哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）
齿圆柱齿轮。齿轮模数取值范围多在2～3mm之间。主动小齿轮齿数多数在5～7个齿范围变化，压力角取20°，齿轮螺旋角取值范围多为9°～15°。齿条齿数应根据转向轮达到最大偏转角时，相应的齿条移动行程应达到的值来确定。变速比的齿条压力角，对现有结构在12°～35°范围内变化。此外，设计时应验算齿轮的抗弯强度和接触强度[12]。
3.EPS系统齿轮齿条转向器的安装齿轮齿条式转向器可安在前横梁上或发动机后部的前围板上。橡胶隔振套包在转向器外，并固定在横梁上或前围板上。齿轮齿条转向器的正确安装高度，使转向横拉杆和悬架下摆臂可平行安置。齿轮齿条式转向系统中磨擦点的数目减少了，因此这种系统轻便紧凑。大多数承载式车身的前轮驱动汽车用齿轮齿条式转向机构。由于齿条直接连着梯形臂，这种转向机构可提供好的路感[13]。
4.主动小齿轮选用16MnCr5或15CrNi6材料制造，而齿条常采用45钢制造。为减轻质量，壳体用铝合金压铸[14]。
2.3.1对动力转向机构的要求
1.运动学上应保持转向轮转角和驾驶员转动转向盘的转角之间保持一定的比例关系。
2.随着转向轮阻力的增大（或减小），作用在转向盘上的手力必须增大（或减小），称之为“路感”。
3.当作用在转向盘上的切向力Fh? 0.025~0.190kN时（因汽车形式不同而异），动力转向器就开始工作。
4.转向后，转向盘应自动回正，并使汽车保持在稳定的直线行驶状态。 5.工作灵敏。
6.动力转向失灵时，仍能用机械系统操纵车轮转向[11]。
2.4齿轮齿条转向器设计
齿轮齿条转向器最主要的优点是：结构简单、价格低廉、质量轻、刚性好、使用可靠；传动效率高达90%[20]；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[10]。齿轮齿条式转向器的四种类型如图2-6所示：中间输入，两端输出（图2-6a）；侧面输入，两端输出（图2-6b）；侧面输入，中间输出（图2-6c）；侧面输入，一端输出图（图2-6d）。
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图2-6齿轮齿条式转向器的四种形式
帕萨特车型数据如表2-7所示。
表2-7帕萨特车型数据
整车质量 轮胎自由直径 1400kg 632mm 2803mm 前轴荷 840kg 200kPa 1498mm 轮胎气压 前轮距 轴距 2.4.1转向系阻力计算
根据车型数据，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。
fG13 （2-1） MR?3pMR?382987.30N?mm
式中 f ——轮胎和路面间的滑动摩擦因数； G1——转向轴负荷； p——轮胎气压。 作用在转向盘上的手力为：
Fh?2L1MR （2-2）
L2DSWi??- 13 -
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Fh=118.21N
式中L1——转向摇臂长，单位为mm； MR——原地转向阻力矩； L2——转向节臂长； DSW——为转向盘直径； i?——转向器角传动比； ?——转向器正效率。
因齿轮齿条式转向传动机构无转向摇臂，故L1 、L2不代入数值。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：
轮辋直径 RLW=16in=406.4mm
梯形臂长度 L2?0.R8LW 2 L2=152.6mm 取 L2=150mm
RT?RLW?0.55?205 轮胎直径
RT=540.3mm 取RT=540mm 转向横拉杆直径 d?34MR （2-3） a????a?L2；???=216MPa；MR=347.2 N·m
d? 12.534mm 取d=16mm
初步估算主动齿轮轴的直径：
d?316Mnmax???? （2-4）
d?26.928mm 取d=30mm
上述的计算只是初步对所研究的转向系载荷的确定。转向传动机构初选参数如表2-8所示。
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表2-8 转向传动机构初选参数
序号 1 2 3 4 参数名称 数值 序号 5 6 7 8 参数名称 轮胎直径（mm） 横拉杆直径（mm） 齿轮轴直径(mm) 转向器角传动比 数值 540 16 30 18 阻力矩（N·mm） 382987.30 转向盘手力（N） 轮辋直径（mm） 梯形臂长度（mm） 118.21 406.4 150 2.4.2齿轮轴及齿条设计
齿轮轴是一只切有齿形的轴。它安装在转向器壳体上并使其齿与齿条上的齿相啮合。齿轮齿条上的齿可以是直齿也可以是斜齿。齿轮轴上端与转向柱内的转向轴相连。因此，转向盘的旋转使齿条横向移动以操纵前轮。齿轮轴由安装在转向器壳体上的球轴承支承[16]。
小齿轮选用16MnCr5，渗碳淬火，齿面硬度56-62HRC。
齿条选用45钢，表面淬火，齿面硬度52-56HRC。 齿轮轴轮齿模数：
齿轮齿条式转向器所用的齿轮传动方式为闭式硬齿传动，选择根据齿根弯曲疲劳强度设计计算，采用简化公式初算：
mn?Am3T1YsaYFa （2-5） 2?dz1[?F]式中Am——查《机械设计》表12.17，取Am =1.32；
T1 ——转向齿轮分度圆转向力矩，由T1 =FhDsw/2=23642N·mm
ψd——齿宽系数，查《简明机械零件设计使用手册》表10.21，取
0.9
Z1——转向齿轮齿数；
[σF]——齿面弯曲许用应力，初步计算时，对于轮齿双向受力，有
[σF]=σFlim，则[σF1]= σFlim1=425MPa，[σF2]=σFlim2=375MPa；
Ysa——应力修正系数，查《机械设计》图12.22得Ysa1 =1.68，Ysa2 =1.97；
YFa——齿形系数，YFa2=2.06，查《机械设计》图12.21得YFa1 =2.41，
这里应对齿轮和齿条进行比较，取
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YYYYYYsaFa[?]?max{sa1Fa1[?,sa2Fa2}?0.0108 FF1][?F2]代入数据，计算得mn=2.34，取mn=2.5.
则转向齿轮分度圆直径d1=18.63mm, 齿宽b=16.74mm. 齿顶圆直径da1：
d1?d1?2ha d1?24.25mm
齿根圆直径df1：
df1?d1?2hf df1=20.33mm
齿条齿根高hf1：
h*C*f1?mn(han?n?Xn) hf1=1.96mm
齿轮齿顶高ha1 ：
hm*?C*a1?n(hann?Xn) ha1?2.81mm
齿轮轴参数汇总见表2-9
表2-9齿轮轴数据汇总 序号 项目 尺寸参数(mm) 1 总长 85 2 齿宽 16.74 3 齿数 7 4 法向模数 2.5 5 螺旋角 20° 6 压力角 20° 7 螺旋方向 左旋 8 齿顶圆直径 24.25 9 齿根圆直径 20.33 10 齿条齿根高 1.96 11 齿轮齿顶高 2.81 齿条的极限行程：
齿条齿轮安装采用交错轴安装，正确啮合条件为：
齿轮齿条模数mn=2.5 齿轮齿条压力角=20° 二者法向齿距相等
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(2-6) (2-7)(2-8)
(2-9)