轻型货车转向器设计(毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 下载文档送全套 CAD 图纸 扣扣 1304139763 本科学生毕业设计 轻型货车液压转向器设计 院系名称 ： 汽车与交通工程学院 专业班级 ： 车辆工程 BW07-3 学生姓名 ： 王伟 指导教师 ： 田芳 职 称 ： 实验师 黑 龙 江 工 程 学 院 二一一年六月 The Graduation Design for Bachelors Degree 下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 下载文档送全套 CAD 图纸 扣扣 1304139763 The Design for Vans Hydraulic Steering Gear Candidate： wangwei Specialty： Construction Machinery Class: BW07-3 Supervisor： Tianfang Heilongjiang Institute of Technology 2011-06 Harbin 下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 I 摘 要 本设计是一款轻型货车的转向器。通过有关资料对转向器的分 类 ,结构性能，工作原理，发展方向做一系列的调查了解，决定本设计的转向器，主要是根据汽车的类型、前轴负荷、使用条件等来决定，并要考虑其效率特性、角传动比变化特性等对使用条件的适应性以及转向器的其他性能、寿命、制造工艺等。 设计的主要内容包括总体设计方案的确定、主要性能参数的确定、齿轮齿条转向器的尺寸计算和齿轮齿条的几何传动关系计算，对齿轮齿条进行了设计计算并进行了校核，其中着重对主动小齿轮的齿根弯曲强度进行了校核。最后查阅有关资料对其进行动力辅助液压装置的相关设计，主要对液压动力缸直径的计算，分配阀和反作用阀有关参数的确定，油罐容积和油泵排量的设计等，根据计算利用 AutoCAD 画出装配图和零件图。 关键词 ：轻型货车；转向器；齿轮齿条；转向助力 ；转向系统。 下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 II Abstract This design is a light wagon steering gear. Through the relevant material to the classification of steering gear, structure performance, principle of work, doing a series of development direction, decided to investigate the design of steering gear, mainly based on the type, front axle load, use conditions to decide, and should consider its efficiency characteristics, Angle changes to use characteristics of transmission ratio of the conditions of the adaptability and other properties, life the products, manufacturing process, etc. Design of the main content including overall design scheme, the main property parameter determination of the determination of the size of the steering gear, gear rack calculation and super-modulus gear geometry calculation of gear transmission relations, the designing calculation rack and checks, which focuses on the initiative of the small gear tooth root bending strength check. Finally consult relevant material to the auxiliary power of hydraulic equipment related design, mainly to the hydraulic power cylinder the diameter of the calculation, and adverse effect on distributing valve valve of parameters, volume and oil pump oil tank displacement of design, according to the calculated using AutoCAD draw assembly drawings and drawing. Keywords: Vans, Redirector； Rack-and pinion； Steering system. 下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 III 目 录 摘要 Abstract 第 1 章 绪论 1 1.1 研究的目的意义 1 1.2 转向器的发展现状 1 1.3 确定设计方案 5 1.4 本章小结 7 第 2 章 主要性能参数的确定 9 2.1 确定转向盘直径 9 2.2 计算转向系效率 9 2.3 计算转向系传动比 11 2.4 本章小结 12 第 3 章 转向器机械部分的设计计算 13 3.1 齿轮齿条尺寸结构的设计 13 3.2 齿轮齿条几何传动的关系 14 3.3 齿轮强度的校 核 16 3.4 本章小结 26 第 4 章 转向器液压动力辅助系统设计 27 4.1 液压动力缸直径设计 27 4.2 分配阀有关参数确定 28 4.3 反作用阀和回位弹簧参数确定 29 4.4 油罐容积和油泵排量设计 30 4.5 结论 30 结论 31 参考文献 32 致谢 33 附录 A 34 下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 IV 附录 B 36 下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 1 买文档送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 2 第 1 章 绪 论 1.1 研究的目的和意义 汽车上用来改变或恢复其行驶方向的专设机构称为汽车转向系统。汽车的转向系统是用来改变汽车行驶方向和保持汽车直线行驶的机构。 下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 3 转向操纵机构主要由转向盘、转向轴、转向管柱等组成。转向器将转向盘的转动变为转向摇臂的摆动或齿条轴的直线往复运动，并对转向操纵力进行放大的机构。转向器一般固定在汽车车架或车身上，转向操纵力通过转向器后一般还会改变传动方向。 早期的汽车转向是用舵柄或横杆 (即一种两端带有手柄的水平杆 )进行操纵，转向比是 1： 1，因而汽车转向时的操作是很吃力 的。后来，带有齿轮减速比的转向机构很快被推广使用，但是，这种机构的方向盘不象舵柄或横杆要置放在汽车中线的位置，而是要置放在汽车的左边或右边，这样触发了方向盘位置的争论。这场争论旷日持久，导致了今天的汽车分成了两大类方向盘装置法：一类以美国，中国，俄罗斯等世界上大多数国家和地区采用的左置方向盘，实行右上左下的汽车行驶规则；另一类以英国及英联邦，日本等少数国家和地区采用的右置方向盘，实行右下左上的汽车行驶规则。 几十年来，汽车都使用蜗杆扇形齿轮转向器，现在的循环球式转向器也是这种转向器的一种变型，轿车也经常使 用。在这种转向器中，蜗杆与扇形齿轮之间嵌入了钢珠，大大降低了摩擦力，使汽车的转向操纵变得比较轻松。 1.2 转向器的发展现状 由于汽车转向器属于汽车系统中的关键部件，它在汽车系统中占有重要位置，因而它的发展同时也反映了汽车工业的发展，它的规模和质量也成为了衡量汽车工业发展水平的重要标志之一。 近年来随着我过汽车工业的迅猛发展，作为汽车的重要安全部件 汽车转向器的生产水平也有了很大的提高。在汽车转向器生产行业里， 70年代推广循环球转向器，80年代开发和推广了循环球变传动比转向器，到了 90年代，驾驶员对汽车转向器 性能的要求有了进一步的提高，要求转向更轻便，操纵更灵敏。随着汽车的高速比和超低压扁轮胎的通用化，过去的采用循环球转向器和循环球变传比转向器只能相对的解决转向轻便性和操纵灵敏性问题，现在虽然转向器以向动力转向发展，但大部分汽车还应用机械型转向器，如何改进转向器的设计，使之更加适合驾驶者，是最重要的，因此还需不断改进。 充分考虑安全性、轻便性随着汽车车速的提高，驾驶员和乘客的安全非常重要，目前国内外在许多汽车上已普遍增设能量吸收装置，如防碰撞安全转向柱、安全带、安全气囊等，并逐步推广。从人类工程学的角度考虑操纵 的轻便性，已逐步采用可调整的转向管柱和动力转向系统。 低成本、低油耗、大批量专业化生产随着国际经济形势的恶化，石油危机造成经济衰退，汽车生产愈来愈重视经济性，因此，要设计低成本、低油耗的汽车和低成本、下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 4 合理化生产线，尽量实现大批量专业化生产。对零部件生产，特别是转向器的生产，更表现突出。 作为汽车的一个重要组成部分，汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成，如何设计汽车的转向特性，使汽车具有良好的操纵性能，始终是各汽车生产厂家和科研机构的重要研究课题。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同水平的驾驶人群，汽车的操纵设计显得尤为重要。汽车转向系统经历了纯机械式转向系统、液压助力转向系统、电动助力转向系统 3 个基本发展阶段。 机械式的转向系统，由于采用纯粹的机械解决方案，为了产生足够大的转向扭矩需要使用大直径的转向盘，这样一来，占用驾驶室的空间很大，整个机构显得比较笨拙，驾驶员负担较重，特别是重型汽车由于转向阻力较大，单纯靠驾驶员的转向力很难实现转向，这就大大限制了其使用范围。但因结构简单、工作可靠、造价低廉，目前在一部分转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使 用。 齿条齿轮式转向系统已成为汽车、小型货车及 SUV 上普遍使用的转向系统类型。 其工作机制非常简单。齿条齿轮式齿轮组被包在一个金属管中，齿条的各个齿端都突出在金属管外 ,并用横拉杆连在一起 。 转动方向盘时，齿轮就会旋转，从而带动齿条运动。齿条各齿端的横拉杆连接在转向轴的转向臂上。 齿条齿轮式齿轮组有两个作用： 1、将方向盘的旋转运动转换成车轮转动所需的线性运动。 2、提供齿轮减速功能，从而使车轮转向更加方便。 在大多数汽车中，一般要将方向盘旋转三到四周，才能让车轮从一个锁止位转到另一个锁止位（从最左侧 转到最右侧）。 齿轮齿条方式的最大特点是刚性大，结构紧凑重量轻，且成本低。由于这种方式容易由车轮将反作用力传至转向盘，所以具有对路面状态反应灵敏的优点，但同时也容易产生打手和摆振等现象。齿轮与齿条直接啮合，将齿轮的旋转运动转化为齿条的直线运动，使转向拉杆横向拉动车轮产生偏转。齿轮并非单纯的平齿轮，而是特殊的螺旋形状，这是为了尽量减小齿轮与齿条之间的啮合间隙，使转向盘的微小转动能够传递到车轮，提高操作的灵敏性，也就是我们通常所说的减小方向盘的旷量。不过齿轮啮合过紧也并非好事，它使得转动转向盘时的操作力过大，人 会感到吃力。 循环球式这种转向装置是由齿轮机构将来自转向盘的旋转力进行减速，使转向盘的旋转运动变为涡轮蜗杆的旋转运动，滚珠螺杆和螺母夹着钢球啮合，因而滚珠螺杆下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 5 的旋转运动变为直线运动，螺母再与扇形齿轮啮合，直线运动再次变为旋转运动，使连杆臂摇动，连杆臂再使连动拉杆和横拉杆做直线运动，改变车轮的方向。 循环球式转向器又有两种结构型式，即常见的循环球 -齿条齿扇式和另一种即循环球曲柄销式。它们各有两个传动副，前者为：螺杆、钢球和螺母传动副以及落幕上的齿条和摇臂轴上的齿扇传动副；后者为螺杆、钢球和螺母传动副以及螺母 上的销座与摇臂轴的锥销或球销传动副。两种结构的调整间隙方法均是利用调整螺栓移动摇臂轴来进行调整。 循环球式转向器由螺杆和螺母共同形成的螺旋槽内装有钢球构成的传动副，以及螺母上齿条与摇臂轴上齿扇构成的传动副组成。 循环球式转向器的传动效率高、工作平稳、可靠，螺杆及螺母上的螺旋槽经渗碳、淬火及磨削加工，耐磨性好、寿命长。齿扇与齿条啮合间隙的调整方便易行，这种结构与液力式动力转向液压装置的匹配布置也极为方便。所以循环球转向器凭借这些特点在汽车中得到了广泛应用。 齿轮齿条的优点： 1、构造筒单 ,结构轻巧。由于齿轮箱 小 ,齿条本身具有传动杆系的作用 ,因此 ,它不需耍循环球式转向器上所使用的拉杆。 2、因齿轮和齿条直接啮合 ,操纵灵敏性非常高。 3、滑动和转动阻力小 ,转矩传递性能较好 ,因此 ,转向力非常轻。 4、转向机构总成完全封闭 ,可免于维护。 据了解，在世界范围内，汽车循环球式转向器占 45左右，齿条齿轮式转向器占40左右，蜗杆滚轮式转向器占 10左右，其它型式的转向器占 5。循环球式转向器一直在稳步发展。在西欧小客车中，齿条齿轮式转向器有很大的发展。日本汽车转向器的特点是循环球式转向器占的比重越来越大，日本装备不同类型发 动机的各类型汽车，采用不同类型转向器，在公共汽车中使用的循环球式转向器，已由 60 年代的62 5，发展到现今的 100了 (蜗杆滚轮式转向器在公共汽车上已经被淘汰 )。大、小型货车大都采用循环球式转向器，但齿条齿轮式转向器也有所发展。微型货车用循环球式转向器占 65，齿条齿轮式占 35。综合上述对有关转向器品种的使用分析，得出以下结论： 循环球式转向器和齿轮齿条式转向器，已成为当今世界汽车上主要的两种转向器；而蜗轮蜗杆式转向器和蜗杆肖式转向器，正在逐步被淘汰或保留较小的地位。 在小客车上发展转向器的观点各异， 美国和日本重点发展循环球式转向器，比率都已达到或超过 90；西欧则重点发展齿轮齿条式转向器，比率超过 50，法国已高达下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 6 95。 由于齿轮齿条式转向器的种种优点，在小型车上的应用 (包括小客车、小型货车或客货两用车 )得到突飞猛进的发展；而大型车辆则以循环球式转向器为主要结构。 动力转向是发展方向 。 动力转向系统的应用日益广泛，不仅在重型汽车上必须装备，在高级轿车上应用的也较多，在中型汽车上的应用也逐渐推广。主要是从减轻驾驶员疲劳，提高操纵轻便性和稳定性出发。虽然带来成本较高和结构复杂等问题，但由于优点明显，还是得 到很快的发展动力转向有 3 种形式：整体式、半分置式及联阀式动力转向结构。目前 3 种形式各有特点，发展较快，整体式多用于前桥负荷 3 8t汽车，联阀式多用于前桥负荷 5-18t 汽车，半分置式多用于前桥负荷 6t 以上到超重型汽车。从发展趋势上看，国外整体式转向器发展较快，而整体式转向器中转阀结构是目前发展的方向。 动力转向机是利用外部动力协助司机轻便操作转向盘的装置。随着最近汽车发动机马力的增大和扁平轮胎的普遍使用，使车重和转向阻力都加大了，因此动力转向机构越来越普及。值得注意的是，转向助力不应是不变的，因为在高速行驶时 ，轮胎的横向阻力小，转向盘变得轻飘，很难捕捉路面的感觉，也容易造成转向过于灵敏而使汽车不易控制。所以在高速时要适当减低动力，但这种变化必须平顺过度。 1.液压式动力转向装置 液压式动力转向装置重量轻，结构紧凑，利于改善转向操作感觉，但液体流量的增加会加重泵的负荷，需要保持怠速旋转的机构。 它使汽车在低速行驶或车辆就位时，驾驶员只需用较小的操作力就能灵活进行转向 ；而在高速行驶时，则自动控制，使操作力逐渐增大，实现了稳定操纵。虽然这种转向器具有很多优点，在目前的技术水准下它仍然存在某些不足之处，例如助力较小等 ；因此，目前液压式动力转向器仍然占据着很大的市场份额，其性能也在不断地提高。对于液压助力型动力转向器的研究有着非常深远的意义 . 2.电动式动力转向装置 电动式动力转向装置是最新形式的转向装置，由于它节能，故受到人们的重视。它是利用蓄电池转动电机产生推力。由于不直接使用发动机的动力，所以大大降低了发动机的功率损失 (液压式最大损失 5-10 马力 )，且不需要液压管路，便于安装。尤其有利于中置发动机后轮驱动的汽车。但目前电动式动力转向装置所得动力还比不上液压式，所以只限用于前轮轴轻的中置发动机后驱动的汽车上。 3.电动液压式动力转向装置 下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 7 即由电机驱动转向助力泵并由计算机控制的方式，它集液压式和电动式的优点于一体。因为是计算机控制，所以转向助力泵不必经常工作，节省了发动机的功率。这种方式结构紧凑，便于安装布置，但液压产生的动力不能太大，所以适用排量小的汽车。 我国转向器制造技术应在吸收国内外先进制造技术的基础上，根据本国国情，加快发展，主要发展目标有以下几个方面： （ 1）加大软件开发和在转向器中的应用。引进国外高新技术，改善设计过程，简化设计结构，提高生产效率。 （ 2） 在自力更生研究开发的同时，积极引进、吸收 国外的先进技术与系统，并加以创新，提高加工精度，减小误差，保证制造产品的合格率。 （ 3）积极开拓国际市场，加大高新技术产品在国际市场上的占有率。 （ 4）既注重技术创新，又注重其与机制创新、管理创新的结合，处理好机制创新、管理创新和技术创新的关系。要以机制创新带动管理创新，以管理创新带动技术创新。采取有效的协同研发方式以及符合市场经济规律的运行机制，组织好本领域的相关技术、装备与软件系统的研发，以及研究成果的推广应用。 随着经济全球化和我国加入 WTO，我国产业结构将有重大调整，而制造业在工业化过程中起着主导 作用，是经济发展中的主要增长点之一，没有制造业的提高和发展，其它产业也不可能良性发展，因此制造业将是产业结构调整中的主要着力点之一。在此内外环境的影响下，我国转向器制造业必须充分考虑产品的研发、生产、营销和服务各环节的协调发展，吸收先进制造技术，逐步走上以自主开发为主的道路，使我国汽车转向器工业从“转向器制造大国”走向“转向器制造强国”，这是我们面临的最重要的任务。 1.3 确定设计方案 齿轮齿条转向器有四种形式：中间输入两端输出；侧面输入两端输出；侧面输入中间输出；侧面输入一段输出。 1、采用侧面输入两端 输出时，转向拉杆长度受到限制，容易与悬架导向机构产生干涉。 下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 8 图 2-1 齿轮齿条式转向器在转向系中的位置 图 2-2 齿轮齿条式转向器传动副的布置方案 2、如果齿轮齿条式转向器采用直齿圆柱齿轮，直齿齿条啮合，则运转平稳性降低，冲击大，噪声增加。齿轮轴线与齿条轴线之间的夹角只能是直角，所以选择斜齿。 图 2-3 齿轮齿条式转向器侧面输入两端输出 下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 9 图 2-4 齿轮齿条式转向器侧面输入两端输出 3、采用侧面输入中间输出方案时拉杆摆动角减小，有利于减少车轮上，下跳动时转向系与悬架系的干涉。但因结构的关系会降低拉 杆的强度。经综合考虑选择侧面输入两端输出的方式并采用斜齿齿轮，齿条。 中间输出的齿轮齿条式转向器，其结构及工作原理与两端输出的齿轮齿条式转向器基本相同，不同之处在于它在转向齿条的中部用螺栓与左右转向横拉杆相连。在单端输出的齿轮齿条式转向器上，齿条的一端通过内外托架与转向横拉杆相连。循环球式转向器 循环球式转向器是目前国内外应用最广泛的结构型式之一， 一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副 。 为了减少转向螺杆转向螺母之间的摩擦，二者的螺纹并不直接接触，其间装有多个钢球，以实现滚动摩擦。 转向螺杆和螺母上都加工出断面轮廓为两段或三段不同心圆弧组成的近似半圆的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面的螺旋管状通道。螺母侧面有两对通孔，可将钢球从此孔塞入螺旋形通道内。转向螺母外有两根钢球导管，每根导管的两端分别插入螺母侧面的一对通孔中。导管内也装满了钢球。这样，两根导管和螺母内的螺旋管状通道组合成两条各自独立的封闭的钢球 流道 。转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，螺母即沿轴向移动。同时，在螺杆及螺母与钢球间的摩擦力偶作用下，所有钢球便在螺旋管状通道内滚动，形成 球流 。在转向器工作时， 两列钢球只是在各自的封闭流道内循环，不会脱出。在单端输出的齿轮齿条式转向器上，齿条的一端通过内外托架与转向横拉杆相连。 1.4 本章小结 本章详尽的讲述了齿轮齿条转向器的几种形式，要想把它做的好，还应该做到对待实施的新方案，应进行必要的了解，经验证可靠后方可着手正式设计。处理好使用下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 10 与制造之间的关系，首先应满足使用需求，这是由工艺设备的特性决定的。转向器对制造业提出了越来越高的要求，优良的制造、装配质量是提高机器的工艺性能、工作可靠性和使用寿命所不可缺少的。 下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 11 第 2 章 主要性能参数的确定 表 2.1 轻型货车基本参数 参数名称 具体参数值 传动比 20 轴距 2950 整车装备质量 1760 承载质量 815 前后配重 55%， 45% 最高时速 105km/h 转向盘回转总圈数 3.5 圈 最小转弯直径 12.5m 转向盘直径 380 2.1 确定转向盘直 径 转向盘 直径的选取 可在 380 550 的标准内选取。 所以 取SWD=380。 2.2 计算转向器效率 转向器正效率 + 影响转向器正效率的因素有：转向器的类型、结构特点、结构参数和制造质量等。 1转向器类型、结构特点与效率，在前述四种转向器中，齿轮齿条式、循环球式转向器的正效率比较高，而蜗杆指销式特别是固定销和蜗杆滚轮式转向器的正效率要明显的低些。 同一类型转向器，因结构不同效率也不一样。如蜗杆滚轮式转向器的滚轮与支持轴之间的轴承可以选用滚针轴承、圆锥滚子轴承和球轴承等三种结构之一。第一种结构除滚轮与滚针之间 有摩擦损失外，滚轮侧翼与垫片之间还存在滑动摩擦损失，故这种转向器的效率 ly+仅有 54。另外两种结构的转向器效率，根据试验结果分别为 70和 75。 下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 12 转向摇臂轴轴承的形式对效率也有影响，用滚针轴承比用滑动轴承可使正或逆效率提高约 10。 2转向器的结构参数与效率如果忽略轴承和其它地方的摩擦损失 ,转向系的效率 计算由转向器的效率与传动机构的效率相乘得到，即 0（ 2.1） 正效率 计算公式 121PPP（ 2.2） 转向器逆效率 - 根据逆效率大小不同，转向器又有可逆式、极限可逆式和不可逆式之分。 路面作用在车轮上的力，经过转向系可大部分传递到转向盘，这种逆效率较高的转向器属于可逆式。它能保证转向后，转向轮和转向盘自动回正。这既减轻了驾驶员的疲劳，又提高了行驶安全性。但是，在不平路面上行驶时，车轮受到的冲击力，能大部分传至转向盘，造成驾驶员“打手”，使之精神状态紧张，如果长时间在不平路面上行驶，易使驾驶 员疲劳，影响安全驾驶。属于可逆式的转向器有齿轮齿条式和循环球式转向器。 不可逆式转向器，是指车轮受到的冲击力不能传到转向盘的转向器。该冲击力由转向传动机构的零件承受，因而这些零件容易损坏。同时，它既不能保证车轮自动回正，驾驶员又缺乏路面感觉；因此，现代汽车不采用这种转向器。 极限可逆式转向器介于上述两者之间。在车轮受到冲击力作用时，此力只有较小一部分传至转向盘。它的逆效率较低，在不平路面上行驶时，驾驶员并不十分紧张，同时转向传动机构的零件所承受的冲击力也比不可逆式转向器要小。 逆效率 计算公式 323 P PP (2.3) 式中： 1P 为 作用在转向盘上的功率； 2P 为 转向器中的摩擦功率； 3P为 作用在转向摇臂轴上的功率。 蜗杆类和螺杆类转向器，效率可以用下面的公式计算： （ 2.4） 0 0 tan tan 下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 13 00tantan （ 2.5） 式中：0为 蜗 杆或螺杆的导程角， 012； 为 摩擦角， farctan ； f 为 摩擦系数，取 f =0.04（查 相关 文献淬火钢对淬火钢的摩擦副摩擦系数 f =0.03 0.05， 选取 f =0.04）； 则： =arctan0.04 04.0ar ct an12t an 12t ant an t an 0 0 =84 2.3 计算转向系的传动比 转向系 的 操纵 应十分 轻便，转向时加在转向盘上的切向力不应大于 150200N。 取 WF=150N 汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转向阻力矩 1G 25759.855 =13879N pGfMr313=686601 Nmm 式中 ： f 为 轮胎和路面间的滑动摩擦系数，一般取 0.7； rM 为 转向阻力矩， 单位： Nmm； 1G 为 转向轴负荷， 单位： N； 1G =mgc m为轻型货车满载质量， 轻型载货汽车 的满载质量为 m=（ 1760+815) =2575 ； c 为 汽车的转向轴载荷分配系数， 轻型载货汽车 的转向轴为前轴，前轴载荷分配系数为 55 。 P 为 轮胎气压， MPa；取 2.5bar， 即 0.255MPa。 在 静止状态下， 由于 主动转向控制器 处于非工作状态 ，此时 转向器的 工作状况相当于传统齿轮齿条转向器 。 则齿轮转矩 1T =21 hF wD =54.27 Nm （ 2.6） 下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 14 转向系的角传动比 sdsdi 0（ 2.7） 式中： 为 转向轴的转角增量 单位 rad； s 为 齿条位移增量 单位 mm； 对于定传动比的转向器，其角转动比 公式为 ： rri 1220 （ 2.8） 式中： r 为 齿轮分度圆的半径，21dr； 1d 为 齿轮分度圆的直径； 102122 drri （ 2.9） 轻型货车 转向器的角传动比 应 在 16 32 的范围内选取，一般传统齿轮齿条转向器角传动比为 20，取i=20。 2.4 本章小结 本章 对齿轮齿条转向器的基本参数进行了计算，查阅相关资料并对一些参数进行了选取。对转向系的效率做了详细说明。 下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 15 第 3 章 转向器机械部分的设计 3.1 齿轮齿条几何尺寸结构的设计 主动小齿轮应该采用斜齿圆柱小齿轮，并采用变位齿轮 法向模数nm在 2 3mm 之间取值，取 3mm(GB/T1357 1987) 齿轮的 齿数1Z取 1Z=8 为避免根切，应采用变位齿轮，则变位系数 3 52.017 8141714 1m in Zx (3.1) 取法向变位系数 1nx0.4 齿轮螺旋角多在 9 15之间，所以取值 =15 压力角（法向齿形角）取 n20 齿宽系数d在 0.3 0.6 之间 ，取 0.6 齿条的齿宽 2b ddb 12 =250.6=15mm (3.2) 齿轮的齿宽 1b 取 1b 32mm 法向模数tm 15c o s 3c o s nt mm3.10mm (3.3) 端面齿形角和法向齿形角的换算关系为： costantan nt =15cos20tan(3.4) 法向齿形角tt20.65 法向齿顶高系数 *anh取标准值 *anh1 端面齿顶高系数 *ath： cos* anat hh =cos15 (3.5) 法向顶隙系数 *nc取标准值 *nc0.25 端面顶隙系数 *tccos*nt cc =0.25 cos15 (3.6) 下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 16 转向系统直接关系着生命财产的安全，属于保安系统，安全系数要求较高。转向器扭距低，受到中等冲击，工作环境较恶劣，材料选择十分重要。主动小齿轮的材料选用 16MnCr5 材料，淬火处理，硬度为 700HRC，精度等级为 7 级。 齿条采用 45 钢，淬火处理壳体采用铝合金压铸 3.2 齿轮齿条几何传动的关系 分度圆直径 d 为： cos 11zmd n = 15cos 83 24.8mm (3.7) 取整 1d =25mm 齿顶高ah为： nnana mxhh )( 1*1 =(1+0.4)3=4.2mm (3.8) nana mhh *2 =13=3mm 齿根高fh为： nnnanf mxchh )( 1*1 =(1+0.25 0.4)3=2.55mm (3.9) nnanf mchh )( *2 =(1+0.25)3=3.75mm 齿高 h 为： 111 fa hhh =4.2+2.55=6.75mm (3.10) 222 fa hhh =3+3.75=6.75mm （ 3.11） 齿顶圆直径ad为： 111 2 aa hdd =25+24.5=34mm （ 3.12） 齿根圆直径fd为： 111 2 af hdd =25 24.2=16.6mm (3.13) 齿距 p 为： nn mp =3 mm tt mp =15cos3mm 齿轮中心到齿条基准线的距离 H 为： nn mxdH 21 = 7.1334.0225 mm (3.15) 基圆直径bd为： 下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 17 tb dd cos11 =25cos20.41=17.34mm (3.16) 齿顶圆压力角a为： 111 arccosabat dd=arccos 5.2734.1750.90 (3.17) 端面重合度为： tnantat xhz 2s i n c os4t a nt a n2 1 1*11 65.202s i n 15c os4.01465.20t a n90.50t a n82 1 1.64 纵向重合度为： nmb sin = 315sin15 =0.41 (3.18) 总重合度为： =1.64+0.41=2.05 (3.19) 当量齿数Vz为： 311 coszzV =15cos83=8.9 (3.20) 2Vz 齿轮的啮合角1为： b 1 11 r 1 7 . 3 4a r c c o s a r c c o s a r c c o s 4 6 . 0 8r 2 5bdd (3.21) 式中：b1r为齿轮的基圆半径， b1b1 d 1 7 . 3 4r 8 . 6 722 mm (3.22) r 为齿轮的节圆半径，对于标准安装的齿轮，分度圆与节圆重合，则： 1d 25r = 1 2 .522mm 齿条的压力角2为 : 21=46 齿条的模数2m为 : 2 n nm m c o s 3 c o s 2 0 =2.8 (3.23) 下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 18 式中：nm为齿轮的法向模数， mm n为齿轮的法向压力角 齿条的齿数2Z为 ； npdtZ 12 2 32522 =33.3 (3.24) 取 2Z=34 齿条的行程 S 为 : 12 dtS 2225=315mm (3.25) 齿条的长度 2L 为 : tpzL 22 3415cos3 332mm (3.26) 取 2L 340mm 3.3 齿轮强度校核 为了保证行驶安全，组成转向系的各零件应有足够的强度。 欲验算转向系零件的强度，需首先确定作用在各零件上的力。影响这些力的主要因素有转向轴的负荷、路面阻力和轮胎气压等。为转动转向轮要克服的阻力，包括转向轮绕主销转动的阻力、车轮稳定阻力、轮胎变形阻力和转向系中的内摩擦阻力等齿轮齿条转向器结构中的主动齿轮应采用较高可靠度要求，所以要求强度要高。 最小安全系数 minFs 1.60， minHs 1.2 1、齿面接触强度 外啮合齿轮传动的尺寸 : 3 211 1uuKTAdHPda(3.27) 式中：aA为常系数值，取 756 K 为载荷系数，常用值 K 1.2 2，取 1.2 1T 为小齿轮的额定转矩 38015021211 SWW DFT 28500N.mm=28.5N.m d为齿宽系数 HP 为许用接触 应力 u 为齿轮与齿条的齿数比， lim9.0 HHP =1485 N/mm2 下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 19 试验齿轮的接触疲劳极限limH=1650N/mm2(渗碳 淬火 钢，齿轮材料和热处理质量达到很高要求时的疲劳极限取值 ) 83412 ZZu 323 211 834 183414856.0 5.282.17561uuKTAdHPda 23.9mm 1d 25mm 符合设计要求 2、齿根弯曲强度 齿轮 的法向模数要求： 3 211FPdFSmn Z YKTAm (3.28) 式中：mA为常系数值，取 12.4 FP 为许用齿根应力， lim5.0 FFEFP limF 为实验齿轮的弯曲疲劳极限，查表得 limF =133N/mm2 FsY为复合齿形系数，saFaFs YYY ，查表， FaY1.55， saY1.64 saFaFs YYY =1.551.64=2.542 3 223 211 13386.0 542.25.282.14.12 FPdFsmn Z YKTAm =0.6mm 3nm mm 合格 从齿从齿轮齿条的受力分析和其运动关系来看，汽车在行驶过程中， 80%左右为直线行驶，即齿轮和齿条没有相对运动 ；汽车转弯时，齿轮齿条有相对运动，但其运动的速度较慢。从齿轮齿条的损坏形式来看，主要是齿轮折断，受弯曲强度的影响，因此在齿轮齿条强度计算中可只计算弯曲强度接触强度忽略不计。 1、弯曲强度计算的齿向载荷分布系数FK齿向载荷分布系数FK是考虑沿齿宽载荷分布对齿根弯曲应力的影响。FK可按下式计算： NHF KK (3.29) 式中：HK为接触强度计算的齿向载荷分布系数 N 为幂指数 bFbFKmmHm a xm a x (3.30) 下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 20 式中：max为单位齿宽的最大载荷 ,N/mm m为单位齿宽的平均载荷， N/mm mF为分度圆上平均计算切向力， N 11 6.0 NHF KK 221 hbhbhbN(3.31) 式中： b 为齿宽， mm h 为齿高， mm 则： 222275.61575.615175.6151 hbhbhbN 0.6 2、弯曲强度计算的齿间载荷分布系数FK齿间载荷分布系数：考虑同时啮合的各对轮齿间载荷分配不均匀影响的系数。 影响其主要因素有：受载后轮齿变形；轮齿制造误差，特别是基节偏差；齿廓修形；跑和效果等。 查有关参考得出： HK=FK=1.2 3、齿形系数 FY 齿形系数 FY ：是考虑载荷作用于单对齿啮合区外界点时齿形对名义弯曲应力的影响。 外齿轮的齿形系数 FY 可有下式计算： nnFnFennFeFmsmhYc o sc o s62 (3.32) 式中：nm为齿轮法向模数， mm； n为法向分度圆压力角； 对于普通型齿轮prs=0 刀具圆角的半径nfp m15.0=0.153=0.45mm 刀尖圆心至刀齿对称线的距离 下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣 414951605 21 nfpnnprnfpn shmE c o ss i n1