1 绪论 (1)
1.1课题背景 (1)
1.2 国内外研究现状 (3)
1.3 研究目的及意义 (3)
1.4 研究内容和设计方法 (3)
2 转向器的设计 (4)
2.1 转向系统简介 (4)
2.2 机械转向系 (5)
2.2.1 转向操纵机构 (6)
2.2.2 转向器 (6)
2.2.3 转向传动机构 (8)
2.3 转向系主要性能参数 (8)
2.3.1 转向器的效率 (8)
2.3.2 传动比的变化特性 (10)
2.4 主要尺寸参数的选择 (12)
2.4.1 螺杆、钢球、螺母传动副设计 (15)
2.4.2 齿条、齿扇传动副设计 (19)
2.5转向器的计算和校核 (21)
2.5.1循环球式转向器零件的强度计算 (21)
2.5.2 转向摇臂轴直径的确定 (24)
3结论 (25)
致谢 (26)
I
汽车是一种性能要求高，负荷变化大的运输工具。转向系统作为汽车的关键部件之一，更需要了解和掌握。转向器作为转向系统中最重要的组成部件，对它进行深入的研究便显得意义重大。循环球式转向器主要由螺杆、螺母、钢球、转向器壳体等组成，具有较高的传动效率，操纵轻便，磨损较小，使用寿命长，近年来得到广泛使用。根据现用的国家标准并依据轻型汽车的循环球转向器数据，按照汽车设计的原则设计一款循环球转向器，完成三维图形和零件平面图的绘制，使其能够满足现代轿车的国家标准要求。
关键词: 循环球;转向器;设计;分析
II
Abstract
Automobile is a transport machine with high-performance and variable loads. Steering system is one of the key components for vehicles and need to be understood and grasped. As the most important part of steering system, steering gear need to be studied importantly. Circulating ball-type steering gear contains screw, nut, ball, steering gear housing, etc. It has many Advantages, such as high transmission efficiency, light manipulation, less wear and long service life, so as to be widely used in recent years. According to current national standards and the ball steering vehicle data of BJ2020, a cycle ball steering is designed by the automotive principles, and some three-dimensional graphics and rendering parts of the plan are completed, so as to meet the national standards of Modern utility vehicle.
Key words: Circulating ball;Steering gear;Design;Analysis
III
1 绪论
1.1课题背景
转向器还被称为转向机、方向机，它是转向系中最重要的部件之一。转向器的作用是：增大转向盘传到转向传动机构的力和改变力的传递方向。
转向器按结分类可分为很多种。但是现阶段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。如果按照助力方式分类的话，又可以分为机械式（无助力）和动力式（有助力）两种，其中动力转向器又可以分为气压动力式、液压动力式、电动助力式、电液助力式等种类。
（1）齿轮齿条式转向器
齿轮齿条式转向器是一种最常见的转向器类型。基本运行配合是一对相互啮合的小齿轮和齿条。转向轴转动带动小齿轮旋转，齿条做直线运动。当靠齿条来直接带动横拉杆时，就可以使得转向轮转向。所以，这是一种最简单的转向器类型。它的优点主要有结构简单，成本低，转向灵敏，体积小，直接带动横拉杆。在汽车上得到广泛应用。
（2）蜗杆曲柄销式转向器
蜗杆曲柄销式转向器，它是以蜗杆为主动件，曲柄销为从动件的转向器。蜗杆上有梯形螺纹，锥形指销用轴承支撑在曲柄上，曲柄与转向摇臂轴连成一体。转向时，通过转向盘转动蜗杆，嵌于蜗杆螺旋槽中的锥形指销一边自转，一边绕转向摇臂轴做圆弧运动，带动转向垂臂和曲柄摆动运动，然后再通过转向传动机构使转向轮转向。这种转向器通常应用于转向力较大的载货汽车上。
（3）循环球式转向器
这种转向器是用齿轮机构把从转向盘来的旋转力减速，使转向盘旋转运动变转为涡轮蜗杆的旋转运动，滚珠螺杆和螺母夹着钢球，使得滚珠螺杆的旋转运动转变为直线运动，螺母与扇形齿轮啮合，直线运动重新转变为旋转运动，使连杆臂摇动。循环球式转向器的原理是应用了螺母与螺栓在旋转过程中产生的相对移
动，而在螺纹与螺纹之间夹入了钢球，可以减小阻力，所有的钢球都在一个首尾相连的封闭的螺旋曲线导管内循环滚动，循环球式故而得名。
（4）齿轮齿条液压助力转向器
齿轮齿条液压助力转向器的名字是相对齿轮齿条机械转向器而言的，主要是在齿轮齿条机械转向器的基础上增加了转向油泵、油壶、油管、阀等部件，目的是改善驾驶员手感，增加转向助力。
进入90年代以来，汽车已经融入我们的生活，我国的经济实力不断增强，人民生活水平大幅度提高，同时也反映出民族汽车工业的巨大进步。
作为汽车最关键部件转向机构得到了相应的发展，基本已形成了专业系列生产的局面。有资料显示，国外有许多的国家的转向器厂家，都已经形成了大规模生产模式，单年产超过百万台，垄断转向器的生产，并且销售向全世界各地。汽车转向器从结构类型分类可以分成很多种，从现在转向器使用的普遍程度来看，主要的转向器类型有四种：有蜗杆销式转向器、蜗杆滚轮式转向器、循环球式转向器、齿轮齿条式型转向器。这四种转向器类型，已经被广泛使用在汽车上[]1。
循环球式转向器和齿轮齿条式转向器，已经成为世界汽车上最普遍使用的两种转向器；而蜗轮-蜗杆式转向器和蜗杆销式转向器，正在逐渐被淘汰。在小客车转向器的发展上，观点各异，美国主要发展循环球式转向器，比率将近90%以上；而西欧主要发展齿轮齿条式转向器，比率超过50%，而法国已经高达95%。
在全世界范围内，汽车循环球式转向器占45%左右；齿条齿轮式转向器在40%左右；蜗杆滚轮式转向器占10%左右；其它型式的转向器占5%左右。所以说循环球式转向器有很大的发展空间。日本汽车转向器的特点是循环球式转向器占的比重变得越来越大，日本不同类型汽车不同型号发动机上，分别采用了不同类型转向器，在公共汽车中使用循环球式转向器已发展到100%了。大型货车小型货车中，也大都采用了循环球式转向器；但齿条齿轮式转向器有所发展；微型货车用循环球式转向器占65%，齿条齿轮式占35%。
由于循环球式转向器发展的优势所在，在中、小型号的车辆上都有非常好的发展空间。由此我们可以很轻易看出循环球式转向器设计具有非常重要的意义，其应用前景也会变得越来越好。
2
1.2 国内外研究现状
循环球式转向器是汽车上一种常用的转向器，主要由螺杆、螺母、钢球、转向器壳体等组成[]2。因螺母与螺杆之间没有滑动摩擦，只有钢球与螺杆及螺母之间的滚动摩擦，所以循环球式转向器具有较高的传动效率，由于有结构复杂，成本高，逐渐的被齿轮齿条式取代。但随着动力转向的应用以及道路行驶条件的改善，“打手”的现象明显减少，正向传动效率很高（最高可达90～95%），操纵轻便，使用寿命长，各种优势逐渐得到体现，因此目前再次得到广泛使用。
汽车车速的快速提高，需要汽车在高速行驶时有非常好的转向稳定性，转向器必须具有相对有较高的刚度要求。循环球式转向器通过大量钢球的滚动接触来传递转向力，具有较大的强度和较好的耐磨性。循环球式转向器的间隙可以调整，齿条齿扇副磨损后可以重新调整间隙，使之具有合适的转向器传动间隙，从而提高转向器寿命，因此适用范围越来越广。我国的转向器也在向以循环球式转向器为主的方向发展。
1.3 研究目的及意义
本次毕业设计主要是针对汽车循环球式转向器，根据一些指定的参数结合《汽车设计》和其他相关书籍中关于转向器的理论知识设计一款循环球式转向器，确定其相关参数，使设计出的转向器符合使用要求。
本文通过对一款循环球式转向器的设计，使其能够满足轻型轿车的需要，并为其今后拓展应用领域奠定理论设计基础。
1.4 研究内容和设计方法
研究内容：
（1）调研收集课题相关资料。结合毕业设计课题进行必要的文献检索，查阅、收集、整理、归纳技术文献和科技情报资料；
（2）深入学习并掌握汽车设计、汽车构造等专业知识；了解循环球转向器设计的指导思想和设计原则；
（3）掌握汽车设计的方法和步骤，参考有关资料、手册和标准，对各总成部件进行选型、计算、校核等；
（4）计算循环球式转向器的主要参数，并对其重要部件进行强度校核，确定相关参数、材料以及装配要求。绘制循环球式转向器的三维模型，按照标准和生产工艺要求，绘制汽车转向器总装配图和主要零件图。
设计方法：根据设计中已知参数并结合理论知识，分析并计算得到循环球式转向器的基本结构参数，然后利用相关经验公式对转向器的重要部件进行强度校核，校核的结果不符合国家相关要求则需要重新计算，当结果满足要求的时候，可确定其相关几何尺寸并完成图纸的绘制，结束本论文的设计工作。
2 转向器的设计
2.1 转向系统简介
转向系统是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，保证各转向轮之间有协调的转角关系。
按照中华人民共和国国家标准GB17675-1999和汽车设计可知，其转向器的设计要求如下[3]：
（1）方向盘必须左置。
（2）不得单独以后轮作为转向车轮。
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（3）不得装用全动力转向机构。
（4）转向时转向车轮的偏转必须是渐进的。
（5）转向系统必须有足够的刚度且坚固耐用，以确保行驶安全。
（6）转向系统必须保证驾驶员在正常驾驶操作位置上能方便、准确地操作，转向系统在任何操作位置上不得与其他零部件有干涉现象。
（7）汽车转向车轮应有自动回正能力，以保持汽车稳定的直线行驶。
（8）后轮也做转向车轮的汽车，具有二根和二根以上转向车轴的全挂车和具有一根和一根以上转向车轴的半挂车，以80km／h（设计车速计）的车速行驶时，驾驶员必须能在不做异常转向修正的条件，保持汽车直线行驶。
（9）以10km／h车速、24m转弯直径前行转弯时，不带助力时转向力应小于245N，带助力转向但助力转向失效时，其转向力应小于588N，机动动作时间正常情况下不得大于4s，带助力转向但助力失效时不得大于65。左右两个方向都要试验。
（10）当汽车前行向左或向右转弯时，转向盘向左向右的回转角和转向力不得有显著差异。
（11）转向系统中的液压、气压或电气部件部分或全部失效后，转向系统必须有控制汽车行驶方向的能力。
（12）当助力转向装置本身无独立的辅助动力源时，必须设有蓄能器。如使用压缩空气，贮气筒上必须设有单向阀。
（13）转向系统所有零部件的设计、结构和安装，必须保证驾驶员正常操作时不会钩挂驾驶员的衣服和饰物；不得有撞车时会加重驾驶员伤害的粗糙表面或尖锐棱角，维修保养时应该容易接近。
2.2 机械转向系
机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源，所有的传力件都是机械连接的。机械转向系共由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。驾驶员对转向盘施加的转向力矩通过转向轴输入转向器。从转向盘到转向传动轴这一系列零件即属于转向操纵机构。作为减速传动装置的转向器中有1、2级减速传动副。经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向横拉杆，再传给固定于转向节上
的转向节臂，使转向节和它所支承的转向轮偏转，从而改变了汽车的行驶方向。这里，转向横拉杆和转向节臂属于转向传动机构。
2.2.1 转向操纵机构
转向操纵机构由方向盘、转向轴、转向管柱等组成[4]，它的作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。
2.2.2 转向器
转向器是完成由旋转运动转变为直线运动的一组齿轮机构，也是转向系中的减速传动装置。目前比较常用的有齿轮齿条式转向器、循环球曲柄指销式转向器、蜗杆曲柄指销式转向器、循环球-齿条齿扇式转向器、蜗杆滚轮式转向器等。
循环球式和齿轮齿条式，是当今世界汽车上最主要使用的两种转向器；蜗杆式转向器和蜗杆销式转向器，正在逐步被淘汰。
循环球式转向器的特点是：效率高，操纵轻便，有一条平滑的操纵力特性曲线。安装方便。适用于大、中型车辆和动力转向系统使用；有便于驾驶员操纵信号。，满足了操纵轻便的要求。中间位置的转向力小、而且经常使用，则要求转向非常灵敏，因此要使中间位置速比小，才可以提高灵敏性。大角度转向位置转向阻力相对较大，但使用次数较少，因此希望大角度位置速比大一些，才可以减小转向力。由于循环球式转向器可实现变速比，应用范围正在变得日益广泛。
应用大量钢球的滚动接触传递转向力，具有相对较大的强度和较好的耐磨性。并且该转向器也可以被设计成具有等强度结构的，这也是它应用广泛的原因之一。
变速比类型的结构具有相对较高的刚度，特别适合高速车辆车速提高时的要求。高速车辆需要汽车在高速时具有相对较好的转向稳定性，保证转向器具有相对较高的刚度。
6
2.4 主要尺寸参数的选择 长安福特福克斯2.0满载前轴载荷为51%Mg，再根据表（2-2）选择齿扇模数为4.5。在确定齿扇模数后，转向器其他参数根据表（2-1）和表（2-3）进行选取。 表2-1 循环球转向器的主要参数 参数数值 齿扇模数/mm 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0 6.5 摇臂轴直径/mm 22 26 30 32 32 38 42 钢球中心距/mm 20 23 25 28 30 35 40 螺杆外径/mm 20 23 25 28 29 34 38 钢球直径/mm 5.556 6.350 6.350 7.144 8.000 螺距/mm 7.938 8.731 9.525 10.000 11.000 工作圈数 1.5 2.5 2.5 环流行数 2 齿扇齿数 5 5 齿扇整圆齿数12 13 18 14 15 齿扇压力角22°30′ 27°30′ 切削角6°30′6°30′7°30′ 齿扇宽/mm 22 25 25 27 25 28 30 28-32 34 38 35 38
表2-2各类汽车循环球转向器的齿扇齿模数 齿扇齿模数 m／mm 3.0 3.5 4．O 4.5 5．O 6.0 6.5 轿车发动机 排量／ ml 500 1000 ～ 1800 1600 ～ 2000 2000 2000 前轴负 荷/N 3500 ～ 3800 4700 ～ 7350 7000 ～ 9000 8300 ～ 11000 10000 ～ 11000 货车和大客车前轴负 荷／N 3000 ～ 5000 4500 ～ 7500 5500 ～ 18500 7000 ～ 19500 9000 ～ 24000 17000 ～ 37000 23000 ～ 44000 最大装 载／kg 350 1000 2500 2700 3500 6000 8000 表2-3 循环球式转向器的部分参数 模数m 螺杆外 径 螺纹升程 螺母长 度 钢球直径 齿扇压 力角 齿扇切 削角 摇臂 轴外 径 3.0 20 7.938 40 5.556 22 30′ 6 30′ 7 30′ 22 3.5 23 8.731 45 5.556 22 30′ 6 30′ 7 30′ 26 4.0 25 9.525 48 6.350 22 30′ 6 30′ 7 30′ 20 4.5 28 9.525 58 7.144 22 30′ 6 30′ 7 30′ 32 5.0 29 10.319 62 7.144 22 30′ 6 30′ 7 30′ 35 根据所选择的齿扇模数，根据表（2-1）和表（2-3）选取对应的参数为：
循环球式转向器的拆装 一、实验目的 1、熟悉转向器的构造、工作原理、拆卸、装配与检查、调整方法。 2、初步掌握循环球式转向器的正确拆装顺序、各零件的特点、检修项目、装配时的注意事项、有关调整的位置和正确方法。 二、实验原理 根据循环球式转向器的组成部分、工作原理和结构特点，以及转向器中各零部件之间的装配关系、动力传递路线，进行循环球式转向器的分拆装实训。 三、使用设备、仪器及材料 1、循环球式转向器总成1个 2、工作台架1个 3、常用、专用工具全套 4、各式量具全套 四、实验步骤 1、将传动轴（传动轴与转向螺杆为一体）套管从传动轴上拆下 2、卸出侧盖锁紧螺母，将齿扇轴（摇臂轴）转到中间位置，再拧下侧盖的4个紧固螺栓，用软质锤或铜棒轻轻敲打齿扇轴端头，卸出侧盖和齿轮扇轴总成（即拧下转向器侧盖的固定螺栓，取下侧盖和转向臂轴总成;） 3、从转向器壳体中卸出转向螺杆及转向螺母总成 4、分解转向螺杆螺母总成（必要时分解）：先拆下固定导管夹螺钉，再拆下管夹，取出导管，最后握住螺母，慢慢地转动螺杆，排出全部钢球 5、观察各零部件的结构特点、有无损坏，以及其工作原理和装配关系
6、装配顺序与上述相反，并按技术要求进行装配 五、实验过程原始记录 1、装入钢球后，转动螺母的轴向窜动量不得大于0.10mm。 2、将轴承内圈压在转向螺杆的轴颈上。 3、组装摇臂轴： （1）、检查用于转向螺母与齿扇啃合间隙的调整螺钉的轴向间隙，此间隙若大0.12mm,则在调整螺钉与摇臂上的轴孔端面间加推力垫片调整。 （2）、摇臂轴承预润滑之后，将摇臂装入壳体内。并按顺序装入推力垫片、调整螺钉、垫圈、弹性挡圈。 4、安装转向器上盖、下盖： （1）、把轴承装入下盖承孔中。 （2）、安装调整垫片和下盖，从壳体孔中放入转向螺杆组件，安装下盖。装下盖之前在结合平面上涂以密封胶。 （3）、把轴承外圈和转向螺杆油封压入上盖，并装入上盖调整垫片和上盖。 （4）、通过增减下盖调整垫片或用下盖上的调整螺塞调整转向螺杆的轴承紧度。然后检查转向盘的转向力矩，一般为 0.6～0.9N·m。 5、安装转向器侧盖： （1）、给油封涂密封胶后,油封唇口向内,均匀地压入壳体上承孔内。 （2）、将转向螺母移至中间位置(转向器总圈数的1/2)，使扇形齿的中间齿与转向螺母的中间齿相啮合，装入摇臂轴组件。 （3）、侧盖密封垫涂以密封胶，再安装、紧固。 6、调整转向器啃合间隙： （1）、使转向器的传动副处于中间位置(直行位置)。 （2）、通过调整螺钉，调整转向器传动副的啃合间隙，在直线位置上应呈
汽车设计课程设计说明书 题目：重型载货汽车转向器设计 姓名：席昌钱 学号：5 同组者：严炳炎、孔祥生、余鹏、李朋超、郑大伟专业班级：09车辆工程2班 指导教师：王丰元、邹旭东
设计任务书 目录 1.转向系分析 (4) 2.机械式转向器方案分析 (8) 3.转向系主要性能参数 (9) 4.转向器设计计算 (14) 5.动力转向机构设计 (16) 6.转向梯形优化设计 (22) 7.结论 (24) 8.参考文献 (25)
1转向系设计 基本要求 1.汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转。 2.操纵轻便，作用于转向盘上的转向力小于200N。 3.转向系的角传动比在23~32之间，正效率在60%以上，逆效率在50%以上。 4.转向灵敏。 5.转向器和转向传动机构中应有间隙调整机构。 6.转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。 基本参数 1.整车尺寸： 11976mm*2395mm*3750mm。 2.轴数/轴距 4/（1950+4550+1350）mm 3.整备质量 12000kg 4.轮胎气压 2.转向系分析 对转向系的要求[3] (1) 保证汽车有较高的机动性，在有限的场地面积内，具有迅速和小半径转弯的能力，同时操作轻便; (2) 汽车转向时，全部车轮应绕一个瞬时转向中心旋转，不应有侧滑; (3) 传给转向盘的反冲要尽可能的小; (4) 转向后，转向盘应自动回正，并应使汽车保持在稳定的直线行驶状态; (5) 发生车祸时，当转向盘和转向轴由于车架和车身变形一起后移时，转向系统最好有保护机构防止伤及乘员. 转向操纵机构 转向操纵机构包括转向盘，转向轴，转向管柱。有时为了布置方便，减小由于装置位置误差及部件相对运动所引起的附加载荷，提高汽车正面碰撞的安全性以及便于拆装，在转向轴与转向器的输入端之间安装转向万向节，如图2-1。采用柔性万向节可减少传至转向轴上的振动，但柔性万向节如果过软，则会影响转向系的刚度。采用动力转向时，还应有转向动力系统。但对于中级以下的轿车和前轴负荷不超过3t的载货汽车，则多数仅在用机械转向系统而无动力转向装置。
汽车课程设计计划 一、题目: 货车总体设计及各总成选型设计 二、要求: 分别为给定基本设计参数的汽车，进行总体设计，计算并匹配合适功率的发动机，轴荷分配和轴数，选择并匹配各总成部件的结构型式，计算确定各总成部件的主要参数；详细计算指定总成的设计参数，绘出指定总成的装配图和部分零件图。其余参数如表1： 表1 三、设计计算要求 .根据已知数据，选取汽车类型、确定轴数、驱动形式、布置形式。注意国家道路交通法规规定和汽车设计规范。 选择轴数：2根驱动形式：4×2 布置形式：平头式发动机前置后驱 .确定汽车主要参数： 1）主要尺寸，可从参考资料中获取； 平头式货车长4000mm 宽1500mm 高2000mm 轴距2500mm 轮距1500mm 前悬300mm 后悬1200mm 车头长度1400mm 2）进行汽车轴荷分配； 4×2后轮单胎满载时：前轴35％后轴65％空载时：前轴55％后轴45％ 3）百公里燃油消耗量； 设计的货车百公里燃油消耗量：3L（100t·km）-1 4）最小转弯直径 货车的最小转弯直径: 5）通过性几何参数 通过性几何参数：hmin 200mmγ1 50°γ2 30°ρ1 5m 6)制动性参数 表
.选定发动机功率、转速、扭矩。可以参考已有的车型。 发动机最大功率Pemax=（m a gf r v amax／3600＋C D Av amax3／76140）／ηTηT为传动系效率，汽车可取90％，m a为汽车总质量；g为重力加速度；f r为滚动阻力系数，对货车取；C D为空气阻力系数，货车取；A为汽车正面投影面积。代入数值；得Pemax= 转速n p取5000r／min 最大转矩转速：T emax=9549×α×P emax／n p α为转矩适应性系数，一般在之间选取，此时取，故T emax =265N·m 因n p／n T在之间选取，故n T取2500 r／min。
" 汽车设计课程设计说明书 题目：汽车齿轮齿条式转向器设计(3) - 系别：机电工程系 专业：车辆工程 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 、 日期： 2012年7月
汽车齿轮齿条式转向器设计 摘要 根据对齿轮齿条式转向器的研究以及资料的查阅，着重阐述了齿轮齿条式转向器类型选择，不同类型齿轮齿条式转向器的优缺点，和各种类型齿轮齿条式转向器应用状况。根据原有数据首先分析转向器的特点，确定总体的结构方案，并确定转向器的计算载荷以及转向器的主要参数，然后确定齿轮齿条的形式，接着对齿轮模数的选择确定，主动小齿轮齿数的确定、压力角的确定、齿轮螺旋角的确定，通过确定转向器的线传动比计算其力传动比以及齿轮齿条的结构参数，在以上的基础上选择主动齿轮、齿条的材料，受力分析，及对齿轮齿条的疲劳强度校核、齿根弯曲疲劳强度校核。修正齿轮齿条式转向器中不合理的数据。通过对齿轮齿条式转向器的设计，选取出相关的零件如：螺钉、轴承等，并在说明书中画出相关零件的零件图。通过说明书并画出齿轮齿条式转向器的零件图2张、装配图1张。 关键词：齿轮齿条，转向器，设计计算 ^ 。
` 目录 序言............................................. 错误!未定义书签。 1.汽车转向装置的发展趋势........................... 错误!未定义书签。 2.课程设计目的..................................... 错误!未定义书签。 3.转向系统的设计要求............................... 错误!未定义书签。 4.齿轮齿条式转向器方案分析......................... 错误!未定义书签。… 5.确定齿轮齿条转向器的形式......................... 错误!未定义书签。 6.齿轮齿条式转向器的设计步骤....................... 错误!未定义书签。 已知设计参数.................................... 错误!未定义书签。 齿轮模数的确定、主动小齿轮齿数的确定、压力角的确定、齿轮螺旋角的确定.............................................. 错误!未定义书签。 确定线传动比、转向器的转向比.................... 错误!未定义书签。 小齿轮的设计.................................... 错误!未定义书签。 小齿轮的强度校核................................ 错误!未定义书签。 齿条的设计...................................... 错误!未定义书签。 ~ 齿条的强度计算.................................. 错误!未定义书签。 主动齿轮、齿条的材料选择........................ 错误!未定义书签。 7.总结............................................. 错误!未定义书签。参考文献........................................... 错误!未定义书签。致谢............................................. 错误!未定义书签。 $
1 绪论 (1) 1.1课题背景 (1) 1.2 国内外研究现状 (3) 1.3 研究目的及意义 (3) 1.4 研究内容和设计方法 (3) 2 转向器的设计 (4) 2.1 转向系统简介 (4) 2.2 机械转向系 (5) 2.2.1 转向操纵机构 (6) 2.2.2 转向器 (6) 2.2.3 转向传动机构 (8) 2.3 转向系主要性能参数 (8) 2.3.1 转向器的效率 (8) 2.3.2 传动比的变化特性 (10) 2.4 主要尺寸参数的选择 (12) 2.4.1 螺杆、钢球、螺母传动副设计 (15) 2.4.2 齿条、齿扇传动副设计 (19) 2.5转向器的计算和校核 (21) 2.5.1循环球式转向器零件的强度计算 (21) 2.5.2 转向摇臂轴直径的确定 (24) 3结论 (25) 致谢 (26) I
汽车是一种性能要求高，负荷变化大的运输工具。转向系统作为汽车的关键部件之一，更需要了解和掌握。转向器作为转向系统中最重要的组成部件，对它进行深入的研究便显得意义重大。循环球式转向器主要由螺杆、螺母、钢球、转向器壳体等组成，具有较高的传动效率，操纵轻便，磨损较小，使用寿命长，近年来得到广泛使用。根据现用的国家标准并依据轻型汽车的循环球转向器数据，按照汽车设计的原则设计一款循环球转向器，完成三维图形和零件平面图的绘制，使其能够满足现代轿车的国家标准要求。 关键词: 循环球;转向器;设计;分析 II
Abstract Automobile is a transport machine with high-performance and variable loads. Steering system is one of the key components for vehicles and need to be understood and grasped. As the most important part of steering system, steering gear need to be studied importantly. Circulating ball-type steering gear contains screw, nut, ball, steering gear housing, etc. It has many Advantages, such as high transmission efficiency, light manipulation, less wear and long service life, so as to be widely used in recent years. According to current national standards and the ball steering vehicle data of BJ2020, a cycle ball steering is designed by the automotive principles, and some three-dimensional graphics and rendering parts of the plan are completed, so as to meet the national standards of Modern utility vehicle. Key words: Circulating ball;Steering gear;Design;Analysis III
循环球式转向器概述 学号姓名联系方式 1 转向器概述 转向器总成是汽车行驶系统中的重要安全部件，其质量好坏对汽车直线行驶的稳定性和操纵稳定性都有直接影响[1]。 转向器一般固定在汽车车架或车身上，是转向系统中的减速机构，它一般由1~2级传动副组成，其结构有多种形式[2]。 转向器的功用有：将转向力的放大；将方向盘的转矩变为转向摇臂的前后摆动[3]。 对转向器的要求：转向灵敏，故转向器的减速比不可太大，一般轿车转向器的减速比为12~21[4]；有较高的传动效率；增大由方向盘传到转向节的力并改变力的传递方向，获得所要求的摆动速度和角度；有一定的可逆性，即从转向轮自动回正和传递适当路感这两个因素综合考虑[5]。 2 机械式转向器分类 按转向器结构形式可分为齿轮齿条式、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[6]。 按其作用力的传递情况可分为可逆式、不可逆式、极限可逆式三种[7]。转向器的逆效率表示转向器的可逆性[8]。可逆式转向器正、逆传动效率都高，有利于转向后转向轮的自动回正，但也容易出现“打手”现象。不可逆式转向器转向器零件易损坏，且没有“路感”。极限可逆式转向器有一定的路感，转向轮自动回正也能实现，“打手”现象不太明显。驾驶员作用在商用车转向盘的切向力在一定条件下不超过250N[9]。经常在良好路面上行驶的汽车多用可逆式转向器[10]。 3 循环球式转向器的特点及应用 正传动效率很高，故操作轻便，工作平稳可靠，使用寿命长。但其逆效率也高，易将路面冲击力传到转向盘。不过对于轻型的、前轴轴载质量不大而又经常在良好路面上行驶的汽车而言，这一缺点影响不大。因此，循环球式转向器在各类各级汽车上，特别是商用车和越野车上获得了广泛的应用[13]。 4 循环球式转向器的组成
5.2转向器的结构型式选择及其设计计算 根据所采用的转向传动副的不同，转向器的结构型式有多种。常见的有齿轮齿条式、循环球式、球面蜗杆滚轮式、蜗杆指销式等。 对转向其结构形式的选择，主要是根据汽车的类型、前轴负荷、使用条件等来决定，并要考虑其效率特性、角传动比变化特性等对使用条件的适应性以及转向器的其他性能、寿命、制造工艺等。中、小型轿车以及前轴负荷小于1.2t 的客车、货车，多采用齿轮齿条式转向器。球面蜗杆滚轮式转向器曾广泛用在轻型和中型汽车上，例如：当前轴轴荷不大于2.5t 且无动力转向和不大于4t 带动力转向的汽车均可选用这种结构型式。循环球式转向器则是当前广泛使用的一种结构，高级轿车和轻型及以上的客车、货车均多采用。轿车、客车多行驶于好路面上，可以选用正效率高、可逆程度大些的转向器。矿山、工地用汽车和越野汽车，经常在坏路或在无路地带行驶，推荐选用极限可逆式转向器，但当系统中装有液力式动力转向或在转向横拉杆上装有减振器时，则可采用正、逆效率均高的转向器，因为路面的冲击可由液体或减振器吸收，转向盘不会产生“打手”现象。 关于转向器角传动比对使用条件的适应性问题，也是选择转向器时应考虑的一个方面。对于前轴负荷不大的或装有动力转向的汽车来说，转向的轻便性不成问题，而主要应考虑汽车高速直线行驶的稳定性和减小转向盘的总圈数以提高汽车的转向灵敏性。因为高速行驶时，很小的前轮转角也会导致产生较大的横向加速度使轮胎发生侧滑。这时应选用转向盘处于中间位置时角传动比较大而左、右两端角传动比较小的转向器。对于前轴负荷较大且未装动力转向的汽车来说，为了避免“转向沉重”，则应选择具有两端的角传动比较大、中间较小的角传动比变化特性的转向器。 下面分别介绍几种常见的转向器。 5.2.1循环球式转向器 循环球式转向器又有两种结构型式，即常见的循环球-齿条齿扇式和另一种即循环球-曲柄销式。它们各有两个传动副，前者为：螺杆、钢球和螺母传动副以及落幕上的齿条和摇臂轴上的齿扇传动副；后者为螺杆、钢球和螺母传动副以及螺母上的销座与摇臂轴的锥销或球销传动副。两种结构的调整间隙方法均是利用调整螺栓移动摇臂轴来进行调整。 循环球式转向器的传动效率高、工作平稳、可靠，螺杆及螺母上的螺旋槽经渗碳、淬火及磨削加工，耐磨性好、寿命长。齿扇与齿条啮合间隙的调整方便易行，这种结构与液力式动力转向液压装置的匹配布置也极为方便。 5.2.1.1循环球式转向器的角传动比w i 由循环球式转向器的结构关系可知：当转向盘转动?角时，转向螺母及其齿条的移动量应为 t s )360/(?= （5－21） 式中t ——螺杆或螺母的螺距。 这时，齿扇转过β角。设齿扇的啮合半径w r ，则β角所对应的啮合圆弧长应等于s ，即 s r w =?πβ2)360/( （5－22） 由以上两式可求得循环球式转向器的角传动比w i 为
1．摘要 汽车转向器是汽车的重要组成部分，也是决定汽车主动安全性的关键总成，它的质量严重影响汽车的操纵稳定性。随着汽车工业的发展，汽车转向器也在不断的得到改进，虽然电子转向器已开始应用，但机械式转向器仍然广泛地被世界各国汽车及汽车零部件生产厂商所采用。而在机械式转向器中，循环球齿条-齿扇式转向器由于其自身的特点被广泛应用于各级各类汽车上。本文选择GX1608A型循环球齿条-齿扇式转向器作为研究课题，其主要内容有：汽车转向器的组成分类；转向器总成方案分析及其数据确定和转向器的设计过程。 这种转向器的优点是，操纵轻便，磨损小，寿命长。缺点是结构复杂，成本高，转向灵敏度不如齿轮齿条式。因此逐渐被齿轮齿条式取代。但随着动力转向的应用，循环球式转向器近年来又得到广泛使用。 关键词；转向器操纵稳定性循环球齿条-齿扇式转向器
目录 摘要 (1) 1绪论 (4) 2汽车转向系的组成及分类 (6) 2.1汽车转向系的类型和组成 (6) 2.1.1 机械式转向系 (9) 2.1.2 动力转向器 (10) 2.2 转向系主要性能参数 (11) 2.2.1转向器的效率 (11) 2.2.2传动比的变化特性 (12) 2.2.3转向盘自由行程 (17) 2.3 转向操纵机构及转向传动机构 (17) 2.3.1转向操纵机构 (17) 2.3.2转向传动机构 (18) 3转向器总成方案分析 (20) 3.1转向器设计要求 (20) 3.2转向器总成方案设计 (21) 4循环球式转向器主要尺寸参数的选择 (25) 5 转向器输出力矩的确定 (26) 6 轴的设计计算及校核 (27) 6.1 转向摇臂轴（即齿形齿扇轴）的设计计算 (27) 6.1.1材料的选择 (27) 6.1.2结构设计 (27) 6.1.3轴的设计计算 (27) 6.2 螺杆轴设计计算及主要零件的校核 (31) 6.2.1材料选择 (31) 6.2.2结构设计 (31) 6.2.3轴的设计计算 (32) 6.2.4钢球与滚道之间的接触应力校核 (34)
摘要 汽车是一种性能要求高，负荷变化大的运输工具。转向系统作为汽车的关键部件之一，更需要了解和掌握。转向器作为转向系统中最重要的组成部件，对它进行深入的研究便显得意义重大。循环球式转向器主要由螺杆、螺母、钢球、转向器壳体等组成，具有较高的传动效率，操纵轻便，磨损较小，使用寿命长，近年来得到广泛使用。根据现用的国家标准并依据轻型汽车的循环球转向器数据，按照汽车设计的原则设计一款循环球转向器，完成二维图形和零件平面图的绘制，使其能够满足现代轿车的国家标准要求。 关键词: 循环球；转向器；设计；分析
Abstract Automobile is a transport machine with high-performance and variable loads. Steering system is one of the key components for vehicles and need to be understood and grasped. As the most important part of steering system，steering gear need to be studied importantly. Circulating ball-type steering gear contains screw，nut，ball，steering gear housing，etc.It has many Advantages，such as high transmission efficiency，light manipulation，less wear and long service life，so as to be widely used in recent years.According to current national standards and the ball steering vehicle data of BJ2020，a cycle ball steering is designed by the automotive principles，and some three-dimensional graphics and rendering parts of the plan are completed，so as to meet the national standards of Modern utility vehicle. Key words: Circulating ball；Steering gear；Design；Analysis
目录 1绪论 (2) 2基本参数与结构设计 (5) 3螺杆螺母取材及齿轮齿条参数确定 (8) 4循环球式转向器强度计算 (10) 5转向摇臂轴直径的确定 (13) 6总结 (14) 7参考文献 (15)
1 绪论 课题背景 转向器又名转向机、方向机，它是转向系中最重要的部件。转向器的作用是：增大转向盘传到转向传动机构的力和改变力的传递方向。 转向器按结构形式可分为多种类型。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。 循环球式转向器 这种转向装置是由齿轮机构将来自转向盘的旋转力进行减速，使转向盘的旋转运动变为涡轮蜗杆的旋转运动，滚珠螺杆和螺母夹着钢球啮合，因而滚珠螺杆的旋转运动变为直线运动，螺母再与扇形齿轮啮合，直线运动再次变为旋转运动，使连杆臂摇动，连杆臂再使连动拉杆和横拉杆做直线运动，改变车轮的方向。循环球式转向器的原理相当于利用了螺母与螺栓在旋转过程中产生的相对移动，而在螺纹与螺纹之间夹入了钢球以减小阻力，所有钢球在一个首尾相连的封闭的螺旋曲线内循环滚动，循环球式故而得名。 进入90年代以来，汽车已经融入我们的生活，我国的经济实力不断增强，人民生活水平大幅度提高，同时也反映出民族汽车工业的巨大进步。现在我国已经成为世界五大汽车强国。 作为汽车关键部件之一的转向系统也得到了相应的发展，基本已形成了专业化、系列化生产的局面。有资料显示，国外有很多国家的转向器厂，都已发展成大规模生产的专业厂，年产超过百万台，垄断了转向器的生产，并且销售点遍布了全世界。汽车转向器的结构很多，从目前使用的普遍程度来看，主要的转向器类型有4种：有蜗杆销式(WP型)、蜗杆滚轮式(WR型)、循环球式(BS型)、齿轮齿条式(RP型)。这四种转向器型式，已经被广泛使用在汽车上[]1。 综合上述对有关转向器品种的使用分析,得出以下结论： 循环球式转向器和齿轮齿条式转向器，已成为当今世界汽车上主要的两种转向器；而蜗轮-蜗杆式转向器和蜗杆销式转向器，正在逐步被淘汰或保留较小的地位。在小客车上发展转向器的观点各异，美国和日本重点发展循环球式转向器,
1 绪论 循环球式转向器主要由蜗杆、扇形齿轮轴、钢球、转向器壳、钢球螺母、调整螺钉、向心推力轴承等组成。为了降低摩擦，采用了具有循环球结构的滚动螺母，蝶、母的一侧制成齿条与转向摇臂轴的齿扇啃合。其结构和工作原理如下。 转动转向盘时，与转向轴结合成一体的螺杆便带动方形螺套做轴向移动。螺套的一个面切成齿条，故能进而带动与转向摇臂轴制成一体的齿扇转动。为了减小蜗杆与螺套间摩擦和磨损，二者的螺纹均制成半圆形凹槽，并不直接接触，其间装有许多钢球，因为借助钢球的滚动，蜗杆和球螺母之间的摩擦阻力小，从而构成了滚动摩擦传动副。 蜗杆的上、下端支承在两个滚锥轴承上，轴承的松紧度可用轴承端盖和壳体间的调整垫片调整。螺杆与方形螺套二者的螺旋槽对合而成近似圆形断面的螺旋形通道。方形螺套的外面有两根钢球导管，每根导管的两端分别塞入方形螺套侧面的孔内，导管内也塞满了钢球。这样，两根导管和方形螺套内的螺旋形通道组合成两个各自独立的封闭钢球"流道"。转向轴连同螺杆转动时，通过钢球将力传给方形蝶、套，螺套就产生轴向移动。同时，由于摩擦力作用，所有钢球便在螺杆与螺套之间滚动，形成“球流”。钢球在螺套内绕行两周之后，就流出螺套而进入导管，再由导管流回螺套内。故在转向器工作时，两列钢球只是在各自的封闭流道内循环，不致脱出。与齿扇制成一体的转向摇臂轴支承在壳体内的材套上，在转向摇臂轴的端部嵌入调整螺钉的圆柱形端头，调整螺钉拧在侧盖上，用螺母锁紧。因齿扇的齿高是做成沿齿扇轴线倾斜变化的，故转动调整螺钉使转向摇臂轴做轴向移动，即可调整齿条与齿扇的啮合间隙。 循环球式转向器的英文名称是Recirculating Ball Steering Gear。循环球式转向器由两队传动副组成，一对是螺杆﹑螺母，另一对是齿条、齿扇或曲柄销。在螺杆和螺母之间装有可循环滚动的钢球，使滑动摩擦变为滚动摩擦，从而提高了传动效率。 循环球式:这种转向装置是由齿轮机构将来自转向盘的旋转力进行减速，使转向盘的旋转运动变为涡轮蜗杆的旋转运动，滚珠螺杆和螺母夹着钢球啮合，因而滚珠螺杆的旋转运动变为直线运动，螺母再与扇形齿轮啮合，直线运动再次变为旋转运动，使连杆臂摇动，连杆臂再使连动拉杆和横拉杆做直线运动，改变车轮的方向，这是一种古典的机构，现代轿车已大多不再使用，但又被最新方式的助力装置所应用。它的原理相当于利用了螺母与螺栓在旋转过程中产生的相对移动，而在螺纹与螺纹之间夹入了钢球以减小阻力，所有钢球在一个首尾相连的封闭的螺旋曲线内循环滚动，循环球式故而得名。 这种转向器的优点是，操纵轻便，磨损小，寿命长。缺点是结构复杂，成本高，转向灵敏度不如齿轮齿条式。因此逐渐被齿轮齿条式取代。但随着动力转向的应用，循环球式转向器近年来又得到广泛使用。 本文选择GX1608A型循环球齿条—齿扇式转向器作为研究，其主要内容有：汽车转向器相关知识，循环球式转向器的主要参数选择及其设计。设计部分还包括转向摇臂轴，渐开线花键，扇形齿轮轴以及螺杆轴的设计与校核。 转向器按结构形式可分为多种类型。历史上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。 2.3.2 转向传动机构 为牢固支撑转向盘而设有转向柱。传递转向盘操作的转向轴从中穿过，内部有轴承和衬
轿车转向系设计 此次设计的是与非独立悬架相匹配的整体式两轮转向机构。利用相关汽车设计和连杆机构运动学的知识，首先对给定的汽车总体参数进行分析，在此基础上，对转向器、转向系统进行选择，接着对转向
器和转向传动机构（主要是转向梯形）进行设计，再对动力转向机构进行设计。 转向器在设计中选用的是循环球式齿条齿扇转向器，转向梯形的设计选用的是整体式转向梯形，通过对转向内轮实际达到的最大偏转角时与转向外轮理想最大偏转角度的差值的检验和对其最小传动角的检验，来判定转向梯形的设计是否符合基本要求。 一、整车参数 1、汽车总体参数的确定 本设计中给定参数为： 二、转向系设计概述 汽车转向系统是用来改变汽车行驶方向的专设机构的总称。 汽车转向系统的功用是保证汽车能按驾驶员的意愿进行直线 或转向行驶。 对转向系提出的要求有： 1) 汽车转向行驶时，全部车轮绕瞬时转向中心转动； 2) 操纵轻便，方向盘手作用力小于200N； 3) 转向系角传动比15~20；正效率高于60%，逆效率高于50%；
4) 转向灵敏； 5) 转向器与转向传动装置有间隙调整机构； 6) 配备驾驶员防伤害装置； 三、机械式转向器方案分析 机械转向器是将司机对转向盘的转动变为转向摇臂的摆动（或齿条沿转向车轴轴向的移动），并按一定的角转动比和力转动比进行传递的机构。 机械转向器与动力系统相结合，构成动力转向系统。高级轿车和重型载货汽车为了使转向轻便，多采用这种动力转向系统。采用液力式动力转向时，由于液体的阻尼作用，吸收了路面上的冲击载荷，故可采用可逆程度大、正效率又高的转向器结构。 1、机械式转向器方案选取 选取循环球式转向器 循环球式转向器有螺杆和螺母共同形成的落选槽内装钢球构成的传动副，以及螺母上齿条与摇臂轴上齿扇构成的传动副组成，如图所示。 循环球式转向器示意图
循环球式转向器计算说 明书精选文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-
汽车循环球式转向器设计 摘要 循环球式转向器是由螺杆和螺母共同形成的螺旋槽内装钢球构成的传动副，以及螺母上齿条与摇臂轴上齿扇构成的传动副总成。循环球式转向器的优点是：在螺杆与螺母之间因为有可以循环流动的钢球，将滑动摩擦转变为滚动摩擦，因而传动效率可达到75%~85%；在结构和工艺上采取措施后，包括提高制造精度，改善工作表面的表面粗糙度，螺杆和螺母上的螺旋槽经淬火和磨削加工，使之有足够的硬度和耐磨损性能，可保证有足够的使用寿命；转向器的传动比可以变化；工作平稳可靠；齿条和齿扇之间的间隙调整工作容易进行；适合来做整体式动力转向器。 本文的主要内容即是设计一款机械式循环球式转向器。通过查阅相关文献资料，进行循环球式转向器的尺寸的设计计算与强度校核，然后进行循环球式转向器的三维CATIA建模，最后绘制转向器的二维装配图及其重要零件的零件图。 关键词：循环球式转向器；三维建模；螺杆螺母传动副
Circulating Ball Type Steering of the Vehicle Design Abstract Circulating ball type steering gear is formed by the screw and nut of the spiral groove ball inside the transmission, vice, and the nut on the rack and constitute of the rocker arm shaft gear fan drive advantage of circulating ball type steering gear :Between the screw and nut because of circulating ball,change the sliding friction to rolling friction,so transmission efficiency can reach 75% ~ 85%;On the structure and process measures,including improve the manufacturing accuracy, and improve the surface roughness of the work surface,the spiral groove on the screw and nut for quenching and it has enough hardness and wear resistance, to ensure adequate service life;Steering gear ratio can change;Stable and reliable;Rack and gear clearance between fan adjustment work easily;Suitable for integrated power steering. The main content of this title is to design a mechanical circulating ball type steering consulting relevant literature,to design and calculation of the size of the circulating ball type steering gear and strength the circulating ball type steering gear three-dimensional modeling using draw the redirector assembly drawing and part drawing of important parts. Key words: Circulating ball type steering gear;3 d modeling;The screw and nut combination
汽车课程设计计划 一、题目:货车总体设计及各总成选型设计 二、要求: 分别为给定基本设计参数的汽车，进行总体设计，计算并匹配合适功率的发动机，轴荷分配和轴数，选择并匹配各总成部件的结构型式，计算确定各总成部件的主要参数；详细计算指定总成的设计参数，绘出指定总成的装配图和部分零件图。其余参数如表1： 表1 三、设计计算要求 3.1.根据已知数据，选取汽车类型、确定轴数、驱动形式、布置形式。注意国家道路交通法规规定和汽车设计规范。 选择轴数：2根驱动形式：4×2 布置形式：平头式发动机前置后驱 3.2.确定汽车主要参数： 1）主要尺寸，可从参考资料中获取； 平头式货车长4000mm 宽1500mm 高2000mm 轴距2500mm 轮距1500mm 前悬300mm 后悬1200mm 车头长度1400mm 2）进行汽车轴荷分配； 4×2后轮单胎满载时：前轴35％后轴65％空载时：前轴55％后轴45％ 3）百公里燃油消耗量； 设计的货车百公里燃油消耗量：3L（100t·km）-1 4）最小转弯直径 货车的最小转弯直径:10.0m 5）通过性几何参数 通过性几何参数：hmin 200mmγ 1 50°γ 2 30°ρ1 5m 6)制动性参数
表2 制动性参数 3.3.选定发动机功率、转速、扭矩。可以参考已有的车型。 发动机最大功率Pemax=（m a gf r v amax／3600＋C D Av amax3／76140）／ηTηT为传动系效率，汽车可取90％，m a为汽车总质量；g为重力加速度；f r为滚动阻力系数，对货车取0.02；C D为空气阻力系数，货车取1.00；A为汽车正面投影面积。代入数值；得Pemax=115.7kw 转速n p取5000r ／min 最大转矩转速：T emax=9549×α×P emax／n p α为转矩适应性系数，一般在1.1-1.3之间选取，此时取1.2，故T emax =265N·m 因n p／n T在1.4-2.0之间选取，故n T取2500 r／min。
转向器的结构型式选择及其设计计算 根据所采用的转向传动副的不同，转向器的结构型式有多种。常见的有齿轮齿条式、循环球式、球面蜗杆滚轮式、蜗杆指销式等。 对转向其结构形式的选择，主要是根据汽车的类型、前轴负荷、使用条件等来决定，并要考虑其效率特性、角传动比变化特性等对使用条件的适应性以及转向器的其他性能、寿命、制造工艺等。中、小型轿车以及前轴负荷小于的客车、货车，多采用齿轮齿条式转向器。球面蜗杆滚轮式转向器曾广泛用在轻型和中型汽车上，例如：当前轴轴荷不大于且无动力转向和不大于4t带动力转向的汽车均可选用这种结构型式。循环球式转向器则是当前广泛使用的一种结构，高级轿车和轻型及以上的客车、货车均多采用。轿车、客车多行驶于好路面上，可以选用正效率高、可逆程度大些的转向器。矿山、工地用汽车和越野汽车，经常在坏路或在无路地带行驶，推荐选用极限可逆式转向器，但当系统中装有液力式动力转向或在转向横拉杆上装有减振器时，则可采用正、逆效率均高的转向器，因为路面的冲击可由液体或减振器吸收，转向盘不会产生“打手”现象。 关于转向器角传动比对使用条件的适应性问题，也是选择转向器时应考虑的一个方面。对于前轴负荷不大的或装有动力转向的汽车来说，转向的轻便性不成问题，而主要应考虑汽车高速直线行驶的稳定性和减小转向盘的总圈数以提高汽车的转向灵敏性。因为高速行驶时，很小的前轮转角也会导致产生较大的横向加速度使轮胎发生侧滑。这时应选用转向盘处于中间位置时角传动比较大而左、右两端角传动比较小的转向器。对于前轴负荷较大且未装动力转向的汽车来说，为了避免“转向沉重”，则应选择具有两端的角传动比较大、中间较小的角传动比变化特性的转向器。（转向盘转角增量与相应的转向摇臂转角增量之比iω1称为转向器角传动比。） 二、两侧转向轮偏转角之间的理想关系式 汽车转向行驶时，为了避免车轮相对地面滑动而产生附加阻力，减轻轮胎磨损，要求转向系统能保证所有车轮均作纯滚动，即所有车轮轴线的延长线都要相交于一点。 cotα=cotβ+B/L 其中α、β分别是内外侧转向轮的偏转角，B是两侧主销轴线与地面相交点之间的距离；L是汽车轴距。 如果是多轴汽车转向，转向轮转角间的关系与双轴汽车基本相同。
机械工程学院毕业设计 题目：循环球式转向器 专业：车辆工程 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 日期： 2016年6月1日
目录 摘要 (1) 第一章绪论 1.1课题背景 (1) 1.2国内外研究现状 (2) 1.3研究的目的及意义 (2) 1.4研究内容和设计方法 (2) 第二章转向系简介 2.1转向系统简介 (3) 2.2转向操纵机构 (4) 2.3 转向器 (4) 2.4 转向传动机构 (5) 第三章转向器结构设计 3.1转向器效率 (6) 3.2传动比变化特性 (7) 3.3主要参数的选择 (9) 3.4螺杆、钢球、螺母传动副设计 (11) 3.5齿条齿扇传动副设计 (14) 第四章主要零部件校核 4.1转向盘受力确定 (16) σ (17) 4.2校核钢球与滚道间的接触应力 j σ (18) 4.3校核齿的弯曲应力 w 4.4齿扇齿接触应力校核 (19) 4.4转向摇臂轴直径的确定 (22) 附件 (23) 总结 (26) 参考文献 (26)
摘要 汽车是一种高性能要求，负荷变换巨大的运输工具。转向系统是汽车很关键的部件，更要详细的了解跟认识。这些年循环球式转向器得到市场普遍认可跟应用。本文主要设计了齿扇，螺杆，螺母三个主要零部件并校核。根据现在国家标准与循环球式转向器相关车型（本文以BJ2020）的数据，选取主要参数，参考汽车设计与相关资料设计一款循环球式转向器，并绘制二维平面图。 关键词: 循环球、转向器、设计、分析 1 绪论 1.1课题背景 转向器又叫转向机或者方向机，它是转向系中最重要的部件。转向器能增大转向盘传递到转向传动机构的力矩并改变传递方向。 转向器按结构形式可分很多种。目前常用的有齿轮齿条式、蜗杆指销式、循环球式、蜗杆滚轮式等。如果按照助力形式又可分为机械式和动力式两种。 循环球式转向器将来自转向盘的旋转进行减速并增大扭矩，使方向盘的旋转运动转变成螺母的上下运动，螺母再与扇形齿轮啮合，直线运动再次转变为旋转运动，使连杆臂摇动，连杆臂连动拉杆和横拉杆做直线运动，改变车轮的行驶方向。循环球式转向器由两组传动副构成，一个是螺杆、螺母，另一个是齿条、齿扇。循环滚动的钢球安装在螺杆和螺母之间，这样使滑动摩擦转变为滚动摩擦，从而提高了传动效率。 现代社会，汽车已经已经成为我们生活中不可或缺的交通工具，我国的经济实力不断增强，人民生活水平不断提高，同时民族汽车工业不断进步。现在我国已经成为世界汽车较强的国家。 当然作为汽车关键部件之一的转向系也得到了相应的发展，已形成了专业化、系列化生产的局面。国外有很多国家的转向器厂，已发展成大规模生产的专业厂商，年产超过百万台，基本垄断了转向器的生产，并且销售点遍布全世界。 循环球式转向器与齿轮齿条式转向器，成为当今世界汽车上最主要的两种转向器；而蜗轮蜗杆式转向器和蜗杆销式转向器，正在逐步被淘汰。在小客车上发展转向器的各个国家都不一样，美国和日本重点发展循环球式转向器超过90%；欧洲则重点发展齿轮齿条式转向器超过50%，法国惊人的高达95%。 在全世界范围内，汽车循环球式转向器占45%左右，而且有继续增长的趋势，齿条齿轮式转向器在40%左右，蜗杆滚轮式转向器占10%左右，其它型式的转向器占5%。可以说循环球式转向器在稳步发展。 1.2 国内外研究现状 循环球式转向器是汽车上常用的一种转向器，主要由螺母、螺杆、钢球、转向器壳体等