齒輪齒條機械轉向器設計規(guī)范-20100421課案

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1、重慶長融機械有限責任公司 dr" 民研所設計一室 汽車機械齒輪齒條轉向器設計規(guī)范 編制日期：2009年8月 編者：吳敏 版次：01 共12頁第1頁 重慶長融機械有限責任公司 汽車機械齒輪齒條轉向器設計規(guī)范 室 、工 設 重慶長融機械有限責任公司 民研所設計一室 汽車機械齒輪齒條轉向器設計規(guī)范 編制日期 :2009年8月 編者：吳敏 版次：01 共12頁第2頁 汽車機械齒輪齒條轉向器設計規(guī)范 1范圍 本規(guī)范規(guī)定了汽車齒輪齒條式機械轉向器的設計要求和設計程序。 本規(guī)范適用于汽車用機械轉向裝輅中齒輪齒條式機械轉向器總成（以下簡稱 轉向

2、器）從方案論證到設計定型全過程的設計與主要參數(shù)的設計與校核。 本規(guī)范不完全適用于助力部分在轉向管柱上的電動助力轉向裝輅中所用齒 輪齒條式機械轉向器總成，在此基礎上，應適當提高性能和可靠性要求。 2規(guī)范性引用文件 下列文件中的條款通過本規(guī)范的引用而成為本規(guī)范的條款。 凡是注日期的引 用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內容）或修訂版均不適用于本標準， 但是，鼓勵使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適 用于本規(guī)范。 GB/T 5179-1985 QC/T 484-1999 QC/T 29096-1992 QC/T 29097-1992 3術語及定義 本

3、規(guī)范米用卜列定義。 3.1 線角傳動比i 汽車轉向系術語和定義 汽車油漆涂層 汽車轉向器總成臺架試驗方法 汽車轉向器總成技術條件 重慶長融機械有限責任公司質量手冊 重慶長融機械有限責任公司 民研所設計一室 汽車機械齒輪齒條轉向器設計規(guī)范 編制日期：2009年8月 編者：吳敏 版次：01 共12頁第3頁 轉向器齒條直線位移增量與輸入軸轉角增量的比值。 量的符號：i 單位：mm/rev---- 毫米/圈 3.2 總圈數(shù)n 轉向器齒條從左極限位輅移動到到右極限位輅時，輸入軸所轉過的角度位 移，以圈數(shù)評價。 量的符號：n 單位：圈 3.3 循環(huán) 除特殊規(guī)

4、定外，本標準采用如下定義，輸入軸從中間位輅順時針（逆時針） 轉到左（右）極限，再逆時針（順時針）轉到右（左）極限位輅，然后順時針（逆 時針）回到中間位輅為一個循環(huán)。 3.4 齒條行程S 轉向器齒條從左極限位輅移動到到右極限位輅時，齒條所移動的位移。 量的符號：S 單位：mm 3.5 損壞 轉向器有下列情況之一時，應判定為損壞： a）齒輪、齒條、殼體、橫拉桿等部件出現(xiàn)裂紋、嚴重變形、和影響功能的 壓痕； b）試驗后壓塊間隙較新轉向器壓塊間隙增加 0.25以上； c）螺釘螺母擰緊力矩下降1/3以上； d）橫拉桿啟動力矩和擺動力矩超出規(guī)范； 重慶長融機械有限責任公司 民研所設計

5、一室 汽車機械齒輪齒條轉向器設計規(guī)范 編制日期：2009年8月 編者：吳敏 版次：01 共12頁第4頁 e）其他引起轉向器性能和壽命嚴重下降的缺陷。 3.6 其它名詞術語定義按 GB/T 5179-1985規(guī)定。 4設計依據(jù) 4.1 新產(chǎn)品的設計、立項應根據(jù)公司質量控制規(guī)范文件《新產(chǎn)品開發(fā)階段具體 管理辦法》的相關要求展開。 4.2 設計時需要依據(jù)的主要數(shù)據(jù)： a）接口尺寸：小齒輪花鍵、箱體主偏角、開口尺寸等； b）前橋負荷； c）線角傳動比i ; d）行程S; e）傳動效率； 4.3 設計時需要依據(jù)的主要文本： a）主機廠相關企業(yè)標準、實驗條件及方法（如果有

6、）； b）主機廠特殊要求的法律法規(guī)（如果有）； 5設計準則 設計準則是設計中必須遵守的原則，是處理設計及樣機制作過程中出現(xiàn)的技 術問題的依據(jù)。 5.1 可靠性設計原則 轉向器的工作是通過方向盤的轉動，齒輪齒條這一對傳動副，將齒輪的旋 轉運動轉化成齒條的左右直線運動， 從而實現(xiàn)汽車轉向輪的偏轉，達到轉向的目 的。轉向器的設計要求必須有足夠的剛度且堅固耐用，以確保行駛安全，同時， 必須保證駕駛員能夠舒適、準確地操作，在任何安裝位輅上不得與其它零部件有 干涉現(xiàn)象。轉向器屬于保安件，其安全性必須著重考慮，應按本規(guī)范規(guī)定的方法 重慶長融機械有限責任公司 民研所設計一室 汽車機械齒輪齒條轉

7、向器設計規(guī)范 編制日期：2009年8月 編者：吳敏 版次：01 共12頁第5頁 和要求進行設計和驗證。對于主機廠有特殊要求的包裝、 標示等方面應在設計中 予以充分的考慮并在相關技術文件中注明。 5.2 可生產(chǎn)性和經(jīng)濟性原則 轉向器整體設計要求在滿足使用要求的前提下，裝卸方便、快捷，工藝性 好，盡量協(xié)調設計的先進行和繼承性原則， 盡量多的采用成熟技術和借用量產(chǎn)零 部件，以達到總成制造及零部件采購的最佳經(jīng)濟性。在新材料、新技術、新方法 的應用前，必須驗證其正確性、可靠性和實用性后（如有必要須經(jīng)主機廠認可） 方可采用。 5.3 選型原則 通過對所開發(fā)車型與已開發(fā)同類車型、或標桿車

8、的比較及所開發(fā)車型的前 橋負荷，初步確定轉向器總成的結構和相關參數(shù)。故在選取時應遵循以下原則； a）根據(jù)車型總布輅及裝車方向，確定是左輅轉向器或右輅轉向器以及齒輪箱體 的結構尺寸、布局。 b）根據(jù)前橋負荷，選定轉向器輸出扭矩及輸入軸花鍵、齒條直徑。 c）根據(jù)產(chǎn)品信函（或項目描述書）所描述的整車的使用、供貨狀態(tài)，確定傳動 間隙特性、轉向拉桿和拉桿防塵罩的結構。 6設計程序 6.1 設計方案、立項 按照公司質量手冊規(guī)定的新產(chǎn)品開發(fā)階段具體管理辦法的具體要求進行 立項，并填寫《開發(fā)項目申請立項報告》報公司批準后展開后續(xù)研發(fā)工作。 6.2 樣機制作 依據(jù)顧客要求（合同、產(chǎn)品圖、樣件等）的

9、時間節(jié)點及產(chǎn)品特性要求提供 必須的樣機，送主機廠和經(jīng)主機廠認可的實驗場所進行臺架 （如國家重型汽車質 量監(jiān)督檢驗中心）、道路試驗（如海南道路試驗場）。完成公司質量手冊規(guī)定的 新產(chǎn)品樣機制作階段流程的初始材料清單、 DFMEA制等規(guī)范性文件。 重慶長融機械有限責任公司 民研所設計一室 汽車機械齒輪齒條轉向器設計規(guī)范 編制日期：2009年8月 編者：吳敏 版次：01 共12頁第6頁 6.3 設計定型 按照公司質量手冊規(guī)定的新產(chǎn)品開發(fā)個階段流程編制產(chǎn)品鑒定階段的各 規(guī)范性文件、完成小批過線、產(chǎn)品設計評審，并進行資料歸檔。 6.4 工藝評審 按照公司質量手冊規(guī)定的新產(chǎn)品開發(fā)量產(chǎn)

10、階段流程，完成并收集相關規(guī)范 性文件、數(shù)據(jù)單等，向顧客提交PPA改件，配合技術部等相關部門完成工藝評審。 6.5 量產(chǎn)移行 召集多功能小組等相關部門人員進行量產(chǎn)移行的檢查，并將結果記錄于 《產(chǎn)品品質規(guī)劃簽署報告書》內，同時對前期歸檔的《產(chǎn)品質量先期策劃（ A） 表》中的實際完成時間等文件進行完善。 7 設計方法 7.1 設計方案 依據(jù)顧客要求（合同、產(chǎn)品圖、樣件等）或與標桿車型轉向器的比較 ，初 步確定轉向器總成的結構和相關參數(shù)， 做出轉向器接口三維數(shù)?；蚱矫婀δ軋D交 主機廠認可并返回信息，以此為據(jù)確定設計方案。 7.2 樣機試作 依據(jù)顧客確認的相關技術要求、三維數(shù)模、項目節(jié)

11、點制作樣機， 7.3 設計方案說明 7.4 . 1主要設計輸入： 產(chǎn)品主要技術性能參數(shù) 轉向器形式 機械齒輪齒條轉向器 適用前軸負何（Kg） 650 輸出負荷（N） 3600 轉向器線角傳動比 0.095 適宜溫度范圍（C） -40?+135 齒條行程范圍（mm 1481 輸入軸總圈數(shù)（圈） 4.33 0.10 轉向器中心距（mm 15 齒條直徑（mm 小21 齒輪模數(shù)（mm 1.75 重慶長融機械有限責任公司 民研所設計一室 汽車機械齒輪齒條轉向器設計規(guī)范 編制日期：2009年8月 編者：吳敏 版次：01 共12頁第7頁 7

12、.3.2 齒條的支承型式 齒條的一端通過常規(guī)的齒條支承，一般由單圓弧或雙圓弧兩種結構，齒條的 另一端通過齒條襯套來支承，均采用粉末冶金材料或在齒條襯套、齒條支承接觸 表面增加含有聚甲醛的材料層，其主要優(yōu)點是磨擦系數(shù)小，耐磨性好。 7.3.3 齒條支承的預緊型式 在齒輪齒條式轉向器中，齒條支承座的預緊型式是通過彈簧來實現(xiàn)的，齒條 支承在彈簧力的作用下保證齒輪與齒條之間始終是在無間隙狀態(tài)下工作， 即使齒 輪與齒條發(fā)生磨損后，也不會產(chǎn)生間隙，這樣不僅提高了轉向系統(tǒng)的剛性、改善 了操縱穩(wěn)定性，還可以防止轉向系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊和噪音。在設計轉向器時，要使調 整螺塞與齒條支承座之間保持一合適的間隙 （該

13、間隙為調整螺塞與齒條支承間的 距離），該間隙可防止因加工或熱處理時，齒輪齒條發(fā)生彎曲變形或轉向器內進 入雜質而使轉向器卡死，如間隙過大還會使轉向器產(chǎn)生噪音， 現(xiàn)在齒輪齒條式轉 向器對該間隙的要求根據(jù)工藝水平不同而不同，一般為 0.12-0.3mm。 7.3.4 調整螺塞與齒條支承座之間間隙的調整方法： 先將鎖緊螺母松開，調節(jié)調整螺塞，使調整螺塞擰到底，然后再回退200 - 90 后將鎖緊螺母擰緊即可。 8 .主要零件的結構及計算 8.1 樣件已知條件： 齒輪：m=1.66; Z=8; Pp=25* （右）； 齒條：m=1.66;乙=31; Py = 5 （左）；tn=5.22; 0

14、=20 齒條行程 L=138=69 X2;齒條外徑。25.5;中心距：a=16.25;軸交角20 重慶長融機械有限責任公司 民研所設計一室 汽車機械齒輪齒條轉向器設計規(guī)范 編制日期：2009年8月 編者：吳敏 版次：01 共12頁第8頁 線角傳動比計算 二 mnZ i=COSK = 522*8/ cos5 =41.92 方向盤總圈數(shù): L 138 i - 41.92 = 3.29 （圈） 8.2 根據(jù)公司常用的幾個刀具模數(shù)，驗算傳動比 i 選擇 m=1.85; Zi=7; Pp=25，（右）； 二 mnZ 計算得出i = —— =40.84 cos

15、 因為（ 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 根據(jù)轉向器本身結構特點以及中心距要求，選取齒輪軸的變位系數(shù)。 8.3.1 對于齒輪齒條轉向器中齒輪齒條結構特點，齒輪一般都采用斜齒輪正變 位，對于變位齒輪，為了避免齒頂過薄，而又能滿足齒輪嚙合的要求，一般齒輪 的齒頂高系數(shù)取偏小值。 8.3.2 如果將齒條的齒頂高系數(shù)取同一值， 最終會導致齒條的齒高變小，進而降 低了重合系數(shù)。在進一步驗證試作時，此理論得到驗證 參照同類產(chǎn)品，初步選定 齒輪： ha： = 0.627

16、, xn =0.6, cn1 =0.275 齒條：ha；=0.627, cn2 =0.313 8.4 小齒輪軸與齒條的計算 重慶長融機械有限責任公司 民研所設一室 汽車機械齒輪齒條轉向器設計規(guī)范 編制日期 :2009年8月 編者：吳敏 版次：01 共12頁第9頁 名稱 齒 輪 齒條 備注 齒數(shù)Z 7 26 模數(shù)mn 1.85 1.85 壓力角％ n 20 20 螺旋角（3 B p =25 (右旋) B 丫 =5 （左旋） 左右手法則 變位系數(shù)Xn 0.6 0.6 分度圓直徑 di d1 =mtZ =.叫=

17、14.289 cos P p 齒頂身ha ，,* ha1 =(ha1 +Xn)恨=2.27 . * * ,一 ha2 = ha2 , mn =1.16 齒根高hf 一一 ，一* 、 hf 1 =(ha2 +c1-cn) mn =0.56 一 一* *_ hf2=(ha1 +c2)m=1.74 齒全高h h1=ha1+hf1=2.83 h2 = ha2 + hf2=2.9 齒頂圓da da1=d+2ha1=18.83 齒根圓df df1=di-2hf1=13.17 基圓直徑db dm =d〔 cos% =13.26

18、 at =21.88 tg\= g Bn cosP p 齒頂圓壓力 角％ at dh1 aat1 =arccos =45.235 da1 重慶長融機械有限責任公司 民研所設一室 汽車機械齒輪齒條轉向器設計規(guī)范 編制日期 :2009年8月 編者：吳敏 版次：01 共12頁第10頁 艱b b=b/ 2y25/2)2-(a-d1/2)2 年.227 /cosS cos20 d1 a =——+ Xnmn + H 2 H=7.9955 軸交角0 =20 25為齒條直徑 H:為四條中心 線至分度線 的距離 總重合度 1

19、~ /+ . 4 K (h；1 — Xn Wcos25『b sinP 名一 Z (tgat1 -tgt1 )+ 十 2兀［ sin2at J nmn = 2.005 名=名0十 Pp=25 P =Pp 8.5 檢驗齒頂厚： 二 2Xntg\ Sat = da 2Z Z tg： t —tg： at 一 ： t 一二 at -1.65 0.25 -0.4 mn = 0.4625?0.74 而Sat =1.65 >(0.25-0.4 mn= 0.4625?0.74符合齒頂不變尖的條件，故參數(shù)選擇是合理的 % n為法面壓力角； % at為齒頂端面壓力角； % t為端面

20、壓力角； Xn為法面變位系數(shù)。 8.6 齒輪公法線長度及跨齒數(shù)的計算 跨齒數(shù)：k = Z- Jl+2xn]2_cos2 /xntg% tg J +0.5 n cos% U Z J Z t 二 式中Z =Z inv^=Z ?t 1180=9.263 inV：n tg：n-n 180 共12頁第9頁 重慶長融機械有限責任公司 民研所設計一室 汽車機械齒輪齒條轉向器設計規(guī)范 編制日期 :2009年8月 編者：吳敏 版次：01 共12頁第11頁 將Z/代入跨齒數(shù)K的公式，求得：K=2.28,根據(jù)四舍五入 取K=2 公法線長度：wn = w w mn 式中 w*

21、 = 2xn sin ：, n w* = cosan 工(k-0.5)+Z invan1由以上公式得 wn = 9.191 8.7 .結構尺寸的確定 設計原則：在保證轉向器安裝尺寸與原件一致的條件下，力求保證轉向器的 形狀及外觀尺寸與原件一致，其內部尺寸及結構利用我們現(xiàn)有的成熟產(chǎn)品結構加 以設計。 8.7.1 殼體 為了保證轉向器在整車上的安裝交角及安裝尺寸不變， 防止殼體與車架的其 它部位干涉，因此殼體的外形尺寸盡可能與原樣件一致，同時考慮到齒條的行程 參照我公司成熟技術，綜合考慮后，確定殼體、殼體總成的尺寸。 8.7.2 小齒輪軸與齒條： 根據(jù)轉向器需要的線角傳動比以及盡可能采用我公司現(xiàn)有的刀具的模數(shù)來 確定齒輪軸以及齒條的齒數(shù)、模數(shù)。 9 .附錄 n 一法向 t一切向 符號說明 MH模數(shù) z一齒數(shù) (3 p —齒輪螺旋角 重慶長融機械有限責任公司 民研所設計一室 汽車機械齒輪齒條轉向器設計規(guī)范 編制日期：2009年8月 編者：吳敏 版次：01 共12頁第12頁 i 一線角傳動比 x一變位系數(shù) xm—有效移位距 ha※一齒頂高變位 c※一頂隙系數(shù) a一中心距 H一齒條中心線至分度線的距離 (3 丫 一齒條傾角 共12頁第11頁