，所有傳力件都是機(jī)械的，由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)(方向盤(pán))、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。其中轉(zhuǎn)向器是將操縱機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃?dòng)機(jī)構(gòu)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)(嚴(yán)格講是近似直線(xiàn)運(yùn)動(dòng))的機(jī)構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件。
動(dòng)力轉(zhuǎn)向系除具有以上三大部件外，其最主要的動(dòng)力來(lái)源是轉(zhuǎn)向助力裝置。由于轉(zhuǎn)向助力裝置最常用的是一套液壓系統(tǒng)，因此也就離不開(kāi)泵、油管、閥、活塞和儲(chǔ)油罐，它們分別相當(dāng)于電路系統(tǒng)中的電池、導(dǎo)線(xiàn)、開(kāi)關(guān)、電機(jī)和地線(xiàn)的作用。
2.1.2 動(dòng)力轉(zhuǎn)向器
動(dòng)力轉(zhuǎn)向器是兼用駕駛員體力和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系。在正常情況下，汽車(chē)轉(zhuǎn)向所需的能量，只有一小部分由駕駛員提供，而大部分是由發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)向加力裝置提供的。但在轉(zhuǎn)向加力裝置失效時(shí)，一般還應(yīng)當(dāng)能由駕駛員獨(dú)立承擔(dān)汽車(chē)轉(zhuǎn)向任務(wù)。因此，動(dòng)力轉(zhuǎn)向器是在機(jī)械轉(zhuǎn)向器的基礎(chǔ)上加設(shè)一套轉(zhuǎn)向加力裝置而形成的。
動(dòng)力轉(zhuǎn)向器除具有以上三大部件外，其最主要的動(dòng)力來(lái)源是轉(zhuǎn)向助力裝置。由于轉(zhuǎn)向助力裝置最常用的是一套液壓系統(tǒng)，因此也就離不開(kāi)泵、油管、閥、活塞和儲(chǔ)油罐，它們分別相當(dāng)于電路系統(tǒng)中的電池、導(dǎo)線(xiàn)、開(kāi)關(guān)、電機(jī)和地線(xiàn)的作用。轉(zhuǎn)向助力裝置有以下幾種：
(1)液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置
(2)電動(dòng)式動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置
(3)電動(dòng)液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置
第三章. 轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)概述
3.1對(duì)轉(zhuǎn)向系的要求[3]
1）汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，全部車(chē)輪應(yīng)繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，任何車(chē)輪不應(yīng)有側(cè)滑。不滿(mǎn)足這項(xiàng)要求會(huì)加速輪胎磨損，并降低汽車(chē)的行駛穩(wěn)定性。
2）汽車(chē)轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，在駕駛員松開(kāi)轉(zhuǎn)向盤(pán)的條件下，轉(zhuǎn)向輪能自動(dòng)返回到直線(xiàn)行駛位置，并穩(wěn)定行駛。
3）汽車(chē)在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪都不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤(pán)沒(méi)有擺動(dòng)。
4）轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置共同工作時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)使車(chē)輪產(chǎn)生的擺動(dòng)應(yīng)最小。
5）保證汽車(chē)有較高的機(jī)動(dòng)性，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力。
6）操縱輕便。
7) 轉(zhuǎn)向輪碰撞到占該物以后，傳給轉(zhuǎn)向盤(pán)的反沖力要盡可能小。
8) 轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。
9) 在車(chē)禍中，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤(pán)由于車(chē)架或車(chē)身變形而共同后移時(shí)，轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕上海的防傷裝置。
10) 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核，保證轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。
3.2轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)
轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向盤(pán)，轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向管柱。有時(shí)為了布置方便，減小由于裝置位置誤差及部件相對(duì)運(yùn)動(dòng)所引起的附加載荷，提高汽車(chē)正面碰撞的安全性以及便于拆裝，在轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向器的輸入端之間安裝轉(zhuǎn)向萬(wàn)向節(jié)，如圖2-1。采用柔性萬(wàn)向節(jié)可減少傳至轉(zhuǎn)向軸上的振動(dòng)，但柔性萬(wàn)向節(jié)如果過(guò)軟，則會(huì)影響轉(zhuǎn)向系的剛度。采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)，還應(yīng)有轉(zhuǎn)向動(dòng)力系統(tǒng)。但對(duì)于中級(jí)以下的轎車(chē)和前軸負(fù)荷不超過(guò)3t的載貨汽車(chē)，則多數(shù)僅在用機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)而無(wú)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置。
圖3-1轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)
1-方向盤(pán)；2-轉(zhuǎn)向軸；3-橡膠墊；4-轉(zhuǎn)向柱管支架；5-轉(zhuǎn)向柱管支座；6-轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)支架；7-轉(zhuǎn)向軸限位彈簧；8-上萬(wàn)向節(jié)；9-轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸；10-花鍵防護(hù)套；11-下萬(wàn)向節(jié)；12-轉(zhuǎn)向柱管；5-轉(zhuǎn)向節(jié)襯套。
3.2轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)[4]
轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向臂、轉(zhuǎn)向縱拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向梯形臂以及轉(zhuǎn)向橫拉桿等。（見(jiàn)圖3-2）
轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用于把轉(zhuǎn)向器輸出的力和運(yùn)動(dòng)傳給左、右轉(zhuǎn)向節(jié)并使左、右轉(zhuǎn)向輪按一定關(guān)系進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。
圖3-2 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
1-轉(zhuǎn)向搖臂；2-轉(zhuǎn)向縱拉桿；3-轉(zhuǎn)向節(jié)臂；4-轉(zhuǎn)向梯形臂；5-轉(zhuǎn)向橫拉桿
3.3轉(zhuǎn)向器[5]
機(jī)械轉(zhuǎn)向器是將司機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)檗D(zhuǎn)向搖臂的擺動(dòng)（或齒條沿轉(zhuǎn)向車(chē)軸軸向的移動(dòng)），并按一定的角轉(zhuǎn)動(dòng)比和力轉(zhuǎn)動(dòng)比進(jìn)行傳遞的機(jī)構(gòu)。
機(jī)械轉(zhuǎn)向器與動(dòng)力系統(tǒng)相結(jié)合，構(gòu)成動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。高級(jí)轎車(chē)和重型載貨汽車(chē)為了使轉(zhuǎn)向輕便，多采用這種動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。采用液力式動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)，由于液體的阻尼作用，吸收了路面上的沖擊載荷，故可采用可逆程度大、正效率又高的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)。
為了避免汽車(chē)在撞車(chē)時(shí)司機(jī)受到的轉(zhuǎn)向盤(pán)的傷害，除了在轉(zhuǎn)向盤(pán)中間可安裝安全氣囊外，還可在轉(zhuǎn)向系中設(shè)置防傷裝置。為了緩和來(lái)自路面的沖擊、衰減轉(zhuǎn)向輪的擺振和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的震動(dòng)，有的還裝有轉(zhuǎn)向減振器。
多數(shù)兩軸及三軸汽車(chē)僅用前輪轉(zhuǎn)向；為了提高操縱穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性，某些現(xiàn)代轎車(chē)采用全四輪轉(zhuǎn)向；多軸汽車(chē)根據(jù)對(duì)機(jī)動(dòng)性的要求，有時(shí)要增加轉(zhuǎn)向輪的數(shù)目，制止采用全輪轉(zhuǎn)向 。
3.4轉(zhuǎn)角及最小轉(zhuǎn)彎半徑
汽車(chē)的機(jī)動(dòng)性，常用最小轉(zhuǎn)彎半徑來(lái)衡量，但汽車(chē)的高機(jī)動(dòng)性則應(yīng)由兩個(gè)條件保證。即首先應(yīng)使左、右轉(zhuǎn)向輪處于最大轉(zhuǎn)角時(shí)前外輪的轉(zhuǎn)彎值在汽車(chē)軸距的2~2.5倍范圍內(nèi)；其次，應(yīng)這樣選擇轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比，即由轉(zhuǎn)向盤(pán)處于中間的位置向左或右旋轉(zhuǎn)至極限位置的總旋轉(zhuǎn)全書(shū)，對(duì)轎車(chē)應(yīng)不超過(guò)1.8圈，對(duì)貨車(chē)不應(yīng)超過(guò)3.0圈。
兩軸汽車(chē)在轉(zhuǎn)向時(shí)，若不考慮輪胎的側(cè)向偏離，則為了滿(mǎn)足上述對(duì)轉(zhuǎn)向系的第(2)條要求，其內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪理想的轉(zhuǎn)角關(guān)系如圖3-3所示，由下式?jīng)Q定：
(3-1)
式中：—外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角；
—內(nèi)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角；
K—兩轉(zhuǎn)向主銷(xiāo)中心線(xiàn)與地面交點(diǎn)間的距離；
L—軸距
內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的合理匹配是由轉(zhuǎn)向梯形來(lái)保證。
圖3-3 理想的內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角間的關(guān)系
汽車(chē)的最小轉(zhuǎn)彎半徑與其內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪在最大轉(zhuǎn)角與、軸距L、主銷(xiāo)距K及轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)臂a等尺寸有關(guān)。在轉(zhuǎn)向過(guò)程中除內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角外，其他參數(shù)是不變的。最小轉(zhuǎn)彎半徑是指汽車(chē)在轉(zhuǎn)向輪處于最大轉(zhuǎn)角的條件下以低速轉(zhuǎn)彎時(shí)前外輪與地面接觸點(diǎn)的軌跡構(gòu)成圓周的半徑?？砂聪率接?jì)算：
(3-2)
通常為35o～40o，為了減小值，值有時(shí)可達(dá)到45o
操縱輕便型的要求是通過(guò)合理地選擇轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比、力傳動(dòng)比和傳動(dòng)效率來(lái)達(dá)到。
對(duì)轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向盤(pán)或轉(zhuǎn)向輪能自動(dòng)回正的要求和對(duì)汽車(chē)直線(xiàn)行駛穩(wěn)動(dòng)性的要求則主要是通過(guò)合理的選擇主銷(xiāo)后傾角和內(nèi)傾角，消除轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)間隙以及選用可逆式轉(zhuǎn)向器來(lái)達(dá)到。但要使傳遞到轉(zhuǎn)向盤(pán)上的反向沖擊小，則轉(zhuǎn)向器的逆效率有不宜太高。至于對(duì)轉(zhuǎn)向系的最后兩條要求則主要是通過(guò)合理地選擇結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)布置來(lái)解決。
轉(zhuǎn)向器及其縱拉桿與緊固件的稱(chēng)重，約為中級(jí)以及上轎車(chē)、載貨汽車(chē)底盤(pán)干重的1.0%～1.4%；小排量以及下轎車(chē)干重的1.5%～2.0%。轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)型式隊(duì)汽車(chē)的自身質(zhì)量影響較小。
第四章. 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析
4.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器[6]
齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器由與轉(zhuǎn)向軸做成一體的轉(zhuǎn)向齒輪和常與轉(zhuǎn)向橫拉桿做成一體的齒條組成。與其他形式的轉(zhuǎn)向器比較，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器最主要的優(yōu)點(diǎn)是：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)向器的質(zhì)量比較?。粋鲃?dòng)效率高達(dá)90%；齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙以后，利用裝在齒條背部、靠近主動(dòng)小齒輪處的壓緊力可以調(diào)節(jié)的彈簧。能自動(dòng)消除齒間間隙，這不僅可以提高轉(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)向器占用的體積?。粵](méi)有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，所以轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角可以增大；制造成本低。
齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：因逆效率高，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轉(zhuǎn)向盤(pán)，稱(chēng)之為反沖。反沖現(xiàn)象會(huì)使駕駛員精神緊張，并難以準(zhǔn)確控制汽車(chē)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。
根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點(diǎn)不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向起有四種形式：中間輸入，兩端輸出；側(cè)面輸入，兩端輸出；側(cè)面輸入，中間輸出；側(cè)面輸入，一端輸出。
采用側(cè)面輸入，中間輸出方案時(shí)，與齒條連的左，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定連接，因此，兩拉桿那與齒條同時(shí)向左或右移動(dòng)，為此在轉(zhuǎn)向器殼體上開(kāi)有軸向的長(zhǎng)槽，從而降低了它的強(qiáng)度。
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。
側(cè)面輸入，一端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，常用在平頭貨車(chē)上。
容易齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器采用直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合，則運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)降低，沖擊大，工作噪聲增加。此外，齒輪軸線(xiàn)與齒條軸線(xiàn)之間的夾角只能是直角，為此因與總體布置不適應(yīng)而遭淘汰。采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，重合度增加，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊與工作噪聲均下降，而且齒輪軸線(xiàn)與齒條軸線(xiàn)之間的夾角易于滿(mǎn)足總體設(shè)計(jì)的要求。因?yàn)樾饼X工作時(shí)有軸向力作用，所以轉(zhuǎn)向器應(yīng)該采用推力軸承，使軸承壽命降低，還有斜齒輪的滑磨比較大是它的缺點(diǎn)。
齒條斷面形狀有圓形、V形和Y形三種。圓形斷面齒條的制作工藝比較簡(jiǎn)單。V形和Y形斷面齒條與圓形斷面比較，消耗的材料少，約節(jié)省20%，故質(zhì)量小；位于齒下面的兩斜面與齒條托座接觸，可用來(lái)防止齒條繞軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)；Y形斷面齒條的齒寬可以做得寬些，因而強(qiáng)度得到增加。在齒條與托座之間通常裝有用減磨材料（如聚四氟乙烯）做的墊片，以減少滑動(dòng)摩擦。當(dāng)車(chē)輪跳動(dòng)、轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向器工作時(shí)，如在齒條上作用有能使齒條旋轉(zhuǎn)的力矩時(shí)，應(yīng)選用V形和Y形斷面齒條，用來(lái)防止因齒條旋轉(zhuǎn)而破壞齒輪、齒條的齒不能正確嚙合的情況出現(xiàn)。
為了防止齒條旋轉(zhuǎn)，也有在轉(zhuǎn)向器殼體上設(shè)計(jì)導(dǎo)向槽的，槽內(nèi)嵌裝導(dǎo)向塊，并將拉桿、導(dǎo)向塊與齒條固定在一起。齒條移動(dòng)時(shí)導(dǎo)向塊在導(dǎo)向槽內(nèi)隨之移動(dòng)，齒條旋轉(zhuǎn)時(shí)導(dǎo)向塊可防止齒條旋轉(zhuǎn)。要求這種結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向塊與導(dǎo)向槽之間的配合要適當(dāng)。配合過(guò)緊會(huì)為轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)向輪回正帶來(lái)困難，配合過(guò)松齒條仍能旋轉(zhuǎn)，并伴有敲擊噪聲。
根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對(duì)前軸位置的不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在汽車(chē)上有四種布置：形式轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形。
齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于乘用車(chē)上。載質(zhì)量不大，前輪采用獨(dú)立懸架的貨車(chē)和客車(chē)有些也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。
4.2循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器
循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器有螺桿和螺母共同形成的落選槽內(nèi)裝鋼球構(gòu)成的傳動(dòng)副，以及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動(dòng)副組成，如圖3-1所示。
圖4-1 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器示意圖
循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是：在螺桿和螺母之間因?yàn)橛锌梢匝h(huán)流動(dòng)的鋼球，將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，因而傳動(dòng)效率可以達(dá)到75%～85%；在結(jié)構(gòu)和工藝上采取措施后，包括提高制造精度，改善工作表面的表面粗糙度和螺桿、螺母上的螺旋槽經(jīng)淬火和磨削加工，使之有足夠的使用壽命；轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比可以變化；工作平穩(wěn)可靠；齒條和齒扇之間的間隙調(diào)整工作容易進(jìn)行，（圖4-2）；適合用來(lái)做整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。
圖4-2 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)
循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：逆效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，制造精度要求高。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要用于商用車(chē)上。
4.3 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器
蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器由蝸桿和滾輪嚙合而構(gòu)成。主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；制造容易；因?yàn)闈L輪的齒面和蝸桿上的螺紋呈面接觸，所以有比較高的強(qiáng)度，工作可靠，磨損小，壽命長(zhǎng)；逆效率低。
蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：正效率低；工作齒面磨損以后，調(diào)整嚙合間隙比較困難；轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比不能變化。
這種轉(zhuǎn)向器曾在汽車(chē)上廣泛使用過(guò)。
4.4蝸桿指銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器
蝸桿指銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器的銷(xiāo)子如不能自轉(zhuǎn)，稱(chēng)為固定銷(xiāo)式蝸桿指銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器；銷(xiāo)子除隨同搖臂軸轉(zhuǎn)動(dòng)外，還能繞自身州縣轉(zhuǎn)動(dòng)的，稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器。根據(jù)銷(xiāo)子數(shù)量不同，又有單銷(xiāo)和雙銷(xiāo)之分。
蝸桿指銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是：轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比可以做成不變的或者變化的；指銷(xiāo)和蝸桿之間的工作面磨損后，調(diào)整間隙工作容易進(jìn)行。
固定銷(xiāo)蝸桿指銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易；但是因銷(xiāo)子不能自轉(zhuǎn)，銷(xiāo)子的工作部位基本保持不變，所以磨損快、工作效率低。旋轉(zhuǎn)銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器的效率高、磨損慢，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
要求搖臂軸有較大的轉(zhuǎn)角時(shí)，應(yīng)該采用雙銷(xiāo)式結(jié)構(gòu)。雙銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器在直線(xiàn)行駛區(qū)域附近，兩個(gè)銷(xiāo)子同時(shí)工作，可降低銷(xiāo)子上的負(fù)荷，減少磨損。當(dāng)一個(gè)銷(xiāo)子脫離嚙合狀態(tài)是，另一個(gè)銷(xiāo)子要承受全部作用力，而恰恰在此位置，作用力達(dá)到最大值，所以設(shè)計(jì)師要注意核算其強(qiáng)度。雙銷(xiāo)與單銷(xiāo)蝸桿指銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器比較，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸和質(zhì)量大，并且對(duì)兩主銷(xiāo)間的位置精度、蝸桿上螺紋槽的形狀及尺寸精度等要求高。此外，傳動(dòng)比的變化特性和傳動(dòng)間隙特性的變化受限制。
蝸桿指銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器應(yīng)用較少。
第五章.轉(zhuǎn)向系的主要性能參數(shù)
5.1轉(zhuǎn)向系的效率
功率從轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出所求得的效率稱(chēng)為轉(zhuǎn)向器的正效率，用符號(hào)表示，；反之稱(chēng)為逆效率，用符號(hào)表示。
正效率計(jì)算公式：
（5-1）
逆效率計(jì)算公式：
（5-2）
式中， 為作用在轉(zhuǎn)向軸上的功率；為轉(zhuǎn)向器中的磨擦功率；為作用在轉(zhuǎn)向搖臂軸上的功率。
正效率高，轉(zhuǎn)向輕便；轉(zhuǎn)向器應(yīng)具有一定逆效率，以保證轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤(pán)的自動(dòng)返回能力。但為了減小傳至轉(zhuǎn)向盤(pán)上的路面沖擊力，防止打手，又要求此逆效率盡可能低。
影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有轉(zhuǎn)向器的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。
5.1.1轉(zhuǎn)向器的正效率
影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有轉(zhuǎn)向器的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。
（1）轉(zhuǎn)向器類(lèi)型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與效率
在四種轉(zhuǎn)向器中，齒輪齒條式、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率比較高，而蝸桿指銷(xiāo)式特別是固定銷(xiāo)和蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的正效率要明顯的低些。
同一類(lèi)型轉(zhuǎn)向器，因結(jié)構(gòu)不同效率也不一樣。如蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的滾輪與支持軸之間的軸承可以選用滾針軸承、圓錐滾子軸承和球軸承。選用滾針軸承時(shí)，除滾輪與滾針之間有摩擦損失外，滾輪側(cè)翼與墊片之間還存在滑動(dòng)摩擦損失，故這種軸向器的效率η+僅有54%。另外兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器效率分別為70%和75%。
轉(zhuǎn)向搖臂軸的軸承采用滾針軸承比采用滑動(dòng)軸承可使正或逆效率提高約10%。
（2）轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率
如果忽略軸承和其經(jīng)地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，對(duì)于蝸桿類(lèi)轉(zhuǎn)向器，其效率可用下式計(jì)算
（5-3）
式中，a0為蝸桿（或螺桿）的螺線(xiàn)導(dǎo)程角；ρ為摩擦角，ρ=arctanf；f為磨擦因數(shù)。
5.1.2轉(zhuǎn)向器的逆效率
根據(jù)逆效率不同，轉(zhuǎn)向器有可逆式、極限可逆式和不可逆式之分。
路面作用在車(chē)輪上的力，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向系可大部分傳遞到轉(zhuǎn)向盤(pán)，這種逆效率較高的轉(zhuǎn)向器屬于可逆式。它能保證轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤(pán)自動(dòng)回正，既可以減輕駕駛員的疲勞，又可以提高行駛安全性。但是，在不平路面上行駛時(shí)，傳至轉(zhuǎn)向盤(pán)上的車(chē)輪沖擊力，易使駕駛員疲勞，影響安全行駕駛。
屬于可逆式的轉(zhuǎn)向器有齒輪齒條式和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。
不可逆式和極限可逆式轉(zhuǎn)向器
不可逆式轉(zhuǎn)向器，是指車(chē)輪受到的沖擊力不能傳到轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)向器。該沖擊力轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件承受，因而這些零件容易損壞。同時(shí)，它既不能保證車(chē)輪自動(dòng)回正，駕駛員又缺乏路面感覺(jué)，因此，現(xiàn)代汽車(chē)不采用這種轉(zhuǎn)向器。
極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于可逆式與不可逆式轉(zhuǎn)向器兩者之間。在車(chē)輪受到?jīng)_擊力作用時(shí)，此力只有較小一部分傳至轉(zhuǎn)向盤(pán)。
如果忽略軸承和其它地方的磨擦損失，只考慮嚙合副的磨擦損失，則逆效率可用下式計(jì)算
（5-4）
式（5-3）和式（5-4）表明：增加導(dǎo)程角，正、逆效率均增大。受增大的影響，不宜取得過(guò)大。當(dāng)導(dǎo)程角小于或等于磨擦角時(shí)，逆效率為負(fù)值或者為零，此時(shí)表明該轉(zhuǎn)向器是不可逆式轉(zhuǎn)向器。為此，導(dǎo)程角必須大于磨擦角。
5.2傳動(dòng)比變化特性
5.2.1轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比
轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比。
轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比:
（5-5）
＝81.22
轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比:
（5-6）
轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比由轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比
組成，
即 （5-7）
轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比:
（5-8）
＝22
轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比:
?。?-9）
5.2.2力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系
轉(zhuǎn)向阻力與轉(zhuǎn)向阻力矩的關(guān)系式：
（5-10）
作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的手力與作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的力矩的關(guān)系式：
（5-11）
=41.54 N
將式（5-10）、式（5-11）代入 后得到
（5-12）
=81.22
如果忽略磨擦損失，根據(jù)能量守恒原理，2Mr/Mh可用下式表示
（5-13）
將式（5-10）代入式（5-11）后得到
（5-14）
當(dāng)a和Dsw不變時(shí)，力傳動(dòng)比越大，雖然轉(zhuǎn)向越輕，但也越大，表明轉(zhuǎn)向不靈敏。
5.2.3轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的選擇
轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比可以設(shè)計(jì)成減小、增大或保持不變的。影響選取角傳動(dòng)比變化規(guī)律的主要因素是轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大小和對(duì)汽車(chē)機(jī)動(dòng)能力的要求。
若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷小或采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向的汽車(chē)，不存在轉(zhuǎn)向沉重問(wèn)題，應(yīng)取較小的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比，以提高汽車(chē)的機(jī)動(dòng)能力。若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大，汽車(chē)低速急轉(zhuǎn)彎時(shí)的操縱輕便性問(wèn)題突出，應(yīng)選用大些的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比。
汽車(chē)以較高車(chē)速轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，要求轉(zhuǎn)向輪反應(yīng)靈敏，轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比應(yīng)當(dāng)小些。汽車(chē)高速直線(xiàn)行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)在中間位置的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比不宜過(guò)小。否則轉(zhuǎn)向過(guò)分敏感，使駕駛員精確控制轉(zhuǎn)向輪的運(yùn)動(dòng)有困難。
轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比變化曲線(xiàn)應(yīng)選用大致呈中間小兩端大些的下凹形曲線(xiàn)，如圖5-1所示。
圖5-1轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比變化特性曲線(xiàn)
5.3轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙△t
傳動(dòng)間隙是指各種轉(zhuǎn)向器中傳動(dòng)副之間的間隙。該間隙隨轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的大小不同而改變，并把這種變化關(guān)系稱(chēng)為轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性（圖5-2）。
研究該特性的意義在于它與直線(xiàn)行駛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向器的使用壽命有關(guān)。
傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙在轉(zhuǎn)向盤(pán)處于中間及其附近位置時(shí)要極小，最好無(wú)間隙。若轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副存在傳動(dòng)間隙，一旦轉(zhuǎn)向輪受到側(cè)向力作用，車(chē)輪將偏離原行駛位置，使汽車(chē)失去穩(wěn)定。
傳動(dòng)副在中間及其附近位置因使用頻繁，磨損速度要比兩端快。在中間附近位置因磨損造成的間隙過(guò)大時(shí)，必須經(jīng)調(diào)整消除該處間隙。
為此，傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成圖5-2所示的逐漸加大的形狀。
圖5-2 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性
轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性 圖中曲線(xiàn)1表明轉(zhuǎn)向器在磨損前的間隙變化特性；曲線(xiàn)2表明使用并磨損后的間隙變化特性，并且在中間位置處已出現(xiàn)較大間隙；曲線(xiàn)3表明調(diào)整后并消除中間位置處間隙的轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)間隙變化特性。
5.4轉(zhuǎn)向盤(pán)的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)
轉(zhuǎn)向盤(pán)從一個(gè)極端位置轉(zhuǎn)到另一個(gè)極端位置時(shí)所轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)稱(chēng)為轉(zhuǎn)向盤(pán)的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)。它與轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比有關(guān)，并影響轉(zhuǎn)向的操縱輕便性和靈敏性。轎車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)的總轉(zhuǎn)動(dòng)閣數(shù)較少，一般約在3.6圈以?xún)?nèi)；貨車(chē)一般不宜超過(guò)6圈。
第六章 .轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)計(jì)算
6.1轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定[8]
為了保證行駛安全，組成轉(zhuǎn)向系的各零件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。欲驗(yàn)算轉(zhuǎn)向系零件的強(qiáng)度，需首先確定作用在各零件上的力。影響這些力的主要因素有轉(zhuǎn)向軸的負(fù)荷，地面阻力和輪胎氣壓等。為轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力、車(chē)輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦阻力等。
精確地計(jì)算這些力是困難的，為此推薦用足夠精確的半經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算汽車(chē)在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力距（N?mm),即
(6-1)
＝147623.29 N?mm
式中，f為輪胎和路面見(jiàn)的摩擦因素，一般取0.7；為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷（N）;p為輪胎氣壓（MPa）。
作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的手力為
（6-2）
＝41.54 N
式中， 為轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)；為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)；為轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑；為轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比；為轉(zhuǎn)向器正效率。
6.2轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)
6.2.1參數(shù)的選取[9]
搖臂軸直徑/mm
26
鋼球中心距D/mm
25
螺桿外徑/mm
23
鋼球直徑d /mm
5.556
螺距P /mm
8.731
工作圈數(shù)W
1.5
螺母長(zhǎng)度L /mm
45
導(dǎo)管壁厚 /mm
1.5
鋼球直徑與導(dǎo)管內(nèi)徑之間的間隙e/mm
0.5
螺線(xiàn)導(dǎo)程角/o
7
法向壓力角/o
20
接觸角/o
45
環(huán)流行數(shù)
2
6.2.2計(jì)算參數(shù)
1.螺母內(nèi)徑應(yīng)大于，一般要求
（6-3）
=+（5%~10%）D=25+8%*25
=27
2. 鋼球數(shù)量n
n=個(gè) （6-4）
≈22個(gè)
3. 滾道截面半徑R
R=（0.51~0.53）d=0.525.556=2.889 mm （6-5）
6.3循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件強(qiáng)度計(jì)算[10]
6.3.1鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力
=k （6-6）
=2253.34
式中，k為系數(shù)，根據(jù)A/B值查表，A=[（1/r）-(1/)]/2, B=[(1/r)+(1/)]/2; 為滾道截面半徑，k取2.271；r為鋼球半徑；為螺桿外徑；E為材料彈性模量，等于2.110MP；為鋼球與螺桿之間的正壓力，即
= （6-7）
＝342.43
式中，為螺桿螺線(xiàn)的導(dǎo)程角；為接觸角；n為參與工作的鋼球數(shù)；為作用在螺桿上的軸向力當(dāng)接觸表面硬度為58~64HRC；拍－時(shí)，許用接觸應(yīng)力[]=2500 MP
由于<[],因此滿(mǎn)足強(qiáng)度。
6.3.2轉(zhuǎn)向搖臂直徑的確定
轉(zhuǎn)向搖臂直徑d為
式中，K為安全系數(shù)，根據(jù)汽車(chē)使用條件不同可取2.5~3.5；為轉(zhuǎn)向阻力矩；為扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限。
搖臂軸用20CrMnTi鋼制造，表面滲碳，滲碳層深度在0.8~1.2mm。對(duì)于前軸負(fù)荷大的汽車(chē)，滲碳層深度為1.05~1.45mm。表面硬度為58~63HRC
第七章 動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
7.1對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的要求[11]
1.運(yùn)動(dòng)學(xué)上應(yīng)保持轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角和駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)角之間保持一定的比例關(guān)系。
2.隨著轉(zhuǎn)向輪阻力的增大（或減?。?，作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的手力必須增大（或減?。?，稱(chēng)之為“路感”。
3.當(dāng)作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的切向力≥0.025～0.190kN時(shí)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向器就應(yīng)開(kāi)始工作。
4.轉(zhuǎn)向后,轉(zhuǎn)向盤(pán)應(yīng)自動(dòng)回正，并使汽車(chē)保持在穩(wěn)定的直線(xiàn)行駛狀態(tài)。
5.工作靈敏，即轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)后，系統(tǒng)內(nèi)壓力能很快增長(zhǎng)到最大值。
6.動(dòng)力轉(zhuǎn)向失靈時(shí)，仍能用機(jī)械系統(tǒng)操縱車(chē)輪轉(zhuǎn)向。
7.密封性能好，內(nèi)、外泄漏少。
7.2液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的計(jì)算
7.2.1動(dòng)力缸尺寸計(jì)算
動(dòng)力缸的主要尺寸有動(dòng)力缸內(nèi)徑、活塞行程、活塞桿直徑和動(dòng)力缸體壁厚。
動(dòng)力缸產(chǎn)生的推力F為
式中，為轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)度；L為轉(zhuǎn)向搖臂軸到動(dòng)力缸活塞之間的距離。
推力F與工作油液壓力p和動(dòng)力缸截面面積S之間有如下關(guān)系