机械式转向器的设计和计算
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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=
d cos ：0d
、齿轮齿条式转向器的设计
齿轮齿条式转向器的齿轮多数采用斜齿圆柱齿轮。齿轮
模数取值范围多在2〜3mm之间。主动小齿轮齿数多数在5〜
7个齿范围变化，压力角取20o,齿轮螺旋角取值范围多为
9o〜15o。齿条齿数应根据转向轮达到最大偏转角时，
相应的齿条移动行程应达到的值来确定。变速比的齿条压力 角，对现有结构在12o〜35o范围内变化。此外，设计时应验 算齿轮的抗弯强度和接触强度。
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
8.731
9.525
9,525
10.000
10.000
Z1.OOG
工炸圈败
1-5
2.5
2.5
环arte
2
集母忙度/'rmn
1
41
45
52
46
47
5B
59
62
72
78
80
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3
5
5
齿扇滩圖齿社
12
L3
13
13
14
15
垢扇压力角
27'30
切削箱
6*30
F30'
T30*
齿虜寬/mm
22
25
来自百度文库25
27
25
28
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
直径；i..为转向器角传动比；.为转向器正效率。
对给定的汽车，用式（7-10）计算出来的作用力是最大
值。因此，可以用此值作为计算载荷。然而，对于前轴负荷 大的重型货车，用上式计算的力往往超过驾驶员生理上的可 能，在此情况下对转向器和动力转向器动力缸以前零件的计 算载荷，应取驾驶员作用在转向盘轮缘上的最大瞬时力，此 力为700N
第四节 机械式转向器的设计与计算
一、转向系计算载荷的确定
为了保证行驶安全，组成转向系的各零件应有.足够的 强度。欲验算转向系零件的强度，需首先确定作用在各零件 上的力。影响这些力的主要因素有转向轴的负荷、路面阻力 和轮胎气压等。为转动转向轮要克服的阻力，包括转向轮绕 主销转动的阻力、车轮稳定阻力、轮胎变形阻力和转向系中 的内摩擦阻力等。
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
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
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摇曾轴亶径/mm
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M
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钢球中心®/mm
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It杆
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别
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啊號直S/mm
5.M6
5,556
6.350
6.350
7444
7.
8J
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W.MJ
7,938
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
30
28-32
S0
34
38
35
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。
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
精确地计算出这些力是困难的。为此推荐用足够精确的 半经验公式来计算汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转 向阻力矩Mr(N・mm)
MR=f\唇(7一9)
式中，f为轮胎和路面间的滑动摩擦因数，一般取0.7；
Gi为转向轴负荷（N）；p为轮胎气压（MPa）
作用在转向盘上的手力为
式中，Li为转向摇臂长；L2为转向节臂长；Dsw为转向盘
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
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n=
d cos ：0d
、齿轮齿条式转向器的设计
齿轮齿条式转向器的齿轮多数采用斜齿圆柱齿轮。齿轮
模数取值范围多在2〜3mm之间。主动小齿轮齿数多数在5〜
7个齿范围变化，压力角取20o,齿轮螺旋角取值范围多为
9o〜15o。齿条齿数应根据转向轮达到最大偏转角时，
相应的齿条移动行程应达到的值来确定。变速比的齿条压力 角，对现有结构在12o〜35o范围内变化。此外，设计时应验 算齿轮的抗弯强度和接触强度。
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
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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
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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
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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
直径；i..为转向器角传动比；.为转向器正效率。
对给定的汽车，用式（7-10）计算出来的作用力是最大
值。因此，可以用此值作为计算载荷。然而，对于前轴负荷 大的重型货车，用上式计算的力往往超过驾驶员生理上的可 能，在此情况下对转向器和动力转向器动力缸以前零件的计 算载荷，应取驾驶员作用在转向盘轮缘上的最大瞬时力，此 力为700N
第四节 机械式转向器的设计与计算
一、转向系计算载荷的确定
为了保证行驶安全，组成转向系的各零件应有.足够的 强度。欲验算转向系零件的强度，需首先确定作用在各零件 上的力。影响这些力的主要因素有转向轴的负荷、路面阻力 和轮胎气压等。为转动转向轮要克服的阻力，包括转向轮绕 主销转动的阻力、车轮稳定阻力、轮胎变形阻力和转向系中 的内摩擦阻力等。
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
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
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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
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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。
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
精确地计算出这些力是困难的。为此推荐用足够精确的 半经验公式来计算汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转 向阻力矩Mr(N・mm)
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式中，f为轮胎和路面间的滑动摩擦因数，一般取0.7；
Gi为转向轴负荷（N）；p为轮胎气压（MPa）
作用在转向盘上的手力为
式中，Li为转向摇臂长；L2为转向节臂长；Dsw为转向盘