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柴油动力微型客车转向系设计[3张CAD图纸和文档资料]

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关键词：: 3张CAD图纸和文档资料柴油动力微型客车转向设计 cad 图纸以及文档资料

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柴油动力微型客车设计（转向系设计）

摘要

　　　这次我们是进行微型客车的转向系统的设计，因为所设计的车辆较轻，而且尺寸比较小，空间布局紧凑，所以采用机械的转向系统。

　　　因为微型客车空间结构紧凑，且制造成本有限，所以要求微客的转向系统能够适应这些要求，因此它的转向系占用汽车的空间要小，占汽车整体质量的比重要竟可能的小，而且要耐用和便宜，并且同类转向系统市场占有率高，便于维修。因此我们综合以上因素考虑各类转向器的优缺点，最终鉴于齿轮齿条转向器构造简单，占用空间小，且质量轻，性能可靠，其传动效率高达90%,并且能够自动消除传动间隙，另外其广泛用于乘用车上。选

用的转向器的传动部件是齿轮和齿条。而且其比较适合用整体的液压助力。

　　　因为独立悬架已经相当普及，因此选用断开式的转向传动机构。

　　　本设计首先确定了齿轮齿条的齿形，而后确定了转向系的主要性能参数。之后对齿轮齿条的齿形、材料以及尺寸大小强度进行了计算以及强度校核。然后对标准件进行选择，并对转向传动机构和转向操纵机构进行设计。

关键词：微型客车，齿轮齿条式转向器，断开式转向梯形，液压助力，强度校核

DIESEL-POWERED MINI-BUS STEERING SYSTEM DESIGN

ABSTRACT

　　　This time we are performed minivan steering system design because the design of the vehicle is lighter, and the size is relatively small, compact space layout, so use mechanical steering system.

　　　Because the mini-bus compact space, and limited manufacturing costs, requires slightly off the steering system to adapt to these requirements, so it's steering the space occupied by the car to be small, accounting for the overall quality of the car more important than actually small as possible, but also to durable and inexpensive, and similar steering system market share, ease of maintenance. Therefore, we consider the advantages and disadvantages of various types of above factors steering the final view of the rack and pinion steering gear structure is simple, small footprint and light weight, reliable performance, the transmission efficiency of 90%, and can automatically eliminate drive space, additional It is widely used on passenger cars. Choose transmission components with the steering rack and pinion. And it more suitable for use as a whole hydraulic power.

　　　Because independent suspension has been quite popular, so choose Disconnect the steering mechanism.

　　　The design is first identified toothed rack and pinion, and then identified the main performance parameters of the steering system. After the toothed rack and pinion, material strength and size were calculated and the strength check. Then select standard parts, and the steering mechanism and steering mechanism design.

KEY WORDS: micro-buses, rack and pinion steering, disconnect steering trapezoid, hydraulic power, strength check

　　　前言 1

　　　一、设计转向系的目的与意义 1

　　　二、转向系统的类型 1

　　　三、汽车转向系统的国内外现状及发展趋势 3

　　　四、本课题研究的问题与研究方法 5

　　　第1章转向系设计要求及基本参数 7

　　　§1.1. 设计转向系的要求 7

　　　§1.2. 整车基本参数 7

　　　第2章机械式转向器方案分析 9

　　　§2.1. 转向器的分类及设计选择 9

　　　§2.2. 转向器输入输出形式选择 10

　　　§2.3. 齿轮齿形选择 11

　　　§2.4. 齿条形状选择 11

　　　§2.5. 齿轮齿条式转向器的布置形式 12

　　　第3章转向系主要性能参数 13

　　　§3.1. 转向轮侧偏角计算 13

　　　§3.2. 转向系传动比与计算载荷的确定 14

　　　§3.3. 转向器传动副的传动间隙 15

　　　第4章齿轮齿条的设计 16

　　　§4.1. 齿条的材料、参数、热处理方式 16

　　　§4.2. 计算许用应力的确定 16

　　　§4.3. 齿轮齿条的设计 17

　　　§4.3.1. 齿轮的设计 17

　　　§4.3.2. 齿条的设计 19

　　　§4.4. 齿轮齿条的强度校核 19

　　　§4.4.1. 齿轮齿面接触疲劳强度校核 19

　　　§4.4.2. 齿条的强度计算 20

　　　§4.5. 齿轮轴强度校核 21

　　　第5章其他零件的选择与润滑方式确定 26

　　　§5.1. 轴承的选择 26

　　　§5.2. 转向器润滑方式 26

　　　第6章转向传动机构的设计 29

　　　§6.1. 转向横拉杆 30

　　　§6.1.1. 横拉杆材料的确定 30

　　　§6.1.2. 横拉杆截面尺寸计算 30

　　　§6.1.3. 球头销选择 31

　　　§6.1.4. 球头销强度与耐磨性计算 33

　　　第7章转向操纵机构设计 34

　　　§7.1. 转向盘 34

　　　§7.2. 转向轴和转向柱管的结构设计 34

　　　§7.2.1. 转向轴上半轴计算 35

　　　§7.2.2. 转向轴下半轴（管）的设计计算 36

　　　第8章液压助力机构 37

　　　§8.1. 工作原理 37

　　　第9章结论 38

　　　参考文献 39

　　　致谢 40

前言

一、设计转向系的目的与意义

　　　在汽车运动过程中，驾驶人员能够通过一套传动机构改变改变汽车的前进方向，以符合自己的意志，这称之为汽车转向。在转向中用到的传动机构就是转向系统。汽车转向系统要能在汽车由于各种各样的原因的干扰下改变了汽车行驶方向的情况上，能够有效的按照操纵人员的想法纠正行进路线。

　　　一套优秀的转向系统能够大大降低乘务人员在车辆事故中的受伤程度，起到保护乘务人员的目的。

　　　除此之外一辆汽车的操纵舒适性也与转向系的设计有着不可分割的联系，在转向系的设计中要考虑到怎样减轻驾驶员的疲劳感，并要能及时通过转向系统反馈给驾驶人员程度合适的路感，以增加驾驶乐趣

现代汽车上转向系统是必不可很少的部分，它也是体验驾驶汽车乐趣的最主要工具。对转向系的设计能够帮助我们加深对转向系各类型、各零部件的认识了解，而且可以通过数据比对中的微小差距比较汽车性能之间的差异性

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内容简介：: 车辆与交通工程学院毕业设计说明书柴油动力微型客车设计（转向系设计）摘要这次我们是进行微型客车的转向系统的设计，因为所设计的车辆较轻，而且尺寸比较小，空间布局紧凑，所以采用机械的转向系统。因为微型客车空间结构紧凑，且制造成本有限，所以要求微客的转向系统能够适应这些要求，因此它的转向系占用汽车的空间要小，占汽车整体质量的比重要竟可能的小，而且要耐用和便宜，并且同类转向系统市场占有率高，便于维修。因此我们综合以上因素考虑各类转向器的优缺点，最终鉴于齿轮齿条转向器构造简单，占用空间小，且质量轻，性能可靠，其传动效率高达90%,并且能够自动消除传动间隙，另外其广泛用于乘用车上。选用的转向器的传动部件是齿轮和齿条。而且其比较适合用整体的液压助力。因为独立悬架已经相当普及，因此选用断开式的转向传动机构。本设计首先确定了齿轮齿条的齿形，而后确定了转向系的主要性能参数。之后对齿轮齿条的齿形、材料以及尺寸大小强度进行了计算以及强度校核。然后对标准件进行选择，并对转向传动机构和转向操纵机构进行设计。关键词：微型客车，齿轮齿条式转向器，断开式转向梯形，液压助力，强度校核VDIESEL-POWERED MINI-BUS STEERING SYSTEM DESIGNABSTRACTThis time we are performed minivan steering system design because the design of the vehicle is lighter, and the size is relatively small, compact space layout, so use mechanical steering system.Because the mini-bus compact space, and limited manufacturing costs, requires slightly off the steering system to adapt to these requirements, so its steering the space occupied by the car to be small, accounting for the overall quality of the car more important than actually small as possible, but also to durable and inexpensive, and similar steering system market share, ease of maintenance. Therefore, we consider the advantages and disadvantages of various types of above factors steering the final view of the rack and pinion steering gear structure is simple, small footprint and light weight, reliable performance, the transmission efficiency of 90%, and can automatically eliminate drive space, additional It is widely used on passenger cars. Choose transmission components with the steering rack and pinion. And it more suitable for use as a whole hydraulic power.Because independent suspension has been quite popular, so choose Disconnect the steering mechanism.The design is first identified toothed rack and pinion, and then identified the main performance parameters of the steering system. After the toothed rack and pinion, material strength and size were calculated and the strength check. Then select standard parts, and the steering mechanism and steering mechanism design.KEY WORDS: micro-buses, rack and pinion steering, disconnect steering trapezoid, hydraulic power, strength check目录前言1一、设计转向系的目的与意义1二、转向系统的类型1三、汽车转向系统的国内外现状及发展趋势3四、本课题研究的问题与研究方法5第1章转向系设计要求及基本参数71.1. 设计转向系的要求71.2. 整车基本参数7第2章机械式转向器方案分析92.1. 转向器的分类及设计选择92.2. 转向器输入输出形式选择102.3. 齿轮齿形选择112.4. 齿条形状选择112.5. 齿轮齿条式转向器的布置形式12第3章转向系主要性能参数133.1. 转向轮侧偏角计算133.2. 转向系传动比与计算载荷的确定143.3. 转向器传动副的传动间隙15第4章齿轮齿条的设计164.1. 齿条的材料、参数、热处理方式164.2. 计算许用应力的确定164.3. 齿轮齿条的设计174.3.1. 齿轮的设计174.3.2. 齿条的设计194.4. 齿轮齿条的强度校核194.4.1. 齿轮齿面接触疲劳强度校核194.4.2. 齿条的强度计算204.5. 齿轮轴强度校核21第5章其他零件的选择与润滑方式确定265.1. 轴承的选择265.2. 转向器润滑方式26第6章转向传动机构的设计296.1. 转向横拉杆306.1.1. 横拉杆材料的确定306.1.2. 横拉杆截面尺寸计算306.1.3. 球头销选择316.1.4. 球头销强度与耐磨性计算33第7章转向操纵机构设计347.1. 转向盘347.2. 转向轴和转向柱管的结构设计347.2.1. 转向轴上半轴计算357.2.2. 转向轴下半轴（管）的设计计算36第8章液压助力机构378.1. 工作原理37第9章结论38参考文献39致谢40前言一、设计转向系的目的与意义在汽车运动过程中，驾驶人员能够通过一套传动机构改变改变汽车的前进方向，以符合自己的意志，这称之为汽车转向。在转向中用到的传动机构就是转向系统。汽车转向系统要能在汽车由于各种各样的原因的干扰下改变了汽车行驶方向的情况上，能够有效的按照操纵人员的想法纠正行进路线。一套优秀的转向系统能够大大降低乘务人员在车辆事故中的受伤程度，起到保护乘务人员的目的。除此之外一辆汽车的操纵舒适性也与转向系的设计有着不可分割的联系，在转向系的设计中要考虑到怎样减轻驾驶员的疲劳感，并要能及时通过转向系统反馈给驾驶人员程度合适的路感，以增加驾驶乐趣现代汽车上转向系统是必不可很少的部分，它也是体验驾驶汽车乐趣的最主要工具。对转向系的设计能够帮助我们加深对转向系各类型、各零部件的认识了解，而且可以通过数据比对中的微小差距比较汽车性能之间的差异性。二、转向系统的类型按照转向动力的输出源的不同可以将转向系分为机械转向系和动力转向系两大类。1. 机械式转向系统：机械转响系统的整个系统的林部件很多都是机械的，它是由操作人员通过自己臂力实线转向的。它由三大部分组成，分别是操左部分、转向其和传懂部分。这种转向系统的工作步骤大致是：操作人员通过转向盘将施加的转向扭矩传到转向轴进而传到万向节，万向节经过一系列的传动轴将力矩传入了装向器中，从转向器中输出的力矩是已经被放大了并减速的，接着传给转向节臂，进而促使转向车轮发生相应方向的偏转，最终导致车辆实现转向。2. 动力转向系统：这种动力的相比于机械的最大的不同点就是它的转向驱动力大部分分都是由发动机提供的，驾驶的人只提供一小部分动力。这种向统系能够省去大量的人力，使驾驶的人员在开车的时候能够更轻松，就不怎么会累了。动力转向系统图三、汽车转向系统的国内外现状及发展趋势从汽车诞生那一刻起，汽车就开始慢慢改变人们的生活，同时汽车也被生活改变，特别是近代社会各门科学技术的全面迅速发展，汽车不仅仅是简单的钢铁机器，而是结合了当下各类学科的实验成果，在汽车应用了机械、电子、材料等学科。汽车在随着时间的推移不断的向前发展，同样，组成汽车的各大系统也在日新月异的发展。1. 机械式的转向系统汽车最初的时候采用这类型系统，其全部都是用机械部件，没有任何助力机构，所以转向时需要转向力越大的汽车所需的方向盘的直径也越大，这样才能产生足够大的转向力，但也带来一个弊端，其偌大的方向盘占用了汽车驾驶室很大的空间，所以在驾驶位置需要留出足够大的空间以使操纵方向盘。这种转向机构转向笨重，非常耗费驾驶员的体力，容易产生驾驶疲劳感，并且特别重的汽车应用这种系统时，很难实现转向，所以其使用范围很有限。但这种系统各部件的质量非常可靠，使用寿命较长，并且容易制造，成本较低，所以现在一些微型载货车、农业机械车上还在使用。2. 液压动力转向系统从上个世纪的中叶开始，人们开始着眼用液体产生助力的研究，从那时开始这种系统逐步运用到汽车上。这也是转向系统变革的起点，从此转向系统由全人力转向开始转变为辅助人力转向。这种系统就是在原来机械的基础上加了一套液压助力装置，其结构较为简单，同时也比较可靠，而且随着经过半个多世纪的发展完善，其相对其他助力来说技术更加丰富，成熟。这种转向系统利用液体的优点，有效的缓和了地面的冲击力，从而减轻或基本消除了打手现象，使驾驶员起来更加舒适和轻松，大大减小了驾驶员的疲劳感，也有利于保证汽车的行驶稳定。不足：1) 在从设计到完全将一辆汽车制造出来后，这个汽车的液压转向系的特性也就确定了，如果转向系的调教没有调整合适的话，就会在不同的车况下得不到相应的助力，以至于对驾驶员产生相反的作用，以至于背离它的使用目的。2) 发动机的曲轴只要在转动，液压系统就会一直在工作的状态，即使汽车不需要转向，这样会白白浪费掉发动机产生的部分能量。3) 如果出现泄漏液压油的问题，不仅会造成污染环境造成污染，还可能会因为这个问题导致其他零部件受到不同程度的损伤。4) 低温环境下，液压系统的工作性能比较差。3. 电液助力转向统由于电子技术发展的相当快，它的强大优点也开始凸显出来，所以也逐渐将电子技术运用到汽车转向系统上来。所以转向系上越来越多的应用应用电子元件，这就发明了电液助力转向系统。电液助力转向可以分为两类，但力来源于汽车上的电动机，所以可以不去消耗发动机的产生的能量，提高燃油效率。同时这种转向系统可以通过行车电脑根据汽车行进时的各种动态参数发出的信号适时地调整电动机的转速以调整液体压力的大小，以使汽车在不同的状态下能够实现变速转向。这种转向系统可以适时地停机，在不需要转向时，这种系统是不会消耗能量。这种转向系统有效的提高了转向系的效率，并且节省了机动的发的能耗。4. 汽车线性控制的能够转向的系统这种转向系统跟以往的转向系统不同，它几乎是由电子元件组成，而且它分为许多模块，这些模块包括三个主要模块和两个辅助模块，所以这种转向跟以往的转向系统有很大的区别，它没有了方向盘之后的传动轴，而是通过各种电子软件实现转向车轮与转向盘的同步运动。因为取消了许多中间的机械传动件，所以更有效的保证了驾驶员的安全，并且可以通过电控软件调整转向特性，以适应不同人的驾驶习惯，同时还能在驾驶员不同状态下有效的调整驾驶灵敏度，以避免驾驶员在各种不正常驾驶状态下发生事故。但是这种系统它的可靠程度很低，还需要继续提高，主要是因为转向系的各电子部件只要有一个出现问题，整个转向系统都会无法工作。但鉴于这种转向系统的诸多前沿性优点，所以这种转向系统还是未来的发展方向。四、本课题研究的问题与研究方法本次设计转向系统需要确定比较各转向器的优缺点，确定需要设计的转向器，在设计时还需要根据汽车的尺寸合理的设计转向器的大小，并保证整个转向系统能够合适地安装到汽车上。同时需要确定各零部件的材料，并保证零部件的强度要符合汽车在极限情况下符合要求。所以根据以上问题，需要结合汽车设计和机械设计还有其他相关手册，总结出最优的设计方案，最后通过设计数据画出系统模型，并与汽车模型进行匹配以确定设计数据正不正确。第1章转向系设计要求及基本参数1.1. 设计转向系的要求1 在汽车转弯时，汽车的全部车轮必须绕一个转向点转向，并且不能准任意车轮有策划，不满足这项要求就会加速车路磨损，并且不利于车辆转向的稳定。2 在汽车行进过程中，转向轮中心线与汽车轴线不垂直而是成一定的锐角，如果驾驶员松开方向盘，转向轮中心线会自动与汽车轴线垂直。3 无论汽车在什么情况下，自振都不会在汽车的转向车轮与方向盘之间发生4 在前桥上发生不协调的时候，前桥上的车轮应该以最小幅度摆动。5 汽车能够灵敏地转弯，并且转弯半径要小，而且机动性要强。6 操作轻便。7 汽车的车轮发生撞击时，方向盘能够感受到的撞击力要尽量的小。8 转向轮通过球头与转向传动机构连接，球头会因为磨损产生间隙，因此需要有球头处有自动消除间隙的调整机构。9 在向轮通过球头与转向传动机构连接，球头会因为磨损产生间隙，因此需要有车辆发生撞击事故时，车架可能发生变形，转向系统的有些部件可能会向车内移动，转向系有能防止或减轻驾驶员伤害的装置。10 转向轮不能与驾驶员的操作动作出现相反的动作。1.2. 整车基本参数整车质量：1230kg满载总质量：1720kg长宽高：399316071980前轮距：1360mm轴距：2600mm满载轴荷分配：前/后 946/774kg 轮胎：175/65 R14 轮胎压力p/MPa：0.3MPa主销偏移距a : 70mm转向盘直径：400mm最小转弯半径：4500mm第2章机械式转向器方案分析2.1. 转向器的分类及设计选择1. 齿轮齿条式转向器顾名思义，这种转向器的主要传动部件就是齿轮与齿条，其中，齿轮是连接转向轴的，齿条直接与转向拉杆连接，省去了转向直拉杆的零件，所以这种转向器占用体积小，另外由于这种转向器最要的材料是铝合金或铝镁合金，所以整个质量占整车的比重非常小。由于这种转向器采用齿轮与齿条直接啮合传动，省去了中间复杂繁多的传动机构，所以传动效率高达90%，而且在齿条背部安装有压紧瘫痪，这种结构设计有助于自动消除齿轮齿条之间因各种问题出现的间隙，使其保持有效的传动效能。这种转向器结构简单，所用零部件又是常用零部件，且零部件较少，所以其制造成本非常低，性价比很高。同样在其优点的背后也有不少缺点，因其直接传动效率非常高，所以也导致其容易将路面的对车轮的作用力大部分传给方向盘，造成打手，驾驶员需要时刻保持注意力，牢牢抓住方向盘，以防止汽车偏离行驶方向，这容易造成驾驶员紧张，长时间紧张会消耗驾驶员很大的体力，所以容易造成其疲劳。2. 循环球式转向器这种转向器是中由许多传动部件，这种转向器因为其内部的传动机构使采用滚动传动，所以大大降低了转向器的磨损，有利于提高其有效寿命，再加上在制作加工工艺上采取相应的改进措施后，其能够使用的年限更加提高。它的传动效率也非常高。同样他们之间的间隙也是调整起来相当简单，并且这种转向器很时候做成整体式转向器。这种转向器的主要缺点就是：反向的效率也很高，而且还复杂，并且由于需要做球槽，且要求有一定精度，所以制造成本高，且制造困难。3. 蜗杆滚轮式转向器顾名思义，这种转向器的主要核心传动部件就是蜗杆与滚轮，它的结构类似于齿轮齿条式转向器，蜗杆与滚轮直接啮合，所以它与齿轮齿条有部分相同的优点，如结构简单、质量可靠，并且因其独特的啮合方式，大大减小了传动部件因滑动摩擦造成的磨损，而且它从结构设计上大大降低了逆效率。但一切都是相对的，在降低逆效率的同时，它的正效率也被降低，而且这种转向器内部没有自动调整间隙的装置，所以这种转向器已经逐渐的被淘汰。4. 蜗杆指销式蜗杆的主要作用是进行主动转向的，曲柄销是传递运动的。并且蜗杆上的螺纹时变半径的，中间小，两边大，而曲柄销外端连接的是转向摇臂。所以当蜗杆转动时，带动曲柄绕销轴转动。曲柄销外还大有一个转向摇臂这种转向器的最大优点就是它的传动比可以做成变化的也可以做成不变的，同样他们相对位置的调整也是很简单的。这种结构的转向器多用在载货汽车上。齿轮齿条转向器多用在比较小和比较轻的汽车上，并且综合考虑各转向器的优缺点，最后选定齿轮齿条转向器。2.2. 转向器输入输出形式选择齿轮齿条转向器共有四种输入输出形式。中间输出，侧边输入方案使拉杆长度边长，同样也使得车轮上下跳动相同的距离，但拉杆的摆角却变得小了，这就减少了拉杆的运动干涉。但由于需要早壳体中间开长槽，所以这就降低了壳体的强度。两端输出，侧边输入方案因为其拉杆的长度减小，所以传动精度较高，而且拉杆挠度降低。但其运动干涉的概率较高。但现在娇客车多使用两端输出，侧边输入的方案。2-2 齿轮齿条式转向器的四种形式最终确定本设计转向器的输入输出方案为侧边输入，两边输出。2.3. 齿轮齿形选择如果齿轮齿条转向器采用直齿齿轮和直齿齿条啮合，因为其啮合面积较小，所以齿轮齿条啮合区单位面积上承受的压力较大，所以造成单位面积承受的冲击力增大，以至于转向器的运行平稳性降低，而且因为冲击较大导致噪声过大。将齿轮齿条的齿形变成斜齿，则啮合区的啮合面积增大，单位面积承受的压力减小，且冲击力减小。所以用斜齿。2.4. 齿条形状选择它有三种形状。比较各种各种截面形状的齿条的优缺点，圆形的制作起来比较简单，其他形状的比较节省材料，所以同样大小的齿条，除圆形算面之外的其他两种齿条质量要轻很多。通常齿条与托座之间装有防止摩擦造成磨损的材料制造成的垫片，如果有使转向齿轮绕中心轴线旋转的力矩就应该选用除圆形断面的其他两种断面。这样可以防止齿条旋转，如果不这样做那就会出现吃轮与齿条啮合不正确的情况。本次设计决定选用和圆形截面的齿条。2.5. 齿轮齿条式转向器的布置形式因为不同的汽车因为空间布局的不同，转向器的安装位置也不尽相同，但鉴于整个转向系统相对于在前桥支撑架上的位置相对于前桥轴线的前后可以分为四种类型，分别是：图2-5经过查阅国内外各种同类型汽车转向机构的安装位置，发现大部分采用第一种方案，将转向机构安装在前桥后面，本次设计也采用同样的布置形式。第3章转向系主要性能参数3.1. 转向轮侧偏角计算整车的机动性与转向系统的最小转弯半径有关，本次设计最小转弯半径为4.5mm，由图4.1得转向轮外轮最大转角 (3-1)为最小转弯半径L为汽车轴距。本设计轴距为L=2600mm图3-1转角图外侧车轮的偏转角由图3-1可得内转向轮最大偏转角公式 (3.2)B为两侧主销轴线与地面交点之间的距离 B=K-2aa为主销偏移距，指转向节主销轴线延长线与支撑平面的交点到转向轮中心线与支撑平面交点的距离。本此设计轮胎宽度为175mm，所以a取70mm。K为前轮轮距，K=1360mm可得B=1360-270=1220mm于是得转向轮内轮转角3.2. 转向系传动比与计算载荷的确定为了校核强度，需要确定零部件的受力情况。这些力主要会被作用在转向轴上的载荷，车轮行进时轮面给车轮的阻止力，还有轮胎的气体压力。转向轮左右转动的时候要克服很多阻力，这些阻力大致包括车轮绕主销轴转动所克服的转向阻力扭矩，车轮转动时轮胎变形产生的阻力和系统内部阻力。转向时候的阻力：所以=380269.92Nmm转向系的角传动比为转向盘的角速度与同侧转向节角速度之比=17.6n为转向盘从一侧转到另一侧的转动圈数；乘车用车方向盘由直线行驶转到最小转向半径的圈数不得超过两圈，n取4作用在转向盘上的力: 为转向盘直径；为转向器角传动比，本设计中此传动比与转向系角传动比相同取90%所以=作用在方向盘上的力矩转向系的力传动比为轮胎接地中心作用在两个转向轮上的合力与作用在转向盘上的力之比：=50.29 3.3. 转向器传动副的传动间隙传动元件啮合点出现的间隙就是传动间隙，该间隙随着转向操纵机构转角的不同而不同。这个间隙特性的研究意义是因为它能够反映汽车直线行驶时，保持这种状态的能力和这种转向器能发挥有效作用的年限。汽车在大部分状态下都是保持直线行驶，所以传动副在中间和中间附近的地方使用很频繁，所以中间的地方磨损相当严重，就会出现多余的间隙，如果不消除这种间隙就会出现转向失灵，并且无法保证直线行驶。所以一定要适时调整转向器的磨损间隙，并且调整后转向盘能平滑的转向任意一侧。图3-2转向器传动副传动间隙图中曲线1表明转向器在没有发生摩擦损失之后的间隙的变化趋势；曲线2表明已出现摩擦损失之后间隙的大小随转动位置不同时间隙的变化特性。曲线3表示的是调整后的。第4章齿轮齿条的设计4.1. 齿条的材料、参数、热处理方式由前可知本设计采用的是斜形齿，齿轮与齿条法向模数取m=2.5，齿数z=7, 法向压力角=20，齿轮螺旋角为=12，齿条齿数应根据转向轮达到的值来确定。齿轮传动的力矩大小为作用在转向盘上的力矩为（圆整为25Nmm），转向器额定单日工作时间为小时，并且最低需要能够使用五年。初步选定齿轮和齿条齿顶高系数=1；顶隙系数=0.25；齿轮的变位系数=0.65齿轮的材料选择：齿轮16MnCr5，渗碳淬火，齿面硬度54-62HRC 齿条 45#，表面淬火，齿面硬度56HRC 4.2. 计算许用应力的确定接触疲劳许用应力=弯曲疲劳许用应力16MnCr5的接触疲劳极限=1500MPa 弯曲疲劳极限=425MPa45号钢的接触疲劳极限 =1300MPa 弯曲疲劳极限=530MPa齿轮齿条所受的应力循环次数 N=60njL=0.72查表得材料寿命系数16MnCr5 =1.32 Y=145号钢 =1.32 Y=1查表得安全系数应力修正系数为=2 计算许用应力16MnCr5 = 45号钢 = 4.3. 齿轮齿条的设计4.3.1. 齿轮的设计1. 按齿根弯曲疲劳强度设计（1）试取K=（2）斜齿轮的转矩 T=Nm （3）齿宽系数（4）齿轮齿数（5）复合齿形系数 =（6）许用弯曲应力 =607.14MPa所以(7) 圆周速度 (8)计算载荷系数1）由表查得使用系数=12）根据和8级精度，查表得3）根据表查得齿向载荷分布系数4）由表查得齿间载荷分布系数5）计算模数，取mm2. 齿轮几何尺寸的确定分度直径：d=mm齿顶高：2.5（1+0.65）=4.125mm齿根高：2.5（1+0.25-0.65）=1.5mm齿高：4.125+1.5=5.625mm齿顶圆直径：17.89+24.125=26.14mm齿根圆直径：=17.89-21.5=14.89mm端面压力角：20.41基圆直径 : 17.85cos20.41=16.77mm法向齿距：=7.85mm端面齿距：8.03mm法向齿厚：5.1mm端面齿厚：5.24mm齿轮中心到齿条基准线的距离：H=10.57mm齿条齿宽：=17.89mm，圆整为18mm齿轮齿宽：mm4.3.2. 齿条的设计齿轮齿条的啮合有两个特点:1) 齿轮的节圆是永远重合与分度圆的，但是齿条的却不是只有在齿条和标准齿轮啮合的情况下才会与自己的节圆重合。2) 齿轮与齿条的啮合角永远等于压力角.因此,齿条法向模数m=,压力角齿条为圆形断面齿条齿顶高：齿条齿根高：齿条齿高：2.5+3.125=5.625mm法向齿厚：端面齿厚：又因为齿条长度： n为转向盘总转动圈数，n取4所以齿条长度为齿条齿数 4.4. 齿轮齿条的强度校核4.4.1. 齿轮齿面接触疲劳强度校核校核公式为 1 查表得弹性系数2 查表得区域系数3 重合度系数4 螺旋角系数MPa1980MPa由计算结果可知齿轮强度符合要求。4.4.2. 齿条的强度计算1. 齿条受力分析在本设计中，根据前面计算可知在转向器输入端施加的扭矩 T = 24.006Nm，取为25Nm，一般都会在齿轮齿条的啮合点之间会加以润滑。本设计中齿条的齿受力与斜齿轮的受力情况很相似，齿条的受力分析如下图图4-1齿条的受力分析不考虑其他里的情况下，将垂直齿面的法向力Fn分成三个相互垂直方向的力，这三个力分别是径向力Fr，切向力Ft和轴向力Fx。各力的大小为：F= F= F= F = 式中齿轮轴分度圆螺旋角；法面压力角。齿轮轴受到的切向力：F = =2794.86 N式中T作用在输入轴上的扭矩，T为25Nm；d齿轮轴分度圆的直径。齿条齿面的法向力：F= =3040.67N齿条齿部受到的切向力： =2857.4N2. 齿条齿部弯曲强度的计算齿条的单齿弯曲应力：式中：齿条齿面切向力；齿条计算齿高； =6.2mm结合以上的数据，将它们代入上面那个公式就可以得出齿条齿跟处的弯曲应力： =549N/mm S，所以a-a剖面安全，轴设计合理。第5章其他零件的选择与润滑方式确定5.1. 轴承的选择1、选用深沟球轴承（GB/T 2761994）如图5-1所示。轴承代号：6001 数量：1个 6006 1个图5-1 深沟球轴承表5-1 选用深沟球轴承（GB/T 2761994）5.2. 转向器润滑方式1、对转向器的润滑主要有两个原因：（1）减小齿面间滑动磨损量。（2）降低由于滑动摩齿轮工作时齿面间相互摩擦所导致的齿面温度升高。为了解决以上两个原因引起的问题，要选择合适的润滑油以及相应的方法，才能解决以上问题。2、具体的润滑方法可以分为以下三类：（1）润滑脂润滑法这种润滑方法主要是在速度相对较低的并且箱体是开式或者闭式的齿轮传动中。而且使用这种方法需要一定的条件，如果使用不当就会起到相反的作用，在此主要列出三点：1）有合适的流动速度要想润滑脂的能够有效的在各润滑部位流动，就需要润滑脂有高的流动性。2）不能用在承受载荷非常大的并且一直转动的地方。润滑脂自身的冷却效果并不是很理想，所以它在高负荷下不容易散热。这就会出现温度过高的问题。3）使用的量要根据所用部位的大小适量添加量过多过少都会影响润滑的效果，量少了，零部件不能全部被润滑，良多了又会造成密度过大，造成阻力。（2）飞溅润滑法（油浴润滑）这种方法是在壳体底部放置一定深度的润滑油，然后将齿轮的一部分伸入油中。通过转动将油送到其他零部件上。使用飞溅润滑法（油浴式）时，有许多需要注意的问题，这里就油面的规定及齿轮箱的最高油温做以说明。1）油面的高度油面高度要合适，不能太低也不能太高，低了润滑不到位，高了又会增大搅拌阻力，并且要安装油盘防止油面落差大。2）齿轮箱的极限温度随着工作时间的增长，由于各种原因，箱体的温度会逐渐上升，而温度身高对润滑油的性能会产生不利的影响，所以需要适时给箱体降温，冷却润滑油。 3）强制润滑法（循环喷油润滑）这种方法就是直接用泵之类的将润滑油喷射到需要润滑的零部件上。根据不同的上油方法，可以分为三种类型：滴下式，喷射式和喷雾式三种。1）滴下式利用导管将润滑油直接注入到啮合部。2）喷射式利用喷油嘴将润滑油直接喷射到啮合部。3）喷雾式利用气压差将油液雾化，然后由气体动能喷射到零部件上。这种润滑方法特别常用在高速传动时。使用这种方法所需的装置要求比较高，装置内的每一个部件都必须是严格配套的。因此这种方法多在速度高而且齿轮大的装置中使用。强制润滑法的好处在于，在经过装置内的过滤器，并经过冷却器降温，并将粘稠度调整适中后的润滑油按照各个部位需要的量精确的送达，是最良的齿轮润滑方式。经过上面的对比，最终选择转向器的润滑方式：润滑脂人工定期润滑第6章转向传动机构的设计所谓的转向传动和机构顾名思义就是传递力的使车轮绕车轮的主销轴线发生能与驾驶员转动方向盘的动作同步同向的偏转，以使车辆实线绕其瞬时中心的圆周转动。并且此时车轮能够无滑动的进行转向。为了让左右转向车轮偏转时能实现以上要求，就要求有一套精确的设计来实现这一运动学要求。下图所示的的一种转向机构的示意图。因为本设计省去了转向直拉杆和转向摇臂，所以要将转向横拉杆做成可调整长短的，一般将它做成断开式的，中间的横拉杆两侧分别用螺纹与两侧连接。同时在安装转向传动机够时应避免与悬架导向机构产生运动干涉。前面已叙述了转向器和转向传动机构的安装方案，这里不再复述，齿轮齿条转向器能够匹配上的转向杆系的布置方案简单，如下图所示。图7-1 分段的转向梯形安装在独立悬架上的布置形式图72 齿轮齿条转向器能够匹配上的转向杆系的布置方案中小型汽车一般都采用独立悬架，微型客车也不例外。由于本设计参照的车辆是微型客车，所以设计时要兼顾结构紧凑和制造成本低两个基本原则。6.1. 转向横拉杆通常转向横拉杆会被设计成圆柱管形的，它的粗细是由地面阻力传递到转向横拉杆的大小确定的，而它的长度需要根据转向器的安装位置，还有转向节臂的大小确定的6.1.1. 横拉杆材料的确定转向横拉杆因为直接承受地面传给车辆的作用力，并且它是保证转向器有效工作的重要元件，所以转向横拉杆的刚性要相当好，为了转向轻便，质量要尽可能的轻，可选用的钢管有20、30和35钢制造的无缝钢管，一般它的整体都是圆形管状的。本设计选用35号钢取制作转向横拉杆，并且是可以调整长度的空心拉杆。6.1.2. 横拉杆截面尺寸计算1. 杆长调节螺栓直径 d （5-1）式中： F车轮转向时地面作用到车轮上的转向阻力矩经过车轮传递到转向横拉杆的力 - =220MPa 作用在转向横拉杆上的力F的计算：根据之前的计算转向轮的原地转向阻力矩M=380269.92，设转向节臂长节臂长是200mm,所以可以将转向阻力矩转化为作用在转向节臂处的力 F380269.92Nmm/200mm1901.3496N所以长度调节横拉杆螺栓的直径值为: d=3,78mm 所以取转向拉杆调整螺栓的直径为10mm2. 横拉杆尺寸计算及校核设计取转向横拉杆外端的直径是20mm，所以要校核转向横拉杆的截面拉应力 =8.07MPa520MPa6.1.3. 球头销选择球头销主要用于转向传动机构元件的链接，一般的球头销的结构如下图所示，用球形铰接最主要的优点就是这种铰接能够消除因为传动件之间的反复运动导致磨损以至于产生的间隙，同时还能满足铰接传动机构各种复杂的运动。现在通用的球头装置都是用弹簧间球头销与衬垫压紧。具体布置形式如下图两种，沿拉杆轴线压紧的机构虽然执照容易，但是缺点也很明显，它的弹簧的压紧力需要很大，大到能够克服汽车转向拉杆能够承受的最大轴向力，这会大大降低球头铰接件零部件的寿命。第二种球头装置则很轻松地克服了前一个的缺点，它采用沿球头销轴线压紧球头销与垫片的方式，它的弹簧压紧力只需要大于汽车运动时在球头销轴线方向产生的最大惯性力，防止沿球头销松动，与垫片产生间隙。应将整个装置通过螺栓与横拉杆内部的螺纹旋接到一块，这样就可以通过调节杆长调节车轮前束了。图7-3 汽车转向传动机构的球头销图7-4 汽车转向传动机构的球头销图7-5球头销球头销和衬垫一般用的材料是相同的，大部分都是用的碳含量很低的合金钢，,制作的时候在零件表面要进行热处理以加强零件表面强度，进行渗碳淬火处理时。而且表面要做够硬一般都在HRC5663，也可以用其他材料制造球头销，比如40和45号钢，但是要进行高频淬火处理，以强化韧性。另外在需要过渡的表面处要进行倒圆角。球头销的壳体一般也是钢制的，如35和40为了校核转向机构各零部件的设计强度，就需要确定他们说受到的最大载荷，本设计中零部件所受载荷均有汽车原地转向阻力矩提供所以 T= 380269.92Nmm 6.1.4. 球头销强度与耐磨性计算球头销主要失效形式就是断裂和磨损，设计球头销时应满足以下两个要求： FC/Wb300Mpa F/A2530Mpa (5-2) 表51球头销球头直径的选用范围转向轮负荷（N）球头直径（mm）600020600090002290001250025125001600027160002400030计算选取球头销的直径d25mm（参见表51）；C20mm；已知，F1901.3496N； =3068 =23.4Mpa A=42610 =6.73Mpa25Mpa 强度符合要求。第7章转向操纵机构设计为减小因为安装误差造成转向机构的变形以至于降低强度，而且为了便于调整各零部件之间的角度所以在各操纵机构之间采用万向节连接。万向节不能过硬也不能过软，硬度要适中，否则会影响整个系统的刚度。7.1. 转向盘这三个部分构成了方向盘的基本形状。包括轮毂、轮缘和轮辐。在轮缘何轮副的中心加装硬质的骨芯，其材质一般铁的或者是合金的。这样可以提高整个方向盘的强度。而方向盘外侧则用软质的材料包裹，一般是橡胶，也有用木材的，在橡胶外面还得包上一层皮革以美化外观。按照下表可以选定转向盘的直径外400mm，方向盘与转向柱的连接有多种形式，有利用锥面结合的，有通过螺纹连接。一般方向盘上都会设置有各种常用的按钮如电喇叭、雨刷、远近灯、转向灯等的开关。表6-1汽车类型转向盘直径（mm）轿车、小型客车、小型货车 400中型客车、中型货车 450、500大型客车、大型货车 550转向盘要有足够的刚度，但也要考虑驾驶员安全性，所以方向盘要有一定的安全设计，以减小事故中的冲击力7.2. 转向轴和转向柱管的结构设计转向轴传递力矩，而转向管柱是用来支撑方向盘的。转向轴与转向器的连接有多种形式，有花键连接的，有直接焊接的，本设计选用花键连接，并在转向轴中设计了防伤装置。低碳钢常常是用来做转向轴最常用的材料。轴的粗细要能保证承受转向系的最大扭矩。本设计的防伤安全装置采用的联轴套筒吸收冲击能量。它的结构是一个是实心轴，一个是空心管，他们通过花键相互套和，然后通过塑料销钉将两者固定，在发生冲击时，冲击力会将塑料销轴剪切断，让后轴与空心管进行相对移动，并且存在其中的塑料销还能增大摩擦力以起到吸收能量的作用。该设计还有一个最大的优点就是在发生冲击后，即使塑料销定断裂，但转向轴与空心管还是套和在一块，所以转向系还能继续使用。图6-1 7.2.1. 转向轴上半轴计算作用在转向轴上的力矩为 T=F*R=120*200=24000Nmm 35号钢的许用应力 =260MPa所以可求得转向轴实心轴的直径为： D=8.3mm取d40mm；7.2.2. 转向轴下半轴（管）的设计计算因为此次设计将轴做成管转吸能装置，因此上下轴是分开的，所以上轴是空心的，下轴是实心的，用来套和在上轴里面。因为下轴直径已经算出来，所以上轴的外径设置D=50mm，内径d=40

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