【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 做的墊片，以減少滑動(dòng)摩擦。當(dāng)車(chē)輪跳動(dòng)、轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向器工作時(shí)，如在齒條上作用有能使齒條旋轉(zhuǎn)的力矩時(shí)，應(yīng)選用 V 形和 Y 形斷面齒條，用來(lái)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)。 本設(shè)計(jì)采用圓形端面齒條。 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）。 圖 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種布置形式 現(xiàn)階段大多數(shù)轎車(chē)都采用第一種布置方式：轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形，本設(shè)計(jì)也采用轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形的布置方式。 設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù)表以及對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)向輪偏角計(jì) 算 設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù)表如表 所示（本設(shè)計(jì)只是采取其參數(shù)用于設(shè)計(jì)機(jī)械式轉(zhuǎn)向器，實(shí)際上本田雅閣 2021 款已配備 EPS 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)） 表 本田雅閣 2021 款 汽車(chē)轉(zhuǎn)向參數(shù) 輪距（前 /后） 1590mm/1585mm 軸距 2800mm 整備質(zhì)量 1450kg 滿(mǎn)載軸荷分配：前 /后 950/850 kg 輪胎 215/60 R16 主銷(xiāo)偏移距 a 100mm 輪胎壓力 p/Mpa 方向盤(pán)直徑 380mm 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計(jì)算 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能從整車(chē)機(jī)動(dòng)性著手，在 最大轉(zhuǎn)角時(shí)的最小轉(zhuǎn)彎半徑為軸距的 倍。此輕型車(chē)的軸距為 2800mm，因此其半徑在 ，并盡量取小值以保證良好的機(jī)動(dòng)性，最小轉(zhuǎn)彎半徑 R 取 。 據(jù)此，由圖 得轉(zhuǎn)向輪外輪最大轉(zhuǎn)角 式中 a 為主銷(xiāo)偏移距，通常乘用車(chē)的 a 值在 ― 倍輪胎的胎面寬度尺寸范圍內(nèi)選取，而貨車(chē) a 值在 40mm― 60mm 范圍內(nèi)選取 [4]，本設(shè)計(jì)為中型轎車(chē)，選取主銷(xiāo)偏距為 100mm L 為汽車(chē)軸距。本設(shè)計(jì)軸距為 L 2800 圖 轉(zhuǎn)角圖 可以得到外輪最大轉(zhuǎn)角 于是得轉(zhuǎn)向輪內(nèi)輪轉(zhuǎn)角 轉(zhuǎn)向器參數(shù)選取與計(jì)算 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的齒輪多數(shù)采用斜齒輪。按照汽車(chē)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) [4]所指，齒輪模數(shù)多在之間，主動(dòng)小齒輪齒數(shù)多數(shù)在個(gè)齒范圍變化，壓力角取，齒輪螺旋角的取值范圍多為。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。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。此外，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算齒輪的抗彎強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度 。 正確嚙合條件：；； 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，齒輪齒條的主要參 齒輪齒條的主要參數(shù) 名稱(chēng) 齒輪 齒條 齒數(shù) Z 7 31 模數(shù) Mn 壓力角 螺旋角 β 1 β 2 變位系數(shù) Xn 0 轉(zhuǎn)向時(shí)需要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力、轉(zhuǎn)向輪穩(wěn)定阻力（即轉(zhuǎn)向輪的回正力矩）、輪胎變形阻力以及轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦阻力矩。通常用以下的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算汽車(chē)在瀝青或混泥土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩 MR（ N??mm）。 輪胎上的原地轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力矩由經(jīng)驗(yàn)公式得： 式中， f―輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因素， 一般取 [3]； G1―為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷（ N）；取前軸滿(mǎn)載 950Kg p―為輪胎氣壓（ MPa）。取 所以 MR Nm 方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)： 其中為初選傳動(dòng)比。 方向盤(pán)上的操縱載荷力： 作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的操縱載荷對(duì)轎車(chē)該力不應(yīng)超過(guò) 50~100N，對(duì)貨車(chē)不應(yīng)超過(guò)250N[3]。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)。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(mǎn)足齒輪嚙合的要求，一般齒輪的齒頂高系數(shù)取偏小值。 據(jù)此，初步選定齒輪和齒條齒頂高系數(shù)；頂隙系數(shù)；齒輪的變位系數(shù)。其基本參數(shù)如表 所示。 表 齒輪齒條基本參數(shù) 名稱(chēng) 符號(hào) 公式 齒輪 齒條 齒數(shù) 7 31 分度圓直徑 ― 變位系數(shù) ― ― 齒頂高 齒根高 齒頂圓直徑 ― 齒根圓直徑 ― 齒輪中圓直徑 ― 螺旋角 ― 12176。（右旋） 12176。 齒寬 32 22 齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)根據(jù)齒輪的尺寸，設(shè)計(jì)成齒輪軸形式，如圖 所示。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)采用斜齒輪結(jié)構(gòu)，在傳動(dòng)的時(shí)候有軸向力存在。 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。 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。而齒條選用與 20CrMnTi 具有較好匹配性的 40Cr 作為嚙合副，齒條熱處理采用高頻淬火工藝，表面硬度 HRC50～56。 軸承的選擇 軸承 1：角接觸球軸承 7004C GB/T2921994 軸承 2：角接觸球軸承 7001C GB/T2921994 轉(zhuǎn)向器的潤(rùn)滑方式和密封類(lèi)型的選擇 轉(zhuǎn)向器的潤(rùn)滑方式：人工定期潤(rùn)滑 潤(rùn)滑脂：石墨鈣基潤(rùn)滑脂（ ZBE3600288）中的 ZGS 潤(rùn)滑脂。 密封件： 旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈 FB 16 30 GB 13871― 1992 4 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器數(shù)據(jù)校核 齒條的強(qiáng)度計(jì)算 齒條受力分析 在本設(shè)計(jì)中，根據(jù)式 得轉(zhuǎn)向器輸入端施加的扭矩 T ，齒輪傳動(dòng)一般均加以潤(rùn)滑，嚙合齒輪間的摩擦力通常很小，計(jì)算輪齒受力時(shí)，可不予考慮。 齒輪齒條的受力狀況類(lèi)似于 斜齒輪，齒條的受力分析如圖 圖 齒條的受力分析 如圖，作用于齒條齒面上的法向力 Fn，垂直于齒面，將 Fn 分解成沿齒條徑向的分力（徑向力） Fr，沿齒輪周向的分力（切向力） Ft，沿齒輪軸向的分力（軸向力） Fx 。各力的大小為： Ft Fr Fx Fn 式中――齒輪軸分度圓螺旋角；――法面壓力角。 齒輪軸受到的切向力： Ft N 式中 T――作用在輸入軸上的扭矩， T 為 ； d――齒輪軸分度圓的直徑。 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 。 齒部彎曲安全系數(shù) S / （ ） 因此，齒條設(shè)計(jì)滿(mǎn)足彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。又滿(mǎn)足了齒面接觸強(qiáng)度，符合本次設(shè)計(jì)的具體要求。 小齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 計(jì)算斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的接觸應(yīng)力時(shí)，推 導(dǎo)計(jì)算公式的出發(fā)點(diǎn)和直齒圓柱齒輪相似，但要考慮其以下特點(diǎn)：嚙合的接觸線(xiàn)是傾斜的，有利于提高接觸強(qiáng)度；重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)。 齒輪的計(jì)算載荷 為了便于分析計(jì)算，通常取沿齒面接觸線(xiàn)單位長(zhǎng)度上所受的載荷進(jìn)行計(jì)算。沿齒面接觸線(xiàn)單位長(zhǎng)度上的平均載荷 P（單位為 N/mm）為 P （ ） 式中 Fn ――作用在齒面接觸線(xiàn)上的法向載荷 L ――沿齒面的接觸線(xiàn)長(zhǎng)，單位 mm 法向載荷 Fn 為公稱(chēng)載荷，在實(shí)際傳動(dòng)中，由于齒輪的制造誤差，特別是基節(jié)誤差和齒形誤差的影響，會(huì)使法 面載荷增大。此外，在同時(shí)嚙合的齒對(duì)間，載荷的分配不是均勻的，即使在一對(duì)齒上，載荷也不可能沿接觸線(xiàn)均勻分布。因此在計(jì)算載荷的強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)按接觸線(xiàn)單位長(zhǎng)度上的最大載荷，即計(jì)算 Pca （單位 N/mm）進(jìn)行計(jì)算。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， 。 齒向荷分配系數(shù)，齒寬系數(shù) φ d 22/ （ ） + 1+ d + （ ） 所以載荷系數(shù) K 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 。 齒輪與齒條的傳動(dòng)比 u , u 趨近于無(wú)窮 （ ） 所以 MPa 小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限 1000 MPa 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 210 所以 。 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S 1，可得計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 1100MPa （ ） K ――接觸疲勞壽命系數(shù) 由此可得 所以，齒輪所選的參數(shù)滿(mǎn)足齒輪設(shè)計(jì)的齒面接觸疲勞強(qiáng)度要求。 齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 齒輪受載時(shí)，齒根所受的彎矩最大，因此齒根處的彎曲疲勞強(qiáng)度最弱。當(dāng)齒輪在齒頂處嚙合時(shí)，處于雙對(duì)齒嚙合區(qū)，此時(shí)彎矩的力臂最大，但力并不是最大，因此彎矩不是最大。根據(jù)分析，齒根所受的最大彎矩發(fā)生在輪齒嚙合點(diǎn)位于單對(duì)齒嚙合最高點(diǎn)時(shí)。因此，齒根彎曲強(qiáng)度也應(yīng)按載荷作用于單對(duì)齒嚙合區(qū)最高點(diǎn)來(lái)計(jì)算。 斜齒輪嚙合過(guò)程中，接觸線(xiàn)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。 將當(dāng)量齒輪的有關(guān)參數(shù)代入直齒圓柱齒輪的彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式，考慮螺旋角使接觸線(xiàn)傾斜對(duì)彎曲強(qiáng)度 有利的影響而引入螺旋角系數(shù)，可