汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)【齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器】,齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器,汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)【齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器】,汽車,齒輪,齒條,轉(zhuǎn)向,設(shè)計(jì),轉(zhuǎn)向器 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期報(bào)告 題目：汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì) 系 別 機(jī)電信息系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) B070203 姓 名 路寬 學(xué) 號(hào) B07020338 導(dǎo) 師 姚慧 2011年 3 月 15 日 撰寫(xiě)內(nèi)容要求（可加頁(yè)）： 一、 設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)展?fàn)顩r 1. 經(jīng)過(guò)了前期的準(zhǔn)備工作和開(kāi)題答辯以來(lái)，對(duì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的深入了解和學(xué)習(xí)，查閱了汽車轉(zhuǎn)向系的相關(guān)資料，對(duì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的類型劃分及特征結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仔細(xì)的分析，通過(guò)老師的指導(dǎo)，對(duì)本課題需要完成的工作有了明確的目標(biāo)并且完成了外文翻譯。 2 完成了如下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算和裝配圖的繪制 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角的計(jì)算 原地轉(zhuǎn)向力矩MR的計(jì)算 轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比的計(jì)算 轉(zhuǎn)向盤(pán)手力FH的計(jì)算 轉(zhuǎn)向盤(pán)扭矩TZ 轉(zhuǎn)向橫拉桿直徑計(jì)算 主動(dòng)齒輪軸的計(jì)算 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算校核 二． 存在問(wèn)題及解決措施 1. 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，齒輪齒條嚙合間隙較大，影響傳動(dòng)的平 穩(wěn)性和降低傳動(dòng)效率。 2. 轉(zhuǎn)向系中沒(méi)有設(shè)計(jì)防傷安全機(jī)構(gòu)方案分析與計(jì)算。 在后期需要設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)消除齒輪齒條間間隙的裝置和彈性聯(lián)軸器防傷機(jī)構(gòu)，更加完善整個(gè)轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)。 三． 后期工作安排 1．經(jīng)老師發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，仔細(xì)改正其中裝配草圖的不足和不合理的地方。 2．撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的其余部分。 3．仔細(xì)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文和準(zhǔn)備最后的論文答辯。 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 注：1. 正文：宋體小四號(hào)字，行距22磅；標(biāo)題：加粗 宋體四號(hào)字 2. 中期報(bào)告由各系集中歸檔保存，不裝訂入冊(cè)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 系別 機(jī)電信息系 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級(jí)1230203姓名 XXXX 學(xué)號(hào)123020338 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì) 2.題目背景和意義：目前，汽車工業(yè)發(fā)展迅猛，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為汽車的關(guān)鍵部件的也得到了相應(yīng)的發(fā)展，已形成專業(yè)化、系列化生產(chǎn)的格局。轉(zhuǎn)向器的性能好壞對(duì)于汽車在高速行駛過(guò)程中所需的操縱輕便、穩(wěn)定性好及安全行駛有很大影響。為適應(yīng)汽車工業(yè)的發(fā)展形勢(shì)，熟悉汽車部件的設(shè)計(jì)，本課題設(shè)計(jì)一汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 3.設(shè)計(jì)(論文)的主要內(nèi)容（理工科含技術(shù)指標(biāo)）： （1）了解齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系的基本結(jié)構(gòu)、發(fā)展現(xiàn)狀； （2）完成齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算與強(qiáng)度校核； （3）繪制所設(shè)計(jì)的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的裝配圖； 4.設(shè)計(jì)的基本要求及進(jìn)度安排（含起始時(shí)間、設(shè)計(jì)地點(diǎn)）： （1）1—3周：調(diào)研并收集資料，完成開(kāi)題報(bào)告；（2）3—5周：閱讀資料，分析齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系的工作原理和基本結(jié)構(gòu)；（3）6—10周：完成齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算；（4）11—15周：完成齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)裝配圖；（5）16—18周完成論文撰寫(xiě)，準(zhǔn)備答辯。 5.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作量要求 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一篇，不少于10000字； ① 實(shí)驗(yàn)（時(shí)數(shù)）*或?qū)嵙?xí)（天數(shù)）： 2周 ② 圖紙（幅面和張數(shù)）*： 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系的結(jié)構(gòu)裝配圖，A0圖紙（折合）2張 ③ 其他要求： 外文翻譯不少于1000字，參考文獻(xiàn)不少于15篇。 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 學(xué)生簽名： 年 月 日 系主任審批： 年 月 日 說(shuō)明：1本表一式二份，一份由各系集中歸檔保存，一份學(xué)生留存。 2 帶*項(xiàng)可根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)選填。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告 題目： 汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì) 系 別 機(jī)電信息系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) B070203 姓 名 路寬 學(xué) 號(hào) B07020338 導(dǎo) 師 姚慧 2010年11月28日 開(kāi)題報(bào)告填寫(xiě)要求 1．開(kāi)題報(bào)告作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成。 2．開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容必須按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）填寫(xiě)并打?。ń勾蛴≡谄渌埳虾蠹糍N），完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師審閱。 3．開(kāi)題報(bào)告字?jǐn)?shù)應(yīng)在1500字以上，參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇（不包括辭典、手冊(cè)，其中外文文獻(xiàn)至少3篇），文中引用參考文獻(xiàn)處應(yīng)標(biāo)出文獻(xiàn)序號(hào)，“參考文獻(xiàn)”應(yīng)按附件中《參考文獻(xiàn)“注釋格式”》的要求書(shū)寫(xiě)。 4． 年、月、日的日期一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書(shū)寫(xiě)，例：“ 2010年11月28日”。 撰寫(xiě)內(nèi)容要求（可加頁(yè)，小四號(hào)宋體，行距22磅）： 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）綜述（題目背景、研究意義及國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況） 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)，主要是以齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)為中心。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器最早出現(xiàn)在1902年，當(dāng)時(shí)由于其本身結(jié)構(gòu)不夠完善，整車布置的限制以及道路條件差等因素，導(dǎo)致路面反沖激烈，噪音較大以及轉(zhuǎn)向性能較差等缺陷，使此種轉(zhuǎn)向器的應(yīng)用受到很大的限制。然而近廿來(lái)，特別是最近幾年，卻有了很大發(fā)展，其發(fā)展速度超過(guò)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，國(guó)際輿論甚至認(rèn)為：目前汽車工業(yè)正在拋棄有70年歷史的搖臂型轉(zhuǎn)向器。這種看法的主要依據(jù)是：（1）國(guó)外大部分主要汽車在制造廠大規(guī)模地推薦橫置發(fā)動(dòng)機(jī)、前輪驅(qū)動(dòng)的小客車，這樣對(duì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系的布置十分靈活方便，比搖臂式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)更為簡(jiǎn)化。（2）高速公路發(fā)展使車輛速度大大提高，為獲得良好的路感，對(duì)轉(zhuǎn)向器剛性的要求愈來(lái)愈高，而循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器在剛性上遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。（3）齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器本身具備的優(yōu)點(diǎn)如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、高達(dá)80%以上的傳動(dòng)效率、具有多種輸入輸出形式便于布置、重量輕（轉(zhuǎn)向器殼多數(shù)采用壓鑄鋁合金、有的廠還在研制塑料殼體）、剛性好等等，能使高速車輛的駕駛者獲得良好的路感。 此外、由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器自身結(jié)構(gòu)的發(fā)展，如采用新型的手動(dòng)變速比和動(dòng)力轉(zhuǎn)向，其使用范圍已從轎車、微型車及輕型汽車逐步發(fā)展到中型和重型汽車轉(zhuǎn)向系。 從目前情況看，國(guó)際上汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的汽車轉(zhuǎn)向器結(jié)合基本上可歸為兩大類：搖臂式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，前者主要型式有球面蝸桿滾輪式、循環(huán)球式和曲柄指銷式三種，其中循環(huán)球式較為主要，在美國(guó)和日本的汽車中使用較多。而西歐國(guó)家，尤其是法國(guó)的汽車中則以齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器為主。日本NSK公司的統(tǒng)計(jì)資料表明了世界上各種轉(zhuǎn)向器的采用比率及變化趨勢(shì)，1968年到1975年循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器比率在40%～～46%之間變化，而齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的比率則由31%增加到43%，發(fā)展較快。此外，日本和美國(guó)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的產(chǎn)量占90%以上，而西歐國(guó)家齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器則占較大的百分比，西德為57%，英國(guó)為77%，法國(guó)為96%。 從目前國(guó)外著名轉(zhuǎn)向器廠制造的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器主要應(yīng)用于轎車，微型和輕型汽車方面，加美國(guó)TRW公司的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器用于前軸負(fù)載700～～1250公斤的車輛，西德ZF廠的同類產(chǎn)品用于前軸負(fù)載荷為900～～2400公斤的車輛，但該廠新設(shè)計(jì)的7856型齒輪齒條式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器可用于前軸負(fù)載荷達(dá)6500公斤的汽車。從產(chǎn)量看，ZF廠1980年生產(chǎn)了30萬(wàn)套，占機(jī)械轉(zhuǎn)向器的一半。英國(guó)伯曼廠日產(chǎn)1200套，為其生產(chǎn)的各種轉(zhuǎn)向器之首。 日本汽車轉(zhuǎn)向器雖然以循環(huán)球式為主，但近年隨著微型汽車的迅速發(fā)展，也開(kāi)始大量采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。如大發(fā)、三菱微型汽車等。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器長(zhǎng)期以來(lái)是我國(guó)汽車轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)中的一項(xiàng)空白，直到最近幾年由于大量進(jìn)口汽車組裝件，技術(shù)引進(jìn)以及與國(guó)外合資企業(yè)的發(fā)展，才開(kāi)始研制開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)這種轉(zhuǎn)向器。其中主要有與西德大眾汽車公司合資生產(chǎn)的桑塔納中級(jí)轎車，日本大發(fā)公司的微型汽車以及意大利菲亞特公司的依維柯輕型客貨車系列等。僅從以上三種車型的最終生產(chǎn)綱領(lǐng)統(tǒng)計(jì)就達(dá)40余萬(wàn)輛，再加上其它進(jìn)口車型的修配任務(wù)，估計(jì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器產(chǎn)量將達(dá)50余萬(wàn)套，可以估計(jì)到90年代時(shí)這種轉(zhuǎn)向器將占我國(guó)汽車轉(zhuǎn)向器產(chǎn)量的40%～～50%。因此，國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)向器行業(yè)對(duì)此都十分重視。如上海汽車底盤(pán)廠為了配套生產(chǎn)桑塔納轎車和SH110微型汽車的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，已經(jīng)大力進(jìn)行工廠技術(shù)改造和技術(shù)設(shè)備的引進(jìn)工作，要在90年代達(dá)到以齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器為主的各種轉(zhuǎn)向器產(chǎn)量共50萬(wàn)套的年生產(chǎn)綱領(lǐng)。 2.本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施 本課題研究的是汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系，主要是以齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)為中心。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器由與轉(zhuǎn)向軸做成一體的轉(zhuǎn)向齒輪和常與轉(zhuǎn)向橫拉桿做成一體的齒條組成。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在汽車上的布置形式與轉(zhuǎn)向梯形和轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)輸出形式有關(guān)，圖1所示為最常見(jiàn)的布置形式。 （a）轉(zhuǎn)向器固定于車架或車身兩側(cè)輸出的非獨(dú)立懸掛布置；（b）轉(zhuǎn)向器固定于車架或車身中央輸出的非獨(dú)立懸掛布置；（c）為轉(zhuǎn)向器固定于車身前圍單側(cè)輸出的獨(dú)立懸掛布置（如奧迪80和桑塔納轎車）；（d）轉(zhuǎn)向器固定于車架單側(cè)輸出的獨(dú)立懸掛布置（如日本三菱、大發(fā)微型汽車）。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)輸出形式主要有如下四種形式。 （a）中間輸入，兩端輸出；（b）側(cè)面輸入，兩端輸出； （c）側(cè)面輸入，中間輸出；（d）側(cè)面輸入，一端輸出 通過(guò)對(duì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的初步了解，現(xiàn)在可以采用的方案確定為以下幾種： 方案一：采用側(cè)面輸入，兩端輸出方案時(shí)，如圖（2）由于轉(zhuǎn)向拉桿長(zhǎng)度受到限制，容易與懸梁系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。 采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，重合度增加，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊與工作噪聲均下降，而且齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角易于滿足總體設(shè)計(jì)要求。 齒條斷面形狀為V形，與圓形斷面比較，消耗的材料少，約節(jié)省20%，故質(zhì)量小，位于齒條下面的兩斜面與齒條托座接觸，可用來(lái)防止齒條繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖2為兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，作為傳動(dòng)副主動(dòng)件的轉(zhuǎn)向齒輪軸11通過(guò)軸承12和13安裝在轉(zhuǎn)向殼體5中，其上端通過(guò)花鍵與萬(wàn)向節(jié)叉10和轉(zhuǎn)向軸連接。與轉(zhuǎn)向齒輪嚙合的轉(zhuǎn)向齒條4水平布置，兩端通過(guò)球頭座3與轉(zhuǎn)向橫拉桿1相連。彈簧7通過(guò)壓塊9將齒條壓靠在齒輪上，保證無(wú)間隙嚙合。彈簧的預(yù)緊力可用調(diào)整螺塞6調(diào)整。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí)，轉(zhuǎn)向器齒輪軸11轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)向車輪偏轉(zhuǎn)，從而使汽車轉(zhuǎn)向。 圖2 1．轉(zhuǎn)向橫拉桿 2．防塵套 3．球頭座4．轉(zhuǎn)向齒條5．轉(zhuǎn)向器殼體6．調(diào)整螺塞7．壓緊彈簧8．鎖緊螺母9．壓塊10．萬(wàn)向節(jié)11．轉(zhuǎn)向齒輪軸12．向心球軸承13．滾針軸承 方案二：采用側(cè)面輸入，中間輸出方案時(shí)，如圖（3）與齒條固定連接的左、右拉桿延伸到接近汽車縱向?qū)ΨQ平面附近。優(yōu)點(diǎn)：由于拉桿長(zhǎng)度增加，車輪上、下跳動(dòng)時(shí)拉桿擺角減小，有利于減少車輪上、下跳動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向系與懸架系的運(yùn)動(dòng)干涉。缺點(diǎn)：為了將左、右橫拉桿固定在齒條上，并且兩拉桿與齒條會(huì)同時(shí)向左、右移動(dòng)一定的距離，必須在轉(zhuǎn)向器殼體上開(kāi)有軸向方向的長(zhǎng)槽，使齒條有一部分裸露出來(lái)，然后用螺栓將橫拉桿固定在齒條上。轉(zhuǎn)向器殼體上的長(zhǎng)槽使其強(qiáng)度受到削弱，為了不使外界臟東西落入轉(zhuǎn)向器內(nèi)，又必須用密封罩將它們密封。 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器采用直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合，則運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性降低，沖擊力大，工作噪聲增加。此外，齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角只能是直角，為此與總體布置不適應(yīng)而遭淘汰。 齒條斷面形狀為圓形，齒條制作工藝比較簡(jiǎn)單。 中間輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器如圖3所示，其結(jié)果及工作原理與兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器基本相同，不同之處在于它在轉(zhuǎn)向齒條的中部用螺栓6與左右轉(zhuǎn)向橫拉桿7相連。 圖3 1． 萬(wàn)向節(jié)叉2．轉(zhuǎn)向齒輪軸3．調(diào)整螺母4．向心球軸承5．滾針軸承6．固定螺栓7．轉(zhuǎn)向橫拉桿8．轉(zhuǎn)向器殼體9．防塵套10．轉(zhuǎn)向齒條11．調(diào)整螺塞12．鎖緊螺母13．壓緊彈簧14．壓塊 通過(guò)以上比較，選用第一種方案，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)副為齒輪和齒條， 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置方便，制造容易，故僅廣泛用于微型汽車和轎車上，但轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比較小，齒條沿其長(zhǎng)度方向磨損不均勻，且通常布置在前輪軸線之后，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)副的主動(dòng)件—斜圓柱小齒輪，它和裝在外殼中的從動(dòng)件—齒條相嚙合，外殼固定在車身上。齒條利用兩個(gè)球接頭直接和兩根分開(kāi)的左、右橫拉桿相連。 由于汽車的車型不同，所使用的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的參數(shù)也有所不同。在這里本次設(shè)計(jì)選擇長(zhǎng)安奔奔2010款1.0AMT的車型。其具體性能參數(shù)如下表： 表2長(zhǎng)安奔奔2010款1.0AMT參數(shù) 性能參數(shù) 配置 最大功率 51.2/5600kw/rpm 最大扭矩 90/4600N·m/rpm 最高時(shí)速 158km/h 在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的零件的建模、及其仿真均在三維軟件中完成，目前比較常用的有Pro/E﹑Solid Works和UG。在這三者中，Pro/E的造型功能相比其他兩個(gè)要大一些，而且在軟件優(yōu)化方面做得比較好，所以此次設(shè)計(jì)中的以上工作均在Pro/E中完成。二維裝配圖在AutoCAD中完成。 3.本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)，前期已開(kāi)展工作 本課題的以齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)為中心，研究的重點(diǎn)一是汽車總體構(gòu)架參數(shù)對(duì)汽車轉(zhuǎn)向的影響；二是機(jī)械轉(zhuǎn)向器的選擇、三是齒輪和齒條的合理匹配，以滿足轉(zhuǎn)向器的正確傳動(dòng)比和強(qiáng)度要求；四是動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；五是梯形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而研究的難點(diǎn)是進(jìn)行了齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)，和對(duì)轉(zhuǎn)向齒輪軸的校核的設(shè)計(jì)，和對(duì)轉(zhuǎn)向齒輪軸的計(jì)算及校核，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和裝配的繪制，完成三維建模并進(jìn)行模型裝配。 因此本課題在考慮上述要求和因素的基礎(chǔ)上研究利用轉(zhuǎn)向盤(pán)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪齒條轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向，通過(guò)萬(wàn)向節(jié)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向齒輪軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向齒輪軸與轉(zhuǎn)向齒條嚙合，從而促使轉(zhuǎn)向齒條直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，軸向尺寸短且零件數(shù)目少的優(yōu)點(diǎn)又能增加助力，從而實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性和靈敏性。 因此設(shè)計(jì)的主要方法和理論采用汽車設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)和大學(xué)所學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)的課程內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)。在前期要閱讀大量的文件，要把轉(zhuǎn)向器方面的基本知識(shí)要十分的了解，并且要有一定的閱讀量，是自己的知識(shí)得到很大的擴(kuò)充。在這個(gè)基礎(chǔ)上要經(jīng)常練習(xí)畫(huà)圖軟件，爭(zhēng)取在需要的時(shí)候能夠很快的畫(huà)出圖形。前期要做好文獻(xiàn)的閱讀，查閱資料，了解轉(zhuǎn)向系的各個(gè)結(jié)構(gòu)的工作原理等前期準(zhǔn)備。 4.完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃（按周次填寫(xiě)） 第1周-第3周：前期準(zhǔn)備，查閱資料，了解課題，準(zhǔn)備開(kāi)題答辯； 第4周-第6周： 分析齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系的結(jié)構(gòu)和工作原理； 第7周-第11周：確定設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算； 第12周-第14周：完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和裝配的繪制； 第15周-第17周：完善裝配模型，撰寫(xiě)畢業(yè)論文； 第18周：畢業(yè)答辯 5 指導(dǎo)教師意見(jiàn)（對(duì)課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)） 指導(dǎo)教師： 年 月 日 6 所在系審查意見(jiàn)： 系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 參考文獻(xiàn)． [1] 陳益良．齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器簡(jiǎn)介[J]．汽車與配件．1986年06期． [2] 黨胡申．轉(zhuǎn)向器引進(jìn)項(xiàng)目簡(jiǎn)介[J]．汽車與配件．1988年02期． [3] 畢大寧．略論我國(guó)汽車轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)發(fā)展之路[J]．汽車與配件．1995年19期． [4] 余席桂，侯玉英，鐘詩(shī)清．汽車轉(zhuǎn)向器嚙合間隙測(cè)試方法[J]．武漢汽車工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)．1997年04期． [5] 劉冰．齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的建模及分析[J]．上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)．2006年01期． [6] 謝剛，殷國(guó)富，周丹晨．汽車轉(zhuǎn)向器變傳動(dòng)比齒輪齒形的三維動(dòng)態(tài)仿真設(shè)計(jì)[J]．機(jī)床與液壓．2003年04期． [7] 陳勇，朱敬德，徐解民．汽車轉(zhuǎn)向器油缸和殼體的壓鉚裝置設(shè)計(jì)[J]．機(jī)械制造與自動(dòng)化．2006年05期． [8] 楊丙輝，郭鋼，郭衛(wèi)光，等．汽車轉(zhuǎn)向器零件參數(shù)化特征設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研制[J]．機(jī)械制造與自動(dòng)化．2008年03期． [9] 雷良育，施曉芳，張青．汽車轉(zhuǎn)向器綜合性能測(cè)試控制臺(tái)[J]．自動(dòng)化與儀表．2001年03期． [10] 張楓念．關(guān)于汽車轉(zhuǎn)向器搖臂軸齒扇齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算的研究和探討[J]．輕型汽車技術(shù)．2000念03期． [11] 賈巨民，張蕾，唐天元，等．汽車變速比齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器嚙合原理（I）[J]．機(jī)械 技術(shù)．1998年01期． [12] 賈巨民，張蕾， 唐天元．汽車變速比齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器嚙合原理（II）[J]．機(jī)械科學(xué)與技術(shù)．1998年02期． [13] 鄧飛，歐家福，顏堯，等．齒輪齒條式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器試驗(yàn)方法及標(biāo)準(zhǔn)研究[J]．交通標(biāo)準(zhǔn)化．2009年Z2期． [14] 張敏中．齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]．江蘇工學(xué)院學(xué)報(bào)．1994年02期． [15] 牟向東，唐新蓬，陶建民．汽車轉(zhuǎn)向器變速比特性對(duì)操輕便性的影響．1999年12期． XXXX大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 題目：汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì) 系 別： 機(jī)電信息系 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 1230203 學(xué) 生： XXXX 學(xué) 號(hào)： 123020338 指導(dǎo)教師： XXXX 2011年05月 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 系別 機(jī)電信息系 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級(jí)1230203姓名 XXXX 學(xué)號(hào)123020338 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì) 2.題目背景和意義：目前，汽車工業(yè)發(fā)展迅猛，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為汽車的關(guān)鍵部件的也得到了相應(yīng)的發(fā)展，已形成專業(yè)化、系列化生產(chǎn)的格局。轉(zhuǎn)向器的性能好壞對(duì)于汽車在高速行駛過(guò)程中所需的操縱輕便、穩(wěn)定性好及安全行駛有很大影響。為適應(yīng)汽車工業(yè)的發(fā)展形勢(shì)，熟悉汽車部件的設(shè)計(jì)，本課題設(shè)計(jì)一汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 3.設(shè)計(jì)(論文)的主要內(nèi)容（理工科含技術(shù)指標(biāo)）： （1）了解齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系的基本結(jié)構(gòu)、發(fā)展現(xiàn)狀； （2）完成齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算與強(qiáng)度校核； （3）繪制所設(shè)計(jì)的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的裝配圖； 4.設(shè)計(jì)的基本要求及進(jìn)度安排（含起始時(shí)間、設(shè)計(jì)地點(diǎn)）： （1）1—3周：調(diào)研并收集資料，完成開(kāi)題報(bào)告；（2）3—5周：閱讀資料，分析齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系的工作原理和基本結(jié)構(gòu)；（3）6—10周：完成齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算；（4）11—15周：完成齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)裝配圖；（5）16—18周完成論文撰寫(xiě)，準(zhǔn)備答辯。 5.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作量要求 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一篇，不少于10000字； ① 實(shí)驗(yàn)（時(shí)數(shù)）*或?qū)嵙?xí)（天數(shù)）： 2周 ② 圖紙（幅面和張數(shù)）*： 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系的結(jié)構(gòu)裝配圖，A0圖紙（折合）2張 ③ 其他要求： 外文翻譯不少于1000字，參考文獻(xiàn)不少于15篇。 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 學(xué)生簽名： 年 月 日 系主任審批： 年 月 日 說(shuō)明：1本表一式二份，一份由各系集中歸檔保存，一份學(xué)生留存。 2 帶*項(xiàng)可根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)選填。 汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì) 摘 要 汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能是汽車的主要性能之一，轉(zhuǎn)向性能直接影響到汽車的操縱穩(wěn)定性，它對(duì)于確保車輛的安全行駛、減少交通事故以及保護(hù)駕駛員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要的作用。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器是將司機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)辇X條沿軸向移動(dòng)，并按照一定的角傳動(dòng)比和力傳動(dòng)比進(jìn)行傳遞的機(jī)構(gòu)。其基本結(jié)構(gòu)是一對(duì)相互嚙合的齒輪和齒條，轉(zhuǎn)向軸帶動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒條便做直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)靠齒條帶動(dòng)橫拉桿就可使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向，所以這是一種最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)向器，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、質(zhì)量輕、剛度大、轉(zhuǎn)向靈敏、制造容易、成本低，正逆效率高一級(jí)便于布置等優(yōu)點(diǎn)，而且特別適用在獨(dú)立式麥弗遜式懸架配用，因此目前它在轎車和微型、輕型貨車上得到了廣泛應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：齒輪齒條；轉(zhuǎn)向器；汽車  Automobile Gear Rack Type Steering System Design Abstract The function of automotive steering system is one of the most important functions. It can influence the stability in manipulation, also plays an important role in ensuring safe driving, reducing traffic accident, protecting driver’s safety and improving driver’s work condition. Rack and pinion steering gear is the driver of the steering wheel along the axis of rotation into a mobile rack and gear ratio according to a certain angle and force transmission ratio for delivery of the body. The basic structure is a pair of mutually meshing gears and rack pinion steering drive shaft rotates, the rack will be a straight line, while driven by the rack to tie rod steering wheel can turn, so this is one of the most simple the steering, it has simple structure, light weight, stiffness, steering is sensitive, easy manufacturing, low cost, high efficiency and a convenient forward and reverse layout, etc. and especially for the independent suspension with McPherson-type , so now it is in the car and micro, light truck has been widely used. Key Words: rack-and pinion; steering gear; automobile II 主要符號(hào)表 轉(zhuǎn)向輪內(nèi)偏角 轉(zhuǎn)向輪外偏角 疲勞強(qiáng)度 齒輪軸轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)向器正效率 輪胎氣壓 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比 齒頂高系數(shù) 頂隙系數(shù) 重合度系數(shù) 當(dāng)量齒數(shù) 接觸疲勞壽命系數(shù) 彎曲疲勞壽命系數(shù) 螺旋角影響系數(shù) 輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù) V 目 錄 1 緒論 1 1.1 汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的概述 1 1.2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展概況 1 1.3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器背景、研究意義及國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 1 1.4 汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向原理及基本特性 3 2 汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型、組成及工作原理 5 2.1 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成 5 2.1.1 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的功能與組成 5 2.1.2 轉(zhuǎn)向盤(pán) 5 2.1.3 轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向管柱 6 2.1.4 安全保護(hù)裝置 6 2.2 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理 7 2.3 械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 8 3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)方案的選擇 9 4 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì) 12 4.1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 12 4.1.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要元件 12 4.1.2 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比 13 4.1.3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的安裝 13 4.1.4 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)要求 13 4.2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系主要參數(shù)的確定 13 4.2.1 轉(zhuǎn)向節(jié)原地轉(zhuǎn)向力矩MR的計(jì)算 13 4.2.2 轉(zhuǎn)向盤(pán)手力Fh的計(jì)算 14 4.2.3 轉(zhuǎn)向盤(pán)手力矩的計(jì)算 14 4.2.4 角傳動(dòng)比的計(jì)算 14 4.2.5 力傳動(dòng)比的計(jì)算 15 4.2.6 梯形臂長(zhǎng)度L的計(jì)算 15 4.2.7 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角的計(jì)算 15 4.3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)計(jì)算 16 4.3.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇 16 4.3.2 齒輪軸和齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算 16 4.4 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向橫拉桿的運(yùn)動(dòng)分析 22 4.5 齒輪齒條傳動(dòng)的受力分析 22 4.6 齒輪軸的強(qiáng)度校核 23 4.6.1軸的受力分析 23 4.6.2 判斷危險(xiǎn)剖面 23 4.6.3 軸的彎扭合成強(qiáng)度校核 24 4.6.4 軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核 24 4.7 齒輪軸軸承的校核 26 4.7.1 求比值 26 4.7.2 初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷 27 4.7.3 根據(jù)式，計(jì)算軸承應(yīng)有的額定動(dòng)載荷值 27 4.7.4 6204軸承的校核 27 4.8 間隙調(diào)整彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 28 4.8.1 根據(jù)工作情況及具體條件選定材料，并查取其力學(xué)性能數(shù)據(jù) 28 4.8.2 彈簧絲直徑的設(shè)計(jì)計(jì)算 28 4.8.3 彈簧工作圈數(shù)和自由高度的設(shè)計(jì)計(jì)算 28 4.8.4 驗(yàn)算穩(wěn)定性 29 4.8.5 檢查及 29 4.8.6 彈簧幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸的確定 29 4.8.7 疲勞強(qiáng)度和靜應(yīng)力強(qiáng)度的驗(yàn)算 29 4.8.8 彈簧振動(dòng)的驗(yàn)算 32 5 結(jié)論 32 參考文獻(xiàn) 33 致 謝 34 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 35 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 36 1 緒論 1 緒論 1.1汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的概述 汽車行駛中，駕駛員通過(guò)操縱轉(zhuǎn)向盤(pán)，經(jīng)過(guò)一套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使轉(zhuǎn)向輪在路面上偏轉(zhuǎn)一定的角度來(lái)改變其行駛方向，確保汽車穩(wěn)定安全的正常行駛。能使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向的一整套機(jī)構(gòu)成為汽車轉(zhuǎn)向系。在現(xiàn)代汽車上，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是必不可少的最基本的系統(tǒng)之一，它也是決定汽車主動(dòng)安全性的關(guān)鍵總成，如何設(shè)計(jì)汽車的轉(zhuǎn)向特性，使汽車具有良好的操縱性能，，始終是各汽車廠家和科研機(jī)構(gòu)的重要課題。特別是在車輛高速化、駕駛?cè)藛T非職業(yè)化、車流密集化的今天，針對(duì)更多不同的駕駛?cè)巳?，汽車的操縱性設(shè)計(jì)顯得尤為重要。 1.2齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展概況 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是整車系統(tǒng)中必不可少的最基本的組成系統(tǒng)，駕駛員通過(guò)方向盤(pán)來(lái)操縱和控制汽車的行進(jìn)方向，從而實(shí)現(xiàn)自己的駕駛意圖。一百多年來(lái)，汽車工業(yè)隨著機(jī)械和電子技術(shù)的發(fā)展而不斷前進(jìn)。到今天，汽車已經(jīng)不是單純機(jī)械意義上的汽車了，它是機(jī)械、電子、材料等學(xué)科的綜合產(chǎn)物。汽車齒輪齒條轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也隨著汽車工業(yè)的發(fā)展歷經(jīng)了實(shí)踐的演變。 1.3齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器背景、研究意義及國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器最早出現(xiàn)在1902年，當(dāng)時(shí)由于其本身結(jié)構(gòu)不夠完善，整車布置的限制以及道路條件差等因素，導(dǎo)致路面反沖激烈，噪音較大以及轉(zhuǎn)向性能較差等缺陷，使此種轉(zhuǎn)向器的應(yīng)用受到很大的限制。然而近幾十年來(lái)，特別是最近幾年，卻有了很大發(fā)展，其發(fā)展速度超過(guò)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，國(guó)際輿論甚至認(rèn)為：目前汽車工業(yè)正在拋棄有70年歷史的搖臂型轉(zhuǎn)向器。這種看法的主要依據(jù)是： a. 國(guó)外大部分主要汽車在制造廠大規(guī)模地推薦橫置發(fā)動(dòng)機(jī)、前輪驅(qū)動(dòng)的小客車，這樣對(duì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系的布置十分靈活方便，比搖臂式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)更為簡(jiǎn)化。 b. 高速公路發(fā)展使車輛速度大大提高，為獲得良好的路感，對(duì)轉(zhuǎn)向器的剛性要求愈來(lái)愈高，而循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器在剛性上遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 c. 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器本身具備的優(yōu)點(diǎn)如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、高達(dá)80%以上的傳動(dòng)效率、具有多種輸入輸出形式便于布置、重量輕（轉(zhuǎn)向器殼多數(shù)采用壓 40 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 鋁合金、有的廠還在研制塑料殼體）、剛性好等等，能使高速車輛的駕駛者獲得良好的路感。 此外、由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器自身結(jié)構(gòu)的發(fā)展，如采用新型的手動(dòng)變速比和動(dòng)力轉(zhuǎn)向，其使用范圍已從轎車、微型車及輕型汽車逐步發(fā)展到中型和重型汽車轉(zhuǎn)向系。 從目前情況看，國(guó)際上汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的汽車轉(zhuǎn)向器結(jié)合基本上可歸為兩大類：搖臂式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，前者主要型式有球面蝸桿滾輪式、循環(huán)球式和曲柄指銷式三種，其中循環(huán)球式較為主要，在美國(guó)和日本的汽車中使用較多。而西歐國(guó)家，尤其是法國(guó)的汽車中則以齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器為主。日本NSK公司的統(tǒng)計(jì)資料表明了世界上各種轉(zhuǎn)向器的采用比率及變化趨勢(shì)，1968年到1975年循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器比率在40%～46%之間變化，而齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的比率則由31%增加到43%，發(fā)展較快。此外，日本和美國(guó)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的產(chǎn)量占90%以上，而西歐國(guó)家齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器則占較大的百分比，西德為57%，英國(guó)為77%，法國(guó)為96%。 從目前國(guó)外著名轉(zhuǎn)向器廠制造的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器主要應(yīng)用于轎車，微型和輕型汽車方面，加美國(guó)TRW公司的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器用于前軸負(fù)載700～1250公斤的車輛，西德ZF廠的同類產(chǎn)品用于前軸負(fù)載荷為900～2400公斤的車輛，但該廠新設(shè)計(jì)的7856型齒輪齒條式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器可用于前軸負(fù)載荷達(dá)6500公斤的汽車。從產(chǎn)量看，ZF廠1980年生產(chǎn)了30萬(wàn)套，占機(jī)械轉(zhuǎn)向器的一半。英國(guó)伯曼廠日產(chǎn)1200套，為其生產(chǎn)的各種轉(zhuǎn)向器之首。 日本汽車轉(zhuǎn)向器雖然以循環(huán)球式為主，但近年隨著微型汽車的迅速發(fā)展，也開(kāi)始大量采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。如大發(fā)、三菱微型汽車等。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器長(zhǎng)期以來(lái)是我國(guó)汽車轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)中的一項(xiàng)空白，直到最近幾年由于大量進(jìn)口汽車組裝件，技術(shù)引進(jìn)以及與國(guó)外合資企業(yè)的發(fā)展，才開(kāi)始研制開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)這種轉(zhuǎn)向器。其中主要有與西德大眾汽車公司合資生產(chǎn)的桑塔納中級(jí)轎車，日本大發(fā)公司的微型汽車以及意大利菲亞特公司的依維柯輕型客貨車系列等。僅從以上三種車型的最終生產(chǎn)綱領(lǐng)統(tǒng)計(jì)就達(dá)40余萬(wàn)輛，再加上其它進(jìn)口車型的修配任務(wù)，估計(jì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器產(chǎn)量將達(dá)50余萬(wàn)套，可以估計(jì)到90年代時(shí)這種轉(zhuǎn)向器將占我國(guó)汽車轉(zhuǎn)向器產(chǎn)量的40%～50%。因此，國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)向器行業(yè)對(duì)此都十分重視。如上海汽車底盤(pán)廠為了配套生產(chǎn)桑塔納轎車和SH110微型汽車的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，已經(jīng)大力進(jìn)行工廠技術(shù)改造和技術(shù)設(shè)備的引進(jìn)工作，要在90年代達(dá)到以齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器為主的各種轉(zhuǎn)向器產(chǎn)量共50萬(wàn)套的年生產(chǎn)綱領(lǐng)。 1.4汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向原理及基本特性 圖1.1 車輪的運(yùn)動(dòng)軌跡 a. 平行四邊形轉(zhuǎn)型機(jī)構(gòu) b. 梯形轉(zhuǎn)型機(jī)構(gòu) 圖1.2 前輪運(yùn)動(dòng)軌跡 若使汽車能順利轉(zhuǎn)向，各個(gè)輪不產(chǎn)生滑動(dòng)，轉(zhuǎn)向車輪須同向偏轉(zhuǎn)，且所有車輪需要繞一個(gè)轉(zhuǎn)向中心轉(zhuǎn)動(dòng)，保證各車輪在轉(zhuǎn)向過(guò)程中均為純搖滾。如圖1.1所示，汽車四個(gè)車輪A、B、C和D轉(zhuǎn)軸的延長(zhǎng)線相較于一點(diǎn)O，O點(diǎn)即為車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心，四個(gè)車輪的運(yùn)動(dòng)軌跡形成同心圓。這就是汽車轉(zhuǎn)向基本特性。 當(dāng)車輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的幾何關(guān)系為平行四邊形轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)時(shí)，轉(zhuǎn)向車輪的偏轉(zhuǎn)角度相同（見(jiàn)圖1.2a），四個(gè)車輪轉(zhuǎn)軸延長(zhǎng)線交匯點(diǎn)有兩個(gè)，因而形成兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)中心，轉(zhuǎn)向車輪不能實(shí)現(xiàn)純滾動(dòng)，其轉(zhuǎn)向過(guò)程異常。為滿足汽車轉(zhuǎn)向基本特性，運(yùn)用阿克曼原理，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的幾何關(guān)系呈梯形（見(jiàn)圖1.2b）。梯形轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)由梯形臂和橫拉桿組成。梯形轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)使兩側(cè)轉(zhuǎn)向車輪偏轉(zhuǎn)時(shí)形成一個(gè)轉(zhuǎn)向中心，即汽車的四個(gè)車輪繞著一個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)內(nèi)、外側(cè)轉(zhuǎn)向車輪偏轉(zhuǎn)角度不相等，內(nèi)側(cè) 車輪偏轉(zhuǎn)角比外側(cè)車輪偏轉(zhuǎn)角大（見(jiàn)圖1.3）。在車輪為剛體的假設(shè)條件下，內(nèi)、外側(cè)轉(zhuǎn)向車輪偏轉(zhuǎn)角的理想關(guān)系為： 圖1.3 轉(zhuǎn)向車輪偏轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)向差 cot=cot+B/L （1.1） 式中：B----兩側(cè)主銷軸線與地面交點(diǎn)之間的距離，也稱為輪距； L----汽車軸距。由轉(zhuǎn)向中心O到外轉(zhuǎn)向輪與地面接觸的距離稱為汽車的轉(zhuǎn)彎半徑。 轉(zhuǎn)彎半徑越小，則汽車轉(zhuǎn)向所需場(chǎng)地越小，其機(jī)動(dòng)性能越好。由圖1-3可知，當(dāng)前外轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角達(dá)到最大值max時(shí)，轉(zhuǎn)彎半徑R有最小值。在圖示理想情況下，最小轉(zhuǎn)彎半徑R min與max的關(guān)系為： R min=L/sinmax （1.2） 2 汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型、組成及工作原理 2 汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型、組成及工作原理 2.1機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)：轉(zhuǎn)向盤(pán)、轉(zhuǎn)向軸、萬(wàn)向節(jié)（上、下）、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸。 （采用萬(wàn)向傳動(dòng)裝置有助于轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向器等部件和組件的通用化和系列化） 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器：內(nèi)設(shè)減速傳動(dòng)副，作用減速增扭。 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向橫拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向梯形。 圖2.1 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 2.1.1轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的功能與組成 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的功能是將駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)的操縱力矩傳給轉(zhuǎn)向器。它主要由轉(zhuǎn)向盤(pán)1、轉(zhuǎn)向軸及轉(zhuǎn)向柱管2和萬(wàn)向傳動(dòng)裝置3等組成（見(jiàn)圖2.1）。轉(zhuǎn)向軸上部與轉(zhuǎn)向盤(pán)固定連接，下部裝有齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向器的連接方式，一種是與轉(zhuǎn)向器的輸入軸直接連接，另一種是通過(guò)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置間接與轉(zhuǎn)向器輸入軸相連接。 2.1.2轉(zhuǎn)向盤(pán) 轉(zhuǎn)向盤(pán)主要由輪圈1、輪輻2和輪轂3組成，其結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。輪輻的形式有兩根輻條式、三根輻條式和四根輻條式。輪輻和輪圈的心部有鋼或鋁合金 等金屬制骨架，外層以合成樹(shù)脂或合成橡膠包裹，下側(cè)形成波浪似以利于駕駛員把持。轉(zhuǎn)向盤(pán)與轉(zhuǎn)向軸通常通過(guò)帶錐度的細(xì)花鍵連接，端部通過(guò)螺母軸向壓緊固定。有的汽車?yán)乳_(kāi)關(guān)按鈕裝在轉(zhuǎn)向盤(pán)上，方便駕駛員操作。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圖2.2 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)示意圖 因?yàn)樵谡麄€(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，各傳動(dòng)件之間存在著轉(zhuǎn)配間隙，這些間隙反映到轉(zhuǎn)向盤(pán)上來(lái)就變成轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)的空轉(zhuǎn)角度。轉(zhuǎn)向盤(pán)自由行程對(duì)于緩和路面沖擊及避免駕駛員過(guò)度緊張是有利的。轉(zhuǎn)向盤(pán)的自由行程應(yīng)控制在轉(zhuǎn)向輪處于直線行駛位置時(shí)轉(zhuǎn)向盤(pán)向左或向右的自由行程不超過(guò)10°～15°。 2.1.3轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向管柱 轉(zhuǎn)向軸用來(lái)連接轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向器，并將轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩傳給轉(zhuǎn)向器。轉(zhuǎn)向軸分為普通式和能量吸收式。現(xiàn)代汽車更多地采用能量吸收式轉(zhuǎn)向軸結(jié)構(gòu)。 轉(zhuǎn)向管柱安裝在車身上，支撐轉(zhuǎn)向軸及轉(zhuǎn)向盤(pán)。轉(zhuǎn)向軸從轉(zhuǎn)向管柱內(nèi)穿過(guò)，靠轉(zhuǎn)向管柱內(nèi)的軸承和襯套支撐。為方便不同體型駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤(pán)，轉(zhuǎn)向管柱上裝有能改變轉(zhuǎn)向盤(pán)位置的裝置。 轉(zhuǎn)向盤(pán)的安裝角度和高度可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整，以適應(yīng)駕駛員的體型和駕駛習(xí)慣。 2.1.4安全保護(hù)裝置 在轉(zhuǎn)向操縱結(jié)構(gòu)上體現(xiàn)的汽車被動(dòng)安全技術(shù)有安全氣囊和能量吸收式轉(zhuǎn)向軸。 a. 全氣囊SRS安裝在轉(zhuǎn)向盤(pán)上 它的結(jié)構(gòu)主要由傳感器、氣體發(fā)生器、氣囊系統(tǒng)等三部分組成。傳感器檢測(cè)汽車發(fā)生碰撞時(shí)的車速、沖擊參數(shù)，氣體發(fā)生器根據(jù)傳感器指令釋放高壓氣體，或引爆固體燃料，瞬時(shí)產(chǎn)生高壓氮?dú)獠⒀杆傧驓饽页錃?，氣囊膨脹，達(dá)到保護(hù)成員的目的。另外，安全氣囊還有一些排氣孔，使安全氣囊撞到成員時(shí)壓力有所減小，已達(dá)到緩沖效果。安全氣囊只能在減速度足夠大的碰撞中爆發(fā)（充氣），而且只能使用一次，不能重復(fù)使用。 b. 能量吸收式轉(zhuǎn)向軸 能量吸收式轉(zhuǎn)向軸分為球式、封入霧狀硅橡膠式、咬合式、波紋管式四種。使用較多的是球式，球式能量吸收裝置主要由轉(zhuǎn)向軸、鋼球套筒、上下柱管、塑料銷、鋼球等組成。 塑料套筒裝滿鋼球，擠壓在上柱管和下柱管之間，這些鋼球?yàn)樗亩蝺山M。上面的鋼球與下面的鋼球“交錯(cuò)排列”，以使轉(zhuǎn)向盤(pán)柱在脫開(kāi)時(shí)不在同一道槽內(nèi)滾動(dòng)。 除了能滿足轉(zhuǎn)向軸常規(guī)的功能外，在汽車發(fā)生正面碰撞時(shí)，能夠有效的吸收碰撞能量，防止或減少碰撞能量傷害駕駛員的轉(zhuǎn)向軸叫做能量吸收式轉(zhuǎn)向軸。 在汽車發(fā)生正面碰撞時(shí)，會(huì)出現(xiàn)兩次碰撞。即在汽車碰撞力作用下汽車的前部發(fā)生塑性變形，轉(zhuǎn)向軸向駕駛員胸部方向運(yùn)動(dòng)的首次碰撞；隨汽車減速，駕駛員在慣性力作用下向轉(zhuǎn)向軸方向運(yùn)動(dòng)的二次碰撞。首次碰撞的能量通過(guò)轉(zhuǎn)向軸以機(jī)械的方式予以吸收，防止或減少其直接作用于駕駛員身上，避免造成人身傷害。二次碰撞即駕駛員本身的運(yùn)動(dòng)能量一部分由約束裝置如安全帶、安全氣囊等加以吸收，以防止超出人體承受能力的碰撞傷害駕駛員。 2.2機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理 汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員作用于轉(zhuǎn)向盤(pán)上的力，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向軸（轉(zhuǎn)向柱）傳到轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向器將轉(zhuǎn)向力放大后，又通過(guò)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳遞，推動(dòng)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，致使汽車行駛方向改變。轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)是駕駛員操縱轉(zhuǎn)向器工作的機(jī)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)向盤(pán)到轉(zhuǎn)向器輸入端的零部件。 轉(zhuǎn)向器就是把轉(zhuǎn)向盤(pán)傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩按一定的傳動(dòng)比放大并輸出的增力裝置。 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是把轉(zhuǎn)向器的運(yùn)動(dòng)傳給轉(zhuǎn)向車輪的機(jī)構(gòu)，包括從轉(zhuǎn)向節(jié)到轉(zhuǎn)向車輪的零部件。 當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑一定時(shí)，駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤(pán)手力的大小取決于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳動(dòng)比的大小。 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳動(dòng)比是用轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角增量與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)相應(yīng)轉(zhuǎn)角增量之比來(lái)表示。其數(shù)值是轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比的乘積。轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比是轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角增量與同側(cè)搖臂轉(zhuǎn)角相應(yīng)增量之比。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比是搖臂軸轉(zhuǎn)角增量與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角相應(yīng)增量之比。 對(duì)于一般汽車而言，大約為1。由此可見(jiàn)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動(dòng)比主要取決于轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳動(dòng)比越大，轉(zhuǎn)向時(shí)加在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的力矩就越小，轉(zhuǎn)向輕便。但轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動(dòng)比大會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)向操縱不靈敏。所以，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動(dòng)比的大小要協(xié)調(diào)好“轉(zhuǎn)向輕便”與“轉(zhuǎn)向靈敏”之間的矛盾。汽車的轉(zhuǎn)向，完全由駕駛員所付的操縱力來(lái)實(shí)現(xiàn)的，操縱較費(fèi)力，勞動(dòng)強(qiáng)度大，但其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、路感性好、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，多用于中小型貨車或轎車上。 2.3械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 雖然傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作最可靠，但是也存在很多固有的缺點(diǎn)，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于方向盤(pán)和轉(zhuǎn)向車輪之間的機(jī)械連接而產(chǎn)生一些自身無(wú)法避免的缺陷： a. 汽車的轉(zhuǎn)向特性受駕駛員駕駛技術(shù)的影響嚴(yán)重； b. 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比固定，使汽車轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性隨車速、側(cè)向加速度等變化而變化，駕駛員必須提前針對(duì)汽車轉(zhuǎn)向特性幅值和相應(yīng)的變化進(jìn)行一定的操縱補(bǔ)償，從而控制汽車按其意愿行駛。這就變相地增加了駕駛員的操縱負(fù)擔(dān)，使汽車轉(zhuǎn)向行程存在很大的不安全隱患。 3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)方案的選擇 3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)方案的選擇 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在汽車上的布置形式與轉(zhuǎn)向梯形和轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)輸出形式有關(guān)，圖3.1所示為最常見(jiàn)的布置形式。 （a）轉(zhuǎn)向器固定于車架或車身兩側(cè)輸出的非獨(dú)立懸掛布置；（b）轉(zhuǎn)向器固定于車架或車身中央輸出的非獨(dú)立懸掛布置；（c）為轉(zhuǎn)向器固定于車身前圍單側(cè)輸出的獨(dú)立懸掛布置（如奧迪80和桑塔納轎車）；（d）轉(zhuǎn)向器固定于車架單側(cè)輸出的獨(dú)立懸掛布置（如日本三菱、大發(fā)微型汽車）。 圖3.1 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的四種布置形式 （a）中間輸入，兩端輸出；（b）側(cè)面輸入，兩端輸出； （c）側(cè)面輸入，中間輸出；（d）側(cè)面輸入，一端輸出。 圖3.2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)輸出形式主要有如下四種形式 通過(guò)對(duì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的初步了解，現(xiàn)在可以采用的方案確定為以下幾種： 方案一：采用側(cè)面輸入，兩端輸出方案時(shí)，如圖3.2，由于轉(zhuǎn)向拉桿長(zhǎng)度受到限制，容易與懸梁系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。 采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，重合度增加，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊與工作噪聲均下降，而且齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角易于滿足總體設(shè)計(jì)要求。 齒條斷面形狀為V形，與圓形斷面比較，消耗的材料少，約節(jié)省20%，故質(zhì)量小，位于齒條下面的兩斜面與齒條托座接觸，可用來(lái)防止齒條繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖3.3為兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，作為傳動(dòng)副主動(dòng)件的轉(zhuǎn)向齒輪軸11通過(guò)軸承12和13安裝在轉(zhuǎn)向殼體5中，其上端通過(guò)花鍵與萬(wàn)向節(jié)叉10和轉(zhuǎn)向軸連接。與轉(zhuǎn)向齒輪嚙合的轉(zhuǎn)向齒條4水平布置，兩端通過(guò)球頭座3與轉(zhuǎn)向橫拉桿1相連。彈簧7通過(guò)壓塊9將齒條壓靠在齒輪上，保證無(wú)間隙嚙合。彈簧的預(yù)緊力可用調(diào)整螺塞6調(diào)整。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí)，轉(zhuǎn)向器齒輪軸11轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)向車輪偏轉(zhuǎn)，從而使汽車轉(zhuǎn)向。 1.轉(zhuǎn)向橫拉桿 2.防塵套 3.球頭座 4.轉(zhuǎn)向齒條 5.轉(zhuǎn)向器殼體 6.調(diào)整螺塞 7.壓緊彈簧 8.鎖緊螺母 9.壓塊 10.萬(wàn)向節(jié) 11.轉(zhuǎn)向齒輪軸 12.向心球軸承 13.滾針軸承 圖3.3 兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 方案二：采用側(cè)面輸入，中間輸出方案時(shí)，如圖3.4，與齒條固定連接的左、右拉桿延伸到接近汽車縱向?qū)ΨQ平面附近。優(yōu)點(diǎn)：由于拉桿長(zhǎng)度增加，車輪上、下跳動(dòng)時(shí)拉桿擺角減小，有利于減少車輪上、下跳動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向系與懸架系的運(yùn)動(dòng)干涉。缺點(diǎn)：為了將左、右橫拉桿固定在齒條上，并且兩拉桿與齒條會(huì)同時(shí)向左、右移動(dòng)一定的距離，必須在轉(zhuǎn)向器殼體上開(kāi)有軸向方向的長(zhǎng)槽，使齒條有一部分裸露出來(lái)，然后用螺栓將橫拉桿固定在齒條上。轉(zhuǎn)向器殼體上的長(zhǎng)槽使其強(qiáng)度受到削弱，為了不使外界臟東西落入轉(zhuǎn)向器內(nèi)，又必須用密封罩將它們密封。 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器采用直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合，則運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性降低，沖擊力大，工作噪聲增加。此外，齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角只能是直角，為此與總體布置不適應(yīng)而遭淘汰。 齒條斷面形狀為圓形，齒條制作工藝比較簡(jiǎn)單。 中間輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器如圖3.4所示，其結(jié)果及工作原理與兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器基本相同，不同之處在于它在轉(zhuǎn)向齒條的中部用螺栓6與左右轉(zhuǎn)向橫拉桿7相連。 1.萬(wàn)向節(jié)叉 2.轉(zhuǎn)向齒輪軸 3.調(diào)整螺母 4.向心球軸承 5.滾針軸承 6.固定螺栓7.轉(zhuǎn)向橫拉桿 8.轉(zhuǎn)向器殼體 9.防塵套 10.轉(zhuǎn)向齒條 11.調(diào)整螺塞 12.鎖緊螺母 13.壓緊彈簧 14.壓塊 圖3.4 中間輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 通過(guò)以上比較，選用第一種方案，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)副為齒輪和齒條， 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置方便，制造容易，故僅廣泛用于微型汽車和轎車上，但轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比較小，齒條沿其長(zhǎng)度方向磨損不均勻，且通常布置在前輪軸線之后，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)副的主動(dòng)件—斜圓柱小齒輪，它和裝在外殼中的從動(dòng)件—齒條相嚙合，外殼固定在車身上。齒條利用兩個(gè)球接頭直接和兩根分開(kāi)的左、右橫拉桿相連。 4 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì) 4 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì) 4.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 4.1.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要元件 a. 齒條 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)母叨纫允顾鼈兣c懸架下?lián)u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)向座將齒條支承在轉(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。 b. 齒輪 齒輪是一個(gè)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。齒輪齒條上的齒形可以是直齒也可以是斜齒。齒輪軸上端與轉(zhuǎn)向柱相連。因此，轉(zhuǎn)向盤(pán)的旋轉(zhuǎn)使齒條橫向移動(dòng)以操縱前輪。齒輪軸由安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上的球軸承支撐。 斜齒的彎曲增加了一對(duì)嚙合齒輪參與嚙合的齒數(shù)。相對(duì)于直齒而言，重合度增加，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊與工作噪聲均下降，并能傳遞更大的動(dòng)力，而且齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角以滿足總體設(shè)計(jì)的要求。 c. 轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部 轉(zhuǎn)向橫拉桿與梯形轉(zhuǎn)向桿系的相似。球頭銷通過(guò)螺紋與齒條連接。當(dāng)這些球頭銷依據(jù)制造廠的規(guī)范擰緊時(shí)，在球頭銷上就作用了一個(gè)預(yù)載荷。防塵套夾在轉(zhuǎn)向器兩側(cè)的殼體和轉(zhuǎn)向橫拉桿上，這些防塵套阻止雜物進(jìn)入球頭銷及齒條中。 轉(zhuǎn)向橫拉桿端部與外端用螺紋連接。這些端部與梯形轉(zhuǎn)向桿系得相似。側(cè)面螺母經(jīng)橫拉桿外端與橫拉桿鎖緊。 注：轉(zhuǎn)向反饋是由前輪遇到不平路面而引起的轉(zhuǎn)向盤(pán)的運(yùn)動(dòng)。 d. 齒條間隙調(diào)整裝置 一個(gè)齒條導(dǎo)向座安裝在齒條光滑的一面。齒條導(dǎo)向座和與殼體螺紋連接的調(diào)節(jié)螺塞之間有一個(gè)彈簧。此調(diào)節(jié)螺塞由鎖緊螺母固定。齒條導(dǎo)向座的調(diào)節(jié)使齒輪、齒條之間有一定的預(yù)緊力，此預(yù)緊力會(huì)影響轉(zhuǎn)向沖擊、噪聲及反饋。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4.1.2轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比 當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)從鎖點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，每只前輪大約從其正前方開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，因而前輪從最左到最右總共轉(zhuǎn)動(dòng)。若傳動(dòng)比是，轉(zhuǎn)向盤(pán)旋轉(zhuǎn)，前輪將轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向盤(pán)向任一方向轉(zhuǎn)動(dòng)將使前輪從鎖點(diǎn)轉(zhuǎn)向鎖點(diǎn)。這種傳動(dòng)比過(guò)于小，因?yàn)檗D(zhuǎn)向盤(pán)最輕微的運(yùn)動(dòng)將會(huì)使車輛突然改變方向。轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比必須使前輪轉(zhuǎn)動(dòng)同樣的角度時(shí)需要更大的轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角。 的傳動(dòng)比較為合理。在這樣的傳動(dòng)比下，轉(zhuǎn)向盤(pán)每轉(zhuǎn)動(dòng)，前輪轉(zhuǎn)向。為了計(jì)算傳動(dòng)比，可將鎖點(diǎn)到鎖點(diǎn)過(guò)程中轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的角度除以此時(shí)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的度數(shù)。 4.1.3齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的安裝 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器可安在前橫梁上或發(fā)動(dòng)機(jī)后部的前圍板上。橡膠隔振套包在轉(zhuǎn)向器外，并固定在橫梁上或前圍板上。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的正確安裝高度，使轉(zhuǎn)向橫拉桿和懸架下?lián)u臂可平行安置。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中摩擦點(diǎn)的數(shù)目少了，因此這種系統(tǒng)輕便緊湊。大多數(shù)承載式車身的前驅(qū)動(dòng)汽車用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。由于齒條直接連接梯形臂，這種轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)可提供好的路感。 在轉(zhuǎn)向器與支撐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(dòng)從轉(zhuǎn)向器傳到底盤(pán)和客艙。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器安裝在前橫梁上或前圍板上。轉(zhuǎn)向器的正確安裝對(duì)保證轉(zhuǎn)向橫拉桿與懸架下?lián)u臂的平行關(guān)系有重要作用。為保持轉(zhuǎn)向器處在正確安裝的位置，在轉(zhuǎn)向器安裝的位置處，前圍板有所加固。 4.1.4齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)要求 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的齒輪多數(shù)采用斜齒圓柱齒輪。齒輪模數(shù)取值范圍多在之間。主動(dòng)小齒輪齒數(shù)多在個(gè)齒數(shù)范圍內(nèi)取值，壓力角取，齒輪螺旋角多在之間取值。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)的齒條移動(dòng)行程應(yīng)達(dá)到最大值來(lái)確定。變速比的齒條壓力角，對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在范圍內(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。 4.2齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系主要參數(shù)的確定 4.2.1轉(zhuǎn)向節(jié)原地轉(zhuǎn)向力矩MR的計(jì)算 為了保證行駛安全，組成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各零件有足夠的強(qiáng)度。預(yù)驗(yàn)算轉(zhuǎn)向系零件的強(qiáng)度，需要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。 精確地計(jì)算出這些力是困難的。為此用足夠精確的半經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩MR （4.2） （4.1） 式中：f----輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因素； G1---轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷，單位為N； P---輪胎氣壓，單位為MPa。4.2.2轉(zhuǎn)向盤(pán)手力 （4.2） 式中：-----轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)，單位為mm； ---原地轉(zhuǎn)租力矩，單位為N； -----轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)，單位為mm； ----為轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑，單位為mm； ------轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比； -----轉(zhuǎn)向器正效率。 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，故和不代入數(shù)值。 對(duì)給定的汽車，用上式計(jì)算出來(lái)的作用力是最大的。因此，可以用此值作為計(jì)算載荷。 4.2.3轉(zhuǎn)向盤(pán)手力矩的計(jì)算 （4.3） 式中：----轉(zhuǎn)向盤(pán)手力，單位為N； --轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑，單位為mm。 4.2.4角傳動(dòng)比的計(jì)算 （4.4） 式中：----轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的總?cè)?shù)，設(shè)計(jì)為3.5； ----外側(cè)車輪偏轉(zhuǎn)角； ----內(nèi)側(cè)車輪偏轉(zhuǎn)角。 4.2.5力傳動(dòng)比的計(jì)算 （4.5） 式中：---原地轉(zhuǎn)租力矩，單位為N； ---轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑，單位為mm； ----轉(zhuǎn)向盤(pán)手力矩，單位為N； -----主銷偏移距，通常轎車為0.4～0.6倍輪胎的胎面寬度尺寸范圍內(nèi)選取，計(jì)算時(shí)取80。 4.2.6梯形臂長(zhǎng)度L的計(jì)算 輪輞直徑 轉(zhuǎn)向節(jié)長(zhǎng)度 取 （4.6） 4.2.7轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角的計(jì)算 圖4.1 兩側(cè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角關(guān)系 式中：----外側(cè)車輪偏轉(zhuǎn)角； ----內(nèi)側(cè)車輪偏轉(zhuǎn)角； ----最小轉(zhuǎn)彎半徑； ----汽車軸距； B----兩側(cè)主銷軸線與地面交點(diǎn)之間的距離，也稱為輪距。 4.3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)計(jì)算 對(duì)具體零件的設(shè)計(jì)計(jì)算，其中齒輪的設(shè)計(jì)是依據(jù)參數(shù)的確定，通過(guò)對(duì)齒面接觸應(yīng)力、齒根彎曲應(yīng)力的計(jì)算來(lái)校核其強(qiáng)度，從而確定具體尺寸。 4.3.1主要設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇 4.3.2齒輪軸和齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算 a. 選擇齒輪材料、熱處理方式及計(jì)算需用應(yīng)力 (1) 選擇材料及熱處理方式 小齒輪（調(diào)質(zhì)處理）硬度為,條鋼（調(diào)質(zhì)處理）硬度為 (2) 轉(zhuǎn)向器為一般工作機(jī)器，速度不高，選用斜圓柱齒輪傳動(dòng) (3) 小齒輪的齒數(shù)設(shè)計(jì)為8，齒條齒數(shù)≥齒條的行程/齒輪的周節(jié) 設(shè)計(jì)時(shí)取30 (4) 確定需用應(yīng)力 （4.7） 式中：----接觸疲勞強(qiáng)度極限； ----彎曲疲勞強(qiáng)度極限； ---- 接觸疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)； ---- 彎曲疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)； ----疲勞壽命系數(shù)； ----彎曲壽命系數(shù)； -----試驗(yàn)齒輪應(yīng)力校正系數(shù)。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 查得： 按齒面硬度小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極； 彎曲疲勞強(qiáng)度極限 齒條的接觸疲勞強(qiáng)度極限 彎曲疲勞強(qiáng)度極限 (5) 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，確定壽命系數(shù)、 （4.8） 式中：n----齒輪的轉(zhuǎn)速，單位為r/min； j----齒輪每轉(zhuǎn)一圈時(shí)，同一齒面嚙合的齒數(shù)； L---齒輪的工作壽命，單位為h； u----齒數(shù)比=30/8=3.75。 (6) 查表可得接觸疲勞壽命系數(shù) 、 (7) 計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力 取失效率為1%，安全系數(shù)為1 （4.9） b. 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) (1) 計(jì)算小齒輪分度圓直徑 （4.10） 式中：----動(dòng)載荷系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取1.2； ----區(qū)域系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取2.475； ----材料的彈性影響系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取188MPa -----齒數(shù)比； -----齒寬系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取0.8； ----接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力； -----齒輪轉(zhuǎn)矩，T=155.36160=24857.6Nmm。 ----標(biāo)注圓柱齒輪傳動(dòng)的斷面重合度查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得 （2）計(jì)算圓周速度 （3）計(jì)算齒寬、齒高h(yuǎn)及模數(shù) 式中：----齒寬系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取0.8； ----小齒輪的分度圓直徑； ----小齒輪的模數(shù)； ----小齒輪的螺旋角； ----小齒輪的齒數(shù)。 （4）計(jì)算縱向重合度 （4.11） （5）計(jì)算載荷系數(shù) 已知使用系數(shù),根據(jù)，選用7級(jí)精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得動(dòng)載荷系數(shù),齒向載荷分布系數(shù),,齒間載荷分配系數(shù) 故載荷系數(shù) （4.12） （6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 （4.13） （7）計(jì)算模數(shù) c. 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) （4.14） (1) 彎曲疲勞強(qiáng)度極限，彎曲疲勞強(qiáng)度極限 (2) 查表得彎曲疲勞壽命系數(shù) , (3) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 彎曲安全系數(shù) (4.15) (4) 計(jì)算載荷系數(shù) 式中：---- 使用系數(shù)； ---- 動(dòng)載系數(shù)； ----齒間載荷分配系數(shù)； ----齒向載荷分布系數(shù)。 (5) 根據(jù)縱向重合度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中查得螺旋角影響系數(shù) (6) 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) （4.16） (7) 查取齒形系數(shù)，應(yīng)力校正系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得； 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得； (8) 計(jì)算齒輪、齒條的 并加以比較 （4.17） 齒輪的數(shù)值大 （9）設(shè)計(jì)計(jì)算 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，取可滿足彎曲強(qiáng)度。但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按解除疲勞強(qiáng)度計(jì)算得的分度圓直徑來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是由 取,則 d. 幾何尺寸計(jì)算 (1) 分度圓直徑 (2) 基圓直徑 (3) 齒頂圓直徑 式中：----齒頂高系數(shù)； (4) 齒根圓直徑 式中：----齒頂高系數(shù)； -----頂隙系數(shù)。 (5) 齒寬 齒輪，圓整后取 齒條 注：齒條的實(shí)用齒寬，在按計(jì)算后再作適當(dāng)圓整，而且常將小齒輪的齒寬在圓整值的基礎(chǔ)上人為地加寬，以防止齒輪、齒條因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)位時(shí)導(dǎo)致嚙合齒寬減小二增大輪齒單位齒寬的工作載荷。 因?yàn)橄嗷Ш系凝X輪、齒條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，所以，齒條的模數(shù) 式中：----齒輪的壓力角； ----齒條的壓力角。 (6) 齒條的齒頂高 (7) 齒條的齒根高 (8) 法面齒厚 式中：----變?yōu)橄禂?shù)； ----法向壓力角。 (9) 中心距 e. 校核齒面疲勞強(qiáng)度 (1) 計(jì)算載荷系數(shù) 式中：----使用系數(shù)； ----動(dòng)載系數(shù)； ----齒間載荷分配系數(shù)； ----齒向載荷分布系數(shù)。 (2) 沿齒輪周向分力 (3) 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 （4.18） 故滿足設(shè)計(jì)要求。 式中：----區(qū)域系數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)取2.475； ----彈性影響系數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)取188。 （4）校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度