齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計

1、 西南科技大學城市學院本科生畢業(yè)論文 IV齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計摘要：本次設(shè)計選擇的是豐田的一款汽車的轉(zhuǎn)向器。首先對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本的作用、構(gòu)造、與總體的性能作一個了解。再根據(jù)對齒輪齒條式轉(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)向器類型選擇，不同類型齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)缺點，和各種類型齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器應用狀況。根據(jù)原有數(shù)據(jù)計算轉(zhuǎn)向系的傳動比，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，受力分析，及對齒輪齒條的疲勞強度校核、齒根彎曲疲勞強度校核。修正齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中不合理的數(shù)據(jù)。通過對齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計，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)；

2、 齒輪齒條； 轉(zhuǎn)向器 Rack and pinion steering designAbstract：This design choice is the steering of a car in the Toyota. First, the basic role of the steering system, structure, and overall performance for an understanding. According to the study of the rack and pinion steering and data access, focuses on a ra

3、ck and pinion steering gear type selection, the advantages and disadvantages of different 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

4、 rack and pinion. Rack and pinion steering the overall design, stress analysis, and rack and pinion fatigue strength of the tooth root bending fatigue strength. Unreasonable data correction rack and pinion steering. Through the design of the rack and pinion steering, select the related parts such as

5、 screws, bearings, etc., and make the steering 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)向裝置的發(fā)展趨勢21.4 汽車轉(zhuǎn)向器國內(nèi)外現(xiàn)狀41.5 設(shè)計的主要內(nèi)容5第2章 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計方案選擇72.1 車輛相關(guān)數(shù)據(jù)與設(shè)計要求72.2 轉(zhuǎn)向器總體方案設(shè)計92.2.1 轉(zhuǎn)向器設(shè)計方案說明92.2.2 轉(zhuǎn)向器輸入輸出形式92.2.3 轉(zhuǎn)向器各種輸出形式對比92.2.4 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器齒輪

6、齒條選擇102.2.5 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器齒條斷面形狀102.2.6 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的布置形式112.2.7 轉(zhuǎn)向器最終方案確定12第3章 轉(zhuǎn)向器齒輪齒條設(shè)計計算過程133.1 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計算133.2 轉(zhuǎn)向器原地轉(zhuǎn)向阻力矩計算143.3 轉(zhuǎn)向器角傳動比與力傳動比計算143.3.1 角傳動比與力傳動比介紹143.3.2 角傳動比與力傳動比確定143.4 齒輪齒條設(shè)計153.4.1 齒輪齒條嚙合傳動的特點153.4.2 齒輪參數(shù)的選擇163.4.3 計算接觸疲勞許用應力173.4.4 齒輪的齒根彎曲強度設(shè)計183.4.5 確定齒輪主要參數(shù)和幾何尺寸193.4.6 確定齒條主要參數(shù)和幾何尺寸203

7、.4.7 齒面接觸疲勞強度校核21第4章 齒輪軸的設(shè)計224.1 齒輪齒條傳動受力分析224.2 齒輪軸最小軸徑確定224.3 齒輪軸的強度校核23第5章 間隙調(diào)整彈簧的設(shè)計計算275.1 選擇材料275.2 計算彈簧絲直徑275.3 彈簧圈數(shù)和自由高度的計算285.4 彈簧校核與結(jié)構(gòu)尺寸確定285.5 彈簧工作時的數(shù)據(jù)29第6章 其他零件的選擇與潤滑方式確定306.1 軸承的選擇306.2 轉(zhuǎn)向器潤滑方式31總 結(jié)34致 謝36參考文獻37附圖38西南科技大學城市學院本科生畢業(yè)論文第1章 緒論1.1 概述改革開放以來，我國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛。作為汽車關(guān)鍵部件之一的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也得到了相應的發(fā)展，基

8、本已形成了專業(yè)化、系列化生產(chǎn)的局面。有資料顯示，國外有很多國家的轉(zhuǎn)向器廠，都已發(fā)展成大規(guī)模生產(chǎn)的專業(yè)廠，年產(chǎn)超過百萬臺，壟斷了轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，并且銷售點遍布了全世界。1.2 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)向傳動機構(gòu)。轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系的減速傳動裝置，一般由1-2級減速傳動副。由于轉(zhuǎn)向器是一個大傳動比的機構(gòu)，其傳動效率一般較低。轉(zhuǎn)向器的輸出功率與輸人功率之比稱為轉(zhuǎn)向器的傳動效率.當功率由轉(zhuǎn)向柱輸人、由轉(zhuǎn)向搖臂輸出的情況下求得的傳動效率稱為正效率，而在傳動方向與此相反時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，應盡量提高轉(zhuǎn)向器的傳動效率

9、，特別是其正效率是很重要的。目前應用比較廣泛的轉(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)計的是齒輪齒條式減速器。齒輪齒條式減速器優(yōu)點：齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的傳動副為齒輪與齒條，其結(jié)構(gòu)簡單、布置方便，制造容易，但轉(zhuǎn)向傳動比較小，（一般不大于15），且齒條沿其長度方向磨損不均勻，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，而蝸桿滾輪式則更少見。如果按照助力形式，又可以

10、分為機械式（無助力），和動力式（有助力）兩種，其中動力轉(zhuǎn)向器又可以分為氣壓動力式、液壓動力式、電動助力式、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。其基本結(jié)構(gòu)是一對相互嚙合的小齒輪和齒條。轉(zhuǎn)向軸帶動小齒輪旋轉(zhuǎn)時，齒條便做直線運動。有時，靠齒條來直接帶動橫拉桿，就可使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。所以，這是一種最簡單的轉(zhuǎn)向器。它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，轉(zhuǎn)向靈敏，體積小，可以直接帶動橫拉桿。在汽車上得到廣泛應用。2、蝸桿曲柄銷式轉(zhuǎn)向器它是以蝸桿為主動件，曲柄銷為從動件的轉(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，通過轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動蝸桿、嵌于蝸桿

11、螺旋槽中的錐形指銷一邊自轉(zhuǎn)，一邊繞轉(zhuǎn)向搖臂軸做圓弧運動，從而帶動曲柄和轉(zhuǎn)向垂臂擺動，再通過轉(zhuǎn)向傳動機構(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)向裝置是由齒輪機構(gòu)將來自轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)力進行減速，使轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)闇u輪蝸桿的旋轉(zhuǎn)運動，滾珠螺桿和螺母夾著鋼球嚙合，因而滾珠螺桿的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，螺母再與扇形齒輪嚙合，直線運動再次變?yōu)樾D(zhuǎn)運動，使連桿臂搖動，連桿臂再使連動拉桿和橫拉桿做直線運動，改變車輪的方向。 這是一種古典的機構(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)向裝置所應用。它的原理相當于利用了螺母與螺栓在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的相對移動

12、，而在螺紋與螺紋之間夾入了鋼球以減小阻力，所有鋼球在一個首尾相連的封閉的螺旋曲線內(nèi)循環(huán)滾動，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，是相對于齒輪齒條機械轉(zhuǎn)向器而言的，主要是增加了轉(zhuǎn)向油泵、轉(zhuǎn)向油壺、轉(zhuǎn)向油管、轉(zhuǎn)向閥、轉(zhuǎn)向油缸等部件，以期達到改善駕駛員手感，增加轉(zhuǎn)向助力的目的的轉(zhuǎn)向裝置。國內(nèi)經(jīng)過10多年來的發(fā)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)向器有限公司等企業(yè)。1.3 汽車轉(zhuǎn)向裝置的發(fā)展趨勢轉(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

13、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

14、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)

15、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

16、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，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

17、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。1.4 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，

18、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。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625，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

19、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

20、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

21、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。

22、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)量比較小；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?。恢圃斐杀镜??；谝陨险{(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。1.5 設(shè)計的主要內(nèi)容汽車工業(yè)已經(jīng)成為我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)之一。隨著我國汽車工業(yè)強調(diào)進行自主開發(fā)，汽車產(chǎn)品的設(shè)計、分析、實

23、驗技術(shù)等都日益受到重視。為了培養(yǎng)汽車零部件設(shè)計方向的專業(yè)學生利用所學的基礎(chǔ)理論知識解決實際工程問題能力，做了這次畢業(yè)設(shè)計，這對于培養(yǎng)他們的實際工作能力是很重要的。題目所涉及到的知識都是汽車機械設(shè)計的知識，所要求完成的零件的結(jié)構(gòu)、設(shè)計、方法都是很實用的，并且在相當遠的未來也是適用的。這些知識對于從事汽車技術(shù)工作的人都是很需要的，是他們進行工作和繼續(xù)學習的基礎(chǔ)。本次設(shè)計的課題來源于豐田2012款 2.4AT四驅(qū)至臻導航版，設(shè)計此車的轉(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)向系統(tǒng)，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)做簡單分析，并進行轉(zhuǎn)向器零件設(shè)計、工

24、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。第2章 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計方案選擇2.1 車輛相關(guān)數(shù)據(jù)與設(shè)計要求 車輛數(shù)據(jù)：車 型：豐田2012款2.4AT四驅(qū)至臻導航版四驅(qū)類型：適時四驅(qū) 驅(qū)動方式：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)動機最大扭矩(Nm/rpm)：224/4000 發(fā)動機功率(Kw/rpm)：125/6000 軸 距(mm)：2660 前輪胎規(guī)格：225/65R17 后輪胎規(guī)

25、格：225/65R17轉(zhuǎn)向節(jié)臂長：200mm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)。一般來說，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求如下：1、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

26、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2050；無動力轉(zhuǎn)向時為50100N。2、轉(zhuǎn)向輪應具有自動回正能力。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。3、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。4、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。5、 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)。

27、6、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。7、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8、在任何行使狀態(tài)下，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

28、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

29、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)的運動干涉。2.2 轉(zhuǎn)向器總體方案設(shè)計2.2.1 轉(zhuǎn)向器設(shè)計方案說明因為這一次選擇的轉(zhuǎn)向器，已經(jīng)是確定的齒條式轉(zhuǎn)向器，所在在方案的確定上面，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，所以在方案的對比上面，主要對比各種輸入輸出形式的優(yōu)缺點、齒輪齒條的齒形在轉(zhuǎn)向器上的影響與優(yōu)缺點和各種齒條斷面適用的范圍等，還有就是說明轉(zhuǎn)向器的各種布置形式。通過對輸入輸出形式的對比，選擇在保證了轉(zhuǎn)向器性能的基礎(chǔ)上盡量的選擇制

30、造成本低與制造簡單的原則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)境下工作時的反應，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，制造的成本與制造的難道，然后再分析它所受到的力所產(chǎn)生的各種影響來考慮，最終選擇一種比較合理的斷面形狀。具體的分析過程，與對比過程，在下面一一比較。2.2.2 轉(zhuǎn)向器輸入輸出形式根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點不同，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

31、2.2.3 轉(zhuǎn)向器各種輸出形式對比采用兩端輸出方案時如（圖2-1a,圖2-1b），由于轉(zhuǎn)向拉桿長度受限制，容易與懸架系統(tǒng)導向機構(gòu)產(chǎn)生運動干涉。但其結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，且成本低等特點，常用于小型車輛上。采用側(cè)面輸入，中間輸出方案時，由（圖2-1c）可見，與齒條固連的左、右拉桿延伸到接近汽車車輪對稱平面附近。由于拉桿長度增加，車輪上、下跳動時拉桿擺角減小，有利于減少車輪上下跳動時轉(zhuǎn)向系與懸架系的運動干涉。拉桿與齒條用螺栓固定連接，因此，兩拉桿與齒條同時向左或向右移動，為此在轉(zhuǎn)向器殼體上開有軸向的長槽，從而降低了它的強度。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。2.

32、2.4 齒輪齒條轉(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，則運轉(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)計的要求。因為斜齒工作時有軸向力作用，所以轉(zhuǎn)向器應該采用推力軸承，斜齒輪的滑磨比較大是它的缺點。2.2.5 齒輪齒條轉(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Y形（圖2-2c）三種。圓形斷面齒條的制作工藝比較簡單。V

33、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；Y形的斷面齒條的齒寬可以做的寬一些，因而強度得到增加。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，以減少滑動摩擦。當車輪跳動、轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向器工作時，如在齒條上作用有能使齒條旋轉(zhuǎn)的力矩時，應選用V形和Y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)。a） b）c）圖2-2 齒條斷面形狀2.2.6 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)

34、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）。圖2-3 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器布置形式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應用于微型、普通級、中級和中高級轎車上。裝載量不大、前輪采用獨立懸架的貨車和客車也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。2.2.7 轉(zhuǎn)向器最終方案確定綜合上面的種種比較，考慮到制造難度與成本，最終在輸入與輸出形式上選擇了結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低的側(cè)面輸入兩端輸出的形式，同時考慮到直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合重合度不高，運轉(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

35、齒條式轉(zhuǎn)向器，重合度增加，運轉(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使齒條旋轉(zhuǎn)的力矩，且考慮到制作工藝的簡單性，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)計計算過程3.1 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計算轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能從整車機動性著手，在最大轉(zhuǎn)角時的最小轉(zhuǎn)彎半徑為軸距的 22.5倍。此輕型車的軸距為2660mm，因此其半徑在53206650mm，并盡量取小值以保證良好的機動性，最小轉(zhuǎn)彎半徑R取5500mm。分析如(圖3-1)所示。

36、圖3-1 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角分析圖 （3-1）式中：轉(zhuǎn)向輪外輪轉(zhuǎn)角；主銷偏移距，該值一般取-1030mm, 設(shè)計取20mm；汽車軸距。= （3-2）查得對應的最大內(nèi)輪轉(zhuǎn)角，其綜合轉(zhuǎn)角為。3.2 轉(zhuǎn)向器原地轉(zhuǎn)向阻力矩計算為了保證行駛安全，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。精確地計算出這些力是困難的。為此用足夠精確的半經(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MR（Nmm）。

37、輪胎上的原地轉(zhuǎn)動的阻力矩由經(jīng)驗公式得 （3-3）式中：輪胎和路面間的滑動摩擦因素，一般取0.7； 為轉(zhuǎn)向軸負荷（N）；取前軸滿載； 為輪胎氣壓（）。取(一般為)。 （3-4）3.3 轉(zhuǎn)向器角傳動比與力傳動比計算3.3.1 角傳動比與力傳動比介紹轉(zhuǎn)向系的傳動比由轉(zhuǎn)向系的角傳動比和轉(zhuǎn)向系的力傳動比組成。力傳動比：從輪胎接觸地面中心作用在兩個轉(zhuǎn)向輪上的合力與作用在方向盤上的手力之比稱為力傳動比 。角傳動比：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)向系角傳動比。它又由轉(zhuǎn)向器傳動比轉(zhuǎn)向傳動裝置角傳動比所組成。3.3.2 角傳動比與力傳動比確定方向盤轉(zhuǎn)動圈數(shù)取圈，轉(zhuǎn)向盤直徑，轉(zhuǎn)向節(jié)臂長。角傳動比為

38、（3-5）作用在方向盤上的力 （3-6）由公式 （3-7）得作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩 （3-8）力傳動比與轉(zhuǎn)向系角傳動比的關(guān)系 （3-9）而和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩有以下關(guān)系 (3-10)作用在方向盤上的手力可由下式表示 （3-11）則力傳動比為 (3-12)又因為 （3-13）由此力傳動比 （3-14）3.4 齒輪齒條設(shè)計3.4.1 齒輪齒條嚙合傳動的特點齒條實際上是齒數(shù)為無窮的齒輪的一部分。當齒數(shù)為無窮時，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），齒廓上各點的法線是平行的，而且在傳動時齒條是平動的，齒廓上各點速度的

39、大小和方向也相同，所以齒條齒廓上個點的壓力角相同，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。圖3-2 齒條的齒廓齒輪齒條嚙合傳動時，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)成不同的傳動方案。當左旋小齒輪與右傾齒條相嚙合而且齒輪螺旋角1與齒條傾斜角2角相等時，則軸交角=0；若12，則=12；若12，則=12為負值，表示在齒條軸線的另一側(cè)。當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，其軸交角均為=1+2。齒輪與齒條嚙合傳動時，齒輪的節(jié)圓始終與其分度圓重合。當小齒輪軸線與齒條軸線不垂直時，小齒輪齒廓與齒條齒廓間的接觸為點接觸

40、，輪齒所受的壓強較大，產(chǎn)生的接觸應力也比較大，輪齒磨損很快，所以齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的傳動比不能太大。齒輪齒條傳動的傳動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)計時，只要合理的選取這幾個參數(shù)就可以獲得需要的傳動比。但是小齒輪的模數(shù)不能太小，否則會使齒條齒廓在嚙合時嚙合點離齒頂太近，齒根的彎曲應力增大，易產(chǎn)生崩齒。同時小齒輪的變位系數(shù)不能太大，否則會造成齒條齒頂平面與小齒輪齒根圓柱面的間隙過小，對潤滑不利，而且容易造成轉(zhuǎn)向器卡死的現(xiàn)象。3.4.2 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)在之間，主動小齒輪齒數(shù)在之間，壓力角取，螺旋角在之間。故取小齒輪，

41、右旋，壓力角，齒輪的轉(zhuǎn)速為，左旋，精度等級8級，轉(zhuǎn)向器每天工作8小時，使用期限不低于5年。材料選擇：齒輪 16MnCr5，滲碳淬火，齒面硬度54-62HRC齒條 45#，表面淬火，齒面硬度56HRC分度圓直徑 （3-15）取齒寬系數(shù) 齒條寬度 （3-16）圓整取；則取齒輪齒寬 （3-17）所以取齒輪齒寬30mm；齒條齒寬20mm。3.4.3 計算接觸疲勞許用應力確定許用應力 (3-18) （3-19）查表確定和 查表確定壽命系數(shù)、 查表確定安全系數(shù) 計算接觸疲勞許用應力 (3-20) (3-21)查表確定應力修正系數(shù) (3-22) (3-23)3.4.4 齒輪的齒根彎曲強度設(shè)計參數(shù)查?。撼踹x

42、=6 =25 =0.8 =0.7 =0.89當量齒數(shù)復合齒形系數(shù)初步計算齒輪模數(shù)轉(zhuǎn)矩閉式硬齒面?zhèn)鲃樱待X根彎曲疲勞強度設(shè)計。代入較小的值 (3-24) 初取確定載荷系數(shù)查表確定 使用系數(shù) （3-25）根據(jù)和8級精度，查表得查表確定 齒向載荷分布系數(shù)查表確定齒間載荷分布系數(shù)所以 （3-26）確定修正法向模數(shù) （3-27）取3.4.5 確定齒輪主要參數(shù)和幾何尺寸齒輪參數(shù)：，壓力角，左旋 取變位系數(shù) 齒頂高 （3-28）齒根高 （3-29）齒高 （3-30）分度圓直徑 （3-31）齒頂圓直徑 （3-32）齒根圓直徑 （3-33）基圓直徑 （3-34）齒輪中心到齒條基準線距離 （3-35）齒輪齒寬 （

43、3-36）3.4.6 確定齒條主要參數(shù)和幾何尺寸因為齒輪與齒條要相互嚙合，所以取齒條模數(shù)又因為齒輪齒條線角傳動比為 （3-37）轉(zhuǎn)向盤總轉(zhuǎn)動圈數(shù)為圈又因為 （3-38）所以齒條長度 （3-39）轉(zhuǎn)向盤和車輪轉(zhuǎn)角比 （3-40）式中：為綜合轉(zhuǎn)角因為齒條齒形角等于壓力角所以齒條齒距 （3-41）齒條齒數(shù) （3-42）所以取齒條齒數(shù)實際齒條長度 （3-43） 取齒條長度為200mm。齒條參數(shù)： ，壓力角，右旋。取變位系數(shù) 齒頂高 （3-44）齒根高 （3-45）齒條齒寬 （3-46）取。3.4.7 齒面接觸疲勞強度校核校核公式為 （3-47） 由上面計算得 查?。簭椥韵禂?shù) 區(qū)域系數(shù) 重合度系數(shù) 螺旋

44、角系數(shù) （3-48） 經(jīng)校核：合理第4章 齒輪軸的設(shè)計4.1 齒輪齒條傳動受力分析若略去齒面間的摩擦力，則作用于節(jié)點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。 （4-1） （4-2） （4-3）4.2 齒輪軸最小軸徑確定由于齒輪的基圓直徑，數(shù)值較小，若齒輪與軸之間采用鍵連接必將對軸和齒輪的強度大大降低，因此，將其設(shè)計為齒輪軸由于主動小齒輪選用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，抗拉強度極限，彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限，轉(zhuǎn)速n=10r/min，許用彎曲應力，

45、許用剪應力。最小軸徑 （4-4）初步確定齒輪軸的基本尺寸如圖4-1所示：圖4-1 齒輪軸的基本尺寸4.3 齒輪軸的強度校核1、軸的受力分析（1）畫齒輪軸的受力簡圖，如圖4-2a所示。圖4-2 齒輪軸的載荷分析圖（2）計算支承反力在垂直面上 (4-5) (4-6)在水平面上 (4-7)（3）畫齒輪軸的彎矩圖。水平面上的彎矩如圖4-2b所示，垂直面上的彎矩如圖4-2c所示，總彎矩如圖4-2d所示。在水平面上，a-a剖面左側(cè)、右側(cè) （4-8）在垂直面上，a-a剖面左側(cè) （4-9）在垂直面上，a-a剖面右側(cè) （4-10）合成彎矩，a-a剖面左側(cè) （4-11）合成彎矩，a-a剖面右側(cè) （4-12）（4）

46、畫轉(zhuǎn)矩圖，如圖4-2e所示。轉(zhuǎn)矩 （4-13）2、判斷危險剖面顯然，a-a截面左側(cè)合成彎矩最大、扭矩為T，該截面左側(cè)可能是危險剖面。3、軸的彎扭合成強度校核由機械設(shè)計查得，。a-a截面左側(cè) （4-14） （4-15）所以彎扭合成強度合理。4、軸的疲勞強度安全系數(shù)校核查得, ,；。a-a截面左側(cè) （4-16）查得；。由表查得絕對尺寸系數(shù)；軸經(jīng)磨削加工，查得質(zhì)量系數(shù)=1.0。則彎曲應力 （4-17）應力幅 （4-18）平均應力 切應力 （4-19） （4-20）安全系數(shù) （4-21） （4-22） （4-23）查得許用安全系數(shù)S=1.3，顯然SS，故a-a剖面安全。故此軸設(shè)計合理。第5章 間隙調(diào)整

47、彈簧的設(shè)計計算設(shè)計要求：設(shè)計一圓柱形壓縮螺旋彈簧，載荷平穩(wěn)，要求=982.75N時，10mm，彈簧總的工作次數(shù)小于，彈簧中要能寬松地穿過一根直徑為的軸；彈簧兩端固定；外徑,自由高度。彈簧的參數(shù)分析如圖5-1所示。圖5-1 彈簧的參數(shù)5.1 選擇材料 由彈簧工作條件可知，對材料無特殊要求，采用65#彈簧鋼絲，。因彈簧的工作次數(shù)小于，載荷性質(zhì)屬類，。5.2 計算彈簧絲直徑1、選擇旋繞比2、估算彈簧外徑 按外徑30mm、內(nèi)徑15mm,取3、計算曲度系數(shù) （5-1）4、計算彈簧絲的許用切應力 （5-2）5、計算彈簧絲直徑 （5-3）取彈簧絲直徑5.3 彈簧圈數(shù)和自由高度的計算1、彈簧工作圈數(shù) （5-4

48、）2、彈簧節(jié)距t （5-5）3、彈簧自由高度 （5-6）5.4 彈簧校核與結(jié)構(gòu)尺寸確定1、穩(wěn)定性驗算 高徑比 （5-7）滿足穩(wěn)定性要求。2、幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸的確定彈簧外徑 （5-8）彈簧內(nèi)徑 （5-9）5.5 彈簧工作時的數(shù)據(jù) （5-10）彈簧的極限載荷 （5-11）彈簧的安裝載荷 （5-12）彈簧剛度 （5-13） 安裝變形量 （5-14）最大變形量 （5-15）極限變形量 （5-16）安裝高度 （5-17）工作高度 （5-18）極限高度 （5-19）第6章 其他零件的選擇與潤滑方式確定6.1 軸承的選擇1、選用深溝球軸承（GB/T 2761994）如圖6-1所示。軸承代號：6004 數(shù)量

49、：1個具體尺寸見表6-1所示。圖6-1 深溝球軸承表6-1 選用深溝球軸承（GB/T 2761994）2、選用滾針軸承（GB/T 58011994）如圖6-2所示。軸承代號：NA4901 數(shù)量：1個具體尺寸見表6-2所示。圖6-2 滾針軸承表6-2 滾針軸承（GB/T 58011994）6.2 轉(zhuǎn)向器潤滑方式1、轉(zhuǎn)向器齒輪齒條的潤滑，主要有二個目的：（1）促進齒面間的滑動。（2）抑制齒面間由摩擦所引起的溫度上升。即冷卻齒面。要想滿足上述兩個條件，需要適當?shù)剡x擇潤滑方法及潤滑油，以避免潤滑不良而引起的故障。2、轉(zhuǎn)向器齒輪齒條的潤滑法齒輪齒條的潤滑大致可以分為以下三類：（1）潤滑脂潤滑法潤滑脂潤滑

50、法主要使用在比較低速的開式及閉式齒輪箱傳動中。關(guān)于潤滑脂潤滑法，有各種需要注意的問題。這里，主要介紹下列三點。1）選擇合適稠度的潤滑脂選擇是密封齒輪箱中和齒條上，要保持潤滑脂在潤滑部位連續(xù)流動，需要選擇高流動性潤滑脂。2）不適合使用在高負荷，連續(xù)運轉(zhuǎn)的場合因為潤滑脂的冷卻效果遠遠不如潤滑油，所以，在高負荷，連續(xù)工作的條件下，會出現(xiàn)溫度上升的問題。3）潤滑脂的適量使用 潤滑脂過少，達不到潤滑目的，相反的，在密封齒輪箱中和齒條上，潤滑脂過多會造成攪拌損失過大。（2）飛濺潤滑法（油浴潤滑）飛濺潤滑法是以齒輪箱做為油箱，將齒輪浸入到潤滑中至一定深度，依靠齒輪旋轉(zhuǎn)時濺起的油潤滑齒輪及軸承部位，低速傳動箱

51、中使用油浴潤滑時，圓周速度應在3m/s以上。使用飛濺潤滑法（油浴式）時，有許多需要注意的問題，這里就油面的規(guī)定及齒輪箱的最高油溫做以說明。 1）油面的高度使用潤滑油的量越多，攪拌損失也隨之增大，相反，油量過小則達不到所期待的潤滑及冷卻效果。油面高度在齒輪開始轉(zhuǎn)動后比靜止時要下降，高度差過大時，需要采取對策加以改善。比如，增高靜止時的油量或安裝油盤等。2）齒輪箱的極限溫度齒輪箱內(nèi)的溫度，隨齒輪及軸承的摩擦損失及潤滑油的攪拌損失等上升。溫度上升會造成各種不良的影響。隨生產(chǎn)技術(shù)的進步，高性能的潤滑油不斷增加。做為大體上的基準8090左右為極限溫度。超過這個極限溫度使用時，需要采取手段增強齒輪箱的放熱性，以達到到冷卻齒輪箱的目的。例