（优秀毕业全套设计）汽车循环球式转向器设计

方向盘连接在螺杆上，螺杆则插在螺母的孔内。

转动方向盘时，螺杆转动螺栓。

由于螺栓与螺母之间式相对固定的，因此在旋转时，它不会像普通螺栓那样钻入螺母内中，而是带动螺母移动，然后驱动转动车轮的齿轮。

螺栓并不是与金属块上的螺纹结合在起，所有螺纹中都填满了滚珠轴承，当齿轮转动时，这些滚珠将循环转动。

滚珠轴承有两个作用第，减少齿轮的摩擦和磨损第二，减少齿轮的溢出。

如果齿轮溢出，则会在转动方向盘时感觉到。

而如果转向器中没有滚珠，轮齿之间会暂时脱离，从而造成方向盘松动。

循环球式系统中的动力转向工作原理与齿条齿轮式系统类似。

其辅助动力也是通过向金属块侧注入高压液体来提供的。

汽车转向系统相对于汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统的零件也都被称为保安件。

循环球式转向器般有两级传动副，第级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。

为了降低转向螺杆转向螺母之间的摩擦力，二者之间的螺纹并不是直接接触的状态，在其中间装有多个钢球，以实现滚动摩擦代替滑动摩擦。

转向螺杆和螺母上都被加工出了断面轮廓为不同心圆弧组成的近似半圆的螺旋槽。

他们的螺旋槽能配合在起形成个近似为圆形断面的螺旋管状通道。

螺母侧面有两对通孔，可将钢球通过孔塞入螺旋形通道内。

转向螺母上安装有两根钢球导管，导管的两个端口分别插入螺母侧面的对通孔中。

导管内也装满钢球。

当螺杆转动时，通过钢球将力传递到转向螺母，螺母会沿着轴向移动。

同时，在螺杆及螺母与钢球间的摩擦力偶作用下，所有钢球便在螺旋管状通道内滚动。

在转向器运行时，两列钢球在各自的封闭流道内循环滚动，不会脱落出来。

转向传动机构转向传动机构的功用是将转向器输出的力和运动传到转向桥两侧的转向节，使两侧转向轮偏转，且使二转向轮偏转角按定关系变化，以保证汽车转向时车轮与地面的相对滑动尽可能小。

.转向系主要性能参数转向器的效率功率自转向轴输入，经由转向摇臂轴输出求得的效率称之为正效率，用符号表示，反之则称为逆效率，用符号表示，。

为转向器摩擦功率为转向摇臂轴功率。

转向时驾驶员转动转向盘时轻便稳定，则要求正效率高，汽车转向后转向轮和转向盘能自动返回到直线行驶位置的过程中，又要有定的逆效率。

减轻在不平路面上行驶时驾驶员的疲劳程度，车轮与路面之间的作用力传回到转向盘上时要尽可能的小，这要求逆效率必须尽可能的低。

转向器类型转向器结构特点与转向效率滚针轴承和球轴承等三种结构之。

滚针轴承除滚轮与滚针之间有摩擦损失外，滚轮侧翼与垫片之间还存在着定的滑动摩擦损失，因此这种转向器的效率不高，另外两种结构在前面说的四种转向器中，齿轮齿条式循环球式转向器的正效率都相对比较高，而蜗杆指销式转向器的正效率要低的多。

同类型的转向器，因结构不同也会使得效率不样。

如蜗杆滚轮式转向器的滚轮与支持轴之间使用的轴承可以选用滚针轴承圆锥滚子轴的转向器效率，根据试验结果分别为和。

转向器的结构参数和效率如果忽略轴承和其它地方的摩擦损失，只考虑啮合副的摩擦损失，对于蜗杆和螺杆类转向器，其效率可用下式计算式中，为螺杆的螺线导程角为摩擦角，为摩擦因数。

取为取.，根据逆效率的大小，转向器又分为可逆式极限可逆式和不可逆式。

路面反作用在车轮上的力，经过转向系会大部分的被传递回转向盘，这种逆效率相对较高的转向器属于可逆式的。

它能保证转向后，转向轮和转向盘可以自动回正。

这不仅减轻了驾驶员的疲劳，也提高了行驶安全性。

但是，在不平的路面上行进时，车轮受到的冲击力大部分传至转向盘，引起驾驶员“打手”，使驾驶员精神紧张如果长时间在不平的路面上行进，会使驾驶员疲劳，影响安全驾驶。

不可逆式转向器，是指车轮受到的冲击力不能传到转向盘的转向器。

冲击力由转向传动机构的零件承受，因此会使得零件特别容易损坏。

同时，它不能保证车轮自动回正，驾驶员对路面感觉非常低，因此，现代汽车已经不使用这种类型的转向器了。

极限可逆式转向器的情况则介于上述两者之间。

在车轮受到冲击力作用时，反力只有相对较小部分的力传回转向盘。

它的逆效率相对比较低，而在不平路面上行驶时，驾驶员并不十分紧张，同时，零件受到的冲击力也没有不可逆式转向器的大。

如果只考虑到啮合副的摩擦损失，则可用以下公式做出计算式和表明导程角增大时，正效率逆效率都增大。

受增大的影响，不应取得太。

而当导程角小于或等于摩擦角时，逆效率小于等于零，此时则表明该转向器属于不可逆式转向器。

传动比的变化特性转向系传动比转向系的传动比包括转向系的角传动比力传动比。

轮胎接地面中心作用在两个转向轮上的合力与作用在转向盘上的手力的比，称为力传动比，即转向盘角速度与转向节偏转角速度之比，为转向系角传动比。

式中的为转向盘转角增量为转向节转角增量为时间增量。

转向系角传动比又由角传动比和转向传动机构角传动比所组成，。

转向盘角速度比摇臂轴角速度，称为转向器角传动比。

式中的为摇臂轴转角增量。

此定义适应于除齿轮齿条式之外的转向器。

摇臂轴角速度与同侧转向节偏转角速度之比，称为转向机构的角传动比，即力传动比与转向系角传动比的关系轮胎与地面之间的阻力和作用在转向节上的转向阻力矩之间有如下关系式中，为主销偏移距，指从转向节主销轴线的延长线与支撑平面的交点至车轮中心平面与支承平面交线间的距离。

作用在方向盘上的手力可用下式表示式中的是作用在转向盘上的力矩是转向盘直径。

将式和带入后得到分析式可知，当主销偏移距小时，力传动比应取的相对大些才能保证转向轻便灵活。

通常值在倍轮胎的胎面宽度尺寸范围内选取。

本次设计用原有车型的数据。

忽略摩擦损失，可用下式表示出将式代入后得到当和不变时，力传动比越大，也越大，虽然转向变得轻便了，但表明转向不灵敏。

转向系的角传动比计算转向传动机构角传动比时，除用表示以外，还可以用转向节臂臂长与摇臂长之比表示，即。

现代汽车结构中，与的比值大约在之间，可近似认为比值为，。

因此，如果要研究转向系的传动比特性，只需要研究转向器的角传动比和的变化规律。

角传动比及其的变化规律式表明如果增大角传动比，可以增加力传动比。

由可知，定时，增大就可以减少作用在方向盘上的手力。

.主要尺寸参数的选择由设计要求汽车前轴载荷为，再根据表选择齿扇模数为。

在确定齿扇模数后，转向器其他参数根据表和表进行选取。

表循环球转向器的主要参数参数数值齿扇模数.摇臂轴直径钢球中心距螺杆外径钢球直径.螺距.工作圈数.环流行数齿扇齿数齿扇整圆齿数齿扇压力角切削角齿扇宽表各类汽车循环球转向器的齿扇齿模数齿扇齿模数.轿车发动机排量前轴负荷货车和大客车前轴负荷最大装载表循环球式转向器的部分参数模数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根据所选择的齿扇模数，根据表和表选取对应的参数为钢球直径.螺距.工作圈数.螺杆外径环流行数螺母长度齿扇齿数.齿扇压力角切削角齿扇宽螺杆钢球螺母传动副设计钢球中心距螺杆外径螺母内径尺寸如图所示图螺杆钢球螺母传动副选取值的规律是随着扇齿模数的增大，钢球中心距也相应增加，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。

螺杆外径通常在范围内变化，设计时应根据转向轴负荷的不同来选定，螺母内径应大于，般要求根据表得图根据外形及参考数据绘制螺母的零件主视图图根据外形及参考数据绘制螺母的零件左视图钢球直径及数量钢球直径应符合国家标准，般常在范围内，根据表。

取.。

每个环路中的钢球数可用下式计算式中，为钢球中心距为个环路中的钢球工作圈数为不包括环流导管中的钢球数为螺线导程角，常取，则代入数值解得.。

图测量转向螺杆的数据后绘制螺杆的零件图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，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应大于钢球半径，般取。

在此我们取滚道半径为.，符合相应的要求。

图四段圆弧滚道截面