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

3、 3.1齒輪軸的尺寸設計 8 3.2齒條的尺寸設計 8 第四章 轉向橫拉桿及其端部設計 9 4.1轉向橫拉桿及接頭的尺寸設計 10 第五章 間隙調整裝置設計及轉向器的安裝 10 5.1齒條調整裝置的尺寸設計 10 5.2 轉向傳動比 11 5.3 齒輪齒條轉向器的安裝 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齒輪齒條轉向器轉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 其他零件的設計計算 19 7.1間隙調整彈簧的設計計算 19 7.2齒輪軸軸承的校核 21 7.3 鍵的計

4、算 21 結論 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向器設計 摘要：轉向系是用來保持或者改變汽車行使方向的機構，轉向系統(tǒng)應準確，快速、平穩(wěn)地響應駕駛員的轉向指令，轉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，應保證汽車自動返回穩(wěn)定的直線行使狀態(tài)。  轉向器是轉向系主要構成的關鍵零件，隨著電子技術在汽車中的廣泛應用，轉向裝置的結構也有很大變化。從目前使用的普遍程度來看，主要的轉向器類型有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)。這四種轉向器型式，已經被廣泛使用在汽車上。  齒輪齒條式轉向器是一種最常見的轉向器。其基本結構是一對相互嚙合的小齒輪和齒條。轉向軸帶動小齒輪旋轉時，齒條便做直線運動。有時，靠齒條來直接帶動橫拉桿，就可使轉向輪轉向。所以，這是一種最簡單的轉向器。它的優(yōu)點是結構簡單，成本低廉，轉向靈敏，體積小，可以直接帶動橫拉桿。在汽車上得到廣泛應用。循環(huán)球式轉向器和齒輪齒條式轉向器，已成為當今世界汽車上主要的兩種轉向器；而蝸輪、蝸桿式轉向器和蝸桿肖式轉向器，正在逐步被淘汰或保留較小的地位。    關鍵詞：客

6、車 齒輪齒條轉向器 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 現代社會隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車轉向器也在不斷的得到改進，雖然電子轉向器已開始應用，但機械式轉向器仍然廣泛地被世界各國汽車及汽車零部件生產廠商所

12、采用。據了解，在世界范圍內，汽車循環(huán)球式轉向器占45%左右，齒條齒輪式轉向器占40%左右，蝸桿滾輪式轉向器占10%左右，其它型式的轉向器占5%。齒輪齒條式轉向器是由與轉向軸做成一體的轉向齒輪和橫向拉桿做成一體的齒條組成， 齒輪齒條式轉向器最主要的優(yōu)點是：結構簡單、緊湊；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉向器的質量比較小；傳動效率高達90%；能自動消除齒間間隙；轉向器占用的體積小；制造成本低。 在《當前國家重點鼓勵發(fā)展的產業(yè)、產品和技術目錄》中，汽車關鍵零件開發(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鍵部件劃入當前國家優(yōu)先發(fā)展的高技術產業(yè)化重點領域，所以，具有先進水平的汽車轉向器

13、的研發(fā)、生產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，國內汽車市場將出現巨大的零部件配件缺口。2010年，中國汽車零部件國內產值突破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。因此作為關鍵零部件的汽車轉向器在中國銷售市場上全景廣闊。 轉向器總成是汽車行駛系統(tǒng)中的重要安全部件，其質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 。 轉向

14、器一般固定在汽車車架或車身上，是轉向系統(tǒng)中的減速機構，它一般由1~2級傳動副組成，其結構有多種形式。 轉向器的功用有：將轉向力的放大；將方向盤的轉矩變?yōu)檗D向搖臂的前后擺動。 對轉向器的要求：轉向靈敏，故轉向器的減速比不可太大，一般轎車轉向器的減速比為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。 齒輪齒條式轉向器主要的特點是：結構簡單、輕便，轉向機構體積小，齒條本身能作傳力件；齒輪齒條直接嚙合，操作靈敏；轉向器總成完全密封，免維護。因此齒輪齒條式轉

15、向器多用于獨立懸架的轎車、輕型貨車等前轉向輪上。采用齒輪齒條式轉向器可以使轉向傳動機構簡化（不需要轉向搖臂和轉向直拉桿等），加工方便，工作可靠，使用壽命長。另外，齒輪齒條式轉向器屬于可逆式轉向器，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向輕便、高速行駛時轉向靈敏的需要。 齒輪齒條式轉向器的組成：轉向齒輪（主動件）、轉向齒條（從動件）、滾針軸承總成、螺塞、緊固轉向齒輪螺母、單列向心球軸承、壓塊、墊片、壓縮彈簧、隔套、緊固側蓋螺栓、O型橡膠密封圈、調整螺栓、側蓋O型橡膠密封圈、轉向減震器總成、鋼絲擋圈、轉向器堵塞、緩沖塊、左右環(huán)箍、襯套總

16、成、防塵套、緊固轉向減震器螺母、側蓋、殼體等。  循環(huán)球式轉向器和齒輪齒條式轉向器，已成為當今世界汽車上主要的兩種轉向器，而蝸輪、蝸桿式轉向器和蝸桿肖式轉向器，正在逐步被淘汰或保留較小的地位。  “變速比和高剛性”是目前世界上生產的轉向器結構的方向。轉向系統(tǒng)的速比特性是決定汽車轉向輕便性、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向器所不能滿足的。因此,近年來變速比轉向器應運而生,得到迅速發(fā)展。  專業(yè)化生產已成為一

17、種趨勢，只有走這條道路，才能使產品質量高、產量大、成本低，在市場上有競爭力。循環(huán)球式轉向器在國外實現了專業(yè)化生產，同時以專業(yè)廠為主、大力進行試驗和研究，大大提高了產品的產量和質量。  動力轉向是發(fā)展方向。動力轉向系統(tǒng)的應用日益廣泛，不僅在重型汽車上必須裝備，在高級轎車上應用的也較多，在中型汽車上的應用也逐漸推廣。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)。動力轉向有3種形式：整體式、半分置式及聯(lián)閥式動力轉向結構。從發(fā)展趨勢上看，國外整體式轉向器發(fā)展較快，而整體式轉向器中轉閥結構是目前發(fā)展的方向。 第一

18、章 轉向器設計方案的選擇： 1.1類型的選擇 轉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，其中廣泛應用的是齒輪齒條式和循環(huán)球式。 1.1.1齒輪齒條式轉向器 優(yōu)點：結構簡單、緊湊；殼體由鋁合金或鎂合金壓鑄而成，故質量比較?。粋鲃有矢哌_90%；齒輪齒條之間因磨損出現間隙后，可利用裝在齒條背部、靠近小齒輪的壓緊力可以調節(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生沖擊和噪聲；轉向器占用體積小；沒有轉向搖臂和橫拉桿，可以增大轉向輪轉角；制造成本低。 缺點：逆效率高，汽車在不平路面行駛時會出現汽車方向控制難度增加還有可能出現打手現象。 1

19、.1.2循環(huán)球式轉向器 優(yōu)點：在螺桿和螺母之間有可以循環(huán)流動的鋼球，將滑動摩擦轉變?yōu)闈L動摩擦，傳動效率可達75%-85%；轉向器傳動比可以變化；工作平穩(wěn)可靠；齒條齒扇間間隙調整工作容易進行；適合做整體式動力轉向器。 缺點：逆效率高，結構復雜，制造困難，制造精度要求高。 通過對齒輪齒條式轉向器和循環(huán)球式轉向器的對比，選擇采用齒輪齒條式轉向器。 1.2齒輪齒條轉向器的輸入形式及特點 1.2.1 側面輸入，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，有利于減少車輪的上下跳動時轉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，由于轉向拉桿長度受到限制，容易與懸架系統(tǒng)導向機構產生運動干涉。 1.2.3 側面輸入，一端輸出的齒輪齒條轉向器，常用在平頭貨車上。 通過對比選擇側面輸入，兩端輸出形式。 中間輸入，兩端輸出(a)；側面輸入，兩端輸出(b)；側面輸入，中間輸出(c)；側面輸入，一端輸出(d)。 1.3齒輪齒條式轉向器齒輪齒條形式 如果齒輪齒條式轉向器采用直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合，則運轉平穩(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而遭淘汰。采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合，增加運轉平穩(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動。 1.4齒輪齒條式轉向器在汽車上布置形式采用轉向器位于前軸后方，后置梯形。 第二章 轉向系計算載荷的確定 2.1整車性能參數 前輪最小轉彎直徑為4.95米 輪距為1290毫米 軸距為2.5m 方向盤圈數為3.5-4圈。 2.2原地轉向阻力矩MR的計

22、算 為了保證行駛安全，組成轉向系的各零件應有足夠的強度。欲驗算轉向系零件的強度，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向軸的負荷、路面阻力和輪胎氣壓等。為轉動轉向輪要克服的阻力，包括轉向輪繞主銷轉動的阻力、車輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉向系中的內摩擦阻力等。 精確地計算出這些力是困難的。為此用足夠精確的半經驗公式來計算汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉向阻力矩MR(N·mm)。 車輛滿載質量為1620kg, 發(fā)動機前置后驅前軸軸負荷率為45%。 表

23、1 原地轉向阻力矩MR的計算 設計計算和說明 計算結果 式中 f——輪胎和路面間的滑動摩擦因數；一般取0.7 ——轉向軸負荷，單位為N； P——輪胎氣壓，單位為 =315059.22 2.3轉向盤手力Fh的計算 轉向器角傳動比iw的計算 （1）sinα= 式中： L：汽車軸距，2500mm （2） 式中： L：汽車軸距，2500mm R：汽車最小轉彎半徑，4950mm B：前輪輪距，1290mm 。 （3）角傳動比 式中： ωw：轉向盤轉角（速度），3.5×360。 ωk：轉向輪轉角（速度）。 輕型車一般取15-23

24、 因此取整18 表2 轉向盤手力Fh的計算 設計計算和說明 計算結果 式中 ——轉向搖臂長, 單位為mm； ——原地轉向阻力矩, 單位為N·mm ——轉向節(jié)臂長, 單位為mm； ——為轉向盤直徑,單位為mm；設計為380mm； iw——轉向器角傳動比； η+——轉向器正效率。一般70%-80% 因齒輪齒條式轉向傳動機構無轉向搖臂和轉向節(jié)臂，故、不代入數值。 =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轉向橫拉桿直徑的計算 設計 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]:材料許用應力216Mpa 表3轉向橫拉桿直徑的計算 設計計算和說明 計算結果 =; 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]：材料許用切應力，140Mpa 轉向盤扭力矩的計算：

26、 表4主動齒輪軸的計算 設計計算和說明 計算結果 =140MPa 第三章 轉向器齒輪和齒條的設計 3.1齒輪軸的尺寸設計 齒輪是一只切有齒形的軸。它安裝在轉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。齒輪軸上端與轉向柱內的轉向軸相連。因此，轉向盤的旋轉使齒條橫向移動以操縱前輪。齒輪軸由安裝在轉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。相對直齒而言，斜齒的運轉趨于平穩(wěn)，并能傳遞更大

27、的動力。 齒輪軸總長： 設計總長130mm+ 螺旋角： 齒輪螺旋角取值范圍，因此取，螺旋方向右旋。 齒數：主動小齒輪齒數多數在5～7個齒范圍變化，取7. 法向模數： 齒輪模數取值范圍多在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，代數 得=21mm 齒頂圓直徑, ，代數得27mm 齒根圓直徑,代數得mm 齒輪寬b2+10=40mm，即40mm 3.2齒條的尺寸設計 齒條是在金屬殼體內來回滑動的，加工有齒形的金屬條。轉向器殼體是安裝在前橫梁或前圍板的固定位置上的。齒條代替梯形轉向桿系的搖桿和

28、轉向搖臂，并保證轉向橫拉桿在適當的高度以使他們與懸架下擺臂平行。齒條可以比作是梯形轉向桿系的轉向直拉桿。導向座將齒條支持在轉向器殼體上。齒條的橫向運動拉動或推動轉向橫拉桿，使前輪轉向。 齒條總長L： 根據汽車輪距1290mm，設計齒條總長760mm 齒條直徑d： 設計為28mm 齒條模數： 齒輪齒條式轉向器的齒輪多數采用斜齒圓柱齒輪，齒條模數應與齒輪模數相等， 齒條齒數： 齒條行程，設計195mm 根據齒條齒距P=算出齒數。 取整齒條齒數為29，螺旋角為12 第四章 轉向橫拉桿及其端部設計 轉向橫拉桿與梯形轉向桿系的相似。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載荷。防塵套夾在轉向器兩側的殼體和轉向橫拉桿上，這些防塵套阻止雜物進入球銷及齒條中。 轉向橫拉桿端部與外端用螺紋聯(lián)接。這些端部與梯形轉向桿系的相似。側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：轉向反饋是由前輪遇到不平路面而引起的轉向盤的運動。 4.1轉向橫拉桿及接頭的尺寸設計 表5轉向橫拉桿及接頭的尺寸設計參數 序號

30、 項目 符號 尺寸參數() 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 間隙調整裝置設計及轉向器的安裝 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節(jié)螺塞3之間連有一個彈簧2。此調節(jié)螺塞由鎖緊螺母固定4。齒條導向座的調節(jié)使齒輪、齒條間有一定預緊力，此預緊力會影響轉向沖擊、噪聲及反饋（見圖3.3-3）。 圖3.3-3 齒條間隙調整裝置 5.1齒條調整裝置的尺寸設計 表6齒條調整裝置的尺寸設計參數 序號 項目 符號

31、 尺寸參數(mm) 1 導向座外徑 52 2 導向座高度 29 3 彈簧總圈數 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 轉向器殼體內/外徑 40/50 5.2 轉向傳動比 當轉向盤從鎖點向鎖點轉動，每只前輪大約從其正前方開始轉動30°，因而前輪從左到右總共轉動大約60°。若傳動比是1:1，轉向盤旋轉1°，前輪將轉向1°，轉向盤向任一方向轉動30°將使前輪從鎖點轉向鎖點。這種傳動比過于小，因為轉向盤最輕微的運動將會使車輛突然改

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

33、著梯形臂，這種轉向機構可提供好的路感。 在轉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、振動從轉向器傳到底盤和客艙。齒輪齒條轉向器裝在前橫梁上或前圍板上。轉向器的正確安裝對保證轉向橫拉桿與懸架下擺臂的平行關系有重要作用。為保持轉向器處在正確的位置，在轉向器安裝的位置處，前圍板有所加固。 圖3.3-4 轉向器的安裝位置 第六章 齒輪軸和齒條的強度校核 6.1齒輪齒條的校核 設計計算和說明 計算結果 1.選擇齒輪材料、熱處理方式及計算許用應力 (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) 確定許用應力 a)確定和 b)計算應力循環(huán)次數N，確定壽命系數、。 c)計算許用應力 取, = = 應力修正系數 = = 2.初步確定齒輪的基本參數和主要尺寸 (1) 選擇齒輪類型 根據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 初選 =7 =20 =0.8 =0.7 =0.89 按當量齒數 (4) 初步計算齒輪模數 轉矩28297 閉式硬齒面?zhèn)鲃樱待X根彎曲疲勞強度設計。 = =2.22

35、 (5) 確定載荷系數 =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 =2.22×=2.208 圓整為標準值，取=3 3.確定齒輪傳動主要參數和幾何尺寸 (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.結構設計和繪制零件圖 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齒輪齒條轉向器轉向橫拉桿的運動分析 圖3.3-5 轉向橫拉桿的運動分析簡圖 當轉向盤從鎖點向鎖點轉動，每只前

38、輪大約從其正前方開始轉動30°，因而前輪從左到右總共轉動約60°。當轉向輪右轉30°，即梯形臂或轉向節(jié)由繞圓心轉至時，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 同理計算轉向輪左轉30°，轉向節(jié)由繞圓心轉至時，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、右側 在垂直面上，a-a剖面左側 a-a剖面右側 合成彎矩，a-a剖面左側

40、 a-a剖面右側 (4) 畫轉矩圖 轉矩 =2615×21.64/2=28294.3 2.判斷危險剖面 顯然，a-a截面左側合成彎矩最大、扭矩為T，該截面左側可能是危險剖面。 3.軸的彎扭合成強度校核 由《機械設計》[3]查得，， =60/100=0.6。 a-a截面左側 4.軸的疲勞強度安全系數校核 查得, ,； 。 a-a截面左側 查得；由表查得絕對尺寸系數 軸經磨削加工，查得質量系數β=1.0。則 彎曲應力 應力幅 平均應力 切應力

41、 安全系數 查得許用安全系數[S]=1.3～1.5，顯然S>[S]，故a-a剖面安全。 第七章 其他零件的設計計算 7.1間隙調整彈簧的設計計算 設計要求：設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。因彈簧的工作次數小于，載荷性質屬Ⅱ類，。 (2) 計算彈簧絲直徑 彈簧絲直徑的計算 計算項目 計算依據和內容 計

42、算結果 1) 選擇旋繞比 2) 估 3) 初算彈簧絲直徑 4) 計算曲度系數 5) 計算彈簧絲的許用切應力 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) 計算彈簧圈數和彈簧的自由高度 彈簧圈數和自由高度的計算 計算項目 計算依據和內容 計算結果 1)工作圈數 2)總圈數 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) 幾何參數和結構尺寸的確定 彈簧外徑 D=D2+d=20+5=25mm 彈簧內徑 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,軸承轉速n=15r/min,預期壽命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Y應為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 即高于預期壽命，能滿足要求。 7.3 鍵的計算 ∵σp= [σp]=120MPa ∴ 式中 T——傳遞的轉矩，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]——許用擠壓應力，單位為MPa。 選用A型鍵 公稱尺寸b×h=6×6 根據具體情，鍵的接觸長度l應該大于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 論 在此設計中，通過對轉向器產品的調查，以及對轉向器的類型，結構，工作原理的學習及研究，了解了轉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計、校核、繪圖，做到安全可靠的設計結果，采用了在大學期間學習的有關機械設計的理論，應用在這個設計中，做到事事有依據，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，使設計的過程中的困難大大減少。在收集和自己預定的某些參數后，通過推倒運算得到一個合適的結果，并在進行校核，通過前面對轉向器齒輪齒條的設計計算，和對齒輪軸的計算校核，確定了轉向

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、嚴謹的治學態(tài)度、勤懇的敬業(yè)精神以及非凡的領導才能、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。

50、 參考文獻 [1]許立忠,周玉林.機械設計.第七版.北京：中國標準出版社2009 [2] 陳家瑞.汽車構造. 第三版.機械工業(yè)出版社，2008.10. [3] 劉惟信.汽車設計.第一版.清華大學出版社，2001.7. [4] 張松青，趙曉運.齒輪齒條傳動機構參數的優(yōu)化研究.煤礦機械，2007.12. [5] 韓曉娟. 機械設計課程設計指導手冊.北京：中國標準出版社，2008 [6] 王國權，龔國慶.汽車設計課程設計指導書.機械工業(yè)出版社，2009.11. [7] 楊可楨，程光蘊，李仲生.機械設計基礎.第五版.高等教育出版社，2011.5. [8] 王

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