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1、前言转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。采用动力转向的汽车装有动力系统。借助此系统可减轻驾驶员的手力。对转向系提出的要求有：汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转，任何车轮不应有侧滑。即使转向梯形迹线与ctg=ctgB+B1.逼近。汽车转向行驶后，在驾驶员松开方向盘的条件下，转向轮能自动返回到直线行驶的位置，并稳定行驶，这主要靠主销后倾角主销内倾来实现。汽车在任何行驶状态下，转向轮不得产生自振，转向盘没有摆动。（4）转向传动机构和悬架导向装置共同工作时，由于运动不协调使车轮产生的摆动应最小。转向梯形的布置形式为后置式，以避免转向
2、横拉杆与障碍物相碰。转向梯形横拉杆的高度应不低于前桥。保证汽车有较高的机动性，具有迅速和小转弯行驶能力。（6）操纵轻便。转向轮碰撞到障碍物以后，传给转向盘的反冲力要尽可能少。（8）转向器和转向传动机构的球头处，有消除因磨损而产生间隙的调整机构。在车祸中，当转向轴和转向盘由于车架或车身变形而共同后移时，转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。进行运动校核，保证转向盘与转向轮转动方向一致。本次设计主要侧重随动阀的工作原理、结构、对富康样车及转阀的工作原理进行了大胆的改进。转向梯形的基本初始尺寸的确定是在老师的帮助下，利用Matlab软件以实习中测得的数据为初始值进行优化所得，动力缸的设计中对
3、所学力学基本知识进行了复习和灵活掌握。在最后的分析中，我们讨论了在不平路面上（以路遇石头为例），方向盘的转角，总装图及外形图的绘制，使我们对汽车转向系及整车结构有了进一步的了解。第1章轿车液压助力转向机构的设计计算及原理1.1设计车型及整机的性质1.1.1设计目的转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时保证各转向轮之间有协调的转角关系。机械转向系依靠驾驶员的手力转动转向盘，经转向器和转向传动机构使转向轮偏转。为了操作轻便，现代轿车多采用液压助力转向机构。本次设计目的使使同学们对轿车液压助力转向的工作原理及设计参数的选取过程有进一步的了解；对所学知识进行加深理解与灵活运用。1
4、.1.2设计的依据、车型转向系的功能大体可分为两部分。其一使驾驶者通过转向盘控制前轮绕主销的转角来操纵转向盘时对转向盘的输入，有两种方式，即角输入与力输入。实际驾驶中既有角输入又有力输入，有时则以一种为主。装有动力转向的汽车以低速行驶时，操作转向盘的力很轻，却有可能有很大的转向盘转角输入，汽车的运动纯粹是由几何关系决定的，这时基本上是角输入，而在高速公路上以高速行驶时，可能出现的转向盘转角很小，汽车却仍有一定的侧向惯性力，这时主要是通过力输入来操纵汽车的。转向系的第二个功能是凭借转向盘（反作用）力，将整车及轮胎的运动，受力状况反馈给驾驶者，驾驶者可以通过来自转向盘反馈给他的路感来感觉检测汽车的
5、运动状态。人在驾驶时，只有及时、方便、准确的掌握汽车的行驶状况才能把握地操纵汽车。转向盘力随汽车运动状况而变化的规律称为转向盘力特性。汽车转向系应具有良好的转向盘力特性，才能很好的起到控制汽车与反馈信息的作用。转向盘力特性决定于下列因素：转向器传动比及其变化规律，转向杆系传动比，转向杆系效率。有悬架导向杆系决定的主销位置、轮胎上的载荷、轮胎气压、轮胎力学特性、地面附着条件、转向盘转动惯量、转向柱摩擦阻力以及汽车整体动力学特性等。在不同工况下，对操纵稳定性要求的侧重面是不一样的。在低车速、低侧向加速度行驶工况下，汽车应具有适度的转向盘力与转向盘总回转角，还应有良好的回正性能。由于考虑到高速行驶时
6、汽车应具有较大的转向灵敏度，转向系总传动比不宜过大。但总传动比不够大，会带来低速行驶时转向盘力过于沉重的问题，这必须通过装合适的动力转向器来解决。在高车速、转向盘小转角、低侧向加速度范围内，汽车应具有良好的横摆角速度频率特性、直线行驶能力与回正性能。汽车还应具有良好的转向盘力特性，转向盘力的大小要适度，特别是随着车速的提高，转向盘力不宜过轻而要保持一定的数值；为了给驾驶者以良好的路感，在小侧向加速度范围内(00.1g),应有恰当的“转向盘力随汽车侧向加速度的变化率本次设计所选车型：富康轿车。1.1.3试车型的悬架形式、转向梯形的行驶前悬架形式：滑柱连杆式后悬架形式：纵向摆臂式转向梯形的形式：独
7、立悬架六连杆式1.1.4该车型载荷大小空车质量：970kg满载总质量：147Okg轴荷分配：前轴76Okg后轴71Okg1.1.5该车型转向机构所需总转向传动比的大小转向系的传动比直接影响到车辆转向的灵敏度和操纵的轻便性。他包括力传动比和角传动比。从轮胎接地面中心作用在两个转向轮上的合力2Fw与作用在转向盘上的受力Fh之比,称之为传动比.即ip=2Fw/Fh(1.1)转向盘角速度WW与同侧转向节偏转角速度Wk之比，称为转向系角传动比iwo,它又由转向器角传动比iw和转向传动机构角传动比iw，所组成，即iw=iwiw,对于轿车类转向传动机构，方向盘的转角直接驱动转向器的转阀iw，可省转向器的速比
8、:20.81.1.6该车型转向器的型式、安装位置、传动比的大小转向器的型式：齿轮齿条式。传动比：20.8安装位置：转向器安装在副车架上，通过转向万向节与转向柱相连。1.1.7该车型液压助力转向的布置形式，是集中布置还是半集中布置或分散布置？依据？动力转向分为全液压动力转向和液压助力式转向两种形式。其中，液压助力转向从布置形势来说，又可分为整体式转向助力器和半分置式转向助力器以及分置式转向助力器三种形式。整体式转向助力器式指转向器、转向阀和转向油缸称为一体的结构。其有点有：结构紧凑、体积小、重量轻。传动准确、灵敏度高、稳定性好。缺点是：适用于新车型的设计，不适用于老车型的改造半分布布置方案有“转
9、向器与转向阀一体”方案和“转向阀和转向油缸一体”方案两种形式.其中“转向器与转向阀一体”方案适用于被接式车辆，灵敏度高。这种方案应用了储能器故能够在使用小功率油泵的条件下使用。且在当发动机熄灭后仍可继续工作一段时间。缺点是管道连接长影响了系统的稳定性。“转向阀和转向油缸一体”方案的优点是转向阀与转向油缸之间无油管连接，因而稳定性好。缺点是灵敏度稍低。分置式方案指的是转向器、转向阀、转向油缸分别布置。其优点是布置随意性大，可选择现在使用中的转向器，故特别适用与对老车型的改造。富康轿车采用的是整体式1.1.8液压系统油路的设计、包括各种控制阀的选择及选择的依据1.1.8.1动力转向随动回转阀随动回
10、转阀与转向轮的装配关系有：直接式，转向油缸与转向阀直接连接在一起，中间不通过任何机械传动元件，因而此种方案具有灵敏度高、随动性好的优点。另外，还有间接式，此种方案是由油泵产生经滑阀输出的动力经机械机构适当的放大或缩小，因传动行程长，因而灵敏度相对直接式较低。对于轿车列液压助力转向机构，常利用前桥作为驱动桥、转向桥。因而在前桥处必须设置独立悬挂机构，万向节驱动机构、转向传动机构、动力转向驱动机构等组件。受条件限制，轿车的转向驱动、驱动机构常采用直接布置的方式。即将转向梯形、转向器、转向油缸、转向回转阀集中直接布置。常见的为富康六连杆式集中布置机构。随动回转阀的形式有常开式和常闭式两种。H如图：图
11、1转向阀的槽形（八槽式）A口进油，B.C口接动力缸，D口回油常开式的卸载方式为压力卸载，当阀芯处于中间位置时（如图），作用油缸的左、右两腔的油均与油箱相通。从灵敏度上讲，常开式随动阀的灵敏度好。转阀式控制阀与滑阀式比较灵敏度高、密封件少、结构比较先进。但由于转阀式控制一般式利用扭杆弹簧来使转阀复位，所以结构较复杂，转阀式控制阀大部分都是和转向器作为一体的。转阀由阀套和阀芯组成，阀芯往往由转向轴延伸而成与转向轴为一体。阀套和阀芯上各有纵向沟槽相对应构成转阀。富康车采用常开式转阀。为提高动力转向机构的稳定性，油泵的流量不宜过大否则阀芯从中立位置移到工作位置使就立即由很大的流量进入一个工作腔，而另一
12、个工作腔中的油很快会油缸，对油缸的冲击很大，且活塞杆也受很大的冲击，不仅会造成转向轮的回转速度过快，严重时，还会向反方向接通，此问题的解决可由流量限制阀完成。当发动机转速过高时油泵流量比大，从而引起转向轮振荡，油泵功耗增大，油泵循环系统装置流量限制阀。1. 1.8.2转向油缸转向油缸的作用面积F=1.lO27X1Omm转向油缸的直径D=40mm转向油缸的内腔全长1.=279.306m112取280mm转向油缸的个数及位置确定后就可以根据一确定的最大转向阻力矩及杠杆的尺寸，算出油缸的作用力P。根据油缸作用力确定F、D0转向油缸的内腔全长除了保证转向轮的最大转向角应有的长度外，还必须保留有余地，即
13、活塞回到极限位置时，还应与缸盖之间有约56mm的富余空隙。另外当活塞杆伸出至极限位置时，活塞与缸盖之间应富有O.50.6倍缸径长度。2. 1.8.3转向液压泵转向液压泵的作用时将机械能转换为液压能加以输出，动力来源为发动机的分动力。转向液压泵的结构有齿轮泵、转子泵、柱塞泵等形式。轿车用转向液压泵应用最多的形式时外啮合齿轮液压泵。外啮合齿轮液压泵的缺点是因齿轮端泄，造成液压泵的输出压力可能达不到输出压力的要求，解决办法为弹簧片补偿法。转向液压泵的流量与转速成正比。其流量应满足当发动机急速运转时，齿轮泵的流量能保证急速转向时所需的动力缸活塞最大移动速度。当发动机转速高时，液压泵的流量将过大，故而，
14、必须设置流量控制阀，以限制转向液压泵的最大流量。同时，为避免转向阻力矩过大而导致零件损坏，应设置安全阀以限制系统的最高压力。1.1.8.4转向油罐转向油罐的作用是储存、滤清并冷却液压转向助力装置的液压油。液压油常采用锭于油或透平油，油的标号结合使用环境加以确定。富康轿车使用转向油罐可以与液压泵合在一起安装，也可以单独安装，为便于检修、维护。转向液压泵通常都是单独安装。透气装置过滤装置、进和出油装置等，出、回油口应连接可靠，避免渗、漏油。富康轿车，转向油罐与液压泵单独安装。1.1.8.5液压原理液压原理系统图如图2所示，图中1为油箱，2为齿轮油泵，3为安全阀，4为流量控制阀，5为单向阀，6、7分
15、别为回转阀和转向器，8为液压作用缸。其中，活塞杆与转向器的齿条为同一刚性构件。回转阀芯为回油腔，回油腔直接与油箱相通。安全阀3可为溢流阀，以控制系统的最高压力。图2可理解为液压系统的原理图。图2系统图第2章设计计算2.1 转向梯形的结构设计富康轿车为独立悬架六连杆转向梯形结构。转向油缸的活塞机活塞杆的两端分别于两侧的转向梯形较接。缸体与车体机架固定。活塞杆的作用类似于转向梯形的横拉杆（如图3所示）。富康车向右转弯时,图4梯形平面投影如图5所示。图5拐弯时内侧转角B与外侧转角11的随动关系。富康车直线行驶时，转向梯形的平面投影如图4所示。汽车转向时，内侧车轮和外侧车轮滚过的距离是不相等的。对于一
16、般汽车而言，后桥左右两侧的驱动轮由于差速器的作用，能够以不同的转速滚过不同的距离。但前桥左右两侧的转向轮要滚过不同的距离，必然引起车轮沿路面边滚动边滑动，致使转向时的行驶阻力增大，轮胎磨损增加。为了避免这种现象，要求转向系能保证在汽车转向时，所有车轮均作纯滚动。显然，这只有在转向时.，所有车轮的轴线都交于一点方能实现。此交点O称为汽车的转向中心。汽车转向时内侧转向轮偏转角B大于外侧转向轮偏转角o即：ctgQ=ctg+B1.(2.1)这一关系是由转向梯形保证的，故上式也称为转向梯形理论特性关系式。迄今为止，所有汽车转向梯形的设计实际上都只能保证在一定的车轮偏转角范围内，使两侧车轮偏转角大体上接近
17、以上关系式。从转向中心O到外侧转向轮与地面接触点的距离R称为汽车转弯半径。转弯半径R愈小，则汽车转向所需场地就愈小，汽车的机动性也愈好。从图中可以看出，当外侧转向轮偏转角达到最大值amax时，转弯半径R最小,在图示的理想情况下,最小转弯半径Rmin与。max的关系为：Rmin=1./maxw(2.2)O富康车最小转弯半径5.25m11三=arcsin=arcsin24715250=28.0776AnaX=WCCotRminCOSa-B1.=arccot5250cos28.0776-14292471=37.64782.2 转向系的计算载荷驾驶员转动转向轮所要克服的阻力，主要又车轮偏转阻力，车轮稳
18、定阻力和转向系忠的摩擦阻力等。一般内摩擦阻力较小。因此，转向阻力主要是车轮在路面上的转动阻力和稳定阻力。汽车在沥青和混凝图路面上原地转向的阻力矩Mr(N-mm)为：(2.3)其中，夕为轮胎与地面的摩擦系数，可取夕=0.70.8,Gi为前轴负荷(N),P为轮胎气压(Nmm2).富康轿车,轴荷分配:前轴760kg,后轴71Okg轮胎气压200kPa(取夕=0.8)3. 3向梯形的强度及稳定性校核转向梯形受力如图7右转弯时，与转向节臂相连的连杆受力如图7内侧受压，外侧受拉。转向拉杆应有较小的质量和足够的刚度。拉杆的形状应符合布置要求，拉杆受压时应利用压杆的稳定性计算公式进行验算。稳定性安全系数不小于
19、1.52.50拉杆用20、30或40钢无缝钢管制成。实习时.，测得拉杆的周长约70mm。故类比选用外径22的冷轧无缝钢管，其壁厚0.40.6mm。根据壁厚尺寸序列为0.4mm,0.5mm,0.6mmo取壁厚0.5mm,牌号20,。b=400MPa,。s=250MPa,5=20%两端钱支细长压杆临界力的计算公式，也称两端钱支压杆的欧拉公式：Q钢材的E=210GPa=21010Pa1=cd-D=22mm,d=21mmJT44I=-X(22-21)64=1952.4507mm=1.9525109m由Matlab优化得的数据/=481.2315mm210xl()99525x10-9481.231510
20、3=8409.226N在右转弯时，作用在拉杆上的力即动力油缸的推力。它们取决于车轮偏转阻力。当动力油缸推杆至转向节臂的传动比为i,转向节臂长为/,B为前轮转至极限位置时转向节臂轴线和油缸推杆轴线的夹角。则油缸推力F为：(2.5)克服内侧车轮偏转阻力需要的油缸推力:Ix203.991IO3sin(85.056+37.6478)=1150.779N克服外侧车轮偏转阻力需要的油缸推力：一X395.072Ix203.991IO3sin(85.056-28.0776)=1154.910N内侧拉杆受压F=I150.779N由F1.52.5所以拉杆满足稳定要求。2.4球头销得选择球头销常由于球面部分磨损而损
21、坏，为此用下式验算接触应力。jOj=V(2.6)A式中，F为作用再球头上的力;A为在通过球心垂至于F力方向的平面内，球面承载部分的投影面积。设计初期，球头直径d的选择根据转向轮负荷确定。当转向轮负荷V6000N时，取球头直径d=20mm即可。.11,2A=d4=ZX2()24=314.1593mm2Fj=7FmaX等于最大转角时，外转向轮侧的杆拉力F=1154.910N1154.910314.15939=3.6762Nmm9许用接触应力为（。j）W2530N/mm29。j=3.6762N/mm15CrMo20CrNi或液体炭氮共渗钢35Cr35CrNi制造。本设计球头销用合金结构钢12CrNi
22、Bo2.5转向节臂的结构及强度计算转向时作用在转向节臂的最大力为极限转角时，外侧车轮受到的拉力F=I154.910No当转向拉杆与转向节臂垂直时，作用在转向节臂的弯矩最大。在进行结构设计时，考虑最大的弯矩作用。即：当转向节臂与转向拉杆垂直时，F取最大。作用在转向节臂上的弯矩示意图如图8示：Fl=235.5912Nm图8(2.7)MInaX=F1.=1154.910203.991103=235.5912Nm根据转向节臂受到的弯矩分布，转向节臂的形状应为图所示:A转向节臂材料为45钢，弯曲许用应力。）=100MPao10弯曲正应力的强度条件：8)MOmaX=E三W（。）W把弯曲正应力的强度条件改写
23、成Mmax(o)W可见，梁可能承受的MmaX与抗弯截面系数W成正比，W越大越有利。另一方面，使用材料的多少和自重的大小则与截面面积A成正比，面积越小越经济，越轻巧。因而合理的截面形状应该是截面面积A较小，而抗弯界面系数W较大。几种截面的WZ和A的比值（表1）截面形状矩形圆形槽钢工字钢WA0.167h0.125d(0.270.31)h(O.270.31)h从上表中的列数值看出，工字钢或槽钢比矩形截面经济合理，矩形截面比圆形截面经济合理。所以，富康轿车转向节臂采用工字形截面。WNMmaX_235.5912100105-53=2.35591210m=23.55912cm按热轧工字钢(GB706-88
24、)选取型号10W=49cm3M2355912。=一三二：=48.0798MPaW4.910048.0798=2.07991.52.0符合要求。转向节臂的截面形状采用工字钢，其材料为45钢，要采用型号为10的热轧工字钢，抗弯性能已满足弯曲正应力的要求。由于转向节臂的形状如图12所示，故转向节臂界面形状为工字形，但并非采用形才加工。其与轮毂相联部分的截面形状与10号热轧工字钢类似，但是具体参数有变动。如图10所示：图10转向节臂的小端与球头销相连，其截面尺寸由球头销直径及所下套筒的厚度决定。转向节臂小端处所受弯矩为Oo转向节臂的形状为一端打，一端小。这样可以减少不必要的浪费，降低转向节臂的质量。由
25、前述计算知，球头销直径取20mm。钢套的厚度取5mm,则转向节臂小端孔径30mm,转向节臂小端直径60m。其截面形状如图所示：图H为避免同种材料相互挤压时粘合，用套筒。2. 6动力油缸的结构设计由前述计算得，动力油缸的推力为克服内外侧车轮偏转阻力所需推力之和。即：F=I150.779+1154.910=2305.689N液压动力转向系的油压，一般可取610N11u112,最高可取1618N/mni?。qJ本设计工作油液的压力为IOMPa动力油缸的内径及油缸总长的确定2.1.1 动力油缸的内径确定2动力油缸所需推动力F是由工作油液的压力配合动力缸的截面面积S(mm)来保证的。F=PS(2.9)S
26、=FP=2305.689/102-230.5689mm动力缸截面面积在动力活塞两侧不一样，通常按较小的一侧截面面积计算。S=(D2-d2)(2.10)式中，D为动力缸直径(内)mm,d为活塞杆直径11m,通常取d=0.35D本次设计，动力缸两侧均有杆S=(D2-d2)4d=0.35D把带入得=18.29mm液压缸内径及活塞杆直径得选取，应大于计算得的液压缸内径18.29mm。缸筒内径取40mm,IS0/TC131/SC3规定。=1.8时恰符合(1=0.35口二0.35乂40111111,故对应活塞杆直径(1=Mmnio2.1.2 活塞行程的确定及油缸总长的计算活塞行程即在转向轮最大偏转角时，主
27、拉杆的移动量换算到活塞杆处的移动量。值得注意的是，活塞移动到两端的极限位置时，还应留有一定间隙。活塞移动到左极限e=(0.50.6)D的间隙;活塞移动到右极限e=(0.50.6)D的间隙B=O.3D。如图所示:图12B-0.3D0.3X40=12nune=(0.50.6)D=(0.50.6)40=2024mm取e=20mm活塞的行程原理如图所示:EDQAB=CD=481.2315mmGF=9.1295mmOA=OC=203.99111un=85.056oB=37.6478oEF=OG=OCcos(180o-)=203.991cos(180o-37.6478o-85.056o)=110.2155
28、mm活塞有效行程I=21.1.=BE-EDED=FD-FE=JCD2-CF2-FE二J481.23152-203.991sin(180-37.6478-85.056)+9.12952-110.2155=335.7681mmEB=BH+HE=AB2-AH2+OAcos二481.23152-(203.99Ixsin85.056+9.1295)2+203.991cos85.056=449.421Imm1.=449.4211-335.7681=113.653mm1.,=21.=2113.653=227.306m11动力缸的总长度1.=I+2e+B=227.306+220+12=279.306mm取1.
29、=280m112.7动力缸材料的选择及壁厚确定2.7.1 动力缸的材料选择壳体材料有球墨铸铁和铸造铝合金两种。球墨铸铁采用QT50005,抗拉强度为500MPa,屈服点为350MPao铸造铝合金多采用Z1.105,抗拉强度为160240MPa。本次设计选用壳体材料为QT50005的球墨铸铁。2.7.2 动力缸壁厚的确定动力缸壳体壁厚I,根据计算轴向平面拉应力。Z来确定。0Z=P7TT-(2.11)4(Dr+r2)jn式中，P为油液压力；D为动力缸内径；t为动力缸壳体壁厚；n为安全系数，取n=3.55。为壳体材料的屈服点。右前述计算及说明知:动力缸内径D=40mmP=IOMPa,。产350MPa
30、,n=3.55,取n=4.5由。Z=PD24(Dr+r2)-2O1Jo5422V350=1.2468mm取t=3mm2.8液压助力式动力转向器的设计富康轿车采用齿轮条式转向器，齿轮齿条形式是：齿轮为圆柱直齿轮，与齿条间相互倾斜安装。因此;齿条为斜齿条的形式。2.8.1选材主动小齿轮选用16MlICr或15CrNi材料制造，而齿条采用45钢制造。为减轻质量，壳体采用铝合金压铸。282主动小齿轮的结构设计及强度校核2.8.2.1主动小齿轮的结构设计斜置直齿轮的作用，相当于一个斜齿轮，在计算过程中，主动小齿轮按斜齿轮计算。齿轮齿条式转向器的齿轮多数采用斜齿圆柱齿轮。齿轮模数取值范围躲在23mm之间。
31、主动小齿轮齿数多在57个齿范围变化，压力角取20,齿轮螺旋角取值范围多为915J由于齿条传动常用的变位制为：零变位传动(Xi=-X2)及正变位传动两种。齿条传动变位系数的选择要从避免小轮根切和齿顶变尖的条件出发。本设计小齿轮用滚刀加工，零变位传动。用滚刀切制斜齿变位齿轮时的Xmin为：间Xmin-ha+c-r(l-sinn)-zsint2cos*4*ha=1,c=0.25,r=0.38,n=20o,螺旋角B取12端面压力角a严1由tanat=tanatcos得at=arctan(tantcos)=arctan(tan20ocosl2o)=20.41031o2则Xmin=I+0.25-0.38X
32、d-sin20o)-7sin20.41031o/(2cosl2o)=0.5648则计算时，斜齿轮得设计参数如表2：斜齿圆柱齿轮得参数及几何尺寸的计算公式（表2）.名称符号计算公式计算结果螺旋角（一般取812）12o基圆柱螺旋角btanb=tancosat11.2665o法面模数tnnm.=33端面模数mfInf=/n11cos3.067法面压力角an%=2020o端面压力角aftanaf=tana11cos20.4103o法面齿距PnPn=冗9.4248端面齿距Pfpj=11mf=pllcos9.6353法面基圆齿距PbnPbn=PnOS%8.8564法面齿顶高系数*1法面顶隙系数c；=0.2
33、50.25分度圆直径dd=zmf=Zwm/cos21.4692基圆直径4dh=dcosaf20.1213最少齿数ZminZmin=ZCOS-97端面变位系数XfXf=xnCOS0.5525齿顶高4=%(;”十七)4.6575齿根高hf%=M”（或+C：2.0925齿顶圆直径dada=d+2%30.315齿根圆直径dfdf=d-2hf16.815法面齿厚SnS=2x11tanaJmn5.9458端面齿厚asfSf=f11-2xy-tanaw叫6.0788当量齿数zVZv=Zlcos37.4797而实际加工的时直齿轮。下面计算加工过程中需要的设计参数。用滚刀切制直齿变位齿轮时的Xmin为：*/.2
34、Xmin=ha+c-r(I-Sina)-ZSinQ当ha*=l,c*=0.25,r*=0.38,=20时直齿变位齿轮的XInin为:2Xmin=I+0.25-0.38X(l-sin20o)-7sin20=0.181123mm取X=O.2渐开线变位直齿圆柱齿轮传动几何尺寸的计算公式（表3）网名称代号计算公式计算结果模数tnm=33压力角a=2020分度圆直径dd=mz21齿顶高haW=(E+)机3.6齿根高hfhf=(%；+c-Xm3.15齿全高hh=ha+hf6.75齿顶圆直径d,da=d+2ha28.2齿根圆直径dfdf=d-2hf14.7基圆直径d)dh=dcosa19.7335齿距Pp=
35、11m9.4248基圆齿距Pbph=PCoSa8.8564齿厚Ss=11tn24.7124齿槽宽ee=11tn,24.7124顶隙Cc=cm0.75标准中心距a节圆直径d,d,=d212.8.2.2圆柱齿轮传动齿面接触疲劳强度的计算圆柱齿轮传动齿强度校核的计算公式：刈O(O)n齿面接触疲劳强度计算应力0H=Zhe.Zcp.XKa.Kv.fi.f1a2000T其中，圆柱齿轮传动Ft=W也a作用在方向盘上的最大力为50N,小齿轮直径21.46920有动力转向时，驾驶员作用在方向盘上的切向力大小为2050N。作用在方向盘上的最大扭力矩T=50ror为方向盘半径O.2m。T=500.2=10NM逊=义
36、叫=9.3157X1MNd21.4692KA为使用系数。由于人力操作KA取1.35KV为动力系数Kv=I+(+K2)冬(2.12Fl100t2lb2Ki、K2根据齿轮精度确定K=23.87K2=O.0087d为齿宽系数，一般取d=0.40.9取d=09则b=dd=0.9X21.4692=19.32取b=20转向轮从最左到最右偏转角时的时间23s小轮旋转角速度由前述计算及说明知，活塞由内侧到外侧极限转角的行程为227.306mmo由于齿条与活塞杆作在一起，故齿条行程为227.30611un.由内侧到外侧极限转角，方向盘转过的圈数nl,4n=也迎11d(2.15)Kv=I+227.306乃X21.
37、4692二3.3701圈=2X3.37012.5V=r=0.28.46999=1.69399ms(2.16)710.7346100为齿向载荷分布系数，取1。K.为齿间载荷分布系数，取1.2。ZH为节点区域系数，取1.794为接触强度，取0.27ZE为材料弹性系数，取189.8jNw。H=1.790.75189.8J931510xlll1.35ll.2(2.17)V3021.469211=407.359MPa283圆柱齿轮传动齿根弯距疲劳强度的计算齿根弯曲疲劳强度计算公式S=今KaKvKf0KfoKfsYep(2.18)使用系数Ka,由于是人力操作取1.35动载系数KVgI齿向载荷分布系数K”=
38、l齿间载荷分布系数KFa=I.2Kfs=3.98KM=O.6匕P93157=ilr1.1.i35ll1.23.980.6F203=60.0639MPa2.8.4 圆柱齿轮强度校核由于。HOF,按齿轮接触疲劳强度极限校核。对于闭式齿轮传动软齿面齿轮即HBW350,按齿面接触疲劳极限校核。查机械设计手册P23-47表23.2T8得。Hlim=核OMPazl=1.=一75()一二84111.5(2.19)ti407.359符合要求。2.8.5 齿条结构参数的确定即材料的选择齿条行程应与极限转角时活塞行程一致，为227.306mm。齿条采用铳刀加工。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
39、行程应达到的值来确定。齿轮齿条式转向器设计时只需验算齿轮的抗弯强度和接触强度，即齿条不用强度校核。齿条常采用45钢制造。齿条的模数%=3,螺旋角B=12齿条的断面齿距PjPt=JImt=JIlnn/cosB(2.20)Pt=311cosl2=9.6353齿条的齿数Z二照堂=2359099.6353取Z=24小齿轮旋转到极限转角后，应留有一定余量，故齿条齿数取Z=26。由于采用零变位传动Xi=-X2,齿条变位系数-X2齿条齿顶高同牝=”(+%)21)=3(l-0.5648)=1.3056齿条齿根高%=%(心+4-怎)=3x(1+0.25+0.5648)=5.4444法面齿距的pll=知?=3万=
40、9.4248端面齿距pl=11mt=9.6353coscos122.8.6齿条传动的重合度可按下式确定-4若-4sinat+2halcosata=211mtCQSatha2齿条齿顶高%=24.0804%=20.1213/2J1=21.4692f=20.4103ml=3.067ha2=4.6944J24.08042-4f2012131-21.4692Xsin20.4103则Ea=N-2-3.067cos20.4103=1.1231齿条重合度满足设计要求2.9活塞杆稳定性校核及拉伸强度校核(2.22)23)24)25)4.6944XCOS20.410311X3.067Xcos20.4103齿条端面
41、齿距9.6353mm油缸总长280mm活塞杆直径14mm活塞厚度12m11齿数26由于齿条与活塞杆作在一起，活塞杆总长为：1.=(280-12)/2+26X9.6353=384.5178mm临界压力，即使压杆保持微小弯曲平衡的最小压力。MPcr=426)(对于两端固定的压杆U=1/2钢材E=2IOGPaI=-11d464=-(14103V64v)=1.8857IO9m4n-22101091.8857109-11I0.3845178I=105734.9915N作用在活塞杆上的最大压力1150.779NVPCr所以活塞杆稳定性满足要求。活塞杆用40或45钢制造。为提高可靠性和寿命，要求其表面镀Cr
42、并磨光。构件轴向拉伸或压缩时的强度条件为“3N。=(。)(2.27)转向时,活塞杆受到的拉伸应力大于压缩应力，按抗拉强度校核。45钢(s)=353MPaN=1154.910NA=-J2=-142=153.9380mm244N1154.910A153.938010635375.0244=4.70511.5-2活塞满足了强度2.10齿轮泵的设计说明当驾驶员以可能的最大转速转动方向盘时，油泵的流量QQ=一产等(/min)0.9(23)l000x/v7油缸工作腔面积F(cm2)活塞杆的行程1.=22.7306cm泵的容积效率11V通常取0.75-0.85d/40z400.352F=11()2-H()2
43、22=11.027cm2C11.02722.730660Q=0.91OOOx2.50.8=8.3550/min齿轮泵所提供的流量应大于所需流量。齿轮泵的结构参数确定后，其排量为一定值。随着发动机转速的提高，泵的转速也提高，其流量Q=qonnv也提高，故泵的流量只需满足速时泵提供的流量。60泵的齿数山对中地压齿轮泵来说，压力脉动要求较高，一般限制在lkgfc112一下，齿数越多压力脉动越小，通常取Z=1320,本次设计取Z=18泵的齿轮模数当齿宽b=(8-10)m时，初选模数29)m=(2527);当Vzn发动机急速转速900rmin,带传动传动比设置为i=2,则泵的最低转速n=450r/min齿数Z=18故m=(2527)d83550V18450=2.5260-2.7280取标准模数m=3b=811l=8X3=24mm外啮合齿轮泵的排
