中間輸出機(jī)械齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)含2張CAD圖

中間輸出機(jī)械齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)含2張CAD圖,中間,輸出,機(jī)械,齒輪,齒條,轉(zhuǎn)向器,設(shè)計(jì),cad 中間輸出機(jī)械齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì) 摘要 本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)一種新型的中間輸出機(jī)械齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。論文首先分析齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在實(shí)際工作中受各種因素的影響，分析其工作環(huán)境，同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)向系的空間位置及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆治?，最終確定轉(zhuǎn)向梯形的型式，然后簡單地概述轉(zhuǎn)向傳動(dòng)的機(jī)構(gòu)。最后確定轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)和布置形式，分析了轉(zhuǎn)向器的嚙合傳動(dòng)的特點(diǎn)和傳動(dòng)效率，對(duì)轉(zhuǎn)向器的零部件尺寸進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)對(duì)轉(zhuǎn)向器進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)齒輪齒條的齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度進(jìn)行校核，同時(shí)利用Solidworks2013與AUTOCAD2015軟件繪制裝配圖和零件圖。算出轉(zhuǎn)向器的各零部件的大小尺寸，對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元受力分析，找出不合理的結(jié)構(gòu)部位并加以改進(jìn)。 關(guān)鍵詞：齒輪；轉(zhuǎn)向器；傳動(dòng)機(jī)構(gòu) Intermediate output mechanical gear rack type steering gear design ABSTRACT This design is mainly design a new type of intermediate output mechanical gear rack type steering gear. Paper first analysis of the gear rack type steering gear is affected by various factors in the actual work, analyzes its working environment, the space position of steering system and structure characteristics of proper analysis, finally determine the type of steering trapezoid, then simply summarize steering transmission mechanism. Finally determine the structure and layout of steering, analysis of the steering gear meshing transmission characteristics and transmission efficiency of the steering parts size is calculated. According to the design of steering and the tooth surface of gear rack contact strength and tooth root bending strength checking, at the same time using Solidworks2013 and AUTOCAD2015 software draw the assembly drawing and part drawing. Calculate the size of parts of steering gear, structure of the steering gear finite element stress analysis, find out the unreasonable parts of structure and improved. Keywords: Gear;The steering gear;Transmission mechanism 目錄 1緒論 1.1背景簡介………………………………………………………………………………1 1.1.1國內(nèi)外研究狀況 ………………………………………………………………1 1.2設(shè)計(jì)目的………………………………………………………………………………1 2齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)與分析…………………………………………………………3 2.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的使用參數(shù)………………………………………………………4 2.2轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………4 2.2.1轉(zhuǎn)向器類型………………………………………………………………………4 2.2.2轉(zhuǎn)向器的類型選擇與設(shè)計(jì)………………………………………………………4 2.2.3轉(zhuǎn)向器的類型選擇與設(shè)計(jì)………………………………………………………7 2.2.4齒輪齒條轉(zhuǎn)向器計(jì)算載荷的確定………………………………………………8 2.2.5初步確定齒輪的基本參數(shù)和主要尺寸……………………………………………9 2.2.6確定齒輪傳動(dòng)主要參數(shù)和幾何尺寸…………………………………………………13 2.2.7齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的綜合分析設(shè)計(jì)及計(jì)算…………………………………………14 2.2.8齒輪軸強(qiáng)度校核………………………………………………………………………17 2.3 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)選擇與計(jì)算 ……………………………………………………………19 2.3.1轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)方案分析………………………………………………………………21 2.3.2轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型分析…………………………………………………………21 2.3.3 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ………………………………………………………………24 3.1轉(zhuǎn)向器的最終設(shè)計(jì)方案…………………………………………………………………31 3.2爆炸圖……………………………………………………………………………………32 4總結(jié)…………………………………………………………………………………………34 參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………………35 致謝 …………………………………………………………………………………………36 第1章 緒論 汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)是我國民經(jīng)濟(jì)中支柱性的高科技產(chǎn)業(yè)，自從改革開放30年以來，中國汽車工業(yè)不斷地壯大，逐漸形成中國特色的多樣化、多層次的消費(fèi)市場(chǎng)。人們對(duì)汽車的性能需求也越來越高。汽車已經(jīng)不是單純機(jī)械意義上的汽車了，是機(jī)械、電子、材料等學(xué)科的綜合產(chǎn)物。緊隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國對(duì)汽車性能的要求也越來越高,特別是汽車的操縱穩(wěn)定性，已經(jīng)成為當(dāng)代汽車研究的重要方面，然而轉(zhuǎn)向系的好壞直接影響到汽車的操縱穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向輕便性以及駕駛員的工作強(qiáng)度和工作效率，因此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是汽車設(shè)計(jì)中很重要的一個(gè)部分。? 汽車在行駛過程中，經(jīng)常需要換車道和轉(zhuǎn)彎。駕駛員使用一套專門的汽車轉(zhuǎn)向系，使汽車改變前進(jìn)的方向。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)還可以修正因路面傾斜等原因引起的汽車跑偏。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅關(guān)系到汽車行駛的安全，還關(guān)系到延長輪胎壽命、降低燃油油耗等。伴隨著中國現(xiàn)代工業(yè)的崛起而不斷進(jìn)步，高速公路和高架公路的出現(xiàn)，同向并行車輛的增多和行駛速度的提高及道路條件的變化，需要更加精確靈活的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的出現(xiàn)。 1.1背景簡介 1.1.1國內(nèi)外研究狀況 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、蝸桿滾輪式、循環(huán)球式、齒條齒輪式。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”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?？梢詫?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。? ?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。 1.2設(shè)計(jì)目的 本設(shè)計(jì)主要研究齒輪齒條機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能及構(gòu)成，主要從轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)部分和轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)部分作主要分析研究。轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分：以齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器作為中心，分析其工作效率、齒輪軸和齒條的參數(shù)設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)校核、一些組件的設(shè)計(jì)以及其他配套標(biāo)準(zhǔn)件選取。設(shè)計(jì)完成后的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)能準(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)。 第2章 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)與分析 2.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的使用參數(shù) 本設(shè)計(jì)首先要合理設(shè)置傳動(dòng)比，使得車輛操縱輕便，轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比。在車輛的轉(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)向靈敏度就會(huì)適當(dāng)?shù)亟档?；角傳?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)比不應(yīng)該低于15-16，一般也不宜過大，通常情況是以轉(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，我選擇3.5圈。對(duì)小型的轎車來說，有動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)的轉(zhuǎn)向力約為20-50N；無動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)為50-100N。本設(shè)計(jì)為手動(dòng)轉(zhuǎn)向因此轉(zhuǎn)向力選擇50-100N，下面便是其結(jié)構(gòu)示意圖： 2.2轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 2.2.1轉(zhuǎn)向器類型 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為兩大類：機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。完全只依賴駕駛員手力操縱的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)稱為機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；不但使用手力還借助外來動(dòng)力來操縱的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)稱為動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又可分為液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)助力動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。對(duì)于轉(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)球式轉(zhuǎn)向器等。 1.齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器: (1)結(jié)構(gòu)主要由轉(zhuǎn)向齒輪、轉(zhuǎn)向齒條、轉(zhuǎn)向器殼、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸等組成。 (2)工作過程：駕駛員通過轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使轉(zhuǎn)向齒條移動(dòng)，轉(zhuǎn)向齒條通過轉(zhuǎn)向直拉桿，轉(zhuǎn)向擺桿和左右轉(zhuǎn)向橫拉桿，使兩車輪繞主銷偏轉(zhuǎn)。 2.蝸桿曲柄指銷式: (1)結(jié)構(gòu)主要是由搖臂軸、指銷、蝸桿等組成。 (2)工作過程：轉(zhuǎn)向器是以蝸桿為主動(dòng)件，曲柄銷為從動(dòng)件。蝸桿是具有梯形螺紋，手指狀的錐形指銷用軸承支承在曲柄上，曲柄與轉(zhuǎn)向搖臂軸是制成一體的。駕駛員在轉(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)，從而使得車輛轉(zhuǎn)向。 3.循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器: (1)結(jié)構(gòu)：循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器一般有兩級(jí)傳動(dòng)副組成：第一級(jí)是螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)副；第二級(jí)一般采用齒條齒扇傳動(dòng)副。 (2)工作過程：這種轉(zhuǎn)向裝置一般是由齒輪機(jī)構(gòu)將來自轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)力進(jìn)行減速，使得轉(zhuǎn)向盤中的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)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)又會(huì)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，其中螺母再與扇形齒輪嚙合，使得直線運(yùn)動(dòng)再次變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使連桿臂搖動(dòng)，然后連桿臂再使連動(dòng)拉桿和橫拉桿做直線運(yùn)動(dòng)，最終改變車輪的方向。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。 2.2.2轉(zhuǎn)向器的類型選擇與設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向器最終的選擇類型為齒輪齒條純機(jī)械轉(zhuǎn)向器，采用側(cè)邊輸入，中間輸出的結(jié)構(gòu)，后置梯形結(jié)構(gòu)。最終實(shí)現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向時(shí)無側(cè)滑，反應(yīng)靈敏，轉(zhuǎn)向更加的操作省力，車輪自動(dòng)反正。 1.轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙，傳動(dòng)間隙是指各種轉(zhuǎn)向器中傳動(dòng)副之間的間隙。該間隙隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的大小不同而改變，并把這種變化的關(guān)系叫做轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性。 研究這種特性的意義在于它與直線行駛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向器的使用壽命有密切關(guān)系。 傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙在轉(zhuǎn)向盤處于中間及其附近位置時(shí)要極小，最好就是沒有間隙。如果轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副存著傳動(dòng)間隙，一旦轉(zhuǎn)向輪受到側(cè)向力作用，車輪就將會(huì)偏離原行駛位置，使汽車失去控制穩(wěn)定性。 傳動(dòng)副在中間及其附近位置因使用頻繁，磨損速度必然會(huì)要比兩端快。在中間附近位置因磨損造成的間隙過大時(shí)，那就必須得經(jīng)調(diào)整消除該處間隙。 圖2.3 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性 圖中曲線1表明了轉(zhuǎn)向器在磨損前的間隙變化特性；曲線2表明使用并磨損后的間隙變化特性，并且在中間位置處已出現(xiàn)較大間隙；曲線3表明調(diào)整后并消除中間位置處間隙的轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)間隙變化特性。一般需要用彈簧壓塊減少其間隙。 2.齒輪形式選擇 如果本設(shè)計(jì)的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器采用直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合，就會(huì)導(dǎo)致則運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)降低，沖擊較大，工作時(shí)噪聲增加。齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角只能是直角，與總體的結(jié)構(gòu)布置不適應(yīng)。因此本設(shè)計(jì)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，這種方式重合度增加，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊與工作噪聲均能下降，而且齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角易于滿足轉(zhuǎn)向器的總體設(shè)計(jì)的要求。斜齒工作時(shí)有軸向力作用，因此此處需要采用角接觸球軸承，使軸承壽命降低，還有斜齒輪的滑磨比較大是它的缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用斜齒輪式方案。 3、齒條形式選擇 齒條斷面形狀通常只有圓形、V形和Y形三種。圓形斷面齒條的制作工藝最為簡單。圓形斷面與V形和Y形斷面齒條與比較，消耗的材料更為少，約節(jié)省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形斷面齒條的齒寬優(yōu)勢(shì)是可以做得寬些，因而強(qiáng)度得到增加。在齒條與托座之間通常裝有用減磨材料做的墊片，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)而破壞齒輪、齒條的齒不能正確嚙合的情況出現(xiàn)。本設(shè)計(jì)采用圓形端面齒條。 2.2.3齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的基本設(shè)計(jì) 采用側(cè)面輸入，中間輸出方案時(shí)，與齒條相連的左、右拉桿延伸到接近汽車縱向?qū)ΨQ平面附近。這種結(jié)構(gòu)的拉桿長度增加，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，兩拉桿會(huì)與齒條同時(shí)向左或右移動(dòng)，所以在轉(zhuǎn)向器殼體上開有軸向的長槽，從而降低了它的強(qiáng)度。下圖便是其結(jié)構(gòu)簡圖。 2.2.4齒輪齒條轉(zhuǎn)向器計(jì)算載荷的確定 為了保證行駛安全，組成轉(zhuǎn)向器的各零部件有足夠的強(qiáng)度，欲驗(yàn)算轉(zhuǎn)向器各零件的強(qiáng)度，首先需要確定各零件所承受的力及扭矩，影響這些力的主要因素為軸向載荷、路面阻力和輪胎胎壓等。為轉(zhuǎn)動(dòng)各轉(zhuǎn)向輪需克服阻力，包括主銷傳動(dòng)阻力和車輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中各摩擦阻力等。? 1.用半經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算汽車在瀝青路面上的原地轉(zhuǎn)向力矩 MR=?式中：? f：輪胎與地面間滑動(dòng)阻力系數(shù)? G1：轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷，N?? P：輪胎氣壓，0.2MPa MPa?將查資料所得數(shù)值：? 胎與地面間滑動(dòng)阻力系數(shù)f=0.7；??小轎車整車質(zhì)量m=1123kg；?該車容納乘客數(shù)5人；?每人質(zhì)量約60kg；?轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷率為55%。? G1=（1123+60×5）×9.8×55%??=7669.97N? 將數(shù)據(jù)代入式中，得：?MR==350404N.mm? 2.轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比iw的計(jì)算 ?sinα=L/R=2500/4600=0.543? 式中：? ?L：汽車軸距，2500mm? R：汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑，4600mm?，得：?? α=32.92。? tanβ=????式中：? B：前輪輪距，1350mm?，得：?β=44.87。? 角傳動(dòng)比iw=??式中：? ωw：轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角（速度），3.5×360。 ?ωk：轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角（速度），α+β=77.79。? 得：?iw=16.2? 3. 根據(jù)MR計(jì)算轉(zhuǎn)向盤上的手力Fh：? ?Fh=??????式中：? L1：轉(zhuǎn)向搖臂長度，mm? MR：原地轉(zhuǎn)向阻力矩，350404N.mm? L2：轉(zhuǎn)向節(jié)臂長度，mm Dsw：轉(zhuǎn)向盤直徑，設(shè)計(jì)為320mm ?iw：轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比，16.2? η+：轉(zhuǎn)向器的正效率，90%? 由于齒輪齒條轉(zhuǎn)向器無轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向節(jié)臂，故不代入數(shù)值。? Fh===150N 得：?Fh=150N? 3.梯形臂長度L2的計(jì)算 輪輞直徑= 16in=16×25.4=406.4mm 梯形臂長度 =×0.8/2= 406.4×0.8/2 =162.6mm,取=160mm 4.輪胎直徑RT的計(jì)算 =406.4+0.55×205=518.75mm 取=520mm 5.轉(zhuǎn)向盤扭力矩Tz： ?Tz=????式中：? Fh：轉(zhuǎn)向盤上的手力，150N Dsw：轉(zhuǎn)向盤直徑，設(shè)計(jì)為320mm ??將得：.轉(zhuǎn)向盤扭力矩Tz：?Tz=??24032N.mm?? 6．轉(zhuǎn)向橫拉桿直徑的計(jì)算：?d??=???式中：? MR：原地轉(zhuǎn)向阻力矩，350404N.mm? L1：梯形臂160mm? [σ]:材料許用應(yīng)力216MPa? d 得?d=3.6mm? 由于數(shù)值太小，因此取d=15mm。 7．?主動(dòng)齒輪軸的計(jì)算：?d???式中：? Mn：方向盤扭矩，24032N.mm? [τ]：材料許用切應(yīng)力，140MPa?， d 得：?d=11.8mm? 本設(shè)計(jì)取d=18mm 8.齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的齒輪 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 齒輪16MnCr5 滲碳淬火，齒面硬度56-62HRC 齒條 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) = = 2.2.5初步確定齒輪的基本參數(shù)和主要尺寸 (1) 選擇齒輪類型 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器若用直齒圓柱齒輪則會(huì)使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性降低、沖擊大、噪聲增加。故齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的齒輪多采用斜齒圓柱齒輪。齒輪的模數(shù)取值范圍在2~3mm之間。主動(dòng)小齒輪齒數(shù)在5~8個(gè)范圍變化， 根據(jù)轉(zhuǎn)向器齒輪傳動(dòng)的工作條件，應(yīng)選擇用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合傳動(dòng)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) (3) 初選參數(shù) 初選 =6 =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150×0.16=24=2400 閉式硬齒面?zhèn)鲃?dòng)，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。 = =2.53 (5) 確定載荷系數(shù) =1，由, /100=0.000697,=1；對(duì)稱布置，取=1.06； 取=1.3 則=1×1×1.06×1.3=1.378 (6) 修正法向模數(shù) =2.5×=2.48 圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，取=3 2.2.6確定齒輪傳動(dòng)主要參數(shù)和幾何尺寸 (1) 計(jì)算分度圓直徑 ==18.5 (2) 計(jì)算齒頂圓直徑 =18.5+2 =18.5+2×3(1+0)=24.5 (3) 計(jì)算齒根圓直徑 =18.5-2 =18.5-2×3×1.25=11 (4) 計(jì)算齒寬 =0.8×18.5=14.8 由于相互嚙合齒輪的基圓齒距必須相等的，所以。 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 =4.7 4.校核齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度 =189.8 =2.45 取=0.8，==0.985 所以 =189.8×2.45×0.8×0.985 × =1610.87 因此齒輪模數(shù)為3mm，齒數(shù)為6，=18.5，=24.5，=11，=14.8，=3， =3.75，=4.7， 齒面接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求，齒輪參數(shù)合格，可使用。 齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度校核： 經(jīng)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得： σFlim= 580MPa SHlim= 1.05 YN=1.25【接觸次數(shù)取8×106次，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得】 σF= YF YS YβYε YF：外齒輪的齒形系數(shù)2.8【由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得】 YS：外齒輪齒根應(yīng)力修正系數(shù)1.5【由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得】 Yβ：螺旋角系數(shù)0.9【由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得】 Yε：重合度系數(shù)，0.75【由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得】 σF= YF YS YβYε =×2.8×1.5×0.9×0.75 =194.5MPa σF=194.5MPa[σF]= 473.5MPa 所以齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限符合要求 ?? 2.2.7齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的綜合分析設(shè)計(jì)及計(jì)算： 齒條：齒條是在轉(zhuǎn)向器的殼體內(nèi)來回滑動(dòng)的，本體是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等固定位置上的。齒條可以替代梯形轉(zhuǎn)向桿系的搖桿和轉(zhuǎn)向搖臂，并能夠保證轉(zhuǎn)向橫拉桿在適當(dāng)?shù)母叨饶軌蚴蛊渑c懸架下擺臂平行。齒條可以直接作是梯形轉(zhuǎn)向桿系的轉(zhuǎn)向直拉桿。導(dǎo)向座將齒條安裝在轉(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，使得前輪轉(zhuǎn)向。 1. 轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向盤的單位轉(zhuǎn)角增量與齒條位移增量的反比定義為齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的線角傳動(dòng)比。 假設(shè)齒輪擁有足夠多的嚙合長度，并且齒輪在齒條上滾動(dòng)但是齒條不動(dòng)的嚙合情況，當(dāng)齒輪每嚙合一周時(shí)，齒輪中心線就會(huì)由O-O位置移動(dòng)到O‘-O’這個(gè)位置。這時(shí)可以知道AB=πd，齒輪在齒條上移動(dòng)的距離為AC： 所以AC=ABcosθ=πdcosθ 其中： θ：齒輪安裝角，（°） d：齒輪分度圓直徑（mm） 齒輪在垂直于齒條中心線MM的方向上移動(dòng)了BC距離： BC=ABsinθ=πdsinθ 在齒條實(shí)際工作中是運(yùn)動(dòng)的，齒輪只是繞軸承中心線轉(zhuǎn)動(dòng)，并不移動(dòng)。只能是齒條沿其軸線移動(dòng)，可見BC在實(shí)際工作中不存在，從中可知： CD=BCtanβr 在齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周，齒條實(shí)際移動(dòng)距離AD為： AD=AC-CD=πdcosθ-πdsinθtanβr 式中： βr：齒條傾角（0） AD就是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的線角傳動(dòng)比： 即：i=πdcosθ-πdsinθtanβr= =41.8mm/rad d= mn1z1/cosβ； mn=2.2； z1=6； βr=7.44090 =7°26‘27’‘ 設(shè)計(jì)為側(cè)邊輸入，安裝角θ=3.5°； 將θ=0°，得： β=10.989192410 =10°59‘35‘’ 齒條的齒數(shù)計(jì)算z2： Z2= L：齒條行程，61.5mm Mn2:齒條模數(shù)，3 α2：齒條壓力角，α2=23°14‘50’‘ 將數(shù)據(jù)代入 Z2= =2*61.5÷（3.1415*3*cos23°） z2=15；取整數(shù)值z(mì)2=20 齒輪直徑d= mn1z1/cosβ=13.45mm 取齒寬系數(shù)Ψd=1.2 齒寬b=Ψd×d=16.2mm 所以齒條寬b2取30mm，即b2=30mm； 齒輪寬b1=b2+10=40mm，即b1=40mm 名稱 符號(hào) 公式 齒輪 齒條 法向模數(shù) mn - 3 3 壓力角 α - 200 23014‘50’‘ 齒數(shù) Z - 6 20 分度圓直徑 da d= mn1z1/cosβ 18.5 - 變位系數(shù) xn - 1 - 齒頂高 ha ha= ha*×mn 3 3 齒根高 hf hf= （ha*+c*-xn）×mn 3.75 3.75 齒頂圓直徑 da da=d-2×ha 24.5 - 齒根圓直徑 df df=d-2×hf 11 - 螺旋角 β - 10059‘35‘’ 7026‘27’‘ 齒寬 b - 40 30 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器間隙調(diào)整彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算： 若設(shè)計(jì)要求彈簧力為Fmax=650N，最大間隙λmax=8mm，該彈簧在軸徑為18mm的軸上工作，外徑小于35mm，自由長度小于50mm設(shè)計(jì)。 假設(shè)彈簧絲直徑d=5mm；查表得到旋繞比C=4~8，取6；曲度系數(shù)k=1.25（圓絲拉壓彈簧）；σB=1400MPa；[τT]=0.4σB=560MPa 計(jì)算彈簧直徑d=1.6 ==4.72mm； 取d=5mm 計(jì)算彈簧圈數(shù)n==2.85，取3加上2圈死圈，共5圈。 彈簧外徑D=D2+5=35mm 彈簧最小節(jié)距Pmin=d++δmin =8.17mm 彈簧在自由狀態(tài)下的長度H0=np+(n’-n+1)d=39.5mm 所以設(shè)計(jì)的彈簧符的工作圖尺寸數(shù)據(jù)如下： 穩(wěn)定性驗(yàn)算 高徑比 b=H0/D2=39.5/35=1.12<5.3 滿足穩(wěn)定性要求。 (5) 檢查δ及δ1 鄰圈間隙 δ=t-d=7.92-5=2.92mm 彈簧單圈的最大變形量 λmax/n=8/4.43=1.81mm 故在最大載荷作用下仍留有間隙δ1, δ1=2.92-1.81=1.11>0.1d τs=1.25[τ]=1.25×765=956.25MPa 彈簧的極限載荷 ==3.14×52×956.25/(8×6×1.4)=1113N 彈簧的安裝載荷 =0.9Fmax=0.9×1113=1000N 彈簧剛度 Cs=Gd/(8C3n)=80000×5/(8×43×4.43)=176.35N/mm 安裝變形量 =/Cs=1000/176.35=5.6mm 最大變形量 =/Cs=1113/176.35=6.3mm 極限變形量 =/Cs=1113/176.35=6.3mm 安裝高度 H1=H0-=39.5-7.20=32.3mm 工作高度 H2=H0-=39.5-6.3=33.2mm 極限高度 H3=H0-=39.5-6.3=33.2mm 2.2.8齒輪軸強(qiáng)度校核 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。 =2×24000/18.5=2594.59 =973.26 =646.9N 2. 齒輪軸的強(qiáng)度校核 1.軸的受力分析 (1) 畫軸的受力簡圖。 (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 =2594.59×18.5/2=23999.95 2.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)》[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)β=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]=1.3～1.5，顯然S>[S]，故a-a剖面安全。 十一.軸承的選擇： 軸承選擇6201和6202兩個(gè)型號(hào) 軸承6004N，深溝球軸承，內(nèi)徑d=12mm 軸承N4047，深溝球軸承，內(nèi)徑d=15mm，外徑D=35mm，寬B=11mm基本額定載荷Cr=7.65kN，C0r=3.72kN，脂潤滑，極限轉(zhuǎn)速22000r/min 2.3 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)選擇與計(jì)算 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)主要保證轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)汽車的車輪均能繞同一瞬時(shí)轉(zhuǎn)向的中心在不同半徑的圓周上作無滑動(dòng)的純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。為了能夠達(dá)到總體布置要求的最小轉(zhuǎn)彎直徑值，轉(zhuǎn)向輪需要足夠大的轉(zhuǎn)角。轉(zhuǎn)向梯形應(yīng)當(dāng)能夠保證內(nèi)、外轉(zhuǎn)向車輪的理想轉(zhuǎn)角關(guān)系。轉(zhuǎn)向梯形有整體式和斷開式兩種，選擇整體式或斷開式轉(zhuǎn)向梯形方案與懸架采用何種方案有聯(lián)系。無論采用哪一種方案，必須正確選擇轉(zhuǎn)向梯形參數(shù)，做到汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，保證全部車輪繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心行駛，使在不同圓周上運(yùn)動(dòng)的車輪，作無滑動(dòng)的純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，為達(dá)到總體布置要求的最小轉(zhuǎn)彎直徑值，轉(zhuǎn)向輪應(yīng)有足夠大的轉(zhuǎn)角[3]。 轎車在轉(zhuǎn)向的過程中，如果轉(zhuǎn)向前輪的偏轉(zhuǎn)角一致，導(dǎo)致前后車輪的瞬間轉(zhuǎn)向中心不一致，車輪就會(huì)產(chǎn)生側(cè)滑，最終造成輪胎的磨損量增加，行駛阻力突變大，轉(zhuǎn)向困難。 為了能夠使轉(zhuǎn)向順利，車輪在地面做純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)而不產(chǎn)生側(cè)偏，四個(gè)車輪繞同一瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心滾動(dòng)即阿克曼(Ackerman)理論轉(zhuǎn)向特性[14]。阿克曼理論轉(zhuǎn)向特性是以汽車前輪定位角都等于零、 行走系統(tǒng)為剛性、 汽車行駛過程中無側(cè)向力為假設(shè)條件的。 圖 5.1 2.3.1轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)方案分析 本設(shè)計(jì)采用的是整體式的轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)。整體式轉(zhuǎn)向梯形是由轉(zhuǎn)向橫拉桿l，轉(zhuǎn)向梯形臂2和汽車前軸3所組成，如圖所示，其中梯形臂呈收縮狀向后延伸。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，汽車前輪調(diào)整十分容易，制造成本較低；缺點(diǎn)是一側(cè)轉(zhuǎn)向輪上、下跳動(dòng)時(shí)，會(huì)影響另一側(cè)轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向。 圖5.2 轉(zhuǎn)向梯形 1—轉(zhuǎn)向橫拉桿 2—轉(zhuǎn)向梯形臂 3—前軸 當(dāng)汽車前懸架采用的是非獨(dú)立懸架時(shí)，就該采用整體式轉(zhuǎn)向梯形。整體式轉(zhuǎn)向梯形的橫拉桿可位于前軸后(稱為后置梯形)。 2.3.2轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型分析 汽車轉(zhuǎn)向行駛受彈性輪胎側(cè)偏角的影響，四個(gè)車輪不是繞位于后軸沿長線上的點(diǎn)滾動(dòng)，而是繞位于前軸和后軸之間的汽車內(nèi)側(cè)中的某一點(diǎn)而滾動(dòng)，這個(gè)點(diǎn)的位置與前輪和后輪的側(cè)偏角大小有關(guān)。因影響輪胎側(cè)偏角因素有很多，而且都是難以精確確定，在忽略側(cè)偏角影響的條件下，分析兩軸汽車的轉(zhuǎn)向問題。兩個(gè)轉(zhuǎn)向前輪軸線的延長線應(yīng)交在后軸延長線上[4]，假設(shè)θi、θo分別是內(nèi)、外轉(zhuǎn)向車輪轉(zhuǎn)角，L是汽車軸距，K是兩主銷中心線延長線到地面交點(diǎn)之間的距離。要保證全部車輪繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心行駛，則需要梯形機(jī)構(gòu)應(yīng)保證內(nèi)、外轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)角有如下關(guān)系： 圖中為理想的內(nèi)、外車輪轉(zhuǎn)角關(guān)系簡圖 若自變角為θo，則因變角θi的期望值為: （5.2） 本轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)僅能近似滿足上式關(guān)系。以圖中所示的后置梯形機(jī)構(gòu)為例，在圖上作輔助用虛線，可利用余弦定理可推定轉(zhuǎn)向梯形所給出的實(shí)際因變角為 式中：m為梯形臂長；γ為梯形底角。 本設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)向梯形給出的實(shí)際因變角，比較接近理論上的期望值。偏差在最常使用的中間位置附近小角范圍內(nèi)應(yīng)該盡量的小，盡可能地減少高速行駛時(shí)輪胎的磨損；在遇到不經(jīng)常使用且車速較低的最大轉(zhuǎn)角，可放寬要求。因此，再引入加權(quán)因子，構(gòu)成評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)優(yōu)劣的目標(biāo)函數(shù)為 由以上可得： 式中：x為設(shè)計(jì)變量，；θomax為外轉(zhuǎn)向車輪最大轉(zhuǎn)角，由圖得 式中，Dmin為汽車最小轉(zhuǎn)彎直徑；a為主銷偏移距。 考慮到多數(shù)使用工況下轉(zhuǎn)角θo小于20°，且10°以內(nèi)的小轉(zhuǎn)角使用得更加頻繁，因此?。? 設(shè)計(jì)建立約束條件時(shí)應(yīng)考慮到：設(shè)計(jì)變量m及γ過小時(shí)，會(huì)使橫拉桿上的轉(zhuǎn)向力過大；當(dāng)m過大時(shí)，就會(huì)使得梯形布置困難，故對(duì)m的上、下限及對(duì)γ的下限必須設(shè)置約束條件。因?yàn)棣迷酱?，梯形就越是接近矩形，的值就越大，?yōu)化過程是求的極小值，沒必要對(duì)γ的上限加以限制。所以各設(shè)計(jì)變量的取值范圍構(gòu)成的約束條件為： 梯形臂長度m設(shè)計(jì)時(shí)一般取在mmin=0.11K，mmax=0.15K。梯形底角γmin=70° 此外四連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角δ不宜過小，通常取δ≥δmin＝40°。轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)在汽車向右轉(zhuǎn)彎至極限位置時(shí)達(dá)到最小值，只需要考慮右轉(zhuǎn)彎時(shí)δ≥δmin即可。利用該圖所作的輔助用虛線及余弦定理，可推出最小傳動(dòng)角約束條件為： 式中：δmin為最小傳動(dòng)角。δmin=40°，故由式可知，δmin為設(shè)計(jì)變量m及γ的函數(shù)。 由以上四項(xiàng)公式約束條件所形成的可行域，如圖所示的幾種情況。 圖5.4b適用于要求δmin較大，而γmin可小些的車型；圖5.4c適用于要求γmin較大，而δmin小些的車型；圖a適用介于圖b、c之間要求的車型。 圖 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的可行域 2.3.3 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)就是將轉(zhuǎn)向器輸出端的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)變?yōu)樽?、右轉(zhuǎn)向車輪繞其轉(zhuǎn)向主銷的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并使它們能夠偏轉(zhuǎn)到繞同一瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心的不同軌跡圓上，實(shí)現(xiàn)車輪無滑動(dòng)地滾動(dòng)轉(zhuǎn)向。為了能夠使得左、右轉(zhuǎn)向的車輪偏轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系能滿足這一轎車轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求，則需由轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的精確設(shè)計(jì)來保證[10]。 1. 轉(zhuǎn)向傳送機(jī)構(gòu)的臂、桿與球銷 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的桿件需要選用剛性好、質(zhì)量更加小的20、30或35號(hào)鋼的無縫鋼管制造，沿長度方向的外形可以根據(jù)總布置空間的需要確定[11]。 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的各元件間采用球形鉸接，球形鉸接的特點(diǎn)是能夠消除鉸接處的表面磨損所產(chǎn)生的間隙，也能夠滿足兩鉸接件間復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。一般的球形鉸接的結(jié)構(gòu)中都是用彈簧將球頭與襯墊壓緊。采用有效的保護(hù)措施保持住潤滑材料及防止灰塵污物進(jìn)入。 一般來說球銷與襯墊都是采用低碳合金鋼如12CrNi3A或20CrN制造的，工作的表面都是經(jīng)過滲碳淬火處理，滲碳層一般深1.5～3.0mm，表面硬度為HRC 56～63。一般都是采用中碳鋼40或者45制造經(jīng)過高頻淬火處理，球銷的過渡圓角處則用滾壓工藝增強(qiáng)。球形鉸接的殼體則用鋼35或40制造。 2.轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部 轉(zhuǎn)向橫拉桿與梯形轉(zhuǎn)向桿系的結(jié)構(gòu)很相似。球頭銷一般是通過螺紋與齒條連接，當(dāng)這些球頭銷適當(dāng)擰緊時(shí)，在球頭銷上就會(huì)作用了一個(gè)預(yù)載荷。防塵套夾必須在轉(zhuǎn)向器兩側(cè)的殼體和轉(zhuǎn)向橫拉桿上，達(dá)到阻止雜物進(jìn)入球銷及齒條的作用。 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)向桿系的結(jié)構(gòu)很相似。側(cè)面螺母將橫拉桿外端與橫拉桿鎖緊。 圖2.2 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—六角開槽螺母 6—球碗 7—端蓋 8—梯形臂 9—開口銷 表2.2 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 300 2 橫拉桿直徑 18 3 螺紋長度 25 4 外接頭總長 100 5 球頭銷總長 60 6 球頭銷螺紋公稱直徑 M10×1 7 外接頭螺紋公稱直徑 M12×1.5 8 轉(zhuǎn)向梯形臂 m 200 3.1轉(zhuǎn)向器的最終設(shè)計(jì)方案 3.1爆炸視圖 第4章 總結(jié) 時(shí)間如水，畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成也代表四年的大學(xué)生活即將結(jié)束。這也是對(duì)我這四年學(xué)習(xí)生活的綜合測(cè)評(píng)。本次設(shè)計(jì)是中間輸出機(jī)械齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)。10月份的選擇了中間輸出機(jī)械齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)這個(gè)題目，我就在圖書館收集了好幾本關(guān)于中間輸出機(jī)械齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)的文獻(xiàn)資料。 第一步是做開題報(bào)告，我分析了很多轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)地對(duì)這些轉(zhuǎn)向器進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)的分類，對(duì)自己想象的轉(zhuǎn)向器完善，跟室友同學(xué)討論，然后畫出草圖。大概11月的時(shí)候，我就對(duì)齒輪齒條轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，參考了大量的資料，對(duì)每個(gè)零件分析與想象，制定出初步的結(jié)構(gòu)原理圖。然后就對(duì)所需要計(jì)算的零件尺寸按照一般的計(jì)算流程進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)也對(duì)轉(zhuǎn)向器進(jìn)行修改，一步步地完善。大概到了12月左右就開始著手零件的繪制，從中尋找靈感。在設(shè)計(jì)得過程中發(fā)現(xiàn)了很多困難，例如怎樣做得結(jié)構(gòu)簡單啊，怎樣加工起來零件少啊，有很好的實(shí)用性能啊等等。最后還是解決了這些問題，但是還是不夠完善，要是再做一次，我相信能做得更加好。在1月的時(shí)候就定好了轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)，然后就計(jì)算轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，在計(jì)算方面我都是嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)上進(jìn)行計(jì)算的，盡量在零配件上面使用標(biāo)準(zhǔn)件，以減少制造時(shí)的成本。同時(shí)也對(duì)之前初定的結(jié)構(gòu)原理圖進(jìn)一步完善與修改。最后就是對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行有機(jī)的整合，然后再建立三維立體圖，利用我最熟悉的solidworks軟件對(duì)轉(zhuǎn)向器進(jìn)行有限元分析，作為最后的檢查與參考。到了此時(shí)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)總算完成了，從課題的選擇，文獻(xiàn)的查閱，方案的確定，結(jié)構(gòu)的分析，液壓回路的設(shè)定，圖紙的設(shè)計(jì)，受力方面的計(jì)算等等，無一都滲透著我的汗水與努力。本設(shè)計(jì)中的轉(zhuǎn)向器結(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(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。通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)在書上學(xué)到的東西遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠應(yīng)付機(jī)械研發(fā)設(shè)計(jì)上的需要，日后還需要加倍努力，用豐富的知識(shí)充實(shí)自己，為今后的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn) （1）《汽車設(shè)計(jì)》，王望予 主編，機(jī)械工業(yè)出版社； （2）《汽車設(shè)計(jì)》，劉惟信 主編，清華大學(xué)出版社； （3）《汽車構(gòu)造》，陳家瑞 主編，人民交通出版社； （4）《汽車?yán)碚摗?，余志?主編，機(jī)械工業(yè)出版社； （5）《機(jī)械原理》，孫桓 陳作模 主編，高等教育出版社； （6）《機(jī)械設(shè)計(jì)》，朱文堅(jiān) 黃平 吳昌林 主編，高等教育出版社； （7）《材料力學(xué)》，范欽珊 殷雅俊 編著，清華大學(xué)出版社； （8）《互換性與測(cè)量技術(shù)》，黃鎮(zhèn)昌 編，華南理工大學(xué)出版社； （9）《汽車前橋及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與維修》，肖永清 楊忠敏，國防工業(yè)出版社； （10）《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》，曾志新 呂明，武漢理工大學(xué)出版社； （11）《適用于微型汽車的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器》，陳亞麗，汽車技術(shù)； （12）《齒輪－齒條式轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)》，張敏中，江蘇工學(xué)院學(xué)報(bào)； （13）《齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)演變》，鄭校英，汽車與配件； （14）《汽車轉(zhuǎn)向裝置百年發(fā)展簡史》，曉青，上海汽車； （15）《汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向知多少》，李栓成，汽車運(yùn)用 致謝 首先誠摯的感謝我的論文指導(dǎo)老師黎啟柏老師。他在忙碌的教學(xué)工作中擠出時(shí)間來審查、修改我的論文。還有教過我的所有老師們，你們嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣;他們循循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。感謝四年中陪伴在我身邊的同學(xué)、朋友、感謝他們?yōu)槲业漠厴I(yè)設(shè)計(jì)提出建議和意見，有了他們的支持、鼓勵(lì)和幫助，我才能充實(shí)的度過了四年的學(xué)習(xí)生活。大學(xué)生活一晃而過，回首走過的歲月，心中倍感充實(shí)，當(dāng)我寫完這篇畢業(yè)論文的時(shí)候，有一種如釋重負(fù)的感覺，感慨良多。最后，很感謝閱讀這篇畢業(yè)設(shè)計(jì)的人們，感謝你們抽出寶貴的時(shí)間給予指導(dǎo)與批評(píng)。 35