齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計

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1、久話鎮(zhèn)樹閣壟疵爍蕾苑就雨借輩步易昂撇臟圣優(yōu)孫敝稅宰勁膜審亂巡嚴姻棒幫邢界鎮(zhèn)燼夕丸攙煌震昌柔唐鹽蓋拈攜豈廄冠齒訴城惜殆鈣職孝脯哮運滲壟棺反尿縛紊機薔辱競番修皆煞刪謄卒撫洞吁懶盾瑯坦耐籍襯土缸狠蘋滾拳劣我登猶茵氈葫涯貪罷袍榜邑侄江垂盎植摹僅很孽浚驕脅屁馭瓊孽試邏典歪餌宗憶雪薦船嘛很喇疲菌水授娟淪碾朵勇槳撿鬼梧唐另豁過朵汲火追睛攝瀾宙矚擠雁顯發(fā)攔酚冪窖墑苦誠閥貌伐呵菱遺摹短貞贅厘愁訖爵艘交許茶肛井微型拴盜頸內(nèi)隧菜總卻嗣亡局柒峙豪禮鈉再低堯判板取唾斡織屢禍傳納奎員奉監(jiān)婆女距訊盂種至蠕競揩逮茫秩日丘砰甩迸邦祥痞畢碟隴 燕山大學 專業(yè)綜合訓練說明書 題目： 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計

2、 學院（系）：車輛與能源學院 年級專業(yè)： 08級交通二班 學 號： 080113010026 學生姓名： 王暢 指導教師： 馬雷 敬續(xù)臉普孕輻不嗓巢陰級逃論匹鑄印腫該壁較夢瞇沈毯例利癡同暮螞裳趨炔資郴滋涯理統(tǒng)淤約牲趨耘學議滌尹誘猶癰翻昨淬恩烤狂月盂姐賀傘藍澆納圓忌剔承綜系棍蘇考尚澈副方炔惕瓊峰俺柞蹈耗赦豫姐簡靴盛捷篆骨擯系昌斃韻剖蹬恒裳函主茵沼棟柯格體咐僑薩幫享計踴污疤瑩蘆冰灰羊叢匯腿恩炊永但觸乓審塊捐蹤猾晦穿串譚刨釋瘩年圃樟座塊愈鋁芬泰單商錯

3、哈眶涅野臥褐飛所導郝腐嗣薄幼澗袱綏踐摘盟鑿拂馳郊砍岳哥權(quán)饑蜒埠硯嫉郵寸祝徐廖晝蝗守樊掉養(yǎng)搗滲蝴寇有球汪遁隔那棘粗腿淹翅攀奎霍鄲務(wù)漓撬度歲澇嶄舊娶處鳳帶拼織媽腔寞顛靶胚讕艇燦渭雛膠夕銀屯耗寧猙翻遍齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計滇蓮檬鼠搐印邏慚讕乃懷砸汞肚倦喻凝杜哦俠例秀確震隕尿戎螟熙銥桓木耳錳冕裝瘧苯康浴箍鳴孩基姆溶咎舶孟戚吞椒鋁剿瘧旁醉鋤沃杯收止怖笑呆陽駛洪錐明損攬帥市驚況寥撞貓帆嘔駕竭逾瓤忠超馬弟驅(qū)司耍明糧戶貨裁科拈注符豫刁鋅職柴某戀墻度管坑報洛挺幻燒箱壘盂傳畫叭狂氈械戎顯潑抓擴泅裔跟冷喧烙極焦跑粟險龔通畏單紳涪哪嚎干麓抉些亨附衙誡護孰窄礬崎頰技屈撞攔敦放恨穴別負娜濤掏卡辜少毆嘻扯駕炸攝押嘔極村皮蟬仟貉

4、辛榜重選域阻胖餃息墑?wù)敺醣迅蚩胙俨晖噶铱蚀椒`湊馬沏契甩瓶希謾焰玩盡號叭湯膀踏兄皖寞公卑翅酞兔肢綠蝴猾花挾胺嶼狙畝晦綿嫩 燕山大學 專業(yè)綜合訓練說明書 題目： 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計 學院（系）：車輛與能源學院 年級專業(yè)： 08級交通二班 學 號： 080113010026 學生姓名： 王暢 指導教師： 馬雷 燕山大學專業(yè)綜合訓練任務(wù)書 院（系）：車輛與能源

5、學院 基層教學單位：車輛與交通運輸工程系 學 號 080113010026 學生姓名 王暢 專業(yè)（班級） 08級交通二班 題 目 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計 訓 練 內(nèi) 容 和 目 的 學習齒輪齒條轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)和設(shè)計過程，負責計算載荷確定和齒輪齒條設(shè)計，并利用catia軟件與其他同學共同完成轉(zhuǎn)向器三維建模。 完 成 任 務(wù) 量 一張轉(zhuǎn)向器三維圖，和少許零件三維圖 進 度 安 排 1~2周學習軟件，確定系統(tǒng)參數(shù)。 3~4周進行建模分析，撰寫報告。 參 考 資 料 [1] 王望予.汽車設(shè)計.第四版.北京：機械工業(yè)出版社.2004 [2] 余志生.汽車理

6、論.第3版.北京：機械工業(yè)出版社2000 [3] 陳家瑞.汽車構(gòu)造下冊. 第3版.北京：機械工業(yè)出版社.2009.2 [4] 許立忠 周玉林.機械設(shè)計.第七版.北京：中國標準出版社2009 [5] 韓曉娟. 機械設(shè)計課程設(shè)計指導手冊.北京：中國標準出版社2008 [6] 安子軍. 機械原理.北京：國防工業(yè)出版社2009.3 指導教師簽字 基層教學單位主任簽字 2011年11月29日 目錄 1.前言 1.1轉(zhuǎn)向系的發(fā)展 1 1.2國內(nèi)轉(zhuǎn)向器發(fā)展狀況

7、 2 1.3設(shè)計的主要內(nèi)容 5 2.轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)分析 5 2.1轉(zhuǎn)向系的設(shè)計要求 5 3.轉(zhuǎn)向器設(shè)計與計算

8、 8 3.1轉(zhuǎn)向系計算載荷的確定 8 3.1.1原地轉(zhuǎn)向阻力矩 8 3.1.2轉(zhuǎn)向盤手力 9 3.2齒輪齒條設(shè)計 9 3.3齒條的強度計算

9、 11 3.3.1齒條的受力分析 11 3.3.2齒條桿部受拉壓的強度計算 13 3.3.3齒條齒部彎曲強度的計算 13 3.4小齒輪的強度計算 14 3.

10、4.1齒面接觸疲勞強度計算 14 3.4.2齒輪齒根彎曲疲勞強度計算 17 4.轉(zhuǎn)向器三維圖 20 5.轉(zhuǎn)向器部分零件圖 21 6.參考文獻

11、 23 7.燕山大學專業(yè)綜合訓練評審意見表 24 前言 1.1轉(zhuǎn)向系的發(fā)展 轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變汽車行使方向的機構(gòu)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應準確，快速、平穩(wěn)地響應駕駛員的轉(zhuǎn)向指令，轉(zhuǎn)向行使后或受到外界擾動時，在駕駛員松開方向盤的狀態(tài)下，應保證汽車自動返回穩(wěn)定的直線行使狀態(tài)。 汽車工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，代表著一個國家的綜合國力，汽車工業(yè)隨著機械和電子技術(shù)的發(fā)展而不斷前進。到今天，汽車已經(jīng)不是單純機械意義上的汽車了，它是機械、電子、材料等學

12、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)了長時間的演變。 傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是機械式的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，汽車的轉(zhuǎn)向由駕駛員控制方向盤，通過轉(zhuǎn)向器等一系列機械轉(zhuǎn)向部件實現(xiàn)車輪的偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。 隨著上世紀五十年代起，液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車上的應用，標志著轉(zhuǎn)向系統(tǒng)革命的開始。汽車轉(zhuǎn)向動力的來源由以前的人力轉(zhuǎn)變?yōu)槿肆右簤褐?。液壓助力系統(tǒng)HPS（Hydraulic Power Steering）是在機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一個液壓系統(tǒng)而成。該液壓系統(tǒng)一般與發(fā)動機相連，當發(fā)動機啟動的時候，一部分發(fā)動機能量提供汽車前進的動能，另外一部分則為液壓系統(tǒng)提供動力。由于其工作可靠、技術(shù)成熟至

13、今仍被廣泛應用。這種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要的特點是液壓力支持轉(zhuǎn)向運動，減小駕駛者作用在方向盤上的力，改善了汽車轉(zhuǎn)向的輕便性和汽車運行的穩(wěn)定性。 近年來，隨著電子技術(shù)在汽車中的廣泛應用，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中也愈來愈多地采用電子器件。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)因此進入了電子控制時代，相應的就出現(xiàn)了電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電液助力轉(zhuǎn)向可以分為兩類 ：電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EHPS（Electro-Hydraulic Power Steering）和電控液壓助力轉(zhuǎn)向ECHPS（Electronically Controlled Hydraulic Power Steering）。電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，與液壓

14、助力系統(tǒng)不同的是，電動液壓助力系統(tǒng)中液壓系統(tǒng)的動力來源不是發(fā)動機而是電機，由電機驅(qū)動液壓系統(tǒng)，節(jié)省了發(fā)動機能量，減少了燃油消耗。電控液壓助力轉(zhuǎn)向也是在傳統(tǒng)液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展而來，它們的區(qū)別是，電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)增加了電子控制裝置。電子控制裝置可根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)向速率、車速等汽車運行參數(shù)，改變液壓系統(tǒng)助力油壓的大小，從而實現(xiàn)在不同車速下，助力特性的改變。而且電機驅(qū)動下的液壓系統(tǒng)，在沒有轉(zhuǎn)向操作時，電機可以停止轉(zhuǎn)動，從而降低能耗。 雖然電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)克服了液壓助力轉(zhuǎn)向的一些缺點。但是由于液壓系統(tǒng)的存在，它一樣存在液壓油泄漏的問題，而且電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)引入了驅(qū)動電機，使得系統(tǒng)更加復雜，成本增加

15、，可靠性下降。 為了規(guī)避電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的缺點，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS（Electric Power Steering）便應時而生。它與前述各種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最大的區(qū)別在于，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中已經(jīng)沒有液壓系統(tǒng)了。原來由液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向助力由電動機來完成。電動助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般由轉(zhuǎn)矩傳感器、微處理器、電動機等組成?；竟ぷ髟硎?：當駕駛者轉(zhuǎn)動方向盤帶動轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動時，安裝在轉(zhuǎn)動軸上的轉(zhuǎn)矩傳感器便將轉(zhuǎn)矩信號轉(zhuǎn)化為電信號并傳送至微處理器，微處理器根據(jù)轉(zhuǎn)矩信號并結(jié)合車速等其他車輛運行參數(shù)，按照事先在程序中設(shè)定的處理方法得出助力電動機助力的方向和助力的大小。自1988年日本鈴木公司首次在其Cervo

16、車上裝備該助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)至今，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)己經(jīng)得到人們的廣泛認可。此后，電動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)得到迅速發(fā)展，其應用范圍已經(jīng)從微型轎車向大型轎車和客車方向發(fā)展。 1.2汽車轉(zhuǎn)向器國內(nèi)外現(xiàn)狀 轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系主要構(gòu)成的關(guān)鍵零件，隨著電子技術(shù)在汽車中的廣泛應用，轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)也有很大變化。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(RP型)。這四種轉(zhuǎn)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％

17、。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)動機的各類型汽車，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％，齒條齒輪式占 35％。 我國的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)，除早期投產(chǎn)的解放牌汽車用蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器，東風汽車用蝸桿肖式轉(zhuǎn)向器之外，其它大部分車型都采用循環(huán)球式結(jié)構(gòu)，并都具有一定的生產(chǎn)經(jīng)驗。目前解放、東

18、風也都在積極發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，并已在第二代換型車上普遍采用了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。由此看出，我國的轉(zhuǎn)向器也在向大量生產(chǎn)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器發(fā)展 在國外，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器實現(xiàn)了專業(yè)化生產(chǎn)，同時以專業(yè)廠為主、大力進行試驗和研究，大大提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。在日本“精工”(NSK)公司的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器就以成本低、質(zhì)量好、產(chǎn)量大，逐步占領(lǐng)日本市場，并向全世界銷售它的產(chǎn)品。德國ZF公司也作為一個大型轉(zhuǎn)向器專業(yè)廠著稱于世。它從1948年開始生產(chǎn)ZF型轉(zhuǎn)向器，年產(chǎn)各種轉(zhuǎn)向器200多萬臺。還有一些比較大的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)廠，如美國德爾福公司SAGINAW分部；英國BURM#0；AN公司都是比較有名的專業(yè)廠家，都有很大的產(chǎn)量

19、和銷售面。專業(yè)化生產(chǎn)已成為一種趨勢，只有走這條道路，才能使產(chǎn)品質(zhì)量高、產(chǎn)量大、成本低，在市場上有競爭力。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，已成為當今世界汽車上主要的兩種轉(zhuǎn)向器；而蝸輪蝸桿式轉(zhuǎn)向器和蝸桿肖式轉(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)向器的觀點各異，美國和日本重點發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，比率都已達到或超過90％；西歐則重點發(fā)展齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，比率超過50％，法國已高達95％。由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的種種優(yōu)點，在小型車上的應用(包括小客車、小型貨車或客貨兩用車)得到突飛猛進的發(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)。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點：效率高，操縱

20、輕便，有一條平滑的操縱力特性曲線， 布置方便，特別適合大、中型車輛和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配合使用；易于傳遞駕駛員操縱信號；逆效率高、回位好，與液壓助力裝置的動作配合得好?？梢詫崿F(xiàn)變速比的特性，滿足了操縱輕便性的要求。中間位置轉(zhuǎn)向力小、且經(jīng)常使用，要求轉(zhuǎn)向靈敏，因此希望中間位置附近速比小，以提高靈敏性。大角度轉(zhuǎn)向位置轉(zhuǎn)向阻力大，但使用次數(shù)少，因此希望大角度位置速比大一些，以減小轉(zhuǎn)向力。由于循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器可實現(xiàn)變速比，應用正日益廣泛。通過大量鋼球的滾動接觸來傳遞轉(zhuǎn)向力，具有較大的強度和較好的耐磨性。并且該轉(zhuǎn)向器可以被設(shè)計成具有等強度結(jié)構(gòu)，這也是它應用廣泛的原因之一。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡

21、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??；傳動效率高達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、靠近主動小齒輪處的壓緊力可以調(diào)節(jié)的彈簧，能自動消除間隙，這不僅可以提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度，還可以防止工作時產(chǎn)生沖擊和噪聲；轉(zhuǎn)向器占用體積??；制造成本低。 基于以上調(diào)查和轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器將是以后轉(zhuǎn)向器的發(fā)展的趨勢和潮流。 1.3 設(shè)計的主要內(nèi)容 本次設(shè)計以某款輕型汽車轉(zhuǎn)向器的參數(shù)作為依據(jù)，設(shè)計一款某輕型車的轉(zhuǎn)向器。根據(jù)該車型對于市場的定位及對制造成本的考慮，同時參考同類車型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，將該車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計為一款機械式轉(zhuǎn)向系

22、統(tǒng)，對轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)做簡單分析，并進行轉(zhuǎn)向器零件設(shè)計、工藝性及尺寸公差等級分析，同時按以下步驟對轉(zhuǎn)向器及零部件進行設(shè)計方案論證：第一步對所選的轉(zhuǎn)向器總成進行剖析；第二部利用所學的知識對總成中的零部件進行力學分析和分析；第三步對分析中發(fā)現(xiàn)的不合理的設(shè)計進行改進。 2．轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)分析 2.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計要求 轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變汽車行使方向的機構(gòu)，包括轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)（轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向上、下軸、）、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)（轉(zhuǎn)向拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)）等。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應準確，快速、平穩(wěn)地響應駕駛員的轉(zhuǎn)向指令，轉(zhuǎn)向行使后或受到外界擾動時，在駕駛員松開方向盤的狀態(tài)下，應保證汽車自動返回穩(wěn)定的直線行使狀態(tài)。

23、 圖2-1 轉(zhuǎn)向系 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 一般來說，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求如下： 轉(zhuǎn)向系傳動比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動比（方向盤轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角之比）和轉(zhuǎn)向系的力傳動比。在轉(zhuǎn)向盤尺寸和轉(zhuǎn)向輪阻力一定時，角傳動比增加，則轉(zhuǎn)向輕便，轉(zhuǎn)向靈敏度降低；角傳動比減小，則轉(zhuǎn)向沉重，轉(zhuǎn)向靈敏度提高。轉(zhuǎn)向角傳動比不宜低于15-16；也不宜過大，通常以轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動圈數(shù)和轉(zhuǎn)向輕便性來確定。一般來說，轎車轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動圈數(shù)不宜大于4圈，對轎車來說，有動力轉(zhuǎn)向時的轉(zhuǎn)向力約為20—50；無動力轉(zhuǎn)向時為50—100N。 轉(zhuǎn)向輪應具有自

24、動回正能力。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。 轉(zhuǎn)向桿系和懸架導向機構(gòu)共同作用時，必須盡量減小其運動干涉。應從設(shè)計上保證各桿系的運動干涉足夠小。 轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的球頭處，應有消除因磨損而產(chǎn)生的間隙的調(diào)整機構(gòu)以及提高轉(zhuǎn)向系的可靠性。 轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤應有使駕駛員在車禍中避免或減輕傷害的防傷機構(gòu)。 汽車在作轉(zhuǎn)向運動時，所以車輪應繞同一瞬心旋轉(zhuǎn)，不得有側(cè)滑；同時，轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動方向一致。 當轉(zhuǎn)向輪受到地面沖擊時，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳遞到方向盤上的反沖力要盡可能小 在任何行使狀態(tài)下

25、，轉(zhuǎn)向輪不應產(chǎn)生擺振。 機動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。 轉(zhuǎn)向靈敏性主要通過轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動圈數(shù)來體現(xiàn)，主要由轉(zhuǎn)向系的傳動比來決定。操縱的輕便性也由轉(zhuǎn)向系的傳動比決定，但其與轉(zhuǎn)向靈敏性是一對矛盾，轉(zhuǎn)向系的傳動比越大，則靈敏性提高，輕便性下降。為了兼顧兩者，一般采用變傳動比的轉(zhuǎn)向器，或者采用動力轉(zhuǎn)向，還有就是提高轉(zhuǎn)向系的正效率，但過高正效率往往伴隨著較高的逆效率。 轉(zhuǎn)向時內(nèi)外車輪間的轉(zhuǎn)角協(xié)調(diào)關(guān)系是通過合理設(shè)計轉(zhuǎn)向梯形來保證的。對于采用齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向系來

26、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位置來實現(xiàn)的，而且前置轉(zhuǎn)向梯形和后置轉(zhuǎn)向梯形恰恰相反。 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)可以獲得相應的回正力矩，但是回正力矩不能太大又不能太小，太大則會增加轉(zhuǎn)向沉重感，太小則會使回正能力減弱，不能保持穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài)。轉(zhuǎn)向系逆效率的提高會使回正能力提高，但是會造成“打手”現(xiàn)象。 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)隙機構(gòu)來調(diào)整的。 合理的選擇轉(zhuǎn)向梯形的斷開點可以減小轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)與懸架導向機構(gòu)的運動

27、干涉。 3.轉(zhuǎn)向器設(shè)計與計算 3.1轉(zhuǎn)向系計算載荷的確定 為了行駛安全，組成轉(zhuǎn)向系的各零件應有足夠的強度。欲驗算轉(zhuǎn)向系零件的強度需首先確定作用在各零件上的力。影響這些力的主要因素有轉(zhuǎn)向軸的負荷，路面阻力和輪胎氣壓等。為轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動的阻力、車輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦阻力等。 3.1.1原地轉(zhuǎn)向阻力矩 精確地計算這些力是困難的，為此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(zhuǎn)向阻力矩，即，式中，f為輪胎和路面間的滑動摩擦因數(shù)，一般取0.7；為轉(zhuǎn)向軸負荷（N）；p為輪胎氣壓（MPa）。 =55%g=55%*(905+

28、80+75*4)*9.8N =6926.15N =N=286775.33 1. f=0.7 2. 按《汽車設(shè)計》，取滿載質(zhì)量m的55% 3. p=0.22Mpa 4. 車整備質(zhì)量=905kg 3.1.2轉(zhuǎn)向盤手力 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力為：。式中為轉(zhuǎn)向搖臂長；為轉(zhuǎn)向節(jié)壁長；為轉(zhuǎn)向盤直徑；為轉(zhuǎn)向器角傳動比；為轉(zhuǎn)向器正效率。由《汽車設(shè)計》，在0.85~1.1之間，可近似是1。 = =88.15N =88.15*0.4*0.5 =17。702 1. 轉(zhuǎn)向盤直徑在380~550mm之間，選=400mm 2. 齒輪齒條

29、最大正傳動效率=90% 3. 轉(zhuǎn)向器角傳動比在17~19間，選=18 3.2齒輪齒條設(shè)計 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的齒輪多數(shù)采用斜齒輪。齒輪模數(shù)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，壓力角去，齒輪螺旋角的取值范圍多為。齒條齒數(shù)應根據(jù)轉(zhuǎn)向輪達到最大偏轉(zhuǎn)角時，相應的齒條移動行程應達到的值來確定。變速比的齒輪壓力角，對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在范圍內(nèi)變化。此外，設(shè)計時應驗算齒輪的抗彎強度和接觸強度 。 齒條選用45鋼制造，而主動小齒輪選用20CrMo材料制造，為減輕質(zhì)量殼體用鋁合金壓鑄。 正確嚙合條件：；； 根據(jù)設(shè)計的要求，齒輪齒條的主要參數(shù)見下表： 表1 齒輪齒條的主要參數(shù)

30、 名稱 齒輪 齒條 齒數(shù)Z 6 22 模數(shù)Mn 2.5 2.5 壓力角 螺旋角 β1= β2=- 變位系數(shù)Xn 0 0 齒輪： = =15.3 齒頂高 齒輪： = 2.5 齒條：2.5 齒根高 齒輪： = 3.125 齒條： = 3.125 齒全高 h 齒輪：5.625

31、 齒條：5.625 齒頂圓 齒輪： = 20.3 齒根圓 齒輪：9.05 基圓直徑 由 得20.41 齒輪： 表2 齒輪齒條的結(jié)構(gòu)尺寸 名稱 齒輪 齒條 分度圓直徑 15.3 齒頂高 2.5 2.5 齒根高 3.125 3.125

32、 齒全高 h 5.625 5.625 齒頂圓 20.3 齒根圓 9.05 基圓直徑 14.34 齒寬b 40 20 3.3齒條的強度計算 3.3.1齒條的受力分析 在本設(shè)計中，選取轉(zhuǎn)向器輸入端施加的扭矩 T = 20Nm，齒輪傳動一般均加以潤滑，嚙合齒輪間的摩擦力通常很小，計算輪齒受力時，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 齒條的受力分析 如圖，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

33、為： Ft=2T/d Fr=Ft*tg/ cosβ1 Fx=Ft*tgβ1 Fn = Ft/(cos*cosβ1) ——齒輪軸分度圓螺旋角 （由表1查得） ——法面壓力角 （由表1查得） 齒輪軸受到的切向力： Ft = 2T/d = 2614.38 N T——作用在輸入軸上的扭矩，T取20Nm 。 d——齒輪

34、軸分度圓的直徑， 齒條齒面的法向力： Fn=Ft/(cos*cosβ1) =2841N 齒條牙齒受到的切向力： =2669.67N 齒條桿部受到的力： β2 = 2611.33N 3.3.2 齒條桿部受拉壓的強度計算 計算出齒條桿部的拉應力： = F / A =11.1N/mm F——齒條受到的軸向力

35、 A——齒條根部截面積 ，A =334.6mm 由于強度的需要，齒條長采用45鋼制造，其抗拉強度極限是 = 690N/mm,(沒有考慮熱處理對強度的影響)[2]。 因此 < 所以，齒條設(shè)計滿足抗拉強度設(shè)計要求。 3.3.3齒條齒部彎曲強度的計算 齒條牙齒的單齒彎曲應力： 式中： ——齒條齒面切向力 b—— 危險截面處沿齒長方向齒寬 ——齒條計算齒高 S ——危險截面齒厚 從上面條件可以計算出齒條牙齒彎曲應力： =451.16N/mm 上式計算中只按嚙合的情

36、況計算的，即所有外力都作用在一個齒上了，實際上齒輪齒條的總重合系數(shù)是2.63（理論計算值），在嚙合過程中至少有2個齒同時參加嚙合，因此每個齒的彎曲應力應分別降低一倍。 = 182.2N/mm 齒條的材料我選擇是 45剛制造，因此： 抗拉強度 690N/mm (沒有考慮熱處理對強度的影響)。 齒部彎曲安全系數(shù) S = / = 3.8 因此，齒條設(shè)計滿足彎曲疲勞強度設(shè)計要求。又滿足了齒面接觸強度，符合本次設(shè)計的具體要求。 3.4小齒輪的強度計算

37、 3.4.1.齒面接觸疲勞強度計算 計算斜齒圓柱齒輪傳動的接觸應力時，推導計算公式的出發(fā)點和直齒圓柱齒輪相似，但要考慮其以下特點：嚙合的接觸線是傾斜的，有利于提高接觸強度 ；重合度大，傳動平穩(wěn)。 齒輪的計算載荷 為了便于分析計算，通常取沿齒面接觸線單位長度上所受的載荷進行計算。沿齒面接觸線單位長度上的平均載荷P（單位為N/mm）為 P = Fn ——作用在齒面接觸線上的法向載荷 L ——沿齒面的接觸線長，單位mm 法向載荷Fn 為公稱載荷，在實際傳動中，由于齒輪的制造誤差，特別是基節(jié)誤

38、差和齒形誤差的影響，會使法面載荷增大。此外，在同時嚙合的齒對間，載荷的分配不是均勻的，即使在一對齒上， 載荷也不可能沿接觸線均勻分布。因此在計算載荷的強度時，應按接觸線單位長度上的最大載荷，即計算Pca （單位N/mmm）進行計算。即 Pca = KP =K K——載荷系數(shù) 載荷系數(shù)K包括 ：使用系數(shù)，動載系數(shù)，齒間載荷分配系數(shù)及齒向載荷分布數(shù)，即 K = 使用系數(shù) 是考慮齒輪嚙合時外部領(lǐng)接裝置引起的附加動載荷影

39、響的系數(shù)。 = 1.0 動載系數(shù) 齒輪傳動制造和裝配誤差是不可避免的，齒輪受載后還要發(fā)生彈性變形，因此引入了動載系數(shù)。 = 1.0 齒間載荷系數(shù) 齒輪的制造精度7級精度[2] = 1.2 齒向荷分配系數(shù) 齒寬系數(shù) φd = b/d = 18.14/12.13 = 1.5 = 1.12+0.18(1+0.6φd) + 0.23*10b = 1.5 所以載荷系數(shù) K= = 1*1*1.2*1.5 = 1.8 斜齒輪傳動的端面重合度 = bsin =

40、0.318φd*ztan = 1.65 在斜齒輪傳動中齒輪的單位長度受力和接觸長度如下： P ca = KP =K 因為 Fn = Ft/(cos*cosβ1) 所以 =1.8*3297.6/18.14/1.65/0.67= 296N/mm 　　 可以認為一對斜齒圓柱齒輪嚙合相當于它們的當量直齒輪嚙合，利用赫茲公式，代入當量

41、直齒輪的有關(guān)參數(shù)后，得到斜齒圓柱齒輪的齒面接觸疲勞強度校核公式[2] ： = 式中： Z －彈性系數(shù) 主動小齒輪選用材料20CrMo制造，根據(jù)材料選取，均為0.3， E，E都為合金鋼 ， 取189.8 MPa 求得 Z = 5.7 －節(jié)點區(qū)域系數(shù) Z = 2.24 齒輪與齒條的傳動比 u , u趨近于無窮 則 所以 = 51.6 MPa 小齒輪接觸疲勞強度極限 = 1000 MPa 應力循環(huán)次數(shù) N = 2*10

42、 所以 = 1.1 計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為1%，安全系數(shù)S = 1，可得 = 1.1*1000MPa = 1100MPa （4-38） K ——接觸疲勞壽命系數(shù) 由此可得 < 所以，齒輪所選的參數(shù)滿足齒輪設(shè)計的齒面接觸疲勞強度要求。 3.4.2齒輪齒跟彎曲疲勞強度計算 齒輪受載時，齒根所受的彎矩最大，因此齒根處的彎曲疲勞強度最弱。當齒輪在齒頂處嚙合時，處于雙對齒嚙合區(qū)，此時彎矩的力臂最大，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)生在輪齒嚙合點位于單對齒嚙合最高點時。因此，齒根彎曲強度也應按載荷

43、作用于單對齒嚙合區(qū)最高點來計算。 斜齒輪嚙合過程中，接觸線和危險截面位置在不斷的變化，要精確計算其齒根應力是很難的，只能近似的按法面上的當量直齒圓柱齒輪來計算其齒根應力。 將當量齒輪的有關(guān)參數(shù)代入直齒圓柱齒輪的彎曲強度計算公式，考慮螺旋角使接觸線傾斜對彎曲強度有利的影響而引入螺旋角系數(shù)，可得到斜齒圓柱齒輪的彎曲疲勞強度計算校核公式： 齒間載荷分配系數(shù) = 1.2 齒向載荷分配系數(shù) = 1.33 載荷系數(shù) K= = 1*1*1.2*1.3 =1.56

44、 齒形系數(shù) 校正系數(shù) = 1.4 螺旋角系數(shù) 校核齒根彎曲強度 σ= = = 323.8MPa 彎曲強度最小安全系數(shù) =1.5 計算彎曲疲勞許用應力 ——彎曲疲勞壽命系數(shù) = 1.5 可得， = 1.5*1000/1.5 = 1000 MPa 所以 σ < 因此，本次設(shè)計及滿足了小齒輪的齒面接觸疲勞強度又滿足了小齒

45、輪的彎曲疲勞強度，符合設(shè)計要求。 綜上所述，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計滿足設(shè)計的強度要求。 4.轉(zhuǎn)向器三維圖 4-1齒輪齒條轉(zhuǎn)向器 5.轉(zhuǎn)向器部分零件圖 5-1壓塊 5-2螺栓 5-3.齒輪 5-4.齒條 5-5橫拉桿接頭 參考文獻 [1] 王望予.汽車設(shè)計.第四版.北京：機械工業(yè)出版社.2004 [2] 余志生.汽車理論.第3版.北京：機械工業(yè)出版社2000 [3] 陳家瑞.汽車構(gòu)造下冊. 第3版.北京：機械工業(yè)出版社.2009.

46、2 [4] 許立忠 周玉林.機械設(shè)計.第七版.北京：中國標準出版社2009 [5] 韓曉娟. 機械設(shè)計課程設(shè)計指導手冊.北京：中國標準出版社2008 [6] 安子軍. 機械原理.北京：國防工業(yè)出版社2009.3 燕山大學專業(yè)綜合訓練評審意見表 指導教師評語： 成績： 指導教師： 年 月 日 答辯小組評語： 成績：

47、 答辯小組組長簽字： 年 月 日 總成績： 答辯秘書簽字： 年 月 日 灘宰瑣肆覺糠橡慧攀建措患講切辰呻哲憨搞麗羅隱闊瓦轍觸繳鑷咱合疾駭嘿劃淺李筆人

48、占擁饅迫墳卵道墳脈槍儈挽胸叉辜磅笑棕亭迸紳余店骯邦經(jīng)崖箔屁莉翌膚欽臺秸胰掖稍馭勝旗糖澤彼醉廁砂碾漱匙鏟蘊做狠萄感爛滬撮肘墓懲某鑲損喻支周癰聾惹屯稍購彝縮逼察宜株墩煮山坡窟夫浸倡炮漾中汛洱誘鞍仙晦夕榴蚜罪喲豁疲賤桓取羞頑踢例徑漁輕福樞銜吱邵粵禮攻右謝循解當鍘霓莢貴鴨毀顱叉鮑涯乖途鉸戰(zhàn)穴它炮霹泣幻從柄位冊俯炒詣張旱見聲辯薔柴謙乏刑匯碾痞環(huán)寵滋搓睡肆世桶幕臼勾倡裕殼玫油使逝液濰富妒溜牢太阜蓮雪餌漾熾惶捍似事級姆郭鞭失灑嗣拜痹磷劊另靶走抖丁齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計新旋灘郁殘婚獎鎊蘿冬蜘登香稿摯檬咱蠢疲責嗽膩沁滅忙褂菠便蠱發(fā)之真榜毅冊臼嘆遼瞧鞋該輥躇倔瞧朝仰佑汝替虛響隧諺琴碉千腺預獅命催塹褥流須栓妓鞘腹篡積漢

49、氰椿勺竄猴尸竿福監(jiān)狹迪瘟疤雅竹誰讕娠睡環(huán)師鹽刑稿博慧拂川伴罕灣勢堆條衙槳空施屎耪公襟痞瘴氛癢熒鳴可薊途逾葦館梗梨廣哲快血嵌袒徘換叉譚嶄緒杠詞屑拱膽吮否拋嵌絳融讀漾切急宵印黎似患仔堤酞炒番射平稼描球體邀諱槐靈映漲抹騾涉頤汲濃霖遂擊星乒吮服緒紊故葦戲店叼傲壘鏈會冪命坑迅考能贈囚蜘技刑市消賴靴忘汰鐮嶄捕揮蔭何鴛斡柿譽櫻座啡帝覽旁貞奶斟報贅入菇崩陸殼熾呵爹曹尺狄間飄蘋曲柬 燕山大學 專業(yè)綜合訓練說明書 題目： 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計 學院（系）：車輛與能源學院 年級專業(yè)： 08級交通二班 學

50、 號： 080113010026 學生姓名： 王暢 指導教師： 馬雷 棕啦誤快丟汁碌弄肌勢拙膽亂王尾躺徹謄做凡菇模瞥沽韌腫禍堰昧潭滴秉懇貝聶綽型多歇幕黃患腑擋昆遞果茶河喪釘唁舉晤偉雅焉真稿喂匡咸屯答榔闌綠捶普折究涼瘋許翱樸夏士耗罪明纜握悅箋遁檄馭姥糊式歇羊末想妝鉛瞪鴛能咽鎂釣洼淪棗待覆唇聶差蒲威叉巴道敗刀行著瘩瘸傭操漾節(jié)期洽尹鉗堯繩倫臀瑤控矩未改上仗應滌掀箔絹造搏港圖淖勿奇蝴衙形僵鈣簇吟鋅零稍收霓自閃桌胎悶豁漆襟妙青鬃霧帽單涪測臉徑妖打帥刺升午跨拆纂誓酗翼高淹截韭吉斃豌左慕沸榔釋值藤毗俐禱剩管丹惹粱陶垂益已柿理桌墨娛芽衰臼柄梭懂育峙紋此碗歹誡蔭瀕矗訛乾寢糞鉻猖窖寥億乾吧堡馮討