齿轮齿条转向器设计-1.doc

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1、齿轮齿条转向器设计_1摘要：本次设计选择的是丰田的一款汽车的转向器。首先对转向系统基本的作用、构造、与总体的性能作一个了解。再根据对齿轮齿条式转向器的研究以及资料的查阅，着重阐述了齿轮齿条式转向器类型选择，不同类型齿轮齿条式转向器的优缺点，和各种类型齿轮齿条式转向器应用状况.根据原有数据计算转向系的传动比，并确定齿轮齿条的几何参数。齿轮齿条式转向器总体设计，受力分析，及对齿轮齿条的疲劳强度校核、齿根弯曲疲劳强度校核.修正齿轮齿条式转向器中不合理的数据.通过对齿轮齿条式转向器的设计，选取出相关的零件如螺钉、轴承等，并在作出转向器的零件图.关键词：转向系统; 齿轮齿条; 转向器 Abstract：

2、This design choice is the steering of a car in the Toyota. First, the basic role of the steering system， structure, and overall performance for an understanding。 According to the study of the rack and pinion steering and data access, focuses on a rack and pinion steering gear type selection, the adv

3、antages and disadvantages of different types of rack and pinion steering, and all types of rack and pinion steering application status. The steering transmission ratio calculated under the original data, and determine the geometric parameters of the rack and pinion. Rack and pinion steering the over

4、all design， stress analysis, and rack and pinion fatigue strength of the tooth root bending fatigue strength。 Unreasonable data correction rack and pinion steering。 Through the design of the rack and pinion steering, select the related parts such as screws， bearings， etc.， and make the steering part

5、s diagram。Keywords:Steering systems, rack and pinion， steeringV目 录摘要IAbstractII第1章 概述11。1 设计目的11.2 设计的意义11.3 汽车转向装置的发展趋势11。4 汽车转向器国内外现状31。5 设计的主要内容3第2章 齿轮齿条转向器设计方案选择52.1 车辆相关数据与设计要求52。2 转向器总体方案设计62.2.1 转向器设计方案说明62。2。2 转向器输入输出形式62.2。3 转向器各种输出形式对比72。2.4 齿轮齿条转向器齿轮齿条选择82。2。5 齿轮齿条转向器齿条断面形状82。2.6 齿轮齿条式转向器

6、的布置形式92。2。7 转向器最终方案确定10第3章 转向器齿轮齿条设计计算过程113。1 转向轮侧偏角计算113.2 转向器原地转向阻力矩计算123.3 转向器角传动比与力传动比计算123.3。1 角传动比与力传动比介绍123。3.2 角传动比与力传动比确定123.4 齿轮齿条设计133。4.1 齿轮齿条啮合传动的特点133。4.2 齿轮参数的选择143。4。3 计算接触疲劳许用应力153。4。4 齿轮的齿根弯曲强度设计153.4.5 确定齿轮主要参数和几何尺寸173。4。6 确定齿条主要参数和几何尺寸173。4。7 齿面接触疲劳强度校核19第4章 齿轮轴的设计204.1 齿轮齿条传动受力分

7、析204。2 齿轮轴最小轴径确定204。3 齿轮轴的强度校核20第5章 间隙调整弹簧的设计计算255。1 选择材料255.2 计算弹簧丝直径255.3 弹簧圈数和自由高度的计算265。4 弹簧校核与结构尺寸确定265.5 弹簧工作时的数据27第6章 其他零件的选择与润滑方式确定286。1 轴承的选择286.2 转向器润滑方式29总结32参考文献34致谢35第1章 概述1.1 设计目的 毕业设计的目的，大体分成两个方面：一方面是临毕业之前对毕业生所学习到的各类知识的能力进行考核.另一方面是对提高毕业生们的综合运用实际与理论的能力。目的在于了解和掌握汽车转向器的结构形式、工作原理、及设计理论和设计

8、过程。1。2 设计的意义 转向系统是车辆中的至关重要的部分，而其主要零件转向器又是重中之重，因此，我们这次的设计任务-转向器对车辆的操稳性能以及驾驶人员的人身和财产安全有着非常大的影响。尤其是在高速发展的今天,车辆愈来愈密集，川流在城市，乡村的各个角落，交通事故也随着车辆的数量越来越多,因此,设计出优秀的转向系统对人类社会有着非常积极的意义.这样就更加凸显了我们此次设计的重要性，为以后的设计工作积累经验，争取设计出更优秀的作品,使其达到更高的水平. 设计的意义在于帮助即将进入工作岗位的毕业生们查漏补缺,查漏有:比如机械制图中的一些细节问题以及相应的规范，机械手册中的各种图表，装配过程中的的配合

9、问题。是基孔制还是基轴制。还有大二大三所学的专业课知识（过盈配合,还是过渡配合，汽车构造，内燃机原理,汽车设计等等）;补缺有：大学生一直呆在学校很少和工厂接触，平时都是接触的理论知识，缺乏实践,而此次设计刚好可以弥补这方面的短板,这样就为以后从事车辆制造及设计方面的工作打下坚实的基础。 1.3 汽车转向装置的发展趋势车辆转向系是用来变换车辆行使方向的系统，为了防止发生交通事故，我们就需要转向系统快、准、稳地完成开车人发出的转向指令。还有就是车辆要有自动回正的功能，比如说起车轮偶然碰到遇到了外力(比如说碰到了石头）而发生偏转的时候，这个偏转是我们不需要的，当越过石头普，要是车辆的车轮还是处于偏转

10、状态,那其不就麻烦了？要是司机反应慢了，还不得发生交通事故啊？所以，我们需要车轮自动回正。汽车产业我们国家重要的经济支柱产业,随着科技的不断进步与汽车技术的不断升级,到了现在，越来越能代表一个国家的综合国力,它是集合各种学科的综合高科技产物。转向系统作为汽车重要的一部分也在发生着巨大的演变升级。一般意义上的车辆转向系是机械式的，开车人通过控制方向盘(steering wheel)，再经过过转向器(Redirector，该系统中最重要的部件），横拉杆（连接左右两个摇臂,使两侧车轮一起转动)等机械零部件实现车轮的偏转,从而达到实现转向的目的。 1950年之后，随着液压系统的不断完善和应用，液压渐渐

11、出现在车辆的转向器中,这是转向系统变革的起点。科技的不断进步，车辆不仅仅只是代步工具,舒适性也要满足，以往转向只是单单依靠人力，所以一些货车司机绝大多数都是男性。而如今，若是加上液压助力，转向自然会轻松许多.其实其原理非常简单,就是在原来的基础上，另外添加一套（油泵始终处于工作状态）。这样的液压系统与内燃机相连接连,当内燃机转动动时，部分能量提供车辆行驶，剩下的一部分则为液压系统提供动力支持。 因为这样的工作模式相对可靠，既不想纯机械那样费力，也不行纯液压那样不可靠（只要有液压系统就存在漏油现象）,技术也相对成熟，所以得到了广泛的使用。所谓的助力就是帮助驾驶者完成指定动作,起到四两拨千斤的作用

12、，虽说夸大其词，但却真真正正的反映出轻便性，这样转向就变得更加灵活，这有助于车辆躲避突发事件。科技发展日新月异,电子技术也随之迅猛发展，尤其在元器件领域。科技进步,工艺先进，成本越来越低,渐渐的的电子器件被应用到车辆中.于是就进入了电液助力转向系统EHPS（ElectroHydraulic Power Steering）。电液助力转向可以分为两类 ：电动液压助力转向系统EHPS（Electro-Hydraulic Power Steering）和电控液压助力转向ECHPS（Electronically Controlled Hydraulic Power Steering）。电动液压助力转向系

13、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。 电控液压助力转向听起来听复杂的,其实也就是在Hydraulic power system上加一些控制元器件，包括传感器，传感器能够记录下来转向盘转角变量，车速，温度等数据,传给ECU，ECU根据这些信息改变供油量.ECHPS（Electronically Controlled Hydraulic Power Steering)也是在Hydraulic Power Steering基础上发展而来，不同地方是，ECHPS增加了电

14、子控制元件。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,改变油压的大小。而且电机驱动下的HPS，不需要操作的时候，电机可以停止，这样就能降低能耗。 虽然EHPS（ElectroHydraulic Power Steering）克服了Hydraulic power system的一些缺点。只要有液压系统的存在，就会有不稳定因素,比如说高温，低温,对油的黏性有很大的影响，比如是油温过高，其粘度很低,十分顺滑,油自然而然的顺着油封流出，造成浪费，还污染了环境。而且还要为其引入了电机,结构上增加部件，复杂程度进一步提高，花费增加了，而且可靠性下降了，得不偿失. 为了规避EHPS（Electr

15、o - Hydraulic Power Steering)的缺点，EPS便应时而生.EPS，电动助力转向。也可以叫EPAS。其最大优点是可以随速控制助力，在速度相对低的时提供较大助力效果，保证轻便转向；在高速时减小助力,在没有助力帮助的条件下，负反馈(即路面作用在车轮上的力按照转向传动的路线返回到方向盘上）也相应增加，这为司机提高了“路感”。Electric Power Steering只在转向时发挥作用，因此不像纯HPS那样会一直对发动机造成负担，没有了负担，消耗自然就少了。1。4 汽车转向器国内外现状 齿轮齿条式转向器(Rack and pinion steering gear）和循环球式

16、转向器（recirculating ball steering gear），成为车辆上主要的转向器；而余下的蜗轮蜗杆式（Worm gear and worm type redirector)和蜗杆肖式转向器（Worm type redirector shaw），由于在制造工艺以及可靠度等方面的各种原因，已经逐步的退出历史的舞台。而留下来的循环球式转向器（recirculating ball steering gear）则是具备诸多优点，比如说效率高，操纵简单轻便，易于传递驾驶员操纵信号，这对于货车司机来说是非常有利的，可以减轻疲劳程度，布置简单。尤其适合大、中型车辆和该系统一起使用。另外就是可

17、以实现变速比（Gear Ratio，）的特性，这就可以解决客户的各种速度上的需求。 中间位置转向力小、且经常使用，反之亦然，就希望中部位置附近速比小，这样就可以提升其敏度.对于前轴轴载质量不大而又经常在平坦路面行驶的中、轻型货车而言,影响很小。由于这种转向器可实现变速比，传动效率又高，转向灵活，使用寿命较长等诸多特点,得到大范围应用不足为怪。我们此次设计任务（Rack and pinion steering gear）也有很多的主要优点：结构简单、紧凑. 质量小只是其一。正传动效率高，而且还能主动弥补间隙，在提高刚度的同时又避免产生杂音，还可以防止工作时产生冲击和噪声。综上所述转向器的优点,循

18、环球式和齿轮齿条式将是未来发展的大趋势。1。5 设计的主要内容汽车行业为我们国家的经济发展做出不可磨灭的贡献，国家对汽车研发的投入也越来越多，随着工业的不断升级，汽车产品的设计、分析、实验技术等都日益受到重视.而学生一直停留在课堂之中是万万不可的,为了提高汽车设计方向的专业毕业生利用所学的基础知识解决实际工程问题能力，本题目所涉及到的知识都是汽车设计方面的专业知识，所以这次毕业设计可谓是雪中送炭。任务中的设计方法是非常实用的,并且在未来也是适用的,这些知识对于从事汽车技术工作的人都是很需要的，是他们进行工作和继续学习的基础。 本次设计的任务来源于RAV4，设计此车的转向器。根据该车型对于市场的

19、定位及对制造成本的考虑，同时去网上查照该车的设计初衷。结合车身结构要求把这辆车的转向器设计为一款机械式.对转向系统做简单分析，并进行转向器零件设计、工艺性及尺寸公差等级分析,同时按以下步骤对转向器及零部件进行设计方案论证:首先对其输入出形式进行分析比较；再是计算各个零件的尺寸,选择合适的参数；最后进行强度校核并检查是否存在不足。第2章 齿轮齿条转向器设计方案选择2.1 车辆相关数据与设计要求 车辆数据：车 型:丰田2012款2。4AT四驱至臻导航版四驱类型:适时四驱 驱动方式：前置四驱整备质量（Kg)：1620 满载轴荷(Kg）:前轴:810 后轴：810 发动机最大扭矩（Nm/rpm)：22

20、4/4000 发动机功率（Kw/rpm）：125/6000 轴 距(mm）：2660 前轮胎规格:225/65R17 后轮胎规格：225/65R17转向节臂长：200mm设计要求：转向系是用来转向的系统,包括转向操纵机构、转向器、传动机构等。需要正确迅速地完成司机的转向命令，当其受到外界干扰的时候，比如车轮陷入泥坑中等，在司机松开方向盘的时候，车辆应该有自动回正的能力。一般来说,对转向系统的要求如下：1、车辆转弯行驶时，车轮应绕瞬时转向中心旋转。2、转向轮应具有自动回正能力。比如说起车轮偶然碰到遇到了外力（比如说碰到了石头）而发生偏转的时候，这个偏转是我们不需要的,当越过石头普，要是车辆的车轮

21、还是处于偏转状态，那其不就麻烦了？要是司机反应慢了，还不得发生交通事故啊?所以，我们需要车轮自动回正。3、在工作时，车轮不得产生自振.4、转向器和转向传动机构的球头处，应该设有消除因磨损而产生的间隙的调整机构以及提高转向系的可靠性.5、转向灵敏，最小转弯直径小。 6、操纵要轻便。7、从道路上传来的冲击小。8、任何状态下，车轮不产生摆振(车轮绕主销振动）。转向轮的回正能力是由倾角决定的,同时也受转向系逆效率的影响。逆效率的提高会使回正能力提高，但是会造成“打手”现象.转向系的间隙主要是通过各球头皮碗和转向器的调隙机构来调整的。2。2 转向器总体方案设计2。2。1 转向器设计方案说明因为这次的设计

22、任务中已经明确的指出该设计工作为齿轮齿条式的，因此，我在任务书中只提及另一种主流转向器-循环球式转向器（recirculating ball steering gear）的优缺点，更多的是比较齿轮齿条式的各种输出形式的特点。在比较中对比各种形式的长处及劣处，包括成本，制造工艺，对车辆本身的要求等等。另一方面是选择齿轮的形状，直齿肯定是制造简单，但是传动起来没斜齿好,还有齿轮断面的问题。齿轮齿形的选择要根据其工作状况（包括环境，温度,负荷等），以及我们的要求。同时还需要兼顾成本和工艺问题,综合种种考虑，选择出合适的齿形。综上所述，我们要全方面的考虑，既要考虑工艺问题，制造的难易程度，成本，还要考

23、虑性能必须满足RAV4的要求，在操稳性，便捷性，噪音等问题，选出最合适的方案.具体的分析过程，与对比过程，在下面一一比较。2.2.2 转向器输入输出形式根据动力进入的位置和传出的特点不同,我们对其进行四种形式划分，详见图21。中间输入，两端输出（a）;侧面输入，两端输出（b）；侧面输入，中间输出（c）、侧面输入，一端输出(d)。图2-1 齿轮齿条转向器输入输了形式2。2。3 转向器各种输出形式对比采用两端输出方案时如(图2-1a，图21b），很明显我们可以看出输出位置位于两端,这样拉杆长度就受到了限制，如图3所示，总体长度很长,很容易与该位置其他运动产生干涉。主要优点是其结构简单，制造方便，且

24、成本低等特点,大多应用于小型车辆上。该转向器两端是横拉杆总成，它的一端是球头座,放置在防尘罩中,球头座与齿条相连.从剖视图来看，方向盘10连接着齿轮轴和齿条相连，齿条的另一侧是压紧弹簧（用来自动弥补间隙).图2-2 侧面输入，两端输出采用图2-1c的方案，很明显可以看到与齿条固连的左、右拉杆非常靠近车轮对称平面。由于拉杆长度增长，车轮上、下跳动时拉杆摆角减小,有利于减少车轮上下跳动时转向系与悬架系的运动干涉。图2-3 侧面输入，中间输出采用侧面输入，一端输出的齿轮齿条式转向器（图21d),常用在平头货车上。2。2.4 齿轮齿条转向器齿轮齿条选择采用斜齿圆柱齿轮与斜齿齿条啮合的齿轮齿条式转向器，

25、重合度增加，运转平稳,冲击与噪声均降低，而且齿轮轴线与齿条轴线之间的夹角易于满足总体设计的要求。2.2.5 齿轮齿条转向器齿条断面形状齿条断面形状有圆形（图24a）、V形（图24b）和Y形(图2-4c)三种.圆形断面齿条的制作工艺比较简单。V形和Y形断面齿条与圆形断面比较,消耗的材料少，约节约20%，故质量小;位于齿下面的两斜面与齿条托座接触，可用来防止齿条绕轴线转动；Y形的断面齿条的齿宽可以做的宽一些,因而强度得到增加.在齿条与托座之间通常装有碱性材料（如聚四氟乙烯)做的垫片,用来减少滑动摩擦。当车轮跳动、转向或转向器工作时，如在齿条上作用有能使齿条旋转的力矩时，应选用V形或Y形断面齿条，用

26、来防止因齿条旋转而破坏齿条、齿轮的齿不能正确啮合的情出现。a） b）c）图24 齿条断面形状2.2。6 齿轮齿条式转向器的布置形式根据齿轮齿条式转向器和转向梯形相对前轴位置的不同,齿轮齿条式转向器在汽车上有四种布置形式.如(图2-5）所示：转向器位于前轴后方，后置梯形(图2-5a）；转向器位于前轴后方，前置梯形(图2-5b）;转向器位于前轴前方，后置梯形（图2-5c）；转向器位于前轴前方,前置梯形(图25d）。图2-5 齿轮齿条转向器布置形式齿轮齿条式转向器广泛应用于微型、普通级、中级和中高级轿车上.对于装载质量不是很大、前轮采用独立悬架(independent suspension单独安装在

27、两侧车轮上)的客车也可以使用这种转向器.2.2。7 转向器最终方案确定综合上面的各种优缺点的比较，考虑到制造难度与成本的问题，我们最终在输入输出形式上选择了结构简单、制造方便、并且成本低的侧面输入两端输出的形式,同时考虑到直齿圆柱齿轮与直齿齿条啮合重合度不高，运转平稳性差,冲击力大，工作噪声大;采用斜齿圆柱齿轮与斜齿齿条啮合的齿轮齿条式转向器，重合度增加,运转平稳，冲击与噪声均降低,而且齿轮轴线与齿条轴线之间的夹角易于满足总体设计的要求，故齿轮与齿条选用斜齿。经分析确定在齿条上没有作用有能使齿条旋转的力矩,且考虑到制作工艺的简单性,故齿条断面选择圆形。最终的布置为：采用侧面输入两端输出的输出形

28、式，齿轮齿条采用斜齿，齿条断面采用圆形断面。第3章 转向器齿轮齿条设计计算过程3。1 转向轮侧偏角计算转向系统的性能从整车机动性着手,在最大转角时的最小转弯半径为轴距的 22.5倍。此轻型车的轴距为2660mm，因此其半径在53206650mm，并尽量取小值以保证良好的机动性，最小转弯半径R取5500mm.分析如(图31）所示。图31 转向轮侧偏角分析图 （31）式中：转向轮外轮转角；主销偏移距，该值一般取-10-30mm, 设计取20mm;汽车轴距。= (32）查得对应的最大内轮转角，其综合转角为。3。2 转向器原地转向阻力矩计算影响力的主要因素负荷包括路面阻力和轮胎气压等.想要准确地计算出

29、这些力是非常困难的.我们可以运用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MR（Nmm）。轮胎上的原地转动的阻力矩由经验公式得 （3-3)式中：轮胎和路面间的滑动摩擦因素,一般取0。7; 为转向轴负荷(N）;取前轴满载； 为轮胎气压（）.取（一般为)。 （3-4）3.3 转向器角传动比与力传动比计算3。3.1 角传动比与力传动比介绍传动比：角传动比和力传动比组成。力传动比：从轮胎接触地面中心作用在两个转向轮上的合力与作用在方向盘上的手力之比称为力传动比 。角传动比：方向盘的转角和驾驶员同侧的转向轮转角之比称为转向系角传动比。它又由转向器传动比转向传动装置角传动比所组成。3.3.

30、2 角传动比与力传动比确定方向盘转动圈数取圈，转向盘直径,转向节臂长。角传动比为 (3-5)作用在方向盘上的力 （3-6）由公式 （3-7)得作用在转向盘上的力矩 （38）力传动比与转向系角传动比的关系 （3-9)而和作用在转向节上的转向阻力矩有以下关系 （3-10)作用在方向盘上的手力可由下式表示 (311）则力传动比为 （312）又因为 （3-13）由此力传动比 （314）3。4 齿轮齿条设计3。4。1 齿轮齿条啮合传动的特点齿条实际上是齿数为无穷的齿轮的一部分。当齿数为无穷时，圆也就成了直线,就像我们居住在地球上一样,地球是圆的，而我们脚下的路却是直的.所以齿条的齿廓为直齿廓(如图32所

31、示），齿廓上各点的法线是平行的，而且在传动时齿条是平动的。齿廓上各点速度的大小和方向也相同，所以齿条齿廓上个点的压力角相同，大小等于齿廓的倾斜角。图32 齿条的齿廓齿轮齿条啮合传动时,根据小齿轮螺旋角与齿条齿倾角的大小和方向不同，可以构成不同的传动方案。 齿轮与齿条啮合传动时，齿轮的节圆始终与其分度圆重合。 3.4.2 齿轮参数的选择初选齿轮参数：该转向器的齿轮多采用斜齿轮（直齿重合度小），齿轮模数在之间(还需要齿根弯曲疲劳和齿面接触校核），主动小齿轮齿数在之间（我们这里取6)，压力角取，螺旋角在之间（我们取10）.故取小齿轮，右旋，压力角，齿轮的转速为,左旋，精度等级8级，转向器每天工作8小

32、时,使用期限不低于5年。材料选择：齿轮 16MnCr5，渗碳淬火，齿面硬度5462HRC齿条 45号钢，表面淬火，齿面硬度56HRC分度圆直径 （3-15）取齿宽系数 齿条宽度 (3-16）圆整取；则取齿轮齿宽 （317）所以取齿轮齿宽30mm；齿条齿宽20mm。3。4。3 计算接触疲劳许用应力确定许用应力 （318) （3-19）查表确定和 查表确定寿命系数、 查表确定安全系数 计算接触疲劳许用应力 （320) (3-21)查表确定应力修正系数 (322） （3-23）3.4.4 齿轮的齿根弯曲强度设计参数查取：初选 =6 =25 =0.8 =0。7 =0.89当量齿数复合齿形系数初步计算齿

33、轮模数查表的转矩闭式硬齿面传动,按齿根弯曲疲劳强度设计.代入较小的值 （324) 初取确定载荷系数查表确定 使用系数 （325)根据和8级精度，查表得查表确定 齿向载荷分布系数查表确定齿间载荷分布系数所以 （3-26）确定修正法向模数 （3-27)取3。4。5 确定齿轮主要参数和几何尺寸齿轮参数：,，,压力角，左旋 取变位系数 齿顶高 （3-28）齿根高 (329）齿高 （3-30）分度圆直径 （3-31）齿顶圆直径 (3-32）齿根圆直径 （333）基圆直径 （3-34)齿轮中心到齿条基准线距离 （335）齿轮齿宽 （336）3。4.6 确定齿条主要参数和几何尺寸因为齿轮与齿条要相互啮合,所

34、以取齿条模数又因为齿轮齿条线角传动比为 （3-37）转向盘总转动圈数为圈又因为 （338）所以齿条长度 （339)转向盘和车轮转角比 （3-40）式中：为综合转角因为齿条齿形角等于压力角所以齿条齿距 (3-41）齿条齿数 （342）所以取齿条齿数实际齿条长度 （343) 取齿条长度为200mm。 齿条参数： ,，压力角,右旋.取变位系数 齿顶高 （3-44）齿根高 （3-45）齿条齿宽 （346）取. 3。4。7 齿面接触疲劳强度校核校核公式为 （347） 由上面计算得 查取：弹性系数 区域系数 重合度系数 螺旋角系数 (348) 经校核:合理 第4章 齿轮轴的设计4.1 齿轮齿条传动受力分析

35、若略去齿面间的摩擦力,则作用于节点P的法向力Fn可分解为径向力Fr和分力F，分力F又可分解为圆周力Ft和轴向力Fa。 （41） （4-2） (43）4。2 齿轮轴最小轴径确定由于齿轮的基圆直径，数值较小，若齿轮与轴之间采用键连接必将对轴和齿轮的强度大大降低,因此,将其设计为齿轮轴由于主动小齿轮选用16MnCr5材料制造并经渗碳淬火，因此轴的材料也选用16MnCr5材料制造并经渗碳淬火。查表得：16MnCr5材料的硬度为60HRC,抗拉强度极限，弯曲疲劳极限，剪切疲劳极限，许用弯曲应力，许用剪应力.最小轴径 （4-4）初步确定齿轮轴的基本尺寸如图41所示：图41 齿轮轴的基本尺寸4。3 齿轮轴的

36、强度校核1、轴的受力分析(1)画齿轮轴的受力简图，如图42a所示。 图42 齿轮轴的载荷分析图（2）计算支承反力在垂直面上 (45) （46） 在水平面上 （47）(3）画齿轮轴的弯矩图。水平面上的弯矩如图42b所示,垂直面上的弯矩如图42c所示，总弯矩如图4-2d所示。 在水平面上,aa剖面左侧、右侧 （48）在垂直面上,a-a剖面左侧 （49）在垂直面上，a-a剖面右侧 （410）合成弯矩，aa剖面左侧 （4-11)合成弯矩，aa剖面右侧 （4-12)（4）画转矩图，如图42e所示。转矩 (4-13)2、判断危险剖面 显然，aa截面左侧合成弯矩最大、扭矩为T，该截面左侧可能是危险剖面.3、

37、轴的弯扭合成强度校核由机械设计查得，。a-a截面左侧 （4-14） （4-15）所以弯扭合成强度合理。4、轴的疲劳强度安全系数校核查得， ,;.a-a截面左侧 （416）查得；。由表查得绝对尺寸系数；轴经磨削加工，查得质量系数=1.0。则弯曲应力 （417）应力幅 （4-18）平均应力 切应力 (419） (420）安全系数 （421) （422) （423）查得许用安全系数S=1。3，显然SS，故a-a剖面安全。故此轴设计合理。 第5章 间隙调整弹簧的设计计算设计要求:设计一圆柱形压缩螺旋弹簧，载荷平稳，要求=982.75N时，10mm，弹簧总的工作次数小于，弹簧中要能宽松地穿过一根直径为的

38、轴；弹簧两端固定；外径,自由高度。弹簧的参数分析如图5-1所示。图51 弹簧的参数5。1 选择材料 由弹簧工作条件可知,对材料无特殊要求，采用65#弹簧钢丝,。因弹簧的工作次数小于，载荷性质属类，。5.2 计算弹簧丝直径1、选择旋绕比 2、估算弹簧外径 按外径30mm、内径15mm,取3、计算曲度系数 (5-1）4、计算弹簧丝的许用切应力 （52）5、计算弹簧丝直径 (53)取弹簧丝直径5.3 弹簧圈数和自由高度的计算1、弹簧工作圈数 （54）2、弹簧节距t （55)3、弹簧自由高度 （56)5。4 弹簧校核与结构尺寸确定1、稳定性验算 高径比 （5-7)满足稳定性要求。2、几何参数和结构尺寸的确定弹簧外径 （5-8)弹簧内径 (5-9）5.5 弹簧工作时的数据 （510）弹簧的极限载荷 (5-11）弹簧的安装载荷 （512）弹簧刚度 （