齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)】

1目錄第 1 章 轉(zhuǎn)向器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11.1 轉(zhuǎn)向器類型的選擇 11.2 計(jì)算載荷的確定 11.2.1 轉(zhuǎn)向力矩的計(jì)算 .21.2.2 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比的計(jì)算 .21.2.3 作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的力 .31.2.4 轉(zhuǎn)向橫拉桿的計(jì)算 .31.2.5 主動(dòng)齒輪軸的計(jì)算 .41.3 齒輪齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算 41.3.1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)要求 .41.3.2 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器部件設(shè)計(jì) .41.4 轉(zhuǎn)向器的材料選擇及強(qiáng)度校核 6第 2 章 轉(zhuǎn)向器的主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 82.1 轉(zhuǎn)向器的受力分析 .82.2 齒輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 92.3 齒輪軸的強(qiáng)度校核 11第 3 章 轉(zhuǎn)向工況校核與驗(yàn)算 143.1 選擇材料 .143.2 計(jì)算彈簧絲直徑 143.3 穩(wěn)定性驗(yàn)算 .15第 4 章 轉(zhuǎn)向器其他附件的選擇 174.1 軸承的選擇 .174.2 潤(rùn)滑方式的確定 174.3 密封結(jié)構(gòu)的確定 1821 轉(zhuǎn)向器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.1 轉(zhuǎn)向器類型的選擇汽車轉(zhuǎn)向系可按轉(zhuǎn)向能源的不同分為機(jī)械式轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系兩大類。汽車轉(zhuǎn)向器是用來(lái)保持或改變汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)，在汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，還要保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。駕駛員通過(guò)操縱轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使汽車保持直線或轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，或者上述兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換。機(jī)械轉(zhuǎn)向系的能量來(lái)源是人力，所有傳力件都是機(jī)械的，由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。其中轉(zhuǎn)向器是將操縱機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)閭鲃?dòng)機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件。轉(zhuǎn)向器按結(jié)構(gòu)形式可分為多種類型。歷史上曾出現(xiàn)過(guò)許多種形式的轉(zhuǎn)向器，目前較常用的有齒輪齒條式、蝸桿曲柄指銷式、循環(huán)球-齒條齒扇式、循環(huán)球曲柄指銷式、蝸桿滾輪式等。其中第二、第四種分別是第一、第三種的變形形式，而蝸桿滾輪式則更少見(jiàn)。如果按照助力形式，又可以分為機(jī)械式(無(wú)助力)，和動(dòng)力式(有助力)兩種，其中動(dòng)力轉(zhuǎn)向器又可以分為氣壓動(dòng)力式、液壓動(dòng)力式、電動(dòng)助力式、電液助力式等種類通過(guò)對(duì)不同形式的轉(zhuǎn)向器對(duì)比，最終選擇采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。1.2 計(jì)算載荷的確定為了保證行駛安全，組成轉(zhuǎn)向系的各零件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。欲驗(yàn)算轉(zhuǎn)向系零件的強(qiáng)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(zhuǎn)向軸的負(fù)荷、路面阻力和輪胎氣壓等。為轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力、車輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦阻力等。表 3.1 設(shè)計(jì)的基本參數(shù)名稱 軸距 L 前輪距 L1 后輪距 L2 方向盤(pán)直徑數(shù)值 2750mm 1425mm 1435mm 380mm名稱 整車質(zhì)量 輪胎氣壓 轉(zhuǎn)彎半徑 最小離地間隙數(shù)值 1325kg 200KPa 5000mm 170mm1.2.1 轉(zhuǎn)向力矩的計(jì)算 m?N4.5931=.01237.=1pGfMR(1.1)其中式中:3f—輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)，一般取 f=0.7；G1—轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷，G 1=10902.5N,單位為 N；P—輪胎氣壓，P=0.2MPa ,單位為 MPa。1.2.2 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比的計(jì)算轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比由轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比 iω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 2Fw 與作用在方向盤(pán)上的手力Fh 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 iω.它又由轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比 io 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置角傳動(dòng)比 ip 所組成． 5.0=27sinRLαα=33.37°99975.0142537.33cos5000 2750costan ????????BRL??β=44.73° 1.6.7821.3605??KWi?式中:L—汽車軸距， L=2750,單位為 mm；R—汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑，R=5000,單位為 mm；B—前輪輪距，B=1425,單位為 mm；ωW—轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角（速度），ω W=1260°；ωK—轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角（速度），ω K=78.1°；iω—轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比,i ω=16.1。4圖 1.1 轉(zhuǎn)向原理圖1.2.3 作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的力(1.2)式中:L1—轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)，單位為 mm；MR—原地轉(zhuǎn)向阻力矩， MR=593951.4N·mm；L2—轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)，單位為 mm；DSW—轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑，D SW =380mm；iω—轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比，i ω=16.1；η+—轉(zhuǎn)向器正效率，η +=0.9。因齒輪齒條式轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向節(jié)臂，故 L1、L 2 不代入數(shù)值。NDLMFSWR 74.2159.0163852ih ??????51.2.4 轉(zhuǎn)向橫拉桿的計(jì)算 ??4.678m10261.095.343????????aMdR(1.3)式中:a=L2；[σ]=216MPa MR=593.95N·m取 dmin=15mm1.2.5 主動(dòng)齒輪軸的計(jì)算 ?? m9.101406.25162max ????????Mn(1.4)式中：[τ]=140MPa取 dmin=18mm1.3 齒輪齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算1.3.1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)要求齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器若用直齒圓柱齒輪則會(huì)使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性降低、沖擊大、噪聲增加。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) m 的取值范圍多在 2-3mm之間，主動(dòng)小齒輪齒數(shù) z 多數(shù)在 5-7 個(gè)齒范圍變化，壓力角 α=20°，齒輪螺旋角 β的取值范圍多在 9-15°之間。齒條齒數(shù)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向輪達(dá)到最大偏轉(zhuǎn)角時(shí)，相應(yīng)地齒條移動(dòng)行程應(yīng)達(dá)到的值來(lái)確定。變速比的齒條壓力角，對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在 12-35°范圍內(nèi)變化。此外，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算齒輪的抗彎強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度。主動(dòng)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(zhì)量，殼體用鋁合金壓鑄。1.3.2 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器部件設(shè)計(jì)1.齒輪 [10]： 齒輪是一只切有齒形的軸。它安裝在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向柱內(nèi)的轉(zhuǎn)向軸相連。因此，轉(zhuǎn)向盤(pán)的旋轉(zhuǎn)使齒條橫向移動(dòng)已操縱前輪。齒輪軸由安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上的球軸承支承。6(1)選擇齒輪類型根據(jù)齒輪傳動(dòng)的工作條件，選用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合傳動(dòng)方案(2)選擇齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)選用 7 級(jí)精度(3)初選參數(shù)如下表所示表 1.2 齒輪的設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)名稱 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果模數(shù) mn1 - mn1=2.5齒數(shù) Z1 - Z1=6壓力角 α1 - α1=20°螺旋角 β - β=10°斜齒圓柱齒輪直徑 d ?cos1zmdn?d=15.23mm2.齒條 [11]：齒條是在金屬殼體內(nèi)來(lái)回滑動(dòng)的，加工有齒形的金屬條。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向桿系的搖桿和轉(zhuǎn)向搖臂，并保證轉(zhuǎn)向橫拉桿在適當(dāng)?shù)母叨纫允顾麄兣c懸架下擺臂平行。齒條可以比作是梯形轉(zhuǎn)向桿系的轉(zhuǎn)向直拉桿。導(dǎo)向座將齒條支持在轉(zhuǎn)向器殼體上。齒條的橫向運(yùn)動(dòng)拉動(dòng)或推動(dòng)轉(zhuǎn)向橫拉桿，使前輪轉(zhuǎn)向。相互嚙合的齒輪的齒距 P1=πmn1cosα1 和齒條的齒距 P2=πmn2cosα2 必須相等。即 πmn1cosα1=πmn2cosα2計(jì)算出齒條的壓力角為：α 2=20° 5.90cos5.cos22 ?????????nmLZ(1.5)式中：L—齒條行程， 95mm；mn2—齒條模數(shù)，2.5；α2—齒條壓力角， α2=20°。?。篫 2=317齒輪直徑：d=m n1Z1/cosβ=15.23mm取齒寬系數(shù)：Ψ d=1.2齒寬：b=Ψ d×d=18.3mm所以齒條寬 b2 ?。?0mm，即：b 2=20mm齒輪寬：b 1=b2+10=30mm，即：b 1=30mm1.4 轉(zhuǎn)向器的材料選擇及強(qiáng)度校核1．選擇齒輪齒條材料、熱處理方式及計(jì)算許用應(yīng)力(1)選擇材料及熱處理方式齒輪：40Cr C-N 共滲淬火、回火 43—53HRC齒條：45 鋼 調(diào)質(zhì)處理 229—286HBS(2)確定許用應(yīng)力??limHNSZ??(1.6)liFTY(1.7)1)確定 σHlim 和 σFlim經(jīng)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：σHlim=1500MPaσFlim=300MPa2)確定壽命系數(shù) ZN、Y N 經(jīng)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：ZN=1.4（接觸次數(shù)取 8×106 次）YN=1（接觸次數(shù)取 8×106 次）3)計(jì)算許用應(yīng)力?。篠 Hlim=1，S Flim=1.4??MPa2104.15lim???HNSZ?(1.8) 經(jīng)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：應(yīng)力修正系數(shù)：Y ST=28?? MPa57.428.130lim???FNSTY?(1.9) 2.強(qiáng)度校核1)校核齒輪接觸疲勞強(qiáng)度:選取參數(shù)，按 ME 級(jí)質(zhì)量要求取值經(jīng)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得:σHlim=1500MPaSHlim=1ZN=1.4（接觸次數(shù)取 8×106 次）??MPa2104.15lim???HS?(1.10)經(jīng)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：齒輪使用系數(shù)：K A=1.35齒輪動(dòng)載系數(shù)：K V=1.05齒輪齒向載荷分布系數(shù)：K β =1.12齒輪齒間載荷分配系數(shù)：K α=1.0K= KAKVKβKα=1.35×1.05×1.12×1.0=1.5876 (1.11)轉(zhuǎn)矩：TZ=Fh×L2=205×0.16=32.8N·m=32800 N·m m (1.12)齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核：??HZHBuKbdT???? ???121(1.13)式中：ZE—材料彈性系數(shù)， ZE =189.8(由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得)ZH—節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)， ZH =2.15(由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 》查得)Zτ—重合度系數(shù)，Z τ=0.94(計(jì)算 εα=1.165，ε β=0.55 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得)Zβ—螺旋角系數(shù)， Zβ=0.99(由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得)u—齒輪傳動(dòng)比，u =20:6=10/39得： MPa7.189645.13280769.0415.289 3??????H?σH =1896.7MPa≤ [σH]=2100 MPa 故齒輪接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求。2)齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度校核：經(jīng)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：[σF]=428.57MPaSFlim=1.4YST=2YN=1(接觸次數(shù)取 8×106 次)?? MPa57.428.30lim???FST?(1.14)??FnZSdbKY????1(1.15)式中：YF—外齒輪的齒形系數(shù)，Y F =2.8(由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得)YS—外齒輪齒根應(yīng)力修正系數(shù)，Y S =1.5(由《 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得)Yβ—螺旋角系數(shù)， Yβ=0.9(由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得)Yτ—重合度系數(shù)，Y τ=0.75(由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得) 1F2dbmKTYnZS????MPa6.3245.308076.5.90.182 ????σF =332.6MPa≤ [σF]=428.57MPa 故齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度符合要求。10第 2 章 轉(zhuǎn)向器的主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)齒輪軸指支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件并與之一起回轉(zhuǎn)以傳遞運(yùn)動(dòng)、扭矩或彎矩的機(jī)械零件。一般為金屬圓桿狀，各段可以有不同的直徑。機(jī)器中作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件就裝在軸上。2.1 轉(zhuǎn)向器的受力分析若略去齒面間的摩擦力，則作用與節(jié)點(diǎn)上的法向力 Fa 可以分解為徑向力 Fr 和分力 F，分力 F 又可以分為圓周力 Ft 和軸向力 Fa。受力分析如圖 2.2 所示：計(jì)算力如下：Ft=2TZ/d1=2×32800/15.23=4307.29N (2.1)Fr=Fttanα/cosβ=4307.29tan20°/cos10°=1591.1N (2.2)Fa=Fttanβ=4307.29tan10°=759.49N (2.3)式中：α—齒輪壓力角， α=20°；β—齒輪螺旋角， β=10°；TZ—轉(zhuǎn)向盤(pán)扭力矩，T Z =32800N·mm；d1—齒輪分度圓直徑，d 1=15.23mm。2.2 齒輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算經(jīng)過(guò)分析得到：圖 2.2 齒輪軸的受力分析圖在 XY 平面上， N91.521???rRF(2.4)0)27(3.)07(21 ????????RRaF在 XZ 平面上，11???21RF(2.5)圖 2.3 受力分析圖 N29.430721?????FR解得： 65.121??R9.68??RF， 903??F12圖 2.4 軸的彎矩扭矩圖圖 2.5 齒輪軸的力矩圖2.3 齒輪軸的強(qiáng)度校核查得 40Cr 的機(jī)械性能：σB=750MPaστ=550MPaσ-1=350MPa13τ-1=200MPa[τ]=40～50MPa由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第四版）》查得：σ0=1.6σ-1=560MPaσsb=1.4σs=770MPaτs=0.70σB=525MPa對(duì)稱循環(huán)疲勞極限：σ-1b=0.41σB307.5MPaτ-1=0.30σB=225MPa脈動(dòng)循環(huán)疲勞極限：σ0b=1.7σ-1b=522.75MPaτ0=1.4τ-1=280MPa等效系數(shù)： 1765.075.2320b1- ???????(2.6).801??x(2.7)彎曲應(yīng)力幅： MPa6.15.037???Wa?(2.8)平均應(yīng)力幅：σm=0扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力： Pa3.48152.3???TZW?(2.9)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力和平均應(yīng)力幅：τa=τm= =24.3MPa (2.10)查得：應(yīng)力集中系數(shù)：K σ=1.95，K x=1.48； 表面狀態(tài)系數(shù)：β=1.5；14尺寸系數(shù)：ε x=0.98， εσ=0.91；安全系數(shù)：設(shè)為無(wú)限壽命，K N=1 36.158.0791.??????maKbS?????(2.11)7.24.398.0514???xaNxx???(2.12)??SSx??.2?查得許用安全系數(shù)[S]=1.3 ，顯然 S≥[S]故軸的安全系數(shù)校核符合安全標(biāo)準(zhǔn)15第 3 章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工況校核與驗(yàn)算3.1 選擇材料由彈簧工作條件可知，對(duì)材料無(wú)特殊要求，選用 C 組碳素彈簧鋼絲。因彈簧的工作次數(shù)小于 104，載荷性質(zhì)屬 II 類，[τ]=0.45σ B。3.2 計(jì)算彈簧絲直徑1)選擇旋繞比 C取 C=4(查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得)2)估算 D2’按 D≤30mm、D 1＞16mm，取 D2’=24mm3)計(jì)算彈簧絲直徑 d’ m62??CDd(3.1)4)計(jì)算曲度系數(shù) K 40.15.4??(3.2)5)計(jì)算彈簧絲的許用應(yīng)力[τ][τ]=0.45σB=0.45×1700=765MPa (3.3)6)計(jì)算彈簧絲直徑 d ??m409.675240.16.6.1max ?????KCF(3.4)取 d=6mm1)工作圈數(shù) n 43.18503max???CFGd?(3.5)2)總?cè)?shù) n1各端絲圈取 116故 n1=n+2=6.53)節(jié)距 tT=πD2tanα (3.6)則 t=π×20×tan6°=7.92mm，取 α=6°4)自由高度 H0H0≈nt+1.5d=4.43×7.92+1.5×5=43.59mm (3.7)3.3 穩(wěn)定性驗(yàn)算高徑比 b： 3.5129.05.42＜??Db(3.8)故滿足穩(wěn)定性要求。鄰圈間隙 δ：δ=t-d=7.92-5=2.92mm (3.9)彈簧單圈的最大變形量： m81.43.max?n?(3.10)故在最大載荷作用下仍留有間隙 δ1：δ1=2.92-1.81=1.11＞0.1d (3.11)彈簧外徑 D：D=D2+d=24+5=29mm (3.12)彈簧內(nèi)徑 D1：D1= D2-d=24-5=19mm (3.13)τs=1.25[τ]=1.25×765=956.25MPa (3.14)彈簧的極限載荷 Flim： N16704.82591.32 ???CKdsiml??(3.15)彈簧的安裝載荷 Fmin：Fmin=0.9Fmax=0.9×1411=1269.9N (3.16)彈簧剛度 Cs：17mN35.1764.6803 ????nCGds(3.17)安裝變形量 λmin： 20.735.169minisF?(3.18)安裝高度 H1：H1= H0-λmin=42.59-7.20=35.39mm (3.19)工作高度 H2：H2= H0-λmax=42.59-8=34.59mm (3.20)極限高度 H3：H3= H0-λlim=42.59-9.47=33.12mm (3.21)18第 4 章 轉(zhuǎn)向器其他附件的選擇4.1 軸承的選擇查《機(jī)械工程及自動(dòng)化簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》 ：軸承選擇滾針軸承 NA4901 和深溝球軸承 6203 兩個(gè)型號(hào)：軸承 NA4901，滾針軸承，內(nèi)徑 d=12mm，外徑 D=26mm，寬 B=13mm，基本額定動(dòng)載荷 Cr=9.6kN，基本額定靜負(fù)荷 Cor=10.8kN，極限轉(zhuǎn)速 19000r/min。軸承 6202，深溝球軸承，內(nèi)徑 d=17mm，外徑 D=35mm，寬 B=11mm，基本額定動(dòng)載荷 Cr=9.58kN，基本額定靜負(fù)荷 Cor=4.78kN，極限轉(zhuǎn)速 20000r/min。4.2 潤(rùn)滑方式的確定轉(zhuǎn)向器的潤(rùn)滑方式：人工定期潤(rùn)滑潤(rùn)滑脂：石墨鈣基潤(rùn)滑脂(ZBE36002-88)中的 ZG-S 潤(rùn)滑脂。密封類型的選擇密封件：旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈 FB 16 30 GB 13871—1992.滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑：滾動(dòng)軸承可以用潤(rùn)滑脂或潤(rùn)滑油來(lái)潤(rùn)滑。試驗(yàn)說(shuō)明，在速度較低時(shí)，用潤(rùn)滑脂比用潤(rùn)滑油溫升低；速度較高時(shí)，用潤(rùn)滑油較好。一般情況下，判斷的指標(biāo)是速度因數(shù)dn。d 為軸承內(nèi)徑(mm)，n 為轉(zhuǎn)速(r/min) 。各種滾動(dòng)軸承適用脂潤(rùn)滑或油潤(rùn)滑，油潤(rùn)滑適用什么樣的潤(rùn)滑方式的 dn 值，可以查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》。(1)脂潤(rùn)滑 [12]脂潤(rùn)滑可用于 dn 值較低，又不需要冷卻的場(chǎng)合。脂潤(rùn)滑的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，不存在漏油問(wèn)題。使用潤(rùn)滑脂進(jìn)行潤(rùn)滑，潤(rùn)滑脂的充填量不宜過(guò)多，不能把軸承填滿。否則將引起軸承發(fā)熱并把脂熔化流出，潤(rùn)滑效果將適得其反。另外填充油脂時(shí)不要用手抹（因手上有汗，會(huì)腐蝕軸承），應(yīng)該用針筒注入，使?jié)L道和每個(gè)滾動(dòng)體都粘上脂。(2)油潤(rùn)滑 [13]油潤(rùn)滑適用一切轉(zhuǎn)速，既可以起潤(rùn)滑作用，又能起沖洗降溫作用。潤(rùn)滑油的粘度，是隨油溫的升高而降低的。為了保證滾動(dòng)體與滾動(dòng)道接觸面內(nèi)有足夠強(qiáng)度的油膜，應(yīng)使?jié)櫥驮谳S承工作溫度下的粘度為 12-23cst。轉(zhuǎn)速越高，粘度應(yīng)越低；負(fù)荷越重，粘度應(yīng)越高。如果軸系結(jié)構(gòu)中使用普通軸承，而且軸系運(yùn)行速度不是很高，潤(rùn)滑一般采用油浴方式；對(duì)于精度較高的設(shè)備，要求使用精密軸承，建議使用滴油或循環(huán)方式供19油潤(rùn)滑，因?yàn)椴捎眠@兩種潤(rùn)滑方式，可以對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行更好的過(guò)濾，減少贓物進(jìn)入軸承，同時(shí)這兩種潤(rùn)滑方式可以使?jié)櫥统浞稚?，可以更好使軸承降溫。4.3 密封結(jié)構(gòu)的確定系統(tǒng)中的密封結(jié)構(gòu)，對(duì)于油潤(rùn)滑的軸承結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，為的是防止?jié)櫥屯饴┖突覊m屑末切削液等進(jìn)入；對(duì)于脂潤(rùn)滑的軸承結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，由于脂不會(huì)外泄，主要是防止上述外物。脂潤(rùn)滑的結(jié)構(gòu)對(duì)防止外物進(jìn)入的要求高些。因此對(duì)于密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是考慮防漏和外物的侵入。 潤(rùn)滑油的防漏主要靠疏導(dǎo)，同時(shí)也要設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)。由于角接觸軸承有泵油作用，而軸承一般是背靠背安裝，所以主軸箱和端蓋之間要有回油通道，以便潤(rùn)滑和防漏。甩油環(huán)密封結(jié)構(gòu)，在工作時(shí)就能起到防漏和疏導(dǎo)作用。潤(rùn)滑油經(jīng)軸承后，向右經(jīng)螺母外流。螺母的外圓有鋸齒形環(huán)槽。主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)將油泵向壓蓋內(nèi)的空腔，然后經(jīng)回油孔流回主軸箱。鋸齒的方向應(yīng)逆著油流的方向。環(huán)形槽應(yīng)有 2-3 條?；赜涂字睆綉?yīng)盡量大一些。201目錄第 1 章 轉(zhuǎn)向器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11.1 轉(zhuǎn)向器類型的選擇 11.2 計(jì)算載荷的確定 11.2.1 轉(zhuǎn)向力矩的計(jì)算 .21.2.2 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比的計(jì)算 .21.2.3 作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的力 .31.2.4 轉(zhuǎn)向橫拉桿的計(jì)算 .31.2.5 主動(dòng)齒輪軸的計(jì)算 .41.3 齒輪齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算 41.3.1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)要求 .41.3.2 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器部件設(shè)計(jì) .41.4 轉(zhuǎn)向器的材料選擇及強(qiáng)度校核 6第 2 章 轉(zhuǎn)向器的主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 82.1 轉(zhuǎn)向器的受力分析 .82.2 齒輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 92.3 齒輪軸的強(qiáng)度校核 11第 3 章 轉(zhuǎn)向工況校核與驗(yàn)算 143.1 選擇材料 .143.2 計(jì)算彈簧絲直徑 143.3 穩(wěn)定性驗(yàn)算 .15第 4 章 轉(zhuǎn)向器其他附件的選擇 174.1 軸承的選擇 .174.2 潤(rùn)滑方式的確定 174.3 密封結(jié)構(gòu)的確定 1821 轉(zhuǎn)向器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.1 轉(zhuǎn)向器類型的選擇汽車轉(zhuǎn)向系可按轉(zhuǎn)向能源的不同分為機(jī)械式轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系兩大類。汽車轉(zhuǎn)向器是用來(lái)保持或改變汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)，在汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，還要保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。駕駛員通過(guò)操縱轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使汽車保持直線或轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，或者上述兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換。機(jī)械轉(zhuǎn)向系的能量來(lái)源是人力，所有傳力件都是機(jī)械的，由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。其中轉(zhuǎn)向器是將操縱機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)閭鲃?dòng)機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件。轉(zhuǎn)向器按結(jié)構(gòu)形式可分為多種類型。歷史上曾出現(xiàn)過(guò)許多種形式的轉(zhuǎn)向器，目前較常用的有齒輪齒條式、蝸桿曲柄指銷式、循環(huán)球-齒條齒扇式、循環(huán)球曲柄指銷式、蝸桿滾輪式等。其中第二、第四種分別是第一、第三種的變形形式，而蝸桿滾輪式則更少見(jiàn)。如果按照助力形式，又可以分為機(jī)械式(無(wú)助力)，和動(dòng)力式(有助力)兩種，其中動(dòng)力轉(zhuǎn)向器又可以分為氣壓動(dòng)力式、液壓動(dòng)力式、電動(dòng)助力式、電液助力式等種類通過(guò)對(duì)不同形式的轉(zhuǎn)向器對(duì)比，最終選擇采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。1.2 計(jì)算載荷的確定為了保證行駛安全，組成轉(zhuǎn)向系的各零件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。欲驗(yàn)算轉(zhuǎn)向系零件的強(qiáng)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(zhuǎn)向軸的負(fù)荷、路面阻力和輪胎氣壓等。為轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力、車輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦阻力等。表 3.1 設(shè)計(jì)的基本參數(shù)名稱 軸距 L 前輪距 L1 后輪距 L2 方向盤(pán)直徑數(shù)值 2750mm 1425mm 1435mm 380mm名稱 整車質(zhì)量 輪胎氣壓 轉(zhuǎn)彎半徑 最小離地間隙數(shù)值 1325kg 200KPa 5000mm 170mm1.2.1 轉(zhuǎn)向力矩的計(jì)算 m?N4.5931=.01237.=1pGfMR(1.1)其中式中:3f—輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)，一般取 f=0.7；G1—轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷，G 1=10902.5N,單位為 N；P—輪胎氣壓，P=0.2MPa ,單位為 MPa。1.2.2 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比的計(jì)算轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比由轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比 iω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 2Fw 與作用在方向盤(pán)上的手力Fh 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 iω.它又由轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比 io 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置角傳動(dòng)比 ip 所組成． 5.0=27sinRLαα=33.37°99975.0142537.33cos5000 2750costan ????????BRL??β=44.73° 1.6.7821.3605??KWi?式中:L—汽車軸距， L=2750,單位為 mm；R—汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑，R=5000,單位為 mm；B—前輪輪距，B=1425,單位為 mm；ωW—轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角（速度），ω W=1260°；ωK—轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角（速度），ω K=78.1°；iω—轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比,i ω=16.1。4圖 1.1 轉(zhuǎn)向原理圖1.2.3 作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的力(1.2)式中:L1—轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)，單位為 mm；MR—原地轉(zhuǎn)向阻力矩， MR=593951.4N·mm；L2—轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)，單位為 mm；DSW—轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑，D SW =380mm；iω—轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比，i ω=16.1；η+—轉(zhuǎn)向器正效率，η +=0.9。因齒輪齒條式轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向節(jié)臂，故 L1、L 2 不代入數(shù)值。NDLMFSWR 74.2159.0163852ih ??????51.2.4 轉(zhuǎn)向橫拉桿的計(jì)算 ??4.678m10261.095.343????????aMdR(1.3)式中:a=L2；[σ]=216MPa MR=593.95N·m取 dmin=15mm1.2.5 主動(dòng)齒輪軸的計(jì)算 ?? m9.101406.25162max ????????Mn(1.4)式中：[τ]=140MPa取 dmin=18mm1.3 齒輪齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算1.3.1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)要求齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器若用直齒圓柱齒輪則會(huì)使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性降低、沖擊大、噪聲增加。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) m 的取值范圍多在 2-3mm之間，主動(dòng)小齒輪齒數(shù) z 多數(shù)在 5-7 個(gè)齒范圍變化，壓力角 α=20°，齒輪螺旋角 β的取值范圍多在 9-15°之間。齒條齒數(shù)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向輪達(dá)到最大偏轉(zhuǎn)角時(shí)，相應(yīng)地齒條移動(dòng)行程應(yīng)達(dá)到的值來(lái)確定。變速比的齒條壓力角，對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在 12-35°范圍內(nèi)變化。此外，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算齒輪的抗彎強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度。主動(dòng)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(zhì)量，殼體用鋁合金壓鑄。1.3.2 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器部件設(shè)計(jì)1.齒輪 [10]： 齒輪是一只切有齒形的軸。它安裝在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向柱內(nèi)的轉(zhuǎn)向軸相連。因此，轉(zhuǎn)向盤(pán)的旋轉(zhuǎn)使齒條橫向移動(dòng)已操縱前輪。齒輪軸由安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上的球軸承支承。6(1)選擇齒輪類型根據(jù)齒輪傳動(dòng)的工作條件，選用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合傳動(dòng)方案(2)選擇齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)選用 7 級(jí)精度(3)初選參數(shù)如下表所示表 1.2 齒輪的設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)名稱 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果模數(shù) mn1 - mn1=2.5齒數(shù) Z1 - Z1=6壓力角 α1 - α1=20°螺旋角 β - β=10°斜齒圓柱齒輪直徑 d ?cos1zmdn?d=15.23mm2.齒條 [11]：齒條是在金屬殼體內(nèi)來(lái)回滑動(dòng)的，加工有齒形的金屬條。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向桿系的搖桿和轉(zhuǎn)向搖臂，并保證轉(zhuǎn)向橫拉桿在適當(dāng)?shù)母叨纫允顾麄兣c懸架下擺臂平行。齒條可以比作是梯形轉(zhuǎn)向桿系的轉(zhuǎn)向直拉桿。導(dǎo)向座將齒條支持在轉(zhuǎn)向器殼體上。齒條的橫向運(yùn)動(dòng)拉動(dòng)或推動(dòng)轉(zhuǎn)向橫拉桿，使前輪轉(zhuǎn)向。相互嚙合的齒輪的齒距 P1=πmn1cosα1 和齒條的齒距 P2=πmn2cosα2 必須相等。即 πmn1cosα1=πmn2cosα2計(jì)算出齒條的壓力角為：α 2=20° 5.90cos5.cos22 ?????????nmLZ(1.5)式中：L—齒條行程， 95mm；mn2—齒條模數(shù)，2.5；α2—齒條壓力角， α2=20°。?。篫 2=317齒輪直徑：d=m n1Z1/cosβ=15.23mm取齒寬系數(shù)：Ψ d=1.2齒寬：b=Ψ d×d=18.3mm所以齒條寬 b2 ?。?0mm，即：b 2=20mm齒輪寬：b 1=b2+10=30mm，即：b 1=30mm1.4 轉(zhuǎn)向器的材料選擇及強(qiáng)度校核1．選擇齒輪齒條材料、熱處理方式及計(jì)算許用應(yīng)力(1)選擇材料及熱處理方式齒輪：40Cr C-N 共滲淬火、回火 43—53HRC齒條：45 鋼 調(diào)質(zhì)處理 229—286HBS(2)確定許用應(yīng)力??limHNSZ??(1.6)liFTY(1.7)1)確定 σHlim 和 σFlim經(jīng)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：σHlim=1500MPaσFlim=300MPa2)確定壽命系數(shù) ZN、Y N 經(jīng)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：ZN=1.4（接觸次數(shù)取 8×106 次）YN=1（接觸次數(shù)取 8×106 次）3)計(jì)算許用應(yīng)力?。篠 Hlim=1，S Flim=1.4??MPa2104.15lim???HNSZ?(1.8) 經(jīng)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：應(yīng)力修正系數(shù)：Y ST=28?? MPa57.428.130lim???FNSTY?(1.9) 2.強(qiáng)度校核1)校核齒輪接觸疲勞強(qiáng)度:選取參數(shù)，按 ME 級(jí)質(zhì)量要求取值經(jīng)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得:σHlim=1500MPaSHlim=1ZN=1.4（接觸次數(shù)取 8×106 次）??MPa2104.15lim???HS?(1.10)經(jīng)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：齒輪使用系數(shù)：K A=1.35齒輪動(dòng)載系數(shù)：K V=1.05齒輪齒向載荷分布系數(shù)：K β =1.12齒輪齒間載荷分配系數(shù)：K α=1.0K= KAKVKβKα=1.35×1.05×1.12×1.0=1.5876 (1.11)轉(zhuǎn)矩：TZ=Fh×L2=205×0.16=32.8N·m=32800 N·m m (1.12)齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核：??HZHBuKbdT???? ???121(1.13)式中：ZE—材料彈性系數(shù)， ZE =189.8(由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得)ZH—節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)， ZH =2.15(由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 》查得)Zτ—重合度系數(shù)，Z τ=0.94(計(jì)算 εα=1.165，ε β=0.55 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得)Zβ—螺旋角系數(shù)， Zβ=0.99(由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得)u—齒輪傳動(dòng)比，u =20:6=10/39得： MPa7.189645.13280769.0415.289 3??????H?σH =1896.7MPa≤ [σH]=2100 MPa 故齒輪接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求。2)齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度校核：經(jīng)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：[σF]=428.57MPaSFlim=1.4YST=2YN=1(接觸次數(shù)取 8×106 次)?? MPa57.428.30lim???FST?(1.14)??FnZSdbKY????1(1.15)式中：YF—外齒輪的齒形系數(shù)，Y F =2.8(由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得)YS—外齒輪齒根應(yīng)力修正系數(shù)，Y S =1.5(由《 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得)Yβ—螺旋角系數(shù)， Yβ=0.9(由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得)Yτ—重合度系數(shù)，Y τ=0.75(由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得) 1F2dbmKTYnZS????MPa6.3245.308076.5.90.182 ????σF =332.6MPa≤ [σF]=428.57MPa 故齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度符合要求。10第 2 章 轉(zhuǎn)向器的主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)齒輪軸指支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件并與之一起回轉(zhuǎn)以傳遞運(yùn)動(dòng)、扭矩或彎矩的機(jī)械零件。一般為金屬圓桿狀，各段可以有不同的直徑。機(jī)器中作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件就裝在軸上。2.1 轉(zhuǎn)向器的受力分析若略去齒面間的摩擦力，則作用與節(jié)點(diǎn)上的法向力 Fa 可以分解為徑向力 Fr 和分力 F，分力 F 又可以分為圓周力 Ft 和軸向力 Fa。受力分析如圖 2.2 所示：計(jì)算力如下：Ft=2TZ/d1=2×32800/15.23=4307.29N (2.1)Fr=Fttanα/cosβ=4307.29tan20°/cos10°=1591.1N (2.2)Fa=Fttanβ=4307.29tan10°=759.49N (2.3)式中：α—齒輪壓力角， α=20°；β—齒輪螺旋角， β=10°；TZ—轉(zhuǎn)向盤(pán)扭力矩，T Z =32800N·mm；d1—齒輪分度圓直徑，d 1=15.23mm。2.2 齒輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算經(jīng)過(guò)分析得到：圖 2.2 齒輪軸的受力分析圖在 XY 平面上， N91.521???rRF(2.4)0)27(3.)07(21 ????????RRaF在 XZ 平面上，11???21RF(2.5)圖 2.3 受力分析圖 N29.430721?????FR解得： 65.121??R9.68??RF， 903??F12圖 2.4 軸的彎矩扭矩圖圖 2.5 齒輪軸的力矩圖2.3 齒輪軸的強(qiáng)度校核查得 40Cr 的機(jī)械性能：σB=750MPaστ=550MPaσ-1=350MPa13τ-1=200MPa[τ]=40～50MPa由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第四版）》查得：σ0=1.6σ-1=560MPaσsb=1.4σs=770MPaτs=0.70σB=525MPa對(duì)稱循環(huán)疲勞極限：σ-1b=0.41σB307.5MPaτ-1=0.30σB=225MPa脈動(dòng)循環(huán)疲勞極限：σ0b=1.7σ-1b=522.75MPaτ0=1.4τ-1=280MPa等效系數(shù)： 1765.075.2320b1- ???????(2.6).801??x(2.7)彎曲應(yīng)力幅： MPa6.15.037???Wa?(2.8)平均應(yīng)力幅：σm=0扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力： Pa3.48152.3???TZW?(2.9)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力和平均應(yīng)力幅：τa=τm= =24.3MPa (2.10)查得：應(yīng)力集中系數(shù)：K σ=1.95，K x=1.48； 表面狀態(tài)系數(shù)：β=1.5；14尺寸系數(shù)：ε x=0.98， εσ=0.91；安全系數(shù)：設(shè)為無(wú)限壽命，K N=1 36.158.0791.??????maKbS?????(2.11)7.24.398.0514???xaNxx???(2.12)??SSx??.2?查得許用安全系數(shù)[S]=1.3 ，顯然 S≥[S]故軸的安全系數(shù)校核符合安全標(biāo)準(zhǔn)15第 3 章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工況校核與驗(yàn)算3.1 選擇材料由彈簧工作條件可知，對(duì)材料無(wú)特殊要求，選用 C 組碳素彈簧鋼絲。因彈簧的工作次數(shù)小于 104，載荷性質(zhì)屬 II 類，[τ]=0.45σ B。3.2 計(jì)算彈簧絲直徑1)選擇旋繞比 C取 C=4(查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得)2)估算 D2’按 D≤30mm、D 1＞16mm，取 D2’=24mm3)計(jì)算彈簧絲直徑 d’ m62??CDd(3.1)4)計(jì)算曲度系數(shù) K 40.15.4??(3.2)5)計(jì)算彈簧絲的許用應(yīng)力[τ][τ]=0.45σB=0.45×1700=765MPa (3.3)6)計(jì)算彈簧絲直徑 d ??m409.675240.16.6.1max ?????KCF(3.4)取 d=6mm1)工作圈數(shù) n 43.18503max???CFGd?(3.5)2)總?cè)?shù) n1各端絲圈取 116故 n1=n+2=6.53)節(jié)距 tT=πD2tanα (3.6)則 t=π×20×tan6°=7.92mm，取 α=6°4)自由高度 H0H0≈nt+1.5d=4.43×7.92+1.5×5=43.59mm (3.7)3.3 穩(wěn)定性驗(yàn)算高徑比 b： 3.5129.05.42＜??Db(3.8)故滿足穩(wěn)定性要求。鄰圈間隙 δ：δ=t-d=7.92-5=2.92mm (3.9)彈簧單圈的最大變形量： m81.43.max?n?(3.10)故在最大載荷作用下仍留有間隙 δ1：δ1=2.92-1.81=1.11＞0.1d (3.11)彈簧外徑 D：D=D2+d=24+5=29mm (3.12)彈簧內(nèi)徑 D1：D1= D2-d=24-5=19mm (3.13)τs=1.25[τ]=1.25×765=956.25MPa (3.14)彈簧的極限載荷 Flim： N16704.82591.32 ???CKdsiml??(3.15)彈簧的安裝載荷 Fmin：Fmin=0.9Fmax=0.9×1411=1269.9N (3.16)彈簧剛度 Cs：17mN35.1764.6803 ????nCGds(3.17)安裝變形量 λmin： 20.735.169minisF?(3.18)安裝高度 H1：H1= H0-λmin=42.59-7.20=35.39mm (3.19)工作高度 H2：H2= H0-λmax=42.59-8=34.59mm (3.20)極限高度 H3：H3= H0-λlim=42.59-9.47=33.12mm (3.21)18第 4 章 轉(zhuǎn)向器其他附件的選擇4.1 軸承的選擇查《機(jī)械工程及自動(dòng)化簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》 ：軸承選擇滾針軸承 NA4901 和深溝球軸承 6203 兩個(gè)型號(hào)：軸承 NA4901，滾針軸承，內(nèi)徑 d=12mm，外徑 D=26mm，寬 B=13mm，基本額定動(dòng)載荷 Cr=9.6kN，基本額定靜負(fù)荷 Cor=10.8kN，極限轉(zhuǎn)速 19000r/min。軸承 6202，深溝球軸承，內(nèi)徑 d=17mm，外徑 D=35mm，寬 B=11mm，基本額定動(dòng)載荷 Cr=9.58kN，基本額定靜負(fù)荷 Cor=4.78kN，極限轉(zhuǎn)速 20000r/min。4.2 潤(rùn)滑方式的確定轉(zhuǎn)向器的潤(rùn)滑方式：人工定期潤(rùn)滑潤(rùn)滑脂：石墨鈣基潤(rùn)滑脂(ZBE36002-88)中的 ZG-S 潤(rùn)滑脂。密封類型的選擇密封件：旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈 FB 16 30 GB 13871—1992.滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑：滾動(dòng)軸承可以用潤(rùn)滑脂或潤(rùn)滑油來(lái)潤(rùn)滑。試驗(yàn)說(shuō)明，在速度較低時(shí)，用潤(rùn)滑脂比用潤(rùn)滑油溫升低；速度較高時(shí)，用潤(rùn)滑油較好。一般情況下，判斷的指標(biāo)是速度因數(shù)dn。d 為軸承內(nèi)徑(mm)，n 為轉(zhuǎn)速(r/min) 。各種滾動(dòng)軸承適用脂潤(rùn)滑或油潤(rùn)滑，油潤(rùn)滑適用什么樣的潤(rùn)滑方式的 dn 值，可以查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》。(1)脂潤(rùn)滑 [12]脂潤(rùn)滑可用于 dn 值較低，又不需要冷卻的場(chǎng)合。脂潤(rùn)滑的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，不存在漏油問(wèn)題。使用潤(rùn)滑脂進(jìn)行潤(rùn)滑，潤(rùn)滑脂的充填量不宜過(guò)多，不能把軸承填滿。否則將引起軸承發(fā)熱并把脂熔化流出，潤(rùn)滑效果將適得其反。另外填充油脂時(shí)不要用手抹（因手上有汗，會(huì)腐蝕軸承），應(yīng)該用針筒注入，使?jié)L道和每個(gè)滾動(dòng)體都粘上脂。(2)油潤(rùn)滑 [13]油潤(rùn)滑適用一切轉(zhuǎn)速，既可以起潤(rùn)滑作用，又能起沖洗降溫作用。潤(rùn)滑油的粘度，是隨油溫的升高而降低的。為了保證滾動(dòng)體與滾動(dòng)道接觸面內(nèi)有足夠強(qiáng)度的油膜，應(yīng)使?jié)櫥驮谳S承工作溫度下的粘度為 12-23cst。轉(zhuǎn)速越高，粘度應(yīng)越低；負(fù)荷越重，粘度應(yīng)越高。如果軸系結(jié)構(gòu)中使用普通軸承，而且軸系運(yùn)行速度不是很高，潤(rùn)滑一般采用油浴方式；對(duì)于精度較高的設(shè)備，要求使用精密軸承，建議使用滴油或循環(huán)方式供19油潤(rùn)滑，因?yàn)椴捎眠@兩種潤(rùn)滑方式，可以對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行更好的過(guò)濾，減少贓物進(jìn)入軸承，同時(shí)這兩種潤(rùn)滑方式可以使?jié)櫥统浞稚?，可以更好使軸承降溫。4.3 密封結(jié)構(gòu)的確定系統(tǒng)中的密封結(jié)構(gòu)，對(duì)于油潤(rùn)滑的軸承結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，為的是防止?jié)櫥屯饴┖突覊m屑末切削液等進(jìn)入；對(duì)于脂潤(rùn)滑的軸承結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，由于脂不會(huì)外泄，主要是防止上述外物。脂潤(rùn)滑的結(jié)構(gòu)對(duì)防止外物進(jìn)入的要求高些。因此對(duì)于密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是考慮防漏和外物的侵入。 潤(rùn)滑油的防漏主要靠疏導(dǎo)，同時(shí)也要設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)。由于角接觸軸承有泵油作用，而軸承一般是背靠背安裝，所以主軸箱和端蓋之間要有回油通道，以便潤(rùn)滑和防漏。甩油環(huán)密封結(jié)構(gòu)，在工作時(shí)就能起到防漏和疏導(dǎo)作用。潤(rùn)滑油經(jīng)軸承后，向右經(jīng)螺母外流。螺母的外圓有鋸齒形環(huán)槽。主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)將油泵向壓蓋內(nèi)的空腔，然后經(jīng)回油孔流回主軸箱。鋸齒的方向應(yīng)逆著油流的方向。環(huán)形槽應(yīng)有 2-3 條?；赜涂字睆綉?yīng)盡量大一些。20