齿轮齿条转向器设计word版Word文件下载.docx

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关键词：

转向系统；

齿轮齿条；

转向器

Rackandpinionsteeringdesign

Abstract：

ThisdesignchoiceisthesteeringofacarintheToyota.First,thebasicroleofthesteeringsystem,structure,andoverallperformanceforanunderstanding.Accordingtothestudyoftherackandpinionsteeringanddataaccess,focusesonarackandpinionsteeringgeartypeselection,theadvantagesanddisadvantagesofdifferenttypesofrackandpinionsteering,andalltypesofrackandpinionsteeringapplicationstatus.Thesteeringtransmissionratiocalculatedundertheoriginaldata,anddeterminethegeometricparametersoftherackandpinion.Rackandpinionsteeringtheoveralldesign,stressanalysis,andrackandpinionfatiguestrengthofthetoothrootbendingfatiguestrength.Unreasonabledatacorrectionrackandpinionsteering.Throughthedesignoftherackandpinionsteering,selecttherelatedpartssuchasscrews,bearings,etc.,andmakethesteeringpartsdiagram.

Keywords：

Steeringsystems,rackandpinion,steering

第1章绪论

1.1概述

改革开放以来，我国汽车工业发展迅猛。

作为汽车关键部件之一的转向系统也得到了相应的发展，基本已形成了专业化、系列化生产的局面。

有资料显示，国外有很多国家的转向器厂，都已发展成大规模生产的专业厂，年产超过百万台，垄断了转向器的生产，并且销售点遍布了全世界。

1.2转向器的作用与分类

转向器的作用将驾驶员加在转向盘上的力矩放大，并降低速度，然后传给转向传动机构。

转向器是转向系的减速传动装置，一般由1-2级减速传动副。

由于转向器是一个大传动比的机构，其传动效率一般较低。

转向器的输出功率与输人功率之比称为转向器的传动效率.当功率由转向柱输人、由转向摇臂输出的情况下求得的传动效率称为正效率，而在传动方向与此相反时求得的效率为逆效率。

为了减轻驾驶员操纵转向盘的体力消耗，应尽量提高转向器的传动效率，特别是其正效率是很重要的。

目前应用比较广泛的转向器有齿轮齿条式转向器、循环球式转向器、蜗杆滚轮式转向器、蜗杆曲柄指销式转向器。

本次设计的是齿轮齿条式减速器。

齿轮齿条式减速器优点：

齿轮齿条式转向器的传动副为齿轮与齿条，其结构简单、布置方便，制造容易，但转向传动比较小，（一般不大于15），且齿条沿其长度方向磨损不均匀，故仅广泛用于微型汽车和轿车上。

转向器按结构形式可分为多种类型。

历史上曾出现过许多种形式的转向器，目前较常用的有齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、循环球曲柄指销式、蜗杆滚轮式等。

其中第二、第四种分别是第一、第三种的变形形式，而蜗杆滚轮式则更少见。

如果按照助力形式，又可以分为机械式（无助力），和动力式（有助力）两种，其中动力转向器又可以分为气压动力式、液压动力式、电动助力式、电液助力式等种类。

1、齿轮齿条式转向器

它是一种最常见的转向器。

其基本结构是一对相互啮合的小齿轮和齿条。

转向轴带动小齿轮旋转时，齿条便做直线运动。

有时，靠齿条来直接带动横拉杆，就可使转向轮转向。

所以，这是一种最简单的转向器。

它的优点是结构简单，成本低廉，转向灵敏，体积小，可以直接带动横拉杆。

在汽车上得到广泛应用。

2、蜗杆曲柄销式转向器

它是以蜗杆为主动件，曲柄销为从动件的转向器。

蜗杆具有梯形螺纹，手指状的锥形指销用轴承支承在曲柄上，曲柄与转向摇臂轴制成一体。

转向时，通过转向盘转动蜗杆、嵌于蜗杆螺旋槽中的锥形指销一边自转，一边绕转向摇臂轴做圆弧运动，从而带动曲柄和转向垂臂摆动，再通过转向传动机构使转向轮偏转。

这种转向器通常用于转向力较大的载货汽车上。

3、循环球式转向器

循环球式：

这种转向装置是由齿轮机构将来自转向盘的旋转力进行减速，使转向盘的旋转运动变为涡轮蜗杆的旋转运动，滚珠螺杆和螺母夹着钢球啮合，因而滚珠螺杆的旋转运动变为直线运动，螺母再与扇形齿轮啮合，直线运动再次变为旋转运动，使连杆臂摇动，连杆臂再使连动拉杆和横拉杆做直线运动，改变车轮的方向。

这是一种古典的机构，现代轿车已大多不再使用，但又被最新方式的助力转向装置所应用。

它的原理相当于利用了螺母与螺栓在旋转过程中产生的相对移动，而在螺纹与螺纹之间夹入了钢球以减小阻力，所有钢球在一个首尾相连的封闭的螺旋曲线内循环滚动，循环球式故而得名。

4、齿轮齿条液压助力转向器

齿轮齿条液压助力转向器，是相对于齿轮齿条机械转向器而言的，主要是增加了转向油泵、转向油壶、转向油管、转向阀、转向油缸等部件，以期达到改善驾驶员手感，增加转向助力的目的的转向装置。

国内经过10多年来的发展，已经形成成熟的研发和制造技术的厂家有豫北光洋转向器有限公司等企业。

1.3汽车转向装置的发展趋势

转向系是用来保持或者改变汽车行使方向的机构，转向系统应准确，快速、平稳地响应驾驶员的转向指令，转向行使后或受到外界扰动时，在驾驶员松开方向盘的状态下，应保证汽车自动返回稳定的直线行使状态。

汽车工业是国民经济的支柱产业，代表着一个国家的综合国力，汽车工业随着机械和电子技术的发展而不断前进。

到今天，汽车已经不是单纯机械意义上的汽车了，它是机械、电子、材料等学科的综合产物。

汽车转向系统也随着汽车工业的发展历经了长时间的演变。

传统的汽车转向系统是机械式的转向系统，汽车的转向由驾驶员控制方向盘，通过转向器等一系列机械转向部件实现车轮的偏转，从而实现转向。

随着上世纪五十年代起，液压动力转向系统在汽车上的应用，标志着转向系统革命的开始。

汽车转向动力的来源由以前的人力转变为人力加液压助力。

液压助力系统HPS（HydraulicPowerSteering）是在机械式转向系统的基础上增加了一个液压系统而成。

该液压系统一般与发动机相连，当发动机启动的时候，一部分发动机能量提供汽车前进的动能，另外一部分则为液压系统提供动力。

由于其工作可靠、技术成熟至今仍被广泛应用。

这种助力转向系统主要的特点是液压力支持转向运动，减小驾驶者作用在方向盘上的力，改善了汽车转向的轻便性和汽车运行的稳定性。

近年来，随着电子技术在汽车中的广泛应用，转向系统中也愈来愈多地采用电子器件。

转向系统因此进入了电子控制时代，相应的就出现了电液助力转向系统。

电液助力转向可以分为两类：

电动液压助力转向系统EHPS（Electro-HydraulicPowerSteering）和电控液压助力转向ECHPS（ElectronicallyControlledHydraulicPowerSteering）。

电动液压助力转向系统是在液压助力系统基础上发展起来的，与液压助力系统不同的是，电动液压助力系统中液压系统的动力来源不是发动机而是电机，由电机驱动液压系统，节省了发动机能量，减少了燃油消耗。

电控液压助力转向也是在传统液压助力系统基础上发展而来，它们的区别是，电控液压助力转向系统增加了电子控制装置。

电子控制装置可根据方向盘转向速率、车速等汽车运行参数，改变液压系统助力油压的大小，从而实现在不同车速下，助力特性的改变。

而且电机驱动下的液压系统，在没有转向操作时，电机可以停止转动，从而降低能耗。

虽然电液助力转向系统克服了液压助力转向的一些缺点。

但是由于液压系统的存在，它一样存在液压油泄漏的问题，而且电液助力转向系统引入了驱动电机，使得系统更加复杂，成本增加，可靠性下降。

为了规避电液助力转向系统的缺点，电动助力转向系统EPS（ElectricPowerSteering）便应时而生。

它与前述各种助力转向系统最大的区别在于，电动助力转向系统中已经没有液压系统了。

原来由液压系统产生的转向助力由电动机来完成。

电动助力式转向系统一般由转矩传感器、微处理器、电动机等组成。

基本工作原理是：

当驾驶者转动方向盘带动转向轴转动时，安装在转动轴上的转矩传感器便将转矩信号转化为电信号并传送至微处理器，微处理器根据转矩信号并结合车速等其他车辆运行参数，按照事先在程序中设定的处理方法得出助力电动机助力的方向和助力的大小。

自

1988年日本铃木公司首次在其Cervo车上装备该助力转向系统至今，电动助力转向系统己经得到人们的广泛认可。

此后，电动助力转向技术得到迅速发展，其应用范围已经从微型轿车向大型轿车和客车方向发展。

1.4汽车转向器国内外现状

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，转向装置的结构也有很大变化。

从目前使用的普遍程度来看，主要的转向器类型有4种：

有蜗杆销式（WP型）、蜗杆滚轮式（WR型）、循环球式（BS型）、齿条齿轮式（RP型）。

这四种转向器型式，已经被广泛使用在汽车上。

据了解，在世界范围内，汽车循环球式转向器占45％左右，齿条齿轮式转向器占40％左右，蜗杆滚轮式转向器占10％左右，其它型式的转向器占5％。

循环球式转向器一直在稳步发展。

在西欧小客车中，齿条齿轮式转向器有很大的发展。

日本汽车转向器的特点是循环球式转向器占的比重越来越大，日本装备不同类型发动机的各类型汽车，采用不同类型转向器，在公共汽车中使用的循环球式转向器，已由60年代的62．5％，发展到现今的100％了（蜗杆滚轮式转向器在公共汽车上已经被淘汰）。

大、小型货车大都采用循环球式转向器，但齿条齿轮式转向器也有所发展。

微型货车用循环球式转向器占65％，齿条齿轮式占35％。

我国的转向器生产，除早期投产的解放牌汽车用蜗杆滚轮式转向器，东风汽车用蜗杆肖式转向器之外，其它大部分车型都采用循环球式结构，并都具有一定的生产经验。

目前解放、东风也都在积极发展循环球式转向器，并已在第二代换型车上普遍采用了循环球式转向器。

由此看出，我国的转向器也在向大量生产循环球式转向器发展

在国外，循环球式转向器实现了专业化生产，同时以专业厂为主、大力进行试验和研究，大大提高了产品的产量和质量。

在日本“精工”（NSK）公司的循环球式转向器就以成本低、质量好、产量大，逐步占领日本市场，并向全世界销售它的产品。

德国ZF公司也作为一个大