【文章內(nèi)容簡介】 本尺寸如下表：表22 主動齒輪幾何尺寸表分度圓直徑25mm基圓半徑齒頂高齒根高齒頂圓直徑30mm齒根圓直徑分度圓齒距分度圓齒厚圖27 轉(zhuǎn)向軸的吸能裝置示意圖轉(zhuǎn)向盤是操縱機構(gòu)中最為重要的部分，駕駛著要通過轉(zhuǎn)向盤來完成汽車的轉(zhuǎn)向，方向盤的尺寸和轉(zhuǎn)向時輕便程度有很大關(guān)系，轉(zhuǎn)向盤直徑小了，轉(zhuǎn)向很是笨重，而直徑大了，與汽車整體就不很協(xié)調(diào)，微型車空間本來就很小，轉(zhuǎn)向盤必須特別合適才行。我選擇轉(zhuǎn)向盤外徑380mm ，轉(zhuǎn)向盤輪緣直徑50mm。轉(zhuǎn)向軸時連接轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向機的傳動件，并傳遞它們之間的轉(zhuǎn)矩。這些年來，車速逐漸提高，轉(zhuǎn)向軸上面也要有相應(yīng)的吸能裝置。轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向柱的吸能裝置有很多形式。圖27的基本結(jié)構(gòu)原理是，當(dāng)汽車受到巨大沖擊時，轉(zhuǎn)向軸產(chǎn)生軸向位移，使支架或某些支撐件發(fā)生塑性變形，從而吸收沖擊能量[7]。 齒輪接觸強度校核校核齒面接觸疲勞強度，由式： (21)式中各設(shè)計參數(shù)：計算載荷系數(shù)K (22)計算轉(zhuǎn)矩 (23)根據(jù)公式(22)、(23)以及查詢資料可得到式(21)中各參數(shù)的值，如下表表23 式(21)中參數(shù)的值載荷系數(shù)K轉(zhuǎn)矩( N*mm)133000齒輪模數(shù)齒輪分度園直徑( mm)25齒寬b(0mm)30齒數(shù)比u彈性系數(shù) 節(jié)點區(qū)域系數(shù)重合度系數(shù)螺旋角系數(shù)由于選擇的齒輪材料為，因此接觸疲勞極限應(yīng)為 壽命系數(shù)安全系數(shù)所以 由式(21)得： 滿足齒面接觸疲勞強度 齒輪抗彎強度校核校核齒根彎曲疲勞強度，由式： (24)根據(jù)公式(22)、(23)以及查詢資料可得到式(24)中各參數(shù)的值，如下表表23 式(24)中各參數(shù)的值載荷系數(shù)K轉(zhuǎn)矩( N*mm)133000齒輪模數(shù)齒輪分度園直徑( mm)25齒寬b(mm)30齒形系數(shù)應(yīng)力修正系數(shù)重合度系數(shù)螺旋角系數(shù)由于選擇的齒輪材料為，因此彎曲疲勞極限應(yīng)為=590 由圖查得壽命系數(shù)=由表查得安全系數(shù)=所以 由公式(24)可得 滿足齒根彎曲疲勞強度。 本章小結(jié)本章介紹了微型汽車轉(zhuǎn)向機和轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)的工作原理，選定了所設(shè)計參照的車型，根據(jù)車型和其他條件確定了設(shè)計思路和設(shè)計方案，并根據(jù)材料學(xué)知識按照需求選定材料，結(jié)合所學(xué)和查到的知識計算出出設(shè)計的尺寸和主要技術(shù)參數(shù)，然后對轉(zhuǎn)向機和轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)的各部件進行設(shè)計，最后對設(shè)計的主要零件進行校核，校核結(jié)果是主要零件設(shè)計無誤。第 3 章 利用CATIA構(gòu)建實體模型 轉(zhuǎn)向機的三維建模轉(zhuǎn)向機的工作原理是由于轉(zhuǎn)向軸做成一體的轉(zhuǎn)向齒輪和常與轉(zhuǎn)向橫拉桿做成一體的齒條組成。因此在轉(zhuǎn)向機中，主動齒輪軸、從動的齒條和轉(zhuǎn)向機殼體是主要部件。 轉(zhuǎn)向機主動齒輪的三維建模主動齒輪是轉(zhuǎn)向機的主要部件，它與轉(zhuǎn)向機殼體和轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)的輸出軸相連，要求十分精密。，齒數(shù)10，壓力20度，螺旋15度的圓柱斜齒輪，為了安轉(zhuǎn)維修方便，設(shè)計為齒輪軸。為了工作時齒輪能夠充分與齒條傳動，齒輪長度設(shè)計為45mm，齒輪兩端是直徑為15mm的軸，他們都和轉(zhuǎn)向機殼體通過滾珠軸承相連接。一側(cè)長44mm的軸再接一個直徑為30的限位軸肩，該作用是限制裝配時齒輪軸縱向的位置，旁邊既是滾動軸承的裝配位置。軸肩旁接的是直徑15mm長50mm的軸，最邊上是與傳動相接的部分，直徑25mm長5mm，在圓周對稱的分布兩個直徑為4mm的螺栓孔，傳動是螺栓將齒輪軸與傳動軸相連，如圖31所示。圖31 主動軸該齒輪軸的部分數(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)向機外殼和其他零件的尺寸相關(guān)。齒輪軸的材料為，熱處理方法為滲碳淬火。 轉(zhuǎn)向機從動齒條的三維建模從動齒條也是轉(zhuǎn)向機中重要的部件，它與主動齒輪相嚙合，兩端和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)相連。而且為了保證的齒輪齒條之間良好長久的嚙合，齒條中間部分還與一個壓盤機構(gòu)相連。斜齒輪正確嚙合的條件為模數(shù)相等，壓力角相等，螺旋角大小相等，外嚙合時應(yīng)旋向相反，內(nèi)嚙合時應(yīng)旋向相同。，壓力角為20度，螺旋角旋向相反，角度為15度。由于主動齒輪的旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動是同步的，所以依據(jù)一般汽車轉(zhuǎn)向盤從一邊打到另一邊需要3～4圈，這里我選擇為3圈，即主動齒輪從齒條的一端到另一端需要轉(zhuǎn)3圈，因為齒輪齒數(shù)為10個，因此齒條長度也應(yīng)為30個齒。與齒條相連接的軸因為是轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)，因此在這里隨意選擇一個數(shù)據(jù)，如圖32所示。為了防止因齒條旋轉(zhuǎn)而破壞齒輪、齒條的齒不能正確嚙合的情況出現(xiàn)，斷面齒條選擇V形，這樣需要的材料也比較少，質(zhì)量比較小。齒條寬選擇30mm。齒條材料選用45鋼。圖32 從動齒條 轉(zhuǎn)向機殼體的三維建模轉(zhuǎn)向機殼體是裝齒輪齒條的部件，也是轉(zhuǎn)向機的外觀，要求美觀并且容易加工，由于齒輪齒條在內(nèi)部嚙合傳動，因此內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求精密。轉(zhuǎn)向機的殼體為了減輕質(zhì)量，選用鋁合金壓鑄。殼體主體為兩個回轉(zhuǎn)體，里面裝的是齒輪和齒條，殼體和齒輪是通過兩個滾動軸承連接，如圖33所示。由于齒條兩端接的是轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)，因此殼體和齒條沒有明顯的接觸[10]。圖33 轉(zhuǎn)向機殼體連接齒輪的回轉(zhuǎn)體一端封口，封口處用螺栓把一個外封殼裝在殼體上，另一端是齒輪軸和傳動軸連接的地方，為了防止外面的灰塵進入機體內(nèi)，該處安了一個防塵套，如圖34所示。圖34 防塵套為了使齒輪和齒條嚙合良好，而且在長時間工作有磨損后仍然能保持很好的嚙合狀態(tài)，轉(zhuǎn)向機殼體在底部安有調(diào)整嚙合間隙的裝置。一個彈簧通過壓塊作用在轉(zhuǎn)向齒輪上，，為了保證無間隙嚙合，彈簧的預(yù)緊力可以通過調(diào)整螺釘調(diào)整，如圖35所示。圖35 彈簧壓塊的底部要和齒條的V形斷面吻合，為了保證不是剛性接觸，要在接觸處還要有一個同樣形狀的墊片，如圖36所示。圖36 壓塊壓塊上有一個回轉(zhuǎn)體壓盤，該壓盤連接一個彈簧，還有一個預(yù)緊螺釘，作用是給壓塊一個持續(xù)的力使壓塊能壓緊齒條，從而達到良好嚙合的目的，如圖37所示。圖37 壓盤在彈簧的上部應(yīng)該有一個蓋子，蓋子中間有一個螺紋孔，方便預(yù)緊螺釘?shù)难b配，下面連接彈簧的部分應(yīng)該有一個方便彈簧安裝的彈簧座，而在蓋子周圍均勻分布著4個螺紋孔，用來將蓋子固定在轉(zhuǎn)向機殼體上，如圖38所示。這里具體的尺寸都與連接的客體、彈簧相配。圖38 蓋子 轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)的三維建模 萬向節(jié)的三維建模萬向節(jié)是轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)軸之間實現(xiàn)變角度傳遞動力的基本部件，轉(zhuǎn)向盤輸出的轉(zhuǎn)矩需要通過轉(zhuǎn)軸傳遞，而萬向節(jié)就在其中起一個改變方向的作用，因為轉(zhuǎn)向盤一般是不和轉(zhuǎn)向機在同一個平面上的，由了萬向節(jié)，轉(zhuǎn)向盤才能更好的去布置，而且微型汽車結(jié)構(gòu)比較緊湊，萬向節(jié)的作用就更大了。我選用的是十字軸式萬向節(jié)，該萬向節(jié)結(jié)構(gòu)簡單、傳動可靠、效率高，而且允許兩傳動軸之間有較大的夾角(一般為15度～20度)。十字軸萬向節(jié)主要部件是一個十字軸和兩個萬向節(jié)叉，為了減少摩擦損失，提高傳動效率，在十字軸頸和萬向節(jié)叉孔之間裝有由滾針和套筒組成的滾針軸承，而且在十字軸內(nèi)部有供潤滑油的油道，十字軸由卡環(huán)固定在萬向節(jié)叉上，如圖39所示。圖39 裝配好的萬向節(jié)十字軸萬向節(jié)叉的設(shè)計應(yīng)該滿足相互轉(zhuǎn)動時不能有干涉，而且還要求裝配時緊湊。在每個萬向節(jié)叉的一邊都應(yīng)該有安裝轉(zhuǎn)向軸的裝置，我選擇的是兩個M4的螺栓和螺母連接，如圖310所示。圖310 萬向節(jié)叉 轉(zhuǎn)向盤的三維建模轉(zhuǎn)向盤是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的外部結(jié)構(gòu)，是整個轉(zhuǎn)向力的輸入裝置，駕駛著是通過轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤來完成汽車轉(zhuǎn)向的。轉(zhuǎn)向盤是一個十分精密的零件，上面要布置喇叭按鈕，還有各式各樣的按鈕開關(guān)，比如轉(zhuǎn)向燈和雨刷，這里作為一個簡單的設(shè)計就不予考慮。圖311 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向盤由輪緣、輪輻和輪轂組成，輪輻一般是三根輻條或四根輻條，也有用兩根輻條的。骨架外面一般包有柔軟的合成橡膠或樹脂，也有包皮革的，這樣有良好的手感，而且還可以防止手心出汗時握轉(zhuǎn)向盤打滑。轉(zhuǎn)向盤一般外徑在350～400mm，我參照選用的車型，轉(zhuǎn)向盤外徑為380mm，輪緣直徑為50mm，如圖311所示。當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時，從安全性考慮，不僅要求轉(zhuǎn)向盤應(yīng)具有柔軟的外表皮，起到緩沖作用，而且還要求轉(zhuǎn)向盤在撞車時，其骨架能產(chǎn)生一定的變形，以吸收沖擊能量，減輕駕駛員受傷的程度。我設(shè)計轉(zhuǎn)向軸分為上下兩段，中間用柔性聯(lián)軸器連接。聯(lián)軸器的上下凸緣盤靠兩個銷子與銷孔扣合在一起，銷子通過襯孔與銷孔配合，如圖312所示。當(dāng)發(fā)生猛烈撞車時，車身、車架產(chǎn)生嚴重變形，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向盤等部件后移。與此同時，在慣性作用下駕駛員人體向前沖，致使轉(zhuǎn)向軸的上、下凸緣盤的銷子和銷孔脫開，從而緩和了沖擊，吸收了沖擊能量，有效的減輕了駕駛員受傷的程度。圖312 轉(zhuǎn)向軸吸能裝置 其他零件的三維建模整個三維建模有60余個零件，在這里僅選出幾個比較關(guān)鍵的零件加以介紹。主動軸與轉(zhuǎn)向機殼體用軸承相連，我選擇的是非標準的滾動軸承，軸承內(nèi)徑和主動軸連接部分軸的外徑一樣，圖313為其中一個滾動軸承。圖313 滾動軸承為了制造和裝配方便，本設(shè)計中所涉及到的螺栓、螺母和墊片等部件均是用標準件，而非自我設(shè)計，如圖314 315所示。而且大部分都進行了強度校核，沒有問題。圖314 M4螺栓圖315 螺母萬向節(jié)中的擋圈沒有用標準件，是自己設(shè)計的。擋圈是用來限制萬向節(jié)十字軸在十字軸叉中的位置，如圖316所示。圖316 擋圈 裝配萬向節(jié)、轉(zhuǎn)向機殼體、轉(zhuǎn)向盤由于零件本身比較復(fù)雜，所以我先對他們分別進行裝配，檢查一下有無錯誤，然后再在一起進行裝配，對相互的空間位置進行一定的調(diào)整，以方便在車內(nèi)的布置。最后裝上螺栓螺母之類的零件，進行檢查，裝配完畢，如圖317 318所示。圖317 裝配圖圖318 裝配爆炸圖 生成二維CAD圖AutoCAD軟件是美國Autodesk公司開發(fā)的產(chǎn)品，它將制圖帶入了個人計算機時代。CAD是英語“Computer Aided Design”的縮寫，意思是“計算機輔助設(shè)計”。AutoCAD軟件現(xiàn)已成為全球領(lǐng)先的、使用最為廣泛的計算機繪圖軟件，用于二