【正文】 (41) Fr= (42) Fx= (43) Fn = (44)式中 ——齒輪軸分度圓螺旋角； ——法面壓力角。 齒條齒面的法向力： Fn= =齒條齒部受到的切向力： = (45) 齒條齒部彎曲強度的計算齒條的單齒彎曲應力： （46）式中： ——齒條齒面切向力； b—— 危險截面處沿齒長方向齒寬； ——齒條計算齒高 ； S ——危險截面齒厚；從上面條件可以計算出齒條齒根彎曲應力： （47）上式計算中只按嚙合的情況計算的，即所有外力都作用在一個齒上了，（理論計算值），在嚙合過程中至少有2對齒同時嚙合，因此每個齒的彎曲應力應分別降低一倍[5]，則 = 413N/mm （48）齒條的材料是45制造，因此：抗拉強度 735N/mm (沒有考慮熱處理對強度的影響)。又滿足了齒面接觸強度，符合本次設計的具體要求。 齒輪的計算載荷為了便于分析計算，通常取沿齒面接觸線單位長度上所受的載荷進行計算。法向載荷Fn 為公稱載荷，在實際傳動中，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，會使法面載荷增大。因此在計算載荷的強度時，應按接觸線單位長度上的最大載荷，即計算Pca （單位N/mm）進行計算。載荷系數(shù)K包括：使用系數(shù)，動載系數(shù)，齒間載荷分配系數(shù)及齒向載荷分布數(shù)，即 K= （412）使用系數(shù)是考慮齒輪嚙合時外部裝置引起的附加動載荷影響的系數(shù)，=；動載系數(shù)，齒輪傳動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，因此引入了動載系數(shù)，=，齒間載荷系數(shù)，齒輪的制造精度7級精度， =。齒輪與齒條的傳動比 u , u趨近于無窮 （421）所以 = MPa小齒輪接觸疲勞強度極限 = 1000 MPa，應力循環(huán)次數(shù)N = 210，所以 = 。 齒輪齒根彎曲疲勞強度計算齒輪受載時，齒根所受的彎矩最大，因此齒根處的彎曲疲勞強度最弱。根據分析，齒根所受的最大彎矩發(fā)生在輪齒嚙合點位于單對齒嚙合最高點時。斜齒輪嚙合過程中，接觸線和危險截面位置在不斷的變化，要精確計算其齒根應力是很難的，只能近似的按法面上的當量直齒圓柱齒輪來計算其齒根應力。 校核齒根彎曲強度σ= (424)求得 彎曲強度最小安全系數(shù)，=；彎曲疲勞許用應力為 (425)——彎曲疲勞壽命系數(shù)，= 。所以 σ 。綜上所述，齒輪設計滿足設計的強度要求。=2；N；N(1) 畫軸的受力簡圖圖42 軸的受力簡圖(2) 計算支承反力在垂直面上 (426)N (427)在水平面上 N(3) 畫彎矩圖()在水平面上，aa剖面左側、右側 Nmm (429)aa剖面右側 Nmm (431)aa剖面右側 Nmm (433) 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。aa截面左側 (434) (435) 軸的疲勞強度安全系數(shù)校核查得MPa， MPa，MPa， aa截面左側 (436)查得；查得[5]絕對尺寸系數(shù)軸經磨削加工，查得質量系數(shù)β=。同時，為了達到總體布置要求的最小轉彎直徑值，轉向輪應有足夠大的轉角。轉向梯形有整體式和斷開式兩種，選擇整體式或斷開式轉向梯形方案與懸架采用何種方案有聯(lián)系。同時，為達到總體布置要求的最小轉彎直徑值，轉向輪應有足夠大的轉角[3]。 要使轉向順利，車輪在地面純滾動而不產生側偏，必須使所有車輪繞同一瞬時轉動中心滾動即所謂的阿克曼(Ackerman)理論轉向特性[14]。圖 本設計采用的是斷開式的轉向梯形結構。為了使左、右轉向車輪偏轉角之間的關系能滿足這一汽車轉向運動學的要求，則要由轉向傳動機構中的轉向梯形機構的精確設計來保證[11]。轉向傳動機構的各元件間采用球形鉸接，球形鉸接的主要特點是能夠消除由于鉸接處的表而磨損而產生的間隙，也能滿足兩鉸接件間復雜的相對運動。而且應采用有效結構措施保持住潤滑材料及防止灰塵污物進入。允許采用中碳鋼40或45制造并經高頻淬火處理，球銷的過渡圓角處則用滾壓工藝增強。 轉向橫拉桿尺寸參數(shù)轉向橫拉桿與梯形轉向桿系的相似。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。轉向橫拉桿端部與外端用螺紋聯(lián)接。側面螺母將橫拉桿外端與橫拉桿鎖緊。作為PLM協(xié)同解決方案的一個重要組成部分，它可以幫助制造廠商設計他們未來的產品，并支持從項目前階段、具體的設計、分析、模擬、組裝到維護在內的全部工業(yè)設計流程。CATIA產品基于開放式可擴展的V5架構。自1999年以來，市場上廣泛采用它的數(shù)字樣機流程，從而使之成為世界上最常用的產品開發(fā)系統(tǒng)。 齒輪齒條式轉向系統(tǒng)的主要部件 CATIA 三維設計齒輪軸的三維設計重點在于斜齒輪的輪齒畫法。圖61 齒輪軸齒條的三維設計齒條的設計主要是輪齒造型以及陣列。另外CATIA軟件三維圖不顯示螺紋。如要三維效果可以用曲面設計中的螺旋線結合實體造型中的實體掃略構造出螺紋效果。圖62 齒條齒輪齒條安裝殼體齒輪齒條安裝殼體的三維建模中，在齒輪和齒條嚙合的部位構造比較復雜，互相貫穿而又不是平行垂直的關系，有一定角度的貫通體的建模主要是參考平面的選取。圖64 橫拉桿總成 電機圖65 電機齒輪齒條式轉向器總成裝配及渲染圖66 總裝總結結論電動車無污染，噪聲低，能源效率高，多樣化，結構簡單，使用維修方便等優(yōu)點預示著它將成為新世紀交通工具。轉向系是用來保持或者改變汽車行駛方向的機構，在汽車轉向行駛時，保證各轉向輪之間有協(xié)調的轉角關系。其計算結果符合設計要求，并且滿足強度條件。參考文獻參考文獻1 胡驊/宋慧，電動汽車，人民交通出版社，20062 陳家瑞，汽車構造，機械工業(yè)出版社,19973 袁凱，四輪獨立轉向汽車高速時操縱穩(wěn)定性的研究，2002014 余志生，汽車理論（第4版），機械工業(yè)出版社，2009 5 劉惟信，汽車設計，清華大學出版社，20016 張洪欣，汽車底盤設計，機械工業(yè)出版社，19987 王望予，汽車設計，機械工業(yè)出版社，20078 安子軍，機械原理，國防工業(yè)出版社，20099 徐立忠，機械設計，中國標準出版社，200910 徐灝等，機械設計手冊，機械工業(yè)出版社，199511 張國忠著，現(xiàn)代設計方法在汽車設計中的應用，東北大學出版社，200212 《汽車工程手冊》編輯委員會編，汽車工程手冊設計篇，人民交通出版社，200113 賈春玉等，畫法幾何與機械制圖，中國標準出版社，200814 邵曉榮，互換性與測量技術，中國標準出版社，200715 任桓山，現(xiàn)代汽車概論，人民交通出版社，200516 張秀彬，汽車智能化技術原理，上海交通大學出版社，201117 龔溎義，課程設計圖冊（第3版），高等教育出版社，1989 18 楊樹松，電動助力轉向系統(tǒng)助力轉矩控制策略研究，20110119 Kai Yao, Youjun Wang, Zhongmin Hou, Xiaowen Zhang. Optimum Design and Calculation Technology Steering Trapezium , 2008 Interaction Conference on Intelligent Computation Technology and Automation. 2010(1)20 Moriwaki,K, On automatic motion control with optimization ,ICE 2003 Annual Conference. 2002,(8).85 致謝致謝論文結束之際，謹向我的導師張潤生授致以崇高的敬意和衷心的感謝。導師嚴肅的科學精神和以身作則的工作態(tài)度使我倍受感染今生難忘的四年大學時光。同時，導師高尚的思想品德和厚德求實的人生態(tài)度教會了我很多做人的道理，使我受益終生。感謝支持我、鼓勵我的同學，很榮幸能和你們共度這附錄1 開題報告附錄1 開題報告燕山大學本科畢業(yè)設計論文開題報告課題名稱：電動車前輪及前轉向系統(tǒng)設計 學院（系）： 車輛與能源學院 年級專業(yè)： *** 學生姓名： ** 指導教師： ** 完成日期： 2013年3月15日 一、綜述本課題國內外發(fā)展狀況及趨勢 1. 國外發(fā)展狀況2002年，中國轎車產銷量因超過40%的增長而被稱為“中國轎車元年”。統(tǒng)計資料顯示，中國從1994年已開始成為石油純進口國。另據聯(lián)合國調查，世界上污染最嚴重的10個城市中有7個在中國。面對嚴重的形勢，中國政府與世界其他國家一樣，也在為傳統(tǒng)內燃機汽車尋找新的出路。這個專項中的一個重要措施就是在廣東汕頭建立了“國家電動汽車試驗示范區(qū)”。中國汽車需求的發(fā)展對整個世界汽車需求發(fā)展有重要影響。幾乎所有主要汽車公司都有與中國建立合作關系或在中國開設分部。其他一些國外汽車制造商如福特、現(xiàn)代、大宇等，因為進入稍晚，起初只是與中國廠家合作生產汽車部件，隨后才被允許組裝汽車。每輛車每天的汽油消費量隨經濟發(fā)展而減少，這種現(xiàn)象并不奇怪，因為它遵循了很多其他國家先前的石油消費發(fā)展規(guī)律。經濟的快速發(fā)展和汽車擁有率的顯著增長都在很大程度上影響了汽油消費的平均增長率。由于缺乏交通運輸燃料合適替代品，石油需求仍會增加。一些預測估計，這種快速的增長還會在近幾年繼續(xù)，預期平均每年6．6％的增長率會持續(xù)到2020年。從19781999年，中國汽車擁有率平均每年增加15％，這意味著汽車總量每5年就要翻一番。中國正處于汽車擁有率加速增長的時期。由于數(shù)據不完整，我們在這里只能對中國短時間內的汽車擁有率情況作較為粗略了分析。主要原因是由于各種類別的蓄電池，普遍存在價格高、壽命短、 外形尺寸和重量大、充電時間長、安全性差等嚴重缺點。根據實際裝車時的循環(huán)壽命和市場價格，可估算出電動汽車從各種動力電池上每取出Ikwh（1度）電能所必須付出的費用。 目前國內市場上用柴油機發(fā)電，價格大致為5元/kwh，若用汽油機發(fā)電，供電價格估計為6元/kwh，即從鉛酸電池提供電能的價格大致和柴油機發(fā)電價格相近，僅僅從取得能量的成本來考慮，采用鉛酸電池比汽油機和柴油機驅動有一定價格優(yōu)勢，但是由于它太過笨重，充電時間又長，因此只被廣泛用于車速小于50km／h的各種場地車、高爾夫球車、垃圾車、叉車以及電動自行車上。鎳氫電池的主要優(yōu)點是相對壽命較長，但是由于鎳金屬占其成本的60％，導致鎳氫電池價格居高不下。美國USA123在2005年制定的鋰離子電池技術發(fā)展目標如表2所示。目前已有許多發(fā)達國家將鋰離子電池作為電動汽車用動力電池的主攻方向。 、外接充電式混合動力汽車(Plug In) 外接充電式混合動力汽車是最新的一代混合動力汽車類型，近年來受到各國政府、汽車企業(yè)和研究 機構的普遍關注，國內外專家認為，PHEV有望在幾年后得到廣泛的推廣使用。PHEV特別適合于一周有5天僅駕車用于上下班，行駛里程50～90km之間的工薪族使用。所以PHEV的電池容量一般達5～ l0kwh，約是純電動汽車電池容量的30～50％，是一般混合動力汽車電池容量的3～5倍，可以說它是介于混 合動力汽車與純電動汽車之間的一種過渡性產品。由于動力電池容量的加大，并且還要增加專用的充電機設備，每輛車的售價至少比一般HEV高2000 美元左右。20世紀60年代，研發(fā)出了液氫和液氧 發(fā)電的燃料電池，由美國首先用于航天和軍事用途。各大跨國汽車公司紛紛投入巨資，研發(fā)出了 各種類型的燃料電池電動汽車(FCEV)。氫還是化學元素中質量最輕、導熱性和燃燒性最 好的元素； (5)氫的熱值很高，lkg氫和3．8L汽油的熱值相當。由于其中如質子交換膜、炭紙、鉑金屬催化劑、高純度石墨粉、氫回收 泵、增壓空氣泵等關鍵部件均依靠進口，所以與國外相比，并沒有成本優(yōu)勢； 二、研究的基本內容，擬解決的主要問題 1. 轉向系統(tǒng)和前輪總成的設計及布置。三、研究步驟、方法及措施 1. 完成調研，查詢資料。3. 繪出前輪及轉向系統(tǒng)的布置圖完成部分結構圖。，查閱資料，撰寫開題報告和文件綜述，翻譯外文資料。，準備