机械式转向器的设计和计算Word文档下载推荐.docx
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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、螺母内径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-D^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
nDWnDW
n=
dcos:
0d
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;
:
o为螺线导程角,常
取o=5o〜8o,贝Ucoso〜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=(0.51〜O.53)d。
(4)接触角e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e,如图7-20所示。
e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:
o转向盘转动「角,对应螺
母移动的距离s为
图7—20四段圆弧滚道截面
与此同时,齿扇节圆转过的弧长等于s,相应摇臂轴转
过'
p角,其间关系可表示如下
s「r(7-12)
式中,r为齿扇节圆半径。
联立式(7-11)、式(7-12)得,红,将「对r求导得循
Pp
环球式转向器角传动比i.为
i.=¥
(7-佝
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内选取。
前已述及导程角:
o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
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
6.0
6.5
摇曾轴亶径/mm
22
26
M
32
35
38
40
42
45
钢球中心®
/mm
20
23
25
28
3G
It杆
29
别
啊號直S/mm
5.M6
5,556
6.350
7444
7.
8J
144
W.MJ
7,938
8.731
9.525
9,525
10.000
Z1.OOG
工炸圈败
1-5
2.5
环arte
2
集母忙度/'
rmn
1
41
52
46
47
5B
59
62
72
78
80
3
5
齿扇滩圖齿社
12
L3
13
14
15
垢扇压力角
27'
30
切削箱
6*30
F30'
T30*
齿虜寬/mm
27
28-32
S0
34
3S
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范畴。
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(0-0剖面),再变为负。
若0-0剖面距1-1剖面的距离为ao,则其值为a°
二m/tan,丫是切削角,常见的有6o301和7o301两种。
在切削角丫一定的条件下,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X1,一般取0.8或1.0;
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
22〜38mm。
表7-2循环球式转向器齿扇齿模数
齿扇齿
4.0
5.0
m/mm
排
量
500
1000
1600〜
2000
轿
/mL
1800
、八
前
3500
4700
7000
8300
100
轴负荷
00
7350
3800
9000
11000
/N
3000
4500
5500
17000
23000
4400
/N
5000
7500
18500
19500
24000
37000
最大
装载质
350
2500
2700
6000
8000
/kg
车
货
和
大
客
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a
用下式计算钢球与滚道之间的接触应力a
式中,k为系数,根据A/B值从表7—3查取,
A-'
1/r-1/R21/2,B=1.1/r1/Ri1/2;
R2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
Fa
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。
7-24
螺杆受力简图
表7-3系数k与A/B的关系
A
/
B
1.O
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
O.3
0.2
O.15
0.1
k
0.3
0.4
0.7
0.9
88
O.410
O.440
O.468
O.490
O.536
16
O.800
70
2、齿的弯曲应力Cw
用下式计算齿扇齿的弯曲应力
6Fh
w-Bs2
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[cw]=540n/mm2o
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
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
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