華晨寶馬齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)【三維SW】

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It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety.Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure,atcompressedneceengththdirectionprocedurework.Theinvertedpendulumisatypicalhighordersystem,withmultivariable,non-linear, strong-coupling,fleetandabsolutelyinstable.Itisrepresentativeasanidealmodeltoprovenewcontroltheoryandtechniques.Duringthecontrolprocess,pendulumcaneffectivelyreflectmanykeyproblemssuchasequanimity,robust,follow-upandtrack,therefore.Thispaperstudiesacontrolmethodofdoubleinvertedpendulum.Firstofall,themathematicalmodelofthedoubleinvertedpendulumisestablished,thenmakeacontroldesigntodoubleinvertedpendulumonthemathematicalmodel,anddeterminethesystemperformanceindexweightmatrix,byusinggeneticalgorithminordertoattainthesystemstatefeedbackcontrolmatrix.Finally,thesimulationofthesystemismadeby.Afterseveraltestmatrixvaluetheresultsarenotsatisfactoryresponse,thenweoptimizematrixbyusingGeneticAlgorithm.Simulationresultsshow:ThesystemresponsecanmeetthedesignrequirementseffectivelyafterGeneticAlgorithmoptimization.Small twisted paper broken machine for ordinary home, not only can be used for minced meat, can also be used with crushed peanuts, crushed ice, spices and otherfood, small power requirements, powered by the motor drive, reasonable structuredesign.Key word: Rack and pinion；steering ; basic throey ; car design 目 錄摘要2Abstract3第一章 緒論4 1.1 課題的來(lái)源與研究的目的和意義 5 1.2 汽車轉(zhuǎn)向裝置的發(fā)展趨勢(shì)6第二章 華晨寶馬齒輪齒條轉(zhuǎn)向器總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)7 2.1 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的總體方案圖8 2.2 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向原理9 2.3 傳動(dòng)比的計(jì)算10 2.3.1汽車方向盤(pán)（轉(zhuǎn)向盤(pán)）11 2.3.2轉(zhuǎn)向阻力矩11 2.3.3角傳動(dòng)比與力傳動(dòng)比12 2.4 齒輪設(shè)計(jì)12 2.4.1 齒輪參數(shù)的選擇12 2.4.2齒輪幾何尺寸確定12 2.4.3齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算12 2.4.4齒輪精度等級(jí)、材料及參數(shù)的選擇12 2.4.5齒輪的齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)12 2.5齒條的設(shè)計(jì)12 2.6齒輪軸的設(shè)計(jì)12第三章 各主要零部件強(qiáng)度的校核15 3.1軸承強(qiáng)度的校核與計(jì)算16 3.2傳動(dòng)軸強(qiáng)度的校核計(jì)算17第四章 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器中主要零件的三維建模20 4.1方向盤(pán)的三維建模22 4.2轉(zhuǎn)向軸的三維建模22 4.3動(dòng)力缸體的三維建模23 4.4齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的三維建模24第五章 三維軟件設(shè)計(jì)總結(jié)24結(jié)論25致謝26參考文獻(xiàn)27第一章緒論1.1課題的來(lái)源與研究的目的和意義 機(jī)械工業(yè)是國(guó)民的裝備部，是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民生活提供耐用消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開(kāi)各種各樣的機(jī)械裝備，機(jī)械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益有很大的和直接的影響。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。因此，世界各國(guó)都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國(guó)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。 機(jī)械工程的服務(wù)領(lǐng)域廣闊而多面，凡是使用機(jī)械、工具，以至能源和材料生產(chǎn)的部門(mén)，都需要機(jī)械工程的服務(wù)。概括說(shuō)來(lái)，現(xiàn)代機(jī)械工程有五大服務(wù)領(lǐng)域：研制和提供能量轉(zhuǎn)換機(jī)械、研制和提供用以生產(chǎn)各種產(chǎn)品的機(jī)械、研制和提供從事各種服務(wù)的機(jī)械、研制和提供家庭和個(gè)人生活中應(yīng)用的機(jī)械、研制和提供各種機(jī)械武器。 不論服務(wù)于哪一領(lǐng)域，機(jī)械工程的工作內(nèi)容基本相同，主要有：建立和發(fā)展機(jī)械工程的工程理論基礎(chǔ)。例如，研究力和運(yùn)動(dòng)的工程力學(xué)和流體力學(xué)；研究金屬和非金屬材料的性能，及其應(yīng)用的工程材料學(xué)；研究熱能的產(chǎn)生、傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)換的熱力學(xué)；研究各類有獨(dú)立功能的機(jī)械元件的工作原理、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和計(jì)算的機(jī)械原理和機(jī)械零件學(xué)；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學(xué)和非金屬工藝學(xué)等等。 研究、設(shè)計(jì)和發(fā)展新的機(jī)械產(chǎn)品，不斷改進(jìn)現(xiàn)有機(jī)械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機(jī)械產(chǎn)品，以適應(yīng)當(dāng)前和將來(lái)的需要。機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括：生產(chǎn)設(shè)施的規(guī)劃和實(shí)現(xiàn)；生產(chǎn)計(jì)劃的制訂和生產(chǎn)調(diào)度；編制和貫徹制造工藝；設(shè)計(jì)和制造工具、模具；確定勞動(dòng)定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包裝發(fā)運(yùn)；對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行有效的控制。機(jī)械制造企業(yè)的經(jīng)營(yíng)和管理。機(jī)械一般是由許多各有獨(dú)特的成形、加工過(guò)程的精密零件組裝而成的復(fù)雜的制品。生產(chǎn)批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產(chǎn)。銷售對(duì)象遍及全部產(chǎn)業(yè)和個(gè)人、家庭。而且銷售量在社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況的影響下，可能出現(xiàn)很大的波動(dòng)。因此，機(jī)械制造企業(yè)的管理和經(jīng)營(yíng)特別復(fù)雜，企業(yè)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃和經(jīng)營(yíng)等的研究也多是肇始于機(jī)械工業(yè)。 機(jī)械產(chǎn)品的應(yīng)用。這方面包括選擇、訂購(gòu)、驗(yàn)收、安裝、調(diào)整、操作、維護(hù)、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機(jī)械和成套機(jī)械裝備，以保證機(jī)械產(chǎn)品在長(zhǎng)期使用中的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。機(jī)械產(chǎn)品的應(yīng)用。這方面包括選擇、訂購(gòu)、驗(yàn)收、安裝、調(diào)整、操作、維護(hù)、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機(jī)械和成套機(jī)械裝備，以保證機(jī)械產(chǎn)品在長(zhǎng)期使用中的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。 研究機(jī)械產(chǎn)品在制造過(guò)程中，尤其是在使用中所產(chǎn)生的環(huán)境污染，和自然資源過(guò)度耗費(fèi)方面的問(wèn)題，及其處理措施。這是現(xiàn)代機(jī)械工程的一項(xiàng)特別重要的任務(wù)，而且其重要性與日俱增。機(jī)械的種類繁多，可以按幾個(gè)不同方面分為各種類別，如：按功能可分為動(dòng)力機(jī)械、物料搬運(yùn)機(jī)械、粉碎機(jī)械等；按服務(wù)的產(chǎn)業(yè)可分為農(nóng)業(yè)機(jī)械、礦山機(jī)械、紡織機(jī)械等；按工作原理可分為熱力機(jī)械、流體機(jī)械、仿生機(jī)械等。另外，機(jī)械在其研究、開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)用等過(guò)程中都要經(jīng)過(guò)幾個(gè)工作性質(zhì)不同的階段。按這些不同階段，機(jī)械工程又可劃分為互相銜接、互相配合的幾個(gè)分支系統(tǒng)，如機(jī)械科研、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、機(jī)械運(yùn)用和維修等。 這些按不同方面分成的多種分支學(xué)科系統(tǒng)互相交叉，互相重疊，從而使機(jī)械工程可能分化成上百個(gè)分支學(xué)科。例如，按功能分的動(dòng)力機(jī)械，它與按工作原理分的熱力機(jī)械、流體機(jī)械、透平機(jī)械、往復(fù)機(jī)械、蒸汽動(dòng)力機(jī)械、核動(dòng)力裝置、內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)，以及與按行業(yè)分的中心電站設(shè)備、工業(yè)動(dòng)力裝置、鐵路機(jī)車、船舶輪機(jī)工程、汽車工程等都有復(fù)雜的交叉和重疊關(guān)系。船用汽輪機(jī)是動(dòng)力機(jī)械，也是熱力機(jī)械、流體機(jī)械和透平機(jī)械，它屬于船舶動(dòng)力裝置、蒸汽動(dòng)力裝置，可能也屬于核動(dòng)力裝置等等。 19世紀(jì)時(shí)，機(jī)械工程的知識(shí)總量還很有限，在歐洲的大學(xué)院校中它一般還與土木工程綜合為一個(gè)學(xué)科，被稱為民用工程，19世紀(jì)下半葉才逐漸成為一個(gè)獨(dú)立學(xué)科。進(jìn)入20世紀(jì)，隨著機(jī)械工程技術(shù)的發(fā)展和知識(shí)總量的增長(zhǎng)，機(jī)械工程開(kāi)始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學(xué)科。這種分解的趨勢(shì)在20世紀(jì)中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達(dá)到了最高峰。由于機(jī)械工程的知識(shí)總量已擴(kuò)大到遠(yuǎn)非個(gè)人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過(guò)度的專業(yè)化造成知識(shí)過(guò)分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術(shù)交流的范圍，阻礙新技術(shù)的出現(xiàn)和技術(shù)整體的進(jìn)步，對(duì)外界條件變化的適應(yīng)能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識(shí)過(guò)狹，考慮問(wèn)題過(guò)專，在協(xié)同工作時(shí)配合協(xié)調(diào)困難，也不利于繼續(xù)自學(xué)提高。因此自20世紀(jì)中、后期開(kāi)始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢(shì)。人們更多地注意了基礎(chǔ)理論，拓寬專業(yè)領(lǐng)域，合并分化過(guò)細(xì)的專業(yè)。械工程以增加生產(chǎn)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)來(lái)研制和發(fā)展新的機(jī)械產(chǎn)品。在未來(lái)的時(shí)代，新產(chǎn)品的研制將以降低資源消耗，發(fā)展?jié)崈舻脑偕茉?，治理、減輕以至消除環(huán)境污染作為超經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)任務(wù)。 機(jī)械可以完成人用雙手和雙目，以及雙足、雙耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好?，F(xiàn)代機(jī)械工程創(chuàng)造出越來(lái)越精巧和越來(lái)越復(fù)雜的機(jī)械和機(jī)械裝置，使過(guò)去的許多幻想成為現(xiàn)實(shí)。人類現(xiàn)在已能上游天空和宇宙，下潛大洋深層，遠(yuǎn)窺百億光年，近察細(xì)胞和分子。新興的電子計(jì)算機(jī)硬、軟件科學(xué)使人類開(kāi)始有了加強(qiáng)，并部分代替人腦的科技手段，這就是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的影響，而在未來(lái)年代它還將不斷地創(chuàng)造出人們無(wú)法想象的奇跡。人類智慧的增長(zhǎng)并不減少雙手的作用，相反地卻要求手作更多、更精巧、更復(fù)雜的工作，從而更促進(jìn)手的功能。手的實(shí)踐反過(guò)來(lái)又促進(jìn)人腦的智慧。在人類的整個(gè)進(jìn)化過(guò)程中，以及在每個(gè)人的成長(zhǎng)過(guò)程中，腦與手是互相促進(jìn)和平行進(jìn)化的。 人工智能與機(jī)械工程之間的關(guān)系近似于腦與手之間的關(guān)系，其區(qū)別僅在于人工智能的硬件還需要利用機(jī)械制造出來(lái)。過(guò)去，各種機(jī)械離不開(kāi)人的操作和控制，其反應(yīng)速度和操作精度受到進(jìn)化很慢的人腦和神經(jīng)系統(tǒng)的限制，人工智能將會(huì)消除了這個(gè)限制。計(jì)算機(jī)科學(xué)與機(jī)械工程之間的互相促進(jìn)，平行前進(jìn)，將使機(jī)械工程在更高的層次上開(kāi)始新的一輪大發(fā)展。 19世紀(jì)時(shí)，機(jī)械工程的知識(shí)總量還很有限，在歐洲的大學(xué)院校中它一般還與土木工程綜合為一個(gè)學(xué)科，被稱為民用工程，19世紀(jì)下半葉才逐漸成為一個(gè)獨(dú)立學(xué)科。進(jìn)入20世紀(jì)，隨著機(jī)械工程技術(shù)的發(fā)展和知識(shí)總量的增長(zhǎng)，機(jī)械工程開(kāi)始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學(xué)科。這種分解的趨勢(shì)在20世紀(jì)中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達(dá)到了最高峰。 由于機(jī)械工程的知識(shí)總量已擴(kuò)大到遠(yuǎn)非個(gè)人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過(guò)度的專業(yè)化造成知識(shí)過(guò)分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術(shù)交流的范圍，阻礙新技術(shù)的出現(xiàn)和技術(shù)整體的進(jìn)步，對(duì)外界條件變化的適應(yīng)能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識(shí)過(guò)狹，考慮問(wèn)題過(guò)專，在協(xié)同工作時(shí)配合協(xié)調(diào)困難，也不利于繼續(xù)自學(xué)提高。因此自20世紀(jì)中、后期開(kāi)始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢(shì)。人們更多地注意了基礎(chǔ)理論，拓寬專業(yè)領(lǐng)域，合并分化過(guò)細(xì)的專業(yè)。 綜合-專業(yè)分化-再綜合的反復(fù)循環(huán)，是知識(shí)發(fā)展的合理的和必經(jīng)的過(guò)程。不同專業(yè)的專家們各具有精湛的專業(yè)知識(shí)，又具有足夠的綜合知識(shí)來(lái)認(rèn)識(shí)、理解其他學(xué)科的問(wèn)題和工程整體的面貌，才能形成互相協(xié)同工作的有力集體。綜合與專業(yè)是多層次的。在機(jī)械工程內(nèi)部有綜合與專業(yè)的矛盾；在全面的工程技術(shù)中也同樣有綜合和專業(yè)問(wèn)題。在人類的全部知識(shí)中，包括社會(huì)科學(xué)、自然科學(xué)和工程技術(shù)，也有處于更高一層、更宏觀的綜合與專業(yè)問(wèn)題。1.2 汽車轉(zhuǎn)向裝置的發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的使用動(dòng)態(tài) 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(lái)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。當(dāng)今社會(huì)，隨著機(jī)械工業(yè)的蓬勃發(fā)展，各行各業(yè)的機(jī)械設(shè)備也在不斷地更新，不斷地完善，寶馬齒輪齒條轉(zhuǎn)向器同樣在發(fā)展著，傳統(tǒng)的目前市面上的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器大多都是采用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，在某些特定的區(qū)域，這種結(jié)構(gòu)形式的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器非常不受歡迎。由于以往的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器采用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，這樣就造成傳動(dòng)精度不好控制，保養(yǎng)維護(hù)費(fèi)用較高;同時(shí)存在一定的安全隱患。因此，對(duì)整機(jī)的安全性要求較高，操作時(shí)也會(huì)給工作人員帶來(lái)強(qiáng)烈的震動(dòng)，使得操作很不舒服。雖然傳統(tǒng)的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)效率較高，變速效果較好，但是價(jià)格也較昂貴，對(duì)于一般的用戶難以接受。所以研究一種新式的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器勢(shì)在必行！第二章 華晨寶馬齒輪齒條轉(zhuǎn)向器總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.1 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的總體方案圖 本次設(shè)計(jì)的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器采取的方案是：司機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)，從而使轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)，與轉(zhuǎn)向軸聯(lián)動(dòng)的齒輪就開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)與轉(zhuǎn)向齒輪嚙合的齒條實(shí)現(xiàn)平行往返位移，而動(dòng)力缸體兩端都有與車輪連接在一起的拉桿，這樣就能夠起到控制輪子左右轉(zhuǎn)動(dòng)的作用，就起到了轉(zhuǎn)向的目的。其具體方案布局圖如下： 2.2 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的工作原理 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的工作原理為：通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)，從而使轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)，與轉(zhuǎn)向軸聯(lián)動(dòng)的齒輪就開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)與轉(zhuǎn)向齒輪嚙合的齒條實(shí)現(xiàn)平行往返位移，而動(dòng)力缸體兩端都有與車輪連接在一起的拉桿，這樣就能夠起到控制輪子左右轉(zhuǎn)動(dòng)的作用，就起到了轉(zhuǎn)向的目的。2.3 傳動(dòng)比的計(jì)算2.3.1汽車方向盤(pán) 轉(zhuǎn)向盤(pán)的直徑 Dsw 有一系列尺寸。選用大的直徑尺寸時(shí)，會(huì)使駕駛員進(jìn)出駕駛室感到困難。若選用小的直徑尺寸，轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員要施加較大的力量，從而使汽車難于操縱，據(jù)原始數(shù)據(jù)，參見(jiàn)手冊(cè)取 Dsw400 mm 則由作用方向盤(pán)上的力矩得作用在方向盤(pán)上的力 Fh=Mh=25Nm; MhRsw=2.5104200=125N;2.3.2 轉(zhuǎn)向阻力矩f=Mr式中：f -滑動(dòng)摩擦系數(shù)，一般取.;-輪胎氣壓;G1-前軸載荷;則Mr=f=328.8Nm ;2.3.3 角傳動(dòng)比與力傳動(dòng)比 轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比由轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比iwo和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比ip組成。從輪胎接觸地面中心作用在兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪上的合力 Fw 與作用在方向盤(pán)上的手力h 之比稱為力傳動(dòng)比ip 。方向盤(pán)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 i wo 。它又由轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比 i w 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置角傳動(dòng)比 i w 所組成。力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系ip=2 Fw Fh而W和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩r有以下關(guān)系 wMr a作用在方向盤(pán)上的手力 h 可由下式表示 hMh Rsw;側(cè)ip=2MrRswMha,若忽略磨擦損失側(cè)2Mr=Xiwo; 由式可知,力傳動(dòng)比與 Rswa和iwo有關(guān)，a 愈小，i p 愈大，轉(zhuǎn)向愈輕便。 由以上過(guò)程可計(jì)算出結(jié)果如下：iwo=2XMr; ） 角傳動(dòng)比 Mh=2328.8=657.6;） 力傳動(dòng)比ip = iwoRswa式中a=1;B=0.5175 = 87.5 mm 則ip=iwoRswaX87.5=43.5;2.4 齒輪的設(shè)計(jì)2.4.1 齒輪參數(shù)的選擇齒輪模數(shù)值取值為 m=1 ，主動(dòng)齒輪齒數(shù)為 z=23，壓力角取=20，齒輪螺旋角為= 12 ，齒條齒數(shù)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向輪達(dá)到的值來(lái)確定。齒輪的轉(zhuǎn)速n=10r/min，齒輪 傳動(dòng)力矩m ，轉(zhuǎn)向器每天工作小時(shí)，使用期限不低于年，主動(dòng)小齒輪選用40Cr,材料制造并經(jīng)滲碳淬火，而齒條常采用40Cr鋼或 41Cr4 制造并經(jīng)高頻淬火，表面硬度均應(yīng)在 56HRC 以上。為減輕質(zhì)量，采用40Cr鋼制作。2.4.2齒輪幾何尺寸確定 法向齒厚為h=ha+hf=4.25+1.375=5.625mm 分度圓直徑d =mz/cos= 123=23mm；da =d+2ha=15.337+9.5=24.837mm；df=d-2hf=15.337-2.475 =22.587 mm；db=dcos=15.337cos 20=14.412mm；分度圓直徑與齒條運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系 齒距 p=m=3.142.5=7.85mm; 根據(jù)d=60000v/n1；則v=0.001m/s；齒輪中心到齒條基準(zhǔn)線距離H=d/2+xm=11.5mm 2.4.3齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算（1）接觸應(yīng)力的計(jì)算由文獻(xiàn)4表可知，齒面接觸應(yīng)力計(jì)算公式，即 （3.28） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 計(jì)算載荷系數(shù)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，載荷平穩(wěn)，由文獻(xiàn)4表可知，取平均分度圓直徑 mm 平均分度圓圓周速度 m/s由文獻(xiàn)4 圖（a）可知，按，得；由文獻(xiàn)4 圖（b）可知，按，齒輪懸臂布置，；由文獻(xiàn)4表可知，； 由文獻(xiàn)1表可知，彈性系數(shù)； 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 計(jì)算得， MPa（1） 接觸疲勞強(qiáng)度的許用應(yīng)力由文獻(xiàn)4 表可知，許用接觸應(yīng)力計(jì)算公式，即 （3.29）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限MPa 最小安全系數(shù) 由文獻(xiàn)1，10-13可知，計(jì)算應(yīng)力循環(huán)系數(shù) 由文獻(xiàn)1 圖10-19可知，查得接觸疲勞壽命系數(shù) ， 尺寸系數(shù) 工作硬化系數(shù)，按 潤(rùn)滑油膜影響系數(shù)，計(jì)算得， MPa（3）由于MPaMPa，故安全。（1）齒根應(yīng)力的計(jì)算由文獻(xiàn)4表可知，彎曲應(yīng)力計(jì)算公式，即 （3.30）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 由文獻(xiàn)1表可知， ， 由文獻(xiàn)1表可知， ， 計(jì)算得，MPa（2）彎曲強(qiáng)度的齒根許用應(yīng)力 由文獻(xiàn)4表可知，齒根許用應(yīng)力計(jì)算公式，即 （3.31）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 彎曲疲勞極限MPa 齒輪的應(yīng)力修正系數(shù) 彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù) 彎曲疲勞壽命系數(shù) ， 彎曲疲勞的尺寸系數(shù)計(jì)算得， （3） 由于MPaMpa，故安全。 2.4.4齒輪精度等級(jí)、材料及參數(shù)的選擇齒輪共有13個(gè)精度等級(jí)，用數(shù)字012由低到高的順序排列，0級(jí)最高，12級(jí)最低。齒輪精度等級(jí)的選擇，應(yīng)根據(jù)傳動(dòng)的用途、使用條件、傳動(dòng)功率、圓周速度、性能指標(biāo)或其他技術(shù)要求來(lái)確定。表13給出了不同機(jī)械傳動(dòng)中齒輪采用的精度等級(jí)。表14推薦了59級(jí)精度齒輪所采用的切齒方法和使用范圍等。具體不同機(jī)械傳動(dòng)中齒輪采用的精度等級(jí)如下圖所示：2.5 齒條的設(shè)計(jì)根據(jù)齒輪齒條的嚙合特點(diǎn):(1) 齒輪的分度圓永遠(yuǎn)與其節(jié)圓相重合,而齒條的中線只有當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)齒輪正確安裝時(shí)才與其節(jié)圓相重合.(2) 齒輪與齒條的嚙合角永遠(yuǎn)等于壓力角。因此,齒條模數(shù) m=1,壓力角=20 齒條斷面形狀選取圓形，選取齒數(shù) z23螺旋角= 8齒厚mt= m / cos = 2.5 / cos 8 = 2.5253mm；t=tan/cos=tan20/cos8=0.367；Pn =mn = 3.14 2.5 = 7.85mm Pt = mt = 3.14 2.5253 = 7.929mm；han=1 X C n = 0.25 ? ha = m n han + n = 3 (1 + 0.7) = 4.25mm；hf=mn(han+cn n ) = 2.5 (1 + 0.25 ? 0.7) = 1.375mm；h=ha+hf=4.25+1.375=5.625mm;2.6 齒輪軸的設(shè)計(jì) 由于齒輪的基圓直徑db=23，數(shù)值較小，若齒輪與軸之間采用鍵連接必將對(duì)軸 和齒輪的強(qiáng)度大大降低，因此，將其設(shè)計(jì)為齒輪軸。由于主動(dòng)小齒輪選用45#材料制造并經(jīng)滲碳淬火，因此軸的材料也選用40Cr,材料制造并經(jīng)滲碳淬火。查表得：40Cr材料的硬度為，抗拉強(qiáng)度極限 B=1100 MPa ，屈服極限S =850MPa ，彎曲疲勞極限 T=525MPa ,剪切疲勞極限 1 = 300 MPa ，轉(zhuǎn)速 n=10r/min 忽略磨損，根據(jù)能量守衡，作用在齒輪齒條上的阻力矩為 M r = 328.8 N m ,作用在齒輪上的軸向力為F=Mr328.8 sin 20 = sin 20 = 12.23 N ，作用在齒輪上的切向力為F=彎曲疲勞強(qiáng)度校核Mr 328.8 cos 20 = cos 20 = 33.77 Nr 9.151 r 2 33.77 /3.14 5 2 = 0.43 MPa 525MPa。剪切疲勞強(qiáng)度校核1=F/ r2 = 33.77/3.14 42 = 0.672MPa a抗拉強(qiáng)度校核 滿載時(shí)的阻力矩為 Mr=328.8Nm， 齒輪軸的最小直徑為d=mm，在此截面上的軸向抗拉強(qiáng)度為Br2 =1 1.55/3.14142=0.229MPa1100Mpa本設(shè)計(jì)選擇齒輪軸直徑 D=40。第三章 各主要零部件強(qiáng)度的校核3.1滾動(dòng)軸承的選擇滾動(dòng)軸承為深溝球軸承6205，由文獻(xiàn)2表得KN，KN，。（2）壽命驗(yàn)算 軸承所受支反力合力 N （3.1）對(duì)于雙列圓錐滾子軸承，派生軸向力互相抵消。 ，N由文獻(xiàn)2表得， ， N （3.2）按軸承B的受力大小驗(yàn)算 h （3.3）h=年 由于齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，必須選擇較大壽命的軸承，軸承能達(dá)到所計(jì)算的壽命。 經(jīng)審核后，此軸承合格。3.2傳動(dòng)軸強(qiáng)度的校核計(jì)算根據(jù)以上工況可知：力： 徑向力：求垂直面的支反力計(jì)算垂直彎矩：求水平面的支承力： 計(jì)算、繪制水平面彎矩圖：求危險(xiǎn)截面當(dāng)量彎矩：從圖可見(jiàn)，m-m,n-n處截面最危險(xiǎn)，其當(dāng)量彎矩為：（取折合系數(shù)）計(jì)算危險(xiǎn)截面處軸的直徑： n-n截面: m-m截面: 由于，所以該軸是安全的。第四章 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器中主要零件的三維建模 4.1方向盤(pán)的三維建模 4.2轉(zhuǎn)向軸的三維建模4.3動(dòng)力缸體的三維建模4.4齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的三維建模第五章三維軟件設(shè)計(jì)總結(jié) 通過(guò)此次設(shè)計(jì)，又一次提升了運(yùn)用三維軟件的水平，并吸收了不少經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)為一下幾點(diǎn)。 有零件圖紙作圖與空想設(shè)計(jì)作圖不同，零件尺寸已經(jīng)給出，作圖時(shí)先不考慮尺寸是否真的合適，根據(jù)尺寸作出零件的三維圖，但到裝配時(shí)必須要考慮尺寸是否合適，由于AutoCAD圖紙效果不好，導(dǎo)致尺寸會(huì)有出錯(cuò)，甚至有出現(xiàn)欠定義尺寸，所以，此時(shí)必須通過(guò)配合后在衡量尺寸，再進(jìn)行修改，直到滿足配合要求。 工具集的確方便了作圖，通過(guò)選擇零件類型，輸入數(shù)據(jù)，就能生成出標(biāo)準(zhǔn)零件，但有時(shí)需要用到的零件在工具集上也未必能找到，所以此時(shí)要隨機(jī)應(yīng)變，運(yùn)用其他零件代替并通過(guò)修改或添加零件使其滿足要求。作三維圖時(shí)要靈活變通，解決問(wèn)題的方法總比問(wèn)題多，當(dāng)一種方法不能正常作圖時(shí)，試試另一種方法，這不但能完成零件制作，同時(shí)也可以培養(yǎng)出更好的作圖思路，和打破規(guī)矩的新想法。規(guī)則的零件，要學(xué)會(huì)使用一些能夠節(jié)省時(shí)間的命令，如鏡向，陣列等，“能省則省”。 關(guān)于裝配，曾經(jīng)帶給我很大的阻礙，花了很多時(shí)間才弄清原因所在。在一可活動(dòng)子裝配體上，即使活動(dòng)范圍會(huì)產(chǎn)生干涉，也不能對(duì)其設(shè)定活動(dòng)范圍，如高級(jí)配合里的距離范圍，和角度范圍，即使在該活動(dòng)范圍并不影響父配體，也不可設(shè)定。因?yàn)橐坏┰O(shè)定范圍后，在父裝配體上會(huì)將子裝配體視為完全定義的模型，這樣會(huì)對(duì)子裝配體之間的配合產(chǎn)生矛盾，將不能完成裝配。 看懂圖是作圖的首要任務(wù)，看圖就是了解零件的工具，沒(méi)有工具則無(wú)法制出零件，所以畫(huà)圖不能急于下筆，想透了零件的結(jié)構(gòu)，想透圖中的虛實(shí)線，這才是高效作圖的重中之重。進(jìn)行零件建模前，一般應(yīng)進(jìn)行深入的特征分析，搞清零件是由那幾個(gè)特征組成，明確各個(gè)特征的形狀，他們之間的相對(duì)位置和表面連接關(guān)系，然后按照特征的主次關(guān)系，按一定的順序進(jìn)行建模。一個(gè)復(fù)雜的零件，可能是許多個(gè)簡(jiǎn)單特征經(jīng)過(guò)相互之間的疊加、切除或相交組成。所以零件建模時(shí)，特征的生成順序十分重要，不同的建模過(guò)程雖然可以構(gòu)造出同樣的實(shí)體零件，但其造型過(guò)程及實(shí)體的構(gòu)型結(jié)構(gòu)卻直接影響到實(shí)體模型的穩(wěn)定性、可修改性、可理解性及實(shí)體模型的應(yīng)用。 尤其在二維圖紙上，我們能看到的只是零件的平面圖，而內(nèi)部特征則以虛線給予表示，另外還有零件的相貫線，這表示了各個(gè)特征相交時(shí)出現(xiàn)線段。在零件的草圖繪制過(guò)程中，必須要選好第一個(gè)草繪平面，這很關(guān)鍵，這個(gè)平面決定了往后建模的所用到的命令，簡(jiǎn)單的說(shuō)，一個(gè)圓柱可以作一個(gè)圓形然后拉伸，也可以作一個(gè)長(zhǎng)方體旋轉(zhuǎn)，雖然他們的結(jié)果都一樣，但所用的草繪平面和命令就截然不同。如果我們要的是一條軸，那我們就應(yīng)該選擇第二種方法為好了。由于此設(shè)計(jì)的零件都是比較規(guī)則的零件，所用到的命令大部分是拉伸命令和旋轉(zhuǎn)命令，而且很多零件都是擁有對(duì)稱關(guān)系，所以為了節(jié)省時(shí)間，提高效率，經(jīng)常會(huì)用到鏡向特征命令。一張完整的工程圖應(yīng)具備以下4方面的內(nèi)容。一組視圖：用一組視圖（其中包括視圖、剖視圖、斷面圖、局部放大圖）正確、完整、清晰地表達(dá)零件各部分的結(jié)構(gòu)形狀。尺寸：確定零件各部分形狀的大小和位置技術(shù)要求：表明零件在制造和檢驗(yàn)是應(yīng)達(dá)到的一些要求，如表面粗糙度、尺寸公差、形位公差、材料熱處理方式和指標(biāo)等。標(biāo)題欄：注明零件名稱、材料、數(shù)量、圖樣比例以及圖號(hào)等內(nèi)容。 單擊【新建文件】圖標(biāo)，系統(tǒng)顯示新建SolidWorks文件對(duì)話框，雙擊該對(duì)話框中得裝配體選項(xiàng)，即可進(jìn)入裝配體工作模式。 調(diào)入第一個(gè)零件模型并放置在裝配體的原點(diǎn)處，即零件原點(diǎn)與裝配體原點(diǎn)重合。調(diào)入一個(gè)與第一個(gè)零件模型有裝配關(guān)系的零件模型。分析兩個(gè)零件之間的裝配約束關(guān)系，然后選取相應(yīng)的約束選項(xiàng)進(jìn)行零件操作。調(diào)入其他與已裝配零件有裝配關(guān)系的零件模型并進(jìn)行裝配。全部零件裝配完畢后，將裝配體模型存盤(pán)。結(jié) 論在最近的一段時(shí)間的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們充分把握的設(shè)計(jì)方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識(shí)，而且還獲得新的經(jīng)驗(yàn)與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，會(huì)遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時(shí)的指導(dǎo)，確保設(shè)計(jì)進(jìn)度本文所設(shè)計(jì)的是華晨寶馬齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)，通過(guò)初期的定稿，查資料和開(kāi)始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識(shí)的重要性，從而讓我更加深刻地體會(huì)到做一門(mén)學(xué)問(wèn)不易，需要不斷鉆研，不斷進(jìn)取才可要做的好，總之，本設(shè)計(jì)完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最后，感謝幫助過(guò)我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過(guò)。參考文獻(xiàn)1張福學(xué)編著.齒輪齒條轉(zhuǎn)向器技術(shù)及其應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2000。2何發(fā)昌著，邵遠(yuǎn)編著.齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的原理及應(yīng)用.北京：高等教育出版社，1996。3宋學(xué)義著. 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器速查手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.3。4陳奎生著. 氣與氣壓傳動(dòng). 武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2008.5。5SMC（中國(guó)）有限公司. 華晨寶馬齒輪齒條轉(zhuǎn)向器實(shí)用氣動(dòng)技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.106徐文燦著. 華晨寶馬齒輪齒條轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995。7曾孔庚.小型料齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的發(fā)展趨勢(shì). 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用論壇。8壽慶豐 機(jī)械設(shè)計(jì)1999年第3期，第3卷。9高微,楊中平,趙榮飛等.華晨寶馬齒輪齒條轉(zhuǎn)向器臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì). 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造2006.1。10 黃長(zhǎng)藝，嚴(yán)普強(qiáng).機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ). 機(jī)械工業(yè)出版社，2001.1.11 張桓，陳作模.機(jī)械原理.高等教育出版社，2000.8.12孫兵,趙斌,施永輝.華晨寶馬齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的研制. 中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)。13馬光,申桂英.工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì). 中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)2002年。14李如松.華晨寶馬齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望. 中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)1994年第4期。15李明.單臂回轉(zhuǎn)式華晨寶馬齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì).制造技術(shù)與機(jī)床2005年第7期。16李杜莉，武洪恩，劉志海.華晨寶馬齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析. 煤礦機(jī)械2007年2月17成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1994。17Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space. 致 謝在論文完成之際，我首先向我的導(dǎo)師致以衷心的感謝和崇高的敬意！在這期間，導(dǎo)師在學(xué)業(yè)上嚴(yán)格要求，精心指導(dǎo)，在生活上給了我無(wú)微不至的關(guān)懷，給了我人生的啟迪，使我在順利的完成學(xué)業(yè)階段的學(xué)業(yè)的同時(shí)，也學(xué)到了很多做人的道理，明確了人生目標(biāo)。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，淵博的學(xué)識(shí)，實(shí)事求是的作風(fēng)，平易近人、寬以待人和豁達(dá)的胸懷，深深感染著我，使我深受啟發(fā)，必將終生受益。經(jīng)過(guò)近半年努力的設(shè)計(jì)與計(jì)算，論文終于可以完成了，我的心里無(wú)比的激動(dòng)。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因?yàn)樗俏矣眯?、用汗水成就的，也是我在大學(xué)四年來(lái)對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用和體現(xiàn)。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識(shí)，而且鍛煉了我的能力，更重要的是從周圍的老師和同學(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多。在此，向他們表示深深的謝意與美好的祝愿。