畢業(yè)答辯-長安某車型轉(zhuǎn)向器及橫拉桿設(shè)計

長安某車型轉(zhuǎn)向器及橫拉桿設(shè)計答辯人：指導(dǎo)教師：專業(yè)：五、轉(zhuǎn)向器強度計算四、轉(zhuǎn)向器效率計算三、齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計二、轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式一、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述六、橫拉桿設(shè)計與校核

總結(jié)七、轉(zhuǎn)向器附件的計算校核論文結(jié)構(gòu)一、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通常由轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)組成，通常分為機械式、液壓（HPS）、電動助力式（EPS）。由于EPS相對HPS具有結(jié)構(gòu)簡單、能耗低、污染小等優(yōu)勢，目前已發(fā)展為主流結(jié)構(gòu)，廣泛運用于各個車型。

機械式液壓式電動助力式二、轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式

1、轉(zhuǎn)向器基本要求：

提供準(zhǔn)確而輕便的轉(zhuǎn)向控制；減少路面沖擊對方向盤的影響；完成轉(zhuǎn)向后能夠自動回正；具有良好的高速操縱穩(wěn)定性。

2、轉(zhuǎn)向器分類

轉(zhuǎn)向器按照結(jié)構(gòu)形式，可分為齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器、蝸桿曲柄指銷式等。

對于目前絕大多數(shù)的轎車，均采用兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，少數(shù)前軸載荷較高的SUV車型有采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的。本設(shè)計中針對目前微車、轎車廣泛使用的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器進行設(shè)計。

齒輪齒條式循環(huán)球式蝸桿曲柄指銷式3、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器：齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、體積小、質(zhì)量輕；傳動效率高；可自動消除齒間間隙；制造成本低。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：逆效率高。因此，汽車在不平路面上行駛時，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間的沖擊力，大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤。4、齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器主要結(jié)構(gòu)：

5、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器總成結(jié)構(gòu)明細：

轉(zhuǎn)向器總成小齒輪總成轉(zhuǎn)向齒條軸承6003調(diào)節(jié)彈簧調(diào)整螺塞齒輪軸殼體總成鎖緊螺母擋圈齒條支撐托架襯套輔料齒輪軸卡環(huán)潤滑脂軸承NA4901齒條套管齒條襯套固定端座轉(zhuǎn)向器殼體O型圈齒條支撐本體花鍵保護套O型圈襯套本體三、齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器參數(shù)計算

1、設(shè)計流程

確定設(shè)計內(nèi)容理論參數(shù)計算匹配計算競爭車型對標(biāo)性能指標(biāo)三維圖紙設(shè)計完成設(shè)計二維圖紙設(shè)計齒面強度校核花鍵校核軸承壽命齒輪齒條調(diào)節(jié)彈簧軸承選擇橫拉桿2、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的參數(shù)設(shè)計整車參數(shù)：

齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計最關(guān)鍵在于齒輪齒條參數(shù)的選用。齒輪齒數(shù)Z15–8齒輪螺旋角β1（°）25°-30°齒條傾角β2（°）5°-18°模數(shù)m（mm）1.5-2.5mm齒條行程L（mm）150圈數(shù)Q（rev）3.0齒條直徑D（mm）24轉(zhuǎn)向器殼體傾角§（°）20°設(shè)計輸入?yún)?shù)（范圍）：參數(shù)名稱小齒輪齒條齒數(shù)Z724模數(shù)m2.252.25壓力角α

20°

20°螺旋角β

28°

8°變位系數(shù)Xn0.50根據(jù)《機械設(shè)計》計算出以下參數(shù)：整備質(zhì)量（kg）1095軸距（mm）2505前/后輪距（mm）1460/1460最小離地間隙（mm）165轉(zhuǎn)向助力形式電動助力驅(qū)動方式前置前驅(qū)駕駛位氣囊標(biāo)準(zhǔn)配置發(fā)動機排量（L）1.2輪胎規(guī)格175/70R14轉(zhuǎn)向器布置形式后置梯形3、齒輪齒條的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)設(shè)計

根據(jù)《機械設(shè)計》計算出以下參數(shù)：4、小齒輪花鍵設(shè)計：

小齒輪軸材料20CrMnTi，調(diào)質(zhì)處理。花鍵模數(shù)取m=0.6；z=26；壓力角α=30°；漸開線齒形。采用漸開線花鍵，其工藝性較好，制造精度高，花鍵齒的根部強度高，應(yīng)力集中小，易于定心?；ㄦI基本參數(shù)：花鍵強度校核：ψ—載荷分配不均系數(shù)，與齒數(shù)多少有關(guān)，一般取ψ=0.7～0.8，取ψ=0.75Z—花鍵齒數(shù)h—花鍵齒側(cè)面的工作高度，漸開線花鍵，α=30°，h=m。l—齒的工作長度，l=15.65mmdm—花鍵的平均直徑，漸開線花鍵，dm=d=13.51mm查《機械設(shè)計手冊》許用擠壓應(yīng)力：結(jié)論：滿足強度要求分度圓直徑D15.6mm基圓直徑d13.51mm外花鍵大徑D116.20mm外花鍵小徑D214.70mm四、轉(zhuǎn)向器效率理論計算

轉(zhuǎn)向器的效率分為正效率與逆效率，用符號η+、η-表示。正效率是功率P1由轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)橫拉桿輸出所求的的效率，η+=（P1-P2）/P1；反之稱為逆效率，η-=（P3-P2）/P3。式中，P2為轉(zhuǎn)向器的摩擦功率，P3為作用在橫拉桿上的功率。正效率：逆效率：f—齒輪齒條副的摩擦因數(shù)，f取0.1五、齒輪齒條強度校核

1、接觸疲勞強度校核結(jié)論：滿足接觸疲勞強度要求由《機械設(shè)計手冊》，在安全系數(shù)取1.1的情況下，許用應(yīng)力為1788.64MPa2、齒根彎曲疲勞強度校核結(jié)論：滿足彎曲疲勞強度要求由《機械設(shè)計手冊》，安全系數(shù)取1.4情況下六、橫拉桿設(shè)計校核

橫拉桿是汽車前軸的重要安保部件，直接關(guān)系到車輛的轉(zhuǎn)向，對汽車的安全行駛至關(guān)重要。橫拉桿的變形會影響前軸的前束和轉(zhuǎn)向梯形，加速輪胎的磨損，嚴(yán)重時導(dǎo)致車輛無法正常行駛。為保證駕駛員和行人的安全，橫拉桿需要有較大的強度儲備系數(shù)。

由于橫拉桿的長度要比直徑大許多，屬于細長桿件。根據(jù)材料力學(xué)，細長桿受壓力變彎時，并不是桿件的應(yīng)力超過許用應(yīng)力范圍，而是桿件穩(wěn)定性不夠，為此該橫拉桿需要進行穩(wěn)定性校核。橫拉桿結(jié)構(gòu)：防塵罩外球銷緩沖結(jié)構(gòu)防塵罩夾螺母1、橫拉桿穩(wěn)定性校核：

計算橫拉桿的臨界力時，首先要校核該橫拉桿是否在歐拉公式的使用范圍內(nèi)。壓桿使用歐拉公式條件λ≥λp,既只有當(dāng)壓桿的柔度大于或等于最小柔度時，歐拉公式才適用。通過計算得：計算的：λ=105.71>λp=100.83,滿足歐拉公式使用條件穩(wěn)定性系數(shù)：歐拉公式：設(shè)計參數(shù)：彈性模量E（40Cr）=206GPa；比例極限σp=200MPa；初選長度l=370mm；長度因素μ=1，由材料力學(xué)計算公式計算λ和λp2、橫拉桿吸能區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計：

在轉(zhuǎn)向拉桿桿部設(shè)計一段吸能區(qū)，當(dāng)發(fā)生碰撞受到軸向壓力時，該段通過彎曲吸收沖擊能量，避免碰撞使橫拉桿失去轉(zhuǎn)向能力，保護車內(nèi)乘員安全。為了讓拉桿具有碰撞吸能的功能，又具有足夠的強度來實現(xiàn)力的正常傳遞。由此碰撞吸能區(qū)直徑d的設(shè)計為小于螺紋小徑0.2～0.7為宜。式中：μ為薄弱系數(shù)，取0.5；D為M14螺桿直徑；t為螺紋螺距。代入數(shù)據(jù)得：d=11.88mm碰撞吸能區(qū)長度L：L=（2.0～2.5）d,則L=2.5x11.88=29.69mm布置位置：橫拉桿受壓時，中點位置的微變形量最大，即壓桿最先失穩(wěn)在桿的中部形成。由此在設(shè)計碰撞吸能區(qū)時，應(yīng)盡量將碰撞吸能區(qū)布置在轉(zhuǎn)向拉桿兩球銷中點位置3、橫拉桿防塵罩設(shè)計：

防塵罩主要作用：防止灰塵和硬沙粒等進入轉(zhuǎn)向器，減少異物對齒條和球頭軸承的損傷，保持零部件的正常工作狀態(tài)。當(dāng)齒條在工作行程內(nèi)移動時，防塵罩能自由伸縮，并能隨拉桿的上下擺動而擺動。防塵罩使用要求：防塵罩為塑料件，其表面不允許有裂紋、裂縫、起泡、變形、飛邊及劃痕等；工作溫度：-40℃～80℃；長時間使用后應(yīng)無明顯變形，龜裂及顏色變化等。大端內(nèi)徑d1（mm）26小端內(nèi)徑d2(mm)8壁厚h(mm)1.5自由長度L（mm）195極限壓縮長度L1(mm)85極限拉伸長度L1(mm)85最大擺角θ40°由齒條和橫拉桿的使用要求和結(jié)構(gòu)特點，確定防塵罩尺寸。4、外球頭銷設(shè)計：

外球頭銷一般分為彎桿型、直桿型、單桿型、左旋彎桿型和左旋單桿型。本設(shè)計采用的外球頭銷結(jié)構(gòu)屬于彎桿型外球頭銷,。一般由球座、球銷、內(nèi)襯墊、外襯墊、密封罩、防塵罩、端蓋和螺母組成,且內(nèi)部填充潤滑脂。1.球座2.防塵罩3.密封罩4.球銷5.螺母6.外襯墊7.內(nèi)襯墊8.端蓋球銷設(shè)計的關(guān)鍵是確定球銷桿部最小直徑和球頭半徑。球銷桿部最小直徑應(yīng)滿足強度要求,依據(jù)彎曲與扭轉(zhuǎn)合成強度對其設(shè)計。最終確定出球銷桿部最小直徑為12mm,球頭半徑為24mm。球銷靜壓危險截面計算：

球銷受力分析：球銷錐度大徑處固定，在球頭垂直直徑方向施加力F，分析球銷危險截面。球銷受力分析圖中，F(xiàn)=4000N，l=23mm，x=12mm，d=12mm計算球銷所受彎矩：受力分析可知，球銷在c處易發(fā)生破壞。故計算球銷在c處所受彎曲應(yīng)力代入數(shù)據(jù)得：σ=259.36MPa[σ]=314MPa>σ=259.36MPa,滿足使用要求。40Cr的屈服極限，安全系數(shù)ε取2.5，則材料的許用應(yīng)力七、轉(zhuǎn)向器附件設(shè)計計算1、間隙調(diào)節(jié)彈簧彈簧作用：轉(zhuǎn)向器在工作過程中，齒輪齒條出現(xiàn)磨損，產(chǎn)生間隙和噪音，彈簧對齒條施加載荷，保證齒輪齒條保持常嚙合狀態(tài)，消除因磨損產(chǎn)生的間隙和噪音。彈簧尺寸計算：彈簧參數(shù)主要包括：彈簧絲直徑d；工作圈數(shù)n；節(jié)距p；自由高度H0；內(nèi)外徑；變形量等。

初選參數(shù)：中徑D=14；外徑D2=20；旋繞比C=4；螺旋角α=7.5°；最大載荷Fmax=750N參數(shù)計算公式計算結(jié)果備注參數(shù)計算公式計算結(jié)果備注曲度系數(shù)K1.4彈簧絲直徑d4.1（mm）工作圈數(shù)n3.5n>2節(jié)距p5.79（mm）自由高度H026.57（mm）高徑比b1.91<b<5.3鄰圈間隙σ1.59（mm）鄰圈極小間隙σ10.448（mm）σ1>0.1d彈簧外徑D218.2（mm）彈簧內(nèi)徑D19.8（mm）彈簧剛度Cs187.5（N/mm）2、小齒輪軸軸承校核：

根據(jù)小齒輪的受力情況，查《機械設(shè)計手冊》，選擇軸承類型。3、螺紋連接校核：

對于螺栓而言，其受載的形式不外乎是受軸向力或橫向力。在軸向力（預(yù)緊力）的作用下，螺栓桿和螺紋部分可能發(fā)生塑性變形或斷裂；而在橫向力的作用下，螺栓孔和孔壁的貼合面上可能發(fā)生壓潰或螺栓桿被剪斷等。類型名稱軸承代號軸向承載能力軸向限位能力性能和特點深溝球軸承6003高Ⅰ主要承受徑向載荷，也可同時承受小的軸向載荷滾針軸承NA4901無Ⅱ同內(nèi)徑下，其外徑最小，內(nèi)外圈可分離，有較大的徑向承載能力總結(jié)

在本次設(shè)計過程中，對微型商用車的轉(zhuǎn)向器進行了設(shè)計，包括轉(zhuǎn)向系的作用和基本要求；轉(zhuǎn)向器的空間位置及結(jié)構(gòu)特點；主要對齒輪齒條、橫拉桿和間隙調(diào)節(jié)彈簧等結(jié)構(gòu)進行了分析和計算校核。結(jié)