机械式转向器的设计和计算

第四节 机械式转向器的设计与计算 一、转向系计算载荷的确定

为了保证行驶安全，组成转向系的各零件应有．足够的强度。欲验算转向系零件的强度，需首先确定作用在各零件上的力。影响这些力的主要因素有转向轴的负荷、路面阻力和轮胎气压等。为转动转向轮要克服的阻力，包括转向轮绕主销转动的阻力、车轮稳定阻力、轮胎变形阻力和转向系中的内摩擦阻力等。

精确地计算出这些力是困难的。为此推荐用足够精确的半经验公式来计算汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转向阻力矩R M (mm N ?)

p

G f M R 313

=

(7-9)

式中，f 为轮胎和路面间的滑动摩擦因数，一般取O.7；

1G 为转向轴负荷(N)；p

为轮胎气压(a MP )。

作用在转向盘上的手力为

+

ωη=

i D L M L F sw R h 212 (7-10)

式中，1L 为转向摇臂长；2L 为转向节臂长；sw D 为转向盘直径；ωi 为转向器角传动比；+η为转向器正效率。

对给定的汽车，用式(7-10)计算出来的作用力是最大值。因此，可以用此值作为计算载荷。然而，对于前轴负荷大的重型货车，用上式计算的力往往超过驾驶员生理上的可能，在此情况下对转向器和动力转向器动力缸以前零件的计算载荷，应取驾驶员作用在转向盘轮缘上的最大瞬时力，此力为700N 。

二、齿轮齿条式转向器的设计

齿轮齿条式转向器的齿轮多数采用斜齿圆柱齿轮。齿轮模数取值范围多在2～3mm 之间。主动小齿轮齿数多数在5～7个齿范围变化，压力角取20o，齿轮螺旋角取值范围多为

9o～1 5o。齿条齿数应根据转向轮达到最大偏转角时，相应的齿条移动行程应达到的值来确定。变速比的齿条压力角，对现有结构在12o～35o范围内变化。此外，设计时应验算齿轮的抗弯强度和接触强度。

主动小齿轮选用16MnCr5或15CrNi6材料制造，而齿条常采用45钢制造。为减轻质量，壳体用铝合金压铸。

三、循环球式转向器设计 (一)主要尺寸参数的选择 1、螺杆、钢球、螺母传动副

(1)钢球中心距D 、螺杆外径1D 、螺母内径2D 尺寸D 、

1D 、2D 如图

7-19所示。钢球中心距是基本尺寸，螺杆外径1D 、

螺母内径2D 及钢球直径d 对确定钢球中心距D 的大小有影响，而D 又对转向器结构尺寸和强度有影响。在保证足够的强度条件下，尽可能将D 值取小些。选取D 值的规律是随着扇齿模数的增大，钢球中心距D 也相应增加(表7—1)。设计时先参考同类型汽车的参数进行初选，经强度验算后，再进行修正。螺杆外径

1D 通常在

20～38mm 范围内变化，设计时应根据转向轴负荷

的不同来选定。螺母内径2D 应大于1D ，一般要求

()D D D %10~%512=-。

图7—19 螺杆、钢球、螺母传动副

(2)钢球直径d 及数量n 钢球直径尺寸d 取得大，能提高承载能力，同时螺杆和螺母传动机构和转向器的尺寸也随

之增大。钢球直径应符合国家标准，一般常在7～9mm 范围内选用(表7-1)。

增加钢球数量n ，能提高承载能力，但使钢球流动性变坏，从而使传动效率降低。因为钢球本身有误差，所以共同参加工作的钢球数量并不是全部钢球数。经验证明，每个环路中的钢球数以不超过60粒为好。为保证尽可能多的钢球都承载，应分组装配。每个环路中的钢球数可用下式计算

d

DW

d DW n π≈

απ=

0cos

式中，D 为钢球中心距；W 为一个环路中的钢球工作圈数；n 为不包括环流导管中的钢球数；0α为螺线导程角，常取0α=5o～8o，则cos 0α≈1。

(3)滚道截面 当螺杆和螺母各由两条圆弧组成，形成四段圆弧滚道截面时，见图7-20，钢球与滚道有四点接触，传动时轴向间隙最小，可满足转向盘自由行程小的要求。图中滚道与钢球之间的间隙，除用来贮存润滑油之外，还能贮存磨损杂质。为了减少摩擦，螺杆和螺母沟槽的半径2R 应大于钢球半径d ／2，一般取2R =(O.51～O.53)d 。

(4)接触角θ 钢球与螺杆滚道接触点的正压力方向与螺杆滚道法面轴线间的夹角称为接触角θ，如图7-20所示。θ角多取为45o，以使轴向力和径向力分配均匀。

(5)螺距P 和螺旋线导程角0α 转向盘转动?角，对应螺母移动的距离s 为

π

?=

2P

s (7-11) 式中，P 为螺纹螺距。

图7—20 四段圆弧滚道截面

与此同时，齿扇节圆转过的弧长等于s ，相应摇臂轴转过p β角，其间关系可表示如下

r s p β= (7-12) 式中，r 为齿扇节圆半径。

联立式(7-11)、式(7-12)得p P

r βπ=?2，将?对p β求导得循

环球式转向器角传动比ωi 为

P

r

i π=

ω2 (7-13) 由式(7-13)可知，螺距P 影响转向器角传动比的值。在螺距不变的条件下，钢球直径d 越大，图7-19中的尺寸b 越小，要求b=P-d>2.5mm 。螺距P 一般在8～llmm 内选取。

前已述及导程角0α对转向器传动效率有影响，此处不再赘述。

(6)工作钢球圈数W 多数情况下，转向器用两个环路，而每个环路的工作钢球圈数w又与接触强度有关：增加工作钢球圈数，参加工作的钢球增多，能降低接触应力，提高承载能力；但钢球受力不均匀、螺杆增长而使刚度降低。工作钢球圈数有1.5和2.5圈两种。一个环路的工作钢球圈数的选取见表7-1。

表7—1 循环球式转向器主要参数

2、齿条、齿扇传动副设计

如图7-21所示，滚迨相对齿扇作斜向进给运动加工齿扇齿，得到变厚齿扇。如图7—22所示，变厚齿扇的齿顶和

齿根的轮廓面是圆锥的一部分，其分度圆上的齿厚是变化的，故称之为变厚齿扇。

图7-22中，若0-0截面的原始齿形变位系数ξ=O，且I —I剖面和Ⅱ—Ⅱ剖面分别位于0-0剖面两侧，则I—I剖面的齿轮是正变位齿轮，Ⅱ—Ⅱ剖面中的齿轮为负变位齿轮，故变厚齿扇在整个齿宽方向上，是由无数个原始齿形位移系数逐渐变化的圆柱齿轮所组成。

图7—21 用滚刀加工变厚齿扇的进给运动

图7—22 变厚齿扇的截面

对齿轮来说，因为在不同位置的剖面中，其模数优不变，所以它的分度圆半径厂和基半径b r 相同。因此，变厚齿扇的分度圆和基圆均为一圆柱，它在不同剖面位置上的渐开齿形，都是在同一个基圆柱上所展出的渐开线，只是其轮齿的渐开线齿形相对基圆的位置不同而已，所以应将其归人圆柱齿轮的范畴。

变厚齿扇齿形的计算，如图7-23所示，一般将中间剖面1-1规定为基准剖面。由1-1剖面向右时，变位系数ξ为正，向左则由正变为零(O-0剖面)，再变为负。若0-0剖面距1-1剖面的距离为0a ，则其值为γξ=tan /0m a ，γ是切削角，常见的有6o301和7o301两种。在切削角γ一定的条件下，各剖面的变位系数ξ取决于距基准剖面1-1的距离a 。

进行变厚齿扇齿形计算之前，必须确定的参数有：模数m ，参考表7-2选取；法向压力角0α，一般在20o～30o之间；

齿顶高系数

x，一般取O.8或1.O；径向间隙系数，取O.2；

1

整圆齿数z，在12～15。之间选取；齿扇宽度B，一般在

图7—23 变厚齿扇齿形计算简图

22～38mm 。

表7-2 循环球式转向器齿扇齿模数

四、循环球式转向器零件强度计算 1、钢球与滚道之间的接触应力σ 用下式计算钢球与滚道之间的接触应力σ

()

()

3

2

22

223r R r R E F k -=σ

式中，k 为系数，根据A ／B 值从表7—3查取，

()()[]2//1/12R r A -=，()()[]2//1/11R r B +=；2R 为滚道截面半径；r

为

钢球半径；1R 为螺杆外半径；E 为材料弹性模量，等于

25/101.2mm N ?；3F 为钢球与螺杆之间的正压力，可用下式计算

θ

α=

cos cos 02

3n F F

式中，0α为螺杆螺线导程角；θ为接触角；n 为参与工作的钢球数；2F 为作用在螺杆上的轴向力，见图7—24。

当接触表面硬度为58～64HRC 时，许用接触应力[σ]= 25002/mm N 。

图7-24 螺杆受力简图

表7-3 系数k 与A ／B 的关系

2、齿的弯曲应力w σ 用下式计算齿扇齿的弯曲应力

2

6Bs

Fh

w =

σ 式中，F 为作用在齿扇上的圆周力；h 为齿扇的齿高；B 为齿扇的齿宽；s 为基圆齿厚。

许用弯曲应力为[w σ]=5402/mm N 。

螺杆和螺母用20CrMnTi 钢制造，表面渗碳。前轴负荷不大的汽车，渗碳层深度在O.8～1.2mm ；前轴负荷大的汽车，渗碳层深度在1.05～1.45mm 。表面硬度为58～63HRC 。

此外，应根据材料力学提供的公式，对接触应力进行验算。

3、转向摇臂轴直径的确定 用下式计算确定摇臂轴直径d

3

2.0τR

KM d =

式中，K为安全系数，根据汽车使用条件不同可取2.5～3.5；

M为转向阻力矩；0 为扭转强度极限。

R

摇臂轴用20CrMnTi钢制造，表面渗碳，渗碳层深度在O.8～1.2mm。前轴负荷大的汽车，渗碳层深度为1.05～1.45mm。表面硬度为58～63HRC。

机械设计基础公式计算例题

一、计算图所示振动式输送机的自由度。 解：原动构件1绕A 轴转动、通过相互铰接的运动构件2、3、4带动滑块5作往复直线移动。构件2、3和4在C 处构成复合铰链。此机构共有5个运动构件、6个转动副、1个移动副，即n ＝5，l p ＝7，h p ＝0。则该机构的自由度为 3-2） 3-3） 同理，当设a ＞d 时，亦可得出 得c d ≤b d ≤a d ≤ 分析以上诸式，即可得出铰链四杆机构有曲柄的条件为：

（1）连架杆和机架中必有一杆是最短杆。 （2）最短杆与最长杆长度之和不大于其他两杆长度之和。 上述两个条件必须同时满足，否则机构中便不可能存在曲柄，因而只能是双摇杆机构。 通常可用以下方法来判别铰链四杆机构的基本类型： 四、从动件位移s与凸轮转角?之间的关系可用图表示，它称为位移曲线(也称? S曲线) -位移曲线直观地表示了从动件的位移变化规律，它是凸轮轮廓设计的依据 凸轮与从动件的运动关系 五、凸轮等速运动规律

???? ? ?? ?? == ====00 0dt dv a h S h v v ? ?ω?常数从动件等速运动的运动参数表达式为 等速运动规律运动曲线 等速运动位移曲线的修正 ，两轮的中心距α=630mm ，主动带轮转速1n 1 450 r/min ，能传递的最大功率P=10kW 。试求：V 带中各应力，并画出各应力1σ、σ2、σb1、σb2及σc 的分布图。 附：V 带的弹性模量E=130~200MPa ；V 带的质量q=0.8kg/m ；带与带轮间的当量摩擦系数fv=0.51；B 型带的截面积A=138mm2；B 型带的高度h=10.5mm 。

车辆工程毕业设计166轻型货车转向器设计

本科学生毕业设计 轻型货车液压转向器设计 院系名称：汽车与交通工程学院 专业班级：车辆工程 学生姓名： 指导教师： 职称：实验师 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

摘要 本设计是一款轻型货车的转向器。通过有关资料对转向器的分类,结构性能，工作原理，发展方向做一系列的调查了解，决定本设计的转向器，主要是根据汽车的类型、前轴负荷、使用条件等来决定，并要考虑其效率特性、角传动比变化特性等对使用条件的适应性以及转向器的其他性能、寿命、制造工艺等。 设计的主要内容包括总体设计方案的确定、主要性能参数的确定、齿轮齿条转向器的尺寸计算和齿轮齿条的几何传动关系计算，对齿轮齿条进行了设计计算并进行了校核，其中着重对主动小齿轮的齿根弯曲强度进行了校核。最后查阅有关资料对其进行动力辅助液压装置的相关设计，主要对液压动力缸直径的计算，分配阀和反作用阀有关参数的确定，油罐容积和油泵排量的设计等，根据计算利用AutoCAD画出装配图和零件图。 关键词：轻型货车；转向器；齿轮齿条；转向助力；转向系统。

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.

循环球式转向器的设计

2.4 主要尺寸参数的选择 长安福特福克斯2.0满载前轴载荷为51%Mg，再根据表（2-2）选择齿扇模数为4.5。在确定齿扇模数后，转向器其他参数根据表（2-1）和表（2-3）进行选取。 表2-1 循环球转向器的主要参数 参数数值 齿扇模数/mm 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0 6.5 摇臂轴直径/mm 22 26 30 32 32 38 42 钢球中心距/mm 20 23 25 28 30 35 40 螺杆外径/mm 20 23 25 28 29 34 38 钢球直径/mm 5.556 6.350 6.350 7.144 8.000 螺距/mm 7.938 8.731 9.525 10.000 11.000 工作圈数 1.5 2.5 2.5 环流行数 2 齿扇齿数 5 5 齿扇整圆齿数12 13 18 14 15 齿扇压力角22°30′ 27°30′ 切削角6°30′6°30′7°30′ 齿扇宽/mm 22 25 25 27 25 28 30 28-32 34 38 35 38

表2-2各类汽车循环球转向器的齿扇齿模数 齿扇齿模数 m／mm 3.0 3.5 4．O 4.5 5．O 6.0 6.5 轿车发动机 排量／ ml 500 1000 ～ 1800 1600 ～ 2000 2000 2000 前轴负 荷/N 3500 ～ 3800 4700 ～ 7350 7000 ～ 9000 8300 ～ 11000 10000 ～ 11000 货车和大客车前轴负 荷／N 3000 ～ 5000 4500 ～ 7500 5500 ～ 18500 7000 ～ 19500 9000 ～ 24000 17000 ～ 37000 23000 ～ 44000 最大装 载／kg 350 1000 2500 2700 3500 6000 8000 表2-3 循环球式转向器的部分参数 模数m 螺杆外 径 螺纹升程 螺母长 度 钢球直径 齿扇压 力角 齿扇切 削角 摇臂 轴外 径 3.0 20 7.938 40 5.556 22 30′ 6 30′ 7 30′ 22 3.5 23 8.731 45 5.556 22 30′ 6 30′ 7 30′ 26 4.0 25 9.525 48 6.350 22 30′ 6 30′ 7 30′ 20 4.5 28 9.525 58 7.144 22 30′ 6 30′ 7 30′ 32 5.0 29 10.319 62 7.144 22 30′ 6 30′ 7 30′ 35 根据所选择的齿扇模数，根据表（2-1）和表（2-3）选取对应的参数为：

第三章机械设计编程基础

第三章 机械设计编程基础 2．1 编程和图表处理的基本方法 一、编制机械设计计算程序的基本方法 (1) 设计数据 (2) 表格、线图及标准规范 (3) 算法设计 [] p p dlh T σσ≤= 4 式中，T 为转矩； h 为键高度； l 为键的工作长度； [σp ]为轮毂的许用挤压应力。 表1 平键（摘自GB1096-90） 轴径 mm d mm b mm h 自6～8 2 2 >8 ～10 3 3 >10～12 4 4 >12～17 5 5 >17～22 6 6 >22～30 8 7 >30～38 10 8 >38～44 12 8 >44～50 14 9

二、设计图表处理的基本方法 1．表格（手册中的）分为两类：? ?? ..:;:着某种联系表格中的数据之间存在列表函数任何联系表格中的数据之间没有数表 2．表格处理的基本方法： （1） 表格的程序化：将数表中的数据以数组形式存储和检索，直接编 在解题的程序中。 （2） 表格的公式化：对于列表函数，可用曲线拟合的方法形成数学表 达式并直接编于程序中。 2-2 设计数表的处理 一、表格的程序化 1． 数表 一维（元）数表：所查取的数据只与一个变量有关的数表； 二维（元）数表：所查取的数据与两个变量有关的数表； 它们均可用一维和二维数组的形式存入计算机，以备程序使用。 一维（元）数表程序化

示例1 ： 示例2 ： int I; float GAMA[ ] ={ 7.87,7.85,8.30,7.75}; printf( “1. 工业纯铁\ n”); printf( “1. 钢材\ n”); printf( “2. 高速钢\ n”); printf( “3. 不锈钢\ n”); printf( “选择材料类型：”); scanf( “ % d”,&I); printf( “3. 不锈钢\ n”); printf( “材料的密度：% f\ n”,GAMA[I -1]); 表2 材料的密度 材 料 密度 / (g.。cm -3) 工业纯铁 7。87 钢 材 7。85 高 速 钢 8。30 不 锈 钢 7。75

汽车齿轮齿条式转向器设计分解

汽车齿轮齿条式转向器 设计分解 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

汽车设计课程设计说明书题目：汽车齿轮齿条式转向器设计(3) 系别：机电工程系 专业：车辆工程 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 日期： 2012年7月 汽车齿轮齿条式转向器设计

摘要 根据对齿轮齿条式转向器的研究以及资料的查阅，着重阐述了齿轮齿条式转向器类型选择，不同类型齿轮齿条式转向器的优缺点，和各种类型齿轮齿条式转向器应用状况。根据原有数据首先分析转向器的特点，确定总体的结构方案，并确定转向器的计算载荷以及转向器的主要参数，然后确定齿轮齿条的形式，接着对齿轮模数的选择确定，主动小齿轮齿数的确定、压力角的确定、齿轮螺旋角的确定，通过确定转向器的线传动比计算其力传动比以及齿轮齿条的结构参数，在以上的基础上选择主动齿轮、齿条的材料，受力分析，及对齿轮齿条的疲劳强度校核、齿根弯曲疲劳强度校核。修正齿轮齿条式转向器中不合理的数据。通过对齿轮齿条式转向器的设计，选取出相关的零件如：螺钉、轴承等，并在说明书中画出相关零件的零件图。通过说明书并画出齿轮齿条式转向器的零件图2张、装配图1张。 关键词：齿轮齿条，转向器，设计计算 目录

序言........................................................................................错误!未定义书签。 1.汽车转向装置的发展趋势 .....................................................错误!未定义书签。 2.课程设计目的........................................................................错误!未定义书签。 3.转向系统的设计要求 ............................................................错误!未定义书签。 4.齿轮齿条式转向器方案分析 .................................................错误!未定义书签。 5.确定齿轮齿条转向器的形式 .................................................错误!未定义书签。 6.齿轮齿条式转向器的设计步骤..............................................错误!未定义书签。 已知设计参数........................................................................ 错误!未定义书签。 齿轮模数的确定、主动小齿轮齿数的确定、压力角的确定、齿轮螺旋角的确定........................................................................................ 错误!未定义书签。 确定线传动比、转向器的转向比........................................ 错误!未定义书签。 小齿轮的设计........................................................................ 错误!未定义书签。 小齿轮的强度校核................................................................ 错误!未定义书签。 齿条的设计............................................................................ 错误!未定义书签。 齿条的强度计算.................................................................... 错误!未定义书签。 主动齿轮、齿条的材料选择................................................ 错误!未定义书签。 7.总结 ......................................................................................错误!未定义书签。参考文献..................................................................................错误!未定义书签。致谢........................................................................................错误!未定义书签。

汽车转向系设计说明书

汽车设计课程设计说明书 题目：重型载货汽车转向器设计 姓名：席昌钱 学号：5 同组者：严炳炎、孔祥生、余鹏、李朋超、郑大伟专业班级：09车辆工程2班 指导教师：王丰元、邹旭东

设计任务书 目录 1.转向系分析 (4) 2.机械式转向器方案分析 (8) 3.转向系主要性能参数 (9) 4.转向器设计计算 (14) 5.动力转向机构设计 (16) 6.转向梯形优化设计 (22) 7.结论 (24) 8.参考文献 (25)

1转向系设计 基本要求 1.汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转。 2.操纵轻便，作用于转向盘上的转向力小于200N。 3.转向系的角传动比在23~32之间，正效率在60%以上，逆效率在50%以上。 4.转向灵敏。 5.转向器和转向传动机构中应有间隙调整机构。 6.转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。 基本参数 1.整车尺寸： 11976mm*2395mm*3750mm。 2.轴数/轴距 4/（1950+4550+1350）mm 3.整备质量 12000kg 4.轮胎气压 2.转向系分析 对转向系的要求[3] (1) 保证汽车有较高的机动性，在有限的场地面积内，具有迅速和小半径转弯的能力，同时操作轻便; (2) 汽车转向时，全部车轮应绕一个瞬时转向中心旋转，不应有侧滑; (3) 传给转向盘的反冲要尽可能的小; (4) 转向后，转向盘应自动回正，并应使汽车保持在稳定的直线行驶状态; (5) 发生车祸时，当转向盘和转向轴由于车架和车身变形一起后移时，转向系统最好有保护机构防止伤及乘员. 转向操纵机构 转向操纵机构包括转向盘，转向轴，转向管柱。有时为了布置方便，减小由于装置位置误差及部件相对运动所引起的附加载荷，提高汽车正面碰撞的安全性以及便于拆装，在转向轴与转向器的输入端之间安装转向万向节，如图2-1。采用柔性万向节可减少传至转向轴上的振动，但柔性万向节如果过软，则会影响转向系的刚度。采用动力转向时，还应有转向动力系统。但对于中级以下的轿车和前轴负荷不超过3t的载货汽车，则多数仅在用机械转向系统而无动力转向装置。

机械设计转动惯量计算公式-参考模板

1. 圆柱体转动惯量(齿轮、联轴节、丝杠、轴的转动惯量) 8 2 MD J = 对于钢材：3 410 32-??=g L rD J π ) (1078.0264s cm kgf L D ???-M-圆柱体质量(kg)； D-圆柱体直径(cm)； L-圆柱体长度或厚度(cm)； r-材料比重(gf /cm 3)。 2. 丝杠折算到马达轴上的转动惯量： 2i Js J = (kgf·cm·s 2) J s –丝杠转动惯量(kgf·cm·s 2)； i-降速比，1 2 z z i = 3. 工作台折算到丝杠上的转动惯量 g w 22? ?? ??? =n v J π g w 2s 2 ? ?? ??=π (kgf·cm·s 2) v -工作台移动速度(cm/min)； n-丝杠转速(r/min)； w-工作台重量(kgf)； g-重力加速度，g = 980cm/s 2； s-丝杠螺距(cm) 2. 丝杠传动时传动系统折算到驱轴上的总转动惯量： ()) s cm (kgf 2g w 122 221??? ??? ??????? ??+++=πs J J i J J S t J 1-齿轮z 1及其轴的转动惯量； J 2-齿轮z 2的转动惯量(kgf·cm·s 2)； J s -丝杠转动惯量(kgf·cm·s 2)； s-丝杠螺距，(cm)； w-工件及工作台重量(kfg). 5. 齿轮齿条传动时折算到小齿轮轴上的转动惯量 2 g w R J = (kgf·cm·s 2) R-齿轮分度圆半径(cm); w-工件及工作台重量(kgf)

6. 齿轮齿条传动时传动系统折算到马达轴上的总转动惯量 ???? ??++=2221g w 1R J i J J t J 1，J 2-分别为Ⅰ轴， Ⅱ轴上齿轮的转动惯量(kgf·cm·s 2)； R-齿轮z 分度圆半径(cm)； w-工件及工作台重量(kgf)。 马达力矩计算 (1) 快速空载时所需力矩： 0f amax M M M M ++= (2) 最大切削负载时所需力矩： t 0f t a M M M M M +++= (3) 快速进给时所需力矩： 0f M M M += 式中M amax —空载启动时折算到马达轴上的加速力矩(kgf·m)； M f —折算到马达轴上的摩擦力矩(kgf·m)； M 0—由于丝杠预紧引起的折算到马达轴上的附加摩擦力矩(kgf·m)； M at —切削时折算到马达轴上的加速力矩(kgf·m)； M t —折算到马达轴上的切削负载力矩(kgf·m)。 在采用滚动丝杠螺母传动时，M a 、M f 、M 0、M t 的计算公式如下： (4) 加速力矩： 2a 106.9M -?= T n J r (kgf·m) s T 17 1= J r —折算到马达轴上的总惯量； T —系统时间常数(s)； n —马达转速( r/min )； 当 n = n max 时，计算M amax n = n t 时，计算M at n t —切削时的转速( r / min )

机械式转向器的设计和计算(

第四节 机械式转向器的设计与计算 一、转向系计算载荷的确定 为了保证行驶安全，组成转向系的各零件应有．足够的强度。欲验算转向系零件的强度，需首先确定作用在各零件上的力。影响这些力的主要因素有转向轴的负荷、路面阻力和轮胎气压等。为转动转向轮要克服的阻力，包括转向轮绕主销转动的阻力、车轮稳定阻力、轮胎变形阻力和转向系中的内摩擦阻力等。 精确地计算出这些力是困难的。为此推荐用足够精确的半经验公式来计算汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转向阻力矩R M (mm N ?) p G f M R 313 = (7-9) 式中，f 为轮胎和路面间的滑动摩擦因数，一般取O.7；

1G 为转向轴负荷(N)；p 为轮胎气压(a MP )。 作用在转向盘上的手力为 + ωη= i D L M L F sw R h 212 (7-10) 式中，1L 为转向摇臂长；2L 为转向节臂长；sw D 为转向盘直径；ωi 为转向器角传动比；+η为转向器正效率。 对给定的汽车，用式(7-10)计算出来的作用力是最大值。因此，可以用此值作为计算载荷。然而，对于前轴负荷大的重型货车，用上式计算的力往往超过驾驶员生理上的可能，在此情况下对转向器和动力转向器动力缸以前零件的计算载荷，应取驾驶员作用在转向盘轮缘上的最大瞬时力，此力为700N 。 二、齿轮齿条式转向器的设计 齿轮齿条式转向器的齿轮多数采用斜齿圆柱齿轮。齿轮模数取值范围多在2～3mm 之间。主动小齿轮齿数多数在5～7个齿范围变化，压力角取20o，齿轮螺旋角取值范围多为 9o～1 5o。齿条齿数应根据转向轮达到最大偏转角时，相应的齿条移动行程应达到的值来确定。变速比的齿条压力角，对现有结构在12o～35o范围内变化。此外，设计时应验算齿轮的抗弯强度和接触强度。 主动小齿轮选用16MnCr5或15CrNi6材料制造，而齿条常采用45钢制造。为减轻质量，壳体用铝合金压铸。 三、循环球式转向器设计

毕业论文设计转向系统设计

目录摘要2 第一章绪论3 1.1汽车转向系统概述3 1.2齿轮齿条式转向器概述9 1.3液压助力转向器概述10 1.4国内外发展情况12 1.5本课题研究的目的和意义12 1.6本文主要研究内容13 第二章汽车主要参数的选择14 2.1汽车主要尺寸的确定14 2.2汽车质量参数的确定16 2.3轮胎的选择17 第三章转向系设计概述18 3.1对转向系的要求18 3.2转向操纵机构18 3.3转向传动机构19 3.4转向器20 3.5转角及最小转弯半径20 第四章.转向系的主要性能参数22 4.1转向系的效率22 4.2传动比变化特性23 4.3转向器传动副的传动间隙△T25 4.4转向盘的总转动圈数26 第五章机械式转向器方案分析及设计26 5.1齿轮齿条式转向器26 5.2其他转向器28 5.3齿轮齿条式转向器布置和结构形式的选择29 5.4数据的确定29 5.5设计计算过程31 5.6齿轮轴的结构设计35 5.7轴承的选择35 5.8转向器的润滑方式和密封类型的选择35 5.动力转向机构设计36 5.1对动力转向机构的要求36 5.2动力转向机构布置方案36 5.3液压式动力转向机构的计算38 5.4动力转向的评价指标43

6. 转向传动机构设计45 6.1转向传动机构原理45 6.2转向传送机构的臂、杆与球销47 6.3转向横拉杆及其端部47 6.4杆件设计结果48 7.结论49 致谢49 摘要 本课题的题目是转向系的设计。以齿轮齿条转向器的设计为中心，一是汽车总体构架参数对汽车转向的影响；二是机械转向器的选择；三是齿轮和齿条的合理匹配，以满足转向器的正确传动比和强度要求；四是动力转向机构设计；五是梯形结构设计。因此本课题在考虑上述要求和因素的基础上研究利用转向盘的旋转带动传动机构的齿轮齿条转向轴转向，通过万向节带动转向齿轮轴旋转，转向齿轮轴与转向齿条啮合，从而促使转向齿条直线运动，实现转向。实现了转向器结构简单紧凑，轴向尺寸短，且零件数目少的优点又能增加助力，从而实现了汽车转向的稳定性和灵敏性。在本文中主要进行了转向器齿轮齿条的设计和对转向齿轮轴的校核，主要方法和理论采用汽车设计的经验参数和大学所学机械设计的课程内容进行设计，其结果满足强度要求，安全可靠。 关键词：转向系；机械型转向器；齿轮齿条；液压式助力转向器 Abstract The title of this topic is the design of steering system. Rack and pinion steering gear to the design as the center, one vehicle parameters on the overall framework of the impact of vehicle steering; Second, the choice of mechanical steering; third rack gear and a reasonable match to meet the correct steering gear ratio and strength requirements; Fourth, power steering mechanism design; Fifth, the structural design of trapezoidal. Therefore, taking into account the above issues and factors that require study, based on the steering wheel rotary drive transmission shaft of the steering rack and pinion steering, through the universal joint drive shaft rotation gear shift, steering rack and steering gear shaft meshing, thereby encouraging steering rack linear motion to achieve steering. Simple structure to achieve the steering tight, short axial dimension, and the number of parts can increase the advantages of less power in order to achieve the vehicle steering stability and sensitivity. In this article a major design steering rack and pinion steering gear shaft and the check, the main methods and theoretical experience in the use of automotive design parameters and the University of mechanical design school curriculum design and the results meet the strength

转向器的结构型式选择及其设计计算

5.2转向器的结构型式选择及其设计计算 根据所采用的转向传动副的不同，转向器的结构型式有多种。常见的有齿轮齿条式、循环球式、球面蜗杆滚轮式、蜗杆指销式等。 对转向其结构形式的选择，主要是根据汽车的类型、前轴负荷、使用条件等来决定，并要考虑其效率特性、角传动比变化特性等对使用条件的适应性以及转向器的其他性能、寿命、制造工艺等。中、小型轿车以及前轴负荷小于1.2t 的客车、货车，多采用齿轮齿条式转向器。球面蜗杆滚轮式转向器曾广泛用在轻型和中型汽车上，例如：当前轴轴荷不大于2.5t 且无动力转向和不大于4t 带动力转向的汽车均可选用这种结构型式。循环球式转向器则是当前广泛使用的一种结构，高级轿车和轻型及以上的客车、货车均多采用。轿车、客车多行驶于好路面上，可以选用正效率高、可逆程度大些的转向器。矿山、工地用汽车和越野汽车，经常在坏路或在无路地带行驶，推荐选用极限可逆式转向器，但当系统中装有液力式动力转向或在转向横拉杆上装有减振器时，则可采用正、逆效率均高的转向器，因为路面的冲击可由液体或减振器吸收，转向盘不会产生“打手”现象。 关于转向器角传动比对使用条件的适应性问题，也是选择转向器时应考虑的一个方面。对于前轴负荷不大的或装有动力转向的汽车来说，转向的轻便性不成问题，而主要应考虑汽车高速直线行驶的稳定性和减小转向盘的总圈数以提高汽车的转向灵敏性。因为高速行驶时，很小的前轮转角也会导致产生较大的横向加速度使轮胎发生侧滑。这时应选用转向盘处于中间位置时角传动比较大而左、右两端角传动比较小的转向器。对于前轴负荷较大且未装动力转向的汽车来说，为了避免“转向沉重”，则应选择具有两端的角传动比较大、中间较小的角传动比变化特性的转向器。 下面分别介绍几种常见的转向器。 5.2.1循环球式转向器 循环球式转向器又有两种结构型式，即常见的循环球-齿条齿扇式和另一种即循环球-曲柄销式。它们各有两个传动副，前者为：螺杆、钢球和螺母传动副以及落幕上的齿条和摇臂轴上的齿扇传动副；后者为螺杆、钢球和螺母传动副以及螺母上的销座与摇臂轴的锥销或球销传动副。两种结构的调整间隙方法均是利用调整螺栓移动摇臂轴来进行调整。 循环球式转向器的传动效率高、工作平稳、可靠，螺杆及螺母上的螺旋槽经渗碳、淬火及磨削加工，耐磨性好、寿命长。齿扇与齿条啮合间隙的调整方便易行，这种结构与液力式动力转向液压装置的匹配布置也极为方便。 5.2.1.1循环球式转向器的角传动比w i 由循环球式转向器的结构关系可知：当转向盘转动?角时，转向螺母及其齿条的移动量应为 t s )360/(?= （5－21） 式中t ——螺杆或螺母的螺距。 这时，齿扇转过β角。设齿扇的啮合半径w r ，则β角所对应的啮合圆弧长应等于s ，即 s r w =?πβ2)360/( （5－22） 由以上两式可求得循环球式转向器的角传动比w i 为

齿轮齿条式转向器设计

3.3齿轮齿条式转向器的设计与计算 3.3.1 转向系计算载荷的确定 为了保证行驶安全，组成转向系的各零件应有足够的强度。欲验算转向系零件的强度， 需首先确定作用在各零件上的力。影响这些力的主要因素有转向轴的负荷、路面阻力和轮胎 气压等。为转动转向轮要克服的阻力，包括转向轮绕主销转动的阻力、车轮稳定阻力、轮胎 变形阻力和转向系中的内摩擦阻力等。 精确地计算出这些力是困难的。为此用足够精确的半经验公式来计算汽车在沥青或者混 凝土路面上的原地转向阻力矩M(N?mm)。 R 表3-1 原地转向阻力矩M的计算 R 设计计算和说明计算结果 33Gf0.710902.51f=0.7 M,,,627826.2N,mm R3p30.179 G=10902.5N 1式中 f——轮胎和路面间的滑动摩擦因数; p=0.179 MPaG——转向轴负荷，单位为N; 1 M=627826.2 N,mmRP——轮胎气压，单位为。 MPa 作用在转向盘上的手力F为: h 表3-2 转向盘手力F的计算 h 设计计算和说明计算结果 22，627826.2LM1R F,,,290.7Nh,，320，15，90%iLD2SWW M=627826.2 N,mmL式中——转向摇臂长, 单位为mm; R1 D=400mm M——原地转向阻力矩, 单位为N?mm SWR

iw=15 L——转向节臂长, 单位为mm; 2 =90% ,，D——为转向盘直径,单位为mm; SW F=290.7N Iw——转向器角传动比; h ,——转向器正效率。 + LL因齿轮齿条式转向传动机构无转向摇臂和转向节臂，故、不12 代入数值。 对给定的汽车，用上式计算出来的作用力是最大值。因此，可以用此值作为计算载荷。 L: 梯形臂长度的计算2 表3-3 梯形臂长度L的计算 2 设计计算和说明计算结果 R轮辋直径= 16in=16×25.4=406.4mm LW RLL梯形臂长度=×0.8/2= 406.4×0.8/2 =160mm LW22 L=162.6mm,取=160mm 2 轮胎直径的计算R: T 表3-4 轮胎直径R的计算 T 设计计算和说明计算结果 R,R，0.55，205=406.4+0.55×205=518.75mm TLWR=520mm TR 取=520mm T 转向横拉杆直径的确定: 表3-5 转向横拉杆直径的计算 设计计算和说明计算结果 44，627.83MR,3d,,，m,4.811mm 10,,,a[]0.16，，216d=15mm 取 minL[,],216MPa;M,627.83N,m=; a2R 初步估算主动齿轮轴的直径:

齿轮齿条转向器设计计算说明书

车辆工程课程设计任务书 1．课程设计题目：汽车齿轮齿条式转向器设计及零件加工工艺制定2．课程设计目的：此课程设计是《汽车设计》、《汽车制造工艺学》课 程教学重要实践环节，其目的是： 1）培养学生理论联系实际的设计思想，巩固和加强所学的相关专业课程的知识； 2）熟悉和掌握车辆设计和制造工艺制定的一般过程和方法，提高综合运用所学的知识进行车辆设计与制造的能力； 3）熟练掌握和运用设计资料（指导书、图册、标准和规范等）以及经验数据进行设计的能力，培养学生机械制图、设计计算和编写技 术文件等的基本技能。 3．课程设计时间：2010年8月30日~2010年9月23日（4周）4．整车性能参数： 车型：一汽佳宝（面包车） 基本参数（网络搜索得到）： 5．汽车齿轮齿条式转向器设计的基本要求： 1）技术参数： 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 2）设计要求：仅设计转向器部分。 6．齿轮齿条式转向器的零件加工制造工艺部分的要求零件名称：齿轮 1）生产纲领：1000~10000件，生产类型：批量生产；应保证零件的加工质量，尽量提高生产率和降低消耗率。

2）尽量降低工人的劳动强度，使其有良好的工作条件；在充分利用现 有生产条件的基础上，采用国内外先进工艺技术；主要的工艺要进 行必要的分析论证和计算。 7．提交的文件资料： 1）装配图1张（A1）、零件图2张（A3）； 2）零件毛配图1张（A3）； 3）零件加工工艺过程卡片1套、零件加工工序卡片1套； 4）课程设计说明书1份（20页左右）（A4）。 一．齿轮齿条转向器的优缺点： 齿轮齿条转向器是由转向轴做成一体的转向齿轮和常与转向横拉杆做成一体的齿条组成。 优点：结构简单、紧凑；壳体采用铝合金或镁合金压铸而成，转向器质量比较小，传动效率高达90%；齿轮与齿条之间因磨损而出现间隙后，利用装在齿条背部的、靠近主动小齿轮的处的压紧弹簧能自动消除间隙，不仅可以提高转向系统的刚度，还可以防止工作时产生冲击和噪声；转向器占用体积小，没有转向摇臂和直拉杆，所以转向转角可以增大，制造成本低。 缺点：齿轮齿条转向器因逆效率高（60%~70%），汽车在不平路面上行驶时，发生在转向轮与路面之间冲击力的大部分能传至方向盘，称之反冲现象。反冲会使驾驶员精神紧张，并难以准确控制汽车的行驶方向，转向盘突然转动又会造成打手，同时对驾驶员造成伤害。 二．齿轮齿条转向器的输入形式及特点： 1．侧面输入，中间输出：与齿条固连的左右拉杆延伸到接近汽车纵向对称平面附近，由于拉杆长度增加，车轮上下跳动时拉杆摆角减小，有利于减少车轮的上下跳动时转向系与悬架系的运动干涉，拉杆与齿条用螺栓固连在一起，因此，两拉杆与齿条同时向左或向右移动，为此在转向器壳体上开有轴向的长槽，从而降低了他的强度。 2．采用两端输出方案时，由于转向拉杆长度受到限制，容易与悬架系统导向机构产生运动干涉。 3．侧面输入，一端输出的齿轮齿条转向器，常用在平头车上。 齿轮齿条转向器采用斜齿圆柱齿轮与斜齿齿条啮合，增加运转平稳性，降低冲击和噪声。齿条断面有圆形、V形和Y形三种。圆形断面制造简单；V形和Y形节约材料，质量小而且位于齿条下面的两斜面与齿条托坐接触，可以用来防止齿条绕轴线转动。 三．齿轮齿条转向器计算载荷的确定。 1、引言：为了保证行驶安全，组成转向器的各零部件有足够的强度，欲 验算转向器各零件的强度，首先需要确定各零件所承受的力及扭矩， 影响这些力的主要因素为轴向载荷、路面阻力和轮胎胎压等。为转动 各转向轮需克服阻力，包括主销传动阻力和车轮稳定阻力、轮胎变形

汽车转向器设计及应用毕业论文

汽车转向器设计及应用毕业论文 目录 插图清单 (3) 表格清单 (3) 摘要 (4) Abstract (5) 第一章绪论 (6) 1.1 汽车转向器的功能及重要性 (6) 1.2 汽车转向器的主要性能参数 (6) 1.2.1转向器的效率 (6) 2.2.2传动比的变化特性 (7) 2.2.3转向盘自由行程 (9) 1.4 汽车转向器的工作原理 (10) 1.4.1 动力转向系统的工作原理 (10) 1.4.2 转阀式液压助力转向器工作原理 (11) 第二章总体方案设计 (12) 2.1 转向器设计的分类 (12) 2.1.1齿轮齿条式转向器 (12) 2.1.2 蜗杆曲柄销式转向器 (12) 2.1.3 循环球式转向器 (12) 2.2 转向器方案分析 (13) 2.3 防伤安全机构方案分析 (15) 第三章循环球式转向器的设计与计算 (17) 3.1 螺杆、钢球和螺母传动副 (18) 3.1.1 钢球中心距D、螺杆外径D1和螺母径D2 (19) 3.1.2 钢球直径d及数量n (19) 3.1.3 滚道截面 (20) 3.1.4 接触角 (20) 3.1.5 螺距P和螺旋线导程角 (21) 3.1.6 工作钢球圈数W (21) 3.1.7 导管径d1 (21) 3.2 齿条、齿扇传动副的设计 (21) 3.3 循环球式转向器零件强度计算 (23) 3.3.1钢球与滚道之间的接触应力σ (23) (24) 3.3.2 齿的弯曲应力 w 3.3.3 转向摇臂轴直径的确定 (24) 第四章动力转向机构的设计 (25)

4.1 对动力转向机构的要求 (25) 4.2 液压式动力转向机构布置方案分析 (25) 4.2.1 动力转向机构布置方案分析 (25) 4.3 液压式动力转向机构的计算 (27) 4.3.1 动力缸尺寸的计算 (27) 4.3.2 分配滑阀参数的选择 (27) 4.3.3 分配阀的回位弹簧 (27) 4.3.4 动力转向器的评价指标 (29) 第五章转向梯形 (31) 5.1 转向梯形结构方案分析 (31) 5.1.1 整体式转向梯形 (31) 5.1.2 断开式转向梯形 (32) 5.2整体式转向梯形机构优化设计 (33) 致谢 (37) 参考文献 (38)

转向系统设计计算书

密级：版本/更改状态：第一版／0 编号： 长城汽车股份有限公司技术文件 CC6460K/KY 转向系统设计计算书 编制： 审核： 审定： 批准： 长城汽车股份有限公司 二OO四年四月十五日

目录 1 系统概述????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 2 转向系统设计依据的整车参数计设计要求????????????????????????????????????????????????????????2 3 转向系统设计过程????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 3.1 最小转弯半径计算?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 3.2 转向系的角传动比计算?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 3.3 转向系的力传动比计算?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 3. 4 转向系的内外轮转角?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 3. 5 液压系统的匹配计算?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 3.5.1 转向油泵流量的计算??????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 3.5.2 转向油泵压力的变化??????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 4 结论说明????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 5 参考文献????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8