液压助力循环球式转向器的设计

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

摘要.................................................................................................................................... I Abstract.......................................................................................................................... II 1 绪论. (1)

1.1课题背景 (1)

1.2 汽车转向器研究的发展及趋势 (1)

1.3 各转向器系统的结构和特点 (4)

1.3.1 传统机械转向系统 (4)

1.3.2 液压助力转向系统 (5)

1.3.3 电控液压助力转向系统 (6)

1.3.4 电动助力转向系统 (6)

1.3.5 线控转向系统 (8)

1.4 研究目的及意义 (8)

1.5 研究内容和设计方法 (9)

2 转向器的设计 (10)

2.1 转向系统简介.................................................................. 错误！未定义书签。

2.2 循环球式液压转向系结构.............................................. 错误！未定义书签。

2.3 液压助力循环球转向器工作原理.................................. 错误！未定义书签。

3 液压式循环球动力转向机构总体设计..................................... 错误！未定义书签。

3.1 转向器设计参数.............................................................. 错误！未定义书签。

3.2 转向器设计要求.............................................................. 错误！未定义书签。

3.3 循环球式液压转向器结构选型...................................... 错误！未定义书签。

3.4 转向器计算载荷.............................................................. 错误！未定义书签。

3.5 转向器效率计算.............................................................. 错误！未定义书签。

3.6 转向器的结构设计与计算.............................................. 错误！未定义书签。

3.6.1 螺杆、螺母基本参数计算................................... 错误！未定义书签。

3.6.2 齿条齿扇传动副设计........................................... 错误！未定义书签。

3.6.3 转阀的设计........................................................... 错误！未定义书签。

3.6.4 壳体结构的设计................................................... 错误！未定义书签。

4 零件的强度校核......................................................................... 错误！未定义书签。

4.1 钢球与滚道之间的接触应力.......................................... 错误！未定义书签。

4.2 齿的弯曲能力.................................................................. 错误！未定义书签。

4.3 转向摇臂轴直径的确定.................................................. 错误！未定义书签。5结论.............................................................................................. 错误！未定义书签。致谢................................................................................................. 错误！未定义书签。参考文献......................................................................................... 错误！未定义书签。附录................................................................................................. 错误！未定义书签。

1 绪论

1.1课题背景

随着社会经济的进步以及人民生活水平的提高，汽车已经慢慢的走进了人们的生活当中，它从以前简单的代步工具慢慢升级成为一种生活的品质，人们不再满足于简单的行驶，而更关注驾驶乐趣对于汽车的安全性、稳定性、操纵性等更高要求。而人们除了从外观及内饰等反面了解汽车外，最能直接体验驾驶乐趣的就是拥有一个良好、先进的转向系统，一个先进的转向系统带给驾驶者更多的是驾驶的乐趣而不是负担。同时，转向系又是底盘的重要组成部分，其好坏优劣会直接关系到汽车的驾驶舒适性，安全性和操纵稳定性，从而影响人们的生命及财产的安全。同时就我国的国情而言，汽车工业己成为我国的支柱产业，为了提高汽车的产品质量，保证汽车行驶的安全性，操纵稳定性，发展我国的汽车工业，这就要求汽车转向器综合性能就成为汽车安全性能的一个重要项目。

汽车转向器属于对行驶安全影响较大的零部件，在汽车系统中占据了一个重要的位置，其规模和质量已成为衡量汽车工业发展水平的重要标志之一。在重型汽车、大型客车等载重量较大的汽车中，通常用动力转向器来操纵汽车行驶方向。动力转向系统有着许多传统机械式转向系统无法比拟的优点，例如：转向轻便灵敏，回位性能及手感良好，极大的减轻了汽车驾驶员的工作强度，特别适用于汽车在高速行驶时的转向。因此目前国内外生产的汽车越来越多地配置了动力转向系统。

而液压动力转向器具有无噪声、灵敏度高、体积小、能够吸收来自不平路面的压力等优点，因此在现代汽车上得到了十分广泛的应用。

1.2 汽车转向器研究的发展及趋势

随着科学技术的快速发展和汽车的逐渐普及，人们对汽车的操控性、安全性，稳定性等方面的性能已经有了更高一层的要求，对转向产品的需求也随着汽车性能的提高而发生着变化。起初驾驶者们只希望能够容易地操纵转向系统，而后则追求在高速行驶时的稳定性、舒适性和良好的操作感。在早期的汽车上，转向机

械非常简单，主要由一级齿轮传动机构和转向拉杆等构成。其基本功能是将驾驶员的手动旋转操作转变为转向拉杆的左右移动，从而带动车轮转动，实现汽车的转向，随着汽车技术的进步又出现了更为复杂些的机械式转向器，这时的转向器是通过驾驶员转动方向盘，并通过一系列的杆件传递到转向车轮上来实现转向的，而着种传统的转向器又分为四种形式，分别为：齿轮齿条式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。其中齿轮齿条式和循环球式应用比较广泛，在 1 9 2 3年，美国底特律的亨利 ·马尔斯为了减少蜗轮副和滚轮轴之间的接触摩擦力，在两者之间接触处放置滚珠支承，这就出现了滚珠蜗轮转向器。这种形式的转向器就成为现在大家所熟知的循环球式转向器，它目前仍很广泛地在汽车上应用。所谓“现代”齿轮齿条式转向器，是奔驰（Benz）于1885年首先采用的。这种形式的转向器同样也使用在1905年的凯迪拉克（Cadillac）和1911一1920年间制造的许多其它形式的汽车上。据了解，在全世界范围内，汽车循环球式转向器占45%左右，有继续发展之势；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%。所以可以说循环球式转向器在稳步发展。而在西欧小客车中，齿条齿轮式转向器则有很大发展。日本的汽车转向器特点是：循环球式转向器占的比重越来越大，日本对于不同类型发动机的各类型汽车，采用不同类型转向器，在公共汽车中使用循环球式转向器，由 60年代占总数的 62.5%发展到现今的 1 0 0 %了。在大、小型货车中，也多数采用了循环球式转向器；齿条齿轮式转向器有所发展。20世纪初汽车已经是一个沉重而又高速疾驶的车辆，充气轮胎代替了实心车轮。由于转向柱直接与转向节连接，所以转动车轮是很费劲的。即使是一个健壮的驾驶员，要控制转向仍然是很劳累的事情。因此，汽车常常冲出路外，于是要降低转向力的问题就变得比较迫切了。为了转向轻便，工程师设计了在方向盘和转向节之间装置齿轮减速机构。从那时起，转向机构一直就是这样沿用下来。汽车转向虽然采用了转向器，但对于转向的操控仍非易事。当汽车重量增大、转向费劲时，驾驶员需要能有更好的办法来解决，这才重新推广了一种大约已存在了半个多世纪的动力辅助转向器。

自上世纪 4 0年代起，为缓解驾驶者的体力负担，在机械转向系统的基础增加了液压助力系统。它是建立在机械系统的基础之上的，额外增加了一个液压系统，一般有油管、供油装置、油泵、控制阀、助力装置和 V形带轮。它工作时低噪声、灵敏度高、体积小，能够吸收来自不平路面的冲击力等方面的优点，并且其工作可靠、

技术成熟，至今仍被广泛应用，所以在现在的液压助力转向系统中，实际应用的最多。这个助力转向系统最重要的新功能是液力支持转向的运动，因此可以减少驾驶者花费在方向盘上的力。

随着轿车驾驶速度的不断加快，传统的液压动力转向系统显示出一个致命的缺点，即若要保证汽车在停车或低速掉头时的转向轻便，汽车在高速行驶时就会感到有“发飘”的感觉；反之，若要保证汽车在高速行驶时，有操作适度感的话，当其要停车或低速掉头时就会觉得转向太重，两者不可兼顾。这是由传统液压动力转向的结构所决定的。由于动力转向在轿车上的日益普及，对其性能上的要求已不再是单纯的为了减轻操作强度，而是要求其在低速掉头时保证转向轻便性的同时又能保证高速行驶时的操纵稳定性。近年来，随着电子技术的不断发展，转向系统中愈来愈多的采用电子器件。相应的就出现了电液助力转向系统。电液助力转向可以分为两大类：电动液压助力转向系统 E H P S、电控液压助力转向 E C H P S [2 ]。 E H P S是在液压助力系统的基础上发展起来的，其特点是在原有发动机带动的液压助力泵改由电机驱动，取代了由发动机驱动的方式，节省了燃油损耗。 E C H P S是在传统的液压助力转向系统的基础上增加了电控装置构成的。

国外研究汽车动力转向发展，经过了大量的研究，已成功开发了电动助力转向，以及越来越多的成功用于轿车和轻型车。该装置是优于普通动力转向，以不同的速度可自动调节方向盘的操作力经由ECU的转向计算机，在低速时或在发生车辆，驾驶员只用较小的力就能灵活转向操作;而在高速行驶时，自动控制和操作力逐渐增加，以实现操纵稳定性。当然，在目前的技术水准下它仍然存在某些不足，如助力较小等，目前仍处在发展阶段。和液压动力转向器相比，电动转向器具有许多优点，如：效率高，路感好、符合环保要求等，它是转向器未来发展趋势。

2 0世纪末，随着汽车技术的不断发展，电子控制技术也在汽车上得到逐步广泛应用。现代汽车转向操纵系统的主动安全装置，有电子控制四轮转向系统、电子控制动力转向系统等。

电子控制四轮转向系统（4WS）：传统的前轮转向系统。为了使在纯滚动所有的车轮，不产生滑动，要求所有的车轮转向周围转圈的瞬时中心，转动的同时，每个车轮的转弯半径是不同的。但实际上，汽车转向时若仅前轮转向，车身的前进方向与车身的中心线不一致，由于离心力的作用，将使后轮侧偏，导致车轮横

摆。而且车速越高，后轮侧偏越大，结果使车轮转向在高速时的操纵稳定性明显降低。电子控制四轮转向系统则是在前轮转向的同时，主动地控制后轮也进行适当转向（一般最大为50）。后轮相对于前轮的转向，分为同向转向(后轮与前轮的转动方向一致)和逆向转向（后轮与前轮的转动方向相反）。由于汽车在拐急弯时，通常以低速行驶，而在直道或较平缓的弯道上时，通常以高速行驶。因此，采用电子控制四轮转向系统的汽车，电子控制单元(ECU)根据多个传感器提供的数据，计算出后轮距目标转角的差值，再向步进电机发出指令使后轮偏转。低速行驶时，依据方向盘的转角值使后轮逆向转向，以减小转弯半径；中速行驶时，可减少后轮转动，以减轻转向操纵的不自然感觉；而在高速行驶时，也能达到后轮同向的转向，以减少或甚至避免基体偏航，提高操纵稳定性。四轮转向系统自1978年在马自达·卡配拉轿车上最初试用以来，世界各大汽车公司已分别研究多种四轮转向装置，并已批量生产。

动力转向系统越来越多的被采用，不仅在重型汽车上必须采用，在轿车上采用的也逐渐增多，就是在中型汽车上也逐渐推广。主要是从减轻驾驶员疲劳，提高操纵轻便性和稳定性出发。虽然导致更高的成本和复杂的问题，如结构，但由于其明显的优点，还是会得到快速发展。

从国内的角度来看，对于在近年的研究和开发，EPS迅速发展，特别是在控制策略的研究中，用不同的控制方法引入ECU中，并不断完善和改进的实验和分析，但对优化的细节仍是国外和国内不小的差距，除了吉利汽车，国内至今还没有自主的EPS，在这之间存在相当大的差距，EPS距离量产还有一段路要走。

从发展趋势上看，国外整体式转向器发展较快而整体式转向器中转阀结构是目前发展的方向。由于动力转向系统还是新的结构，各个国家的制造商正在组织力量，大力开展实验研究工作，以提高性能，降低整体体积，降低生产成本，使产品的质量和稳定性提升。以便逐步推广和普及。

1.3 各转向器系统的结构和特点

1.3.1 传统机械转向系统

方向盘运动由驾驶员操作，通过一系杆和操舵方向盘来完成的。机械转向系统的工作原理如下：在驾驶员的转向转矩通过转向轴施加到方向盘转向输入，转

向齿轮减速器在1，2级减速齿轮对，扩增转向扭矩后和减速运动传播到拉杆，然后传递到固定于转向节的转向节臂部分，它使支承方向盘偏转，转动汽车的方向盘。齿轮齿条，循环球，蜗轮式，蜗杆类型：纯机械转向系统可以根据转向的形式来划分。纯机械转向系统，以便产生所需要的使用大直径的方向盘的足够大的转向转矩，以由一个较大的空间，整个组织笨拙转向阻力，尤其是大型重型车辆所占据，转向是非常困难的实现这一目标大大限制了它的使用。但结构简单，工作可靠，成本低，当前转向系统，在某种转向力不大，处理要求不高农业用途以外的汽车已很少使用。

1.3.2 液压助力转向系统

组装机械转向系统的泊车和低速行驶时驾驶员的转向操作的负担过重，要解决这个问题，在美国通用汽车公司的汽车用液压动力在20世纪50年代，转向系统的第一家公司。该系统是基于机械系统，附加的液压系统上。液压转向系统包括两个其它液压和机械部件，它是电液压油传递介质，产生动力通过机械转向器以驱动液压泵，以实现转向。液压转向系统一般包括机械转向，液压泵，油管，分配阀，动力缸，泄压阀和限压阀，燃料箱和其它部件。为确保系统安全，在液压泵上装有限压阀和溢流阀。其分配阀，转向和动力缸放置在一个整体，分配阀和小齿轮轴安装在一起（线轴和齿轮轴垂直排列），以在卷筒一个控制时隙，通过转向轴轭拨盘动卷轴。转向轴用销和阀扭转弹性相连，扭杆在阀的定位方面发挥中心作用。在机架的一端配有一个活塞和动力缸位于与横拉杆左侧连接机架之间。当方向盘转动时，转向轴（即使未驱动齿轮轴）驱动套管的阀芯的相对运动，以使流体通道改变时，液压油从所述泵排出，通过流动控制阀的功率的侧气缸，通过拉杆和方向盘偏转推动活塞从动齿条运动。液压动力转向系统是驱动器的所产生，实现了方向盘的汽车发动机驱动的液压装置的控制下。因为液压转向可以减少驾驶员手动转向转矩，从而改善了汽车的方向盘的敏捷性和操纵稳定性。以确保可移植性汽车方向盘枢转或低时，泵的排量流量当发动机怠速决定的。启动汽车，该车是否正在转弯后，系统必须处于工作状态，而且在大位移到更低的转速，泵输出需要更多的功率，以便获得比较大的功率，因此在一定程度上，浪费了发动机的动力资源。并且转向系统还存在低温工作性能差等缺点。

1.3.3 电控液压助力转向系统

由于液压助力转向系统无法兼顾车辆低速时的转向轻便性和高速时的转向稳定性，因此，在1983年日本Koyo公司推出了具备车速感应功能的电控液压助力转向系统（EHPS）。EHPS是在液压助力系统基础上发展起来的，在传统的液压助力转向系统的基础上增设了电控装置，其特点是原来由发动机带动的液压助力泵改由电机驱动，取代了由发动机驱动的方式，节省了燃油消耗；具有失效保护系统，电子元件失灵后仍可依靠原转向系统安全工作；低速时转向效果不变，高速时可以自动根据车速逐步减小助力，增大路感，提高车辆行使稳定性。电控液压助力转向系统是将液压助力转向与电子控制技术相结合的机电一体化产品。一般由电气和机械2部分组成，电气部分由车速传感器、转角传感器和电控单元ECU 组成；机械部分包括齿轮齿条转向器、控制阀、管路和电动泵。其中电动泵的工作状态由电子控制单元根据车辆的行驶速度、转向角度等信号计算出的最理想状态。简单地说，在低速大转向时，电子控制单元驱动液压泵以高速运转输出较大功率，使驾驶员打方向省力；汽车在高速行驶时，液压控制单元驱动液压泵以较低的速度运转，在不至于影响高速打转向的需要的同时，节省一部分发动机功率。电控液压转向系统的工作原理：在汽车直线行驶时，方向盘不转动，电动泵以很低的速度运转，大部分工作油经过转向阀流回储油罐，少部分经液控阀然后流回储油罐；当驾驶员开始转动方向盘时，ECU根据检测到的转角、车速以及电动机转速的反馈信号等，判断汽车的转向状态，决定提供助力大小，向驱动单元发出控制指令，使电动机产生相应的转速以驱动油泵，进而输出相应流量和压力的高压油。高压油经转向控制阀进入齿条上的动力缸，推动活塞以产生适当的助力，协助驾驶员进行转向操作，从而获得理想的转向效果。电控液压助力转向系统在传统液压动力转向系统的基础上有了较大的改进，但液压装置的存在，使得该系统仍有难以克服如渗油、不便于安装维修及检测等问题。电控液压助力转向系统是传统液压助力转向系统向电动助力转向系统的过渡。

1.3.4 电动助力转向系统

1988年日本Suzuki公司首先在小型轿车Cervo上配备了Koyo公司研发的转向柱助力式电动助力转向系统。1990年日本Honda公司也在运动型轿车NSX上采

用了自主研发的齿条助力式电动助力转向系统，从此揭开了电动助力转向在汽车上应用的历史。EPS是在EHPS的基础上发展起来的，它取消EHPS的液压油泵、油管、油缸和密封圈等部件，完全依靠电动机通过减速机构直接驱动转向机构，其结构简单、零件数量大大减少、可靠性增强，解决了长期以来一直存在的液压管路泄漏和效率低下的问题。电动助力转向系统在本田飞度、思域以及丰田新皇冠、奔驰新A-class等车型上纷纷被采用。电动助力转向系统的构电动助力转向系统一般是由转矩（转向）传感器、电子控制单元ECU、电动机、电磁离合器以及减速机构组成。其工作过程为：扭矩传感器检测驾驶员打方向盘的扭矩，然后根据这个扭矩给控制单元一个信号。同时控制单元也会收到来自方向盘位置传感器的信号，这个传感器一般是和扭矩传感器装在一起的（有些传感器已经将这2个功能集成为一体）。扭矩和方向盘位置信息经过控制单元处理，连同传入控制单元的车速信号，根据预先设计好的程序产生助力指令。该指令传到电机，由电机产生扭矩传到助力机构上去，这里的齿轮机构则起到增大扭矩的作用。这样，助力扭矩就传到了转向柱并最终完成了助力转向。节约了能源消耗与传统的液压助力转向系统相比，没有系统要求的常运转转向油泵，且电动机只是在需要转向时才接通电源，所以动力消耗和燃油消耗均可降到最低。还消除了由于转向油泵带来的噪音污染。液压动力转向系统需要发动机带动液压油泵，使液压油不停地流动，再加上存在管流损失等因素，浪费了部分能量。相反EPS仅在需要转向操作时才需零部件要向电机提供的能量。而且，EPS系统能量的消耗与转向盘的转向及当前的车速有关。当转向盘不转向时，电机不工作；需要转向时，电机在控制模块的作用下开始工作，输出相应大小及方向的转矩以产生助动转向力矩。该系统真正实现了“按需供能”，是真正的“按需供能型”（on-demand）系统，在各种行驶条件下可节能80%左右。当驾驶员转动方向盘一角度然后松开时，EPS系统能够自动调整使车轮回到正中。同时还可利用软件在最大限度内调整设计参数以获得最佳的回正特性。通过灵活的软件编程，容易得到电机在不同车速及不同车况下的转矩特性，这些转矩特性使得该系统能显著地提高转向能力，提供了与车辆动态性能相匹配的转向回正特性。而在传统的液压控制系统中，要改善这种特性必须改造底盘的机械结构，实现起来很困难。转向系统是影响汽车操纵稳定性的重要因素之一。传统液压动力转向由于不能很好地对助力进行实时调节与控制，所以协调转向力与路感的能力较差，特别是汽车高速行驶时，仍然会提供较大助力，

使驾驶员缺乏路感，甚至感觉汽车发飘，从而影响操纵稳定性。但EPS是由电动机提供助力，助力大小由电子控制单元（ECU）根据车速、方向盘输入扭矩等信号进行实时调节与控制，可以很好地解决这个矛盾。EPS系统控制单元ECU具有故障自诊断功能，当ECU检测到某一组件工作异常，如各传感器、电磁离合器、电动机、电源系统及汽车点火系统等，便会立即控制电磁离合器分离停止助力，转为手动转向，按普通转向控制方式进行工作，确保了行车的安全。

1.3.5 线控转向系统

在车辆高速化、驾驶人员大众化、车流密集化的今天，针对更多不同水平的驾驶人群，汽车的易操纵性设计显得尤为重要。线控转向系统（Steering-By-Wire Systerm，简称SBW）的发展，正是满足这种客观需求。它是继EPS后发展起来的新一代转向系统，具有比EPS操纵稳定性更好的特点，它取消转向盘与转向轮之间的机械连接，完全由电能实现转向，彻底摆脱传统转向系统所固有的限制，提高了汽车的安全性和驾驶的方便性。SBW系统一般由转向盘模块、转向执行模块和主控制器ECU、自动防故障系统以及电源等模块组成。转向盘模块包括路感电机和转向盘转角传感器等，转向盘模块向驾驶员提供合适的转向感觉（也称为路感）并为前轮转角提供参考信号。转向执行模块包括转向电机、齿条位移传感器等，实现2个功能:跟踪参考前轮转角、向转向盘模块反馈轮胎所受外力的信息以反馈车辆行驶状态。主控制器控制转向盘模块和转向执行模块的协调工作。当转向盘转动时，转向传感器和转向角传感器检测到驾驶员转矩和转向盘的转角并转变成电信号输入到ECU，ECU根据车速传感器和安装在转向传动机构上的位移传感器的信号来控制转矩反馈电动机的旋转方向，并根据转向力模拟，生成反馈转矩，控制转向电动机的旋转方向、转矩大小和旋转角度，通过机械转向装置控制转向轮的转向位置，使汽车沿着驾驶员期望的轨迹行驶。

1.4 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。

1.5 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二维模型，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

需要完整图纸及论文，请联系QQ545675353，另接定做毕业设计

循环球式转向器的设计

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

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

汽车转向系设计说明书

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。

循环球转向器设计

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。

汽车齿轮齿条式转向器设计分解

" 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。 $

机械毕业设计1535循环球式转向器的设计

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

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

转向器的结构型式选择及其设计计算

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

GX1608A型循环球齿条-齿扇式转向器设计说明书

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)

液压助力循环球式转向器的设计

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

汽车循环球式转向器设计

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,

循环球式转向器的原理

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

轿车转向系设计课程设计

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

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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

循环球转向器课程设计

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。

齿轮齿条式转向器设计和计算

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。

循环球式转向器设计分析

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