【正文】 斜齒輪傳動(dòng)的端面重合度 bsin （ ） 在斜齒輪傳動(dòng)中齒輪的單位長(zhǎng)度受力和接觸長(zhǎng)度為： Pca KP K 因?yàn)? （ ） Fn 所以 （ ） /22/可以認(rèn)為一對(duì)斜齒圓柱齒輪嚙合相當(dāng)于它們的當(dāng)量直齒輪嚙合，利用赫茲公式，代入當(dāng)量直齒輪的有關(guān)參數(shù)后，得到斜齒圓柱齒輪的齒面接 觸疲勞強(qiáng)度校核公式 [5] ： 式中： Z －彈性系數(shù) 主動(dòng)小齒輪選用材料 20CrMnTi 合金鋼制造，根據(jù)材料選取，均為 ， E，E 都為合金鋼 ，取 MPa －節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) （ ） 可根據(jù)螺旋角查得， Z 。 齒部彎曲安全系數(shù) S / （ ） 因此，齒條設(shè)計(jì)滿足彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。 圖 齒輪軸結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)向器材料及其他零件選擇 齒輪齒條材料選擇 小齒輪：齒輪通常選用國(guó)內(nèi)常用、性能優(yōu)良的 20CrMnTi 合金鋼，熱處理采用表面滲碳淬火工藝，齒面硬度為 HRC58～ 63。對(duì)于齒輪齒條轉(zhuǎn)向器中齒輪齒條結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，齒輪一般都采用斜齒輪，對(duì)于變位齒輪，為了避免齒頂過(guò)薄，而又能滿足齒輪嚙合的要求，一般齒輪的齒頂高系數(shù)取偏小值。變速比的齒輪壓力角，對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在范圍內(nèi)變化。 齒輪 齒條式轉(zhuǎn)向器的布置形式 根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對(duì)前軸位置的不同，在汽車(chē)上有四種布置形式： 轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形（圖 33a）； 轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形（圖 33b）； 轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形（圖 33c）； 轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形（圖 33d）。因?yàn)樾饼X工作時(shí)有軸向力作用，所以轉(zhuǎn)向器應(yīng)該采用角接觸球軸承，使軸承壽命降低，還有斜齒輪的滑磨比較大是它的缺點(diǎn)。 采用兩端輸出方案時(shí)，由于轉(zhuǎn)向拉桿長(zhǎng)度受到限制，容易與懸架系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。轉(zhuǎn)向蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與之嚙合的指指銷(xiāo)即繞轉(zhuǎn)向搖臂軸軸線沿圓弧線運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)轉(zhuǎn)向搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的正逆效率都很高，屬于可逆式轉(zhuǎn)向器。若轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副存在傳動(dòng)間隙，一旦轉(zhuǎn)向輪受到側(cè)向力作用，車(chē)輪將偏離原行駛位置，使汽車(chē)失去穩(wěn)定。汽車(chē)高速直線行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)在中間位置的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比不宜過(guò)小。 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比由轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比組成，即： （ ） 轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比 : （ ） 式中為搖臂軸角速度；為搖臂軸轉(zhuǎn)角增量。在車(chē)輪受到?jīng)_擊力作用時(shí)，此力只有較小一部分傳至轉(zhuǎn)向盤(pán) 。 路面作用在車(chē)輪上的力，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向系可大部分傳遞到轉(zhuǎn)向盤(pán)，這種逆效率較高的轉(zhuǎn)向器屬于可逆式。 在四種轉(zhuǎn)向器中，齒輪齒條式、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率比較高，而蝸桿指銷(xiāo)式特別是固定銷(xiāo)和蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的正效率要明顯的低些。合理的選擇轉(zhuǎn)向梯形的斷開(kāi)點(diǎn)可以減小轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)干涉。 汽車(chē)在作轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)時(shí)，所以車(chē)輪應(yīng)繞同一瞬 心旋轉(zhuǎn)，不得有側(cè)滑；同時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。一般來(lái)說(shuō)，轎車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)不宜大于 4圈，對(duì)轎車(chē)來(lái)說(shuō)，有動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)的轉(zhuǎn)向力約為 2050N；無(wú)動(dòng)力轉(zhuǎn)向 時(shí)為50100N[3]。 轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)向器是完成由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到直線運(yùn)動(dòng) 或近似直線運(yùn)動(dòng) 的一組齒輪機(jī)構(gòu)，同時(shí)也是轉(zhuǎn)向系中的減速傳動(dòng)裝置。并根據(jù)所得的結(jié)果對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸作設(shè)計(jì)。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)際經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的變化對(duì)汽車(chē)乃至汽車(chē)轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)都有很大影響。微型貨車(chē)用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占 65%，齒條齒輪式占 35%[1]。 汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 3 個(gè)基本階段 , 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為其發(fā)展趨勢(shì) [1]。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系的發(fā)展經(jīng)過(guò)幾個(gè)階段，各個(gè)階段也有不同的動(dòng)力輔助系統(tǒng)。這一套用來(lái)改變或恢復(fù)汽車(chē)行 駛方向的專(zhuān)設(shè)機(jī)構(gòu)如圖 所示，即稱(chēng)為汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng) [1]?！揪贰慨厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車(chē)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘要 本設(shè)計(jì)課題為汽車(chē)前輪轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)，課題以機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)及校核、整體式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及驗(yàn)算為中心。就輪式汽車(chē)而言 ,實(shí)現(xiàn)汽車(chē)轉(zhuǎn)向的方法是 , 駕駛員通過(guò)一套專(zhuān)設(shè)的機(jī)構(gòu) ,使汽車(chē)轉(zhuǎn)向橋 一般是前橋 上的車(chē)輪 轉(zhuǎn)向輪 相對(duì)于汽車(chē)縱橫線偏轉(zhuǎn)一定角度。由于轉(zhuǎn)向助力裝置最常用的是一套液壓系統(tǒng)，因此也就離不開(kāi)泵、油管、閥、活塞和儲(chǔ)油罐，它們分別相當(dāng)于電路系統(tǒng)中的電池、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)、電機(jī)和地線的作用。 SBW 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是繼 EPS 后發(fā)展起來(lái)的新一代轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，具有比 EPS 操縱穩(wěn)定性更好的特點(diǎn)，它取消轉(zhuǎn)向盤(pán)與轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接，完全由電能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，徹底擺脫傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所固有的限制，提高了汽車(chē)的安全性和駕駛的方便性 [1]。大、小型貨車(chē)大都采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，但齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器也有所發(fā)展。由于動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還是新的結(jié)構(gòu)，各國(guó)的生產(chǎn)廠家都正在組織力量，大力開(kāi)展試驗(yàn)研究工作，提高使用性能、減小總成體積、降低生產(chǎn)成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，以便逐步推廣和普及。用計(jì)算機(jī)工具對(duì)轉(zhuǎn)向梯形進(jìn)行設(shè)計(jì)， 校核。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用于把轉(zhuǎn)向器輸出的力 和運(yùn)動(dòng)傳給左、右轉(zhuǎn)向節(jié)并使左、右轉(zhuǎn)向輪按一定關(guān)系進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比不宜低于 1516；也不宜過(guò)大，通常以轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)和轉(zhuǎn)向輕便性來(lái)確定。 轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤(pán)應(yīng)有使駕駛員在車(chē)禍中避免或減輕傷害的防傷機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)向系的間隙主要是通過(guò)各球頭皮碗和轉(zhuǎn)向器的調(diào)隙機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)整的。 （ 1）、轉(zhuǎn)向器類(lèi)型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與效率。 轉(zhuǎn)向器的逆效率 根據(jù)逆效率不同，轉(zhuǎn)向器有可逆式、極限可逆式和不可逆式之分。極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于可逆式與不可逆式轉(zhuǎn)向器兩者之間。 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比 : （ ） 式中為轉(zhuǎn)向盤(pán)角速度；為轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度；為轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)向角增量；為轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)向增量； 為時(shí)間增量。 汽車(chē)以較高車(chē)速轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，要求轉(zhuǎn)向輪反應(yīng)靈敏，轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比應(yīng)當(dāng)小些。 傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙在轉(zhuǎn)向盤(pán)處于中間及其附近位置時(shí)要極小，最好無(wú)間隙。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的齒輪齒條直接嚙合，可安裝助力機(jī)構(gòu)。 指銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)副以轉(zhuǎn)向蝸桿為主動(dòng)件，裝在搖臂軸曲柄端的指銷(xiāo)為從動(dòng)件。拉桿與齒條用螺栓固定連接，因此，兩拉桿會(huì)與齒條同時(shí)向左或右移動(dòng)，為此在轉(zhuǎn)向器殼體上開(kāi)有軸向的長(zhǎng)槽，從而降低了它的強(qiáng)度。采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，重合度增加，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊與工作噪聲均下降，而且齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角易于滿足總體設(shè)計(jì)的要求。 本設(shè)計(jì)采用圓形端面齒條。齒條齒數(shù)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向輪達(dá)到最大偏轉(zhuǎn)角時(shí)，相應(yīng)的齒條移動(dòng)行程應(yīng)達(dá)到的值來(lái)確定。所以符合設(shè)計(jì)要求 因?yàn)樗宰饔迷谵D(zhuǎn)向盤(pán)上的力矩為 （ ） 力傳動(dòng)比： （ ） 取齒寬系數(shù) （ ） 齒條寬度圓整取則取齒輪齒寬 根據(jù)轉(zhuǎn)向器本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及中心距的要求，應(yīng)合理選取齒輪軸的變位系數(shù)。 所以軸承方面選取角接觸球軸承，齒輪軸與轉(zhuǎn)向軸之間用萬(wàn)向節(jié)連接，所以齒輪軸軸端設(shè)計(jì)花鍵。 齒條齒面的法向力： Fn 2966N 齒條齒部受到的切向力： 齒條齒部彎曲強(qiáng)度的計(jì)算 齒條的單齒彎曲應(yīng)力： （ ） 式中： ――齒條齒面切向力； b―― 危險(xiǎn)截面處沿齒長(zhǎng)方向齒寬； ――齒條計(jì)算齒高 ； S ――危險(xiǎn)截面齒厚從上面條件可以計(jì)算出齒條齒根彎曲應(yīng)力： 549N/mm （ ） 上式計(jì)算中只按嚙合的情況計(jì)算的，即所有外力都作用在一個(gè)齒上了，實(shí)際上齒輪齒條的總重合系數(shù)是 （理論計(jì)算值），在嚙合過(guò) 程中至少有 2 對(duì)齒同時(shí) 嚙 合 ， 因 此 每 個(gè) 齒 的 彎 曲 應(yīng) 力 應(yīng) 分 別 降 低 一 倍 [5] 275N/mm （ ） 齒條的材料是 40Cr 制造，因此： 抗拉強(qiáng)度 75N/mm 沒(méi)有考慮熱處理對(duì)強(qiáng)度的影響 。即 Pca KP K （ ） 式中 K――載荷系數(shù)載荷系數(shù) K 包括：使用系數(shù)，動(dòng)載系數(shù)，齒間載荷分配系數(shù)及齒向載荷分布數(shù)，即 K （ ） 使用系數(shù)是考慮齒輪嚙合時(shí)外部裝置引起的附加動(dòng)載荷影響的 系數(shù)， ；動(dòng)載系數(shù)，齒輪傳動(dòng)制造和裝配誤差是不可避免的，齒輪受載后還要發(fā)生彈性變形，因此引入了動(dòng)載系數(shù)， ，齒間載荷系數(shù)，齒輪的制造精度 7級(jí)精度， 。 斜齒輪嚙合過(guò)程中，接觸線和危險(xiǎn)截面位置在不斷的變化，要精確計(jì)算其齒根應(yīng)力是很難的，只能近似的按法面上的當(dāng)量直齒圓柱齒輪來(lái)計(jì)算其齒根應(yīng)力。則 彎曲應(yīng)力 應(yīng)力幅 平均應(yīng)力 切應(yīng)力 安全系數(shù) 查得 [4]許用安全系數(shù) [S] ～ ，顯然 S [S]，故 aa 剖面安全 圖 軸的受力分析圖 5 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)概述 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)用來(lái)保證轉(zhuǎn)彎行駛時(shí) 汽車(chē)的車(chē)輪均能繞同一瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心在不同半徑的圓周上作無(wú)滑動(dòng)的純滾動(dòng)。如圖 所示的兩軸汽車(chē)為例，阿克曼理論轉(zhuǎn)向特性，是以汽車(chē)前輪定位角都等于零、 行走系統(tǒng)為剛性、 汽車(chē)行駛過(guò)程中無(wú)側(cè)向力為假設(shè)條件的。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)位置低或前輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，常采用前置梯形 。若要保證全部車(chē)輪繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心行駛，則梯形機(jī)構(gòu)應(yīng)保證內(nèi)、外轉(zhuǎn)向車(chē)輪的轉(zhuǎn)角有如下關(guān)系： （ ） 圖 理想的內(nèi)、外車(chē)輪轉(zhuǎn)角關(guān)系簡(jiǎn)圖 若自變角為θ o，則因變角θ i 的期望值為 : （ ） 現(xiàn)有轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)僅能近似滿足上式關(guān)系。因γ越大，梯形越接近矩形，值就越大，而優(yōu)化過(guò)程是求的極小值，故可不必對(duì)γ的上限加以限制。 由式（ ）、式（ ）、式（ ）和式（ ）四項(xiàng)約束條件所形成的可行域，如圖 53 所示的幾種情況。令轉(zhuǎn)彎的時(shí)候輸出角隨輸入角變化能夠盡可能使兩前輪圍繞一個(gè)中心點(diǎn)作圓周運(yùn)動(dòng)。再在軟件上驗(yàn)證。把從初 始角到轉(zhuǎn)向輪最大角度對(duì)應(yīng)的梯形臂轉(zhuǎn)向角度等分成 60 份，每次都采集一次數(shù)據(jù)，然后統(tǒng)計(jì)出數(shù)值跟理想值存在的平均標(biāo)準(zhǔn)差的大小。這樣的程序也可以經(jīng)過(guò)修改初始數(shù)據(jù)能運(yùn)用于其他車(chē)型的整體式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的可行域?qū)ふ遗c對(duì)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。故 85176。圖 的圖像表明，隨著輸入角的變化，輸出角與期望值的標(biāo)準(zhǔn)差發(fā)展比較平穩(wěn)，而且整體來(lái)說(shuō)數(shù)值比較小。齒條所移動(dòng)的長(zhǎng)度為 l mm （ ） 所以如下圖 所示梯形臂在前后變化所帶動(dòng)橫拉桿所的軌跡長(zhǎng)度也要控制在 左右。時(shí) 平均標(biāo)準(zhǔn)差值為 。而且應(yīng)采用有效結(jié)構(gòu)措施保持住潤(rùn)滑材料及防止灰塵污物進(jìn)入。 轉(zhuǎn)向橫拉桿端部與外端用螺紋聯(lián)接。自 1999 年以來(lái)，市場(chǎng)上廣泛采用它的數(shù)字樣機(jī)流程，從而使之成為世界上最常用的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。但在導(dǎo)出二維圖的時(shí)候要隱藏。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)有關(guān)于汽車(chē)轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計(jì)，但查閱所得相關(guān)資料 ，關(guān)于用 Matlab 去完成設(shè)計(jì)及優(yōu)化的資料不多。 betae i acot cot alpha i K/L 。輸入兩主銷(xiāo)中心線的距離單位（ mm） K 39。 x0 1 input 39。 lb 1 *K。x0 2 ]。,x0,lb,ub,options 本設(shè)計(jì)采用一體化程序，無(wú)需調(diào)用工具箱函數(shù) global K L theta alpha f q K 1590。 。 theta i 2*acot A i +sqrt A i .^2+B i .^2C i .^2 / B i +C i 。