机械式转向器的设计与计算Word文档下载推荐.docx
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9o〜15o。
齿条齿数应根据转向轮达到最大偏转角时，相应的齿条移动行程应达到的值来确定。
变速比的齿条压力角，对现有结构在12o〜35o围变化。
此外，设计时应验算齿轮的抗弯强度和接触强度。
主动小齿轮选用16MnCr5或15CrNi6材料制造，而齿条
常采用45钢制造。
为减轻质量，壳体用铝合金压铸。
三、循环球式转向器设计
（一）主要尺寸参数的选择
1、螺杆、钢球、螺母传动副
（1）钢球中心距D、螺杆外径Di、螺母径D2尺寸D、Di、
D2如图7-19所示。
钢球中心距是基本尺寸，螺杆外径Di、
螺母径D2及钢球直径d对确定钢球中心距D的大小有影响，而D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D值的规律是随着扇齿
模数的增大，钢球中心距D也相应增加（表7—1）。
设计时先
参考同类型汽车的参数进行初选，经强度验算后，再进行修
正。
螺杆外径
Di通常在20〜38mmH变化，设计时应根据转向轴负荷的不同来选定。
螺母径D2应大于Di，一般要求D2Di5%~10%D
图7—19螺杆、钢球、螺母传动副
（2）钢球直径d及数量n钢球直径尺寸d取得大，能提高承载能力，同时螺杆和螺母传动机构和转向器的尺寸也随之增大。
钢球直径应符合国家标准，一般常在7〜9mm围选
用（表7-1）。
增加钢球数量n,能提高承载能力，但使钢球流动性变坏，从而使传动效率降低。
因为钢球本身有误差，所以共同参加工作的钢球数量并不是全部钢球数。
经验证明，每个环路中的钢球数以不超过60粒为好。
为保证尽可能多的钢球
都承载，应分组装配。
每个环路中的钢球数可用下式计算
DWDW
dcoso式中，D为钢球中心距；
W为一个环路中的钢球工作圈
数；
n为不包括环流导管中的钢球数；
°
为螺线导程角，常
取o=5o〜8o，则cos°
~1。
（3）滚道截面当螺杆和螺母各由两条圆弧组成，形成
四段圆弧滚道截面时，见图7-20，钢球与滚道有四点接触，
传动时轴向间隙最小，可满足转向盘自由行程小的要求。
图中滚道与钢球之间的间隙，除用来贮存润滑油之外，还能贮存磨损杂质。
为了减少摩擦，螺杆和螺母沟槽的半径r2应大
于钢球半径d/2,—般取R2=（0.51〜O.53）d。
（4）接触角B钢球与螺杆滚道接触点的正压力方向与
螺杆滚道法面轴线间的夹角称为接触角B,如图7-20所示。
B角多取为45o，以使轴向力和径向力分配均匀。
（5）螺距P和螺旋线导程角°
转向盘转动角，对应螺母移动的距离s为
s于（7-11）
式中，P为螺纹螺距。
与此同时，齿扇节圆转过的弧长等于
过p角，其间关系可表示如下
spr（7-12）
式中，r为齿扇节圆半径。
联立式（7-11）、式（7-12）得年p，将对p求导得循环球式转向器角传动比i为
耳（7-13）
P
由式（7-13）可知，螺距P影响转向器角传动比的值。
在
螺距不变的条件下，钢球直径d越大，图7-19中的尺寸b
越小，要求b=P-d>
2.5mm。
螺距P一般在8〜llmm选取
前已述及导程角°
对转向器传动效率有影响，此处不再赘述。
⑹工作钢球圈数W多数情况下，转向器用两个环路，
而每个环路的工作钢球圈数w又与接触强度有关：
增加工作钢球圈数，参加工作的钢球增多，能降低接触应力，提高承载能力；
但钢球受力不均匀、螺杆增长而使刚度降低。
工作钢球圈数有1.5和2.5圈两种。
一个环路的工作钢球圈数的选取见表7-1o
表7—1循环球式转向器主要参数
齿嘲ttft/lUTIl
3,0
3,5
4b0
4.5
54
t.o
6.5
12
26
M
32
35
40
42
45
咧1♦申心距
20
23
25
2&
34
2«
29
38
稲竜ftif/mm
5.556
5,55*
6.350
7.144
7r
L啊
900
a.731
^525
9,525
JO.000
10,000口”000
工托EBtt
1.5
2,3
2.5
歼菽厅独
2
4]
52
46
47
5H
3t>
59
62
72
7N
80
82
3
5
肯41鬣■肉做
13
14
15
齿博压力角
22'
Mf
27W
切*1角
6W
『30
齿H賣/mm
22
27
28
SO
2B-32
2、齿条、齿扇传动副设计
如图7-21所示，滚迨相对齿扇作斜向进给运动加工齿扇齿，得到变厚齿扇。
如图7—22所示，变厚齿扇的齿顶和
齿根的轮廓面是圆锥的一部分，其分度圆上的齿厚是变化的，故称之为变厚齿扇。
图7-22中，若0-0截面的原始齿形变位系数E=0,且I
—I剖面和n—n剖面分别位于o-o剖面两侧，则I—I剖面的齿轮是正变位齿轮，n—n剖面中的齿轮为负变位齿轮，故变厚齿扇在整个齿宽方向上，是由无数个原始齿形位移系数逐渐变化的圆柱齿轮所组成。
图7—21用滚刀加工变厚齿扇的进给运动
图7—22变厚齿扇的截面
对齿轮来说，因为在不同位置的剖面中，其模数优不变，所以它的分度圆半径厂和基半径rb相同。
因此，变厚齿扇的分度圆和基圆均为一圆柱，它在不同剖面位置上的渐开齿形，都是在同一个基圆柱上所展出的渐开线，只是其轮齿的渐开线齿形相对基圆的位置不同而已，所以应将其归人圆柱齿轮的畴。
变厚齿扇齿形的计算，如图7-23所示，一般将中间剖
面1-1规定为基准剖面。
由1-1剖面向右时，变位系数E为正，向左则由正变为零（O-0剖面），再变为负。
若0-0剖面距1-1剖面的距离为a°
，则其值为a。
m/tan，丫是切削角，常见的有60301和70301两种。
在切削角Y一定的条件下，各剖面的变位系数E取决于距基准剖面1-1的距离a。
进行变厚齿扇齿形计算之前，必须确定的参数有：
模数
m参考表7-2选取；
法向压力角0，一般在20o〜30o之
间；
齿顶高系数捲，一般取0.8或1.O;
径向间隙系数，取0.2;
整圆齿数z,在12〜15。
之间选取；
齿扇宽度B,—般在
图7—23变厚齿扇齿形计算简图
22〜38mm。
表7-2循环球式转向器齿扇齿模数
齿扇齿
模数m/mm3.0
3.5
4.O
5.O
6.0
排
量
500
1000
1600〜
2000
轿
/mL
1800
、八
前
3500
4700
7000
8300
100
车
轴负荷
00
/N
3800
7350
9000
11000
3000
4500
5500
17000
23000
货
4400
/N
5000
7500
18500
19500
24000
37000
和
最大
大
装载质
350
2500
2700
6000
8000
客
/kg
四、循环球式转向器零件强度计算
1、钢球与滚道之间的接触应力C
用下式计算钢球与滚道之间的接触应力C
F3E2R2r2
k32
VR2r
式中，k为系数，根据A/B值从表7—3查取，
A1/rI/R2/2,B1/r1/尺/2;
R?
为滚道截面半径；
r为钢球半径；
Ri为螺杆外半径；
E为材料弹性模量，等于
2.1105N/mm2;
F3为钢球与螺杆之间的正压力，可用下式计算
式中，o为螺杆螺线导程角；
B为接触角；
n为参与工作的钢球数；
F2为作用在螺杆上的轴向力，见图7—24。
当接触表面硬度为58〜64HRC寸，许用接触应力[a]=
2500N/mm2。
表7-3系数k与A/B的关系
A
150.1
/1.O'
O.90.80.70.60.50.4O.30.2O.
B
k
0.3
0.4
0.6
0.7
0.9
88
O.410
O.440
0.468
O.490
O.536
16
O.800
70
2、齿的弯曲应力
用下式计算齿扇齿的弯曲应力
6Fh
wBs2
式中，F为作用在齿扇上的圆周力；
h为齿扇的齿高；
为齿扇的齿宽；
s为基圆齿厚。
许用弯曲应力为[w]=540N/mm2。
螺杆和螺母用20CrMnTi钢制造，表面渗碳。
前轴负荷
不大的汽车，渗碳层深度在0.8〜1.2mm；
前轴负荷大的汽车，
渗碳层深度在1.05〜1.45mm表面硬度为58〜63HRC
此外，应根据材料力学提供的公式，对接触应力进行验算。
3、转向摇臂轴直径的确定
用下式计算确定摇臂轴直径d
KMr
3\0.20
式中，K为安全系数，根据汽车使用条件不同可取2.5〜3.5；
Mr为转向阻力矩；
0为扭转强度极限。
摇臂轴用20CrMnTi钢制造，表面渗碳，渗碳层深度
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