齿轮齿条式转向器设计

3.3齿轮齿条式转向器的设计与计算

3.3.1 转向系计算载荷的确定

为了保证行驶安全，组成转向系的各零件应有足够的强度。欲验算转向系零件的强度，

需首先确定作用在各零件上的力。影响这些力的主要因素有转向轴的负荷、路面阻力和轮胎

气压等。为转动转向轮要克服的阻力，包括转向轮绕主销转动的阻力、车轮稳定阻力、轮胎

变形阻力和转向系中的内摩擦阻力等。

精确地计算出这些力是困难的。为此用足够精确的半经验公式来计算汽车在沥青或者混

凝土路面上的原地转向阻力矩M(N?mm)。 R

表3-1 原地转向阻力矩M的计算 R

设计计算和说明计算结果

33Gf0.710902.51f=0.7 M,,,627826.2N,mm R3p30.179

G=10902.5N 1式中 f——轮胎和路面间的滑动摩擦因数;

p=0.179 MPaG——转向轴负荷，单位为N; 1

M=627826.2 N,mmRP——轮胎气压，单位为。 MPa

作用在转向盘上的手力F为: h

表3-2 转向盘手力F的计算 h

设计计算和说明计算结果

22，627826.2LM1R F,,,290.7Nh,，320，15，90%iLD2SWW

M=627826.2 N,mmL式中——转向摇臂长, 单位为mm; R1

D=400mm M——原地转向阻力矩, 单位为N?mm SWR

iw=15 L——转向节臂长, 单位为mm; 2

=90% ,，D——为转向盘直径,单位为mm; SW

F=290.7N Iw——转向器角传动比; h

,——转向器正效率。 +

LL因齿轮齿条式转向传动机构无转向摇臂和转向节臂，故、不12

代入数值。

对给定的汽车，用上式计算出来的作用力是最大值。因此，可以用此值作为计算载荷。

L: 梯形臂长度的计算2

表3-3 梯形臂长度L的计算 2

设计计算和说明计算结果

R轮辋直径= 16in=16×25.4=406.4mm LW

RLL梯形臂长度=×0.8/2= 406.4×0.8/2 =160mm LW22

L=162.6mm,取=160mm 2

轮胎直径的计算R: T

表3-4 轮胎直径R的计算 T

设计计算和说明计算结果

R,R，0.55，205=406.4+0.55×205=518.75mm TLWR=520mm TR 取=520mm T 转向横拉杆直径的确定:

表3-5 转向横拉杆直径的计算

设计计算和说明计算结果

44，627.83MR,3d,,，m,4.811mm 10,,,a[]0.16，，216d=15mm 取

minL[,],216MPa;M,627.83N,m=; a2R

初步估算主动齿轮轴的直径:

表3-6 主动齿轮轴的计算

设计计算和说明计算结果

16Mnmax16，290.7，0.16,233d,,，m,11.9mm 10,,,[]，140d=18mm 取min =140MPa [,]

3.3.2 齿轮齿条式转向器的设计

1. EPS系统齿轮齿条转向器的主要元件

1) 齿条齿条是在金属壳体内来回滑动的，加工有齿形的金属条。转向器壳体是安装在前横梁或前围板的固定位置上的。齿条代替梯形转向杆系的摇杆和转向摇臂，并保证转向横拉杆在适当的高度以使他们与悬架下摆臂平行。齿条可以比作是梯形转向杆系的转向直拉杆。导向座将齿条支持在转向器壳体上。齿条的横向运动拉动或推动转向横拉杆，使前轮转向(图3.3-1)。

图3.3-1 齿条

表3-7 齿条的尺寸设计参数

序号项目符号尺寸参数(mm)

L1 总长 767

,2 直径 30

Z3 齿数 20 2

Mn4 法向模数 3 2

2) 齿轮齿轮是一只切有齿形的轴。它安装在转向器壳体上并使其齿与齿条上的齿相啮合。齿轮齿条上的齿可以是直齿也可以是斜齿。齿轮轴上端与转向柱内的转向轴相连。因此，转向盘的旋转使齿条横向移动以操纵前轮。齿轮轴由安装在转向器壳体上的球轴承支承。

斜齿的弯曲增加了一对啮合齿轮参与啮合的齿数。相对直齿而言，斜齿的运转趋于平稳，并能传递更大的动力。

表3-8 齿轮轴的尺寸设计参数

序号项目符号尺寸参数(mm)

L1 总长 198

B2 齿宽 60 1

3 齿数 Z 7 1

Mn4 法向模数 3 1

5 螺旋角 14? ,

6 螺旋方向左旋

3) 转向横拉杆及其端部转向横拉杆与梯形转向杆系的相似。球头销通过螺纹与齿条连接。当这些球头销依制造厂的规范拧紧时，在球头销上就作用了一个预载荷。防尘套夹在转向器两侧的壳体和转向横拉杆上，这些防尘套阻止杂物进入球销及齿条中。转向横拉杆端部与外端用螺纹联接。这些端部与梯形转向杆系的相似。侧面螺母将横拉杆外端与横拉杆锁紧(见图3.3-2)。

注:转向反馈是由前轮遇到不平路面而引起的转向盘的运动。

图3.3-2 转向横拉杆外接头

1- 横拉杆 2-锁紧螺母3-外接

头壳体 4-球头销 5-六角开槽螺

母 6-球碗 7-端盖 8-梯形臂 9-

开口销

表3-9 转向横拉杆及接头的尺寸设计参数

序号项目符号尺寸参数() mm

L1 横拉杆总长 281 a

,2 横拉杆直径 15 La

L3 螺纹长度 60 M

L4 外接头总长 120 W

5 球头销总长 62 LQX

d6 球头销螺纹公称直径M10×1 qx

d7 外接头螺纹公称直径M12×1.5 w

L8 内接头总长 65.3 N

d9 内接头螺纹公称直径M16×1.5 n

4) 齿条调整一个齿条导向座安装在齿条光滑的一面。齿条导向座1和与壳体螺纹连