汽车设计课程设计说明书

式中：

Fh：转向盘上的手力，159.84N Dsw：转向盘直径，设计为320mm 将数据代入⑥式，得： Tz=25574N.mm

6．转向横拉杆直径的计算：

d

⑦

式中：

MR：原地转向阻力矩，372869.33N.mm L1：前轮距1350mm

[ζ]:材料许用应力216MPa 将数据代入⑦式，中： d4.04mm

7． 主动齿轮轴的计算：

d

⑧

式中：

Mn：方向盘扭矩，25574N.mm [η]：材料许用切应力，140MPa 将数据代入⑧式，得： d9.30mm

四．齿轮齿条式转向器的齿轮的设计：

线角传动比：41.8mm/rad 齿轮法向模数：2.2 方向盘总圈数：3.5 齿条行程：61.5mm

齿轮齿条式转向器若用直齿圆柱齿轮则会使运转平稳性降低、冲击大、噪声增加。故齿轮齿条式转向器的齿轮多采用斜齿圆柱齿轮。齿轮的模数取值范围在2~3mm之间。主动小齿轮齿数在5~7个范围变化，压力角取值200，齿轮螺旋角多为90~150,。

设计齿轮模数mn1=2.2 设计齿轮齿数z1=6 设计齿轮压力角α1=200

斜齿圆柱齿轮直径d=mn1z1/cosβ

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五．齿轮齿条式转向器的齿条的设计：

相互啮合的齿轮的齿距p1=πmn1cosα1和齿条的齿距p2=πmn2cosα2必须相等。

即：πmn1cosα1=πmn2cosα2 设计齿条的模数：mn2=2.25

‘

计算出齿条的压力角为：α2=23014‘50’

六．齿轮齿条式转向器的综合分析设计及计算：

由《汽车设计课程设计指导书》知道：

转向器转向盘的单位转角增量与齿条位移增量的反比定义为齿轮齿条转向器的线角传动比。 如图示：

假设齿轮有足够的啮合长度，且齿轮在齿条上滚动而齿条不动的啮合情况，当齿

轮啮合一周时，齿轮中心线由O-O位置移动到O‘-O’位置。这时可以知道AB=πd，齿轮在齿条上移动了AC距离： AC=ABcosθ=πdcosθ 式中：

θ：齿轮安装角，（0） d：齿轮分度圆直径（mm）

齿轮在垂直于齿条中心线MM的方向上移动了BC距离： BC=ABsinθ=πdsinθ

在齿条实际工作中是运动的，齿轮只是绕轴承中心线转动，并不移动。只能是齿条沿其轴线移动，可见BC在实际工作中不存在，从中可知： CD=BCtanβr

在齿轮转动一周，齿条实际移动距离AD为： AD=AC-CD=πdcosθ-πdsinθtanβr 式中：

βr：齿条倾角（0）

AD就是齿轮齿条式转向器的线角传动比：

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即：i=πdcosθ-πdsinθtanβr=将设计数据： i=41.8mm/rad； d= mn1z1/cosβ； mn=2.2； z1=6；

代入⑨式，得： βr=7.44090

‘

=7026‘27’

0

设计为中间输入，安装角θ=3.5； 将θ=00代入⑨式，得： β=10.989192410 =10059‘35‘’

齿条的齿数计算z2： Z2=

10 ○

⑨

式中：

L：齿条行程，61.5mm Mn2:齿条模数，2.25

‘

α2：齿条压力角，α2=23014‘50’ 将数据代入10○式，得：

z2=18.95；取整数值z2=20

齿轮直径d= mn1z1/cosβ=13.45mm 取齿宽系数Ψd=1.2 齿宽b=Ψd×d=16.2mm

所以齿条宽b2取30mm，即b2=30mm；

齿轮宽b1=b2+10=40mm，即b1=40mm

设计出的齿轮齿条转向器的齿轮齿条参数如下表： 名称 符号 公式 齿轮 齿条 法向模数 mn - 2.2 2.25 ‘压力角 α - 200 23014‘50’ 齿数 Z - 6 20 分度圆直径 da d= mn1z1/cosβ 13.45 - 变位系数 xn - 1 - *齿顶高 ha ha= ha×mn 2.2 2.25 **n齿根高 hf hf= （ha+c-x）×mn 0.55 2.8125 齿顶圆直径 da da=d-2×ha 17.85 - 齿根圆直径 df df=d-2×hf 12.35 - ‘螺旋角 β - 10059‘35‘’ 7026‘27’ 齿宽 b - 40 30 西安科技大学 机械工程学院 车辆工程专业0701班 何龙 0705030116 7 汽车设计课程设计说明书

七．齿轮齿条式转向器的材料选择及强度校核：

1．材料选择：

齿轮：40Cr C-N共渗淬火、回火 齿条：45钢 调制处理

2．强度校核：

1）齿轮接触疲劳极限ζ校核： 经查《机械设计手册》得： ζHlim= 1580MPa SHlim= 1.3

ZN=1.4【接触次数取8×106次，由《机械设计手册》查得】 [ζH]=

=

=1701.54MPa

《机械设计手册》查得：

齿轮使用系数：KA=1.35【原动机轻微冲击，工作机轻微冲击】 齿轮动载系数：KV=1.05【齿轮IT7级精度】

齿轮齿向载荷分布系数：Kβ=1.12【非对称布置，齿宽系数Ψd=1.2】 齿轮齿间载荷分配系数：Kα=1.0【斜齿轮，未经表面硬化，经修齿】 K= KA KV KβKα=1.35×1.05×1.12×1.0=1.5876 齿面接触疲劳强度校核： ζH=ZEZHZεZβ式中：

ZE：材料弹性系数，189.8

【由《机械设计手册》查得】 [ζH] 11 ○

ZH：节点区域系数，2.15【由《机械设计手册》查得】

Zε：重合度系数，0.94【计算εα=1.165，εβ=0.55，由《机械设计手册》查得】 Zβ：螺旋角系数，0.99【由《机械设计手册》查得】 U：齿轮传动比，20:6=10/3 将数据代入11○式，得：

ζH=189.8×2.15×0.94×0.99×=1674.8MPa ζ

H

MPa[ζH]= 1701.54MPa

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