齿轮齿条设计-PDF

车辆工程技术3车辆技术汽车齿轮齿条式转向器参数化设计分析与研究赵禹赫（达闼机器人有限公司,上海 201111）摘　要：驱动车辆转向系统传动的转向器的设计直接影响车辆的行驶稳定性，并在驾驶安全中起着至关重要的作用。

当前，国内的齿条齿轮转向器主要基于国外的设计发展。

产品设计只考虑了工程师的经验，无法完全有效地评估产品性能，从而导致较长的设计周期和确保产品性能的困难。

此外，转向器是安全的重要组成部分，必须满足各种强度要求，例如在极端条件下的静态扭曲和冲击。

台架测试具有周期时间长和成本高的缺陷。

本文首先查阅了汽车齿轮齿条转向器研究现状、现存问题与分析。

其次介绍了齿轮齿条转向器的设计要求与基本结构，进而提出了优化设计。

关键词：转向系统；齿轮齿条转向器；参数优化0　引言由于汽车相关工业的逐渐发展与更新，许多高技术与新技术也在汽车行业逐渐实现，因此，汽车的结构和性能逐渐完善。

用户的要求和关注点也在逐渐与以往产生了差异，关注点从汽车的发动机和经济性转移到安全和舒适性上。

在汽车行驶时，司机往往要根据道路状况改变方向，转向系统是人与车之间相互作用的一种手段。

转向系统的功能是根据司机的意愿控制运动方向或恢复运动的最初方向。

汽车转向系统作为关系到汽车安全的两个系统之一，需要注意的是它不仅关系到汽车的安全性，它不仅是其最重要的子系统之一，在汽车运动过程中起着关键作用。

本研究在以产品正向战略为基础的齿轮齿条式转向器结构设计过程中，分析齿轮齿条转向器的相关设计标准，技术要求，根据需求计算齿轮齿条关键结构尺寸，优化技术，研究齿轮齿条转向器的强度，评估性能和优化设计技术，改进设计的可靠性。

1　齿轮齿条式转向器基本结构汽车齿轮齿条转向器的基本结构主要是由一对齿轮轴和转向齿条组成。

当小齿轮轴旋转时，与小齿轮轴啮合的齿条呈线性移动，然后驱动转向连杆改变方向盘的方向[1]。

与其他类型的转向器相比，齿轮齿条式转向器具有结构简单，易于布置和安装，传动效率高，生产成本低等优点，因而在汽车转向器领域得到了广泛地应用[2]。

单位：mm / Dimensions in mm1/20172) 力值只适用于亚特兰标准材料 / force values are only valid for material according ATLANTA-StandardRack and pinion drive – calculation and selection – module 1 – straight tooth system单位：mm / Dimensions in mmZB – 3712 18,0 mm 0,2 kN 1,0 kN 13 19,5 mm 0,2 kN 1,0 kN 14 21,0 mm 0,3 kN 1,0 kN 15 22,5 mm 0,3 kN 1,5 kN 16 24,0 mm 0,3 kN 1,5 kN 17 25,5 mm 0,4 kN 1,5 kN 18 27,0 mm 0,4 kN 2,0 kN 19 28,5 mm 0,5 kN 2,0 kN 20 30,0 mm 0,5 kN 2,0 kN 21 31,5 mm 0,6 kN 2,5 kN 22 33,0 mm 0,6 kN 2,5 kN 23 34,5 mm 0,6 kN 2,5 kN 24 36,0 mm 0,7 kN 3,0 kN 25 37,5 mm 0,7 kN 3,0 kN 26 39,0 mm 0,8 kN 3,0 kN 27 40,5 mm 0,8 kN 3,0 kN 28 42,0 mm 0,8 kN 3,0 kN 29 43,5 mm 0,9 kN 3,0 kN 30 45,0 mm 0,9 kN 3,0 kN 31 46,5 mm 1,0 kN 3,5 kN 32 48,0 mm 1,0 kN 3,5 kN 33 49,5 mm 1,0 kN 3,5 kN 34 51,0 mm 1,0 kN 3,5 kN 35 52,5 mm 1,0 kN 3,5 kN 36 54,0 mm 1,0 kN 3,5 kN 37 55,5 mm 1,0 kN 3,5 kN 38 57,0 mm 1,0 kN 3,5 kN 39 58,5 mm 1,0 kN 3,5 kN 40 60,0 mm 1,0 kN 3,5 kN最大允许进给力 - 说明请参阅第ZB-36 / Maximum permissible feed forces – description see page ZB-36Rack and pinion drive – calculation and selection – module 1,5 – straight tooth system1) 核对可行性（ZB章节） / check availability (chapter ZB)2) 力值只适用于亚特兰标准材料 / force values are only valid for material according ATLANTA-Standard齿条 / RackBRATLANTA精度等级/ATLANTA-Quality 9 10材料 / materialC45C45齿条 / Rack 热处理方式 软材 未淬火 感应淬火 Heat Treatment soft inductive材料 / materialC45C45齿轮 / Pinion 热处理方式 软材 未淬火 感应淬火 Heat Treatment soft inductive 齿轮齿数 1) 齿轮节圆 最大驱动力 2) No.of pinion teeth 1) p itch circle dia. Maximum Feed Force 2)单位：mm / Dimensions in mm1/2017齿条 / Rack HPR PR BRATLANTA精度等级/ATLANTA-Quality 6 7 8 9 10材料 / materia 16MnCr5 C45 C45 C45 42CrMo4 C45 C45齿条Rack 热处理方式感应淬火感应淬火感应淬火淬火+回火软材 未淬火感应淬火Heattreatmentind. hardened ind. hardened ind. hardened quenched + tempered soft ind. hardened 材料/material 16MnCr516MnCr516MnCr516MnCr516MnCr5 C45 16MnCr5 C45 16MnCr5 C45齿轮 Pinion 热处理方式渗碳淬火渗碳淬火渗碳淬火渗碳淬火渗碳淬火感应淬火渗碳淬火软材 未淬火渗碳淬火感应淬火Heat treatment case hardened case hardened case hardened case hardened case hardened ind. hardened case hardened soft case hardened ind.hardened齿轮齿数1)齿轮节圆最大驱动力 (只针对ATLANTA标准的材料)No. of pinion teeth 1)pitch circle dia. m ax. feed force (values are only valid for material according ATLANTA-Standard)12 24 mm 3,5 kN 3,5 kN 3,5 kN 3,5 kN 1,5 kN 1,0 kN 0,8 kN 0,3 kN 2,5 kN 1,5 kN13 26 mm 4,5 kN 4,5 kN 4,5 kN 4,0 kN 1,5 kN 1,0 kN 0,9 kN 0,4 kN 3,0 kN 1,5 kN14 28 mm 5,5 kN 5,5 kN 5,5 kN 5,0 kN 2,0 kN 1,0 kN 0,9 kN 0,4 kN 3,5 kN 2,0 kN15 30 mm 6,5 kN 6,0 kN 6,0 kN 6,0 kN 2,0 kN 1,5 kN 1,0 kN 0,5 kN 4,0 kN 2,0 kN16 32 mm 7,0 kN 7,0 kN 7,0 kN 6,5 kN 2,5 kN 1,5 kN 1,0 kN 0,6 kN 4,5 kN 2,5 kN17 34 mm 8,0 kN 7,5 kN 7,5 kN 7,0 kN 2,5 kN 1,5 kN 1,0 kN 0,7 kN 4,5 kN 3,0 kN18 36 mm 9,0 kN 8,0 kN 8,0 kN 7,5 kN 3,0 kN 2,0 kN 1,0 kN 0,7 kN 5,0 kN 3,0 kN19 38 mm 10,0 kN 8,5 kN 8,5 kN 8,0 kN 3,0 kN 2,0 kN 1,0 kN 0,8 kN 5,0 kN 3,5 kN20 40 mm 10,5 kN 9,0 kN 9,0 kN 8,5 kN 3,5 kN 2,0 kN 1,5 kN 0,8 kN 5,5 kN 3,5 kN21 42 mm 11,5 kN 9,5 kN 9,5 kN 9,0 kN 3,5 kN 2,0 kN 1,5 kN 0,9 kN 5,5 kN 4,0 kN22 44 mm 12,0 kN 10,0 kN 10,0 kN 9,5 kN 3,5 kN 2,5 kN 1,5 kN 1,0 kN 6,0 kN 4,0 kN23 46 mm 13,0 kN 10,5 kN 10,5 kN 10,0 kN 4,0 kN 2,5 kN 1,5 kN 1,0 kN 6,0 kN 4,5 kN24 48 mm 13,5 kN 11,0 kN 11,0 kN 10,5 kN 4,0 kN 2,5 kN 1,5 kN 1,0 kN 6,5 kN 4,5 kN25 50 mm 14,5 kN 11,5 kN 11,5 kN 11,0 kN 4,0 kN 2,5 kN 1,5 kN 1,0 kN 6,5 kN 5,0 kN26 52 mm 15,0 kN 12,0 kN 12,0 kN 11,0 kN 4,5 kN 3,0 kN 2,0 kN 1,0 kN 7,0 kN 5,0 kN27 54 mm 15,0 kN 12,0 kN 12,0 kN 11,5 kN 4,5 kN 3,0 kN 2,0 kN 1,0 kN 7,0 kN 5,0 kN28 56 mm 15,0 kN 12,0 kN 12,0 kN 11,5 kN 5,0 kN 3,0 kN 2,0 kN 1,0 kN 7,0 kN 5,5 kN29 58 mm 15,0 kN 12,5 kN 12,5 kN 11,5 kN 5,0 kN 3,0 kN 2,0 kN 1,0 kN 7,0 kN 5,5 kN30 60 mm 15,0 kN 12,5 kN 12,5 kN 11,5 kN 5,0 kN 3,5 kN 2,0 kN 1,5 kN 7,0 kN 5,5 kN31 62 mm 15,0 kN 12,5 kN 12,5 kN 11,5 kN 5,5 kN 3,5 kN 2,0 kN 1,5 kN 7,0 kN 5,5 kN32 64 mm 15,5 kN 12,5 kN 12,5 kN 11,5 kN 5,5 kN 3,5 kN 2,5 kN 1,5 kN 7,0 kN 5,5 kN33 66 mm 15,5 kN 12,5 kN 12,5 kN 11,5 kN 5,5 kN 3,5 kN 2,5 kN 1,5 kN 7,0 kN 5,5 kN34 68 mm 15,5 kN 12,5 kN 12,5 kN 12,0 kN 6,0 kN 3,5 kN 2,5 kN 1,5 kN 7,0 kN 5,5 kN35 70 mm 15,5 kN 12,5 kN 12,5 kN 12,0 kN 6,0 kN 4,0 kN 2,5 kN 1,5 kN 7,0 kN 5,5 kN36 72 mm 15,5 kN 12,5 kN 12,5 kN 12,0 kN 6,5 kN 4,0 kN 2,5 kN 1,5 kN 7,0 kN 5,5 kN37 74 mm 15,5 kN 12,5 kN 12,5 kN 12,0 kN 6,5 kN 4,0 kN 2,5 kN 1,5 kN 7,0 kN 5,5 kN38 76 mm 15,5 kN 12,5 kN 12,5 kN 12,0 kN 6,5 kN 4,0 kN 3,0 kN 2,0 kN 7,0 kN 5,5 kN39 78 mm 15,5 kN 12,5 kN 12,5 kN 12,0 kN 7,0 kN 4,5 kN 3,0 kN 2,0 kN 7,0 kN 5,5 kN40 80 mm 15,5 kN 12,5 kN 12,5 kN 12,0 kN 7,0 kN 4,5 kN 3,0 kN 2,0 kN 7,0 kN 5,5 kNRack and pinion drive – calculation and selection – module 2 – straight tooth system最大允许进给力 - 说明请参阅第ZB-36 / Maximum permissible feed forces –description see page ZB-361) 核对可行性（ZB章节） / check availability (chapter ZB)2) 力值只适用于亚特兰标准材料 / force values are only valid for material according ATLANTA-Standard单位：mm / Dimensions in mmZB – 39齿条 / RackBRATLANTA精度等级/ATLANTA-Quality 9材料 / material C45 齿条 / Rack 热处理方式 软材 未淬火 Heat treatment soft 材料 / material C45齿轮 Pinion 热处理方式 软材 未淬火 Heat treatment soft齿轮齿数 1) 齿轮节圆 最大驱动力 2) No.of pinion teeth 1) p itch circle dia. Maximum Feed Force 2)12 30,0 mm 0,5 kN 13 32,5 mm 0,6 kN 14 35,0 mm 0,7 kN 15 37,5 mm 0,8 kN 16 40,0 mm 0,9 kN 17 42,5 mm 1,0 kN 18 45,0 mm 1,0 kN 19 47,5 mm 1,0 kN 20 50,0 mm 1,0 kN 21 52,5 mm 1,5 kN 22 55,0 mm 1,5 kN 23 57,5 mm 1,5 kN 24 60,0 mm 1,5 kN 25 62,5 mm 1,5 kN 26 65,0 mm 1,5 kN 27 67,5 mm 2,0 kN 28 70,0 mm 2,0 kN 29 72,5 mm 2,0 kN 30 75,0 mm 2,0 kN 31 77,5 mm 2,0 kN 32 80,0 mm 2,5 kN 33 82,5 mm 2,5 kN 34 85,0 mm 2,5 kN 35 87,5 mm 2,5 kN 36 90,0 mm 2,5 kN 37 92,5 mm 3,0 kN 38 95,0 mm 3,0 kN 39 97,5 mm 3,0 kN 40 100,0 mm 3,0 kNRack and pinion drive – calculation and selection – module 2,5 – straight tooth system最大允许进给力 - 说明请参阅第ZB-36 / Maximum permissible feed forces – description see page ZB-361) 核对可行性（ZB章节） / check availability (chapter ZB)2) 力值只适用于亚特兰标准材料 / force values are only valid for material according ATLANTA-Standard单位：mm / Dimensions in mm1/201712 36 mm 6,5 kN 6,5 kN 6,5 kN 6,5 kN 6,0 kN 2,5 kN 2,5 kN 1,5 kN 0,7 kN 5,5 kN 3,5 kN13 39 mm 7,5 kN 7,5 kN 7,5 kN 7,5 kN 7,0 kN 3,0 kN 2,5 kN 1,5 kN 0,9 kN 6,5 kN 4,0 kN14 42 mm 9,5 kN 9,5 kN 9,5 kN 9,5 kN 8,5 kN 3,5 kN 3,0 kN 2,0 kN 1,0 kN 8,0 kN 4,5 kN15 45 mm 11,0 kN 11,0 kN 10,5 kN 10,5 kN 9,5 kN 4,0 kN 3,0 kN 2,0 kN 1,0 kN 8,5 kN 5,5 kN16 48 mm 12,5 kN 12,5 kN 12,0 kN 11,5 kN 10,5 kN 4,0 kN 3,5 kN 2,0 kN 1,0 kN 9,5 kN 6,0 kN17 51 mm 14,5 kN 14,5 kN 13,5 kN 13,5 kN 12,0 kN 5,0 kN 4,0 kN 2,5 kN 1,5 kN 10,0 kN 6,5 kN18 54 mm 16,0 kN 16,0 kN 14,0 kN 14,0 kN 13,0 kN 5,0 kN 4,5 kN 2,5 kN 1,5 kN 10,5 kN 7,0 kN19 57 mm 17,5 kN 17,5 kN 15,0 kN 15,0 kN 13,5 kN 5,5 kN 4,5 kN 3,0 kN 1,5 kN 11,0 kN 8,0 kN20 60 mm 18,5 kN 18,5 kN 16,0 kN 16,0 kN 14,5 kN 5,5 kN 5,0 kN 3,0 kN 2,0 kN 11,5 kN 8,5 kN21 63 mm 20,0 kN 20,0 kN 17,0 kN 17,0 kN 15,0 kN 6,0 kN 5,0 kN 3,0 kN 2,0 kN 12,0 kN 9,0 kN22 66 mm 21,5 kN 21,5 kN 17,5 kN 17,5 kN 16,0 kN 6,5 kN 5,5 kN 3,5 kN 2,0 kN 13,0 kN 9,5 kN23 69 mm 22,5 kN 22,5 kN 18,5 kN 18,5 kN 16,5 kN 6,5 kN 5,5 kN 3,5 kN 2,0 kN 13,5 kN 10,0 kN24 72 mm 24,0 kN 24,0 kN 19,5 kN 19,5 kN 17,5 kN 7,0 kN 6,0 kN 3,5 kN 2,5 kN 14,0 kN 10,5 kN25 75 mm 24,0 kN 24,0 kN 20,0 kN 20,0 kN 18,5 kN 7,5 kN 6,5 kN 4,0 kN 2,5 kN 14,5 kN 11,5 kN26 78 mm 24,5 kN 24,5 kN 21,0 kN 21,0 kN 19,0 kN 7,5 kN 6,5 kN 4,0 kN 2,5 kN 15,0 kN 12,0 kN27 81mm 24,5 kN 24,5 kN 22,0 kN 22,0 kN 20,0 kN 8,0 kN 7,0 kN 4,0 kN 3,0 kN 15,5 kN 12,0 kN28 84 mm 24,5 kN 24,5 kN 22,5 kN 22,5 kN 20,5 kN 8,0 kN 7,0 kN 4,5 kN 3,0 kN 16,0 kN 12,5 kN29 87 mm 25,0 kN 25,0 kN 22,5 kN 22,5 kN 21,0 kN 8,5 kN 7,5 kN 4,5 kN 3,0 kN 16,0 kN 12,5 kN30 90 mm 25,0 kN 25,0 kN 22,5 kN 22,5 kN 21,0 kN 9,0 kN 7,5 kN 4,5 kN 3,0 kN 16,0 kN 12,5 kN31 93 mm 25,0 kN 25,0 kN 22,5 kN 22,5 kN 21,0 kN 9,0 kN 8,0 kN 5,0 kN 3,5 kN 16,0 kN 12,5 kN32 96 mm 25,0 kN 25,0 kN 22,5 kN 22,5 kN 21,5 kN 9,5 kN 8,0 kN 5,0 kN 3,5 kN 16,0 kN 12,5 kN33 99 mm 25,0 kN 25,0 kN 23,0 kN 23,0 kN 21,5 kN 10,0 kN 8,5 kN 5,5 kN 3,5 kN 16,0 kN 12,5 kN34 102 mm 25,5 kN 25,5 kN 23,0 kN 23,0 kN 21,5 kN 10,0 kN 9,0 kN 5,5 kN 4,0 kN 16,0 kN 12,5 kN35 105 mm 25,5 kN 25,5 kN 23,0 kN 23,0 kN 21,5 kN 10,5 kN 9,0 kN 5,5 kN 4,0 kN 16,0 kN 12,5 kN36 108 mm 25,5 kN 25,5 kN 23,0 kN 23,0 kN 21,5 kN 11,0 kN 9,5 kN 6,0 kN 4,0 kN 16,5 kN 12,5 kN37 111 mm 25,5 kN 25,5 kN 23,0 kN 23,0 kN 21,5 kN 11,0 kN 9,5 kN 6,0 kN 4,0 kN 16,5 kN 12,5 kN38 114 mm 25,5 kN 25,5 kN 23,0 kN 23,0 kN 21,5 kN 11,5 kN 10,0 kN 6,0 kN 4,5 kN 16,5 kN 12,5 kN39 117 mm 25,5 kN 25,5 kN 23,0 kN 23,0 kN 21,5 kN 11,5 kN 10,0 kN 6,5 kN 4,5 kN 16,5 kN 12,5 kN40 120 mm 25,5 kN 25,5 kN 23,5 kN 23,0 kN 22,0 kN 12,0 kN 10,5 kN 6,5 kN 4,5 kN 16,5 kN 12,5 kNRack and pinion drive – calculation and selection – module 3 – straight tooth system齿条 / Rack UHPR HPR PR BRATLANTA精度等级/ATLANTA-Quality 5 6 7 8 9 10材料 / material 16MnCr5 16MnCr5 C45 C45 C45 42CrMo4 C45 C45齿条 / Rack 热处理方式渗碳淬火感应淬火感应淬火感应淬火淬火+回火软材 未淬火感应淬火Heat Treatment case hardened induction hardened ind. hardened ind. hardened quenched + tempered soft induction hardened材料 / material 16MnCr5 16MnCr5 16MnCr5 16MnCr5 16MnCr5 16MnCr5 C45 16MnCr5 C45 16MnCr5 C45齿轮 / Pinion 热处理方式渗碳淬火渗碳淬火渗碳淬火渗碳淬火渗碳淬火渗碳淬火感应淬火渗碳淬火软材 未淬火渗碳淬火感应淬火Heat Treatment case hardened case hardened case hardened case hardened case hardened case hardened ind. hardened case hardened soft case hardened ind. hardened 齿轮齿数1)齿轮节圆最大驱动力 (只针对ATLANTA标准的材料)No. of pinion teeth 1) pitch circle dia. m ax. feed force (values are only valid for material according ATLANTA-Standard)单位：mm / Dimensions in mmZB – 411248 mm12,0 kN 12,0 kN 12,0 kN 12,0 kN 11,5 kN 5,5 kN 4,5 kN 3,0 kN 1,0 kN 11,0 kN 6,5 kN 13 52 mm 14,5 kN 14,5 kN 14,5 kN 14,5 kN 13,5 kN 6,0 kN 4,5 kN 3,5 kN 1,5 kN 13,0 kN 7,5 kN 14 56 mm 18,0 kN 18,0 kN 18,0 kN 18,0 kN 17,0 kN 7,0 kN 5,5 kN 3,5 kN 1,5 kN 15,0 kN 8,5 kN 15 60 mm 20,5 kN 20,0 kN 20,0 kN 20,0 kN 18,5 kN 7,5 kN 6,0 kN 4,0 kN 2,0 kN 17,0 kN 10,0 kN 16 64 mm 23,0 kN 23,0 kN 22,0 kN 22,0 kN 20,5 kN 8,0 kN 6,5 kN 4,5 kN 2,0 kN 18,0 kN 11,0 kN 17 68 mm 27,0 kN 27,0 kN 24,5 kN 24,5 kN 23,0 kN 9,0 kN 7,5 kN 5,0 kN 2,5 kN 19,0 kN 12,0 kN 18 72 mm 30,0 kN 30,0 kN 26,5 kN 26,5 kN 25,0 kN 10,0 kN 8,0 kN 5,5 kN 3,0 kN 20,0 kN 13,0 kN 19 76 mm 32,5 kN 32,5 kN 28,0 kN 28,0 kN 26,0 kN 10,5 kN 8,5 kN 5,5 kN 3,0 kN 21,5 kN 14,0 kN 20 80 mm 35,0 kN 35,0 kN 30,0 kN 30,0 kN 27,5 kN 11,0 kN 9,0 kN 6,0 kN 3,5 kN 22,5 kN 15,0 kN 21 84 mm 37,5 kN 37,5 kN 31,5 kN 31,5 kN 29,0 kN 11,5 kN 9,5 kN 6,5 kN 3,5 kN 23,5 kN 16,5 kN 22 88 mm 40,0 kN 39,5 kN 33,0 kN 33,0 kN 30,5 kN 12,5 kN 10,0 kN 6,5 kN 4,0 kN 24,5 kN 17,5 kN 23 92 mm 42,5 kN 42,0 kN 34,5 kN 34,5 kN 32,0 kN 13,0 kN 10,5 kN 7,0 kN 4,0 kN 26,0 kN 18,5 kN 24 96 mm 44,5 kN 44,5 kN 36,0 kN 36,0 kN 33,5 kN 13,5 kN 11,0 kN 7,5 kN 4,5 kN 27,0 kN 19,5 kN 25 100 mm 46,5 kN 46,5 kN 37,5 kN 37,5 kN 35,0 kN 14,0 kN 11,5 kN 7,5 kN 4,5 kN 28,0 kN 20,5 kN 26104 mm 47,0 kN 47,0 kN 39,5 kN 39,5 kN 36,5 kN 14,5 kN 12,0 kN 8,0 kN 5,0 kN 28,5 kN 21,5 kN 27 108 mm 47,0 kN 47,0 kN 40,0 kN 40,0 kN 37,5 kN 15,5 kN 12,5 kN 8,5 kN 5,0 kN 28,5 kN 22,0 kN 28 112 mm 47,5 kN 47,5 kN 40,5 kN 40,5 kN 37,5 kN 16,0 kN 13,0 kN 8,5 kN 5,5 kN 28,5 kN 22,0 kN 29 116 mm 47,5 kN 47,5 kN 40,5 kN 40,5 kN 37,5 kN 16,5 kN 13,5 kN 9,0 kN 5,5 kN 29,0 kN 22,5 kN 30 120 mm 48,0 kN 48,0 kN 40,5 kN 40,5 kN 38,0 kN 17,0 kN 14,0 kN 9,5 kN 6,0 kN 29,0 kN 22,5 kN 31 124 mm 48,0 kN 48,0 kN 41,0 kN 41,0 kN 38,0 kN 17,5 kN 14,5 kN 9,5 kN 6,0 kN 29,0 kN 22,5 kN 32 128 mm 48,0 kN 48,0 kN 41,0 kN 41,0 kN 38,0 kN 18,5 kN 15,0 kN 10,0 kN 6,5 kN 29,0 kN 22,5 kN 33 132 mm 48,5 kN 48,5 kN 41,0 kN 41,0 kN 38,0 kN 19,0 kN 15,5 kN 10,5 kN 6,5 kN 29,0 kN 22,5 kN 34 136 mm 48,5 kN 48,5 kN 41,5 kN 41,0 kN 38,5 kN 19,5 kN 16,0 kN 10,5 kN 7,0 kN 29,0 kN 22,5 kN 35 140 mm 48,5 kN 48,5 kN 41,5 kN 41,5 kN 38,5 kN 20,0 kN 16,5 kN 11,0 kN 7,0 kN 29,5 kN 23,0 kN 36 144 mm 49,0 kN 49,0 kN 41,5 kN 41,5 kN 38,5 kN 21,0 kN 17,0 kN 11,5 kN 7,5 kN 29,5 kN 23,0 kN 37 148 mm 49,0 kN 49,0 kN 41,5 kN 41,5 kN 38,5 kN 21,5 kN 17,5 kN 11,5 kN 7,5 kN 29,5 kN 23,0 kN 38 152 mm 49,0 kN 49,0 kN 42,0 kN 41,5 kN 38,5 kN 22,0 kN 18,0 kN 12,0 kN 8,0 kN 29,5 kN 23,0 kN 39 156 mm 49,0 kN 49,0 kN 42,0 kN 42,0 kN 39,0 kN 22,5 kN 18,0 kN 12,5 kN 8,0 kN 29,5 kN 23,0 kN 40 160 mm 49,0 kN 49,0 kN 42,0 kN 42,0 kN 39,0 kN 23,0 kN 18,5 kN 12,5 kN 8,5 kN 29,5 kN 23,0 kNRack and pinion drive – calculation and selection – module 4 – straight tooth system齿条 / RackUHPR HPRPRBRATLANTA精度等级/ATLANTA-Quality 5 67 89 10材料 / material 16MnCr5 16MnCr5C45C45 C45 42CrMo4C45 C45齿条 / Rack 热处理方式 渗碳淬火 感应淬火感应淬火感应淬火 淬火+回火软材 未淬火感应淬火Heat Treatmentcase hardenedinduction hardened ind. hardenedind. hardenedquenched + temperedsoftinduction hardened材料 / material 16MnCr5 16MnCr5 16MnCr5 16MnCr5 16MnCr5 16MnCr5 C45 16MnCr5 C45 16MnCr5 C45齿轮 / Pinion 热处理方式 渗碳淬火 渗碳淬火 渗碳淬火 渗碳淬火 渗碳淬火 渗碳淬火 感应淬火 渗碳淬火 软材 未淬火渗碳淬火 感应淬火Heat Treatment case hardenedcase hardenedcase hardenedcase hardenedcase hardenedcase hardenedind. hardenedcase hardenedsoftcase hardenedind. hardened齿轮齿数 1)齿轮节圆 最大驱动力 (只针对ATLANTA标准的材料)No. of pinion teeth 1)pitch circle dia.m ax. feed force (values are only valid for material according ATLANTA-Standard)最大允许进给力 - 说明请参阅第ZB-36 / Maximum permissible feed forces – description see page ZB-361) 核对可行性（ZB章节） / check availability (chapter ZB)2) 力值只适用于亚特兰标准材料 / force values are only valid for material according ATLANTA-Standard单位：mm / Dimensions in mm1/2017齿条 / Rack UHPR HPR PR BRATLANTA精度等级/ATLANTA-Quality 3 5 6 7 8 9 10材料 / material C45 16MnCr5 C45 C45 C45 C45 C45齿条Rack 热处理方式感应淬火 渗碳淬火 感应淬火 感应淬火 软材 未淬火 感应淬火Heat treatment ind. hardened c ase hardened ind. hardened ind. hardened soft ind. hardened材料/material 16MnCr5 16MnCr5 16MnCr5 16MnCr5 16MnCr5 16MnCr5 C45 16MnCr5 C45齿轮Pinion 热处理方式渗碳淬火渗碳淬火渗碳淬火渗碳淬火渗碳淬火渗碳淬火软材 未淬火渗碳淬火感应淬火Heat treatment case hardened case hardened case hardened case hardened case hardened case hardened soft case hardened ind. hardened齿轮齿数1)齿轮节圆最大驱动力 (只针对ATLANTA标准的材料)No. of pinion teeth 1) pitch circle dia. m ax. feed force (values are only valid for material according ATLANTA-Standard)12 60 mm 19,0 kN 19,0 kN 19,0 kN 19,0 kN 18,0 kN 5,0 kN 2,0 kN 17,5 kN 10,0 kN13 65 mm 23,0 kN 23,0 kN 23,0 kN 23,0 kN 21,5 kN 5,5 kN 2,5 kN 20,5 kN 12,0 kN14 70 mm 29,0 kN 29,0 kN 28,5 kN 28,5 kN 26,5 kN 6,0 kN 2,5 kN 23,5 kN 13,5 kN15 75 mm 31,5 kN 32,0 kN 31,5 kN 31,5 kN 29,0 kN 6,5 kN 3,0 kN 26,5 kN 15,5 kN16 80 mm 35,0 kN 37,0 kN 35,0 kN 35,0 kN 32,5 kN 7,0 kN 3,5 kN 28,0 kN 17,0 kN17 85 mm 39,5 kN 42,5 kN 39,5 kN 39,0 kN 36,5 kN 8,0 kN 4,0 kN 30,0 kN 19,0 kN18 90 mm 42,0 kN 47,0 kN 42,0 kN 42,0 kN 39,0 kN 8,5 kN 4,5 kN 31,5 kN 20,5 kN19 95 mm 44,5 kN 51,0 kN 44,5 kN 44,5 kN 41,0 kN 9,0 kN 5,0 kN 33,5 kN 22,5 kN20 100 mm 47,0 kN 55,0 kN 47,0 kN 47,0 kN 43,5 kN 9,5 kN 5,5 kN 35,0 kN 24,0 kN21 105 mm 49,5 kN 58,5 kN 49,5 kN 49,5 kN 45,5 kN 10,0 kN 6,0 kN 37,0 kN 25,5 kN22 110 mm 52,0 kN 62,5 kN 52,0 kN 52,0 kN 48,0 kN 10,5 kN 6,0 kN 39,0 kN 27,0 kN23 115 mm 54,5 kN 66,5 kN 54,5 kN 54,5 kN 50,5 kN 11,0 kN 6,5 kN 40,5 kN 29,0 kN24 120 mm 57,0 kN 70,5 kN 57,0 kN 57,0 kN 52,5 kN 11,5 kN 7,0 kN 42,5 kN 30,5 kN25 125 mm 59,5 kN 72,5 kN 59,5 kN 59,5 kN 55,0 kN 12,0 kN 7,5 kN 44,0 kN 32,0 kN26 130 mm 61,0 kN 73,0 kN 61,0 kN 61,0 kN 56,5 kN 12,5 kN 8,0 kN 44,5 kN 33,5 kN27 135 mm 61,5 kN 73,5 kN 61,0 kN 61,0 kN 56,5 kN 13,0 kN 8,0 kN 45,0 kN 35,0 kN28 140 mm 61,5 kN 74,0 kN 61,5 kN 61,5 kN 57,0 kN 13,5 kN 8,5 kN 45,0 kN 35,0 kN29 145 mm 62,0 kN 74,5 kN 61,5 kN 61,5 kN 57,0 kN 14,0 kN 9,0 kN 45,0 kN 35,0 kN30 150 mm 62,0 kN 75,0 kN 62,0 kN 62,0 kN 57,5 kN 14,5 kN 9,5 kN 45,5 kN 35,5 kNRack and pinion drive – calculation and selection – module 5 – straight tooth system最大允许进给力 - 说明请参阅第ZB-36 / Maximum permissible feed forces –description see page ZB-361) 核对可行性（ZB章节） / check availability (chapter ZB)2) 力值只适用于亚特兰标准材料 / force values are only valid for material according ATLANTA-Standard单位：mm / Dimensions in mmZB – 43齿条 / RackUHPRHPRBRATLANTA精度等级/ATLANTA-Quality 4 567910 材料 / material C45 16MnCr5 C45 C45 C45 C45齿Rack 热处理方式 感应淬火 渗碳淬火 感应淬火 软材 未淬火 感应淬火 Heat treatment ind. hardened case hardened ind. hardened soft ind. hardened 材料 / material 16MnCr5 16MnCr5 16MnCr5 16MnCr5 16MnCr5 C45 16MnCr5 C45齿轮Pinion 热处理方式 渗碳淬火 渗碳淬火 渗碳淬火 渗碳淬火 渗碳淬火 软材 未淬火渗碳淬火 感应淬火Heat treatment case hardened case hardened case hardenedcase hardened case hardenedsoftcase hardenedind. hardened齿轮齿数 1)齿轮节圆 最大驱动力 (只针对ATLANTA标准的材料)No. of pinion teeth 1)pitch circle dia.m ax. feed force (values are only valid for material according ATLANTA-Standard)12 72 mm 27,5 kN 27,5 kN 27,5 kN 27,5 kN 7,5 kN 3,0 kN 25,5 kN 15,0 kN 13 78 mm 33,5 kN 33,5 kN 33,5 kN 33,5 kN 8,0 kN 3,5 kN 30,0 kN 17,5 kN 14 84 mm 41,5 kN 41,5 kN 41,5 kN 41,5 kN 8,5 kN 4,0 kN 34,5 kN 20,0 kN 15 90 mm 46,0 kN 46,0 kN 45,5 kN 45,5 kN 9,0 kN 4,5 kN 38,0 kN 22,5 kN 16 96 mm 50,5 kN 53,0 kN 50,5 kN 50,5 kN 10,0 kN 5,0 kN 40,5 kN 25,0 kN 17 102 mm 56,5 kN 61,5 kN 56,5 kN 56,5 kN 11,5 kN 6,0 kN 43,5 kN 27,5 kN 18 108 mm 61,0 kN 68,0 kN 61,0 kN 61,0 kN 12,5 kN 7,0 kN 46,0 kN 30,0 kN 19 114 mm 64,5 kN 73,5 kN 64,5 kN 64,5 kN 13,0 kN 7,5 kN 48,5 kN 32,5 kN 20 120 mm 68,0 kN 79,5 kN 68,0 kN 68,0 kN 14,0 kN 8,0 kN 51,0 kN 34,5 kN 21 126 mm 71,5 kN 85,0 kN 71,5 kN 71,5 kN 14,5 kN 8,5 kN 53,5 kN 37,0 kN 22 132 mm 75,5 kN 90,5 kN 75,0 kN 75,0 kN 15,5 kN 9,0 kN 56,0 kN 39,5 kN 23 138 mm 79,0 kN 96,0 kN 79,0 kN 78,5 kN 16,0 kN 9,5 kN 58,5 kN 42,0 kN 24 144 mm 82,5 kN 102,0 kN 82,5 kN 82,5 kN 17,0 kN 10,5 kN 61,0 kN 44,0 kN 25 150 mm 86,0 kN 104,0 kN 86,0 kN 86,0 kN 17,5 kN 11,0 kN 61,5 kN 46,5 kN 26 156 mm 87,5 kN 104,5 kN 87,5 kN 87,5 kN 18,5 kN 11,5 kN 62,0 kN 49,0 kN 27 162 mm 88,0 kN 105,5 kN 87,5 kN 87,5 kN 19,0 kN 12,0 kN 62,0 kN 50,0 kN 28 168 mm 88,5 kN 106,0 kN 88,0 kN 88,0 kN 20,0 kN 12,5 kN 62,5 kN 50,0 kN 29 174 mm 88,5 kN 106,5 kN 88,5 kN 88,5 kN 20,5 kN 13,0 kN 62,5 kN 50,5 kN 30 180 mm 89,0 kN 107,0 kN 89,0 kN 89,0 kN 21,5 kN 13,5 kN 63,0 kN 50,5 kNRack and pinion drive – calculation and selection – module 6 – straight tooth system最大允许进给力 - 说明请参阅第ZB-36 / Maximum permissible feed forces – description see page ZB-361) 核对可行性（ZB章节） / check availability (chapter ZB)2) 力值只适用于亚特兰标准材料 / force values are only valid for material according ATLANTA-Standard单位：mm / Dimensions in mm1/201712 96 mm 49,5 kN 49,5 kN 49,5 kN 13,0 kN 5,5 kN 45,5 kN 26,5 kN13 104 mm 60,0 kN 60,0 kN 60,0 kN 14,5 kN 6,5 kN 53,5 kN 31,0 kN14 112 mm 74,5 kN 74,5 kN 74,5 kN 16,0 kN 7,5 kN 61,5 kN 35,5 kN15 120 mm 82,0 kN 82,0 kN 82,0 kN 16,5 kN 8,0 kN 68,0 kN 40,0 kN16 128 mm 90,5 kN 90,0 kN 90,0 kN 18,5 kN 9,5 kN 72,5 kN 44,5 kN17 136 mm 101,5 kN 101,5 kN 101,5 kN 21,0 kN 11,0 kN 77,5 kN 49,0 kN18 144 mm 109,0 kN 109,0 kN 109,0 kN 22,5 kN 12,5 kN 82,0 kN 53,5 kN19 152 mm 115,5 kN 115,5 kN 115,5 kN 23,5 kN 13,5 kN 86,5 kN 57,5 kN20 160 mm 121,5 kN 121,5 kN 121,5 kN 25,0 kN 14,5 kN 91,0 kN 62,0 kN21 168 mm 128,0 kN 128,0 kN 128,0 kN 26,5 kN 15,5 kN 95,5 kN 66,0 kN22 176 mm 134,5 kN 134,5 kN 134,5 kN 27,5 kN 16,5 kN 100,0 kN 70,5 kN23 184 mm 141,0 kN 141,0 kN 141,0 kN 29,0 kN 17,5 kN 104,5 kN 74,5 kN24 192 mm 147,5 kN 147,5 kN 147,5 kN 30,5 kN 18,5 kN 107,5 kN 79,0 kN25 200 mm 152,5 kN 152,5 kN 152,5 kN 31,5 kN 19,5 kN 108,0 kN 83,0 kN26 208 mm 153,5 kN 153,0 kN 153,0 kN 33,0 kN 20,5 kN 108,5 kN 87,0 kN27 216 mm 154,0 kN 154,0 kN 153,5 kN 34,5 kN 21,5 kN 109,0 kN 87,5 kN28 224 mm 154,5 kN 154,5 kN 154,5 kN 35,5 kN 22,5 kN 109,5 kN 88,0 kN29 232 mm 155,0 kN 155,0 kN 155,0 kN 37,0 kN 23,5 kN 110,0 kN 88,5 kN30 240 mm 156,0 kN 155,5 kN 155,5 kN 38,5 kN 24,5 kN 110,0 kN 88,5 kNRack and pinion drive – calculation and selection – module 8 – straight tooth system最大允许进给力 - 说明请参阅第ZB-36 / Maximum permissible feed forces –description see page ZB-361) 核对可行性（ZB章节） / check availability (chapter ZB)2) 力值只适用于亚特兰标准材料 / force values are only valid for material according ATLANTA-Standard齿条 / Rack UHPR HPR BRATLANTA精度等级/ATLANTA-Qualit 3 6 7 9 10材料 / material C45 C45 C45 C45 C45齿条 / Rack 热处理方式感应淬火感应淬火软材 未淬火感应淬火Heat Treatment ind. hardened induction hardened soft induction hardened材料 / material 16MnCr5 16MnCr5 16MnCr5 16MnCr5 C45 16MnCr5 C45齿轮 / Pinion 热处理方式渗碳淬火渗碳淬火渗碳淬火渗碳淬火软材 未淬火渗碳淬火感应淬火Heat Treatment case hardened case hardened case hardened case hardened soft case hardened ind. hardened齿轮齿数1)齿轮节圆最大驱动力 (只针对ATLANTA标准的材料)No. of pinion teeth 1)pitch circle dia. m ax. feed force (values are only valid for material according ATLANTA-Standard)单位：mm / Dimensions in mmZB – 4512 120 mm 78,0 kN 77,5 kN 21,0 kN 8,5 kN 71,5 kN 41,5 kN 13 130 mm 94,0 kN 94,0 kN 22,5 kN 10,0 kN 84,0 kN 49,0 kN 14 140 mm 117,0 kN 117,0 kN 25,0 kN 11,5 kN 96,0 kN 56,0 kN 15 150 mm 128,5 kN 128,5 kN 26,5 kN 13,0 kN 107,0 kN 63,0 kN 16 160 mm 141,5 kN 141,5 kN 29,0 kN 15,0 kN 114,0 kN 70,0 kN 17 170 mm 159,5 kN 159,5 kN 33,0 kN 17,5 kN 121,0 kN 77,0 kN 18 180 mm 171,0 kN 171,0 kN 35,0 kN 19,5 kN 128,0 kN 83,5 kN 19 190 mm 181,0 kN 180,5 kN 37,0 kN 21,0 kN 135,5 kN 90,5 kN 20 200 mm 191,0 kN 191,0 kN 39,5 kN 22,5 kN 142,5 kN 97,0 kN 21 210 mm 201,0 kN 201,0 kN 41,5 kN 24,5 kN 149,5 kN 104,0 kN 22 220 mm 211,0 kN 211,0 kN 43,5 kN 26,0 kN 156,5 kN 110,5 kN 23 230 mm 221,0 kN 221,0 kN 45,5 kN 27,5 kN 163,5 kN 117,0 kN 24 240 mm 231,0 kN 231,0 kN 47,5 kN 29,0 kN 165,0 kN 123,5 kN 25 250 mm 234,0 kN 234,0 kN 49,5 kN 31,0 kN 166,0 kN 130,0 kNRack and pinion drive – calculation and selection – module 10 – straight tooth system最大允许进给力 - 说明请参阅第ZB-36 / Maximum permissible feed forces – description see page ZB-361) 核对可行性（ZB章节） / check availability (chapter ZB)2) 力值只适用于亚特兰标准材料 / force values are only valid for material according ATLANTA-Standard齿条 / RackUHPR HPRBRATLANTA精度等级/ATLANTA-Qualit 3 6 9 10材料 / material C45 C45 C45 C45齿条 / Rack 热处理方式 感应淬火 感应淬火 软材 未淬火感应淬火Heat Treatment ind. hardened ind. hardened softinduction hardened材料 / material 16MnCr5 16MnCr5 16MnCr5 C45 16MnCr5 C45齿轮 / Pinion 热处理方式 渗碳淬火 渗碳淬火 渗碳淬火 软材 未淬火渗碳淬火 感应淬火Heat Treatmentcase hardenedcase hardenedcase hardenedsoftcase hardenedind. hardened齿轮齿数 1)齿轮节圆 最大驱动力 (只针对ATLANTA标准的材料)No. of pinion teeth 1)pitch circle dia. m ax. feed force (values are only valid for material according ATLANTA-Standard)ZB – 46单位：mm / Dimensions in mm1/201712 144 mm 111,0 kN 111,0 kN13 156 mm 134,5 kN 134,0 kN14 168 mm 167,0 kN 167,0 kN15 180 mm 183,5 kN 183,5 kN16 192 mm 204,0 kN 203,5 kN17 204 mm 225,5 kN 225,5 kN18 216 mm 244,0 kN 243,5 kN19 228 mm 258,0 kN 258,0 kN20 240 mm 272,5 kN 272,0 kN21 252 mm 286,5 kN 286,5 kN22 264 mm 301,0 kN 300,5 kN23 276 mm 315,5 kN 315,0 kN24 288 mm 329,5 kN 329,5 kN25 300 mm 333,5 kN 333,0 kN齿轮齿条驱动-计算和选型-模数12-直齿Rack and pinion drive – calculation and selection – module 12 – straight tooth system最大允许进给力 - 说明请参阅第ZB-36 / Maximum permissible feed forces –description see page ZB-361) 核对可行性（ZB章节） / check availability (chapter ZB)2) 力值只适用于亚特兰标准材料 / force values are only valid for material according ATLANTA-Standard齿条 / Rack UHPR HPRATLANTA精度等级/ATLANTA-Qualit 3 6材料 / material C45 C45齿条 / Rack 热处理方式感应淬火感应淬火Heat Treatment ind. hardened ind. hardened材料 / material 16MnCr5 16MnCr5齿轮 / Pinion 热处理方式渗碳淬火渗碳淬火Heat Treatment case hardened case hardened齿轮齿数1)齿轮节圆最大驱动力 2)No.of pinion teeth1) p itch circle dia. Maximum Feed Force 2)。

收稿日期：2012－09－14作者简介：刘庚寅（1970—），男，汉，湖南邵东人，硕士研究生，研究方向：汽车电动助力转向系统。

E-mail ：lgy960@ 。

电动助力转向系统中齿轮齿条传动设计与计算刘庚寅，刘晟昱，彭微君，葛阳清，康永升（株洲易力达机电有限公司，湖南株洲412002）摘要：介绍了P-EPS 电动助力转向系统的传动原理及其主要零部件。

特别是就某一车型的P-EPS 齿轮齿条的设计计算进行了详细的分析。

对不同载荷车型的齿轮齿条模数和齿数的匹配分别进行了计算，为新产品的开发提供了参考和指导。

关键词：电动助力转向系统；P-EPS ；齿轮轴；齿条轴Design and Calculation on Transmission between Pinion andRack in Electric Power Steering SystemLIU Gengyin ，LIU Shengyu ，PENG Weijun ，GE Yangqing ，KANG Yongsheng （Zhuzhou Elite Electro Mechanical Co．，Ltd．，Zhuzhu Hunan 412002，China ）Abstract ：The theory and main components of P-EPS electric power steering system were introduced here．Especially ，the design and calculation for rack and pinion of P-EPS about one car were analyzed in detail．Also ，matching relation between modulus and teeth number of rack and pinion were separately calculated for different car types with different weight ，so the reference and guides were provided for the devel-opment of new products．Keywords ：Electric power steering system ；P-EPS ；Pinion ；Rack0前言国产电动助力转向系统（EPS ）经过十几年的探索与研究，技术日趋成熟，并以其相对传统液压转向系统的突出优点而得到众多汽车厂家的认可，并在中小排量汽车上得到了广泛应用。

齿轮齿条式转向器设计⽬录摘要Abstract1 绪论 (1)齿轮齿条式转向器概述 (1)齿轮齿条式动⼒转向器的原理 (2)1.2.1齿轮齿条转向器的⼯作原理 (2)1.2.2动⼒转向系统的⼯作原理 (2)2 转向器整体结构设计⽅案分析 (4)动⼒转向器的整体结构及附属机构 (4)转向器结构设计⽅案分析 (4)液压动⼒转向特点分析 (5)3转向器结构⽅案的确定和具体设计 (6)转向器结构的确定和设计 (6)3.1.1阿克曼⼏何学 (6)R (7)3.1.2最⼩转弯半径min3.1.3转向系的效率 (7)3.1.4转向系的⾓传动⽐与⼒传动⽐ (7)齿轮齿条传动副的确定和设计 (10)3.2.1变传动⽐齿轮齿条的原理分析 (10)3.2.2斜齿圆柱齿轮的设计 (11)3.2.3传动副传动⽅案的设计 (12)3.2.4齿条的设计 (12)动⼒缸结构设计 (13)3.3.1作⽤⼒的计算 (13)4 结论 (16)参考⽂献致谢齿轮齿条式转向器设计1 绪论齿轮齿条式转向器概述汽车⾏驶时要经常改变⾏驶⽅向，这就需要有⼀套能够按照驾驶需要使汽车转向的机构，它将司机转动⽅向盘的动作转变为车轮（通常是前轮）的偏转动作。

这套机构就是汽车的转向系。

转向系通过对左、右车轮不同转⾓的合理匹配来保证汽车沿着设想的轨迹运动[3]。

按转向⼒能源的不同，可将转向系分为机械转向系和动⼒转向系。

机械转向系的能量来源是⼈⼒，所有传⼒件都是机械的，由转向操纵机构（⽅向盘）、转向器、转向传动机构三⼤部分组成。

其中转向器是将操纵机构的旋转运动转变为传动机构的直线运动（严格讲是近似直线运动）的机构，是转向系的核⼼部件。

动⼒转向系除具有以上三⼤部件外，其最主要的动⼒来源是转向助⼒装置。

由于转向助⼒装置最常⽤的是⼀套液压系统，因此也就离不开泵、油管、阀、活塞和储油罐，它们分别相当于电路系统中的电池、导线、开关、电机和地线的作⽤[1]。

转向器（也常称为转向机），是完成由旋转运动到直线运动（或近似直线运动）的⼀组齿轮机构，同时也是转向系中的减速传动装置。

齿轮齿条计算齿轮和齿条是机械传动中常用的两种传动方式，它们之间的配合合理与否直接影响到机械传动的效率和性能。

本文将从齿轮齿条的基本原理、设计计算方法以及注意事项等方面进行详细介绍，旨在帮助读者深入了解齿轮齿条的计算方法，并指导实际应用。

一、齿轮齿条的基本原理1.齿轮的基本原理齿轮是由一对或多对齿数不同的圆盘组成的，通过齿的啮合来实现转动和传动。

它具有传递扭矩和改变速度比的作用。

2.齿条的基本原理齿条是一种线性运动的传动装置，由具有一定齿数的直条状齿轮构成。

齿条通过与齿轮的啮合实现力的传递和工件的移动。

二、齿轮齿条的设计计算方法1.齿轮设计计算方法（1）确定传动比：根据所需的转速比和传动功率，选择合适的齿轮组合。

（2）计算模数：通过传动功率和转速来确定齿轮的模数。

（3）计算齿数：根据齿轮的模数和传动比，计算齿轮的齿数。

（4）计算齿轮尺寸：根据齿数和模数，计算齿轮的直径、齿宽等尺寸。

2.齿条设计计算方法（1）确定齿条的模数：根据工作载荷和所需的尺寸精度，选择合适的齿条模数。

（2）计算齿条的齿数：根据齿条的模数和长度，计算齿条的齿数。

（3）计算齿条的尺寸：根据齿数和模数，计算齿条的宽度、高度等尺寸。

三、齿轮齿条计算的注意事项1.合理设计齿轮齿条的啮合角和啮合线速度，避免啮合不良和过高的载荷。

2.设计时要考虑齿轮齿条的工作环境和要求，选择合适的材料和表面处理方式，以提高其使用寿命和性能。

3.在实际应用中，要注意齿轮齿条的润滑和保养，定期检查和更换磨损严重的齿轮齿条部件。

齿轮齿条作为机械传动中常用的方式之一，其设计计算方法的合理与否对传动效率和性能有着直接的影响。

通过本文的介绍，读者不仅可以全面了解齿轮齿条的基本原理和设计计算方法，还能掌握齿轮齿条计算的注意事项，有助于在实际应用中对齿轮齿条进行准确的计算和选用，以提高机械传动的效率和使用寿命。

设计・计算 文章编号:100320794(2002)1120005202一种齿轮齿条自锁机构的设计3王成军(安徽理工大学,安徽淮南232001)摘要:介绍了一种齿轮齿条自锁机构的工作原理和设计方法。

对其主要功能、结构、特点和应用进行了分析。

关键词:齿轮齿条;自锁机构;设计中图号:TH112文献标识码:A1　引言齿轮齿条机构是一种常见的机械传动机构,绝大多数用于水平方向运动,由于不具有自锁功能,极少用于垂直方向运动的场合,更不用说垂直方向重负载的场合了。

为拓宽齿轮齿条机构的应用范围,作者为齿轮齿条机构设计了一种特殊的自锁装置,该装置不仅可以使齿轮齿条机构应用于垂直方向运动场合,还能满足一定程度重负载的要求,而且在上下2个方向均可以实现自锁。

本文以一种手摇式齿轮齿条机构的自锁装置设计为例。

2　齿轮齿条自锁机构的工作原理如图1所示是一种手动式齿轮齿条自锁机构的运动简图。

下面以手动式齿轮齿条自锁机构为例说明其工作原理。

机构工作时,若用手摇动手柄1,沿着棘爪2的滑槽作顺时针方向转动,人字形拨叉的左拨叉便给棘爪3施加一个力F,棘爪在这个力的作用下绕固定在摩擦盘5上的销轴6作顺时针方向转动,当人字形拨叉转过一定角度时,手柄便撑开棘爪2,使之与棘轮4脱开,此时在左拨叉的作用下,棘爪3也与棘轮同时脱开,与此同时两棘爪外侧也与摩擦盘的内侧挤在一起,弹簧7也被撑开,产生拉力。

此时,若再继续转动手柄便可以利用棘爪外侧与摩擦盘内侧之间产生的摩擦力带动齿轮8转动,再带动与之相啮合的齿轮9转动,进而驱动齿条10作垂直向下方向的运动。

反之,手柄作逆时针方向转动时,便同样可以驱动齿条作垂直向上方向的运动。

而当松开手柄时,左右棘爪便在弹簧的拉力作用下将棘轮卡死(抱住)。

此时,即使在重负载的作用下,齿条亦静止不动,实现自锁。

对于水平方向安装的齿轮齿条机构,也同样能够实现自锁。

3　设计及应用3安徽理工大学青年科学基金资助项目(2001096)根据实际需要,动力源也可以采用机械传动式(如电动式等)。

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 R(N·mm)。

表3-1 原地转向阻力矩M的计算表3-2 转向盘手力F h的计算对给定的汽车，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。

梯形臂长度的计算：2L 表3-3 梯形臂长度L 2的计算设计计算和说明计算结果轮辋直径= 16in=16×25.4=406.4mm LW R 梯形臂长度2L =×0.8/2= 406.4×0.8/2LW R =162.6mm,取=160mm2L 2L =160mm轮胎直径的计算R T ：表3-4 轮胎直径R T 的计算设计计算和说明计算结果 20555.0×+=LW T R R =406.4+0.55×205=518.75mm取=520mmT R T R =520mm转向横拉杆直径的确定：表3-5 转向横拉杆直径的计算初步估算主动齿轮轴的直径：表3-6 主动齿轮轴的计算3.3.2 齿轮齿条式转向器的设计 1. EPS 系统齿轮齿条转向器的主要元件1) 齿条 齿条是在金属壳体内来回滑动的，加工有齿形的金属条。

转向器壳体是安装在前横梁或前围板的固定位置上的。

齿条代替梯形转向杆系的摇杆和转向摇臂，并保证转向横拉杆在适当的高度以使他们与悬架下摆臂平行。

齿条可以比作是梯形转向杆系的转向直拉杆。

导向座将齿条支持在转向器壳体上。

齿条的横向运动拉动或推动转向横拉杆，使前轮转向(图3.3-1）。