汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)分解

1、汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)分 解汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書題目： 汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)系別：機(jī)電工程系 專業(yè)：車輛工程班 級(jí)：_ 姓 名：_ 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師：2012年7月汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)摘要根據(jù)對(duì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的研究以及資料的查閱，著重闡述了齒輪齒條式 轉(zhuǎn)向器類型選擇，不同類型齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)缺點(diǎn)，和各種類型齒輪齒條 式轉(zhuǎn)向器應(yīng)用狀況。根據(jù)原有數(shù)據(jù)首先分析轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)，確定總體的結(jié)構(gòu)方 案，并確定轉(zhuǎn)向器的計(jì)算載荷以及轉(zhuǎn)向器的主要參數(shù)，然后確定齒輪齒條的形 式，接著對(duì)齒輪模數(shù)的選擇確定，主動(dòng)小齒輪齒數(shù)的確定、壓力角的確定、齒 輪螺旋角的確定，通過確定轉(zhuǎn)向器的線傳動(dòng)比計(jì)算其力傳動(dòng)

2、比以及齒輪齒條的 結(jié)構(gòu)參數(shù)，在以上的基礎(chǔ)上選擇主動(dòng)齒輪、齒條的材料，受力分析，及對(duì)齒輪 齒條的疲勞強(qiáng)度校核、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。修正齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中不合 理的數(shù)據(jù)。通過對(duì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)，選取出相關(guān)的零件如：螺釘、軸 承等，并在說明書中畫出相關(guān)零件的零件圖。通過說明書并畫出齒輪齒條式轉(zhuǎn) 向器的零件圖2張、裝配圖1張。關(guān)鍵詞：齒輪齒條，轉(zhuǎn)向器，設(shè)計(jì)計(jì)算目錄序言0.1. 汽車轉(zhuǎn)向裝置的發(fā)展趨勢(shì) 1.2. 課程設(shè)計(jì)目的4.3. 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 5.4. 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器方案分析 7.5. 確定齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的形式 8.6. 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)步驟 .126.1已知設(shè)計(jì)參數(shù)126.2

3、齒輪模數(shù)的確定、主動(dòng)小齒輪齒數(shù)的確定、壓力角的確定、齒輪螺旋角的確定136.3確定線傳動(dòng)比、轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向比 146.4小齒輪的設(shè)計(jì)166.5小齒輪的強(qiáng)度校核186.6齒條的設(shè)計(jì)216.7齒條的強(qiáng)度計(jì)算226.8主動(dòng)齒輪、齒條的材料選擇 257.總結(jié)26參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤！ 未定義書簽。致謝28轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變汽車行使方向的機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)準(zhǔn)確、快速、 平穩(wěn)地響應(yīng)駕駛員的轉(zhuǎn)向指令，轉(zhuǎn)向行使后或受到外界擾動(dòng)時(shí)，在駕駛員松開 方向盤的狀態(tài)下，應(yīng)保證汽車自動(dòng)返回穩(wěn)定的直線行使?fàn)顟B(tài)。汽車工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，代表著一個(gè)國家的綜合國力，汽車工業(yè) 隨著機(jī)械和電子技術(shù)的發(fā)展而不斷前進(jìn)。到今天，汽車已經(jīng)不

4、是單純機(jī)械意義 上的汽車了，它是機(jī)械、電子、材料等學(xué)科的綜合產(chǎn)物。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也隨著 汽車工業(yè)的發(fā)展歷經(jīng)了長時(shí)間的演變。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉(zhuǎn)向器的質(zhì)量比較??；傳動(dòng)效率高達(dá)90% ;齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙后，利用裝在齒條背部、靠近主動(dòng)小齒輪處的壓緊力可以調(diào)節(jié)的彈 簧，能自動(dòng)消除間隙，這不僅可以提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度，還可以防止工作時(shí)產(chǎn) 生沖擊和噪聲；轉(zhuǎn)向器占用體積?。恢圃斐杀镜??；谝陨系膬?yōu)點(diǎn)，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器將是以后轉(zhuǎn)向器的發(fā)展的趨勢(shì)和潮流。 本次設(shè)計(jì)以乘用車轉(zhuǎn)向器的參數(shù)作為依據(jù)，設(shè)計(jì)一款某輕型車的轉(zhuǎn)向器。根據(jù)該車型對(duì)于市場(chǎng)的定位及對(duì)

5、制造成本的考慮，同時(shí)參考同類車型的轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)，將該車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一款機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，對(duì)轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)做簡單分析， 并進(jìn)行轉(zhuǎn)向器零件設(shè)計(jì)、工藝性及尺寸公差等級(jí)分析，同時(shí)按以下步驟對(duì)轉(zhuǎn)向 器及零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)方案論證：第一步對(duì)所選的轉(zhuǎn)向器總成進(jìn)行剖析；第二部 利用所學(xué)的知識(shí)對(duì)總成中的零部件進(jìn)行力學(xué)分析和分析；第三步對(duì)分析中發(fā)現(xiàn) 的不合理的設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。1. 汽車轉(zhuǎn)向裝置的發(fā)展趨勢(shì)隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)也有很大變化。汽車轉(zhuǎn)向器的 結(jié)構(gòu)很多，從目前使用的普遍程度來看，主要的轉(zhuǎn)向器類型有4種：有蝸桿銷式 （WP型）、蝸桿滾輪式（WR型）、循環(huán)球式（BS型）、齒條齒輪式（BP型）。這四種 轉(zhuǎn)

6、向器型式，已經(jīng)被廣泛使用在汽車上。據(jù)了解，在世界范圍內(nèi)，汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占45%左右，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器占40%左右，蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器占10%左右，其它型式的轉(zhuǎn)向器占5%。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器一直在穩(wěn)步發(fā)展。在西歐小客車中，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器有很大 的發(fā)展。日本汽車轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)是循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占的比重越來越大，日本裝 備不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)的各類型汽車，采用不同類型轉(zhuǎn)向器，在公共汽車中使用的 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，已由60年代的62.5%，發(fā)展到現(xiàn)今的100% 了 （蝸桿滾輪式轉(zhuǎn) 向器在公共汽車上已經(jīng)被淘汰）。大、小型貨車大都采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，但齒 條齒輪式轉(zhuǎn)向器也有所發(fā)展。微型貨車用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占65%，

7、齒條齒輪式占 35%。綜合上述對(duì)有關(guān)轉(zhuǎn)向器品種的使用分析，得出以下結(jié)論：循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，已成為當(dāng)今世界汽車上主要的兩種 轉(zhuǎn)向器；而蝸輪一蝸桿式轉(zhuǎn)向器和蝸桿銷式轉(zhuǎn)向器，正在逐步被淘汰或保留較小 的地位。在小客車上發(fā)展轉(zhuǎn)向器的觀點(diǎn)各異，美國和日本重點(diǎn)發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器， 比率都已達(dá)到或超過90% ；西歐則重點(diǎn)發(fā)展齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器， 比率超過50%， 法國已高達(dá)95%。由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的種種優(yōu)點(diǎn)，在小型車上的應(yīng)用（包括小客車、小型貨車或客貨兩用車）得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展；而大型車輛則以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為主 要結(jié)構(gòu)。從發(fā)展趨勢(shì)上看，國外整體式轉(zhuǎn)向器發(fā)展較快，而整體式轉(zhuǎn)向器中轉(zhuǎn)閥結(jié) 構(gòu)是

8、目前發(fā)展的方向。由于動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還是新的結(jié)構(gòu)，各國的生產(chǎn)廠家都正 在組織力量，大力開展試驗(yàn)研究工作，提高使用性能、減小總成體積、降低生 產(chǎn)成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，以便逐步推廣和普及。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國際經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的變化對(duì)汽車乃至汽車轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn) 都有很大影響。特別是西方國家實(shí)行石油禁運(yùn)以來，世界經(jīng)濟(jì)形勢(shì)受沖擊很大。 隨著能源危機(jī)的發(fā)展，汽車工業(yè)首當(dāng)其沖，其發(fā)展方向有很大變化。從汽車設(shè) 計(jì)、制造到各總成部件的生產(chǎn)都隨著能源危機(jī)的發(fā)生而變化，表現(xiàn)在能源消耗、 材料消耗、操縱輕便等各個(gè)方面。我國加入 WTO，給汽車工業(yè)帶來新的機(jī)遇， 也帶來挑戰(zhàn)，國產(chǎn)汽車及零部件將會(huì)得到進(jìn)一步發(fā)展。2. 課程設(shè)計(jì)目

9、的1課程設(shè)計(jì)是一次綜合性訓(xùn)練，通過課程設(shè)計(jì)，既有助于鞏固學(xué)生們所學(xué)專 業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)獨(dú)立設(shè)計(jì)能力，提高綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，同時(shí)也有助于為以后 的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。2通過這次課程設(shè)計(jì)使學(xué)生們懂得理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合，從理論中得出 結(jié)論，才是真正的知識(shí)，才能提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。3. 通過設(shè)計(jì)，獲得根據(jù)原始數(shù)據(jù)的要求，設(shè)計(jì)出高效、經(jīng)濟(jì)、合理、能保 證設(shè)計(jì)產(chǎn)品的能力。4. 學(xué)會(huì)使用手冊(cè)及圖表資料。培養(yǎng)查閱各種資料的能力，同時(shí)掌握與本設(shè) 計(jì)有關(guān)的各種資料。3. 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變汽車行使方向的

10、機(jī)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn) 向盤、轉(zhuǎn)向上、下軸）、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)向拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)）等。轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)應(yīng)準(zhǔn)確、快速、平穩(wěn)地響應(yīng)駕駛員的轉(zhuǎn)向指令，轉(zhuǎn)向行使后或受到外界擾 動(dòng)時(shí)，在駕駛員松開方向盤的狀態(tài)下，應(yīng)保證汽車自動(dòng)返回穩(wěn)定的直線行使?fàn)?態(tài)0一般來說，對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求如下：（1）轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比（方向盤轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角之比） 和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比。在轉(zhuǎn)向盤尺寸和轉(zhuǎn)向輪阻力一定時(shí)，角傳動(dòng)比增加，則 轉(zhuǎn)向輕便，轉(zhuǎn)向靈敏度降低；角傳動(dòng)比減小，則轉(zhuǎn)向沉重，轉(zhuǎn)向靈敏度提高。 轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比不宜低于 1516;也不宜過大，通常以轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)和轉(zhuǎn)向輕 便性來確定。一般來說，轎車轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)

11、不宜大于 4圈，對(duì)轎車來說，有動(dòng) 力轉(zhuǎn)向時(shí)的轉(zhuǎn)向力約為20 50;無動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)為50 100No（2）轉(zhuǎn)向輪應(yīng)具有自動(dòng)回正能力。轉(zhuǎn)向輪的回正力來源于輪胎的側(cè)偏特性和 車輪的定位參數(shù)。汽車的穩(wěn)定行使，必須保證有合適的前輪定位參數(shù)，并注意 控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的內(nèi)部摩擦阻力的大小和阻尼值。（3）轉(zhuǎn)向桿系和懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)共同作用時(shí)，必須盡量減小其運(yùn)動(dòng)干涉。應(yīng)從 設(shè)計(jì)上保證各桿系的運(yùn)動(dòng)干涉足夠小。（4）轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的球頭處， 應(yīng)有消除因磨損而產(chǎn)生的間隙的調(diào)整 機(jī)構(gòu)以及提高轉(zhuǎn)向系的可靠性。（5）轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤應(yīng)有使駕駛員在車禍中避免或減輕傷害的防傷機(jī)構(gòu)。（6）汽車在作轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)時(shí)，所以車輪應(yīng)繞同一瞬心旋轉(zhuǎn)，

12、不得有側(cè)滑；同時(shí), 轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。（7）當(dāng)轉(zhuǎn)向輪受到地面沖擊時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳遞到方向盤上的反沖力要盡可能 小，在任何行使?fàn)顟B(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不應(yīng)產(chǎn)生擺振。（8） 機(jī)動(dòng)性是通過汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑來體現(xiàn)的，而最小轉(zhuǎn)彎半徑由內(nèi)轉(zhuǎn)向 車輪的極限轉(zhuǎn)角、汽車的軸距、主銷偏移距決定的，一般的極限轉(zhuǎn)角越大，軸 距和主銷偏移距越小，則最小轉(zhuǎn)彎半徑越小。（9） 轉(zhuǎn)向靈敏性主要通過轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)來體現(xiàn)，主要由轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比 來決定。操縱的輕便性也由轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比決定，但其與轉(zhuǎn)向靈敏性是一對(duì)矛盾，轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比越大，則靈敏性提高，輕便性下降。為了兼顧兩者，一般 采用變傳動(dòng)比的轉(zhuǎn)向器，或者采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向，還有就是

13、提高轉(zhuǎn)向系的正效率， 但過高正效率往往伴隨著較高的逆效率。（10）轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)外車輪間的轉(zhuǎn)角協(xié)調(diào)關(guān)系是通過合理設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形來保證的。 對(duì)于采用齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向系來說，轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角間的協(xié)調(diào)關(guān)系是 通過合理選擇小齒輪與齒條的參數(shù)、合理布置小齒輪與齒條的相對(duì)位置來實(shí)現(xiàn) 的，而且前置轉(zhuǎn)向梯形和后置轉(zhuǎn)向梯形恰恰相反。（11）轉(zhuǎn)向輪的回正能力是由轉(zhuǎn)向輪的定位參數(shù)（主銷內(nèi)傾角和主銷后傾角） 決定的，同時(shí)也受轉(zhuǎn)向系逆效率的影響。選取合適的轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)可以獲得 相應(yīng)的回正力矩，但是回正力矩不能太大又不能太小，太大則會(huì)增加轉(zhuǎn)向沉重感，太小則會(huì)使回正能力減弱，不能保持穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài)。轉(zhuǎn)向系逆效率 的提高

14、會(huì)使回正能力提高，但是會(huì)造成 打手”現(xiàn)象。（12）轉(zhuǎn)向系的間隙主要是通過各球頭皮碗和轉(zhuǎn)向器的調(diào)隙機(jī)構(gòu)來調(diào)整的。4.齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器方案分析1-方向盤；2-轉(zhuǎn)向上軸;3-托架；4-萬向 節(jié)；5-轉(zhuǎn)向下軸；6-防塵罩;7-轉(zhuǎn)向器；8- 轉(zhuǎn)向拉桿圖4.1轉(zhuǎn)向系2齒輪齒條轉(zhuǎn)向器由與轉(zhuǎn)向軸做成一體的轉(zhuǎn)向齒輪和常與轉(zhuǎn)向橫拉桿做成一 體的齒條組成。與其它形式的轉(zhuǎn)向器比較，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡 單、緊湊；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成轉(zhuǎn)向器的質(zhì)量比較??；傳動(dòng)效率 高達(dá)90% ;轉(zhuǎn)向靈敏；齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間歇后，利用裝在齒條背部、 靠近主動(dòng)小齒輪處的壓緊力可以調(diào)節(jié)彈簧，能自動(dòng)消除齒間間歇這不僅

15、可以提 高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度，還可以防止工作時(shí)產(chǎn)生沖擊和噪聲；轉(zhuǎn)向器占用的體積?。?沒有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，所以轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角可以增大，制造成本低。特別適于與 燭式和麥費(fèi)遜式懸架配用，便于布置等優(yōu)點(diǎn)。因此，目前它在轎車、微型、輕 型貨車上得到廣泛的應(yīng)用。例如，一汽的紅旗CA7220型轎車、奧迪100型轎車、 捷達(dá)轎車、上海桑塔納轎車、天津夏利轎車以及天津TJ1010型微型貨車和南京依維柯輕型貨車等，都采用了這種齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的 主要缺點(diǎn)是：因逆效率高（60%-70%），汽車在不平路面上行駛時(shí)，發(fā)生在轉(zhuǎn)向 輪與路面之間沖擊力的大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤，稱之為反沖。反沖現(xiàn)象會(huì)使駕駛 員精神緊張

16、，并難以準(zhǔn)確控制汽車行駛方向，方向盤突然轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)造成打手，同 時(shí)對(duì)駕駛員造成傷害。5. 確定齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的形式根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點(diǎn)不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有四種形式：中間 輸入，兩端輸出（圖 5.1a）、側(cè)面輸入，兩端輸出（圖 5.1b）、側(cè)面輸入，中間 輸出（圖5.1c卜側(cè)面輸入，一端輸出（圖5.1d）。采用側(cè)面輸入，中間輸出方案時(shí)，由圖 5.2可見，與齒條固連的左、右拉桿 延伸到接近汽車總想對(duì)稱平面附近。由于拉桿長度增加，車輪上、下跳動(dòng)時(shí)拉 桿擺角減小，有利于減少車輪上下跳動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向系與懸架系的運(yùn)動(dòng)干涉。拉桿與 齒條用螺栓固定連接，因此，兩拉桿與齒條同時(shí)向左或向右移動(dòng)，為此在轉(zhuǎn)向 器殼體

17、上開有軸向的長槽，從而降低了它的強(qiáng)度。采用兩端輸出方案時(shí)，由于轉(zhuǎn)向拉桿長度受限制，容易與懸架系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī) 構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。但其結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，且成本低等特點(diǎn)，常用于小型車 輛上采用側(cè)面輸入，一端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，常用在平頭貨車上。如果齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器采用直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合，則運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性 降低，沖擊力大，工作噪聲增加。此外，齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角只能 是直角，為此，因與總體布置不適應(yīng)而遭淘汰。采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條 嚙合的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，重合度增加，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊與噪聲均降低，而且 齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角易于滿足總體設(shè)計(jì)的要求。因?yàn)樾饼X工作時(shí)有 軸向力作 用，所

18、以轉(zhuǎn)向器應(yīng)該采用推力軸承，是軸承壽命降低，還有斜齒輪的滑磨比較 大事它的缺點(diǎn)。圖5.1齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的四種形式2根據(jù)對(duì)四種不同類型轉(zhuǎn)向器的對(duì)比選擇，本課題將采用側(cè)面輸入兩端輸出 的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。重合度增加，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊與噪聲均降低，而且齒輪軸 線與齒條軸線之間的夾角易于滿足總體設(shè)計(jì)的要求。因?yàn)樾饼X工作時(shí)有軸向力 作用，所以轉(zhuǎn)向器應(yīng)該采用推力軸承。使軸承壽命降低，還有斜齒輪的滑磨比較大是 它的缺點(diǎn)。圖5.2拉桿與齒條的連接 齒條斷面形狀有圓形（圖5.3）、V形（圖5.4）和Y形（圖5.5）三種。圓 形斷面齒條的制作工藝比較簡單。 V形和Y形斷面齒條與圓形斷面比較，消耗 的材料少，約節(jié)約20%

19、，質(zhì)量?。晃挥邶X下面的兩斜面與齒條托座接觸，可用 來防止齒條繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；Y形的斷面齒條的齒寬可以做的寬一些，因而強(qiáng)度得到 增加。在齒條與托座之間通常裝有堿性材料（如聚四氟乙烯）做的墊片，以減 少滑動(dòng)摩擦。當(dāng)車輪跳動(dòng)、轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向器工作時(shí)，如在齒條上作用有能使齒條 旋轉(zhuǎn)的圖5.3圓形斷面齒條2力矩時(shí)，應(yīng)選用V形和Y形斷面齒條，用來防止因齒條旋轉(zhuǎn)而破壞齒條、齒輪 的齒不能正確嚙合的情況出現(xiàn)。圖5.4 V形斷面齒條2 圖5.5 Y形斷面齒條2根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對(duì)前軸位置的不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 在汽車上有四種布置形式：轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸 后方，前置梯形；轉(zhuǎn)向器位

20、于前軸前方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前 置梯形。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛用于乘用車上，載質(zhì)量不大，前輪采用獨(dú)立懸 架的貨車和客車有些也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。根據(jù)設(shè)計(jì)的成本與要求而定。圖5.6齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種布置形式 26. 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)步驟 確定齒輪齒條的形式 齒輪模數(shù)的確定 主動(dòng)小齒輪齒數(shù)的確定 壓力角的確定 齒輪螺旋角的確定 確定線傳動(dòng)比、轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向比 齒輪齒條結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 驗(yàn)算齒輪的齒輪的抗彎強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度 主動(dòng)齒輪、齒條的材料選擇最后作課程設(shè)計(jì)總結(jié)。6.1已知設(shè)計(jì)參數(shù)適用車輛相關(guān)數(shù)據(jù)：乘用車FF4 X 2、發(fā)動(dòng)機(jī)位置：前置、橫置、前盤后鼓、機(jī)械式轉(zhuǎn)向器、兩軸式、手動(dòng)

21、五擋；表6.1原始數(shù)據(jù)表長X寬X高 (mm)4249 X1690 X505軸距(mm)2665前輪距/后1462/1457輪距(mm)發(fā)動(dòng)機(jī)最大 轉(zhuǎn)矩N m/(r/mi n)131/4200發(fā)動(dòng)機(jī)最大 功率(kw/(r/min )76/6000最高車速(km/h)170最小轉(zhuǎn)彎直 徑(m)10.5整備質(zhì)量(kg)1060總質(zhì)量(kg)1435前軸負(fù)滿 載55%荷率空 載60%輪胎型號(hào)仃 5/65 R146.2齒輪模數(shù)的確定、主動(dòng)小齒輪齒數(shù)的確定、壓力角的確定、齒輪螺旋角的確定齒輪齒條式轉(zhuǎn)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(dòng)小齒輪齒數(shù)多數(shù)在5-7個(gè)齒范圍變化，

22、壓力角取200，齒輪螺旋角取值范圍多為90 -150。齒條齒數(shù)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向輪達(dá)到最大偏轉(zhuǎn)角是，相應(yīng)的齒條移動(dòng)行程應(yīng)達(dá)到的值來確定。變速比的齒條壓力角，對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在120 -350范圍內(nèi)變化。此外，設(shè)計(jì)是應(yīng)驗(yàn)算齒輪的抗彎強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度。根據(jù)以上的要求選取齒輪的模數(shù) m為2mm，主動(dòng)小齒輪齒數(shù)z為8 （根據(jù) 經(jīng)驗(yàn)公式），壓力角取200，齒輪螺旋角取120。6.3確定線傳動(dòng)比、轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向比（1）原地轉(zhuǎn)向阻力矩Mr （Nmm）,即(6.1)式中，f為輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因素，一般取0.7;G為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷（N），G1 =55% mag ; p 為輪胎氣壓（MPa）,這里取 0.35Mpa （根據(jù) GB

23、/2977-2008）將數(shù)據(jù)代人6.1式中，得：0.7 ：（55%漢1435漢9.8）3Mr =268289.56 N mm30.35（2）作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力Fh （ N）為：4(6.2)l2LiMrFhL2 Dswi co +式中，L1為轉(zhuǎn)向搖臂長；L2為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長；因?yàn)辇X輪齒條式轉(zhuǎn)向器無轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向節(jié)臂，所以無數(shù)值，都視為“ 1計(jì)算；轉(zhuǎn)向盤的直徑Dsw有一系列尺寸。選用大的直徑尺寸時(shí)，會(huì)使駕駛員進(jìn)出駕駛室感若選用小的直徑尺寸，轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員要施加較大的力量，從而使汽車難于操縱，根據(jù)車型的不同，轉(zhuǎn)向盤直徑Dsw在380-550mm的標(biāo)準(zhǔn)系列內(nèi)選取，因而取 400mm； i.，為轉(zhuǎn)向器角傳

24、動(dòng)比，在齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中稱線角傳動(dòng)比， 根據(jù)汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書i.取36.84;為轉(zhuǎn)向器的正效率，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的正效率可達(dá)90%，故取將數(shù)據(jù)代人6.2式中，得:Fh2Mr2 268289.5642.84 NDswi , .40036.8485%(3) 輪胎與地面之間的轉(zhuǎn)向阻力 Fw ( N):FwMra4(6.3)式中，a為主銷偏移距，指從轉(zhuǎn)向節(jié)主銷軸線的延長線與支承平面的交點(diǎn)至 車輪中心平面與支承平面交線間的距離。0.5通常乘用車的a值在倍輪胎的胎面寬度尺寸范圍內(nèi)選取，這里取倍輪胎的胎面寬度尺寸，已知輪胎型號(hào)為仃5/65 R14,所以a值為:a =0.5 M75mm=87.5mm則

25、:Fw業(yè)/68289化3066仆87.5(4) 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力Fh為:4匚 2M h 卜hD sw(6.4)式中，Mh為作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩；Dsw為轉(zhuǎn)向盤直徑值為400mm。則:到:Mh(5)轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比(6.5)代入數(shù)據(jù)得:Fh Dsw4284 400 =8568N mmip的計(jì)算(將式6.3與式6.4代入ip后)42M RDswip2M rdswMh:143.14Mh-6.4小齒輪的設(shè)計(jì)由6.2選取齒輪的模數(shù)m為2mm,主動(dòng)小齒輪齒數(shù)z為8,壓力角：取200, 齒輪螺旋角取120，頂隙系數(shù)c“為0.25,齒頂高系數(shù)ha”為1。由于設(shè)計(jì)的是斜 齒輪，所以法向模數(shù)mn為2mm。齒輪

26、分度圓直徑：d =mnz cos1（6.6）代入數(shù)據(jù)：d = mnz cos ： =16.4mm齒頂高：* 4 ha=hamn（6.7）代入數(shù)據(jù)：ha =2mm齒根高：珂-4hf =（ ha + c ） mn（6.8）代入數(shù)據(jù)：hf =2.5mm齒輪齒頂圓直徑：4da 二 2hamn d（6.9）代入數(shù)據(jù)：da 二 20.4mm齒輪齒根圓直徑:(6.10)代入數(shù)據(jù):df =11.4 mm齒輪全齒高:(6.11)代入數(shù)據(jù):h =4.5mm齒輪的齒寬b:(6.12)代入數(shù)據(jù):b =14mm齒輪的齒距:(6.13)代入數(shù)據(jù):P =2s=2e =6.28（ e為分度圓上的齒厚,在斜齒輪的傳動(dòng)中，作用于

27、齒面上的法向載荷4df 二 d - 2hf4h 二 hahf4b = dd4P =mns為分度圓上的齒槽寬）Fn仍垂直于齒面，作用于主動(dòng)輪上的Fn位于法面內(nèi)，與節(jié)圓柱的切面傾斜一法向嚙合角an為200，力Fn可沿齒輪的周向、徑向及軸向分成三個(gè)垂直的分力（Ft、Fr、Fa）:輪齒上的作用力:圓周力：4Ft互d(6.14)Ti為小齒輪上的轉(zhuǎn)矩，其值等于 Mh，則:Ft =1044.88N徑向力：Fr4Ft tanancos :(6.15)則：Fr =388.81N軸向力:FaFt tan :4(6.16)則：Fa =222.10N6.5小齒輪的強(qiáng)度校核1齒輪齒跟彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪受載時(shí)，齒根所受

28、的彎矩最大，因此齒根處的彎曲疲勞強(qiáng)度最弱。當(dāng) 齒輪在齒頂處嚙合時(shí)，處于雙對(duì)齒嚙合區(qū)，此時(shí)彎矩的力臂最大，但力并不是 最大，因此彎矩不是最大。根據(jù)分析，齒根所受的最大玩具發(fā)生在輪齒嚙合點(diǎn) 位于單對(duì)齒嚙合最高點(diǎn)時(shí)。因此，齒根彎曲強(qiáng)度也應(yīng)按載荷作用于單對(duì)齒嚙合 區(qū)最高點(diǎn)來計(jì)算。斜齒輪嚙合過程中，接觸線和危險(xiǎn)截面位置在不斷的變化，要精確計(jì)算其 齒根應(yīng)力是很難的，只能近似的按法面上的當(dāng)量直齒圓柱齒輪來計(jì)算其齒根應(yīng) 力。將當(dāng)量齒輪的有關(guān)參數(shù)代入直齒圓柱齒輪的彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式，可得到斜齒圓 柱齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算校核公式：2KTYFaYsaY . |._ f4(6.17)使用系數(shù)Ka =1.0動(dòng)載荷系數(shù)K

29、V =1.2齒間載荷分配系數(shù)K.K： = 1.0齒向載荷分配系數(shù)K :K = 1.4載荷系數(shù)K= Ka Kv K. K = 1.68齒形系數(shù)Yf aYFa =2.92校正系數(shù)YsaYsa = 4.4y_為螺旋角影響系數(shù)丫： =0.7匚端面重合度=1.211校核齒根彎曲強(qiáng)度：2KTYFaYsaYp二 Fbdmn *2 1.68 8568 2.92 1.4 0.7=148.15Mpa14 16.4 2 1.211選取20Cr為齒輪材料；彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)SFminF min=1.25計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力:K FN 二 FESF minK fn 彎曲疲勞壽命系數(shù)Kfn = 1.5可得,* =15x

30、 850/1,25 = 1020MPa所以:F V l-F 1因此，本次設(shè)計(jì)及滿足了小齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度又滿足了小齒輪的彎 曲疲勞強(qiáng)度，符合設(shè)計(jì)要求。綜上所述，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求。2齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算校核公式：(6.18)彈性系數(shù)Ze =189.8MPa區(qū)域系數(shù)Zh =2.5螺旋角系數(shù)cos，0.979= 189.8 2.5 0.979雖然齒輪所選的參數(shù)粗略滿足齒輪設(shè)計(jì)的齒面接觸疲勞強(qiáng)度要求，但是非 常接近最高許用值，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式選取齒寬b =40mm。6.6齒條的設(shè)計(jì)根據(jù)小齒輪的分度圓直徑可以求出齒條的長度L :L 二 4 d（6.19）代入數(shù)據(jù)：L =206mm

31、其它參數(shù)考慮：考慮到轉(zhuǎn)型過程中的自由間隙，L實(shí)際取220mm。由于齒條與小齒輪是相 嚙合的，所以輪齒的尺寸是大致相同的，對(duì)于齒條的直徑，通過查表，根據(jù)設(shè) 計(jì)的需要以及小齒輪的直徑，取值為 30mm。表6.2齒輪齒條的結(jié)構(gòu)尺寸名稱輪J_K 齒條J_K 齒分度圓直徑d116.4齒頂高h(yuǎn)a22齒根高h(yuǎn)f2.552.齒全高h(yuǎn)4.554.齒頂圓da20.4名稱J_K 齒J_K 齒輪條齒寬b404.722表6.3齒輪齒條的主要參數(shù)名稱齒輪條J_K 齒齒數(shù)Z823模數(shù)Mn22壓力角n200200螺旋角P1201206.7齒條的強(qiáng)度計(jì)算在本設(shè)計(jì)中，選取轉(zhuǎn)向器輸入端施加的扭矩 T| = M h =8568N -

32、mm,齒輪傳動(dòng) 一般均加以潤滑，嚙合齒輪間的摩擦力通常很小，計(jì)算輪齒受力時(shí)，可不予考 慮齒輪齒條的受力狀況類似于斜齒輪， 齒條的受力分析如圖6.4,作用于齒條齒 面上的法向力Fn，垂直于齒面，將Fn分解成沿齒條徑向的分力（徑向力）Fr ,沿齒輪周向的分力（切向力）Ft，沿齒輪軸向的分力（軸向力）Fx。各力的大小為：4Ft =2T1(6.20)4F = Ft tang r cos -Fx = Ft tan :Fn44FtCOS 二 n cos :-齒輪軸分度圓螺旋角法面壓力角齒輪軸受到的切向力:Ft = 2T=1044.88Ndd為齒輪軸分度圓的直徑。齒條齒面的法向力:Ti為作用在輸入軸上的扭矩

33、，Ti取8568 Nmm。FtFn = = 1136.78Ncosj cosP齒條牙齒受到的切向力:=Fncos：n =1068.23N齒條桿部受到的力：F = Fxtcos : = 1044.88N計(jì)算出齒條桿部的拉應(yīng)力：F2=2.50N/mm AF齒條受到的軸向力2A 齒條根部截面積，A =426.67mm圖6.4齒條的受力分析2由于強(qiáng)度的需要，齒條長采用45鋼制造，其抗拉強(qiáng)度極限是匚b =2690N/mm，（沒有考慮熱處理對(duì)強(qiáng)度的影響）。因此二v二b所以，齒條設(shè)計(jì)滿足抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。齒條牙齒的單齒彎曲應(yīng)力：4 fo = 6 Fxt hi/b s（6.21）式中：Fxt 齒條齒面切向力b

34、 危險(xiǎn)截面處沿齒長方向齒寬hi 齒條計(jì)算齒高S 危險(xiǎn)截面齒厚從上面條件可以計(jì)算出齒條牙齒彎曲應(yīng)力:6 1068.23 4.524.72 3.1422=118.34 N/mm上式計(jì)算中只按嚙合的情況計(jì)算的，即所有外力都作用在一個(gè)齒上了，實(shí)際上齒輪齒條的總重合系數(shù)是 2.63 （理論計(jì)算值），在嚙合過程中至少有2個(gè)齒 同時(shí)參加嚙合，因此每個(gè)齒的彎曲應(yīng)力應(yīng)分別降低一倍。2foi = fo 2 = 59.17N/mm齒條的材料我選擇是45剛制造，因此：抗拉強(qiáng)度7 b =690N/mm（沒有考慮熱處理對(duì)強(qiáng)度的影響）。齒部彎曲安全系數(shù)S = 6/二 F01 = 11.67因此，齒條設(shè)計(jì)滿足彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。又滿足了齒面接觸強(qiáng)度，符合本次設(shè)計(jì)的具體要求。6.8主動(dòng)齒輪、齒條的材料選擇通過計(jì)算所得，根據(jù)強(qiáng)度的需要以及常規(guī)的選取與做法，主動(dòng)小齒輪選取的材料是20Cr，并經(jīng)滲碳淬火，齒條選取的材料是45鋼。由于轉(zhuǎn)向器齒輪轉(zhuǎn)速 低，是一般的機(jī)械，故選8級(jí)精度。7.總結(jié)兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)， 也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。 在設(shè)計(jì)過程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)