設(shè)計(jì)說(shuō)明書-動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)

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1、動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 摘要 隨著經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng)，汽車工業(yè)得到了迅猛發(fā)展。作為汽車重要安全部件 之一的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也取得了跨越式發(fā)展。汽車轉(zhuǎn)向器主要用于汽車駕駛過(guò)程中的 轉(zhuǎn)向操作，其性能的重要性不言而喻。本論文通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和現(xiàn)有 機(jī)械轉(zhuǎn)向器的類型特點(diǎn)，選用齒輪齒條作為汽車轉(zhuǎn)向器的主體機(jī)構(gòu)方案。首先 在考慮轉(zhuǎn)向器基本功能實(shí)現(xiàn)的前提下，以方向盤帶動(dòng)齒輪齒條轉(zhuǎn)向軸，萬(wàn)向節(jié) 帶動(dòng)轉(zhuǎn)向齒輪軸，其后齒輪軸與齒條配合實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向操作。通過(guò)計(jì)算校核設(shè)計(jì)的 安全可靠性。最后，利用三維軟件針對(duì)齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模，并驗(yàn) 證該主體機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)的合理性。 關(guān)鍵詞：齒輪齒條設(shè)計(jì)；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；轉(zhuǎn)向器 動(dòng)力齒輪齒

2、條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) I Abstract With the rapid economic growth, the automotive industry has been developing rapidly. As one of the important safety components of automobiles, the steering system has also made great stride development. Automobile steering gear is mainly used in steering operation during vehicle d

3、riving, and its importance is self-evident. Through consulting the research status at home and abroad and the characteristics of the existing mechanical steering gear, this paper selects rack and pinion as the main body mechanism of automobile steering gear. First, on the premise of realizing the ba

4、sic function of the steering gear, the steering wheel drives the gear and rack steering axis with the steering wheel, the universal joint drives the steering gear shaft, and then the gear shaft is cooperated with the rack to realize the steering operation. The safety and reliability of the design is

5、 calculated. Finally, the 3D modeling of the rack and pinion steering mechanism is carried out by three-dimensional software, and the rationality of the size design of the main body is verified. Keywords: Gear and rack design Steering system Steering gear 動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) II 目錄 摘要 ......................

6、..............................................................................................................................I ABSTRACT.....................................................................................................................................II 第 1 章 緒論 ...................

7、...................................................................................................................1 1.1 概述 .........................................................................................................................................1 1.2 轉(zhuǎn)向器的作用與分類 .......................

8、......................................................................................1 1.3 汽車轉(zhuǎn)向裝置的發(fā)展趨勢(shì) .....................................................................................................3 1.4 汽車轉(zhuǎn)向器國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 ..............................................................................

9、...........................4 1.5 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 .....................................................................................................................6 第 2 章 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)方案選擇 ..........................................................................................7 2.1 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù) ..............

10、...............................................................................................7 2.2 轉(zhuǎn)向器總體方案設(shè)計(jì) .............................................................................................................8 2.2.1 轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)方案說(shuō)明 ..............................................................

11、.......................................8 2.2.2 轉(zhuǎn)向器輸入輸出形式 .....................................................................................................8 2.2.3 轉(zhuǎn)向器輸出形式對(duì)比分析 .............................................................................................9 2.2.4 轉(zhuǎn)向器齒輪齒條選擇 ...........

12、..........................................................................................9 2.2.5 轉(zhuǎn)向器齒條斷面形狀選擇 .............................................................................................9 2.2.6 轉(zhuǎn)向器的四種布置形式 ..............................................................................

13、.................10 2.2.7 轉(zhuǎn)向器最終方案確定 ...................................................................................................11 2.2.8 本章小結(jié) .......................................................................................................................11 第 3 章 設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程 ................

14、....................................................................................................12 3.1 側(cè)偏角的計(jì)算 .......................................................................................................................12 3.2 原地轉(zhuǎn)向阻力矩的計(jì)算 .................................................

15、.....................................................13 3.3 力傳動(dòng)比與角傳動(dòng)比對(duì)比分析 ...........................................................................................13 3.3.1 兩種傳動(dòng)比基礎(chǔ)介紹 ...................................................................................................13 3.3.2 角傳動(dòng)比與力傳動(dòng)

16、比確定 ...........................................................................................14 3.4 轉(zhuǎn)向器齒輪齒條的設(shè)計(jì) .......................................................................................................15 3.4.1 嚙合傳動(dòng)的特點(diǎn) ...................................................................

17、........................................15 3.4.2 齒輪參數(shù)的選擇 ...........................................................................................................16 3.4.3 接觸疲勞許用應(yīng)力 .......................................................................................................16 3.4.4 齒輪的齒根彎

18、曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) ...........................................................................................17 3.4.5 齒輪主要參數(shù)選取計(jì)算 ...............................................................................................18 動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) III 3.4.6 齒條主要參數(shù)選取計(jì)算 ...................................................

19、............................................19 3.4.7 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 ...............................................................................................20 3.4.8 本章總結(jié) .......................................................................................................................20 第 4 章

20、 齒輪軸的設(shè)計(jì) ....................................................................................................................21 4.1 傳動(dòng)受力分析 .......................................................................................................................21 4.2 最小軸徑確定 .............................

21、..........................................................................................21 4.3 強(qiáng)度校核 ...............................................................................................................................21 4.3.1 本章小結(jié) .........................................................

22、..............................................................24 第 5 章 間隙調(diào)整彈簧的設(shè)計(jì) ........................................................................................................25 5.1 彈簧材料 .......................................................................................................

23、........................25 5.2 計(jì)算彈簧絲直徑 ...................................................................................................................25 5.3 彈簧圈數(shù)和自由高度的計(jì)算 ...............................................................................................26 5.4 校核與內(nèi)外徑的確定 ..............

24、.............................................................................................26 5.5 工作時(shí)的數(shù)據(jù) .......................................................................................................................27 5.5.1 本章小結(jié) ............................................................

25、................................................................27 第 6 章 軸承選擇與潤(rùn)滑方式分析 ................................................................................................29 6.1 軸承的選用方案 ........................................................................................................

26、...........29 6.2 轉(zhuǎn)向器潤(rùn)滑方式 ...................................................................................................................29 6.2.1 本章小結(jié) .......................................................................................................................30 結(jié)論 ....................

27、..............................................................................................................................31 參考文獻(xiàn) ..........................................................................................................................................32 致 謝 .....................

28、.........................................................................................................................33 附錄 A 外文翻譯 .............................................................................................................................34 動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 0 第 1 章 緒論 1.1 概述 自改革開放幾十

29、年來(lái)，汽車工業(yè)得到了長(zhǎng)足進(jìn)步。而轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，這種汽車 上的重要部件之一，也在我國(guó)市場(chǎng)上，得到了飛速發(fā)展。對(duì)于該部件的生產(chǎn)來(lái) 說(shuō)，目前已達(dá)到了專業(yè)化和現(xiàn)代工業(yè)化的規(guī)模。我們可以從有關(guān)數(shù)據(jù)獲知，在 發(fā)達(dá)國(guó)家中，和轉(zhuǎn)向器有關(guān)的制造業(yè)，早就實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模生產(chǎn)，而且產(chǎn)量可以 達(dá)到年均數(shù)百萬(wàn)臺(tái)。所以，在資本和技術(shù)等方面優(yōu)勢(shì)的加持下，這些廠商差點(diǎn) 就占據(jù)全球所有的轉(zhuǎn)向器市場(chǎng)，如今，其成功模式被世界各地其它廠商爭(zhēng)相模 仿。 1.2 轉(zhuǎn)向器的作用與分類 通常情況下，轉(zhuǎn)向器可以改變轉(zhuǎn)向盤上的力矩，讓它增大，然后讓速度得 以削減，接著再傳遞到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的傳動(dòng)部件上。在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)速度減 弱的裝置，叫做轉(zhuǎn)向器。通常，

30、由 1 到 2 級(jí)來(lái)縮小傳動(dòng)副的速度。轉(zhuǎn)向器進(jìn)行 傳動(dòng)的效率很低，因?yàn)樗膫鲃?dòng)比比較大，該效率是輸出與輸入功率的比值。 該效率因?yàn)閭鲃?dòng)方向的不同，被劃分為兩種情況：第一種，正效率。這種情況 下，功率是從轉(zhuǎn)向柱輸入，然后，轉(zhuǎn)向搖臂再把它輸出到車輪上；第二種，逆 效率。功率的輸入和輸出正好和正效率情況下的相反。而在進(jìn)行轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 時(shí)，要注意到的是，如果想要提升轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)效率，那么就又很必要削減操 縱轉(zhuǎn)向盤所需要的力量。現(xiàn)在，各地市場(chǎng)上常見的轉(zhuǎn)向器，主要有蝸桿指銷式、 循環(huán)球式和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器等。本文所研究的，就是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 在市場(chǎng)上，該轉(zhuǎn)向器具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如，它的傳動(dòng)副只由兩部分構(gòu)

31、成， 分別是齒輪和齒條。所以它的構(gòu)造簡(jiǎn)潔、置放容易、穩(wěn)定性高，而且制造工藝 不繁瑣，生產(chǎn)速度快等。但它也有著許多顯著不足，比如，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)的尺寸不 是很大，而且，在實(shí)際使用中，齒條的不均勻磨損，會(huì)時(shí)常在其長(zhǎng)度方向上發(fā) 生。因此，一些無(wú)需進(jìn)行高強(qiáng)度工作的微型汽車，經(jīng)常在其轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，使用 該種形式的轉(zhuǎn)向器。 轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)主要形式可分為數(shù)種類型。過(guò)去的幾十年曾出現(xiàn)過(guò)多種形式的 不同類型轉(zhuǎn)向器，近幾年來(lái)，遍地使用的轉(zhuǎn)向器，主要有下列幾種形式，比如 動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 1 蝸桿滾輪式、循環(huán)球式和齒輪齒條式等。除此之外，還有一種非常冷門的蝸桿 滾輪式轉(zhuǎn)向器。但要是按照轉(zhuǎn)向助力的方式，那么轉(zhuǎn)向器，又能被

32、劃分為以下 兩種類型，第一，機(jī)械式；第二，動(dòng)力式。在這兩種類型中，機(jī)械式動(dòng)力轉(zhuǎn)向 器，又因?yàn)閯?dòng)力來(lái)源的不同，被劃分為以下幾種形式，比如電動(dòng)助力式、氣壓 動(dòng)力式和液壓動(dòng)力式等等。 1、齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 這是一種被廣泛使用的轉(zhuǎn)向器，在市場(chǎng)上隨處可見。它的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單， 主要是齒條和一雙互相嚙合的齒輪。在轉(zhuǎn)向軸的帶動(dòng)下，小齒輪開始旋轉(zhuǎn)，而 齒條就被帶動(dòng)起來(lái)，開始做直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)然，還有一些與此不同的情況，比如 橫拉桿直接被齒條帶動(dòng)，從而使轉(zhuǎn)向輪帶動(dòng)車輪，改變方向。這種轉(zhuǎn)向器的結(jié) 構(gòu)最為簡(jiǎn)單，且成本低廉，但是轉(zhuǎn)向的靈敏度卻一點(diǎn)也不低，體積還很小巧。 從性價(jià)比上來(lái)說(shuō)，這種轉(zhuǎn)向器是最優(yōu)選擇，所以得到了相關(guān)

33、市場(chǎng)的青睞。 2、蝸桿曲柄銷式轉(zhuǎn)向器 該轉(zhuǎn)向器主要分為蝸桿和曲柄銷兩大部分組成。蝸桿的螺紋形狀類似于為 梯形；錐形銷通過(guò)軸承，被支撐在曲柄上，而該曲柄和負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)向的搖臂，則是 一個(gè)整體，沒有任何接連結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在接到駕駛員的指令后，先會(huì)通過(guò)轉(zhuǎn) 向盤，使蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。接著。錐形銷，就會(huì)在蝸桿螺旋槽內(nèi)，持續(xù)地進(jìn)行自 轉(zhuǎn)，同時(shí)還以搖臂的軸為中心，做著圓弧運(yùn)動(dòng)。通過(guò)這樣的方式，讓轉(zhuǎn)向擺臂 和曲柄，產(chǎn)生擺動(dòng)，然后，轉(zhuǎn)向輪再在轉(zhuǎn)向傳動(dòng)部件的作用下，發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這 種轉(zhuǎn)向器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向力非常大，所以經(jīng)常被應(yīng)用在卡車和大型貨車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 中。 3、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 這種轉(zhuǎn)向器的工作原理，如下所述：轉(zhuǎn)向盤的所發(fā)出的旋

34、轉(zhuǎn)力，會(huì)被齒輪 結(jié)構(gòu)減少，接著該結(jié)構(gòu)會(huì)把這個(gè)力進(jìn)行傳遞，此時(shí)，螺夾著鋼球的螺母和滾珠 螺桿，就會(huì)相互咬合，從而將滾珠螺桿轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)的運(yùn)動(dòng)。然后齒輪便會(huì) 再次跟螺母之間發(fā)生嚙合，這樣就會(huì)改變剛才滾珠螺桿的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，讓它 旋轉(zhuǎn)起來(lái)。而該旋轉(zhuǎn)會(huì)搖動(dòng)連桿臂，讓它帶著連動(dòng)和橫拉桿，進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn) 動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)車輪方向的改變。這是一種非常經(jīng)典的轉(zhuǎn)向方案，但比較落后， 不被市場(chǎng)所喜愛。它主要是利用了一種相對(duì)位移，該位移是螺栓和螺母在旋轉(zhuǎn) 的整個(gè)過(guò)程中，所形成的。出于削減直接接觸帶來(lái)的阻力，一定數(shù)量的鋼球被 放置在這個(gè)結(jié)構(gòu)的螺紋中。于是，當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開始轉(zhuǎn)向操作后，鋼球就會(huì)在螺 旋曲線內(nèi)做著往復(fù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)

35、然，該曲線是封閉的。所以，這種轉(zhuǎn)向器就被稱為 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。 4、齒輪齒條液壓助力轉(zhuǎn)向器 動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 2 相較于齒輪齒條機(jī)械式的轉(zhuǎn)向器來(lái)說(shuō)，有一種叫做齒輪齒條液壓助力式的 轉(zhuǎn)向器。這種液壓助力式轉(zhuǎn)向器，只不過(guò)在原鄉(xiāng)機(jī)械式的基礎(chǔ)上，增加了一些 讓駕駛員在轉(zhuǎn)向操作中，會(huì)感到更加方便的部件，比如，轉(zhuǎn)向閥、轉(zhuǎn)向油缸、 轉(zhuǎn)向油壺等等，讓駕駛員的轉(zhuǎn)向操作更加省時(shí)省力。 1.3 汽車轉(zhuǎn)向裝置的發(fā)展趨勢(shì) 在汽車的所有部件中，轉(zhuǎn)向裝置是非常重要的部件之一，它可以輕而易舉 地改變汽車的行進(jìn)方向。所以，通常要求該裝置的反應(yīng)要十分靈敏，能準(zhǔn)確感 知駕駛員的下達(dá)的轉(zhuǎn)向操作指示。而且，當(dāng)轉(zhuǎn)向動(dòng)作發(fā)生后，哪

36、怕駕駛員沒有 再操作方向盤，該裝置也要能夠使汽車自行回位到之前的穩(wěn)定駕駛中。 汽車工業(yè)作為第二產(chǎn)業(yè)的中流砥柱，其代表著一個(gè)國(guó)家的制造業(yè)整體水平。 汽車屬于制造業(yè)的集成產(chǎn)品，結(jié)合了多種領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，集復(fù)雜性與高科技 于一身，遠(yuǎn)非我們?cè)瓉?lái)所理解的機(jī)械工程車輛。 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，主要采用的都是機(jī)械式助力，比如，通過(guò)人力轉(zhuǎn)動(dòng) 方向盤，帶動(dòng)一系列的機(jī)械部件運(yùn)動(dòng)之后，轉(zhuǎn)向器進(jìn)行轉(zhuǎn)向動(dòng)作，從而改變汽 車的駕駛方向。 液壓式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更為先進(jìn)，便捷，得到了市場(chǎng)的一直認(rèn)可，遂得以逐年擴(kuò) 展推廣。液壓式的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)成功把原先的人力助力，變更為液壓輔助人力的方 式，大大減少駕駛員轉(zhuǎn)向時(shí)的發(fā)力。該助力系統(tǒng)，英文簡(jiǎn)稱

37、為 HPS，是通過(guò)對(duì) 機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)后，衍生出來(lái)的添加液壓部件。這液壓部件的動(dòng) 力源，來(lái)自汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)，性能非常穩(wěn)定，性價(jià)比也很實(shí)惠。所以，自從面世 以來(lái)，深受市場(chǎng)的追捧。這種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)區(qū)別是由液壓力出力支持轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng) 的實(shí)現(xiàn)，弱化駕駛者作用在方向盤上的力，進(jìn)一步加強(qiáng)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)穩(wěn)定性和 便捷性。 隨著電子技術(shù)在汽車中進(jìn)一步推廣使用，大量的電子器件也被添加到轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)中來(lái)，這也標(biāo)志著轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電子化的全面到來(lái)，很快就有廠家推出了其新 一代產(chǎn)品電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。目前市面上售賣的電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，主要 有兩種，第一種，電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；第二種，電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 1。 這兩種系統(tǒng)都是基

38、于液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，改進(jìn)和衍生而來(lái)的。相較于傳統(tǒng)的液壓式 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它們之間還是有一些明顯差別的。比如，電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它的 動(dòng)力來(lái)源是單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)，而在非液壓式轉(zhuǎn)向裝置中，卻是由發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。 用電動(dòng)機(jī)代替發(fā)動(dòng)機(jī)的好處，也是顯而易見的，不會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的功率消耗， 縮減了汽油的用量。而電控式液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，雖然動(dòng)力也是由電動(dòng)機(jī)提供的， 動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 3 但它跟電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)比起來(lái)，也有著明顯的不同。電控式，顧名思義，它 在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中使用了電子器件對(duì)轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制?？梢愿鶕?jù)汽車駕駛中的一些部 件參數(shù)，比如汽車當(dāng)下行駛速度和方向盤的轉(zhuǎn)向速度等等，然后決定提供多大 的液壓助力，對(duì)轉(zhuǎn)向動(dòng)作進(jìn)

39、行輔助，從而可以在各種車況下，實(shí)時(shí)地對(duì)轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)在轉(zhuǎn)向操作時(shí)，所用到的助力大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。減少磨損，降低消耗能源。 電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)雖較液壓助力轉(zhuǎn)向有部分優(yōu)勢(shì)。然而，這種系統(tǒng)并非完 美無(wú)缺，它自身依舊存在各種不足和缺陷，比如，液壓油容易泄露等等。同時(shí)， 電液助力系統(tǒng)中，液壓部件的加入，不僅增加了廠家的生產(chǎn)成本，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也 變得非常復(fù)雜，其性能反倒變得不可靠。如大部分坦克現(xiàn)仍使用機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 在電氣化發(fā)達(dá)的今天，由于電液助力系統(tǒng)的諸多不足，人們很快就發(fā)現(xiàn)了 它的替代品即電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)于其它類型的轉(zhuǎn)向裝置，該系統(tǒng)摒 棄了液壓部件，而且它的助力來(lái)源也變更為電動(dòng)機(jī)。這種轉(zhuǎn)向裝置由三種基本

40、 器件構(gòu)成，比如微處理器、電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)矩傳感器等。它的工作流程如下所述 2： 當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)接收到轉(zhuǎn)向指令后，轉(zhuǎn)向軸就會(huì)做出相應(yīng)運(yùn)動(dòng)，與此同時(shí)轉(zhuǎn)矩傳感 器開始工作，對(duì)轉(zhuǎn)矩信號(hào)進(jìn)行處理，然后將該信號(hào)變?yōu)殡娮有盘?hào)，推送到微處 理器中。接收到該電子信號(hào)后，微處理器會(huì)采集相關(guān)部件以及汽車當(dāng)前的駕駛 速度等，運(yùn)行預(yù)設(shè)的相關(guān)算法，進(jìn)行綜合研判，然后決定是否提供助力，以及 提供多少助力。因其優(yōu)異的屬性應(yīng)用范圍進(jìn)一步推廣至大型傳統(tǒng)車輛。 1.4 汽車轉(zhuǎn)向器國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 在多年的推廣和發(fā)展后，汽車領(lǐng)域也采用了大量的電子技術(shù)，轉(zhuǎn)向裝置中 也是如此，使得其性能大為提升。目前，市面上主要有四種類型的轉(zhuǎn)向器，比 如，齒輪齒條式

41、( 英文縮寫 RP 型)、蝸桿滾輪式(英文縮寫 WR 型)、有蝸桿銷式 (英文縮寫 WP 型) 和循環(huán)球式 (英文縮寫 BS 型)等轉(zhuǎn)向器。 從現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中，可以獲知，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，汽車循環(huán)球式的轉(zhuǎn)向器數(shù) 量最多，幾乎壟斷大半市場(chǎng)，份額超過(guò)百分之四十二；緊跟在循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 之后的，是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，其市場(chǎng)份額剛過(guò)百分之三十九；其余，就是很 稀有的蝸桿滾輪式和其它形式的轉(zhuǎn)向器，市場(chǎng)份額加起來(lái)好不到百分之二十。 可見，循環(huán)球式的轉(zhuǎn)向器，非常受市場(chǎng)的歡迎，所以有關(guān)它的改進(jìn)和研發(fā)，也 一直在進(jìn)行中，這讓它的性能也不斷得到更新和改進(jìn)。而在西歐地區(qū)和日本， 齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器主要多用在小客車上。特別是

42、日本這個(gè)國(guó)家，它所生產(chǎn)的車 輛都合理采用了這種車型所能適用的轉(zhuǎn)向器，而且其針對(duì)公共汽車開發(fā)的循環(huán) 動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 4 球式轉(zhuǎn)向器，目前已經(jīng)壟斷了全球市場(chǎng)。一般來(lái)說(shuō)，無(wú)論大還是小貨車等，它 們的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都使用的是循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。不過(guò)我們也要注意到的是，齒條齒 輪式轉(zhuǎn)向器的應(yīng)用，也非常廣泛，跟循環(huán)球式的市場(chǎng)份額相比，相差不大。 國(guó)內(nèi)早期轉(zhuǎn)向器廠商們生產(chǎn)的基本都是循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。只有很少部分的 廠商生產(chǎn)蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器和蝸桿銷式轉(zhuǎn)向器，比如，早期的東風(fēng)和解放汽車， 分別使用的就是蝸桿滾輪式和蝸桿銷式轉(zhuǎn)向器。一九八九年，國(guó)家政策放開后， 解放和東風(fēng)等老牌廠商，也開始迅速推進(jìn)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的研

43、發(fā)，并很快將這 種轉(zhuǎn)向器應(yīng)用到自家的第二代車型中。 在國(guó)外諸多生產(chǎn)商中，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)開發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)日趨完善。 各種跨國(guó)公司通過(guò)技術(shù)與資金優(yōu)勢(shì)極大的擠壓了市場(chǎng)的占有率和銷售渠道。專 業(yè)系統(tǒng)工業(yè)化的生產(chǎn)已成為一種發(fā)展趨勢(shì)，這條路屬于較為成功的發(fā)展模式， 提高了企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 世界上有兩種主要類型的轉(zhuǎn)向器，分別是循環(huán)球式和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 而其它轉(zhuǎn)向器，比如蝸輪蝸桿式和蝸桿銷式轉(zhuǎn)向器，正在被市場(chǎng)無(wú)情拋棄。但 在轉(zhuǎn)向器的具體應(yīng)用領(lǐng)域上，各個(gè)國(guó)家和地區(qū)之間的意見也不統(tǒng)一。比如，美 國(guó)和日本把研發(fā)重點(diǎn)繼續(xù)放在循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器上，其國(guó)內(nèi)該種轉(zhuǎn)向器的市場(chǎng)占 有率已經(jīng)高達(dá)百分之九十；而西歐地區(qū)，則在大

44、力發(fā)展齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，他 們的產(chǎn)品占有了轉(zhuǎn)向器市場(chǎng)中的大多數(shù)份額，為百分之五十。因?yàn)辇X輪齒條式 轉(zhuǎn)向器自身所具有的多種優(yōu)勢(shì)，使得它在小型車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上，發(fā)展的如火如 荼；而循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器則基本都被用在大型車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)勢(shì)時(shí)操作起來(lái)省力、便捷。它可以很便捷地放置在汽 車中，可以很好的配合大中型車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的運(yùn)作；它的逆效率很能滿足實(shí)際 需要，即方向盤能得到及時(shí)回到原位等等。可以實(shí)現(xiàn)變速比的特性。具體分布 中以中間位置轉(zhuǎn)向力小、較為常用。該轉(zhuǎn)向器可以實(shí)現(xiàn)變速比，所以得到很多 廠商的采用。但是，該轉(zhuǎn)向器在完成轉(zhuǎn)向動(dòng)作的過(guò)程中，需要用到大量鋼球。 鋼球不停地一邊自轉(zhuǎn)，同時(shí)還一

45、邊滑動(dòng)，從而讓車輪更改方向。所以，這就對(duì) 鋼球是否堅(jiān)硬和是否耐磨等提出了很高的要求。這種類型的轉(zhuǎn)向器還能通過(guò)相 關(guān)技術(shù)，被改變成等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)。所以它在市場(chǎng)上有著很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：組織構(gòu)造簡(jiǎn)明，易于制造， 通用材料即可滿足轉(zhuǎn)向器性能；同等條件下在傳動(dòng)方面的擁有更好的效果，效 率超過(guò)百分之九十；當(dāng)齒輪和齒條之間出現(xiàn)磨損的現(xiàn)象后，可以利用相關(guān)彈簧 部件，自動(dòng)去除空隙 3。這樣做不僅提高了轉(zhuǎn)向器的使用壽命，轉(zhuǎn)動(dòng)精度，還 有效的降低了運(yùn)作過(guò)程中的噪音。該轉(zhuǎn)向器所需空間不大，生產(chǎn)成本低。 從上文中可以獲知，未來(lái)市場(chǎng)上的主流轉(zhuǎn)向器，必然是循環(huán)球式和齒輪齒 動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向

46、器的設(shè)計(jì) 5 條式轉(zhuǎn)向器。 1.5 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 基于對(duì)其它同種類型車輛中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的參考，本文中所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)類 型為機(jī)械式的，主要研究?jī)?nèi)容為：對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)做出解釋，接著對(duì)轉(zhuǎn)向器零件的 設(shè)計(jì)和其工藝性等問題展開了相關(guān)探討。 然后轉(zhuǎn)向器及零部件的設(shè)計(jì)方案，按照以下三個(gè)步驟，進(jìn)行了闡述和論證： （1）分析和探討選定的轉(zhuǎn)向器； （2）根據(jù)查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)和需求原則，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的各個(gè)零部件； （3）針對(duì)設(shè)計(jì)方案，結(jié)合三維軟件對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行論證和仿真。 最后確認(rèn)對(duì)部分零件潤(rùn)滑方式，至此為本次設(shè)計(jì)主要內(nèi)容。 動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 6 第 2 章 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)方案選擇 2.1 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)

47、 汽車行駛方向是由轉(zhuǎn)向系進(jìn)行控制的，轉(zhuǎn)向系是一種包含轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的 汽車上的機(jī)構(gòu)。因?yàn)檗D(zhuǎn)向系對(duì)方向的控制作用，造成了其必須在接收到轉(zhuǎn)向指 令的時(shí)候做到及時(shí)、靈敏而又能準(zhǔn)確無(wú)誤和平穩(wěn)。而當(dāng)轉(zhuǎn)向系上沒有任何指令 傳達(dá)的時(shí)候，也就是方向盤不被操作的時(shí)候，汽車必須能夠重新進(jìn)入平穩(wěn)的直 線運(yùn)行，而且是自動(dòng)進(jìn)入。 良好的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般滿足以下幾點(diǎn)： 1、根據(jù)傳統(tǒng)將轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比分為兩類，一類是角傳動(dòng)比。還有一類是轉(zhuǎn)向 力傳動(dòng)比。，兩者根據(jù)不同的方法計(jì)算傳動(dòng)比。根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)的不同，若在轉(zhuǎn) 向輪阻力取固定值時(shí)，角傳動(dòng)比的增加，會(huì)降低靈敏度，但駕駛體驗(yàn)感優(yōu)異， 常用于非專業(yè)特殊車輛；反之角傳動(dòng)比的減小，會(huì)需要駕駛者

48、用更大的力去轉(zhuǎn) 向，增加了靈敏度降低了安全性，常見于工地車輛。轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比根據(jù)相關(guān)資 料查閱的不得低于十五至十六之間；也不宜過(guò)大，具體以實(shí)際車輛性能需求為 參考。 2、考慮到現(xiàn)實(shí)中常見汽車事故的教訓(xùn)，汽車轉(zhuǎn)向器的自動(dòng)回正能力必須的 固定到一定范圍?；卣σ话阌奢喬ゼ败囕S機(jī)械結(jié)構(gòu)說(shuō)影響。這里我們以選取 的參考車型為基本數(shù)據(jù)，為了保證回正能力，后面轉(zhuǎn)向器內(nèi)部的阻力大小，及 不同材料的摩擦力在設(shè)計(jì)的時(shí)候均需要考慮到 4。 3、在汽車正常工作的時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)都會(huì)對(duì)車輛的轉(zhuǎn)向進(jìn)行 調(diào)整影響，若倆個(gè)同時(shí)工作的情況下，則兩者之間會(huì)產(chǎn)生不必要的的運(yùn)動(dòng)干涉， 而這種干涉對(duì)于汽車來(lái)說(shuō)會(huì)影響到其平穩(wěn)性

49、16，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候就必須 通過(guò)一定合理的設(shè)計(jì)來(lái)預(yù)先減小這種相互的運(yùn)動(dòng)干涉。 4 現(xiàn)在市場(chǎng)上主流的轉(zhuǎn)向器在其球頭的位置均應(yīng)設(shè)有相關(guān)的調(diào)整結(jié)構(gòu)，來(lái) 應(yīng)對(duì)球頭在使用較短時(shí)間下磨損較小的情況下對(duì)轉(zhuǎn)向器準(zhǔn)確性可靠性的影響， 延長(zhǎng)轉(zhuǎn)向器的使用時(shí)間。 5、根據(jù)國(guó)家關(guān)于汽車行業(yè)的相關(guān)管理規(guī)定，轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤中都必須有相 關(guān)的應(yīng)急安全保障機(jī)構(gòu)，都盡可能地在突發(fā)狀況下最大限度保障駕駛員的人身 安全。 6、如果汽車進(jìn)行轉(zhuǎn)向，那么車輪旋轉(zhuǎn)的瞬心必須相同而沒有差異，而且轉(zhuǎn) 動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 7 向系統(tǒng)上下的放向盤和轉(zhuǎn)向輪之間必須保持同向。 7、如果轉(zhuǎn)向輪遭到地面障礙物等的沖擊碰撞，方向盤處的反沖力不能大

50、， 而是應(yīng)該盡量控制在一個(gè)很低的范圍內(nèi)。 8、轉(zhuǎn)向輪必須保證在任何一種行駛狀態(tài)下，都不會(huì)出現(xiàn)擺震的現(xiàn)象。 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(shuō)明 在本次的設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)向器被定為齒條式方案，所以相應(yīng)配套方案只需要在 輸入輸出形式、齒條斷面形狀和齒形三個(gè)方面進(jìn)行確定即可。其后主要工作即 圍繞這三點(diǎn)為中心，輸入輸出形式參考選取選取的樣車，為基本數(shù)據(jù)，對(duì)比分 析不同方案優(yōu)缺點(diǎn)，最終選擇最合適與本次設(shè)計(jì)的方案。齒條斷面形狀和齒形 的選取均是同樣的道理。這里只做簡(jiǎn)單的敘述。要達(dá)到設(shè)計(jì)實(shí)際要求水準(zhǔn)，需 要參考轉(zhuǎn)向器在不同方案下的工作效果參照對(duì)比。齒條斷面的形狀主要根據(jù)的 是，受力之后可能出

51、現(xiàn)的負(fù)面影響等相關(guān)因素來(lái)考慮，然后做出一個(gè)合適的斷 面形狀選擇。各個(gè)方案的側(cè)重點(diǎn)不同。 2.2.2 轉(zhuǎn)向器輸入輸出形式 根據(jù)參考資料及常用分類方式為主要根據(jù)齒輪的輸入輸出位置特點(diǎn)進(jìn)行區(qū) 分，具體可分為以下四大類 6：中間輸入，兩端輸出；側(cè)面輸入，兩端輸出側(cè) 面輸入；中間輸出；側(cè)面輸入，一端輸出。 圖 2-1 轉(zhuǎn)向器輸入輸了形式簡(jiǎn)圖 動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 8 2.2.3 轉(zhuǎn)向器輸出形式對(duì)比分析 兩端輸出轉(zhuǎn)向器較其他輸出形式擁有諸多優(yōu)點(diǎn)，比如結(jié)構(gòu)相對(duì)要簡(jiǎn)單，而 且制作的成本不高，工藝簡(jiǎn)易等。但是缺點(diǎn)也是存在的，上文提過(guò)轉(zhuǎn)向器與懸 架系統(tǒng)同時(shí)工作時(shí)易產(chǎn)生干涉，而轉(zhuǎn)向拉桿較短的話，會(huì)加劇這一現(xiàn)象產(chǎn)

52、生相 互干擾，加劇磨損，帶來(lái)了原本不應(yīng)該有的損傷。 側(cè)面輸入，中間輸出的轉(zhuǎn)向器（圖 2-1c）的優(yōu)缺點(diǎn)都很明顯。優(yōu)點(diǎn)是，拉 桿的長(zhǎng)度得到了加長(zhǎng)，從圖示中可以看到，這種模式中的左右拉桿已經(jīng)加長(zhǎng)到 了車輪平行的位置。而這種長(zhǎng)度的變化能都有效減少在汽車行駛過(guò)程中車輪因 路況太差帶來(lái)的拉桿擺角過(guò)大或過(guò)小的問題。但是這種情況的使用的拉桿材料 必須要具有一定的強(qiáng)度。缺點(diǎn)是，該轉(zhuǎn)向器由位于轉(zhuǎn)向器殼體上的螺孔空配合 拉桿上的螺栓來(lái)固定連接，這不僅會(huì)削弱在轉(zhuǎn)向器的殼體的強(qiáng)度，也考驗(yàn)螺栓 的配合性，影響轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)精度 7。 還有一種形式是側(cè)面輸入，但是輸出在一端（圖 2-1d），這種形式的轉(zhuǎn)向 器一般只是應(yīng)用于平頭

53、貨車上，在市場(chǎng)中不具有大的應(yīng)用和份額。 2.2.4 轉(zhuǎn)向器齒輪齒條選擇 本次設(shè)計(jì)選擇豐田 2012 2.4AT 四驅(qū)至臻導(dǎo)航版為設(shè)計(jì)的參考車型。在選擇 齒輪齒條選擇上，考慮三個(gè)方面的因素。如果使用的是直齒輪，因?yàn)檫@種情況 下圓柱齒輪與齒條之間的不具有高度的嚙合度，就削弱了轉(zhuǎn)向器運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性 和平衡性，工作中會(huì)有很大的沖擊力，也帶來(lái)了很大更高的噪音。其次，如果 齒輪與齒條之間形成的軸線夾角是斜角的話，那么軸向力就會(huì)產(chǎn)生，造成了更 大的滑摩力。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)希望能夠在實(shí)用性的同時(shí)具有經(jīng)濟(jì)性，確定為直齒。 2.2.5 轉(zhuǎn)向器齒條斷面形狀選擇 齒條斷面按大致形狀區(qū)分可分為三種形狀，分別為 V 形、圓形、

54、Y 形。我 們?cè)谶x擇時(shí)候首先對(duì)各種形狀的優(yōu)劣進(jìn)行了比對(duì)。首先共工藝簡(jiǎn)易度上比較， 圓形要更為簡(jiǎn)單些。如果從成本上比較，圓形就要遜色與其他兩種，其他兩種 動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 9 在耗材上只相當(dāng)于圓形耗材的 80%。相比較而言，除了圓形斷面，其他兩種斷 面下方具有斜面，而且在兩側(cè)均有分布。在位置上，這個(gè)斜面與齒條的托座是 直接相關(guān)的。這種機(jī)械結(jié)構(gòu)能夠的特點(diǎn)就是齒條轉(zhuǎn)動(dòng)不可能會(huì)有以軸線為圓點(diǎn) 的情況。將 Y 形的齒寬放大后能夠提高其強(qiáng)度。如果車輪在跳動(dòng)和轉(zhuǎn)向等工作 的時(shí)候，能促使齒條發(fā)生旋轉(zhuǎn)的力如果存在，那么齒條斷面形式就不應(yīng)該選擇 圓形，以此來(lái)避免因?yàn)辇X條的旋轉(zhuǎn)而使得齒被損壞，出現(xiàn)嚙合度降低

55、或者造成 了齒輪與齒條之間不再能夠相互正確無(wú)誤地嚙合等情況，而一旦發(fā)生這種情況 很有可能會(huì)帶來(lái)很多的突發(fā)事件。 a）圓型齒條斷面 b）V 型齒條斷面 c）Y 型齒條斷面 圖 2-2 三種齒條斷面形狀圖示 2.2.6 轉(zhuǎn)向器的四種布置形式 常見通用的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的布置形式一般有四種，區(qū)別的根據(jù)是以其 和轉(zhuǎn)向梯形與前軸之間的相對(duì)位置來(lái)劃分 8。具體形式如表 2-1，圖 2-3 為示 范簡(jiǎn)圖 動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 10 種類 相對(duì)于前軸方向 轉(zhuǎn)向梯形 圖示 第一種 后方 后置 圖 2-3（ a） 第二種 后方 前置 圖 2-3（ b） 第三種 前方 后置 圖 2-

56、3（ c） 第四種 前方 前置 圖 2-4（ d） 表 2-1 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器布置形式 圖 2-3 轉(zhuǎn)向器布置形式簡(jiǎn)圖 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器因其本身性能特點(diǎn)在工程車輛等高強(qiáng)度作業(yè)車輛方面占 比率較小，一般被僅使用于中小型的汽車。對(duì)于一些采用獨(dú)立懸架前輪的貨車 和客車來(lái)說(shuō)，當(dāng)沒有大的裝載量，也可以使用這種轉(zhuǎn)向器的。 2.2.7 轉(zhuǎn)向器最終方案確定 在經(jīng)過(guò)上文所有比較分析，考慮本次設(shè)計(jì)的成本需要和難度，最終以側(cè)面 輸入兩端輸出為本次設(shè)計(jì)的輸入輸出形式。此外經(jīng)濟(jì)壓力和加工成本的因素， 齒輪與齒條都采用直齒。在齒輪斷面設(shè)計(jì)選擇的使用，本次設(shè)計(jì)中齒條上不存 在任何力矩造成齒條旋轉(zhuǎn)的，選用圓形齒條斷面。

57、2.2.8 本章小結(jié) 第二章主要為對(duì)各種方案的分析對(duì)比，最終根據(jù)設(shè)計(jì)要求來(lái)確認(rèn)選擇的方 案。其輸出方式參考了主流的幾種方案進(jìn)行參考比較，選用側(cè)面輸入兩端輸出 動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 11 的形式。最終確定設(shè)計(jì)方案。 第 3 章 轉(zhuǎn)向器齒輪齒條設(shè)計(jì) 3.1 側(cè)偏角的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要考慮機(jī)動(dòng)性。理論上，當(dāng)轉(zhuǎn)輪處于最大轉(zhuǎn)角的時(shí)候，其最小 的轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)該等于 2 到 2.5 倍的軸距。選取豐田 2012 款 2.4AT 四驅(qū)至臻導(dǎo)航 版為數(shù)據(jù)來(lái)源對(duì)象，這個(gè)車型的軸距是 2.66 米，半徑最小是 5.32 米，最大的是 66.50 米，半徑與機(jī)動(dòng)性之間成反比關(guān)系。為提高機(jī)動(dòng)性，取轉(zhuǎn)彎半徑最小值五 千

58、五百，如圖（3-1)。 圖 3-1 側(cè)偏角的分析簡(jiǎn)圖 （3-arcsin()LR 1） 其中： 轉(zhuǎn)向輪外輪轉(zhuǎn)角； 主銷偏移距；a 汽車軸距 9。L = （3-arcsin()LR260arcsin()95 2） 值查閱書籍得一般取值范圍為-10 到 30 毫米, 這里設(shè)計(jì)參數(shù)取 20 毫米，a 其綜合轉(zhuǎn)角為三十二度。 動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 12 3.2 原地轉(zhuǎn)向阻力矩的計(jì)算 因?yàn)檗D(zhuǎn)向器的任何部分都需要在強(qiáng)度上得到一個(gè)足夠的保證。所以在設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)向器的時(shí)候必須對(duì)使用到的零部件進(jìn)行強(qiáng)度的測(cè)試。在測(cè)試之前，對(duì)于每個(gè) 零部件上受到的力的種類和大小

59、進(jìn)行一個(gè)分析。在轉(zhuǎn)向器中，這種力一般都是 因?yàn)檗D(zhuǎn)向軸的負(fù)荷和輪胎氣壓等多種因素帶來(lái)的。 因?yàn)楦鞣N原因，目前還沒有一個(gè)完全能夠精確計(jì)算該力大小的公式或方法。 一般對(duì)于行駛在瀝青或者混凝土路面上的汽車原地轉(zhuǎn)向阻力矩 MR（N mm） 的計(jì)算，采用的是半經(jīng)驗(yàn)公式，這是目前精度最高的一個(gè)公式，如下所示： （3-p GfMR31 3） 其中： 輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因素，這里取零點(diǎn)七；f 轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷；預(yù)設(shè)前軸的載荷為八百一十千克；1G 輪胎氣壓（單位為兆帕）。查書取零點(diǎn)二兆帕 9。p （3-4） mNpGfMR 35.802.137.031 3.3 力傳動(dòng)比與角

60、傳動(dòng)比對(duì)比分析 3.3.1 兩種傳動(dòng)比基礎(chǔ)介紹 常見的轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比按照不同的計(jì)算方式區(qū)分一般有兩種，分別為角傳 動(dòng)比和力傳動(dòng)比。 力傳動(dòng)比的計(jì)算公式： （ ）： = / ; (3-5)pi2wFh 輪胎與地面接觸點(diǎn)的中心給予轉(zhuǎn)向輪的合力；2wF 輪胎與地面接觸點(diǎn)的中心給予方向盤的手力；h 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 18。wi wi wi 動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 13 3.3.2 角傳動(dòng)比與力傳動(dòng)比確定 本論文設(shè)計(jì)方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)不大于四，按最高保準(zhǔn)這里取四

61、圈，不同車輛 轉(zhuǎn)向盤直徑不同，根據(jù)參考車型這里取其為四百毫米，轉(zhuǎn)向正效率?。ǚ?hào)為 DSW）常用值百分之九十， 轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)取二百毫米，這里符號(hào)表示用 L1。 根據(jù)公式計(jì)算求角傳動(dòng)比得 （3-6）360420.87()(7)WwKni （3-2351.5.9RhSWMFNDi 7） （3-2hSW 8） Fh為作用于方向盤作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩 （3- 10.25409.6=20.5NmhSWFDM 9） 力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系 （3- 2wphFi 10） (3-11) w1FRML 根據(jù)公式可得作用在方向盤上

62、的力為 動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 14 （3-2hSWMFD 12）則力傳動(dòng)比為 (3-13)1RswphiL （3-RwohkMi 14） 帶入?yún)?shù)，由上述公式可得 （3-15）140.92.8718.73swpDiL 3.4 轉(zhuǎn)向器齒輪齒條的設(shè)計(jì) 3.4.1 嚙合傳動(dòng)的特點(diǎn) 當(dāng)齒輪半徑無(wú)限大時(shí)各齒趨于平行的狀態(tài)下的特殊大齒輪的部分節(jié)選。其 本身工作原理與齒輪無(wú)太大區(qū)別。在漸開線計(jì)算中公式是通用的，假設(shè)圓直徑 無(wú)限大，將漸開線變成了直線，所以齒輪的齒數(shù)無(wú)限多的時(shí)候，對(duì)應(yīng)的齒輪直 徑就成為了一個(gè)無(wú)限大的參數(shù)，最

63、終直齒廓也就形成。齒輪在傳動(dòng)的特點(diǎn)很明 顯，與其傳動(dòng)的方式和彼此結(jié)合的方式相關(guān)，首先，齒條與齒廓的各個(gè)點(diǎn)的壓 力角都為齒廓的傾斜角。這是因?yàn)辇X輪采用的是平動(dòng)的方式，齒廓上的每一點(diǎn) 之間都具有彼此一致的傳動(dòng)速度和方向。其次，周節(jié)在任何平行與分度線的直 線上都是相互等同的 10。 圖 3-2 局部齒條的齒廓簡(jiǎn)圖 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器必須將傳動(dòng)比控制在一定的范圍內(nèi)不能偏高，這是與它的 動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 15 工作原理相關(guān)。首先，在傳動(dòng)的過(guò)程中，無(wú)特殊情況下其節(jié)圓與分度圓將會(huì)保 持一致的。當(dāng)小齒輪軸線與齒條軸線再不垂直時(shí)，則兩輪廓之間的連接將成為 點(diǎn)接觸的情況 10，而這種方式能提高壓強(qiáng)，造成接觸部

64、分之間的接觸應(yīng)力變大， 也就加快了齒輪的消耗，降低了耐用性。 決定傳動(dòng)比的主要因素有三種，即齒條的齒傾角、小齒輪的法向模數(shù)和齒 數(shù) 17。所以在本次設(shè)計(jì)中，為了達(dá)到預(yù)定的傳動(dòng)比，只需要對(duì)這三個(gè)影響因素 各自確定一個(gè)合適的數(shù)據(jù)即可。 3.4.2 齒輪參數(shù)的選擇 根據(jù)預(yù)定車型的參考數(shù)據(jù)及其他人的參考意見，轉(zhuǎn)向器扭矩較低，需要承 受的載荷不大，齒輪參數(shù)的具體如下：齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的齒輪采用直齒輪，小 齒輪的齒數(shù)選擇為六，模數(shù)根據(jù)現(xiàn)有刀具及成型工藝判斷這里取二點(diǎn)五作為參 考較為合適，法面壓力角依據(jù)參考標(biāo)準(zhǔn)取二十度，齒輪齒條均采用直齒即螺旋 角取零度作為參考，壓力角取二十度，齒輪的取 10 轉(zhuǎn)每分鐘，精度

65、等級(jí)依據(jù)以 往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn) 8 級(jí)，每日有效工作時(shí)長(zhǎng)為 8 小時(shí)。 齒輪材料的選擇：這里選用性能優(yōu)良較為常用的 20CrMnTi 合金鋼，表面 滲碳淬火，齒面硬度范圍 5863HRC。后面齒條選用和齒輪材料相互配合的 40Cr 為材料，高頻淬火工藝，表面硬度取 56HRC。 由公式的分度圓直徑為 （3-16） 12.561.34cos0nmzdm 取 1.2d 計(jì)算得齒條寬度為 （3-21.523148.7db 17） 按取整數(shù)按寬為 20 則 （3-18）1203bm 最終通過(guò)計(jì)算取齒輪齒寬三十毫米；齒條齒寬二十毫米。 3.4.3 接觸疲勞許用應(yīng)力 查閱

66、資料由公式為 動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 16 (3-19) Hmin NlSZ （3-Fin TlYF 20） 其中查閱可以得 和limHliF MPaH150limMPaH1302li F4275 同理可得確認(rèn)壽命系數(shù) 、 安全系數(shù)NZY 12.3NZ12minHSmin1.4FS 由公式得接觸疲勞許用應(yīng)力為 (3-21) lim1N1HnSMPa19803.50 (3-22) li22mnZ 762. 參考標(biāo)準(zhǔn)取應(yīng)力修正系數(shù)為二 (3-23) li1STN1FmnYFMPa14.607.1245 (3-24) li2ST2FnF .35.3 3.4.4 齒輪的齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 根據(jù)相關(guān)資料選取相關(guān)參數(shù)初始值： =6 =25 =0.8 =0.7 =0.894.1tK1Z2dY76.84cos/s/33ZV1.2FSY 。05hTMNm 取最小值 (3-25) 213cost FSntdKTYZ 動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 17 2321.405cos10.7893