1 届毕业论文说明书 中北大学信息商务学院2014
某汽车操作机构的设计
摘要：本课题的题目是汽车操作系统的设计。主要以齿轮齿条转向器的设计为中心，一是轿车转向系统总述；二是机械转向器的选择；三是齿轮和齿条的合理匹配，以满足转向器的正确传动比和强度要求；四是动力转向机构设计；五是梯形结构设计。因此本课题在考虑上述要求和因素的基础上研究利用转向盘的旋转带动传动机构的齿轮齿条转向轴转向，通过万向节带动转向齿轮轴旋转，转向齿轮轴与转向齿条啮合，从而促使转向齿条直线运动，实现转向。实现了转向器结构简单紧凑，轴向尺寸短，且零件数目少的优点又能增加助力，从而实现了汽车转向的稳定性和灵敏性。在本文中主要进行了转向器齿轮齿条的设计和对转向齿轮轴的校核，主要方法和理论采用汽车设计的经验参数和大学所学机械设计的课程内容进行设计，其结果满足强度要求，安全可靠。
关键词：轿车 转向系 齿轮齿条设计 转向梯形
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Cars Operating System Design
Abstract：The title of this topic is the design of Car Operating System . Rack and pinion steering gear to the design as the center, first are cars’ steering system overview; Second, Cars steering system performance parameters; third rack gear and a reasonable match to meet the correct steering gear ratio and strength requirements; Fourth, power steering mechanism design; Fifth, the structural design of trapezoidal. Therefore, taking into account the above issues and factors that require study, based on the steering wheel rotary drive transmission shaft of the steering rack and pinion steering, through the universal joint drive shaft rotation gear shift, steering rack and steering gear shaft meshing, thereby encouraging steering rack linear motion to achieve steering. Simple structure to achieve the steering tight, short axial dimension, and the number of parts can increase the advantages of less power in order to achieve the vehicle steering stability and sensitivity. In this article a major design steering rack and pinion steering gear shaft and the check, the main methods and theoretical experience in the use of automotive design parameters and the University of mechanical design school curriculum design and the results meet the strength requirements, safe and reliable.
Keywords: Car; Steering; Mechanical Type Steering Gear and Gear Rack; Steering Trapezoidal
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目 录
第1章 绪论 ......................................................................................................................... 5
1.1 概述 ...................................................................................... 错误！未定义书签。 1.2 转向器的作用与分类 .......................................................... 错误！未定义书签。 1.3 汽车转向装置的发展趋势 .................................................. 错误！未定义书签。 1.4 汽车转向器国内外现状 ...................................................... 错误！未定义书签。 1.5 设计的主要内容 .................................................................................................... 8 第2章 齿轮齿条转向器设计方案选择 ............................................................................. 9
2.1 车辆相关数据与设计要求 .................................................................................... 9 2.2 转向器总体方案设计 .......................................................................................... 11
2.2.1 转向器设计方案说明 ............................................................................... 11 2.2.2 转向器输入输出形式 ............................................................................... 11 2.2.3 转向器各种输出形式对比 ....................................................................... 12 2.2.4 齿轮齿条转向器齿轮齿条选择 ............................................................... 12 2.2.5 齿轮齿条转向器齿条断面形状 ............................................................... 12 2.2.6 齿轮齿条式转向器的布置形式 ............................................................... 13 2.2.7 转向器最终方案确定 ............................................................................... 14
第3章 转向器齿轮齿条设计计算过程 ........................................................................... 15
3.1 转向轮侧偏角计算 .............................................................................................. 15 3.2 转向器原地转向阻力矩计算 .............................................................................. 16 3.3 转向器角传动比与力传动比计算 ...................................................................... 16
3.3.1 角传动比与力传动比介绍 ....................................................................... 16 3.3.2 角传动比与力传动比确定 ....................................................................... 16 3.4 齿轮齿条设计 ...................................................................................................... 17
3.4.1 齿轮齿条啮合传动的特点 ....................................................................... 17 3.4.2 齿轮参数的选择 ....................................................................................... 18 3.4.3 计算接触疲劳许用应力 ........................................................................... 19 3.4.4 齿轮的齿根弯曲强度设计 ....................................................................... 20
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3.4.5 确定齿轮主要参数和几何尺寸 ............................................................... 21 3.4.6 确定齿条主要参数和几何尺寸 ............................................................... 22 3.4.7 齿面接触疲劳强度校核 ........................................................................... 23
第4章 齿轮轴的设计 ....................................................................................................... 24
4.1 齿轮齿条传动受力分析 ...................................................................................... 24 4.2 齿轮轴最小轴径确定 .......................................................................................... 24 4.3 齿轮轴的强度校核 .............................................................................................. 25 第5章 间隙调整弹簧的设计计算 ................................................................................... 29
5.1 选择材料 .............................................................................................................. 29 5.2 计算弹簧丝直径 .................................................................................................. 29 5.3 弹簧圈数和自由高度的计算 .............................................................................. 30 5.4 弹簧校核与结构尺寸确定 .................................................................................. 30 5.5 弹簧工作时的数据 .............................................................................................. 31 第6章 其他零件的选择与润滑方式确定 ....................................................................... 32
6.1 轴承的选择 .......................................................................................................... 32 6.2 转向器润滑方式 .................................................................................................. 33 总 结 ................................................................................................................................... 36 致 谢 ................................................................................................................................... 37 参考文献 ............................................................................................................................. 38 附图 ..................................................................................................................................... 39
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第1章 绪论
1.1 轿车转向系统概述
在转向技术方面,轿车和普通汽车一样，只是由于轿车的体型小，质量轻，在安装空间和转向特性方面与大车有着一定的不同，但轿车的转向系统和通常汽车在转向原理、转向要求和转向效果上都是基本相通的。 1.1.1 转向系统的结构简介
转向系统是汽车底盘的重要组成部分，转向系统性能的好坏直接影响到汽车行驶的安全性、操纵稳定性和驾驶舒适性，它对于确保车辆的行驶安全、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件起着重要作用。
按转向力能源的不同，可将转向系分为机械转向系和动力转向系。
机械转向系的能量来源是人力，依靠驾驶员的手力转动方向盘，所有传力件都是机械的，由转向操纵机构(方向盘)、转向器、转向传动机构三大部分组成，经过转向器和转向传动机构使转向轮偏转。其中转向器是将操纵机构的旋转运动转变为传动机构的直线运动(严格讲是近似直线运动)的机构，是转向系的核心部件。
动力转向系除具有以上三大部件外，其最主要的动力来源是转向助力装置。由于转向助力装置最常用的是一套液压系统，因此也就离不开泵、油管、阀、活塞和储油罐，它们分别相当于电路系统中的电池、导线、开关、电机和地线的作用。 1.1.2 轿车转向系统的发展概况
早期的轿车转向是用舵柄或横杆(即一种两端带有手柄的水平杆)进行操纵，转向比是1:1，因而汽车转向时的操作是很吃力的。后来，带有齿轮减速比的转向机构很快被推广使用，但是，这种机构的方向盘不象舵柄或横杆要置放在汽车中线的位置，而是要置放在汽车的左边或右边，这样触发了方向盘位置的争论。这场争论旷日持久，导致了今天的汽车分成了两大类方向盘装置法：一类以美国，中国，俄罗斯等世界上大多数国家和地区采用的左置方向盘，实行右上左下的汽车行驶规则；另一类以英国及英联邦，日本等少数国家和地区采用的右置方向盘，实行右下左上的汽车行驶规则。
转向器是转向系主要构成的关键零件，随着电子技术在汽车中的广泛应用，转
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