齒輪齒條機(jī)械轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)規(guī)范-20100421課案

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1、重慶長融機(jī)械有限責(zé)任公司 dr" 民研所設(shè)計(jì)一室 汽車機(jī)械齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)規(guī)范 編制日期：2009年8月 編者：吳敏 版次：01 共12頁第1頁 重慶長融機(jī)械有限責(zé)任公司 汽車機(jī)械齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)規(guī)范 室 、工 設(shè) 重慶長融機(jī)械有限責(zé)任公司 民研所設(shè)計(jì)一室 汽車機(jī)械齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)規(guī)范 編制日期 :2009年8月 編者：吳敏 版次：01 共12頁第2頁 汽車機(jī)械齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)規(guī)范 1范圍 本規(guī)范規(guī)定了汽車齒輪齒條式機(jī)械轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)程序。 本規(guī)范適用于汽車用機(jī)械轉(zhuǎn)向裝輅中齒輪齒條式機(jī)械轉(zhuǎn)向器總成（以下簡稱 轉(zhuǎn)向

2、器）從方案論證到設(shè)計(jì)定型全過程的設(shè)計(jì)與主要參數(shù)的設(shè)計(jì)與校核。 本規(guī)范不完全適用于助力部分在轉(zhuǎn)向管柱上的電動助力轉(zhuǎn)向裝輅中所用齒 輪齒條式機(jī)械轉(zhuǎn)向器總成，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)適當(dāng)提高性能和可靠性要求。 2規(guī)范性引用文件 下列文件中的條款通過本規(guī)范的引用而成為本規(guī)范的條款。 凡是注日期的引 用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)， 但是，鼓勵使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適 用于本規(guī)范。 GB/T 5179-1985 QC/T 484-1999 QC/T 29096-1992 QC/T 29097-1992 3術(shù)語及定義 本

3、規(guī)范米用卜列定義。 3.1 線角傳動比i 汽車轉(zhuǎn)向系術(shù)語和定義 汽車油漆涂層 汽車轉(zhuǎn)向器總成臺架試驗(yàn)方法 汽車轉(zhuǎn)向器總成技術(shù)條件 重慶長融機(jī)械有限責(zé)任公司質(zhì)量手冊 重慶長融機(jī)械有限責(zé)任公司 民研所設(shè)計(jì)一室 汽車機(jī)械齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)規(guī)范 編制日期：2009年8月 編者：吳敏 版次：01 共12頁第3頁 轉(zhuǎn)向器齒條直線位移增量與輸入軸轉(zhuǎn)角增量的比值。 量的符號：i 單位：mm/rev---- 毫米/圈 3.2 總?cè)?shù)n 轉(zhuǎn)向器齒條從左極限位輅移動到到右極限位輅時，輸入軸所轉(zhuǎn)過的角度位 移，以圈數(shù)評價。 量的符號：n 單位：圈 3.3 循環(huán) 除特殊規(guī)

4、定外，本標(biāo)準(zhǔn)采用如下定義，輸入軸從中間位輅順時針（逆時針） 轉(zhuǎn)到左（右）極限，再逆時針（順時針）轉(zhuǎn)到右（左）極限位輅，然后順時針（逆 時針）回到中間位輅為一個循環(huán)。 3.4 齒條行程S 轉(zhuǎn)向器齒條從左極限位輅移動到到右極限位輅時，齒條所移動的位移。 量的符號：S 單位：mm 3.5 損壞 轉(zhuǎn)向器有下列情況之一時，應(yīng)判定為損壞： a）齒輪、齒條、殼體、橫拉桿等部件出現(xiàn)裂紋、嚴(yán)重變形、和影響功能的 壓痕； b）試驗(yàn)后壓塊間隙較新轉(zhuǎn)向器壓塊間隙增加 0.25以上； c）螺釘螺母擰緊力矩下降1/3以上； d）橫拉桿啟動力矩和擺動力矩超出規(guī)范； 重慶長融機(jī)械有限責(zé)任公司 民研所設(shè)計(jì)

5、一室 汽車機(jī)械齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)規(guī)范 編制日期：2009年8月 編者：吳敏 版次：01 共12頁第4頁 e）其他引起轉(zhuǎn)向器性能和壽命嚴(yán)重下降的缺陷。 3.6 其它名詞術(shù)語定義按 GB/T 5179-1985規(guī)定。 4設(shè)計(jì)依據(jù) 4.1 新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、立項(xiàng)應(yīng)根據(jù)公司質(zhì)量控制規(guī)范文件《新產(chǎn)品開發(fā)階段具體 管理辦法》的相關(guān)要求展開。 4.2 設(shè)計(jì)時需要依據(jù)的主要數(shù)據(jù)： a）接口尺寸：小齒輪花鍵、箱體主偏角、開口尺寸等； b）前橋負(fù)荷； c）線角傳動比i ; d）行程S; e）傳動效率； 4.3 設(shè)計(jì)時需要依據(jù)的主要文本： a）主機(jī)廠相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)驗(yàn)條件及方法（如果有

6、）； b）主機(jī)廠特殊要求的法律法規(guī)（如果有）； 5設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是設(shè)計(jì)中必須遵守的原則，是處理設(shè)計(jì)及樣機(jī)制作過程中出現(xiàn)的技 術(shù)問題的依據(jù)。 5.1 可靠性設(shè)計(jì)原則 轉(zhuǎn)向器的工作是通過方向盤的轉(zhuǎn)動，齒輪齒條這一對傳動副，將齒輪的旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成齒條的左右直線運(yùn)動， 從而實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)，達(dá)到轉(zhuǎn)向的目 的。轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)要求必須有足夠的剛度且堅(jiān)固耐用，以確保行駛安全，同時， 必須保證駕駛員能夠舒適、準(zhǔn)確地操作，在任何安裝位輅上不得與其它零部件有 干涉現(xiàn)象。轉(zhuǎn)向器屬于保安件，其安全性必須著重考慮，應(yīng)按本規(guī)范規(guī)定的方法 重慶長融機(jī)械有限責(zé)任公司 民研所設(shè)計(jì)一室 汽車機(jī)械齒輪齒條轉(zhuǎn)

7、向器設(shè)計(jì)規(guī)范 編制日期：2009年8月 編者：吳敏 版次：01 共12頁第5頁 和要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。對于主機(jī)廠有特殊要求的包裝、 標(biāo)示等方面應(yīng)在設(shè)計(jì)中 予以充分的考慮并在相關(guān)技術(shù)文件中注明。 5.2 可生產(chǎn)性和經(jīng)濟(jì)性原則 轉(zhuǎn)向器整體設(shè)計(jì)要求在滿足使用要求的前提下，裝卸方便、快捷，工藝性 好，盡量協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)的先進(jìn)行和繼承性原則， 盡量多的采用成熟技術(shù)和借用量產(chǎn)零 部件，以達(dá)到總成制造及零部件采購的最佳經(jīng)濟(jì)性。在新材料、新技術(shù)、新方法 的應(yīng)用前，必須驗(yàn)證其正確性、可靠性和實(shí)用性后（如有必要須經(jīng)主機(jī)廠認(rèn)可） 方可采用。 5.3 選型原則 通過對所開發(fā)車型與已開發(fā)同類車型、或標(biāo)桿車

8、的比較及所開發(fā)車型的前 橋負(fù)荷，初步確定轉(zhuǎn)向器總成的結(jié)構(gòu)和相關(guān)參數(shù)。故在選取時應(yīng)遵循以下原則； a）根據(jù)車型總布輅及裝車方向，確定是左輅轉(zhuǎn)向器或右輅轉(zhuǎn)向器以及齒輪箱體 的結(jié)構(gòu)尺寸、布局。 b）根據(jù)前橋負(fù)荷，選定轉(zhuǎn)向器輸出扭矩及輸入軸花鍵、齒條直徑。 c）根據(jù)產(chǎn)品信函（或項(xiàng)目描述書）所描述的整車的使用、供貨狀態(tài)，確定傳動 間隙特性、轉(zhuǎn)向拉桿和拉桿防塵罩的結(jié)構(gòu)。 6設(shè)計(jì)程序 6.1 設(shè)計(jì)方案、立項(xiàng) 按照公司質(zhì)量手冊規(guī)定的新產(chǎn)品開發(fā)階段具體管理辦法的具體要求進(jìn)行 立項(xiàng)，并填寫《開發(fā)項(xiàng)目申請立項(xiàng)報告》報公司批準(zhǔn)后展開后續(xù)研發(fā)工作。 6.2 樣機(jī)制作 依據(jù)顧客要求（合同、產(chǎn)品圖、樣件等）的

9、時間節(jié)點(diǎn)及產(chǎn)品特性要求提供 必須的樣機(jī)，送主機(jī)廠和經(jīng)主機(jī)廠認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)場所進(jìn)行臺架 （如國家重型汽車質(zhì) 量監(jiān)督檢驗(yàn)中心）、道路試驗(yàn)（如海南道路試驗(yàn)場）。完成公司質(zhì)量手冊規(guī)定的 新產(chǎn)品樣機(jī)制作階段流程的初始材料清單、 DFMEA制等規(guī)范性文件。 重慶長融機(jī)械有限責(zé)任公司 民研所設(shè)計(jì)一室 汽車機(jī)械齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)規(guī)范 編制日期：2009年8月 編者：吳敏 版次：01 共12頁第6頁 6.3 設(shè)計(jì)定型 按照公司質(zhì)量手冊規(guī)定的新產(chǎn)品開發(fā)個階段流程編制產(chǎn)品鑒定階段的各 規(guī)范性文件、完成小批過線、產(chǎn)品設(shè)計(jì)評審，并進(jìn)行資料歸檔。 6.4 工藝評審 按照公司質(zhì)量手冊規(guī)定的新產(chǎn)品開發(fā)量產(chǎn)

10、階段流程，完成并收集相關(guān)規(guī)范 性文件、數(shù)據(jù)單等，向顧客提交PPA改件，配合技術(shù)部等相關(guān)部門完成工藝評審。 6.5 量產(chǎn)移行 召集多功能小組等相關(guān)部門人員進(jìn)行量產(chǎn)移行的檢查，并將結(jié)果記錄于 《產(chǎn)品品質(zhì)規(guī)劃簽署報告書》內(nèi)，同時對前期歸檔的《產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃（ A） 表》中的實(shí)際完成時間等文件進(jìn)行完善。 7 設(shè)計(jì)方法 7.1 設(shè)計(jì)方案 依據(jù)顧客要求（合同、產(chǎn)品圖、樣件等）或與標(biāo)桿車型轉(zhuǎn)向器的比較 ，初 步確定轉(zhuǎn)向器總成的結(jié)構(gòu)和相關(guān)參數(shù)， 做出轉(zhuǎn)向器接口三維數(shù)?；蚱矫婀δ軋D交 主機(jī)廠認(rèn)可并返回信息，以此為據(jù)確定設(shè)計(jì)方案。 7.2 樣機(jī)試作 依據(jù)顧客確認(rèn)的相關(guān)技術(shù)要求、三維數(shù)模、項(xiàng)目節(jié)

11、點(diǎn)制作樣機(jī)， 7.3 設(shè)計(jì)方案說明 7.4 . 1主要設(shè)計(jì)輸入： 產(chǎn)品主要技術(shù)性能參數(shù) 轉(zhuǎn)向器形式 機(jī)械齒輪齒條轉(zhuǎn)向器 適用前軸負(fù)何（Kg） 650 輸出負(fù)荷（N） 3600 轉(zhuǎn)向器線角傳動比 0.095 適宜溫度范圍（C） -40?+135 齒條行程范圍（mm 1481 輸入軸總?cè)?shù)（圈） 4.33 0.10 轉(zhuǎn)向器中心距（mm 15 齒條直徑（mm 小21 齒輪模數(shù)（mm 1.75 重慶長融機(jī)械有限責(zé)任公司 民研所設(shè)計(jì)一室 汽車機(jī)械齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)規(guī)范 編制日期：2009年8月 編者：吳敏 版次：01 共12頁第7頁 7

12、.3.2 齒條的支承型式 齒條的一端通過常規(guī)的齒條支承，一般由單圓弧或雙圓弧兩種結(jié)構(gòu)，齒條的 另一端通過齒條襯套來支承，均采用粉末冶金材料或在齒條襯套、齒條支承接觸 表面增加含有聚甲醛的材料層，其主要優(yōu)點(diǎn)是磨擦系數(shù)小，耐磨性好。 7.3.3 齒條支承的預(yù)緊型式 在齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中，齒條支承座的預(yù)緊型式是通過彈簧來實(shí)現(xiàn)的，齒條 支承在彈簧力的作用下保證齒輪與齒條之間始終是在無間隙狀態(tài)下工作， 即使齒 輪與齒條發(fā)生磨損后，也不會產(chǎn)生間隙，這樣不僅提高了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛性、改善 了操縱穩(wěn)定性，還可以防止轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊和噪音。在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向器時，要使調(diào) 整螺塞與齒條支承座之間保持一合適的間隙 （該

13、間隙為調(diào)整螺塞與齒條支承間的 距離），該間隙可防止因加工或熱處理時，齒輪齒條發(fā)生彎曲變形或轉(zhuǎn)向器內(nèi)進(jìn) 入雜質(zhì)而使轉(zhuǎn)向器卡死，如間隙過大還會使轉(zhuǎn)向器產(chǎn)生噪音， 現(xiàn)在齒輪齒條式轉(zhuǎn) 向器對該間隙的要求根據(jù)工藝水平不同而不同，一般為 0.12-0.3mm。 7.3.4 調(diào)整螺塞與齒條支承座之間間隙的調(diào)整方法： 先將鎖緊螺母松開，調(diào)節(jié)調(diào)整螺塞，使調(diào)整螺塞擰到底，然后再回退200 - 90 后將鎖緊螺母擰緊即可。 8 .主要零件的結(jié)構(gòu)及計(jì)算 8.1 樣件已知條件： 齒輪：m=1.66; Z=8; Pp=25* （右）； 齒條：m=1.66;乙=31; Py = 5 （左）；tn=5.22; 0

14、=20 齒條行程 L=138=69 X2;齒條外徑。25.5;中心距：a=16.25;軸交角20 重慶長融機(jī)械有限責(zé)任公司 民研所設(shè)計(jì)一室 汽車機(jī)械齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)規(guī)范 編制日期：2009年8月 編者：吳敏 版次：01 共12頁第8頁 線角傳動比計(jì)算 二 mnZ i=COSK = 522*8/ cos5 =41.92 方向盤總?cè)?shù): L 138 i - 41.92 = 3.29 （圈） 8.2 根據(jù)公司常用的幾個刀具模數(shù)，驗(yàn)算傳動比 i 選擇 m=1.85; Zi=7; Pp=25，（右）； 二 mnZ 計(jì)算得出i = —— =40.84 cos

15、 因?yàn)椋?41.92-40.84 ） /41.92=2.449%<5% 所以取 mn=1.85; i=40.84 ; n=138/40.84=3.38 （圈） 8.3 根據(jù)轉(zhuǎn)向器本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及中心距要求，選取齒輪軸的變位系數(shù)。 8.3.1 對于齒輪齒條轉(zhuǎn)向器中齒輪齒條結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，齒輪一般都采用斜齒輪正變 位，對于變位齒輪，為了避免齒頂過薄，而又能滿足齒輪嚙合的要求，一般齒輪 的齒頂高系數(shù)取偏小值。 8.3.2 如果將齒條的齒頂高系數(shù)取同一值， 最終會導(dǎo)致齒條的齒高變小，進(jìn)而降 低了重合系數(shù)。在進(jìn)一步驗(yàn)證試作時，此理論得到驗(yàn)證 參照同類產(chǎn)品，初步選定 齒輪： ha： = 0.627

16、, xn =0.6, cn1 =0.275 齒條：ha；=0.627, cn2 =0.313 8.4 小齒輪軸與齒條的計(jì)算 重慶長融機(jī)械有限責(zé)任公司 民研所設(shè)一室 汽車機(jī)械齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)規(guī)范 編制日期 :2009年8月 編者：吳敏 版次：01 共12頁第9頁 名稱 齒 輪 齒條 備注 齒數(shù)Z 7 26 模數(shù)mn 1.85 1.85 壓力角％ n 20 20 螺旋角（3 B p =25 (右旋) B 丫 =5 （左旋） 左右手法則 變位系數(shù)Xn 0.6 0.6 分度圓直徑 di d1 =mtZ =.叫=

17、14.289 cos P p 齒頂身ha ，,* ha1 =(ha1 +Xn)恨=2.27 . * * ,一 ha2 = ha2 , mn =1.16 齒根高h(yuǎn)f 一一 ，一* 、 hf 1 =(ha2 +c1-cn) mn =0.56 一 一* *_ hf2=(ha1 +c2)m=1.74 齒全高h(yuǎn) h1=ha1+hf1=2.83 h2 = ha2 + hf2=2.9 齒頂圓da da1=d+2ha1=18.83 齒根圓df df1=di-2hf1=13.17 基圓直徑db dm =d〔 cos% =13.26

18、 at =21.88 tg\= g Bn cosP p 齒頂圓壓力 角％ at dh1 aat1 =arccos =45.235 da1 重慶長融機(jī)械有限責(zé)任公司 民研所設(shè)一室 汽車機(jī)械齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)規(guī)范 編制日期 :2009年8月 編者：吳敏 版次：01 共12頁第10頁 艱b b=b/ 2y25/2)2-(a-d1/2)2 年.227 /cosS cos20 d1 a =——+ Xnmn + H 2 H=7.9955 軸交角0 =20 25為齒條直徑 H:為四條中心 線至分度線 的距離 總重合度 1

19、~ /+ . 4 K (h；1 — Xn Wcos25『b sinP 名一 Z (tgat1 -tgt1 )+ 十 2兀［ sin2at J nmn = 2.005 名=名0十 Pp=25 P =Pp 8.5 檢驗(yàn)齒頂厚： 二 2Xntg\ Sat = da 2Z Z tg： t —tg： at 一 ： t 一二 at -1.65 0.25 -0.4 mn = 0.4625?0.74 而Sat =1.65 >(0.25-0.4 mn= 0.4625?0.74符合齒頂不變尖的條件，故參數(shù)選擇是合理的 % n為法面壓力角； % at為齒頂端面壓力角； % t為端面

20、壓力角； Xn為法面變位系數(shù)。 8.6 齒輪公法線長度及跨齒數(shù)的計(jì)算 跨齒數(shù)：k = Z- Jl+2xn]2_cos2 /xntg% tg J +0.5 n cos% U Z J Z t 二 式中Z =Z inv^=Z ?t 1180=9.263 inV：n tg：n-n 180 共12頁第9頁 重慶長融機(jī)械有限責(zé)任公司 民研所設(shè)計(jì)一室 汽車機(jī)械齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)規(guī)范 編制日期 :2009年8月 編者：吳敏 版次：01 共12頁第11頁 將Z/代入跨齒數(shù)K的公式，求得：K=2.28,根據(jù)四舍五入 取K=2 公法線長度：wn = w w mn 式中 w*

21、 = 2xn sin ：, n w* = cosan 工(k-0.5)+Z invan1由以上公式得 wn = 9.191 8.7 .結(jié)構(gòu)尺寸的確定 設(shè)計(jì)原則：在保證轉(zhuǎn)向器安裝尺寸與原件一致的條件下，力求保證轉(zhuǎn)向器的 形狀及外觀尺寸與原件一致，其內(nèi)部尺寸及結(jié)構(gòu)利用我們現(xiàn)有的成熟產(chǎn)品結(jié)構(gòu)加 以設(shè)計(jì)。 8.7.1 殼體 為了保證轉(zhuǎn)向器在整車上的安裝交角及安裝尺寸不變， 防止殼體與車架的其 它部位干涉，因此殼體的外形尺寸盡可能與原樣件一致，同時考慮到齒條的行程 參照我公司成熟技術(shù)，綜合考慮后，確定殼體、殼體總成的尺寸。 8.7.2 小齒輪軸與齒條： 根據(jù)轉(zhuǎn)向器需要的線角傳動比以及盡可能采用我公司現(xiàn)有的刀具的模數(shù)來 確定齒輪軸以及齒條的齒數(shù)、模數(shù)。 9 .附錄 n 一法向 t一切向 符號說明 MH模數(shù) z一齒數(shù) (3 p —齒輪螺旋角 重慶長融機(jī)械有限責(zé)任公司 民研所設(shè)計(jì)一室 汽車機(jī)械齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)規(guī)范 編制日期：2009年8月 編者：吳敏 版次：01 共12頁第12頁 i 一線角傳動比 x一變位系數(shù) xm—有效移位距 ha※一齒頂高變位 c※一頂隙系數(shù) a一中心距 H一齒條中心線至分度線的距離 (3 丫 一齒條傾角 共12頁第11頁