广东工业大学 汽车前轮转向系统的设计
压力角?n 螺旋角? 变位系数Xn 200 β1= 12 0.65 0200 β2=-12 0 0转向时需要克服的阻力，包括转向轮绕主销转动的阻力、转向轮稳定阻力（即转向轮的回正力矩）、轮胎变形阻力以及转向系中的内摩擦阻力矩。通常用以下的经验公式来计算汽车在沥青或混泥土路面上的原地转向阻力矩MR（N·mm）。
轮胎上的原地转动的阻力矩由经验公式[3]得：
f MR?3G13 (3.3) p式中，f—轮胎和路面间的滑动摩擦因素，一般取0.7[3]； G1—为转向轴负荷（N）；取前轴满载950Kg； p—为轮胎气压（MPa）。取0.24MPa； 所以 MR = 441018.3 N·mm。
方向盘转动圈数：
n?iw0(???)3600?20?（35.5?27.3）?3.48 (3.4)
360其中iw0为初选传动比。
方向盘上的操纵载荷力：
Fh?MR2?441018.3??65.1N (3.5)
Dswi???380?20?0.9作用在转向盘上的操纵载荷对轿车该力不应超过50~100N，对货车不应超过250N[3]。所以符合设计要求
因为Fh?Mh所以作用在转向盘上的力矩为 DswMh?FhDsw?24494.8N?mm （3.6）
力传动比：
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ip?取齿宽系数?d?1.2
MRDsw441018.3?380??68.418 （3.7） Mha24494.8?100d1?mnz12.5?7??17.77mm （3.8） ?cos?cos12齿条宽度b2??dd1?1.2?17.77?21.324mm圆整取b2?22mm。则取齿轮齿宽
b1?b2?10?32mm
根据转向器本身结构特点以及中心距的要求，应合理选取齿轮轴的变位系数。对于齿轮齿条转向器中齿轮齿条结构特点，齿轮一般都采用斜齿轮，对于变位齿轮，为了避免齿顶过薄，而又能满足齿轮啮合的要求，一般齿轮的齿顶高系数取偏小值。
*据此，初步选定齿轮和齿条齿顶高系数ha?1；顶隙系数c*?0.25；齿轮的变位系数
xn?0.65。其基本参数如表3.3所示。
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表3.3 齿轮齿条基本参数
名称 齿数 分度圆直径 符号 公式 z 齿轮 7 17.768 齿条 31 — z d xn d?mnzcos? — 变位系数 齿顶高 齿根高 齿顶圆直径 齿根圆直径 齿轮中圆直径 螺旋角 齿宽 0.65 4.125 1.5 26.021 14.772 21.023 12°（右旋） 32 — 2.5 3.125 — — — 12° 22 hahfha?(han??xn)mn *hfn?(han?cn?xn)mn *dadfda?d?2hadf?d?2hf dmdm?d?2xnmn— ? b b??dd13.2.5 齿轮轴的结构设计
本设计根据齿轮的尺寸，设计成齿轮轴形式，如图3.4所示。因为本设计采用斜齿轮结构，在传动的时候有轴向力存在。所以轴承方面选取角接触球轴承，齿轮轴与转向轴之间用万向节连接，所以齿轮轴轴端设计花键。
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图3.4 齿轮轴结构
3.2.6 转向器材料及其他零件选择
1、齿轮齿条材料选择
小齿轮：齿轮通常选用国内常用、性能优良的20CrMnTi合金钢，热处理采用表面渗碳淬火工艺，齿面硬度为HRC58～63。而齿条选用与20CrMnTi具有较好匹配性的40Cr作为啮合副，齿条热处理采用高频淬火工艺，表面硬度HRC50～56。
2、轴承的选择
轴承1：角接触球轴承7004C (GB/T292-1994) 轴承2：角接触球轴承 7001C (GB/T292-1994) 3、 转向器的润滑方式和密封类型的选择 转向器的润滑方式：人工定期润滑
润滑脂：石墨钙基润滑脂（ZBE36002-88）中的ZG-S润滑脂。 密封件： 旋转轴唇形密封圈 FB 16 30 GB 13871—1992
[2]
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4 齿轮齿条转向器数据校核
4.1 齿条的强度计算
4.1.1 齿条受力分析
在本设计中，根据式3.6得转向器输入端施加的扭矩 T = 24.5Nm，齿轮传动一般均加以润滑，啮合齿轮间的摩擦力通常很小，计算轮齿受力时，可不予考虑。
齿轮齿条的受力状况类似于斜齿轮，齿条的受力分析如图4.1
图4.1齿条的受力分析
如图4.1，作用于齿条齿面上的法向力Fn，垂直于齿面，将Fn分解成沿齿条径向的分力（径向力）Fr，沿齿轮周向的分力（切向力）Ft，沿齿轮轴向的分力（轴向力）Fx 。各力的大小为：
Ft= Fr=
2T (4.1) dFt?tg?n (4.2)
cos?1 Fx= Ft?tg?1 (4.3)
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