齿轮齿条式转向器的设计.doc

...wd...齿轮齿条式转向器的设计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 根本的作用、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 汽车转向装置的开展趋势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比照92.2.4 齿轮齿条转向器齿轮齿条选择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203.4.7 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 弹簧校核与构造尺寸确定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第1章 绪论1.1概述改革开放以来，我国汽车工业开展迅猛。

作为汽车关键部件之一的转向系统也得到了相应的开展， 根本已形成了专业化、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，都已开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，特别是其正效率是很重要的目前应用比拟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，其构造简单、布置方便，制造容易，但转向传动比拟小，〔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构造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 根本构造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构造简单，本钱低廉，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展减速，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，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，以期到达改善驾驶员手感，增加转向助力的目的的转向装置国内经过10多年来的开展，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等企业1.3 汽车转向装置的开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开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开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场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根基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，一局部发动机能量提供汽车前进的动能，另外一局部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根基上开展起来的，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根基上开展而来，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，电机可以停顿转动，从而降低能耗虽然电液助力转向系统抑制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，本钱增加，可靠性下降为了躲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 根本工作原理是 ：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开展，其应用范围已经从微型轿车向大型轿车和客车方向开展1.4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应用，转向装置的构造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开展在西欧小客车中，齿条齿轮式转向器有很大的开展日本汽车转向器的特点是循环球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62．5％，开展到现今的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开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，其它大局部车型都采用循环球式构造，并都具有一定的生产经历目前解放、东风也都在积极开展循环球式转向器，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生产循环球式转向器开展在国外，循环球式转向器实现了专业化生产，同时以专业厂为主、大力进展试验和研究，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本钱低、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年开场生产ZF型转向器，年产各种转向器200多万台还有一些比拟大的转向器生产厂，如美国德尔福公司SAGINAW分部；英国BURM#0；AN公司都是比拟有名的专业厂家，都有很大的产量和销售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、本钱低，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。