1、浅析汽车变速比转向器的设计与加工 摘 要：近年来，随着人们生活水平的大幅提高，汽车的普及率越来越广泛，其已经成为人们日常生活中必不可少的交通工具之一。汽车按照具体使用条件的不同，对其性能的要求也是不同的，如在城市道路中行驶的汽车，因环境因素较为复杂，故此其操作必须具有较高的机动性和轻便性，这就对转向器的性能提出了更高的要求。因此，应设计一种具有变速比的转向器来满足这一要求。基于此点，本文首先对汽车转向器进行概述，并在此基础上提出汽车变速比转向器的设计和加工。 关键词：汽车 变速比转向器 设计 加工 一、汽车转向器概 述 汽车的转向器通常又被称之为转向机，它是与汽车方向盘相连接用以实现汽车转向的
2、一组齿轮机构，属于转向系中的减速传动装置。较为常见的转向器分为以下几种形式：蜗杆滚轮式、齿轮齿条式、循环球齿条齿扇式等，在以上几种形式中，由于循环球式转向器能够实现变速比，所以其已经成为目前全世界汽车制造业中首选的转向器形式之一，该转向器具有以下特点：其一，能够实现变速比的特性，实际操纵过程中轻便性较高；其二，便于安装，尤其适合在大中型车辆上与动力转向系统配合使用；其三，回位性较好，且逆效率高，可以给驾驶者传递准确的操纵 信号；其四，基于该装置是凭借循环球（钢球）的滚动接触来进行转向力传递的，使得其具有良好的耐磨损性和较高的强度；其五，变速比结构刚度较高，能够适应车辆车速的快速提升，确保了车辆
3、在高速行驶中转向的稳定性；其六，该转向器中齿条齿扇副可在出现磨损后重新对间隙进行调整，进而使转向器的使用寿命有所提高，这也是该转向器最大的优点之一。 二、汽车变速比转向器的设计和加工 （一）变速比转向器的设计原理 循环球转向器主要是由齿条齿轮副和螺杆螺母副这两部分构成的，它的传动比实际上就是这两部分传动比的 积，而这两部分的传动比通常是固定不变的，这就使得循环球转向器的传动比也随之固定不变。要想实现传动比的变化，可采取以下方法：当汽车的方向盘带动转向器旋转时，转向器中的齿条和齿轮啮合的工作半径将会发生改变，这种改变将会使转向器的传动比随之出现相应的变化，我们将工作半径随转角变化而发生改变的齿轮
4、称之为变速齿轮。基于此点，设计变速比转向器的关键就是要设计一个变速齿轮齿条副。 下面介绍以下变速齿轮的选择：在变速比转向器的设计过程中，变速齿轮的选择应按照实际的使用需要加以确定。一般常在城市道路中行驶的车辆，因 环境复杂、路面状况良好，这就要求车辆应具有较高的机动性，所以转向器的传动比不宜过大；而车辆在转弯过程中，实际车速一般较低，为了能够有效地克服转向过程中的阻力影响，转向器的传动比又不能过小，如果想要将这两点同时体现在转向器上，那么变速齿轮的传动比变化规律则应是中间位置小，两遍位置大。变速齿轮按照形状的不同大致可分为椭圆齿轮、偏心齿轮、卵形齿轮以及其它形状的齿轮，其中卵形齿轮和偏心齿轮的
5、传动比基本上都是根据周期函数来进行具体变化的，若这两种齿轮的当量齿轮大小等同，那么当转角一定时，两者的传动比变化规律极为近似， 所以它们均可与特殊齿条共轭。当齿轮转动的角度在 45 度角以内时，两者的对滚节线基本处于重合状态，此时齿轮的工作半径变化趋势也基本类似，因此，传动比的实际变化规律一致，这种变化规律与转向器传动比变化的要求相符。 （二）变速比转向器的设计和加工方法 1.齿条范成法。该方法实质上是一种凸轮设计方法，它的具体设计思路是以变节距的齿条作为切齿工具，并根据齿扇转角与齿条位移的变化关系来加工符合预先设定好速比关系的齿扇。但是由于齿扇的齿形一般都是靠齿条共轭获得的，从而很难用解析式
6、来表达包络线的方程式，而 随着计算机技术的不断进步，利用计算机进行模拟就显得较为容易，因此，目前采用该方法进行设计、加工主要是通过计算机的 CAD二维绘图和仿真加工来实现的。 2.大小齿法。该方法主要是根据传动比与齿条齿扇的啮合成正比这一前提来实现不同情况下的传动比。由美国通用公司制造生产的豪华型卡迪拉克就是采用该方法进行变速比转向器设计的，它的传动比约为 12.2-16:1，变化幅度为 23.75%。 3.偏心移距法。该方法主要采用的是以齿扇齿形为标准的渐开线形状，并利用几何作图法求得其偏心距。运用该方法进行设计不仅 能够获得较为合适的变速比，同时还可以使转向器的啮合特性有所改善，进而实现中
7、间齿的无侧隙传动。但该方法也具有一定的缺陷，即偏心量一经确定后，便无法进行更改，从而使得汽车在不同情况的转向过程中很难得到最佳的速比曲线。 对于上述的几种设计方法，如果使用数控梳齿刀插齿机进行加工，仅需将齿扇转角与道具位移的实际运动关系预先输入至数控系统当中，即可加工出所需的齿扇齿形。 三、结论 总而言之，汽车变速比转向器的设计与加工是一项较为复杂的工作，不仅要求设计人员在设计过程中要熟练掌握各种设计方法 ，并从中选出最佳的设计方案，同时在加工过程中也必须严格控制产品的质量，只有这样，才能生产制造出各方面性能都最佳的变速比转向器。 参考文献： 霍素梅 .利用计算机进行变速比摇臂轴齿扇齿形模拟加工并测量公法线尺寸 A.沈阳科学学术年会论文集陈锡栋 ,张振林 .可变角传动比汽车循环球式转向器的设计 J.天津理工大学学报 ,2006(9). 周思梁 ,冯定 ,陈烈红 .变速比循环球汽车转向器的效率研究 J.长江大学学报 (自科版 )理工卷 ,2007(3).
