轻型载货汽车转向器的设计

PAGEV题目:轻型载货汽车转向器的设计摘要汽车转向器是组成汽车底盘系统的关键组成零部件之一，它的工作性能直接影响着汽车行驶的安全性能和汽车操纵的稳定性能。随着汽车工业多年以来的发展，汽车专项系统和转向器技术取得了很大程度的改进，汽车转向器已经发展出机械式、液压助力式、电子式（ESP）等三种目前普遍使用的转向器，机械式转向器是汽车转向器的最初研究和应用形式，作为转向器的最初始状态，发展历史悠久。以其结构简单，成本经济，可靠性高，维护方便、安全性优等特点而广泛地被世界各国汽车及汽车零部件生产厂商所采用。其余两种转向器均为在机械是转向器的基础上增加液压和电动助力机构实现。机械式转向器中，又有循环球式、齿轮齿条式、蜗杆滚轮式和蜗杆指销式等四种形式。其中前两种形式的转向器在汽车上使用还较为普遍，而后两种转向器由于结构复杂、传动效率低等结构缺点，正在逐步被淘汰，几乎没有使用。本次设计以BJ121型轻型载货汽车的转向器为设计对象，根据该型载货汽车的前轴载荷和实际使用条件，选用齿轮齿条式转向器。设计内容主要包括以下方面：1.介绍汽车转向器的发展概况及前景，2.分析各种形式转向器的工作原理，结构形式，3.通过方案论证选择转向器的合理结构及布置形式，4.对转向器计齿轮齿条、梯形机构等零部件载荷计算、强度校核和参数选定。关键词：转向器;齿轮齿条:强度校核目录1绪论 11.1引言 11.2国内外汽车转向器的发展现状概述 11.3本设计的主要内容 32汽车转向系统 42.1概述 42.1.1转向系组成 42.1.2转向系统的类型 42.2对转向器的设计要求 53方案论证及确定 63.1循环球式转向器 63.2蜗杆滚轮式转向器 73.3蜗杆指销式转向器 73.4齿轮齿条式转向器 73.5小结 94转向梯形机构的设计 114.1转向轮侧偏角计算 114.2转向梯形机构尺寸初步确定 125齿轮齿条式转向器计算载荷的确定 145.1原地转向阻力矩 145.2转向器角传动比及转向盘手力的计算 145.3主动齿轮轴的计算 156齿轮设计 176.1齿轮参数的选择 176.2齿轮几何尺寸确定 176.3强度校核 186.3.1齿轮受力分析 186.3.2齿轮的齿根弯曲疲劳强度校核 186.3.3齿面接触疲劳强度校核 197齿条设计 207.1齿条材料的选择 207.2齿条参数的确定 208其他零件的选择与设计 228.1间隙调整弹簧的选择 228.1.1选择材料 228.1.2确定弹簧丝直径，选择弹簧指数C 228.1.3确定弹簧工作圈数 228.2轴承的选择 238.3其他零件的选择 23结束语 24致谢 25参考文献 26PAGE261绪论1.1引言我国的汽车工业发展最初阶段可以追溯到20世纪30年代，但随着二战的爆发及解放战争的进行，到新中国成立的时候中国大地上已经没有汽车工业。新中国成立初期在前苏联的帮助下中国第一汽制造厂为代表的汽车工业才开始真正得到发展，在共和国成立初期的前30年中国汽车产业发展缓慢。直到改革开放以后到20世纪90年代初期才得到迅速发展，从90年代初期开始中国汽车的产销量进入了飞速发展阶段，1992年突破100万辆。2000年超过200万辆。2001年中国加入世界贸易组织后发展进一步加快。2002年至2007年年平均增长率达21%。自2009年超过美国以来，连续十多年为世界上最大的汽车生产国，。2010年，销产量均超过1800万辆，其中乘用车1376万辆。到2017年，中国汽车制造商共交付超过28,000,000辆客运和轻型商用车。汽车年产量超过了欧盟或美国和日本的总和。在我国汽车工业迅猛发展的同时。转向系统作为汽车底盘系统的关键系统，也得到了相应的发展。目前转向器的研究与生产已经形成了专业化、系列化的格局。根据资料统计显示，国内外多家的转向器厂已经是大规模生产的专业厂，年产超过数百万台的专业化企业比比皆是。目前的发展现状是市场集中度较高，基本由七个最大制造商主导，这七个生产厂家几乎垄断了转向器的生产，他们的销售网点遍布世界各地。汽车转向系统是驾驶员在汽车行驶过程中，通过转向盘转动驱动转向器以改变车轮的角度，达到使汽车按驾驶员意图行驶的操纵汽车行驶方向的系统。转向器是汽车转向系统中的减速和传动装置，它的性能优劣直接关系到人身和财产的安全，因此汽车转向器的设计是整车设计中至关重要重要的一个环节。本课题根据BJ121型轻型载货汽车转向机构的结构功能参数及使用条件，设计一种机械转向器使其各项性能满足使用要求。1.2国内外汽车转向器的发展现状概述汽车工业关系着国计民生其发展程度标志着一个国家制造业的发展水平，汽车工业与一个国家经济发展有着极其密切的关系。当前世界上主要经济经济大国无一不是汽车工业非常发达的国家。同时汽车工业与世界的科技发展进步有着密切关系，最新科技通常都会在汽车工业中得到推广应用。汽车转向系统是专门用来控制汽车行驶方向的一套机构，是汽车行驶稳定和安全的最基本保证。驾驶员通过转向系统感知汽车行驶状态和操纵汽车。从当前的发展趋势来看，国外对转向器的研究与发展早，技术积累丰富，专业性和先进性较强，其转向系统企业现阶段对在系统层面上对转向性能的研究比较深入。国外整体式转阀结构转向器发展较快，目前发展的方向。动力转向器作为新发展的结构，世界各国都正在组织力量，开展大量试验研究工作以提高性能、减小体积、降低成本、保证品质稳定，以便逐步推广和普及。汽车工业也是我国经济的支柱产业之一，在我国的国民经济中有着非常重要的作用。尽管我国的汽车工业经过几十年的高速发展已经成为全球第一大国，但目前大而不强依然是事实，零部件领域与世界汽车强国还存在着相当的差距。我国在转向系统的发展起步比较晚，相对于国外转向系统企业，现阶段国内的转向器生产企业在系统层面上对转向性能的研究比较少，目前的研究重点还处于转向器部件的生产过程质量控制上。此现状已经影响我国对转向器技术的引进消化吸收和自主创新主开发的进程。汽车转向系统作为汽车底盘四大系统之一，转向器作为转向系统的重要零部件，其性能的优劣影响着汽车使用过程转向动作的操作性和安全性，直接影响着汽车行驶过程驾驶员的操作灵活性，关系着整个汽车的安全性和可靠性。因此，我国在汽车零部件的发展政策规划中，将转向器列为促进优先发展的25种关键汽车零部件之一[1]。从全球汽车零部件产业发展来看，转向系统市场集中度较高，基本由转向器七大制造厂垄断，2012年这七大企业的合计销售收入约占全世界整个汽车转向系统销售额的73%。大致的垄断格局如下：捷太格特份额最大为29.5%，采埃孚据次席约占22.5%，恩斯克占约11.8%，天合比例为11.5%，耐世特4.8%，昭和3.4%，蒂森克虏伯2%。近些年随着自主品牌的发展，我国自主品牌转向系统研究企业如恒隆、豫北、世宝、三环等的发展迅猛，到2019年，自主品牌转向器在国内商用车板块的市场占有率达85%，在自主品牌的乘用车板块的市场份额也达已到50%比例左右，按目前发展趋势，自主品牌转向器的市占率还有望继续扩大。机械转向系统作为汽车转向系统的最初形式，以驾驶员的转向盘的操作力作为转向器的能量来源，其结构主要包含以下三大部分即：操纵机构、转向器以及传动机构。自二战以后，汽车工业企业将装甲车和重型军用货车上的机械转向系统的动力转向器加以改进应用在民用重型汽车和轿车上，并进一步研制出结构更紧凑、重量更轻、具自润滑性能更好的的动力转向器。据统计目前在全世界已生产出来的车中使用的汽车转向器：有45%为循环球式转向器且比例持续增加；40%左右使用的是齿条齿轮式转向器；使用蜗杆滚轮式和其它型式目前使用已经很少仅占15%[2]。从比例分析可以看出齿条齿轮式转向器的比例较大，目前在轿车和轻型货车上，因空间、成本和载荷限制，转向传动机构简化的齿条齿轮式转向器应用广泛。1.3本设计的主要内容以设计任务书提供的BJ121型轻型载货汽车及其设计参数为基础，通过对各种转向器技术方案进行论证后，确定合适的结构形式和结构方案的形式，来完成转向器的主体结构设计。通过通过计算完成各主要零部件的设计，同时对所选转向器关键零部件（齿轮、齿条）材料进行了强度校核计算。2汽车转向系统2.1概述对于轮式汽车而言，在汽车在行驶的过程中，驾驶员通过转动转向盘控制车辆的转向轮，改变或者维持汽车的行驶方向，即所谓的汽车转向。驾驶员通过一套专门设置的操纵机构，使得汽车的转向桥（一般为前桥）上的车轮（即汽车转向轮）相对于汽车的纵向轴线偏转一定角度。即使在汽车进行直线行驶的过程中，因路面平整度、各车轮负荷及摩擦的综合作用下其转向轮的运动也通常会受到干扰力作用，发生自行偏转而改变其行驶方向。为保持其直线行驶，驾驶员需要通过利用这套机构驱动转向轮向相反方向偏转，使汽车恢复原来的行驶方向。2.1.1转向系组成转向系统的构成包括：操纵机构、转向器和传动机构三大组成部分。操纵机构主要包括转向盘、转向轴、转向管柱等三部分，操纵机构的作用将是操纵力传递至转向器。为方便布置、减少误差和内部相对运动引起的附加载荷、提升正面碰撞安全性、便于拆装，需要在转向轴与转向器输入端之间安装万向节。转向器:是将转向轴转动转变为摇臂的摆动或者齿条的直线运动，放大操纵力的机构。转向器固定在车架或车身上，转向操纵力通过转向器后通过转向传动机构进行方向的改变。转向传动机构主要包括：转向摇臂、横拉杆、纵拉杆、转向节臂、梯形臂以及等部分。转向传动机构是把转向器输出的力矩和运动传至转向节臂并使转向轮进行偏转。2.1.2转向系统的类型目前已广泛使用的汽车转向系统有三种分别是：机械转式、液压助力式和电动式。机械式是以驾驶员的手力作为转向源动力的转向系统，其中所有传力件都由机械组成。为了减轻驾驶人员的劳动强度、增加转向机构的转向能力，在机械转时的基础上加设一套液压机构作为转向加力装置后即成为液压助力转向系统。压转向加力装置由：转向油泵、油管、油罐和位于整体式转向器内部的控制阀及动力缸等组成。有了液压转向助力装置，相对与机械转向系统，驾驶员为克服地面作用于转向轮上的转向阻力矩而施加在转向盘上的转向力矩要小得多。转向油泵是助力转向系统的动力源。转向油泵经过转向控制阀控制工作油液的压力和流量。液压助力转向系统的动力源是驾驶员驱动力和发动机(或电机)的动力两种动力共同提供。电动助力转向系统与液压助力转向系统相似，是由机械转向机构、电动机、控制装置、离合器、转矩传感器和车速传感器等部分组成。驾驶员在操纵转向盘时，EPS通过检测到扭矩传感器根据输入力的大小获得转向力的大小，同时根据车速传感器测出车速，根据转向力大小和车速信号输出控制电动机驱动电流，使驱动电机输出适当的转向助力。电动助力转向系统的动力源是驾驶员驱动力和电机的动力两种动力共同提供。2.2对转向器的设计要求转向器作为汽车转向系统的核心部件，在设计过程中对转向器的设计有如下基本要求[5]：⑴转向控制准确、轻便、转向盘的转角范围不得过大。该项要求需要转向器的自由行程（所有传动零件之间的配合间隙引起）尽可能小，适当的传动比，驾驶员转动转向盘时的机械效率（正效率）要高，同时要考虑可能需要动力助力。⑵地面对转向轮的扰动力尽可能少地被反传到转向盘上，同时又要让驾驶员能够感知得到路面状况（粗糙程度、附着力的大小等）的变化。这项要求在转向轮因受到路面干扰而试图反向（相对于驾驶员意图方向）转动转向盘时转向器的机械效率适当的低，也就是逆效率适当的地低。⑶不妨碍汽车完成转向后转向轮自动回正，要求转向器的逆效率高。⑷为了使驾驶员能够舒适地进行停车转向，停车状态转向时转动转向盘的力（转向力）被减小到最低限度。停车转向转向力是转向器设计的最低的驱动力。⑸为确保汽车高速操纵稳定性。转向器的自由行程时摩擦要小。机械转向器是完全靠人力来操纵的转向器，主要通过提供一定的机械增益（传动比）来降低驾驶员转动转向盘的力（即转向力）的需求。3方案论证及确定目前大部分转向器以助力转向为发展方向，但设计汽车要考虑到汽车的类型、前轴载荷、成本及使用条件等因素，同时考虑到转向器的效率特性、角传动比变化特等条件，以及转向器的寿命及制造工艺等其他性能，因此还有部分汽车应用机械式转向器。根据结构形式分类，机械式转向器可以分为：循环球式、齿轮齿条式、蜗杆滚轮式和蜗杆指销式。目汽车上使用还较为普遍的是循环球式和齿轮齿条式。3.1循环球式转向器如图3-1所示：循环球式转向器主要有螺杆、螺母、转向器壳体以及许多小钢球等部件，循环球式转向器的工作原理是循环球指被放置于螺母与螺杆之间的密闭管路内，将螺母螺杆间的滑动摩擦转变为滚动摩擦，与方向盘转向管柱转动后，螺杆推动螺母上下运动，螺母带动齿轮来驱动转向摇臂往复摇动实现转向。整个过程中，小钢球就在密闭的管路内循环往复的滚动。图3-1循环球式转向器示意图循环球式转向器的优点是：1.工作过程中所受摩擦为滚动摩擦，传动效率高，通常可达到75%～85%，操纵轻便，工作平稳可靠；2.零件表面硬度和耐磨损好，机械部件的磨损小，使用寿命长；3.转向器的传动比可以变化；4.间隙调整工作容易进行，（图3-2）；5.适合用来做整体式动力转向器。图3-2循环球式转向器的间隙调整机构循环球式缺点：逆效率高，因结构复杂，精度要求高所以制造较困难。综合以上特点该型转向器主要用于大、中型车辆上。3.2蜗杆滚轮式转向器蜗杆滚轮式转向器是由蜗杆和滚轮相互啮合而构成。这种转向器曾经在汽车上有广泛的使用，但目前基本上不用。3.3蜗杆指销式转向器蜗杆指销式转向器分两种，一种销子固定称为固定销式蜗杆指销式转向器；一种销子的运动，称为旋转销式转向器。根据指销数量的不同，又分为单销式和双销式。这型转向器目前应用已经很少，基本已被淘汰。3.4齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器主要由转向齿轮和齿条组成。相对其他形式的转向器，齿轮齿条式转向器有一下特点：结构紧凑、简单，制造成本低；体积和质量小、传动效率高（达90%）；能自动消除齿间间隙，系统刚度好，冲击和噪声小；转角可以增大。图3-3自动消除间隙装置逆效率较高，在不平的路面上转向轮与路面之间的大部分冲击力能反传至转向盘，造成打手，对驾驶员造成伤害。因此会使驾驶员的精神紧张，难以准确控制汽车行驶方向。齿轮齿条式转向器共有中间输入，两端输出；侧面输入，两端输出；侧面输入，中间输出；侧面输入，一端输出四种形式（见图3-4）。图3-4齿轮齿条式转向器的四种形式由于结构原因，采用两端输出方案时，转向拉杆有与悬架系统导向机构产生运动干涉的风险。在采用侧面输入中间输出的方案时，由图3-5可见，由于拉杆长度长，导向车轮在上、下跳动时拉杆摆角小，有利于减少车轮上下跳动时转向器与悬架运动的干涉风险。在齿条壳体上开轴向的长槽会使转向器强度降低。图3-5拉杆与齿条的联接当采用直齿圆柱齿轮齿条啮合时，转向器运转平稳性低，冲击大，工作噪声增加。齿轮齿条轴线之间的夹角只能是直角，占用空间，；通常很少使用。常用采用斜齿圆柱齿轮齿条啮合代替直齿，以增加轮齿重合度，提升运转平稳性，减少冲击与噪声，斜齿齿轮齿条轴线之间有夹角，结构紧凑占用空间较小，易于满足总体设计的要求。通常齿条的断面形状有圆形（见图3-3）、V形（见图3-6）和Y形（见图3-7）三种。Y形断面齿条的齿宽可以做得宽，齿条强度更高。在齿条与托座之间通常装有减磨材料（如聚四氟乙烯）做成的垫片（图3-6），以减少齿条与托座间的滑动摩擦。图3-6V形断面齿条图3-7Y形断面齿条根据转向梯形相对前轴位置的不同，齿轮齿条式转向器共有四种布置形即：1.转向器位于前轴后方，后置梯形；2.转向器位于前轴后方，前置梯形；3.转向器位于前轴前方，后置梯形；4.转向器位于前轴前方，前置梯形，如图3-8所示。图3-8齿轮齿条式转向器的四种布置形式由于齿轮齿条式转向器的以上特点，在前轴载荷不大的小型车上得到很好的发展，广泛应用于轿车和微、轻型货车和前轮采用独立悬架的客车上。3.5小结设计任务书要求的BJ121型轻型载货汽车基本参数如下：驱动型式：4×2，发动机前置后轮驱动；总质量：2.52吨；满载轴荷：前轴877㎏，后轴1643㎏；轴距：2750㎜；前轮／后轮轮距：1440／1440㎜；最小转弯半径：6.9m；前轮气压：200kpa；主销偏移距a：50mm；转向梯形臂长m:200mm；方向盘直径Dsw：400mm方向盘总圈数：3.5由以上各种形式的转向器方案分析以及车型所给参数的要求，本次设计BJ121型轻型载货汽车转向器设计方案的结构形式采用齿轮齿条式转向器。根据以上对齿轮齿条式转向器的结构形式及布置的分析，本次设计的齿轮齿条式转向器采用中间输入，两端输出的形式；布置为转向器位于前轴后方，后置梯形；齿条断面形状采用制造工艺简单的圆形。4转向梯形机构的设计对汽车转向系统的设计要求必须要保证转向轴的内外两个转向轮具有一定的比例关系，使得汽车转向的过程中所有的车轮尽可能作纯滚动或仅有极小的滑移运动，转向系统由转向梯形机构近似实现。4.1转向轮侧偏角计算如图4-1所示，为汽车转向行驶时示意图，转向系统要能保证所有车轮均作纯滚动，即所有车轮轴线的延长线都要相交于一点。即前轮定位角度等于零、车轮刚性的前提下，所有的车轮必须围绕着同一瞬时中心转动。图4-1理想的汽车转向示意图内、外转向轮转向角的对应关系如下:cotα＝cotβ＋B/L(式4-1)各参数定义如下：α—外轮转角β—内轮转角B—两侧主销轴线与地面相交点之间的距离L—汽车轴距定义a为主销偏移距，K为前轮轮距，根据图4-1可得①，②，③，根据设计要求：K为前轮轮距=1440mm；a为主销偏移距=50mm；L为汽车轴距=2750mm；R为汽车最小转弯半径=6900mm。将数据代入①②③式，得B=1340mmα=23.490°β=28.880°4.2转向梯形机构尺寸初步确定为防止梯形机构受路面障碍物的冲击，保证汽车行驶安全性，通常将梯形布置在前轴之后，横拉杆高度布置在前轴下表面以上15mm处。图4-2所示为一个后置转向梯形机构示意图。转向梯形的基本尺寸主要有梯形底角μ和梯形臂长m。一般参考现有器材梯形臂长度m与两主销中心距B之比的统计数据再对梯形臂的长度m进行初选，m的通常选取范围为（0.11～0.15）B[9]即梯形臂长m的范围为147.4mm～201mm之间，本设计车型设计参数中的梯形臂长为200mm，布置为转向器位于前轴后方，后置梯形。梯形臂与主销中心距之比约为1.492为合理范围，设计参数给的梯形臂长m为200mm在以上范围之内，符合要求。梯形底角μ的余切值为代入数据，得μ≈70°由图可知，左、右横拉杆长度与齿条之和为2n+P代入数值得：2n+P=1203.2mm5齿轮齿条式转向器计算载荷的确定5.1原地转向阻力矩转向轮转向时受的阻力包括：转向车轮稳定阻力、轮绕主销转动的阻力、轮胎变形阻力和转向器中各零件内摩擦阻力等。按前文所述，汽车在停车状态下的转向力矩为设计的最低力矩。通常使用足够精确的半经验公式来计算，选择工况沥青或者混凝土路面；原地转向阻力矩的半经验计算公式如下：(5-1)其中：为原地转向阻力矩单位N.mmf为轮胎和路面间的滑动摩擦系数，一般取0.7；P是胎压，单位为。—转向轴载荷，单位为N；则5.2转向器角传动比及转向盘手力的计算转向器角传动比是转向器的重要参数，它影响着汽车的操纵稳定性、转向灵敏性和稳定性。转向盘角速度与主销轴的角速度之比，称为转向器传动比，即（5-2）考虑到，为转向系传动比，其定义是转向盘角速度与同侧转向节偏转角速度之比，则可根据的定义来计算，即（5-3）由上节计算结果得外轮转角α=23.49°，内轮转角β=28.88°。转向盘圈数设定为3.5圈，则转向盘角度=3.5×360，同侧转向节偏转角度=α+β=52.37°，代入式5-3，可以得使用齿轮齿条转向器为转向器的车辆，作用在转向盘的手力计算公式为（5-4）式中，为原地转向阻力矩--415719.4N.mm；为转向盘直径--400mm；为转向器角传动比--23.8；为转向器的正效率--90%。将数据代入5-4式，得：根据经验值，没有装置动力转向的轻型车，在行驶中转向盘的手力应为50～100N之间，上式算得作用在该型转向系统转向盘上的手力为97N，因此本设计采用机械式转向器作用在转向盘的手力符合转向轻便、省力要求。定义为作用在转向盘上的力矩，则：（5-5）将数代入公式5-5值可得按抗拉屈服强度计算转向横拉杆直径公式如下：(5-6)式中，为原地转向阻力矩，415719.4N.mm；为前轮轮距，1440mm;[σ]为材料许用应力，216Mpa。将数据代入式5-6，得：d≥4.13mm5.3主动齿轮轴的计算在转向器中主动齿轮轴直接接触转向齿条，整个转向系统中起着最重要的传动作用，转向器通过齿轮齿条的无间隙啮合传动实现转向，在整个传动过程中受力较大。齿轮轴的最小直径计算公式如下：(5-7)式中，为方向盘最大扭矩，即原地转向时作用在转向盘上的力矩=19400N.mm；[τ]为选用材料许用切应力，140Mpa。将公式5-7代入数据得6齿轮设计6.1齿轮参数的选择斜齿圆柱齿轮与斜齿条啮合可使齿轮重合度增大，齿面接触好、传动平稳、齿轮强度高、冲击噪声小。目前市场上齿轮齿条式转向器通常都采用斜齿圆柱齿轮、齿条啮合，齿轮模数范围在2～3mm之间。主动小齿轮齿数范围在5～7个齿之间，压力角通常取20°，齿轮螺旋角范围为9°～15°之间。设计时应验算齿轮的抗弯强度和接触强度[7]。本设计主动小齿轮选用16MnCr5材料制造并经渗碳淬火，齿面硬度在56-62HRC之间。根据转向器为机械式齿轮齿条式、齿轮转速低、扭矩较小，受中等强度冲击等特点，选择精度等级8级。由于斜齿圆柱齿轮的性能特点突出，故本设计采用斜齿圆柱齿轮，由上述参考范围及机械设计手册[12]选择齿轮参数如下：齿轮模数m选择2.5，主动小齿轮齿数z选择6，压力角α选择20°，齿轮螺旋角β选择12°，选择法向齿顶高系数为=1，选择法向顶隙系数=0.25。6.2齿轮几何尺寸确定根据以上确定的斜齿圆柱齿轮各参数，利用标准斜齿圆柱齿轮的尺寸计算公式[13]确定齿轮几何尺寸如下：分度圆直径齿距基圆直径齿顶高齿根高全齿高齿顶圆直径齿根圆直径6.3强度校核6.3.1齿轮受力分析在斜齿轮的传动中，作用于齿面上的法向载荷垂直于齿面，作用于主动轮上的位于法面内，与节圆柱的切面倾斜-法向啮合角，力可沿齿轮的切向、径向及轴向分成三个垂直的分力，分别为：切向力(6-1)径向力(6-2)轴向力(6-3)式中，为转向盘扭力矩=19400N.mm；为齿轮分度圆直径=15.335mm；为齿轮压力角=20°；β为齿轮螺旋角=12°。将数据代入上式，可得6.3.2齿轮的齿根弯曲疲劳强度校核计算(6-4)其中：K为载荷系数计算公式；查机械设计手册选择系数如下：为使用系数取1.0；为动载荷系数取1.2；为齿向载荷分布系数取1.4；为齿间载荷分配系数取1.0。将以上数据代入公式计算可得：为斜齿轮的齿形系数，按，取=2.72；为斜齿轮的应力修正系数取1.57；为螺旋角系数取0.7；为端面重合度取1.211；b为齿宽取40mm。将数据代入公式6-4计算如下：齿轮许用应力计算公式如下(6-5)本设计选取齿轮材料为16MnCr5，根据机械设计手册[12]查得：齿轮的齿根弯曲疲劳极限取；应力修正系数取2；弯曲强度寿命系数取1；弯曲强度的最小安全系数取1.4，代入公式6-5可得：，符合设计要求。6.3.3齿面接触疲劳强度校核根据齿面接触疲劳强度校核公式：(6-6)由机械设计手册查得，式中各参数如下：节点区域系数为2.15;材料弹性系数；重合度系数为0.93；螺旋角系数为0.99；齿轮传动比。将以上参数代入公式6-6，可得：齿轮接触疲劳强度计算公式为：(6-7)根据机械设计手册查得：齿轮的接触疲劳极限为；接触强度的最小安全系数；寿命系数取1.5，代入公式6-7，得：，齿轮接触疲劳强度满足要求。7齿条设计7.1齿条材料的选择齿条是在转向器壳体内来回滑动的，转向器壳体安装在前横梁或前围板的固定位置上的，齿条代替梯形转向杆系的摇杆和转向摇臂，并保证转向横拉杆在适当的高度以使他们与悬架下摆臂平行，齿条可以比作是梯形转向杆系的转向直拉杆。齿条的横向运动拉动或推动转向横拉杆，使前轮转向。齿条是转向器的主要零件，其性能直接关系着转向器的使用寿命。转向器扭矩低，受到中等冲击，工作环境较恶劣，齿条材料选择十分重要。由上章可知，齿轮选用16MnCr5合金钢，由此本设计齿条材料选用45钢与其匹配作为啮合副。齿条热处理采用渗碳淬火工艺，表面硬度在56HRC以上。为了减轻质量，转向器壳体用铝合金压铸。7.2齿条参数的确定齿轮齿条的啮合特点:(1)齿轮的分度圆与节圆相重合,而齿条中线只有当标准齿轮位置正确安装才与其节圆相重合。(2)相互啮合的齿轮齿条基圆齿距必须相等，齿轮法面基圆齿距，齿条法面基圆齿距。即。(3)齿轮与齿条的啮合角等于压力角。由于以上特性,所以齿条模数m=2.5,压力角α=20°，螺旋角β=12°。齿条的断面形状取圆形。齿条的齿顶高齿条的齿根高代入数据得：齿条齿数应根据转向轮达到的最大偏转角时，相应的齿条移动行程应达到的值来确定。按3.5圈的方向盘转动圈数，因齿轮齿数为6，选取齿条齿数z=20，变速比的齿条压力角，对本设计采用的结构齿条长度在120～350范围内变化[14]。在齿轮齿条式转向器中，为了便于比较，齿轮齿条式转向器通常定义转向盘转动一圈时齿条的定义移动量为角传动比，即齿条行程（mm）/转向盘圈数[6]。根据前序章节的计算结果角传动比，转向盘圈数为3.5圈，则齿条行程L=3.5×23.8=83.3mm。齿条的齿数计算：(7-1)将L=83.3mm，=2.5，=20°代入数据得：；取整数值齿条分度圆直径为代入数值得：d取齿宽系数Ψd为1.2齿宽增加安全系数齿条宽b2取30mm；齿轮宽b1=b2+10=40mm，即b1=40m8其他零件的选择与设计8.1间隙调整弹簧的选择8.1.1选择材料由弹簧使用工况可知，对材料无特殊性能要求，故选用碳素弹簧钢丝作为材料，制造精度C级。弹簧的工作次数小于，载荷性质П类，许用切应力。8.1.2确定弹簧丝直径，选择弹簧指数C初估算弹簧丝直径；查表得到弹簧指数C取值范围在之间，因此取C=6；曲度系数；查表得，；。初定弹簧力为，最大间隙，该弹簧在轴径为18mm的轴上工作，外径小于35mm，自由长度小于50mm，则按强度条件确定弹簧直径d公式为(8-1)代入数值计算计算结果与初估直径误差为（5-4.6）/5=8%，且为相对强度更高，根据市场材料规格取。8.1.3确定弹簧工作圈数弹簧工作圈数计算公式：(8-2)式中，G为弹簧材料的剪切弹性模量，取8×MPa，代入数值得取3加上2圈死圈，共5圈。其他弹簧尺寸：中径值 外径值内径值间距值节距值自由高度8.2轴承的选择本设计采用斜齿圆柱齿轮与斜齿条啮合，斜齿工作时有轴向力作用，推力轴承主要用于承受轴向载荷的滚动轴承。故转向器应该采用推力轴承承载轴向载荷。目前在齿轮齿条式转向器中应用较多的只有冲压外圈的滚针轴承。因为当滚针轴承的冲压外圈一端是固定的，这样既可以使壳体加工容易，又可以防止水及尘土进入转向器内。根据前序章节计算，根据GB/T272—1993选择轴承结构形式及型号如下：上端选取角接触球轴承，选择型号为7002C；下端采用滚针轴承，选择型号为NA4901。8.3其他零件的选择螺栓联接的尺寸选择主要是指螺栓直径、垫圈等的确定。螺栓直径根据强度原则确定的，与之匹配垫圈等的结构尺寸。根据机械手册选