寇庆华：微型汽车转向系统设计
d?d?k2MMhr? ?i?0 （4-13）
将式（4-10）代入式（4-11）后得到
ip?i?0Dsw2a （4-14）
当a和Dsw不变时，力传动比ip越大，虽然转向越轻，但i?0也越大，表明转向不灵敏。
4.2.3转向器角传动比的选择
转向器角传动比可以设计成减小、增大或保持不变的。影响选取角传动比变化规律的主要因素是转向轴负荷大小和对汽车机动能力的要求。
若转向轴负荷小或采用动力转向的汽车，不存在转向沉重问题，应取较小的转向器角传动比，以提高汽车的机动能力。若转向轴负荷大，汽车低速急转弯时的操纵轻便性问题突出，应选用大些的转向器角传动比。
汽车以较高车速转向行驶时，要求转向轮反应灵敏，转向器角传动比应当小些。汽车高速直线行驶时，转向盘在中间位置的转向器角传动比不宜过小。否则转向过分敏感，使驾驶员精确控制转向轮的运动有困难。
转向器角传动比变化曲线应选用大致呈中间小两端大些的下凹形曲线，如图4-1所示。
图4-1转向器角传动比变化特性曲线
Fig 4-1 Change characteristic property curve of Steering angle transmission ratio
4.3转向器传动副的传动间隙△t
传动间隙是指各种转向器中传动副之间的间隙。该间隙随转向盘转角的大小不同而改变，并把这种变化关系称为转向器传动副传动间隙特性（图4-2）。
研究该特性的意义在于它与直线行驶的稳定性和转向器的使用寿命有关。
传动副的传动间隙在转向盘处于中间及其附近位置时要极小，最好无间隙。若转向器
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辽宁工程技术大学毕业设计（论文）
传动副存在传动间隙，一旦转向轮受到侧向力作用，车轮将偏离原行驶位置，使汽车失去稳定。
传动副在中间及其附近位置因使用频繁，磨损速度要比两端快。在中间附近位置因磨损造成的间隙过大时，必须经调整消除该处间隙。
为此，传动副传动间隙特性应当设计成图4-2所示的逐渐加大的形状。
图4-2 转向器传动副传动间隙特性 Fig 4-2 Drive gap characteristic property of steering
转向器传动副传动间隙特性 图中曲线1表明转向器在磨损前的间隙变化特性；曲线2表明使用并磨损后的间隙变化特性，并且在中间位置处已出现较大间隙；曲线3表明调整后并消除中间位置处间隙的转向器传动间隙变化特性。
4.4转向盘的总转动圈数
转向盘从一个极端位置转到另一个极端位置时所转过的圈数称为转向盘的总转动圈数。它与转向轮的最大转角及转向系的角传动比有关，并影响转向的操纵轻便性和灵敏性。轿车转向盘的总转动阁数较少，一般约在3.6圈以内；货车一般不宜超过6圈。
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5.转向器设计计算
5.1转向系计算载荷的确定[8]
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，地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。
精确地计算这些力是困难的，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距M（N?mm),即
rMr?f3G1 (5-1)
P3 ＝147623.29 N?mm
式中，f为轮胎和路面见的摩擦因素，一般取0.7；压（MPa）。
作用在转向盘上的手力为
G为转向轴负荷（N）;p为轮胎气
1Fh?2L1M2SWrLDi?? （5-2）
? ＝41.54 N
?式中， L为转向摇臂长；L为转向节臂长；DSW为转向盘直径；i?为转向器角传动比；
12?为转向器正效率。
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5.2转向器设计
5.2.1参数的选取[9]
摇臂轴直径/mm 钢球中心距D/mm 螺杆外径D1/mm 钢球直径d /mm 螺距P /mm 工作圈数W 螺母长度L /mm 导管壁厚 /mm
钢球直径与导管内径之间的间隙e/mm
螺线导程角法向压力角
a0a026 25 23 5.556 8.731 1.5 45 1.5 0.5 7 20 45 2
???/o /o
接触角?/o 环流行数
5.2.2计算参数
1.螺母内径D2应大于D1，一般要求
D22?D11?(5%~10%)D （5-3）
D=D+（5%~10%）D=25+8%*25
=27
2. 钢球数量n
n=
πDWdcosa0?πDWd?π?25?1.55.556?21.19个 （5-4）
≈22个
3. 滚道截面半径R2
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R2=（0.51~0.53）d=0.52?5.556=2.889 mm （5-5）
5.3循环球式转向器零件强度计算[10]
5.3.1钢球与滚道之间的接触应力?
?=k3F3E(R2?r)(R2r)222 （5-6）
=2253.34
式中，k为系数，根据A/B值查表，A=[（1/r）-(1/R2)]/2, B=[(1/r)+(1/R1)]/2; R2为滚道截面半径，k取2.271；r为钢球半径；R1为螺杆外径；E为材料弹性模量，等于2.1?10MPa；
5F3为钢球与螺杆之间的正压力，即
F3=
F2ncosa0cos?o （5-7）
＝342.43
式中，
a0为螺杆螺线的导程角；?o为接触角；n为参与工作的钢球数；F为作用在螺杆上
2的轴向力当接触表面硬度为58~64HRC；拍－时，许用接触应力[?]=2500 MPa 由于?<[?],因此满足强度。
5.3.2转向摇臂直径的确定
转向摇臂直径d为
d?KMR0.2?0
?式中，K为安全系数，根据汽车使用条件不同可取2.5~3.5；M为转向阻力矩；0为扭转
R强度极限。
摇臂轴用20CrMnTi钢制造，表面渗碳，渗碳层深度在0.8~1.2mm。对于前轴负荷大的汽车，渗碳层深度为1.05~1.45mm。表面硬度为58~63HRC
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