循环球式转向器的设计.docx
- 文档编号:26103344
- 上传时间:2023-06-17
- 格式:DOCX
- 页数:38
- 大小:268.23KB
循环球式转向器的设计.docx
《循环球式转向器的设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《循环球式转向器的设计.docx(38页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
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
18
14
13
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
30
28-32
34
35
25
27
28
38
38
1
表2-2
各类汽车循环球转向器的齿扇齿模数
齿扇齿模数
3.0
3.5
4.O
4.5
5.O
6.0
6.5
m/mm
发动机
1000
1600
排量/
500
~
~
2000
2000
ml
1800
2000
轿车
前轴负
3500
4700
7000
8300
10000
~
~
~
~
~
荷/N
3800
7350
9000
11000
11000
前轴负
3000
4500
5500
7000
9000
17000
23000
~
~
~
~
~
~
~
荷/N
货车
5000
7500
18500
19500
24000
37000
44000
和大
客车
最大装
350
1000
2500
2700
3500
6000
8000
载/kg
表2-3循环球式转向器的部分参数
螺杆外
螺母长
齿扇压
齿扇切
摇臂
螺纹升程
钢球直径
轴外
模数m
度
力角
削角
径
径
3.0
20
7.938
40
5.556
22
30′
6
30′
22
7
30′
3.5
23
8.731
45
5.556
22
30′
6
30′
26
7
30′
4.0
25
9.525
48
6.350
22
30′
6
30′
20
7
30′
4.5
28
9.525
58
7.144
22
30′
6
30′
32
7
30′
5.0
29
10.319
62
7.144
22
30′
6
30′
35
7
30′
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:
2
钢球直径:
7.144mm螺距:
9.525mm工作圈数:
1.5
螺杆外径:
28mm环流行数:
2螺母长度:
58mm
齿扇齿数:
5齿扇压力角:
2230′切削角:
630′
齿扇宽:
30mm
2.4.1螺杆、钢球、螺母传动副设计
(1)钢球中心距D螺杆外径D1螺母内径D2尺寸D、D1、D2如图(2-6)所示7
图2-6螺杆钢球螺母传动副
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,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
8。
螺杆外径
D1
通常在
20~38mm
螺
范围内变化,设计时应根据转向轴负荷的不同来选定,
母内径D2
应大于D1,一般要求D2
D1(5%~10%)D根据(表2-1):
得D=28mm
D1=28mmD2D110%D30.8mm
(2)钢球直径d及数量n
钢球直径应符合国家标准,一般常在
6~9mm
d=7.144mm
范围内,根据(表2-1)。
取
。
每个环路中的钢球数可用下式计算:
n
DW
DW
(2-12)
dcos0
d
式中,
D
为钢球中心距;
W
n
为不包括环流导管中的钢球
为一个环路中的钢球工作圈数;
数9;0为螺线导程角,常取
0=5°~8°,则cos0
1;代入数值解得n=19。
(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2-7,钢球和滚道又四
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。
为了减小摩
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(0.510.53)d。
在此我们取滚道半径为3.643mm,符合相应的要求。
3
图2-7四段圆弧滚道截面
(4)接触角
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
。
角多
取为45°,以使轴向力与径向力分配均匀。
(5)螺距P和螺旋线导程角
0
转向盘转动
角,对应螺母移动的距离
s为
s
p
(2-13)
2
式中,P为螺纹螺距。
螺距
P一般在
8~11mm内选取。
查表(2-1
)得:
P取9.525mm导
程角
0=5°~8°取0
7
。
与此同时,齿扇节圆转过的弧长等于
s,相应摇臂轴转过
p,其间关系可表示如下:
spr
式中,r为齿扇节圆半径。
联立式(2-12),式(2-13)得
(2-14)
2r
对p求导
P,将
P
得循环球式转向器角传动比i
为
2r
(2-15)
i
P
;r
mz/2
4.518/240.5mm
又r
mz/2根据表2-1
有z18
P已知,可求出转向器的角传动比
i
2
40.5/9.52526.72
由式(2-14)
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(
2-9
)中的尺寸
b
越小,要求b
P
d
mm
2.5,符合要求。
(6)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圈两种。
一个环路的工作钢球圈数的
选取见(表2-1)。
取W=1.5。
螺杆-钢球-螺母传动副与通常的螺杆-螺母传动副的区别在于前者是经过滚动的钢球
4
将力由螺杆传至螺母,变滑动摩擦为滚动摩擦。
螺杆和螺母上的相互对应的螺旋槽构成钢球
的螺旋滚道。
转向时转向盘经转向轴转动螺杆,使钢球沿螺母上的滚道循环地滚动。
为了形
成螺母上的循环轨道,在螺母上与其齿条相反的一侧表面
(通常为上表面)需钻孔与螺母的螺
旋滚道打通以形成一个环路滚道的两个导孔,并分别插入钢球导管的两端导管。
钢球导管是
由钢板冲压成具有半圆截面的滚道,然后对接成导管,并经氰化处理使之耐磨。
插入螺母螺
旋滚道两个导孔的钢球的两个导管的中心线应与螺母螺旋滚道的中心线相切。
螺杆与螺母的
螺旋滚道为单头(单螺旋线)的,且具有不变的螺距。
转向盘与转向器左置时转向螺杆为左旋,
右置时为右旋。
钢球直径d约为6~9mm。
一般应参考同类型汽车的转向器选取钢球直径d,
并应使之符合国家标准。
钢球直径尺寸差应不超过128105d。
显然,大直径的钢球其承载
能力亦大,但也使转向器的尺寸增大。
钢球的数量n也影响承载能力,增多钢球使承载能力增
大,但也使钢球的流动性变差,从而需要降低传动效率。
经验表明在每个环路中n以不大于
60为好。
2.4.2齿条、齿扇传动副设计
齿扇通常有5个齿,它与摇臂轴为一体。
齿扇的齿厚沿齿长方向是变化的,这样即可通
过轴向移动摇臂轴来调节齿扇与齿条的啮合间隙。
由于转向器经常处于中间位置工作,因此齿扇与齿条的中间齿磨损最厉害。
为了消除中间齿磨损后产生的间隙而又不致在转弯时使两端齿卡住,则应增大两端齿啮合时的齿侧间隙。
这种必要的齿侧间隙的改变可通过使齿扇各齿具有不同的齿厚来达到。
即齿扇由中间齿向两端齿的齿厚是逐渐减小的。
为此可在齿扇的
切齿过程中使毛坯绕工艺中心
O1转动,如图2-8
所示,O1相对于摇臂轴的中心
O有距离为n
的偏心。
这样加工的齿扇在齿条的啮合中由中间齿转向两端的齿时,
齿侧间隙
s也逐渐加大,
s可表达为
s2rtan
2tan[rwncos
n2cos2
rw2
n2]
(2-16)
式中r——径向间隙;
——啮合角;
rw——齿扇的分度圆半径;
——摇臂轴的转角。
5
图2-8为获得变化的齿侧间隙齿扇的加工原理和计算简图
图2-9用于选择偏心n的线图
当
,rw确定后,根据上式可绘制如图
2-12所示的线图,用于选择适当的
n值,以便使
齿条、齿扇传动副两端齿啮合时,齿侧间隙
s能够适应消除中间齿最大磨损量所形成的间隙
的需要。
齿条、齿扇传动副各对啮合齿齿侧间隙
s的改变也可以用改变齿条各齿槽宽而不改变齿
扇各轮齿齿厚的办法来实现
10。
一般是将齿条(一般有4个齿)两侧的齿槽宽制成比中间齿槽
大
0.20
即可。
本次设计采用直齿齿轮。
~0.30mm
2.5转向器的计算和校核
2.5.1循环球式转向器零件的强度计算
为了进行强度计算,首先要确定其计算载荷11。
式(2-13)曾给出了汽车在粗糙的硬路面
6
上作原地转向时转向轮的转向阻力矩,利用它可求得转向摇臂上的力矩和在转向盘上的切向
力,它们均可作为转向系的最大计算载荷。
但对前轴负荷大的重型载货汽车,用关系式计算
出来的力,往往会超过司机在体力上的所能施展的力量。
这时在计算转向器的零件具体参数
时,可取司机作用在转向盘轮缘上的最大瞬时力。
确定计算载荷后,即可计算转向系零件的
强度。
汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转向阻力矩(N﹒m)即
f
G13
MR
(2-17)
3
p
f取0.7;G1为前轴负荷(N);p轮胎气压(MPa)。
由查得的资料可知道长安福特福克
斯2.0前轴负荷51%Mg,因此G1
51%
1730
9.8
8646N;p0.25Mpa
MR
0.7
(8646)3
375.1N
m
3
0.25
106
确定计算载荷后,即可计算转向系零件的强度。
转向系力传动比:
ip
i0Dsw
(2-18)
2a
i0为转向系角传动比
i
0
i
26
.72;
DSW为转向盘直径取
380mm;
a为主销偏移距通常
a的值在
0.4~0.6
倍轮胎的胎面宽度尺寸范围内选取。
取
a0.5205
102.5mm,所以
ip
26.71
380
50
2
102.5
轮胎与地面之间的转向阻力
FW和作用在转向节上的转向阻力
MR有如下关系
FWmax
MR
375.1
3659.5N
a
102.5103
再根据ip
2FW可求出作用在方向盘上的手力
Fh
Fh
2FW
2
3659.5
146.38N
ip
50
(1)齿的弯曲应力
w
齿扇齿的弯曲应力为
w
6Fh
,许用弯曲应力为
w
540MPa
Bs
2
式中,F为作用在齿扇上的圆周力;
h为齿扇的齿高;
B为齿扇的齿宽;s为基圆齿厚。
齿扇啮合半径r
mz/2
4.5
18/2
40.5mm;
h(2ha
hc)m
2.25
4.5
10.125mm;s
m/2
7.07mm;B取27mm
Fmax
MR
375.1
9261.7N
r
40.5
103
6Fh
6
9261.710.125
416.9MPa540MPa
w
Bs2
277.072
7
2.5.2转向摇臂轴直径的确定
转向摇臂轴的直径可根据转向阻力矩
MR及材料的扭转强度极限
0由下式确定:
d
kMR
(2-21
)
3
0.2
0
式中,k——安全系数,根据使用条件可取
2.5~3.5,取k为3.0;
MR——转向阻力矩,
MR
375.1Nm;
0——扭转强度极限,
0
200MPa;
d
kMR
3
3
375.1
0.0304m
30.4mm
3
0.2
200
106
0.2
0
转向摇臂轴一般采用
20CrMnTi、22CrMnMo或20CrNi3A钢制造,表面渗碳,渗碳层深为
0.8~1.2mm,重型汽车和前轴负荷大的汽车,则为
1.05~1.45mm。
淬火后表面硬度为
58—
63HRC。
转向器壳体采用球墨铸铁
QT400—18或可锻铸铁KTH350—10,KTH370—12制造12。
8
3二维工程图
3.1二维工程图
3.1.1零件图的绘制
图3-7齿扇
图3-7为测量完齿扇轴的相关数据后绘制齿扇的零件图
[12]。
图3-8螺杆
图3-8为测量转向螺杆的数据后绘制螺杆的零件图。
9
图3-9螺母主视图
图3-9为根据外形及参考数据绘制螺母的零件主视图。
图3-10螺母左视图
图3-10为根据外形及参考数据绘制螺母的零件左视图。
10
3.1.2总装图的绘制
图3-11总装配图主视图
图3-11为最后将所有零件图进行组装,画出的总装图主视图。
图3-12总装配图左视图
图3-12为最后将所有零件图进行组装,画出的总装图左视图。
11
4结论
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来设计
此转向器的其他相关参数,使设计出的转向器符合其基本的功能,齿轮齿扇的尺寸基本能满
足一般轿车的需求。
在现代轿车设计中,选择变齿用于齿条齿扇传动副上是其前沿发展趋势,
本论文中只是采用直齿齿轮完成了初步的设计,因而其实物在传动时将造成相关零件的磨损。
循环球式转向器效率高、操纵轻便;有一条平滑的操纵力特性曲线;布置方便,特别对
大中型车辆易于和动力转向系统配合使用;易于传递驾驶员操纵信号,逆效率高、回位好,
与液压助力装置的动作配合得好;可以实现变速比,满足了操纵轻便性的要求。
中间位置转
向力小、且经常使用,转向灵敏,减小转向力。
根据现行的汽车参数设计标准和参照相似类型车辆的技术状况,本论文借用长安福特福
克斯2.0相关参数完成了初步的设计,分析计算并选取了循环球转向器设计过程中所需要的主
要参数,最终完成了自己的循环球式转向器设计。
通过此次的轿车循环球式转向器的设计,
初步掌握了循环球式转向器设计的原则,同时锻炼了自己综合解决问题的能力。
12
参考文献
[1]《汽车理论》-余志生主编.机械工业出版社.2006
[2]《汽车构造》-陈家瑞主编.人民交通出版社.2005
[3]《汽车设计》-王望予主编.机械工业出版社.2007.
[4]《汽车设计》-刘惟信.清华大学出版社.2004.
[5]《机械设计》-濮良贵、纪名刚主编.高等教育出版社.2006.
[6]《机械原理》-孙桓、陈作模主编.高等教育出版社.2006.
[7]《汽车设计课程设计指导书》-王国权、龚国庆.机械工业出版社2009.
[8]《机械设计课程设计手册》-吴宗泽主编.高级教育出版社.2012.
13
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 循环 转向器 设计