【導讀】在賽車轉向系設計過程中首先通過轉向系統(tǒng)受力計算和UG草圖功能進。架導向機構與轉向桿系的運動干涉減至最??；然后采用UG運動分析的方法,傳動角、轉向器的行程的對應關系,為轉向梯形設計及優(yōu)化提供數(shù)據(jù)依據(jù)。完成了對轉向輕便性的計算，我們計算了轉向輪的轉向力矩M轉，所規(guī)定的要求以及轉向的靈活性與輕便性。的轉向系是否滿足我們的設計要求，對我們的設計進行改進。用adams柔性體單元建立轉向系統(tǒng)模型，以提高模型仿真優(yōu)化的精確度。

　　

【正文】 橫拉桿與梯形轉向桿系的相似。球頭銷通過螺紋與齒條連接。當這些球頭銷依制造廠的規(guī)范擰緊時，在球頭銷上就作用了一個預載荷。防塵套夾在轉向器兩側的殼體和轉向橫拉桿上，這些防塵套阻止雜物進入球銷及齒條中。 轉向橫拉桿端部與外端用螺紋聯(lián)接。這些端部與梯形轉向桿系的相似。側面螺母將橫拉桿外端與橫拉桿鎖緊（見圖 42）。 圖 42 轉向橫拉桿外接頭 1 橫拉桿 2鎖緊螺母 3外接頭殼體 4球頭銷 5六角開槽螺母 6球碗 7端蓋 8梯形臂 9開口銷 表 47 轉向橫拉桿及接頭的尺寸設計參數(shù) 序號 項目 符號 尺寸參數(shù) (mm ) 1 橫拉桿總長 aL 192 2 橫拉桿直徑 La? 15 3 螺紋長度 ML 60 4 外接頭總長 WL 120 5 球頭銷總長 QXL 62 6 球頭銷螺紋公稱直徑 qxd M101 7 外接頭螺紋公稱直徑 wd M12 8 內接頭總長 NL 9 內接頭螺紋公稱直徑 nd M16 167。 齒條調整 一 個齒條導向座安裝在齒條光滑的一面。齒條導向座和與殼體螺紋連接的調節(jié)螺塞之間連有一個彈簧。此調節(jié)螺塞由鎖緊螺母固定。齒條導向座的調節(jié)使齒輪、齒條間有一定預緊力，此預緊力會影響轉向沖擊、噪聲及反饋（見圖 43）。 車輛與動力工程學院畢業(yè)論文 27 圖 43 齒條間隙調整裝置 注：轉向反饋是由前輪遇到不平路面而引起的轉向盤的運動。 表 48 齒條調整裝置的尺寸設計參數(shù) 序號 項目 符號 尺寸參數(shù) (mm) 1 導向座高度 1B 20 2 彈簧總圈數(shù) n 3 彈簧節(jié)距 t 4 彈簧外徑 D 20 5 彈簧工作高度 2H 6 螺塞螺紋公稱直徑 Sd M362 7 螺塞高度 SH 20 8 鎖止螺塞高度 SSH 5 9 轉向器殼體總長 /高 kk HL/ 180/96 167。 轉向傳動比 當轉向盤從鎖點向鎖點轉動，每只前輪大約從其正前方開始轉動 30176。 ，因而前輪從左到右總共轉動大約 60176。 。若傳動比是 1:1，轉向盤旋轉 1176。 ，前輪將轉向 1176。 ，轉向盤向任一方向轉動 30176。 將使前輪從鎖點轉向鎖點。這種傳動比過于小，因為轉向盤最輕微的運動將會使車輛突然改變方向。轉向角傳動比必須使前輪轉動同樣角度時需要更大的轉向盤轉角。 :1的傳動比較為合理。在這樣的傳動比下，轉向盤 每轉動 176。 ，前輪轉向 1176。 。為了計算傳動比，可將鎖點到鎖點過程中轉向盤轉角的度數(shù)除以此時轉向輪轉角的度數(shù)。 167。 齒輪齒條式轉向器的設計要求 車輛與動力工程學院畢業(yè)論文 28 齒輪齒條式轉向器的齒輪多數(shù)采用斜齒圓柱齒輪。齒輪模數(shù)取值范圍多在 2～ 3mm 之間。主動小齒輪齒數(shù)多數(shù)在 5～ 7 個齒范圍變化，壓力角取 20176。 ，齒輪螺旋角取值范圍多為 9176。 ～ 15176。 。齒條齒數(shù)應根據(jù)轉向輪達到最大偏轉角時，相應的齒條移動行程應達到的值來確定。變速比的齒條壓力角，對現(xiàn)有結構在 12176。 ～ 35176。 范圍內變化。此外，設計時應驗算齒輪的抗彎強度和接觸強度。 主動小 齒輪選用材料 40Cr CN 制造，而齒條常采用 45 鋼制造。為減輕質量，殼體用鋁合金壓鑄。 167。 齒輪軸和齒條的設計計算 167。 選擇齒輪材料、熱處理方式及計算許用應力 (1) 選擇材料及熱處理方式 小齒輪： 40Cr CN共滲淬火、回火 43— 53HRC 齒條： 45 調質處理 229— 286HBC （ 2）強度校核 校核齒輪接觸疲勞強度 選取參數(shù)，按 ME 級質量要求取值 lim 1 1500H M Pa? ? ； lim 2 650H MP a? ? ； lim1 ? ， lim2 ? 121NNZZ?? lim 2 lim1HH??? 故以 lim2H? 計算 Hp? l i m 2 2l i m 26 5 0 1 5001 . 3HNHPHZ M P aS?? ?? ? ? 查得： ? ， ? ， ?? ， ?? ； K K K K???? ? ， ? ， ? ? ， ?10?? 則 cos ? ???， ? 1212 3 0 2 . 8H H E H pKTZ Z Z Z M P ab d k????? ? ? 齒輪接觸疲勞強度合格 校核齒輪彎曲疲勞強度 車輛與動力工程學院畢業(yè)論文 29 選取參數(shù)，按 ME 級質量要求取值 lim1 500F MPa? ? ； lim 2 280F M Pa? ? ；lim1 ? ； lim2 ? ； 121NNYY??； ? lim2 lim1FF??? 故以 lim2F? 計算 Fp? l i m 2 2l i m 22 8 0 2 1 3 7 3 . 3 31 . 5F S TF p NFY Y M P aS?? ?? ? ? ? 據(jù)齒數(shù)查表有： ? ； ? ； ?? ； ?? 。則 1 1112 1 4 2 . 0 6F F a s a F pnKT Y Y Y Y M P ab d m ????? ? ? 167。 初步確定齒輪的基本參 數(shù)和主要尺寸 (1) 選擇齒輪類型 根據(jù)齒輪傳動的工作條件，選用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合傳動方案 (2) 選擇齒輪傳動精度等級 選用 7 級精度 (3) 初選參數(shù) 初選 ?tK ??10? 1Z =6 2Z =31 d? = ?Y = ?Y = 按當量齒數(shù) o s/6c o s/ 33 ???? ?ZZ V ?FSY (4) 初步計算齒輪模數(shù) nm 轉矩 ?1T 0. 32= mN? =14432 mmN? 閉式硬齒面?zhèn)鲃樱?按齒根彎曲疲勞強度設計。 3 2121][co s2 FFSdtnt YZ YYTKm ?? ? ?? ?? = 3 22 os1443 ?? ?????? = (5) 確定載荷系數(shù) K AK =1，由 smnzm ntt / o s100060 11 ??? ???, 1vZ /100=, VK =1；對稱布置，取 ?K =； 取 ?K = 則 ?? KKKKK VA ???? =11= 車輛與動力工程學院畢業(yè)論文 30 (6) 修正法向模數(shù) 3 tntn KKmm ? = 3 = 圓整為標準值，取 nm = 167。 確定齒輪傳動主要參數(shù)和幾何尺寸 (1) 分度圓直徑 d ?cos 11 zmd n? = ??10cos = (2) 齒頂圓直徑 1ad ?????? aa hdd (3) 齒根圓直徑 fd ff hdd 211 ?? = ? ?XnChm nann ?? ?? = = (4) 齒寬 b 1db d?? = = 因為相互嚙合齒輪的基圓齒距必須相等， 即 21 bb PP ? 。 齒輪法面基圓齒距為 111 co s?? nb mP ? 齒條法面基圓齒距為 222 co s?? nb mP ? 取齒條法向模數(shù)為 2nm = (5) 齒條齒頂高 2ha ? ?Xnhmha ann ?? ?2 =(1+0)= (6) 齒條 齒根高 2fh ? ?XnChmh nannf ??? ??2 =(1+)= (7) 法面齒距 2nS ? ? nnn mXnS ?? t a n22/2 ?? = 167。 齒輪齒條轉向器轉向橫拉桿的運動分析 車輛與動力工程學院畢業(yè)論文 31 圖 44 轉向橫拉桿的運動分析簡圖 當轉向盤從鎖點向鎖點 轉動，每只前輪大約從其正前方開始轉動 30176。 ，因而前輪從左到右總共轉動約 60176。 。當轉向輪右轉 30176。 ，即梯形臂或轉向節(jié)由 OC 繞圓心 O 轉至 OA時，齒條左端點 E 移至 EA 的距離為 1l cosOAOD? 30176。= 40cos30176。= ODOCDC ?? == sinOAAD? 30176。= 20mm DCAA ?? 193ABAE C E BE mm? ? ? ADCA ?? 22 39。AAAEEA AA ??? = 22193 ? = CAEACE AA ???? == ACECEl ??1 == 同理計算轉向輪左轉 30176。 ，轉向節(jié)由 OC 繞圓心 O 轉至 OB 時，齒條左端點 E 移至 BE 的距離為 2l DADB? =80mm BBDC ?? 2 2 2 21 9 3 5 . 4BBB E B E B B??? ? ? ?= CEEBBCEEl BB ??????2 =20+= 齒輪齒條嚙合長度應大于 21 ll? 即 21 llL ?? =+=40mm 取 L=100mm 167。 齒輪齒條傳動受力分析 車輛與動力工程學院畢業(yè)論文 32 若略去齒面間的摩擦力，則作用于節(jié)點 P 的法向力 Fn 可分解為徑向力Fr 和分力 F，分力 F 又可分解為圓周力 Ft和軸向力 Fa。 11 /2 dTFt ? =2 14432/= ta n / c o s 1 8 9 5 .1 ta n 2 0 / c o s 1 0r t nFF ??? ? ? ?= t a n t a n 10atFF ?? ? ?=334N 167。 齒輪軸的強度校核 167。 軸的受力分析 (1) 畫軸的受力簡圖。 (2) 計算支承反力 在垂直面上 2 1 11223 700 .4 334 552 46raRAVdl F FFNll? ? ? ?? ? ?? 1 70 0. 4 40 7. 3 29 3. 1R B V r R A VF F F N? ? ? ? ? 在水平面上 1 1 8 9 5 . 1 9 4 7 . 522tR A H R B H FF F N? ? ? ? (3) 畫彎矩圖 在水平面上， aa 剖面左側、右側 1 9 4 7 .5 2 3 2 1 7 9 2 .5a H a H R A HM M F l N m m?? ? ? ? ? ? ? 在垂直面上， aa 剖面左側 1 40 7. 2 23 93 65 .6a V R A VM F l N m m? ? ? ? ? ? aa 剖面右側 2 29 3. 1 23 67 41 .3a V R B VM F l N m m? ? ? ? ? ? ? 合成彎矩， aa 剖面左側 2/1 dFT t ?? aa 剖面右側 2 2 2 22 1 7 9 2 . 5 6 7 4 1 . 3 2 2 8 1 1 . 4a a H a VM M M N m m? ? ?? ? ? ? ? ? 車輛與動力工程學院畢業(yè)論文 33 (4) 畫轉矩圖 轉矩 2/1 dFT t ?? = ? 167。 判斷危險剖面 顯然， aa 截面左側合成彎矩最 大、扭矩為 T，該截面左側可能是危險剖面。 167。 軸的彎扭合成強度校核 由《機械設計》 [12]查得 1[ ] 60b MPa?? ? ， ? ? 0[ ] 1 0 0b M P a???? ， aa 截面左側 33 32dW m m?? ?? ? ? ? ? 2222 2 3 7 1 9 . 7 0 . 6 1 4 4 3 2 . 1() 7 2 . 8 [ ]3 4 6 . 7e MT M P a M P aW ??????? ? ? ? 167。 軸的疲勞強度安全系數(shù)校核 查得 MPaB 650?? , MPa3001 ??? , MPa1551 ??? ； , ?? ?? ?? 。 aa 截面左側 3 32 2 T dW W mm?? ? ? ? ? 查得 , ?? ?? KK ；由表查得絕對尺寸系數(shù) ；， ?? ?? ?? 軸經磨削加工，查得質量系數(shù) β= 。則 彎曲應力 23719 6 5 . 0 43 4 6 . 7b M M P a M P aW? ? ? ? 應力幅 M Pa???? 平均應力 0?m? 切應力 1 4 4 3 2 . 1 2 0 . 86 9 3 . 4TTT M P a M P aW? ? ? ? 2 0 . 8 1 0 . 422Tam M P a M P a???? ? ? ? 安全系數(shù) 車輛與動力工程學院畢業(yè)論文 34 1 300 22 . 1 06 5 . 0 4 0 . 2 01 . 0 0 . 9 1amS K? ? ???? ? ????? ? ?? ? ?? ? 1 155 7 . 7 11 . 7 21 0 . 4 0 . 1 01 . 0 0 . 8 9amS K? ? ???? ? ????? ? ?? ? ?? ? 2 2 2 22 7 . 7 1 1 . 9 42 7 .