21 武汉理工大学华夏学院本科毕业论文

与齿条相啮合的齿扇，其齿厚是在分度圆上沿齿扇轴线按线性关系变化的，故为变厚齿扇。只要使齿扇轴相对于齿条作轴向移动，即能调整两者的啮合间隙。调整螺钉装在侧盖上，并用螺母锁紧。齿扇轴内侧端部有切槽，调整螺钉的圆柱形端头即嵌入此切槽中。将调整螺钉旋入，则啮合间隙减少；反之，则啮合间隙增大。

循环球式转向器在螺杆和螺母之间因为有可以循环流动的钢球，将滑动摩擦变为滚动摩擦，因而其正传动效率很高（可达90%～95%），故操纵轻便；在结构和工艺上采取措施，可保证有足够的使用寿命；工作平稳可靠；齿条和齿扇之间的间隙调整工作容易进行。但其逆效率高，容易将路面冲击力传动转向盘。不过，对于前轴轴载质量不大而又经常在平坦路面上行使的轻中型载货汽车而言，这一缺点影响不大；而对于载重量较大的汽车，使用循环球式转向器时，除可以在转向器中增加吸振装置以减少路面冲击反力外，往往装有液力转向加力器。由于循环球式转向器在结构上便于与液力转向加力器设计为一个整体，而液力系统又正可以缓和路面的冲击，因此，循环球式转向器得到日益广泛的应用。

循环球齿条-齿扇式转向器的优点：传动效率高，可达90%；在结构和工艺上采取措施，包括提高制造精度，改善工作表面的表面粗糙度和螺杆螺母上的螺旋槽经淬火和磨削加工，使之有足够的硬度和耐磨性能,可保证有足够的使用寿命；转向器的传动比可以变化；工作平稳可靠；齿条和齿扇之间的间隙调整工作容易进行；适合用来做整体式转向器。

3．21

22 武汉理工大学华夏学院本科毕业论文

4循环球式转向器主要尺寸参数的选择

（1）钢球中心距D、螺杆外径D1、 螺母内径D2

尺寸D、D1、D2如图3-1所示. 钢球中心距D是基本尺寸, 螺杆外径D1、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选取，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D1,一般要求D2- D1=(5%～10%)D.

图4-1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响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（表4-1）。

增加钢球数量n，能提高承载能力，但是钢球流动性变坏，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

?DW?DW? （4-1） n=dcos?d0

3．22

23 武汉理工大学华夏学院本科毕业论文

式4-1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；cos

?0为螺线导程角，常取

?0 =5o～8o，则

?0?1。

（3）滚道截面

当螺杆和螺母各有两条圆弧组成，形

成四段圆弧滚道截面时,见图4-2，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，螺杆与螺母沟槽的半径R2应大于钢球半径

d2，一般取R2=(0.51～0.53)d。

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

（5）螺距P和螺线导程角 s??0

转向盘转动?角,对应螺母移动的距离s为

?p （4-2） 2?式4-2中,P为螺纹螺距。与此同时,齿扇节圆转过的弧长等于s,相应摇臂转过

?p角,其间关系可表示如下

s??pr （4-3）

式4-3中,r为齿扇节圆半径. 联立式（4-2）、式（4-3）得??向器角传动比为

2?r?p?,将?对p求导得循环球式转P 3．23

24 武汉理工大学华夏学院本科毕业论文

iw?2?r （4-4） P由式（4-4）可知,螺距影响转向器传动比的值。在螺距不变的条件下,钢球直径d越大,图3-1中的尺寸b越小,要求b=P-d＞2.5mm。螺距一般在12-18mm内选取.

（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4-1。[7]

表4-1循环球式转向器主要参数

齿扇模数m/mm 摇臂轴直径/mm 钢球中心距/mm 螺杆外径/mm 钢球直径/mm 螺距/mm 工作圈数 环流行数 螺母长度/mm 齿扇齿数 3.0 22 20 20 5.556 7.938 3.5 26 23 25 23 25 5.556 6.350 8.731 1.5 4.0 30 25 25 6.350 4.5 32 28 28 5.0 32 35 30 32 29 6.0 38 40 35 34 6.5 42 45 40 38 7.144 9.525 10 5 2.5 2 7.144 8 10 11 2.5 9.525 41 3 5 45 52 46 47 56 58 59 62 5 72 78 80 82 3．24