毕业论文
论文题目：作者姓名：班级学号：系 部：专 业：指导教师：
循环球式转向器的设计
孙飞
机械设计与制造
2013年11月29日
目录
摘要 .................................................................. Ⅰ 1 绪论 ................................................................. 1 1.1 课题背景 ......................................................... 1 1.2 国内外研究现状 ................................................... 2 1.3 研究目的及意义 ................................................... 3 1.4 研究内容和设计方法 ............................................... 3 2 转向器的设计 ......................................................... 4 2.1 转向系统简介 ..................................................... 4 2.2 机械转向系 ....................................................... 5 2.2.1 转向操纵机构 ................................................. 6 2.2.2 转向器 ....................................................... 7 2.2.3 转向传动机构 ................................................. 9 2.3 转向系主要性能参数 ............................................... 9 2.3.1 转向器的效率 ................................................. 9 2.3.2 传动比的变化特性 ............................................ 10 2.4 主要尺寸参数的选择 .............................................. 12 2.4.1 螺杆、钢球、螺母传动副设计 .................................. 14 2.4.2 齿条、齿扇传动副设计 ........................................ 16 2.5转向器的计算和校核 .............................................. 17 2.5.1循环球式转向器零件的强度计算 ................................ 17 2.5.2 转向摇臂轴直径的确定 ........................................ 19 3 二维工程图 .......................................................... 20 3.1 二维工程图 .................................................... 20 3.1.1 零件图的绘制 ................................................ 20 3.1.2 总装图的绘制 ................................................ 22 4 结论 ................................................................ 23 参考文献 .............................................................. 24
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轻型越野车循环球式转向器的设计
[摘要] 汽车是一种性能要求高，负荷变化大的运输工具。转向系统作为汽车的关键部件之
一，更需要了解和掌握。转向器作为转向系统中最重要的组成部件，对它进行深入的研究便显得意义重大。循环球式转向器主要由螺杆、螺母、钢球、转向器壳体等组成，具有较高的传动效率，操纵轻便，磨损较小，使用寿命长，近年来得到广泛使用。根据现用的国家标准并依据BJ2020汽车的循环球转向器数据，按照汽车设计的原则设计一款循环球转向器，完成三维图形和零件平面图的绘制，使其能够满足现代越野车的国家标准要求。
[关键词] 循环球 转向器 设计 分析 越野车
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1 绪论
1.1 课题背景
转向器又名转向机、方向机，它是转向系中最重要的部件。转向器的作用是：增大转向盘传到转向传动机构的力和改变力的传递方向。
转向器按结构形式可分为多种类型。目前较常用的有齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、循环球曲柄指销式、蜗杆滚轮式等。如果按照助力形式，又可以分为机械式（无助力）和动力式（有助力）两种，其中动力转向器又可以分为气压动力式、液压动力式、电动助力式、电液助力式等种类。
（1） 齿轮齿条式转向器
齿轮齿条式转向器是一种最常见的转向器。其基本结构是一对相互啮合的小齿轮和齿条。转向轴带动小齿轮旋转时，齿条便做直线运动。有时，靠齿条来直接带动横拉杆，就可使转向轮转向。所以，这是一种最简单的转向器。它的优点是结构简单，成本低廉，转向灵敏，体积小，可以直接带动横拉杆。在汽车上得到广泛应用。
（2） 蜗杆曲柄销式转向器
蜗杆曲柄销式转向器是以蜗杆为主动件，曲柄销为从动件的转向器。蜗杆具有梯形螺纹，手指状的锥形指销用轴承支承在曲柄上，曲柄与转向摇臂轴制成一体。转向时，通过转向盘转动蜗杆、嵌于蜗杆螺旋槽中的锥形指销一边自转，一边绕转向摇臂轴做圆弧运动，从而带动曲柄和转向垂臂摆动，再通过转向传动机构使转向轮偏转。这种转向器通常用于转向力较大的载货汽车上。
（3） 循环球式转向器
这种转向装置是由齿轮机构将来自转向盘的旋转力进行减速，使转向盘的旋转运动变为涡轮蜗杆的旋转运动，滚珠螺杆和螺母夹着钢球啮合，因而滚珠螺杆的旋转运动变为直线运动，螺母再与扇形齿轮啮合，直线运动再次变为旋转运动，使连杆臂摇动，连杆臂再使连动拉杆和横拉杆做直线运动，改变车轮的方向。循环球式转向器的原理相当于利用了螺母与螺栓在旋转过程中产生的相对移动，而在螺纹与螺纹之间夹入了钢球以减小阻力，所有钢球在一个首尾相连的封闭的螺旋曲线内循环滚动，循环球式故而得名。
（4） 齿轮齿条液压助力转向器
齿轮齿条液压助力转向器，是相对于齿轮齿条机械转向器而言的，主要是增加了转向油泵、转向油壶、转向油管、转向阀、转向油缸等部件，以期达到改善驾驶员手感，增加转 向助力的目的的转向装置。
进入90年代以来，汽车已经融入我们的生活，我国的经济实力不断增强，人民生活水平大幅度提高，同时也反映出民族汽车工业的巨大进步。现在我国已经成为世界五大汽车强国。
作为汽车关键部件之一的转向系统也得到了相应的发展，基本已形成了专业化、系列化
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生产的局面。有资料显示，国外有很多国家的转向器厂，都已发展成大规模生产的专业厂，年产超过百万台，垄断了转向器的生产，并且销售点遍布了全世界。汽车转向器的结构很多，从目前使用的普遍程度来看，主要的转向器类型有4种：有蜗杆销式(WP型)、蜗杆滚轮式(WR型)、循环球式(BS型)、齿轮齿条式(RP型)。这四种转向器型式，已经被广泛使用在汽车上。 综合上述对有关转向器品种的使用分析,得出以下结论：
循环球式转向器和齿轮齿条式转向器，已成为当今世界汽车上主要的两种转向器；而蜗轮-蜗杆式转向器和蜗杆销式转向器，正在逐步被淘汰或保留较小的地位。在小客车上发展转向器的观点各异，美国和日本重点发展循环球式转向器,比率都已达到或超过90%；西欧则重点发展齿轮齿条式转向器，比率超过50%，法国已高达95%。
据了解，在全世界范围内，汽车循环球式转向器占45%左右，有继续发展之势；齿条齿轮式转向器在40%左右；蜗杆滚轮式转向器占10%左右；其它型式的转向器占5%。所以可以说循环球式转向器在稳步发展。而西欧小客车中，齿条齿轮式转向器有很大的发展。日本汽车转向器的特点是循环球式转向器占的比重越来越大，日本装用不同类型发动机的各类型汽车，采用不同类型转向器，在公共汽车中因使用循环球式转向器，由60年代占总数的62.5%发展到现今的100%了(蜗杆滚轮式转向器在公共汽车上已经淘汰)。大、小型货车中，也大都采用循环球式转向器；但齿条齿轮式转向器有所发展；微型货车用循环球式转向器占65%，齿条齿轮式占35%。
由于循环球式转向器的种种优点，在中、小型号的车辆上都有良好的应用，而大型车辆更以循环球式转向器为主要结构。由此我们不难看出循环球式转向器设计具有很重要的意义，其应用前景也非常的好。
?1?1.2 国内外研究现状
循环球式转向器是汽车上一种常用的转向器，主要由螺杆、螺母、钢球、转向器壳体等组成
?2?。因螺母与螺杆之间没有滑动摩擦，只有钢球与螺杆及螺母之间的滚动摩擦，所以循
环球式转向器具有较高的传动效率，由于有结构复杂，成本高，转向灵敏度不如齿轮齿条式的众多缺点，因此逐渐被齿轮齿条式取代。但随着动力转向的应用以及道路行驶条件的改善，“打手”的现象明显减少，正向传动效率很高（最高可达90～95%），操纵轻便，使用寿命长，各种优势逐渐得到体现，因此目前再次得到广泛使用。
汽车车速的提高，需要在高速时有较好的转向稳定性，必须使转向器具有较高的刚度。循环球式转向器由于通过大量钢球的滚动接触来传递转向力，具有较大的强度和较好的耐磨性。并且该转向器可以被设计成具有等强度结构，特别是变速比结构具有较高的刚度，适宜高速车辆采用，这也是它采用广泛的原因之一。循环球式转向器的间隙可调，齿条齿扇副磨损后可以重新调整间隙，使之具有合适的转向器传动间隙，从而提高转向器寿命，因此采用日益广泛。我国的转向器也在向大量生产循环球式转向器发展。
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