《汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)（35頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書 題目：汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì) （3） 系 另y： 機(jī)電工程系 專 業(yè)： 車輛工程 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 日 期： 2012年7月 汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì) 摘要 根據(jù)對齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的研究以與資料的查閱，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)首先分析轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)，確定 總體的結(jié)構(gòu)方案，并確定轉(zhuǎn)向器的計(jì)算載荷以與轉(zhuǎn)向器的主要參數(shù)，然后 確定齒輪齒條的形式，接著對齒輪模數(shù)的選擇確定，主動小齒輪齒數(shù)的確 定、壓力角的確定、齒輪螺旋角

2、的確定，通過確定轉(zhuǎn)向器的線傳動比計(jì)算 其力傳動比以與齒輪齒條的結(jié)構(gòu)參數(shù)，在以上的基礎(chǔ)上選擇主動齒輪、齒 條的材料，受力分析，與對齒輪齒條的疲勞強(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，并在說明書中畫出相關(guān)零 件的零件圖。通過說明書并畫出齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的零件圖 2 張、裝配圖 1 張。 關(guān)鍵詞 ：齒輪齒條，轉(zhuǎn)向器，設(shè)計(jì)計(jì)算 目錄 序 言 0 1. 汽車轉(zhuǎn)向裝置的發(fā)展趨勢 1 2. 課程設(shè)計(jì)目的 3 3. 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 4 4. 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器方案分析 8 5

3、. 確定齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的形式 9 6. 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)步驟 13 6.1 已知設(shè)計(jì)參數(shù) 13 6.2 齒輪模數(shù)的確定、主動小齒輪齒數(shù)的確定、壓力角的確定、齒輪螺 旋角的確定 14 6.3 確定線傳動比、轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向比 15 6.4 小齒輪的設(shè)計(jì) 16 6.5 小齒輪的強(qiáng)度校核 19 6.6 齒條的設(shè)計(jì) 22 6.7 齒條的強(qiáng)度計(jì)算 23 6.8 主動齒輪、齒條的材料選擇 26 7. 總結(jié) 26 參考文獻(xiàn) 錯誤 ! 未定義書簽。 2 / 35 29 致謝 序言 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)

4、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?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)了長時間的演變。 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、靠近主動小齒輪處的壓緊力 可以調(diào)

5、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??；制造成本低。 基于以上的優(yōu)點(diǎn)，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。 本次設(shè)計(jì)以乘用車轉(zhuǎn)向器的參數(shù)作為依據(jù)，設(shè)計(jì)一款某輕型車的轉(zhuǎn)向 器。根據(jù)該車型對于市場的定位與對制造成本的考慮，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(jì)為一款機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，對轉(zhuǎn)向系系 統(tǒng)做簡單分析，并進(jìn)行轉(zhuǎn)向器零件設(shè)計(jì)、工藝性與尺寸公差等級分析，同 時按以下步驟對轉(zhuǎn)向器與零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)方案論證：第一步對所選的轉(zhuǎn)向 器總成進(jìn)行剖析；第二部利用所學(xué)的知識對總成中的零部件進(jìn)行力學(xué)分析 和分析；第

6、三步對分析中發(fā)現(xiàn)的不合理的設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。 1. 汽車轉(zhuǎn)向裝置的發(fā)展趨勢 隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)也有很大變化。汽車轉(zhuǎn)向 器的結(jié)構(gòu)很多，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 （BP 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)

7、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% 。 綜合上述對有關(guān)轉(zhuǎn)向器品種的使用分析，得出以下結(jié)論： 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(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)向器和蝸桿銷式轉(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)

8、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)。 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。由于動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還是新的結(jié)構(gòu)，各國的生產(chǎn) 廠家都正在組織力量，大力開展試驗(yàn)研究工作，提高使用性能、減小總成 體積、降低生產(chǎn)成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，以便逐步推廣和普與。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)

9、展，國際經(jīng)濟(jì)形勢的變化對汽車乃至汽車轉(zhuǎn)向器的 生產(chǎn)都有很大影響。特別是西方國家實(shí)行石油禁運(yùn)以來，世界經(jīng)濟(jì)形勢受 沖擊很大。隨著能源危機(jī)的發(fā)展，汽車工業(yè)首當(dāng)其沖，其發(fā)展方向有很大 變化。從汽車設(shè)計(jì)、制造到各總成部件的生產(chǎn)都隨著能源危機(jī)的發(fā)生而變 化，表現(xiàn)在能源消耗、材料消耗、操縱輕便等各個方面。我國加入 WTO ， 給汽車工業(yè)帶來新的機(jī)遇，也帶來挑戰(zhàn)，國產(chǎn)汽車與零部件將會得到進(jìn)一 步發(fā)展。 2. 課程設(shè)計(jì)目的 1. 課程設(shè)計(jì)是一次綜合性訓(xùn)練，通過課程設(shè)計(jì)，既有助于鞏固學(xué)生們 所學(xué)專業(yè)知識，培養(yǎng)獨(dú)立設(shè)計(jì)能力，提高綜合運(yùn)用知識的能力，同時也有 助于為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。 2. 通過這次課

10、程設(shè)計(jì)使學(xué)生們懂得理論知識與實(shí)際相結(jié)合是很重要 的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)際相結(jié)合， 從理論中得出結(jié)論，才是真正的知識，才能提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú) 立思考的能力。 3. 通過設(shè)計(jì)，獲得根據(jù)原始數(shù)據(jù)的要求，設(shè)計(jì)出高效、經(jīng)濟(jì)、合理、 能保證設(shè)計(jì)產(chǎn)品的能力。 4. 學(xué)會使用手冊與圖表資料。培養(yǎng)查閱各種資料的能力，同時掌握與 本設(shè)計(jì)有關(guān)的各種資料。 3. 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(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)

11、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?fàn)顟B(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 20— 50 ；無動力轉(zhuǎn) 向時為 50— 100N 。 （2）轉(zhuǎn)向輪應(yīng)

12、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(dǎo)向機(jī)構(gòu)共同作用時， 必須盡量減小其運(yùn)動干涉。 應(yīng)從設(shè)計(jì)上保證各桿系的運(yùn)動干涉足夠小。 （4）轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(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)以與提高轉(zhuǎn)向系的可靠性。 （5）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)動時， 所以車輪應(yīng)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(dāng)轉(zhuǎn)向輪受到地面沖擊時，轉(zhuǎn)

13、向系統(tǒng)傳遞到方向盤上的反沖力要 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。 （8）機(jī)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。 （9）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。 （10）轉(zhuǎn)向

14、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(jì)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(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。 （11 ）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(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能力提高，但是會造成“打手”現(xiàn) 象。 （12）轉(zhuǎn)向系

15、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 4. 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器方案分析 1-方向盤；2-轉(zhuǎn)向上軸；3-托架；4-萬向節(jié)；5-轉(zhuǎn)向下軸；6- 防塵罩；7-轉(zhuǎn)向器；8-轉(zhuǎn)向拉桿 圖4.1轉(zhuǎn)向系[2] 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器由與轉(zhuǎn)向軸做成一體的轉(zhuǎn)向齒輪和常與轉(zhuǎn)向橫拉桿 做成一體的齒條組成。與其它形式的轉(zhuǎn)向器比較，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的優(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??；傳動效率高達(dá)90% ；轉(zhuǎn)向靈敏；齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間歇后， 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)彈簧，能自動消 除齒間間歇這不僅可以提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度，還

16、可以防止工作時產(chǎn)生沖擊 和噪聲；轉(zhuǎn)向器占用的體積??；沒有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，所以轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角 可以增大，制造成本低。特別適于與燭式和麥費(fèi)遜式懸架配用，便于布置 等優(yōu)點(diǎn)。因此，目前它在轎車、微型、輕型貨車上得到廣泛的應(yīng)用。例如 一汽的紅旗 CA7220 型轎車、奧迪 100 型轎車、捷達(dá)轎車、上海桑塔納 轎車、天津夏利轎車以與天津 TJ1010 型微型貨車和南京依維柯輕型貨車 等，都采用了這種齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是： 因逆效率高（ 60%-70% ），汽車在不平路面上行駛時，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路 面之間沖擊力的大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤，稱之為反沖。反沖現(xiàn)象會使駕駛員 精神緊張，并難以準(zhǔn)

17、確控制汽車行駛方向，方向盤突然轉(zhuǎn)動會造成打手， 同時對駕駛員造成傷害。 5. 確定齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的形式 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 5.1a ）、側(cè)面輸入，兩端輸出（圖 5.1b ）、側(cè)面 輸入，中間輸出 （圖 5.1c） 、側(cè)面輸入，一端輸出 （圖 5.1d） 。 采用側(cè)面輸入，中間輸出方案時，由圖 5.2 可見，與齒條固連的左、 右拉桿延伸到接近汽車總想對稱平面附近。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(yùn) 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

18、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(qiáng)度。 采用兩端輸出方案時，由于轉(zhuǎn)向拉桿長度受限制，容易與懸架系統(tǒng) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動干涉。但其結(jié)構(gòu)簡單，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，一端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，常用在平 頭貨車上。 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(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

19、。因?yàn)樾饼X工作時有軸向力作 用，所以轉(zhuǎn)向器應(yīng)該采用推力軸承，是軸承壽命降低，還有斜齒輪的滑磨 比較大事它的缺點(diǎn)。 圖5.1齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的四種形式 [2] 根據(jù)對四種不同類型轉(zhuǎn)向器的對比選擇，本課題將采用側(cè)面輸入兩端 輸出的齒輪齒條轉(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 作時有軸向力作用， 所以轉(zhuǎn)向器應(yīng)該采用推力軸承。使軸承壽命降低，還有斜齒輪的滑磨比較 大是它的缺點(diǎn)。 圖5.2拉桿與齒條的連接[2] 齒條斷面形狀有圓形（圖 5.3 ）、V形（圖5.4 ）和Y形（圖5.5 ）三 種。

20、圓形斷面齒條的制作工藝比較簡單。 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%，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(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，以減少滑動摩擦。當(dāng)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 圖5.3圓形斷面齒條[2] 力矩時，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況出現(xiàn)。 圖5.4 V形斷面齒條⑵ 圖5.5 Y 形斷面齒條⑵ 根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)

21、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：轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形；轉(zhuǎn)向 器位于前軸后方，前置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位 于前軸前方，前置梯形。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛用于乘用車上，載質(zhì)量不 大，前輪采用獨(dú)立懸架的貨 車和客車有些也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 根據(jù)設(shè)計(jì)的成本與要求而定。 圖5.6齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種布置形式 [2] 6. 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)步驟 ① 確定齒輪齒條的形式 ② 齒輪模數(shù)的確定 ③ 主動小齒輪齒數(shù)的確定 ④ 壓力角的確定 ⑤ 齒輪螺旋角的確定 ⑥ 確定線傳動比、轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向比 ⑦ 齒輪齒條結(jié)

22、構(gòu)參數(shù)的確定 ⑧ 驗(yàn)算齒輪的齒輪的抗彎強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度 ⑨ 主動齒輪、齒條的材料選擇 最后作課程設(shè)計(jì)總結(jié)。 6.1已知設(shè)計(jì)參數(shù) 適用車輛相關(guān)數(shù)據(jù)： 乘用車FF4X2、發(fā)動機(jī)位置：前置、橫置、前盤后鼓、機(jī)械式轉(zhuǎn)向器、 兩軸式、手動五擋； 表6.1原始數(shù)據(jù)表 長X寬乂高（mm ） 4249 X 1690 X 1505 軸距(mm) 2665 前輪距/后輪距 (mm) 1462/1457 發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 [m/(r/min)] 131/4200 發(fā)動機(jī)最大功率 [(kw/(r/mi n)] 76/6000 最咼車速(km/h) 170 最小轉(zhuǎn)彎直徑 (m

23、) 10.5 整備質(zhì)量(kg ) 1060 總質(zhì)量(kg ) 1435 前軸負(fù)荷率 滿 載 55% 空 載 60% 輪胎型號 175/65 R14 6.2齒輪模數(shù)的確定、主動小齒輪齒數(shù)的確定、壓力角的確定、齒輪螺旋 角的確定 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的齒輪多數(shù)采用斜齒圓柱齒輪。齒輪模數(shù)取值范圍 多在2-3mm 之間。主動小齒輪齒數(shù)多數(shù)在 5-7個齒范圍變化，壓力角取 20 0，齒輪螺旋角取值范圍多為 9 0-15 0 o齒條齒數(shù)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向輪達(dá)到最大 偏轉(zhuǎn)角是，相應(yīng)的齒條移動行程應(yīng)達(dá)到的值來確定。 變速比的齒條壓力角， 對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在12 0 -35 0 范圍內(nèi)變化

24、。此外，設(shè)計(jì)是應(yīng)驗(yàn)算齒輪的抗彎強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度。 根據(jù)以上的要求選取齒輪的模數(shù) m為2mm，主動小齒輪齒數(shù)z為8 (根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式)，壓力角 取20 0，齒輪螺旋角 取12 0 o 6.3確定線傳動比、轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向比 (1 )原地轉(zhuǎn)向阻力矩Mr (N- mm，即 M R= (6.1 ) 式中，f為輪胎和路面間的滑動摩擦因素，一般取 0.7 ; G為轉(zhuǎn)向軸 負(fù)荷(N ), Gi=550% mag ; p為輪胎氣壓(MPa )，這里取0.35Mpa (根 據(jù) GB/2977-2008 )。 將數(shù)據(jù)代人6.1式中，得： “ 0.7 ：(55% 1435 9.8) 輪胎與地面之間的轉(zhuǎn)向阻

25、力 Fw ( N ): OCQOQO _ M M R= =268289.56 N - mm 3 0.35 (2) 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 Fh (N )為： (6.2) 式中，L1為轉(zhuǎn)向搖臂長；L2為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長；因?yàn)辇X輪齒條式轉(zhuǎn)向器無 轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向節(jié)臂，所以無數(shù)值，都視為“ 1”計(jì)算；轉(zhuǎn)向盤的直徑 有一系列尺寸。選用大的直徑尺寸時，會使駕駛員進(jìn)出駕駛室感若選用小 的直徑尺寸，轉(zhuǎn)向時，駕駛員要施加較大的力量，從而使汽車難于操縱， 根據(jù)車型的不同，轉(zhuǎn)向盤直徑 Dsw在380-550mm 的標(biāo)準(zhǔn)系列內(nèi)選取，因 而取400mm ; i為轉(zhuǎn)向器角傳動比，在齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中稱線角

26、傳動 比，根據(jù)汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 i取36.84 ; 為轉(zhuǎn)向器的正效率，齒 輪齒條式轉(zhuǎn)向器的正效率可達(dá) 90%，故取85%。 將數(shù)據(jù)代人6.2式中，得： 2M R 2 268289.56 Fh R 42.84N Dswi 400 36.84 85% Fw = (6.3) 式中，a為主銷偏移距，指從轉(zhuǎn)向節(jié)主銷軸線的延長線與支承平面的 交點(diǎn)至車輪中心平面與支承平面交線間的距離。 通常乘用車的a值在0.4-0.6倍輪胎的胎面寬度尺寸范圍內(nèi)選取，這 里取0.5倍輪胎的胎面寬度尺寸，已知輪胎型號為175/65 R14 ，所以a值 為： a=0.5 x 175mm=87.

27、5mm 則： Fw=MR 268289.56 3066.17N a 87.5 (4) 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 Fh為： (6.4) 式中，Mh為作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩；Dsw為轉(zhuǎn)向盤直徑值為400mm 則： Mh 阿円 42?84 400 8568N mm 2 2 (5) 轉(zhuǎn)向系的力傳動比ip的計(jì)算(將式6.3與式6.4代入后)得到: (6.5) 代入數(shù)據(jù)得： 6.4小齒輪的設(shè)計(jì) 由6.2選取齒輪的模數(shù) m為2mm，主動小齒輪齒數(shù)z為8，壓力角 取20 0，齒輪螺旋角 取12 0，頂隙系數(shù)c為0.25，齒頂高系數(shù)ha為1 由于設(shè)計(jì)的是斜齒輪，所以法向模數(shù) mn為

28、2mm。 齒輪分度圓直徑： [4] d = mnz cos (6.6) 代入數(shù)據(jù)： d = mnz cos =16.4mm 齒頂咼： [4] ha= ha mn (6.7) 代入數(shù)據(jù)： ha=2mm 齒根高： [4] hf= ( ha + c ) mn (6.8) 代入數(shù)據(jù)： hf =2.5mm 齒輪齒頂圓直徑： [4] da 2hamn d (6.9) 代入數(shù)據(jù)： da 20.4mm 齒輪齒根圓直徑： [4] df d 2hf (6.10 ) 代入數(shù)據(jù)： df 11.4mm 齒輪全齒高： [4] h

29、ha hf (6.11 ) 代入數(shù)據(jù)： h =4.5mm 齒輪的齒寬 b ： [4] b dd[4] （6.12 ） 代入數(shù)據(jù)： b =14mm 齒輪的齒距： [4] P mn （ 6.13 ） 代入數(shù)據(jù)： P 2s 2e=6.28 （ e為分度圓上的齒厚，s為分度圓上的齒槽寬） 在斜齒輪的傳動中，作用于齒面上的法向載荷 Fn 仍垂直于齒面，作用 于主動輪上的Fn位于法面內(nèi)，與節(jié)圓柱的切面傾斜一法向嚙合角 an為 20 0，力Fn可沿齒輪的周向、徑向與軸向分成三個垂直的分力 （Ft、Fr、Fa）： 輪齒上的作用力： 圓周力： Ft= （6.14 ） Ti

30、為小齒輪上的轉(zhuǎn)矩，其值等于 Mh，貝y： Ft=1044.88N 徑向力： Fr = （ 6.15 ） 貝： Fr =388.81N 軸向力： (6.16 ) [4] Fa = Ft tan 則：Fa=222.10N 6.5小齒輪的強(qiáng)度校核 1.齒輪齒跟彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 齒輪受載時，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，處于雙對齒嚙合區(qū)，此時彎矩的力臂最大，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)位于單對齒嚙合最高點(diǎn)時。因此，齒根彎曲強(qiáng)度也應(yīng)按載荷作 用于單對齒嚙合區(qū)最高點(diǎn)來計(jì)算。 斜齒輪嚙

31、合過程中，接觸線和危險(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，只能近似的按法面上的當(dāng)量直齒圓柱齒輪來計(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，可得到斜 齒圓柱齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算校核公式： 2KTYFaYsaY [4] F F bdmn （6.17） 使用系數(shù)Ka=1.0 動載荷系數(shù)Kv=1.2 齒間載荷分配系數(shù)K K = 1.0 齒向載荷分配系數(shù)K K = 1.4 載荷系數(shù) K= KA KV K K = 1.68 齒形系數(shù)YFa YFa 2.92 校正系數(shù)Ysa Ysa = 1.4 丫為螺旋角影響系數(shù)

32、Y =0.7 端面重合度 =1.211 校核齒根彎曲強(qiáng)度： =148.15Mpa 2 1.68 8568 2.92 1.4 0.7 14 16.4 2 1.211 選取20Cr為齒輪材料; 彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù) SFmin SF min =1.25 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力: K FN 彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN = 1.5 可得， F = 1.5 X 850/1.25 = 1020MPa 所以 F < F 因此，本次設(shè)計(jì)與滿足了小齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度又滿足了小齒輪 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)滿足設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求 2.齒面接觸

33、疲勞強(qiáng)度計(jì)算 校核公式： [4] ■r2KT 1 H ZeZhZ . bd 1.68 8568 3.32 1 :14 16.42 3.32 1467.09MPa 小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限許用接觸應(yīng)力 H lim1 = 1500 MPa 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力，取失效概率為 1%，安全系數(shù)S = 1 ,可得: （6.18） 彈性系數(shù)ZE=189.8MPa 區(qū)域系數(shù)Zh=2.5 螺旋角系數(shù)Z cos 0.979 ZeZhZ 2KT 一 bd2 189.8 2.5 0.979 H lim S 1500Mpa/1 1500MPa 由此可得：

34、H < H 雖然齒輪所選的參數(shù)粗略滿足齒輪設(shè)計(jì)的齒面接觸疲勞強(qiáng)度要求，但 是非常接近最咼許用值，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式選取齒寬 b =40mm。 6.6齒條的設(shè)計(jì) 根據(jù)小齒輪的分度圓直徑可以求出齒條的長度 L : L 4 d （ 6.19） 代入數(shù)據(jù)： L =206mm 其它參數(shù)考慮： 考慮到轉(zhuǎn)型過程中的自由間隙， L實(shí)際取220mm。由于齒條與小齒 輪是相嚙合的，所以輪齒的尺寸是大致相同的，對于齒條的直徑，通過查 表，根據(jù)設(shè)計(jì)的需要以與小齒輪的直徑，取值為 30mm。 表6.2齒輪齒條的結(jié)構(gòu)尺寸 名稱 齒輪 齒條 分度圓直徑di 16.4 齒頂咼ha 2

35、 2 齒根高h(yuǎn)f 2.5 2.5 齒全高h(yuǎn) 4.5 4.5 齒頂圓da 20.4 名稱 齒輪 齒條 齒寬b 40 24.72 表6.3齒輪齒條的主要參數(shù) 名稱 齒輪 齒條  齒數(shù)Z 8 32 模數(shù)Mn 2 2 壓力角n 200 200 螺旋角 120 120 6.7齒條的強(qiáng)度計(jì)算 在本設(shè)計(jì)中，選取轉(zhuǎn)向器輸入端施加的扭矩 Ti= M h=8568N - mm齒 輪傳動一般均加以潤滑， 嚙合齒輪間的摩擦力通常很小， 計(jì)算輪齒受力時, 可不予考慮.齒輪齒條的受力狀況類似于斜齒輪, 齒條的受力分析如圖6.4， 作用于齒

36、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 = Fr = Fx = Ft tan [4] Fn (6.20) 齒輪軸分度圓螺旋角 n――法面壓力角 齒輪軸受到的切向力: Ft = 2Ti =1044.88N d Ti為作用在輸入軸上的扭矩, Tj 取 8568 Nmm 。d為齒輪軸分度圓的 直徑。 齒條齒面的法向力： Fn = = 1136.78N 齒條牙齒受到的切向力： Fxt

37、Fn cos n=1068.23N 齒條桿部受到的力： F Fxt cos = 1044.88N 計(jì)算出齒條桿部的拉應(yīng)力： 2 =2.50N/mm F——齒條受到的軸向力 由于強(qiáng)度的需要，齒條長采用 45鋼制造，其抗拉強(qiáng)度極限是 b 2 690N/mm ，（沒有考慮熱處理對強(qiáng)度的影響）。 因此 < b 所以，齒條設(shè)計(jì)滿足抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。 齒條牙齒的單齒彎曲應(yīng)力： 2[4] F0 6 Fxt hi/b s (6.21) 式中： Fxt 齒條齒面切向力 b――危險(xiǎn)截面處沿齒長方向齒寬 hi ――齒條計(jì)算齒高 S ――危險(xiǎn)截面齒厚 從上面條件可

38、以計(jì)算出齒條牙齒彎曲應(yīng)力: F0 6 1068.23 4.5 24.72 3.142 2 118.34 N/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），在嚙合過程中 至少有2個齒同時參加嚙合，因此每個齒的彎曲應(yīng)力應(yīng)分別降低一倍 F01 F0.2 = 59.17N/mm 齒條的材料我選擇是 45剛制造，因此： 2 抗拉強(qiáng)度 b 690N/mm （沒有考慮熱處理對強(qiáng)度的影響） 齒部彎曲安全系數(shù) S = b / F01 =九67 因此，齒條設(shè)計(jì)滿足彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。又

39、滿足了齒面接觸強(qiáng)度, 符合本次設(shè)計(jì)的具體要求。 6.8 主動齒輪、齒條的材料選擇 通過計(jì)算所得，根據(jù)強(qiáng)度的需要以與常規(guī)的選取與做法，主動小齒輪 選取的材料是 20Cr ，并經(jīng)滲碳淬火，齒條選取的材料是 45 鋼。由于轉(zhuǎn)向 器齒輪轉(zhuǎn)速低，是一般的機(jī)械，故選 8 級精度。 7. 總結(jié) 兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的 知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成 一件事情。在設(shè)計(jì)過程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué) 習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會了合作，學(xué)會了運(yùn)籌帷幄，學(xué)會了寬容，學(xué)會了理解， 也學(xué)會了做人與處世。 課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知

40、識綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，這是我們邁向社 會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程。通過這次課程設(shè)計(jì)， “千里之行 始于足下”我深深體會到這句千古名言的真正含義。我今天認(rèn)真的進(jìn)行課 程設(shè)計(jì)，學(xué)會腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔 跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過這次齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)，本人在多方面都 有所提高。 通過這次齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和 生產(chǎn)實(shí)際知識進(jìn)行一次設(shè)計(jì)工作的實(shí)際訓(xùn)練，從而培養(yǎng)和提高學(xué)生團(tuán)體工 作能力，鞏固與擴(kuò)充了汽車設(shè)計(jì)、汽車制造工藝學(xué)、機(jī)械制圖與機(jī)械制造 等課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握設(shè)計(jì)的方法和步驟，懂得了怎樣分析零件的工藝 性，怎樣確定相應(yīng)的尺寸

41、， 了解了被設(shè)計(jì)體的基本結(jié)構(gòu)， 提高了計(jì)算能力， 繪圖能力，熟悉了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，同時各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)， 獨(dú)立思考的能力也有了提高。 在這次設(shè)計(jì)過程中，體現(xiàn)出自己與團(tuán)隊(duì)成員設(shè)計(jì)的能力以與綜合運(yùn)用 知識的能力，體會了學(xué)以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn) 自己平時學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。 懇請老師們多多指教 ,我十分樂意接受你們的批評與指正， 本人將萬分 感謝。 參考文獻(xiàn) [1] 王 國權(quán)、 龔國 慶 .汽車設(shè) 計(jì) 課程設(shè) 計(jì)指 導(dǎo)書.機(jī) 械工 業(yè) 出版 社.2009.11. [2] 王望予.汽車設(shè)計(jì) .機(jī)械工業(yè)出版社 .2004.8. [3] 高雪強(qiáng).

42、機(jī)械制圖 .機(jī)械工業(yè)出版社 .2008.8. [4] 楊可楨、程光蘊(yùn)、李仲生 .機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) .高等教育出版社 .2006.5. [5] 丁柏群、王曉娟 .汽車制造技術(shù)工藝技術(shù) .國防工業(yè)出版社 .2008.7. [6] 王凡 .實(shí)用機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊 .機(jī)械工業(yè)出版社 .2008.5. [7] 周鳳云 .工程材料與應(yīng)用 .華中科技大學(xué)出版社 .2002.11. 致謝 在此感謝我們的胡老師與譚老師 .，老師嚴(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；老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予 我無盡的啟迪；這次模具設(shè)計(jì)的每個實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和每個數(shù)據(jù)，都離不開老師 您的細(xì)心指導(dǎo)。而您開朗的個性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很順利的完成 了這次課程設(shè)計(jì)。 同時感謝對我?guī)椭^的同學(xué)們，謝謝你們對我的幫助和支持，讓我感 受到同學(xué)的友誼。 由于本人的設(shè)計(jì)能力有限，在設(shè)計(jì)過程中難免出現(xiàn)錯誤，懇請老師們 多多指教 ,我十分樂意接受你們的批評與指正，本人將萬分感謝。 在此，我再一次向你們說聲“謝謝” 。