哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）
因为端面齿距pt?pn/cos? ，齿条行程与齿轮转过弧长之比为：
s2pt2pn2/cos?2cos?1??? s1pt1pn1/cos?1cos?2于是s2?s1cos?1?167.45mm ，则齿条单向极限行程为smax?83mm cos?2齿条端面齿距pt2?pn2/cos?2?8mm
齿条齿数z2?s2/pt2?21.53取23。则齿条最大啮合行程=184.56mm. 齿条参数汇总见表2-10：
表2-10齿条参数汇总 序号 1 2 3 4 5 6 7 项目 总长 直径 齿数 法向模数 压力角 螺旋方式 齿条端面齿距 尺寸参数(mm) 550 22 23 2.5 20° 右旋 8 2.5转向传动机构设计
为了让汽车转向轻便、灵活和精准，转向轴的内外转向轮转角的比例要
有一定的范围，这样来达到汽车转弯时做纯滚动运动，而在齿轮齿条转向系中，我们通常用转向梯形来实现。
图 2-11 转向中心的不同轨迹圆
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1，转向传动机构原理
将转向器齿轮齿条中齿条的水平直线运动转变成转向轮的偏转，这就是转向传动机构的基本作用，如上图2-11所示。而为了实现转向轮尽可能的做纯滚动运动，需要让两转向轮绕一个共同的瞬时转向中心转动，而为了达到这个要求，就需要对转向梯形机构进行精确的设计。
图2-12 齿轮齿条式转向器转向原理简图
我们都知道齿轮齿条式转向器没有转向节臂和直拉杆，它的齿条左右两侧是直接铰链转向横拉杆的，转向横拉杆在铰接梯形臂，所以我们在这里把转向梯形臂作为转向节一部分。
2，转向梯形机构尺寸的初步确定
转向梯形的基本尺寸主要有梯形臂长（用m表示）和梯行底角（用θ表示）。汽车的布置空间确定梯形臂长度，它也影响到横拉杆轴向力受力大小。
根据经验公式，横拉杆轴向力
FS?FQl1?FQ （2-10） l'msinθ式中FQ——作用于转向节上臂的力，一般情况FQ=0.5G1；
G1——前轴负荷；
l ——纵拉杆轴向力作用力臂；
l’——横拉杆轴向力FS的作用力臂。
由上式可以得出，梯形臂长度需要适当，其长度不能太短，也不能太长，由于当其他参数保持不变时，横拉杆轴向力和梯形臂长m是成反比关系，随着m减小FS增大。如果梯形臂太长，则布置起来会非常困难。
3，转向传送机构的臂、杆与球销
通常情况下，转向传动机构的杆件选取20、30或35号钢制造，这些材料的特点主要是质量小、强度好。各元件的连接形式选择球形铰接。球形铰接有这样一个优点就是可以防止由于磨损产生的间隙。球形铰接通常是采用
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弹簧把球头与衬垫压紧。并且需要润滑和防尘罩。
衬垫与球销最通常的材料是合金钢18MnTi，20CrN，或12CrNi3A，并且渗碳淬火处理，深度1.5～3.0mm，硬度达到HRC 56～63。球形铰接的壳体通常使用钢35或40制造。
4，转向横拉杆设计
转向横拉杆与梯形转向杆系的相似。球头销通过螺纹与齿条连接。当这些球头销依制造厂的规范拧紧时，在球头销上就作用了一个预载荷。防尘套夹在转向器两侧的壳体和转向横拉杆上，这些防尘套阻止杂物进入球销及齿条中[18]。
转向横拉杆端部与外端用螺纹联接。这些端部与梯形转向杆系的相似。侧面螺母将横拉杆外端与横拉杆锁紧[19]。
横拉杆的接头位于横拉杆的两端,主要作用是传递扭矩,使梯形臂转动。零件有一个螺纹孔，主要作用是连接横拉杆。还有一个内螺纹孔，主要作用是连接梯形臂。
转向横拉杆及接头的尺寸设计参数如表2-13所示
表2-13转向横拉杆及接头的尺寸汇总
序号 1 2 3 4 5 6 7 项目 横拉杆总长 横拉杆直径 螺纹长度 外接头总长 球头销总长 球头销螺纹公称直径 外接头螺纹工程直径 尺寸参数（mm） 255 16 50 124.5 62 M10?1 M12?1.5 2.6齿轮轴校核
1.计算支撑反力 在垂直面上
FAy?Fr?FBy?579.2N
在水平面上
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FBx?FtL1/(L1?L2)?920.17N
FAx?Ft?FBx?1226.9N
2.画弯矩图
在水平面上，a-a剖面左侧、右侧
MaH1?MaHr?FAx.L1?36807N?mm 在垂直面上，a-a剖面左侧
MaV1?FAy?L1?17376N?mm a- a剖面右侧
MaVr?FAy?L2?10096.8N?mm
扭矩T?23640N
合成弯矩，a-a剖面左侧
Ma1?MAv12?MaH12?40702.34N?mm
a- a剖面右侧
Mar?MAvr2?MaHr2?38166.75N?mm
转矩T?23640N 3.判断危险剖面
显然，a-a截面左侧合成弯矩最大，扭矩为T，该截面左侧可能是危险剖面。
4.轴的弯扭合成强度校核
由《机械设计》查得[?]?[??1]?90MPa,[?0]b?150MPa
??a-a截面左侧
[??1]?0.6 [?0]b
M2?(?T)2?e??68.61MPa<[?]
W5.轴的疲劳强度安全系数校核
查《机械设计》表3.2得
查《机械设计》329页附录表1，得K??3.5 K??2.10
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由图3.11查得???0.84,???0.82 轴经磨削加工，查得质量系数
M弯曲应力?b??64MPa
W应力幅?a??b?64MPa 平均应力切应力?T?
，则
T?18.65MPa WT平均应力与应力幅为?a??m?9.33MPa
安全系数
S????1K??1.84
????a????m??1?12.02
S??K?????a????mS?S?S??S?22S??1.82
查得许用安全系数[S]?1.3~1.5,显然S?[S],故a-a截面安全。
2.7助力系统的助力特性分析
2.7.1转向盘目标手力的分析
对于空满载质量变化不大的乘用车，低速行驶时转向盘输入转矩不高于5N.m，则认为转向轻便；而高速行驶时转向盘输入转矩不低于7.5N.m，则认为转向稳定。
本次设计中，方向盘的直径定为400mm，则在低速行驶中，人手对方向盘施加的力大小为25N，高速行驶时，人手对方向盘施加的力大小为37.5N，如图2-14所示
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