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上海工程技术大学 毕业设计（毕业论文）任务书 学 院 汽车工程 学院 专 业 机械设计制造及其自动化（汽车工程） （中美合作） 班级学号 0621102/062108217 学 生 吴远江 指导教师 李传昌 题 目 华晨宝马齿轮齿条式转向器的 设计 任务规定 进行日期 自 2015 年 2 月 17 日起，至 2015 年 6 月 20 日止 2 一、题目来源、 目的 、意义 本题目为设计类实际课题，来源 于华晨宝马齿轮齿条式转向器 的设 计 过程。我国生产的 宝马车齿轮齿条式转向器从 仿制开始起步，近期产品的质量较早期有所提高。 但受国产配套件质量及设计水平等的影响，我国目前生产的 宝马 车的总体水平 与进口产品及港口用户的要求仍有较大差距 ，齿轮齿条式转向器的生产也是如此， 为满足市场需求，特开发 华晨宝马齿轮齿条式转向器 。通过对 华晨宝马齿轮齿条式转向器 的设计，能 培养学生综合运用所学的基本理论、基本知识解决问题的能力，培养学生英语 阅读和翻译能力，学习专用汽车设计经验，掌握汽车设计基本方法。 二、主要工作内容 （ 1） 检索查阅 相关文献资料，市场调研，了解 华晨宝马车齿轮齿条式转向器 的研究与使用情况。 （ 2）以 华晨宝马 车辆为例熟悉 齿轮齿条式转向器传动 系统。 （ 3）协同其余组员，根据 华晨宝马齿轮齿条式转向器 的功能和性能要求，针对已有 转向器进行改型设计。 （ 4）根据改型设计结果，绘制 转向器操作 系统装配图、零件图。 （ 5） 撰写设计计算说明书，完成毕业设计（论文） 。 三、主要技术指标（或主要论点） 3 车身 长度 4520度 1817重 1395距（ 2760 发动机最大功率 110马力 150P 最大功率转速 6200r/大扭矩 200大扭矩转速 (3600,驱动方式：前置后驱 满足安全和结构强度要求 四、进度计划 调查研究，熟悉设计内容，收集文献资料，时间占 20 25（约 2周）； 设计任务分析与实施方案的确定，写出 立案审核表 ；时间占 3 5（约 1周）； 实施设计、计算、绘图，论文起草时间占 45 50（约 5周）； 整理论文，时间占 5 8（约 1周）； 毕业论文答辩，时间占 3 5（约 1 周）。 五、主要参考 资料（外文资料至少一篇） 1 高象平，李齐隆等 部件优化设计 M东科技出版社， 1987 2 周纪良 构型式和结构 图 谱 J1979(2)： 3 陈立周 M金工业出版社， 1985 4 周纪良 动系 统的设计 M械工业出版社， 1991 5 程悦荪 计 M国农业出版社，1981 4 6 宝马车辆 编辑部主编 转向器的 设计和计算 M海科学技术出版社， 1980 7 . 998. 六、系审批意见 系主任（签名） : 七、院领导审核意见 院领导（签名） : 八、学生实际完成日期 九、同组设计（论文）者 毕业设计（论文） 2015 届 专业 机械设计制造及其自动化（汽车工程） 题 目： 华晨宝马齿轮齿条转向器的设计 子 题： 学生姓名： 吴远江 班级学号： 0621102/062108217 指导教师： 李传昌 职 称： 副教授 所在系（教研室）： 汽车工程学院 下达日期： 2014 年 12月 4 日 完成日期： 2015 年 1 月 19日 摘 要 本论文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，并在说明书中画出相关零件的零件图。通过说明书并画出齿轮齿条式转向器的零件图。 本题目为设计类实际课题，来源于华晨宝马齿轮齿条式转向器的设计过程 。我国生产的宝马车齿轮齿条式转向器从仿制开始起步，近期产品的质量较早期有所提高。但受国产配套件质量及设计水平等的影响，我国目前生产的宝马车的总体水平，与进口产品及港口用户的要求仍有较大差距，齿轮齿条式转向器的生产也是如此，为满足市场需求，特开发华晨宝马齿轮齿条式转向器。通过对华晨宝马齿轮齿条式转向器的设计，能培养学生综合运用所学的基本理论、基本知识解决问题的能力，培养学生英语阅读和翻译能力，学习专用汽车设计经验，掌握汽车设计基本方法。 关键词： 齿轮齿条；转向器 ； 基本理论；汽车设计 of of is a to do to a to or It in to in to in of is to a by is a It is as an to a of of of is a to on by in to of is we by be be by 目 录 摘要 . 2 . 3 第一章 绪论 . 4 题的来源与研究的目的和意义 . 5 车转向装置的发展趋势 . 6 课题研究的主要内容 . 6 第二章 华晨宝马齿轮齿条转向器总体结构的设计 . 7 轮齿条转向器的总体方案图 . 8 轮齿条转向器的转向原理 . 9 动比的计算 . 10 车方向盘（转向盘） . 11 向阻力矩 . 11 . 12 轮设计 . 12 轮参数的选择 . 12 轮几何尺寸确定 . 12 根弯曲疲劳强度计算 . 12 轮精度等 级、材料及参数的选择 . 12 轮的齿根弯曲强度设计 . 12 条的设计 . 12 . 22 第三章 各主要零部件强度的校核 . 25 . 26 . 27 第四章 齿轮齿条转向器中主要零件的三维建模 . 29 . 32 . 32 . 33 . 34 第五章 三维软件设计总结 . 37 结论 . 38 致谢 . 39 参考文献 . 40 第一章绪论 题的来源与研究的目的和意义 由于机械工程的知识总量已经远远超越个人掌握 所有，一些专业知识是必不可少的。但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流，和参加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术，提高外部条件变化的适应能力。封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。机械工程可以增加产量，提高劳动生产率，提高生产的经济效益为目标，并研制和发展新的机械产品。在未来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成本的控制，减少 或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务。机器能完成人的手和脚，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任务。现代机械工程机械和机械设备创造出更多、更精美的越来越复杂，很多幻想成为过去的现实。人类现在能成为天空的上游和宇宙，潜入海洋，数十亿光年的密切观察，细胞和分子。电子计算机硬件和软件，人类的新兴科学已经开始加强，并部分代替人脑科学，这是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的作用，但在未来几年还将继续创造出不可思议的奇迹。人类智慧的增长并没有减少手的效果，而是要求越来越精致，手工制作，更复杂的工作，从而促进手 功能。又一方面实践促进人脑智力。在人类的进化过程中，以及在每个人的成长过程中，大脑和手是互相促进和平行进化。大脑和手之间的人工智能和机械工程的近似关系，唯一不同的是，智能硬件还需要使用机械制造。在过去，各种机械离不开人类的操作和控制，反应速度和运算精度的进化是非常缓慢的大脑和神经系统，人工智能将消除这种限制。相互促进，计算机科学和机械工程进展之间的平行，将在更高层次的新一轮发展的开始使机械工程。在第十九世纪，机械工程的知识总量仍然是有限的，大学在欧洲，它与一般的土木工程是一门综合性的学科，称为土木工程，下半 场的第十九个世纪成为一门独立的学科。在第二十世纪，随着机械工程和知识增长的发展开始分解，机械工程专业，有分支机构。在第二十世纪中期趋势分解，在时间之前和之后的第二次世界大战结束时达到的峰值。由于机械工程的知识总量已经远远从个人掌握所有，一些专业是必不可少的。但是过度的专业知识使分割，视野狭隘，可以查看和统筹大局和全球工程和技术交流，缩小范围，新技术的进步和整个块的技术，外部条件变化的适应能力差。封闭的专业知识的专家太狭，考虑的问题太特殊，在工作协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体 化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。综合职业分化和发展知识循环过程的合成，是合理和必要的。从不同的专业和专业知识的专家，也有综合的知识了解不够，看看其他学科和项目作为一个整体，从而形成一种相互强烈的集体工作。综合和专业水平。有机械工程全面而专业的冲突；在综合性工程技术也有综合和专业问题。在人类所有的知识，包括社会科学，自然科学和工程技术，有一个更高的水平，更广泛的综合性和专业性的问题。 车转向装置的发展趋势 现代汽车转向装置的使用动态 随着汽车工业的迅速发展， 转向装置的 结构也有很大变化。汽车转向器的结构很多，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 ( )、蜗杆滚 轮式 ( )、循环球式( )、齿条齿轮式 ( )。这四种转向器型式，已经被广泛 使用在汽车上。当今社会，随着机械工业的蓬勃发展，各行各业的机械设备也在不断地更新，不断地完善，宝马齿轮齿条转向器同样在发展着，传统的目前市面上的齿轮齿条转向器大多都是采用传统的结构，在某些特定的区域，这种结构形式的齿轮齿条转向器非常不受欢迎。由于以往的齿轮齿条转向器采用传统的结构形式，这样就造 成传动精度不好控制，保养维护费用较高 ;同时存在一定的安全隐患。因此，对整机的安全性要求较高，操作时也会给工作人员带来强烈的震动，使得操作很不舒服。虽然传统的齿轮齿条转向器传动效率较高，变速效果较好，但是价格也较昂贵，对于一般的用户难以接受。所以研究一种新式的齿轮齿条转向器势在必行！各种齿轮齿条转向器类型如下图所示： 课题研究的主要内容 本论文主要研究运用 华晨宝马齿轮齿条转向器 进行设计。在设计过程中，了解 各种功能。 司 成立于 1993 年，由 司的技术副总裁与 司的副总裁发起，总部位于马萨诸州的康克尔郡（ 。当初的目标是希望在每一个工程师的 桌面 上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从 1995 年推出第一套 维机械设计 软件 至今已经拥有位于全球的办事处，并经由 300 家经销商在全球 140 个国家进行销售与分销该产品。 1997 年， 法国 达索（ 司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。 件是世界上第一个基于发的三维 统。由于技术创新符合 司于两 年间成为 业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得 年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在 1995获得全球微机平台 统评比第一名。从 1995 年至今，已经累计获得十七项国际大奖。其中仅从 1999 年起，美国 权威的 业杂志 续 4 年授予 佳编辑奖，以表彰 创新、活力和简明。至此， 遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它， 设计师 大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。 由于 色的技术和市场表现，不仅成为 业的一颗耀眼的明星，也成为 华尔街 青睐的对象。终于在 1997 年由法国 达索公司 以三亿一千万美元的高额市值将 资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了 业的世界纪录。并购后的 原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为业一家高素质的专业化公司。 维机械设计软件也成为达索企 业中最具竞争力的 品。 由于使用了 术、直观式设计技术、先进的 核（由 剑桥 提供）以及良好的与 第三方软件 的集成技术。 为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的 件使用许可约 28 万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品 /消费品、离散制造等分布于全球 100多个国家的约 3 万 1 千家企业。在教育市场上，每年来自全球 4， 300 所教育机构的近 145， 000 名学生通过 培训课程。 据世界上著名的人才招聘网站检索，与其它 3D 一事实说明了越来越多的工程师和设计者使用 维软件，越来越多的企业需要 才。件功能强大，易于操作，界面人性化，技术创新，组件繁多是五大特点。使得 维软件成为目前全球领先的三维决方案。 设计时能够为用户提供不同的设计方案，通过方案的筛选，工程师能从中选择合适的方案，从而在设计过程中降低设计的错误以及提高产品质量。在目前市场上所见到的三维 决方案中， 不仅提供如此人性化的系统，同时对每个工程师和设计者，乃至整个机 械行业提供了良好的发展基础。件是世界上第一个基于 发的三维 统，由于技术创新符合 术的发展潮流和趋势， 司于两年间成为业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得 司也获得了很多荣誉。该系统在1995获得全球微 机平台 统评比第一名；从 1995 年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从 1999 年起，美国权威的 业杂志续 4 年授予 佳编辑奖，以表彰 创新、活力和简明。至此， 遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它， 设计师 大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。由于 色的技术和市场表现，不仅成为 业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在 1997 年由法国 达索公司以三亿一千万美元的高额市值将 资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了 购后的 原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为 业一家高素质的专业 化公司， 维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的 品。 由于使用了 术、直观式设计技术、先进的 （由 剑桥 提供）以及良好的与 第三方软件 的集成技术， 为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的 件使用许可约 28 万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品 /消费品、离散制造等分布于全球 100多个国家的约 3 万 1 千家企业。在教育市场上，每年来自全球 4， 300 所教育机构的近 145， 000 名学生通过 培训课程。 据世界上著名的人才网站检索，与其它 3D 统相比，与 比较客观地说明了越来越多的工程师使用 来越多的企业雇佣 才。据统计，全世界用户每年使用 时间已达 5500 万小时。在美国，包括 麻省理工学院 （ 斯坦福大学 等在内的著名大学已经把 为制造专业的必修课，国内的一些大学（教育机构）如 哈尔滨工业大学 、 清华大学 、 浙江工业大学 、 浙江大学 、 华中科技大学 、 北京航空航天大学 、 大连理工大学 、 北京理工大学 、 武汉理工大学 等也在应用 行教学。 件功能强大，组件繁多。 功能强大、易学易用和技术创新三大特 点，这使得 为领先的、主流的三维 决方案。 够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。 现今社会阶段逐渐广泛应用，并且 司对中国市场重点开发，日后 用将会更加完善，更加普遍。通过前文对 深入了解后，往后会对 行个别应用的分析，如建模，装配 ，工程图，力学分析等。 熟悉 工作环境；了解 命令，掌握在作环境中文件的打开、保存、导入等基本操作，掌握三维建模流程。 掌握点、直线、矩形、弧度圆等基本图形的绘制方法；掌握样条、文字等高级几何图形的绘制方法；理解集合约束的概念并在草图绘制中熟练应用几何约束；熟练应用阵列、实体转换等草图绘制工具；能综合应用各种草图绘制实体和利用草图绘制工具完成草图绘。 清楚明白基于特征的建模方式、参数化思想等概念；灵活运用各种建立基准点的方法；灵活运用各种建立基准 轴方法；灵活运用各种建立基准面的方法；灵活运用坐标系的建立方法；能根据建模需要综合应用各种参考几何体。 灵活运用拉伸特征的概念与建立方法；灵活运用旋转特征的概念与建立方法；掌握扫描特征的概念与建立方法；灵活运用放样特征的概念与建立方法；通过实践能够准确分析零件的特征，灵活运用拉伸和旋转也正建立三维模型。综合应用扫描、放样、弯曲、镜向、阵列等特征建立各种实体。 灵活运用用户自定义工程图格式文件的方法；灵活运用建立标准三视图，剖视图，断面图，局部图，辅助视图等方法；灵活运用各种注释的方法。 灵活运用自底向上的装 配方法；灵活运用生成装配体爆炸图的方法；灵活运用 能装配技术；灵活运用装配体零部件的状态和属性控制，并能够在装配体中设计子装配体；灵活运用干涉检查；灵活运用自上向下的装配方法；灵活运用在装配模型工程图中添加零件序号；灵活运用生成装配体材料明细表的方法。 第二章 华晨宝马齿轮齿条转向器总体结构的设计 轮齿条转向器的总体方案图 本次设计的齿轮齿条转向器采取的方案是：司机通过转动方向盘，从而使转向轴转动，与转向轴联动的齿轮就开始转动，从而带动与转向齿轮啮合的齿条实现平行往返位 移，而动力缸体两端都有与车轮连接在一起的拉杆，这样就能够起到控制轮子左右转动的作用，就起到了转向的目的。其具体方案布局图如下： 轮齿条转向器的工作原理 齿轮齿条转向器的工作原理为：通 过转动方向盘，从而使转向轴转动，与转向轴联动的齿轮就开始转动，从而带动与转向齿轮啮合的齿条实现平行往返位移，而动力缸体两端都有与车轮连接在一起的拉杆，这样就能够起到控制轮子左右转动的作用，就起到了转向的目的。 动比 的计算 车方向盘 转向盘的直径 一系列尺寸。选用大的直径尺寸时，会使驾驶员进出驾驶室感到困难。若选用小的直径尺寸，转向时，驾驶员要施加较大的力量，从而使汽车难于操纵，据原始数据，参见手册取 400 由作用方向盘上的力矩得作用在方向盘上的力 h=25104200=125N; 向阻力矩 f=中： f 般取 则 Mr=f= 传动比与力传动比 转向系的传动比由转向系的角传动比 转向系的力传动比 成 。 从轮胎接触地面中心作用在两个转向轮上的合力 作用在方向盘上的手力 h 之比称为力传动比 方向盘的转角和驾驶员同侧的转向轮转角之比称为转向系角传动比 i 它又由转向器传动比 i w 转向传动装置角传动比 i w 所组成 。 力传动比与转向系角传动比的关系 和作用在转向节上的转向阻力矩 w Mr a 作用在方向盘上的手力 h 可由下式表示 h 侧 忽略磨擦损失侧 2 由式可知 ,力传动比与 a 愈小， i p 愈大，转向愈轻便 。 由以上过程可计算出结果如下： ） 角传动比 ） 力传动比 a=1;B=175 = 87.5 则 ip=轮的设计 轮参数的选择 齿轮模数值取值为 m=1 ，主动齿轮齿数为 z=23，压力角取 =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。齿轮的转速 n=10r/轮 传动力矩 m ，转向器每天工作小时，使用期限不低于年 ， 主动小齿轮选 用 40料制造并经渗碳淬火，而齿条常采用 4041造并经高频淬火，表面硬度均应在 56上。为减轻质量 ，采用 40 轮几何尺寸确定 法向齿厚为 h=ha+分度圆直径 d =mz/ 1 23=23 d+2 df= db=0= 分度圆直径与齿条运动速度的关系 齿距 p= m=根据 d=60000v/ v=s； 齿轮中心到齿条基准线距离 H=d/2+根弯曲疲劳强度计算 （ 1）接触应力的计算 由文献 4表 395 可知 ，齿面接触应力计算公式，即 22211 （ 确定公式内的各计算数值 计算载荷系数 电动机驱动，载荷平稳，由文献 4表 25 可知，取 1平均分度圆直径 平均分度圆圆周速度 00 0 00 0 11 m/s 由文献 4 图 45 （ a）可知，按 7 4 0 0 0 1 zv m，得 K； 由文献 4 图 75 （ b）可知，按 轮悬臂布置， K； 由文献 4表 45 可知， K； A 由文献 1表 610 可知，弹性系数 Z ； 节点区域系数 i ss i 计算得， 1） 接触疲劳强度的许用应力 由文献 4 表 285 可知，许用接触应力计算公式，即 m （ 确定公式内的各计算数值 小齿轮的接触疲劳强度极限 6001H 最小安全系数 由文献 1， 10知，计算应力循环系数 811 由文献 1 图 10得接触疲劳寿命系数 尺寸系数 1工作硬化系数，按 0 0 1 3 H B 润滑油膜影响系数， 3）由于 安全。 （ 1）齿根应力的计算 由文献 4表 555 可知，弯曲应力计算公式，即 )（ 确定公式内的各计算数值 由文献 1表 510 可知， 由文献 1表 510 可知， 计算得， 51 F 2）弯曲强度的齿根许用应力 由文献 4表 315 可知，齿根许用应力计算公式，即 （ 确定公式内的各计算数值 弯曲疲劳极限 300F 齿轮的应力修正系数 弯曲强度的最小安全系数 弯曲疲劳寿命系数 曲疲劳的尺寸系数 Y 计算得， M P 3001 （ 3） 由于 F F 安全。 轮精度等级、材料及参数的选择 齿轮共有 13 个精度等级，用数字 0 12 由低到高的顺序排列， 0 级最高，12 级最低。齿轮精度等级的选择，应根据传动的用途、使用条件、传动功率、圆周速度、性能指标或其他技术要求来确定。表 13 给出了不同机械传动中齿轮采用的精度等级。表 14 推荐了 5 9 级精度齿 轮所采用的切齿方法和使用范围等。具体不同机械传动中齿轮采用的精度等级如下图所示： 条的设计 根据齿轮齿条的啮合特点 : (1) 齿轮的分度圆永远与其节圆相 重合 ,而齿条的中线只有当标准齿轮正确安装时才与其节圆相重合 . (2) 齿轮与齿条的啮合角永远等于压力角 。 因此 ,齿条模数 m=1,压力角 =20 齿条断面形状选取圆形 ， 选取齿数 z 23螺旋角 = 8齿厚 m / = = t= t = X C n = m n n = 3 (1 + = hf=mn(n ) = (1 + = h=ha+（ 1）选择材料及确定需用应力 小齿轮选用 45 号钢，调质处理， 236 由机械零件设计手册查得 l i m 1 l i m 25 8 0 , 3 7 0 S H l i m 1 . 0H a H M P ， 2 0,4 5 0 l i i i m （ 2） 确定各种参数 齿轮按 8等级精度制造 由于原动机为电动机，载荷平稳，一般按照中等冲击载荷计算。查机械设计基础得： 取 K=机械设计基础 11 4取： 区域系数 弹性系数 机械设计基础教取：齿宽系数 错误 !未找到引用源。 由 8 015 8 0l 7 013 7 0l i i 6 0li （ 3）按齿面接触强度设计计算 )(3 7 . 550 111 3322 1 . 0 2 9 6 . 4 3 1 0 1 1 1 8 8 . 0 2 . 50 . 4 2 3 7 04 4 . 5 6 m m（ ） 齿数取 4 故实际传动比由于是齿轮齿条传动则 i=1 模数 错误 !未找到引用源。 我们取 m=宽 错误 !未找到引用源。 取 b=18 4）验算齿轮弯曲强度 齿形系数 式 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 ，安全。 （ 5）计算齿轮圆周转速 11 3 . 1 4 3 6 2 9 3 . 4 2 2 . 3 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 m s此速度合适 其他计算从略。 所得小齿轮的基本参数如下： (1)分度圆直径 d1 d1=m*4=362)齿顶高 m=1*3)齿根高 c)*m=(1+4)齿高 h1 h1=5)齿顶圆直径 *6+2*96)齿根圆直径 67)基圆直径 d1*)=36*(8)齿顶圆压力角 a1=9)= (9)端面重合度 =1/2/*()+) =1/2/*(24*(60*(=10)纵向重合度 =0 (11)总重合度 =条的设计 齿轮作回转运动，齿条作直线运动，齿条可以看作一个齿数无穷多的齿轮的一部分，这时齿轮的各圆均变为直线，作为 齿廓曲线的渐开线也变为直线。齿条直线的速度 d 、转速 n 之间的关系为 v = ( / )60dn m m s 本次设计中 V=50mm/s 式中 d 齿轮分度圆直径， 小齿轮分度圆直径为 36mm n 齿轮转速 ， 齿轮转速为 啮合线12于齿条的基圆为无穷大，所以啮合线与齿条基圆的切点2 齿轮与齿条啮合时，不论是否标准安装（齿轮与齿条标准安装即为齿轮的分度圆与齿条的分度圆相切），其啮合角 恒等于齿轮分度圆压 力角 ，也等于齿条的齿形角；齿轮的节圆也恒与分度圆重合。只是在非标准安装时，齿条的节线与分度线不再重合。 齿轮与齿条正确啮合条件是基圆齿距相等，齿条的基圆齿距是其两相邻齿廓同侧直线的垂直距离，即 c o s c o m 。 齿轮与齿条的实际啮合线为12齿条顶线及齿轮齿顶圆与啮合线12 齿 轮齿条传动的几何尺寸计算 齿轮与齿条传动的尺寸计算见表 表 齿轮齿条传动的几何尺寸计算 项目名称 计算公式及代号 转 90 齿轮齿条数值 齿轮齿数 1z 24 模数 m 螺旋角 0 基本齿廓 压力角 20 齿顶高系数 *1 顶隙系数 *C 轮变位系数 1x 0 尺宽 齿轮 1b 18齿条 2b 20齿条长度 L 450项目名称 计算公式及代号 转齿轮齿条数值 齿轮分度圆直径 11c o sd m z 36齿顶高 齿轮 *1 1 1h x m齿条 *21h m 齿根高 齿轮 *1 1 2()h c x m 条 *21()h c m 齿高 齿轮 h h 齿条 齿轮中心到齿条中心距 1 12dH x m 18齿距 齿条齿数 2 p 96 轮轴的设计 由于齿轮的基圆直径 3，数值较小 ， 若齿轮与轴之间采用键连接必将对轴 和齿轮的强度大大降低，因此，将其设计为齿轮轴 。 由于主动小齿轮选用 45#材料制造并经渗碳淬火，因此轴的材料也选用 40料制造并经渗碳淬火 。 查表得： 40拉强度极限 B=1100 屈服极限 S =850 弯曲疲劳极限 T=525剪切疲劳极限 1 = 300 转速 n=10r/略磨损，根据能量守衡，作用在齿轮齿条上的阻力矩为 M r = m ,作用在齿轮上的轴向力 为 F= 0 = 0 = ，作用在齿轮上的切向力为 F=弯曲疲劳强度校核 28.8 0 = 0 = r r 2 5 2 = 525 剪切疲劳强度校核 1=F/ 42 = a 抗拉强度校核 满载时的阻力矩为 齿轮轴的最小直径为 d= 此截面上的轴向抗拉强度为 B 1 100D=40。 传动轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定。选择 45 钢正火。硬度达到 170217拉强度 b =600服强度 e =355 =55算 按下列公式初步计算出轴的直径， 输出轴的功率 1 8 0 .T N 机械设计基础教材表 15 3 取 c=110） 1 3311 . 2 0 . 9 7 0 . 9 61 1 0 2 0 . 5 8 73 7 . 5 pd c m 1 . 0 3 2 0 . 5 8 7 2 1 . 2 0d m m 与齿轮啮合的传动轴轴径我们取 20 2 1 1 1 12 2 ( 0 . 0 7 0 . 1 ) 2 7 . 4 2 8 . 8d d a d d m m 根据与大同步带轮相配合，本次设计中，取 2d =30 中间轴段轴径为 30端轴径为 20 传动轴的校核 作用在传动轴上的圆周力：322 2 2 8 0 1 0 1 8 6 6 . 630 径向力： 22 1 8 6 6 . 6 2 0 6 7 9 . 3 t g t g N 求垂直面的支反力 3 3 2 2 311 2 3() 1 8 6 6 . 6 2 8 7 6 7 9 . 3 ( 2 8 7 2 5 2 ) 3 1 4 . 62 8 7 2 5 2 l F l l 1 2 1 8 6 6 . 6 3 1 4 . 6 6 7 9 . 3 1 5 0 1 . 9 V r V F F N 计算垂直弯矩： 311 3 1 4 . 6 2 8 7 1 0 9 0 2 . 9 . a V m l N m 31 1 2 2 2( ) 3 1 4 . 6 ( 2 8 7 2 5 2 ) 6 7 9 . 3 2 5 2 1 0 3 9 6 . a V n V l l F l N m 求水平面的支承力： 3 3 2 2 31 1 2 3() 9 0 . 2 9 2 8 7 3 9 . 6 2 5 2 6 6 5 . 92 8 7 2 5 2 l F l l 3 1 1 8 6 6 . 6 6 7 9 . 3 6 6 5 . 9 1 8 7 9 . 3 1 H t t F F N 计算、绘制水平面弯矩图： 311 6 6 5 . 9 2 8 7 1 0 1 9 1 1 . 3 . a H m l N m 32 1 2 3 2( ) 1 8 7 9 . 3 1 ( 2 8 7 2 5 2 ) 9 0 2 . 9 2 5 2 1 0 2 2 0 . 8 . a H n H l l F l N m 求危险截面当量弯矩： 从图可见， 截面最危险，其当量弯矩为 ：（取折合系数 ） 2 2 2 22( ) 2 2 0 . 8 ( 0 . 6 8 6 . 1 ) 2 0 6 . 0 7 . e a T N m 2 2 2 22( ) 1 9 1 1 . 3 ( 0 . 6 8 6 . 1 ) 2 2 6 . 5 . N m 计算危险截面处轴的直径： 面 : 33312 2 6 . 0 7 1 0 2 8 . 50 . 1 0 . 1 6 0 e m 面 : 33312 2 6 . 5 1 0 2 9 . 70 . 1 0 . 1 6 0 e m 2 30 d d m m d，所以该轴是安全的。 第三章 各主要零部件强度的校核 动轴承的选择 滚动轴承为深沟球轴承 6205，由文献 2表 得 862N，1490N， 83.0e ， Y 。 （ 2）寿命验算 轴承所受支反力合力 222 （ 对于双列圆锥滚子轴承，派生轴向力互相抵 to MW he is or to It in so on on of to be or is a in in so on If is to on to on in a do of as is on a MW to to is is to in a On be on if a to A to is to is to to to A of is an A of in it to a is at is a if to is to In to to of if in in of is to up of in in to s is to is an to to in is be to on In to to on on is is In to on to (1) is 2) (3) of is (4) is (5) is to be to to in on to on of to in to or to in to to in of or in in of is a a to to be In be to so on s to of In to or to s so on to on to In is by in to in to to to of is (a) (b) (c) In of is If is to or In of to to to be to If a in in of In to a up in of or on to so of in to in in be as as to if to to or is in is of is in is it to is on in by to to In is to to on be to In to to to in in on to to in to to to to be of in to to is on to to on of by is in to in of is a to do to a to or It in to in to in of of of be of of in in a of of he of to 0000 r/ is MG of a of is to a of to in in t to to of in to up be in of of is of to in to to to of s of in is to to to Is to of to a it is to a on s a of of is a so to is of of it of at a of to be to at of of is of of it to on of of is to a by of to it of in It in to in to in of of In (a) or (b) to to to to be to In to as is in is is by to is to of to be to on of to to is in to a to is to of to or to to to to to -3 to of to on in to to so to to to so is of to in on We of my by to on of of to be up to 0000 r/on s a or to a of a 80 of -8 of a a of a of is a of of is 10 to 3 00 00 r/ to to of .上海工程技术大学毕业设计（论文） 华晨宝马齿轮齿条式转向器的设计 1 上海工程技术大学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 开 题 报 告 题目 华晨宝马齿轮齿条式转向器的设计 院（系） 汽车 工程学院 专业 车辆工程 学生姓名 吴远江 学 号 0621102 指导教师 李传昌 开题日期： 2015年 3 月 6 日 上海工程技术大学毕业设计（论文） 华晨宝马齿轮齿条式转向器的设计 2 引言 齿轮齿条式转向器由与转向轴做成一体的转向齿轮和常与转向横拉杆做成一体的齿条组成 ， 与其它形式 转向器 比较， 齿轮齿条式转向 器最主要的优点是：结构简单、紧凑；壳体采用 铝合金 或 镁合金 压铸 而成， 转向器 的质量比较小；传动效率 高达 90；齿轮与 齿条 之间因磨损出现间隙后，利用装在 齿条 背部、靠近主动 小齿轮 处的压紧力可以调节的弹簧，可自动消除齿间间隙，如图 7 1 所示，这不仅可以提高 转向系统 的 刚度 ，还可以防止工作时产生冲击和噪声； 转向器 占用的体积小；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 。 一题目来源、目的、意义 来源：本毕业设计课题来自于企业的生产实际 。 目的：通过设计华晨宝马齿轮齿条式转向器 ， 掌握 华晨宝马汽车 设计生产流程，培养工程意识。 意义： 我国生产的宝马车齿轮齿条式转向器从仿制开始起步，近期产品的质量较早期有所提高。 但受国产配套件质量及设计水平等的影响，我国目前生产的宝马车的总体水平，与进口产品及港口用户的要求仍有较大差距，齿轮齿条式转向器的生产也是如此，为满足市场需求，特开发华晨宝马齿轮齿条式转向器。 二 情况介绍 1、国外状况 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，转向装置的结构也有很大变化。从目前使用的普 遍程度来看，主要 上海工程技术大学毕业设计（论文） 华晨宝马齿轮齿条式转向器的设计 3 的转向器类型有 4 种：有蜗杆销式 ( )、蜗杆滚轮式 ( )、循环球式 ( )、齿条齿轮式 ( )。这四种转向器型式，已经被广泛使用在汽车上。据