【正文】 （ 315） 取齒寬系數(shù) ? ? 齒條寬度 21 1 .2 1 5 .2 3 1 4 1 8 .2 7 8db d m m?? ? ? ? （ 316） 圓整取 2 20b mm? ； 則取齒輪齒寬 12 10 30b b m m? ? ? （ 317） 所以取齒輪齒寬 30mm；齒條齒寬 20mm。 齒輪參數(shù)的選擇 初選 齒輪參數(shù)：齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的齒輪多采用斜齒輪，齒輪模數(shù)在 2~3mm 之間，主動(dòng)小齒輪 齒數(shù)在 5~7 之間，壓力角取 20???，螺旋角在 9 ~15??之間。但是小齒輪的模數(shù)不能太小，否則會(huì)使齒條齒廓在嚙合時(shí)嚙合點(diǎn)離齒頂太近，齒根的彎曲應(yīng)力增大，易產(chǎn)生崩齒。 齒輪齒條傳動(dòng)的傳動(dòng)比只與齒條的齒傾角、小齒輪的法向模數(shù)和小齒輪的齒數(shù)有關(guān)。 齒輪與齒條嚙合傳動(dòng)時(shí)，齒輪的節(jié)圓始終與其分度圓重合。；若β 1＞β 2，則θ =β 1－β 2；若β 1＜β 2，則θ =β 1－β 2為負(fù)值，表示在齒條軸線的另一側(cè)。 圖 32 齒條的齒廓 齒輪齒條嚙合傳動(dòng)時(shí)，根據(jù)小齒輪螺旋角與齒條齒傾角的大小和方向不同，可以構(gòu)成不同的傳動(dòng)方案。所以齒條的齒廓為直齒廓（如圖 32 所示），齒廓上各點(diǎn)的法線是平行的，而且在傳動(dòng)時(shí)齒條是平動(dòng)的，齒廓上各點(diǎn)速度的大小和方 向也相同，所以齒條齒廓上個(gè)點(diǎn)的壓力角相同，大小等于齒廓的傾斜角。 角傳動(dòng)比 為 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 15 3 6 0 4 3 6 0 2 0 . 8 7( ) ( 3 7 3 2 )WwKni ?? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ? （ 35） 作用在方向盤上的 力 2 2 3 8 0 3 5 5 1 0 1 . 2 54 0 0 2 0 . 8 7 0 . 9RhSWMFNDi? ? ??? ? ??? （ 36） 由 公式 2 hhSWMF D? （ 37） 得作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩 1 0 1 . 2 5 4 0 0 2 0 2 4 9 .9 6 = 2 0 . 2 5 N m22h S Wh FDM N m m?? ? ? ? ? （ 38） 力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系 2 wphFi F? （ 39） 而 WF 和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩 RM 有以下關(guān)系 w 1F RML? (310)作用在方向盤上的手力hF可由下式表示 2 hhSWMF D? （ 311） 則 力傳動(dòng)比為 1R swphMDi ML? (312)又因?yàn)? 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 16 wR wohkM iM ???? ?? （ 313） 由此力傳動(dòng)比 14 0 0 0 . 92 0 . 8 7 1 8 . 7 8 32 2 2 0 0swpw Dii L? ? ?? ? ? ? ?? （ 314） 齒輪齒條設(shè)計(jì) 齒輪齒條嚙合傳動(dòng)的特點(diǎn) 齒條實(shí)際上是齒數(shù)為無(wú)窮的齒輪的一部分。wi 所組成 。 角傳動(dòng)比： 方向盤的轉(zhuǎn)角和駕駛員同側(cè)的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角之比稱為轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比wi 。 mNpGfM R ???? 331 （ 34） 轉(zhuǎn)向器 角傳動(dòng)比與力傳動(dòng)比 計(jì)算 角傳動(dòng)比與力傳動(dòng)比介紹 轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比由轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比 wi 和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比 pi 組成。 輪胎上的原地轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力矩由經(jīng)驗(yàn)公式得 pGfM R313? （ 33） 式中： f —輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因素，一般取 ； 1G —為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷（ N）；取前軸滿載 810kg ； p —為輪胎氣壓（ MPa ）。為此用足夠精確的半經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩 MR（ N為轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力、車輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦阻力等。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。 arcsin ( )LRa? ? ? = 2660a rc s in ( ) 2 95 5 0 0 2 0 ??? （ 32） 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 14 查得對(duì)應(yīng)的最大內(nèi)輪轉(zhuǎn)角 037?? ，其綜合轉(zhuǎn)角為 032 。 分析如 (圖 31)所示。 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 13 第 3章 轉(zhuǎn)向器齒輪齒條 設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計(jì)算 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能從整車機(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 2— 倍。經(jīng)分析確定在 齒條上 沒有作用有能使齒條旋轉(zhuǎn)的力矩，且考慮到制作工藝的 簡(jiǎn)單 性，故 齒條斷面選擇圓形 。 轉(zhuǎn)向器最終方案 確定 綜合上面的種種比較， 考慮到制造難度與成本，最終在輸入與輸出形式上選擇了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、成本低的側(cè)面輸入兩端輸出的形式，同時(shí)考慮到直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合重合度不高，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性差，沖擊力大，工作噪聲大； 采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，重合度增加，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊與噪聲均降低，而且齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角易于滿足總體設(shè)計(jì)的要求。 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 12 圖 23 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器布置形式 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于微型、普通級(jí)、中級(jí)和中高級(jí)轎車上。當(dāng)車輪跳動(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)而破壞齒條、齒輪的齒不能正確嚙合的情 出現(xiàn)。 V形和 Y 形斷面齒條與圓形斷面比較，消耗的材料少，約節(jié)約 20%， 故質(zhì)量小；位于齒下面的兩斜面與齒條托座接觸，可用來(lái)防止齒條繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)； Y 形的斷面齒條的齒寬可以做的寬一些，因而強(qiáng)度得到增加。 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器齒條斷面形狀 齒條斷面形狀有圓形（圖 22a）、 V 形（圖 22b）和 Y 形（圖 22c）三種。采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，重合度增加，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊與噪聲均降低，而且齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角易于滿足總體設(shè)計(jì)的要求。 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器齒輪齒條選擇 如果齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器采用直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合重合度不高，則運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性降低，沖擊力大，工作噪聲增加。拉桿與齒條用螺栓固定連接，因此，兩拉桿與齒條同時(shí)向左或向右移動(dòng)，為此在轉(zhuǎn)向器殼體上開有軸向的長(zhǎng)槽，從而降低了它的強(qiáng)度。 采用側(cè)面輸入，中間輸出方案時(shí)，由 （ 圖 21c） 可見，與齒條固連的左、右拉桿延伸到接近汽車車輪對(duì)稱平面附近。 圖 21 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器輸入輸了形式 轉(zhuǎn)向器各種輸出形式對(duì)比 采用兩端輸出方案時(shí) 如（ 圖 21a,圖 21b），由于轉(zhuǎn)向拉桿長(zhǎng)度受限制，容易與懸架系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。 具體的分析過(guò)程，與對(duì)比過(guò)程，在下面一一比較。 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 9 轉(zhuǎn)向器總體方案設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)方案說(shuō)明 因?yàn)檫@一次選擇的轉(zhuǎn)向器，已經(jīng)是確定的齒條式轉(zhuǎn)向器，所在在方案的確定上面，更多的是選擇齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的輸入輸出形式、齒輪齒條的齒形與齒條斷面的形狀的選擇，所以在方案的對(duì)比上面，主要對(duì)比各種輸入輸出形式的優(yōu)缺點(diǎn)、齒輪齒條的齒形在轉(zhuǎn)向器上的影響與優(yōu)缺點(diǎn)和各種齒條斷面適用的范圍等，還有就是說(shuō)明轉(zhuǎn)向器的各種布置 形式。 轉(zhuǎn)向系的間隙主要是通過(guò)各球頭皮碗和轉(zhuǎn)向器的調(diào)隙機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)整的。選取合適的轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)可以獲得相應(yīng)的回正力矩，但是回正力矩不能太大又不能太小，太大則會(huì)增加轉(zhuǎn)向沉重感，太小則會(huì)使回正能力減弱，不能保持穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài)。對(duì)于采用齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向系來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角間的協(xié)調(diào)關(guān)系是通過(guò)合理選擇小齒輪與齒條的參數(shù)、合理布置小齒輪與齒條的相對(duì)位置來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而且前置轉(zhuǎn)向梯形和后置轉(zhuǎn)向梯形恰恰相反。為了兼顧兩者，一般采用變傳動(dòng)比的轉(zhuǎn)向器，或者采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向，還有就是提高轉(zhuǎn)向系的正效率，但過(guò)高正效率往往伴隨著較高的逆效率。 轉(zhuǎn)向靈敏性主要通過(guò)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)來(lái)體現(xiàn)，主要由轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比來(lái)決定。 當(dāng)轉(zhuǎn)向輪受到地面沖擊時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳遞到方向盤上的反沖力要盡可能小 在任何行使?fàn)顟B(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不應(yīng)產(chǎn)生擺振。 轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤應(yīng)有使駕駛員在車禍中避免或減輕傷害的防傷機(jī)構(gòu)。應(yīng)從設(shè)計(jì)西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 8 上保證各桿系的運(yùn)動(dòng)干涉足夠小。汽車的穩(wěn)定行使，必須保證有合適的前輪定位參數(shù)，并注意控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的內(nèi)部摩擦阻力的大小和阻尼值。 轉(zhuǎn)向輪應(yīng)具有自動(dòng)回正能力。轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比不宜低 于 1516；也不宜過(guò)大，通常以轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)和轉(zhuǎn)向輕便性來(lái)確定。 一般來(lái)說(shuō)，對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求如下： 轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比（方向盤轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角之比）和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比。 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 7 第 2章 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)方案選擇 車輛相關(guān)數(shù)據(jù) 與設(shè)計(jì)要求 車輛數(shù)據(jù)： 車 型：豐田 2021 款 四驅(qū)至臻導(dǎo)航版 四驅(qū)類型：適時(shí)四驅(qū) 驅(qū)動(dòng)方式：前置四驅(qū) 整備質(zhì)量 (Kg)： 1620 滿載軸荷 (Kg)： 前軸 :810 后軸： 810 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩 (Nm/rpm)： 224/4000 發(fā)動(dòng)機(jī)功率 (Kw/rpm)： 125/6000 軸 距 (mm)： 2660 前輪胎規(guī)格： 225/65R17 后輪胎規(guī)格： 225/65R17 轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)： 200mm 設(shè)計(jì)要求： 轉(zhuǎn)向系是用來(lái)保持或者改變汽車行使方向的機(jī)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向上、下軸、）、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)向拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)）等。 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 6 本次設(shè)計(jì) 的課題來(lái)源于豐田 2021 款 四驅(qū)至臻導(dǎo)航版 ，設(shè)計(jì)此車的轉(zhuǎn)向器。 題目所涉及到的知識(shí)都是汽車機(jī)械設(shè)計(jì)的知識(shí)，所要求完成的零件的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)、方法都是很實(shí)用的，并且在相當(dāng)遠(yuǎn)的未來(lái)也是適用的。隨著我國(guó)汽車工業(yè)強(qiáng)調(diào)進(jìn)行自主開發(fā)，汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析、實(shí)驗(yàn)技術(shù)等都日益受到重視。 基于以上調(diào)查和轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)， 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器將是以后轉(zhuǎn)向器的發(fā)展的趨勢(shì)和潮流。并且該轉(zhuǎn)向器可以被設(shè)計(jì)成具有等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，這也是它應(yīng)用廣泛的原因之一。由于循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器可實(shí)現(xiàn)變速比，應(yīng)用正日益廣泛。中間位置轉(zhuǎn)向力小、且經(jīng)常使用，要求轉(zhuǎn)向靈敏，因此希望中間位置附近速比小，以提高靈敏性。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的 優(yōu)點(diǎn)：效率高，操縱輕便，有一條平滑的操縱力特性曲線， 布置方便， 特別適合大 、中型車輛和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配合使用；易于傳遞駕駛員操縱信號(hào)；逆效率高、回位好，與液壓助力裝置的動(dòng)作配合得好。 在小客車上發(fā)展轉(zhuǎn)向器的觀點(diǎn)各異，美國(guó)和日本重點(diǎn)發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，比率都已達(dá)到或超過(guò) 90％；西歐則重點(diǎn)發(fā)展齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，比率超過(guò) 50％，法國(guó)已高達(dá)95％。專業(yè)化生產(chǎn)已成為一種趨勢(shì)，只有走這條道路，才能使產(chǎn)品質(zhì)量高、產(chǎn)量大、成本低，在市場(chǎng)上有競(jìng)爭(zhēng)力 。它從 1948 年開始生產(chǎn) ZF 型轉(zhuǎn)向器，年產(chǎn)各種轉(zhuǎn)向器 200 多萬(wàn)臺(tái)。在日本 “精工 ”(NSK)公司的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器就以成本低、質(zhì)量好、產(chǎn)量大，逐步占領(lǐng)日本市場(chǎng)，并向全世界銷售它的產(chǎn)品。目前解放、東風(fēng)也都在積極發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，并已在第二代換型車上普遍采用了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。微型貨車用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占 65％，齒條齒輪式占 35％。日本汽車轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)是循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占的比重越來(lái)越大，日本裝備不同類型 發(fā)動(dòng)機(jī)的各類型汽車，采用不同類型轉(zhuǎn)向器，在公共汽車中使用的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，已由60 年代的 62． 5％，發(fā)展到現(xiàn)今的 100％了 (蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器在公共汽車上已經(jīng)被淘汰 )。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器一直在穩(wěn)步發(fā)展。這四種轉(zhuǎn)向器型式，已經(jīng)被廣泛使用在汽車上。 汽車轉(zhuǎn)向器國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系主要構(gòu)成的關(guān)鍵零件， 隨著電子技術(shù)在汽車中的廣泛應(yīng)用 ， 轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)也有很大變 化。自 1988 年日本鈴木公司首次在其 Cervo 車上裝備該助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)至今，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)己經(jīng)得到人們的廣泛認(rèn)可。電動(dòng)助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般由轉(zhuǎn)矩傳感器、微處理器、電動(dòng)機(jī)等組成。 它與前述各種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最大的區(qū)別在于，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中已經(jīng)沒有液壓 系統(tǒng)了。但是由于液壓系統(tǒng)的存在，它一樣存在液壓油泄漏的問(wèn)題，而且電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)引入了驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使得系統(tǒng)更加復(fù)雜，成本增加，可靠性下降。而且電機(jī)驅(qū)動(dòng)下的液壓系統(tǒng)，在沒有轉(zhuǎn)向操作時(shí)，電機(jī)可以停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而降低能耗。電控液壓助力轉(zhuǎn)向也是在傳統(tǒng)液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，它們的區(qū)別是，電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)增加了電子控制裝置。