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齿轮齿条式转向器设计【优秀机械毕业设计】【word+7张CAD图纸全套】

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齿轮齿条式转向器设计_检测报告

A0装配图.dwg

A1万向传动节.dwg

A1转向蜗杆箱.dwg

A1转向齿条.dwg

A2转向拉杆.dwg

A2齿条衬套套管.dwg

A3齿轮轴.dwg

摘要

当今我们社会的汽车发展水平很快，然而汽车的转向器则是汽车中一个重要的组成部分，它也影响着汽车操纵的稳定性，所以转向器的质量就很关键，如果质量不过关，那么会影响汽车的主动安全。

这次设计的是铃木北斗星的转向器，在齿轮齿条转向器的结构上是选用的侧面输入、两端输出，主要的优点就是结构比较简单。壳体主要是由铝或镁合金压铸成的，所以质量轻，在传动效率上可达百分之九十。齿轮齿条在长时间的工作后如果出现了磨损间隙，那么可以利用靠近在齿条背面与小齿轮的压紧力可调弹簧自动的来消除间隙，此转向器无转向摇臂，也没有直拉杆，同时能扩大转向轮的转角。齿轮齿条转向器的工作原理：转动方向盘时，在连接处有万向节并且通过它的旋转驱动齿轮轴，齿条和齿轮轴啮合，从而使齿条做线性运动，最终实现转向。

关键词：转向器；设计；发展；齿轮齿条

ABSTRACT

The level of vehicle development today in our society very quickly, but the car's steering is an important car part, it also affects vehicle handling and stability, so the quality of steering is very critical, if quality tests, then will affect the active safety of the car.

This design is the Suzuki Big Dipper steering, rack and pinion steering gear on the structure of the input side is chosen, both ends of the output, the main advantage is that the structure is relatively simple. The main case is made of aluminum or magnesium alloy die casting, so the quality of light in the transmission efficiency of up to 90 percent. Rack and pinion after long hours of work if there is a gap of wear, you can use the back of the rack near the clamping force and pinion adjustable spring automatically to eliminate the gap, this steering without steering arm, nor straight rod, while the steering wheel angle expand. Rack and pinion steering works: when turning the steering wheel, there is a universal joint at the junction and by its rotary drive gear shaft, rack and pinion shaft is engaged, so that linear motion of the rack, and ultimately turn.

Keywords: steering; design; develop; rack and pinion

1前言1

1.1选题的目的与意义1

1.2转向器的国内外研究现状1

1.3转向器的发展趋势1

2齿轮齿条转向器设计内容与方案2

2.1设计的主要内容2

2.2制定转向器设计的方案2

2.2.1转向器的输入与输出形式2

2.2.2齿轮齿条的选择3

2.2.3齿条断面形状的选择3

2.2.4齿轮齿条转向器布置形式3

2.3齿轮齿条转向器最终方案及结论4

3齿轮齿条式转向器的设计和计算4

3.1计算汽车的原地转向阻力矩4

3.2转向器角传动比的计算4

3.2.1转向轮侧偏角计算5

3.2.2角传动比的计算5

3.3作用在转向盘上的手力的计算5

3.4梯形臂长度计算（L2）6

3.5轮胎直径RT的计算6

3.6齿轮齿条式转向器的设计计算6

3.6.1齿轮齿条式转向器的设计要求6

3.6.2齿轮齿条转向器的主要部件7

3.7齿轮齿条式转向器的材料选择及强度校核8

3.8齿轮齿条的基本参数10

4齿轮轴的结构设计11

4.1齿轮齿条式转向器的受力分析与计算11

4.2齿轮轴的设计计算11

4.3齿轮轴的强度校核13

5转向器间隙调整弹簧的设计计算13

5.1选择材料并确定许用应力13

5.2根据强度条件计算弹簧钢丝直径13

5.3计算弹簧圈数和弹簧的自由高度14

5.4稳定性验算14

5.5检查δ及δ114

5.6几何参数和结构尺寸的确定14

5.7弹簧工作图15

6轴承、润滑方式和密封类型的选择15

6.1轴承的选择15

6.2润滑方式的确定16

6.3密封结构的确定16

7结论17

参考文献18

致谢19

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A1万向传动节.jpg

A1转向齿条.jpg

A1转向蜗杆箱.jpg

A2齿条衬套套管.jpg

A2转向拉杆.jpg

A3齿轮轴.jpg

QQ截图20150627153407.jpg

QQ截图20150627154344.jpg

内容简介：: 中中国国地地质质大大学学长长城城学学院院本本科科毕毕业业设设计计题目题目齿轮齿条式转向器设计系系别别工程技术系专专业业机械设计制造及其自动化学学生生姓姓名名曹佳珺学学号号 05211514 指指导导教教师师孙晓燕职职称称讲师 2015 年年 4 月月 30 日日摘要当今我们社会的汽车发展水平很快，然而汽车的转向器则是汽车中一个重要的组成部分，它也影响着汽车操纵的稳定性，所以转向器的质量就很关键，如果质量不过关，那么会影响汽车的主动安全。这次设计的是铃木北斗星的转向器，在齿轮齿条转向器的结构上是选用的侧面输入、两端输出，主要的优点就是结构比较简单。壳体主要是由铝或镁合金压铸成的，所以质量轻，在传动效率上可达百分之九十。齿轮齿条在长时间的工作后如果出现了磨损间隙，那么可以利用靠近在齿条背面与小齿轮的压紧力可调弹簧自动的来消除间隙，此转向器无转向摇臂，也没有直拉杆，同时能扩大转向轮的转角。齿轮齿条转向器的工作原理：转动方向盘时，在连接处有万向节并且通过它的旋转驱动齿轮轴，齿条和齿轮轴啮合，从而使齿条做线性运动，最终实现转向。关键词：转向器；设计；发展；齿轮齿条 ABSTRACTThe level of vehicle development today in our society very quickly, but the cars steering is an important car part, it also affects vehicle handling and stability, so the quality of steering is very critical, if quality tests, then will affect the active safety of the car.This design is the Suzuki Big Dipper steering, rack and pinion steering gear on the structure of the input side is chosen, both ends of the output, the main advantage is that the structure is relatively simple. The main case is made of aluminum or magnesium alloy die casting, so the quality of light in the transmission efficiency of up to 90 percent. Rack and pinion after long hours of work if there is a gap of wear, you can use the back of the rack near the clamping force and pinion adjustable spring automatically to eliminate the gap, this steering without steering arm, nor straight rod, while the steering wheel angle expand. Rack and pinion steering works: when turning the steering wheel, there is a universal joint at the junction and by its rotary drive gear shaft, rack and pinion shaft is engaged, so that linear motion of the rack, and ultimately turn.Keywords: steering; design; develop; rack and pinion目录1 前言 11.1 选题的目的与意义11.2 转向器的国内外研究现状11.3 转向器的发展趋势12 齿轮齿条转向器设计内容与方案22.1 设计的主要内容22.2 制定转向器设计的方案22.2.1 转向器的输入与输出形式22.2.2 齿轮齿条的选择32.2.3 齿条断面形状的选择32.2.4 齿轮齿条转向器布置形式32.3 齿轮齿条转向器最终方案及结论43 齿轮齿条式转向器的设计和计算43.1 计算汽车的原地转向阻力矩43.2 转向器角传动比的计算43.2.1 转向轮侧偏角计算53.2.2 角传动比的计算53.3 作用在转向盘上的手力的计算53.4 梯形臂长度计算（L2）63.5 轮胎直径 RT的计算63.6 齿轮齿条式转向器的设计计算63.6.1 齿轮齿条式转向器的设计要求63.6.2 齿轮齿条转向器的主要部件73.7 齿轮齿条式转向器的材料选择及强度校核83.8 齿轮齿条的基本参数104 齿轮轴的结构设计114.1 齿轮齿条式转向器的受力分析与计算114.2 齿轮轴的设计计算114.3 齿轮轴的强度校核135 转向器间隙调整弹簧的设计计算135.1 选择材料并确定许用应力135.2 根据强度条件计算弹簧钢丝直径13d5.3 计算弹簧圈数和弹簧的自由高度145.4 稳定性验算145.5 检查及1145.6 几何参数和结构尺寸的确定145.7 弹簧工作图156 轴承、润滑方式和密封类型的选择156.1 轴承的选择156.2 润滑方式的确定166.3 密封结构的确定167 结论17参考文献18致谢19中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计01 前言1.1 选题的目的与意义目前汽车工业在飞速的发展，然而人们现在对于汽车的舒适性和安全性也在不断的提升，转向器在汽车中的地位很重要，因为汽车在行驶过程中操作平稳性和驾驶者的安全很重要，因而转向器就起到了非常关键的作用。尤其在车辆高速化与密集化的今天，转向器的设计是非常重要的。经过分析设计后，使得它可以达到整车设计要求的水平，这样才会提高相应的性能，达到先进的水平。1.2 转向器的国内外研究现状现在的汽车与过去相比较应用了许多高新技术，并且还在不断的创新改革。转向系统也是如此，转向技术的发展可以分为以下几个阶段，开始是机械转向、液压（气压）动力转向、到后来的电控液压动力转向，还有电动转向，目前还出现了主动转向与线控转向。从目前来看，转向器的主要类型有四种：蜗杆销式、蜗杆滚轮式、循环球式和齿条齿轮式。在世界范围中，循环球式转向器主要大约占 45，齿轮齿条式转向器大概占到40，而蜗杆滚轮式转向器大概占 10，其它类型的转向器占 5左右。大约在七十年代的时候，齿轮齿条式转向器开始兴起，而且在轿车中开始应用，齿轮齿条转向器的工作方式是方向盘转动使转向器内的齿轮传动，齿轮和齿条相互啮合，这时齿条可以向左或右来回移动，带动转向轮动并实现转向。这种转向机构和其它相比，没有了转向摇臂，同时也没有转向主拉杆，优点就是传动效率高，结构比较简单。目前电子技术的应用在汽车中越来越广泛，转向系统中也不例外，但是由于电子转向系统成本的因素，在家用轿车上并没有普遍开来，与此同时电子转向系统的安全行也不高。我们国家在最初时，解放牌汽车上的转向器用的是蜗杆滚轮式转向器，而东风汽车中用的是蜗杆肖式转向器，随着时间发展，它们也逐渐都采用了循环球式转向器。齿轮齿条转向器和循环球式转向器是目前在世界上用的最多的两种转向器。蜗轮蜗杆式转向器应用不多，而蜗杆肖式转向器的应用更少。美国和日本在小客车中主要发展循环球式转向器，大约占 90；西欧主要发展齿轮齿条式转向器，大概占比率 50，法国甚至占到了 95。齿轮齿条转向器正因为有很大优势，所以在小型车上才得到了广泛应用，大型车主要应用循环球式转向器。循环球式转向器主要优点是布置方便，传动效率高，操纵很轻便，适合大、中型车辆配合使用；逆效率高、回位好。齿轮齿条转向器主要优点就是结构简单，壳体主要是由铝或镁合金压铸成的，所以质量很轻，在传动效率上可达百分之九十。1.3 转向器的发展趋势中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计1 从目前角度出发，操纵时轻便稳定与安全性非常重要，逐步推广使用高刚性的转向器，并且运用先进的工艺方法制造。就当今时代的汽车转向装置设计应该充分考虑舒适性与安全性等。目前人们对汽车的要求越来越高，在低速行驶要有轻便性，转向要灵敏，回正能力，前轮的摆振等，随着控制传感技术的发展要改善转向系统中的这些性能。2 齿轮齿条转向器设计内容与方案2.1 设计的主要内容本次设计的是微型车汽车转向器，用其中的参数作为依据，并设计出符合要求的转向器。根据该车的定位于汽车总体的成本，同时参考同类车型的转向系统，根据这些进行设计，分析转向系统，设计零件，工艺性及尺寸公差等级分析，而且要对转向器的设计方案进行讨论，首先要对转向器进行总体的分析，其次要对转向器中的各个部分零件分析，还有力学分析等，最后对分析中发现的不合理的设计进行改进。2.2 制定转向器设计的方案这次设计的转向器题目以确定，就是齿轮齿条式转向器，所以设计时主要选择输入输出形式，还有齿轮齿条齿形，还要选择齿条断面形状，对比分析几种输入输出形式，并且要介绍转向器的各种布置形式。通过一系列的对比，选择出一个好的输入输出形式，综合考虑齿轮齿条的工作环境来选择齿形，根据力与受到的外界影响来选择齿条断面形状，确定一个最优方案。2.2.1 转向器的输入与输出形式图 1 转向器的输入输出形式中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计2四种输出形式与输入形式：图 a）的方案是中间输入与两端输出；图 b）采用的方案是侧面输入与两端输出，当用这个方案时，它与悬架导向机构很容易互相干扰。齿条与拉杆是用螺栓连接的，所以拉杆与齿条是同时移动，与此同时在转向器壳体上开了轴向槽，这样就可以降低它的强度；图 c)方案是侧面输入与中间输出，采用这个方案，由于拉杆很长，在车轮运动时，杆的上下摆动角变小，可以更好地减少汽车车轮在上下运动时的转向系统与悬架系统互相干扰；图 d)是侧面输入与一端输出，用这个方案的齿轮齿条式转向器，在微型货车上广泛应用。2.2.2 齿轮齿条的选择齿轮齿条的选择也很关键，如果采用通常的直齿圆柱齿轮与直齿齿条啮合，在工作运转时平稳性低，冲击力比较大而且重合度不高，工作时会增加噪声。由于齿轮的轴线与齿条轴线之间有一个夹角，而且这个夹角只能是 90，所以采用此方案不行。只能采用斜齿方案啮合，这样运转平稳，冲击力较小，齿轮轴线与齿条轴线间的夹角可以满足设计要求。在选择轴承时采用推力轴承，因为当齿轮齿条工作的时候，它们有轴向力作用。2.2.3 齿条断面形状的选择齿条断面形状分为三种：圆形、V 形和 Y 形，其中制作比较简单的是圆形断面的，V形和 Y 形断面齿条节约材料，质量轻；Y 形的断面齿条的强度可以得到增加，因为齿宽能做的宽一些。同时齿条和托座之间通常装有碱性材料做的垫片，作用是减少滑动摩擦。如果齿条上产生旋转力矩时，齿轮齿条会不能很好的啮合，所以应该选择 V 形或者 Y 形的断面齿条。经过分析这次的设计没有力矩作用，结合成本与制造的难易程度采用圆形断面。2.2.4 齿轮齿条转向器布置形式四种布置形式：如下图 a)转向器在前轴后方，后置梯形；图 b)转向器在前轴后方，前置梯形；图 c)转向器在前轴前方，后置梯形；图 d)转向器在前轴前方，前置梯形。中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计3图 2 齿轮齿条转向器布置形式2.3 齿轮齿条转向器最终方案及结论通过上面的几项综合比较，转向器输入与输出形式选择的是侧面输入两端输出的形式，齿轮和齿条用斜齿啮合，齿条断面用圆形断面。3 齿轮齿条式转向器的设计和计算表 3.1 铃木北斗星汽车的基本参数名称数值轴距L2335mm前轮距L1360mm后轮距L21355mm最小转弯半径R4900mm整车质量900kg轮胎气压200KPa方向盘直径360mm3.1 计算汽车的原地转向阻力矩中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计4=306027.15Nmm=306.03Nm （公式 3-1）RM3fp31G37 . 02 . 070073式中:转向轴负荷1G，G1=7007N,单位为 N；（取前轴满载G =1300 9.8 55=7007N，1满载质量为1300kg）摩擦因数轮胎和路面之间的滑动f，一般取 f=0.7；轮胎气压P，P=0.2MPa,单位为MPa。3.2 转向器角传动比的计算在转向系中的传动比是共同由转向系的角传动比 i和转向系的力传动比 ip 组成。作用在两个转向轮上的合力比上作用在方向盘上的手力就是力传动比，用 ip 表示。转向系中角传动比指的是方向盘转过的角度比上驾驶员同侧的转向轮转转过的角度，用 i表示。 3.2.1 转向轮侧偏角计算图 3 转向轮侧偏角分析图sin=0.477 （公式 3-2）RL49002335=28.46 tan= =0.792 （公式 3-3）BRcosL136046.28cos49002335中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计538.38式中:；mmBB1360前轮轮距，；mmLL2335汽车轴距，。mmRR4900汽车最小转弯半径，3.2.2 角传动比的计算i =18.85 （公式 3-4）KW 360n38.3846.283605 . 3W转向盘转角（速度），W=1260；K转向轮转角（速度），K=66.84；i转向器传动比,i=18.85。3.3 作用在转向盘上的手力的计算F = =100.22N （公式 3-5）hiDLML2SW2R19 . 085.1836015.3060272M =18040Nmm （公式 3-6）h2swhDF236022.100式中: L1转向摇臂长，单位为 mm；L2转向节臂长，单位为 mm；i转向器角传动比，i=18.85；MR原地转向阻力矩，MR=306027.15Nmm；DSW转向盘直径，DSW =360mm；M作用在转向盘上的力矩，M =18040Nmm；hh+转向器正效率，+=0.9。由汽车设计知，L /L 的比值在 0.85-1.1 之间，所以取近似值为 1。213.4 梯形臂长度计算（）2L 轮辋直径： RLW=13in=1325.4=330.2mm （公式 3-7）中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计6梯形臂长度 =RLW=330.2=132.1mm （公式 3-2L28 . 028 . 08）取=130mm。2L3.5 轮胎直径 RT 的计算RT=RLW+0.65165=437.45mm （公式 3-9）取 RT=440mm。3.6 齿轮齿条式转向器的设计计算3.6.1 齿轮齿条式转向器的设计要求通过上面的分析已经确定：齿轮齿条式转向器的齿轮采用斜齿圆柱齿轮。齿轮模数的选择范围是 2-3 之间，主动小齿轮齿数 z 大概在 5 至 7 个齿之间变化，压力角=20，齿轮螺旋角的值大概在 9-15之间。齿条齿数的确定很关键，主要根据在转向轮转向后，达到最大偏转角，而此时齿条移动距离也会达到一个值，可以根据这个来确定。齿条压力角的取值范围是 12-35。设计完之后要按照接触强度校核，还要按照抗弯强度校核。主动小齿轮选 40Cr 材料制造，而齿条常采用 45 号钢制造。为减轻质量，壳体用铝合金压铸。3.6.2 齿轮齿条转向器的主要部件齿轮：在这个设计中用的是齿轮轴。它安装在转向器壳体上，这样与齿条啮合，转向齿轮轴内端连接着轴的转向柱。所以方向盘的转动，可以使前轮转向齿条具有横向运动并且使前轮运动。齿轮轴的支撑用的是球轴承，而球轴承是安在转向器壳体上的。齿轮的精度等级选择 7 级精度。参数见表：表 3.2 齿轮的设计参数名称公式结果模数 mn1-mn1=2.5齿数 Z1-Z1=6压力角 1-1=20螺旋角 -=10中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计7斜齿圆柱齿轮直径 dcos11zmdnd=15.23mm齿条：齿条是在金属外壳中前后滑动，是有齿形的金属条。转向器壳体是固定在前部的前横梁或者前围板的位置。齿条取代了转向摇臂和摇杆，还要保证转向横拉杆的高度要合适，以使它们与下悬架的下摆臂保持平行。齿条可以比喻为一个梯形转向连杆拉杆。齿条在转向器壳体中是由导向座来支撑。齿条的横向移动拉动转向横拉杆，最终实现前轮的转向。齿轮与齿条相互啮合，而且他们的齿距（齿轮齿距 P1 与齿条齿距 P2）必须相等。（公式 3-10）111cosnmP （公式 3-11）222cosnmP 即=11cosnm22cosnm计算出齿条的压力角为：2=20。（公式 3-12）29.8220cos5 . 2220cos0222nmLZ式中：；mmLL220齿条行程，；5 . 222nnmm齿条模数，。2022齿条压力角，取：Z2=31齿轮直径： d=15.23mm （公式 3-13）cos11Zmn；2 . 1d取齿宽系数，齿宽：b=d=18.3mm；d所以齿条宽 b2取：20mm，即：b2=20mm；齿轮宽：b1=b2+10=30mm，即：b1=30mm。3.7 齿轮齿条式转向器的材料选择及强度校核 1选择齿轮齿条材料、热处理方式及计算许用应力 (1)选择材料及热处理方式齿轮：40Cr C-N 共渗淬火、回火 4855HRC 齿条：45 钢调质处理 217255HBS (2)确定许用应力中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计8 （公式 3-14）HlinNHHSZlimlimlimFNSTFFSYY （公式 3-15）a.确定 Hlim和 Flim经查机械设计手册得：Hlim=1500MPa，Hlim=1300MPa12Flim=450MPa，Flim=375MPa12b.确定寿命系数 ZN、YN 经查机械设计手册得：ZN=1.212NZYN=112NY3)计算许用应力取：SHlim=1，SFlim=1.4=1800MPa 1Hlimlim11HNHSZ12 . 11500MPa156012 . 11300lim22lim2HNHHSZ查机械设计手册得：应力修正系数：YST=2MPa86.6424 . 112450lim11lim1FNSTFFSYYMPa43.5714 . 112400lim22lim2FNSTFFSYY2强度校核(1)齿面接触疲劳强度校核：查机械设计手册得：；35. 1AK齿轮使用系数：；0 . 1VK齿轮动载系数：；2 . 1HK：齿轮齿间载荷分配系数。12. 1HK：齿轮齿向载荷分布系数K= KAKVKHKH=1.351.01.121.2=1.8144 (公式 3-16) 转矩：中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计9TZ=18040Nm；hMHZHBHuKubdKTZZZZ12221式中：，(由机械设计手册查得)；材料弹性系数EZMPaZE8 .189，ZH =2.15(由机械设计手册查得)；节点区域系数HZ (计算 =1.371，=0.57 由机械设计手册查得)；91. 0ZZ重合度系数，(由机械设计手册查得)；99. 0ZZ螺旋角系数，。16. 5uu齿轮传动比，得：MPa2 .123523.1531180408144. 1299. 091. 015. 28 .1892H5.16H =1235.2MPa H=1560 MPa 所以齿轮接触疲劳强度满足要求。（2)齿根弯曲疲劳强度校核：经查机械设计手册得：MPa86.6424 . 112450lim11lim1FNSTFFSYYFnZSFdbmKTYYYY11F2 式中： YF外齿轮的齿形系数，YF =3.3(由机械设计手册查得)； YS外齿轮齿根应力修正系数，YS =1.6(由机械设计手册查得)； Y螺旋角系数，Y=0.933(由机械设计手册查得)；Y 重合度系数，Y =0.769(由机械设计手册查得)。（公式 3-19）112dbmKTYYYYnZSFFF =217.11MPa F=642.86MPa 23.155 . 230180408144. 12769. 0933. 06 . 13 . 3所以符合弯曲疲劳强度，合格。3.8 齿轮齿条的基本参数取 h=1,c =0.25,变为系数 x =1。*an*nn 齿轮齿条的基本参数如下表所示：（公式 3-18）（公式 3-17）中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计10表 3.3 齿轮齿条转向器的齿轮齿条的基本参数名称公式齿轮齿条法向模数mn-2.5压力角- 20齿数 Z-631分度圆直径 dd=mnz/ cos15.23-变为系数xn-1-齿顶高 haha=(han*+xa)mn52.5齿根高 hfhf=(han*+c*-xn)mn0.6252.8125齿顶圆直径 dada=d+2ha 25.23-齿根圆直径 dfdf=d+2xamn13.98-齿轮中心距离齿条基准线长H=d/2+ x mn n10.12-基圆直径db=dcos14.31-螺旋角 - 10齿宽 bb=dd13020齿条参数的确定：齿条的模数和齿轮的模数相等，所以 mn。2.5mm2计算齿轮齿条角传动比：i=47.83。cos1Zmn10cos14. 365 . 24 齿轮轴的结构设计齿轮轴是能支承转动部件并和其一同做旋转运动的零件，通常齿轮轴是圆杆形状的金属，可以有各自段的不同的直径，机器中的零件如果做旋转运动，就会安装在该轴上。4.1 齿轮齿条式转向器的受力分析与计算如果不考虑齿面之间的摩擦力，那么作用在节点的法向力 F 可以分解为两个力，一a个径向力 F 和一个分力 F，分力 F 也可以分为圆周力 F 和轴向力 F 。rtaFt=2369.1N （公式 4-1）12dTz23.15180402中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计11Fr=875.56N （公式 4-2）costantF10cos20tan1 .2369Fa=Fttan=2369.1tan10=417.7N （公式 4-3）式中：齿轮压力角，=20；齿轮螺旋角，=10； TZ转向盘扭力矩，TZ =18040Nmm； d1齿轮分度圆直径，d1=15.23mm。4.2 齿轮轴的设计计算经过分析得到：图 4 齿轮轴的受力分析图在 XY 平面上，N56.875 2 1rRRFFF0)207(223.15)207(21RRFFaF 在 XZ 平面上，21RRFFF2RTZFtFrF!RF2RFaF1R（公式 4-5）（公式 4-4）中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计12图 5 受力分析图N （公式 4-6）1 .236921tRRFFF解得：N55.118421RRFFN，N88.378 1RF68.496 2RF4.3 齿轮轴的强度校核查得 40Cr的机械性能：-1=355Mpa。脉动循环变应力取。6 . 0中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计13通过计算得出：Nmm，Nmm13410HM31983vM总弯矩：Nmm34680319831341022M轴的计算应力：= （公式 4-7）3222223.151 . 0180406 . 034680WTMcaMPa84.102因为，ca1所以轴的安全系数校核是合格的，符合标准。5 转向器间隙调整弹簧的设计计算根据以上分析计算来设计弹簧，本次的弹簧选用圆柱形压缩螺旋弹簧，要求拉伸变形量的最大值 max10mm 的时候，拉力最大值为 Fmax=1411N，弹簧总的工作次数小于104，17.85mm 的轴需要轻松穿过弹簧，弹簧两端固定，外径 D30mm，自由高度H045mm。5.1 选择材料并确定许用应力弹簧在一般条件下工作，所以按照第 II 类弹簧考虑，选碳素弹簧钢丝 DM 型，通过查表选 B =1700MPa，=0.4B=0.451700=680MPa。5.2 根据强度条件计算弹簧钢丝直径 d 通过机械设计手册查得，现选取旋绕比 C=4，所以计算曲度系数 K （公式 5-1）404. 1615. 04414CCCK计算弹簧丝直径 d （公式 5-2）mm08. 26802054404. 16 . 16 . 1maxKCFd取 d=2mm估算 D2 按 D30mm、D116mm，取 D2=18mm。5.3 计算弹簧圈数和弹簧的自由高度中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计14 (1)工作圈数 n43. 44141188580000833maxmaxCFGdn (2)总圈数 n1 各端丝圈取 1，故 n1=n+2=6.5 (3)节距 TT=tan （公式 5-4）2D则 T=18tan6=5.94mm，取=6 （公式 5-5） (4)自由高度 H0H0nT+1.5d= （公式 5-6）mm3 .2925 . 194. 543. 45.4 稳定性验算高径比 b：0.1d13. 281. 194. 315.6 几何参数和结构尺寸的确定弹簧外径 D：（公式 5-10）mm202182dDD 弹簧内径 D1：（公式 5-11）mm1621821dDD5.7 弹簧工作图s=1.25=1.25680=850MPa （公式 5-12）（公式 5-3）中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计15 弹簧的极限载荷 Flim：（公式 5-13）N2384 . 148850414. 382limCKdFs 弹簧的安装载荷 Fmin：（公式 5-14）N9 .126914119 . 09 . 0maxminFF 弹簧刚度 Cs：（公式 5-15）mmN54.7043. 464828000083nCGdCs 安装变形量 min：（公式 5-16）mm01.1854.709 .1269minminsCF （公式 5-17）mm29.2101.183 .29min01HH 工作高度 H2：（公式 5-18）mm3 .2183 .29max02HH 极限高度 H3：（公式 5-19）mm02.1828.113 .29lim03HH6 轴承、润滑方式和密封类型的选择6.1 轴承的选择轴承选择滚针轴承 NA4901 和深沟球轴承 6203 两个型号：轴承 NA4901，滚针轴承，内径 d=12mm，外径 D=24mm，宽 B=13mm，基本额定动载荷 Cr=9.6kN，基本额定静负荷 Cor=10.8kN，极限转速 19000r/min。轴承 6203，深沟球轴承，内径 d=17mm，外径 D=40mm，宽 B=12mm，基本额定动载荷 Cr=9.58kN，基本额定静负荷 Cor=4.78kN，极限转速 20000r/min。6.2 润滑方式的确定 1转向器润滑方式采用人工润滑，润滑脂采用石墨钙基润滑脂(ZBE36002-88)中的ZG-S 润滑脂。 2密封类型的选择：密封件选择旋转轴唇形密封圈。在润滑方面，滚动轴承可以用润滑脂，也可以用润滑油来润滑。在工作情况中，当速度低时，用润滑油的温升高，而用润滑脂的温升低，中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计16所以这是适合用润滑脂；速度较高时，比较适合用润滑油。通常来说，需要根据速度因数 dn 来判断。D 指轴承内径(mm)，n 指转速(r/min)。 (1)油润滑油润滑的应用非常广泛，任何转速下都可以用，不但能润滑，还能冲洗降温。随着润滑油的油温升高，它的粘度降低。如果一般使用普通轴承，轴的转速也比较低时，可以采用油浴。有些设备的精度很高，需要使用精密轴承，这时就应该用滴油方式，还能循环供油。这种润滑能有效地阻止杂质进入轴承，还有一个作用就是能降低轴承在工作时的温度。 (2)脂润滑脂润滑一般只能间歇供应润滑脂，用于速度因数不高，而且还不用冷却的场合。脂润滑一般没有漏油问题，用润滑脂润滑时，润滑脂填充的不能太多，不能把轴承填满。如果润滑脂太多，轴承工作时发热会将润滑脂熔化，甚至会流出，这样就达不到润滑效果了。在填充润滑脂时，用针筒注入，使滚道充分粘上润滑脂。6.3 密封结构的确定在转向器装置中的密封结构也很重要，当轴承用油润滑时，目的是阻止工作中产生的屑末、灰尘等杂质；而当轴承用脂润滑时，要考虑是否有杂质进入。所以在设计密封结构时应该考虑外物杂质的入侵，轴承的安装通常背靠背，为了防止漏油，要在主轴箱与端盖之间开回油通道。润滑油首先通过轴承，然后经过螺母，并且外流，螺母外有一个围绕它的槽，呈锯齿形。当齿轮轴旋转时通过油泵将油压到空腔后，再通过油孔流到主轴箱，锯齿的方向与润滑油的方向相反，环形槽有两到三条，回油孔直径要大些。7

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