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汽车液压助力转向系统设计说明书.doc

小型汽车液压助力转向系统设计【优秀含10张CAD图纸+汽车助力转向全套课程毕业设计】

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小型汽车 液压助力 转向 系统设计 毕业设计 小型汽车液压助力转向系统设计 汽车助力转向全套课程毕业设计
资源描述：

小型汽车液压助力转向系统设计【优秀含10张CAD图纸+汽车助力转向全套课程毕业设计】

【带任务书+开题报告+中期检查表+文献综述+外文翻译】【28页@正文7800字】【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】

小型汽车液压助力转向系统设计任务书.doc

PDF报告.pdf

图纸

外文翻译=汽车转向节加工工艺方案对比分析=2600字符.doc

中期检查表.doc

开题报告.doc

诚信承诺书 .doc

文献综述.doc

汽车液压助力转向系统设计说明书.doc

前轴.dwg

总装图.dwg

托盘.dwg

托盘主支架.dwg

托盘副支架.dwg

转向拉杆.dwg

转向盘.dwg

转向节.dwg

转向节主销.dwg

转向节装配图.dwg

任务书

毕业设计（论文）题目小型汽车液压助力转向系统设计

毕业设计（论文）主要内容和要求：

本次设计的主要内容是液压助力转向系统， 。并且绘制总装图和主要的零件图。

汽车最高车速V≥130km/h,

发动机标定功率（3000r/min）65kW，

最大扭矩（1200～1400r/min）330 Nm。

发动机至所计算的主减速器从动锥齿轮之间的传动系的最低档传动比为6.35。

传动系上效率为0.9。

设计结构合理，零件标准化、部件的通用化和产品的系列化满足汽车变型的要求

毕业设计（论文）主要参考资料：

[1] 刘惟信.汽车设计[M].北京:清华大学出版社,

[2] 陈家瑞. 汽车构造[M]. 北京：机械工业出版社，

[3] 汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册[M]：设计篇.北京：人民交通出版社，

[4] 汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册[M]：基础篇.北京：人民交通出版社，.

[5] 余志生. 汽车理论[M]. 北京：机械工业出版社,

毕业设计（论文）应完成的主要工作：

进行结构设计和强度计算

绘制结构图

主要部件图编写设计说明书

毕业设计（论文）进度安排：

序号毕业设计（论文）各阶段内容时间安排备注

1查阅、收集资料，熟悉有关的资料，学习相关的知识。2014.12

2结合毕业设计课题进行外文资料阅读并翻译外文资料。2014.12

3开始编写毕业设计工作计划。 2015.1

4熟悉设计任务，提出初步的设计方案，并征求指导教师的意见。 205.2

5拟定总体方案，绘出系统图，定出相关参数，并绘出总体草图。 2015.3

6对草图进行修改，并完成开题报告。205.3

7整理资料，编写设计说明书。2015.4.

8准备答辩。2 013年4月开始

摘  要

汽车在安全性、舒适性以及稳定方面更加受到人们的重视，汽车转向系统的性能关乎汽车的稳定性和安全性，助力转向是帮助驾驶员做汽车方向调整，能够让驾驶员轻松的使用方向盘打方向，降低了驾驶员的工作量，对减轻疲劳驾驶有很大的帮助。?

全篇首先介绍了传统的汽车助力转向系统的发展历史，然后是传统的液压助力转向系统的工作原理，接着介绍了控制流量式液压助力转向系统，在根据液压系统图与控制方式方面实现转向助力系统的设计。本文在液压控制方面与机械系统方面都对助力转向控制进行了分析，对齿轮齿条式液压动力转向机构重点进行了分析与设计。

关键字：汽车;  助力转向;  液压系统;  机械结构

Abstract

The car in the safety, comfort and stability are more and more attention by people, the vehicle steering system performance is one of the important indexes, the stability and safety of automobile power steering, as the name suggests, is to assist the driver to adjust for the direction of vehicle, reduce the force strength of the steering wheel for the driver, reducing driver workload, there is great help to alleviate fatigue driving.

This paper firstly introduces the development process of automobile power steering system, the working principle of the system and the traditional hydraulic power steering, and on this basis, put forward to control the flow of hydraulic power steering system in this paper, according to the design diagram and control mode of hydraulic system to realize the power steering system aspects. In this paper, in the hydraulic control and mechanical system aspects of power steering control are analyzed, on the rack and pinion steering mechanism is analyzed and design.

Keywords: automobile;  steering;  hydraulic system;  mechanical structure

目 录

1绪 论1

2液压助力布置方案的拟定1

2.1转向系的功用与要求1

2.2转向器方案分析2

3  液压助力转向机构布置方案分析2

3.1动力转向机构布置方案2

3.2动力转向器结构形式的选择4

3.3分配阀的结构方案4

4液压系统方案分析4

4.1常用转向液压系统工作原理4

4.2系统设计工作原理5

5 转向器输出力矩的确定6

6 轴的设计计算及校核6

6.1 转向摇臂轴（即齿形齿扇轴）的设计计算6

6.1.1材料的选择6

6.1.2结构设计6

6.1.3轴的设计计算7

6.2 螺杆轴设计计算及主要零件的校核10

6.2.1材料选择10

6.2.2结构设计10

6.2.3轴的设计计算10

6.2.4钢球与滚道之间的接触应力校核12

7 齿轮齿条式液压动力转向机构设计13

7.1 齿轮齿条式转向器结构分析13

7.2 参考数据的确定18

7.3 转向轮侧偏角计算18

7.4 转向器参数选取19

7.5 选择齿轮齿条材料20

7.6 强度校核20

7.7 齿轮齿条的基本参数如下表所示21

7.8 齿轮轴的结构设计21

8结  论22

参考文献23

致  谢24

1绪 论

随着中国经济的快速发展，我国的汽车产业有着快速的成长，据我国相关部门统计，截至2007年9月底，轿车的销量数量已经超过400万辆，同比增长40%。在2006年11月的北京车展上，许多国内自主品牌纷纷亮相，比如长城、奇瑞、吉利等。在这场国际汽车展中，我国汽车在外观、设计风格、技术和品质上，都令人吃惊，但和国外有着近百年发展历史的国外汽车工业相比，我们的汽车在行车性能和舒适体验方面仍有不小差距。

汽车工业是我国的主要产业，在我国的经济中有着重要的地位，汽车工业随着机械和电子技术的发展而不断前进。就现在来说，汽车已经成为先进材料、电子科技等学科的产物。汽车转向系统也随着汽车工业的飞速发展而发展。

2液压助力布置方案的拟定

2.1转向系的功用与要求

转向系统简单来说就是用来改变汽车的行驶方向的，它的组成包含转向器和转向传动装置两大部分。

根据转向系的工作特点，对其提出如下要求：

1.工作可靠。汽车行驶的安全性与转向系有很大关系，所以汽车的零件需要有足够的抗磨损能力，适当的刚度、强度和足够的寿命。

2.操纵轻便，这其中包含三方面内容：

(l)汽车改变方向时作用在方向盘上的手力要小，一般最大极限值是：

小客车

中型载重车

重型载重车

可以采用增加转向传动装置的力传动比或转向加力器等这些方法都是减小方向盘手力的有效手段。

(2)汽车在拐弯的时候，方向盘的回转圈数要少。当汽车转最大弯时，方向盘的旋转圈数不能超过2.5圈。因此转向系的角传动比不宜太大。

(3)汽车在保持直线行驶时，方向盘要稳定，不能有抖动和摆动。这就需要转向系在整车布置上与其他系统相适应；汽车在转弯后，方向盘可以自己回正，说明转向器有一定的可逆性，而且要准确的选择前轮定位角。

3.汽车在转弯时要保证其车轮是纯粹的滚动而不能出现滑动现象。

4.尽量避免过大的车轮转向力传到方向盘上，而且需要驾驶员有正确的道路感觉。从而要求适当地控制转向器的可逆程度。

5.转向系的调整应尽量少而简单。

参考文献

[1] 臧杰,阎岩.汽车构造[M].机械工业出版社,2005,8.

[2] 王望予主编.汽车设计[M].机械工业出版社,2004,8.

[3] 刘泽九.轴承应用手册[S]. 北京.机械工业出版社1996.3

[4] 《汽车工程手册编辑》委员会.汽车工程手册[S]. 北京.人民交通出版社.2001.5

[5] 刘涛主编.汽车设计[M].北京大学出版社,2008,1.

[6] 余志生 《汽车理论》机械工业出版社

[7] 成大先 《机械设计手册》（第三版）


内容简介：
中国地质大学长城学院 本 科 毕 业 设 计 题目 汽车液压助力转向系统设计 系 别 工程技术系 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 孙林 学 号 05211518 指导教师 于建波 职 称 高级工程师 2015 年 月 日 nts摘 要 汽车在安全性、舒适性以及稳定方面 更加 受到 人们 的 重视 ，汽车转向系统的性能 关乎汽车的稳定性和安全性 ，助力转向是帮助驾驶员做 汽车方向调整， 能够让驾驶员轻松的使用方向盘打方向 ，降低了驾驶员的工作量，对减轻疲劳驾驶有很大的帮助。 全篇 首先 介绍了传统的汽车助力转向系统的发展 历史 ， 然后是 传统的液压助力转向系统的工作原理， 接着 介绍 了控制流量式液压助力转向系统， 在根据液压系统图 与控制方式方面 实现转向助力系统 的设计 。 本文在液压控制方面与机械系统方面都对助力转向控制进行了分析，对 齿轮齿条式液压动力转向机构 重点进行了分析与设计。 关键字 ： 汽车 ; 助力转向 ; 液压系统 ; 机械结构 nts Abstract The car in the safety, comfort and stability are more and more attention by people, the vehicle steering system performance is one of the important indexes, the stability and safety of automobile power steering, as the name suggests, is to assist the driver to adjust for the direction of vehicle, reduce the force strength of the steering wheel for the driver, reducing driver workload, there is great help to alleviate fatigue driving. This paper firstly introduces the development process of automobile power steering system, the working principle of the system and the traditional hydraulic power steering, and on this basis, put forward to control the flow of hydraulic power steering system in this paper, according to the design diagram and control mode of hydraulic system to realize the power steering system aspects. In this paper, in the hydraulic control and mechanical system aspects of power steering control are analyzed, on the rack and pinion steering mechanism is analyzed and design. Keywords: automobile; steering; hydraulic system; mechanical structure nts目 录 1 绪 论 . 1 2 液压助力布置方案的拟定 . 1 2.1 转向系的功用与要求 . 1 2.2 转向器方案分析 . 2 3 液压助力转向机构布置方案分析 . 2 3.1 动力转向机构布置方案 . 2 3.2 动力转向器结构形式的选择 . 4 3.3 分配阀的结构方案 . 4 4 液压系统方案分析 . 4 4.1 常用转向液压系统工作原理 . 4 4.2 系统设计工作原理 . 5 5 转向器输出力矩的确定 . 6 6 轴的设计计算及校核 . 6 6.1 转向摇臂轴（即齿形齿扇轴）的设计计算 . 6 6.1.1 材料的选择 . 6 6.1.2 结构设计 . 6 6.1.3 轴的设计计算 . 7 6.2 螺杆轴设计计算及主要零件的校核 . 10 6.2.1 材料选择 . 10 6.2.2 结构设计 . 10 6.2.3 轴的设计计算 . 10 6.2.4 钢球与滚道之间的接触应力校核 . 12 7 齿轮齿条式液压动力转向机构设计 . 13 7.1 齿轮齿条式转 向器结构分析 . 13 7.2 参考数据的确定 . 18 7.3 转向轮侧偏角计算 . 18 7.4 转向器参数选取 . 19 7.5 选择 齿轮齿条材料 . 20 7.6 强度校核 . 20 7.7 齿轮齿条的基本参数如下表所示 . 21 7.8 齿轮轴的结构设计 . 22 8 结 论 . 22 参考文献 . 23 致 谢 . 24 nts 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 1 1 绪 论 随着中国经济的快速发展 ， 我 国的汽车 产 业有着 快 速的 成长 ，据 我 国 相关部门 统计，截至 2007 年 9 月底，轿车 的 销量 数量已经 超过 400 万辆，同比增长 40%。 在 2006 年11 月的北京车展 上 ， 许多国内 自主品牌纷纷亮相， 比如长城、奇瑞、吉利等 。 在 这场 国际汽车 展 中， 我国汽车 在外观、设计风格、 技术 和 品质 上，都 令人吃惊 ，但和国外有着近百年发展历史的国外汽车工业相比，我们的汽车在行车性能和舒适体验方面仍有 不小差距。 汽车工业是 我 国的主要 产业 ， 在我国的经济中有着重要的地位， 汽车工业随着机械和电子技术的发展而不断前进。 就现在来说 ，汽车已经 成为 先进材料、 电子 科技等学科的产物。汽车转向系统 也随着汽车工业的 飞速 发展 而发展 。 2 液压助力布置方案的拟定 2.1 转向系的功用与要求 转向系统 简单来说就 是用来改变汽车的行驶方向 的， 它 的组成包含 转向器和转 向传动装置两大部分 。 根据转向系的工作特点，对其提出如下要求： 1.工作可靠。 汽车 行驶 的 安全性 与转向系有很大关系 ， 所以汽车的 零件 需要有 足够的 抗磨损能力，适当的刚度、强度 和 足够的 寿命。 2.操纵轻便，这其中 包含三方面内容： (l)汽车改变方 向时作用在 方 向盘上的手力 P手 要小，一般最大极限值是： 小客车 20P 手 最 大 公 斤 中型载重车 36P 手 最 大 公 斤 重型载重车 45P 手 最 大 公 斤 可以采用增加 转向传动装置的力传动比 i力 或转向加力器 等这些方法都是减小方 向盘手力 P手 的有效手段 。 (2)汽车 在 拐弯 的时候，方 向盘的回转圈数要少。当汽车 转 最大 弯时，方向盘的旋转圈数不能超过 2.5 圈。因此转向系的角传动比不宜太大。 (3)汽车 在保持 直线行驶时， 方向盘要 稳定， 不能有 抖动 和摆动 。这就 需要 转向系在整车布置上与 其他 系统 相适应；汽车在转弯后，方向盘可以自己 回正， 说明 转 向器有一定的可逆性， 而且 要 准确的 选择前 轮定位角。 3.汽车 在转弯 时要 保证其 车轮是 纯粹的 滚动而 不能出现 滑动 现象 。 4.尽量 避免过大的车轮转向力传到方向盘上 ， 而且需要 驾驶员有正确的道路感觉。从而要求适当地控制转向器的可逆程度。 nts 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 2 5.转向系的调整应尽量少而简单。 2.2 转向器方案分析 汽车用途可以 决定 选用哪种效率特性的转向器 ， 转向器和 转向系 的设计 方案有关系 。经常行驶在好路面上的轿车和市内用客车，可以采用正效率较高的、可逆程度大的转向器。 综上最后本次设计选定循环球式转向器。 3 液压助力转向机构布置方案分析 液压式动力转向 ， 其 油液具有不 能 压缩 的 性 能 ， 而且 灵敏度高 和油压工作压力比较高，动力缸 尺寸 比较 小，结构紧凑 等优点而得到 更多的 使 用。 3.1 动力转向机构布置方案 转向动力缸和 机械转向器 成一组 ， 然后 再 与转向控制阀组 在一起， 这种组合 称 之 为整体式动力转向器（如图 3-1）。另一种方案是只将 机械转向器和转向控制阀 组合成一个部件，该部件称为半整体式动力转向器（如图 3-2），转向动力缸则做成独立部件。第三个方法 ， 将 转向动力缸和 转向控制阀组 成一 组 ， 然后 再将机械转向器 作为单独 件，这种组合 叫 转向加力器（如图 3-3）。 图 3-1 整体式动力转向器 nts 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 3 图 3-2 半整体式动力转向器 图 3-3 转向加力器 在分析比较上述几种不同动力转向机构方案时， 由于 分置式动力转向器 的 分开 布置， 所以 机械转向器可以 有很多种方法组成 ； 动力缸助力载荷不能影响转向器零件 ； 在 汽车的转向桥 承受的力 过大时， 在不影响转向器基本尺寸的同时， 可 以 增加 更多的 动力缸或 者 加大 动力缸的缸径尺寸 。 由于 分置式的 管路很复杂， 零件数 也很多 。 所以 在分置式的结构中， 联阀式和 半分置式的 使用最广 ， 但 连杆式的 相对 少。 nts 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 4 综上最后本次设计的布置形式选定为半分置式。 3.2 动力转向器结构形式的选择 动力转向器的结构形式 包括 常压式和常 流式。在中间位置的 转向分配阀 关 闭 时， 油液持续属于 高压状态 ，这种称为 常压式动力转向器； 在中间的转向分配阀 打开时 ，油持续处在 常流状态 时，这种称为 常流式动力转向器。 与常流式动力转向器 相比较，常压式的优点 是有蓄能器， 油泵排除的高压油 ， 储存到储能器中，达到一定的压力后，油泵自动卸载而空转以此避免液压系统出现过大载荷 。这一点对大型汽车 非常 重要。 所以本文 采用常压式的。 3.3 分配阀的结构方案 图 3-4 滑阀的结构和工作原理 分配阀有两种结构方案： 阀体与阀在 分配阀中 控制油路通过 轴向移动方式来 完成 称为 滑阀式（如图 3-4），以旋转运动来控制油路的称为转阀式。 滑阀式分配阀结构简单， 使用性能好， 易于布置， 使用 广泛。 转阀式 非常灵敏、其密封件数少。但 转阀式是 通过 扭杆弹簧使转阀回位， 因此 结构比较 复杂。 综上最后本次设计的控制阀选用滑阀。 4 液压系统方案分析 4.1 常用转向液压系统工作原理 nts 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 5 汽车 在保持 直线行驶时，转向器分配阀 5 处于开启 ，液压泵 2 关闭 ，油 液 进入 油箱8。 在 拐弯 时 ，螺杆 稍微前动后动 ，转向器内滑阀 远离中间位置，从 液压泵 里流出的压力油，通过 液压控制集成元件 4 稳压后，通过 转向器分配阀 5，进入转向缸 6， 在 液压缸 的作用下，转向轮开始 转向 (如图 4-1 所示 )。 4.2 系统设计工作原理 (1)汽车 保持 直线行驶 时 如图 4-2 所示：转向器分配阀 处于 中 间 位 置 时，转向液压系统 没有承受负担 。 通过 液体 的 工作特性，液体 从 开式减压阀 5 流进 转向分配阀 8 后 ，进入 油箱 1，有 两种 原因 ：一是转向器分配阀 8 的中位油路接通结构为“ H”型，“ A1”“ B1”“ O1”“ P1” 口互 通，系统 没有 建压；二是开式减压阀在系统 没有 压力状态下， 所有 支路 没有 节流。 另此时 液控背压阀 7、液控换向阀 8 及液压缸 10 处于 闲暇 。 nts 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 6 (2)汽车 向右转时 ： 转 向盘向右 转动，转向器分配阀 8 处于 “交叉” 地方 时， 油 液进入液控换向阀 9“交叉” 处 口， 完 成回路，液控换向阀 9 的阀芯 打开 ，使液控换向阀9 弄 到“交叉” 处 。左右转向转换 运动 过程 的 特点 ：汽车在左右转向转换 时 转向器分配阀 9 阀芯回到中 间 后，在 到 其中左右转向地方 的瞬 间 时， 其 液控单向阀 3 阀芯在回位弹簧和单向节流阀 6 的作用下， 马上让 油液 流出然后 关闭，使支路建压， 马上 控制液控换向阀工作。 5 转向器输出力矩的确定 通过 半经验公式来计算汽车在 混凝土或沥青 路面上行驶时转向器的输出力矩。 G1=mg=1414 10=14140N M= G1L 4=14140 135 4 =477225N.mm 式中， G1 为汽车前轴负荷，单位是 N； M 为汽车转向器的输出力矩，单位是 N.mm； m 为汽车的前轴负荷，单位是 Kg； g 为重力加速度，计算时取 g=10N/Kg； L 为汽车转向摇臂中心距 ， 单位是 mm。 6 轴的设计计算及校核 6.1 转向摇臂轴（即齿形齿扇轴）的设计计算 6.1.1 材料的选择 摇臂轴 的材料为 20CrMnTi 钢， 由于 前轴 担负的力 不大， 螺纹、三角花键 和卡簧槽部表面不渗碳， 其 表面渗碳层深度在 0.8 1.2mm。表面硬度为 58 63HRC。 6.1.2 结构设计 轴结构如图 6-1 所示 锥形渐开线花键在 轴伸出壳体的部分， 同时 使用螺母紧固，这样 能够让转向摇臂 紧紧压靠到轴上，使之联结紧固、无间隙， 加工 花键的 工艺与齿轮相同；因为 齿扇和齿条nts 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 7 在 运动 时 有 摩擦力， 因此 在 运动过一段时间后会发生间隙，这个间隙的改变 工作 可以 将齿扇设计成变厚齿扇。 6.1.3 轴的设计计算 （ 1）渐开线花键的设计计算 花键连接的类型和尺寸是由被连接件的尺寸、工作条件和使用要求来确定的，接着进行一定的强度校核计算， 图 6-1 转向摇臂轴结构简图 本轴的渐开线花键可选择 45花键， 齿数为 Z=36，压力角为 45， 模数为 m=0.8。 渐开线花键几何尺寸的计算 分度圆直径 D=mZ=0.8 36=28.8mm; 基圆直径 Db=mZcos45 =0.8 36 1.414=20.36mm; 周 节 P= m=3.14 0.8=2.5mm; 内花键大径 Dei=m(Z+1.2)=0.8 (36+1.2)=29.76mm; 外花键大径 Dee= m(Z+0.8)= 0.8 (36+0.8)=29.44mm; 外花键小径 Die= m(Z-1.2) =0.8 (36-1.2)=27.84mm； 渐开线花键的 校核计算 渐开线花键 的 连接强度 可以通过 挤压、弯曲和剪切来计算。主要的 是挤压强度常 。其计算过程如下： 渐开线花键的平均直径 2 8 .8mDD mm; 渐开线花键齿的工作高度 gh =m=0.8mm； 渐开线花键齿的工作长度 gl =25mm；渐开线花键齿的弯曲应力 mggjy DlZhM2nts 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 8 22 4 7 7 2 2 5 6 5 . 7 3 mm0 . 7 3 6 0 . 8 2 5 2 8 . 8 jy 2540 mm ； 许用弯曲应力为 jy 2540 mm 由此可知，渐开线花键的设计满足要求。 （ 2）变厚齿形齿扇的计算 变厚齿形齿扇的计算，如图 6-2 所示，将中间剖面 A-A 定义为基准平面。进行变厚齿扇计算之前， 其 参数有：变厚齿扇的模数 m，参考表 4 1 选取； 齿顶高系 数 X1，一般取 0.8 或 1.0；径向间隙系数，取 0.2； 法向压力角 0 ，一般在 20 30之间；正圆齿数，在 12 15 之间选取；齿扇宽度，一般在 22mm 28mm。 表 6-1 循环球式转向器齿扇齿模数 齿扇齿模数m/mm 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0 6.5 轿 车 排量/mL 500 1000 1800 1600 2000 2000 2000 前轴负荷/N 3500 3800 4700 7350 7000 9000 8300 11000 10000 11000 货车和大客车 前轴负荷/N 3000 5000 4500 7500 5500 18500 7000 19500 9000 24000 17000 37000 23000 44000 最大转载质量/Kg 350 1000 2500 2700 3500 6000 8000 通过 汽车的前轴负荷 G1=14140N， 从上表可以看出 ,选取齿扇的模数 m=5mm。 然后，由变厚齿扇的模数 m=5mm,查 4-1 表选择转向器的相关尺寸。 nts 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 9 图 6-2 变厚齿形齿扇的计算简图 变厚齿扇的几何尺寸，计算结果如下： 变厚齿扇的模数 m=5mm; 变厚齿扇的法向压力角 0 =30； 整圆齿数为 13；齿扇齿数为 z=5； 变位系数 X1=0.082； 分度圆直径 d=mz=5 13=65mm; 分度圆齿厚 S= m /2=3.14 5/2=7.85mm; 齿顶高 ha= X1m=0.8 5=4mm; 齿根高 hf=( X1+c)=(0.8+0.25) 5=5.25mm; 齿顶圆直径 da=d+2ha=65+2 4=73mm; 齿扇的结构设计 因为 齿扇的齿顶圆直径 为 da=73mm500mm， 所以 可 使用 锻造毛坯；又 因为 齿扇的齿根圆直径 为 df=d-2hf=65-2 5.25=54.75mm， 但 齿扇的轴径为 32mm,二者 的差别比较小 ， 所以能 制成一体的齿轮轴， 因此 轴的材料 一定 与齿扇齿轮 的 相同。 5）齿扇齿的应力校核 齿扇齿的受力情况如图 6-3 所示。 Md2F rF图 6-3 齿扇齿的受力简图 作用在齿扇上的圆周力 Fa= 2dM= 265477225=14683.85N; （ 6 1） 齿扇的齿高 h=ha+hf=4+5.25=9.25mm; 则齿扇齿的弯曲应力 w= 26bsFh = 285.726 25.914 68 3 .856 （ 6 2） =508.65N/mm2 w=540 N/mm2 ; nts 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 10 上式中， w为许用弯曲应力， w= 540 N/mm2 。 由此可知，齿形齿扇的设计能够满足设计要求。 6.2 螺杆轴设计计算及主要零件的校核 6.2.1 材料选择 螺杆轴 可以使用 20CrMnTi 钢 来 制造，热处理钢球滚道处渗碳层深度在 0.8 1.2mm，表面淬火 HRC 58 63。 其 20 轴径硬度 HRC40， 在 渐开线花键处不渗碳。 6.2.2 结构设计 轴的结构如图所示 图 6-4 螺杆轴结构简图 通过 轴向固定， 角接触球轴承的标准， 然后了解 内侧采用轴肩， 因此 左右轴径均 采用 d=20mm；左端轴径长度为 14mm，比轴承宽度小 4mm， 轻松的便可 将轴承固定在转向螺杆轴上； 能够让 汽车 转向万节的中心 与 转向螺杆轴中心 能 在一个 高度 上 ， 因此 连接使用 渐开线花键连接，花键的加工工艺 和 齿轮 相同 ；为 了 减少 螺母 和 螺杆 之间的摩擦，可以通过 在 螺母 和 螺杆 的滚道之间放置适量的钢球 来 提升 传动效率 ；为 了 防止钢球沿滚道滚出， 所以要 在螺母上 增加 钢球返回装置， 这样 使钢球通过此装置自动返回入口处，从而形成循环回路。 5 6.2.3 轴的设计计算 nts 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 11 （ 1）首先 由变厚齿扇齿模数 m=5.0mm， 通过 查表 4-1 来 确定转向螺杆轴的相关参数，相关参数如下： 钢球中心距 D=32mm; 螺杆外径 D1=29mm; 钢球直径 d=7.144mm; 螺距 P=10mm; 工作圈数 2.5； 环流行数 2； 齿扇齿数 Z=5 ; 齿扇整圆齿数 Z =13； 螺母长度 L=56mm; 齿扇压力角 =2730； 齿扇宽 26mm； （ 2）其他参数的设计计算： 螺母内径 D2=D+(5% 到 10%)D1=32+(5% 到 10%) 29=33.5 到 34.9mm; 圆整后取 D2=34.2mm; 每个环路中的钢球数 ; 3 . 1 4 3 2 2 . 5 3 5 . 1 67 . 1 4 4c o s 0D W D Wn dd （ 6 3） 圆整后取 n=32; 滚道截面半径 2 3 . 5 7 27 . 1 4 422R d mm; （ 6 4） 圆整后取 R2=4mm; 接触角 选择 =45； 当方 向盘转过 5 角时，齿扇节圆应转过的弧长 等于 对应螺母在螺杆上移动的距离S,此时，摇臂轴转过 0.25 角，此 时，转向轮转至最大转角，则 pSr =0.25 65 =51mm; （ 6 5） 螺杆螺纹滚道的有效工作长度 L是 螺母在螺杆上移动的距离的 2 倍，即 L=2S=251mm=102mm; 考虑到安全性，可以 在有效工作长度 L之外的两端各增加 0.5-0.75 圈滚道长 度。 螺杆螺纹滚道的实际有效工作长度 L L=L+2(0.5 到 0.75)d=102+2 (0.5 0.75) 7.144=109.44 112.716mm; nts 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 12 又螺杆螺纹滚道的有效工作长度距两端面距离 5.5mm，即螺杆螺纹滚道的实际有效工作长度 L L+2 5.5=102+2 5.5=113mm； 圆整后取 L=112mm； 螺杆螺线导程角 0 则0tan PD ,则 0 = tan Parc D = 10tan 3.14 32arc =5.68; （ 6 6） 6.2.4 钢球与滚道之间的接触应力校核 螺杆受力 作用在螺杆上的轴向力 F2 477225MF 2 1 4 6 8 3 . 8 565d22 （ 6 7） 上式中 d 为变厚齿扇的分度圆直径； 钢球与螺杆之间的正压力 F3 F3=;52.324226485.1 4 6 8 3co s2co sco s20Nn Fn F （ 6 8） 上式中 n 为 参 与 工 作 的 钢 球 数 ； 为 接 触 角 ， =45 ； 螺杆受力简图 则 211r RA 2111r RB 2;086.04)2144.7229(229)2144.74(2)1(1)2( RrRRrRBA 可见 BA 接近于 0.1，根据 BA 查取 K=0.970; （ 6 9） nts 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 13 表 6-2 系数 K 与 BA 的关系 BA 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 K 0.388 0.400 0.410 0.440 0.468 0.490 0.536 0.600 BA 0.2 0.15 0.1 0.05 0.02 0.01 0.007 K 0.716 0.800 0.970 1.280 1.8 2.271 3.202 钢球与滚道之间的接触应力 =K3 22253 222)21 4 4.74()21 4 4.74()101.2(52.3 2 49 7 0.0)2()2(3rRrREF =2273.15 ； （ 6 10） 上述， R1 为螺杆外半径； R2 为滚道截面半径； r 为钢球半径； E 为材料弹性模量，等于 2.1 210 2mmN ; 为许用接触应力，当接触表面硬度为 58-64HRC 时， 等于25 7 齿轮齿条 式液压动力转向机构设计 齿轮齿条式液压动力转向机构是在纯机械式齿轮齿条式转向向机构的基础上加上液动加力装置，辅助转向。 7.1 齿轮齿条式转向器结构分析 齿轮齿条式转向器 包括 两端输出式和中间输出式两种。 nts 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 14 本论文选择 两端输出。因为 两端输出的转向器 相比 中间输出的转向器 更为 简单， 而且容易实现液动助力。 nts 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 15 液动齿轮齿条转向器的功能实现。齿轮齿条式液压动力转向机构是在 纯机械式齿轮齿条式转向向机构的基础上加上液动加力装置，辅助转向。加力装置主要包括液压泵，助力缸 ，管路 以及分配阀 等，如图 7-3 图 7-3 齿轮齿条式转向器爆炸图 将转阀接口如图 7-4 所示连接输油管路 nts 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 16 图 7-4 转阀油路连接 液压助力转向器助力转向工作原理如图 7-5 所示。 图 7-5 液动齿轮齿条式转向系统工作原理图 1、直线行驶 小轿车直线行驶时转 向盘 保持不变 ，动力缸左右两腔相通如图 7-6 所示，系统中只有极小克服流动阻力的油液压力，助力系统此时无助力。 图 7-6 直线行驶时油路工 作状况 nts 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 17 2、右转向行驶 小 轿车往 右转 弯 时， 方 向盘顺时针方向转动 -扭杆扭转变形 -滑阀偏转 -动力油缸左腔进入高压油，右腔与回油管路连通 -转向轮偏转 -转向齿轮与转向轴同向转动，如图7-7 所示。 图 7-7 右转向行驶时油路工作状况 3、左转向行驶 小 轿车 往左方向转弯 时，转动方向盘 -扭杆扭转变形 -滑阀偏转 -动力油缸右腔进入高压油，左腔与回油管路连通 -转向轮偏转 -转向齿轮与转向轴同向转动，如图 7-8 所示。 nts 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 18 图 7-8 左转向行驶时油路工作状况 4、动力转向装置的其它特性 转向动力缸有随转 向盘工作或停止的随动作用。 在 液压系统 工作出现 故障不能助力或助力降低 的时候 ， 我们 可以通过 转 向盘直接操作转向， 但 出现 的 操作力 会变 大。 7.2 参考数据的确定 表 7-1 上海通用别克赛欧汽车转向参数 轮距 1440mm 轴距 2750mm 满载轴荷分配：前 /后 877/1643(kg) 轮胎 175/60R14 主销偏移距 a 50mm 轮胎压力 p/MPa 0.45 方向盘直径 SWD 307mm 最小转弯半径 6.9m 转向梯形臂 200mm 7.3 转向轮侧偏角计算 nts 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 19 图 7-9 车轮位置 简图 39885.069002780s in RL（ 3-1） 4876.23 56257.01440c o s6900 2750c o st a n BR L （ 3-2） 3607.29 7.4 转向器参数选取 齿轮齿条转向器的齿轮 一般使 用斜齿轮，齿轮模数在 23mm 之间，主动小齿轮齿数在 57 之间， 螺旋角在 9 15之间， 压力角取 20。故取小齿轮 1 6z ， 2.5nm ，10右旋，压力角 20，精度等级 8 级。 转向节原地转 向阻力矩： mmNPGf 4.4157192.0 )8.9877(3 7.03M 331R （ 3-3） 方向盘转动圈数： 881.36 3607.29c os5.2180c os1 ZmLn n （ 3-4） 角传动比： 4372.26)3607.294876.23( 360881.3)( 360 niKWw （ 3-5） 方向盘上的手力： NiD LMFswRh 1 2 3 4.1449.04 3 7 2.26307 197.3 4 2 9200.22 （ 3-6） 出现 在 方 向盘上的操纵载荷 :相对 轿车 来说 该力不应超过 150 200N，对 于 货车不应超过 500N。 因此 符合设计要。 mmNDFMDMF swhhswhh 6 7 8.2 8 8 2 42 3 0 71 2 3 4.1 4 422（ 3-7） 力传动比： nts 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 20 5 1 4 7.950678.2 8 8 2 4 30710197.3 4 2 9 aM kDMihswRp（ 3-8） 取齿宽系数 1.2d mmzmd n 2 3 1 4.1510co s 65.2co s 11 （ 3-9） 齿条宽度 mmdbd 278.182 3 1 4.152.112 圆整取 mmb 202 ，则取齿轮齿宽12 1 0 3 0b b m m 7.5 选择齿轮齿条材料 小齿轮：齿轮 一般 选用性能 不错 的 20CrMnTi 合金钢，热处理采用表面渗碳淬火工艺，齿面硬度为 HRc58 63。 齿条 的材料使 用与 20CrMnTi 有良 好匹配性的 40Cr 作为啮合副，齿条热处理 使 用高频淬火工艺，表面硬度 HRc50 56。 7.6 强度校核 1、校核齿轮接触疲劳强度 选取参数，按 ME 级质量要求取值 lim 1 1500H M P a ， l i m 2 650H M P a ； lim11.5HS ， lim21.3HS ， 121NNZZ lim 2 lim 1HH 故以 lim2H 计算 Hp M P aS ZHNHHP 5003.1 16502l i m22l i m （ 3-10） 查得： 1.35AK ， 1.05VK ， 1.1K ， 1.1K ； 1 . 7 1 5 2AVK K K K K 2.46HZ ， 189.8EZ ， 0.92Z ， 10 则 c o s 0 . 9 9Z ， 12.5k HpEHH M P auukbdKTZZZZ 44.48312211 （ 3-11） 齿轮接触疲劳强度合格。 2、校核齿轮弯曲疲劳强度 选取参数，按 ME 级质量要求取值 lim 1 500F M P a ； lim 2 280F M P a ； nts 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 21 lim1 2.2FS ； lim 2 1.5FS ； 121NNYY； 2.0STY lim 2 lim 1FF 故以 lim2F 计算 Fp ： MPaYS Y NFSTFFp 33.3 7 315.1 22 8 022l i m2l i m （ 3-12） 据齿数查表有： 3.69FaY ； 1.41saY ； 0.7Y ； 0.9Y 。则： FPsaFanF M P aYYYYmbdKT 723.2832111 1（ 3-13） 齿轮弯曲疲劳强度合格。 7.7 齿轮齿条的基本参数如下表所示 表 7-2 齿轮齿条基本参数 名称 符号 公式 齿轮 齿条 齿数 z z 6 31 分度圆直径 d cosnmzd 15.2314 变位系数 nx 1 齿顶高 ah ()a an n nh h x m 5 2.5 齿根高 fh *()f a n n n nh h x c m 0.625 3.125 齿顶圆直径 ad aa hdd 2 25.2314 齿根圆直径 fd ff
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