齿轮齿条转向器设计计算说明书

本科学生毕业设计汽车齿轮齿条式转向器设计院系名称：汽车与交通工程学院专业班级：学生姓名：指导教师：职称：黑龙江工程学院二○一一年六月The Graduation Design for Bachelor's Degree Design of Car Rack and Pinion SteeringGearCandidate：Specialty：Class ：Supervisor：Heilongjiang Institute of Technology2011-06·Harbin摘要汽车转向器是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。

随着汽车工业的发展，汽车转向器也在不断的得到改进，虽然电子转向器已开始应用，但机械式转向器仍然广泛地被世界各国汽车及汽车零部件生产厂商所采用。

而在机械式转向器中，齿轮齿条式转向器由于其自身的特点被广泛应用于各级各类汽车上。

本次设计主要对一汽佳宝的转向器进行设计。

首先对转向器进行了结构上的设计，此转向器选用的是侧面输入，两端输出的齿轮齿条式转向器。

其优点为：结构简单、紧凑；壳体由铝合金或镁合金压铸而成，故质量比较小；传动效率高达90%；齿轮齿条之间因磨损出现间隙后，可利用装在齿条背部、靠近小齿轮的压紧力可以调节的弹簧自动消除齿间间隙，在提高系统刚度的同时也可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，可以增大转向轮转角；制造成本低。

关键词：转向器；弹簧；横拉杆；设计；校核ABSTRACTAuto steering gear is the important part of automobile. Also the key assembly of vehicle active safety. Its’ quality seriously effecting manipulating stability,with the develop ment of automobile’industry,steering gear is improved gradually. Although electronic steering gear began application, but mechanical steering gear is widely used by automobile and parts manufacturer all over the world. In the mechanical steering gear. The rack and pinion steering gear were widely used in all kinds of Auto factories due to its own characteristics.This design is mainly focus on FAW Jiabao. First, design the steering gear’s structure. This steering gear applied beside input. Two terminal output rack and pinion steering. Its’advantages is simple configuration and compact. Shell is pressurized carging by aluminium alloy or magnesium ally. So the weight is relatively low. Transmitting efficient can reach 90%. If gap appears between rack and pinion. It can be eliminated by the spring which is located back of rack adjustable to pinion,and spring pressure can be ajusted .Simproving the sy sten’s stiffness.It also can prevent the impact and noise when it works .Steering gear occupy. Little volume have no steering arm and tie rod. Steering wheel angle can be increased；manufacturing cost is low.Keywords: steering;spring; horizontal bars;design;check.目录摘要 (I)Abstract ................................................................................................................................. I I 第1章绪论 ..................................................................................................................... １1.1选题的目的 .............................................................................................................. １1.2转向器国内外研究现状 .......................................................................................... １1.3转向器发展趋势 ...................................................................................................... ３1.3.1汽车转向技术的发展趋势 ............................................................................ ３1.3.2汽车转向装置的设计趋势 ............................................................................ ３1.4转向器概述 .............................................................................................................. ４1.4.1汽车转向基本要求及其关键技术 ................................................................ ４1.4.2两轮转向及其实现技术 ................................................................................ ５1.4.3四轮转向及其实现技术 ................................................................................ ７1.5设计的预期成果 ...................................................................................................... ９第2章设计方案的选择 .......................................................................................... １０2.1转向器类型的选择 .............................................................................................. １０2.2齿轮齿条式转向器布置和结构形式的选择 ...................................................... １１2.3本章小结 .............................................................................................................. １２第3章齿轮齿条式转向器的设计和计算 ......................................................... １３3.1转向系计算载荷的确定 ...................................................................................... １３3.1.1计算汽车的原地转向阻力矩 .................................................................... １３3.1.2转向器角传动比的计算 ............................................................................ １４3.1.3作用在转向盘上的手力的计算 .................................... 错误！未定义书签。

汽车设计课程设计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）：名称轴距L 前轮距L1 后轮距L2 最小转弯半径R数值2500mm 1350mm 1360mm 4600mm名称车长车宽车高车质量数值3930mm 1585mm 1857mm 1123kg 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：61.5mm2）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。

中文摘要为了减轻驾驶员转动方向盘的操作力，利用动力产生辅助动力的装置称为转向动力机构。

现代汽车都采用动力转向辅助系统，使驾驶员的转向操作变得方便、省力。

本文主要介绍了齿轮齿条式动力转向器的设计计算以及结构设计。

对转向系的要求,转向系的主要参数，动力转向系的要求,动力转向的组成和工作原理，以及动力转向系布置方案的选择和确定等作了详细的介绍。

并且对所需要的辅助油泵作了计算和选择。

关键字：齿轮齿条式，动力转向，设计计算AbstractIn order to reduce the driver turned the steering wheel operating force, the use of power auxiliary power produced the device is called to the motor. It made the driver change direction conveniently and save his labouring. This text mostly introduced the design and the count of the integery type of circulating rack and pinion steering along with the design of structure. And it particularly introduced the need of steering system, the main parameters of steering system, the need of power steering system , the make-up and the principle of power steering system ,and how to select and ascertain the established scheme of power steering system,It is emphasized the design and the count, also reckon and select the pump.Keywords: Rack and pinion steering,power steering,design and count中文摘要 (I)Abstract .................................................................................................................... I I 前言 (1)第一章转向系统设计方案论证 (2)§1－1 转向系的概述 (2)§1－2 动力转向系统概述 (4)§1－3 齿轮齿条式转向器与其它型式转向器的比较 (6)§1－4 电控液压动力转向系统的工作特性 (7)第二章齿轮齿条转向器设计及校核 (10)§2—1 齿轮齿条转向器种类的选择 (10)§2—2 前轴负荷的确定 (12)§2—3 转向系的主要性能参数计算 (13)§2—4 齿轮齿条转向器的计算及校核 (16)第三章电控液压动力转向系统的设计及验证 (24)§3—1 EHPS系统设计方案选择 (24)§3—2 EHPS系统的设计计算 (27)§3—3 动力转向系统方案校核 (35)第四章毕业设计结论与小结 (38)致谢 (40)参考文献 (41)本次毕业设计在高晓宏老师的指导下进行。

专业资料齿轮齿条传动机构的设计和计算1. 齿轮1，齿轮2与齿轮3基本参数的确定由齿条的传动速度为500mm/s,可以得到齿轮3的速度为500m/s,即,/5003s mm V =又()160d 333n V π=，取,25,25.3202131mm B B mm m Z Z =====，由此可得()265d 31mm mZ d ===，由（1）与（2）联立解得min /r 147n 32==n ，取4i 12=则由4i 211212===n n z z 得80min,/58821==z r n 2. 齿轮1齿轮2与齿轮3几何尺寸确定齿顶高 ()()mm x h m h h h n an a a a 525.57.0125.3321=+⨯=+===* 齿根高 ()()mm x c h m h h n n an f f f 79.17.025.0125.3h 321=-+⨯=-+===** 齿高 mm h h h h f a 315.7h 321=+=== 分度圆直径mmmz d mm mz d 84.26512cos /8025.3cos /,46.6612cos /2025.3cos /d 0220131=⨯===⨯===ββ齿顶圆直径 mm h d d mm h d d a a a a a 34.2772,51.772d 2221131=+==+== 齿根圆直径 mm h d d mm h d d f f f f f 26.2622,88.622d 2221131=-==-== 基圆直径 mm d d mm d d b b b 8.249cos ,45.6220cos 46.66cos d 220131===⨯===αα 法向齿厚为mm m x s s n n n n n n 759.625.3364.07.022tan 22s 1321=⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+===παπ端面齿厚为mm m x s s t t t t t t 94.632.3367.0cos 7.022tan 22s 2321=⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯+=⎪⎭⎫⎝⎛+===βπαπ齿距 mm m p p 205.1025.314.3p 321=⨯====π 3. 齿轮材料的选择及校核齿轮选用45号钢或41Cr4制造并经调质，表面硬度均应在56HRC 以上。

专业资料齿轮齿条传动机构的设计和计算1. 齿轮1，齿轮2与齿轮3基本参数的确定由齿条的传动速度为500mm/s,可以得到齿轮3的速度为500m/s,即,/5003s mm V =又()160d 333n V π=，取,25,25.3202131mm B B mm m Z Z =====，由此可得()265d 31mm mZ d ===，由（1）与（2）联立解得min /r 147n 32==n ，取4i 12=则由4i 211212===n n z z 得80min,/58821==z r n 2. 齿轮1齿轮2与齿轮3几何尺寸确定齿顶高 ()()mm x h m h h h n an a a a 525.57.0125.3321=+⨯=+===* 齿根高 ()()mm x c h m h h n n an f f f 79.17.025.0125.3h 321=-+⨯=-+===** 齿高 mm h h h h f a 315.7h 321=+=== 分度圆直径mmmz d mm mz d 84.26512cos /8025.3cos /,46.6612cos /2025.3cos /d 0220131=⨯===⨯===ββ齿顶圆直径 mm h d d mm h d d a a a a a 34.2772,51.772d 2221131=+==+== 齿根圆直径 mm h d d mm h d d f f f f f 26.2622,88.622d 2221131=-==-== 基圆直径 mm d d mm d d b b b 8.249cos ,45.6220cos 46.66cos d 220131===⨯===αα 法向齿厚为mm m x s s n n n n n n 759.625.3364.07.022tan 22s 1321=⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+===παπ端面齿厚为mm m x s s t t t t t t 94.632.3367.0cos 7.022tan 22s 2321=⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯+=⎪⎭⎫⎝⎛+===βπαπ齿距 mm m p p 205.1025.314.3p 321=⨯====π 3. 齿轮材料的选择及校核齿轮选用45号钢或41Cr4制造并经调质，表面硬度均应在56HRC 以上。

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 R 的计算 设计计算和说明计算结果 mm 627826.2N 0.17910902.530.7p G 3f 331⋅===R M式中 f ——轮胎和路面间的滑动摩擦因数；1G ——转向轴负荷，单位为N ；P ——轮胎气压，单位为MPa 。

f=0.71G =10902.5Np=0.179MPaR M =627826.2mm N ⋅作用在转向盘上的手力F h 为：表3-2 转向盘手力F h 的计算设计计算和说明计算结果N F iD L M L WSWRh 7.290%90153202.6278262221=⨯⨯⨯=+=η式中 1L ——转向摇臂长, 单位为mm ；R M ——原地转向阻力矩, 单位为N·mm 2L ——转向节臂长, 单位为mm ； SW D ——为转向盘直径,单位为mm ；I w ——转向器角传动比；η+——转向器正效率。

因齿轮齿条式转向传动机构无转向摇臂和转向节臂，故1L 、2L 不代入数值。

R M =627826.2mm N ⋅SW D =400mmi w =15+η=90%h F =290.7N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LW R = 16in=16×25.4=406.4mm 梯形臂长度2L =LW R ×0.8/2= 406.4×0.8/2=162.6mm,取2L =160mm2L =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T R =520mmT 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设计计算和说明计算结果mm m a M d R811.41021616.083.6274][43=⨯⨯⨯⨯=≥-πσπa =2L ;m N M MPa R ⋅==83.627;216][σ取min d =15mm初步估算主动齿轮轴的直径：表3-6 主动齿轮轴的计算设计计算和说明计算结果mm m Mn d 9.111014016.07.29016][max 16233=⨯⨯⨯⨯=≥-πτπ][τ=140MPa取min d =18mm3.3.2 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。

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 R 的计算 设计计算和说明计算结果 mm 627826.2N 0.17910902.530.7p G 3f 331⋅===R M式中 f ——轮胎和路面间的滑动摩擦因数；1G ——转向轴负荷，单位为N ；P ——轮胎气压，单位为MPa 。

f=0.71G =10902.5Np=0.179MPaR M =627826.2mm N ⋅作用在转向盘上的手力F h 为：表3-2 转向盘手力F h 的计算设计计算和说明计算结果N F iD L M L WSWRh 7.290%90153202.6278262221=⨯⨯⨯=+=η式中 1L ——转向摇臂长, 单位为mm ；R M ——原地转向阻力矩, 单位为N·mm 2L ——转向节臂长, 单位为mm ； SW D ——为转向盘直径,单位为mm ；I w ——转向器角传动比；η+——转向器正效率。

因齿轮齿条式转向传动机构无转向摇臂和转向节臂，故1L 、2L 不代入数值。

R M =627826.2mm N ⋅SW D =400mmi w =15+η=90%h F =290.7N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LW R = 16in=16×25.4=406.4mm 梯形臂长度2L =LW R ×0.8/2= 406.4×0.8/2=162.6mm,取2L =160mm2L =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T R =520mmT 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设计计算和说明计算结果mm m a M d R811.41021616.083.6274][43=⨯⨯⨯⨯=≥-πσπa =2L ;m N M MPa R ⋅==83.627;216][σ取min d =15mm初步估算主动齿轮轴的直径：表3-6 主动齿轮轴的计算设计计算和说明计算结果mm m Mn d 9.111014016.07.29016][max 16233=⨯⨯⨯⨯=≥-πτπ][τ=140MPa取min d =18mm3.3.2 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。

齿轮齿条机构设计说明书一、原理说明：齿轮齿条机构,就是完成直线运动和转动相互转化的机构。

其各部分功用及相互关系如下：a. 齿条——也称作直线齿轮，它与小齿轮相互啮合。

b.小齿轮——与齿条相互啮合，依靠齿条的直线驱动，齿轮的输出轴做回转运动。

c. 直进与回转的关系——齿条的移动量与齿条的转角，无论在任何位置都保持一定，所以这是等值直进回转交换机构。

当齿条的移动量与齿轮圆周相等时，齿条驱动一次，齿轮转动一周。

在本机构中，输出齿轮的直径是啮合齿轮的2倍，所以输出齿轮的圆周距离也是啮合齿轮的2倍。

◆齿条驱动齿轮转动——齿条驱动一次，则输出的大齿轮转一周，线速度是小齿轮的2倍。

◆齿轮驱动齿条移动——从输出轴处驱动齿条做直线运动时，与前面相反，机构将呈1/2减速。

f.相互关系：L=齿条的进给量；R1=啮合齿轮的节圆半径；R2=输出齿轮的节圆半径；S=输出齿轮的圆周距离；N=R2/R1；S=2×3.14×R2=2×3.14×R1×N图１机构总装配图１图２机构总装配图２图３机构装配爆炸图二、主要部件设计说明1、啮合齿轮的数据确定设模数m=3，z=17，α=20º，其宽选择20，计算如下：d=m×z=3×17=51d a=d+2h a=51+2×1×3=57d f=d-2h f=51-2×1.25×3=43.52、输出齿轮的数据确定设模数m=3，z=34，α=20º，其宽选择15，计算如下：d=m×z=3×34=102d a=d+2h a=102+2×1×3=108d f=d-2h f=102-2×1.25×3=94.53、齿条的设计设模数m=3，z=40，α=20º，其宽选择20+10，即有齿部分为20，没有齿部分为10，计算如下：p=π×m=9.425L=p×z=377ha= m ×ha*=3hf= m ×(ha*+c*)=3.75其他的部件均在设计中一步步确定，详细请参考图纸。

齿轮设计计算说明书齿轮设计计算说明书设计背景：齿轮是广泛应用于机械传动系统中的一种重要零件，常用于减速器、变速器、转向器等机械装置中。

在机械设计中，齿轮需要满足一定的强度和耐久性要求，因此需要进行齿轮设计计算。

本说明书将对齿轮设计的相关计算进行详细介绍。

设计计算：1.齿轮参数计算：1.1 齿轮模数（m）的计算公式为：m = K * (√(T_s / (Y * σ))) / (n * z)其中，K为修形系数，取值1.25；T_s为传递的扭矩；Y为齿轮面展向材料的弹性模量；σ为齿轮材料抗弯应力；n为齿轮转速（rpm）；z为齿轮的齿数。

1.2 中心距（a）的计算公式为：a = ((z1 + z2) * m) / 2其中，z1和z2分别为两个齿轮的齿数。

1.3 齿轮模数（m）取值范围为0.5mm至50mm。

1.4 中心距（a）的设计范围应满足：1.4.1 当m≤3mm时，a≥2.5m。

1.4.2 当m＞3mm时，a≥2.2m。

2.齿轮几何参数计算：2.1 齿高（h）的计算公式为：h = 2.25 * m2.2 齿宽（b）的计算公式为：b = 0.85 * m * z2.3 压力角（α）的计算公式为：α = cos^(-1)((a * sin(β)) / ((z1 + z2) / 2))其中，β为齿轮的压力角。

3.齿轮强度计算：3.1 计算传递的扭矩（T_s）：T_s = (P * 60) / (2 * π * n)其中，P为传递的功率（kW）；n为齿轮转速（rpm）。

3.2 计算齿轮面弯矩（F）的公式为：F = (T_s * K_f) / (d1 * m)其中，K_f为齿轮面弯曲系数；d1为齿轮1的基圆直径。

3.3 计算转矩系数（K_v）：K_v = 1.5 * C_v * (b / m)^(0.25)其中，C_v为转矩载荷系数。

3.4 计算齿轮面张力（F_t）的公式为：F_t = (K_v * F) / b3.5 计算齿轮失效应力（σ_f）的公式为：σ_f = (F_t * K_H) / (b * m)其中，K_H为齿轮荷载分布系数。

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： 8月30日~ 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）：名称轴距L 前轮距L1 后轮距L2最小转弯半径R数值2500mm 1350mm 1360mm 4600mm名称车长车宽车高车质量数值3930mm 1585mm 1857mm 1123kg 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：61.5mm2）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，不但能够提高转向系统的刚度，还能够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，因此转向转角能够增大，制造成本低。

目录一、齿轮齿条动力转向器零件结构和参数设计1 范围12 规范性引用文件 13 设计原则 14 总体设计 24.1 输入接口 24.2 方案设计 24.2.1 结构选定 24.2.2 主要参数 24.2.3 强度校核 34.3 总体参数计算 34.3.1 转向器总成角传动比 34.3.2 转向器总成输出力 34.3.3 齿轮齿条参数确定 44.3.4 齿轮旋向判定 44.3.5 动力转向器工作流量的选择 54.4 结构设计 54.4.1 转向阀的选择 54.4.2 扭杆 64.4.3 转阀转动限位结构 74.4.4 密封元件的选择 84.4.5 紧固件的选择 84.4.6 主要零件设计要求 94.4.6.1 齿轮齿条动力转向器总成图 94.4.6.2 齿轮 104.4.6.3 齿条 114.4.6.4 阀组件 114.4.6.5 转向轴 124.4.6.6 液压缸 134.4.6.7 壳体 144.4.6.8 调整体组件 144.4.6.9 壳体组件/壳体液压缸组件 154.4.6.10 阀壳体 154.4.6.11 中部球头节（IBJ）/外部球头节（OBJ）组件 164.4.6.12 大卡箍 164.4.6.13 防护套 164.4.6.14 小卡箍 174.4.6.15 锁紧薄螺母 174.4.6.16 下端压紧螺塞 174.4.6.17 支承套 174.4.6.18 调整弹簧 175 基本参数性能及试验方法 18 5.1 总圈数测定实验 18 5.1.1 样件条件 18 5.1.2 装配条件 18 5.1.3 加载工况 185.1.4 试验结果 19 5.2 空载转动力矩试验 19 5.2.1 样件条件 19 5.2.2 装配条件 19 5.2.3 加载工况 195.2.4 试验结果 19 5.3 逆向齿条力 19 5.3.1 样件条件 19 5.3.2 装配条件 19 5.3.3 加载工况 195.3.4 试验结果 19 5.4 转向器间隙测试 19 5.4.1 样件条件 19 5.4.2 装配条件 19 5.4.3 加载工况 205.4.4 试验结果 20 5.5 机械效率 20 5.5.1 样件条件 20 5.5.2 装配条件 20 5.5.3 加载工况 205.5.4 试验结果 20 5.6 输入输出特性 21 5.6.1 样件条件 21 5.6.2 装配条件 21 5.6.3 加载工况 215.6.4 试验结果 216 设计综述 21一、齿轮齿条动力转向器零件结构和参数设计1范围本标准是为了规范齿轮齿条式动力转向器的设计而制定的，以确保满足设计要求，提高产品及零部件的综合性能水平，实现最佳综合效能。

目录摘要Abstract1 绪论 (1)1.1齿轮齿条式转向器概述 (1)1.2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)2.1动力转向器的整体结构及附属机构 (4)2.2转向器结构设计方案分析 (4)2.3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)3.1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)3.2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)3.3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1.1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]。

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。

（转向盘转角增量与相应的转向摇臂转角增量之比iω1称为转向器角传动比。

）二、两侧转向轮偏转角之间的理想关系式汽车转向行驶时，为了避免车轮相对地面滑动而产生附加阻力，减轻轮胎磨损，要求转向系统能保证所有车轮均作纯滚动，即所有车轮轴线的延长线都要相交于一点。

专业资料齿轮齿条传动机构的设计和计算1. 齿轮1，齿轮2与齿轮3基本参数的确定由齿条的传动速度为500mm/s,可以得到齿轮3的速度为500m/s,即,/5003s mm V =又()160d 333n V π=，取,25,25.3202131mm B B mm m Z Z =====，由此可得()265d 31mm mZ d ===，由（1）与（2）联立解得min /r 147n 32==n ，取4i 12=则由4i 211212===n n z z 得80min,/58821==z r n 2. 齿轮1齿轮2与齿轮3几何尺寸确定齿顶高 ()()mm x h m h h h n an a a a 525.57.0125.3321=+⨯=+===* 齿根高 ()()mm x c h m h h n n an f f f 79.17.025.0125.3h 321=-+⨯=-+===** 齿高 mm h h h h f a 315.7h 321=+=== 分度圆直径mmmz d mm mz d 84.26512cos /8025.3cos /,46.6612cos /2025.3cos /d 0220131=⨯===⨯===ββ齿顶圆直径 mm h d d mm h d d a a a a a 34.2772,51.772d 2221131=+==+== 齿根圆直径 mm h d d mm h d d f f f f f 26.2622,88.622d 2221131=-==-== 基圆直径 mm d d mm d d b b b 8.249cos ,45.6220cos 46.66cos d 220131===⨯===αα 法向齿厚为mm m x s s n n n n n n 759.625.3364.07.022tan 22s 1321=⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+===παπ端面齿厚为mm m x s s t t t t t t 94.632.3367.0cos 7.022tan 22s 2321=⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯+=⎪⎭⎫⎝⎛+===βπαπ齿距 mm m p p 205.1025.314.3p 321=⨯====π 3. 齿轮材料的选择及校核齿轮选用45号钢或41Cr4制造并经调质，表面硬度均应在56HRC 以上。

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）：名称轴距L 前轮距L1 后轮距L2最小转弯半径R数值2500mm 1350mm 1360mm 4600mm名称车长车宽车高车质量数值3930mm 1585mm 1857mm 1123kg 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：61.5mm2）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。

齿轮齿条转向器设计专 业 ：机械设计制造及其自动化（汽车方向）中文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6张、装配图１张。

关键词：齿轮齿条，转向器，设计计算AbstractAccording to the research of the Rack-and-pinion steering and the data of the machine, the advantages and disadvantages of the typical machine are analyzed, and the layout type is chosen. the application condition with every kind of types Rack-and-pinion steering. is introduced, and the transmission ratio and the geometry parameters of the machine are calculated. That text precedes the total designs to the Rack-and-pinion steering. Suffering the dint analysis, and calibrate the tired strength of the machine with the bent and tired strength in root of tooth. This article revised the unreasonable data of the steering. With the design of the Rack-and-pinion steering, selects the related spare parts. Such as bolt, bearing...etc. and draw the diagrams of the related spare parts in manual. Drawing the 6 precise of spare parts diagrams and 1 precise of the assemble diagram of Rack-and-pinion steering.Key words: Rack-and-pinion steering, design and calculation目录中文摘要 (I)Abstract (II)第一章 引言 (1)1.1汽车转向装置的设计趋势 (1)1.2汽车转向装置的发展趋势 (1)第二章 齿轮齿条转向器设计方案选择 (3)第三章 传动比的计算 (6)3.1 汽车方向盘（转向盘） (6)3.1 转向阻力矩 (6)3.3角传动比与力传动比 (6)第四章 齿轮设计 (8)4.1 齿轮参数的选择[8] (8)4.2 齿轮几何尺寸确定[2] (8)4.3 齿根弯曲疲劳强度计算[11] (9)4.3.1齿轮精度等级、材料及参数的选择 (9)4.3.2齿轮的齿根弯曲强度设计。

第一章引言 ................................. 错误！未定义书签。

1.1汽车转向装置的设计趋势 ............................................................. 错误！未定义书签。

1.2汽车转向装置的发展趋势 ............................................................. 错误！未定义书签。

第二章齿轮齿条转向器设计方案选择 (1)第三章传动比的计算 (4)3.1 汽车方向盘（转向盘） (4)3.1 转向阻力矩 (4)3.3角传动比与力传动比 (4)第四章齿轮设计 (6)4.1 齿轮参数的选择[8] (6)4.2 齿轮几何尺寸确定[2] (6)4.3 齿根弯曲疲劳强度计算[11] (7)4.3.1齿轮精度等级、材料及参数的选择 (7)4.3.2齿轮的齿根弯曲强度设计。

(7)4.3.3齿面接触疲劳强度校核 (8)第五章齿条的设计 (9)5.1齿条的设计[6] (9)第六章齿轮轴的设计[4] (10)第七章其他零件的选择[6] (11)设计工作总结 ................................ 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。

第二章 齿轮齿条转向器设计方案选择适用车辆相关数据：驱动型式：4×2，发动机横置前置前驱；总质量：1470㎏；满载轴荷：前轴735㎏，后轴735㎏发动机最大功率：53kW/5200rpm ，发动机最大扭矩：121Nm/3500rpm轴距：2475㎜；轮胎：175/70R-13T ；轮辋：13521J 转向器的功用是将转向盘的回转运动转换为转向转动机构的往复运动。