液壓助力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

液壓助力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū),液壓,助力,齒輪,齒條,轉(zhuǎn)向器,設(shè)計(jì),說(shuō)明書(shū) 液壓助力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 摘 要 轉(zhuǎn)向器是汽車(chē)在行駛過(guò)程中的運(yùn)用較多的一個(gè)部分，雖然在行駛中看不見(jiàn)。駕駛員是通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)通過(guò)轉(zhuǎn)向器作為媒介，使輪胎發(fā)生偏移從而達(dá)到轉(zhuǎn)向大的作用，所以說(shuō)轉(zhuǎn)向器在汽車(chē)中有著不可替代的作用，轉(zhuǎn)向器的效率更是對(duì)在行駛過(guò)程中起著重要的影響。為此，收集特定模型的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，對(duì)此加以理解分析，然后從各種角度分析多種轉(zhuǎn)向器的助力方法和優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)，最終選擇了采用液壓助力齒輪條轉(zhuǎn)向器為本次設(shè)計(jì)的主要方案。采用液壓方式使轉(zhuǎn)向盤(pán)在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不那么費(fèi)力，大多是導(dǎo)向的作用，液體推動(dòng)活塞才是大部分的動(dòng)力來(lái)源，而且對(duì)其校核并修正參數(shù)，同時(shí)用壓塊來(lái)對(duì)間隙彈簧進(jìn)行控制，從而達(dá)到讓齒條和齒輪的工作壽命由一定保證。這就是液壓助力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的魅力。 關(guān)鍵詞：液壓助力；轉(zhuǎn)向器；齒條；齒輪 Abstract The steering gear is a part of the car that is used more in the course of driving, although it is not visible during travel. The driver is by turning the steering wheel through the steering gear as a medium, so that the tire offset to achieve a large steering effect, so the steering instrument in the car has an irreplaceable role, the efficiency of the steering is an important influence in the course of driving. To this end, the motion parameters of a particular model are collected, this is understood and analyzed, and then from various angles to analyze the power methods and advantages and disadvantages of various steering gear, and finally chose the use of hydraulic power gear gear bar steering as the main design. The use of hydraulic means to make the steering wheel in rotation is not less laborious, mostly the role of guidance, liquid push piston is the majority of the power source, and its calibration and correction of parameters, while using pressure blocks to control the gap spring, so as to achieve the operating life of the rack and gear by a certain guarantee. This is the charm of the hydraulically assisted gear rack steering. Key Words：Hydraulic Power ；Rack Steering； Rack； Gear 目錄 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 III Abstract IV 目錄 V 1.緒 論 1 1.1課題背景 1 1.1.1前言 1 1.1.2 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的介紹 1 1.2 轉(zhuǎn)向器的發(fā)展概況 2 1.2.1 國(guó)外的發(fā)展概況 2 1.2.2 國(guó)內(nèi)的發(fā)展概況 2 2.轉(zhuǎn)向器方案的選擇 2 2.1 所選車(chē)輛的基本參數(shù) 2 2.2 轉(zhuǎn)向器的選擇 2 2.2.1分類 2 2.2.2 轉(zhuǎn)向器類型選擇結(jié)果 4 2.3 轉(zhuǎn)向器方案的選擇與研究 4 2.3.1 轉(zhuǎn)向梯形的結(jié)構(gòu) 4 2.3.2布置方案 4 2.4電機(jī)助力式和液壓動(dòng)力式的選擇 5 3.轉(zhuǎn)向器的運(yùn)算 6 3.1 轉(zhuǎn)向器中效率的確定 6 3.2 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比的確定 6 3.3 前輪兩主銷(xiāo)中心距的計(jì)算 8 3.4前輪倆車(chē)輪的角的計(jì)算 8 4 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 9 4.1 材料的選擇 9 4.2 計(jì)算齒輪參數(shù) 9 4.2.1 齒輪模數(shù)的計(jì)算 9 4.2.2 齒輪尺寸計(jì)算 10 4.3 計(jì)算齒條參數(shù) 10 4.4 齒輪軸的尺寸設(shè)計(jì)與計(jì)算 11 4.4.1 傳動(dòng)受力分析 11 4.4.2齒輪軸參數(shù)設(shè)計(jì) 11 4.5 尺寸參數(shù)歸納 12 4.5.1 齒輪軸參數(shù)歸納 12 4.5.2 齒條參數(shù)歸納 13 4.6 校核 13 4.6.1 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 13 4.6.2 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 14 4.6.3 齒輪軸的校核 14 5 液壓缸的設(shè)計(jì) 16 5.1 液壓缸材料的選擇 16 5.2 液壓缸的校核 16 5.2.1活塞桿的強(qiáng)度 16 5.2.2 缸筒壁厚的 17 6 其他零件的設(shè)計(jì) 17 6.1 軸承 17 6.1.1 軸承的選擇 17 6.1.2 軸承的校核 18 6.2 間隙調(diào)整彈簧 19 6.2.1 彈簧的材料選擇 19 6.2.2 彈簧參數(shù)的計(jì)算 19 6.2.3 彈簧校核 20 結(jié) 論 21 致 謝 22 參考文獻(xiàn) 23 IV 1.緒 論 1.1課題背景 1.1.1前言 18世紀(jì)中期，工業(yè)革命逐漸開(kāi)始并且廣泛傳播。汽車(chē)也發(fā)展起來(lái)。中國(guó)身為全球最大的發(fā)展中國(guó)家，少不了因汽車(chē)工業(yè)帶來(lái)的繁榮昌盛。在這種大環(huán)境下，汽車(chē)各方面的技術(shù)也在極速發(fā)展。人民對(duì)物品的要求在提高，因此對(duì)汽車(chē)的要求也偏向簡(jiǎn)易舒適。但是， 大約50年前，因?yàn)閼?zhàn)爭(zhēng)導(dǎo)致的石油危機(jī)，太高的油耗反而成為汽車(chē)制造商的命門(mén)，從之前的價(jià)格戰(zhàn)，到如今大家都是看汽車(chē)的油耗，每每問(wèn)道汽車(chē)配置時(shí)大家總離不開(kāi)這個(gè)話題，制造商也把怎么降低油耗作為科學(xué)研究的重點(diǎn)，毫無(wú)疑問(wèn)，降輕車(chē)體本身的重量是條捷徑，但時(shí)這并不是說(shuō)降低了本身重量，汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)就可以偷懶退而求其次，反而更輕的重量對(duì)汽車(chē)配置要求更高，現(xiàn)在一半以上的車(chē)輛重量其實(shí)都是在車(chē)輛的前半身，但前輪往往時(shí)導(dǎo)向輪，也就是轉(zhuǎn)向輪，所以研發(fā)者們需要著重解決的重點(diǎn)問(wèn)題之一就是研究設(shè)計(jì)一個(gè)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)為一體的汽車(chē)輔助助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 1.1.2 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的介紹 現(xiàn)在的車(chē)輛大部分是前置后驅(qū)，就是說(shuō)車(chē)的前半身是用來(lái)布置，前車(chē)輪用來(lái)導(dǎo)向，后輪用來(lái)驅(qū)動(dòng)車(chē)子向前移動(dòng)。在轉(zhuǎn)向的傳動(dòng)比一定的狀態(tài)下，當(dāng)汽車(chē)需要轉(zhuǎn)彎時(shí)，駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)，不可能直接轉(zhuǎn)動(dòng)前面兩個(gè)車(chē)輪進(jìn)行導(dǎo)向，總會(huì)有動(dòng)力裝置進(jìn)行輔助，轉(zhuǎn)向器其實(shí)就是這么一個(gè)裝置，在你想做出轉(zhuǎn)彎操作時(shí)，他會(huì)從方向盤(pán)下方接到通知開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，幫助你完成轉(zhuǎn)向，比如一開(kāi)始的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，一開(kāi)始就是為了提高轉(zhuǎn)向器效率才發(fā)明的，畢竟車(chē)子能準(zhǔn)確快速的讀懂駕駛員的想法，并迅速完成駕駛所需要的操作，才是重點(diǎn)，畢竟一秒轉(zhuǎn)彎和3秒有著不可逾越的鴻溝，往往幾毫秒就會(huì)威脅到駕駛員的生命。 1930 年汽車(chē)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安裝開(kāi)始被研究。它主要用于在重型大型的車(chē)輛上面 。 到20世紀(jì)50年代初，汽車(chē)顯然正朝著大規(guī)模和高速發(fā)展的方向發(fā)展，尤其是在美國(guó)。此外，為了提高在行駛中的舒適性，輪胎的氣壓也同時(shí)降低了。汽車(chē)的大度意味著其前橋的負(fù)載增加，和輪胎壓力的降低，因此增加了前輪的轉(zhuǎn)向阻力。這種設(shè)計(jì)的變化意味著動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)于降低轉(zhuǎn)向力或至少恢復(fù)到以前的水平至關(guān)重要。 1.2 轉(zhuǎn)向器的發(fā)展概況 1.2.1 國(guó)外的發(fā)展概況 外國(guó)生產(chǎn)的車(chē)輛使用的轉(zhuǎn)向器有兩種主流。當(dāng)中的齒條齒輪轉(zhuǎn)向器發(fā)展的趨勢(shì)可以說(shuō)是大勢(shì)所趨。在西方歐洲各國(guó)的小轎車(chē)?yán)?，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器非常的受歡迎。他們著重往這種轉(zhuǎn)向器發(fā)展，市場(chǎng)的占有率超過(guò)五成，其中法國(guó)占有率更是達(dá)到九成以上。微型貨車(chē)用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占6.5成，齒條齒輪式占3.5成。由此可知外國(guó)的齒條齒輪轉(zhuǎn)向器是想走向?qū)I(yè)化生產(chǎn)，以此為基礎(chǔ)、著力科研，顯著提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量[12]。 1.2.2 國(guó)內(nèi)的發(fā)展概況 關(guān)于國(guó)內(nèi)汽車(chē)制造業(yè)里轉(zhuǎn)向器的研究發(fā)展，我國(guó)一開(kāi)始制造的汽車(chē)用的是比較落后不怎么實(shí)用的蝸桿或者蝸桿滾輪式的轉(zhuǎn)向器。后來(lái)隨著我國(guó)汽車(chē)行業(yè)的逐步進(jìn)步，開(kāi)始使用了當(dāng)今世界主流的循環(huán)球式結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器，而且已經(jīng)在此領(lǐng)域有了一定的實(shí)力。然而目前五菱寶駿在著力研究循齒條齒輪的轉(zhuǎn)向器，而且在某車(chē)型上普及使用。照這樣看來(lái)中國(guó)在齒條齒輪轉(zhuǎn)向器發(fā)展上面有著一定的前景[1]。 2.轉(zhuǎn)向器方案的選擇 2.1 所選車(chē)輛的基本參數(shù) 本次使用的某車(chē)輛的基本參數(shù)如下表格； 2.1基本參數(shù) 2.2 轉(zhuǎn)向器的選擇 2.2.1分類 （1）齒輪齒條轉(zhuǎn)向器 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器由轉(zhuǎn)向拉橫桿、防塵套、球頭座、轉(zhuǎn)向齒條、轉(zhuǎn)向器殼體的組成，當(dāng)方向盤(pán)傳出信號(hào)，轉(zhuǎn)向齒條開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，引起轉(zhuǎn)向橫拉桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)檐?chē)的拉桿為平行四邊形結(jié)構(gòu)，所以可以完成車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖2.1。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)包括:①結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)易;②成本較低;③效率比較高,轉(zhuǎn)向時(shí)相對(duì)輕便④能避免齒輪和機(jī)架之間的松動(dòng);⑤占用空間小(這是所有前置前輪驅(qū)動(dòng)型轎車(chē)都采用這種轉(zhuǎn)向器的原因)。 （2）循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 因?yàn)樗鼘儆谡w式轉(zhuǎn)向器(輸出元件是轉(zhuǎn)向搖臂軸的轉(zhuǎn)向器)，其中缺點(diǎn)主要是其很難在前置.前輪驅(qū)動(dòng)型式的轎車(chē)上采用，因?yàn)闆](méi)有布置轉(zhuǎn)向連桿系統(tǒng)的空間。經(jīng)濟(jì)性還是齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。 2.2.2 轉(zhuǎn)向器類型選擇結(jié)果 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器相對(duì)來(lái)說(shuō)占用空間小，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，并且這次因?yàn)槭褂名湼ミd懸架。齒輪齒條轉(zhuǎn)向器用起來(lái)更貼合，能完成工作要求，而循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器太整體，導(dǎo)向車(chē)輪都是安在前面，沒(méi)有空間安裝這種類型的轉(zhuǎn)向器。所以還是選擇齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。 2.3 轉(zhuǎn)向器方案的選擇與研究 2.3.1 轉(zhuǎn)向梯形的結(jié)構(gòu) 如圖所示，第一張圖為整體式梯形結(jié)構(gòu)，第二張圖為斷開(kāi)式梯形結(jié)構(gòu)一般的轉(zhuǎn)向梯形根據(jù)分析應(yīng)該選擇第一張圖的整體式梯形結(jié)構(gòu)6]。 圖2.3 兩種轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu) 理由也很簡(jiǎn)單，整體式梯形結(jié)構(gòu)完成起來(lái)更加的簡(jiǎn)單，并且因?yàn)樾枰牟牧仙?，所以方便很好調(diào)整而且生產(chǎn)所需的成本比較低。 2.3.2布置方案 因?yàn)辇X輪齒條轉(zhuǎn)向器的安置方式布局多種多樣，如下圖2.5 a，b，c，d四類安置的方式[10] 圖2.4 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四類安置方式 2.4電機(jī)助力式和液壓動(dòng)力式的選擇 這種車(chē)型的動(dòng)力系統(tǒng)大約有兩種一種是電機(jī)助力式，另一個(gè)就是液壓動(dòng)力式，液壓動(dòng)力式的需求空間較小，因?yàn)檐?chē)體空間有限，所以說(shuō)其實(shí)很多數(shù)人都會(huì)選擇液壓動(dòng)力式，主要還是液壓動(dòng)力式比較實(shí)惠。 電動(dòng)助力系統(tǒng)因?yàn)槟壳鞍l(fā)展水平不夠，所以選擇液壓助力式。 3.轉(zhuǎn)向器的運(yùn)算 3.1 轉(zhuǎn)向器中效率的確定 轉(zhuǎn)向器的效率η分為正效率η+與逆效率η?，η+與η?的計(jì)算公式如下： η+=（P1?P2)/P1 (式3.1) η?=(P3?P2)/P3 (式3.2) 其中：P1為軸上輸入的功率 P2為摩擦功率 P3為軸上的功率 轉(zhuǎn)向器的工作效率對(duì)車(chē)輛在行駛中的感覺(jué)有很大得影響，轉(zhuǎn)向器效率高汽車(chē)在轉(zhuǎn)向過(guò)程中就不需要很大的力去來(lái)完成轉(zhuǎn)向，緊緊需要輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)就可以完成車(chē)輛的轉(zhuǎn)向和回正，如果轉(zhuǎn)向器效率不高，在車(chē)輛行駛時(shí)也會(huì)有危險(xiǎn)的發(fā)生，所以說(shuō)轉(zhuǎn)向器的效率很重要，當(dāng)然，轉(zhuǎn)向器的要求遠(yuǎn)不止此，他的零件工藝程度，零件的校核是否準(zhǔn)確，都是影響轉(zhuǎn)向器效率的因素，所以轉(zhuǎn)向器效率的計(jì)算格外重要。 在設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪齒條轉(zhuǎn)向器時(shí)，只需要計(jì)算η+，通常情況下齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的η+可以達(dá)到70%～90%[3]。 經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析考量我取中間值，他的轉(zhuǎn)向器正效率取80%。 3.2 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比的確定 轉(zhuǎn)向角驅(qū)動(dòng)比i_和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比i_p是轉(zhuǎn)向列車(chē)傳動(dòng)比的兩種形式。力比i_p公式（如公式3.3）的計(jì)算公式ip=2FwF? (式3.3) 其中:Fw在公式中代表的是轉(zhuǎn)向輪合力； F?在公式中代表的是轉(zhuǎn)向盤(pán)上的手力。 角傳動(dòng)比iω0的計(jì)算公式如式3.4 iω0=iωiω' (式3.4) 圖3.1 汽車(chē)轉(zhuǎn)向兩側(cè)轉(zhuǎn)向輪理想偏轉(zhuǎn)角簡(jiǎn)圖 （1）計(jì)算角α sinα=LR (式3.6) 經(jīng)計(jì)算考量，軸距的取值為兩千六百四十毫米，行駛時(shí)的汽車(chē)需要轉(zhuǎn)彎時(shí)方向盤(pán)需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為29.57° 。 （2）圖中需要的角β tanβ=LR×cosα?B (式3.7) 其中汽車(chē)所需要的車(chē)輪前面兩個(gè)之間的間距為一千四百七十七毫米，經(jīng)過(guò)上述公式可以得出β所需要的取值為39.73. （3）圖中所需要的角的傳動(dòng)比為iω iω=ωwωk (式3.8) ωK=α+β (式3.9) 其中：ωk為轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角速度。 iω=19。 對(duì)用于載人的車(chē)來(lái)說(shuō)，最好轉(zhuǎn)向器iω在17～25當(dāng)中取值。綜上所述，傳動(dòng)比為iω=20。 3.3 前輪兩主銷(xiāo)中心距的計(jì)算 對(duì)于汽車(chē)，主銷(xiāo)偏移量為 0.4 到 0.6 B_T輪胎胎面的寬度。即 a=(0.4～0.6)BT (式3.10) BT=195mm，代入式 a取值為95mm 主銷(xiāo)的中心距取值為1287mm。 3.4前輪倆車(chē)輪的角的計(jì)算 我們?cè)谄綍r(shí)行駛車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，車(chē)輪會(huì)繞車(chē)內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，該點(diǎn)不在汽車(chē)后橋的延長(zhǎng)線上，因?yàn)閺椥暂喬テD(zhuǎn)角度難以精確確定。大部分時(shí)候，當(dāng)我們研究轉(zhuǎn)向時(shí)，其實(shí)輪胎是具有彈力的，他其實(shí)對(duì)轉(zhuǎn)向也有點(diǎn)影響，我認(rèn)為該點(diǎn)O位于后橋延長(zhǎng)線上，如圖3.2所示。 圖3.2轉(zhuǎn)角關(guān)系簡(jiǎn)圖 由此圖車(chē)輪才能夠準(zhǔn)確行駛 cotθo?cotθi=KL (式3.12) 其中：θo在公式中代表的是外轉(zhuǎn)向車(chē)輪轉(zhuǎn)角； θi在公式中代表的是內(nèi)轉(zhuǎn)向車(chē)輪轉(zhuǎn)角； K在公式中代表的是主銷(xiāo)中心距； L在公式中代表的是軸距。 設(shè)θomax為外轉(zhuǎn)向車(chē)輪最大轉(zhuǎn)角，則有 θomax=arcsinLDmin2?a (式3.13) 帶入3.13計(jì)算得 θomax=arcsin26405350?95=arcsin0.5=30° 將θomax=30°，主銷(xiāo)中心距K=1287mm代入式3.12得 θimax=arccotcotθomax?KL=arccotcot30°?12872640=34.68° 4 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 4.1 材料的選擇 材料選擇如表4.1 表4.1 材料選擇與一些性能參數(shù) 4.2 計(jì)算齒輪參數(shù) 其實(shí)齒輪齒條裝置就是由方向盤(pán)連接一個(gè)斜桿，所以說(shuō)很多時(shí)候齒輪齒條結(jié)構(gòu)都是選擇斜齒式來(lái)進(jìn)行互相嚙合運(yùn)動(dòng)，我也是選擇了斜齒圓柱輪。在 2 到 3mm 之間?；顒?dòng)小齒的數(shù)量一般在 5齒 到 7 齒的范圍，壓力角大多數(shù)為 20 度，齒輪螺旋角一般在 9 到 15 度范圍內(nèi)活動(dòng)。 基本參數(shù)（部分） 4.2.1 齒輪模數(shù)的計(jì)算 根據(jù)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度條件，可以大致知道齒輪所需模數(shù)，所以說(shuō)他所需要的要求為 mn≥32KT1Φdz12?YFaYSa[σF]cos2β (式4.1) 其中：K在公式中代表的是載荷系數(shù)； T1在公式中代表的是小齒輪轉(zhuǎn)矩； YFa在公式中代表的是齒形系數(shù)； YSa在公式中代表的是應(yīng)力修正系數(shù)； [σF] 在公式中代表的是彎曲許用應(yīng)力。 齒輪系數(shù)K的取值為1.3。 2) 圖中T1的計(jì)算 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這個(gè)小齒輪所需要的轉(zhuǎn)矩就是在行駛過(guò)程中開(kāi)車(chē)的司機(jī)的手掌所施加在方向盤(pán)上的力與選的梯形結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度的成績(jī)就是小齒輪上的轉(zhuǎn)矩 T1=F??l1=121.96×165=20123.4N?mm 3)彎曲許用應(yīng)力[σF]的計(jì)算 安全系數(shù)SF=1.25,σFlim1=450MPa， σF=0.7σFlim1SF=0.7×4501.25=252MPa 綜上所述 mn≥32KT1Φdz12?YFaYSaσFcos2β=32×1.3×20123.41.2×62×3.8×1.4252×cos214°=2.89mm 得到值m1=3mm 4.2.2 齒輪尺寸計(jì)算 1） 小齒輪齒寬b1的計(jì)算 齒寬系數(shù)Φd=1.2，分度圓直徑d1=18.56mm，小齒輪齒寬為 b1=Φdd1+10=1.2×18.56+10=32.28mm 4.3 計(jì)算齒條參數(shù) 齒條與主動(dòng)小齒輪嚙合，對(duì)于齒條上的齒，其齒寬系數(shù)與螺旋角應(yīng)與主動(dòng)小齒輪相等，因此齒條齒寬系數(shù)Φd=1.2，螺旋角β=14°。 齒條首尾閉合相接，就可以看成是一個(gè)齒輪與主動(dòng)小齒輪嚙合。故有 z2z1=Sπd1 (式4.2) 其中：z2在公式中代表的是齒條齒數(shù) z1在公式中代表的是主動(dòng)小齒輪齒數(shù) S在公式中代表的是齒條左右位移行程 d1在公式中代表的是主動(dòng)小齒輪分度圓直徑 由前文計(jì)算得知，z1=6，S=170，d1=18.56mm，代入式4.2計(jì)算，得 z2=Sz1πd1=170×63.14×18.56=17.5 取z2=18 齒條齒寬b2=Φdd1=1.2×18.56=22.28mm 4.4 齒輪軸的尺寸設(shè)計(jì)與計(jì)算 4.4.1 傳動(dòng)受力分析 忽略齒面間的摩擦力，法向力Fn可分解為徑向力Fr與一個(gè)由圓周力Ft和軸向力Fa的合力F。即 Fr=Fttanαcosβ (式4.3) Fa=Fttanα (式4.4) Ft=2T1d1 (式4.5) 由表4.2得壓力角α=20°，螺旋角β=14°，小齒輪轉(zhuǎn)矩T1=20123.4N?mm，小齒輪分度圓直徑d1=18.56mm，代入式4.3、4.4.、4.5計(jì)算得 Ft=2×20123.418.56=2168.47N Fr=2168.47×tan20°cos14°=813.42N Fa=2168.47×tan20°=789.26N 4.4.2齒輪軸參數(shù)設(shè)計(jì) 軸的最小直徑計(jì)算 d≥35T1[τT] (式4.6) 其中：T1在公式中代表的是小齒輪轉(zhuǎn)矩； [τT] 在公式中代表的是許用扭切應(yīng)力。 查表知τT=65MPa，又T1=20123.4N?mm，代入式4.6計(jì)算得 d≥35×20123.465=9.57mm 齒輪軸基本尺寸如圖4.1 圖4.1 齒輪軸的基本尺寸 4.5 尺寸參數(shù)歸納 4.5.1 齒輪軸參數(shù)歸納 表4.3 齒輪軸基本參數(shù) 4.5.2 齒條參數(shù)歸納 表4.4 齒條基本參數(shù) 4.6 校核 4.6.1 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 疲勞許用應(yīng)力計(jì)算公式為 σH=σHlim1SH (式4.7) 由表4.1知σHlim1=1500MPa。對(duì)于普通工業(yè)齒輪的傳動(dòng)，可以選用一般可靠度。即SH=1，SF=1.25。代入式4.7計(jì)算得 σH=15001=1500MPa 接觸疲勞強(qiáng)度校核公式為 σH=ZEZHZεZβ2KT1b1d12?u+1u≤[σH] (式4.8) 式中各參數(shù)意義及取值通過(guò)查表及計(jì)算，得到的結(jié)果表4.5 表4.5 參數(shù)表 代入式4.8計(jì)算得 σH=180×2.45×0.91×0.99×2×1.3×20123.432.28×18.562×2=1218MPa<[σH] 所以合理。 4.6.2 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 由前面計(jì)算可知彎曲許用應(yīng)力σF=252MPa，而齒形系數(shù)YFa=3.8，應(yīng)力修正系數(shù)應(yīng)為YSa=1.4。校核公式為 σF=2KT1b2d1m?YFaYSa≤[σF] (式4.9) 由K=1.3， T1=20123.4N?mm， b2=22.28mm， d1=18.56mm， m=3，代入式4.9計(jì)算得 σF=2×1.3×20123.422.28×18.56×3×3.8×1.4=224.38MPa 可見(jiàn)σF<[σF]，合理。 4.6.3 齒輪軸的校核 彎矩圖 由4.4.1節(jié)知，齒輪軸圓周力Ft=2168.74N，徑向力Fr=813.42N，軸向力Fa=789.26N。l=6.5+2+32.28+2+4.5=47.3mm,齒輪分度圓直徑d1=18.56mm。 計(jì)算垂直支承反力 F1v=Fr?l2?Fa?d12l=813.42×47.32?789.26×18.56247.3=245.48N F2v=Fr?F1v=813.42?245.48=567.94N 計(jì)算水平支承反力 F1H=F2H=Ft2=2168.742=1084.37N 計(jì)算縱垂直面彎矩（4.2a） MaV'=F1v?l2=245.48×47.32=5560.13N?mm MaV=F2v?l2=567.94×47.32=12863.85N?mm 計(jì)算水平彎矩（4.2b） MaH=F1H?l2=1084.37×47.32=24560.98N?mm 合成彎矩 Ma=MaV2+MaH2=12863.852+24560.952=27725.78N?mm Ma'=(maV')2+MaH2=5560.132+24560.982=25182.47N?mm 轉(zhuǎn)矩圖（4.2c） T=20123.4N?mm 由此可得b可能為危險(xiǎn)截面。 強(qiáng)度校核 查表得σb=95MPa，α=0.3。按校核公式校核結(jié)果為 σe=Ma2+(αT)20.1d13=27725.782+（0.3×20123.4）20.1×18.563=42.38MPa<[σb] 故彎扭合成強(qiáng)度合理。  5 液壓缸的設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的液壓缸的布置形式如圖5.1 圖5.1 液壓助力式齒輪齒條轉(zhuǎn)向器 5.1 液壓缸材料的選擇 殼體材料有球墨鑄鐵和鑄造鋁合金兩種。材料性能如下表。 表5.1 材料力學(xué)性能 殼體材料選擇ZL105。 5.2 液壓缸的校核 5.2.1活塞桿的強(qiáng)度 活塞桿是實(shí)心桿，按以下公式校核 d≥4Fπ[σ] (式5.7) 其中：d在公式中代表的是活塞桿直徑； F在公式中代表的是理論推力； [σ]在公式中代表的是活塞桿許用應(yīng)力。 活塞桿許用應(yīng)力由式5.8計(jì)算所得 σ=σbn (式5.8) 其中：σb在公式中代表的是材料抗拉強(qiáng)度； n在公式中代表的是安全系數(shù)。 查表知σb=600MPa，n=5.代入式5.8得σ=120MPa。 將F=1853.85N，σ=120MPa代入式5.10計(jì)算得 d=16>4×1853.853.14×120=4.44mm 故活塞桿直徑滿足強(qiáng)度。 5.2.2 缸筒壁厚的 缸筒壁厚按以下公式校核 t≥D2[σ+0.4pyσ?1.3py?1] (式5.9) 其中：t在公式中代表的是缸筒壁厚； D在公式中代表的是缸筒內(nèi)徑； py在公式中代表的是缸筒試驗(yàn)壓力； [σ] 在公式中代表的是缸筒材料許用應(yīng)力。 缸筒材料許用應(yīng)力計(jì)算公式為 σ=σbn (式5.10) 其中：σb在公式中代表的是材料抗拉強(qiáng)度； n在公式中代表的是安全系數(shù)。 由表5.1知σb=240MPa。安全系數(shù)n=5。代入式5.10計(jì)算得σ=40MPa。 由t=10mm，D=25mm，σ=40MPa，py=1.5p=12MPa代入式5.9計(jì)算得 t=10>252×40+0.4×1240?1.3×12?1=4.44 所以缸筒壁厚滿足強(qiáng)度。 6 其他零件的設(shè)計(jì) 6.1 軸承 6.1.1 軸承的選擇 齒輪軸的尺寸是已知的，現(xiàn)在需要選用兩個(gè)軸承，滾針軸承選擇為NA4901 表6.1 滾針軸承（摘自GB/T 5081-1994） 深溝球軸承為6002, 表6.2 深溝球軸承 6.1.2 軸承的校核 軸承校核的目的是為了看他的正常工作年限，我們期望達(dá)到的年限是兩萬(wàn)五千個(gè)小時(shí)。軸承的工作壽命L? L?=10660n(ftCfpP)ε (式6.1) n為軸承工作時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度速； ft為軸承的是溫度系數(shù)； fp在公式中代表的是載荷系數(shù)； C在公式中代表的是基本額定動(dòng)載荷； 滾針軸承來(lái)說(shuō)的話是當(dāng)量動(dòng)載荷P=Fr即 P1=813.42N 而對(duì)于深溝球軸承來(lái)說(shuō)，我們要先要確定e的值，即 FaC0r=789.265020=0.157 查表得e=0.30，又FaFr=789.26814.42=0.97>e，所以X=0.56，Y=1.45。則深溝球軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P2為 P2=XFr+YFa=0.56×813.42+1.45×789.26=1599.95N 查表知ft=1，fp=1.2，球軸承ε=3，滾子軸承ε=103，C1=9.6kN，C2=5.58kN。又n=15r/min，P1=813.42N，P2=1599.95N。代入式6.1計(jì)算得 L?1=10660×15(1×96001.2×813.42)103=0.516×106? L?2=10660×15(1×55801.2×1599.95)3=0.291×106? 深溝球軸承和滾針軸承能工作的時(shí)間都遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超出了要求工作的壽命，所以說(shuō)深溝球軸承和滾針軸承都合格。 6.2 間隙調(diào)整彈簧 我還需要設(shè)計(jì)一個(gè)彈簧，需要的類型是圓柱螺旋，用壓塊壓住，在需要工作時(shí)使他們嚙合，不需要她工作時(shí)，彈開(kāi)齒輪和齒條之間的間隙，使得他們的工作壽命有一定提高，減少他們一直之間的磨損。 6.2.1 彈簧的材料選擇 其實(shí)總體來(lái)看，齒輪的齒條給的力并沒(méi)有想象中的那么大，所以說(shuō)在選擇彈簧時(shí)并不需要太高的質(zhì)量，只需要工作要求能達(dá)到就行，考量過(guò)齒輪軸他的受力的話，好點(diǎn)的碳素彈簧鋼完全能滿足要求，所選的彈簧抗拉所需要的抗拉極限為C級(jí)也足夠了。 6.2.2 彈簧參數(shù)的計(jì)算 1） 彈簧所需要的旋繞比c在數(shù)值4到數(shù)值16之間，我們的需要不高。大概取4就完全可以完成工作需求。 2)曲度系數(shù)K K=4C?14C?4+0.615C=4×4?14×4?4+0.6154=1.40 3)鋼絲直徑d 鋼絲中徑的話我們?nèi)?6毫米，則 d=DC=164=4mm 4)許用切應(yīng)力[τ] 查表知C級(jí)碳素彈簧鋼絲許用切應(yīng)力τ=0.4σB。鋼絲直徑d=4mm，查表得σB=1520MPa，所以 τ=0.4×1520=608MPa 5)驗(yàn)算鋼絲直徑 d≥1.6KCFmax[τ] （式6.2） 最大工作壓力Fmax=Fr=813.42N，代入式6.2計(jì)算得 d=4mm>1.61.40×4×813.42608=3.8mm 故鋼絲直徑合理。 6）彈簧外徑D1與內(nèi)徑D2 外徑： D1=D+d=16+4=20mm 內(nèi)徑： D2=D?d=16?4=12mm 7）彈簧工作圈數(shù)n 彈簧有效圈數(shù)n1 n1=λGd8FmaxC3 （式6.3） 根據(jù)公式中我們可以得到，首先G在這個(gè)公式中代表彈簧的的切變模量， G=8×104MPa；其次λ在公式中代表彈簧在軸向所產(chǎn)生的變形，λ取值為4毫米。數(shù)據(jù)代入式6.3計(jì)算得 n1=4×80000×48×813.42×43=3.94 取n1=4 總?cè)?shù)n=n1+2=4+2=6 8)彈簧間距δ與節(jié)距t 間距： δ=λ0.8n=40.8×6=0.84mm 節(jié)距： t=d+δ=4+0.84=4.84mm 9)彈簧螺旋升角α α=arctantπD=arctan4.843.14×16=5.5° 通常α=5°～9°，合理。 10)彈簧絲展開(kāi)長(zhǎng)度 L=πDncosα=16×3.14×6cos5.5°=302.99mm 11)彈簧自由高度H0 H0=nδ+n+1d=6×0.84+6+1×4=33.04mm 6.2.3 彈簧校核 對(duì)于彈簧的校核其中最重要的是他的穩(wěn)定性，因?yàn)閷?duì)于他的抗拉極限或者磨損，我們要求不高，大部分是他的穩(wěn)定性，因?yàn)閺椈稍诠ぷ髦兴沫h(huán)境是被外殼卡住，偏移量幾乎不計(jì)算 b=H0D=33.0416=2.07<5.3 所以說(shuō)彈簧所需要的穩(wěn)定性是符合標(biāo)準(zhǔn)的。 結(jié) 論 因?yàn)檫@次設(shè)計(jì)只有兩三個(gè)月左右的時(shí)間，個(gè)人感覺(jué)時(shí)間很緊張，壓力也很大，選定設(shè)計(jì)題目的時(shí)候也是很慌忙，沒(méi)有很多的準(zhǔn)備，找不到設(shè)計(jì)的方向，導(dǎo)致起初的設(shè)計(jì)時(shí)間多用于向人詢問(wèn)，白白浪費(fèi)了很多時(shí)間，直到后來(lái)詢問(wèn)同學(xué)發(fā)現(xiàn)他們基本都要完成了，我才醒悟過(guò)來(lái)，開(kāi)始打起精神開(kāi)始特別認(rèn)真的投入進(jìn)去，開(kāi)始研究透齒輪齒條轉(zhuǎn)向器他的工作原理之后以這個(gè)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，再次查閱各類資料才終于明確了轉(zhuǎn)向器的大體情況。 一開(kāi)始的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的選擇其實(shí)我也糾結(jié)了很久，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器除了空間占用成本較高，其實(shí)沒(méi)有別的太大問(wèn)題，但最后還是因?yàn)辇X輪齒條是現(xiàn)在車(chē)輛的主流，還是選擇了他，中間齒輪參數(shù)的計(jì)算真的是可以說(shuō)是絞盡腦汁，實(shí)在是不太懂，翻閱了大量的資料，才能稍微做出來(lái)點(diǎn)皮毛，也是平時(shí)課外學(xué)習(xí)時(shí)專研精神不夠，到真正需要時(shí)肚子里沒(méi)點(diǎn)墨水。平時(shí)還是應(yīng)該需要把所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通一下才行。 畢業(yè)設(shè)計(jì)的制作使我充分運(yùn)用大學(xué)兩年生活學(xué)習(xí)的理論知識(shí)與實(shí)踐學(xué)習(xí)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。在設(shè)計(jì)中我遇到問(wèn)題都嚴(yán)謹(jǐn)查閱向人咨詢。在說(shuō)明書(shū)的寫(xiě)作期間感到十分艱辛，不過(guò)又樂(lè)在其中。我在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有了新的了解和看法；在繪制圖的過(guò)程里，也會(huì)對(duì)其說(shuō)明書(shū)的參數(shù)加以修正，讓自己不得不多方查找，對(duì)我的檢索能力也有了一定的提高。讓我對(duì)繪圖軟件的生疏，到后來(lái)基本掌握技巧和功能，讓我感到一股成就感。 因?yàn)槲覀€(gè)人知識(shí)儲(chǔ)備有所不足，在說(shuō)明書(shū)的寫(xiě)作上也許有些不夠?qū)I(yè)這次是自己挑大梁，對(duì)自己有了個(gè)突破。不過(guò)因?yàn)槲业幕竟Σ粔蛟鷮?shí)，本次的設(shè)計(jì)也不是十全十美。大學(xué)兩年就要過(guò)去，在學(xué)校里的日子不多了。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)候讓我痛苦并快樂(lè)著，我學(xué)的越多，帶來(lái)的疑問(wèn)也越多，讓我更加明白人的一生在于學(xué)習(xí)。我在以后的人生里也要虛心好學(xué)。  致 謝 本次設(shè)計(jì)是在導(dǎo)師的教導(dǎo)下完成的。其實(shí)現(xiàn)有的能去設(shè)計(jì)的時(shí)間并不算長(zhǎng)，多虧了朱老師的督促，給了我很多的指導(dǎo)和建議，在我?guī)缀跬耆欢牡胤?，朱老師和我深刻探討與解答疑惑。一開(kāi)始我對(duì)設(shè)計(jì)是感到非常無(wú)力的，朱老師引導(dǎo)我們?nèi)ゲ殚嗁Y料，去觀察現(xiàn)有的實(shí)物。使我的獨(dú)立思考設(shè)計(jì)的能力得到一個(gè)提升，對(duì)我來(lái)說(shuō)收獲頗豐，如同哥倫布發(fā)現(xiàn)新大陸。所以再次對(duì)導(dǎo)師致以衷心的感謝。 與此同時(shí)，我還要感謝和我一起對(duì)本次設(shè)計(jì)出謀劃策的舍友與同學(xué)。盡管自己也對(duì)自己的課題有所焦慮，但是在我困難的時(shí)候也都盡了最大的可能幫助我，為此我要由衷的感謝他們。 一開(kāi)始設(shè)計(jì)的時(shí)候，我對(duì)轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)中的參數(shù)和計(jì)算很苦惱，進(jìn)過(guò)朱老師的指點(diǎn)，并且給了我一些方向性的指導(dǎo)，我如今才能順利的完成這次設(shè)計(jì)。實(shí)在是非常感謝。 大學(xué)就要結(jié)束，對(duì)我的人生來(lái)說(shuō)可以是新的起點(diǎn)開(kāi)始。首先我要感謝我的父母對(duì)我的啟迪和成長(zhǎng)中的關(guān)愛(ài)，感謝陪我度過(guò)大學(xué)的同學(xué)和校友，感謝著兩年內(nèi)教授與我知識(shí)的所有老師。兩年說(shuō)長(zhǎng)不長(zhǎng)說(shuō)短不短，但是對(duì)于給予我?guī)椭P(guān)愛(ài)和知識(shí)的人我都會(huì)保存在我的腦海深處。 最后，感謝能完整閱讀本篇文章的人。  參考文獻(xiàn) [1]曉青.現(xiàn)代汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì).上海汽車(chē),2004,40(41) [2]馬東馳.汽車(chē)轉(zhuǎn)向?qū)Σ倏v穩(wěn)定性的影響.中國(guó)科技縱橫,2012,8(11) [3]邱峰.萬(wàn)向節(jié)與傳動(dòng)軸技術(shù)發(fā)展綜述.輕型汽車(chē)技術(shù),2001,6(05): [4]余志生.汽車(chē)?yán)碚?北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2009 [5]劉鴻文.材料力學(xué)I.北京：高等教育出版社,2011 [6]陳家瑞.汽車(chē)構(gòu)造.北京：高等教育出版社，2009 [7]曾東建.汽車(chē)制造工藝學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 [8]張策.機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011 [9]王霄峰.汽車(chē)懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 北京；清華大學(xué)出版社，2015 [10]黃天澤,黃金陵主編.汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版設(shè)，1992 [11]Bain Mark,John Seby,Hardman Julian,Moore Nin .Flow diverter treatment of cerebral blister aneurysms. 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