齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)

1、齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)摘要：本次設(shè)計(jì)選擇的是豐田的一款汽車的轉(zhuǎn)向器。首先對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根本的作用、 構(gòu)造、與總體的性能作一個(gè)了解。再根據(jù)對(duì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的研究以與資料的查 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)計(jì)算轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比，并確 定齒輪齒條的幾何參數(shù)。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器總體設(shè)計(jì)，受力分析，與對(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，并在作出轉(zhuǎn) 向器的零件圖。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；齒輪齒條；轉(zhuǎn)向器Rack an

2、d pinion steeri ngdesig nAbstract : This design choice is the steering of a car in the Toyota. First, the basic role of the steeri ng system, structure, and overall performa nee for an un dersta nding. Accordi ng to the study of the rack and pinion steeri ng and data access, focuses on a rack and pi

3、nion steeri ng gear type selecti on, the adva ntages and disadva ntages of differe nt types of rack and pinion steering, and all types of rack and pinion steering application status. The steering transmission ratio calculated under the original data, and determine the geometric parameters of the rac

4、k and pinion. Rack and pinion steeri ng the overall desig n, stress analysis, and rack and pinion fatigue strength of the tooth root bending fatigue stre ngth. Un reas on able data correcti on rack and pinion steeri ng. Through the desig n of the rack and pinion steeri ng, select the related parts s

5、uch as screws, beari ngs, etc., and make the steeri ng parts diagram.Keywords : Steering systems, rack and pinion, steering目錄第1章緒論11.1概述11.2轉(zhuǎn)向器的作用與分類11.3汽車轉(zhuǎn)向裝置的開展趨勢(shì)21.4汽車轉(zhuǎn)向器國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀41.5設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容5第2章齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)方案選擇62.1車輛相關(guān)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)要求62.2轉(zhuǎn)向器總體方案設(shè)計(jì)8轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)方案說明8轉(zhuǎn)向器輸入輸出形式8轉(zhuǎn)向器各種輸出形式比照9齒輪齒條轉(zhuǎn)向器齒輪齒條選擇9齒輪齒條轉(zhuǎn)向器齒條斷面形狀9齒輪齒條式

6、轉(zhuǎn)向器的布置形式10轉(zhuǎn)向器最終方案確定11第3章轉(zhuǎn)向器齒輪齒條設(shè)計(jì)計(jì)算過程113.1轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計(jì)算113.2轉(zhuǎn)向器原地轉(zhuǎn)向阻力矩計(jì)算123.3轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比與力傳動(dòng)比計(jì)算13角傳動(dòng)比與力傳動(dòng)比介紹13角傳動(dòng)比與力傳動(dòng)比確定133.4齒輪齒條設(shè)計(jì)14齒輪齒條嚙合傳動(dòng)的特點(diǎn)14齒輪參數(shù)的選擇15計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力16齒輪的齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)17確定齒輪主要參數(shù)和幾何尺寸18確定齒條主要參數(shù)和幾何尺寸18347齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核20第4章齒輪軸的設(shè)計(jì)204.1齒輪齒條傳動(dòng)受力分析204.2齒輪軸最小軸徑確定214.3齒輪軸的強(qiáng)度校核21第5章間隙調(diào)整彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算255.1選擇材料255.2計(jì)算

7、彈簧絲直徑265.3彈簧圈數(shù)和自由高度的計(jì)算265.4彈簧校核與結(jié)構(gòu)尺寸確定265.5彈簧工作時(shí)的數(shù)據(jù)27第6章其他零件的選擇與潤(rùn)滑方式確定286.1軸承的選擇286.2轉(zhuǎn)向器潤(rùn)滑方式29總結(jié)31致謝33參考文獻(xiàn)33附圖34第1章緒論概述改革開放以來，我國(guó)汽車工業(yè)開展迅猛。作為汽車關(guān)鍵部件之一的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也 得到了相應(yīng)的開展，根本已形成了專業(yè)化、系列化生產(chǎn)的局面。有資料顯示，國(guó)外 有很多國(guó)家的轉(zhuǎn)向器廠，都已開展成大規(guī)模生產(chǎn)的專業(yè)廠，年產(chǎn)超過百萬臺(tái)，壟斷 了轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，并且銷售點(diǎn)遍布了全世界。轉(zhuǎn)向器的作用與分類轉(zhuǎn)向器的作用將駕駛員加在轉(zhuǎn)向盤上的力矩放大，并降低速度，然后傳給轉(zhuǎn)向 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)向器

8、是轉(zhuǎn)向系的減速傳動(dòng)裝置，一般由1-2級(jí)減速傳動(dòng)副。由于轉(zhuǎn)向器是一個(gè)大傳動(dòng)比的機(jī)構(gòu)，其傳動(dòng)效率一般較低。轉(zhuǎn)向器的輸出功率與輸人功率之 比稱為轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)效率當(dāng)功率由轉(zhuǎn)向柱輸人、由轉(zhuǎn)向搖臂輸出的情況下求得的傳 動(dòng)效率稱為正效率，而在傳動(dòng)方向與此相反時(shí)求得的效率為逆效率。為了減輕駕駛 員操縱轉(zhuǎn)向盤的體力消耗，應(yīng)盡量提高轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)效率，特別是其正效率是很重 要的。目前應(yīng)用比擬廣泛的轉(zhuǎn)向器有齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器、蝸桿滾 輪式轉(zhuǎn)向器、蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器。本次設(shè)計(jì)的是齒輪齒條式減速器。齒輪齒條式減速器優(yōu)點(diǎn)：齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)副為齒輪與齒條，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 布置方便，制造容易，但轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比擬

9、小，一般不大于 15，且齒條沿其長(zhǎng)度方 向磨損不均勻，故僅廣泛用于微型汽車和轎車上。轉(zhuǎn)向器按結(jié)構(gòu)形式可分為多種類型。歷史上曾出現(xiàn)過許多種形式的轉(zhuǎn)向器，目 前較常用的有齒輪齒條式、蝸桿曲柄指銷式、循環(huán)球-齒條齒扇式、循環(huán)球曲柄指銷 式、蝸桿滾輪式等。其中第二、第四種分別是第一、第三種的變形形式，而蝸桿滾 輪式如此更少見。如果按照助力形式，又可以分為機(jī)械式無助力，和動(dòng)力式有 助力兩種，其中動(dòng)力轉(zhuǎn)向器又可以分為氣壓動(dòng)力式、液壓動(dòng)力式、電動(dòng)助力式、 電液助力式等種類。1、齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器它是一種最常見的轉(zhuǎn)向器。其根本結(jié)構(gòu)是一對(duì)相互嚙合的小齒輪和齒條。轉(zhuǎn)向軸帶動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒條便做直線運(yùn)動(dòng)。有時(shí)，靠齒

10、條來直接帶動(dòng)橫拉桿，就可 使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。所以，這是一種最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)向器。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，本錢低廉， 轉(zhuǎn)向靈敏，體積小，可以直接帶動(dòng)橫拉桿。在汽車上得到廣泛應(yīng)用。2、蝸桿曲柄銷式轉(zhuǎn)向器它是以蝸桿為主動(dòng)件，曲柄銷為從動(dòng)件的轉(zhuǎn)向器。蝸桿具有梯形螺紋，手指狀 的錐形指銷用軸承支承在曲柄上，曲柄與轉(zhuǎn)向搖臂軸制成一體。轉(zhuǎn)向時(shí)，通過轉(zhuǎn)向 盤轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿、嵌于蝸桿螺旋槽中的錐形指銷一邊自轉(zhuǎn)，一邊繞轉(zhuǎn)向搖臂軸做圓弧運(yùn) 動(dòng)，從而帶動(dòng)曲柄和轉(zhuǎn)向垂臂擺動(dòng)，再通過轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。這種轉(zhuǎn)向 器通常用于轉(zhuǎn)向力較大的載貨汽車上。3、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器循環(huán)球式：這種轉(zhuǎn)向裝置是由齒輪機(jī)構(gòu)將來自轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)力進(jìn)展減速，使轉(zhuǎn) 向

11、盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)闇u輪蝸桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，滾珠螺桿和螺母夾著鋼球嚙合，因而滾 珠螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，螺母再與扇形齒輪嚙合，直線運(yùn)動(dòng)再次變?yōu)樾D(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)，使連桿臂搖動(dòng)，連桿臂再使連動(dòng)拉桿和橫拉桿做直線運(yùn)動(dòng)， 改變車輪的方向。 這是一種古典的機(jī)構(gòu)，現(xiàn)代轎車已大多不再使用，但又被最新方式的助力轉(zhuǎn)向裝置 所應(yīng)用。它的原理相當(dāng)于利用了螺母與螺栓在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的相對(duì)移動(dòng)，而在螺 紋與螺紋之間夾入了鋼球以減小阻力，所有鋼球在一個(gè)首尾相連的封閉的螺旋曲線 內(nèi)循環(huán)滾動(dòng)，循環(huán)球式故而得名。4、齒輪齒條液壓助力轉(zhuǎn)向器齒輪齒條液壓助力轉(zhuǎn)向器，是相對(duì)于齒輪齒條機(jī)械轉(zhuǎn)向器而言的，主要是增加 了轉(zhuǎn)向油泵、轉(zhuǎn)向油壺、轉(zhuǎn)向油

12、管、轉(zhuǎn)向閥、轉(zhuǎn)向油缸等部件，以期達(dá)到改善駕駛 員手感，增加轉(zhuǎn)向助力的目的的轉(zhuǎn)向裝置。國(guó)內(nèi)經(jīng)過10多年來的開展，已經(jīng)形成成 熟的研發(fā)和制造技術(shù)的廠家有豫北光洋轉(zhuǎn)向器某某等企業(yè)。1.3汽車轉(zhuǎn)向裝置的開展趨勢(shì)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，代表著一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)力，汽車工業(yè)隨著 機(jī)械和電子技術(shù)的開展而不斷前進(jìn)。到今天，汽車已經(jīng)不是單純機(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

13、車工業(yè)的開 展歷經(jīng)了長(zhǎng)時(shí)間的演變。傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是機(jī)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(jī)械轉(zhuǎn)向部件實(shí)現(xiàn)車輪的偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。隨著上世紀(jì)五十年代起，液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用，標(biāo)志著轉(zhuǎn)向系統(tǒng)革 命的開始。汽車轉(zhuǎn)向動(dòng)力的來源由以前的人力轉(zhuǎn)變?yōu)槿肆右簤褐ΑＲ簤褐ο?統(tǒng)HPSHydraulic Power Steering是在機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的根底上增加了一個(gè)液壓系 統(tǒng)而成。該液壓系統(tǒng)一般與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候，一局部發(fā)動(dòng)機(jī)能量 提供汽車前進(jìn)的動(dòng)能，另外一局部如此為液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。由于其工作可靠、技 術(shù)成熟至今仍被廣泛應(yīng)用。這種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主

14、要的特點(diǎn)是液壓力支持轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)， 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(yùn)行的穩(wěn)定性。 近年來，隨著電子技術(shù)在汽車中的廣泛應(yīng)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(jìn)入了電子控制時(shí)代，相應(yīng)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(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EHPS Electro-Hydraulic PowerSteeri ng和電控液壓助力轉(zhuǎn)向 ECHPS Electro ni cally Con trolled Hydraulic Power Steeri ng。電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在液壓助力系統(tǒng)根底上開展起來的，與液壓助 力系統(tǒng)不同的是，電動(dòng)液壓

15、助力系統(tǒng)中液壓系統(tǒng)的動(dòng)力來源不是發(fā)動(dòng)機(jī)而是電機(jī)， 由電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)，節(jié)省了發(fā)動(dòng)機(jī)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)根底上開展而來，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(yùn)行參數(shù)， 改變液壓系統(tǒng)助力油壓的大小，從而實(shí)現(xiàn)在不同車速下，助力特性的改變。而且電 機(jī)驅(qū)動(dòng)下的液壓系統(tǒng)，在沒有轉(zhuǎn)向操作時(shí)，電機(jī)可以停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而降低能耗。 雖然電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)克制了液壓助力轉(zhuǎn)向的一些缺點(diǎn)。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(dòng)電機(jī)，使得系統(tǒng) 更加復(fù)雜，本錢增加，可靠性下降。為

16、了躲避電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的缺點(diǎn)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS : Electric PowerSteeri ng便應(yīng)時(shí)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(dòng)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(dòng)機(jī)來完成。電 動(dòng)助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般由轉(zhuǎn)矩傳感器、微處理器、電動(dòng)機(jī)等組成。根本工作原理是： 當(dāng)駕駛者轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤帶動(dòng)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩傳感器便將轉(zhuǎn)矩信 號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并傳送至微處理器，微處理器根據(jù)轉(zhuǎn)矩信號(hào)并結(jié)合車速等其他車輛 運(yùn)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(dòng)機(jī)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車上裝備

17、該助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)至今，電動(dòng) 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)己經(jīng)得到人們的廣泛認(rèn)可。此后，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)得到迅速開展，其應(yīng)用X圍已經(jīng)從微型轎車向大型轎車和客車方向開展。1.4汽車轉(zhuǎn)向器國(guó)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(yīng)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X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

18、轉(zhuǎn)向器一直在穩(wěn)步開展。在西歐小客車中，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器有很大的開展。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%,開展到現(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)向器也有所開展。 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(guó)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(fēng)汽車 用蝸桿肖式轉(zhuǎn)向器之外，其它大局部車型都采用循環(huán)球式結(jié)構(gòu)，并都具有一定的生 產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。目前解放、東

19、風(fēng)也都在積極開展循環(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(guó)的轉(zhuǎn)向器也在向大量生產(chǎn)循環(huán)球式轉(zhuǎn) 向器開展在國(guó)外，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器實(shí)現(xiàn)了專業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)以專業(yè)廠為主、大力進(jìn)展試 驗(yàn)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)向器就以本錢低、質(zhì)量好、產(chǎn)量大，逐步占領(lǐng)日本市場(chǎng)，并向全世界銷售它的產(chǎn)品。 德國(guó)ZF公司也作為一個(gè)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(tái)。還有一些比擬大的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)廠，如美國(guó)德 爾福公司SAGINAW分部；英國(guó)BURM#0 ; AN公司都是比擬有名的專業(yè)廠家，都 有很大

20、的產(chǎn)量和銷售面。專業(yè)化生產(chǎn)已成為一種趨勢(shì)，只有走這條道路，才能使產(chǎn) 品質(zhì)量高、產(chǎn)量大、本錢低，在市場(chǎng)上有競(jìng)爭(zhēng)力。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和循環(huán)球式轉(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存較小的地位。在小 客車上開展轉(zhuǎn)向器的觀點(diǎn)各異，美國(guó)和日本重點(diǎn)開展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，比率都已達(dá)到或超過90%;西歐如此重點(diǎn)開展齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器， 比率超過50%,法國(guó)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)的開展；而大型車輛如此以循環(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(diǎn)：效率高，操

21、縱輕便，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(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配合使用；易于傳遞駕駛員操縱 信號(hào)；逆效率高、回位好，與液壓助力裝置的動(dòng)作配合得好?？梢詫?shí)現(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(shí)現(xiàn)變速比，應(yīng)用正日益廣泛。通過大量鋼球的滾動(dòng)接觸來傳遞轉(zhuǎn)向力，具有較 大的強(qiáng)度和較好的耐磨性。并且該轉(zhuǎn)向器可以被設(shè)計(jì)成具有等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，這也是它 應(yīng)用廣泛的原因之一。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要優(yōu)

22、點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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)量比擬??；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?。恢圃毂惧X低?；谝陨险{(diào)查和轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)，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)向器的開展的趨勢(shì)和潮流。1.5設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容汽車工業(yè)已經(jīng)成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。隨著我國(guó)汽車工業(yè)強(qiáng)調(diào)進(jìn)展 自主開發(fā)，汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析、實(shí)驗(yàn)技術(shù)等都日益受到重視。為了培養(yǎng)汽車零 部件設(shè)計(jì)方向的專業(yè)學(xué)生利用所學(xué)的根底理

23、論知識(shí)解決實(shí)際工程問題能力，做了這 次畢業(yè)設(shè)計(jì)，這對(duì)于培養(yǎng)他們的實(shí)際工作能力是很重要的。題目所涉與到的知識(shí)都是汽車機(jī)械設(shè)計(jì)的知識(shí)，所要求完成的零件的結(jié)構(gòu)、設(shè) 計(jì)、方法都是很實(shí)用的，并且在相當(dāng)遠(yuǎn)的未來也是適用的。這些知識(shí)對(duì)于從事汽車 技術(shù)工作的人都是很需要的，是他們進(jìn)展工作和繼續(xù)學(xué)習(xí)的根底。本次設(shè)計(jì)的課題來源于豐田，設(shè)計(jì)此車的轉(zhuǎn)向器。根據(jù)該車型對(duì)于市場(chǎng)的定位 與對(duì)制造本錢的考慮，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)向系統(tǒng)做簡(jiǎn)單分析，并進(jìn)展轉(zhuǎn)向器零件設(shè)計(jì)、工藝性與尺 寸公差等級(jí)分析，同時(shí)按以下步驟對(duì)轉(zhuǎn)向器與零部件進(jìn)展設(shè)計(jì)方案論證：第一步對(duì) 所選的轉(zhuǎn)向器總成進(jìn)展

24、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)展力學(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)展改良。第2章齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)方案選擇車輛相關(guān)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)要求車輛數(shù)據(jù)：車型：豐田四驅(qū)類型：適時(shí)四驅(qū)驅(qū)動(dòng)方式：前置四驅(qū)整備質(zhì)量(Kg): 1620滿載軸荷(Kg):前軸:810后軸：810發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩(Nm/rpm): 224/4000發(fā)動(dòng)機(jī)功率(Kw/rpm) : 125/6000軸距(mm): 2660前輪胎規(guī)格：225/65R17后輪胎規(guī)格：225/65R17轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)：200mm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、丨、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳

25、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)顟B(tài)。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，如此轉(zhuǎn)向輕 便，轉(zhuǎn)向靈敏度降低；角傳動(dòng)比減小，如此轉(zhuǎn)向沉重，轉(zhuǎn)向靈敏度提高。轉(zhuǎn)向角傳 動(dòng)比不宜低于15-16 ;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)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)

26、向時(shí)為50 100M2、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，必須保證有適宜的前輪定位參數(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)干預(yù)。應(yīng)從設(shè)計(jì) 上保證各桿系的運(yùn)動(dòng)干預(yù)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) 以與提高轉(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防止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)，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

27、到方向盤上的反沖力要盡可能小8、在任何行使?fàn)顟B(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不應(yīng)產(chǎn)生擺振。機(jī)動(dòng)性是通過汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑來表現(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，如此最小轉(zhuǎn)彎半徑越小。轉(zhuǎn)向靈敏性主要通過轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)來表現(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，如此靈敏性提高，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(shí)內(nèi)外車輪間的轉(zhuǎn)角協(xié)調(diào)關(guān)系是通過合理

28、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。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。選取適宜的轉(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，太大如此會(huì)增加轉(zhuǎn)向沉重感，太小如此會(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)向系逆效率的提高會(huì)使回正能力提高，但是會(huì)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(jī)構(gòu)來調(diào)整的。合理的選擇轉(zhuǎn)向

29、梯形的斷開點(diǎn)可以減小轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)干 預(yù)。2.2轉(zhuǎn)向器總體方案設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)方案說明因?yàn)檫@一次選擇的轉(zhuǎn)向器，已經(jīng)是確定的齒條式轉(zhuǎn)向器，所在在方案確實(shí)定上 面，更多的是選擇齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的輸入輸出形式、齒輪齒條的齒形與齒條斷面 的形狀的選擇，所以在方案的比照上面，主要比照各種輸入輸出形式的優(yōu)缺點(diǎn)、齒 輪齒條的齒形在轉(zhuǎn)向器上的影響與優(yōu)缺點(diǎn)和各種齒條斷面適用的X圍等，還有就是說明轉(zhuǎn)向器的各種布置形式。通過對(duì)輸入輸出形式的比照，選擇在保證了轉(zhuǎn)向器性 能的根底上盡量的選擇制造本錢低與制造簡(jiǎn)單的原如此來選擇一種最好的輸入輸出 形式；齒輪齒條的齒形的選擇，根據(jù)重合度，與轉(zhuǎn)向器在各種環(huán)境下

30、工作時(shí)的反響， 比如平穩(wěn)性，噪音等因素來作出最后的選擇；齒條斷面的形狀，主要根據(jù)的時(shí)，制 造的本錢與制造的難道，然后再分析它所受到的力所產(chǎn)生的各種影響來考慮，最終 選擇一種比擬合理的斷面形狀。具體的分析過程，與比照過程，在下面一一比擬。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2-1a側(cè)面輸入，兩端輸出圖2-1b側(cè)面輸入，中間輸出（圖2-1c）、 側(cè)面輸入，一端輸出（圖2-1d）。圖2-1齒輪齒條轉(zhuǎn)向器輸入輸了形式轉(zhuǎn)向器各種輸出形式比照采用兩端輸出方案時(shí)如圖2-1a,圖2-1b，由于轉(zhuǎn)向拉桿長(zhǎng)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)干預(yù)。但其結(jié)構(gòu)

31、簡(jiǎn)單，制造方便，且本錢低等特點(diǎn)，常 用于小型車輛上。采用側(cè)面輸入，中間輸出方案時(shí)，由圖 2-1c丨可見，與齒條固連的左、右拉 桿延伸到接近汽車車輪對(duì)稱平面附近。由于拉桿長(zhǎng)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)干預(yù)。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)向器殼體上開 有軸向的長(zhǎng)槽，從而降低了它的強(qiáng)度。采用側(cè)面輸入，一端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器圖 2-1d，常用在平頭貨車上。轉(zhuǎn)向器齒輪齒條選擇如果齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器采用直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合重合度不高，如此運(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

32、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，所以轉(zhuǎn)向器應(yīng)該采用推力軸承，斜齒輪的滑磨比擬大是它的缺點(diǎn)。轉(zhuǎn)向器齒條斷面形狀齒條斷面形狀有圓形圖2-2a、V形圖2-2b和丫形圖2-2c三種。圓 形斷面齒條的制作工藝比擬簡(jiǎn)單。V形和丫形斷面齒條與圓形斷面比擬，消耗的材料少，約節(jié)約20%，故質(zhì)量??；位于齒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)；丫形的斷面齒條的齒寬可以做的寬一些，因而強(qiáng)度得到

33、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)的力矩時(shí)，應(yīng) 選用V形和丫形斷面齒條，用來防止因齒條旋轉(zhuǎn)而破壞齒條、 齒輪的齒不能正確嚙 合的情出現(xiàn)。abc圖2-2齒條斷面形狀226齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的布置形式根據(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，如圖2-3所示：轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形圖2-3a；轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形圖2-3b；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形圖2-3c轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形圖 2-4d(a)(b)tlltZtlulhiR

34、Alnl(d)圖2-3齒輪齒條轉(zhuǎn)向器布置形式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于微型、普通級(jí)、中級(jí)和中高級(jí)轎車上。裝載量不 大、前輪采用獨(dú)立懸架的貨車和客車也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。轉(zhuǎn)向器最終方案確定綜合上面的種種比擬，考慮到制造難度與本錢，最終在輸入與輸出形式上選擇 了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、本錢低的側(cè)面輸入兩端輸出的形式，同時(shí)考慮到直齒圓柱 齒輪與直齒齒條嚙合重合度不高，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性差，沖擊力大，工作噪聲大；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。故齒 輪與齒條選用斜齒。經(jīng)分析確定在齒條上沒有作用有能

35、使齒條旋轉(zhuǎn)的力矩，且考慮 到制作工藝的簡(jiǎn)單性，故齒條斷面選擇圓形。最終的布置為：采用側(cè)面輸入兩端輸出的輸出形式，齒輪齒條采用斜齒，齒條 斷面采用圓形斷面。第3章轉(zhuǎn)向器齒輪齒條設(shè)計(jì)計(jì)算過程轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能從整車機(jī)動(dòng)性著手，在最大轉(zhuǎn)角時(shí)的最小轉(zhuǎn)彎半徑為軸距的2 2.5倍。此輕型車的軸距為 2660mm,因此其半徑在5320 6650mm,并盡量取R a式中：一轉(zhuǎn)向輪外輪轉(zhuǎn)角；a 主銷偏移距，該值一般取-10 30mm,設(shè)計(jì)取20mmL 汽車軸距。arcsi n()=arcsin(4L)5500 20293-2查得對(duì)應(yīng)的最大內(nèi)輪轉(zhuǎn)角370，其綜合轉(zhuǎn)角為323.2轉(zhuǎn)向器原地轉(zhuǎn)向阻力矩計(jì)算為了保證行駛安全

36、，組成轉(zhuǎn)向系的各零件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。欲驗(yàn)算轉(zhuǎn)向系零件 的強(qiáng)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(fù)荷、 路面阻力和輪胎氣壓等。為轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪要克制的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)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。準(zhǔn)確地計(jì)算出這些力是困難的。為此用足夠準(zhǔn)確的半經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩 MrN mm。輪胎上的原地轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力矩由經(jīng)驗(yàn)公式得Mr f Gl 3-33P式中：f 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；取前軸滿載810kg ；p 為輪胎氣壓MPa 丨。取 0.2MPa （般為 0.2 0.2

37、4MPa ）?！?f GF 0.7 |81003s 八M r . 380.355N m 3-43 . p 3 ； 0.23.3轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比與力傳動(dòng)比計(jì)算角傳動(dòng)比與力傳動(dòng)比介紹轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比由轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比iw和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比i p組成。力傳動(dòng)比：從輪胎接觸地面中心作用在兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪上的合力2Fw與作用在方向盤上的手力Fh之比稱為力傳動(dòng)比ip。角傳動(dòng)比：方向盤的轉(zhuǎn)角和駕駛員同側(cè)的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角之比稱為轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比 iw。它又由轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比iw轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置角傳動(dòng)比iw所組成。方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)取n 4圈，轉(zhuǎn)向盤直徑Dsw400mm，轉(zhuǎn)向正效率+=90%轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)L1=200mm。角傳動(dòng)比為iww n

38、K(360)4 36020.873-5(3732 )作用在方向盤上的力2M r2380355Fh101.25N3-6DSWi40020.87 0.9由公式Fh 3-7DSW得作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩Mh FhDSW101.25 400 20249.96N mm=20.25N m 3-82 2力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系ip2FwFh3-9而Fw和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩Mr有以下關(guān)系作用在方向盤上的手力F可F hMLR (3-10)由下式表示Fh2MhDSW3-11丨如此力傳動(dòng)比為ipM RDswM hL1(3-12)又因?yàn)镸rMhiwo 3-13由此力傳動(dòng)比Dsw ip iw 藥20.874

39、002 20018.7833-14齒條設(shè)計(jì)齒輪齒條嚙合傳動(dòng)的特點(diǎn)齒條實(shí)際上是齒數(shù)為無窮的齒輪的一局部。當(dāng)齒數(shù)為無窮時(shí)，齒輪的基圓直徑 也為無窮大，根據(jù)漸開線的形成過程可知，此時(shí)漸開線就變成了直線。所以齒條的 齒廓為直齒廓如圖3-2所示，齒廓上各點(diǎn)的法線是平行的，而且在傳動(dòng)時(shí)齒條是 平動(dòng)的，齒廓上各點(diǎn)速度的大小和方向也一樣， 所以齒條齒廓上個(gè)點(diǎn)的壓力角一樣, 大小等于齒廓的傾斜角。齒條上各齒同側(cè)的齒廓是平行的，所以在任何與分度線平 行的直線上，周節(jié)都相等。齒輪齒條嚙合傳動(dòng)時(shí)，根據(jù)小齒輪螺旋角與齒條齒傾角的大小和方向不同，可 以構(gòu)成不同的傳動(dòng)方案。當(dāng)左旋小齒輪與右傾齒條相嚙合而且齒輪螺旋角Bi與齒

40、條傾斜角B 2角相等時(shí)，如此軸交角B =0；假如B iB 2,如此B = B 1B 2；假如B i2，如此B =B 1B 2為負(fù)值，表示在齒條軸線的另一側(cè)。當(dāng)右旋小齒輪與右傾齒 條或左旋小齒輪與左傾齒條相嚙合時(shí)，其軸交角均為B = B i+B 2。齒輪與齒條嚙合傳動(dòng)時(shí)，齒輪的節(jié)圓始終與其分度圓重合。當(dāng)小齒輪軸線與齒 條軸線不垂直時(shí)，小齒輪齒廓與齒條齒廓間的接觸為點(diǎn)接觸， 輪齒所受的壓強(qiáng)較大， 產(chǎn)生的接觸應(yīng)力也比擬大，輪齒磨損很快，所以齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比不能太大。齒輪齒條傳動(dòng)的傳動(dòng)比只與齒條的齒傾角、小齒輪的法向模數(shù)和小齒輪的齒數(shù) 有關(guān)。在設(shè)計(jì)時(shí)，只要合理的選取這幾個(gè)參數(shù)就可以獲得需要的傳動(dòng)

41、比。但是小齒 輪的模數(shù)不能太小，否如此會(huì)使齒條齒廓在嚙合時(shí)嚙合點(diǎn)離齒頂太近，齒根的彎曲 應(yīng)力增大，易產(chǎn)生崩齒。同時(shí)小齒輪的變位系數(shù)不能太大，否如此會(huì)造成齒條齒頂 平面與小齒輪齒根圓柱面的間隙過小，對(duì)潤(rùn)滑不利，而且容易造成轉(zhuǎn)向器卡死的現(xiàn) 象。齒輪參數(shù)的選擇初選齒輪參數(shù)：齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的齒輪多采用斜齒輪，齒輪模數(shù)在 23mm之 間，主動(dòng)小齒輪齒數(shù)在5 7之間，壓力角取 20，螺旋角在9 15之間。故取 小齒輪Zi 6，mn 2.5，10右旋，壓力角 20 ，齒輪的轉(zhuǎn)速為n 10r/min，左旋，精度等級(jí)8級(jí)，轉(zhuǎn)向器每天工作8小時(shí)，使用期限不低于5年。材料選擇：齒輪16MnCr5,滲碳淬火，齒面硬度

42、54-62HRC齒條45#,外表淬火，齒面硬度 56HRC分度圓直徑d1mnZi3-15cos取齒寬系數(shù)d1.2齒條寬度b2dd11.2 15.2314 18.278mm3-16圓整取b2 20mm；如此取齒輪齒寬b| b2 10 30mm3-17所以取齒輪齒寬30mm；齒條齒寬20mm。計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力確定許用應(yīng)力H lim Znh w(3-18)fF limYsTY NSFmin3-19查表確定 和H limF limHlim1 1500MPaHlim 21300MPaFlim1 425MPa 查表確定壽命系數(shù)ZN1 ZN2 查表確定安全系數(shù)SH min 1 SF min 1.4375

43、MPaZ N、丫N1F lim 21.32 YN1YN2計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力H 1H lim1ZN1SHmin1500 1.3211980MPa(3-20)查表確定應(yīng)力修正系數(shù)H2H lim2 ZN2SHmin1300 1.3211716MPa(3-21)丫ST2FlF liml YstY N1SFmin425 2 114F2F lim2YstYN2SFmin375 2 114535.7MPa(3-23)齒輪的齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)參數(shù)查?。撼踹x Kt 1.414 Z1 =6Z2 =25 d =0.8 Y =0.7 Y當(dāng)量齒數(shù) ZV Z/cos38/cos3148.76復(fù)合齒形系數(shù)Yfs1 3.32

44、初步計(jì)算齒輪模數(shù)mn轉(zhuǎn)矩 T1 Mh 20250N mm閉式硬齒面?zhèn)鲃?dòng)，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)代入f較小的值mnt2KJ cos2 YY YFsFT(3-24)3 2 1.4 20250 cos2100.7 0.893.32V1.2 62535.71.700mm初取叫t 2.5mm確定載荷系數(shù)K查表確定使用系數(shù)KA 1314 25 6 100.0079m/s:3-2560 1000 cos10mntzmVt60 1000cos根據(jù)Vt 0.0079m/s和 8級(jí)精度，查表得kv 0.4查表確定 齒向載荷分布系數(shù)K 1.15查表確定齒間載荷分布系數(shù) Kh1.1所以K KaKvKhK3-26確定修

45、正法向模數(shù)mnKtmnt30.7592.52.0385mm1.43-27取 mn 2.5mm確定齒輪主要參數(shù)和幾何尺寸齒輪參數(shù)：乙 6，mn2.5，10，壓力角20，左旋取變位系數(shù)n1 hn1 cn0.25齒頂高h(yuǎn)amn hann2.5115mm3-28齒根高h(yuǎn)fmn hanCnn 2.510.2510.625mm3-29齒高h(yuǎn)hahf 5 0.625 5.625mm3-30分度圓直徑,mnz12.5 6d115.231mmcoscos103-31 :齒頂圓直徑dlad12 ha15.231 2525.231mm3-32齒根圓直徑df d1 2hf 15.23120.62513.981mm3-

46、33基圓直徑3-343-353-36db d1 cos15.231 cos20 14.312mm齒輪中心到齒條基準(zhǔn)線距離d115.231H -nmn1 2.5 10.1155mm2 2齒輪齒寬b| b2 10 20 10 30mm確定齒條主要參數(shù)和幾何尺寸因?yàn)辇X輪與齒條要相互嚙合，所以取齒條模數(shù)mn12.5mm又因?yàn)辇X輪齒條線角傳動(dòng)比為mnZiicos2-5 6 3447.827cos103-37轉(zhuǎn)向盤總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)為n 4圈又因?yàn)?-38L1 n i所以齒條長(zhǎng)度ni47.827 191.306mm3-39轉(zhuǎn)向盤和車輪轉(zhuǎn)角比,n 3604 360I22.5 3-402 322 32式中：32為綜合

47、轉(zhuǎn)角因?yàn)辇X條齒形角等于壓力角所以齒條齒距Pmn2 3.14 2.5 7.85mm3-41 :齒條齒數(shù)L1191.308Z2-24.3703-42P7.85所以取齒條齒數(shù)z225頭際齒條長(zhǎng)度L1z2P 257.85 196.25mm3-43取齒條長(zhǎng)度為200mm。齒條參數(shù)：z225, mn2.5,10，壓力角20，右旋。取變位系數(shù) n 0 1 Cn 0.25齒頂高h(yuǎn)a2mn2 hann 2.51 02.5mm19 / 40齒根高h(yuǎn)fmn hanCnn2.51 0.25 03.75mm3-45齒條齒寬b2抽 1.2 15.231 18.218mm3-46取 b2 20mm0齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核校核

48、公式為2KT1 u 1 h ZeZhZZ2h 3-47丫陰 u由上面計(jì)算得h 1980MPa查?。簭椥韵禂?shù)Ze 180. MPa區(qū)域系數(shù)Zh 2.45重合度系數(shù)E0.91 螺旋角系數(shù) Z cos . cos10 0.99ZeZhZ3-482.45 180 0.91 0.0.759 2025030 15.23121180.836 h經(jīng)校核：合理第4章齒輪軸的設(shè)計(jì)齒輪齒條傳動(dòng)受力分析假如略去齒面間的摩擦力，如此作用于節(jié)點(diǎn)P的法向力Fn可分解為徑向力Fr和分力F，分力F又可分解為圓周力Ft和軸向力Fa。Ft2 2025015.2312659.051 N 4-1FrFttan 2659.051 tan

49、2。982.746N 4-2coscoslOFa Ft tan2659.051 tan 10 468.862N 4-3齒輪軸最小軸徑確定由于齒輪的基圓直徑db 14.312mm，數(shù)值較小，假如齒輪與軸之間采用鍵連接 必將對(duì)軸和齒輪的強(qiáng)度大大降低，因此，將其設(shè)計(jì)為齒輪軸由于主動(dòng)小齒輪選用 16MnCr5材料制造并經(jīng)滲碳淬火，因此軸的材料也選用16MnCr5材料制造并經(jīng)滲碳淬火。查表得：16MnCr5材料的硬度為60HRC，抗拉強(qiáng)度極限 B 650MPa，彎曲疲 勞極限1 300MPa，剪切疲勞極限1 155MPa，轉(zhuǎn)速n=10r/min，許用彎曲應(yīng)力 1 60MPa，許用剪應(yīng)力t 65MPa。最

50、小軸徑門 3,5T13：5 20250d1 6511.59mm 4-4初步確定齒輪軸的根本尺寸如圖 4-1所示:山鈾丄 11 丄 訶 打1口0噸圖4-1齒輪軸的根本尺寸齒輪軸的強(qiáng)度校核1、軸的受力分析1畫齒輪軸的受力簡(jiǎn)圖，如圖4-2a所示2計(jì)算支承反力在垂直面上L?FrF RAVFa2LiL221 987.746 A%862 7&55565.425NS-5)22 21Frbv Fr Frav 982.746 565.425 417.321N (4-6)在水平面上Ft2659.051FrahFrbh -1329.525N (4-7)2 2 v 13畫齒輪軸的彎矩圖。水平面上的彎矩Mh如圖4-2b

51、所示，垂直面上的彎矩 Mv如圖4-2c所示，總彎 矩M如圖4-2d所示。在水平面上，a-a剖面左側(cè)、右側(cè)M aHM aHFrah Lj 1329.525 22 29249.550N mm48在垂直面上，a-a剖面左側(cè)MaVFrav L1 565.425 22 12439.350N mm 4-9在垂直面上, a-a剖面右側(cè)MaV Frbv l_2417.321 218763.741N mm 4-10合成彎矩，a-a剖面左側(cè)31784.801N mm 4-11Ma,M92hM；v.29249.5502212439.350合成彎矩，a-a剖面右側(cè)Ma,MaHMaV29249.55028763.741230534.232 N mm 4-124畫轉(zhuǎn)矩圖， 轉(zhuǎn)矩如圖4-2e所示。Td15 231Ft2659.05120249.729N mm4-132 22、判斷危險(xiǎn)剖面顯然，a-a截面左側(cè)合成彎矩最大、扭矩為 T,該截面左側(cè)