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1、汽车设计课程设计说明书 汽汽车车设设计计课课程程设设计计说说明明书书 设计题目： 富利卡 2.0 齿轮齿条转向器设计 学 院： 机电工程学院 专业年级： 10 车辆工程 学 号： 102260016020 学生姓名： 沈清福 指导教师： 雷治国 成成 绩绩： 2014 年 1 月 10 日 汽车设计课程设计说明书 2 键入文字 目录 1.1.前言前言 1.车型数据车型数据 1 1 2 2 齿轮齿条式转向器简介齿轮齿条式转向器简介 2 2 2.2. 1 1 齿轮齿条式转向系齿轮齿条式转向系 2 2 2.22.2 齿轮齿条式转向系设计要求齿轮齿条式转向系设计要求 2 2 3 转向系的主要性能参数转
2、向系的主要性能参数 3 3 3.1 转向器的效率转向器的效率 3 3 3.1.13.1.1 转向器的正效率转向器的正效率 3 3 3.1.23.1.2 转向器的逆效率转向器的逆效率 4 4 3.23.2 传动比的变化特性传动比的变化特性 4 4 3.2.13.2.1 转向传动比转向传动比 5 5 3.2.23.2.2 力传动比与转向系角传动比的关系力传动比与转向系角传动比的关系 5 5 4 4 齿轮齿条式转向器设计计算齿轮齿条式转向器设计计算 7 7 4.14.1 转向器计算载荷的确定转向器计算载荷的确定 8 8 4.1.14.1.1 原地转向阻力矩原地转向阻力矩 8 8 4.1.24.1.2
3、 转向盘手力转向盘手力 9 9 4.24.2 齿轮齿条的设计齿轮齿条的设计 1010 4.4.3 3 齿条的强度计算齿条的强度计算 1111 4.3.14.3.1 齿条的受力分析齿条的受力分析 1212 4.3.34.3.3 齿条齿部弯曲强度的计算齿条齿部弯曲强度的计算 1212 4.44.4 小齿轮的强度计算小齿轮的强度计算 1212 4.4.14.4.1 齿轮齿跟弯曲疲劳强度计算齿轮齿跟弯曲疲劳强度计算 1313 4. 4.24.2 齿面接触疲劳强度校核齿面接触疲劳强度校核 1414 4.5 齿轮轴轴承的校核齿轮轴轴承的校核 1515 4.64.6 间隙调整弹簧的设计计算间隙调整弹簧的设计
4、计算 1616 5 结论结论 1818 6 6 参考文献参考文献 1919 汽车设计课程设计说明书 1 1. .车车型型数数据据 车型富利卡2.0 汽车布置方式前置后驱 总长(单位:mm)4320 总宽(单位:mm)1750 总高(单位:mm)1800 轴距(单位:mm)2620 前轮距(单位:mm)1455 后轮距(单位:mm)1430 整备质量 kg1480 总质量 kg(选填)1970 发动机型式汽油 直列四缸 排量（L）1.997 最大功率（KW） 122 最大转矩（Nm） 166 压缩比（选填） 离合器四速自动 变速器档数五速手动 轮胎类型与规格（km/h)185/65 R14 18
5、5R14TL 转向器齿棒小齿轮式+动力辅助 前轮制动器盘 后轮制动器鼓 前悬架类型双叉骨式+线圈弹簧+防倾杆 后悬架类型轴式叶片弹簧 最高车速（km/h) 140km/h 1.齿轮齿条设计中所用到的车型数据为 整备质量 kg1480 总质量 kg(选填)1970 转向器齿棒小齿轮式+动力辅助 汽车设计课程设计说明书 2 键入文字 2 2 齿轮齿条式转向器简介齿轮齿条式转向器简介 2.12.1 齿轮齿条式转向系齿轮齿条式转向系 转向系是通过对 左、右转向之间的合理匹配来保证汽车能沿着理想的轨迹运动的 机构，它由转向操纵机构 转向器 和专项传动机构组成 。 齿轮齿条机械转向器是将司机对转向盘的转动
6、变为或齿条沿转向车轴轴向的移动， 并按照一定的角传动比和力传动比进行传递的机构。 机械转向器与动力系统相结合，构成动力转向系统。高级轿车和中兴载货汽车为 了使转向轻便，多采用这种动力转向系统。采用液力式动力转向时，由于液体的阻尼 作用，吸收了路面上的冲击载荷，故可采用可逆程度大、正效率又高的转向器结构。 2.22.2 齿轮齿条式转向系设计要求齿轮齿条式转向系设计要求 通常，对转向系的主要要求是: (1)保证汽车有较高的机动性，在有限的场地面积内，具有迅速和小半径转弯的能 力，同时操作轻便; (2) 汽车转向时，全部车轮应绕一个瞬时转向中心旋转，不应有侧滑; (3) 传给转向盘的反冲要尽可能的小
7、; (4) 转向后，转向盘应自动回正，并应使汽车保持在稳定的直线行驶状态; (5) 发生车祸时，当转向盘和转向轴由于车架和车身变形一起后移时，转向系统 最好有保护机构防止伤及乘员； (6) 转向器和专项传动机构因摩擦产生间隙时，应能调整而消除之。 汽车设计课程设计说明书 3 3 转向系主要性能参数转向系主要性能参数 3.13.1 转向器的效率转向器的效率 功率P1从转向轴输入，经转向摇臂轴输出所求得的效率称为正效率，用符号 +表示，+=(P1P2)Pl；反之称为逆效率，用符号-表示，- =(P3P2)P3。 式中，P2为转向器中的摩擦功率；P3为作用在转向摇臂轴上的功率。为了保证转向时驾 驶员
8、转动转向盘轻便，要求正效率高。为了保证汽车转向后转向轮和转向盘能自动返 回到直线行驶位置，又需要有一定的逆效率。为了减轻在不平路面上行驶时驾驶员的 疲劳，车轮与路面之间的作用力传至转向盘上要尽可能小，防止打手又要求此逆效率 尽可能低。 3.1.13.1.1 转向器正效率转向器正效率 + 影响转向器正效率的因素有：转向器的类型、结构特点、结构参数和制造质量等。 (1)转向器类型、结构特点与效率 在前述四种转向器中，齿轮齿条式、循环球式 转向器的正效率比较高，而蜗杆指销式特别是固定销和蜗杆滚轮式转向器的正效率要 明显的低些。 同一类型转向器，因结构不同效率也不一样。如蜗杆滚轮式转向器的滚轮与支持
9、轴之间的轴承可以选用滚针轴承、圆锥滚子轴承和球轴承等三种结构之一。第一种结 构除滚轮与滚针之间有摩擦损失外，滚轮侧翼与垫片之间还存在滑动摩擦损失，故这 种转向器的效率仅有54。另外两种结构的转向器效率，根据试验结果分别为70和 75。 转向摇臂轴轴承的形式对效率也有影响，用滚针轴承比用滑动轴承可使正或逆效 率提高约10。 (2)转向器的结构参数与效率 如果忽略轴承和其它地方的摩擦损失，只考虑啮合 副的摩擦损失，对于蜗杆和螺杆类转向器，其效率可用下式计算 （2.1） )tan( tan 0 0 式中，o为蜗杆(或螺杆)的螺线导程角；为摩擦角，=arctanf；f为摩擦因 数。 3.1.23.1.
10、2 转向器逆效率转向器逆效率 - 汽车设计课程设计说明书 2 键入文字 根据逆效率大小不同，转向器又有可逆式、极限可逆式和不可逆式之分。 路面作用在车轮上的力，经过转向系可大部分传递到转向盘，这种逆效率较高的 转向器属于可逆式。它能保证转向后，转向轮和转向盘自动回正。这既减轻了驾驶员 的疲劳，又提高了行驶安全性。但是，在不平路面上行驶时，车轮受到的冲击力，能 大部分传至转向盘，造成驾驶员“打手”，使之精神状态紧张，如果长时间在不平路 面上行驶，易使驾驶员疲劳，影响安全驾驶。属于可逆式的转向器有齿轮齿条式和循 环球式转向器。 不可逆式转向器，是指车轮受到的冲击力不能传到转向盘的转向器。该冲击力由
11、 转向传动机构的零件承受，因而这些零件容易损坏。同时，它既不能保证车轮自动回 正，驾驶员又缺乏路面感觉；因此，现代汽车不采用这种转向器。 极限可逆式转向器介于上述两者之间。在车轮受到冲击力作用时，此力只有较小 一部分传至转向盘。它的逆效率较低，在不平路面上行驶时，驾驶员并不十分紧张， 同时转向传动机构的零件所承受的冲击力也比不可逆式转向器要小。 如果忽略轴承和其它地方的摩擦损失，只考虑啮合副的摩擦损失，则逆效率可用下 式计算 0 0 tan tan ）（ （2.2） 式(2.1)和式(2.2)表明：增加导程角o,正、逆效率均增大。受-增大的影响， o不宜取得过大。当导程角小于或等于摩擦角时，逆
12、效率为负值或者为零，此时表明 该转向器是不可逆式转向器。为此，导程角必须大于摩擦角。通常螺线导程角选在 810之间 3.23.2传动比的变化特传动比的变化特 3.2.13.2.1 转向系传动比转向系传动比 转向系的传动比包括转向系的角传动比和转向系的力传动比 wo i p i 从轮胎接地面中心作用在两个转向轮上的合力2Fw与作用在转向盘上的手力Fh之比， 称为力传动比，即 ip=2FwFh 。 转向盘转动角速度 w 与同侧转向节偏转角速度 k 之比，称为转向系角传动比 ，即；式中，d 为转向盘转角增量；dk 为转向节转角 wo i kkk w wo d d dtd dtd i 增量；dt为时间增量。它又由转向器角传动比iw 和转向传动机构角传动比iw 所组 成，即 iwo=iw iw 。 汽车设计课程设计说明书 转向盘角速度w与摇臂轴转动角速度K之比，称
