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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
輕型貨車液壓轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)
院系名稱： 汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)班級(jí)： 車輛工程BW07-3
學(xué)生姓名： 王偉
指導(dǎo)教師： 田芳
職 稱： 實(shí)驗(yàn)師
黑 龍 江 工 程 學(xué) 院
二○一一年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
The Design for Vans Hydraulic Steering Gear
Candidate：wangwei
Specialty：Construction Machinery
Class: BW07-3
Supervisor：Tianfang
Heilongjiang Institute of Technology
2011-06·Harbin
摘 要
本設(shè)計(jì)是一款輕型貨車的轉(zhuǎn)向器。通過有關(guān)資料對(duì)轉(zhuǎn)向器的分類,結(jié)構(gòu)性能，工作原理，發(fā)展方向做一系列的調(diào)查了解，決定本設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向器，主要是根據(jù)汽車的類型、前軸負(fù)荷、使用條件等來決定，并要考慮其效率特性、角傳動(dòng)比變化特性等對(duì)使用條件的適應(yīng)性以及轉(zhuǎn)向器的其他性能、壽命、制造工藝等。
設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括總體設(shè)計(jì)方案的確定、主要性能參數(shù)的確定、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的尺寸計(jì)算和齒輪齒條的幾何傳動(dòng)關(guān)系計(jì)算，對(duì)齒輪齒條進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算并進(jìn)行了校核，其中著重對(duì)主動(dòng)小齒輪的齒根彎曲強(qiáng)度進(jìn)行了校核。最后查閱有關(guān)資料對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力輔助液壓裝置的相關(guān)設(shè)計(jì)，主要對(duì)液壓動(dòng)力缸直徑的計(jì)算，分配閥和反作用閥有關(guān)參數(shù)的確定，油罐容積和油泵排量的設(shè)計(jì)等，根據(jù)計(jì)算利用AutoCAD畫出裝配圖和零件圖。
關(guān)鍵詞：輕型貨車；轉(zhuǎn)向器；齒輪齒條；轉(zhuǎn)向助力；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
Abstract
This design is a light wagon steering gear. Through the relevant material to the classification of steering gear, structure performance, principle of work, doing a series of development direction, decided to investigate the design of steering gear, mainly based on the type, front axle load, use conditions to decide, and should consider its efficiency characteristics, Angle changes to use characteristics of transmission ratio of the conditions of the adaptability and other properties, life the products, manufacturing process, etc.
Design of the main content including overall design scheme, the main property parameter determination of the determination of the size of the steering gear, gear rack calculation and super-modulus gear geometry calculation of gear transmission relations, the designing calculation rack and checks, which focuses on the initiative of the small gear tooth root bending strength check. Finally consult relevant material to the auxiliary power of hydraulic equipment related design, mainly to the hydraulic power cylinder the diameter of the calculation, and adverse effect on distributing valve valve of parameters, volume and oil pump oil tank displacement of design, according to the calculated using AutoCAD draw assembly drawings and drawing.
Keywords: Vans, Redirector; Rack-and pinion; Steering system.
目 錄
摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract …………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章 緒論……………………………………………………………………………1
1.1研究的目的意義……………………………………………………………1
1.2轉(zhuǎn)向器的發(fā)展現(xiàn)狀……………………………………………………………1
1.3 確定設(shè)計(jì)方案……………………………………………………………………5
1.4 本章小結(jié)…………………………………………………………………………7
第2章 主要性能參數(shù)的確定………………………………………………………9
2.1確定轉(zhuǎn)向盤直徑…………………………………………………………………9
2.2計(jì)算轉(zhuǎn)向系效率…………………………………………………………………9
2.3計(jì)算轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比………………………………………………………………11
2.4 本章小結(jié)…………………………………………………………………………12
第3章 轉(zhuǎn)向器機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………13
3.1 齒輪齒條尺寸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)………………………………………………………13
3.2齒輪齒條幾何傳動(dòng)的關(guān)系………………………………………………………14
3.3齒輪強(qiáng)度的校核………………………………………………………………16
3.4 本章小結(jié)…………………………………………………………………………26
第4章 轉(zhuǎn)向器液壓動(dòng)力輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………………………………………27
4.1液壓動(dòng)力缸直徑設(shè)計(jì)……………………………………………………………27
4.2分配閥有關(guān)參數(shù)確定……………………………………………………………28
4.3反作用閥和回位彈簧參數(shù)確定…………………………………………………29
4.4油罐容積和油泵排量設(shè)計(jì)………………………………………………………30
4.5結(jié)論………………………………………………………………………………30
結(jié)論………………………………………………………………………………………31
參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………32
致謝………………………………………………………………………………………33
附錄A………………………………………………………………………………………34
附錄B………………………………………………………………………………………36
IV
第1章 緒 論
1.1研究的目的和意義
汽車上用來改變或恢復(fù)其行駛方向的專設(shè)機(jī)構(gòu)稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來改變汽車行駛方向和保持汽車直線行駛的機(jī)構(gòu)。
轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)主要由轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱等組成。轉(zhuǎn)向器將轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)檗D(zhuǎn)向搖臂的擺動(dòng)或齒條軸的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并對(duì)轉(zhuǎn)向操縱力進(jìn)行放大的機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)向器一般固定在汽車車架或車身上，轉(zhuǎn)向操縱力通過轉(zhuǎn)向器后一般還會(huì)改變傳動(dòng)方向。
早期的汽車轉(zhuǎn)向是用舵柄或橫桿(即一種兩端帶有手柄的水平桿)進(jìn)行操縱，轉(zhuǎn)向比是1：1，因而汽車轉(zhuǎn)向時(shí)的操作是很吃力的。后來，帶有齒輪減速比的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)很快被推廣使用，但是，這種機(jī)構(gòu)的方向盤不象舵柄或橫桿要置放在汽車中線的位置，而是要置放在汽車的左邊或右邊，這樣觸發(fā)了方向盤位置的爭(zhēng)論。這場(chǎng)爭(zhēng)論曠日持久，導(dǎo)致了今天的汽車分成了兩大類方向盤裝置法：一類以美國，中國，俄羅斯等世界上大多數(shù)國家和地區(qū)采用的左置方向盤，實(shí)行右上左下的汽車行駛規(guī)則；另一類以英國及英聯(lián)邦，日本等少數(shù)國家和地區(qū)采用的右置方向盤，實(shí)行右下左上的汽車行駛規(guī)則。
幾十年來，汽車都使用蝸桿扇形齒輪轉(zhuǎn)向器，現(xiàn)在的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器也是這種轉(zhuǎn)向器的一種變型，轎車也經(jīng)常使用。在這種轉(zhuǎn)向器中，蝸桿與扇形齒輪之間嵌入了鋼珠，大大降低了摩擦力，使汽車的轉(zhuǎn)向操縱變得比較輕松。
1.2轉(zhuǎn)向器的發(fā)展現(xiàn)狀
由于汽車轉(zhuǎn)向器屬于汽車系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，它在汽車系統(tǒng)中占有重要位置，因而它的發(fā)展同時(shí)也反映了汽車工業(yè)的發(fā)展，它的規(guī)模和質(zhì)量也成為了衡量汽車工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。
近年來隨著我過汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，作為汽車的重要安全部件—汽車轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)水平也有了很大的提高。在汽車轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)行業(yè)里，70年代推廣循環(huán)球轉(zhuǎn)向器，80年代開發(fā)和推廣了循環(huán)球變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向器，到了90年代，駕駛員對(duì)汽車轉(zhuǎn)向器性能的要求有了進(jìn)一步的提高，要求轉(zhuǎn)向更輕便，操縱更靈敏。隨著汽車的高速比和超低壓扁輪胎的通用化，過去的采用循環(huán)球轉(zhuǎn)向器和循環(huán)球變傳比轉(zhuǎn)向器只能相對(duì)的解決轉(zhuǎn)向輕便性和操縱靈敏性問題，現(xiàn)在雖然轉(zhuǎn)向器以向動(dòng)力轉(zhuǎn)向發(fā)展，但大部分汽車還應(yīng)用機(jī)械型轉(zhuǎn)向器，如何改進(jìn)轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)，使之更加適合駕駛者，是最重要的，因此還需不斷改進(jìn)。
充分考慮安全性、輕便性隨著汽車車速的提高，駕駛員和乘客的安全非常重要，目前國內(nèi)外在許多汽車上已普遍增設(shè)能量吸收裝置，如防碰撞安全轉(zhuǎn)向柱、安全帶、安全氣囊等，并逐步推廣。從人類工程學(xué)的角度考慮操縱的輕便性，已逐步采用可調(diào)整的轉(zhuǎn)向管柱和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
低成本、低油耗、大批量專業(yè)化生產(chǎn)隨著國際經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的惡化，石油危機(jī)造成經(jīng)濟(jì)衰退，汽車生產(chǎn)愈來愈重視經(jīng)濟(jì)性，因此，要設(shè)計(jì)低成本、低油耗的汽車和低成本、合理化生產(chǎn)線，盡量實(shí)現(xiàn)大批量專業(yè)化生產(chǎn)。對(duì)零部件生產(chǎn)，特別是轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，更表現(xiàn)突出。
作為汽車的一個(gè)重要組成部分，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是決定汽車主動(dòng)安全性的關(guān)鍵總成，如何設(shè)計(jì)汽車的轉(zhuǎn)向特性，使汽車具有良好的操縱性能，始終是各汽車生產(chǎn)廠家和科研機(jī)構(gòu)的重要研究課題。特別是在車輛高速化、駕駛?cè)藛T非職業(yè)化、車流密集化的今天，針對(duì)更多不同水平的駕駛?cè)巳?，汽車的操縱設(shè)計(jì)顯得尤為重要。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)3個(gè)基本發(fā)展階段。
機(jī)械式的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由于采用純粹的機(jī)械解決方案，為了產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)向扭矩需要使用大直徑的轉(zhuǎn)向盤，這樣一來，占用駕駛室的空間很大，整個(gè)機(jī)構(gòu)顯得比較笨拙，駕駛員負(fù)擔(dān)較重，特別是重型汽車由于轉(zhuǎn)向阻力較大，單純靠駕駛員的轉(zhuǎn)向力很難實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，這就大大限制了其使用范圍。但因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低廉，目前在一部分轉(zhuǎn)向操縱力不大、對(duì)操控性能要求不高的微型轎車、農(nóng)用車上仍有使用。
齒條齒輪式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已成為汽車、小型貨車及SUV上普遍使用的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)類型。 其工作機(jī)制非常簡(jiǎn)單。齒條齒輪式齒輪組被包在一個(gè)金屬管中，齒條的各個(gè)齒端都突出在金屬管外,并用橫拉桿連在一起 。
轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，齒輪就會(huì)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)齒條運(yùn)動(dòng)。齒條各齒端的橫拉桿連接在轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)向臂上。
齒條齒輪式齒輪組有兩個(gè)作用：
1、將方向盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成車輪轉(zhuǎn)動(dòng)所需的線性運(yùn)動(dòng)。
2、提供齒輪減速功能，從而使車輪轉(zhuǎn)向更加方便。
在大多數(shù)汽車中，一般要將方向盤旋轉(zhuǎn)三到四周，才能讓車輪從一個(gè)鎖止位轉(zhuǎn)到另一個(gè)鎖止位（從最左側(cè)轉(zhuǎn)到最右側(cè)）。
齒輪齒條方式的最大特點(diǎn)是剛性大，結(jié)構(gòu)緊湊重量輕，且成本低。由于這種方式容易由車輪將反作用力傳至轉(zhuǎn)向盤，所以具有對(duì)路面狀態(tài)反應(yīng)靈敏的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也容易產(chǎn)生打手和擺振等現(xiàn)象。齒輪與齒條直接嚙合，將齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為齒條的直線運(yùn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)向拉桿橫向拉動(dòng)車輪產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。齒輪并非單純的平齒輪，而是特殊的螺旋形狀，這是為了盡量減小齒輪與齒條之間的嚙合間隙，使轉(zhuǎn)向盤的微小轉(zhuǎn)動(dòng)能夠傳遞到車輪，提高操作的靈敏性，也就是我們通常所說的減小方向盤的曠量。不過齒輪嚙合過緊也并非好事，它使得轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)的操作力過大，人會(huì)感到吃力。
循環(huán)球式這種轉(zhuǎn)向裝置是由齒輪機(jī)構(gòu)將來自轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)力進(jìn)行減速，使轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)闇u輪蝸桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，滾珠螺桿和螺母夾著鋼球嚙合，因而滾珠螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，螺母再與扇形齒輪嚙合，直線運(yùn)動(dòng)再次變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使連桿臂搖動(dòng)，連桿臂再使連動(dòng)拉桿和橫拉桿做直線運(yùn)動(dòng)，改變車輪的方向。
循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器又有兩種結(jié)構(gòu)型式，即常見的循環(huán)球-齒條齒扇式和另一種即循環(huán)球曲柄銷式。它們各有兩個(gè)傳動(dòng)副，前者為：螺桿、鋼球和螺母?jìng)鲃?dòng)副以及落幕上的齒條和搖臂軸上的齒扇傳動(dòng)副；后者為螺桿、鋼球和螺母?jìng)鲃?dòng)副以及螺母上的銷座與搖臂軸的錐銷或球銷傳動(dòng)副。兩種結(jié)構(gòu)的調(diào)整間隙方法均是利用調(diào)整螺栓移動(dòng)搖臂軸來進(jìn)行調(diào)整。
循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由螺桿和螺母共同形成的螺旋槽內(nèi)裝有鋼球構(gòu)成的傳動(dòng)副，以及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動(dòng)副組成。
循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)效率高、工作平穩(wěn)、可靠，螺桿及螺母上的螺旋槽經(jīng)滲碳、淬火及磨削加工，耐磨性好、壽命長。齒扇與齒條嚙合間隙的調(diào)整方便易行，這種結(jié)構(gòu)與液力式動(dòng)力轉(zhuǎn)向液壓裝置的匹配布置也極為方便。所以循環(huán)球轉(zhuǎn)向器憑借這些特點(diǎn)在汽車中得到了廣泛應(yīng)用。
齒輪齒條的優(yōu)點(diǎn)：
1、構(gòu)造筒單,結(jié)構(gòu)輕巧。由于齒輪箱小,齒條本身具有傳動(dòng)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。
2、因齒輪和齒條直接嚙合,操縱靈敏性非常高。
3、滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)阻力小,轉(zhuǎn)矩傳遞性能較好,因此,轉(zhuǎn)向力非常輕。
4、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)總成完全封閉,可免于維護(hù)。
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％。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器一直在穩(wěn)步發(fā)展。在西歐小客車中，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器有很大的發(fā)展。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)。大、小型貨車大都采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，但齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器也有所發(fā)展。微型貨車用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占65％，齒條齒輪式占 35％。綜合上述對(duì)有關(guān)轉(zhuǎn)向器品種的使用分析，得出以下結(jié)論：
循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，已成為當(dāng)今世界汽車上主要的兩種轉(zhuǎn)向器；而蝸輪蝸桿式轉(zhuǎn)向器和蝸桿肖式轉(zhuǎn)向器，正在逐步被淘汰或保留較小的地位。
在小客車上發(fā)展轉(zhuǎn)向器的觀點(diǎn)各異，美國和日本重點(diǎn)發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，比率都已達(dá)到或超過90％；西歐則重點(diǎn)發(fā)展齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，比率超過50％，法國已高達(dá)95％。
由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的種種優(yōu)點(diǎn)，在小型車上的應(yīng)用(包括小客車、小型貨車或客貨兩用車)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展；而大型車輛則以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為主要結(jié)構(gòu)。
動(dòng)力轉(zhuǎn)向是發(fā)展方向。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛，不僅在重型汽車上必須裝備，在高級(jí)轎車上應(yīng)用的也較多，在中型汽車上的應(yīng)用也逐漸推廣。主要是從減輕駕駛員疲勞，提高操縱輕便性和穩(wěn)定性出發(fā)。雖然帶來成本較高和結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，但由于優(yōu)點(diǎn)明顯，還是得到很快的發(fā)展動(dòng)力轉(zhuǎn)向有3種形式：整體式、半分置式及聯(lián)閥式動(dòng)力轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)。目前3種形式各有特點(diǎn)，發(fā)展較快，整體式多用于前橋負(fù)荷3～8t汽車，聯(lián)閥式多用于前橋負(fù)荷5-18t汽車，半分置式多用于前橋負(fù)荷6t以上到超重型汽車。從發(fā)展趨勢(shì)上看，國外整體式轉(zhuǎn)向器發(fā)展較快，而整體式轉(zhuǎn)向器中轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)是目前發(fā)展的方向。
動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)是利用外部動(dòng)力協(xié)助司機(jī)輕便操作轉(zhuǎn)向盤的裝置。隨著最近汽車發(fā)動(dòng)機(jī)馬力的增大和扁平輪胎的普遍使用，使車重和轉(zhuǎn)向阻力都加大了，因此動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)越來越普及。值得注意的是，轉(zhuǎn)向助力不應(yīng)是不變的，因?yàn)樵诟咚傩旭倳r(shí)，輪胎的橫向阻力小，轉(zhuǎn)向盤變得輕飄，很難捕捉路面的感覺，也容易造成轉(zhuǎn)向過于靈敏而使汽車不易控制。所以在高速時(shí)要適當(dāng)減低動(dòng)力，但這種變化必須平順過度。
1.液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置
液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，利于改善轉(zhuǎn)向操作感覺，但液體流量的增加會(huì)加重泵的負(fù)荷，需要保持怠速旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)。它使汽車在低速行駛或車輛就位時(shí)，駕駛員只需用較小的操作力就能靈活進(jìn)行轉(zhuǎn)向;而在高速行駛時(shí)，則自動(dòng)控制，使操作力逐漸增大，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定操縱。雖然這種轉(zhuǎn)向器具有很多優(yōu)點(diǎn)，在目前的技術(shù)水準(zhǔn)下它仍然存在某些不足之處，例如助力較小等;因此，目前液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器仍然占據(jù)著很大的市場(chǎng)份額，其性能也在不斷地提高。對(duì)于液壓助力型動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的研究有著非常深遠(yuǎn)的意義.
2.電動(dòng)式動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置
電動(dòng)式動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置是最新形式的轉(zhuǎn)向裝置，由于它節(jié)能，故受到人們的重視。它是利用蓄電池轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生推力。由于不直接使用發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，所以大大降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率損失(液壓式最大損失5-10馬力)，且不需要液壓管路，便于安裝。尤其有利于中置發(fā)動(dòng)機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)的汽車。但目前電動(dòng)式動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置所得動(dòng)力還比不上液壓式，所以只限用于前輪軸輕的中置發(fā)動(dòng)機(jī)后驅(qū)動(dòng)的汽車上。
3.電動(dòng)液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置
即由電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向助力泵并由計(jì)算機(jī)控制的方式，它集液壓式和電動(dòng)式的優(yōu)點(diǎn)于一體。因?yàn)槭怯?jì)算機(jī)控制，所以轉(zhuǎn)向助力泵不必經(jīng)常工作，節(jié)省了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。這種方式結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝布置，但液壓產(chǎn)生的動(dòng)力不能太大，所以適用排量小的汽車。
我國轉(zhuǎn)向器制造技術(shù)應(yīng)在吸收國內(nèi)外先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)本國國情，加快發(fā)展，主要發(fā)展目標(biāo)有以下幾個(gè)方面：
（1）加大軟件開發(fā)和在轉(zhuǎn)向器中的應(yīng)用。引進(jìn)國外高新技術(shù)，改善設(shè)計(jì)過程，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，提高生產(chǎn)效率。
（2）在自力更生研究開發(fā)的同時(shí)，積極引進(jìn)、吸收國外的先進(jìn)技術(shù)與系統(tǒng)，并加以創(chuàng)新，提高加工精度，減小誤差，保證制造產(chǎn)品的合格率。
（3）積極開拓國際市場(chǎng)，加大高新技術(shù)產(chǎn)品在國際市場(chǎng)上的占有率。
（4）既注重技術(shù)創(chuàng)新，又注重其與機(jī)制創(chuàng)新、管理創(chuàng)新的結(jié)合，處理好機(jī)制創(chuàng)新、管理創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)系。要以機(jī)制創(chuàng)新帶動(dòng)管理創(chuàng)新，以管理創(chuàng)新帶動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新。采取有效的協(xié)同研發(fā)方式以及符合市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律的運(yùn)行機(jī)制，組織好本領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)、裝備與軟件系統(tǒng)的研發(fā)，以及研究成果的推廣應(yīng)用。
隨著經(jīng)濟(jì)全球化和我國加入 WTO，我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將有重大調(diào)整，而制造業(yè)在工業(yè)化過程中起著主導(dǎo)作用，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的主要增長點(diǎn)之一，沒有制造業(yè)的提高和發(fā)展，其它產(chǎn)業(yè)也不可能良性發(fā)展，因此制造業(yè)將是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中的主要著力點(diǎn)之一。在此內(nèi)外環(huán)境的影響下，我國轉(zhuǎn)向器制造業(yè)必須充分考慮產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、營銷和服務(wù)各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)發(fā)展，吸收先進(jìn)制造技術(shù)，逐步走上以自主開發(fā)為主的道路，使我國汽車轉(zhuǎn)向器工業(yè)從“轉(zhuǎn)向器制造大國”走向“轉(zhuǎn)向器制造強(qiáng)國”，這是我們面臨的最重要的任務(wù)。
1.3 確定設(shè)計(jì)方案
齒輪齒條轉(zhuǎn)向器有四種形式：中間輸入兩端輸出；側(cè)面輸入兩端輸出；側(cè)面輸入中間輸出；側(cè)面輸入一段輸出。
1、采用側(cè)面輸入兩端輸出時(shí)，轉(zhuǎn)向拉桿長度受到限制，容易與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生干涉。
圖2-1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在轉(zhuǎn)向系中的位置
圖2-2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的布置方案
2、如果齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器采用直齒圓柱齒輪，直齒齒條嚙合，則運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性降低，沖擊大，噪聲增加。齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角只能是直角，所以選擇斜齒。
圖2-3齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器側(cè)面輸入兩端輸出
圖2-4齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器側(cè)面輸入兩端輸出
3、采用側(cè)面輸入中間輸出方案時(shí)拉桿擺動(dòng)角減小，有利于減少車輪上，下跳動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向系與懸架系的干涉。但因結(jié)構(gòu)的關(guān)系會(huì)降低拉桿的強(qiáng)度。經(jīng)綜合考慮選擇側(cè)面輸入兩端輸出的方式并采用斜齒齒輪，齒條。中間輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，其結(jié)構(gòu)及工作原理與兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器基本相同，不同之處在于它在轉(zhuǎn)向齒條的中部用螺栓與左右轉(zhuǎn)向橫拉桿相連。在單端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器上，齒條的一端通過內(nèi)外托架與轉(zhuǎn)向橫拉桿相連。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式之一， 一般有兩級(jí)傳動(dòng)副，第一級(jí)是螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)副，第二級(jí)是齒條齒扇傳動(dòng)副。
為了減少轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)向螺母之間的摩擦，二者的螺紋并不直接接觸，其間裝有多個(gè)鋼球，以實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)摩擦。轉(zhuǎn)向螺桿和螺母上都加工出斷面輪廓為兩段或三段不同心圓弧組成的近似半圓的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圓形斷面的螺旋管狀通道。螺母?jìng)?cè)面有兩對(duì)通孔，可將鋼球從此孔塞入螺旋形通道內(nèi)。轉(zhuǎn)向螺母外有兩根鋼球?qū)Ч?，每根?dǎo)管的兩端分別插入螺母?jìng)?cè)面的一對(duì)通孔中。導(dǎo)管內(nèi)也裝滿了鋼球。這樣，兩根導(dǎo)管和螺母內(nèi)的螺旋管狀通道組合成兩條各自獨(dú)立的封閉的鋼球"流道"。轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過鋼球?qū)⒘鹘o轉(zhuǎn)向螺母，螺母即沿軸向移動(dòng)。同時(shí)，在螺桿及螺母與鋼球間的摩擦力偶作用下，所有鋼球便在螺旋管狀通道內(nèi)滾動(dòng)，形成"球流"。在轉(zhuǎn)向器工作時(shí)，兩列鋼球只是在各自的封閉流道內(nèi)循環(huán)，不會(huì)脫出。在單端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器上，齒條的一端通過內(nèi)外托架與轉(zhuǎn)向橫拉桿相連。
1.4本章小結(jié)
本章詳盡的講述了齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的幾種形式，要想把它做的好，還應(yīng)該做到對(duì)待實(shí)施的新方案，應(yīng)進(jìn)行必要的了解，經(jīng)驗(yàn)證可靠后方可著手正式設(shè)計(jì)。處理好使用與制造之間的關(guān)系，首先應(yīng)滿足使用需求，這是由工藝設(shè)備的特性決定的。轉(zhuǎn)向器對(duì)制造業(yè)提出了越來越高的要求，優(yōu)良的制造、裝配質(zhì)量是提高機(jī)器的工藝性能、工作可靠性和使用壽命所不可缺少的。
第2章 主要性能參數(shù)的確定
表2.1輕型貨車基本參數(shù)
參數(shù)名稱
具體參數(shù)值
傳動(dòng)比
20
軸距
2950㎜
整車裝備質(zhì)量
1760㎏
承載質(zhì)量
815㎏
前后配重
55%，45%
最高時(shí)速
105km/h
轉(zhuǎn)向盤回轉(zhuǎn)總?cè)?shù)
3.5圈
最小轉(zhuǎn)彎直徑
12.5m
轉(zhuǎn)向盤直徑
380 ㎜
2.1確定轉(zhuǎn)向盤直徑
轉(zhuǎn)向盤直徑的選取可在380～550㎜的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)選取。
所以取=380。
2.2計(jì)算轉(zhuǎn)向器效率
轉(zhuǎn)向器正效率η+
影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有：轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。
1．轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與效率，在前述四種轉(zhuǎn)向器中，齒輪齒條式、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率比較高，而蝸桿指銷式特別是固定銷和蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的正效率要明顯的低些。
同一類型轉(zhuǎn)向器，因結(jié)構(gòu)不同效率也不一樣。如蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的滾輪與支持軸之間的軸承可以選用滾針軸承、圓錐滾子軸承和球軸承等三種結(jié)構(gòu)之一。第一種結(jié)構(gòu)除滾輪與滾針之間有摩擦損失外，滾輪側(cè)翼與墊片之間還存在滑動(dòng)摩擦損失，故這種轉(zhuǎn)向器的效率ly+僅有54％。另外兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器效率，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分別為70％和75％。
轉(zhuǎn)向搖臂軸軸承的形式對(duì)效率也有影響，用滾針軸承比用滑動(dòng)軸承可使正或逆效率提高約10％。
2．轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率如果忽略軸承和其它地方的摩擦損失,轉(zhuǎn)向系的效率 計(jì)算由轉(zhuǎn)向器的效率與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率相乘得到，即
（2.1）
正效率計(jì)算公式
（2.2）
轉(zhuǎn)向器逆效率η-
根據(jù)逆效率大小不同，轉(zhuǎn)向器又有可逆式、極限可逆式和不可逆式之分。
路面作用在車輪上的力，經(jīng)過轉(zhuǎn)向系可大部分傳遞到轉(zhuǎn)向盤，這種逆效率較高的轉(zhuǎn)向器屬于可逆式。它能保證轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動(dòng)回正。這既減輕了駕駛員的疲勞，又提高了行駛安全性。但是，在不平路面上行駛時(shí)，車輪受到的沖擊力，能大部分傳至轉(zhuǎn)向盤，造成駕駛員“打手”，使之精神狀態(tài)緊張，如果長時(shí)間在不平路面上行駛，易使駕駛員疲勞，影響安全駕駛。屬于可逆式的轉(zhuǎn)向器有齒輪齒條式和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。
不可逆式轉(zhuǎn)向器，是指車輪受到的沖擊力不能傳到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向器。該沖擊力由轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件承受，因而這些零件容易損壞。同時(shí)，它既不能保證車輪自動(dòng)回正，駕駛員又缺乏路面感覺；因此，現(xiàn)代汽車不采用這種轉(zhuǎn)向器。
極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于上述兩者之間。在車輪受到?jīng)_擊力作用時(shí)，此力只有較小一部分傳至轉(zhuǎn)向盤。它的逆效率較低，在不平路面上行駛時(shí)，駕駛員并不十分緊張，同時(shí)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件所承受的沖擊力也比不可逆式轉(zhuǎn)向器要小。
逆效率計(jì)算公式
(2.3)
式中：為作用在轉(zhuǎn)向盤上的功率；
為轉(zhuǎn)向器中的摩擦功率；
為作用在轉(zhuǎn)向搖臂軸上的功率。
蝸桿類和螺桿類轉(zhuǎn)向器，效率可以用下面的公式計(jì)算：
(
)
r
a
a
h
+
=
+
0
0
tan
tan
（2.4）
（2.5）
式中：為蝸桿或螺桿的導(dǎo)程角，12°；
為摩擦角，；
為摩擦系數(shù)，取=0.04（查相關(guān)文獻(xiàn)淬火鋼對(duì)淬火鋼的摩擦副摩擦系數(shù)=0.03～0.05，選取=0.04）；
則： =arctan0.04
=84﹪
2.3計(jì)算轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比
轉(zhuǎn)向系的操縱應(yīng)十分輕便，轉(zhuǎn)向時(shí)加在轉(zhuǎn)向盤上的切向力不應(yīng)大于150～200N。
取 =150N
汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩
2575×9.8×55﹪=13879N
=686601 N·mm
式中：為輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)，一般取0.7；
為轉(zhuǎn)向阻力矩，單位：N·mm；
為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷，單位：N；
=mgc
m為輕型貨車滿載質(zhì)量，輕型載貨汽車的滿載質(zhì)量為m=（1760+815) ㎏=2575㎏；
為汽車的轉(zhuǎn)向軸載荷分配系數(shù)，輕型載貨汽車的轉(zhuǎn)向軸為前軸，前軸載荷分配系數(shù)為55﹪。
P為輪胎氣壓，MPa；取2.5bar，即0.255MPa。
在靜止?fàn)顟B(tài)下，由于主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器處于非工作狀態(tài)，此時(shí)轉(zhuǎn)向器的工作狀況相當(dāng)于傳統(tǒng)齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。
則齒輪轉(zhuǎn)矩
=·=54.27 N·m （2.6）
轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比
（2.7）
式中：為轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角增量 單位rad；
為齒條位移增量 單位mm；
對(duì)于定傳動(dòng)比的轉(zhuǎn)向器，其角轉(zhuǎn)動(dòng)比公式為：
（2.8）
式中：為齒輪分度圓的半徑，；
為齒輪分度圓的直徑；
（2.9）
輕型貨車轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比應(yīng)在16～32的范圍內(nèi)選取，一般傳統(tǒng)齒輪齒條轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比為20，取=20。
2.4本章小結(jié)
本章對(duì)齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的基本參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，查閱相關(guān)資料并對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行了選取。對(duì)轉(zhuǎn)向系的效率做了詳細(xì)說明。
第3章 轉(zhuǎn)向器機(jī)械部分的設(shè)計(jì)
3.1齒輪齒條幾何尺寸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
主動(dòng)小齒輪應(yīng)該采用斜齒圓柱小齒輪，并采用變位齒輪
法向模數(shù)在2～3mm之間取值，取3mm(GB/T1357—1987)
齒輪的齒數(shù)取 =8
為避免根切，應(yīng)采用變位齒輪，則變位系數(shù)
(3.1)
取法向變位系數(shù) 0.4
齒輪螺旋角多在9°～15°之間，所以取值=15°
壓力角（法向齒形角）取20°
齒寬系數(shù)在0.3～0.6之間，取0.6
齒條的齒寬
=25×0.6=15mm (3.2)
齒輪的齒寬取 32mm
法向模數(shù)
3.10mm (3.3)
端面齒形角和法向齒形角的換算關(guān)系為：
= (3.4)
法向齒形角 20.65°
法向齒頂高系數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值 1
端面齒頂高系數(shù)：
=cos15° (3.5)
法向頂隙系數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值 0.25
端面頂隙系數(shù)
=0.25 cos15° (3.6)
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)直接關(guān)系著生命財(cái)產(chǎn)的安全，屬于保安系統(tǒng)，安全系數(shù)要求較高。轉(zhuǎn)向器扭距低，受到中等沖擊，工作環(huán)境較惡劣，材料選擇十分重要。主動(dòng)小齒輪的材料選用16MnCr5材料，淬火處理，硬度為700HRC，精度等級(jí)為7級(jí)。
齒條采用45鋼，淬火處理殼體采用鋁合金壓鑄
3.2齒輪齒條幾何傳動(dòng)的關(guān)系
分度圓直徑為：
=≈24.8mm (3.7)
取整 =25mm
齒頂高為：
=(1+0.4)3=4.2mm (3.8)
=1×3=3mm
齒根高為：
=(1+0.25－0.4)3=2.55mm (3.9)
=(1+0.25)3=3.75mm
齒高為：
=4.2+2.55=6.75mm (3.10)
=3+3.75=6.75mm （3.11）
齒頂圓直徑為：
=25+2×4.5=34mm （3.12）
齒根圓直徑為：
=25－2×4.2=16.6mm (3.13)
齒距為：
=mm
=mm
齒輪中心到齒條基準(zhǔn)線的距離為：
=mm (3.15)
基圓直徑為：
=25cos20.41°=17.34mm (3.16)
齒頂圓壓力角為：
=arccos50.90° (3.17)
端面重合度為：
1.64
縱向重合度為：
==0.41 (3.18)
總重合度為：
=1.64+0.41=2.05 (3.19)
當(dāng)量齒數(shù)為：
==8.9 (3.20)
齒輪的嚙合角為：
° (3.21)
式中：為齒輪的基圓半徑，
mm (3.22)
為齒輪的節(jié)圓半徑，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)安裝的齒輪，分度圓與節(jié)圓重合，則：
mm
齒條的壓力角為:
=46°
齒條的模數(shù)為:
°=2.8 (3.23)
式中：為齒輪的法向模數(shù)，mm
為齒輪的法向壓力角
齒條的齒數(shù)為;
=33.3 (3.24)
取 =34
齒條的行程為:
2×2π×25=315mm (3.25)
齒條的長度為:
＝34＝332mm (3.26)
取 340mm
3.3齒輪強(qiáng)度校核
為了保證行駛安全，組成轉(zhuǎn)向系的各零件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。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。影響這些力的主要因素有轉(zhuǎn)向軸的負(fù)荷、路面阻力和輪胎氣壓等。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)摩擦阻力等齒輪齒條轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)中的主動(dòng)齒輪應(yīng)采用較高可靠度要求，所以要求強(qiáng)度要高。
最小安全系數(shù)1.60，1.2
1、齒面接觸強(qiáng)度
外嚙合齒輪傳動(dòng)的尺寸:
(3.27)
式中：為常系數(shù)值，取756
為載荷系數(shù)，常用值＝1.2～2，取1.2
為小齒輪的額定轉(zhuǎn)矩
28500N.mm=28.5N.m
為齒寬系數(shù)
為許用接觸應(yīng)力
為齒輪與齒條的齒數(shù)比，
=1485 N/mm2
試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限=1650N/mm2(滲碳淬火鋼，齒輪材料和熱處理質(zhì)量達(dá)到很高要求時(shí)的疲勞極限取值)
23.9mm
25mm符合設(shè)計(jì)要求
2、齒根彎曲強(qiáng)度
齒輪的法向模數(shù)要求：
(3.28)
式中：為常系數(shù)值，取12.4
為許用齒根應(yīng)力，
為實(shí)驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限，查表得=133N/mm2
為復(fù)合齒形系數(shù)，，查表，1.55，1.64
=1.55×1.64=2.542
=0.6mm
mm 合格
從齒從齒輪齒條的受力分析和其運(yùn)動(dòng)關(guān)系來看，汽車在行駛過程中，80%左右為直線行駛，即齒輪和齒條沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)；汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，齒輪齒條有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但其運(yùn)動(dòng)的速度較慢。從齒輪齒條的損壞形式來看，主要是齒輪折斷，受彎曲強(qiáng)度的影響，因此在齒輪齒條強(qiáng)度計(jì)算中可只計(jì)算彎曲強(qiáng)度接觸強(qiáng)度忽略不計(jì)。
1、彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)
齒向載荷分布系數(shù)是考慮沿齒寬載荷分布對(duì)齒根彎曲應(yīng)力的影響?？砂聪率接?jì)算：
(3.29)
式中：為接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)
為冪指數(shù)
(3.30)
式中：為單位齒寬的最大載荷,N/mm
為單位齒寬的平均載荷，N/mm
為分度圓上平均計(jì)算切向力，N
(3.31)
式中：為齒寬，mm
為齒高，mm
則：
0.6
2、彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒間載荷分布系數(shù)
齒間載荷分布系數(shù)：考慮同時(shí)嚙合的各對(duì)輪齒間載荷分配不均勻影響的系數(shù)。
影響其主要因素有：受載后輪齒變形；輪齒制造誤差，特別是基節(jié)偏差；齒廓修形；跑和效果等。
查有關(guān)參考得出：
==1.2
3、齒形系數(shù)
齒形系數(shù)：是考慮載荷作用于單對(duì)齒嚙合區(qū)外界點(diǎn)時(shí)齒形對(duì)名義彎曲應(yīng)力的影響。
外齒輪的齒形系數(shù)可有下式計(jì)算：
(3.32)
式中：為齒輪法向模數(shù)，mm；
為法向分度圓壓力角；
對(duì)于普通型齒輪=0
刀具圓角的半徑=0.15×3=0.45mm
刀尖圓心至刀齒對(duì)稱線的距離
(3.33)
=1.113mm
輔助值
(3.34)
基圓螺旋角
(3.35)
=14.08°
輔助值
(3.36)
輔助角
=0.73
(3.37)
=1.28°
危險(xiǎn)截面齒厚與模數(shù)之比
(3.38)
=1.2
危險(xiǎn)截面齒厚
mm
30°切點(diǎn)處曲率半徑與模數(shù)之比
(3.39)
=0.2
30°切點(diǎn)處曲率半徑
mm
當(dāng)量直齒輪端面重合度
1.69 (3.40)
當(dāng)量直齒輪分度圓直徑
3×8＝24mm (3.41)
當(dāng)量直齒輪基圓直徑
22.55mm (3.42)
當(dāng)量直齒輪頂圓直徑
mm (3.43)
當(dāng)量直齒輪單對(duì)齒嚙合區(qū)外界點(diǎn)直徑
(3.44)
=25.25mm
當(dāng)量直齒輪單齒嚙合外界點(diǎn)壓力角
26.74° (3.45)
外界點(diǎn)處的齒厚半角公式為：
(3.46) =6.81°
當(dāng)量齒輪單齒嚙合外界點(diǎn)載荷作用角
=26.74°－6.81°=19.93° (3.47)
彎曲力臂與模數(shù)比
(3.48)
=0.8
彎曲力臂
mm
齒形系數(shù)可由公式(4-38)確定：
（3.49）
4、齒形系數(shù)
齒形系數(shù)：是考慮當(dāng)載荷作用于齒頂時(shí)齒形對(duì)名義彎曲應(yīng)力的影響，用于近似計(jì)算。
外齒輪的齒形系數(shù)可由下式確定
(3.50)
當(dāng)量齒輪齒頂壓力角
45.35° （3.51）
齒頂厚半角
（3.52）
=25.27°
當(dāng)量齒輪齒頂載荷作用角
（3.53）
=38.49°
彎曲力臂與模數(shù)之比
（3.54）
=0.9
彎曲力臂
mm
齒形系數(shù)由公式（4-56）確定：
2.81
5、應(yīng)力修正系數(shù)
對(duì)于齒形角為20°的齒輪，可按下式計(jì)算：
（適用范圍為） （3.55）
式中：為齒根危險(xiǎn)截面處齒厚與彎曲力臂的比值，
(3.56)
為齒根危險(xiǎn)截面齒厚
為彎曲力臂
為齒根圓角參數(shù)，其值為
為30°切線切點(diǎn)處曲率半徑
則： =1.07
6、應(yīng)力修正系數(shù)
齒形角為20°的齒輪，可按下式計(jì)算：
（適用范圍為） （3.57）
其中：
1.12 (3.58)
7、彎曲強(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù)
重合度系數(shù)：將載荷由齒頂轉(zhuǎn)換到單對(duì)齒嚙合區(qū)外界點(diǎn)的系數(shù)。公式如下：
0.69 (3.59)
8、彎曲強(qiáng)度計(jì)算的螺旋角系數(shù)
螺旋角系數(shù)：是考慮螺旋角造成的接觸線傾斜對(duì)齒根應(yīng)力產(chǎn)生影響的系數(shù)，公式如下：
(3.60)
當(dāng)時(shí)，按計(jì)算，當(dāng)時(shí)，??；當(dāng)時(shí)，按 計(jì)算
1-0.25×0.41=0.90，合格
0.95，合格
9、試驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限
=190N/mm2
主動(dòng)小齒輪為雙向運(yùn)轉(zhuǎn)工作的齒輪，查表得值乘上系數(shù)0.7。
齒輪的彎曲疲勞極限=190×0.7=133 N/mm2
10、彎曲強(qiáng)度的壽命系數(shù)
壽命系數(shù)：是考慮齒輪壽命小于或大于持久壽命條件循環(huán)次數(shù)時(shí)，其可承受的彎曲應(yīng)力值與相應(yīng)的條件循環(huán)次數(shù)時(shí)疲勞極限應(yīng)力的比例系數(shù)。
淬火鋼，持久壽命條件循環(huán)次數(shù)
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的取值范圍為，取上限
彎曲強(qiáng)度的壽命系數(shù)公式為：
(3.61)
11、彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù)
尺寸系數(shù)：是考慮應(yīng)尺寸增大使材料強(qiáng)度降低的尺寸效應(yīng)因素，用于彎曲強(qiáng)度計(jì)算。查圖，=0.975
12、相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)
相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)：是考慮所計(jì)算齒輪的材料、幾何尺寸等對(duì)齒根應(yīng)力的敏感度與實(shí)驗(yàn)齒輪不同而引進(jìn)的系數(shù)。
當(dāng)齒根圓角參數(shù)在的范圍時(shí)，可近似地取為1。
13、相對(duì)齒根表面狀況系數(shù)
齒根表面狀況系數(shù)：是考慮齒廓根部的表面狀況，主要是齒根圓角處的粗糙度對(duì)齒根彎曲應(yīng)力的影響。查表：=1.120
14、齒輪彎曲強(qiáng)度校核
查表，使用系數(shù)取1.0，動(dòng)載系數(shù)取1.0
齒根應(yīng)力的基本值：
12.11 (3.62)
式中： 為端面內(nèi)分度圓上的名義切向力，N
為工作齒寬（齒根圓處），mm
為法向模數(shù)，mm
為載荷作用于單對(duì)齒嚙合區(qū)外界點(diǎn)時(shí)的齒形系數(shù)
為載荷作用于單對(duì)齒嚙合區(qū)外界點(diǎn)時(shí)的應(yīng)力修正系數(shù)
為螺旋角系數(shù)
計(jì)算齒輪的彎曲極限應(yīng)力公式為：
=
=188.7 （3.63）
式中： 為實(shí)驗(yàn)齒輪的齒根彎曲疲勞極限，N/mm2
為實(shí)驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)
為彎曲強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)
為相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)
為相對(duì)齒根表面狀況系數(shù)
為彎曲強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)
117.9 N/mm2
式中：為計(jì)算齒輪的彎曲極限應(yīng)力
為彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)
14.532 N/mm2 （3.64）
式中：為使用系數(shù)，查表取1.0，
為動(dòng)載系數(shù)，查表取1.0
為彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)
為彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒間載荷分布系數(shù)
為齒根應(yīng)力的基本值，N/mm2
則，合格。
3.4本章小結(jié)
為確保本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向器能夠正常運(yùn)作，本章通過參考首先對(duì)齒輪齒條進(jìn)行了相關(guān)的結(jié)構(gòu)計(jì)算，主要有齒輪齒條幾何尺寸的計(jì)算和考慮齒輪齒條相對(duì)運(yùn)動(dòng)的計(jì)算，隨后對(duì)齒輪齒條機(jī)構(gòu)進(jìn)行了校核，著重對(duì)主動(dòng)小齒輪進(jìn)行了詳細(xì)的校核，對(duì)其輪齒抗彎曲強(qiáng)度和承載能力進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，經(jīng)過幾次修改數(shù)據(jù)，使得計(jì)算全部合格，完成校核。
第4章 轉(zhuǎn)向器液壓輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4．1液壓動(dòng)力缸直徑設(shè)計(jì)
1、缸徑尺寸的公式為：
（4.1）
取 mm
式中：為轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的力傳動(dòng)比
為轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率
為活塞與缸筒間的摩擦系數(shù)
為齒輪的嚙合角
為轉(zhuǎn)向螺桿的直徑
為車輪原地阻力矩
為轉(zhuǎn)向盤上的切向力
2、活塞行程的計(jì)算
活塞行程公式為：
mm （4.2）
式中：為轉(zhuǎn)向盤的最大轉(zhuǎn)角，單位rad。
為主動(dòng)小齒輪的分度圓直徑,單位mm。
活塞移至有活塞桿一端的極限位置時(shí)，與缸體端面間還應(yīng)有的間隙以利活塞桿的導(dǎo)向；另一端也應(yīng)有10mm的間隙，以免與缸蓋碰撞。
3、動(dòng)力缸缸筒壁厚的計(jì)算
其公式為：
（4.3）
mm
式中：為缸內(nèi)壓力
為動(dòng)力缸的內(nèi)徑
為缸體材料的屈服極限
為安全系數(shù)，通常取3.5~5
4．2分配閥有關(guān)參數(shù)確定
1、預(yù)開隙
一般要求轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角2°~5°時(shí)滑閥就移動(dòng)預(yù)開隙的距離。
mm （4.4）
式中：為相應(yīng)的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，一般為2°~5°
為齒條的齒距，單位mm
2、滑閥的總移動(dòng)量
通常，當(dāng)滑閥的總移動(dòng)量為時(shí)，轉(zhuǎn)向盤允許轉(zhuǎn)動(dòng)的角度約為20°左右。
mm
3、局部壓降
汽車直行時(shí)，滑閥處于中間平衡位置，閥全部開啟，油液流經(jīng)滑閥后再回到油箱。油液流經(jīng)滑閥時(shí)產(chǎn)生的局部壓力降的允許值為0.03~0.04MPa。
取MPa
油液流速的允許值
0.03m/s （4.5）
式中：——局部壓降的允許值，MPa
——油液的密度， kg/m3
——局部阻力系數(shù)，通常取=3.0
4、滑閥的直徑
滑閥的直徑（cm）：
mm （4.6）
式中：為溢流閥限制下的油液最大排量，單位L/min,約為發(fā)動(dòng)機(jī)急速時(shí)油泵排量的1.5倍。
為預(yù)開隙，單位cm
為滑閥在中間位置時(shí)的油液流速，單位m/s
將代入上式中的，求出滑閥的直徑，用滑閥標(biāo)準(zhǔn)直徑表圓整。
5、滑閥在中間位置時(shí)的油液流速
0.3m/s (4.7)
6、分配閥的泄漏量
分配閥的泄漏量（m/s）：
1.5% (4.8)
式中：為滑閥與閥體間的徑向間隙，cm，一般=0.0005~0.00125，計(jì)算時(shí)取最大間隙
為滑閥進(jìn)出口油液的壓力差，單位MPa
為滑閥的外徑，單位cm
為密封長度，單位cm
為油液的動(dòng)力粘度，單位Pa.s
(5%~10%)
4.3反作用閥和回位彈簧參數(shù)確定
1、回位彈簧的預(yù)緊力
N (4.9)
式中：為動(dòng)力轉(zhuǎn)向開始起作用時(shí)在轉(zhuǎn)向盤上的切向力應(yīng)達(dá)到的預(yù)定值，根據(jù)不同的車型，它的取值范圍為20~100N
為轉(zhuǎn)向盤的直徑，單位mm
為反作用閥的對(duì)數(shù)，在現(xiàn)有的車上=1~4
為活塞的直徑，單位mm
為齒輪的嚙合角，
2、反作用閥的直徑
反作用閥的直徑，其公式為：
(4.10)
=15mm
式中：為動(dòng)力缸內(nèi)液壓的最大值
為個(gè)回位彈簧的剛度
為在動(dòng)力缸的最大液壓作用下，作用于轉(zhuǎn)向盤上的切向力的取值
為反作用閥的行程
4.4油罐容積與油泵排量的設(shè)計(jì)
1、油泵排量，公式為：
Q4.5L (4.11)
式中：為油泵的計(jì)算排量
為動(dòng)力缸的直徑
為活塞的直徑，mm
為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的最大可能頻率，計(jì)算時(shí)轎車取1.5~1.7s-1
為齒輪的嚙合角
為漏泄系數(shù)，=0.05~0.10
為油泵的容積效率，計(jì)算時(shí)一般取=0.75~0.85
2、油罐的容積
容積應(yīng)大小適中，否則會(huì)使高壓油路產(chǎn)生氣泡。通常油罐容積可取油泵在溢流閥限制下最大排量的15%~20%，油泵排量為4.5L，所以容積應(yīng)在0.625L-0.9L之間選取，取0.8L。
4.5 本章小結(jié)
本章主要對(duì)液壓輔助動(dòng)力裝置進(jìn)行了相關(guān)計(jì)算，通過有關(guān)參數(shù)計(jì)算動(dòng)力缸直徑，分配閥與反作用閥的相關(guān)計(jì)算，使設(shè)計(jì)在理論上能夠合理運(yùn)轉(zhuǎn)。
結(jié) 論
本設(shè)計(jì)根據(jù)所給數(shù)據(jù)進(jìn)行輕型貨車轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)，首先對(duì)轉(zhuǎn)向器的發(fā)展史以及國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了解，同時(shí)查閱相關(guān)資料對(duì)轉(zhuǎn)向器的作用、類型、其類型的優(yōu)劣、布置形式、發(fā)展方向進(jìn)行分析，選出適合的設(shè)計(jì)方案。再根據(jù)大學(xué)所學(xué)知識(shí)結(jié)合參考資料對(duì)轉(zhuǎn)向器的幾何尺寸，齒