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1、动力齿轮齿条转向器的设计摘要 随着经济的迅速增长，汽车工业得到了迅猛发展。作为汽车重要安全部件之一的转向系统也取得了跨越式发展。汽车转向器主要用于汽车驾驶过程中的转向操作，其性能的重要性不言而喻。本论文通过查阅国内外研究现状和现有机械转向器的类型特点，选用齿轮齿条作为汽车转向器的主体机构方案。首先在考虑转向器基本功能实现的前提下，以方向盘带动齿轮齿条转向轴，万向节带动转向齿轮轴，其后齿轮轴与齿条配合实现转向操作。通过计算校核设计的安全可靠性。最后，利用三维软件针对齿轮齿条转向机构进行三维建模，并验证该主体机构尺寸设计的合理性。关键词：齿轮齿条设计；转向系统；转向器Abstract With t
2、he 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 importanc
3、e 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 steer
4、ing 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
5、 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 gear1目录摘要IABSTRACTII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31.4 汽车转向器国内
6、外现状41.5 设计的主要内容6第2章 齿轮齿条转向器设计方案选择72.1转向系主要性能参数72.2 转向器总体方案设计82.2.1 转向器设计方案说明82.2.2 转向器输入输出形式82.2.3 转向器输出形式对比分析92.2.4 转向器齿轮齿条选择92.2.5 转向器齿条断面形状选择92.2.6 转向器的四种布置形式102.2.7 转向器最终方案确定112.2.8 本章小结11第3章 设计计算过程123.1 侧偏角的计算123.2 原地转向阻力矩的计算133.3 力传动比与角传动比对比分析133.3.1 两种传动比基础介绍133.3.2 角传动比与力传动比确定143.4 转向器齿轮齿条的设
7、计153.4.1 啮合传动的特点153.4.2 齿轮参数的选择163.4.3 接触疲劳许用应力163.4.4 齿轮的齿根弯曲强度设计173.4.5 齿轮主要参数选取计算183.4.6 齿条主要参数选取计算193.4.7 齿面接触疲劳强度校核203.4.8 本章总结20第4章 齿轮轴的设计214.1 传动受力分析214.2 最小轴径确定214.3 强度校核214.3.1 本章小结24第5章 间隙调整弹簧的设计255.1 弹簧材料255.2 计算弹簧丝直径255.3 弹簧圈数和自由高度的计算265.4 校核与内外径的确定265.5 工作时的数据275.5.1 本章小结27第6章 轴承选择与润滑方式
8、分析296.1 轴承的选用方案296.2 转向器润滑方式296.2.1 本章小结30结论31参考文献32致 谢33附录A 外文翻译341动力齿轮齿条转向器的设计第1章 绪论1.1 概述自改革开放几十年来，汽车工业得到了长足进步。而转向系统，这种汽车上的重要部件之一，也在我国市场上，得到了飞速发展。对于该部件的生产来说，目前已达到了专业化和现代工业化的规模。我们可以从有关数据获知，在发达国家中，和转向器有关的制造业，早就实现了大规模生产，而且产量可以达到年均数百万台。所以，在资本和技术等方面优势的加持下，这些厂商差点就占据全球所有的转向器市场，如今，其成功模式被世界各地其它厂商争相模仿。1.2
9、转向器的作用与分类通常情况下，转向器可以改变转向盘上的力矩，让它增大，然后让速度得以削减，接着再传递到转向系统中的传动部件上。在转向系统中，实现速度减弱的装置，叫做转向器。通常，由1到2级来缩小传动副的速度。转向器进行传动的效率很低，因为它的传动比比较大，该效率是输出与输入功率的比值。该效率因为传动方向的不同，被划分为两种情况：第一种，正效率。这种情况下，功率是从转向柱输入，然后，转向摇臂再把它输出到车轮上；第二种，逆效率。功率的输入和输出正好和正效率情况下的相反。而在进行转向器的设计时，要注意到的是，如果想要提升转向器的传动效率，那么就又很必要削减操纵转向盘所需要的力量。现在，各地市场上常见
10、的转向器，主要有蜗杆指销式、循环球式和齿轮齿条式转向器等。本文所研究的，就是齿轮齿条式转向器。在市场上，该转向器具有很多优点，比如，它的传动副只由两部分构成，分别是齿轮和齿条。所以它的构造简洁、置放容易、稳定性高，而且制造工艺不繁琐，生产速度快等。但它也有着许多显著不足，比如，转向传动的尺寸不是很大，而且，在实际使用中，齿条的不均匀磨损，会时常在其长度方向上发生。因此，一些无需进行高强度工作的微型汽车，经常在其转向系统中，使用该种形式的转向器。转向器结构主要形式可分为数种类型。过去的几十年曾出现过多种形式的不同类型转向器，近几年来，遍地使用的转向器，主要有下列几种形式，比如蜗杆滚轮式、循环球式
11、和齿轮齿条式等。除此之外，还有一种非常冷门的蜗杆滚轮式转向器。但要是按照转向助力的方式，那么转向器，又能被划分为以下两种类型，第一，机械式；第二，动力式。在这两种类型中，机械式动力转向器，又因为动力来源的不同，被划分为以下几种形式，比如电动助力式、气压动力式和液压动力式等等。1、齿轮齿条式转向器这是一种被广泛使用的转向器，在市场上随处可见。它的基础结构很简单，主要是齿条和一双互相啮合的齿轮。在转向轴的带动下，小齿轮开始旋转，而齿条就被带动起来，开始做直线运动。当然，还有一些与此不同的情况，比如横拉杆直接被齿条带动，从而使转向轮带动车轮，改变方向。这种转向器的结构最为简单，且成本低廉，但是转向的
12、灵敏度却一点也不低，体积还很小巧。从性价比上来说，这种转向器是最优选择，所以得到了相关市场的青睐。2、蜗杆曲柄销式转向器该转向器主要分为蜗杆和曲柄销两大部分组成。蜗杆的螺纹形状类似于为梯形；锥形销通过轴承，被支撑在曲柄上，而该曲柄和负责转向的摇臂，则是一个整体，没有任何接连结构。转向系统在接到驾驶员的指令后，先会通过转向盘，使蜗杆转动起来。接着。锥形销，就会在蜗杆螺旋槽内，持续地进行自转，同时还以摇臂的轴为中心，做着圆弧运动。通过这样的方式，让转向摆臂和曲柄，产生摆动，然后，转向轮再在转向传动部件的作用下，发生偏转。这种转向器产生的转向力非常大，所以经常被应用在卡车和大型货车的转向系统中。3、
13、循环球式转向器这种转向器的工作原理，如下所述：转向盘的所发出的旋转力，会被齿轮结构减少，接着该结构会把这个力进行传递，此时，螺夹着钢球的螺母和滚珠螺杆，就会相互咬合，从而将滚珠螺杆转变为直线往复的运动。然后齿轮便会再次跟螺母之间发生啮合，这样就会改变刚才滚珠螺杆的直线往复运动，让它旋转起来。而该旋转会摇动连杆臂，让它带着连动和横拉杆，进行直线往复运动，从而实现车轮方向的改变。这是一种非常经典的转向方案，但比较落后，不被市场所喜爱。它主要是利用了一种相对位移，该位移是螺栓和螺母在旋转的整个过程中，所形成的。出于削减直接接触带来的阻力，一定数量的钢球被放置在这个结构的螺纹中。于是，当转向系统开始转
14、向操作后，钢球就会在螺旋曲线内做着往复运动，当然，该曲线是封闭的。所以，这种转向器就被称为循环球式转向器。4、齿轮齿条液压助力转向器相较于齿轮齿条机械式的转向器来说，有一种叫做齿轮齿条液压助力式的转向器。这种液压助力式转向器，只不过在原乡机械式的基础上，增加了一些让驾驶员在转向操作中，会感到更加方便的部件，比如，转向阀、转向油缸、转向油壶等等，让驾驶员的转向操作更加省时省力。1.3 汽车转向装置的发展趋势在汽车的所有部件中，转向装置是非常重要的部件之一，它可以轻而易举地改变汽车的行进方向。所以，通常要求该装置的反应要十分灵敏，能准确感知驾驶员的下达的转向操作指示。而且，当转向动作发生后，哪怕驾
15、驶员没有再操作方向盘，该装置也要能够使汽车自行回位到之前的稳定驾驶中。汽车工业作为第二产业的中流砥柱，其代表着一个国家的制造业整体水平。汽车属于制造业的集成产品，结合了多种领域的优势特点，集复杂性与高科技于一身，远非我们原来所理解的机械工程车辆。传统设计的转向系统，主要采用的都是机械式助力，比如，通过人力转动方向盘，带动一系列的机械部件运动之后，转向器进行转向动作，从而改变汽车的驾驶方向。 液压式转向系统更为先进，便捷，得到了市场的一直认可，遂得以逐年扩展推广。液压式的转向系统成功把原先的人力助力，变更为液压辅助人力的方式，大大减少驾驶员转向时的发力。该助力系统，英文简称为HPS，是通过对机械式转向系统进行改进后，衍生出来的添加液压部件。这液压部件的动力源，来自汽车的发动机，性能非常稳定，性价比也很实惠。所以，自从面世以来，深受市场的追捧。这种助力转向系统区别是由液压力出力支持转向运动的实现，弱化驾驶者作用在方向盘上的力，进一步加强汽车转向系统稳定性和便捷性。 随着电子技术在汽车中进一步推广使用，大量的电子器件也被添加到转向系统中来，这也标志着转向系统电子化的全面到来，很快就有厂家推出了其新一代产品电液助力转向系统。目前市面上售卖的电液助力转向系统，主要
