齿轮齿条式转向器设计

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摘要：转向器是转向系中的重要总成，是用来保持或改变汽车行驶方向的机构。本文分析不同形式转向器的优缺点，对齿轮齿条式转向器进行必要的设计和计算，包括强度计算和结构设计。

关键词：机械式转向器 齿轮齿条

一、方案介绍和选择

1、转向器类型的选择

机械式转向器主要有齿轮齿条式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式等，其中广泛应用的是齿轮齿条式和循环球式。

齿轮齿条式转向器

优点：结构简单、紧凑；壳体由铝合金或镁合金压铸而成，故质量比较小；传动效率高达90%；齿轮齿条之间因磨损出现间隙后，可利用装在齿条背部、靠近小齿轮的压紧力可以调节的弹簧自动消除齿间间隙，在提高系统刚度的同时也可防止工作时产生冲击和噪声；转向器占用体积小；没有转向摇臂和横拉杆，可以增大转向轮转角；制造成本低。

缺点：逆效率高，汽车在不平路面行使时会出现汽车方向控制难度增加还有可能出现打手现象。

循环球式转向器

优点：在螺杆和螺母之间有可以循环流动的钢球，将滑动摩擦转变为滚动摩擦，传动效率可达75%-85%；转向器传动比可以变化；工作平稳可靠；齿条齿扇间间隙调整工作容易进行；适合做整体式动力转向器。

缺点：逆效率高，结构复杂，制造困难，制造精度要求高。

通过对齿轮齿条式转向器和循环球式转向器的对比，选择采用齿轮齿条式转向器。

2、齿轮齿条式转向器布置和结构形式的选择

考滤到原车采用的是循环球式转向器，故采用转向器位于前轴后方，后置梯形的布置形式。

同时考虑到原车是发动机前置后驱故采用侧面输入两端输出的结构形式。

二、设计计算过程

通过作图计算可得转向齿条左右移动的最大距离为180mm。

2、转向器参数选取

齿轮齿条转向器的齿轮多采用斜齿轮，齿轮模数在2～3mm之间，主动小齿轮齿数在5～7之间，压力角取α=20°，螺旋角在9°～15°之间。故取小齿轮z1=6，mn=2.5，β=10°右旋，压力角α=20°，精度等级8级。

转向节原地转向阻力矩：

3、选择齿轮齿条材料

4、强度校核

（1）校核齿轮接触疲劳强度

选取参数，按ME级质量要求取值

齿轮接触疲劳强度合格

（2）校核齿轮弯曲疲劳强度

选取参数，按ME级质量要求取值σHlim1500MPa； σHlim2=280MPa；SHlim1=2.2；SHlim2=1.5；YN1=YN2=1；YST=2.0

σHlim2

据齿数查表有：YFa=3.69；YSa=1.41； Yε=0.7；Yβ=0.9。则

齿轮弯曲疲劳强度合格

5、齿轮齿条的基本参数如下表所示：

三、齿轮轴的结构设计

四、轴承的选择

五、转向器的方式和密封类型的选择

转向器的方式：人工定期

脂：石墨钙基脂（ZBE36002-88）中的ZG-S脂。

密封类型的选择

密封件： 旋转轴唇形密封圈 FB 16 30 GB 13871—1992

参考文献：

[1]汽车设计/王望予主编.机械工业出版社.2007年6月第4版

[2]机械设计手册-单行本-机械传动/成大先主编.化学工业出版社.2004年1月第1版

[3]机械设计/杨明忠、朱家诚主编.武汉理工大学出版社.2004年6月第2次印刷

[4]《汽车工程手册》编辑委员会.汽车工程手册.设计篇.北京：人民交通出版社[m]，2001

[5]ohn Baxter， Analysis of Stiffness and Feel for Rack and Pinion automobile redirector Gear[J].Jour2nalofPassengerCars，1988，97（4）：827-833