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1、精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上 專心---專注---專業(yè) 　　 第二章 齒輪齒條轉向器設計方案選擇 適用車輛相關數(shù)據(jù)： 驅動型式：4×2，發(fā)動機橫置前置前驅； 總質量：1470㎏；滿載軸荷：前軸735㎏，后軸735㎏ 發(fā)動機最大功率：53kW/5200rpm，發(fā)動機最大扭矩：121Nm/3500rpm 軸距：2475㎜；輪胎：175/70R-13T；輪輞： 轉向器的功用是將轉向盤的回轉運動轉換為轉向轉動機構的往復運動。轉向器是轉向系的減速傳動裝置，一般由1-2級減速傳動副。目前應用比較廣

2、泛的轉向器有齒輪齒條式轉向器、循環(huán)球式轉向器、蝸桿滾輪式轉向器、蝸桿曲柄指銷式轉向器。此次畢業(yè)設計，是設計機械轉向系的轉向器中的一種，齒輪齒條式轉向器。 齒輪齒條式轉向器的優(yōu)點：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??；傳動效率高達90%；轉向靈敏；齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間歇后，利用裝在齒條背部、靠近主動小齒輪處的壓緊力可以調節(jié)彈簧，能自動消除齒間間歇這不僅可以提高轉向系統(tǒng)的剛度，還可以防止工作時產(chǎn)生沖擊和噪聲；轉向器占用的體積??；沒有轉向搖臂和直拉桿，所以轉向輪轉角可以增大，制造成本低。特別適于與燭式和麥費遜式懸架配用，便于布置等優(yōu)點。因此，目前它在轎車、微型、輕

3、型貨車上得到廣泛的應用。例如,一汽的紅旗CA7220型轎車、奧迪100型轎車、捷達轎車、上海桑塔納轎車、天津夏利轎車以及天津TJ1010型微型貨車和南京依維柯輕型貨車等，都采用了這種齒輪齒條式轉向器。齒輪齒條式轉向器的主要缺點是：因逆效率高（60%-70%），汽車在不平路面上行駛時，發(fā)生在轉向輪與路面之間沖擊力的大部分能傳至轉向盤，稱之為反沖。反沖現(xiàn)象會使駕駛員精神緊張，并難以準確控制汽車行駛方向，方向盤突然轉動會造成打手，同時對駕駛員造成傷害。 根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點不同，齒輪齒條式轉向器有四種形式：中間輸入，兩端輸出（圖１-２a）、側面輸入，兩端輸出（圖１-２b）、側面輸入，中間輸出

4、(圖１-２c)、側面輸入，一端輸出(圖１-２d)。 圖１-２ 采用側面輸入，中間輸出方案時，由圖１－３可見，與齒條固連的左、右拉桿延伸到接近汽車總想對稱平面附近。由于拉桿長度增加，車輪上、下跳動時拉桿擺角減小，有利于減少車輪上下跳動時轉向系與懸架系的運動干涉。拉桿與齒條用螺栓固定連接，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，從而降低了它的強度。 　　　　　　　　　　　　　　　　圖１－３ 采用兩端輸出方案時，由于轉向拉桿長度受限制，容易與懸架系統(tǒng)導向機構產(chǎn)生運動干涉。但其結構簡單，制造方便，且成本低等特點，常用于小型車輛上 采用側面輸入，一端輸出

5、的齒輪齒條式轉向器，常用在平頭貨車上。 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，因與總體布置不適應而遭淘汰。采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉向器，重合度增加，運轉平穩(wěn)，沖擊與噪聲均降低，而且齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角易于滿足總體設計的要求。因為斜齒工作時有軸向力作用，所以轉向器應該采用推力軸承，是軸承壽命降低，還有斜齒輪的滑磨比較大事它的缺點。 根據(jù)對四種不同類型轉向器的對比選擇，本課題將采用側面輸入兩端輸出的齒輪齒條轉向器。 齒條斷面形狀有圓形（圖１－１）、V形（圖１

6、－４）和Y形（圖１－５）三種。圓形斷面齒條的制作工藝比較簡單。V形和Y形斷面齒條與圓形斷面比較，消耗的材料少，約節(jié)約20%，故質量??；位于齒下面的兩斜面與齒條托座接觸，可用來防止齒 圖１－４　　　　　　　　　　　　　　　圖１－５ 條繞軸線轉動；Y形的斷面齒條的齒寬可以做的寬一些，因而強度得到增加。在齒條與托座之間通常裝有堿性材料（如聚四氟乙烯）做的墊片，以減少滑動摩擦。當車輪跳動、轉向或轉向器工作時，如在齒條上作用有能使齒條旋轉的力矩時，應選用V形和Y形斷面齒條，用來防止因齒條旋轉而破壞齒條、齒輪的齒不能正確嚙合的情況出現(xiàn)。 根據(jù)齒輪齒條式轉向器和轉向梯形相對前軸位置的不同，齒輪齒條

7、式轉向器在汽車上有四種布置形式：轉向器位于前軸后方，后置梯形；轉向器位于前軸后方，前置梯形；轉向器位于前軸前方，后置梯形；轉向器位于前軸前方，前置梯形。 　　　　　　　　　　　　　　　　圖１－６ 齒輪齒條式轉向器廣泛應用于乘用車上．載質量不大，前輪采用獨立懸架的貨車和客車有些也用齒輪齒條式轉向器． 第三章 傳動比的計算 3.1 汽車方向盤（轉向盤） 轉向盤的直徑有一系列尺寸。選用大的直徑尺寸時，會使駕駛員進出駕駛室感到困難。若選用小的直徑尺寸，轉向時，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)，參見手冊?。絤m則 由作用方向盤上的力矩　　 得作用在方向盤上的力

8、 3.1 轉向阻力矩 　　　　　　　　[1] 　　　式中：　---滑動摩擦系數(shù)，一般取０.７ 　　　　　　?。?--輪胎氣壓 　　　　　　　---前軸載荷 則　＝ 3.3角傳動比與力傳動比 轉向系的傳動比由轉向系的角傳動比和轉向系的力傳動比組成． 　　從輪胎接觸地面中心作用在兩個轉向輪上的合力２與作用在方向盤上的手力Ｆ之比稱為力傳動比i . 方向盤的轉角和駕駛員同側的轉向輪轉角之比稱為轉向系角傳動比i.它又由轉向器傳動比i轉向傳動裝置角傳動比i所組成． 　　力傳動比與轉向系角傳動比的關系 　　　　　i= 而Ｆ和作用在轉向節(jié)上的轉向阻力矩Ｍ有以下關系 　　　　?。?/p>

9、＝ 作用在方向盤上的手力Ｆ可由下式表示 　　?。疲健　　? 　　　i= 若忽略磨擦損失側 　　　 由此 　　式中　a－車輪節(jié)臂 　　由式可知，力傳動比與．和有關，愈小，愈大，轉向愈輕便． 由以上過程可計算出結果如下： １） 角傳動比　　 則　　 　　　　　　　?。? 　　　 ２）力傳動比　　 　　　　　　　　　式中 　　　　　　則　　　 　　　　　　　　　　　　　　 第四章 齒輪設計 4.1　齒輪參數(shù)的選擇[8] 齒輪模數(shù)值取值為m=，主動齒輪齒數(shù)為z=6，壓力角取α=20°，齒輪螺旋角為β=°，齒條齒數(shù)應根據(jù)轉向輪達到的值來確定。齒輪的轉速為n=10r

10、/min，齒輪傳動力矩２５Ｎ，轉向器每天工作８小時，使用期限不低于５年． 主動小齒輪選用20MnCr5材料制造并經(jīng)滲碳淬火，而齒條常采用45號鋼或41Cr4制造并經(jīng)高頻淬火，表面硬度均應在56HRC以上。為減輕質量，殼體用鋁合金壓鑄。 4.2　齒輪幾何尺寸確定[2] 齒頂高 ha = 齒根高 hf 齒高 h = ha+ hf = 分度圓直徑 d =mz/cosβ= 齒頂圓直徑 da =d+2ha = 齒根圓直徑 df =d-2hf = 基圓直徑　　　　 法向齒厚為　　　

11、　 　　　　　　　　　　 端面齒厚為　　　　 　　　　　　　　　　 分度圓直徑與齒條運動速度的關系 d=60000v/πn10.001m/s 齒距 p=πm=3.14× 齒輪中心到齒條基準線距離 H=d/2+xm=（） 4.3　齒根彎曲疲勞強度計算[11] 4.3.1齒輪精度等級、材料及參數(shù)的選擇 （1） 由于轉向器齒輪轉速低，是一般的機械，故選擇8級精度。 （2） 齒輪模數(shù)值取值為m=，主動齒輪齒數(shù)為z=6，壓力角取α=20°. （3） 主動小齒輪選用20MnCr5或15CrNi6材料制造并經(jīng)滲碳淬火，硬度在56-62HRC之間，取值60HRC.

12、（4） 齒輪螺旋角初選為β=° 4.3.2齒輪的齒根彎曲強度設計。 （1）試取K= （2）斜齒輪的轉矩 T=２５N·m （3）取齒寬系數(shù) （4）齒輪齒數(shù) （5）復合齒形系數(shù) = （6）許用彎曲應力 =0.7=0.7920=644N/ 為齒輪材料的彎曲疲勞強度的基本值。 試取=mm (7) 圓周速度 d=mm b= d= 取b=mm (8)計算載荷系數(shù) 1） 查表得 使用系數(shù)=1 2） 根據(jù)和8級精度，查表得 3） 查表得　　齒向

13、載荷分布系數(shù) 4） 查表得　　齒間載荷分布系數(shù) 　　　　　　　 5） 修正值計算模數(shù)＝，故前取mm不變． 4.3.3齒面接觸疲勞強度校核 校核公式為　 （１） 許用接觸應力 　 查表得 由圖得 安全系數(shù)　 （２） 查表得　彈性系數(shù)?。? （３） 查表得　區(qū)域系數(shù)?。? （４） 重合度系數(shù)　?。? （５） 螺旋角系數(shù)　　＝ MPa1650MPa 　由以上計算可知齒輪滿足齒面接觸疲勞強度，即以上設計滿足設計要求。第五章 齒條的設計 5.1齒條的設計[6] 根據(jù)齒輪齒條的嚙合特點: (1) 齒輪的分度圓永遠與其節(jié)圓相重合,而齒條的中線只有當標準

14、齒輪正確安裝時才與其節(jié)圓相重合. (2) 齒輪與齒條的嚙合角永遠等于壓力角. 因此,齒條模數(shù)m=,壓力角 齒條斷面形狀選取圓形 選取齒數(shù)z＝28，螺旋角 端面模數(shù)　　　 端面壓力角　　 法面齒距　　　π 端面齒距　　　 齒頂高系數(shù)　　　 法面頂隙系數(shù)　　 齒頂高　　　　　 齒根高　　　　　　 齒高 　 h = ha+ hf = 法面齒厚　　　　 端面齒厚　　 第六章　齒輪軸的設計[4] 由于齒輪的基圓直徑17.2，數(shù)值較小，若齒輪與軸之間采用鍵連接必將對軸和齒輪的強度大大降低，因此，將其設計為齒輪軸．由于主動小齒輪選用20MnCr5材料制造

15、并經(jīng)滲碳淬火，因此軸的材料也選用20MnCr5材料制造并經(jīng)滲碳淬火． 查表得：20MnCr5材料的硬度為６０ＨＲＣ，抗拉強度極限，屈服極限，彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限，轉速n=10r/min 根據(jù)公式[5] 忽略磨損，根據(jù)能量守衡，作用在齒輪齒條上的阻力矩為，作用在齒輪上的軸向力為， 作用在齒輪上的切向力為 彎曲疲勞強度校核 ＝Ｆ／＝/3.14MPa< 剪切疲勞強度校核 =F/=/3.14＜３００ＭＰa 抗拉強度校核 滿載時的阻力矩為 齒輪軸的最小直徑為d=８mm，在此截面上的軸向抗拉強度為 ＝Ｆ／=1/3.1414=MPa<1100Mpa 本設計選擇

16、齒輪軸直徑 D=20 第七章 其他零件的選擇[6] 1六角螺栓的選擇 根據(jù)GB5780-2000 選取螺紋規(guī)格d=M6 六角螺栓 2彈簧的選擇 根據(jù) GB1358--93 選擇代號為Y1的冷卷壓縮彈簧 總圈數(shù) n1=12 有效圈數(shù) n=10 材料直徑 d=5 節(jié)距

17、 t=10 自由高度?。?05 彈簧中徑 D=42 彈簧內徑 彈簧外徑 具體的數(shù)據(jù)如下圖 彈 簧 3墊圈的選擇 根據(jù)GB848-85,選擇相配合的螺紋規(guī)格為d=8,具體數(shù)據(jù)如下圖: 墊 圈 4油封的選擇 根據(jù)JB/ZQ4606

18、-86和軸徑選取氈圈油封,主要參數(shù)如下: 油 封 滾針軸承 5滾動軸承的選擇 根據(jù)GB/T5801-1994 選取滾針承的型號為NKI 10/12，主要參數(shù)如右上圖 6推力軸承的選擇 根據(jù) 選取推力軸承的型號為51102，主要參數(shù)如下圖 7、止推螺母參數(shù)的確定，如下圖