齿轮齿条转向器设计.

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1、 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 IV齿轮齿条式转向器设计摘要：本次设计选择的是丰田的一款汽车的转向器。首先对转向系统基本的作用、构造、与总体的性能作一个了解。再根据对齿轮齿条式转向器的研究以及资料的查阅，着重阐述了齿轮齿条式转向器类型选择，不同类型齿轮齿条式转向器的优缺点，和各种类型齿轮齿条式转向器应用状况。根据原有数据计算转向系的传动比，并确定齿轮齿条的几何参数。齿轮齿条式转向器总体设计，受力分析，及对齿轮齿条的疲劳强度校核、齿根弯曲疲劳强度校核。修正齿轮齿条式转向器中不合理的数据。通过对齿轮齿条式转向器的设计，选取出相关的零件如螺钉、轴承等，并在作出转向器的零件图。关键词：转向系统；

2、 齿轮齿条； 转向器 Rack and pinion steering designAbstract：This design choice is the steering of a car in the Toyota. First, the basic role of the steering system, structure, and overall performance for an understanding. According to the study of the rack and pinion steering and data access, focuses on a ra

3、ck and pinion steering gear type selection, the advantages and disadvantages of different types of rack and pinion steering, and all types of rack and pinion steering application status. The steering transmission ratio calculated under the original data, and determine the geometric parameters of the

4、 rack and pinion. Rack and pinion steering the overall design, stress analysis, and rack and pinion fatigue strength of the tooth root bending fatigue strength. Unreasonable data correction rack and pinion steering. Through the design of the rack and pinion steering, select the related parts such as

5、 screws, bearings, etc., and make the steering parts diagram.Keywords：Steering systems, rack and pinion, steering目 录第1章 绪论11.1 概述11.2 转向器的作用与分类11.3 汽车转向装置的发展趋势21.4 汽车转向器国内外现状41.5 设计的主要内容5第2章 齿轮齿条转向器设计方案选择72.1 车辆相关数据与设计要求72.2 转向器总体方案设计92.2.1 转向器设计方案说明92.2.2 转向器输入输出形式92.2.3 转向器各种输出形式对比92.2.4 齿轮齿条转向器齿轮

6、齿条选择102.2.5 齿轮齿条转向器齿条断面形状102.2.6 齿轮齿条式转向器的布置形式112.2.7 转向器最终方案确定12第3章 转向器齿轮齿条设计计算过程133.1 转向轮侧偏角计算133.2 转向器原地转向阻力矩计算143.3 转向器角传动比与力传动比计算143.3.1 角传动比与力传动比介绍143.3.2 角传动比与力传动比确定143.4 齿轮齿条设计153.4.1 齿轮齿条啮合传动的特点153.4.2 齿轮参数的选择163.4.3 计算接触疲劳许用应力173.4.4 齿轮的齿根弯曲强度设计183.4.5 确定齿轮主要参数和几何尺寸193.4.6 确定齿条主要参数和几何尺寸203

7、.4.7 齿面接触疲劳强度校核21第4章 齿轮轴的设计224.1 齿轮齿条传动受力分析224.2 齿轮轴最小轴径确定224.3 齿轮轴的强度校核23第5章 间隙调整弹簧的设计计算275.1 选择材料275.2 计算弹簧丝直径275.3 弹簧圈数和自由高度的计算285.4 弹簧校核与结构尺寸确定285.5 弹簧工作时的数据29第6章 其他零件的选择与润滑方式确定306.1 轴承的选择306.2 转向器润滑方式31总 结34致 谢36参考文献37附图38西南科技大学城市学院本科生毕业论文第1章 绪论1.1 概述改革开放以来，我国汽车工业发展迅猛。作为汽车关键部件之一的转向系统也得到了相应的发展，基

8、本已形成了专业化、系列化生产的局面。有资料显示，国外有很多国家的转向器厂，都已发展成大规模生产的专业厂，年产超过百万台，垄断了转向器的生产，并且销售点遍布了全世界。1.2 转向器的作用与分类转向器的作用将驾驶员加在转向盘上的力矩放大，并降低速度，然后传给转向传动机构。转向器是转向系的减速传动装置，一般由1-2级减速传动副。由于转向器是一个大传动比的机构，其传动效率一般较低。转向器的输出功率与输人功率之比称为转向器的传动效率.当功率由转向柱输人、由转向摇臂输出的情况下求得的传动效率称为正效率，而在传动方向与此相反时求得的效率为逆效率。为了减轻驾驶员操纵转向盘的体力消耗，应尽量提高转向器的传动效率

9、，特别是其正效率是很重要的。目前应用比较广泛的转向器有齿轮齿条式转向器、循环球式转向器、蜗杆滚轮式转向器、蜗杆曲柄指销式转向器。本次设计的是齿轮齿条式减速器。齿轮齿条式减速器优点：齿轮齿条式转向器的传动副为齿轮与齿条，其结构简单、布置方便，制造容易，但转向传动比较小，（一般不大于15），且齿条沿其长度方向磨损不均匀，故仅广泛用于微型汽车和轿车上。转向器按结构形式可分为多种类型。历史上曾出现过许多种形式的转向器，目前较常用的有齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、循环球曲柄指销式、蜗杆滚轮式等。其中第二、第四种分别是第一、第三种的变形形式，而蜗杆滚轮式则更少见。如果按照助力形式，又可以

10、分为机械式（无助力），和动力式（有助力）两种，其中动力转向器又可以分为气压动力式、液压动力式、电动助力式、电液助力式等种类。1、齿轮齿条式转向器它是一种最常见的转向器。其基本结构是一对相互啮合的小齿轮和齿条。转向轴带动小齿轮旋转时，齿条便做直线运动。有时，靠齿条来直接带动横拉杆，就可使转向轮转向。所以，这是一种最简单的转向器。它的优点是结构简单，成本低廉，转向灵敏，体积小，可以直接带动横拉杆。在汽车上得到广泛应用。2、蜗杆曲柄销式转向器它是以蜗杆为主动件，曲柄销为从动件的转向器。蜗杆具有梯形螺纹，手指状的锥形指销用轴承支承在曲柄上，曲柄与转向摇臂轴制成一体。转向时，通过转向盘转动蜗杆、嵌于蜗杆

11、螺旋槽中的锥形指销一边自转，一边绕转向摇臂轴做圆弧运动，从而带动曲柄和转向垂臂摆动，再通过转向传动机构使转向轮偏转。这种转向器通常用于转向力较大的载货汽车上。3、循环球式转向器循环球式：这种转向装置是由齿轮机构将来自转向盘的旋转力进行减速，使转向盘的旋转运动变为涡轮蜗杆的旋转运动，滚珠螺杆和螺母夹着钢球啮合，因而滚珠螺杆的旋转运动变为直线运动，螺母再与扇形齿轮啮合，直线运动再次变为旋转运动，使连杆臂摇动，连杆臂再使连动拉杆和横拉杆做直线运动，改变车轮的方向。 这是一种古典的机构，现代轿车已大多不再使用，但又被最新方式的助力转向装置所应用。它的原理相当于利用了螺母与螺栓在旋转过程中产生的相对移动

12、，而在螺纹与螺纹之间夹入了钢球以减小阻力，所有钢球在一个首尾相连的封闭的螺旋曲线内循环滚动，循环球式故而得名。4、齿轮齿条液压助力转向器齿轮齿条液压助力转向器，是相对于齿轮齿条机械转向器而言的，主要是增加了转向油泵、转向油壶、转向油管、转向阀、转向油缸等部件，以期达到改善驾驶员手感，增加转向助力的目的的转向装置。国内经过10多年来的发展，已经形成成熟的研发和制造技术的厂家有豫北光洋转向器有限公司等企业。1.3 汽车转向装置的发展趋势转向系是用来保持或者改变汽车行使方向的机构，转向系统应准确，快速、平稳地响应驾驶员的转向指令，转向行使后或受到外界扰动时，在驾驶员松开方向盘的状态下，应保证汽车自动

13、返回稳定的直线行使状态。汽车工业是国民经济的支柱产业，代表着一个国家的综合国力，汽车工业随着机械和电子技术的发展而不断前进。到今天，汽车已经不是单纯机械意义上的汽车了，它是机械、电子、材料等学科的综合产物。汽车转向系统也随着汽车工业的发展历经了长时间的演变。传统的汽车转向系统是机械式的转向系统，汽车的转向由驾驶员控制方向盘，通过转向器等一系列机械转向部件实现车轮的偏转，从而实现转向。 随着上世纪五十年代起，液压动力转向系统在汽车上的应用，标志着转向系统革命的开始。汽车转向动力的来源由以前的人力转变为人力加液压助力。液压助力系统HPS（Hydraulic Power Steering）是在机械式

14、转向系统的基础上增加了一个液压系统而成。该液压系统一般与发动机相连，当发动机启动的时候，一部分发动机能量提供汽车前进的动能，另外一部分则为液压系统提供动力。由于其工作可靠、技术成熟至今仍被广泛应用。这种助力转向系统主要的特点是液压力支持转向运动，减小驾驶者作用在方向盘上的力，改善了汽车转向的轻便性和汽车运行的稳定性。 近年来，随着电子技术在汽车中的广泛应用，转向系统中也愈来愈多地采用电子器件。转向系统因此进入了电子控制时代，相应的就出现了电液助力转向系统。电液助力转向可以分为两类 ：电动液压助力转向系统EHPS（Electro-Hydraulic Power Steering）和电控液压助力转

15、向ECHPS（Electronically Controlled Hydraulic Power Steering）。电动液压助力转向系统是在液压助力系统基础上发展起来的，与液压助力系统不同的是，电动液压助力系统中液压系统的动力来源不是发动机而是电机，由电机驱动液压系统，节省了发动机能量，减少了燃油消耗。电控液压助力转向也是在传统液压助力系统基础上发展而来，它们的区别是，电控液压助力转向系统增加了电子控制装置。电子控制装置可根据方向盘转向速率、车速等汽车运行参数，改变液压系统助力油压的大小，从而实现在不同车速下，助力特性的改变。而且电机驱动下的液压系统，在没有转向操作时，电机可以停止转动，从而降低能耗。虽然电液助力转向系统克服了液压助力转向的一些缺点。但是由于液压系统的存在，它一样存在液压油泄漏的问题，而且电液助力转向系统引入了驱动电机，使得系统更加复杂，成本增加，可靠性下降。 为了规避电液助力转向系统的缺点，电动助力转向系统EPS（Electric Power Steering）便应时而生。它与前述各种助力转向系统最大的区别在于，电动助力转向系统中已经没有液压系统了。原来由液压系统产生的转向助力由电动机来完成。电动助力式转向系统一般由转矩传感器、微处理器、电动机等组成。