齿轮齿条机械转向器设计规范0421课案.docx

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齿轮齿条机械转向器设计规范0421课案

重庆长融机械有限责任公司

汽车机械齿轮齿条转向器设计规范

编制：

审核：

民研所设计一室

汽车机械齿轮齿条转向器设计规范

11　范围

本规范规定了汽车齿轮齿条式机械转向器的设计要求和设计程序。

本规范适用于汽车用机械转向装置中齿轮齿条式机械转向器总成（以下简称转向器）从方案论证到设计定型全过程的设计与主要参数的设计与校核。

本规范不完全适用于助力部分在转向管柱上的电动助力转向装置中所用齿轮齿条式机械转向器总成，在此基础上，应适当提高性能和可靠性要求。

12　规范性引用文件

下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。

凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，但是，鼓励使用这些文件的最新版本。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。

GB/T5179-1985汽车转向系术语和定义

QC/T484-1999汽车油漆涂层

QC/T29096-1992汽车转向器总成台架试验方法

QC/T29097-1992汽车转向器总成技术条件

重庆长融机械有限责任公司质量手册

13　术语及定义

本规范采用下列定义。

13.1　线角传动比i

转向器齿条直线位移增量与输入轴转角增量的比值。

   量的符号：

i

   单位：

mm/rev----毫米/圈

13.2　总圈数n

转向器齿条从左极限位置移动到到右极限位置时，输入轴所转过的角度位移，以圈数评价。

   量的符号：

n

   单位：

圈

13.3　循环

除特殊规定外，本标准采用如下定义，输入轴从中间位置顺时针（逆时针）转到左（右）极限，再逆时针（顺时针）转到右（左）极限位置，然后顺时针（逆时针）回到中间位置为一个循环。

3.4齿条行程S

转向器齿条从左极限位置移动到到右极限位置时,齿条所移动的位移。

量的符号：

S

单位：

mm

3.5损坏

转向器有下列情况之一时，应判定为损坏：

a）齿轮、齿条、壳体、横拉杆等部件出现裂纹、严重变形、和影响功能的压痕；

b）试验后压块间隙较新转向器压块间隙增加0.25以上；

c）螺钉螺母拧紧力矩下降1/3以上；

d）横拉杆启动力矩和摆动力矩超出规范；

e）其他引起转向器性能和寿命严重下降的缺陷。

3.6其它名词术语定义按GB/T5179-1985规定。

14　设计依据

4.1新产品的设计、立项应根据公司质量控制规范文件《新产品开发阶段具体管理办法》的相关要求展开。

4.2设计时需要依据的主要数据：

a）接口尺寸：

小齿轮花键、箱体主偏角、开口尺寸等；

b）前桥负荷；

c）线角传动比i；

d）行程S；

e）传动效率；

4.3设计时需要依据的主要文本：

a）主机厂相关企业标准、实验条件及方法（如果有）；

b）主机厂特殊要求的法律法规（如果有）；

15　设计准则

设计准则是设计中必须遵守的原则，是处理设计及样机制作过程中出现的技术问题的依据。

5.1可靠性设计原则

转向器的工作是通过方向盘的转动，齿轮齿条这一对传动副，将齿轮的旋转运动转化成齿条的左右直线运动，从而实现汽车转向轮的偏转，达到转向的目的。

转向器的设计要求必须有足够的刚度且坚固耐用，以确保行驶安全，同时，必须保证驾驶员能够舒适、准确地操作，在任何安装位置上不得与其它零部件有干涉现象。

转向器属于保安件，其安全性必须着重考虑，应按本规范规定的方法和要求进行设计和验证。

对于主机厂有特殊要求的包装、标示等方面应在设计中予以充分的考虑并在相关技术文件中注明。

5.2可生产性和经济性原则

转向器整体设计要求在满足使用要求的前提下，装卸方便、快捷，工艺性好，尽量协调设计的先进行和继承性原则，尽量多的采用成熟技术和借用量产零部件，以达到总成制造及零部件采购的最佳经济性。

在新材料、新技术、新方法的应用前，必须验证其正确性、可靠性和实用性后（如有必要须经主机厂认可）方可采用。

5.3选型原则

通过对所开发车型与已开发同类车型、或标杆车的比较及所开发车型的前桥负荷,初步确定转向器总成的结构和相关参数。

故在选取时应遵循以下原则；

a）根据车型总布置及装车方向，确定是左置转向器或右置转向器以及齿轮箱体的结构尺寸、布局。

b）根据前桥负荷，选定转向器输出扭矩及输入轴花键、齿条直径。

c）根据产品信函（或项目描述书）所描述的整车的使用、供货状态，确定传动间隙特性、转向拉杆和拉杆防尘罩的结构。

16　设计程序

6.1设计方案、立项

按照公司质量手册规定的新产品开发阶段具体管理办法的具体要求进行立项，并填写《开发项目申请立项报告》报公司批准后展开后续研发工作。

6.2样机制作

依据顾客要求（合同、产品图、样件等）的时间节点及产品特性要求提供必须的样机，送主机厂和经主机厂认可的实验场所进行台架（如国家重型汽车质量监督检验中心）、道路试验（如海南道路试验场）。

完成公司质量手册规定的新产品样机制作阶段流程的初始材料清单、DFMEA编制等规范性文件。

6.3设计定型

按照公司质量手册规定的新产品开发个阶段流程编制产品鉴定阶段的各规范性文件、完成小批过线、产品设计评审，并进行资料归档。

6.4工艺评审

按照公司质量手册规定的新产品开发量产阶段流程，完成并收集相关规范性文件、数据单等，向顾客提交PPAP文件，配合技术部等相关部门完成工艺评审。

6.5量产移行

召集多功能小组等相关部门人员进行量产移行的检查，并将结果记录于《产品品质规划签署报告书》内，同时对前期归档的《产品质量先期策划（A）表》中的实际完成时间等文件进行完善。

17　设计方法

7.1设计方案

依据顾客要求（合同、产品图、样件等）或与标杆车型转向器的比较,初步确定转向器总成的结构和相关参数，做出转向器接口三维数模或平面功能图交主机厂认可并返回信息，以此为据确定设计方案。

7.2样机试作

依据顾客确认的相关技术要求、三维数模、项目节点制作样机，

7.3设计方案说明

7.3.１主要设计输入：

产品主要技术性能参数

转向器形式

机械齿轮齿条转向器

适用前轴负荷（Kg）

650

输出负荷（N）

3600

转向器线角传动比

0.095

适宜温度范围（℃）

-40～+135

齿条行程范围（mm）

148±1

输入轴总圈数（圈）

4.33±0.10

转向器中心距（mm）

15

齿条直径（mm）

φ21

齿轮模数（mm）

1.75

7.3.2齿条的支承型式

齿条的一端通过常规的齿条支承，一般由单圆弧或双圆弧两种结构，齿条的另一端通过齿条衬套来支承，均采用粉末冶金材料或在齿条衬套、齿条支承接触表面增加含有聚甲醛的材料层，其主要优点是磨擦系数小，耐磨性好。

7.3.3齿条支承的预紧型式

在齿轮齿条式转向器中，齿条支承座的预紧型式是通过弹簧来实现的，齿条支承在弹簧力的作用下保证齿轮与齿条之间始终是在无间隙状态下工作，即使齿轮与齿条发生磨损后，也不会产生间隙，这样不仅提高了转向系统的刚性、改善了操纵稳定性，还可以防止转向系统产生冲击和噪音。

在设计转向器时，要使调整螺塞与齿条支承座之间保持一合适的间隙（该间隙为调整螺塞与齿条支承间的距离），该间隙可防止因加工或热处理时，齿轮齿条发生弯曲变形或转向器内进入杂质而使转向器卡死，如间隙过大还会使转向器产生噪音，现在齿轮齿条式转向器对该间隙的要求根据工艺水平不同而不同，一般为0.12-0.3mm。

7.3.4调整螺塞与齿条支承座之间间隙的调整方法：

先将锁紧螺母松开,调节调整螺塞,使调整螺塞拧到底，然后再回退20°-90°后将锁紧螺母拧紧即可。

8．主要零件的结构及计算

8.1样件已知条件：

齿轮：

mn=1.66；Z1=8；

（右）；

齿条：

mn=1.66；Z2=31；

（左）；tn=5.22；θ=20°齿条行程L=138=69×2；齿条外径φ25.5；中心距：

a=16.25；轴交角20°

线角传动比计算

=5.22*8/cos5°=41.92

方向盘总圈数：

（圈）

8.2根据公司常用的几个刀具模数，验算传动比i

选择mn=1.85；Z1=7；

（右）；

计算得出

=40.84

因为（41.92-40.84）/41.92=2.449%<5%

所以取mn=1.85；i=40.84；n=138/40.84=3.38（圈）

8.3根据转向器本身结构特点以及中心距要求，选取齿轮轴的变位系数。

8.3.1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正变位，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。

8.3.2如果将齿条的齿顶高系数取同一值，最终会导致齿条的齿高变小，进而降低了重合系数。

在进一步验证试作时，此理论得到验证。

参照同类产品，初步选定

齿轮：

，

齿条：

，

8.4小齿轮轴与齿条的计算

名称

齿轮

齿条

备注

齿数Z

7

26

模数mn

1.85

1.85

压力角αn

20°

20°

螺旋角β

βρ=25°（右旋）

βγ=5°（左旋）

左右手法则

变位系数xn

0.6

0.6

分度圆直径d1

齿顶高ha

齿根高hf

齿全高h

h1=ha1+hf1=2.83

h2=ha2+hf2=2.9

齿顶圆da

da1=d1+2ha1=18.83

齿根圆df

df1=d1-2hf1=13.17

基圆直径db

°

齿顶圆压力角αat

°

齿宽b

H=7.9955

轴交角θ=20°

25为齿条直径

H：

为齿条中心线至分度线的距离

总重合度ε

8.5检验齿顶厚：

αn为法面压力角；

αat为齿顶端面压力角；

αt为端面压力角；

xn为法面变位系数。

8.6齿轮公法线长度及跨齿数的计算

跨齿数：

将Z／代入跨齿数K的公式，求得：

K=2.28,根据四舍五入取K=2

公法线长度：

8.7.结构尺寸的确定

设计原则:

在保证转向器安装尺寸与原件一致的条件下，力求保证转向器的形状及外观尺寸与原件一致,其内部尺寸及结构利用我们现有的成熟产品结构加以设计。

8.7.1壳体

为了保证转向器在整车上的安装交角及安装尺寸不变，防止壳体与车架的其它部位干涉，因此壳体的外形尺寸尽可能与原样件一致,同时考虑到齿条的行程,参照我公司成熟技术,综合考虑后,确定壳体、壳体总成的尺寸。

8.7.2小齿轮轴与齿条:

根据转向器需要的线角传动比以及尽可能采用我公司现有的刀具的模数来确定齿轮轴以及齿条的齿数、模数。

9.附录

n—法向

t—切向

符号说明

M—模数

z—齿数

βρ—齿轮螺旋角

βγ—齿条倾角

i—线角传动比

x—变位系数

xm—有效移位距

ha※—齿顶高变位

c※—顶隙系数

a—中心距

Ｈ—齿条中心线至分度线的距离