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3.1转向器设计要求
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#xff08;2#xff09;汽车转向行驶后…3转向器总成方案分析3.1转向器设计要求1汽车转弯行驶时全部车轮应绕顺时针方向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情况下转向轮能自动返回到直线行驶位置并稳定行驶。3汽车在任何行驶状态下转向轮不得产生振动转向盘没有摆动。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。5保证汽车有较高的机动性具有快速和小转弯能力。6操纵轻便。7转向轮碰到障碍物以后传给转向盘的反冲力要尽可能小。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的调整机构。9在车祸中当转向轴和转向盘由于车架或车身的变形而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转动方向一致。正确设计转向梯形机构可以使第一项得到保证。转向系中设有转向减震器时能够防止转向轮产生振动同时又能使传动转向盘上的反冲力明显下降。为了使汽车具有良好的机动性能必须使转向轮有尽可能大的转角并要达到按前外轮车轮轨迹计算其最小转弯半径能达到汽车轴距的2-2.5倍。通常用转向时驾驶员作用在转向盘上的切向力大小和转向盘转动圈数多少两项指标来评价操纵轻便性。没有动力转向的轿车在行驶中转向此力应为50-100N有动力转向时此力在20-50N。当货车从直线行驶状态以10Km/h的速度在柏油路或水泥的水平路段上转入沿半径12m的圆周行驶且路面干燥若转向系内没有装动力转向器上述切向力不得超过250N;有动力转向器时不得超过120N。轿车转向盘从中间位置转到每一端的圈数不得超过2.0圈货车则要求不超过3.0圈。[3]3.2转向器总成方案设计循环球式转向器又称为综合式转向器因为它由两级传动副组成是目前国内、外汽车上较为流行的一种结构形式。循环球式转向器中一般有两级传动副第一级是由螺杆和螺母共同形成的螺旋槽内装有钢球构成的传动副第二级是由螺母上齿条与摇臂轴上齿扇构成的齿条-齿扇传动副。转向时转动转向盘与转向轴连为一体的螺杆带动方形螺母作轴向移动因螺杆在轴向方向固定在转向器壳上螺母的下端制成齿条因而能带动与转向摇臂轴做成一体的齿扇的转动。图3-1所示为一循环球式齿条-齿扇转向器。转向螺杆的轴径支撑在两个角接触球轴承上轴承紧度可用调整垫片调整。转向螺母外侧的下平面加工成齿条与齿扇轴即摇臂轴上的齿扇啮合。可见转向螺母即是第一级传动副的从动件也是第二级传动副齿条-齿扇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转向螺母不能转动只能轴向移动并驱使齿扇轴转动。1转向摇臂 2向心推力球轴承 3螺杆副总成 4壳体组件 5螺栓 6上盖调整垫片8上盖 9柱管夹子 10螺杆油封 11铁丝 12顶丝 13柱管 14转向轴组件 15支承套16自攻螺钉17螺母M12X1.25 18螺母MB 19螺栓20垫圈21滤气螺塞图3-1 循环球式齿条-齿扇转向器为了减少转向螺杆和转向螺母之间的摩擦和磨损二者的螺纹制成半圆形凹槽并不直接接触其间装有许多钢球从而将滑动摩擦变为滚动摩擦。转向螺杆和螺母上都加工出断面轮廓为两段或三段不同心圆弧组成近似半圆的螺旋槽。两者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面的螺旋管状通道这样可以使转向螺母和转向螺杆轴向定位好滚道和钢球间有间隙可以用来贮存碎屑和润滑油有助于减少螺母和螺杆之间的磨损。螺母侧面有两对通孔可将钢球从此孔塞入螺旋形通道内。两根U形钢球导管的两端插入螺母侧面的两对通孔中导管内也装满了钢球。这样两根导管和螺母内的螺旋管状通道组成两条各自独立的封闭的钢球“流道”。转向螺杆转动时通过钢球将力传给转向螺母螺母即沿轴向移动。同时在螺杆与螺母两者和钢球间的摩擦力偶作用下所有钢球便在螺旋管状通道内滚动形成“球流”。钢球在管状通道内绕行1.5周后流出螺母而进入导管的一端再由导管另一端流回螺旋管状通道。因此在转向器工作时两列钢球只是在各自封闭的“流道”内循环而不致脱出。与齿条相啮合的齿扇其齿厚是在分度圆上沿齿扇轴线按线性关系变化的故为变厚齿扇。只要使齿扇轴相对于齿条作轴向移动即能调整两者的啮合间隙。调整螺钉装在侧盖上并用螺母锁紧。齿扇轴内侧端部有切槽调整螺钉的圆柱形端头即嵌入此切槽中。将调整螺钉旋入则啮合间隙减少反之则啮合间隙增大。循环球式转向器在螺杆和螺母之间因为有可以循环流动的钢球将滑动摩擦变为滚动摩擦因而其正传动效率很高可达90%95%故操纵轻便在结构和工艺上采取措施可保证有足够的使用寿命工作平稳可靠齿条和齿扇之间的间隙调整工作容易进行。但其逆效率高容易将路面冲击力传动转向盘。不过对于前轴轴载质量不大而又经常在平坦路面上行使的轻中型载货汽车而言这一缺点影响不大而对于载重量较大的汽车使用循环球式转向器时除可以在转向器中增加吸振装置以减少路面冲击反力外往往装有液力转向加力器。由于循环球式转向器在结构上便于与液力转向加力器设计为一个整体而液力系统又正可以缓和路面的冲击因此循环球式转向器得到日益广泛的应用。4循环球式转向器主要尺寸参数的选择1钢球中心距D、螺杆外径D1、 螺母内径D2尺寸D、D1、D2如图3-1所示. 钢球中心距D是基本尺寸, 螺杆外径D1、螺母内径D2及钢球直径d对确定钢球中心距D的大小有影响而又对转向器结构尺寸和强度有影响。在保证足够的强度条件下,尽可能将D值取小些。选取规律是随着扇齿模数的增大钢球中心距也相应增加。设计时先参考同类型汽车的参数进行选取经强度验算后再进行修正。螺杆外径D1通常在2038mm范围内变化,设计时应根据转向轴负荷的不同来选定.螺母内径D2应大于D1,一般要求D2- D1(5%10%)D.图4-1螺杆钢球螺母传动副5 转向器输出力矩的确定为了保证行驶安全,组成转向系的各零件应有足够的强度。欲验算转向系零件的强度需首先确定作用在各零件上的力。影响这些力的主要因素有转向轴的负荷、路面阻力和轮胎气压等。为转动转向轮要克服阻力,包括转向轮绕主销转动的阻力、车轮稳定阻力、轮胎变形阻力和转向系中的内摩擦力等。精确地计算出这些力是困难的。为此推荐用足够精确的半经验公式来计算汽车在沥青或者混凝土路面上行驶时转向器的输出力矩。G1mg14141014140NM G1L414140 ×1354 477225N.mm式中G1为汽车前轴负荷单位是NM为汽车转向器的输出力矩单位是N.mmm为汽车的前轴负荷单位是Kgg为重力加速度计算时取g10N/KgL为汽车转向摇臂中心距转向摇臂大端锥形三角花键轴颈中心与转向摇臂小端的球头销中心之间的距离单位是mm。6 轴的设计计算及校核6.1 转向摇臂轴即齿形齿扇轴的设计计算6.1.1材料的选择摇臂轴用20CrMnTi钢制造由于前轴负荷不大螺纹、三角花键和卡簧槽部表面不渗碳其余表面渗碳层深度在0.81.2mm。表面硬度为5863HRC。6.1.2结构设计轴结构如图6-1所示轴伸出壳体的部分制成锥形渐开线花键并使用螺母紧固这样可以保证转向摇臂能紧紧压靠到轴上使之联结紧固、无间隙、工作可靠花键的加工工艺与齿轮相同由于齿扇和齿条在工作时存在摩擦力工作一段时间后会产生间隙为使此间隙的调整工作容易进行故将齿扇设计成变厚齿扇。6.1.3轴的设计计算1渐开线花键的设计计算花键连接常根据被连接件的特点、尺寸、使用要求和工作条件确定其类型、尺寸然后进行必要的强度校核计算。图6-1转向摇臂轴结构简图本轴的渐开线花键可选择45°花键模数为m0.8,齿数为Z36压力角为45°。6.2.1材料选择螺杆轴用20CrMnTi钢制造热处理钢球滚道处渗碳层深度在0.81.2mm表面淬火HRC 5863。20轴径硬度HRC40渐开线花键处不渗碳。6.2.2结构设计轴的结构如图所示图6-4 螺杆轴结构简图考虑轴向固定内侧采用轴肩又考虑角接触球轴承的标准故左右轴径均取d20mm左端轴径长度为14mm比轴承宽度小4mm以便将轴承可靠地固定在转向螺杆轴上为使汽车转向螺杆轴中心与转向万节的中心能保持高度一致二者的连接采用渐开线花键连接花键的加工工艺与齿轮相同为减少螺杆和螺母之间的摩擦提高传动效率在螺杆和螺母的滚道之间放置适量的钢球为防止钢球沿滚道滚出在螺母上设有钢球返回装置使钢球通过此装置自动返回入口处从而形成循环回路。[5]