本文主要围绕齿轮齿条式转向器的设计为核心，运用汽车设计和机械设计基础的相关知识，完成对乘用车转向系的设计。本文可分为四部分：首先介绍乘用车转向系的发展状况和发展趋势。第二部分阐述了机械式转向系的性能要求和基本参数，这也是转向系设计的基础。第三部分选择一款车型(雪佛兰迈锐宝2016款2.0L),确定基本转向参数，完成齿轮齿条式转向器的设计和计算，并进行强度校核。第四部分是动力转向机构设计。本设计的重点是第三部分，进行了大量的设计和计算工作，最后根据自己计算出的数据画出相应的零部件工程图。关键词 转向系，机械式转向器，齿轮齿条，液压式助力转向器目 录
1 绪论3
1.1 汽车转向系统概述 3
1.1.1 纯机械式转向系统 4
1.1.2 液压助力转向系统 4
1.1.3 电动助力转向系统 5
1.1.4 线控转向系统 5
1.2 汽车转向系统的国内外现状及发展趋势 5
2 机械转向系统的性能要求及参数 5
2.1 机械转向系统的结构组成5
2.2 转向系统的性能要求6
2.3 转向系的效率 7
2.4 传动比特性 9
2.5 转向器传动副的传动间隙10
3 机械式转向器总体方案初步设计 11
3.1 转向器的分类及设计选择11
3.2 齿轮齿条式转向器的基本设计 11
3.2.1 齿轮齿条式转向器的结构选择 11
3.2.2 齿轮齿条式转向器的布置形式 12
3.2.3 设计目标参数表以及对应的转向轮偏角计算13
3.2.4 转向器参数选取与计算 14
3.2.5 齿轮轴的结构设计 17
3.2.6 转向器材料及其他零件选择17
4 齿轮齿条转向器校核 17
4.1 齿条的强度计算 18
4.1.1 齿条受力分析 18
4.1.2 齿条齿根弯曲强度的计算 19
4.2 小齿轮的强度计算 19<
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4 转向器参数选取与计算 14
3.2.5 齿轮轴的结构设计 17
3.2.6 转向器材料及其他零件选择17
4 齿轮齿条转向器校核 17
4.1 齿条的强度计算 18
4.1.1 齿条受力分析 18
4.1.2 齿条齿根弯曲强度的计算 19
4.2 小齿轮的强度计算 19
4.2.1 齿面接触疲劳强度计算 19
4.2.2 齿轮齿根弯曲疲劳强度计算21
5 动力转向机构设计 22
5.1 对动力转向机构的要求 22
5.2 动力转向机构布置方案 22
5.3 液压式动力转向机构的计算24
5.3.1 动力缸尺寸计算 24
5.3.2 分配阀的参数选择与设计计算25
结论 29
致谢 30
参考文献31
1 绪论
1.1 汽车转向系统概述
在汽车底盘系统中，需要有一个机构专门来维持或者改变汽车的行驶方向，保证汽车的行驶安全性和操纵稳定性。如图1-1所示，转向系统可以完成这个要求，把驾驶员施加在转向盘上的手力转变为转向轮的偏转，从而实现转向。


图 1-1汽车转向系统
乘用车转向系统的发展大致经历了从纯机械式转向系统、液压助力转向系、电动助力转向系统到现在最新的线控转向系统的过程。
1.1.1 纯机械式转向系统
这是一种利用纯机械传动方案的转向系统，完全靠驾驶员的手力经转向系带动车轮偏转实现转向，增加了驾驶员的劳动强度，在汽车静止或低速行驶时转向阻力大，因此操纵困难，需要设计较大直径的方向盘来减小手力，使转向系统显得笨重，也不利于驾驶室其它零部件的安装。这种系统也有结构简单、工作可靠和成本低廉等优点，但是在汽车技术不断发展的今天，其市场占有率还是较低，只有一部分农用车和微型车还在使用该系统。
1.1.2 液压助力转向系统
美国的通用集团在1953年第一个采用了液压助力的转向系系统，在此举之后，这项技术得到了快速的发展，从而使大小、功率损耗及成本方面获得了巨大的提升。液压助力系统是借助机械系统的基本，在其之上增添了一个液压装置，通过液压传递动力、从而推动机械转向系运行。采用液压助力的转向系系统由机械转向系、液压泵、动力缸、分流阀、限压溢流阀、储油缸组成。司机在转动方向盘的时，转动轴会带动阀芯运转，而改变液压油的通道，液流向动力缸一侧，让活塞带动齿轮，齿轮带动横向拉杆，最终达到车轮转向的目的。用转速可变电动机驱动电动液压转向系统中的转向泵，能够实现及时的关闭和开启，同时也能降低功耗。
液压助力转向系统能够减少方向盘的大小、布置更方便、降低转向时司机所需的操纵力，让车辆驾驶室的空间变大，提高转向系统轻便性。就目前来看，液压助力转向系统的发展已经很成熟了，足以提供比较大的转向操纵助力。所以在一些乘用车上得到广泛运用。但是，液压助力转向系统还存在很多的缺点，例如：在其安装、空间布置、操作灵敏度、能量的消耗、液压油路的密封性等。
1.1.3 电动助力转向系统
该系统是日本本田公司在1990年研发成功的，在最近的二十多年里的到了很快的发展和广泛的应用，目前在乘用车上其市场占有率最高。这种系统不需要EHPS系统的油管、液压油泵、密封圈和油缸等部件,由电动机直接提供助力。跟液压助力系统相比，EPS系统在减少了能源的消耗同时也提高了转向系的稳定性和安全性，大大减少了零件数量。使用绿色能源，减小了液压油对环境的污染，符合当代汽车工业的发展规律，EPS系统也渐渐成为转向系统的主流。
1.1.4 线控转向系统
该系统是最新一代的转向系统，完全突破了传统的设计理念，在ECU的控制下，用纯电动系统来驱动转向系统，它的优点是进一步改善了汽车的驾驶特性和安全性能，提高了驾驶员的路感，更加绿色环保。但是线控转向系统发展时间不长，电子器件的可靠性难以得到保证，技术还不够成熟，所以目前还没有得到较多的应用。
1.2 汽车转向系统的国内外现状及发展趋势
从传统机械转向系统到液压助力转向再到电动助力转向，汽车转向系统不断发展和完善，其性能越来越能满足当今人们的驾驶要求，生产技术也越来越高，结构的变化带来的是零件数目的减少和生产成本的降低。电动助力转向系统优势明显，目前在乘用车上应用的最多。往后，线控转向系统将成为人们重点研究的对象。
蜗杆销式、蜗杆滚轮式、循环球
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