转向器设计说明书 - 图文

广西科技大学2013届毕业设计说明书

摘 要

转向器又名转向机、方向机，它是转向系中最重要的部件。历史上曾出现过许多种形式的转向器，随着汽车工业的飞速发展以及人们对于舒适、安全性能要求的不断提高，转向系统也随着科技的发展日新月异。转向器作为汽车的重要组成部分，也是决定汽车主动安全性的关键总成，它的质量严重影响汽车的操纵稳定性。目前较常用的有齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、循环球曲柄指销式、蜗杆滚轮式等。本设计以LZW1025LB型轻型货车为设计对象，根据原有数据计算转向系的传动比，并确定齿轮齿条的几何参数。齿轮齿条式转向器总体设计，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，并在说明书中画出相关零件的零件图。

关键词：转向器；齿轮齿条；设计计算

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ABSTRACT

Steering gear steering machine, also known as the direction of machine, it is the most important parts in the steering system. In the history there have been many forms of steering gear, with the rapid development of automobile industry and people for comfort, safety and performance requirements continue to improve, the steering system is also change rapidly with the development of science and technology. As the main part of the vehicle, Steering gear steering is a vehicle active safety critical assembly, its quality affects the handling stability of vehicle. Now more commonly with Rack-and-pinion steering gear, Worm crank stud type steering gear,recirculating ball-rack and sector steeri ng gear , A recirculating ball crank pin type , worm and roller steering gea and so on. The design of model LZW1025LB truck as the design object, according to the original data to calculate the steering gear ratio, and to determine the geometric parameters of gear rack. Gear rack type steering gear design, stress analysis, and the gear rack, the fatigue strength of the tooth root bending fatigue strength. Corrected gear rack type steering gear in the unreasonable data. The gear rack type steering gear design, select the relevant parts of the specification, and draw the relevant parts of the parts diagram.

KEY WORDS: steering gear; gear; strength; design and calculation

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目 录

摘要-------------------------------------------------------------------- Ⅰ Abstract---------------------------------------------------------------- Ⅱ 目录-------------------------------------------------------------------- Ⅲ 第1章 绪论------------------------------------------------------------ 1 1.1 汽车转向系统的现状及发展趋势

1.1.1纯机械式转向系统------------------------------------------- 1 1.1.2液压助力转向系统------------------------------------------- 1 1.1.3汽车电动助力转向系统(EPS)---------------------------------- 1 1.2 汽车转向装置的设计趋势----------------------------------------- 2 1.3 小结----------------------------------------------------------- 2 第2章 转向器的设计要求------------------------------------------------ 3 第3章 齿轮齿条转向器设计方案选择-------------------------------------- 4 3.1 齿轮齿条式转向器----------------------------------------------- 4 3.2 整体式转向器--------------------------------------------------- 6 3.3 小结----------------------------------------------------------- 8 第4章 转向器主要性能参数---------------------------------------------- 9 4.1 转向阻力距----------------------------------------------------- 9 4.2 转向器角传动比与力传动比--------------------------------------- 9 第5章 齿轮设计-------------------------------------------------------- 13 5.1 齿轮几何参数的确定--------------------------------------------- 13 5.2 强度校核------------------------------------------------------- 14

5.2.1 齿面接触应力及强度条件---------------------------------- 14 5.2.2 齿轮齿根弯曲疲劳强度校核-------------------------------- 14 第6章 齿条设计--------------------------------------------------------- 16 6.1 齿轮齿条的啮合特点--------------------------------------------- 16

第7章 齿轮轴的设计---------------------------------------------------- 18 7.1 齿轮轴的结构形式----------------------------------------------- 18 7.2 各轴直径和长度的确定------------------------------------------- 18

7.3 齿轮轴的强度校核----------------------------------------------- 18

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第8章 其它零件的选择-------------------------------------------------- 20 8.1 轴承的选择----------------------------------------------------- 20 8.2 弹簧的选择----------------------------------------------------- 20 8.3 螺钉的选择----------------------------------------------------- 20 8.4 弹簧压块的设计------------------------------------------------- 21 8.5 垫圈----------------------------------------------------------- 22 设计工作总结------------------------------------------------------------ 22 致谢-------------------------------------------------------------------- 23 参考文献---------------------------------------------------------------- 24

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第1章 绪论

转向系是通过对左、右转向车轮不同转角之间的合理匹配来保证汽车能沿着设想的轨迹运动的机构。它由转向操纵机构、转向器和转向传动机构组成。采用动力转向的汽车，还有动力系统，即动力转向油泵、油管、动力转向器等。机械转向系统和传统的液压动力转向系统都得到了广泛应用。近年来，出现了各种随着汽车行驶速度调节转向助力的电子控制液压动力转向系统，他们在比较高级的轿车中得到了应用。

1.1汽车转向系统的现状及发展趋势

1.1.1纯机械式转向系统

机械式的转向系统，由于采用纯粹的机械解决方案，为了产生足够大的转向扭矩需要使用大直径的转向盘，这样一来，占用驾驶室的空间很大，整个机构显得比较笨拙，驾驶员负担较重，特别是重型汽车由于转向阻力较大，单纯靠驾驶员的转向力很难实现转向，这就大大限制了其使用范围。但因结构简单、工作可靠、造价低廉，目前在一部分转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用。

1.1.2液压助力转向系统

1953年通用汽车公司首次使用了液压助力转向系统，此后该技术迅速发展，使得动力转向系统在体积、功率消耗和价格等方面都取得了很大的进步。

80年代后期，又出现了变减速比的液压动力转向系统。在接下来的数年内，动力转向系统的技术革新差不多都是基于液压转向系统，比较有代表性的是变流量泵液压动力转向系统(Variable Displacement Power Steering Pump)和电动液压助力转向(Electric Hydraulic Power Steering，简称EHPS)系统。变流量泵助力转向系统在汽车处于比较高的行驶速度或者不需要转向的情况下，泵的流量会相应地减少，从而有利于减少不必要的功耗。电动液压转向系统采用电动机驱动转向泵，由于电机的转速可调，可以即时关闭，所以也能够起到降低功耗的功效。

液压助力转向系统使驾驶室变得宽敞，布置更方便，降低了转向操纵力，也使转向系统更为灵敏。由于该类转向系统技术成熟、能提供大的转向操纵助力，目前在部分乘用车、大部分商用车特别是重型车辆上广泛应用。

但是液压助力转向系统在系统布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面存在不足。

1.1.3 汽车电动助力转向系统(EPS)

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第7章 齿轮轴的设计

7.1 齿轮轴的结构形式

因为主动小齿轮的基圆直径较小，因此将其设计成齿轮轴的型式。由于主动小齿轮选用20MnCr5材料制造并经渗碳淬火，因此轴的材料也选用20MnCr5材料制造并经渗碳淬火。

轴的结构如下图所示

7.2 各轴直径和长度的确定

d1=12mm 连接滚针轴承，选取BK101410型号。 d2=22mm 此轴径为齿轮齿顶圆直径 d3=11.5mm

d4=10mm 连接推力轴承，选取8100型号。

L1=12mm 根据滚针轴承的宽度确定 L2=31mm 此长度为齿轮的宽度 L3=22mm L4=27mm

7.3 齿轮轴的强度校核

查表得20MnCr5材料的硬度为６０ＨＲＣ，抗拉强度极限[σB]=1100MPa,屈服极限[σs]=850MPa,弯曲疲劳极限[σn=10r/min。

（1）按强度要求，应使

-1]=525MPa,剪切疲劳极限[τ-1]=300MPa,转速

??TT?WT0.2d3Tmm0.2[?]故d?3即d?339?1.6mm0.2?5018

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根据能量守衡，作用在齿轮齿条上的阻力矩为Mr=382.75N.m，则 齿轮上的圆周力 径向力

轴向力

弯曲疲劳强度校核

剪切疲劳强度校核

抗拉强度校核

满载时的阻力矩为 Mr=382.75N.m，齿轮轴的最小直径为10mm，在此截面上的轴向抗拉强度为

传递转矩轴段的最小直径为

Pd?C3mm nC是由轴的材料和承载情况确定的常数，查表得C?98

Ft?2T12?39000?4875Nd116tan?Fr?Ft?4875?0.37?1803Ncos?Fa?Fttan??4875?0.23?1121N??1?F4875??24.25MPa?525MPa22?r??8??1?F4875??62MPa?300MPa22?r3.14?5?B?F1121??14.28MPa?1100MPa22?r3.14?5则d?98?3所以d1?16mm符合条件。39?10?9550?15.67mm1019

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第8章 其它零件的选择

8.1轴承的选择

本设计采用的是斜齿轮，其传动时有轴向和径向上的力产生。根据机械设计基础，分别选取型号为BK101410的闭口型滚针轴承和型号为8100的推力球轴承。

8.2弹簧的选择

总圈数 n=5

根据GB/T 2089-1994选择弹簧材料为45号钢，其参数如下：

有效圈数 n1?3 弹簧直径 d=5 节距 t=7 弹簧中径 D?25mm 弹簧外径 D1=30mm 弹簧内径 D2=20mm

8.3螺钉的选择

根据机械手册选取弹簧端盖的调整螺钉和锁紧螺钉的尺寸分别为M12×30，M6×16。

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8.4弹簧压块的设计

根据所选取的弹簧的尺寸大小，压块的形状和大小下图所示，材料选择45号钢

8.5垫圈

（ 1

）平垫圈

根据GB848-85选取螺钉垫圈的尺寸：

（2）密封垫圈

根据GB1235-76选取齿条的密封圈，其型号为32×3.1，内径为26.5mm

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