29 武汉理工大学华夏学院本科毕业论文

? 2?477225?65.73?mm???jy??540?mm20.7?36?0.8?25?28.8；

2许用弯曲应力为

??jy??540?mm2

由此可知，渐开线花键的设计满足要求。 （2）变厚齿形齿扇的计算

变厚齿形齿扇的计算，如图6-2所示，一般将中间剖面A-A定义为基准平面。进行变厚齿扇计算之前，必须确定的参数有：变厚齿扇的模数m，参考表4－1选取；法向压力角?0，一般在20°～30°之间；齿顶高系数X1，一般取0.8或1.0；径向间隙系数，取0.2；正圆齿数，在12～15之间选取；齿扇宽度，一般在22mm～28mm。

齿扇齿模数m/mm 排量/mL 3.0 500 3500 ～ 3800 3000 ～ 5000 350 表6-1 循环球式转向器齿扇齿模数 3.5 4.0 4.5 2000 8300 ～ 11000 7000 ～ 19500 2700 5.0 2000 10000 ～11000 9000 ～ 24000 3500 17000 ～ 37000 6000 6.0 6.5 轿 车 前轴负荷/N 前轴负荷货车/N 和大最大客车 转载 质量/Kg 1600 1000 ～ ～1800 2000 4700 7000 ～ ～ 7350 9000 4500 5500 ～ ～ 7500 18500 1000 2500 23000 ～ 44000 8000 首先根据汽车的前轴负荷G1=14140N，查表,选取齿扇的模数m=5mm。 然后，由变厚齿扇的模数m=5mm,查4-1表选择确定转向器的相关尺寸。

3．29

30 武汉理工大学华夏学院本科毕业论文 图6-2 变厚齿形齿扇的计算简图 γ 变厚齿扇的几何尺寸，计算结果如下： 变厚齿扇的模数m=5mm; 变厚齿扇的法向压力角?0=30°； 整圆齿数为13；齿扇齿数为z=5； 变位系数X1=0.082； 分度圆直径d=mz=5?13=65mm;

分度圆齿厚S=?m/2=3.14?5/2=7.85mm; 齿顶高 ha= X1m=0.8?5=4mm;

齿根高 hf=( X1+c)=(0.8+0.25)?5=5.25mm; 齿顶圆直径da=d+2ha=65+2?4=73mm; 齿扇的结构设计

由于齿扇的齿顶圆直径da=73mm<500mm，因此可采用锻造毛坯；又齿扇的齿根圆直径df=d-2hf=65-2?5.25=54.75mm，而齿扇的轴径为32mm,二者相差不大，故可制成一体的齿轮轴，轴的材料必须与齿扇齿轮相同。

5）齿扇齿的应力校核

齿扇齿的受力情况如图6-3所示。

3．30

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F2dFrM

图6-3 齿扇齿的受力简图

M477225d652=14683.85N; （6－1） 作用在齿扇上的圆周力Fa=2=

齿扇的齿高h=ha+hf=4+5.25=9.25mm;

6Fh6?14683.85?9.25226?7.852则齿扇齿的弯曲应力?w=bs= （6－2）

22=508.65N/mm?[?w]=540 N/mm;

上式中，[?w]为许用弯曲应力，[?w]= 540 N/mm。

2由此可知，齿形齿扇的设计能够满足设计要求。

6.2 螺杆轴设计计算及主要零件的校核

6.2.1材料选择

螺杆轴用20CrMnTi钢制造，热处理钢球滚道处渗碳层深度在0.8～1.2mm，表面淬火HRC 58～63。?20轴径硬度?HRC40，渐开线花键处不渗碳。

6.2.2结构设计

轴的结构如图所示

3．31

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图6-4 螺杆轴结构简图

考虑轴向固定，内侧采用轴肩，又考虑角接触球轴承的标准，故左右轴径均取d=20mm；左端轴径长度为14mm，比轴承宽度小4mm，以便将轴承可靠地固定在转向螺杆轴上；为使汽车转向螺杆轴中心与转向万节的中心能保持高度一致，二者的连接采用渐开线花键连接，花键的加工工艺与齿轮相同；为减少螺杆和螺母之间的摩擦，提高传动效率，在螺杆和螺母的滚道之间放置适量的钢球；为防止钢球沿滚道滚出，在螺母上设有钢球返回装置，使钢球通过此装置自动返回入口处，从而形成循环回路。[5] 6.2.3轴的设计计算

（1）首先由变厚齿扇齿模数m=5.0mm，查表4-1确定转向螺杆轴的相关参数，相关参数如下：

钢球中心距D=32mm; 螺杆外径D1=29mm; 钢球直径d=7.144mm; 螺距P=10mm; 工作圈数2.5； 环流行数2； 螺母长度L=56mm; 齿扇齿数Z=5; 齿扇整圆齿数Z’=13；

齿扇压力角?=27o30′；齿扇宽26mm；

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