汽車(chē)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)分解

1、汽車(chē)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題目：汽車(chē)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)(3)系別：機(jī)電工程系專業(yè)：車(chē)輛工程班 級(jí)：姓 名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：汽車(chē)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)摘要根據(jù)對(duì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的研究以及資料的查閱，著重闡述了齒輪齒條式轉(zhuǎn) 向器類(lèi)型選擇，不同類(lèi)型齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)缺點(diǎn)，和各種類(lèi)型齒輪齒條式轉(zhuǎn) 向器應(yīng)用狀況。根據(jù)原有數(shù)據(jù)首先分析轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)，確定總體的結(jié)構(gòu)方案，并 確定轉(zhuǎn)向器的計(jì)算載荷以及轉(zhuǎn)向器的主要參數(shù)，然后確定齒輪齒條的形式，接著 對(duì)齒輪模數(shù)的選擇確定，主動(dòng)小齒輪齒數(shù)的確定、壓力角的確定、齒輪螺旋角的 確定，通過(guò)確定轉(zhuǎn)向器的線傳動(dòng)比計(jì)算其力傳動(dòng)比以及齒輪齒條的結(jié)構(gòu)參數(shù)，在 以上的基礎(chǔ)上選擇主動(dòng)齒

2、輪、齒條的材料，受力分析，及對(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(guò)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，并在說(shuō)明書(shū)中 畫(huà)出相關(guān)零件的零件圖。通過(guò)說(shuō)明書(shū)并畫(huà)出齒輪齒條式轉(zhuǎn)向黠的零件圖2張、裝 配圖1張。關(guān)鍵詞：齒輪齒條，轉(zhuǎn)向器，設(shè)計(jì)計(jì)算目錄序言錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。1. 汽車(chē)轉(zhuǎn)向裝置的發(fā)展趨勢(shì)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2. 課程設(shè)計(jì)目的錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3. 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。4. 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器方案分析錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。5. 確定齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的形式錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。6. 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)步驟錯(cuò)誤!未定義

3、書(shū)簽。已知設(shè)計(jì)參數(shù)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。齒輪模數(shù)的確定、主動(dòng)小齒輪齒數(shù)的確定、壓力角的確定、齒輪螺旋角的確定錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。確定線傳動(dòng)比、轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向比錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。小齒輪的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。小齒輪的強(qiáng)度校核齒條的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。齒條的強(qiáng)度計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。主動(dòng)齒輪、齒條的材料選擇錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。7. 總結(jié)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。致謝錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。轉(zhuǎn)向系是用來(lái)保持或者改變汽車(chē)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(pán)的狀態(tài)下，應(yīng)保證汽車(chē)自動(dòng)返回穩(wěn)定的直線行使?fàn)顟B(tài)

4、。汽車(chē)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(chē)工業(yè)隨 著機(jī)械和電子技術(shù)的發(fā)展而不斷前進(jìn)。到今天，汽車(chē)已經(jīng)不是單純機(jī)械意義上的 汽車(chē)了，它是機(jī)械、電子、材料等學(xué)科的綜合產(chǎn)物。汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也隨著汽車(chē)工 業(yè)的發(fā)展歷經(jīng)了長(zhǎng)時(shí)間的演變。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要優(yōu)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)量比較??；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)向器占用體積小；制造成本低?；谝陨系膬?yōu)點(diǎn)，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器將是

5、以后轉(zhuǎn)向器的發(fā)展的趨勢(shì)和潮流。本次設(shè)計(jì)以乘用車(chē)轉(zhuǎn)向器的參數(shù)作為依據(jù)，設(shè)計(jì)一款某輕型車(chē)的轉(zhuǎn)向器。根 據(jù)該車(chē)型對(duì)于市場(chǎng)的定位及對(duì)制造成本的考慮，同時(shí)參考同類(lèi)車(chē)型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)， 將該車(chē)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)向系系統(tǒng)做簡(jiǎn)單分析，并進(jìn) 行轉(zhuǎn)向器零件設(shè)計(jì)、工藝性及尺寸公差等級(jí)分析，同時(shí)按以下步驟對(duì)轉(zhuǎn)向器及零 部件進(jìn)行設(shè)計(jì)方案論證：第一步對(duì)所選的轉(zhuǎn)向器總成進(jìn)行剖析；第二部利用所學(xué) 的知識(shí)對(duì)總成中的零部件進(jìn)行力學(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)行改進(jìn)。1 汽車(chē)轉(zhuǎn)向裝置的發(fā)展趨勢(shì)隨著汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)也有很大變化。汽車(chē)轉(zhuǎn)向器的結(jié) 構(gòu)很多，從目前使用的普遍程度來(lái)看，

6、主要的轉(zhuǎn)向器類(lèi)型有4種：有蝸桿銷(xiāo)式（WP 型）、蝸桿滾輪式（WR型）、循環(huán)球式（BS型）、齒條齒輪式（BP型）。這四種轉(zhuǎn)向 器型式，已經(jīng)被廣泛使用在汽車(chē)上。據(jù)了解，在世界范圍內(nèi)，汽車(chē)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 式轉(zhuǎn)向器一直在穩(wěn)步發(fā)展。在西歐小客車(chē)中，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器有很大的發(fā)展。 日本汽車(chē)轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)是循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占的比重越來(lái)越大，日本裝備不同類(lèi)型 發(fā)動(dòng)機(jī)的各類(lèi)型汽車(chē)，采用不同類(lèi)型轉(zhuǎn)向器，在公共汽車(chē)中使用的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向 器，已由60年代的,發(fā)展到現(xiàn)今的100%了（蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器在公共汽車(chē)上已 經(jīng)被

7、淘汰）。大、小型貨車(chē)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(chē)用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占65%,齒條齒輪式占35%。綜合上述對(duì)有關(guān)轉(zhuǎn)向器品種的使用分析，得出以下結(jié)論：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(chē)上主要的兩種轉(zhuǎn) 向器；而蝸輪一蝸桿式轉(zhuǎn)向器和蝸桿銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器，正在逐步被淘汰或保留較小的 地位。在小客車(chē)上發(fā)展轉(zhuǎn)向器的觀點(diǎn)各異，美國(guó)和日本重點(diǎn)發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器， 比率都已達(dá)到或超過(guò)90%；西歐則重點(diǎn)發(fā)展齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，比率超過(guò)50%, 法國(guó)已高達(dá)95%o由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的種種優(yōu)點(diǎn)，在小型車(chē)上的應(yīng)用（包括小客車(chē)、小型 貨車(chē)或客貨兩用車(chē)）得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展；而大型

8、車(chē)輛則以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為主 要結(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。由于動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還是新的結(jié)構(gòu)，各國(guó)的生產(chǎn)廠家都正在組 織力量，大力開(kāi)展試驗(yàn)研究工作，提高使用性能、減小總成體積、降低生產(chǎn)成本、 保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，以便逐步推廣和普及。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)際經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的變化對(duì)汽車(chē)乃至汽車(chē)轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)都 有很大影響。特別是西方國(guó)家實(shí)行石油禁運(yùn)以來(lái)，世界經(jīng)濟(jì)形勢(shì)受沖擊很大。隨 著能源危機(jī)的發(fā)展，汽車(chē)工業(yè)首當(dāng)其沖，其發(fā)展方向有很大變化。從汽車(chē)設(shè)計(jì)、 制造到各總成部件的生產(chǎn)都隨著能源危機(jī)的發(fā)生而變化，表現(xiàn)在能源消耗、材料 消耗、操縱輕便等各個(gè)方面。我

9、國(guó)加入WTO,給汽車(chē)工業(yè)帶來(lái)新的機(jī)遇，也帶來(lái) 挑戰(zhàn)，國(guó)產(chǎn)汽車(chē)及零部件將會(huì)得到進(jìn)一步發(fā)展。2.課程設(shè)計(jì)目的1. 課程設(shè)計(jì)是一次綜合性訓(xùn)練，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，既有助于鞏固學(xué)生們所學(xué)專 業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)獨(dú)立設(shè)計(jì)能力，提高綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，同時(shí)也有助于為以后的 畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。2. 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使學(xué)生們懂得理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有 理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合，從理論中得出結(jié) 論，才是真正的知識(shí)，才能提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。3. 通過(guò)設(shè)計(jì)，獲得根據(jù)原始數(shù)據(jù)的要求，設(shè)計(jì)出高效、經(jīng)濟(jì)、合理、能保 證設(shè)計(jì)產(chǎn)品的能力。4. 學(xué)會(huì)使用手冊(cè)及圖表資料。培養(yǎng)查閱

10、各種資料的能力，同時(shí)掌握與本設(shè)計(jì) 有關(guān)的各種資料。3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)向系是用來(lái)保持或者改變汽車(chē)行使方向的機(jī)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)向 盤(pán)、轉(zhuǎn)向上、下軸）、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(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(kāi)方向盤(pán)的狀態(tài)下，應(yīng)保證汽車(chē)自動(dòng)返回穩(wěn)定的直線行使?fàn)顟B(tài)。一般來(lái)說(shuō)，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(pán)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(pán)尺寸和轉(zhuǎn)向輪阻力一定時(shí)，角傳動(dòng)比增加，則轉(zhuǎn) 向輕便，轉(zhuǎn)向靈敏度降低；角傳動(dòng)比減小，則轉(zhuǎn)向沉重，轉(zhuǎn)向靈敏度提高。轉(zhuǎn)向 角

11、傳動(dòng)比不宜低于15-16；也不宜過(guò)大，通常以轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)和轉(zhuǎn)向輕便性 來(lái)確定。一般來(lái)說(shuō)，轎車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)不宜大于4圈，對(duì)轎車(chē)來(lái)說(shuō)，有動(dòng)力轉(zhuǎn) 向時(shí)的轉(zhuǎn)向力約為2050；無(wú)動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)為50lOONo（2）轉(zhuǎn)向輪應(yīng)具有自動(dòng)回正能力。轉(zhuǎn)向輪的回正力來(lái)源于輪胎的側(cè)偏特性和 車(chē)輪的定位參數(shù)。汽車(chē)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。（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)干涉。應(yīng)從 設(shè)計(jì)上保證各桿系的運(yùn)動(dòng)干涉足夠小。（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)以及提高轉(zhuǎn)向系的可靠性。（5）轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向

12、盤(pán)應(yīng)有使駕駛員在車(chē)禍中避免或減輕傷害的防傷機(jī)構(gòu)。（6）汽車(chē)在作轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)時(shí)，所以車(chē)輪應(yīng)繞同一瞬心族轉(zhuǎn)，不得有側(cè)滑；同時(shí), 轉(zhuǎn)向盤(pán)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)傳遞到方向盤(pán)上的反沖力要盡可能 小，在任何行使?fàn)顟B(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不應(yīng)產(chǎn)生擺振。（8）機(jī)動(dòng)性是通過(guò)汽車(chē)的最小轉(zhuǎn)彎半徑來(lái)體現(xiàn)的，而最小轉(zhuǎn)彎半徑由內(nèi)轉(zhuǎn)向 車(chē)輪的極限轉(zhuǎn)角、汽車(chē)的軸距、主銷(xiāo)偏移距決定的，一般的極限轉(zhuǎn)角越大，軸距 和主銷(xiāo)偏移距越小，則最小轉(zhuǎn)彎半徑越小。（9）轉(zhuǎn)向靈敏性主要通過(guò)轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)來(lái)體現(xiàn)，主要由轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比 來(lái)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

13、大，則靈敏性提髙，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(guò)高正 效率往往伴隨著較高的逆效率。（10）轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)外車(chē)輪間的轉(zhuǎn)角協(xié)調(diào)關(guān)系是通過(guò)合理設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形來(lái)保證的。 對(duì)于采用齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向系來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)向盤(pán)與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角間的協(xié)調(diào)關(guān)系是通 過(guò)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(lái)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。（11）轉(zhuǎn)向輪的回正能力是由轉(zhuǎn)向輪的定位參數(shù)（主銷(xiāo)內(nèi)傾角和主銷(xiāo)后傾角） 決定的，同時(shí)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(yīng)的回正力矩，但是回正力矩不能太大又不能太小

14、，太大則會(huì)增加轉(zhuǎn)向沉重感， 太小則會(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。（12）轉(zhuǎn)向系的間隙主要是通過(guò)各球頭皮碗和轉(zhuǎn)向器的調(diào)隙機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)整的。4. 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器方案分析1-方向盤(pán)；2-轉(zhuǎn)向上軸；3-托架；4-萬(wàn)向節(jié)；5-轉(zhuǎn)向1、軸；6-防塵罩；7-轉(zhuǎn)向器；8-轉(zhuǎn)向拉桿圖轉(zhuǎn)向系齒輪齒條轉(zhuǎn)向器由與轉(zhuǎn)向軸做成一體的轉(zhuǎn)向齒輪和常與轉(zhuǎn)向橫拉桿做成一 體的齒條組成。與其它形式的轉(zhuǎn)向器比較，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)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)量比較?。粋鲃?dòng)效率高達(dá) 90%；轉(zhuǎn)向靈敏；齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)

15、間歌后，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)彈簧，能自動(dòng)消除齒間間歌這不僅可以提高轉(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)向器占用的體積??；沒(méi)有轉(zhuǎn) 向搖臂和直拉桿，所以轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角可以增大，制造成本低。特別適于與燭式和麥 費(fèi)遜式懸架配用，便于布置等優(yōu)點(diǎn)。因此，目前它在轎車(chē)、微型、輕型貨車(chē)上得 到廣泛的應(yīng)用。例如，一汽的紅旗CA7220型轎車(chē)、奧迪100型轎車(chē)、捷達(dá)轎車(chē)、 上海桑塔納轎車(chē)、天津夏利轎車(chē)以及天津TJ1010型微型貨車(chē)和南京依維柯輕型 貨車(chē)等，都采用了這種齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：因 逆效率髙(60%-70%),汽車(chē)在不平路面上行駛時(shí)，

16、發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間沖擊 力的大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤(pán)，稱之為反沖。反沖現(xiàn)象會(huì)使駕駛員精神緊張，并難以 準(zhǔn)確控制汽車(chē)行駛方向，方向盤(pán)突然轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)造成打手，同時(shí)對(duì)駕駛員造成傷害。5. 確定齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的形式根據(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）、側(cè)面輸入，兩端輸出（圖）、側(cè)面輸入，中間輸出（圖、側(cè) 面輸入，一端輸出（圖。采用側(cè)面輸入，中間輸出方案時(shí)，由圖可見(jiàn)，與齒條固連的左、右拉桿延伸 到接近汽車(chē)總想對(duì)稱平面附近。由于拉桿長(zhǎng)度增加，車(chē)輪上、下跳動(dòng)時(shí)拉桿擺角 減小，有利于減少車(chē)輪上下跳動(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 栓固定連接，因此，兩拉桿

17、與齒條同時(shí)向左或向右移動(dòng)，為此在轉(zhuǎn)向器売體上開(kāi) 有軸向的長(zhǎng)槽，從而降低了它的強(qiáng)度。采用兩端輸出方案時(shí)，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)干涉。但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，且成本低等特點(diǎn)，常用于小型車(chē)輛 上采用側(cè)面輸入，一端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，常用在平頭貨車(chē)上。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，沖擊力大，工作噪聲增加。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)

18、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)該釆用推力軸承，是軸承壽命降低，還有斜齒輪的滑磨比較大 事它的缺點(diǎn)。圖齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的四種形式根據(jù)對(duì)四種不同類(lèi)型轉(zhuǎn)向器的對(duì)比選擇，本課題將采用側(cè)面輸入兩端輸出的 齒輪齒條轉(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。使軸承壽命降低，還有斜齒輪的滑磨比較大是它 的缺點(diǎn)。圖拉桿與齒條的連接齒條斷面形狀有圓形（圖）、V形（圖）和Y形（圖）三種。圓形斷面齒條 的制作工藝比較簡(jiǎn)單。V形和Y形斷面齒條與圓形斷面比較，消耗的材料少，約 節(jié)約

19、20%,質(zhì)量??；位于齒下面的兩斜面與齒條托座接觸，可用來(lái)防止齒條繞軸 線轉(zhuǎn)動(dòng)；Y形的斷面齒條的齒寬可以做的寬一些，因而強(qiáng)度得到增加。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(chē) 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)的圖圓形斷面齒條力矩時(shí)，應(yīng)選用V形和Y形斷面齒條，用來(lái)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況出現(xiàn)。圖V形斷面齒條 圖Y形斷面齒條根據(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)向養(yǎng) 在汽車(chē)上有四種布置形式：轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸后 方，前置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形；轉(zhuǎn)

20、向器位于前軸前方，前置梯 形。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛用于乘用車(chē)上，載質(zhì)量不大，前輪采用獨(dú)立懸架的貨車(chē)和客車(chē)有些也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 根據(jù)設(shè)計(jì)的成本與要求而定。圖齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種布置形式26. 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)步驟 確定齒輪齒條的形式 齒輪模數(shù)的確定 主動(dòng)小齒輪齒數(shù)的確定 壓力角的確定 齒輪螺旅角的確定 確定線傳動(dòng)比、轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向比 齒輪齒條結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 驗(yàn)算齒輪的齒輪的抗彎強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度 主動(dòng)齒輪、齒條的材料選擇 最后作課程設(shè)計(jì)總結(jié)。巳知設(shè)計(jì)參數(shù)適用車(chē)輛相關(guān)數(shù)據(jù)：乘用車(chē)FF4X2、發(fā)動(dòng)機(jī)位置：前置、橫置、前盤(pán)后鼓、機(jī)械式轉(zhuǎn)向器、兩軸式、手動(dòng)五擋；表原始數(shù)據(jù)表長(zhǎng)X寬X高(mm )42

21、49X 1690X1505軸距(mm)2665前輪距/后輪距(mm)1462/1457發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 N m/ (r/min)131/4200發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 (kw/(r/min)76/6000最高車(chē)速(km/h)170最小轉(zhuǎn)彎直徑(m)整備質(zhì)量(kg)1060總質(zhì)量(kg)1435前軸負(fù)荷率滿載55%空載60%輪胎型號(hào)175/65 R14齒輪模數(shù)的確定、主動(dòng)小齒輪齒數(shù)的確定、壓力角的確定、齒輪 螺旋角的確定齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的齒輪多數(shù)采用斜齒圓柱齒輪。齒輪模數(shù)取值范圍多在 2-3価之間。主動(dòng)小齒輪齒數(shù)多數(shù)在5-7個(gè)齒范圍變化，壓力角取20,齒輪螺 族角取值范圍多為9-150齒條齒數(shù)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向輪

22、達(dá)到最大偏轉(zhuǎn)角是，相應(yīng)的 齒條移動(dòng)行程應(yīng)達(dá)到的值來(lái)確定。變速比的齒條壓力角，對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在12-35 范圍內(nèi)變化。此外，設(shè)計(jì)是應(yīng)驗(yàn)算齒輪的抗彎強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度。根據(jù)以上的要求選取齒輪的模數(shù)m為2mm,主動(dòng)小齒輪齒數(shù)z為8 (根據(jù)經(jīng) 驗(yàn)公式)，壓力角 取20,齒輪螺旋角 取12。確定線傳動(dòng)比、轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向比(1)原地轉(zhuǎn)向阻力矩Mr(N mm),即Mr()式中，/為輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因素，一般?。籊|為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷(N),G廣55%叫g(shù)； p為輪胎氣壓(MPa),這里取(根據(jù)GB/2977-2008)。 將數(shù)據(jù)代人式中，得：w 0.7(55%xl435x9.8)3 vMr 二x I-= N mm3

23、V 0.35(2)作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的手力仇(N)為：|4|F 一 2厶叫5加+式中，厶為轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)；厶2為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)；因?yàn)辇X輪齒條式轉(zhuǎn)向器無(wú)轉(zhuǎn)向 搖臂和轉(zhuǎn)向節(jié)臂，所以無(wú)數(shù)值，都視為“1”計(jì)算；轉(zhuǎn)向盤(pán)的直徑有一系列 尺寸。選用大的直徑尺寸時(shí)，會(huì)使駕駛員進(jìn)出駕駛室感若選用小的直徑尺寸，轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員要施加較大的力量，從而使汽車(chē)難于操縱，根據(jù)車(chē)型的不同，轉(zhuǎn)向 盤(pán)直徑0”.在380-550mm的標(biāo)準(zhǔn)系列內(nèi)選取，因而取400mm； 0為轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng) 比，在齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中稱線角傳動(dòng)比，根據(jù)汽車(chē)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)。?。粸檗D(zhuǎn)向器的正效率，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的正效率可達(dá)90%,故取85%。將數(shù)據(jù)代人式中，得：2

24、 x 268289.56400 x 36.84 x 85%=42.84 7V（3）輪胎與地面之間的轉(zhuǎn)向阻力幾（N）：14) F如1 W()式中，。為主銷(xiāo)偏移距，指從轉(zhuǎn)向節(jié)主銷(xiāo)軸線的延長(zhǎng)線與支承平面的交點(diǎn)至 車(chē)輪中心平面與支承平面交線間的距離。通常乘用車(chē)的a值在倍輪胎的胎面寬度尺寸范圍內(nèi)選取，這里取倍輪胎的胎 面寬度尺寸，已知輪胎型號(hào)為175/65 R14,所以a值為：a二X175mm二則:268289.568Z5= 3066.17（4）作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的手力心為:()式中，曲h為作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的力矩；O為轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑值為400mm o則:也=警= 42.84x400 = 8568Nmm2（5）轉(zhuǎn)向

25、系的力傳動(dòng)比-的計(jì)算（將式與式代入-=后）得到:2MA()代入數(shù)據(jù)得:=143.14,壓力角取20,齒由于設(shè)計(jì)的是斜齒輪,()()()小齒輪的設(shè)計(jì)由選取齒輪的模數(shù)m為2mm,主動(dòng)小齒輪齒數(shù)z為8 輪螺旋角取12,頂隙系數(shù)c為，齒頂高系數(shù)為1。 所以法向模數(shù)叫為2mmo齒輪分度圓直徑：d 二“憶/cos# 代入數(shù)據(jù)：d = mnz/cQsP =齒頂高：7141九一人叫代入數(shù)據(jù)：ha =2mm齒根高：hf=(礦+/)冰1代入數(shù)據(jù)：h廣齒輪齒頂圓直徑：da =鞏叫+八代入數(shù)據(jù)：cl = 20.4mm齒輪齒根圓直徑:代入數(shù)據(jù):(lf = 11.4 mm齒輪全齒高：代入數(shù)據(jù)：(4|h = h。+hf()

26、h =齒輪的齒寬“：b =札八()代入數(shù)據(jù)：/?=14mm齒輪的齒距：Hl()P = 7unn代入數(shù)據(jù)：P = 2s = 2e=（為分度圓上的齒厚，$為分度圓上的齒槽寬）在斜齒輪的傳動(dòng)中，作用于齒面上的法向載荷化仍垂直于齒面，作用于主 動(dòng)輪上的化位于法面內(nèi)，與節(jié)圓柱的切面傾斜一法向嚙合角心為20,力F”可 沿齒輪的周向、徑向及軸向分成三個(gè)垂直的分力（片、F,、Fa ）:輪齒上的作用力：圓周力：為小齒輪上的轉(zhuǎn)矩，其值等于M”，則:F嚴(yán)徑向力：_HIF“”r cos/7則：Fr =軸向力:小齒輪的強(qiáng)度校核1.齒輪齒跟彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪受載時(shí)，齒根所受的彎矩最大，因此齒根處的彎曲疲勞強(qiáng)度最弱。當(dāng)齒

27、 輪在齒頂處嚙合時(shí)，處于雙對(duì)齒嚙合區(qū)，此時(shí)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(diǎn)位于單對(duì) 齒嚙合最高點(diǎn)時(shí)。因此，齒根彎曲強(qiáng)度也應(yīng)按載荷作用于單對(duì)齒嚙合區(qū)最高點(diǎn)來(lái) 計(jì)算。斜齒輪嚙合過(guò)程中，接觸線和危險(xiǎn)截面位置在不斷的變化，要精確計(jì)算其齒 根應(yīng)力是很難的，只能近似的按法面上的當(dāng)量直齒圓柱齒輪來(lái)計(jì)算其齒根應(yīng)力。 將當(dāng)量齒輪的有關(guān)參數(shù)代入直齒圓柱齒輪的彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式，可得到斜齒圓柱 齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算校核公式：使用系數(shù)心二動(dòng)載荷系數(shù)K嚴(yán)齒間載荷分配系數(shù)Kq心二齒向載荷分配系數(shù)二載荷系數(shù)K二 Ka Kv Ka =齒形系數(shù)乙a乙=2.92校正

28、系數(shù)hi匕=與為螺旋角影響系數(shù)丫盯乙端面重合度校核齒根彎曲強(qiáng)度：2KTYFlYSaY0卩bd叫&2x1.68x8568x2.92x1.4x0.714x16.4x2x1.211 選取20Cr為齒輪材料；彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)SfmFmm =計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力：F ming彎曲疲勞壽命系數(shù) Ken =可得，crf = X 850/ = 1020MPa所以b八rf 因此，本次設(shè)計(jì)及滿足了小齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度又滿足了小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度，符合設(shè)計(jì)要求。綜上所述，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求。2.齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算校核公式:2KT “1b嚴(yán)ZeZ屆“()彈性系數(shù)Z嚴(yán)區(qū)域系數(shù)Z 二螺旋角

29、系數(shù)Zg = Jcos0 = 0.979=ZeZZq2KT pbd1 /= 189.8x2.5x0.979 x3.32 +13.32)2x1.68 x 8568V 14X16.42= 1467.09MP小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限許用接觸應(yīng)力b：b訕=1500 MPa計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力，取失效概率為1%,安全系數(shù)S二1,可得:= 1500Mpa/l=1500MPa由此可得:b b雖然齒輪所選的參數(shù)粗略滿足齒輪設(shè)計(jì)的齒面接觸疲勞強(qiáng)度要求，但是非常 接近最高許用值，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式選取齒寬/7=40mmo齒條的設(shè)計(jì)根據(jù)小齒輪的分度圓直徑可以求出齒條的長(zhǎng)度厶:代入數(shù)據(jù):L二206mm其它參數(shù)考慮:考慮到轉(zhuǎn)型

30、過(guò)程中的自由間隙，厶實(shí)際取220mmo由于齒條與小齒輪是相嚙合的，所以輪齒的尺寸是大致相同的，對(duì)于齒條的直徑，通過(guò)查表，根據(jù)設(shè)計(jì)的需要以及小齒輪的直徑，取值為30mmo表齒輪齒條的結(jié)構(gòu)尺寸名稱齒輪齒條分度圓直徑/齒頂高h(yuǎn)a22齒根高h(yuǎn)f齒全高h(yuǎn)齒頂圓da名稱齒輪齒條齒寬b10表齒輪齒條的主要參數(shù)名稱齒輪齒條齒數(shù)Z832歹我山：22壓力角2020螺旋角01212齒條的強(qiáng)度計(jì)算在本設(shè)計(jì)中，選取轉(zhuǎn)向器輸入端施加的扭矩A = M廣8568価，齒輪傳動(dòng) 一般均加以潤(rùn)滑，嚙合齒輪間的摩擦力通常很小，計(jì)算輪齒受力時(shí)，可不予考慮. 齒輪齒條的受力狀況類(lèi)似于斜齒輪，齒條的受力分析如圖，作用于齒條齒面上的 法向力

31、代，垂直于齒面，將Fn分解成沿齒條徑向的分力（徑向力）耳，沿齒輪周向的分力（切向力）Ff,沿齒輪軸向的分力（軸向力）Ft o各力的大小為:Ft tan an(4|F廣殲tan0cosa” cos0()齒輪軸分度圓螺旋角a,法面壓力角齒輪軸受到的切向力:7；為作用在輸入軸上的扭矩，7；取8568 Nmmo 為齒輪軸分度圓的直徑。齒條齒面的法向力：pn 二 Ft=cosa” cos0齒條牙齒受到的切向力：Fxl = Fncosan =齒條桿部受到的力：F = F“ cos0 二計(jì)算出齒條桿部的拉應(yīng)力：F 27 =二 mmAF齒條受到的軸向力A 齒條根部截面積,A J圖齒條的受力分析由于強(qiáng)度的需要，

32、齒條長(zhǎng)采用45鋼制造，其抗拉強(qiáng)度極限是勺二690N/mm2 ,（沒(méi)有考慮熱處理對(duì)強(qiáng)度的影響）。因此aab所以，齒條設(shè)計(jì)滿足抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。齒條牙齒的單齒彎曲應(yīng)力：6 =6式中：Fu齒條齒面切向力b危險(xiǎn)截面處沿齒長(zhǎng)方向齒寬曾一一齒條計(jì)算齒高s 危險(xiǎn)截面齒厚從上面條件可以計(jì)算出齒條牙齒彎曲應(yīng)力:刃。=6x 1068.23x4.5 = n834N/mm224.72x3.14-上式計(jì)算中只按嚙合的情況計(jì)算的，即所有外力都作用在一個(gè)齒上了，實(shí)際上齒輪齒條的總重合系數(shù)是（理論計(jì)算值），在嚙合過(guò)程中至少有2個(gè)齒同時(shí)參 加嚙合，因此每個(gè)齒的彎曲應(yīng)力應(yīng)分別降低一倍?！?26）】=6（）/2 = mm齒條的材料我選擇是45剛制造，因此：抗拉強(qiáng)度=690N/mm2 （沒(méi)有考慮熱處理對(duì)強(qiáng)度的影響）。齒部彎曲安全系數(shù)S -oi 因此，齒條設(shè)計(jì)滿足彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。又滿足了齒面接觸強(qiáng)度，符合 本次設(shè)計(jì)的具體要求。主動(dòng)齒輪、齒條的材料選擇通過(guò)計(jì)算所得，根據(jù)強(qiáng)度的需要以及常規(guī)的選取與做法，主動(dòng)小齒輪選取的 材料是20Cr,并經(jīng)滲碳淬火，齒條選取的材料是45鋼。由于轉(zhuǎn)向器齒輪轉(zhuǎn)速低, 是