【正文】 在此基礎上，轉(zhuǎn)換格式，導入到 ADMAS 軟件中進行運動仿真分析。由此，接下來利用三維建模軟件 PROE 畫出轉(zhuǎn)向器的各部分零件，并由此得出各部分零件圖。與此同時，對該齒輪齒條轉(zhuǎn)向器，進行了細致的布局，并對其空間結構進行詳細的分析，確定轉(zhuǎn)向器的結構和布置形式，精確分析其嚙合傳動的特點和傳動效率。安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 1 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設計摘 要此次設計針對一款用于轎車的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。論文詳細講述了該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本構成、作用、技術要求以及整體的性能。再根據(jù)該款轎車的各項數(shù)據(jù)，進行設計計算，確定轉(zhuǎn)向器的傳動比和其它幾何參數(shù)。進而組裝，得出其裝配圖。時代在前進，科技也不斷向前發(fā)展，新技術，新材料層出不窮。關鍵詞:轎車；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；齒輪齒條；轉(zhuǎn)向器；傳動比安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 2 Gear rack steering gear designAbstractThe design of pinion and rack steering gear is for cars. Papers detail the basic structure of the steering system, function, technical requirements and overall performance. At the same time, the steering rack and pinion, for a detailed layout and its spatial structure detailed analysis to determine the structure and arrangement of the steering, accurate analysis of the characteristics of the gear transmission and transmission efficiency. According to the data of cars which carry out design calculations determine the steering gear ratio and other geometric parameters. Thus, the use of 3 d modeling software PROE draw the steering parts, each part and draw the parts drawing. Further assembly。 steering system。 steering gear。然而人們對汽車的性能需求也越來越高。隨著科學技術的發(fā)展，市場對汽車性能的要求也越來越高,特別是汽車的操縱穩(wěn)定性，成為當代汽車研究的一個重要方面轉(zhuǎn)向系的好壞直接影響到汽車的操縱穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向輕便性以及駕駛員的工作強度和工作效率，因此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設計是汽車設計中很重要的一個部分。駕駛員通過一套專門的機構汽車轉(zhuǎn)向系，使汽車改變行駛方向。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅關系到汽車行駛的安全，還關系到延長輪胎壽命、降低燃油油耗等。安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 6 第一章 緒論 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設計要求轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變汽車行使方向的機構，包括轉(zhuǎn)向操縱機構（轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向上、下軸、 ） 、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機構（轉(zhuǎn)向拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)）等。圖 11 轉(zhuǎn)向系1方向盤； 2轉(zhuǎn)向上軸 ；3托架； 4萬向節(jié)； 5轉(zhuǎn)向下軸； 6防塵罩 ；7轉(zhuǎn)向器 ；8轉(zhuǎn)向拉桿一般來說，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求如下：轉(zhuǎn)向系傳動比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動比（方向盤轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角之比）和轉(zhuǎn)向系的力傳動比。轉(zhuǎn)向角傳動比不宜低于1516；也不宜過大，通常以轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動圈數(shù)和轉(zhuǎn)向輕便性來確定。轉(zhuǎn)向輪應具有自動回正能力。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。應從設計上保安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 7 證各桿系的運動干涉足夠小。轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤應有使駕駛員在車禍中避免或減輕傷害的防傷機構。當轉(zhuǎn)向輪受到地面沖擊時，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳遞到方向盤上的反沖力要盡可能小。機動性是通過汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑來體現(xiàn)的，而最小轉(zhuǎn)彎半徑由內(nèi)轉(zhuǎn)向車輪的極限轉(zhuǎn)角、汽車的軸距、主銷偏移距決定的，一般的極限轉(zhuǎn)角越大，軸距和主銷偏移距越小，則最小轉(zhuǎn)彎半徑越小。操縱的輕便性也由轉(zhuǎn)向系的傳動比決定，但其與轉(zhuǎn)向靈敏性是一對矛盾，轉(zhuǎn)向系的傳動比越大，則靈敏性提高，輕便性下降。轉(zhuǎn)向時內(nèi)外車輪間的轉(zhuǎn)角協(xié)調(diào)關系是通過合理設計轉(zhuǎn)向梯形來保證的。轉(zhuǎn)向輪的回正能力是由轉(zhuǎn)向輪的定位參數(shù)（主銷內(nèi)傾角和主銷后傾角）決定的，同時也受轉(zhuǎn)向系逆效率的影響。轉(zhuǎn)向系逆效率的提高會使回正能力提高，但是會造成“打手”現(xiàn)象。合理的選擇轉(zhuǎn)向梯形的斷開點可以減小轉(zhuǎn)向傳動機構與懸架導向機構的運動干涉。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就是按照駕駛員的意愿控制汽車的行駛方向。增大由轉(zhuǎn)向盤傳到轉(zhuǎn)向節(jié)的力并改變力的傳遞方向，獲得所要求的擺動速度和角度。否則會加速輪胎磨損，并降低汽車的行駛穩(wěn)定性；2） 汽車轉(zhuǎn)向行駛后，在駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤的條件下，轉(zhuǎn)向輪能自動返回到直線行駛位置，并穩(wěn)定行駛；3） 汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪都不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動；4） 轉(zhuǎn)向傳動機構和懸架導向裝置共同工作時，由于運動不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生的擺動應最??；5） 保證汽車有較高的機動性，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力；6） 操縱輕便；7） 轉(zhuǎn)向輪碰撞到障礙物以后，傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能??；10）進行運動校核，保證轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動方向一致。 完 全 靠 駕 駛 員 手力 操 縱 的 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) 稱 為 機 械 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) ； 借 助 動 力 來 操 縱 的 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) 稱 為 動 力 轉(zhuǎn) 向系 統(tǒng) 。 對 于轉(zhuǎn) 向 器 按結構形式可分為多種類型。齒 輪 齒 條 式 轉(zhuǎn) 向 器 :(1)結 構 主 要 由 轉(zhuǎn) 向 齒 輪 、 轉(zhuǎn) 向 齒 條 、 轉(zhuǎn) 向 器 殼 、 調(diào) 整 螺 釘 等 組 成 。蝸桿曲柄指銷式:(1)結 構主 要 由 搖 臂 軸 、 指 銷 、 蝸 桿 等 組 成 。蝸桿具有梯形螺紋，手指狀的錐形指銷用軸承支承在曲柄上，曲柄與轉(zhuǎn)向搖臂軸制成一體。 (2)工 作 過 程這種轉(zhuǎn)向裝置是由齒輪機構將來自轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)力進行減速，使轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)闇u輪蝸桿的旋轉(zhuǎn)運動，滾珠螺桿和螺母夾著鋼球嚙合，因而滾珠螺桿的旋轉(zhuǎn)運安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 9 動變?yōu)橹本€運動，螺母再與扇形齒輪嚙合，直線運動再次變?yōu)樾D(zhuǎn)運動，使連桿臂搖動，連桿臂再使連動拉桿和橫拉桿做直線運動，改變車輪的方向。 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的優(yōu)缺點齒輪齒條轉(zhuǎn)向器是一種最常見的轉(zhuǎn)向器。轉(zhuǎn)向軸帶動小齒輪旋轉(zhuǎn)時，齒條便做直線運動。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器因其結構簡單、價格低廉、質(zhì)量輕、剛性好、使用可靠，近年來在世界，特別是在歐洲得到廣泛的應用，現(xiàn)在除了在轎車上使用外，在轎車上使用外，在輕型汽車、微型汽車、賽車上也得到了推廣。由于齒輪箱小,齒條本身具有傳動桿系的作用,因此,它不需耍循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器上所使用的拉桿。 (3) 滑動和轉(zhuǎn)動阻力小,轉(zhuǎn)矩傳遞性能較好,因此,轉(zhuǎn)向力非常輕。(5) 剛度大，使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的自由行程變小 (6) 可自動補償齒輪和齒條見產(chǎn)生的間隙，并有均勻的固有阻尼。(2) 當采用兩端輸出結構時，轉(zhuǎn)向拉桿長度受到限制，容易與懸架系統(tǒng)導向機構產(chǎn)生跳動干涉。(4) 采用可變速比時，普通工藝較難實現(xiàn)。從目前使用的普遍程度來看，主要的轉(zhuǎn)向器類型有 4 種：有蝸桿指銷式(WP 型)、蝸桿滾輪式(WR 型)、循環(huán)球式(BS 型)、齒輪齒條式(RP 型)。據(jù)了解，在世界范圍內(nèi)，汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占 45％左右，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器占40％左右，蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器占 10％左右，其它型式的轉(zhuǎn)向器占 5％。我國的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)，除早期投產(chǎn)的解放牌汽車用蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器，東風汽車用蝸桿肖式轉(zhuǎn)向器之外，其它大部分車型都采用循環(huán)球式結構，并都具有一定的生產(chǎn)經(jīng)驗。由此看出，我國的轉(zhuǎn)向器也在向大量生產(chǎn)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器發(fā)展。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，逐步占領日本市場，并向全世界銷售它的產(chǎn)品。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 多萬臺。專業(yè)化生產(chǎn)已成為一種趨勢，只有走這條道路，才能使產(chǎn)品質(zhì)量高、產(chǎn)量大、成本低，在市場上有競爭力。傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是機械式的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，汽車的轉(zhuǎn)向由駕駛員控制方向盤，通過轉(zhuǎn)向器等一系列機械轉(zhuǎn)向部件實現(xiàn)車輪的偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)因此進入了電子控制時代，相應的就出現(xiàn)了電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在液壓助力系統(tǒng)基礎上發(fā)展起來的，與液壓助力系統(tǒng)不同的是，電動液壓助力系統(tǒng)中液壓系統(tǒng)的動力來源不是發(fā)動機而是電機，由電機驅(qū)動液壓系統(tǒng)，節(jié)省了發(fā)動機能量，減少了燃油消耗。電子控制裝置可根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)向速率、車速等汽車運行參數(shù)，改變液壓系統(tǒng)助力油壓的大小，從而實現(xiàn)在不同車速下，助力特性的改變。雖然電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)克服了液壓助力轉(zhuǎn)向的一些缺點。 為了規(guī)避電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的缺點，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) EPS（Electric Power Steering）便應時而生。原來由液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向助力由電動機來完成?；竟ぷ髟硎?：當駕駛者轉(zhuǎn)動方向盤帶動轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動時，安裝在轉(zhuǎn)動軸上的轉(zhuǎn)矩傳感器便將轉(zhuǎn)矩信號轉(zhuǎn)化為電信號并傳送至微處理器，微處理器根據(jù)轉(zhuǎn)矩信號并結合車速等其他車輛運行參數(shù)，按照事先在程序中設定的處理方法得出助力電動機助力的方向和助力的大小。此后，電動助力轉(zhuǎn)向技術得到迅速發(fā)展，其應用范圍已經(jīng)從微型轎車向大型轎車和客車方向發(fā)展。根據(jù)該車型對于市場的定位及對制造成本的考慮，同時參考同類車型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，將該車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設計為一款機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，對轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)做簡單分析，并進行轉(zhuǎn)向器零件設計、整體設計，同時按以下步驟對轉(zhuǎn)向器及零部件進行設計方案論證：第一步對所選的轉(zhuǎn)向器總成進行剖析；第二部利用所學的知識對總成中的零部件進行力學分析和分析；第三步對分析中發(fā)現(xiàn)的不合理的設計進行改進。根據(jù)原地轉(zhuǎn)向的試驗結果總結出來的經(jīng)驗計算公式為 [1] PGW31?? (21)式中 wM轉(zhuǎn)向阻力矩（N1=55%*1210*=輪胎氣壓，取 aMP則 GMW31??= N轉(zhuǎn)向系的傳動比包括力傳動比 pi和角傳動比 woi。通常轎車的 a值在 0．4～0．6 倍輪胎的胎面寬度尺寸范圍內(nèi)選取。選用選用大的直徑尺寸時，會使駕駛員進出駕駛室感到困難。從式(26)可以看出，當轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角（車輪轉(zhuǎn)角） k一定后， woi的大小直接影響輕便性與機動性， woi大轉(zhuǎn)向輕便，但轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動圈數(shù)增加，機動性降低。對于動力轉(zhuǎn)向的汽車，輕便性不成問題，所以 wo取小值。 [2]則 pi= ?Rwo (27)安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 14 轉(zhuǎn)向系的角傳動比 woi： 轉(zhuǎn)向系角傳動比指轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和駕駛員同側的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角之比，它由轉(zhuǎn)向器角傳動比 wi和轉(zhuǎn)向傳動裝置角傳動比 39。 (28)轉(zhuǎn)向器角傳動比等于轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向角 ?和轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向臂軸的轉(zhuǎn)角 p?之比wi= p? (29)轉(zhuǎn)向傳動裝置的角傳動比等于轉(zhuǎn)向臂軸的轉(zhuǎn)角 之比39。 則 pi=*190/90= 動力缸的設計計算根據(jù)轉(zhuǎn)向橫拉桿與車輪之間的垂直距離 L= 計算得：F= LMw=式中：F 為轉(zhuǎn)向橫拉桿上的理論推力。安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 15 在動力缸的計算中需確定其缸直徑、活塞行程活塞桿直徑以及缸筒壁厚。（1）缸徑 cD的計算 由上面可知，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要求動力缸所提供的動力為 2900N，動力缸的缸徑尺寸c可由作用在活塞上的力的平衡計算，得 c= ??pFd （212）式中：P 為供油壓力， MPa，設計時取 P=13MPa；d 為活塞桿直徑；F 為液壓缸理論推力。（2）活塞的設計計算活塞的寬度一般為活塞外徑的 ～ 倍，但本次設計采用一道密封環(huán)形，在所選厚度滿足強度的條件下，可以放窄一點?；钊耐鈴脚浜弦话悴捎?H7/f9 的配合公差帶，外徑和內(nèi)徑的同軸度公差不大于，端面與軸線的垂直公差度公差不大于 ,外表面的圓度和圓柱度一般不大于外徑公差的一半，表面粗糙度視結構不同而各異，材料用和活塞相同的材料 45號鋼。 為活塞桿行程；b 為活塞寬度。（4）動力缸殼體壁厚 t 的設計計算根據(jù)缸體在橫斷平面內(nèi)的拉伸強度條件和在軸向平面內(nèi)的拉伸強度條件，計算出缸的壁厚，取計算結果大的一個安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 16 ????????????????ntDPtpscz scr ??2241 (213)式中： p為缸內(nèi)壓力，取 max =13MP。殼體采用鑄造鋁合金 ZL105，抗拉強度為 500MPa，屈服點為 160～230MPa。 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設計計算對具體零件的設計計算，期中齒輪的設計時依據(jù)參數(shù)的確定，通過對齒面接觸應力、齒根彎曲應力的計算來校核其強度，從而確定具體尺寸。 主要設計參數(shù)的選擇 名稱 代號 數(shù)值