2.4 主要尺寸参数的选择
长安福特福克斯2.0满载前轴载荷为51%Mg，再根据表（2-2）选择齿扇模数为4.5。在确定齿扇模数后，转向器其他参数根据表（2-1）和表（2-3）进行选取。
表2-1 循环球转向器的主要参数
参数 齿扇模数/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 齿扇齿数 齿扇整圆齿数
齿扇压力角
切削角
齿扇宽/mm
6°30′
5 12 13
18 22°30′ 27°30′
6°30′ 7°30′ 34 38
35 38
3.0 22 20 20 5.556 7.938
3.5 26 23 23 6.350 8.731
1.5
2
5
14 15
4.0 30 25 25 6.350
9.525
数值 4.5 32 28 28
7.144
10.000 2.5 5.0 32 30 29
6.0 38 35 34
8.000 11.000 2.5
6.5 42 40 38
22 25
25 27
25 28
30 28-32
1
表2-2 各类汽车循环球转向器的齿扇齿模数
齿扇齿模数m／mm
3.0 3.5 4．O 4.5 5．O 6.0 6.5
轿车
发动机排量／ml
500
1000 ～ 1800 1600 ～ 2000
2000 2000
前轴负荷/N
3500 ～ 3800 4700 ～ 7350 7000 ～ 9000 8300 ～11000 10000 ～11000
货车和大客车
前轴负荷／N
3000 ～ 5000 4500 ～ 7500 5500 ～ 18500 7000 ～ 19500 9000 ～ 24000 17000 ～ 37000 23000 ～ 44000
最大装载／kg
350 1000 2500 2700 3500 6000 8000
表2-3 循环球式转向器的部分参数
模数m
螺杆外径
螺纹升程
螺母长度
钢球直径
齿扇压力角
齿扇切削角 630′730′ 630′ 730′ 630′ 730′ 630′ 730′ 630′ 730′
?????摇臂轴外径 22
?3.0 20 7.938 40 5.556
2230′
??3.5 23 8.731 45 5.556
2230′
?26
?4.0 25 9.525 48 6.350
2230′
?20
?4.5 28 9.525 58 7.144
2230′
?32
?5.0
29 10.319 62 7.144
2230′
?35
根据所选择的齿扇模数，根据表（2-1）和表（2-3）选取对应的参数为：
2
钢球直径：7.144mm 螺距：9.525mm 工作圈数：1.5 螺杆外径：28mm 环流行数：2 螺母长度：58mm 齿扇齿数：5 齿扇压力角：2230′ 切削角：630′ 齿扇宽：30mm
2.4.1 螺杆、钢球、螺母传动副设计
（1） 钢球中心距D螺杆外径D1螺母内径D2尺寸D、D1、D2如图（2-6）所示
?7???
图2-6 螺杆 钢球 螺母传动副
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，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
?8?。
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根据（表2-1）：得D=28mm
D1=28mm D2?D1?10%D?30.8mm
（2） 钢球直径d及数量n
钢球直径应符合国家标准，一般常在6～9mm范围内，根据（表2-1）。取d=7.144 mm。 每个环路中的钢球数可用下式计算：
n??DW?DW?dcos?0d （2-12）
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
?9?；?0为螺线导程角，常取?0=5°～8°，则cos?0?1；代入数值解得n=19。 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2-7，钢球和滚道又四
（3） 滚道截面
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。为了减小摩擦，螺杆和螺母沟槽的半径R2应大于钢球半径d/2，一般取R2?(0.51?0.53)d。在此我们取滚道半径为3.643mm,符合相应的要求。
3
图2-7 四段圆弧滚道截面
（4） 接触角?
?角多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?。
取为45°，以使轴向力与径向力分配均匀。
（5） 螺距P和螺旋线导程角?0 转向盘转动?角，对应螺母移动的距离s为
s??p (2-13) 2?式中，P为螺纹螺距。螺距P一般在8～11mm内选取。查表（2-1）得：P取9.525mm 导程角?0= 5°～ 8°取?0?7?。与此同时，齿扇节圆转过的弧长等于s，相应摇臂轴转过
?p，其间关系可表示如下：
s??pr （2-14）
2?r?P，将?对?p求导式中，r为齿扇节圆半径。联立式（2-12），式（2-13）得??P得循环球式转向器角传动比i?为
2?ri?? (2-15)
P又r?mz/2根据表2-1 有z?18；r?mz/2?4.5?18/2?40.5mm
P已知，可求出转向器的角传动比i??2??40.5/9.525?26.72
由式(2-14)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（2-9）中的尺寸b越小，要求b?P?d?2.5mm，符合要求。
（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圈两种。一个环路的工作钢球圈数的选取见（表2-1）。取W=1.5。
螺杆－钢球－螺母传动副与通常的螺杆－螺母传动副的区别在于前者是经过滚动的钢球
4
将力由螺杆传至螺母，变滑动摩擦为滚动摩擦。螺杆和螺母上的相互对应的螺旋槽构成钢球的螺旋滚道。转向时转向盘经转向轴转动螺杆，使钢球沿螺母上的滚道循环地滚动。为了形成螺母上的循环轨道，在螺母上与其齿条相反的一侧表面(通常为上表面)需钻孔与螺母的螺旋滚道打通以形成一个环路滚道的两个导孔，并分别插入钢球导管的两端导管。钢球导管是由钢板冲压成具有半圆截面的滚道，然后对接成导管，并经氰化处理使之耐磨。插入螺母螺旋滚道两个导孔的钢球的两个导管的中心线应与螺母螺旋滚道的中心线相切。螺杆与螺母的螺旋滚道为单头(单螺旋线)的，且具有不变的螺距。转向盘与转向器左置时转向螺杆为左旋，右置时为右旋。钢球直径d约为6～9mm。一般应参考同类型汽车的转向器选取钢球直径d，并应使之符合国家标准。钢球直径尺寸差应不超过128?10d。显然，大直径的钢球其承载能力亦大，但也使转向器的尺寸增大。钢球的数量n也影响承载能力，增多钢球使承载能力增大，但也使钢球的流动性变差，从而需要降低传动效率。经验表明在每个环路中n以不大于60为好。
2.4.2 齿条、齿扇传动副设计
齿扇通常有5个齿，它与摇臂轴为一体。齿扇的齿厚沿齿长方向是变化的，这样即可通过轴向移动摇臂轴来调节齿扇与齿条的啮合间隙。由于转向器经常处于中间位置工作，因此齿扇与齿条的中间齿磨损最厉害。为了消除中间齿磨损后产生的间隙而又不致在转弯时使两端齿卡住，则应增大两端齿啮合时的齿侧间隙。这种必要的齿侧间隙的改变可通过使齿扇各齿具有不同的齿厚来达到。即齿扇由中间齿向两端齿的齿厚是逐渐减小的。为此可在齿扇的切齿过程中使毛坯绕工艺中心O1转动，如图2-8所示，O1相对于摇臂轴的中心O有距离为n的偏心。这样加工的齿扇在齿条的啮合中由中间齿转向两端的齿时，齿侧间隙?s也逐渐加大，
?5?s可表达为
?s?2?rtan??2tan?[rw?ncos??ncos??rw?n] （2-16）
式中?r——径向间隙；
2222?——啮合角；
rw——齿扇的分度圆半径；
?——摇臂轴的转角。
5