【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 本尺寸如下表：表22 主動(dòng)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(pán)是操縱機(jī)構(gòu)中最為重要的部分，駕駛著要通過(guò)轉(zhuǎn)向盤(pán)來(lái)完成汽車(chē)的轉(zhuǎn)向，方向盤(pán)的尺寸和轉(zhuǎn)向時(shí)輕便程度有很大關(guān)系，轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑小了，轉(zhuǎn)向很是笨重，而直徑大了，與汽車(chē)整體就不很協(xié)調(diào)，微型車(chē)空間本來(lái)就很小，轉(zhuǎn)向盤(pán)必須特別合適才行。我選擇轉(zhuǎn)向盤(pán)外徑380mm ，轉(zhuǎn)向盤(pán)輪緣直徑50mm。轉(zhuǎn)向軸時(shí)連接轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向機(jī)的傳動(dòng)件，并傳遞它們之間的轉(zhuǎn)矩。這些年來(lái)，車(chē)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(chē)受到巨大沖擊時(shí)，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(qiáng)度校核校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度，由式： (21)式中各設(shè)計(jì)參數(shù)：計(jì)算載荷系數(shù)K (22)計(jì)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(diǎn)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(qiáng)度 齒輪抗彎強(qiáng)度校核校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)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(qiáng)度。 本章小結(jié)本章介紹了微型汽車(chē)轉(zhuǎn)向機(jī)和轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)的工作原理，選定了所設(shè)計(jì)參照的車(chē)型，根據(jù)車(chē)型和其他條件確定了設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方案，并根據(jù)材料學(xué)知識(shí)按照需求選定材料，結(jié)合所學(xué)和查到的知識(shí)計(jì)算出出設(shè)計(jì)的尺寸和主要技術(shù)參數(shù)，然后對(duì)轉(zhuǎn)向機(jī)和轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)的各部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后對(duì)設(shè)計(jì)的主要零件進(jìn)行校核，校核結(jié)果是主要零件設(shè)計(jì)無(wú)誤。第 3 章 利用CATIA構(gòu)建實(shí)體模型 轉(zhuǎn)向機(jī)的三維建模轉(zhuǎn)向機(jī)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(jī)中，主動(dòng)齒輪軸、從動(dòng)的齒條和轉(zhuǎn)向機(jī)殼體是主要部件。 轉(zhuǎn)向機(jī)主動(dòng)齒輪的三維建模主動(dòng)齒輪是轉(zhuǎn)向機(jī)的主要部件，它與轉(zhuǎn)向機(jī)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(jì)為齒輪軸。為了工作時(shí)齒輪能夠充分與齒條傳動(dòng)，齒輪長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為45mm，齒輪兩端是直徑為15mm的軸，他們都和轉(zhuǎn)向機(jī)殼體通過(guò)滾珠軸承相連接。一側(cè)長(zhǎng)44mm的軸再接一個(gè)直徑為30的限位軸肩，該作用是限制裝配時(shí)齒輪軸縱向的位置，旁邊既是滾動(dòng)軸承的裝配位置。軸肩旁接的是直徑15mm長(zhǎng)50mm的軸，最邊上是與傳動(dòng)相接的部分，直徑25mm長(zhǎng)5mm，在圓周對(duì)稱的分布兩個(gè)直徑為4mm的螺栓孔，傳動(dòng)是螺栓將齒輪軸與傳動(dòng)軸相連，如圖31所示。圖31 主動(dòng)軸該齒輪軸的部分?jǐn)?shù)據(jù)與轉(zhuǎn)向機(jī)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(jī)從動(dòng)齒條的三維建模從動(dòng)齒條也是轉(zhuǎn)向機(jī)中重要的部件，它與主動(dòng)齒輪相嚙合，兩端和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連。而且為了保證的齒輪齒條之間良好長(zhǎng)久的嚙合，齒條中間部分還與一個(gè)壓盤(pán)機(jī)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(shí)應(yīng)旋向相反，內(nèi)嚙合時(shí)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(dòng)齒輪的旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)是同步的，所以依據(jù)一般汽車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)從一邊打到另一邊需要3～4圈，這里我選擇為3圈，即主動(dòng)齒輪從齒條的一端到另一端需要轉(zhuǎn)3圈，因?yàn)辇X輪齒數(shù)為10個(gè)，因此齒條長(zhǎng)度也應(yīng)為30個(gè)齒。與齒條相連接的軸因?yàn)槭寝D(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此在這里隨意選擇一個(gè)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(dòng)齒條 轉(zhuǎn)向機(jī)殼體的三維建模轉(zhuǎn)向機(jī)殼體是裝齒輪齒條的部件，也是轉(zhuǎn)向機(jī)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(dòng)，因此內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求精密。轉(zhuǎn)向機(jī)的殼體為了減輕質(zhì)量，選用鋁合金壓鑄。殼體主體為兩個(gè)回轉(zhuǎn)體，里面裝的是齒輪和齒條，殼體和齒輪是通過(guò)兩個(gè)滾動(dòng)軸承連接，如圖33所示。由于齒條兩端接的是轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此殼體和齒條沒(méi)有明顯的接觸[10]。圖33 轉(zhuǎn)向機(jī)殼體連接齒輪的回轉(zhuǎn)體一端封口，封口處用螺栓把一個(gè)外封殼裝在殼體上，另一端是齒輪軸和傳動(dòng)軸連接的地方，為了防止外面的灰塵進(jìn)入機(jī)體內(nèi)，該處安了一個(gè)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(zhǎng)時(shí)間工作有磨損后仍然能保持很好的嚙合狀態(tài)，轉(zhuǎn)向機(jī)殼體在底部安有調(diào)整嚙合間隙的裝置。一個(gè)彈簧通過(guò)壓塊作用在轉(zhuǎn)向齒輪上，，為了保證無(wú)間隙嚙合，彈簧的預(yù)緊力可以通過(guò)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(gè)同樣形狀的墊片，如圖36所示。圖36 壓塊壓塊上有一個(gè)回轉(zhuǎn)體壓盤(pán)，該壓盤(pán)連接一個(gè)彈簧，還有一個(gè)預(yù)緊螺釘，作用是給壓塊一個(gè)持續(xù)的力使壓塊能壓緊齒條，從而達(dá)到良好嚙合的目的，如圖37所示。圖37 壓盤(pán)在彈簧的上部應(yīng)該有一個(gè)蓋子，蓋子中間有一個(gè)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(gè)方便彈簧安裝的彈簧座，而在蓋子周?chē)鶆蚍植贾?個(gè)螺紋孔，用來(lái)將蓋子固定在轉(zhuǎn)向機(jī)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(wàn)向節(jié)的三維建模萬(wàn)向節(jié)是轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)軸之間實(shí)現(xiàn)變角度傳遞動(dòng)力的基本部件，轉(zhuǎn)向盤(pán)輸出的轉(zhuǎn)矩需要通過(guò)轉(zhuǎn)軸傳遞，而萬(wàn)向節(jié)就在其中起一個(gè)改變方向的作用，因?yàn)檗D(zhuǎn)向盤(pán)一般是不和轉(zhuǎn)向機(jī)在同一個(gè)平面上的，由了萬(wàn)向節(jié)，轉(zhuǎn)向盤(pán)才能更好的去布置，而且微型汽車(chē)結(jié)構(gòu)比較緊湊，萬(wàn)向節(jié)的作用就更大了。我選用的是十字軸式萬(wàn)向節(jié)，該萬(wàn)向節(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)可靠、效率高，而且允許兩傳動(dòng)軸之間有較大的夾角(一般為15度～20度)。十字軸萬(wàn)向節(jié)主要部件是一個(gè)十字軸和兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)叉，為了減少摩擦損失，提高傳動(dòng)效率，在十字軸頸和萬(wàn)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(rùn)滑油的油道，十字軸由卡環(huán)固定在萬(wàn)向節(jié)叉上，如圖39所示。圖39 裝配好的萬(wàn)向節(jié)十字軸萬(wàn)向節(jié)叉的設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足相互轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不能有干涉，而且還要求裝配時(shí)緊湊。在每個(gè)萬(wàn)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(gè)M4的螺栓和螺母連接，如圖310所示。圖310 萬(wàn)向節(jié)叉 轉(zhuǎn)向盤(pán)的三維建模轉(zhuǎn)向盤(pán)是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的外部結(jié)構(gòu)，是整個(gè)轉(zhuǎn)向力的輸入裝置，駕駛著是通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)來(lái)完成汽車(chē)轉(zhuǎn)向的。轉(zhuǎn)向盤(pán)是一個(gè)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(kāi)關(guān)，比如轉(zhuǎn)向燈和雨刷，這里作為一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)就不予考慮。圖311 轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)向盤(pán)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(shù)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(shí)握轉(zhuǎn)向盤(pán)打滑。轉(zhuǎn)向盤(pán)一般外徑在350～400mm，我參照選用的車(chē)型，轉(zhuǎn)向盤(pán)外徑為380mm，輪緣直徑為50mm，如圖311所示。當(dāng)汽車(chē)發(fā)生碰撞時(shí)，從安全性考慮，不僅要求轉(zhuǎn)向盤(pán)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(pán)在撞車(chē)時(shí)，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(jì)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(pán)靠?jī)蓚€(gè)銷(xiāo)子與銷(xiāo)孔扣合在一起，銷(xiāo)子通過(guò)襯孔與銷(xiāo)孔配合，如圖312所示。當(dāng)發(fā)生猛烈撞車(chē)時(shí)，車(chē)身、車(chē)架產(chǎn)生嚴(yán)重變形，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向盤(pán)等部件后移。與此同時(shí)，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(pán)的銷(xiāo)子和銷(xiāo)孔脫開(kāi)，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(gè)三維建模有60余個(gè)零件，在這里僅選出幾個(gè)比較關(guān)鍵的零件加以介紹。主動(dòng)軸與轉(zhuǎn)向機(jī)殼體用軸承相連，我選擇的是非標(biāo)準(zhǔn)的滾動(dòng)軸承，軸承內(nèi)徑和主動(dòng)軸連接部分軸的外徑一樣，圖313為其中一個(gè)滾動(dòng)軸承。圖313 滾動(dòng)軸承為了制造和裝配方便，本設(shè)計(jì)中所涉及到的螺栓、螺母和墊片等部件均是用標(biāo)準(zhǔn)件，而非自我設(shè)計(jì)，如圖314 315所示。而且大部分都進(jìn)行了強(qiáng)度校核，沒(méi)有問(wèn)題。圖314 M4螺栓圖315 螺母萬(wàn)向節(jié)中的擋圈沒(méi)有用標(biāo)準(zhǔn)件，是自己設(shè)計(jì)的。擋圈是用來(lái)限制萬(wàn)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(wàn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向機(jī)殼體、轉(zhuǎn)向盤(pán)由于零件本身比較復(fù)雜，所以我先對(duì)他們分別進(jìn)行裝配，檢查一下有無(wú)錯(cuò)誤，然后再在一起進(jìn)行裝配，對(duì)相互的空間位置進(jìn)行一定的調(diào)整，以方便在車(chē)內(nèi)的布置。最后裝上螺栓螺母之類(lèi)的零件，進(jìn)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(guó)Autodesk公司開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，它將制圖帶入了個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)代。CAD是英語(yǔ)“Computer Aided Design”的縮寫(xiě)，意思是“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”。AutoCAD軟件現(xiàn)已成為全球領(lǐng)先的、使用最為廣泛的計(jì)算機(jī)繪圖軟件，用于二