word格式完美整理/ 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文齒輪齒條式轉(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)基本的作用、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(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,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RackandpinionsteeringdesignAbstract：ThisdesignchoiceisthesteeringofacarintheToyota.First,thebasicroleofthesteeringsystem,structure,andoverallperformanceforanunderstanding.Accordingtothestudyoftherackandpinionsteeringanddataaccess,focusesonarackandpinionsteeringgeartypeselection,theadvantagesanddisadvantagesofdifferenttypesofrackandpinionsteering,andalltypesofrackandpinionsteeringapplicationstatus.Thesteeringtransmissionratiocalculatedundertheoriginaldata,anddeterminethegeometricparametersoftherackandpinion.Rackandpinionsteeringtheoveralldesign,stressanalysis,andrackandpinionfatiguestrengthofthetoothrootbendingfatiguestrength.Unreasonabledatacorrectionrackandpinionsteering.Throughthedesignoftherackandpinionsteering,selecttherelatedpartssuchasscrews,bearings,etc.,andmakethesteeringpartsdiagram.Keywords：Steeringsystems,rackandpinion,steering目錄TOC\o"1-1"\h\z\t"副標(biāo)題,2,1.1.1,3"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(shì)21.4汽車轉(zhuǎn)向器國內(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72.1車輛相關(guān)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)要求72.2轉(zhuǎn)向器總體方案設(shè)計(jì)92.2.1轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)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(duì)比92.2.4齒輪齒條轉(zhuǎn)向器齒輪齒條選擇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(jì)計(jì)算過程133.1轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計(jì)算133.2轉(zhuǎn)向器原地轉(zhuǎn)向阻力矩計(jì)算143.3轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比與力傳動(dòng)比計(jì)算143.3.1角傳動(dòng)比與力傳動(dòng)比介紹143.3.2角傳動(dòng)比與力傳動(dòng)比確定143.4齒輪齒條設(shè)計(jì)153.4.1齒輪齒條嚙合傳動(dòng)的特點(diǎn)153.4.2齒輪參數(shù)的選擇163.4.3計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力173.4.4齒輪的齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)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203.4.7齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核21第4章齒輪軸的設(shè)計(jì)224.1齒輪齒條傳動(dòng)受力分析224.2齒輪軸最小軸徑確定224.3齒輪軸的強(qiáng)度校核23第5章間隙調(diào)整彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算275.1選擇材料275.2計(jì)算彈簧絲直徑275.3彈簧圈數(shù)和自由高度的計(jì)算285.4彈簧校核與結(jié)構(gòu)尺寸確定285.5彈簧工作時(shí)的數(shù)據(jù)29第6章其他零件的選擇與潤(rùn)滑方式確定306.1軸承的選擇306.2轉(zhuǎn)向器潤(rùn)滑方式31總結(jié)34致謝36參考文獻(xiàn)37附圖38word格式完美整理第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(yīng)的發(fā)展,基本已形成了專業(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(tái),壟斷了轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn),并且銷售點(diǎn)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(dòng)機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)向器是轉(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(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)比較小,〔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,而蝸桿滾輪式則更少見。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。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)行減速,使轉(zhuǎn)向盤的旋轉(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(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)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè),代表著一個(gè)國家的綜合國力,汽車工業(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)也隨著汽車工業(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?。液壓助力系統(tǒng)HPS〔HydraulicPowerSteering是在機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)液壓系統(tǒng)而成。該液壓系統(tǒng)一般與發(fā)動(dòng)機(jī)相連,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候,一部分發(fā)動(dòng)機(jī)能量提供汽車前進(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-HydraulicPowerSteering和電控液壓助力轉(zhuǎn)向ECHPS〔ElectronicallyControlledHydraulicPowerSteering。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)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(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)克服了液壓助力轉(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,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〔ElectricPowerSteering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?；竟ぷ髟硎牵寒?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(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(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％,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(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(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。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),并向全世界銷售它的產(chǎn)品。德國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(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(diǎn)各異,美國和日本重點(diǎn)發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器,比率都已達(dá)到或超過90％；西歐則重點(diǎn)發(fā)展齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器,比率超過50％,法國已高達(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(diǎn)：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(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)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??；制造成本低?；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)向器的發(fā)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)成為我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。隨著我國汽車工業(yè)強(qiáng)調(diào)進(jìn)行自主開發(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)的基礎(chǔ)理論知識(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。題目所涉及到的知識(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)行工作和繼續(xù)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。本次設(shè)計(jì)的課題來源于豐田2012款2.4AT四驅(qū)至臻導(dǎo)航版,設(shè)計(jì)此車的轉(zhuǎn)向器。根據(jù)該車型對(duì)于市場(chǎng)的定位及對(duì)制造成本的考慮,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)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)。第2章齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)方案選擇2.1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2012款2.4AT四驅(qū)至臻導(dǎo)航版四驅(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、、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,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)向時(shí)為50—100N。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(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。轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤應(yīng)有使駕駛員在車禍中避免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(dòng)圈數(shù)來體現(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,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)干涉。2.2轉(zhuǎn)向器總體方案設(shè)計(jì)2.2.1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(duì)比上面,主要對(duì)比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范圍等,還有就是說明轉(zhuǎn)向器的各種布置形式。通過對(duì)輸入輸出形式的對(duì)比,選擇在保證了轉(zhuǎn)向器性能的基礎(chǔ)上盡量的選擇制造成本低與制造簡(jiǎn)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(shí)的反應(yīng),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(duì)比過程,在下面一一比較。轉(zhuǎn)向器輸入輸出形式根據(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)向器各種輸出形式對(duì)比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),常用于小型車輛上。采用側(cè)面輸入,中間輸出方案時(shí),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(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)干涉。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。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(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)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,斜齒輪的滑磨比較大是它的缺點(diǎn)。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(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20%,故質(zhì)量小；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)；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)。abc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(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。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(jiǎn)單、制造方便、成本低的側(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3.1轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計(jì)算轉(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,并盡量取小值以保證良好的機(jī)動(dòng)性,最小轉(zhuǎn)彎半徑R取5500mm。分析如<圖3-1>所示。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-10—30mm,設(shè)計(jì)取20mm；―汽車軸距。=〔3-2查得對(duì)應(yīng)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(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〔N·mm。輪胎上的原地轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力矩由經(jīng)驗(yàn)公式得〔3-3式中：—輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因素,一般取0.7；—為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷〔N；取前軸滿載；—為輪胎氣壓〔。取<一般為>?！?-43.3轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比與力傳動(dòng)比計(jì)算3.3.1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)比和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比組成。力傳動(dòng)比：從輪胎接觸地面中心作用在兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪上的合力與作用在方向盤上的手力之比稱為力傳動(dòng)比。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。它又由轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置角傳動(dòng)比所組成。角傳動(dòng)比與力傳動(dòng)比確定方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)取圈,轉(zhuǎn)向盤直徑,轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)。角傳動(dòng)比為〔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(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)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(dòng)比為<3-12>又因?yàn)椤?-13由此力傳動(dòng)比〔3-143.4齒輪齒條設(shè)計(jì)3.4.1齒輪齒條嚙合傳動(dòng)的特點(diǎn)齒條實(shí)際上是齒數(shù)為無窮的齒輪的一部分。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相同,所以齒條齒廓上個(gè)點(diǎn)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(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β1與齒條傾斜角β2角相等時(shí),則軸交角θ=0°；若β1＞β2,則θ=β1－β2；若β1＜β2,則θ=β1－β2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θ=β1+β2。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)力也比較大,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)比。但是小齒輪的模數(shù)不能太小,否則會(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,否則會(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)在之間,主動(dòng)小齒輪齒數(shù)在之間,壓力角取,螺旋角在之間。故取小齒輪,,右旋,壓力角,齒輪的轉(zhuǎn)速為,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。計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力確定許用應(yīng)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(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力<3-20><3-21>查表確定應(yīng)力修正系數(shù)<3-22><3-23>齒輪的齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)參數(shù)查?。撼踹x=6=25=0.8=0.7=0.89當(dāng)量齒數(shù)復(fù)合齒形系數(shù)初步計(jì)算齒輪模數(shù)轉(zhuǎn)矩閉式硬齒面?zhèn)鲃?dòng),按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。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(jí)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(zhǔn)線距離〔3-35齒輪齒寬〔3-36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)又因?yàn)辇X輪齒條線角傳動(dòng)比為〔3-37轉(zhuǎn)向盤總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)為圈又因?yàn)椤?-38所以齒條長(zhǎng)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?yàn)辇X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(shí)際齒條長(zhǎng)度〔3-43取齒條長(zhǎng)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。齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核校核公式為〔3-47由上面計(jì)算得查?。簭椥韵禂?shù)區(qū)域系數(shù)重合度系數(shù)螺旋角系數(shù)〔3-48經(jīng)校核：合理第4章齒輪軸的設(shè)計(jì)4.1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。〔4-1〔4-2〔4-34.2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(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,彎曲疲勞極限,剪切疲勞極限,轉(zhuǎn)速n=10r/min,許用彎曲應(yīng)力,許用剪應(yīng)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(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。圖4-2齒輪軸的載荷分析圖〔2計(jì)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畫轉(zhuǎn)矩圖,如圖4-2e所示。轉(zhuǎn)矩〔4-132、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、軸的彎扭合成強(qiáng)度校核由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得,。a-a截面左側(cè)〔4-14〔4-15所以彎扭合成強(qiáng)度合理。4、軸的疲勞強(qiáng)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(duì)尺寸系數(shù)；；軸經(jīng)磨削加工,查得質(zhì)量系數(shù)β=1.0。則彎曲應(yīng)力〔4-17應(yīng)力幅〔4-18平均應(yīng)力切應(yīng)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S>[S],故a-a剖面安全。故此軸設(shè)計(jì)合理。第5章間隙調(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=982.75N時(shí),<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(duì)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Ⅱ類,。5.2計(jì)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(jì)算曲度系數(shù)〔5-14、計(jì)算彈簧絲的許用切應(yīng)力〔5-25、計(jì)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(jì)算1、彈簧工作圈數(shù)〔5-42、彈簧節(jié)距t〔5-53、彈簧自由高度〔5-65.4彈簧校核與結(jié)構(gòu)尺寸確定1、穩(wěn)定性驗(yàn)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〔5-95.5彈簧工作時(shí)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(rùn)滑方式確定6.1軸承的選擇1、選用深溝球軸承〔GB/T276―1994如圖6-1所示。軸承代號(hào)：6004數(shù)量：1個(gè)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/T276―19942、選用滾針軸承〔GB/T5801―1994如圖6-2所示。軸承代號(hào)：NA4901數(shù)量：1個(gè)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/T5801―19946.2轉(zhuǎn)向器潤(rùn)滑方式1、轉(zhuǎn)向器齒輪齒條的潤(rùn)滑,主要有二個(gè)目的：〔1促進(jìn)齒面間的滑動(dòng)?！?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(gè)條件,需要適當(dāng)?shù)剡x擇潤(rùn)滑方法及潤(rùn)滑油,以避免潤(rùn)滑不良而引起的故障。2、轉(zhuǎn)向器齒輪齒條的潤(rùn)滑法齒輪齒條的潤(rùn)滑大致可以分為以下三類：〔1潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑法潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑法主要使用在比較低速的開式及閉式齒輪箱傳動(dòng)中。關(guān)于潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑法,有各種需要注意的問題。這里,主要介紹下列三點(diǎn)。1選擇合適稠度的潤(rùn)滑脂選擇是密封齒輪箱中和齒條上,要保持潤(rùn)滑脂在潤(rùn)滑部位連續(xù)流動(dòng),需要選擇高流動(dòng)性潤(rùn)滑脂。2不適合使用在高負(fù)荷,連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的場(chǎng)合因?yàn)闈?rùn)滑脂的冷卻效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如潤(rùn)滑油,所以,在高負(fù)荷,連續(xù)工作的條件下,會(huì)出現(xiàn)溫度上升的問題。3潤(rùn)滑脂的適量使用潤(rùn)滑脂過少,達(dá)不到潤(rùn)滑目的,相反的,在密封齒輪箱中和齒條上,潤(rùn)滑脂過多會(huì)造成攪拌損失過大?！?飛濺潤(rùn)滑法〔油浴潤(rùn)滑飛濺潤(rùn)滑法是以齒輪箱做為油箱,將齒輪浸入到潤(rùn)滑中至一定深度,依靠齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)濺起的油潤(rùn)滑齒輪及軸承部位,低速傳動(dòng)箱中使用油浴潤(rùn)滑時(shí),圓周速度應(yīng)在3m/s以上。使用飛濺潤(rùn)滑法〔油浴式時(shí),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(rùn)滑油的量越多,攪拌損失也隨之增大,相反,油量過小則達(dá)不到所期待的潤(rùn)滑及冷卻效果。油面高度在齒輪開始轉(zhuǎn)動(dòng)后比靜止時(shí)要下降,高度差過大時(shí),需要采取對(duì)策加以改善。比如,增高靜止時(shí)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(rùn)滑油的攪拌損失等上升。溫度上升會(huì)造成各種不良的影響。隨生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步,高性能的潤(rùn)滑油不斷增加。做為大體上的基準(zhǔn)80℃～90℃左右為極限溫度。超過這個(gè)極限溫度使用時(shí),需要采取手段增強(qiáng)齒輪箱的放熱性,以達(dá)到到冷卻齒輪箱的目的。例如,在齒輪箱內(nèi)安裝散熱片,或在軸上安裝風(fēng)扇送風(fēng)。〔3強(qiáng)制潤(rùn)滑法〔循環(huán)噴油潤(rùn)滑強(qiáng)制潤(rùn)滑法是利用油泵直接對(duì)嚙合部上油潤(rùn)滑。根據(jù)上油的方式,分為滴下式,噴射式和噴霧式三種。下面就三種方式做以簡(jiǎn)單的說明。1滴下式利用導(dǎo)管將潤(rùn)滑油直接注入到嚙合部。2噴射式利用噴油嘴將潤(rùn)滑油直接噴射到嚙合部。3噴霧式利用壓縮空氣將潤(rùn)滑油轉(zhuǎn)變成霧狀,噴入輪齒的嚙合部位。這種潤(rùn)滑方法特別常用在高速傳動(dòng)時(shí)。強(qiáng)制潤(rùn)滑法因?yàn)樾枰筒?、油泵、過濾器、配管等一系列的配套裝置,所以主要使用在特殊的高速,大型齒輪裝置中。利用強(qiáng)制潤(rùn)滑法,可以把經(jīng)過過濾、冷卻、粘度適宜的潤(rùn)滑油適量地送到嚙合部,是最良的齒輪潤(rùn)滑方式。經(jīng)過上面的對(duì)比,最終選擇轉(zhuǎn)向器的潤(rùn)滑方式：潤(rùn)滑脂人工定期潤(rùn)滑潤(rùn)滑脂：石墨鈣基潤(rùn)滑脂〔ZBE36002-88中的ZG-S潤(rùn)滑脂?？偨Y(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì),通過設(shè)計(jì)汽車轉(zhuǎn)向器,從開始到現(xiàn)在,先是對(duì)設(shè)計(jì)中相關(guān)的知識(shí)做了詳細(xì)的理解,接著查閱相關(guān)設(shè)計(jì)參考書和其他的參考資料,進(jìn)行方案分析,確定最終設(shè)計(jì)方案,接著進(jìn)行裝配圖的繪制,然后是零件圖的繪制,同時(shí)編寫畢業(yè)論文。我的畢業(yè)設(shè)計(jì)做的是一個(gè)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器,從剛接到這個(gè)任務(wù),到現(xiàn)在已經(jīng)好幾個(gè)月了,從中學(xué)到的東西,真的太多太多了。剛接到任務(wù)時(shí),自己是比較茫然的,所以就查了很多的資料去了解轉(zhuǎn)向系統(tǒng),了解它的工作原理、作用與各種結(jié)構(gòu)！在了解了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)后,就深入的去了解轉(zhuǎn)向器,不僅了解它的工作原理、作用與結(jié)構(gòu),同時(shí)也了解在設(shè)計(jì)方面需要考慮的各種各樣的問題,比如說轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)多少圈,輪胎能轉(zhuǎn)過多少角度,最小的轉(zhuǎn)彎半徑是多少等等,這一些都是一個(gè)轉(zhuǎn)向器必須考慮的因素,在做畢業(yè)設(shè)計(jì)前期準(zhǔn)備的時(shí)候,從中學(xué)到的東西很多很多,了解到的不僅僅是一個(gè)轉(zhuǎn)向器,更多的是學(xué)習(xí)到了一種如何去準(zhǔn)備,如何去處理遇到的種種問題的能力。在針對(duì)這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)方面,前期查找資料的時(shí)期,我了解到了轉(zhuǎn)向器的各種結(jié)構(gòu),同時(shí)了解了各種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn),轉(zhuǎn)向器的分類還是比較多的,而且在各種不同結(jié)構(gòu)下又有不同的形式,所以我注重了解了我所設(shè)計(jì)的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器！從它的結(jié)構(gòu)到它的設(shè)計(jì)方法都有了初步的了解。后面的時(shí)間,主要是用在設(shè)計(jì)上的,分析了齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的各種輸入輸出形式的優(yōu)缺點(diǎn)后,我最終選擇的是側(cè)面輸入兩端輸出的形式,在這確定了之后,主要的任務(wù)就是設(shè)計(jì)了,期間遇到了很多很多的問題,比如轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)過的角度的確定,齒條的長(zhǎng)度確定等等,看起來這些