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車輛與交通工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
柴油動(dòng)力微型客車設(shè)計(jì)（轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)）
摘 要
這次我們是進(jìn)行微型客車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，因?yàn)樗O(shè)計(jì)的車輛較輕，而且尺寸比較小，空間布局緊湊，所以采用機(jī)械的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
因?yàn)槲⑿涂蛙嚳臻g結(jié)構(gòu)緊湊，且制造成本有限，所以要求微客的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠適應(yīng)這些要求，因此它的轉(zhuǎn)向系占用汽車的空間要小，占汽車整體質(zhì)量的比重要竟可能的小，而且要耐用和便宜，并且同類轉(zhuǎn)向系統(tǒng)市場占有率高，便于維修。因此我們綜合以上因素考慮各類轉(zhuǎn)向器的優(yōu)缺點(diǎn)，最終鑒于齒輪齒條轉(zhuǎn)向器構(gòu)造簡單，占用空間小，且質(zhì)量輕，性能可靠，其傳動(dòng)效率高達(dá)90%,并且能夠自動(dòng)消除傳動(dòng)間隙，另外其廣泛用于乘用車上。選
用的轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)部件是齒輪和齒條。而且其比較適合用整體的液壓助力。
因?yàn)楠?dú)立懸架已經(jīng)相當(dāng)普及，因此選用斷開式的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
本設(shè)計(jì)首先確定了齒輪齒條的齒形，而后確定了轉(zhuǎn)向系的主要性能參數(shù)。之后對(duì)齒輪齒條的齒形、材料以及尺寸大小強(qiáng)度進(jìn)行了計(jì)算以及強(qiáng)度校核。然后對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行選擇，并對(duì)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：微型客車，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，斷開式轉(zhuǎn)向梯形，液壓助力，強(qiáng)度校核
V
DIESEL-POWERED MINI-BUS STEERING SYSTEM DESIGN
ABSTRACT
This time we are performed minivan steering system design because the design of the vehicle is lighter, and the size is relatively small, compact space layout, so use mechanical steering system.
Because the mini-bus compact space, and limited manufacturing costs, requires slightly off the steering system to adapt to these requirements, so it's steering the space occupied by the car to be small, accounting for the overall quality of the car more important than actually small as possible, but also to durable and inexpensive, and similar steering system market share, ease of maintenance. Therefore, we consider the advantages and disadvantages of various types of above factors steering the final view of the rack and pinion steering gear structure is simple, small footprint and light weight, reliable performance, the transmission efficiency of 90%, and can automatically eliminate drive space, additional It is widely used on passenger cars. Choose transmission components with the steering rack and pinion. And it more suitable for use as a whole hydraulic power.
Because independent suspension has been quite popular, so choose Disconnect the steering mechanism.
The design is first identified toothed rack and pinion, and then identified the main performance parameters of the steering system. After the toothed rack and pinion, material strength and size were calculated and the strength check. Then select standard parts, and the steering mechanism and steering mechanism design.
KEY WORDS: micro-buses, rack and pinion steering, disconnect steering trapezoid, hydraulic power, strength check
目 錄
前 言 1
一、設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系的目的與意義 1
二、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型 1
三、汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 3
四、本課題研究的問題與研究方法 5
第1章 轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)要求及基本參數(shù) 7
§1.1. 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系的要求 7
§1.2. 整車基本參數(shù) 7
第2章 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析 9
§2.1. 轉(zhuǎn)向器的分類及設(shè)計(jì)選擇 9
§2.2. 轉(zhuǎn)向器輸入輸出形式選擇 10
§2.3. 齒輪齒形選擇 11
§2.4. 齒條形狀選擇 11
§2.5. 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的布置形式 12
第3章 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù) 13
§3.1. 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計(jì)算 13
§3.2. 轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比與計(jì)算載荷的確定 14
§3.3. 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙 15
第4章 齒輪齒條的設(shè)計(jì) 16
§4.1. 齒條的材料、參數(shù)、熱處理方式 16
§4.2. 計(jì)算許用應(yīng)力的確定 16
§4.3. 齒輪齒條的設(shè)計(jì) 17
§4.3.1. 齒輪的設(shè)計(jì) 17
§4.3.2. 齒條的設(shè)計(jì) 19
§4.4. 齒輪齒條的強(qiáng)度校核 19
§4.4.1. 齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 19
§4.4.2. 齒條的強(qiáng)度計(jì)算 20
§4.5. 齒輪軸強(qiáng)度校核 21
第5章 其他零件的選擇與潤滑方式確定 26
§5.1. 軸承的選擇 26
§5.2. 轉(zhuǎn)向器潤滑方式 26
第6章 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 29
§6.1. 轉(zhuǎn)向橫拉桿 30
§6.1.1. 橫拉桿材料的確定 30
§6.1.2. 橫拉桿截面尺寸計(jì)算 30
§6.1.3. 球頭銷選擇 31
§6.1.4. 球頭銷強(qiáng)度與耐磨性計(jì)算 33
第7章 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 34
§7.1. 轉(zhuǎn)向盤 34
§7.2. 轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向柱管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 34
§7.2.1. 轉(zhuǎn)向軸上半軸計(jì)算 35
§7.2.2. 轉(zhuǎn)向軸下半軸（管）的設(shè)計(jì)計(jì)算 36
第8章 液壓助力機(jī)構(gòu) 37
§8.1. 工作原理 37
第9章 結(jié) 論 38
參考文獻(xiàn) 39
致 謝 40
前 言
一、設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系的目的與意義
在汽車運(yùn)動(dòng)過程中，駕駛?cè)藛T能夠通過一套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)改變改變汽車的前進(jìn)方向，以符合自己的意志，這稱之為汽車轉(zhuǎn)向。在轉(zhuǎn)向中用到的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)就是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要能在汽車由于各種各樣的原因的干擾下改變了汽車行駛方向的情況上，能夠有效的按照操縱人員的想法糾正行進(jìn)路線。
一套優(yōu)秀的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠大大降低乘務(wù)人員在車輛事故中的受傷程度，起到保護(hù)乘務(wù)人員的目的。
除此之外一輛汽車的操縱舒適性也與轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)有著不可分割的聯(lián)系，在轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)中要考慮到怎樣減輕駕駛員的疲勞感，并要能及時(shí)通過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)反饋給駕駛?cè)藛T程度合適的路感，以增加駕駛樂趣
現(xiàn)代汽車上轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是必不可很少的部分，它也是體驗(yàn)駕駛汽車樂趣的最主要工具。對(duì)轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)能夠幫助我們加深對(duì)轉(zhuǎn)向系各類型、各零部件的認(rèn)識(shí)了解，而且可以通過數(shù)據(jù)比對(duì)中的微小差距比較汽車性能之間的差異性。
二、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型
按照轉(zhuǎn)向動(dòng)力的輸出源的不同可以將轉(zhuǎn)向系分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系兩大類。
1. 機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：
機(jī)械轉(zhuǎn)響系統(tǒng)的整個(gè)系統(tǒng)的林部件很多都是機(jī)械的，它是由操作人員通過自己臂力實(shí)線轉(zhuǎn)向的。它由三大部分組成，分別是操左部分、轉(zhuǎn)向其和傳懂部分。這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作步驟大致是：操作人員通過轉(zhuǎn)向盤將施加的轉(zhuǎn)向扭矩傳到轉(zhuǎn)向軸進(jìn)而傳到萬向節(jié)，萬向節(jié)經(jīng)過一系列的傳動(dòng)軸將力矩傳入了裝向器中，從轉(zhuǎn)向器中輸出的力矩是已經(jīng)被放大了并減速的，接著傳給轉(zhuǎn)向節(jié)臂，進(jìn)而促使轉(zhuǎn)向車輪發(fā)生相應(yīng)方向的偏轉(zhuǎn)，最終導(dǎo)致車輛實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。
2. 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：
這種動(dòng)力的相比于機(jī)械的最大的不同點(diǎn)就是它的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)力大部分
分都是由發(fā)動(dòng)機(jī)提供的，駕駛的人只提供一小部分動(dòng)力。這種向統(tǒng)系能夠省去大量的人力，使駕駛的人員在開車的時(shí)候能夠更輕松，就不怎么會(huì)累了。
動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)圖
三、汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
從汽車誕生那一刻起，汽車就開始慢慢改變?nèi)藗兊纳睿瑫r(shí)汽車也被生活改變，特別是近代社會(huì)各門科學(xué)技術(shù)的全面迅速發(fā)展，汽車不僅僅是簡單的鋼鐵機(jī)器，而是結(jié)合了當(dāng)下各類學(xué)科的實(shí)驗(yàn)成果，在汽車應(yīng)用了機(jī)械、電子、材料等學(xué)科。汽車在隨著時(shí)間的推移不斷的向前發(fā)展，同樣，組成汽車的各大系統(tǒng)也在日新月異的發(fā)展。
1. 機(jī)械式的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
汽車最初的時(shí)候采用這類型系統(tǒng)，其全部都是用機(jī)械部件，沒有任何助力機(jī)構(gòu)，所以轉(zhuǎn)向時(shí)需要轉(zhuǎn)向力越大的汽車所需的方向盤的直徑也越大，這樣才能產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)向力，但也帶來一個(gè)弊端，其偌大的方向盤占用了汽車駕駛室很大的空間，所以在駕駛位置需要留出足夠大的空間以使操縱方向盤。這種轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向笨重，非常耗費(fèi)駕駛員的體力，容易產(chǎn)生駕駛疲勞感，并且特別重的汽車應(yīng)用這種系統(tǒng)時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，所以其使用范圍很有限。但這種系統(tǒng)各部件的質(zhì)量非?？煽?，使用壽命較長，并且容易制造，成本較低，所以現(xiàn)在一些微型載貨車、農(nóng)業(yè)機(jī)械車上還在使用。
2. 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
從上個(gè)世紀(jì)的中葉開始，人們開始著眼用液體產(chǎn)生助力的研究，從那時(shí)開始這種系統(tǒng)逐步運(yùn)用到汽車上。這也是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變革的起點(diǎn)，從此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由全人力轉(zhuǎn)向開始轉(zhuǎn)變?yōu)檩o助人力轉(zhuǎn)向。這種系統(tǒng)就是在原來機(jī)械的基礎(chǔ)上加了一套液壓助力裝置，其結(jié)構(gòu)較為簡單，同時(shí)也比較可靠，而且隨著經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展完善，其相對(duì)其他助力來說技術(shù)更加豐富，成熟。這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)利用液體的優(yōu)點(diǎn)，有效的緩和了地面的沖擊力，從而減輕或基本消除了打手現(xiàn)象，使駕駛員起來更加舒適和輕松，大大減小了駕駛員的疲勞感，也有利于保證汽車的行駛穩(wěn)定。?
不足：
1) 在從設(shè)計(jì)到完全將一輛汽車制造出來后，這個(gè)汽車的液壓轉(zhuǎn)向系的特性也就確定了，如果轉(zhuǎn)向系的調(diào)教沒有調(diào)整合適的話，就會(huì)在不同的車況下得不到相應(yīng)的助力，以至于對(duì)駕駛員產(chǎn)生相反的作用，以至于背離它的使用目的。
2) 發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸只要在轉(zhuǎn)動(dòng)，液壓系統(tǒng)就會(huì)一直在工作的狀態(tài)，即使汽車不需要轉(zhuǎn)向，這樣會(huì)白白浪費(fèi)掉發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的部分能量。
3) 如果出現(xiàn)泄漏液壓油的問題，不僅會(huì)造成污染環(huán)境造成污染，還可能會(huì)因?yàn)檫@個(gè)問題導(dǎo)致其他零部件受到不同程度的損傷。
4) ?低溫環(huán)境下，液壓系統(tǒng)的工作性能比較差。
3. 電液助力轉(zhuǎn)向統(tǒng)
由于電子技術(shù)發(fā)展的相當(dāng)快，它的強(qiáng)大優(yōu)點(diǎn)也開始凸顯出來，所以也逐漸將電子技術(shù)運(yùn)用到汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上來。所以轉(zhuǎn)向系上越來越多的應(yīng)用應(yīng)用電子元件，這就發(fā)明了電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電液助力轉(zhuǎn)向可以分為兩類，但力來源于汽車上的電動(dòng)機(jī)，所以可以不去消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)生的能量，提高燃油效率。同時(shí)這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以通過行車電腦根據(jù)汽車行進(jìn)時(shí)的各種動(dòng)態(tài)參數(shù)發(fā)出的信號(hào)適時(shí)地調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速以調(diào)整液體壓力的大小，以使汽車在不同的狀態(tài)下能夠?qū)崿F(xiàn)變速轉(zhuǎn)向。這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以適時(shí)地停機(jī)，在不需要轉(zhuǎn)向時(shí)，這種系統(tǒng)是不會(huì)消耗能量。這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有效的提高了轉(zhuǎn)向系的效率，并且節(jié)省了機(jī)動(dòng)的發(fā)的能耗。?
4. 汽車線性控制的能夠轉(zhuǎn)向的系統(tǒng)
這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)跟以往的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不同，它幾乎是由電子元件組成，而且它分為許多模塊，這些模塊包括三個(gè)主要模塊和兩個(gè)輔助模塊，所以這種轉(zhuǎn)向跟以往的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有很大的區(qū)別，它沒有了方向盤之后的傳動(dòng)軸，而是通過各種電子軟件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向車輪與轉(zhuǎn)向盤的同步運(yùn)動(dòng)。因?yàn)槿∠嗽S多中間的機(jī)械傳動(dòng)件，所以更有效的保證了駕駛員的安全，并且可以通過電控軟件調(diào)整轉(zhuǎn)向特性，以適應(yīng)不同人的駕駛習(xí)慣，同時(shí)還能在駕駛員不同狀態(tài)下有效的調(diào)整駕駛靈敏度，以避免駕駛員在各種不正常駕駛狀態(tài)下發(fā)生事故。但是這種系統(tǒng)它的可靠程度很低，還需要繼續(xù)提高，主要是因?yàn)檗D(zhuǎn)向系的各電子部件只要有一個(gè)出現(xiàn)問題，整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都會(huì)無法工作。但鑒于這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的諸多前沿性優(yōu)點(diǎn)，所以這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還是未來的發(fā)展方向。
四、本課題研究的問題與研究方法
本次設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要確定比較各轉(zhuǎn)向器的優(yōu)缺點(diǎn)，確定需要設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向器，在設(shè)計(jì)時(shí)還需要根據(jù)汽車的尺寸合理的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向器的大小，并保證整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠合適地安裝到汽車上。同時(shí)需要確定各零部件的材料，并保證零部件的強(qiáng)度要符合汽車在極限情況下符合要求。所以根據(jù)以上問題，需要結(jié)合《汽車設(shè)計(jì)》和《機(jī)械設(shè)計(jì)》還有其他相關(guān)手冊(cè)，總結(jié)出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，最后通過設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)畫出系統(tǒng)模型，并與汽車模型進(jìn)行匹配以確定設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)正不正確。
第1章 轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)要求及基本參數(shù)
§1.1. 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系的要求
1． 在汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，汽車的全部車輪必須繞一個(gè)轉(zhuǎn)向點(diǎn)轉(zhuǎn)向，并且不能準(zhǔn)任意車輪有策劃，不滿足這項(xiàng)要求就會(huì)加速車路磨損，并且不利于車輛轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定。
2． 在汽車行進(jìn)過程中，轉(zhuǎn)向輪中心線與汽車軸線不垂直而是成一定的銳角，如果駕駛員松開方向盤，轉(zhuǎn)向輪中心線會(huì)自動(dòng)與汽車軸線垂直。
3． 無論汽車在什么情況下，自振都不會(huì)在汽車的轉(zhuǎn)向車輪與方向盤之間發(fā)生
4． 在前橋上發(fā)生不協(xié)調(diào)的時(shí)候，前橋上的車輪應(yīng)該以最小幅度擺動(dòng)。
5． 汽車能夠靈敏地轉(zhuǎn)彎，并且轉(zhuǎn)彎半徑要小，而且機(jī)動(dòng)性要強(qiáng)。
6． 操作輕便。
7． 汽車的車輪發(fā)生撞擊時(shí)，方向盤能夠感受到的撞擊力要盡量的小。
8． 轉(zhuǎn)向輪通過球頭與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，球頭會(huì)因?yàn)槟p產(chǎn)生間隙，因此需要有球頭處有自動(dòng)消除間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。
9． 在向輪通過球頭與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，球頭會(huì)因?yàn)槟p產(chǎn)生間隙，因此需要有車輛發(fā)生撞擊事故時(shí)，車架可能發(fā)生變形，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的有些部件可能會(huì)向車內(nèi)移動(dòng)，轉(zhuǎn)向系有能防止或減輕駕駛員傷害的裝置。
10． 轉(zhuǎn)向輪不能與駕駛員的操作動(dòng)作出現(xiàn)相反的動(dòng)作。
§1.2. 整車基本參數(shù)
整車質(zhì)量 ：1230kg
滿載總質(zhì)量 ：1720kg
長\寬\高 ：3993\1607\1980
前輪距 ：1360mm
軸距 ：2600mm
滿載軸荷分配：前/后 946/774kg
輪胎 ：175/65 R14
輪胎壓力p/MPa：0.3MPa
主銷偏移距a : 70mm
轉(zhuǎn)向盤直徑 ：400mm
最小轉(zhuǎn)彎半徑：4500mm
第2章 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析
§2.1. 轉(zhuǎn)向器的分類及設(shè)計(jì)選擇
1. 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器
顧名思義，這種轉(zhuǎn)向器的主要傳動(dòng)部件就是齒輪與齒條，其中，齒輪是連接轉(zhuǎn)向軸的，齒條直接與轉(zhuǎn)向拉桿連接，省去了轉(zhuǎn)向直拉桿的零件，所以這種轉(zhuǎn)向器占用體積小，另外由于這種轉(zhuǎn)向器最要的材料是鋁合金或鋁鎂合金，所以整個(gè)質(zhì)量占整車的比重非常小。由于這種轉(zhuǎn)向器采用齒輪與齒條直接嚙合傳動(dòng)，省去了中間復(fù)雜繁多的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所以傳動(dòng)效率高達(dá)90%，而且在齒條背部安裝有壓緊癱瘓，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有助于自動(dòng)消除齒輪齒條之間因各種問題出現(xiàn)的間隙，使其保持有效的傳動(dòng)效能。這種轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡單，所用零部件又是常用零部件，且零部件較少，所以其制造成本非常低，性價(jià)比很高。
同樣在其優(yōu)點(diǎn)的背后也有不少缺點(diǎn)，因其直接傳動(dòng)效率非常高，所以也導(dǎo)致其容易將路面的對(duì)車輪的作用力大部分傳給方向盤，造成打手，駕駛員需要時(shí)刻保持注意力，牢牢抓住方向盤，以防止汽車偏離行駛方向，這容易造成駕駛員緊張，長時(shí)間緊張會(huì)消耗駕駛員很大的體力，所以容易造成其疲勞。
2. 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器
這種轉(zhuǎn)向器是中由許多傳動(dòng)部件，這種轉(zhuǎn)向器因?yàn)槠鋬?nèi)部的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使采用滾動(dòng)傳動(dòng)，所以大大降低了轉(zhuǎn)向器的磨損，，有利于提高其有效壽命，再加上在制作加工工藝上采取相應(yīng)的改進(jìn)措施后，其能夠使用的年限更加提高。它的傳動(dòng)效率也非常高。同樣他們之間的間隙也是調(diào)整起來相當(dāng)簡單，并且這種轉(zhuǎn)向器很時(shí)候做成整體式轉(zhuǎn)向器。
這種轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)就是：反向的效率也很高，而且還復(fù)雜，并且由于需要做球槽，且要求有一定精度，所以制造成本高，且制造困難。
3. 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器
顧名思義，這種轉(zhuǎn)向器的主要核心傳動(dòng)部件就是蝸桿與滾輪，它的結(jié)構(gòu)類似于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，蝸桿與滾輪直接嚙合，所以它與齒輪齒條有部分相同的優(yōu)點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量可靠，并且因其獨(dú)特的嚙合方式，大大減小了傳動(dòng)部件因滑動(dòng)摩擦造成的磨損，而且它從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上大大降低了逆效率。
但一切都是相對(duì)的，在降低逆效率的同時(shí)，它的正效率也被降低，而且這種轉(zhuǎn)向器內(nèi)部沒有自動(dòng)調(diào)整間隙的裝置，所以這種轉(zhuǎn)向器已經(jīng)逐漸的被淘汰。
4. 蝸桿指銷式
蝸桿的主要作用是進(jìn)行主動(dòng)轉(zhuǎn)向的，曲柄銷是傳遞運(yùn)動(dòng)的。并且蝸桿上的螺紋時(shí)變半徑的，中間小，兩邊大，，而曲柄銷外端連接的是轉(zhuǎn)向搖臂。所以當(dāng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)曲柄繞銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)。曲柄銷外還大有一個(gè)轉(zhuǎn)向搖臂這種轉(zhuǎn)向器的最大優(yōu)點(diǎn)就是它的傳動(dòng)比可以做成變化的也可以做成不變的，同樣他們相對(duì)位置的調(diào)整也是很簡單的。這種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器多用在載貨汽車上。
齒輪齒條轉(zhuǎn)向器多用在比較小和比較輕的汽車上，并且綜合考慮各轉(zhuǎn)向器的優(yōu)缺點(diǎn)，最后選定齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。
§2.2. 轉(zhuǎn)向器輸入輸出形式選擇
齒輪齒條轉(zhuǎn)向器共有四種輸入輸出形式。
中間輸出，側(cè)邊輸入方案使拉桿長度邊長，同樣也使得車輪上下跳動(dòng)相同的距離，但拉桿的擺角卻變得小了，這就減少了拉桿的運(yùn)動(dòng)干涉。。但由于需要早殼體中間開長槽，所以這就降低了殼體的強(qiáng)度。
兩端輸出，側(cè)邊輸入方案因?yàn)槠淅瓧U的長度減小，所以傳動(dòng)精度較高，而且拉桿撓度降低。但其運(yùn)動(dòng)干涉的概率較高。但現(xiàn)在嬌客車多使用兩端輸出，側(cè)邊輸入的方案。
2-2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種形式
最終確定本設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向器的輸入輸出方案為側(cè)邊輸入，兩邊輸出。
§2.3. 齒輪齒形選擇
如果齒輪齒條轉(zhuǎn)向器采用直齒齒輪和直齒齒條嚙合，因?yàn)槠鋰Ш厦娣e較小，所以齒輪齒條嚙合區(qū)單位面積上承受的壓力較大，所以造成單位面積承受的沖擊力增大，以至于轉(zhuǎn)向器的運(yùn)行平穩(wěn)性降低，而且因?yàn)闆_擊較大導(dǎo)致噪聲過大。將齒輪齒條的齒形變成斜齒，則嚙合區(qū)的嚙合面積增大，單位面積承受的壓力減小，且沖擊力減小。所以用斜齒。
§2.4. 齒條形狀選擇
它有三種形狀。
比較各種各種截面形狀的齒條的優(yōu)缺點(diǎn)，圓形的制作起來比較簡單，其他形狀的比較節(jié)省材料，所以同樣大小的齒條，除圓形算面之外的其他兩種齒條質(zhì)量要輕很多。通常齒條與托座之間裝有防止摩擦造成磨損的材料制造成的墊片，如果有使轉(zhuǎn)向齒輪繞中心軸線旋轉(zhuǎn)的力矩就應(yīng)該選用除圓形斷面的其他兩種斷面。這樣可以防止齒條旋轉(zhuǎn)，如果不這樣做那就會(huì)出現(xiàn)吃輪與齒條嚙合不正確的情況。
本次設(shè)計(jì)決定選用和圓形截面的齒條。
§2.5. 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的布置形式
因?yàn)椴煌钠囈驗(yàn)榭臻g布局的不同，轉(zhuǎn)向器的安裝位置也不盡相同，但鑒于整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相對(duì)于在前橋支撐架上的位置相對(duì)于前橋軸線的前后可以分為四種類型，分別是：
圖2-5
經(jīng)過查閱國內(nèi)外各種同類型汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的安裝位置，發(fā)現(xiàn)大部分采用第一種方案，將轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)安裝在前橋后面，本次設(shè)計(jì)也采用同樣的布置形式。
第3章 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)
§3.1. 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計(jì)算
整車的機(jī)動(dòng)性與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的最小轉(zhuǎn)彎半徑有關(guān)，本次設(shè)計(jì)最小轉(zhuǎn)彎半徑為4.5mm，由圖4.1得轉(zhuǎn)向輪外輪最大轉(zhuǎn)角
(3-1)
為最小轉(zhuǎn)彎半徑
L為汽車軸距。本設(shè)計(jì)軸距為L=2600mm
圖3-1轉(zhuǎn)角圖
外側(cè)車輪的偏轉(zhuǎn)角
由圖3-1可得內(nèi)轉(zhuǎn)向輪最大偏轉(zhuǎn)角公式
(3.2)
B為兩側(cè)主銷軸線與地面交點(diǎn)之間的距離
B=K-2a
a為主銷偏移距，指轉(zhuǎn)向節(jié)主銷軸線延長線與支撐平面的交點(diǎn)到轉(zhuǎn)向輪中心線與支撐平面交點(diǎn)的距離。本此設(shè)計(jì)輪胎寬度為175mm，所以a取70mm。
K為前輪輪距，K=1360mm
可得B=1360-270=1220mm
于是得轉(zhuǎn)向輪內(nèi)輪轉(zhuǎn)角
§3.2. 轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比與計(jì)算載荷的確定
為了校核強(qiáng)度，需要確定零部件的受力情況。這些力主要會(huì)被作用在轉(zhuǎn)向軸上的載荷，車輪行進(jìn)時(shí)輪面給車輪的阻止力，還有輪胎的氣體壓力。轉(zhuǎn)向輪左右轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候要克服很多阻力，這些阻力大致包括車輪繞主銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)所克服的轉(zhuǎn)向阻力扭矩，車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輪胎變形產(chǎn)生的阻力和系統(tǒng)內(nèi)部阻力。
轉(zhuǎn)向時(shí)候的阻力：
所以=380269.92Nmm
轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比為轉(zhuǎn)向盤的角速度與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)角速度之比
====17.6
n為轉(zhuǎn)向盤從一側(cè)轉(zhuǎn)到另一側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)；
乘車用車方向盤由直線行駛轉(zhuǎn)到最小轉(zhuǎn)向半徑的圈
數(shù)不得超過兩圈，n取4
作用在轉(zhuǎn)向盤上的力:
為轉(zhuǎn)向盤直徑；
為轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比，本設(shè)計(jì)中此傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比相同
取90%
所以=
作用在方向盤上的力矩
轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比為輪胎接地中心作用在兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪上的合力與作用在轉(zhuǎn)向盤上的力之比：
==50.29
§3.3. 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙
傳動(dòng)元件嚙合點(diǎn)出現(xiàn)的間隙就是傳動(dòng)間隙，該間隙隨著轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角的不同而不同。
這個(gè)間隙特性的研究意義是因?yàn)樗軌蚍从称囍本€行駛時(shí)，保持這種狀態(tài)的能力和這種轉(zhuǎn)向器能發(fā)揮有效作用的年限。汽車在大部分狀態(tài)下都是保持直線行駛，所以傳動(dòng)副在中間和中間附近的地方使用很頻繁，所以中間的地方磨損相當(dāng)嚴(yán)重，就會(huì)出現(xiàn)多余的間隙，如果不消除這種間隙就會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)向失靈，并且無法保證直線行駛。所以一定要適時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)向器的磨損間隙，并且調(diào)整后轉(zhuǎn)向盤能平滑的轉(zhuǎn)向任意一側(cè)。
圖3-2轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙
圖中曲線1表明轉(zhuǎn)向器在沒有發(fā)生摩擦損失之后的間隙的變化趨勢(shì)；曲線2表明已出現(xiàn)摩擦損失之后間隙的大小隨轉(zhuǎn)動(dòng)位置不同時(shí)間隙的變化特性。曲線3表示的是調(diào)整后的。
第4章 齒輪齒條的設(shè)計(jì)
§4.1. 齒條的材料、參數(shù)、熱處理方式
由前可知本設(shè)計(jì)采用的是斜形齒，齒輪與齒條法向模數(shù)取m=2.5，齒數(shù)z=7, 法向壓力角α=20°，齒輪螺旋角為β=12°，齒條齒數(shù)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向輪達(dá)到的值來確定。齒輪傳動(dòng)的力矩大小為作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩為（圓整為25Nmm），轉(zhuǎn)向器額定單日工作時(shí)間為８小時(shí)，并且最低需要能夠使用五年。
初步選定齒輪和齒條齒頂高系數(shù)=1；頂隙系數(shù)=0.25；齒輪的變位系數(shù)=0.65
齒輪的材料選擇：齒輪???16MnCr5，滲碳淬火，齒面硬度54-62HRC?
齒條 45#，表面淬火，齒面硬度56HRC
§4.2. 計(jì)算許用應(yīng)力的確定
接觸疲勞許用應(yīng)力[]=
彎曲疲勞許用應(yīng)力[
16MnCr5的接觸疲勞極限=1500MPa
彎曲疲勞極限=425MPa
45號(hào)鋼的接觸疲勞極限 =1300MPa
彎曲疲勞極限=530MPa
齒輪齒條所受的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
N=60njL=0.72
查表得材料壽命系數(shù)
16MnCr5 =1.32 Y=1
45號(hào)鋼 =1.32 Y=1
查表得安全系數(shù)
應(yīng)力修正系數(shù)為
=2
計(jì)算許用應(yīng)力
16MnCr5 []=
45號(hào)鋼 []=
§4.3. 齒輪齒條的設(shè)計(jì)
§4.3.1. 齒輪的設(shè)計(jì)
1. 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
（1）試取K=
（2）斜齒輪的轉(zhuǎn)矩 T=２５N·m
（3）齒寬系數(shù)
（4）齒輪齒數(shù)
（5）復(fù)合齒形系數(shù) =
（6）許用彎曲應(yīng)力 =607.14MPa
所以
(7) 圓周速度
(8)計(jì)算載荷系數(shù)
1） 由表查得 使用系數(shù)=1
2） 根據(jù)和8級(jí)精度，查表得
3） 根據(jù)表查得 齒向載荷分布系數(shù)
4） 由表查得 齒間載荷分布系數(shù)
5）計(jì)算模數(shù)＝，取mm
2. 齒輪幾何尺寸的確定
分度直徑：d==mm
齒頂高 ：2.5（1+0.65）=4.125mm
齒根高 ：2.5（1+0.25-0.65）=1.5mm
齒高 ：4.125+1.5=5.625mm
齒頂圓直徑：17.89+24.125=26.14mm
齒根圓直徑：=17.89-21.5=14.89mm
端面壓力角：20.41
基圓直徑 : 17.85cos20.41=16.77mm
法向齒距 ：=7.85mm
端面齒距 ：8.03mm
法向齒厚 ：5.1mm
端面齒厚 ：5.24mm
齒輪中心到齒條基準(zhǔn)線的距離：H=10.57mm
齒條齒寬 ：==17.89mm，圓整為18mm
齒輪齒寬 ：mm
§4.3.2. 齒條的設(shè)計(jì)
齒輪齒條的嚙合有兩個(gè)特點(diǎn):
1) 齒輪的節(jié)圓是永遠(yuǎn)重合與分度圓的，但是齒條的卻不是只有在齒條和標(biāo)準(zhǔn)齒輪嚙合的情況下才會(huì)與自己的節(jié)圓重合。
2) 齒輪與齒條的嚙合角永遠(yuǎn)等于壓力角.
因此,齒條法向模數(shù)m=,壓力角
齒條為圓形斷面
齒條齒頂高：
齒條齒根高：
齒條齒高 ：2.5+3.125=5.625mm
法向齒厚 ：
端面齒厚 ：
又因?yàn)辇X條長度：
n為轉(zhuǎn)向盤總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，n取4
所以齒條長度為
齒條齒數(shù)
§4.4. 齒輪齒條的強(qiáng)度校核
§4.4.1. 齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核
校核公式為
1 查表得 彈性系數(shù) ．
2 查表得 區(qū)域系數(shù)?。?
3 重合度系數(shù) ＝
4 螺旋角系數(shù) ?。?
MPa1980MPa
由計(jì)算結(jié)果可知齒輪強(qiáng)度符合要求。
§4.4.2. 齒條的強(qiáng)度計(jì)算
1. 齒條受力分析
在本設(shè)計(jì)中，根據(jù)前面計(jì)算可知在轉(zhuǎn)向器輸入端施加的扭矩 T = 24.006Nm，取為25Nm，一般都會(huì)在齒輪齒條的嚙合點(diǎn)之間會(huì)加以潤滑。
本設(shè)計(jì)中齒條的齒受力與斜齒輪的受力情況很相似，齒條的受力分析如下圖
圖4-1齒條的受力分析
不考慮其他里的情況下，將垂直齒面的法向力Fn分成三個(gè)相互垂直方向的力，這三個(gè)力分別是徑向力Fr，切向力Ft和軸向力Fx。各力的大小為：
F=
F=
F=
F =
式中——齒輪軸分度圓螺旋角；——法面壓力角。
齒輪軸受到的切向力：
F = =2794.86 N
式中T——作用在輸入軸上的扭矩，T為25Nm；d——齒輪軸分度圓的直徑。
齒條齒面的法向力：
F= =3040.67N
齒條齒部受到的切向力：
=2857.4N
2. 齒條齒部彎曲強(qiáng)度的計(jì)算
齒條的單齒彎曲應(yīng)力：
式中： ——齒條齒面切向力；
——齒條計(jì)算齒高 ；
=6.2mm
結(jié)合以上的數(shù)據(jù)，將它們代入上面那個(gè)公式就可以得出齒條齒跟處的彎曲應(yīng)力：
=549N/mm <=757MPa
§4.5. 齒輪軸強(qiáng)度校核
1. 齒輪軸最小軸徑
由于齒輪的基圓直徑17.89mm=，數(shù)值較小，如果將齒輪通過鍵連接到軸上的話，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的強(qiáng)度降低，影響使用壽命，所以將齒輪與軸設(shè)計(jì)成一體，由于主動(dòng)小齒輪選用16MnCr5材料制造并經(jīng)滲碳淬火，因此軸的材料也選用16MnCr5材料制造并經(jīng)滲碳淬火。
查表得：16MnCr5材料的硬度為60HRC，抗拉強(qiáng)度極限650BMPa，彎曲疲勞極限=1300MPa，剪切疲勞極限=1155MPa，轉(zhuǎn)速n=10r/min，許用彎曲應(yīng)力[]=60MPa ,許用剪應(yīng)力[]=65MPat
=最小軸徑
mm
2. 軸的受力分析
如果不去考慮齒輪與齒條嚙合吃面間的摩擦力，則作用在嚙合點(diǎn)的法向力Fn就可以分解成三個(gè)垂直方向的力，這三個(gè)力分別是徑向力Fr、圓周力Ft和軸向力Fa=2×25Nm/17.89=2794.86；
=1039.97；
=594.07N
(1) 畫軸的受力簡圖
圖4-2軸的受力簡圖
(2) 計(jì)算支承反力
在垂直面上
在水平面上
(3) 畫彎矩圖
a-a剖面右側(cè)
a-a剖面右側(cè)
轉(zhuǎn)矩 =2794.86×17.89/2=25000
3. 判斷危險(xiǎn)剖面
由以上計(jì)算過程判定a-a截面的左側(cè)是危險(xiǎn)截面
4. 軸的彎扭合成強(qiáng)度校核
查得，，
=60/100=0.6。
a-a截面左側(cè)
軸的抗彎截面系數(shù)
a-a截面左側(cè)
抗彎截面系數(shù)
抗扭截面系數(shù)
彎曲應(yīng)力
應(yīng)力幅
平均應(yīng)力
切應(yīng)力
安全系數(shù)
查表得綜合影響系數(shù)=2.3 =1.75
由表查得絕對(duì)尺寸系數(shù)
軸按磨銷加工，查得表面質(zhì)量系數(shù)為
材料的特性系數(shù)
(4.40)
(4.41)
許用安全系數(shù)[S]=1.3～1.5，因?yàn)镾>[S]，所以a-a剖面安全，軸設(shè)計(jì)合理。
第5章 其他零件的選擇與潤滑方式確定
§5.1. 軸承的選擇
1、選用深溝球軸承（GB/T 276―1994）如圖5-1所示。
軸承代號(hào)：6001 數(shù)量：1個(gè)
6006 1個(gè)
圖5-1 深溝球軸承
表5-1 選用深溝球軸承（GB/T 276―1994）
§5.2. 轉(zhuǎn)向器潤滑方式
1、對(duì)轉(zhuǎn)向器的潤滑主要有兩個(gè)原因：
（1）減小齒面間滑動(dòng)磨損量。
（2）降低由于滑動(dòng)摩齒輪工作時(shí)齒面間相互摩擦所導(dǎo)致的齒面溫度升高。
為了解決以上兩個(gè)原因引起的問題，要選擇合適的潤滑油以及相應(yīng)的方法，才能解決以上問題。
2、具體的潤滑方法可以分為以下三類：
（1）潤滑脂潤滑法
這種潤滑方法主要是在速度相對(duì)較低的并且箱體是開式或者閉式的齒輪傳動(dòng)中。而且使用這種方法需要一定的條件，如果使用不當(dāng)就會(huì)起到相反的作用，在此主要列出三點(diǎn)：
1）有合適的流動(dòng)速度
要想潤滑脂的能夠有效的在各潤滑部位流動(dòng)，就需要潤滑脂有高的流動(dòng)性。
2）不能用在承受載荷非常大的并且一直轉(zhuǎn)動(dòng)的地方。
潤滑脂自身的冷卻效果并不是很理想，所以它在高負(fù)荷下不容易散熱。這就會(huì)出現(xiàn)溫度過高的問題。
3）使用的量要根據(jù)所用部位的大小適量添加
量過多過少都會(huì)影響潤滑的效果，量少了，零部件不能全部被潤滑，良多了又會(huì)造成密度過大，造成阻力。
（2）飛濺潤滑法（油浴潤滑）
這種方法是在殼體底部放置一定深度的潤滑油，然后將齒輪的一部分伸入油中。通過轉(zhuǎn)動(dòng)將油送到其他零部件上。
使用飛濺潤滑法（油浴式）時(shí)，有許多需要注意的問題，這里就油面的規(guī)定及齒輪箱的最高油溫做以說明。
1）油面的高度
油面高度要合適，不能太低也不能太高，低了潤滑不到位，高了又會(huì)增大攪拌阻力，并且要安裝油盤防止油面落差大。
2）齒輪箱的極限溫度
隨著工作時(shí)間的增長，由于各種原因，箱體的溫度會(huì)逐漸上升，而溫度身高對(duì)潤滑油的性能會(huì)產(chǎn)生不利的影響，所以需要適時(shí)給箱體降溫，，冷卻潤滑油。
3）強(qiáng)制潤滑法（循環(huán)噴油潤滑）
這種方法就是直接用泵之類的將潤滑油噴射到需要潤滑的零部件上。
根據(jù)不同的上油方法，可以分為三種類型：
滴下式，噴射式和噴霧式三種。
1）滴下式
利用導(dǎo)管將潤滑油直接注入到嚙合部。
2）噴射式
利用噴油嘴將潤滑油直接噴射到嚙合部。
3）噴霧式
利用氣壓差將油液霧化，然后由氣體動(dòng)能噴射到零部件上。這種潤滑方法特別常用在高速傳動(dòng)時(shí)。
使用這種方法所需的裝置要求比較高，裝置內(nèi)的每一個(gè)部件都必須是嚴(yán)格配套的。因此這種方法多在速度高而且齒輪大的裝置中使用。
強(qiáng)制潤滑法的好處在于，在經(jīng)過裝置內(nèi)的過濾器，并經(jīng)過冷卻器降溫，并將粘稠度調(diào)整適中后的潤滑油按照各個(gè)部位需要的量精確的送達(dá)，是最良的齒輪潤滑方式。
經(jīng)過上面的對(duì)比，最終選擇轉(zhuǎn)向器的潤滑方式：潤滑脂人工定期潤滑
第6章 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
所謂的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)和機(jī)構(gòu)顧名思義就是傳遞力的使車輪繞車輪的主銷軸線發(fā)生能與駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的動(dòng)作同步同向的偏轉(zhuǎn)，以使車輛實(shí)線繞其瞬時(shí)中心的圓周轉(zhuǎn)動(dòng)。并且此時(shí)車輪能夠無滑動(dòng)的進(jìn)行轉(zhuǎn)向。為了讓左右轉(zhuǎn)向車輪偏轉(zhuǎn)時(shí)能實(shí)現(xiàn)以上要求，就要求有一套精確的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)這一運(yùn)動(dòng)學(xué)要求。
下圖所示的的一種轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的示意圖。
因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)省去了轉(zhuǎn)向直拉桿和轉(zhuǎn)向搖臂，所以要將轉(zhuǎn)向橫拉桿做成可調(diào)整長短的，一般將它做成斷開式的，中間的橫拉桿兩側(cè)分別用螺紋與兩側(cè)連接。同時(shí)在安裝轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)夠時(shí)應(yīng)避免與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。前面已敘述了轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的安裝方案，這里不再復(fù)述，齒輪齒條轉(zhuǎn)向器能夠匹配上的轉(zhuǎn)向桿系的布置方案簡單，如下圖所示。
圖7-1 分段的轉(zhuǎn)向梯形安裝在獨(dú)立懸架上的布置形式
圖7－2 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器能夠匹配上的轉(zhuǎn)向桿系的布置方案
中小型汽車一般都采用獨(dú)立懸架，微型客車也不例外。由于本設(shè)計(jì)參照的車輛是微型客車，所以設(shè)計(jì)時(shí)要兼顧結(jié)構(gòu)緊湊和制造成本低兩個(gè)基本原則。
§6.1. 轉(zhuǎn)向橫拉桿
通常轉(zhuǎn)向橫拉桿會(huì)被設(shè)計(jì)成圓柱管形的，它的粗細(xì)是由地面阻力傳遞到轉(zhuǎn)向橫拉桿的大小確定的，而它的長度需要根據(jù)轉(zhuǎn)向器的安裝位置，還有轉(zhuǎn)向節(jié)臂的大小確定的
§6.1.1. 橫拉桿材料的確定
轉(zhuǎn)向橫拉桿因?yàn)橹苯映惺艿孛鎮(zhèn)鹘o車輛的作用力，并且它是保證轉(zhuǎn)向器有效工作的重要元件，所以轉(zhuǎn)向橫拉桿的剛性要相當(dāng)好，為了轉(zhuǎn)向輕便，質(zhì)量要盡可能的輕，可選用的鋼管有20、30和35鋼制造的無縫鋼管，一般它的整體都是圓形管狀的。本設(shè)計(jì)選用35號(hào)鋼取制作轉(zhuǎn)向橫拉桿，并且是可以調(diào)整長度的空心拉桿。
§6.1.2. 橫拉桿截面尺寸計(jì)算
1. 桿長調(diào)節(jié)螺栓直徑
d （5-1）
式中： F——車輪轉(zhuǎn)向時(shí)地面作用到車輪上
的轉(zhuǎn)向阻力矩經(jīng)過車輪傳遞到轉(zhuǎn)向橫拉桿的力
-- =220 MPa
作用在轉(zhuǎn)向橫拉桿上的力F的計(jì)算：
根據(jù)之前的計(jì)算轉(zhuǎn)向輪的原地轉(zhuǎn)向阻力矩M=380269.92，設(shè)轉(zhuǎn)向節(jié)臂長節(jié)臂長是200mm,所以可以將轉(zhuǎn)向阻力矩轉(zhuǎn)化為作用在轉(zhuǎn)向節(jié)臂處的力
F＝380269.92Nmm/200mm＝1901.3496N
所以長度調(diào)節(jié)橫拉桿螺栓的直徑值為:
d=3,78mm
所以取轉(zhuǎn)向拉桿調(diào)整螺栓的直徑為10mm
2. 橫拉桿尺寸計(jì)算及校核
設(shè)計(jì)取轉(zhuǎn)向橫拉桿外端的直徑是20mm，所以要校核轉(zhuǎn)向橫拉桿的截面拉應(yīng)力
====8.07MPa520MPa
§6.1.3. 球頭銷選擇
球頭銷主要用于轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)元件的鏈接，一般的球頭銷的結(jié)構(gòu)如下圖所示，用球形鉸接最主要的優(yōu)點(diǎn)就是這種鉸接能夠消除因?yàn)閭鲃?dòng)件之間的反復(fù)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致磨損以至于產(chǎn)生的間隙，同時(shí)還能滿足鉸接傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)在通用的球頭裝置都是用彈簧間球頭銷與襯墊壓緊。具體布置形式如下圖兩種，沿拉桿軸線壓緊的機(jī)構(gòu)雖然執(zhí)照容易，但是缺點(diǎn)也很明顯，它的彈簧的壓緊力需要很大，大到能夠克服汽車轉(zhuǎn)向拉桿能夠承受的最大軸向力，這會(huì)大大降低球頭鉸接件零部件的壽命。第二種球頭裝置則很輕松地克服了前一個(gè)的缺點(diǎn)，它采用沿球頭銷軸線壓緊球頭銷與墊片的方式，它的彈簧壓緊力只需要大于汽車運(yùn)動(dòng)時(shí)在球頭銷軸線方向產(chǎn)生的最大慣性力，防止沿球頭銷松動(dòng)，與墊片產(chǎn)生間隙。應(yīng)將整個(gè)裝置通過螺栓與橫拉桿內(nèi)部的螺紋旋接到一塊，這樣就可以通過調(diào)節(jié)桿長調(diào)節(jié)車輪前束了。
圖7-3 汽車轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的球頭銷
圖7-4 汽車轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的球頭銷
圖7-5球頭銷
球頭銷和襯墊一般用的材料是相同的，大部分都是用的碳含量很低的合金鋼，,制作的時(shí)候在零件表面要進(jìn)行熱處理以加強(qiáng)零件表面強(qiáng)度，進(jìn)行滲碳淬火處理時(shí)。而且表面要做夠硬一般都在HRC56～63，也可以用其他材料制造球頭銷，比如40和45號(hào)鋼，但是要進(jìn)行高頻淬火處理，以強(qiáng)化韌性。另外在需要過渡的表面處要進(jìn)行倒圓角。球頭銷的殼體一般也是鋼制的，如35和40
為了校核轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)各零部件的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，就需要確定他們說受到的最大載荷，本設(shè)計(jì)中零部件所受載荷均有汽車原地轉(zhuǎn)向阻力矩提供所以
T= 380269.92Nmm
§6.1.4. 球頭銷強(qiáng)度與耐磨性計(jì)算
球頭銷主要失效形式就是斷裂和磨損，設(shè)計(jì)球頭銷時(shí)應(yīng)滿足以下兩個(gè)要求：
FC/Wb≤300Mpa
F/A≤25～30Mpa (5-2)
表5－1球頭銷
球頭直徑的選用范圍
轉(zhuǎn)向輪負(fù)荷（N）
球頭直徑（mm）
～6000
20
6000～9000
22
9000～12500
25
12500～16000
27
16000～24000
30
計(jì)算
選取球頭銷的直徑d＝25mm（參見表5－1）；C＝20mm；
已知，F(xiàn)＝1901.3496N；
=3068
==23.4Mpa
A==42610
=6.73Mpa<25Mpa 強(qiáng)度符合要求。
第7章 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
為減小因?yàn)榘惭b誤差造成轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的變形以至于降低強(qiáng)度，而且為了便于調(diào)整各零部件之間的角度所以在各操縱機(jī)構(gòu)之間采用萬向節(jié)連接。萬向節(jié)不能過硬也不能過軟，硬度要適中，否則會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的剛度。
§7.1. 轉(zhuǎn)向盤
這三個(gè)部分構(gòu)成了方向盤的基本形狀。包括輪轂、輪緣和輪輻。在輪緣何輪副的中心加裝硬質(zhì)的骨芯，其材質(zhì)一般鐵的或者是合金的。這樣可以提高整個(gè)方向盤的強(qiáng)度。而方向盤外側(cè)則用軟質(zhì)的材料包裹，一般是橡膠，也有用木材的，在橡膠外面還得包上一層皮革以美化外觀。
按照下表可以選定轉(zhuǎn)向盤的直徑外400mm，方向盤與轉(zhuǎn)向柱的連接有多種形式，有利用錐面結(jié)合的，有通過螺紋連接。一般方向盤上都會(huì)設(shè)置有各種常用的按鈕如電喇叭、雨刷、遠(yuǎn)近燈、轉(zhuǎn)向燈等的開關(guān)。
表6-1
汽車類型 轉(zhuǎn)向盤直徑（mm）
轎車、小型客車、小型貨車 400
中型客車、中型貨車 450、500
大型客車、大型貨車 550
轉(zhuǎn)向盤要有足夠的剛度，但也要考慮駕駛員安全性，所以方向盤要有一定的安全設(shè)計(jì)，以減小事故中的沖擊力
§7.2. 轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向柱管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
轉(zhuǎn)向軸傳遞力矩，而轉(zhuǎn)向管柱是用來支撐方向盤的。
轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向器的連接有多種形式，有花鍵連接的，有直接焊接的，本設(shè)計(jì)選用花鍵連接，并在轉(zhuǎn)向軸中設(shè)計(jì)了防傷裝置。
低碳鋼常常是用來做轉(zhuǎn)向軸最常用的材料。軸的粗細(xì)要能保證承受轉(zhuǎn)向系的最大扭矩。
本設(shè)計(jì)的防傷安全裝置采用的聯(lián)軸套筒吸收沖擊能量。它的結(jié)構(gòu)是一個(gè)是實(shí)心軸，一個(gè)是空心管，他們通過花鍵相互套和，然后通過塑料銷釘將兩者固定，在發(fā)生沖擊時(shí)，沖擊力會(huì)將塑料銷軸剪切斷，讓后軸與空心管進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)，，并且存在其中的塑料銷還能增大摩擦力以起到吸收能量的作用。該設(shè)計(jì)還有一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)就是在發(fā)生沖擊后，即使塑料銷定斷裂，但轉(zhuǎn)向軸與空心管還是套和在一塊，所以轉(zhuǎn)向系還能繼續(xù)使用。
圖6-1
§7.2.1. 轉(zhuǎn)向軸上半軸計(jì)算
作用在轉(zhuǎn)向軸上的力矩為
T=F*R=120*200=24000Nmm
35號(hào)鋼的許用應(yīng)力 =260MPa
所以可求得轉(zhuǎn)向軸實(shí)心軸的直徑為：
D==8.3mm
取d＝40mm；
§7.2.2. 轉(zhuǎn)向軸下半軸（管）的設(shè)計(jì)計(jì)算
因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)將軸做成管轉(zhuǎn)吸能裝置，因此上下軸是分開的，所以上軸是空心的，下軸是實(shí)心的，用來套和在上軸里面。因?yàn)橄螺S直徑已經(jīng)算出來，所以上軸的外徑設(shè)置D=50mm，內(nèi)徑d=40mm
根據(jù)強(qiáng)度校核公式=30MPa<260MPa
合格。
塑料銷強(qiáng)度校核
制造塑料銷釘?shù)牟牧鲜蔷垌浚淠軌虺惺艿臉O限強(qiáng)度是105-124MPa整個(gè)轉(zhuǎn)向軸承受的轉(zhuǎn)矩為T=24000Nmm,,塑料銷釘?shù)闹睆饺?mm,所以校核塑料銷釘處的剪切應(yīng)力
轉(zhuǎn)向軸受到最大的剪切力為
F===300N
==110MPa
合格
第8章 液壓助力機(jī)構(gòu)
我們采用的是液壓助力，控制閥為轉(zhuǎn)閥式控制閥。
§8.1. 工作原理
工作原理如下圖
第9章 結(jié) 論
在本次設(shè)計(jì)中對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，也校核了每個(gè)部件的強(qiáng)度，使其在各自的強(qiáng)度要求范圍之內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求。通過查閱各種相關(guān)資料，對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各各部件的工作原理以及類型，還有轉(zhuǎn)向系不同部位的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了詳細(xì)的了解也對(duì)轉(zhuǎn)向器的各個(gè)部件有了更深的了解。另外，這此設(shè)計(jì)將《汽車設(shè)計(jì)》，《機(jī)械設(shè)計(jì)》，《材料力學(xué)》，《汽車構(gòu)造》等多門本專業(yè)學(xué)過的課本知識(shí)有效的結(jié)合使用，使之融匯貫通。
通過設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)對(duì)對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)向系同進(jìn)行具體的繪圖，在繪制之后將各零部件進(jìn)行了相應(yīng)的配合，經(jīng)過比對(duì)，整個(gè)轉(zhuǎn)向系尺寸大小符合要求。雖然該設(shè)計(jì)根據(jù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理將轉(zhuǎn)向器的主要零部件逐一設(shè)計(jì)出來，但還缺乏詳盡細(xì)致的校核，比如有些零部件的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其許用強(qiáng)度，而有的卻剛好符合使用強(qiáng)度要求，這就造成有的零部件過早的損壞，有的零部件卻大大超出使用壽命。這可能會(huì)造成制造成本的增加，還有材料的浪費(fèi)。
但當(dāng)前轉(zhuǎn)向系主要是通過駕駛員操作的，在驅(qū)車駕駛過程中，如果駕駛員由于某種原因，做出對(duì)安全駕駛不利的動(dòng)作，比如因不小心，錯(cuò)誤地?cái)[動(dòng)了方向盤，造成行車路線的偏移。這樣就可能發(fā)生交通事故。如果駕駛系統(tǒng)能夠智能化，可以根據(jù)車內(nèi)駕駛員的反映和想法來保證駕駛路線的正確，那么將會(huì)更有效的保護(hù)駕駛員，降低交通事故。所以轉(zhuǎn)向系的發(fā)展方向應(yīng)朝著更加智能的方向發(fā)展。
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致 謝
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我感覺收益頗深，相信對(duì)我以后的工作和學(xué)習(xí)有著深遠(yuǎn)影響。以前遇到問題不是去問老師，就是跳過去，一點(diǎn)自己查資料的意識(shí)都沒有?，F(xiàn)在不同了，通過指導(dǎo)老師的引導(dǎo)，通過自己的實(shí)踐，現(xiàn)在可以獨(dú)立查資料，而且要查哪方面的資料，心理非常清楚，不像以前那么沒有頭緒了。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我將三年半來學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行了一次大總結(jié)，一次大檢查，特別是機(jī)械設(shè)計(jì)、工程制圖、機(jī)械原理等基礎(chǔ)知識(shí)，進(jìn)行了一次徹底的復(fù)習(xí)。這都要感謝數(shù)個(gè)月來我們指導(dǎo)老師林維老師細(xì)心的指導(dǎo)和督促，沒有老師的教導(dǎo)和幫助我無法相信自己能獨(dú)立完成如此復(fù)雜的畢業(yè)設(shè)計(jì)，當(dāng)中凝聚了老師的多少辛勤汗水可想而知。所以，在此我要感謝所有在此次設(shè)計(jì)中給予我?guī)椭睦蠋熗瑢W(xué)們，謝謝他們的無私幫助。再次感謝！