齿轮齿条转向器设计

齿轮齿条转向器设计

齿轮齿条式转向器设计

摘要：本次设计选择的是丰田的一款汽车的转向器。首先对转向系统基本的作用、构造、与总体的性能作一个了解。再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，并在作出转向器的零件图。

关键词：转向系统；齿轮齿条；转向器

Rack and pinion steering design

Abstract：This design choice is the steering of a car in the Toyota. First, the basic role of the steering system, structure, and overall performance for an understanding. According to the study of the rack and pinion steering and data access, focuses on a rack and pinion steering gear type selection, the advantages and disadvantages of different types of rack and pinion steering, and all types of rack and pinion steering application status. The steering transmission ratio calculated under the original data, and determine the geometric parameters of the rack and pinion. Rack and pinion steering the overall design, stress analysis, and rack and pinion fatigue strength of the tooth root bending fatigue strength. Unreasonable data correction rack and pinion steering. Through the design of the rack and pinion steering, select the related parts such as screws, bearings, etc., and make the steering parts diagram.

Keywords：Steering systems, rack and pinion, steering

目录

第1章绪论 (1)

1.1 概述 (1)

1.2 转向器的作用与分类 (1)

1.3 汽车转向装置的发展趋势 (2)

1.4 汽车转向器国内外现状 (4)

1.5 设计的主要内容 (5)

第2章齿轮齿条转向器设计方案选择 (7)

2.1 车辆相关数据与设计要求 (7)

2.2 转向器总体方案设计 (9)

2.2.1 转向器设计方案说明 (9)

2.2.2 转向器输入输出形式 (9)

2.2.3 转向器各种输出形式对比 (9)

2.2.4 齿轮齿条转向器齿轮齿条选择 (10)

2.2.5 齿轮齿条转向器齿条断面形状 (10)

2.2.6 齿轮齿条式转向器的布置形式 (11)

2.2.7 转向器最终方案确定 (12)

第3章转向器齿轮齿条设计计算过程 (13)

3.1 转向轮侧偏角计算 (13)

3.2 转向器原地转向阻力矩计算 (14)

3.3 转向器角传动比与力传动比计算 (14)

3.3.1 角传动比与力传动比介绍 (14)

3.3.2 角传动比与力传动比确定 (14)

3.4 齿轮齿条设计 (16)

3.4.1 齿轮齿条啮合传动的特点 (16)

3.4.2 齿轮参数的选择 (17)

3.4.3 计算接触疲劳许用应力 (18)

3.4.4 齿轮的齿根弯曲强度设计 (18)

3.4.5 确定齿轮主要参数和几何尺寸 (20)

3.4.6 确定齿条主要参数和几何尺寸 (21)

3.4.7 齿面接触疲劳强度校核 (22)

第4章齿轮轴的设计 (24)

4.1 齿轮齿条传动受力分析 (24)

4.2 齿轮轴最小轴径确定 (24)

4.3 齿轮轴的强度校核 (25)

第5章间隙调整弹簧的设计计算 (29)

5.1 选择材料 (29)

5.2 计算弹簧丝直径 (29)

5.3 弹簧圈数和自由高度的计算 (30)

5.4 弹簧校核与结构尺寸确定 (30)

5.5 弹簧工作时的数据 (31)

第6章其他零件的选择与润滑方式确定 (33)

6.1 轴承的选择 (33)

6.2 转向器润滑方式 (34)

总结 (37)

致谢 (39)

参考文献 (40)

附图 (41)

第1章绪论

1.1 概述

改革开放以来，我国汽车工业发展迅猛。作为汽车关键部件之一的转向系统也得到了相应的发展，基本已形成了专业化、系列化生产的局面。有资料显示，国外有很多国家的转向器厂，都已发展成大规模生产的专业厂，年产超过百万台，垄断了转向器的生产，并且销售点遍布了全世界。

1.2 转向器的作用与分类

转向器的作用将驾驶员加在转向盘上的力矩放大，并降低速度，然后传给转向传动机构。转向器是转向系的减速传动装置，一般由1-2级减速传动副。由于转向器是一个大传动比的机构，其传动效率一般较低。转向器的输出功率与输人功率之比称为转向器的传动效率.当功率由转向柱输人、由转向摇臂输出的情况下求得的传动效率称为正效率，而在传动方向与此相反时求得的效率为逆效率。为了减轻驾驶员操纵转向盘的体力消耗，应尽量提高转向器的传动效率，特别是其正效率是很重要的。目前应用比较广泛的转向器有齿轮齿条式转向器、循环球式转向器、蜗杆滚轮式转向器、蜗杆曲柄指销式转向器。本次设计的是齿轮齿条式减速器。

齿轮齿条式减速器优点：齿轮齿条式转向器的传动副为齿轮与齿条，其结构简单、布置方便，制造容易，但转向传动比较小，（一般不大于15），且齿条沿其长度方向磨损不均匀，故仅广泛用于微型汽车和轿车上。

转向器按结构形式可分为多种类型。历史上曾出现过许多种形式的转向器，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。其中第二、第四种分别是第一、第三种的变形形式，而蜗杆滚轮式则更少见。如果按照助力形式，又可以分为机械式（无助力），和动力式（有助力）两种，其中动力转向器又可以分为气压动力式、液压动力式、电动助力式、电液助力式等种类。

1、齿轮齿条式转向器

它是一种最常见的转向器。其基本结构是一对相互啮合的小齿轮和齿条。转向轴带动小齿轮旋转时，齿条便做直线运动。有时，靠齿条来直接带动横拉杆，就可使转向轮转向。所以，这是一种最简单的转向器。它的优点是结构简单，成