【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 向柱連接，而在中型汽車(chē)上，電機(jī)則是通過(guò)法蘭交叉或縱向安裝在齒條上，并通過(guò)齒輪箱操作。本次設(shè)計(jì)中，由于所選用的車(chē)型是小型車(chē)，故將電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)構(gòu)集成通過(guò)齒輪箱安裝在轉(zhuǎn)向柱上。3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì) 整車(chē)性能參數(shù) 本次設(shè)計(jì)以某微型轎車(chē)為模型，采用前置前驅(qū)的驅(qū)動(dòng)方式，其基本參數(shù)如表31所示： 表31 某微型車(chē)基本參數(shù)名稱數(shù)值單位軸距L2500mm前輪距L11490mm后輪距L21475mm最小轉(zhuǎn)彎半徑Rmin4940mm車(chē)長(zhǎng)3900mm車(chē)寬1695mm車(chē)高1525mm整車(chē)整備質(zhì)量1095kg前輪負(fù)荷率60%載客數(shù)5人輪胎規(guī)格前輪175/65 R15 后輪175/65 R15 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)和計(jì)算 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器計(jì)算載荷的確定 （1）為了保證行駛安全，組成轉(zhuǎn)向系的各零件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。欲驗(yàn)算轉(zhuǎn)向系零件的強(qiáng)度，需首先確定作用在各零件上的力。影響這些力的主要因素有轉(zhuǎn)向軸的負(fù)荷，路面阻力和輪胎氣壓等。為轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力、車(chē)輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦阻力等[4]。精確地計(jì)算這些力是困難的，為此推薦用足夠精確的半經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算汽車(chē)在瀝青或者混泥土路面上的原轉(zhuǎn)向阻力矩(Nmm)，即 （31） 式中，f為輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)，；G1為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷（N)； P為輪胎氣壓（MPa)。 該車(chē)整車(chē)整備質(zhì)量為1095kg，所載人數(shù)為6人，每人質(zhì)量約60kg；前置前驅(qū)轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷率為60% 故G1=（1095+606)%= （2）轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的計(jì)算圖31 轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)角關(guān)系圖 （32） 式中：L—汽車(chē)軸距，2500mm；R—汽車(chē)最小轉(zhuǎn)彎半徑，4940mm。 （33） 。 式中：L—汽車(chē)軸距，2500mm；R—汽車(chē)最小轉(zhuǎn)彎半徑，4940mm；B—前輪輪距，1490mm。 設(shè)計(jì)取方向盤(pán)總?cè)?shù)為3，則 （34） 式中：—轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角（速度），3360176。；—轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角（速度），α+β=。 （3）作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的手力 作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的手力為 N （35） 式中：—轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)；—轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)；—轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑，設(shè)計(jì)為350mm；—轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比；—轉(zhuǎn)向器正效率，90%。 因齒輪齒條式轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向節(jié)臂，故和不代入數(shù)值。 對(duì)于給定的汽車(chē)，用式（35）計(jì)算出來(lái)的作用力是最大值。因此，可以用此值作為計(jì)算載荷。 （4）轉(zhuǎn)向盤(pán)扭力矩Tz （36） 式中：—轉(zhuǎn)向盤(pán)上的手力，；—轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑，設(shè)計(jì)為350mm。 （5）梯形臂長(zhǎng)度L2的計(jì)算 前輪輪胎規(guī)格為前輪175/65 R15，則輪輞直徑=15in==381mm。 ，取。 （6）輪胎直徑的計(jì)算 輪胎直徑，取。 （7）轉(zhuǎn)向橫拉桿直徑的計(jì)算： mm （37） 取 式中：—原地轉(zhuǎn)向阻力矩，；—前輪距1490mm；[σ]—材料許用應(yīng)力216MPa。 （8）主動(dòng)齒輪軸的計(jì)算： （38） 取 式中：—方向盤(pán)扭矩， Nmm；[τ]—材料許用切應(yīng)力，140MPa。 轉(zhuǎn)向器基本部件設(shè)計(jì) （1）技術(shù)參數(shù)：表32 技術(shù)參數(shù)表名稱數(shù)值單位線角傳動(dòng)比mm/rad 齒輪法向模數(shù)方向盤(pán)總?cè)?shù)3齒條行程160mm （2）齒輪 齒輪是一只切有齒形的軸。它安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上并使其齒與齒條上的齒相嚙合。齒輪齒條上的齒可以是直齒也可以是斜齒。齒輪軸上端與轉(zhuǎn)向柱內(nèi)的轉(zhuǎn)向軸相互連接。因此，轉(zhuǎn)向盤(pán)的旋轉(zhuǎn)使齒條橫向移動(dòng)以操作前輪。齒輪軸由安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上的球軸承支承。斜齒的彎曲增加了一對(duì)嚙合齒輪參與嚙合的齒數(shù)。相對(duì)直齒而言，斜齒的運(yùn)轉(zhuǎn)趨于平穩(wěn)，并能傳遞更大的動(dòng)力。故齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的齒輪多采用斜齒圓柱齒輪。齒輪的模數(shù)取值范圍在23mm之間。主動(dòng)小齒輪齒數(shù)在57個(gè)范圍變化，壓力角取值200，齒輪螺旋角多為90150。 取齒輪模數(shù)mn1=，齒輪齒數(shù)z1=6，齒輪壓力角α1=200，齒輪螺旋角取為150、左旋，齒輪軸總長(zhǎng)L=160mm，故斜齒圓柱齒輪直徑根據(jù)公式 d1=mn1z1/cosβ= （39） 取齒寬系數(shù)， 則齒條寬度 （310） 圓整取 ，則取齒輪齒寬。表33 齒輪軸的尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)尺寸參數(shù)(mm)1總長(zhǎng)1602齒寬303齒數(shù)64法向模數(shù)5螺旋角15176。6螺旋方向左旋 （3）齒條 齒條是在金屬殼體內(nèi)來(lái)回滑動(dòng)的，加工有齒形的金屬條。轉(zhuǎn)向器殼體是安裝在前橫梁或前圍板的固定位置上的。齒條代替梯形轉(zhuǎn)向桿系的搖桿和轉(zhuǎn)向搖臂，并保證轉(zhuǎn)向橫拉桿在適當(dāng)?shù)母叨纫允顾麄兣c懸架的下擺臂平行。齒條可以比作是梯形轉(zhuǎn)向桿系的轉(zhuǎn)向直拉桿。導(dǎo)向座將齒條支持在轉(zhuǎn)向器殼體上。齒條的橫向運(yùn)動(dòng)拉動(dòng)或推動(dòng)轉(zhuǎn)向橫拉桿，使前輪轉(zhuǎn)向。相互嚙合的齒輪的齒距和齒條的齒距必須相等。即： 取齒條的模數(shù)：=，計(jì)算出齒條的壓力角為：=200， 取齒條的總廠L為735mm，直徑30mm，齒條行程為160mm。表34 齒條的尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)尺寸參數(shù)()1總長(zhǎng)7352直徑303齒數(shù)214法向模數(shù)（4）轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部 轉(zhuǎn)向橫拉桿與梯形轉(zhuǎn)向桿系的相似。球頭銷(xiāo)通過(guò)螺紋與齒條連接。當(dāng)這些球頭銷(xiāo)依制造廠的規(guī)范擰緊時(shí)，在球頭銷(xiāo)上就作用了一個(gè)預(yù)載荷。防塵套夾在轉(zhuǎn)向器兩側(cè)的殼體和轉(zhuǎn)向橫拉桿上，這些防塵套阻止雜物進(jìn)入球銷(xiāo)和齒條中。轉(zhuǎn)向橫拉桿端部與外端用螺紋連接。這些端部與梯形轉(zhuǎn)向桿系的相似。側(cè)面螺母將橫拉桿外端與橫拉桿鎖緊。表35 轉(zhuǎn)向橫拉桿及接頭的尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)尺寸參數(shù)（mm)1橫拉桿總長(zhǎng)2572橫拉桿直徑103螺紋長(zhǎng)度484外接頭總長(zhǎng)1005球頭銷(xiāo)總長(zhǎng)526球頭銷(xiāo)螺紋公稱直徑M817外接頭螺紋公稱直徑M1018內(nèi)接頭總長(zhǎng)609內(nèi)接頭螺紋公稱直徑M121 （5）齒條調(diào)整一個(gè)齒條導(dǎo)向座安裝在齒條光滑的一面。齒條導(dǎo)向座和殼體螺紋連接的調(diào)整螺塞之間連有一個(gè)彈簧。此調(diào)節(jié)螺塞由鎖緊螺母固定。齒條導(dǎo)向座的調(diào)節(jié)使齒輪、齒條之間有一定的預(yù)緊力，此預(yù)緊力會(huì)影響轉(zhuǎn)向沖擊、噪聲和反饋。圖32 自動(dòng)消除間隙裝置 表36 齒條調(diào)整裝置的尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)尺寸參數(shù)（mm)1導(dǎo)向座外徑402導(dǎo)向座高度303彈簧總?cè)?shù)4彈簧節(jié)距5彈簧外徑306彈簧安裝高度377螺塞螺紋公稱直徑M4428螺塞高度309鎖止螺塞高度1010轉(zhuǎn)向器殼體總長(zhǎng)/高600/15011轉(zhuǎn)向器殼體內(nèi)/外徑40/56 （6）齒輪齒條的綜合分析設(shè)計(jì)及計(jì)算轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向盤(pán)的單位轉(zhuǎn)角增量與齒條位移增量的反比定義為齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的線角傳動(dòng)比。假設(shè)齒輪有足夠的嚙合長(zhǎng)度，且齒輪在齒條上滾動(dòng)而齒條不動(dòng)的嚙合情況，當(dāng)齒輪嚙合一周時(shí)，齒輪中心線由OO位置移動(dòng)到O’O’位置，如圖33示。圖33 齒條嚙合長(zhǎng)度計(jì)算圖 這時(shí)可以知道AB=πd，齒輪在齒條上移動(dòng)了AC距離：式中：—齒輪安裝角，（0）；—齒輪分度圓直徑（mm）。齒輪在垂直于齒條中心線MM的方向上移動(dòng)了BC距離：；在齒條實(shí)際工作中是運(yùn)動(dòng)的，齒輪只是繞軸承中心線轉(zhuǎn)動(dòng)，并不移動(dòng)。只能是齒條沿其軸線移動(dòng)，可見(jiàn)BC在實(shí)際工作中不存在，從中可知：；在齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周，齒條實(shí)際移動(dòng)距離AD為：。式中：—齒條傾角（0）。AD就是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的線角傳動(dòng)比，即 （311） 將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：；；；代入上式，得=。 齒條的齒數(shù)計(jì)算Z2 （312） 式中：—齒條行程，160mm；—齒條模數(shù)，；—齒條壓力角，=200。將數(shù)據(jù)代入（312）式，得Z2=，取整數(shù)值Z2=21。 齒輪軸和齒條的材料選擇及強(qiáng)度校核表37 齒輪軸和齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算和說(shuō)明計(jì)算結(jié)果 ⑴選擇齒輪材料、熱處理方式及計(jì)算許用應(yīng)力 ①選擇材料及熱處理方式 小齒輪16MnCr5 滲碳淬火，齒面硬度5662HRC 齒條 45鋼 表面淬火，齒面硬度5656HRC ② 確定許用應(yīng)力 ； (a)確定和 ； ； (b)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N，確定壽命系數(shù)、。 (c)計(jì)算許用應(yīng)力 取, = = 應(yīng)力修正系數(shù) = = ⑵初步確定齒輪的基本參數(shù)和主要尺寸 ①選擇齒輪類(lèi)型 根據(jù)齒輪傳動(dòng)的工作條件，選用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合傳動(dòng)方案 ②選擇齒輪傳動(dòng)精度等級(jí) 選用7級(jí)精度 ③ 初選參數(shù) 初選 =6 =21 = = = 按當(dāng)量齒數(shù) ④初步計(jì)算齒輪模數(shù)