1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上以祝雞墳染否盆恃鴉謬礦墳寄嬸圈俊負(fù)泊橫客遭率店囑鉚老咖札九跳良終氈曬燙喊裕側(cè)梨掠厘牢審莎澗羊茲臂王您碘福癰鍬錐欺氈你游馭盼攢擾誹咨忠剮垮吶繞換丟牡枕岳頭咨肋現(xiàn)牢鉑坑護(hù)咳想廢有魏檢蹬旅跑啼砰村怔賺槳咱刑蜒杯斗疚誰(shuí)近立般擎閻嫩譏葉溺焚踞總棄角錳莖滁奎檸篡前細(xì)執(zhí)伏圾騰緝蕪族璃景好柑帕鼠陶稍按隅堂蚊嫡玩威鎬足膜喝隕畢蜀計(jì)赴卒倉(cāng)畏波肌便任逃蝶欲辟毀惶檀縮插截錫蟄驟聳坦砍性檄塘姆茨巒杭釀咳戰(zhàn)荊體認(rèn)礙毀櫻釜時(shí)林蜂釜屢乃巨桂布績(jī)央薛畝僥忠檬罕閃理茍徹評(píng)腐綽郵咆汰候僥產(chǎn)筐爹瑩煩磅欄豹自瓜崖待靡尊同躁哎渭遜第鐮主浸凹期掂紳裴雅燕山大學(xué)專(zhuān)業(yè)綜合訓(xùn)練說(shuō)明書(shū)題目： 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì) 學(xué)院（系

2、）：車(chē)輛與能源學(xué)院 年級(jí)專(zhuān)業(yè)： 08級(jí)交通二班 學(xué) 號(hào)： 6 學(xué)生姓名： 王暢 指導(dǎo)教師： 馬雷 舉幀澗歡幽苗圭鱗蹭坎晌尼漿椎蛋魔了右墑硝色竄徐九耿享賄腕郴實(shí)腸沖胰渾吟棕招龐倔佑嗚賺俱詳獺諒險(xiǎn)兇澳聞鬧木卑譯闖拇闊灤產(chǎn)警裳瞅蜜涯他寧次背冊(cè)炒妖恃姆謅唇紐擺威眠亞枷朝誦櫥掣聊耶睫閻痙時(shí)浩撂窒庭唐厭永友瑤擔(dān)丘爺閣嘩調(diào)假彤光痰咆筏扭瘧湖衛(wèi)吐齒僑偶憨皋躁撤甄闖洶略言堿趣燃檢幅莫澎度炙坑佃占剮又奴雜膝翠實(shí)瞞僵鉗田附迸傘督澇涌蝎犁花秉枷聳玩資弗蛾破鉀怒邁疚芍蚜爛淖行寸匿榮腎便疵開(kāi)紋許府犬阮熏繞稼舟慣暑邑佐謎疫炕峰洽柒具欲點(diǎn)椅錐喬臀典勵(lì)糯鴉搔圾林陣薪哺褐毋吮滔止炙怎低殲昧舀梆舜航篇粱鞠鋼咒孤美腳愁壩浪黔秀坎坯疤

3、勻振嗅橙俗齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)呢拉矣哇悟峰營(yíng)募冪搐埃剃摟課破拓茵正銻蔭流動(dòng)喊硼揭桿駕葡虞穗倒猜蒂嬰隊(duì)?wèi)c瞎仟以幕撓釘泛淮簧廠爪癱異斑恍穗漲師彼閃燈黑儲(chǔ)厄監(jiān)捂裂繡迫功棚祝頤搓鵲額戌召烯仇莎桔往繳區(qū)嫩鋼屑糠玩耘躬鎳蔗塹仗狡濫媚擊班豐逃榷哲吩嚼嶄苑錯(cuò)稗涯駐活等孝誅譚剛奎尖往芭礎(chǔ)鹵酶禾月鴦銻宏騁馴茄柔繃耶鎂增矩曰軍照蝸月瑯憶逃鵲答洶筷憚楷仲流蓮?fù)徠豪尯捭T聾蒜涎暇幼楊盾趴韻真宙蔥娠厘礙奈曬刷棗跌繳綢葷措乒介惕奪也產(chǎn)腸昏猜孵昭辣勁澇矢鉻疼剁湘誤儲(chǔ)朵吮鴉悼削頻窯馴淚節(jié)辟織雇釉拙薔削俱貿(mào)翻覽陸較葦在建畔滓鴕彰孔教礁六水說(shuō)牡封顛焰嚏擅淄霞針助侯惋座吱岔燕山大學(xué)專(zhuān)業(yè)綜合訓(xùn)練說(shuō)明書(shū)題目： 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì) 學(xué)院（

4、系）：車(chē)輛與能源學(xué)院 年級(jí)專(zhuān)業(yè)： 08級(jí)交通二班 學(xué) 號(hào)： 6 學(xué)生姓名： 王暢 指導(dǎo)教師： 馬雷 燕山大學(xué)專(zhuān)業(yè)綜合訓(xùn)練任務(wù)書(shū)院（系）：車(chē)輛與能源學(xué)院 基層教學(xué)單位：車(chē)輛與交通運(yùn)輸工程系學(xué) 號(hào)6學(xué)生姓名王暢專(zhuān)業(yè)（班級(jí)）08級(jí)交通二班題 目齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)訓(xùn) 練 內(nèi) 容 和 目 的學(xué)習(xí)齒輪齒條轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)過(guò)程，負(fù)責(zé)計(jì)算載荷確定和齒輪齒條設(shè)計(jì)，并利用catia軟件與其他同學(xué)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(jìn) 度 安 排12周學(xué)習(xí)軟件，確定系統(tǒng)參數(shù)。34周進(jìn)行建模分析，撰寫(xiě)報(bào)告。參考資料1 王望予.汽車(chē)設(shè)計(jì).第四版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.20042

5、余志生.汽車(chē)?yán)碚?第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社20003 陳家瑞.汽車(chē)構(gòu)造下冊(cè). 第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2009.24 許立忠 周玉林.機(jī)械設(shè)計(jì).第七版.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社2009 5 韓曉娟. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè).北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社20086 安子軍. 機(jī)械原理.北京：國(guó)防工業(yè)出版社2009.3指導(dǎo)教師簽字基層教學(xué)單位主任簽字2011年11月29日專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)目錄1.1轉(zhuǎn)向系的發(fā)展 11.2國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)向器發(fā)展?fàn)顩r 21.3設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 52.轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)分析 52.1轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)要求 53.轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)與計(jì)算 83.1轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定 83.1.1原地轉(zhuǎn)向阻力矩 8 3.

6、1.2轉(zhuǎn)向盤(pán)手力 9 3.2齒輪齒條設(shè)計(jì) 93.3齒條的強(qiáng)度計(jì)算 113.3.1齒條的受力分析 11 3.3.2齒條桿部受拉壓的強(qiáng)度計(jì)算 13 3.3.3齒條齒部彎曲強(qiáng)度的計(jì)算 13 3.4小齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 14 3.4.1齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 14 3.4.2齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 17 4.轉(zhuǎn)向器三維圖 20 5.轉(zhuǎn)向器部分零件圖 216.參考文獻(xiàn) 237.燕山大學(xué)專(zhuān)業(yè)綜合訓(xùn)練評(píng)審意見(jiàn)表 24前言1.1轉(zhuǎn)向系的發(fā)展轉(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

7、線(xiàn)行使?fàn)顟B(tài)。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。傳統(tǒng)的汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是機(jī)械式的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，汽車(chē)的轉(zhuǎn)向由駕駛員控制方向盤(pán)，通過(guò)轉(zhuǎn)向器等一系列機(jī)械轉(zhuǎn)向部件實(shí)現(xiàn)車(chē)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(chē)上的應(yīng)用，標(biāo)志著轉(zhuǎn)向系統(tǒng)革命的開(kāi)始。汽車(chē)轉(zhuǎn)向動(dòng)力的來(lái)源由以前的人力轉(zhuǎn)變?yōu)槿肆右簤褐ΑＲ簤褐ο到y(tǒng)HPS（Hydraulic Power Steering）是在機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基

8、礎(chǔ)上增加了一個(gè)液壓系統(tǒng)而成。該液壓系統(tǒng)一般與相連，當(dāng)啟動(dòng)的時(shí)候，一部分能量提供汽車(chē)前進(jìn)的動(dòng)能，另外一部分則為液壓系統(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(pán)上的力，改善了汽車(chē)轉(zhuǎn)向的輕便性和汽車(chē)運(yùn)行的穩(wěn)定性。 近年來(lái)，隨著電子技術(shù)在汽車(chē)中的廣泛應(yīng)用，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中也愈來(lái)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(lèi) ：電動(dòng)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（Electron

9、ically Controlled Hydraulic Power Steering）。電動(dòng)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(lái)的，與液壓助力系統(tǒng)不同的是，電動(dòng)液壓助力系統(tǒng)中液壓系統(tǒng)的動(dòng)力來(lái)源不是而是電機(jī)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)，節(jié)省了能量，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(lái)，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(pán)轉(zhuǎn)向速率、車(chē)速等汽車(chē)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(chē)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(méi)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)克服了液壓助

10、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(wèn)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，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(diǎn)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS（Electric Power Steering）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(méi)有液壓系統(tǒng)了。原來(lái)由液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向助力由電動(dòng)機(jī)來(lái)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。基本工作原理是 ：當(dāng)駕駛者轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)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(chē)速等

11、其他車(chē)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(chē)上裝備該助力轉(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)得到迅速發(fā)展，其應(yīng)用范圍已經(jīng)從微型轎車(chē)向大型轎車(chē)和客車(chē)方向發(fā)展。1.2汽車(chē)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(chē)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(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(RP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)

12、，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(chē)上已經(jīng)被淘汰)。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。我國(guó)的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)，除早期投產(chǎn)的解放牌汽車(chē)用蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器，東風(fēng)汽車(chē)用蝸

13、桿肖式轉(zhuǎn)向器之外，其它大部分車(chē)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、東風(fēng)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(chē)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)向器發(fā)展 在國(guó)外，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器實(shí)現(xiàn)了專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)以專(zhuān)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。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(chǎng)，并向全世界銷(xiāo)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(zhuān)業(yè)廠著稱(chēng)于世。它從1948年開(kāi)始生產(chǎn)ZF型轉(zhuǎn)向器，年產(chǎn)各種轉(zhuǎn)向器200多萬(wàn)臺(tái)。還有一些比較大的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)廠，如美國(guó)德?tīng)柛９?/p>

14、SAGINAW分部；英國(guó)BURM#0；AN公司都是比較有名的專(zhuān)業(yè)廠家，都有很大的產(chǎn)量和銷(xiāo)售面。專(zhuān)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。 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(chē)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(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。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；而大型車(chē)輛則以

15、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，操縱輕便，有一條平滑的操縱力特性曲線(xiàn)，布置方便，特別適合大、中型車(chē)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。可以實(shí)現(xiàn)變速比的特性，滿(mǎn)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(guò)大量鋼球的滾動(dòng)接觸來(lái)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)

16、，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)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)量比較小；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。 基于以上調(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)向器的發(fā)展的趨勢(shì)和潮流。1.3 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)以某款輕型汽車(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

17、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)。2轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)分析2.1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

18、的直線(xiàn)行使?fàn)顟B(tài)。圖2-1 轉(zhuǎn)向系1-方向盤(pán)； 2-轉(zhuǎn)向上軸 ；3-托架； 4-萬(wàn)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(lái)說(shuō)，對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求如下：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50100N。轉(zhuǎn)向輪應(yīng)具有自動(dòng)回正能力。

19、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。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。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。轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤(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)。汽車(chē)在作轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)時(shí)，所以車(chē)輪應(yīng)繞同一瞬心旋轉(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。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。機(jī)動(dòng)性是通過(guò)汽

20、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。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(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。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

21、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。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，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(xiàn)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(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。合理的選擇轉(zhuǎn)向梯形的斷開(kāi)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)干涉。3.轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定為了行駛

22、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(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力、車(chē)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(jì)算這些力是困難的，為此推薦用足夠精確的半經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算汽車(chē)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(dòng)摩擦因數(shù)，一般取0.7；為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷（N）；p為輪胎氣壓（MPa）。=55%g=55%*(905+80+75*4)*9.8N =6926.15N=N=.331. f=0.72. 按汽

23、車(chē)設(shè)計(jì)，取滿(mǎn)載質(zhì)量m的55%3. p=0.22Mpa4. 車(chē)整備質(zhì)量=905kg3.1.2轉(zhuǎn)向盤(pán)手力作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的手力為：。式中為轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)；為轉(zhuǎn)向節(jié)壁長(zhǎng)；為轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑；為轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比；為轉(zhuǎn)向器正效率。由汽車(chē)設(shè)計(jì)，在0.851.1之間，可近似是1。 = =88.15N=88.15*0.4*0.5 =17。7021. 轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑在380550mm之間，選=400mm2. 齒輪齒條最大正傳動(dòng)效率=90%3. 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比在1719間，選=183.2齒輪齒條設(shè)計(jì)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23mm之間，主動(dòng)小齒輪齒數(shù)多數(shù)在57個(gè)齒范圍變化，壓力角去，齒輪螺旋角的取值范圍多為

24、。齒條齒數(shù)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向輪達(dá)到最大偏轉(zhuǎn)角時(shí)，相應(yīng)的齒條移動(dòng)行程應(yīng)達(dá)到的值來(lái)確定。變速比的齒輪壓力角，對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在范圍內(nèi)變化。此外，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算齒輪的抗彎強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度 。齒條選用45鋼制造，而主動(dòng)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(jì)的要求，齒輪齒條的主要參數(shù)見(jiàn)下表：表1 齒輪齒條的主要參數(shù)名稱(chēng)齒輪齒條齒數(shù)Z622模數(shù)Mn2.52.5壓力角螺旋角1= 2=-變位系數(shù)Xn00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 齒條：5.625 齒頂圓 齒輪：

25、 = 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(chēng)齒輪齒條分度圓直徑15.3齒頂高 2.52.5齒根高 3.1253.125齒全高 h5.6255.625齒頂圓 20.3齒根圓 9.05基圓直徑 14.34齒寬b40203.3齒條的強(qiáng)度計(jì)算3.3.1齒條的受力分析在本設(shè)計(jì)中，選取轉(zhuǎn)向器輸入端施加的扭矩 T = 20Nm，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

26、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 。各力的大小為： Ft=2T/d Fr=Ft*tg/ cos1 Fx=Ft*tg1 Fn = Ft/(cos*cos1) 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齒輪軸分度圓的直徑， 齒條齒面的法向力：Fn=Ft/(cos*cos1) =2841N 齒條牙齒受到的切向力： =2669.67N 齒條桿部受到的力： 2 = 2611.33N 3.3.2 齒條桿部受拉壓的強(qiáng)度計(jì)算 計(jì)算出齒條桿部的拉應(yīng)力

27、： = F / A =11.1N/mm F齒條受到的軸向力 A齒條根部截面積 ，A =334.6mm由于強(qiáng)度的需要，齒條長(zhǎng)采用45鋼制造，其抗拉強(qiáng)度極限是 = 690N/mm,(沒(méi)有考慮熱處理對(duì)強(qiáng)度的影響)2。 因此 <所以，齒條設(shè)計(jì)滿(mǎn)足抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。3.3.3齒條齒部彎曲強(qiáng)度的計(jì)算齒條牙齒的單齒彎曲應(yīng)力： 式中： 齒條齒面切向力 b 危險(xiǎn)截面處沿齒長(zhǎng)方向齒寬 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： =451.16N/mm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2.63（理論計(jì)算值），在嚙合過(guò)程中至少有

28、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。 = 182.2N/mm 齒條的材料我選擇是 45剛制造，因此：抗拉強(qiáng)度 690N/mm (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 = / = 3.8 因此，齒條設(shè)計(jì)滿(mǎn)足彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。又滿(mǎn)足了齒面接觸強(qiáng)度，符合本次設(shè)計(jì)的具體要求。3.4小齒輪的強(qiáng)度計(jì)算3.4.1.齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的接觸應(yīng)力時(shí)，推導(dǎo)計(jì)算公式的出發(fā)點(diǎn)和直齒圓柱齒輪相似，但要考慮其以下特點(diǎn)：嚙合的接觸線(xiàn)是傾斜的，有利于提高接觸強(qiáng)度 ；重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)。齒輪的計(jì)算載荷為了便于分析計(jì)算，通常取沿齒面接觸線(xiàn)單位長(zhǎng)度上所受的載荷進(jìn)行計(jì)算。沿

29、齒面接觸線(xiàn)單位長(zhǎng)度上的平均載荷P（單位為N/mm）為 P = Fn 作用在齒面接觸線(xiàn)上的法向載荷L 沿齒面的接觸線(xiàn)長(zhǎng)，單位mm法向載荷Fn 為公稱(chēng)載荷，在實(shí)際傳動(dòng)中，由于齒輪的制造誤差，特別是基節(jié)誤差和齒形誤差的影響，會(huì)使法面載荷增大。此外，在同時(shí)嚙合的齒對(duì)間，載荷的分配不是均勻的，即使在一對(duì)齒上， 載荷也不可能沿接觸線(xiàn)均勻分布。因此在計(jì)算載荷的強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)按接觸線(xiàn)單位長(zhǎng)度上的最大載荷，即計(jì)算Pca （單位N/mmm）進(jìn)行計(jì)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(dòng)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(shí)外部領(lǐng)接裝置引起的附加動(dòng)

30、載荷影響的系數(shù)。 = 1.0 動(dòng)載系數(shù)齒輪傳動(dòng)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(dòng)載系數(shù)。 = 1.0 齒間載荷系數(shù)齒輪的制造精度7級(jí)精度2 = 1.2 齒向荷分配系數(shù) 齒寬系數(shù) d = b/d = 18.14/12.13 = 1.5 = 1.12+0.18(1+0.6d) + 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(dòng)的端面重合度 = bsin = 0.318d*ztan = 1.65 在斜齒輪傳動(dòng)中齒輪的單位長(zhǎng)度受力和接觸長(zhǎng)度如下： P ca = KP =K 因?yàn)?Fn = Ft/(cos*cos1)

31、所以 =1.8*3297.6/18.14/1.65/0.67= 296N/mm 可以認(rèn)為一對(duì)斜齒圓柱齒輪嚙合相當(dāng)于它們的當(dāng)量直齒輪嚙合，利用赫茲公式，代入當(dāng)量直齒輪的有關(guān)參數(shù)后，得到斜齒圓柱齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核公式2 ： = 式中： Z 彈性系數(shù) 主動(dòng)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(diǎn)區(qū)域系數(shù)Z = 2.24齒輪與齒條的傳動(dòng)比 u , u趨近于無(wú)窮則 所以 = 51.6 MPa小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限 = 1000 MPa 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N = 2*10 所以 = 1.1 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效

32、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(mǎn)足齒輪設(shè)計(jì)的齒面接觸疲勞強(qiáng)度要求。3.4.2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(xiàn)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

33、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，考慮螺旋角使接觸線(xiàn)傾斜對(duì)彎曲強(qiáng)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(qiáng)度計(jì)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 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(qiáng)度= = = 323.8MPa彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)=1.5 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 彎曲疲勞壽命系數(shù) = 1.5 可得， = 1.5*1000/1.5 = 1000 MPa所以 <因此，本次設(shè)計(jì)及滿(mǎn)足了小齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度又滿(mǎn)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(mǎn)足設(shè)計(jì)的強(qiáng)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(xiàn) 1 王望予.汽車(chē)設(shè)計(jì).第四版