齒輪齒條轉(zhuǎn)向器畢業(yè)設(shè)計說明書cad圖紙[共31頁]

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1、 J I A N G S U U N I V E R S I T Y 本 科 畢 業(yè) 論 文 微型客車的動力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計 Design of power steering gear rack of mini bus 學院名稱： 汽車與交通工程學院 專業(yè)班級： 學生姓名： 指導教師姓名： 指導教師職稱： 教授 2014年 6 月

2、 目 錄 緒論 1 第一章 轉(zhuǎn)向器設(shè)計方案的選擇 3 1.1類型的選擇 3 1.1.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 3 1.1.2循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 3 1.2齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的輸入形式及特點 3 1.2.1 側(cè)面輸入，中間輸出 3 1.2.2 兩端輸出 3 1.2.3 側(cè)面輸入，一端輸出 3 1.3齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器齒輪齒條形式 4 1.4齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在汽車上布置形式 4 第二章 轉(zhuǎn)向系計算載荷的確定： 4 2.1整車性能參數(shù) 4 2.2原地轉(zhuǎn)向阻力矩MR的計算 5 2.3轉(zhuǎn)向盤手力Fh的計算 5 2.4轉(zhuǎn)向橫拉桿直徑的計算 7 第三章 轉(zhuǎn)向器齒輪和齒條的設(shè)計 7

3、 3.1齒輪軸的尺寸設(shè)計 8 3.2齒條的尺寸設(shè)計 8 第四章 轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部設(shè)計 9 4.1轉(zhuǎn)向橫拉桿及接頭的尺寸設(shè)計 10 第五章 間隙調(diào)整裝置設(shè)計及轉(zhuǎn)向器的安裝 10 5.1齒條調(diào)整裝置的尺寸設(shè)計 10 5.2 轉(zhuǎn)向傳動比 11 5.3 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的安裝 11 第六章 齒輪軸和齒條的強度校核 12 6.1齒輪齒條的校核 12 6.2齒輪齒條轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向橫拉桿的運動分析 15 6.3齒輪齒條傳動受力分析 16 6.4齒輪軸的強度校核 17 第七章 其他零件的設(shè)計計算 19 7.1間隙調(diào)整彈簧的設(shè)計計算 19 7.2齒輪軸軸承的校核 21 7.3 鍵的計

4、算 21 結(jié)論 22 致謝 22 參考文獻 22 全套cad圖紙加qq 466491953 總圖量3張a0圖紙 微型客車的動力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計 摘要：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(yīng)準確，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時，在駕駛員松開方向盤的狀態(tài)下，應(yīng)保證汽車自動返回穩(wěn)定的直線行使狀態(tài)。  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

5、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。  齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器是一種最常見的轉(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(yīng)用。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(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。    關(guān)鍵詞：客

6、車 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器 液壓助力 Design of power steering gear rack of mini bus Abstract The steering system is used to maintain or change the direction of vehicle body, steering system should be accurate, fast,steady response to command pilot, to exercise or by externaldisturbance, the driver release

7、 steering condition, shouldensure the auto return line steady exercise state. Steering gear is a key part of the steering system is mainly composed of, with the wide application of electronic technology in automobile, also to have great change device structure. From the perspective of common used

8、 at present, there are 4 main types: the steering worm pin type (WP type), worm and roller(WR), circulating ball type (BS type), rack and pinion type (RP type). The four type of the steering gear, has been widely usedin automobile. Rack and pinion steering gear is one of the most commonsteering g

9、ear. The basic structure is a pair of mutually engaged with the pinion and rack. The steering shaft drives the smallgear to rotate, the rack will move in a straight line. Sometimes,on the rack to directly drive rod, can make the steering wheel.So, this is one of the most simple steering gear. It has

10、 the advantages of simple structure, low cost, sensitive steering,small size, can be directly drives the tie rod. Widely used in automobile. Recirculating ball type steering gear and rack and pinion steering gear, has become one of the world's two majorautomobile steering gear; the worm wheel an

11、d worm gear andworm, Xiao steering, are gradually being eliminated or retain a small position. Key words passenger car Rack and pinion steering gear Hydraulic power 引 言 現(xiàn)代社會隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車轉(zhuǎn)向器也在不斷的得到改進，雖然電子轉(zhuǎn)向器已開始應(yīng)用，但機械式轉(zhuǎn)向器仍然廣泛地被世界各國汽車及汽車零部件生產(chǎn)廠商所

12、采用。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%。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器是由與轉(zhuǎn)向軸做成一體的轉(zhuǎn)向齒輪和橫向拉桿做成一體的齒條組成， 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器最主要的優(yōu)點是：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??；傳動效率高達90%；能自動消除齒間間隙；轉(zhuǎn)向器占用的體積?。恢圃斐杀镜?。 在《當前國家重點鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》中，汽車關(guān)鍵零件開發(fā)和制造被列為重點扶持的項目，國家技委和科技部也將汽車關(guān)鍵部件劃入當前國家優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點領(lǐng)域，所以，具有先進水平的汽車轉(zhuǎn)向器

13、的研發(fā)、生產(chǎn)將會得到有力的政策支持。隨著全球汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，汽車的需求量大幅攀升，汽車制造已向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移。隨著國際上汽車行業(yè)開始實行零部件“全球化采購”策略及國際跨國汽車企業(yè)推行本土化策略，國內(nèi)汽車市場將出現(xiàn)巨大的零部件配件缺口。2010年，中國汽車零部件國內(nèi)產(chǎn)值突破1萬億元，市場前景廣闊。按照汽車零部件工業(yè)“十五”發(fā)展目標，2005年中國汽車保有量2198—2315萬輛，其中轎車843—860萬輛。因此作為關(guān)鍵零部件的汽車轉(zhuǎn)向器在中國銷售市場上全景廣闊。 轉(zhuǎn)向器總成是汽車行駛系統(tǒng)中的重要安全部件，其質(zhì)量好壞對汽車直線行駛的穩(wěn)定性和操縱穩(wěn)定性都有直接影響 。 轉(zhuǎn)向

14、器一般固定在汽車車架或車身上，是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的減速機構(gòu)，它一般由1~2級傳動副組成，其結(jié)構(gòu)有多種形式。 轉(zhuǎn)向器的功用有：將轉(zhuǎn)向力的放大；將方向盤的轉(zhuǎn)矩變?yōu)檗D(zhuǎn)向搖臂的前后擺動。 對轉(zhuǎn)向器的要求：轉(zhuǎn)向靈敏，故轉(zhuǎn)向器的減速比不可太大，一般轎車轉(zhuǎn)向器的減速比為12~21；有較高的傳動效率；增大由方向盤傳到轉(zhuǎn)向節(jié)的力并改變力的傳遞方向，獲得所要求的擺動速度和角度；有一定的可逆性，即從轉(zhuǎn)向輪自動回正和傳遞適當路感這兩個因素綜合考慮。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器主要的特點是：結(jié)構(gòu)簡單、輕便，轉(zhuǎn)向機構(gòu)體積小，齒條本身能作傳力件；齒輪齒條直接嚙合，操作靈敏；轉(zhuǎn)向器總成完全密封，免維護。因此齒輪齒條式轉(zhuǎn)

15、向器多用于獨立懸架的轎車、輕型貨車等前轉(zhuǎn)向輪上。采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器可以使轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)簡化（不需要轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向直拉桿等），加工方便，工作可靠，使用壽命長。另外，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器屬于可逆式轉(zhuǎn)向器，其正逆效率都很高，自動回正能力很強，特別適合與麥弗遜式懸架配合使用，傳動比可變滿足汽車低速行駛時轉(zhuǎn)向輕便、高速行駛時轉(zhuǎn)向靈敏的需要。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的組成：轉(zhuǎn)向齒輪（主動件）、轉(zhuǎn)向齒條（從動件）、滾針軸承總成、螺塞、緊固轉(zhuǎn)向齒輪螺母、單列向心球軸承、壓塊、墊片、壓縮彈簧、隔套、緊固側(cè)蓋螺栓、O型橡膠密封圈、調(diào)整螺栓、側(cè)蓋O型橡膠密封圈、轉(zhuǎn)向減震器總成、鋼絲擋圈、轉(zhuǎn)向器堵塞、緩沖塊、左右環(huán)箍、襯套總

16、成、防塵套、緊固轉(zhuǎn)向減震器螺母、側(cè)蓋、殼體等。  循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(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。  “變速比和高剛性”是目前世界上生產(chǎn)的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)的方向。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的速比特性是決定汽車轉(zhuǎn)向輕便性、操縱穩(wěn)定性和機動性的重要因素之一。選擇速比時除了要考慮具體車型特點外,還必須考慮兩種基本工況,即高速直線行駛和低速大轉(zhuǎn)角行駛。不同的工況和不同的使用性能對速比特性互相矛盾的要求是等速比轉(zhuǎn)向器所不能滿足的。因此,近年來變速比轉(zhuǎn)向器應(yīng)運而生,得到迅速發(fā)展。  專業(yè)化生產(chǎn)已成為一

17、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。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器在國外實現(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。  動力轉(zhuǎn)向是發(fā)展方向。動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛，不僅在重型汽車上必須裝備，在高級轎車上應(yīng)用的也較多，在中型汽車上的應(yīng)用也逐漸推廣。主要是從減輕駕駛員疲勞，提高操縱輕便性和穩(wěn)定性出發(fā)；次要是從減小因在高速行駛中前輪突然爆胎而造成的事故出發(fā)。動力轉(zhuǎn)向有3種形式：整體式、半分置式及聯(lián)閥式動力轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)。從發(fā)展趨勢上看，國外整體式轉(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。 第一

18、章 轉(zhuǎn)向器設(shè)計方案的選擇： 1.1類型的選擇 轉(zhuǎn)向器主要有齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式等，其中廣泛應(yīng)用的是齒輪齒條式和循環(huán)球式。 1.1.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；殼體由鋁合金或鎂合金壓鑄而成，故質(zhì)量比較小；傳動效率高達90%；齒輪齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙后，可利用裝在齒條背部、靠近小齒輪的壓緊力可以調(diào)節(jié)的彈簧自動消除齒間間隙，在提高系統(tǒng)剛度的同時也可防止工作時產(chǎn)生沖擊和噪聲；轉(zhuǎn)向器占用體積小；沒有轉(zhuǎn)向搖臂和橫拉桿，可以增大轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角；制造成本低。 缺點：逆效率高，汽車在不平路面行駛時會出現(xiàn)汽車方向控制難度增加還有可能出現(xiàn)打手現(xiàn)象。 1

19、.1.2循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 優(yōu)點：在螺桿和螺母之間有可以循環(huán)流動的鋼球，將滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦，傳動效率可達75%-85%；轉(zhuǎn)向器傳動比可以變化；工作平穩(wěn)可靠；齒條齒扇間間隙調(diào)整工作容易進行；適合做整體式動力轉(zhuǎn)向器。 缺點：逆效率高，結(jié)構(gòu)復雜，制造困難，制造精度要求高。 通過對齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的對比，選擇采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 1.2齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的輸入形式及特點 1.2.1 側(cè)面輸入，中間輸出：與齒條固連的左右拉桿延伸到接近汽車縱向?qū)ΨQ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，有利于減少車輪的上下跳動時轉(zhuǎn)向系與懸架系的運動干涉，拉桿與齒條

20、用螺栓固連在一起，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，從而降低了他的強度。 1.2.2 采用兩端輸出方案時，由于轉(zhuǎn)向拉桿長度受到限制，容易與懸架系統(tǒng)導向機構(gòu)產(chǎn)生運動干涉。 1.2.3 側(cè)面輸入，一端輸出的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器，常用在平頭貨車上。 通過對比選擇側(cè)面輸入，兩端輸出形式。 中間輸入，兩端輸出(a)；側(cè)面輸入，兩端輸出(b)；側(cè)面輸入，中間輸出(c)；側(cè)面輸入，一端輸出(d)。 1.3齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器齒輪齒條形式 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，則運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性降低，沖擊大，工作噪聲增加。此外

21、，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太適應(yīng)而遭淘汰。采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合，增加運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性，降低沖擊和噪聲。 齒條斷面有圓形、V形和Y形三種。圓形斷面制造簡單；V形和Y形節(jié)約材料，質(zhì)量小而且位于齒條下面的兩斜面與齒條托坐接觸，可以用來防止齒條繞軸線轉(zhuǎn)動。 1.4齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在汽車上布置形式采用轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形。 第二章 轉(zhuǎn)向系計算載荷的確定 2.1整車性能參數(shù) 前輪最小轉(zhuǎn)彎直徑為4.95米 輪距為1290毫米 軸距為2.5m 方向盤圈數(shù)為3.5-4圈。 2.2原地轉(zhuǎn)向阻力矩MR的計

22、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(N·mm)。 車輛滿載質(zhì)量為1620kg, 發(fā)動機前置后驅(qū)前軸軸負荷率為45%。 表

23、1 原地轉(zhuǎn)向阻力矩MR的計算 設(shè)計計算和說明 計算結(jié)果 式中 f——輪胎和路面間的滑動摩擦因數(shù)；一般取0.7 ——轉(zhuǎn)向軸負荷，單位為N； P——輪胎氣壓，單位為 =315059.22 2.3轉(zhuǎn)向盤手力Fh的計算 轉(zhuǎn)向器角傳動比iw的計算 （1）sinα= 式中： L：汽車軸距，2500mm （2） 式中： L：汽車軸距，2500mm R：汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑，4950mm B：前輪輪距，1290mm 。 （3）角傳動比 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）。 輕型車一般取15-23

24、 因此取整18 表2 轉(zhuǎn)向盤手力Fh的計算 設(shè)計計算和說明 計算結(jié)果 式中 ——轉(zhuǎn)向搖臂長, 單位為mm； ——原地轉(zhuǎn)向阻力矩, 單位為N·mm ——轉(zhuǎn)向節(jié)臂長, 單位為mm； ——為轉(zhuǎn)向盤直徑,單位為mm；設(shè)計為380mm； iw——轉(zhuǎn)向器角傳動比； η+——轉(zhuǎn)向器正效率。一般70%-80% 因齒輪齒條式轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)無轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向節(jié)臂，故、不代入數(shù)值。 =315059.22 =380mm iw=18取=80% =115.15N 對給定的汽車，用上式計算出來的作用力是最大值。因此

25、，可以用此值作為計算載荷。 2.4轉(zhuǎn)向橫拉桿直徑的計算 設(shè)計 輪輞直徑= 13in=13×25.4=330.2mm 梯形臂長度 =×0.8/2= 330.2×0.8/2=132.08mm,取=132mm [σ]:材料許用應(yīng)力216Mpa 表3轉(zhuǎn)向橫拉桿直徑的計算 設(shè)計計算和說明 計算結(jié)果 =; 取=15mm 2.5主動齒輪軸的計算 初步估算主動齒輪軸的直徑： [τ]：材料許用切應(yīng)力，140Mpa 轉(zhuǎn)向盤扭力矩的計算：

26、 表4主動齒輪軸的計算 設(shè)計計算和說明 計算結(jié)果 =140MPa 第三章 轉(zhuǎn)向器齒輪和齒條的設(shè)計 3.1齒輪軸的尺寸設(shè)計 齒輪是一只切有齒形的軸。它安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上并使其齒與齒條上的齒相嚙合。齒輪齒條上的齒可以是直齒也可以是斜齒。齒輪軸上端與轉(zhuǎn)向柱內(nèi)的轉(zhuǎn)向軸相連。因此，轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)使齒條橫向移動以操縱前輪。齒輪軸由安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上的球軸承支承。 主動小齒輪選用16MnCr5或15CrNi6材料制造，而齒條常采用45鋼制造。為減輕質(zhì)量，殼體用鋁合金壓鑄。 斜齒的彎曲增加了一對嚙合齒輪參與嚙合的齒數(shù)。相對直齒而言，斜齒的運轉(zhuǎn)趨于平穩(wěn)，并能傳遞更大

27、的動力。 齒輪軸總長： 設(shè)計總長130mm+ 螺旋角： 齒輪螺旋角取值范圍，因此取，螺旋方向右旋。 齒數(shù)：主動小齒輪齒數(shù)多數(shù)在5～7個齒范圍變化，取7. 法向模數(shù)： 齒輪模數(shù)取值范圍多在2～3mm之間，取3. 壓力角α取. 因此，基圓直徑，，故 ， 取20mm 分度圓直徑, 根據(jù)，代數(shù) 得=21mm 齒頂圓直徑, ，代數(shù)得27mm 齒根圓直徑,代數(shù)得mm 齒輪寬b2+10=40mm，即40mm 3.2齒條的尺寸設(shè)計 齒條是在金屬殼體內(nèi)來回滑動的，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的固定位置上的。齒條代替梯形轉(zhuǎn)向桿系的搖桿和

28、轉(zhuǎn)向搖臂，并保證轉(zhuǎn)向橫拉桿在適當?shù)母叨纫允顾麄兣c懸架下擺臂平行。齒條可以比作是梯形轉(zhuǎn)向桿系的轉(zhuǎn)向直拉桿。導向座將齒條支持在轉(zhuǎn)向器殼體上。齒條的橫向運動拉動或推動轉(zhuǎn)向橫拉桿，使前輪轉(zhuǎn)向。 齒條總長L： 根據(jù)汽車輪距1290mm，設(shè)計齒條總長760mm 齒條直徑d： 設(shè)計為28mm 齒條模數(shù)： 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的齒輪多數(shù)采用斜齒圓柱齒輪，齒條模數(shù)應(yīng)與齒輪模數(shù)相等， 齒條齒數(shù)： 齒條行程，設(shè)計195mm 根據(jù)齒條齒距P=算出齒數(shù)。 取整齒條齒數(shù)為29，螺旋角為12 第四章 轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部設(shè)計 轉(zhuǎn)向橫拉桿與梯形轉(zhuǎn)向桿系的相似。球頭銷通過螺紋與齒條連接

29、。當這些球頭銷依制造廠的規(guī)范擰緊時，在球頭銷上就作用了一個預(yù)載荷。防塵套夾在轉(zhuǎn)向器兩側(cè)的殼體和轉(zhuǎn)向橫拉桿上，這些防塵套阻止雜物進入球銷及齒條中。 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)向桿系的相似。側(cè)面螺母將橫拉桿外端與橫拉桿鎖緊（見圖3.3-2）。 圖3.3-2 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 注：轉(zhuǎn)向反饋是由前輪遇到不平路面而引起的轉(zhuǎn)向盤的運動。 4.1轉(zhuǎn)向橫拉桿及接頭的尺寸設(shè)計 表5轉(zhuǎn)向橫拉桿及接頭的尺寸設(shè)計參數(shù) 序號

30、 項目 符號 尺寸參數(shù)() 1 橫拉桿總長 170 2 橫拉桿直徑 15 3 螺紋長度 40 4 外接頭總長 80 第五章 間隙調(diào)整裝置設(shè)計及轉(zhuǎn)向器的安裝 一個齒條導向座安裝在齒條光滑的一面。齒條導向座1和與殼體螺紋連接的調(diào)節(jié)螺塞3之間連有一個彈簧2。此調(diào)節(jié)螺塞由鎖緊螺母固定4。齒條導向座的調(diào)節(jié)使齒輪、齒條間有一定預(yù)緊力，此預(yù)緊力會影響轉(zhuǎn)向沖擊、噪聲及反饋（見圖3.3-3）。 圖3.3-3 齒條間隙調(diào)整裝置 5.1齒條調(diào)整裝置的尺寸設(shè)計 表6齒條調(diào)整裝置的尺寸設(shè)計參數(shù) 序號 項目 符號

31、 尺寸參數(shù)(mm) 1 導向座外徑 52 2 導向座高度 29 3 彈簧總?cè)?shù) 5 4 彈簧外徑 25 5 螺塞螺紋公稱直徑 M35 6 鎖止螺母高度 10 7 轉(zhuǎn)向器殼體內(nèi)/外徑 40/50 5.2 轉(zhuǎn)向傳動比 當轉(zhuǎn)向盤從鎖點向鎖點轉(zhuǎn)動，每只前輪大約從其正前方開始轉(zhuǎn)動30°，因而前輪從左到右總共轉(zhuǎn)動大約60°。若傳動比是1:1，轉(zhuǎn)向盤旋轉(zhuǎn)1°，前輪將轉(zhuǎn)向1°，轉(zhuǎn)向盤向任一方向轉(zhuǎn)動30°將使前輪從鎖點轉(zhuǎn)向鎖點。這種傳動比過于小，因為轉(zhuǎn)向盤最輕微的運動將會使車輛突然改

32、變方向。轉(zhuǎn)向角傳動比必須使前輪轉(zhuǎn)動同樣角度時需要更大的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角。 15:1的傳動比較為合理。在這樣的傳動比下，轉(zhuǎn)向盤每轉(zhuǎn)動15°，前輪轉(zhuǎn)向1°。為了計算傳動比，可將鎖點到鎖點過程中轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的度數(shù)除以此時轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的度數(shù)。 5.3 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的安裝 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器可安在前橫梁上或發(fā)動機后部的前圍板上（見圖3.3-4）。橡膠隔振套包在轉(zhuǎn)向器外，并固定在橫梁上或前圍板上。齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的正確安裝高度，使轉(zhuǎn)向橫拉桿和懸架下擺臂可平行安置。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中磨擦點的數(shù)目減少了，因此這種系統(tǒng)輕便緊湊。大多數(shù)承載式車身的前輪驅(qū)動汽車用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向機構(gòu)。由于齒條直接連

33、著梯形臂，這種轉(zhuǎn)向機構(gòu)可提供好的路感。 在轉(zhuǎn)向器與支承托架之間裝有大的橡膠隔振墊，這些襯墊有助于減少路面的噪聲、振動從轉(zhuǎn)向器傳到底盤和客艙。齒輪齒條轉(zhuǎn)向器裝在前橫梁上或前圍板上。轉(zhuǎn)向器的正確安裝對保證轉(zhuǎn)向橫拉桿與懸架下擺臂的平行關(guān)系有重要作用。為保持轉(zhuǎn)向器處在正確的位置，在轉(zhuǎn)向器安裝的位置處，前圍板有所加固。 圖3.3-4 轉(zhuǎn)向器的安裝位置 第六章 齒輪軸和齒條的強度校核 6.1齒輪齒條的校核 設(shè)計計算和說明 計算結(jié)果 1.選擇齒輪材料、熱處理方式及計算許用應(yīng)力 (1) 選擇材料及熱處理方式 小齒輪16MnCr5 滲碳淬火，齒面硬度56-62HRC 大齒輪 45鋼 表面淬火

34、，齒面硬度56-56HRC (2) 確定許用應(yīng)力 a)確定和 b)計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N，確定壽命系數(shù)、。 c)計算許用應(yīng)力 取, = = 應(yīng)力修正系數(shù) = = 2.初步確定齒輪的基本參數(shù)和主要尺寸 (1) 選擇齒輪類型 根據(jù)齒輪傳動的工作條件，選用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合傳動方案 (2) 選擇齒輪傳動精度等級 選用7級精度 (3) 初選參數(shù) 初選 =7 =20 =0.8 =0.7 =0.89 按當量齒數(shù) (4) 初步計算齒輪模數(shù) 轉(zhuǎn)矩28297 閉式硬齒面?zhèn)鲃?，按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計。 = =2.22

35、 (5) 確定載荷系數(shù) =1，由, /100=0.00124,=1；對稱布置，取=1.06； 取=1.3 則=1×1×1.06×1.3=1.378 (6) 修正法向模數(shù) =2.22×=2.208 圓整為標準值，取=3 3.確定齒輪傳動主要參數(shù)和幾何尺寸 (1) 分度圓直徑 ==21.64 (2) 齒頂圓直徑 =21.64+2 =21.64+2×3(1+0)=27.64 (3) 齒根圓直徑 =21.64-2 =21.64-2×3×1.25=14.14 (4) 齒寬 =0.8×21.

36、64=19.784 因為相互嚙合齒輪的基圓齒距必須相等，即。 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.校核齒面接觸疲勞強度 由表7-5，=189.8 由圖7-15，=2.45 取=0.8，==0.985 所以 =189.8×2.45×0.8×0.985 × =1495.34 5.結(jié)構(gòu)設(shè)計和繪制零件圖 詳見零件圖

37、 斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合傳動 7級精度 28297 =1.378 =3 =21.64 =27.64 =14.14 取=20 =3 =3.75 =4.7 齒面接觸疲勞強度滿足要求 6.2齒輪齒條轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向橫拉桿的運動分析 圖3.3-5 轉(zhuǎn)向橫拉桿的運動分析簡圖 當轉(zhuǎn)向盤從鎖點向鎖點轉(zhuǎn)動，每只前

38、輪大約從其正前方開始轉(zhuǎn)動30°，因而前輪從左到右總共轉(zhuǎn)動約60°。當轉(zhuǎn)向輪右轉(zhuǎn)30°，即梯形臂或轉(zhuǎn)向節(jié)由繞圓心轉(zhuǎn)至時，齒條左端點移至的距離為 30°=132×cos30°=114.315 =132-114.315=17.685 30°=66 ==289.5 =289.5-66=223.5 =290-223.5=66.5 同理計算轉(zhuǎn)向輪左轉(zhuǎn)30°，轉(zhuǎn)向節(jié)由繞圓心轉(zhuǎn)至時，齒條左端點E移至的距離為 =66 =289.5 =60+289.5-290=65.5 齒輪齒條嚙合長度應(yīng)大于 即

39、 =66.5+65.5=132 取L=160 6.3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。 =2×28297/21.64=2615.25 =981 =652.06N 6.4齒輪軸的強度校核 1.軸的受力分析 (1) 畫軸的受力簡圖。 (2) 計算支承反力 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)

40、 a-a剖面右側(cè) (4) 畫轉(zhuǎn)矩圖 轉(zhuǎn)矩 =2615×21.64/2=28294.3 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》[3]查得，， =60/100=0.6。 a-a截面左側(cè) 4.軸的疲勞強度安全系數(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

41、 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。 第七章 其他零件的設(shè)計計算 7.1間隙調(diào)整彈簧的設(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=981N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φ18mm的軸；彈簧兩端固定；外徑,自由高度。 (1) 選擇材料 由彈簧工作條件可知，對材料無特殊要求，選用C組碳素彈簧鋼絲。因彈簧的工作次數(shù)小于，載荷性質(zhì)屬Ⅱ類，。 (2) 計算彈簧絲直徑 彈簧絲直徑的計算 計算項目 計算依據(jù)和內(nèi)容 計

42、算結(jié)果 1) 選擇旋繞比 2) 估 3) 初算彈簧絲直徑 4) 計算曲度系數(shù) 5) 計算彈簧絲的許用切應(yīng)力 6) 計算彈簧絲直徑 取=6 直徑在2.5-6之間，旋繞比4-10 按30mm、16mm,取 =4 =1.25 =0.45=0.45×1570=706.5 ==4.96 取=6 =1.25 [τ]=706.5 取=5 (3) 計算彈簧圈數(shù)和彈簧的自由高度 彈簧圈數(shù)和自由高度的計算 計算項目 計算依據(jù)和內(nèi)容 計算結(jié)果 1)工作圈數(shù) 2)總?cè)?shù) 3)節(jié)距 4)自由高度 ==2.52 取

43、 各端死圈取1，故 , 則,取一般5-9度 =3*6.6+1.8×5=28.8 取=3 =5 =6.6 =28.8 (4) 穩(wěn)定性驗算 高徑比 b=H0/D2=28.8/20=1.44<5.3 滿足穩(wěn)定性要求。 (5) 檢查δ 鄰圈間隙 δ=t-d=6.6-5=1.5mm (6) 幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸的確定 彈簧外徑 D=D2+d=20+5=25mm 彈簧內(nèi)徑 D1=D2-d=20-5=15mm (7) 彈簧工作

44、圖 τs=1.25[τ]=1.25×706.5=883.125MPa 彈簧的極限載荷 Flim==3.14×52×883.125/(8×6×1.25)=1155.4N 彈簧的安裝載荷 Fmin=0.9Fmax=0.9×981=882.9N 彈簧剛度 Cs=Gd/(8C3n)=80000×5/(8×63×3)=77.16N/mm 安裝變形量 λmin=Fmin/Cs=882.9/77.16=11.44mm 最大變形量 λmax=Fmax/Cs=9

45、81/77.16=12.7mm 極限變形量 λlim=Flim/Cs=1155.4/77.16=14.9mm 安裝高度 H1=H0-λmin=28.8-11.44=17.36mm 工作高度 H2=H0-λmax=28.8-12.7=16.1mm 極限高度 H3=H0-λlim=28.8-14.9=13,9mm 7.2齒輪軸軸承的校核 校核軸承，軸承間距75mm,軸承轉(zhuǎn)速n=15r/min,預(yù)期壽命L′h=12000h 1.初步計算當量動負荷 =0.665>e X=0.56,暫選一近似中間值Y=1.5。另

46、查表得fp=1.2 P′=fp(XFR+YFA)=1.2×(0.56×981+1.5×652.06)=1832.94N 2.計算軸承應(yīng)有的基本額定動負荷C′r 查表得,ft=1,又ε=3 C′r= 3.初選軸承型號 查《機械工程及自動化簡明設(shè)計手冊》,選擇6004軸承,Cr=9.38KN，其基本額定靜負荷Cor=5.02KN 4.驗算并確定軸承型號 1) FA/Cor=652.06/5020=0.13,e為0.3,軸向載荷系數(shù)Y應(yīng)為1.45 2) 計算當量動載荷 Pr=(XFR+YFA)=(0.56×981+1.45×652

47、.06)=1495N 3) 驗算6204軸承的壽命 Lh= >12000h 即高于預(yù)期壽命，能滿足要求。 7.3 鍵的計算 ∵σp= [σp]=120MPa ∴ 式中 T——傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為N·mm； d——軸的直徑，單位為mm； l——鍵的接觸長度，單位為mm； K——鍵與輪轂接觸高度，K≈h/2,單位為mm； [σp]——許用擠壓應(yīng)力，單位為MPa。 選用A型鍵 公稱尺寸b×h=6×6 根據(jù)具體情，鍵的接觸長度l應(yīng)該大于15mm,則L≥15+6=21mm 圓頭普通平鍵(A型)的尺寸參考GB1096-79 鍵和鍵槽的斷面尺

48、寸參考GB1095-79 結(jié) 論 在此設(shè)計中，通過對轉(zhuǎn)向器產(chǎn)品的調(diào)查，以及對轉(zhuǎn)向器的類型，結(jié)構(gòu)，工作原理的學習及研究，了解了轉(zhuǎn)向器的各部分功用及其在整個系統(tǒng)中的重要性，有重點的對這幾個重要點進行設(shè)計、校核、繪圖，做到安全可靠的設(shè)計結(jié)果，采用了在大學期間學習的有關(guān)機械設(shè)計的理論，應(yīng)用在這個設(shè)計中，做到事事有依據(jù)，拿理論說話。并且通過CAD的繪圖，更加熟練的掌握CAD制圖的方法，使設(shè)計的過程中的困難大大減少。在收集和自己預(yù)定的某些參數(shù)后，通過推倒運算得到一個合適的結(jié)果，并在進行校核，通過前面對轉(zhuǎn)向器齒輪齒條的設(shè)計計算，和對齒輪軸的計算校核，確定了轉(zhuǎn)向

49、器主要部分的選材和強度要求。 致 謝 本論文的選題、研究內(nèi)容、研究方法及論文的形成是在導師宮燃支持、鼓勵和悉心指導下完成的。在論文完成的過程中傾注了導師大量的心血，在論文完成之際，特向我尊敬的導師宮燃表示衷心的感謝。 宮燃老師高尚的品格、淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、勤懇的敬業(yè)精神以及非凡的領(lǐng)導才能、魄力，都令我十分欽佩，老師的為人處事，讓我深深的領(lǐng)悟到“將者，智、信、仁、勇、嚴也”,所有的這一切將時刻激勵和教育著我，使我受益終生。 在我論文完成過程中，宮燃老師在百忙之中抽出時間給予了我很多指導和幫助，在此我特向老師表示衷心的感謝。

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