齿轮齿条转向器设计 - 毕业论文 - 图文

中北大学信息商务学院9 2014届毕业设计说明书

第2章 齿轮齿条转向器设计方案选择

2.1 车辆相关数据与设计要求

表3.1 丰田2012款2.4AT四驱至臻导航版

轮距 轴距 满载轴荷分配：前/后 轮胎 主销偏移距a 轮胎压力p/MPa 方向盘直径1440mm 2660mm 810/1643(kg) 225/65R17 50mm 0.45 307mm 6.9m 200mm DSW 最小转弯半径 转向梯形臂

设计要求：

转向系是用来保持或者改变汽车行使方向的机构，包括转向操纵机构（转向盘、转向上、下轴、）、转向器、转向传动机构（转向拉杆、转向节）等。转向系统应准确，快速、平稳地响应驾驶员的转向指令，转向行使后或受到外界扰动时，在驾驶员松开方向盘的状态下，应保证汽车自动返回稳定的直线行使状态。

一般来说，对转向系统的要求如下：

1、转向系传动比包括转向系的角传动比（方向盘转角与转向轮转角之比）和转向系的力传动比。在转向盘尺寸和转向轮阻力一定时，角传动比增加，则转向轻便，转向灵敏度降低；角传动比减小，则转向沉重，转向灵敏度提高。转向角传动比不宜低于15-16；也不宜过大，通常以转向盘转动圈数和转向轻便性来确定。一般来说，轿车转向盘转动圈数不宜大于4圈，对轿车来说，有动力转向时的转向力约为20—50；无动力转向时为50—100N。

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2、转向轮应具有自动回正能力。转向轮的回正力来源于轮胎的侧偏特性和车轮的定位参数。汽车的稳定行使，必须保证有合适的前轮定位参数，并注意控制转向系统的内部摩擦阻力的大小和阻尼值。

3、转向杆系和悬架导向机构共同作用时，必须尽量减小其运动干涉。应从设计上保证各杆系的运动干涉足够小。

4、转向器和转向传动机构的球头处，应有消除因磨损而产生的间隙的调整机构以及提高转向系的可靠性。

5、

转向轴和转向盘应有使驾驶员在车祸中避免或减轻伤害的防伤机构。

6、汽车在作转向运动时，所以车轮应绕同一瞬心旋转，不得有侧滑；同时，转向盘和转向轮转动方向一致。

7、当转向轮受到地面冲击时，转向系统传递到方向盘上的反冲力要尽可能小 8、在任何行使状态下，转向轮不应产生摆振。

机动性是通过汽车的最小转弯半径来体现的，而最小转弯半径由内转向车轮的极限转角、汽车的轴距、主销偏移距决定的，一般的极限转角越大，轴距和主销偏移距越小，则最小转弯半径越小。

转向灵敏性主要通过转向盘的转动圈数来体现，主要由转向系的传动比来决定。操纵的轻便性也由转向系的传动比决定，但其与转向灵敏性是一对矛盾，转向系的传动比越大，则灵敏性提高，轻便性下降。为了兼顾两者，一般采用变传动比的转向器，或者采用动力转向，还有就是提高转向系的正效率，但过高正效率往往伴随着较高的逆效率。

转向时内外车轮间的转角协调关系是通过合理设计转向梯形来保证的。对于采用齿轮齿条转向器的转向系来说，转向盘与转向轮转角间的协调关系是通过合理选择小齿轮与齿条的参数、合理布置小齿轮与齿条的相对位置来实现的，而且前置转向梯形和后置转向梯形恰恰相反。

转向轮的回正能力是由转向轮的定位参数（主销内倾角和主销后倾角）决定的，同时也受转向系逆效率的影响。选取合适的转向轮定位参数可以获得相应的回正力矩，但是回正力矩不能太大又不能太小，太大则会增加转向沉重感，太小则会使回正能力减弱，不能保持稳定的直线行驶状态。转向系逆效率的提高会使回正能力提

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高，但是会造成“打手”现象。

转向系的间隙主要是通过各球头皮碗和转向器的调隙机构来调整的。 合理的选择转向梯形的断开点可以减小转向传动机构与悬架导向机构的运动干涉。

2.2 转向器总体方案设计

2.2.1 转向器设计方案说明

因为这一次选择的转向器，已经是确定的齿条式转向器，所在在方案的确定上面，更多的是选择齿轮齿条式转向器的输入输出形式、齿轮齿条的齿形与齿条断面的形状的选择，所以在方案的对比上面，主要对比各种输入输出形式的优缺点、齿轮齿条的齿形在转向器上的影响与优缺点和各种齿条断面适用的范围等，还有就是说明转向器的各种布置形式。通过对输入输出形式的对比，选择在保证了转向器性能的基础上尽量的选择制造成本低与制造简单的原则来选择一种最好的输入输出形式；齿轮齿条的齿形的选择，根据重合度，与转向器在各种环境下工作时的反应，比如平稳性，噪音等因素来作出最后的选择；齿条断面的形状，主要根据的时，制造的成本与制造的难道，然后再分析它所受到的力所产生的各种影响来考虑，最终选择一种比较合理的断面形状。

具体的分析过程，与对比过程，在下面一一比较。 2.2.2 转向器输入输出形式

根据输入齿轮位置和输出特点不同，齿轮齿条式转向器有四种形式：中间输入，两端输出（图2-1a）、侧面输入，两端输出（图2-1b）、侧面输入，中间输出(图2-1c)、侧面输入，一端输出(图2-1d)。

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图2-1 齿轮齿条转向器输入输了形式

2.2.3 转向器各种输出形式对比

采用两端输出方案时如（图2-1a,图2-1b），由于转向拉杆长度受限制，容易与悬架系统导向机构产生运动干涉。但其结构简单，制造方便，且成本低等特点，常用于小型车辆上。

采用侧面输入，中间输出方案时，由（图2-1c）可见，与齿条固连的左、右拉杆延伸到接近汽车车轮对称平面附近。由于拉杆长度增加，车轮上、下跳动时拉杆摆角减小，有利于减少车轮上下跳动时转向系与悬架系的运动干涉。拉杆与齿条用螺栓固定连接，因此，两拉杆与齿条同时向左或向右移动，为此在转向器壳体上开有轴向的长槽，从而降低了它的强度。

采用侧面输入，一端输出的齿轮齿条式转向器（图2-1d），常用在平头货车上。 2.2.4 齿轮齿条转向器齿轮齿条选择

如果齿轮齿条式转向器采用直齿圆柱齿轮与直齿齿条啮合重合度不高，则运转平稳性降低，冲击力大，工作噪声增加。此外，齿轮轴线与齿条轴线之间的夹角只能是直角，为此，因与总体布置不适应而遭淘汰。采用斜齿圆柱齿轮与斜齿齿条啮合的齿轮齿条式转向器，重合度增加，运转平稳，冲击与噪声均降低，而且齿轮轴线与齿条轴线之间的夹角易于满足总体设计的要求。因为斜齿工作时有轴向力作用，所以转向器应该采用推力轴承，斜齿轮的滑磨比较大是它的缺点。 2.2.5 齿轮齿条转向器齿条断面形状

齿条断面形状有圆形（图2-2a）、V形（图2-2b）和Y形（图2-2c）三种。圆形断面齿条的制作工艺比较简单。V形和Y形断面齿条与圆形断面比较，消耗的材

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