循环球式转向器计算说明书 - 图文

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值取消些。选取D值规律是随着齿扇模数的增大，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。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D1，一般情况下要求D2-D1=（5%~10%）D。由查表和计算得

D=35mm,D1=34mm,D2=37mm。

图2-3 螺杆、钢球和螺杆传动副

(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，取d=8mm[15]。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。因为钢球直径本身有误差，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个为好。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为 n?πDWπDW3.14?35?2.5???34.34 （2.16）

dcos?0d8.000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，由计算得n=35；?0为螺线导成角，常取?0?5?~8?，故cos?0?1。

（3)当螺杆和螺母的滚道各由两条圆弧组成，形成四段圆弧滚道截面时，如图2-4

所示，钢球与滚道有四点接触，传动时轴向间隙最好，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?(0.51~0.53)d。取

R2=4.6mm。螺杆滚道应倒角，用来避免该处被啮出毛刺而划伤钢球后降低传动效率。

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图2-4 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向截面轴线间的夹角称为接触角?，如图2-4所示。?角多取为45?，已使轴向力和径向力分配均匀。

(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

2π式中，P为螺纹螺距，取11mm。与此同时，齿扇节圆转过的弧长等于s，相应摇臂轴转

s??P （2.17）

过?p角，其间关系为

s??pr （2.18）

mz，已知z=13，得 2mz6?13 r???39mm （2.19）

222πr联立式（2.17）、式（2.18）得???p，将?对?p求导，得循环球式转向器角传

P式中，r为齿扇节圆半径。又因为r?动比i?

i??

2πr （2.20） P15

由式 （2.20）可见，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2-2中的尺寸b越小，要求b?(P?d)?2.5mm。取b=3mm。螺距P一般在8~11mm选取,取11mm。

（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、螺杆增长使刚度降低。工作钢球圈数1.5和2.5圈两种，取2.5圈。

（7）导管内径d1，容纳钢球而且钢球在其内部流动的导管内径d1?d?e，式中，e为钢球直径d与导管内径之间的间隙。e不易过大，否则钢球流经导管时球心偏离导管中心线的距离增大，并使流动阻力增大。推荐e?0.4~0.8mm，于是导管内径d1取8.6mm导管壁厚取为1mm。

（8）材料的选取，螺杆和螺母一般采用20CrMnTi钢制造，表面渗碳处理，以加强其表面硬度，渗碳层深度为0.8~1.2mm，大型的商用汽车由于前轴负荷较大，可加深其渗碳层深度到1.05~1.45mm。淬火后表面硬度为HRC58~64[16]。螺杆、钢球和螺母传动副还要对滚道截面进行高精度加工，使滚道表面具有高光洁度，采用标准的高精度的钢球，可用二、三级精度的，以尽可能的减少摩擦。

表2 螺杆螺母参数总结 螺杆外径 螺母内径 钢球中心距 钢球直径 钢球数量 34mm 37mm 35mm 8mm 35 螺距 导程角 导管内径 导管壁厚 螺杆螺母材料 11mm 8? 8.6mm 1mm 20CrMnTi (9)齿条、齿扇传动副设计，滚刀相对齿扇作斜向进给运动加工齿扇齿，得到变厚齿扇。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2-5中若O?O剖面的原始齿形变位系数??0，且I-I剖面和II-II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，II-II剖面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变位系数逐渐变化的圆柱齿轮所组成的。对齿轮来说，因为在不同位置的剖面中，其模数m不变，所以它的分度圆半径r和基圆半径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线齿形，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，所以应将其归入圆柱齿轮的范畴。变厚齿扇齿形的计算，如图2-5所示，一般将中间剖面I-I规定为基准剖面。由I-I剖面向右时，变

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位系数?为正，向左则由正变为零，再变为负。若O?O剖面距I-I剖面的距离为?0，则其值为?0??1m/tan?，?是切削角，常见的有6?30'和7?30'两种，这里取7?30'。在切削角?一定的条件下，各剖面的变位系数?取决于距基准剖面I-I的距离?。进行变厚齿扇齿形计算之前，必须确定的参数有：模数m=6，法向压力角?0，一般在20?~30?之间，取20°；齿顶高系数x1，一般取0.8或1.0，取1.0；径向间隙系数，取0.2；整圆齿数z，在12~15之间选取，取15；齿扇宽度B,一般在22~38mm，取38mm。

图2-5 变厚齿扇齿形计算简图

通常取齿扇宽度的中间位置作基准截面O?O，O?O截面以右至II-II截面齿形变位系数均为正，以左至III-III截面的齿形变位系数为负，则任一截面I-I的齿形变位系数的绝对值可由以下公式得到：

???0tan?/m （2.21）

式中：?0——该截面距离基准截面的距离 m——模数为6

?——切削角，选取为7?30'

由上式可知，模数和切削角已定，则齿形变位系数只与截面距离基准平面的距离有关。整圆齿数z选择15，一般保留齿数为3、5两种，保留齿数为5，法向压力角?0取

20?，则相应的齿顶高系数?1即为1.0，齿根高系数?2为1.25初定齿扇宽度为38mm，

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