齿轮齿条转向器设计1.doc

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1、摘要：本次设计选择的是丰田的一款汽车的转向器。首先对转向系统根本的作用、构 造、与总体的性能作一个了解。再根据对齿轮齿条式转向器的研究以与资料的查阅，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，与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，并在作出转向器的零件图。关键词：转向系统；齿轮齿条；转向器Abstract : This d

2、esign choice is the steering of a car in the Toyota. First, the basic role of the steering system, structure, and overall performanee for an un dersta nding. Accord ing to the study of the rack and pinion steeri ng anddataaccess, focuses on a rack and pinion steeri ng gear type selecti on, the adva

3、ntages and disadva ntages of differe nt types of rack and pinion steeri ng, and all types of rack and pin ion steering application status. The steering transmission ratio calculated under the original data, and determine the geometric parameters of the rack and pinion. Rack and pinion steering the o

4、verall design, stress analysis, and rack and pinion fatigue strength of the tooth root bending fatigue strength. Un reas on able data correcti on rack and pinion steeri ng. Through the desig n of the rack and pinion steering, select the related parts such as screws, bearings, etc., and make the stee

5、ri ng parts diagram.Keywords : Steering systems, rack and pinion, steering目录摘要IAbstract I第1章概述11.1设计目的11.2设计的意义11.3汽车转向装置的开展趋势11.4汽车转向器国内外现状31.5设计的主要内容3第2章齿轮齿条转向器设计方案选择42.1车辆相关数据与设计要求42.2转向器总体方案设计5转向器设计方案说明5转向器输入输出形式5转向器各种输出形式比照 6齿轮齿条转向器齿轮齿条选择7齿轮齿条转向器齿条断面形状7齿轮齿条式转向器的布置形式8转向器最终方案确定9第3章转向器齿轮齿条设计计算过程 1

6、03.1转向轮侧偏角计算103.2转向器原地转向阻力矩计算103.3转向器角传动比与力传动比计算11角传动比与力传动比介绍11角传动比与力传动比确定11X齿轮齿条设计12齿轮齿条啮合传动的特点12齿轮参数的选择13word计算接触疲劳许用应力13齿轮的齿根弯曲强度设计 14确定齿轮主要参数和几何尺寸15确定齿条主要参数和几何尺寸16齿面接触疲劳强度校核18第4章齿轮轴的设计184.1齿轮齿条传动受力分析184.2齿轮轴最小轴径确定184.3齿轮轴的强度校核19第5章间隙调整弹簧的设计计算235.1选择材料235.2计算弹簧丝直径245.3弹簧圈数和自由高度的计算245.4弹簧校核与结构尺寸确定

7、 245.5弹簧工作时的数据2526第6章其他零件的选择与润滑方式确定6.1轴承的选择2627总结29参考文献30致谢31第1章概述1.1设计目的毕业设计的目的，大体分成两个方面：一方面是临毕业之前对毕业生所学习到的各类知 识的能力进展考核。另一方面是对提高毕业生们的综合运用实际与理论的能力。目的在 于了解和掌握汽车转向器的结构形式、工作原理、与设计理论和设计过程。1.2设计的意义转向系统是车辆中的至关重要的局部，而其主要零件一一转向器又是重中之重，因此，我们这次的设计任务一一转向器对车辆的操稳性能以与驾驶人员的人身和财产安全有着 非常大的影响。尤其是在高速开展的今天，车辆愈来愈密集，川流在城

8、市，乡村的各个 角落，交通事故也随着车辆的数量越来越多，因此，设计出优秀的转向系统对人类社会 有着非常积极的意义。这样就更加凸显了我们此次设计的重要性，为以后的设计工作积 累经验，争取设计出更优秀的作品，使其达到更高的水平。设计的意义在于帮助即将进入工作岗位的毕业生们查漏补缺，查漏有：比如机械制图中 的一些细节问题以与相应的规 X，机械手册中的各种图表，装配过程中的的配合问题。 是基孔制还是基轴制。还有大二大三所学的专业课知识过盈配合，还是过渡配合，汽 车构造，内燃机原理，汽车设计等等；补缺有：大学生一直呆在学校很少和工厂接触，平时都是接触的理论知识，缺乏实践，而此次设计刚好可以弥补这方面的短

9、板，这样就 为以后从事车辆制造与设计方面的工作打下坚实的根底。1.3汽车转向装置的开展趋势车辆转向系是用来变换车辆行使方向的系统，为了防止发生交通事故，我们就需要 转向系统快、准、稳地完成开车人发出的转向指令。还有就是车辆要有自动回正的功能，比如说起车轮偶然碰到遇到了外力比如说碰 到了石头而发生偏转的时候，这个偏转是我们不需要的，当越过石头普，要是车辆的 车轮还是处于偏转状态，那其不就麻烦了？要是司机反响慢了，还不得发生交通事故啊？所以，我们需要车轮自动回正。汽车产业我们国家重要的经济支柱产业，随着科技的不断进步与汽车技术的不断升 级，到了现在，越来越能代表一个国家的综合国力，它是集合各种学科

10、的综合高科技产 物。转向系统作为汽车重要的一局部也在发生着巨大的演变升级。一般意义上的车辆转向系是机械式的，开车人通过控制方向盘steering wheel，再经过过转向器Redirector，该系统中最重要的部件，横拉杆连接左右两个摇臂，使两侧车轮一起转动等机械零部件实现车轮的偏转，从而达到实现转向的目的。1950年之后，随着液压系统的不断完善和应用，液压渐渐出现在车辆的转向器中， 这是转向系统变革的起点。科技的不断进步，车辆不仅仅只是代步工具，舒适性也要满 足，以往转向只是单单依靠人力，所以一些货车司机绝大多数都是男性。而如今，假如 是加上液压助力，转向自然会轻松许多。其实其原理非常简单，

11、就是在原来的根底上， 另外添加一套油泵始终处于工作状态。这样的液压系统与内燃机相连接连，当内燃 机转动动时，局部能量提供车辆行驶，剩下的一局部如此为液压系统提供动力支持。因为这样的工作模式相对可靠，既不想纯机械那样费力，也不行纯液压那样不可靠只 要有液压系统就存在漏油现象，技术也相对成熟，所以得到了广泛的使用。所谓的助力就是帮助驾驶者完成指定动作，起到四两拨千斤的作用，虽说夸大其词，但却真真正正的反映出轻便性，这样转向就变得更加灵活，这有助于车辆躲避突发事件。 科技开展日新月异，电子技术也随之迅猛开展，尤其在元器件领域。科技进步，工 艺先进，本钱越来越低，渐渐的的电子器件被应用到车辆中。于是就

12、进入了电液助力转 向系统EHPS Electro-Hydraulic Power Steering。电液助力转向可以分为两类： 电动液压助力转向系统 EHPS Electro-Hydraulic Power Steering和电控液压助力 转向 ECHPS Electro ni cally Con trolled Hydraulic Power Steeri ng。电动液压助 力转向系统是在液压助力系统根底上开展起来的，与液压助力系统不同的是，电动液压 助力系统中液压系统的动力来源不是发动机而是电机，由电机驱动液压系统，节省了发 动机能量，减少了燃油消耗。电控液压助力转向听起来听复杂的，其实也

13、就是在Hydraulic power system上加一些控制元器件，包括传感器，传感器能够记录下来转向盘转角变量，车速，温度等数 据，传给ECU，ECU根据这些信息改变供油量。ECHPS Electro ni cally Con trolled Hydraulic Power Steeri ng也是在 Hydraulic Power Steering根底上开展而来，不同地方是，ECHPS增加了电子控制元件。电子控制装置可根据方向盘转向速率、车速等汽车运行参数，改变油压的大小。而 且电机驱动下的HPS，不需要操作的时候，电机可以停止，这样就能降低能耗。虽然 EHPS Electro-Hydra

14、ulic Power Steering克制了 Hydraulic power system的一些缺点。只要有液压系统的存在，就会有不稳定因素，比如说高温，低温，对油的 黏性有很大的影响，比如是油温过高，其粘度很低，十分顺滑，油自然而然的顺着油封 流出，造成浪费，还污染了环境。而且还要为其引入了电机，结构上增加部件，复杂程 度进一步提高，花费增加了，而且可靠性下降了，得不偿失。为了躲避 EHPS Electro-Hydraulic Power Steering的缺点，EPS 便应时而 生。EPS,电动助力转向。也可以叫 EPAS。其最大优点是可以随速控制助力，在速度相 对低的时提供较大助力效果，

15、保证轻便转向；在高速时减小助力，在没有助力帮助的条 件下，负反响即路面作用在车轮上的力按照转向传动的路线返回到方向盘上也相应 增加，这为司机提高了 “路感。Electric Power Steering只在转向时发挥作用，因此不像纯HPS那样会一直对发动机造成负担，没有了负担，消耗自然就少了。1.4汽车转向器国内外现状齿轮齿条式转向器Rack and pinion steering gear和循环球式转向器recirculating ball steering gear，成为车辆上主要的转向器； 而余下的蜗轮蜗杆式 Worm gear and worm type redirector:和蜗杆肖

16、式转向器 Worm type redirector shaw，由于在制造工艺 以与可靠度等方面的各种原因，已经逐步的退出历史的舞台。而留下来的循环球式转向器recirculating ball steering gear如此是具备诸多优 点，比如说效率高，操纵简单轻便，易于传递驾驶员操纵信号，这对于货车司机来说是 非常有利的，可以减轻疲劳程度，布置简单。尤其适合大、中型车辆和该系统一起使用。另外就是可以实现变速比Gear Ratio，:的特性，这就可以解决客户的各种速度 上的需求。中间位置转向力小、且经常使用，反之亦然，就希望中部位置附近速比小，这样就 可以提升其敏度。对于前轴轴载质量不大而又

17、经常在平坦路面行驶的中、轻型货车而言，影响很小。由于这种转向器可实现变速比，传动效率又高，转向灵活，使用寿命较长等 诸多特点，得到大X围应用不足为怪。我们此次设计任务Rack and pinion steering gear也有很多的主要优点：结构 简单、紧凑。质量小只是其一。正传动效率高，而且还能主动弥补间隙，在提高刚度的同时又防止产生杂音，还可 以防止工作时产生冲击和噪声。综上所述转向器的优点，循环球式和齿轮齿条式将是未来开展的大趋势。1.5设计的主要内容汽车行业为我们国家的经济开展做出不可磨灭的贡献，国家对汽车研发的投入也越 来越多，随着工业的不断升级，汽车产品的设计、分析、实验技术等都

18、日益受到重视。 而学生一直停留在课堂之中是万万不可的，为了提高汽车设计方向的专业毕业生利用所 学的根底知识解决实际工程问题能力，此题目所涉与到的知识都是汽车设计方面的专业 知识，所以这次毕业设计可谓是雪中送炭。任务中的设计方法是非常实用的，并且在未来也是适用的，这些知识对于从事汽车 技术工作的人都是很需要的，是他们进展工作和继续学习的根底。本次设计的任务来源于 RAV4，设计此车的转向器。根据该车型对于市场的定位与对制 造本钱的考虑，同时去网上查照该车的设计初衷。结合车身结构要求把这辆车的转向器 设计为一款机械式。对转向系统做简单分析，并进展转向器零件设计、工艺性与尺寸公 差等级分析，同时按以

19、下步骤对转向器与零部件进展设计方案论证：首先对其输入出形 式进展分析比拟；再是计算各个零件的尺寸，选择适宜的参数；最后进展强度校核并检 查是否存在不足。第2章齿轮齿条转向器设计方案选择2.1车辆相关数据与设计要求车辆数据：四驱类型：适时四驱驱动方式：前置四驱整备质量（Kg） : 1620满载轴荷（Kg）:前轴:810后轴：810发动机最大扭矩（Nm/rpm） : 224/4000发动机功率（Kw/rpm） : 125/6000轴距（mm）: 2660前轮胎规格：225/65R17后轮胎规格：225/65R17转向节臂长：200mm设计要求：转向系是用来转向的系统，包括转向操纵机构、转向器、传动

20、机构等。需要正确迅速地完成司机的转向命令，当其受到外界干扰的时候，比如车轮陷入泥坑中等，在司机 松开方向盘的时候，车辆应该有自动回正的能力。一般来说，对转向系统的要求如下：1、车辆转弯行驶时，车轮应绕瞬时转向中心旋转。2、 转向轮应具有自动回正能力。比如说起车轮偶然碰到遇到了外力比如说碰到了石头而发生偏转的时候，这个偏转是我们不需要的，当越过石头普，要是车辆的车轮还是处于偏转状态，那其不就麻烦了？要是司机反响慢了，还不得发生交通事故啊？所以，我们需要车轮自动回正。3、在工作时，车轮不得产生自振。4、 转向器和转向传动机构的球头处，应该设有消除因磨损而产生的间隙的调整机构 以与提高转向系的可靠性

21、5、转向灵敏，最小转弯直径小。6、操纵要轻便。7、从道路上传来的冲击小。8、任何状态下，车轮不产生摆振车轮绕主销振动。转向轮的回正能力是由倾角决定的，同时也受转向系逆效率的影响。逆效率的提高会使回正能力提高，但是会造成“打手现象。转向系的间隙主要是通过各球头皮碗和转向器的调隙机构来调整的。2.2转向器总体方案设计转向器设计方案说明因为这次的设计任务中已经明确的指出该设计工作为齿轮齿条式的，因此，我在任务书中只提与另一种主流转向器循环球式转向器recirculating ball steering gear丨的优缺点，更多的是比拟齿轮齿条式的各种输出形式的特点。在比拟中比照各种形式的长 处与劣

22、处，包括本钱，制造工艺，对车辆本身的要求等等。另一方面是选择齿轮的形状， 直齿肯定是制造简单，但是传动起来没斜齿好，还有齿轮断面的问题。齿轮齿形的选择 要根据其工作状况包括环境，温度，负荷等，以与我们的要求。同时还需要兼顾本 钱和工艺问题，综合种种考虑，选择出适宜的齿形。综上所述，我们要全方面的考虑，既要考虑工艺问题，制造的难易程度，本钱，还 要考虑性能必须满足 RAV4的要求，在操稳性，便捷性，噪音等问题，选出最适宜的方 案。具体的分析过程，与比照过程，在下面一一比拟。转向器输入输出形式根据动力进入的位置和传出的特点不同，我们对其进展四种形式划分，详见图2-1。中间输入，两端输出a;侧面输入

23、两端输出b;侧面输入，中间输出（c）、侧面输入，一端输出（d）。图2-1齿轮齿条转向器输入输了形式转向器各种输出形式比照采用两端输出方案时如图 2-1a,图2-1b，很明显我们可以看出输出位置位于两 端，这样拉杆长度就受到了限制，如图3所示，总体长度很长，很容易与该位置其他运动产生干预。主要优点是其结构简单，制造方便，且本钱低等特点，大多应用于小型车 辆上。该转向器两端是横拉杆总成，它的一端是球头座，放置在防尘罩中，球头座与齿 条相连。从剖视图来看，方向盘10连接着齿轮轴和齿条相连，齿条的另一侧是压紧弹簧用来自动弥补间隙图2-2侧面输入，两端输出采用图2-1c的方案，很明显可以看到与齿条固连

24、的左、右拉杆非常靠近车轮对称平 面。由于拉杆长度增长，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预图2-3侧面输入，中间输出采用侧面输入，一端输出的齿轮齿条式转向器图2-1d，常用在平头货车上 齿轮齿条转向器齿轮齿条选择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。齿轮齿条转向器齿条断面形状齿条断面形状有圆形图 2-4a、V形图2-4b和丫形图2-4c三种。圆形断 面齿条的制作工艺比拟简单。V形和丫形断面齿条与圆形断面比拟，消耗的材料少，约节约20%，故质量

25、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；丫形的断面齿条的齿宽可以做的宽一些，因而强度得到增加。在齿条与托座之间通 常装有碱性材料如聚四氟乙烯做的垫片，用来减少滑动摩擦。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形或丫形断面齿条，用来防止因齿条旋转而破坏齿条、齿轮的齿不能正确啮合的情出现。abc图2-4齿条断面形状齿轮齿条式转向器的布置形式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。如图2-5所示：转向器位于前轴后方，后置梯形图2-5a；转向器位于前轴后方，前置梯形图2-5b；转向器位

26、于前轴前方，后置梯形图2-5c；转向器位于前轴前方，前置梯形图2-5d(a)(b)图2-5齿轮齿条转向器布置形式齿轮齿条式转向器广泛应用于微型、普通级、中级和中高级轿车上。对于装载质量不是很大、前轮采用独立悬架independent suspension单独安装在 两侧车轮上的客车也可以使用这种转向器。转向器最终方案确定综合上面的各种优缺点的比拟，考虑到制造难度与本钱的问题，我们最终在输入输 出形式上选择了结构简单、制造方便、并且本钱低的侧面输入两端输出的形式，同时考 虑到直齿圆柱齿轮与直齿齿条啮合重合度不高，运转平稳性差，冲击力大，工作噪声大；采用斜齿圆柱齿轮与斜齿齿条啮合的齿轮齿条式转向器

27、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，故齿轮 与齿条选用斜齿。经分析确定在齿条上没有作用有能使齿条旋转的力矩，且考虑到制作 工艺的简单性，故齿条断面选择圆形。最终的布置为：采用侧面输入两端输出的输出形式，齿轮齿条采用斜齿，齿条断面 采用圆形断面。word第3章转向器齿轮齿条设计计算过程转向系统的性能从整车机动性着手，在最大转角时的最小转弯半径为轴距的22.5倍。此轻型车的轴距为 2660mm，因此其半径在53206650mm，并尽量取小值以保 证良好的机动性，最小转弯半径Rmin取5500mm分析如（图3-1）所示。R a式中：转向

28、轮外轮转角；a 主销偏移距，该值一般取-10 30mm,设计取20mmL 汽车轴距。arcsin() = arcsin(2660 ) 29 3-2R a5500 20查得对应的最大内轮转角370，其综合转角为3203.2转向器原地转向阻力矩计算影响力的主要因素负荷包括路面阻力和轮胎气压等想要准确地计算出这些力是非常困难的。我们可以运用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矩MrN mm。轮胎上的原地转动的阻力矩由经验公式得3Mr 丄*旦3-33 . P式中：f 轮胎和路面间的滑动摩擦因素，一般取0.7；G 为转向轴负荷N；取前轴满载810kg ；p 为轮胎气压MPa。取 0

29、2MPa （般为 0.20.24MPa）。J 33Mr f G1晾 8100380.355N m 3-43p3 ： 0.23.3转向器角传动比与力传动比计算角传动比与力传动比介绍传动比：角传动比iw和力传动比ip组成。力传动比：从轮胎接触地面中心作用在两个转向轮上的合力2Fw与作用在方向盘上的手力Fh之比称为力传动比ip。角传动比：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iw它又由转向器传动比iw转向传动装置角传动比iw所组成。角传动比与力传动比确定方向盘转动圈数取n 4圈,转向盘直径 Dsw 400mm，转向正效率+=90%转向节臂长L1=200mm角传动比为作用在方向盘

30、上的力w n3604 360K ()(3732 )2Mr2380355dsw140020.87 0.920.87 3-5101.25N 3-6FhI w由公式得作用在转向盘上的力矩MhF hDSw22M 3-7DSW101.25 40020249.96N mm=20.25N m3-8力传动比与转向系角传动比的关系ip2FwFh3-9而Fw和作用在转向节上的转向阻力矩Mr有以下关系Mr(3-10)用在方向盘上的手力可由下式表示Fh迥3-11丨如此力传动比为DSWipM rDswM hL1(3-12)因为M RwMhiwok3-13由此力传动比i iip iw 2L120.87400 0.92 2

31、0018.7833-143.4齿轮齿条设计齿轮齿条啮合传动的特点齿条实际上是齿数为无穷的齿轮的一局部。当齿数为无穷时，圆也就成了直线,像我们居住在地球上一样，地球是圆的，而我们脚下的路却是直的。所以齿条的齿廓为 直齿廓如图3-2所示，齿廓上各点的法线是平行的，而且在传动时齿条是平动的。齿廓上各点速度的大小和方向也一样，所以齿条齿廓上个点的压力角一样，大小等 于齿廓的倾斜角齿轮齿条啮合传动时，根据小齿轮螺旋角与齿条齿倾角的大小和方向不同，可以构 成不同的传动方案。齿轮与齿条啮合传动时，齿轮的节圆始终与其分度圆重合。342齿轮参数的选择初选齿轮参数：该转向器的齿轮多采用斜齿轮 直齿重合度小，齿轮模

32、数在2 3mm 之间还需要齿根弯曲疲劳和齿面接触校核，主动小齿轮齿数在57之间我们这里取6，压力角取 20，螺旋角在9 15之间我们取10。故取小齿轮乙62.5，10右旋，压力角 20，齿轮的转速为n 10r/mi n，左旋，精度等级8级，转向 器每天工作8小时，使用期限不低于 5年。材料选择：齿轮16MnCr5,渗碳淬火，齿面硬度 54-62HRC齿条45号钢，外表淬火，齿面硬度56HRC分度圆直径amnZ12 5 615.2314mm3-15coscos10取齿宽系数d1.2齿条宽度b2dd11.2 15.231418.278mm 3-16圆整取b220mm；如此取齿轮齿宽bi b2 10

33、 30mm 3-仃所以取齿轮齿宽30mm；齿条齿宽20mm计算接触疲劳许用应力确定许用应力H lim ZNH sHmin(3-18)fF lim 丫STY NSFmin3-19查表确定和H limF limHlim1 1500MPaH lim 21300MPaF lim 1 425MPa查表确定寿命系数Flim 2Z n、375MPaZN1 ZN2 1.32 YN1YN2查表确定安全系数SH min1 SF min1.4Yn1计算接触疲劳许用应力查表确定应力修正系数H1H2YstF1F2H lim1 ZN1SHmin1500 1.321980MPaH lim2 ZN2SHminF lim1 Y

34、stY N1SFminFlim2 YstY N2SFmin1300 1.321716MPa(3-20)(3-21)425 2 11.4375 2 11.4607.14MPa535.7MPa(3-22)(3-23)齿轮的齿根弯曲强度设计参数查取：初选 Kt 1.410 乙=6Z2=25 d=0.8 Y =0.7 Y当量齿数 ZV Z / cos38/ cos3106.28复合齿形系数YFS1 3.32初步计算齿轮模数m*查表的 1.165转矩 T1 Mh 20250N mm闭式硬齿面传动，按齿根弯曲疲劳强度设计代入f较小的值mnt22K/ cosdZi2YYYFsf(3-24)3 21.4202

35、50cos2100.70.893.32V1.2 62535.71.616mm初取 mnt 2.5mm确定载荷系数K查表确定使用系数KA 1mntZ1 n1Vt60 1000cos3.14 2.5 6 1060 1000 cos100.0079m/s3-25根据vt 0.0079m/s和8级精度,查表得KV 1.04查表确定齿向载荷分布系数 K1.15查表确定齿间载荷分布系数 Kh1.1所以KKAKvKhK1 1.04 1.11.151.3156 3-26确定修正法向模数Kmn mnt3 Kt2.0385mm 3-272.57591.4取 mn 2.5mm确定齿轮主要参数和几何尺寸齿轮参数:Z|

36、 6， mn 2.5，10，压力角20，左旋取变位系数n 齿顶咼1 han1 Cn0.25hamn hann2.51 15mm3-28齿根高hfmn hanCnn2.51 0.2510.625mm3-29齿高h ha hf 5 0.625 5.625mm 33。分度圆直径d1mnZ12.5 615.231mmcoscos103-31齿顶圆直径dad12ha15.231 2525.231mm 3.32齿根圆直径dfd1 2hf 15.23120.62513.981mm 3-33基圆直径db d1 cos15.231 cos20 14.312mm3.34齿轮中心到齿条基准线距离d15 231H 1

37、nmn1 2.5 10.1155mm 3-352 2齿轮齿宽b| b2 10 20 10 30mm 3.36确定齿条主要参数和几何尺寸因为齿轮与齿条要相互啮合，所以取齿条模数mn12.5mm又因为齿轮齿条线角传动比为mnZ12.5 6 3.1447.8273-37coscos10转向盘总转动圈数为n 4圈又因为所以齿条长度n 3-38 ini 4 47.827 191.306mm 3.39转向盘和车轮转角比I士 22.5 3-402 322 32式中：32为综合转角因为齿条齿形角等于压力角所以齿条齿距齿条齿数mn23.14 2.5 7.85mm3-41Z2191.30824.370 3-427

38、85所以取齿条齿数Z225实际齿条长度LiZ2P25 7.85 196.25mm 3/3取齿条长度为200mm。齿条参数:Z225，2.5，10，压力角 20，右旋。取变位系数0 han0.25齿顶高ha2mn2 hana2n 2.5102.5mm3-44齿根高hf mn hanCn2.510.25 03.75mm 3-45齿条齿宽b2d d11.2 15.23118.218mm 3-46取 b2 20mm。347齿面接触疲劳强度校核校核公式为H ZeZhZZ 慣口 h3-47飞bu由上面计算得H 1980MPa查取：弹性系数Ze 180、MPa区域系数Zh 2.45重合度系数E 0.91螺

39、旋角系数Z.,COL 、COS10 0.99,I2KT1 u 1、h ZeZhZZ J2 3-48 b1d1u2一0.75920250二 2.45 180 0.91 0.9922Y 30 15.23121180.836 H经校核：合理第4章齿轮轴的设计4.1齿轮齿条传动受力分析Fr和分假如略去齿面间的摩擦力，如此作用于节点P的法向力Fn可分解为径向力力F，分力F又可分解为圆周力Ft和轴向力Fa。Ft2T1d12 2025015.2312659.051N 4-1FrFt tancos2659.051 tan20cos10982.746N 4-2Fa Fttan2659.051 tan 10468

40、862N4-34.2齿轮轴最小轴径确定由于齿轮的基圆直径db 14.312mm，数值较小，假如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16MnCr5材料制造并经渗碳淬火，因此轴的材料也选用16MnCr5材料制造并经渗碳淬火。查表得：16MnCr5材料的硬度为60HRC，抗拉强度极限 B 650MPa，弯曲疲劳极 限i 300MPa，剪切疲劳极限 i 155MPa，许用弯曲应力1 60MPa，许用剪应 力t 65MPa。最小轴径d3 5 2025011.59mm 4-4初步确定齿轮轴的根本尺寸如图4-1所示:图4-1齿轮轴的根本尺寸4.3齿

41、轮轴的强度校核1、轴的受力分析4-2a所示。1画齿轮轴的受力简图，如图2计算支承反力在垂直面上F RAV21 987.746 468.862 7.6155L1 L22221(4-5)565.425NFRBVFrFrav 982.746565.425417.321N(4-6)在水平面上F RAH F rbhFt2659.0512 21329.525N (4-7)3画齿轮轴的弯矩图水平面上的弯矩 Mh如图4-2b所示，垂直面上的弯矩 Mv如图4-2c所示，总弯矩M 如图4-2d所示。在水平面上，a-a剖面左侧、右侧MaH MaH Frah L,1329.525 22 29249.550N mm 4

42、8在垂直面上, a-a剖面左侧Mav Frav Li 565.425 22 12439.350N mm 4-9在垂直面上，a-a剖面右侧MaVFrbv L2 417.321 21 8763.741N mm4-10合成弯矩，a-a剖面左侧Ma,M；hM；v.29249.550212439.350231784.801N mm4-11合成弯矩，a-a剖面右侧MaMaHMaV.29249.55028763.741230534.232 N mm 4-124画转矩图，如图4-2e所示 转矩d15 231TFt2659.05120249.729 N mm 4-132 22、判断危险剖面显然，a-a截面左侧合成弯矩最大、扭矩为 T,该截面左侧可能是危险剖面3、轴的弯扭合成强度校核由机械设计查得95MPa，0.3a-a截面左侧Wd3315.2313232Ma2 ( T)2eW346.885 mm34-144-1531784.80120.3 20249.729 2346.88593.288MPa所以弯扭