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1、燕山大学专业综合训练说明书题目： 齿轮齿条转向器设计 学院（系）：车辆与能源学院 年级专业： 08 级交通二班 学 号： 080113010026 学生姓名： 王畅 联系方式：（微信号）2923382274指导教师： 马雷 燕山大学专业综合训练任务书院（系）：车辆与能源学院 基层教学单位：车辆与交通运输工程系学 号 080113010026 学生姓名 王畅 专业（班级） 08 级交通二班题 目 齿轮齿条转向器设计训 练 内 容 和 目 的学习齿轮齿条转向器结构和设计过程，负责计算载荷确定和齿轮齿条设计，并利用 catia 软件与其他同学共同完成转向器三维建模。完 成 任 务 量一张转向器三维图
2、，和少许零件三维图进 度 安 排12 周学习软件，确定系统参数。34 周进行建模分析，撰写报告。参考资料1 王望予.汽车设计.第四版.北京：机械工业出版社.20042 余志生.汽车理论.第 3 版.北京：机械工业出版社 20003 陈家瑞.汽车构造下册. 第 3 版.北京：机械工业出版社.2009.24 许立忠 周玉林.机械设计.第七版.北京：中国标准出版社 2009 5 韩晓娟. 机械设计课程设计指导手册.北京：中国标准出版社 20086 安子军. 机械原理.北京：国防工业出版社 2009.3指导教师签字 基层教学单位主任签字2011 年 11 月 29 日目录1.前言1.1 转向系的发展
3、11.2 国内转向器发展状况 21.3 设计的主要内容 52.转向系系统分析 52.1 转向系的设计要求 53.转向器设计与计算 83.1 转向系计算载荷的确定 83.1.1 原地转向阻力矩 83.1.2 转向盘手力 93.2 齿轮齿条设计 93.3 齿条的强度计算 113.3.1 齿条的受力分析 113.3.2 齿条杆部受拉压的强度计算 133.3.3 齿条齿部弯曲强度的计算 133.4 小齿轮的强度计算 143.4.1 齿面接触疲劳强度计算 14 3.4.2 齿轮齿根弯曲疲劳强度计算 174.转向器三维图 205.转向器部分零件图 216.参考文献 237.燕山大学专业综合训练评审意见表
4、24 燕山大学专业综合训练说明书 - 1 -前言1.1 转向系的发展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
5、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
6、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）和电控液压助力转向ECHPS（Electronically Controlled Hydraulic Power Steering）。电动液 燕山大学专业综合训练说明书 - 2 -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
7、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
8、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。基本工作原理是 ：当驾驶者转动方向盘带动转向轴转动时，安装在转动轴上的转矩传感器便将转矩信号转化为电信号并传送至微处理器，微处理器根据转矩信号并结合车速等其他车辆运行参数，按照事先在程序中设定的处理方法得出助力电动机助力的方向和助力的大小。自1988 年日本铃木公司首次在其 Cervo 车上装备该助力转向系统至今，电动助力转向系统己经得到人们的广泛认可。此后，电动助力转向技术得到迅速发展，其应用范围已经从微型轿车向大型轿车和客车方向
9、发展。1.2 汽车转向器国内外现状转向器是转向系主要构成的关键零件，随着电子技术在汽车中的广泛 燕山大学专业综合训练说明书 - 3 -应用，转向装置的结构也有很大变化。从目前使用的普遍程度来看，主要的转向器类型有 4 种：有蜗杆销式(WP 型)、蜗杆滚轮式(WR 型)、循环球式(BS 型)、齿条齿轮式(RP 型)。这四种转向器型式，已经被广泛使用在汽车上。据了解，在世界范围内，汽车循环球式转向器占 45左右，齿条齿轮式转向器占 40左右，蜗杆滚轮式转向器占 10左右，其它型式的转向器占 5。循环球式转向器一直在稳步发展。在西欧小客车中，齿条齿轮式转向器有很大的发展。日本汽车转向器的特点是循环球
10、式转向器占的比重越来越大，日本装备不同类型发动机的各类型汽车，采用不同类型转向器，在公共汽车中使用的循环球式转向器，已由 60 年代的 625，发展到现今的 100了(蜗杆滚轮式转向器在公共汽车上已经被淘汰)。大、小型货车大都采用循环球式转向器，但齿条齿轮式转向器也有所发展。微型货车用循环球式转向器占 65，齿条齿轮式占 35。我国的转向器生产，除早期投产的解放牌汽车用蜗杆滚轮式转向器，东风汽车用蜗杆肖式转向器之外，其它大部分车型都采用循环球式结构，并都具有一定的生产经验。目前解放、东风也都在积极发展循环球式转向器，并已在第二代换型车上普遍采用了循环球式转向器。由此看出，我国的转向器也在向大量
11、生产循环球式转向器发展 在国外，循环球式转向器实现了专业化生产，同时以专业厂为主、大力进行试验和研究，大大提高了产品的产量和质量。在日本“精工”(NSK)公司的循环球式转向器就以成本低、质量好、产量大，逐步占领日本市场，并向全世界销售它的产品。德国 ZF 公司也作为一个大型转向器专业厂著称于世。它从 1948 年开始生产 ZF 型转向器，年产各种转向器 200 多万台。还有一些比较大的转向器生产厂，如美国德尔福公司 SAGINAW 分部；英国 BURM#0；AN 公司都是比较有名的专业厂家，都有很大的产量和销售 燕山大学专业综合训练说明书 - 4 -面。专业化生产已成为一种趋势，只有走这条道路，才能使产品质量高、产量大、成本低，在市场上有竞争力。 齿轮齿条式转向器和循环球式转向器，已成为当今世界汽车上主要的两种转向器；而蜗轮蜗杆式转向器和蜗杆肖式转向器，正在逐步被淘汰或保留较小的地位。在小客车上发展转向器的观点各异，美国和日本重点发展循环球式转向器，比率都已达到或超过 90；西欧则重点发展齿轮齿条式转向器，比率超过 50，法国已高达 95。由于齿轮齿条式转向器的种种优点，在小型车上的应用(包括小客车、小型货车或客货两用车)得到突飞猛进的发展；而大型车辆则以循环球式转向器为主要结构。 循环球式转向器的优点：效率高，操纵
