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一、轉向系計算載荷的確定
知識點1： 原地轉向阻力矩的確定
推薦用足夠精確的半經(jīng)驗公式來計算汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉向阻力矩MR（N·mm）
式中，f為輪胎和路面間的滑動摩擦因數(shù)，一般取0.7；G1為轉向軸負荷（N）；p為輪胎氣壓（MPa）。
知識點2：轉向系計算載荷的確定
作用在轉向盤上的手力為
式中，L1為轉向搖臂長；L2為轉向節(jié)臂長；Dsw為轉向盤直徑；iω為轉向器角傳動比；η+為轉向器正效率。
對給定的汽車，用上式計算出來的作用力是最大值，可以用此值作為計算載荷。然而，對于前軸負荷大的貨車，用上式計算的力往往超過駕駛員生理上的可能，在此情況下對轉向器和動力轉向器動力缸以前零件的計算載荷，應取駕駛員作用在轉向盤輪緣上的最大瞬時力，此力為700N。
二、齒輪齒條式轉向器的設計
知識點3：齒輪齒條式轉向器參數(shù)的確定
齒輪齒條式轉向器的齒輪多數(shù)采用斜齒圓柱齒輪。齒輪模數(shù)取值范圍多在2~3mm之間。主動小齒輪齒數(shù)多數(shù)在5~7個齒范圍變化，壓力角取20°，齒輪螺旋角取值范圍多為9°~15°。齒條齒數(shù)應根據(jù)轉向輪達到最大偏轉角時，相應的齒條移動行程應達到的值來確定。變速比的齒條壓力角，對現(xiàn)有結構在12°~35°范圍內(nèi)變化。此外，設計時應驗算齒輪的抗彎曲強度和接觸強度。
主動小齒輪選用16MnCr5或15CrNi6材料制造，而齒條常采用45號鋼制造，為減輕質(zhì)量殼體用鋁合金壓鑄。
三、循環(huán)球式轉向器設計
知識點4：鋼球中心距D、螺桿外徑D1、螺母內(nèi)徑D2的選擇
鋼球中心距是基本尺寸。螺桿外徑D1，螺母內(nèi)徑D2及鋼球直徑d對確定鋼球中心距D的大小有影響，而D又對轉向器結構尺寸和強度有影響。
在保證足夠的強度條件下，盡可能將D值取小些。選取D值的規(guī)律是隨著扇齒模數(shù)的增大，鋼球中心距D也相應增加。
設計時先參考同類型汽車的參數(shù)進行初選，經(jīng)強度驗算后，再進行修正。
螺桿外徑D1通常在20~38mm范圍內(nèi)變化，設計時應根據(jù)轉向軸負荷的不同來選定。
螺母內(nèi)徑D2應大于D1，一般要求D2-D1=（5%~10%）D。
知識點5：鋼球直徑d及數(shù)量n的選擇
鋼球直徑尺寸d取得大，能提高承載能力，同時螺桿和螺母傳動機構和轉向器的尺寸也隨之增大。鋼球直徑應符合國家標準，一般常在7~9mm范圍內(nèi)選用。
增加鋼球數(shù)量n，能提高承載能力，但使鋼球流動性變壞，從而使傳動效率降低。因為鋼球本身有誤差，所以共同參加工作的鋼球數(shù)量并不是全部鋼球數(shù)。經(jīng)驗證明，每個環(huán)路中的鋼球數(shù)以不超過60粒為好。為保證盡可能多的鋼球都承載，應分組裝配。每個環(huán)路中的鋼球數(shù)可用下式計算
式中，D為鋼球中心距；W為一個環(huán)路中的鋼球工作圈數(shù)；n為不包括環(huán)流導管中的鋼球數(shù)；α0為螺線導程角，常取α0=5°~8°，則cosα0≈1。
知識點6：滾道截面和接觸角θ的選擇
當螺桿和螺母的滾道各由兩條圓弧組成，形成四段圓弧滾道截面時，鋼球與滾道有四點接觸，傳動時軸向間隙最小，可滿足轉向盤自由行程小的要求。圖中滾道與鋼球之間的間隙，除用來貯存潤滑油之外，還能貯存磨損雜質(zhì)。為了減少摩擦，螺桿和螺母溝槽的半徑R2應大于鋼球半徑d/2，一般取R2=（0.51~0.53）d。
鋼球與螺桿滾道接觸點的正壓力方向與螺桿滾道法面軸線間的夾角稱為接觸角θ。θ角多取為45°，以使軸向力和徑向力分配均勻。
知識點7：螺距P
轉向盤轉動  角，對應螺母移動的距離s為：
式中，p為螺紋螺距。
與此同時，齒扇節(jié)圓轉過的弧長等于s，相應搖臂軸轉過βp角，其間關系可表示如下
式中，r為齒扇節(jié)圓半徑。
得  ，將 對βp求導得循環(huán)球式轉向器角傳動比iω為
可知，螺距P影響轉向器角傳動比的值。在螺距不變的條件下，鋼球直徑d越大，尺寸b越小，要求b=(P-d)>2.5mm。螺距P一般在8~11mm內(nèi)選取。
知識點8：工作鋼球圈數(shù)W
多數(shù)情況下，轉向器用兩個環(huán)路，而每個環(huán)路的工作鋼球圈數(shù)W又與接觸強度有關：增加工作鋼球圈數(shù)，參加工作的鋼球增多，能降低接觸應力，提高承載能力；但鋼球受力不均勻、螺桿增長使剛度降低。
工作鋼球圈數(shù)有1.5和2.5圈兩種。
知識點9：導管內(nèi)徑d1
容納鋼球而且鋼球在其內(nèi)部流動的導管內(nèi)徑d1=d+e。式中，e為鋼球直徑d與導管內(nèi)徑之間的間隙。
e不易過大，過大鋼球流經(jīng)導管時球心偏離導管中心線的距離增大，并使流動阻力增大。推薦e=0.4~0.8mm。導管壁厚取為1mm。
知識點10：變厚齒扇的計算
滾刀相對齒扇作斜向進給運動加工齒扇齒，其齒頂和齒根的輪廓面是圓錐的一部分，其分度圓上的齒厚是變化的，故稱之為變厚齒扇。
若O-O截面的原始齒形變位系數(shù) δ=0，且I-I剖面和II-II剖面分別位于O-O剖面兩側，則I-I剖面的齒輪是正變位齒輪，II-II剖面中的齒輪為負變位齒輪，故變厚齒扇在整個齒寬方向上，是由無數(shù)個原始齒形變位系數(shù)逐漸變化的圓柱齒輪所組成。
對齒輪來說，因為在不同位置的剖面中，其模數(shù)m不變，所以它的分度圓半徑r和基圓半徑rb相同。因此，變厚齒扇的分度圓和基圓均為一圓柱，它在不同剖面位置上的漸開線齒形，都是在同一個基圓柱上所展出的漸開線，只是其輪齒的漸開線齒形相對基圓的位置不同而已，所以應將其歸入圓柱齒輪的范疇。
一般將中間剖面1-1規(guī)定為基準剖面。由1-1剖面向右時，變位系數(shù) δ為正，向左則由正變?yōu)榱悖∣-O剖面），再變?yōu)樨?。若O-O剖面距1-1剖面的距離為a0，則其值為a0=δ1m/tgγ，γ是切削角，常見的有6°30ˊ和7°30ˊ兩種。在切削角γ一定的條件下，各剖面的變位系數(shù) 取決于距基準剖面1-1的距離a。
進行變厚齒扇齒形計算之前，必須確定的參數(shù)有：模數(shù)m，參考表7-2選??；法向壓力角α0，一般在20°~30°之間；齒頂高系數(shù)x1，一般取0.8或1.0；徑向間隙系數(shù)，取0.2；整圓齒數(shù)Z，在12~15之間選取；齒扇寬度B，一般在22~38mm。
四、循環(huán)球式轉向器零件強度計算
知識點11：鋼球與滾道之間的接觸應力σ
鋼球與滾道之間的接觸應力σ
式中，k為系數(shù)，根據(jù)A/B值從表7-3查出，A=[(1/r)-(1/R2)]/2，B=[(1/r)+(1/R1)]/2；R2為滾道截面半徑；r為鋼球半徑；R1為螺桿外半徑；E為材料彈性模量，等于2.1×105N/mm2；F3為鋼球與螺桿之間的正壓力，可用下式計算
式中，α0為螺桿螺線導程角；θ為接觸角；n為參與工作的鋼球數(shù)；F2為作用在螺桿上的軸向力。
當接觸表面硬度為58~64HRC時，許用接觸應力[σ]=2500N/mm1。
知識點12：齒扇齒的彎曲應力σw
齒扇齒的彎曲應力
式中，F(xiàn)為作用在齒扇上的圓周力；h為齒扇的齒高；B為齒扇的齒寬；s為基圓齒厚。
許用彎曲應力為[σw]=540N/mm2。
螺桿和螺母用20CrMnTi鋼制造，表面滲碳。前軸負荷不大的汽車，滲碳層深度在0.8~1.2mm，前軸負荷大的汽車，滲碳層深度在1.05~1.45mm。表面硬度為58~63HRC。
知識點13：轉向搖臂軸直徑的確定
用下式計算確定搖臂軸直徑d：
式中，K為安全系數(shù)，根據(jù)汽車使用條件不同可取2.5~3.5；MR為轉向阻力矩；τ0為扭轉強度極限。
搖臂軸用20CrMnTi鋼制造，表面滲碳，滲碳層深度在0.8~1.2mm。前軸負荷大的汽車，滲碳層深度為1.05~1.45mm。表面硬度為58~63HRC。
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