動力齒輪齒條轉向器的設計【含8張CAD圖】

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任務書題 目 動力齒輪齒條轉向器的設計題目來源 教師自擬學生姓名 學 號 專業(yè)班級指導教師 職 稱 教 研 室畢業(yè)論文（設計）任務與要求本課題要求學生利用所學理論和專業(yè)知識，設計出一種動力齒輪齒條轉向器的機構。一、畢業(yè)論文應完成的主要任務①調研，查閱有關文獻資料，清楚動力齒輪齒條轉向器的結構；②分析動力齒輪齒條轉向器的國內外研究現狀；③根據動力齒輪齒條轉向器的基本原理，對主動力齒輪齒條轉向器進行構思；④進行動力齒輪齒條轉向器的機構設計；⑤對主動力齒輪齒條轉向器繪制 CAD 圖并驗證方案的可行性；⑥根據主要任務詳細安排論文進度。二、畢業(yè)論文的基本要求、成果形式及工作量1、論文要求①資料要充分、結構要完整，論述要清晰；②理論分析與計算正確，數據準確可靠；③重要數據及應用他人成果必須要有明確出處；④格式要符合我校論文書寫規(guī)范；⑤按時完成畢業(yè)論文各階段工作，不突襲，不抄襲；⑥每周主動和老師溝通論文工作進度，探討設計內容；⑦形成論文書面周記、論文初稿和論文終稿。2、成果形式及工作量①一份畢業(yè)論文；②機械設計圖紙（至少零件圖和裝配圖一張 A1 或兩張 A2）；③2500 字的相關外文資料翻譯。畢業(yè)論文（設計）工作進程第 1~2 周 2017.12.07~2017.12.29 查（借）閱資料，學習相關基礎理論和知識，選擇合理的方案并撰寫開題報告。第 3~5 周 2018.01.03~2018.01.22 基本機構設計完成第 5~7 周 2018.1.23~2018.4.15 完整方案設計完成第 8~9 周 2018.4.16~2018.4.30 撰寫畢業(yè)論文第 10~11 周 2018.5.1~2018.5.13 論文定稿第 12 周 2018.5.14~2018.5.20 整理資料準備答辯指導教師（簽字） 畢業(yè)論文工作組組長（簽字） 學生（簽字） 畢業(yè)論文（設計）起止時間：20XX 年 12 月 27 日至 20XX 年 5 月 25 日 注：本表由指導教師填寫，于每學年第 1 學期 18 周，經畢業(yè)論文工作組審批，隨畢業(yè)論文裝訂由學院存檔。開題報告論文（設計）題目 動力齒輪齒條轉向器的設計學生姓名 學號 指導教師1、研究目的及意義 汽車轉向系是保持或者改變汽車行駛方向的機構，在汽車轉向行駛中，保證各轉向輪之間有協(xié)調的轉角關系。保證汽車在行駛中能按駕駛員的操縱要求，適時地改變行駛方向，并能在受到路面干擾偏離行駛方向時，與行駛系配合，共同保持汽車穩(wěn)定地直線行駛。轉向系對汽車行駛的操縱性、穩(wěn)定性和安全性都具有重要的意義。作為汽車關鍵部件之一的轉向系統(tǒng)也得到了相應的發(fā)展，基本已形成了專業(yè)化、系列化生產的局面。有資料顯示，國外有很多國家的轉向器廠，都已發(fā)展成大規(guī)模的生產的專業(yè)廠，年產超夠百萬臺，壟斷了轉向器的生產，并且銷售點遍布了全世界。從操縱輕便性、穩(wěn)定性及安全性行駛的角度，汽車制造廣泛使用更先進的工藝方法，使用變速比轉向器、高剛性轉向器。“變速比和高剛性”是目前世界上生產的轉向器結構的方向從 70 年代起轎車興起了齒輪齒條轉向器，這種轉向機構由方向盤、轉向軸、萬向節(jié)、轉動軸、轉向器、轉向傳動桿和轉向輪等組成。方向盤操縱轉向器內的齒輪傳動，齒輪與齒條緊密嚙合，推動齒條左移動或右移動，帶動轉向輪擺動，從而改變轎車行駛的方向。這種轉向機構與循環(huán)球式等其它類型的轉向機構比較，省略了轉向搖臂和轉向主拉桿，具有構件簡單，傳動效率高的優(yōu)點。而且它的逆?zhèn)鲃有室哺?，在車輛行駛時可以保證偏轉車輪的自動回正，駕駛者的路感性強。齒輪齒條轉向器：它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。齒輪齒條式轉向器分兩端輸出式和中間（或單端）輸出式兩種。兩端輸出的齒輪齒條式轉向器，作為傳動副主動件的轉向齒輪軸通過軸承安裝在轉向器殼體中，其上端通過花鍵與萬向節(jié)叉和轉向軸連接。與轉向齒輪嚙合的轉向齒條水平布置，兩端通過球頭座與轉向橫拉桿相連。彈簧通過壓塊將齒條壓靠在齒輪上，保證無間隙嚙合。彈簧的預緊力可用調整螺塞調整。當轉動轉向盤時，轉向器齒輪轉動，使與之嚙合的齒條沿軸向移動，從而使左右橫拉桿帶動轉向節(jié)左右轉動，使轉向車輪偏轉，從而實現汽車轉向。中間輸出的齒輪齒條式轉向器，其結構及工作原理與兩端輸出的齒輪齒條式轉向器基本相同，不同之處在于它在轉向齒條的中部用螺栓與左右轉向橫拉桿相連。在單端輸出的齒輪齒條式轉向器上，齒條的一端通過內外托架與轉向橫拉桿相連。2、國內外發(fā)展狀況1. 國內發(fā)展趨勢2007 年中國汽車銷售 879.15 萬輛，2008 年中國汽車銷售 938 萬輛，2009年預計增長 8.6%，達到 1019 萬輛。汽車產銷量的逐步增長為汽車轉向機市場提供了一個較大的發(fā)展空間，2008 年市場對轉向機行業(yè)需求有所減緩，在需求增長有所減緩的現狀下，產能擴張的勢頭并沒有得到較好的控制。產能過剩、重復建設不僅導致生產與消費的失衡，而且還引發(fā)了轉向機行業(yè)內的一系列惡性價格競爭，影響了轉向機行業(yè)業(yè)的盈利能力。中國轉向機行業(yè)市場現狀，為外資企業(yè)入駐中國創(chuàng)造了條件，國際許多轉向機行業(yè)企業(yè)已經看中在中國低成本拓展市場的機會，隨著外資投入逐步加大，中國國內企業(yè)改革重組迅速加快。同時新的行業(yè)制度等政策的頒布和實施將促使我國轉向機行業(yè)洗牌，企業(yè)兼并重組將在政策的促使下大力發(fā)展。2. 國外發(fā)展趨勢據了解，在世界范圍內，汽車循環(huán)球式轉換器占 45%左右，齒輪齒條式轉換器占 40%左右，渦桿滾輪式轉換器占 10%左右，其他型式的轉換器占 5%。循環(huán)球式轉換器一直在穩(wěn)步發(fā)展。在西歐小客車中，齒輪齒條式轉換器有很大的發(fā)展。日本汽車轉向器的特點是循環(huán)球式轉換器占得比重越來越大，日本裝備不同類型發(fā)動機的類型汽車，采用不同類型轉向器，在公共汽車中使用的循環(huán)球式轉換器，已由 60 年代的 62.5%，發(fā)展到現今的 100%了，大、小型貨車大都循環(huán)球式轉換器，但齒輪齒條式轉換器也有所發(fā)展。微型貨車用循環(huán)球式轉換器占 65%，齒輪齒條式占 35%。3、研究內容本文研究的主要內容如下：1）轉向器結構形式及選擇；2）轉向系的設計及參數確定；3）動力齒輪齒條轉向器的設計和計算；4）通利用 CAD 畫裝配圖，零件圖；四、研究方案以及進度安排該設計劃分為以下階段：1）調查研究、收集資料2）開題報告3）轉向器結構形式選擇4）轉向系的設計及參數的確定5）齒輪齒條轉向器的設計與計算6）利用 CAD 畫裝配圖、零件圖7）整理文檔、形成論文進度安排（1）熟悉任務書，了解相關信息，準備資料，填寫開題報告。（2）收集相關技術參數、進行總體設計。（3）邊設計邊繪制裝配圖。（4）繪制裝配圖及零件圖。（5）整理文檔并提交畢業(yè)論文初稿。（6）畢業(yè)論文總結、評閱、審核及修改不足。（7）為畢業(yè)論文答辯做準備及答辯。五、論文提綱摘要第一章 緒論1.1 概論1.2 轉向器的作用與分類1.3 發(fā)展趨勢1.4 國內外現狀1.5 設計的主要內容第二章 齒輪齒條轉向器設計方案選擇2.1 相關數據與設計要求2.2 轉向器總體方案設計 2.2.1 轉向器設計方案說明2.2.2 轉向器輸入輸出方式2.2.3 轉向器各種輸出形式對比2.2.4 轉向器齒輪齒條選擇2.2.5 轉向器齒條斷面形狀2.2.6 轉向器的布置形式2.2.7 轉向器最終方案確定第 3 章 轉向器齒輪齒條設計計算過程3.1 轉向輪偏側角計算3.2 轉向器原地轉向阻力矩計算3.3 轉向器傳動比與力傳動比計算3.3.1 角傳動比與力傳動比介紹3.3.2 角傳動比與力傳動比確定3.4 齒輪齒條設計3.4.1 齒輪齒條嚙合傳動的特點3.4.2 齒輪參數的選擇3.4.3 計算接觸疲勞許用應力3.4.4 齒輪的齒根彎曲強度設計3.4.5 確定齒輪主要參數和幾何尺寸3.4.6 確定齒條主要參數和幾何尺寸3.4.7 齒面接觸疲勞強度校核第 4 章 齒輪軸的設計4.1 齒輪齒條傳動收分析4.2 齒輪軸最小徑確定4.3 齒輪軸的強度校核第 5 章 間隙調整彈簧的設計計算5.1 選擇材料5.2 計算彈簧絲直徑5.3 彈簧圈數和自由高度的計算5.4 彈簧校核與尺寸結構確定5.5 彈簧工作時的數據第 6 章 其他零件的選擇與潤滑方式確定6.1 軸承的選擇6.2 轉向器潤滑方式第 7 章 方畢業(yè)設計總結 6、工作條件1）熟悉相關軟件和常用算法； 2）查閱關于動力齒輪齒條轉向器的文獻；3）老師的專業(yè)指導。七、參考文獻［1］劉惟信.汽車設計［M］.北京：清華大學出版社，2001.［2］王望予.汽車設計［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006.［3］陳家瑞.汽車構造［M］.機械工業(yè)出版社.2005. ［4］中國機械工程學會,中國機械設計大典編委會.中國機械設計大典［M］.江西科學技術出版社.2002. ［5］董麗霞,張平.簡明汽車技術詞典［M］.人民交通出版社.2003.［6］張金柱,韓玉敏,石美玉.汽車工程專業(yè)英語［M］.化學工業(yè)出版社.2005.［7］李建成.汽車轉向原理［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2003.［8］杜浩.汽車設計與研究［M］.鄭州：國防工業(yè)出版社，2006.［9］ 王三民,諸文俊.機械原理與設計［M］.機械工業(yè)出版社.2002 .［10］李玉民，李旭宏，過學迅等.轉向梯形驅動機構的運動分析及優(yōu)化設計［11］雷雨成，鄭德林，張星等.汽車多軸轉向搖臂機構的優(yōu)化設計［J］.哈爾濱工業(yè)大學學報，1997，29（5）［12］寧介雄，周海霞.汽車搖臂機構的數學建模及最優(yōu)化［J］.機械設計.2007,24（2）:65-67.［13］雷良榆.新型齒輪齒條式導向機構［J］.機械制造.1982.指導教師意見及建議（從選題、理論與實證準備、研究（設計）方法、工作安排等方面給出評價，并提出指導意見）：該生對畢業(yè)論文的開題做了比較充分的前期準備，通過與指導教師充分討論，參考了許多文獻，確定了具有研究意義的課題。開題報告中本課題的研究方法和研究步驟基本合理，研究的選題立意明確，結構合理，研究內容充實，研究步驟安排合理，研究方法準確有效。同意趙立同學畢業(yè)論文開題。指導教師簽名：年 月 日畢業(yè)論文工作組意見及建議準予開題畢業(yè)論文工作組組長簽字：年 月 日注：1.此表由學生填寫后，交指導教師簽署意見，經畢業(yè)論文（設計）工作組審批后，才能開題。中期檢查表論文（設計）題目 動力齒輪齒條轉向器的設計學生姓名 學號 指導教師計劃完成時間 2018 年 5 月 25 日按照進度安排應完成的任務2017.12.07~2017.12.29 查（借）閱資料，學習相關基礎理論和知識，選擇合理的方案并撰寫開題報告。2018.01.03~2018.01.22 撰寫開題報告，對開題報告按批注進行修改；寒假擬定總體設計方案，繪制簡圖；2018.1.23~2018.2.15 基本機構設計完成；2018.2.16~2018.4.15 完整方案設計完成。實際完成情況根據查閱資料及自主學習，完成了對轉向器的主要設計及數據計算。論文前四章主體以大部分完成，后期還需要完成設計驗證及論文的編寫，許多細節(jié)需要進一步改善。目前有哪些問題和困難，擬采取的解決方法在模擬仿真方面，還存在一些問題，準備查閱相關視頻了解。論文格式方面，需要進一步改進和完善。檢查中發(fā)現的問題與建議該生的畢業(yè)設計總體思路清晰，條理明確，資料的收集和調研豐富，態(tài)度認真嚴謹，進度符合任務書的要求，設計主體部分基本確定，但在方案的一些細節(jié)部分還需要完善，整體排版及格式需要進一步調整。畢業(yè)論文工作組組長簽名： 年 月 日注：1.最后一欄由指導教師填寫。2.此表隨畢業(yè)論文裝訂并由學院存檔。指導教師評分表學院：XXX 專業(yè)班級：XXX 學生姓名：XXXX 學號：XXX畢業(yè)論文題目 動力齒輪齒條轉向器的設計評 價 項 目（參考） 分值 打分01 工作態(tài)度，工作作風工作態(tài)度 02 畢業(yè)論文完成情況 20 16.003 查閱文獻資料能力04 綜合運用知識能力05 研究方案的設計能力06 研究方法和手段的運用能力能力水平07 外文應用能力40 34.008 文題相符程度09 寫作水平10 寫作規(guī)范程度11 篇幅，論文工作量論文質量12 論文的理論或實際價值40 34.0綜合評定成績 84.0評價意見該生具有獨立工作能力，論文選題有實際應用價值，分析歸納合理，能夠掌握專業(yè)知識和基礎理論，結構安排合理，完成了畢業(yè)設計任務書規(guī)定的工作量。能夠利用繪圖軟件進行二維圖和三維圖的繪制，能夠正確翻譯外文文獻，完全符合本科生畢業(yè)答辯條件，同意按期進行答辯。是否同意答辯 同意指導教師（簽名）： 年 月 日注：此表隨畢業(yè)論文裝訂并由學院存檔。答辯及成績評定表學生姓名 學號 專業(yè)名稱答辯時間 答辯地點 指導教師題 目 動力齒輪齒條轉向器的設計 記錄人姓 名 職 稱 姓 名 職 稱答辯小組成員 提問及回答情況記錄（3~4 個主要問題）：1.轉向器中齒輪，齒條工作條件是什么？答：齒輪齒條完全嚙合，浸在特殊選定的潤滑油中，外部由殼體進行封閉經油管完成油液循環(huán)2.為什么 20CrMnTi 滲碳？答：嚙合條件下原材料 20CrMnTi 性能不滿足需求，滲碳增加耐磨性，增強硬度強度。3.整體設計主要內容答：主要對轉向器結構的設計計算及校核，轉向器的三維繪圖及仿真。記錄人簽字：年 月 日答辯小組評語及成績：76.0答辯小組組長簽字： 年 月 日指導教師成績 84.0×40% =33.6評閱教師成績 85.0×20% =17答辯成績 76.0×40% =30.4畢業(yè)論文總評成績 81.0論文 等 級良好畢業(yè)論文工作組意見：畢業(yè)論文工作組組長簽名： 年 月 日注：1、總評成績=指導教師成績×40%＋評閱教師成績×20%＋答辯成績×40%。2、論文等級分優(yōu)秀（≥90 分）、良好（80-89 分）、中等（70-79 分）、及格（60-69 分）、不及格（＜60 分）。3、此表隨畢業(yè)論文裝訂并由學院存檔動力齒輪齒條轉向器的設計I評閱教師評分表學院：XXX 專業(yè)班級：XXXX 學生姓名：XXX 學號：XXXXX畢業(yè)論文題目 動力齒輪齒條轉向器的設計評 價 項 目（參考） 分值 打分01 查閱文獻資料能力02 綜合運用知識能力03 研究方案的設計能力04 研究方法和手段的運用能力能力水平05 外文應用能力50 43.006 文題相符程度07 寫作水平08 寫作規(guī)范程度09 篇幅，論文工作量論文質量10 論文的理論或實際價值50 42.0綜合評定成績 85.0評價意見本論文以齒輪齒條作為汽車轉向器的主體機構方案，對齒輪齒條進行了設計計算，設計了齒輪軸。并選擇了相應的軸承機器潤滑方式。論文的總體結構合理，論述較為清楚。論文摘要中提到有設計相應的三維結構圖，并進行了驗證。但論文中并有三維結構圖，也沒有相應的驗證內容。同意該生參加答辯。是否同意答辯 同意評閱教師（簽名）： 年 月 日注：此表隨畢業(yè)論文裝訂并由學院存檔。動力齒輪齒條轉向器的設計II摘要隨著經濟的迅速增長，汽車工業(yè)得到了迅猛發(fā)展。作為汽車重要安全部件之一的轉向系統(tǒng)也取得了跨越式發(fā)展。汽車轉向器主要用于汽車駕駛過程中的轉向操作，其性能的重要性不言而喻。本論文通過查閱國內外研究現狀和現有機械轉向器的類型特點，選用齒輪齒條作為汽車轉向器的主體機構方案。首先在考慮轉向器基本功能實現的前提下，以方向盤帶動齒輪齒條轉向軸，萬向節(jié)帶動轉向齒輪軸，其后齒輪軸與齒條配合實現轉向操作。通過計算校核設計的安全可靠性。最后，利用三維軟件針對齒輪齒條轉向機構進行三維建模，并驗證該主體機構尺寸設計的合理性。關鍵詞：齒輪齒條設計；轉向系統(tǒng)；轉向器動力齒輪齒條轉向器的設計IIIAbstractWith the rapid economic growth, the automotive industry has been developing rapidly. As one of the important safety components of automobiles, the steering system has also made great stride development. Automobile steering gear is mainly used in steering operation during vehicle driving, and its importance is self-evident. Through consulting the research status at home and abroad and the characteristics of the existing mechanical steering gear, this paper selects rack and pinion as the main body mechanism of automobile steering gear. First, on the premise of realizing the basic function of the steering gear, the steering wheel drives the gear and rack steering axis with the steering wheel, the universal joint drives the steering gear shaft, and then the gear shaft is cooperated with the rack to realize the steering operation. The safety and reliability of the design is calculated. Finally, the 3D modeling of the rack and pinion steering mechanism is carried out by three-dimensional software, and the rationality of the size design of the main body is verified.Keywords: Gear and rack design Steering system Steering gear動力齒輪齒條轉向器的設計IV目錄摘要 ....................................................................................................................................................IABSTRACT.....................................................................................................................................II第 1 章 緒論 ......................................................................................................................................11.1 概述 .........................................................................................................................................11.2 轉向器的作用與分類 .............................................................................................................11.3 汽車轉向裝置的發(fā)展趨勢 .....................................................................................................31.4 汽車轉向器國內外現狀 .........................................................................................................41.5 設計的主要內容 .....................................................................................................................6第 2 章 齒輪齒條轉向器設計方案選擇 ..........................................................................................72.1 轉向系主要性能參數 .............................................................................................................72.2 轉向器總體方案設計 .............................................................................................................82.2.1 轉向器設計方案說明 .....................................................................................................82.2.2 轉向器輸入輸出形式 .....................................................................................................82.2.3 轉向器輸出形式對比分析 .............................................................................................92.2.4 轉向器齒輪齒條選擇 .....................................................................................................92.2.5 轉向器齒條斷面形狀選擇 .............................................................................................92.2.6 轉向器的四種布置形式 ...............................................................................................102.2.7 轉向器最終方案確定 ...................................................................................................112.2.8 本章小結 .......................................................................................................................11第 3 章 設計計算過程 ....................................................................................................................123.1 側偏角的計算 .......................................................................................................................123.2 原地轉向阻力矩的計算 ......................................................................................................133.3 力傳動比與角傳動比對比分析 ...........................................................................................133.3.1 兩種傳動比基礎介紹 ...................................................................................................133.3.2 角傳動比與力傳動比確定 ...........................................................................................143.4 轉向器齒輪齒條的設計 .......................................................................................................153.4.1 嚙合傳動的特點 ...........................................................................................................153.4.2 齒輪參數的選擇 ...........................................................................................................163.4.3 接觸疲勞許用應力 .......................................................................................................163.4.4 齒輪的齒根彎曲強度設計 ...........................................................................................173.4.5 齒輪主要參數選取計算 ...............................................................................................18動力齒輪齒條轉向器的設計V3.4.6 齒條主要參數選取計算 ...............................................................................................193.4.7 齒面接觸疲勞強度校核 ...............................................................................................203.4.8 本章總結 .......................................................................................................................20第 4 章 齒輪軸的設計 ....................................................................................................................214.1 傳動受力分析 .......................................................................................................................214.2 最小軸徑確定 .......................................................................................................................214.3 強度校核 ...............................................................................................................................214.3.1 本章小結 .......................................................................................................................24第 5 章 間隙調整彈簧的設計 ........................................................................................................255.1 彈簧材料 ...............................................................................................................................255.2 計算彈簧絲直徑 ...................................................................................................................255.3 彈簧圈數和自由高度的計算 ...............................................................................................265.4 校核與內外徑的確定 ...........................................................................................................265.5 工作時的數據 .......................................................................................................................275.5.1 本章小結 ............................................................................................................................27第 6 章 軸承選擇與潤滑方式分析 ................................................................................................296.1 軸承的選用方案 ...................................................................................................................296.2 轉向器潤滑方式 ...................................................................................................................296.2.1 本章小結 .......................................................................................................................30結論 ..................................................................................................................................................31參考文獻 ..........................................................................................................................................32致 謝 ..............................................................................................................................................33附錄 A 外文翻譯 .............................................................................................................................34動力齒輪齒條轉向器的設計1第 1 章 緒論1.1 概述自改革開放幾十年來，汽車工業(yè)得到了長足進步。而轉向系統(tǒng)，這種汽車上的重要部件之一，也在我國市場上，得到了飛速發(fā)展。對于該部件的生產來說，目前已達到了專業(yè)化和現代工業(yè)化的規(guī)模。我們可以從有關數據獲知，在發(fā)達國家中，和轉向器有關的制造業(yè)，早就實現了大規(guī)模生產，而且產量可以達到年均數百萬臺。所以，在資本和技術等方面優(yōu)勢的加持下，這些廠商差點就占據全球所有的轉向器市場，如今，其成功模式被世界各地其它廠商爭相模仿。1.2 轉向器的作用與分類通常情況下，轉向器可以改變轉向盤上的力矩，讓它增大，然后讓速度得以削減，接著再傳遞到轉向系統(tǒng)中的傳動部件上。在轉向系統(tǒng)中，實現速度減弱的裝置，叫做轉向器。通常，由 1 到 2 級來縮小傳動副的速度。轉向器進行傳動的效率很低，因為它的傳動比比較大，該效率是輸出與輸入功率的比值。該效率因為傳動方向的不同，被劃分為兩種情況：第一種，正效率。這種情況下，功率是從轉向柱輸入，然后，轉向搖臂再把它輸出到車輪上；第二種，逆效率。功率的輸入和輸出正好和正效率情況下的相反。而在進行轉向器的設計時，要注意到的是，如果想要提升轉向器的傳動效率，那么就又很必要削減操縱轉向盤所需要的力量?，F在，各地市場上常見的轉向器，主要有蝸桿指銷式、循環(huán)球式和齒輪齒條式轉向器等。本文所研究的，就是齒輪齒條式轉向器。在市場上，該轉向器具有很多優(yōu)點，比如，它的傳動副只由兩部分構成，分別是齒輪和齒條。所以它的構造簡潔、置放容易、穩(wěn)定性高，而且制造工藝不繁瑣，生產速度快等。但它也有著許多顯著不足，比如，轉向傳動的尺寸不是很大，而且，在實際使用中，齒條的不均勻磨損，會時常在其長度方向上發(fā)生。因此，一些無需進行高強度工作的微型汽車，經常在其轉向系統(tǒng)中，使用該種形式的轉向器。轉向器結構主要形式可分為數種類型。過去的幾十年曾出現過多種形式的不同類型轉向器，近幾年來，遍地使用的轉向器，主要有下列幾種形式，比如動力齒輪齒條轉向器的設計2蝸桿滾輪式、循環(huán)球式和齒輪齒條式等。除此之外，還有一種非常冷門的蝸桿滾輪式轉向器。但要是按照轉向助力的方式，那么轉向器，又能被劃分為以下兩種類型，第一，機械式；第二，動力式。在這兩種類型中，機械式動力轉向器，又因為動力來源的不同，被劃分為以下幾種形式，比如電動助力式、氣壓動力式和液壓動力式等等。1、齒輪齒條式轉向器這是一種被廣泛使用的轉向器，在市場上隨處可見。它的基礎結構很簡單，主要是齒條和一雙互相嚙合的齒輪。在轉向軸的帶動下，小齒輪開始旋轉，而齒條就被帶動起來，開始做直線運動。當然，還有一些與此不同的情況，比如橫拉桿直接被齒條帶動，從而使轉向輪帶動車輪，改變方向。這種轉向器的結構最為簡單，且成本低廉，但是轉向的靈敏度卻一點也不低，體積還很小巧。從性價比上來說，這種轉向器是最優(yōu)選擇，所以得到了相關市場的青睞。2、蝸桿曲柄銷式轉向器該轉向器主要分為蝸桿和曲柄銷兩大部分組成。蝸桿的螺紋形狀類似于為梯形；錐形銷通過軸承，被支撐在曲柄上，而該曲柄和負責轉向的搖臂，則是一個整體，沒有任何接連結構。轉向系統(tǒng)在接到駕駛員的指令后，先會通過轉向盤，使蝸桿轉動起來。接著。錐形銷，就會在蝸桿螺旋槽內，持續(xù)地進行自轉，同時還以搖臂的軸為中心，做著圓弧運動。通過這樣的方式，讓轉向擺臂和曲柄，產生擺動，然后，轉向輪再在轉向傳動部件的作用下，發(fā)生偏轉。這種轉向器產生的轉向力非常大，所以經常被應用在卡車和大型貨車的轉向系統(tǒng)中。3、循環(huán)球式轉向器這種轉向器的工作原理，如下所述：轉向盤的所發(fā)出的旋轉力，會被齒輪結構減少，接著該結構會把這個力進行傳遞，此時，螺夾著鋼球的螺母和滾珠螺桿，就會相互咬合，從而將滾珠螺桿轉變?yōu)橹本€往復的運動。然后齒輪便會再次跟螺母之間發(fā)生嚙合，這樣就會改變剛才滾珠螺桿的直線往復運動，讓它旋轉起來。而該旋轉會搖動連桿臂，讓它帶著連動和橫拉桿，進行直線往復運動，從而實現車輪方向的改變。這是一種非常經典的轉向方案，但比較落后，不被市場所喜愛。它主要是利用了一種相對位移，該位移是螺栓和螺母在旋轉的整個過程中，所形成的。出于削減直接接觸帶來的阻力，一定數量的鋼球被放置在這個結構的螺紋中。于是，當轉向系統(tǒng)開始轉向操作后，鋼球就會在螺旋曲線內做著往復運動，當然，該曲線是封閉的。所以，這種轉向器就被稱為循環(huán)球式轉向器。4、齒輪齒條液壓助力轉向器動力齒輪齒條轉向器的設計3相較于齒輪齒條機械式的轉向器來說，有一種叫做齒輪齒條液壓助力式的轉向器。這種液壓助力式轉向器，只不過在原鄉(xiāng)機械式的基礎上，增加了一些讓駕駛員在轉向操作中，會感到更加方便的部件，比如，轉向閥、轉向油缸、轉向油壺等等，讓駕駛員的轉向操作更加省時省力。1.3 汽車轉向裝置的發(fā)展趨勢在汽車的所有部件中，轉向裝置是非常重要的部件之一，它可以輕而易舉地改變汽車的行進方向。所以，通常要求該裝置的反應要十分靈敏，能準確感知駕駛員的下達的轉向操作指示。而且，當轉向動作發(fā)生后，哪怕駕駛員沒有再操作方向盤，該裝置也要能夠使汽車自行回位到之前的穩(wěn)定駕駛中。汽車工業(yè)作為第二產業(yè)的中流砥柱，其代表著一個國家的制造業(yè)整體水平。汽車屬于制造業(yè)的集成產品，結合了多種領域的優(yōu)勢特點，集復雜性與高科技于一身，遠非我們原來所理解的機械工程車輛。傳統(tǒng)設計的轉向系統(tǒng)，主要采用的都是機械式助力，比如，通過人力轉動方向盤，帶動一系列的機械部件運動之后，轉向器進行轉向動作，從而改變汽車的駕駛方向。 液壓式轉向系統(tǒng)更為先進，便捷，得到了市場的一直認可，遂得以逐年擴展推廣。液壓式的轉向系統(tǒng)成功把原先的人力助力，變更為液壓輔助人力的方式，大大減少駕駛員轉向時的發(fā)力。該助力系統(tǒng)，英文簡稱為 HPS，是通過對機械式轉向系統(tǒng)進行改進后，衍生出來的——添加液壓部件。這液壓部件的動力源，來自汽車的發(fā)動機，性能非常穩(wěn)定，性價比也很實惠。所以，自從面世以來，深受市場的追捧。這種助力轉向系統(tǒng)區(qū)別是由液壓力出力支持轉向運動的實現，弱化駕駛者作用在方向盤上的力，進一步加強汽車轉向系統(tǒng)穩(wěn)定性和便捷性。 隨著電子技術在汽車中進一步推廣使用，大量的電子器件也被添加到轉向系統(tǒng)中來，這也標志著轉向系統(tǒng)電子化的全面到來，很快就有廠家推出了其新一代產品——電液助力轉向系統(tǒng)。目前市面上售賣的電液助力轉向系統(tǒng)，主要有兩種，第一種，電動液壓助力轉向系統(tǒng)；第二種，電控液壓助力轉向系統(tǒng) [1]。這兩種系統(tǒng)都是基于液壓轉向系統(tǒng)，改進和衍生而來的。相較于傳統(tǒng)的液壓式轉向系統(tǒng)，它們之間還是有一些明顯差別的。比如，電液助力轉向系統(tǒng)，它的動力來源是單獨的電動機，而在非液壓式轉向裝置中，卻是由發(fā)動機提供動力。用電動機代替發(fā)動機的好處，也是顯而易見的，不會增加發(fā)動機的功率消耗，縮減了汽油的用量。而電控式液壓轉向系統(tǒng)，雖然動力也是由電動機提供的，動力齒輪齒條轉向器的設計4但它跟電液助力轉向系統(tǒng)比起來，也有著明顯的不同。電控式，顧名思義，它在轉向系統(tǒng)中使用了電子器件對轉向進行控制?？梢愿鶕囻{駛中的一些部件參數，比如汽車當下行駛速度和方向盤的轉向速度等等，然后決定提供多大的液壓助力，對轉向動作進行輔助，從而可以在各種車況下，實時地對轉向系統(tǒng)在轉向操作時，所用到的助力大小進行調節(jié)。減少磨損，降低消耗能源。電液助力轉向系統(tǒng)雖較液壓助力轉向有部分優(yōu)勢。然而，這種系統(tǒng)并非完美無缺，它自身依舊存在各種不足和缺陷，比如，液壓油容易泄露等等。同時，電液助力系統(tǒng)中，液壓部件的加入，不僅增加了廠家的生產成本，轉向系統(tǒng)也變得非常復雜，其性能反倒變得不可靠。如大部分坦克現仍使用機械轉向系統(tǒng)。在電氣化發(fā)達的今天，由于電液助力系統(tǒng)的諸多不足，人們很快就發(fā)現了它的替代品即電動助力轉向系統(tǒng)。該系統(tǒng)對于其它類型的轉向裝置，該系統(tǒng)摒棄了液壓部件，而且它的助力來源也變更為電動機。這種轉向裝置由三種基本器件構成，比如微處理器、電動機和轉矩傳感器等。它的工作流程如下所述 [2]：當轉向系統(tǒng)接收到轉向指令后，轉向軸就會做出相應運動，與此同時轉矩傳感器開始工作，對轉矩信號進行處理，然后將該信號變?yōu)殡娮有盘?，推送到微處理器中。接收到該電子信號后，微處理器會采集相關部件以及汽車當前的駕駛速度等，運行預設的相關算法，進行綜合研判，然后決定是否提供助力，以及提供多少助力。因其優(yōu)異的屬性應用范圍進一步推廣至大型傳統(tǒng)車輛。1.4 汽車轉向器國內外現狀在多年的推廣和發(fā)展后，汽車領域也采用了大量的電子技術，轉向裝置中也是如此，使得其性能大為提升。目前，市面上主要有四種類型的轉向器，比如，齒輪齒條式( 英文縮寫 RP 型)、蝸桿滾輪式(英文縮寫 WR 型)、有蝸桿銷式(英文縮寫 WP 型) 和循環(huán)球式 (英文縮寫 BS 型)等轉向器。從現有統(tǒng)計數據中，可以獲知，在國內市場上，汽車循環(huán)球式的轉向器數量最多，幾乎壟斷大半市場，份額超過百分之四十二；緊跟在循環(huán)球式轉向器之后的，是齒輪齒條式轉向器，其市場份額剛過百分之三十九；其余，就是很稀有的蝸桿滾輪式和其它形式的轉向器，市場份額加起來好不到百分之二十。可見，循環(huán)球式的轉向器，非常受市場的歡迎，所以有關它的改進和研發(fā)，也一直在進行中，這讓它的性能也不斷得到更新和改進。而在西歐地區(qū)和日本，齒條齒輪式轉向器主要多用在小客車上。特別是日本這個國家，它所生產的車輛都合理采用了這種車型所能適用的轉向器，而且其針對公共汽車開發(fā)的循環(huán)動力齒輪齒條轉向器的設計5球式轉向器，目前已經壟斷了全球市場。一般來說，無論大還是小貨車等，它們的轉向系統(tǒng)都使用的是循環(huán)球式轉向器。不過我們也要注意到的是，齒條齒輪式轉向器的應用，也非常廣泛，跟循環(huán)球式的市場份額相比，相差不大。國內早期轉向器廠商們生產的基本都是循環(huán)球式轉向器。只有很少部分的廠商生產蝸桿滾輪式轉向器和蝸桿銷式轉向器，比如，早期的東風和解放汽車，分別使用的就是蝸桿滾輪式和蝸桿銷式轉向器。一九八九年，國家政策放開后，解放和東風等老牌廠商，也開始迅速推進循環(huán)球式轉向器的研發(fā)，并很快將這種轉向器應用到自家的第二代車型中。在國外諸多生產商中，循環(huán)球式轉向器的生產開發(fā)產業(yè)鏈已經日趨完善。各種跨國公司通過技術與資金優(yōu)勢極大的擠壓了市場的占有率和銷售渠道。專業(yè)系統(tǒng)工業(yè)化的生產已成為一種發(fā)展趨勢，這條路屬于較為成功的發(fā)展模式，提高了企業(yè)市場競爭力。世界上有兩種主要類型的轉向器，分別是循環(huán)球式和齒輪齒條式轉向器。而其它轉向器，比如蝸輪蝸桿式和蝸桿銷式轉向器，正在被市場無情拋棄。但在轉向器的具體應用領域上，各個國家和地區(qū)之間的意見也不統(tǒng)一。比如，美國和日本把研發(fā)重點繼續(xù)放在循環(huán)球式轉向器上，其國內該種轉向器的市場占有率已經高達百分之九十；而西歐地區(qū)，則在大力發(fā)展齒輪齒條式轉向器，他們的產品占有了轉向器市場中的大多數份額，為百分之五十。因為齒輪齒條式轉向器自身所具有的多種優(yōu)勢，使得它在小型車的轉向系統(tǒng)上，發(fā)展的如火如荼；而循環(huán)球式轉向器則基本都被用在大型車輛的轉向系統(tǒng)中。循環(huán)球式轉向器的優(yōu)勢時操作起來省力、便捷。它可以很便捷地放置在汽車中，可以很好的配合大中型車輛轉向系統(tǒng)的運作；它的逆效率很能滿足實際需要，即方向盤能得到及時回到原位等等?？梢詫崿F變速比的特性。具體分布中以中間位置轉向力小、較為常用。該轉向器可以實現變速比，所以得到很多廠商的采用。但是，該轉向器在完成轉向動作的過程中，需要用到大量鋼球。鋼球不停地一邊自轉，同時還一邊滑動，從而讓車輪更改方向。所以，這就對鋼球是否堅硬和是否耐磨等提出了很高的要求。這種類型的轉向器還能通過相關技術，被改變成等強度結構。所以它在市場上有著很強的競爭力。齒輪齒條式轉向器的主要具有以下幾個優(yōu)點：組織構造簡明，易于制造，通用材料即可滿足轉向器性能；同等條件下在傳動方面的擁有更好的效果，效率超過百分之九十；當齒輪和齒條之間出現磨損的現象后，可以利用相關彈簧部件，自動去除空隙 [3]。這樣做不僅提高了轉向器的使用壽命，轉動精度，還有效的降低了運作過程中的噪音。該轉向器所需空間不大，生產成本低。從上文中可以獲知，未來市場上的主流轉向器，必然是循環(huán)球式和齒輪齒動力齒輪齒條轉向器的設計6條式轉向器。1.5 設計的主要內容基于對其它同種類型車輛中轉向系統(tǒng)的參考，本文中所設計的轉向系統(tǒng)類型為機械式的，主要研究內容為：對轉向系統(tǒng)做出解釋，接著對轉向器零件的設計和其工藝性等問題展開了相關探討