毕业设计（论文）-五菱荣光轻型货车转向器的设计.doc

全套图纸加扣3012250582 摘 要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。本设计以LZW1029BF型轻型货车为设计对象,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，以及对齿轮的接触疲劳强度校核、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锁紧螺母、轴承等。画出齿轮齿条式转向器各零件和总装配的三维图和1张A1零件图。关键词 齿轮齿条 转向器 设计计算IIABSTRACTAccording to the research of the Rack-and-pinion steering and the data of the machine, the advantages and disadvantages of the typical machine are analyzed, and the layout type is chosen，and the application condition with every kind of types Rack-and-pinion steering is introduced. The design of model LZW1029BF truck as the design object, according to the original data to calculate the steering gear ratio, and to determine the geometric parameters of gear rack. That text precedes the total designs to the Rack-and-pinion steering. Suffering the dint analysis, and calibrate the tired strength of the machine with the bent and tired strength in root of tooth. This article revised the unreasonable data of the steering. With the design of the Rack-and-pinion steering, selects the related spare parts, such as locknut, bearing.etc. Drawing the three-dimensional figure of Rack-and-pinion steering and 1 A1 parts drawing.KEY WORDS Rack-and-pinion steering design and calculationIII目 录1 绪论 1 1.1 汽车转向系统简介 1 1.1.1 机械转向系统 2 1.1.2 动力转向系统 2 1.2 汽车转向装置的设计趋势 3 1.3 汽车转向装置的发展趋势 4 1.4 小结 42 齿轮齿条式转向器方案分析 6 2.1 齿轮齿条式转向器的方案选择 6 2.2 小结 93 转向系主要性能参数 10 3.1 转向盘参数的选取 10 3.1.1 转向盘总转动圈数 103.1.2 转向盘直径 10 3.2 转向阻力矩 10 3.3 转向系传动比 11 3.4 力传动比与转向系角传动比的关系 11 3.5 转向车轮的最大转角 12 3.6 计算 134 齿轮齿条设计 14 4.1 齿轮参数的选择 14 4.2 齿条几何尺寸的确定 155 齿轮强度计算 17 5.1 齿轮齿根弯曲疲劳强度计算 17 5.1.1 弯曲疲劳许用应力 175.1.2 弯曲疲劳强度校核 175.1.3 模数校核 18 5.2 齿轮齿面接触疲劳强度计算 195.2.1 接触疲劳许用应力 195.2.2 接触疲劳强度校核 196 齿轮轴的设计 21 6.1 齿轮轴材料的选择 21IV 6.2 齿轮轴的结构设计 21 6.3 齿轮轴强度的校核 227 调整弹簧的设计 268 其他零件的选择 28 8.1 轴承的选择 28 8.2 锁紧螺母 28 8.3 调整螺塞 28 8.4 齿条压块 29 8.5 壳体 29 8.6 总装配 29结束语 30致谢 31参考文献 32 V1 绪 论 改革开放以来，中国的汽车工业有着飞速的发展，据中国汽车工业协会统计，截至2006年10月底，轿车累计销量超过300万辆，达到304万辆，同比增长40%。2006年11月的北京车展，自主品牌：奇瑞、吉利、长城、中兴、众泰、比亚迪、双环、中顺、力帆、华普、长安、哈飞、华晨等自主品牌纷纷亮相，在国际汽车盛宴中崭露头角，无论从参展规模还是产品所展示的品质和技术含量上，都不得不令人折服，但和国外有着近百年发展历史的国外汽车工业相比，我们的自主品牌汽车在行车性能和舒适体验方面仍有差距。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。汽车转向系也随着汽车工业的发展历经了长时间的演变。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。随着私家车的越来越普遍，各式各样的高中低档轿车进入了人们的生活中。快节奏高效率的生活加上们对高速体验的不断追求，也要求着车速的不断提高。由于汽车保有量的增加和社会活生化汽车化而造成交通错综复杂，使转向盘的操作频率增大，这要求减轻驾驶疲劳。所以，无论是为满足快速增长的轿车市场还是为给驾车者更舒适更安全的的驾车体验，都需要一种高性能、低成本的大众化的轿车转向结构。1.1 汽车转向系统简介转向系统是组成汽车底盘的关键部分，车辆行驶的安全性、操稳性以及驾驶舒适性取决于转向系的性能，转向系可以保证汽车的行驶安全性、降低交通事故的发和保护司机的人身安全。经过近几年汽车技术的迅猛发展，汽车转向系统已经由机械转向系统、液压助力转向系（HPS）、电控液压助力转向系统(EHPS)，发展到利用现代电子和控制技术的电动助力转向系统(EPS)以及线控转向系统(SBW)。通常，对转向系的主要要求是:(1) 当汽车转弯行驶的时候，应保证所有的车轮绕瞬时转向中心旋转，并且不发生侧滑。否则，使轮胎的磨损加快，降低行驶安全性及操纵稳定性;(2) 保证汽车有较高的机动性，在有限的场地面积内，具有迅速和小半径转弯的能力，同时操作轻便;(3) 当汽车遇到不平路面时，从转向车轮传到方向盘的冲击力不能太大，太大易造成驾驶员精神紧张以及产生疲劳感;(4) 转向行驶后，在驾驶员松开转向盘时转向轮应能自动回正，确保汽车稳定直线行驶;(5) 发生车祸时，当转向盘和转向轴因车身和车架变形一起后移时，转向系统应设防伤机构防止伤驾驶员受到伤害。按转向能源的不同，可将汽车转向系统分为机械转向系统和动力转向系统两大类。1.1.1 机械转向系统纯机械式转向系统的能量来源是人力，所有传力件都是机械的，由转向操纵机构(方向盘)、转向器、转向传动机构三大部分组成。转向系统的核心部件是转向器，它的作用是把转向盘的旋转运动转化为转向传动机构的直线运动来达到转向轮转向的目的。近年来，为了使转向盘和转向器等部件通用化和系列化，万向传动装置应用在了国内外生产的许多新车型在转向操纵机构中。只要适当改变转向万向传动装置的一些几何参数，就可以满足各种变型车的布置要求。因为机械式转向系统所有采用的传力件都是纯机械的，为了产生足够大的转向扭矩需要使用大直径的转向盘，这样一来，占用驾驶室的空间很大，整个机构显得比较笨拙，驾驶员负担较重，特别是重型汽车由于转向阻力较大，单纯靠驾驶员的手力难以实现转向，这就大大限制了其使用范围。但因其结构简单、成本低、工作可靠、，目前在一些转向阻力较小、对操控稳定性要求不高的微型轿车、轻型货车和农用车上仍有使用。1.1.2 动力转向系统动力转向系统是一套兼用驾驶员体力和发动机动力为转向能源的转向系统。在正常情况下，汽车转向所需要的能量只有一小部分由驾驶员提供，而大部分能量由发动机通过转向加力装置提供。但在转向加力装置失效时，一般还应当能由驾驶员独立承担汽车转向任务。因此，动力转向系统是在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置而形成的。动力转向系统可分为液压助力转向系统和电动助力转向系统(EPS)。液压助力转向系统于1953年在通用汽车公司得到首次应用，此后该技术得到迅猛发展，使得动力转向系统在体积、功率消耗和价格等方面都取得了很大的进步。 液压助力转向系统于80年代后期才出现，该转向系统可实现变减速比。此后的几年内，动力转向系统差不多都是在液压转向系统的基础上进行技术革新的，其中比较典型的有：变流量泵液压助力转向系统(Variable Displacement Power Steering Pump)和电动液压助力转向系统(Electric Hydraulic Power Steering，简称EHPS)。变流量泵液压助力转向系统能够减少功耗，因为汽车在高速或者直线行驶时，泵的流量会相应减少。由于电动液压转向系统的转向泵是由电动机驱动的，所以可以通过调节电动机的转速来达到降低功耗的作用。 液压助力转向系统的主要优点是：让驾驶室更宽大，更方便布置，转向操纵力减小，转向灵敏度提高。正因为液压助力转向系统技术成熟、提供的转向操纵助力大，目前在一些乘用车、大部分商用车特别是重型车辆上得到广泛应用 。 液压助力转向系统的主要缺点是：在系统布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损和噪声等方面存在不足。EPS在日本最先获得实际应用，1988年日本铃木公司首次开发出一种全新的电子控制式电动助力转向系统，并装在其生产的Cervo车上，随后又配备在Alto上。从那时起，EPS技术得到快速发展，其应用范围已经从微型轿车向大型轿车和客车方向发展。日本的大发汽车公司、三菱汽车公司、本田汽车公司，美国的Delphi公司，英国的Lucas公司，德国的ZF公司，都研制出了各自的EPS。EPS的助力形式也从低速范围助力型向全速范围助力型发展，并且其控制形式与功能也进一步加强。日本早期开发的EPS仅低速和停车时提供助力，高速时EPS将停止工作。新一代的EPS则不仅在低速和停车时提供助力，而且还能在高速时提高汽车的操纵稳定性。随着电子科技的发展，电动助力转向技术也慢慢得到完善，由于其成本大幅下降，使得EPS技术的应用越来越广。1.2 汽车转向装置的设计趋势 （1）满足汽车高速化的需求基于转向的轻便性、行驶稳定性以及安全性的需求，当今世界上生产的转向器结构的方向是：变速比和高刚性。为此，汽车制造企业普遍采用较先进的工艺方法-使用变速比转向器和高刚性转向器。 （2）充分考虑安全性、轻便性随着汽车行驶速度的提高，驾驶员以及乘员的人身安全至关重要，当今国内外的很多汽车上都已设计吸能装置，像防伤转向传动轴、安全带、安全气囊等。从人类工程学的角度考虑操纵的轻便性，已逐步采用可调整的转向管柱和动力转向系统。 （3）向低成本、低油耗、大批量专业化方向发展随着国际经济形势的恶化，石油危机造成经济的衰退，汽车生产越来越看重经济性，所以，低成本、低油耗的汽车和低成本、合理化生产线是设计的方向，并且尽量实现大批量专业化生产。对零部件特别是转向器的生产，显得尤为重要。 （4） 汽车转向器装置的智能化随着科学技术特别是计算机技术的发展，未来汽车转向器装置完全由计算机控制必定会实现。这不仅改善了操纵轻便性，舒适性，更提高了驾驶员和乘客的人身安全性。1.3 汽车转向装置的发展趋势近年来，汽车技术快速发展的同时，汽车转向器的结构也得到了发展。根据结构特点的不同，目前在汽车上应用较多的转向器类型有：蜗杆指销式(WP型)、蜗杆滚轮式(WR型)、循环球式(BS型)、齿条齿轮式(BP型)。这四种转向器型式，已经被广泛使用在汽车上。据资料显示，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，其它类型的转向器占5%。循环球式转向器一直在稳步发展。另外，齿轮齿条式转向器在西欧的小型客车中得到较大发展。循环球式转向器在日本的汽车转向器中占据的比重越来越大，日本装备不同类型发动机的各类型汽车中，采用不同类型的转向器，在公共汽车中使用的循环球式转向器，已由60年代的62.5%，发展到现在的100%了。大、小型货车大部分采用循环球式转向器，但齿条齿轮式转向器也有所发展。 根据以上对转向器类型的使用情况分析，得出以下结论：（1）目前世界上主要使用的汽车转向器是：循环球式转向器和齿轮齿条式转向器这两种类型。其他类型如蜗轮蜗杆式转向器和蜗杆指销式转向器，基本不使用或濒临淘汰。 （2）世界各国对何种类型的转向器适用于小客车的持不同的观点，西欧国家重点发展齿轮齿条式转向器，比率超过50%，法国已高达95%，而美国和日本则主要发展循环球式转向器，比率高达90%以上。 （3）由于齿轮齿条式转向器结构简单、成本低、传动效率高、制造容易、质量轻、转向轻便等优点，在微型车、小型货车和农用车上得到广泛的应用；而大型车辆则以循环球式转向器为主。随着科学技术的迅速发展，国际经济形势的变化对汽车甚至汽车转向器的生产产生非常大的影响。尤其是西方国家出台石油禁运政策以来，国际经济形势受到很大的冲击。随着能源危机的发展，汽车行业首当其冲，其发展方向变化巨大。从汽车设计、生产制造至各总成零部件的生产都随着能源危机的发生而变化，主要体现在操纵轻便、材料消耗、能源消耗等方面。自从我国加入WTO以来，给汽车工业带来新的机遇的同时，也带来了挑战，国产汽车及零部件生产将会得到进一步的发展。1.4 小结 转向器是汽车转向系统的核心部件，是转向系统的减速传动装置。曾经出现过的转向器结构形式很多，但有些已被淘汰。目前，在汽车上广泛采用的有齿轮齿条式和循环球-齿条齿扇式等几种结构形式。 由于齿轮齿条式转向器具有结构简单、紧凑，质量轻，刚性大，转向灵敏，制造容易，成本低，正、逆效率都高以及便于布置等优点，而且特别适合与烛式和麦弗逊式悬架配用，因此，目前它在轿车和微型、轻型货车上得到了广泛的应用。本设计结合LZW1029BF轻型货车的特点采用齿轮齿条式机械转向器为其转向器的设计方案。2 齿轮齿条式转向器方案分析LZW1029BF 车型的相关数据： 驱动形式：42，发动机中置后驱 总质量（kg）：2110满载轴荷（kg）：770/1340额定功率（kw/r/min）：60.5/5300轴距（mm）：3050轮距（mm）：1386/1408轮胎型号：175/70R14LT最小转弯半径（m）：5.952.1 齿轮齿条式转向器的方案选择转向器的功用是将转向盘的回转运动转换为转向传动机构的往复运动。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。目前应用比较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。此次毕业 设计，是设计机械转向系的转向器中的一种，即齿轮齿条式转向器。齿轮齿条式机械转向器的优点是：结构简单、布置方便；制造成本低、质量轻；传动效率可以达到90%；转向灵敏、轻便；利用装在齿条背部、靠近主动小齿轮处的压紧力可调节弹簧，能自动消除齿轮和齿条之间由于磨损而出现的间隙，如图2-1所示，这样既能提高转向系统的刚度，还又能够防止转向器工作时产生冲击和噪声；转向器占用的空间小；没有转向摇臂和直拉杆，所以转向轮转角可以增大，制造成本低。特别适于 图2-1 自动消除间隙装置与烛式和麦费逊式悬架配用等优点。因此，目前它在轿车、微型、轻型货车上得到广泛的应用。例如,一汽的红旗CA7220型轿车、奥迪100型轿车、捷达轿车、上海桑塔纳轿车、天津夏利轿车以及天津TJ1010型微型货车和南京依维柯轻型货车等，都采用了这种齿轮齿条式转向器。齿轮齿条式转向器的主要缺点是：因逆效率高（60%-70%），汽车在不平路面上行驶时，发生在转向轮与路面之间冲击力的大部分能传至转向盘，称之为反冲。反冲现象会使驾驶员精神紧张，并难以准确控制汽车行驶方向，方向盘突然转动会造成打手，同时对驾驶员造成伤害。齿轮齿条式转向器的主要缺点是：因逆效率高（60%-70%），汽车在不平路面上行驶时，发生在转向轮与路面之间冲击力的大部分能传至转向盘，称之为反冲。反冲现象会使驾驶员精神紧张，并难以准确控制汽车行驶方向，方向盘突然转动会造成打手，同时对驾驶员造成伤害。 根据输入齿轮位置和输出特点不同，齿轮齿条式转向器有四种形式：中间输入，两端输出（图2-2a）；侧面输入，两端输出（图2-2b）；侧面输入，中间输出(图2-2c)；侧面输入，一端输出(图2-2d)。 图2-2 齿轮齿条式转向器的四种形式采用侧面输入，中间输出方案时，由图2-3可见，与齿条固连的左、右拉杆延伸到接近汽车纵向对称平面附近。由于拉杆长度增加，车轮上、下跳动时拉杆摆角减小，有利于减少车轮上下跳动时转向系与悬架系的运动干涉。拉杆与齿条用螺栓固定连接，因此，两拉杆与齿条同时向左或向右移动，为此在转向器壳体上开有轴向的长槽，从而降低了它的强度。 图2-3 拉杆与齿条的连接采用两端输出方案时，由于转向拉杆长度受限制，容易与悬架系统导向机构产生运动干涉。但其结构简单，制造方便，且成本低等特点，常用于小型车辆上采用侧面输入，一端输出的齿轮齿条式转向器，常用在平头货车上。如果齿轮齿条式转向器采用直齿圆柱齿轮与直齿齿条啮合，则运转平稳性降低，冲击力大，工作噪声增加。此外，齿轮轴线与齿条轴线之间的夹角只能是直角，为此，因与总体布置不适应而遭淘汰。采用斜齿圆柱齿轮与斜齿齿条啮合的齿轮齿条式转向器，重合度增加，运转平稳，冲击与噪声均降低，而且齿轮轴线与齿条轴线之间的夹角易于满足总体设计的要求。因为斜齿工作时有轴向力作用，所以转向器应该采用推力轴承，使轴承寿命降低，还有斜齿轮的滑磨比较大是它的缺点。 根据对四种不同类型转向器的对比选择，本课题将采用侧面输入两端输出的齿轮齿条式转向器。齿条断面形状有圆形（图2-1）、V形（图2-4）和Y形（图2-5）三种。圆形断面齿条的制作工艺比较简单。V形和Y形断面齿条与圆形断面比较，消耗的材料少，约节省20%，故质量小；位于齿下面的两斜面与齿条托座接触，可用来防止齿条绕轴线转动 图2-4 V形断面齿条图2-5 Y行断面齿条；Y形的断面齿条的齿宽可以做的宽些，因而强度得到增加。在齿条与托座之间通常装有减磨材料（如聚四氟乙烯）做的垫片（图2-4），以减少滑动摩擦。当车轮跳动、转向或转向器工作时，如在齿条上作用有能使齿条旋转的力矩时，应选用V形和Y形断面齿条，用来防止因齿条旋转而破坏齿轮、齿条的齿不能正确啮合的情况出现。根据齿轮齿条式转向器和转向梯形相对前轴位置的不同，齿轮齿条式转向器在汽车上有四种布置形式：转向器位于前轴后方，后置梯形；转向器位于前轴后方，前置梯形；转向器位于前轴前方，后置梯形；转向器位于前轴前方，前置梯形，如图2-6所示。根据所选车型的特点，本设计采用转向器位于前轴前方，前置梯形的布置方式。图2-6 齿轮齿条式转向器的四种布置方式2.2 小结 本次设计的车型为LZW1029BF轻型载货汽车，根据其整车性能参数和底盘布置等条件，设计方案采用齿轮齿条式转向器为设计目标，其传动方式为侧面输入-两端输出；布置为转向器位于前轴前方，前置梯形；齿条断面形状采用制造工艺简单的圆形；其齿轮的设计将采用斜齿轮，齿条也采用斜齿条。3 转向系主要性能参数3.1 转向盘参数的选取3.1.1 转向盘总转动圈数转向盘从一个极端位置转到另一个极端位置时所转过的圈数称为转向盘的总转动圈数。它与转向轮的最大转角及转向系的角传动比有关，并影响转向的操纵轻便性和灵敏性。轿车转向盘的总转动圈数较少，一般约在3.6圈以内；货车一般不宜超过6圈。根据LZW1029BF车型为轻型货车，则其转向盘圈数取3.5圈。3.1.2 转向盘直径转向盘直径对转向轻便性有影响，选用尺寸小些的转向盘，虽然占用的空间小，但转向时须对转向盘施以较大的力；而选用尺寸大些的转向盘又会使驾驶员进、出驾驶室时入座困难。根据车型不同，转向盘直径的选取如表3-1所示 表3-1 各类车型的转向盘直径汽车类型转向盘直径/mm轿车、小型客车、轻型货车380、400、425中型客车、中型载货汽车450、475、500大客车、重型载货汽车550根据表3-1，本设计选取转向盘直径为=400mm 。3.2 转向阻力矩为了保证行驶安全，组成转向系的各零件应有足够的强度。欲验算转向系零件的强度，需首先确定作用在各零件上的力。影响这些力的主要因素有转向轴的负荷，路面阻力和轮胎气压等。为转动转向轮要克服的阻力，包括转向轮绕主销转动的阻力、车轮稳定阻力、轮胎变形阻力和转向系中的内摩擦阻力等。精确地计算这些力是困难的，为此可用足够精确的半经验公式来计算汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转向阻力距（Nmm），即 (3-1)式中,f为轮胎与路面间的滑动摩擦因数，一般取f=0.7；G1为转向轴负荷(N)； P为轮胎气压（MP），前轮气压一般为300KPa。则 （3-2）3.3 转向系传动比转向系的传动比由转向系的角传动比和转向系的力传动比组成从轮胎接触地面中心作用在两个转向轮上的合力2与作用在方向盘上的手力之比称为力传动比，即 。转向盘角速度与同侧转向节偏转角速度之比，称为转向系角传动比，即 （3-3）式中，为转向盘转角增量；为转向节转角增量；dt为时间增量。3.4 力传动比与转向系角传动比的关系轮胎与地面间的转向阻力和作用在转向节上的转向阻力之间有如下关系 （3-4）式中，为主销偏移距，指从转向节主销轴线的延长线与支承平面的交点至车轮中心平面与支承平面交线间的距离。作用在转向盘上的手力为 （3-5）式中，为作用在转向盘上的力矩；转向盘直径。将式（3-4）、式（3-5）代入 后得到 （3-6）分析式（3-6）可知，当主销偏移距 小时，力传动比 应取大些才能保持转向轻便。通常乘用车的值在0.40.6轮胎的胎面宽度尺寸范围内选取，而货车的值在4060mm 之间，本设计取 。如果忽略摩擦损失，根据能量守恒原理，为 （3-7）将式（3-7）代入式（3-5）后得到 （3-8）3.5 转向车轮的最大转角 若要保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶，则梯形机构应保证内、外转向车轮的转角关系为 (3-9） 式中， L为汽车轴距；K为两主销中心线延长线到地面交点之间的距离； 为外转向轮转角； 为内转向轮转角。由图可知 (3-10) 式中，R为最小转弯半径，则 （3-11）则 ，所以 （3-12） 则 3.6 计算由以上的推论可得 （3-13） （3-14） （3-15） (3-16) 4 齿轮齿条设计4.1 齿轮参数的选择 齿轮齿条式转向器的齿轮多数采用斜齿圆柱齿轮。齿轮模数取值范围多在23mm之间。主动小齿轮齿数多数在57个齿范围变化，我国规定的标准压力角为20，齿轮螺旋角取值范围多为915。此外，设计时应验算齿轮的抗弯强度和接触强度。本设计主动小齿轮采用斜齿圆柱齿轮。齿轮模数取2.5mm，齿轮齿数取7，压力角取 ，齿轮螺旋角取 。齿轮材料选用20CrMnTi制造，而齿条采用45钢制造；为减轻质量，壳体用铝合金压铸。则齿轮的基本参数为模数m（mm）齿数压力角（。）螺旋角（。）2.572013 变位系数 （由六艺方圆软件计算得出） 分度圆直径 （4-1）齿顶高 （4-2）齿根高 （4-3）全齿高 （4-4）齿顶圆直径 （4-5）齿根圆直径 （4-6）端面变位系数 （4-7）端面模数 （4-8）端面压力角 （4-9）法面齿距 （4-10）端面齿距 （4-11）齿宽 ，取40mm （4-12）基圆直径 （4-13）法面齿厚 （4-14）端面齿厚 （4-15）齿轮中心到齿条基准线距离 （4-16）4.2 齿条几何尺寸的确定齿条采用45钢制造，其断面形状选取圆形。因为 ，n是转向盘转动圈数的增量，L是齿条的位移增量。因此，L=18.23.5=63.7mm，即要求齿条长度大于2L=127.4mm， ，则选取齿条齿数为 。则齿条的基本参数为模数m（mm）齿数压力角（。）螺旋角（。）2.5232013 端面模数 （4-17）端面压力角 （4-18）法面齿距 （4-19）端面齿距 （4-20）端面变位系数 （4-21）齿顶高 （4-22）齿根高 （4-23）法面齿厚 （4-24）端面齿厚 （4-25）齿宽 5 齿轮强度计算 根据机械设计手册可知，本设计的小齿轮可选用8级精度制造，齿面硬度为60HRC。齿轮传动的强度计算主要有三种，即齿根弯曲疲劳强度计算、齿面接触疲劳强度计算和静强度计算。而静强度计算是用于少循环次数（低周循环）和瞬时过载两种情况。这里只用前两种来校核齿轮强度。5.1 齿轮齿根弯曲疲劳强度计算 5.1.1 弯曲疲劳许用应力弯曲疲劳许用应力按下式计算 (5-1)式中： 则 （5-2） 5.1.2 弯曲疲劳强度校核校核公式： （5-3）式中: 载荷系数 (5-4)式中 : 则 （5-5） 把以上参数代入式（5-3）得 （5-6） 由以上计算可知本设计的齿轮满足齿根弯曲疲劳强度要求。 5.1.3 模数校核 （5-7）由以上计算结果可知，取5.2 齿轮齿面接触疲劳强度计算 5.2.1 接触疲劳许用应力 接触疲劳许用应力按下式计算 (5-8)式中： 则 （5-9） 5.2.2 接触疲劳强度校核 按下式校核 (5-10) 式中： 载荷系数： （5-11）式中 则 （5-12） 将以上数据代入式（5-10）后得 （5-13） 由以上校核可知，齿轮接触疲劳强度符合设计要求。6 齿轮轴的设计6.1 齿轮轴材料的选择由于主动小齿轮的基圆直径较小，所以将其设计齿轮轴的形式。又因为齿轮采用20CrMnTi材料制造，因此轴也采用20CrMnTi材料制造，表面渗碳淬火，硬度为5862HRC。由机械设计手册上查得20CrMnTi材料的主要机械性能为：6.2 齿轮轴的结构设计由以下公式初算轴的最小轴径： (6-1)式中： 把数据代入式（6-1）得 。根据最小轴径设计的齿轮轴的结构如下图所示： 图 6-1 齿轮轴各轴段的直径和长度分别为： 与轴承配合 齿轮轴段 与轴承配合 6.3 齿轮轴强度的校核 图6-2 轴的载荷分布图齿轮轴的受力如图6-2（a）所示： 轴传递的转矩 (6-2) 齿轮的圆周力 (6-3) 齿轮的径向力 (6-4) 齿轮的轴向力 (6-5)计算轴上的支反力 水平面受力如图6-2（b）所示： 水平面内支反力 (6-6)垂直面受力如图6-2（c）所示： 垂直面内支反力 (6-7)画出轴的弯矩图垂直弯矩图 见图6-2（d）水平弯矩图 见图6-2（e）合成弯矩图 见图6-2（f），合成弯矩计算 (6-8)画出转矩图轴受转矩 , 转矩图如图6-2（g）所示由轴的弯矩图可以看出，齿轮中间截面（B点位置）处弯矩最大，故选择B处对轴校核。应力计算弯曲应力幅（对称循环） （6-9）扭剪应力幅（对称循环） （6-10）弯曲平均应力 扭转平均应力 等效系数 根据应力集中系数 有效应力集中系数 查表得 表面状态系数 查表得 尺寸系数 安全系数弯矩安全系数 （6-11）转矩安全系数 （6-12）计算安全系数 （6-13）故该轴安全。7 调整弹簧的设计本设计齿轮齿条转向器的调整弹簧为圆柱形螺旋压缩弹簧，簧丝剖面为圆形。已知最大载荷，工作行程6mm，弹簧所受载荷循环次数为，要求弹簧外径不超过25mm，端部并紧磨平。（1） 选择弹簧材料根据弹簧工作场合（调整间隙用）和弹簧所受载荷循环次数选用类碳素弹簧钢丝（45号钢）。初选弹簧丝直径d=2mm，查得弹簧强度极限 ，弹簧许用剪切应力 。（2） 按强度要求计算初选弹簧中径弹簧旋绕比 （7-1）曲度系数 （7-2）计算弹簧丝直径 （7-3） 故取d=2mm合适。（3） 计算弹簧工作圈数n （7-4）取n=3。考虑两端并紧一圈，则总圈数为： （7-5）弹簧刚度 （7-6）弹簧的极限载荷 （7-7）弹簧的极限变量 （7-8）（4） 计算弹簧的几何尺寸弹簧外径 （7-9）弹簧内径 （7-10）弹簧节距 （7-11）弹簧自由高度 （7-12）弹簧螺旋角 （7-13）簧丝展开长度 （7-14） 8 其他零件的选择8.1 轴承的选择因本设计采用的是斜齿轮，齿轮传动时承受径向载荷的同时，还有不大的轴向载荷，因此，齿轮轴的上端采用接触角不大的角接触球轴承。又由于齿轮齿条转向器的壳体比较小，在同样内径条件下，应选用外径比其他类型小的滚针轴承。则本设计选用的轴承型号如下：齿轮轴上端 角接触球轴承7002C（GB/T 292-2007）齿轮轴下端 封口型冲压外圈滚针轴承BK1212（GB/T 290-1998） 8.2 锁紧螺母 根据机械设计手册选取锁紧螺母的为：M241 （GB/T 808） 8.3 调整螺塞根据所选锁紧螺母的尺寸设计的调整螺塞形状尺寸如下： 8.4 齿条压块 根据齿条和弹簧的尺寸设计的齿条压块如下图所示： 8.5 壳体8.6 总装配结束语本次毕业设计大致分为四个阶段，下面分别进行总结： （1） 课题认识与资料搜集这一阶段是顺利完成毕业设计的关键，在黄老师的悉心指导下系统性、概念性的理解了设计题目。在最短的时间内以前学过的相关课程，同时不断增加了新的知识和方法。大量、快速地查阅了相关文献资料为这次毕业设计奠定了很好的基础。同时也学会了查阅资料的方法。本次资料文献的来源主要为广西科技大学图书馆和黄老师以及网络上，为