第1页共13页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共13页第四节机械式转向器的设计与计算一、转向系计算载荷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的阻力，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阻力等。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的原地转向阻力矩MR(N⋅mm)MR=f3√G13p(7-9)式中，f为轮胎和路面间的滑动摩擦因数，一般取O.7；G1为转向轴负荷(N)；p为轮胎气压(MPa)。作用在转向盘上的手力为Fh=2L1MRL2Dswiωη+(7-10)式中，L1为转向摇臂长；L2为转向节臂长；Dsw为转向盘直径；iω为转向器角传动比；η+为转向器正效率。对给定的汽车，用式(7-10)计算出来的作用力是最大第2页共13页第1页共13页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共13页值。因此，可以用此值作为计算载荷。然而，对于前轴负荷大的重型货车，用上式计算的力往往超过驾驶员生理上的可能，在此情况下对转向器和动力转向器动力缸以前零件的计算载荷，应取驾驶员作用在转向盘轮缘上的最大瞬时力，此力为700N。二、齿轮齿条式转向器的设计齿轮齿条式转向器的齿轮多数采用斜齿圆柱齿轮。齿轮模数取值范围多在2～3mm之间。主动小齿轮齿数多数在5～7个齿范围变化，压力角取20º，齿轮螺旋角取值范围多为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范围内变化。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D1、螺母内径D2尺寸D、D1、D2如图7-19所示。钢球中心距是基本尺寸，螺杆外径第3页共13页第2页共13页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共13页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D1通常在20～38mm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范围内选用(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，所以共第4页共13页第3页共13页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第4页共13页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n=πDWdcosα0≈πDWd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；α0为螺线导程角，常取α0=5º～8º，则cosα0≈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／2，一般取R2=(O.51～O.53)d。(4)接触角θ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θ，如图7-20所示。θ角多取为45º，以使轴向力和径向力分配均匀。(5...
