微型客車的動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)

1、j i a n g s u u n i v e r s i t y本 科 畢 業(yè) 論 文 微型客車的動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)design of power steering gear rack of mini bus學(xué)院名稱： 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師姓名： 指導(dǎo)教師職稱： 教授 目 錄緒論1第一章 轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)方案的選擇31.1類型的選擇31.1.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器31.1.2循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器31.2齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的輸入形式及特點(diǎn)31.2.1 側(cè)面輸入，中間輸出31.2.2 兩端輸出31.2.3 側(cè)面輸入，一端輸出31.3齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器齒輪齒條形式41.4齒輪齒條式轉(zhuǎn)

2、向器在汽車上布置形式4第二章 轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定：42.1整車性能參數(shù)42.2原地轉(zhuǎn)向阻力矩mr的計(jì)算52.3轉(zhuǎn)向盤手力fh的計(jì)算52.4轉(zhuǎn)向橫拉桿直徑的計(jì)算7第三章 轉(zhuǎn)向器齒輪和齒條的設(shè)計(jì)73.1齒輪軸的尺寸設(shè)計(jì)83.2齒條的尺寸設(shè)計(jì)8第四章 轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部設(shè)計(jì)94.1轉(zhuǎn)向橫拉桿及接頭的尺寸設(shè)計(jì)10第五章 間隙調(diào)整裝置設(shè)計(jì)及轉(zhuǎn)向器的安裝105.1齒條調(diào)整裝置的尺寸設(shè)計(jì)105.2 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比115.3 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的安裝11第六章 齒輪軸和齒條的強(qiáng)度校核126.1齒輪齒條的校核126.2齒輪齒條轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向橫拉桿的運(yùn)動(dòng)分析156.3齒輪齒條傳動(dòng)受力分析166.4齒輪軸的強(qiáng)度校核17第七章

3、 其他零件的設(shè)計(jì)計(jì)算197.1間隙調(diào)整彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算197.2齒輪軸軸承的校核217.3 鍵的計(jì)算21結(jié)論22致謝22參考文獻(xiàn)22微型客車的動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)摘要：轉(zhuǎn)向系是用來(lái)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(kāi)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)。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(lái)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

4、式，已經(jīng)被廣泛使用在汽車上。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器是一種最常見(jiàn)的轉(zhuǎn)向器。其基本結(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)，靠齒條來(lái)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，成本低廉，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。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、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。關(guān)鍵詞：客車 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器 液壓助力 design of power steering gear rack of mini busabstr

5、act the steering system is used to maintain or change the direction of vehicle body, steering system should be accurate, fast,steady response to command pilot, to exercise or by externaldisturbance, the driver release steering condition, shouldensure the auto return line steady exercise state. steer

6、ing gear is a key part of the steering system is mainly composed of, with the wide application of electronic technology in automobile, also to have great change device structure. from the perspective of common used at present, there are 4 main types: the steering worm pin type (wp type), worm and ro

7、ller(wr), circulating ball type (bs type), rack and pinion type (rp type). the four type of the steering gear, has been widely usedin automobile. rack and pinion steering gear is one of the most commonsteering gear. the basic structure is a pair of mutually engaged with the pinion and rack. the stee

8、ring shaft drives the smallgear to rotate, the rack will move in a straight line. sometimes,on the rack to directly drive rod, can make the steering wheel.so, this is one of the most simple steering gear. it has the advantages of simple structure, low cost, sensitive steering,small size, can be dire

9、ctly drives the tie rod. widely used in automobile. recirculating ball type steering gear and rack and pinion steering gear, has become one of the worlds two majorautomobile steering gear; the worm wheel and worm gear andworm, xiao steering, are gradually being eliminated or retain a small position.

10、key words passenger car rack and pinion steering gear hydraulic power 引 言 現(xiàn)代社會(huì)隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車轉(zhuǎn)向器也在不斷的得到改進(jìn)，雖然電子轉(zhuǎn)向器已開(kāi)始應(yīng)用，但機(jī)械式轉(zhuǎn)向器仍然廣泛地被世界各國(guó)汽車及汽車零部件生產(chǎn)廠商所采用。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%。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器是由與轉(zhuǎn)向軸做成一體的轉(zhuǎn)向齒輪和橫向拉桿做成一體的齒條組成， 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器最主要的優(yōu)點(diǎn)是：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

11、的質(zhì)量比較小；傳動(dòng)效率高達(dá)90%；能自動(dòng)消除齒間間隙；轉(zhuǎn)向器占用的體積??；制造成本低。在當(dāng)前國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄中，汽車關(guān)鍵零件開(kāi)發(fā)和制造被列為重點(diǎn)扶持的項(xiàng)目，國(guó)家技委和科技部也將汽車關(guān)鍵部件劃入當(dāng)前國(guó)家優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域，所以，具有先進(jìn)水平的汽車轉(zhuǎn)向器的研發(fā)、生產(chǎn)將會(huì)得到有力的政策支持。隨著全球汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，汽車的需求量大幅攀升，汽車制造已向發(fā)展中國(guó)家轉(zhuǎn)移。隨著國(guó)際上汽車行業(yè)開(kāi)始實(shí)行零部件“全球化采購(gòu)”策略及國(guó)際跨國(guó)汽車企業(yè)推行本土化策略，國(guó)內(nèi)汽車市場(chǎng)將出現(xiàn)巨大的零部件配件缺口。2010年，中國(guó)汽車零部件國(guó)內(nèi)產(chǎn)值突破1萬(wàn)億元，市場(chǎng)前景廣闊。按照汽車零部件工

12、業(yè)“十五”發(fā)展目標(biāo)，2005年中國(guó)汽車保有量21982315萬(wàn)輛，其中轎車843860萬(wàn)輛。因此作為關(guān)鍵零部件的汽車轉(zhuǎn)向器在中國(guó)銷售市場(chǎng)上全景廣闊。轉(zhuǎn)向器總成是汽車行駛系統(tǒng)中的重要安全部件，其質(zhì)量好壞對(duì)汽車直線行駛的穩(wěn)定性和操縱穩(wěn)定性都有直接影響。轉(zhuǎn)向器一般固定在汽車車架或車身上，是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的減速機(jī)構(gòu)，它一般由12級(jí)傳動(dòng)副組成，其結(jié)構(gòu)有多種形式。轉(zhuǎn)向器的功用有：將轉(zhuǎn)向力的放大；將方向盤的轉(zhuǎn)矩變?yōu)檗D(zhuǎn)向搖臂的前后擺動(dòng)。對(duì)轉(zhuǎn)向器的要求：轉(zhuǎn)向靈敏，故轉(zhuǎn)向器的減速比不可太大，一般轎車轉(zhuǎn)向器的減速比為1221；有較高的傳動(dòng)效率；增大由方向盤傳到轉(zhuǎn)向節(jié)的力并改變力的傳遞方向，獲得所要求的擺動(dòng)速度和角度；有

13、一定的可逆性，即從轉(zhuǎn)向輪自動(dòng)回正和傳遞適當(dāng)路感這兩個(gè)因素綜合考慮。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器主要的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)體積小，齒條本身能作傳力件；齒輪齒條直接嚙合，操作靈敏；轉(zhuǎn)向器總成完全密封，免維護(hù)。因此齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器多用于獨(dú)立懸架的轎車、輕型貨車等前轉(zhuǎn)向輪上。采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器可以使轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化（不需要轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向直拉桿等），加工方便，工作可靠，使用壽命長(zhǎng)。另外，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器屬于可逆式轉(zhuǎn)向器，其正逆效率都很高，自動(dòng)回正能力很強(qiáng)，特別適合與麥弗遜式懸架配合使用，傳動(dòng)比可變滿足汽車低速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向輕便、高速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向靈敏的需要。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的組成：轉(zhuǎn)向齒輪（主動(dòng)件）、轉(zhuǎn)向齒條

14、（從動(dòng)件）、滾針軸承總成、螺塞、緊固轉(zhuǎn)向齒輪螺母、單列向心球軸承、壓塊、墊片、壓縮彈簧、隔套、緊固側(cè)蓋螺栓、o型橡膠密封圈、調(diào)整螺栓、側(cè)蓋o型橡膠密封圈、轉(zhuǎn)向減震器總成、鋼絲擋圈、轉(zhuǎn)向器堵塞、緩沖塊、左右環(huán)箍、襯套總成、防塵套、緊固轉(zhuǎn)向減震器螺母、側(cè)蓋、殼體等。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、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?！白兯俦群透邉傂浴笔悄壳笆澜缟仙a(chǎn)的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)的方向。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的速比特性是決定汽車轉(zhuǎn)向輕便性、操縱穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性的重要因素之一。選擇速比時(shí)除了要考慮具體車型特點(diǎn)外,還必須考慮兩種基本工況,即高速直

15、線行駛和低速大轉(zhuǎn)角行駛。不同的工況和不同的使用性能對(duì)速比特性互相矛盾的要求是等速比轉(zhuǎn)向器所不能滿足的。因此,近年來(lái)變速比轉(zhuǎn)向器應(yīng)運(yùn)而生,得到迅速發(fā)展。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、成本低，在市場(chǎng)上有競(jìng)爭(zhēng)力。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器在國(guó)外實(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)行試驗(yàn)和研究，大大提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。動(dòng)力轉(zhuǎn)向是發(fā)展方向。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛，不僅在重型汽車上必須裝備，在高級(jí)轎車上應(yīng)用的也較多，在中型汽車上的應(yīng)用也逐漸推廣。主要是從減輕駕駛員疲勞，提高操縱輕便性和穩(wěn)定性出發(fā)；次要是從減小因在高速行駛中前輪突然爆胎而造成的事故出發(fā)。動(dòng)力轉(zhuǎn)向有3種

16、形式：整體式、半分置式及聯(lián)閥式動(dòng)力轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)。從發(fā)展趨勢(shì)上看，國(guó)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)是目前發(fā)展的方向。第一章 轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)方案的選擇：1.1類型的選擇轉(zhuǎn)向器主要有齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式等，其中廣泛應(yīng)用的是齒輪齒條式和循環(huán)球式。 1.1.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊；殼體由鋁合金或鎂合金壓鑄而成，故質(zhì)量比較??；傳動(dòng)效率高達(dá)90%；齒輪齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙后，可利用裝在齒條背部、靠近小齒輪的壓緊力可以調(diào)節(jié)的彈簧自動(dòng)消除齒間間隙，在提高系統(tǒng)剛度的同時(shí)也可防止工作時(shí)產(chǎn)生沖擊和噪聲；轉(zhuǎn)向器占用體積??；沒(méi)有轉(zhuǎn)向搖臂和橫拉桿，可以增大轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角；制造

17、成本低。缺點(diǎn)：逆效率高，汽車在不平路面行駛時(shí)會(huì)出現(xiàn)汽車方向控制難度增加還有可能出現(xiàn)打手現(xiàn)象。 1.1.2循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器優(yōu)點(diǎn)：在螺桿和螺母之間有可以循環(huán)流動(dòng)的鋼球，將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，傳動(dòng)效率可達(dá)75%-85%；轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比可以變化；工作平穩(wěn)可靠；齒條齒扇間間隙調(diào)整工作容易進(jìn)行；適合做整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。缺點(diǎn)：逆效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，制造精度要求高。通過(guò)對(duì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的對(duì)比，選擇采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。1.2齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的輸入形式及特點(diǎn) 1.2.1 側(cè)面輸入，中間輸出：與齒條固連的左右拉桿延伸到接近汽車縱向?qū)ΨQ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，

18、有利于減少車輪的上下跳動(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連在一起，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(kāi)有軸向的長(zhǎng)槽，從而降低了他的強(qiáng)度。 1.2.2 采用兩端輸出方案時(shí)，由于轉(zhuǎn)向拉桿長(zhǎng)度受到限制，容易與懸架系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。 1.2.3 側(cè)面輸入，一端輸出的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器，常用在平頭貨車上。 通過(guò)對(duì)比選擇側(cè)面輸入，兩端輸出形式。中間輸入，兩端輸出(a)；側(cè)面輸入，兩端輸出(b)；側(cè)面輸入，中間輸出(c)；側(cè)面輸入，一端輸出(d)。1.3齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器齒輪齒條形式如果齒輪齒條式轉(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，沖擊大，工作噪聲增

19、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太適應(yīng)而遭淘汰。采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合，增加運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性，降低沖擊和噪聲。齒條斷面有圓形、v形和y形三種。圓形斷面制造簡(jiǎn)單；v形和y形節(jié)約材料，質(zhì)量小而且位于齒條下面的兩斜面與齒條托坐接觸，可以用來(lái)防止齒條繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。1.4齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在汽車上布置形式采用轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形。 第二章 轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定2.1整車性能參數(shù) 前輪最小轉(zhuǎn)彎直徑為4.95米輪距為1290毫米軸距為2.5m方向盤圈數(shù)為3.5-4圈。2.2原地轉(zhuǎn)向阻力矩mr的計(jì)算為了保證行駛安全，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

20、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)向輪要克服的阻力，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。精確地計(jì)算出這些力是困難的。為此用足夠精確的半經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)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mr(nmm)。車輛滿載質(zhì)量為1620kg,發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)前軸軸負(fù)荷率為45%。 表1 原地轉(zhuǎn)向阻力矩mr的計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算和說(shuō)明計(jì)算結(jié)果式中 f輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)；一般取0.7轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷，單位為n；p輪胎氣壓，單位為=315059.222.3轉(zhuǎn)向盤手力fh的計(jì)算轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比iw的計(jì)算（1）

21、sin= 式中：l：汽車軸距，2500mm（2）式中：l：汽車軸距，2500mmr：汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑，4950mmb：前輪輪距，1290mm。（3）角傳動(dòng)比式中：w：轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角（速度），3.5360。k：轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角（速度）。 輕型車一般取15-23 因此取整18 表2 轉(zhuǎn)向盤手力fh的計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算和說(shuō)明計(jì)算結(jié)果 式中 轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng), 單位為mm；原地轉(zhuǎn)向阻力矩, 單位為nmm轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng), 單位為mm；為轉(zhuǎn)向盤直徑,單位為mm；設(shè)計(jì)為380mm；iw轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比；+轉(zhuǎn)向器正效率。一般70%-80%因齒輪齒條式轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向節(jié)臂，故、不代入數(shù)值。=315059.22=380mmiw=

22、18取=80%=115.15n對(duì)給定的汽車，用上式計(jì)算出來(lái)的作用力是最大值。因此，可以用此值作為計(jì)算載荷。2.4轉(zhuǎn)向橫拉桿直徑的計(jì)算設(shè)計(jì) 輪輞直徑= 13in=1325.4=330.2mm梯形臂長(zhǎng)度 =0.8/2= 330.20.8/2=132.08mm,取=132mm:材料許用應(yīng)力216mpa 表3轉(zhuǎn)向橫拉桿直徑的計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算和說(shuō)明計(jì)算結(jié)果=;取=15mm2.5主動(dòng)齒輪軸的計(jì)算初步估算主動(dòng)齒輪軸的直徑：材料許用切應(yīng)力，140mpa轉(zhuǎn)向盤扭力矩的計(jì)算： 表4主動(dòng)齒輪軸的計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算和說(shuō)明計(jì)算結(jié)果=140mpa第三章 轉(zhuǎn)向器齒輪和齒條的設(shè)計(jì)3.1齒輪軸的尺寸設(shè)計(jì) 齒輪是一只切有齒形的軸。它安裝在

23、轉(zhuǎn)向器殼體上并使其齒與齒條上的齒相嚙合。齒輪齒條上的齒可以是直齒也可以是斜齒。齒輪軸上端與轉(zhuǎn)向柱內(nèi)的轉(zhuǎn)向軸相連。因此，轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)使齒條橫向移動(dòng)以操縱前輪。齒輪軸由安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上的球軸承支承。主動(dòng)小齒輪選用16mncr5或15crni6材料制造，而齒條常采用45鋼制造。為減輕質(zhì)量，殼體用鋁合金壓鑄。斜齒的彎曲增加了一對(duì)嚙合齒輪參與嚙合的齒數(shù)。相對(duì)直齒而言，斜齒的運(yùn)轉(zhuǎn)趨于平穩(wěn)，并能傳遞更大的動(dòng)力。 齒輪軸總長(zhǎng)：設(shè)計(jì)總長(zhǎng)130mm+螺旋角： 齒輪螺旋角取值范圍，因此取，螺旋方向右旋。齒數(shù)：主動(dòng)小齒輪齒數(shù)多數(shù)在57個(gè)齒范圍變化，取7.法向模數(shù)：齒輪模數(shù)取值范圍多在23mm之間，取3.壓力角取.因

24、此，基圓直徑，故， 取20mm分度圓直徑,根據(jù)，代數(shù)得=21mm齒頂圓直徑,，代數(shù)得27mm齒根圓直徑,代數(shù)得mm齒輪寬b2+10=40mm，即40mm3.2齒條的尺寸設(shè)計(jì)齒條是在金屬殼體內(nèi)來(lái)回滑動(dòng)的，加工有齒形的金屬條。轉(zhuǎn)向器殼體是安裝在前橫梁或前圍板的固定位置上的。齒條代替梯形轉(zhuǎn)向桿系的搖桿和轉(zhuǎn)向搖臂，并保證轉(zhuǎn)向橫拉桿在適當(dāng)?shù)母叨纫允顾麄兣c懸架下擺臂平行。齒條可以比作是梯形轉(zhuǎn)向桿系的轉(zhuǎn)向直拉桿。導(dǎo)向座將齒條支持在轉(zhuǎn)向器殼體上。齒條的橫向運(yùn)動(dòng)拉動(dòng)或推動(dòng)轉(zhuǎn)向橫拉桿，使前輪轉(zhuǎn)向。齒條總長(zhǎng)l： 根據(jù)汽車輪距1290mm，設(shè)計(jì)齒條總長(zhǎng)760mm齒條直徑d： 設(shè)計(jì)為28mm 齒條模數(shù)：齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器

25、的齒輪多數(shù)采用斜齒圓柱齒輪，齒條模數(shù)應(yīng)與齒輪模數(shù)相等， 齒條齒數(shù)：齒條行程，設(shè)計(jì)195mm根據(jù)齒條齒距p=算出齒數(shù)。取整齒條齒數(shù)為29，螺旋角為12第四章 轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)向橫拉桿與梯形轉(zhuǎn)向桿系的相似。球頭銷通過(guò)螺紋與齒條連接。當(dāng)這些球頭銷依制造廠的規(guī)范擰緊時(shí)，在球頭銷上就作用了一個(gè)預(yù)載荷。防塵套夾在轉(zhuǎn)向器兩側(cè)的殼體和轉(zhuǎn)向橫拉桿上，這些防塵套阻止雜物進(jìn)入球銷及齒條中。轉(zhuǎn)向橫拉桿端部與外端用螺紋聯(lián)接。這些端部與梯形轉(zhuǎn)向桿系的相似。側(cè)面螺母將橫拉桿外端與橫拉桿鎖緊（見(jiàn)圖3.3-2）。圖3.3-2 轉(zhuǎn)向橫拉桿外接頭1- 橫拉桿 2-鎖緊螺母3-外接頭殼體 4-球頭銷 5-六角開(kāi)槽螺母 6-

26、球碗 7-端蓋 8-梯形臂 9-開(kāi)口銷注：轉(zhuǎn)向反饋是由前輪遇到不平路面而引起的轉(zhuǎn)向盤的運(yùn)動(dòng)。4.1轉(zhuǎn)向橫拉桿及接頭的尺寸設(shè)計(jì) 表5轉(zhuǎn)向橫拉桿及接頭的尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)尺寸參數(shù)()1橫拉桿總長(zhǎng)1702橫拉桿直徑153螺紋長(zhǎng)度404外接頭總長(zhǎng)80第五章 間隙調(diào)整裝置設(shè)計(jì)及轉(zhuǎn)向器的安裝 一個(gè)齒條導(dǎo)向座安裝在齒條光滑的一面。齒條導(dǎo)向座1和與殼體螺紋連接的調(diào)節(jié)螺塞3之間連有一個(gè)彈簧2。此調(diào)節(jié)螺塞由鎖緊螺母固定4。齒條導(dǎo)向座的調(diào)節(jié)使齒輪、齒條間有一定預(yù)緊力，此預(yù)緊力會(huì)影響轉(zhuǎn)向沖擊、噪聲及反饋（見(jiàn)圖3.3-3）。圖3.3-3 齒條間隙調(diào)整裝置5.1齒條調(diào)整裝置的尺寸設(shè)計(jì) 表6齒條調(diào)整裝置的尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)

27、序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)尺寸參數(shù)(mm)1導(dǎo)向座外徑522導(dǎo)向座高度293彈簧總?cè)?shù)54彈簧外徑255螺塞螺紋公稱直徑m356鎖止螺母高度107轉(zhuǎn)向器殼體內(nèi)/外徑40/505.2 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比 當(dāng)轉(zhuǎn)向盤從鎖點(diǎn)向鎖點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，每只前輪大約從其正前方開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)30，因而前輪從左到右總共轉(zhuǎn)動(dòng)大約60。若傳動(dòng)比是1:1，轉(zhuǎn)向盤旋轉(zhuǎn)1，前輪將轉(zhuǎn)向1，轉(zhuǎn)向盤向任一方向轉(zhuǎn)動(dòng)30將使前輪從鎖點(diǎn)轉(zhuǎn)向鎖點(diǎn)。這種傳動(dòng)比過(guò)于小，因?yàn)檗D(zhuǎn)向盤最輕微的運(yùn)動(dòng)將會(huì)使車輛突然改變方向。轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比必須使前輪轉(zhuǎn)動(dòng)同樣角度時(shí)需要更大的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角。15:1的傳動(dòng)比較為合理。在這樣的傳動(dòng)比下，轉(zhuǎn)向盤每轉(zhuǎn)動(dòng)15，前輪轉(zhuǎn)向1。為了計(jì)算傳動(dòng)比，可將鎖點(diǎn)到鎖點(diǎn)過(guò)程

28、中轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的度數(shù)除以此時(shí)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的度數(shù)。5.3 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的安裝 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器可安在前橫梁上或發(fā)動(dòng)機(jī)后部的前圍板上（見(jiàn)圖3.3-4）。橡膠隔振套包在轉(zhuǎn)向器外，并固定在橫梁上或前圍板上。齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的正確安裝高度，使轉(zhuǎn)向橫拉桿和懸架下擺臂可平行安置。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中磨擦點(diǎn)的數(shù)目減少了，因此這種系統(tǒng)輕便緊湊。大多數(shù)承載式車身的前輪驅(qū)動(dòng)汽車用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。由于齒條直接連著梯形臂，這種轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)可提供好的路感。在轉(zhuǎn)向器與支承托架之間裝有大的橡膠隔振墊，這些襯墊有助于減少路面的噪聲、振動(dòng)從轉(zhuǎn)向器傳到底盤和客艙。齒輪齒條轉(zhuǎn)向器裝在前橫梁上或前圍板上。轉(zhuǎn)向器的正確安裝對(duì)保證轉(zhuǎn)向橫拉桿與

29、懸架下擺臂的平行關(guān)系有重要作用。為保持轉(zhuǎn)向器處在正確的位置，在轉(zhuǎn)向器安裝的位置處，前圍板有所加固。圖3.3-4 轉(zhuǎn)向器的安裝位置第六章 齒輪軸和齒條的強(qiáng)度校核6.1齒輪齒條的校核設(shè)計(jì)計(jì)算和說(shuō)明計(jì)算結(jié)果1.選擇齒輪材料、熱處理方式及計(jì)算許用應(yīng)力(1) 選擇材料及熱處理方式小齒輪16mncr5 滲碳淬火，齒面硬度56-62hrc大齒輪 45鋼 表面淬火，齒面硬度56-56hrc(2) 確定許用應(yīng)力a)確定和 b)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n，確定壽命系數(shù)、。 c)計(jì)算許用應(yīng)力取,=應(yīng)力修正系數(shù)=2.初步確定齒輪的基本參數(shù)和主要尺寸(1) 選擇齒輪類型根據(jù)齒輪傳動(dòng)的工作條件，選用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合傳動(dòng)

30、方案(2) 選擇齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)選用7級(jí)精度(3) 初選參數(shù)初選 =7 =20 =0.8 =0.7 =0.89按當(dāng)量齒數(shù)(4) 初步計(jì)算齒輪模數(shù)轉(zhuǎn)矩28297閉式硬齒面?zhèn)鲃?dòng)，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。=2.22(5) 確定載荷系數(shù)=1，由,/100=0.00124,=1；對(duì)稱布置，取=1.06；取=1.3則=111.061.3=1.378(6) 修正法向模數(shù)=2.22=2.208圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，取=33.確定齒輪傳動(dòng)主要參數(shù)和幾何尺寸(1) 分度圓直徑=21.64(2) 齒頂圓直徑=21.64+2=21.64+23(1+0)=27.64(3) 齒根圓直徑=21.64-2=21.64-231.25=

31、14.14(4) 齒寬=0.821.64=19.784因?yàn)橄嗷Ш淆X輪的基圓齒距必須相等，即。齒輪法面基圓齒距為齒條法面基圓齒距為取齒條法向模數(shù)為=3(5) 齒條齒頂高=3(1+0)=3(6) 齒條齒根高=3(1+0.25-0)=3.75(7) 法面齒距=4.74.校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度由表7-5，=189.8由圖7-15，=2.45取=0.8，=0.985所以 =189.82.450.80.985=1495.345.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和繪制零件圖詳見(jiàn)零件圖斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合傳動(dòng)7級(jí)精度28297=1.378=3=21.64=27.64=14.14取=20=3=3.75=4.7齒面接觸疲勞強(qiáng)度滿足

32、要求6.2齒輪齒條轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向橫拉桿的運(yùn)動(dòng)分析圖3.3-5 轉(zhuǎn)向橫拉桿的運(yùn)動(dòng)分析簡(jiǎn)圖當(dāng)轉(zhuǎn)向盤從鎖點(diǎn)向鎖點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，每只前輪大約從其正前方開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)30，因而前輪從左到右總共轉(zhuǎn)動(dòng)約60。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪右轉(zhuǎn)30，即梯形臂或轉(zhuǎn)向節(jié)由繞圓心轉(zhuǎn)至?xí)r，齒條左端點(diǎn)移至的距離為30=132cos30=114.315=132-114.315=17.68530=66 =289.5=289.5-66=223.5=290-223.5=66.5同理計(jì)算轉(zhuǎn)向輪左轉(zhuǎn)30，轉(zhuǎn)向節(jié)由繞圓心轉(zhuǎn)至?xí)r，齒條左端點(diǎn)e移至的距離為=66 =289.5=60+289.5-290=65.5齒輪齒條嚙合長(zhǎng)度應(yīng)大于即 =66.5+65.5=132取l=160

33、 6.3齒輪齒條傳動(dòng)受力分析若略去齒面間的摩擦力，則作用于節(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。=228297/21.64=2615.25=981=652.06n6.4齒輪軸的強(qiáng)度校核1.軸的受力分析(1) 畫軸的受力簡(jiǎn)圖。(2) 計(jì)算支承反力在垂直面上在水平面上(3) 畫彎矩圖在水平面上，a-a剖面左側(cè)、右側(cè)在垂直面上，a-a剖面左側(cè)a-a剖面右側(cè)合成彎矩，a-a剖面左側(cè)a-a剖面右側(cè)(4) 畫轉(zhuǎn)矩圖轉(zhuǎn)矩 =261521.64/2=28294.32.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)可能是危險(xiǎn)剖面。3.軸的彎扭合

34、成強(qiáng)度校核由機(jī)械設(shè)計(jì)3查得，=60/100=0.6。a-a截面左側(cè)4.軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核查得, ,；。a-a截面左側(cè)查得；由表查得絕對(duì)尺寸系數(shù)軸經(jīng)磨削加工，查得質(zhì)量系數(shù)=1.0。則彎曲應(yīng)力 應(yīng)力幅 平均應(yīng)力 切應(yīng)力 安全系數(shù)查得許用安全系數(shù)s=1.31.5，顯然ss，故a-a剖面安全。第七章 其他零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 7.1間隙調(diào)整彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一圓柱形壓縮螺旋彈簧，載荷平穩(wěn)，要求=981n時(shí)，10mm,彈簧總的工作次數(shù)小于，彈簧中要能寬松地穿過(guò)一根直徑為18mm的軸；彈簧兩端固定；外徑,自由高度。(1) 選擇材料 由彈簧工作條件可知，對(duì)材料無(wú)特殊要求，選用c組碳素彈簧鋼絲。因彈

35、簧的工作次數(shù)小于，載荷性質(zhì)屬類，。(2) 計(jì)算彈簧絲直徑 彈簧絲直徑的計(jì)算計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算依據(jù)和內(nèi)容計(jì)算結(jié)果1) 選擇旋繞比2) 估3) 初算彈簧絲直徑4) 計(jì)算曲度系數(shù)5) 計(jì)算彈簧絲的許用切應(yīng)力6) 計(jì)算彈簧絲直徑取=6 直徑在2.5-6之間，旋繞比4-10按30mm、16mm,取=4=1.25=0.45=0.451570=706.5=4.96取=6=1.25=706.5取=5(3) 計(jì)算彈簧圈數(shù)和彈簧的自由高度 彈簧圈數(shù)和自由高度的計(jì)算計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算依據(jù)和內(nèi)容計(jì)算結(jié)果1)工作圈數(shù)2)總?cè)?shù)3)節(jié)距4)自由高度=2.52 取各端死圈取1，故,則,取一般5-9度=3*6.6+1.85=28.8取=

36、3=5=6.6=28.8(4) 穩(wěn)定性驗(yàn)算 高徑比 b=h0/d2=28.8/20=1.44ex=0.56,暫選一近似中間值y=1.5。另查表得fp=1.2p=fp(xfr+yfa)=1.2(0.56981+1.5652.06)=1832.94n2.計(jì)算軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)負(fù)荷cr查表得,ft=1,又=3cr=3.初選軸承型號(hào)查機(jī)械工程及自動(dòng)化簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè),選擇6004軸承,cr=9.38kn，其基本額定靜負(fù)荷cor=5.02kn4.驗(yàn)算并確定軸承型號(hào)1) fa/cor=652.06/5020=0.13,e為0.3,軸向載荷系數(shù)y應(yīng)為1.452) 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷pr=(xfr+yfa)=(0.56981+1.45652.06)=1495n3) 驗(yàn)算6204軸承的壽命lh= 12000h即高于預(yù)期壽命，能滿足要求。7.3 鍵的計(jì)算p= p=120mpa式中 t傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為nmm；d軸的直徑，單位為mm；l鍵的接觸長(zhǎng)度，單位為mm；k鍵與輪轂接觸高度，kh/2,單位為mm；p許用擠壓應(yīng)力，單位為mpa。選用a型鍵 公稱尺寸bh=66根據(jù)具體情，鍵的接觸長(zhǎng)度l應(yīng)該大于15mm,則l15+6=21mm圓頭普通平鍵(a型)的尺寸參考gb1096-79鍵和鍵槽的斷面尺寸參考gb1095-79結(jié) 論在此設(shè)計(jì)中，通過(guò)