华晨宝马齿轮齿条转向器设计

毕业设计（论文） 2015届 专业 机械设计制造及其自动化（汽车工程）题 目： 华晨宝马齿轮齿条转向器的设计 子 题：学生姓名： 吴远江 班级学号：0621102/062108217指导教师： 李传昌 职 称： 副教授所在系（教研室）： 汽车工程学院下达日期：2014年12月4日 完成日期：2015年1月19日 摘 要 本论文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，并在说明书中画出相关零件的零件图。通过说明书并画出齿轮齿条式转向器的零件图。 本题目为设计类实际课题，来源于华晨宝马齿轮齿条式转向器的设计过程。我国生产的宝马车齿轮齿条式转向器从仿制开始起步，近期产品的质量较早期有所提高。但受国产配套件质量及设计水平等的影响，我国目前生产的宝马车的总体水平，与进口产品及港口用户的要求仍有较大差距，齿轮齿条式转向器的生产也是如此，为满足市场需求，特开发华晨宝马齿轮齿条式转向器。通过对华晨宝马齿轮齿条式转向器的设计，能培养学生综合运用所学的基本理论、基本知识解决问题的能力，培养学生英语阅读和翻译能力，学习专用汽车设计经验，掌握汽车设计基本方法。关键词：齿轮齿条；转向器；基本理论；汽车设计AbstractWith development of all kind of science technology and global economy, Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety.Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure,atcompressedneceengththdirectionprocedurework.Theinvertedpendulumisatypicalhighordersystem,withmultivariable,non-linear, strong-coupling,fleetandabsolutelyinstable.Itisrepresentativeasanidealmodeltoprovenewcontroltheoryandtechniques.Duringthecontrolprocess,pendulumcaneffectivelyreflectmanykeyproblemssuchasequanimity,robust,follow-upandtrack,therefore.Thispaperstudiesacontrolmethodofdoubleinvertedpendulum.Firstofall,themathematicalmodelofthedoubleinvertedpendulumisestablished,thenmakeacontroldesigntodoubleinvertedpendulumonthemathematicalmodel,anddeterminethesystemperformanceindexweightmatrix,byusinggeneticalgorithminordertoattainthesystemstatefeedbackcontrolmatrix.Finally,thesimulationofthesystemismadeby.Afterseveraltestmatrixvaluetheresultsarenotsatisfactoryresponse,thenweoptimizematrixbyusingGeneticAlgorithm.Simulationresultsshow:ThesystemresponsecanmeetthedesignrequirementseffectivelyafterGeneticAlgorithmoptimization.Small twisted paper broken machine for ordinary home, not only can be used for minced meat, can also be used with crushed peanuts, crushed ice, spices and otherfood, small power requirements, powered by the motor drive, reasonable structuredesign.Key word: Rack and pinion；steering ; basic throey ; car design 目 录摘要2Abstract3第一章 绪论4 1.1 课题的来源与研究的目的和意义 5 1.2 汽车转向装置的发展趋势6 1.3 本课题研究的主要内容6第二章 华晨宝马齿轮齿条转向器总体结构的设计7 2.1 齿轮齿条转向器的总体方案图8 2.2 齿轮齿条转向器的转向原理9 2.3 传动比的计算10 2.3.1汽车方向盘（转向盘）11 2.3.2转向阻力矩11 2.3.3角传动比与力传动比12 2.4 齿轮设计12 2.4.1 齿轮参数的选择12 2.4.2齿轮几何尺寸确定12 2.4.3齿根弯曲疲劳强度计算12 2.4.4齿轮精度等级、材料及参数的选择12 2.4.5齿轮的齿根弯曲强度设计12 2.5齿条的设计12 2.6齿轮轴的设计22第三章 各主要零部件强度的校核25 3.1轴承强度的校核与计算26 3.2传动轴强度的校核计算27第四章 齿轮齿条转向器中主要零件的三维建模29 4.1方向盘的三维建模32 4.2转向轴的三维建模32 4.3动力缸体的三维建模33 4.4齿轮齿条转向器的三维建模34第五章 三维软件设计总结37结论38致谢39参考文献40第一章绪论1.1课题的来源与研究的目的和意义 由于机械工程的知识总量已经远远超越个人掌握所有，一些专业知识是必不可少的。但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流，和参加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术，提高外部条件变化的适应能力。封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。机械工程可以增加产量，提高劳动生产率，提高生产的经济效益为目标，并研制和发展新的机械产品。在未来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成本的控制，减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务。机器能完成人的手和脚，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任务。现代机械工程机械和机械设备创造出更多、更精美的越来越复杂，很多幻想成为过去的现实。人类现在能成为天空的上游和宇宙，潜入海洋，数十亿光年的密切观察，细胞和分子。电子计算机硬件和软件，人类的新兴科学已经开始加强，并部分代替人脑科学，这是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的作用，但在未来几年还将继续创造出不可思议的奇迹。人类智慧的增长并没有减少手的效果，而是要求越来越精致，手工制作，更复杂的工作，从而促进手功能。又一方面实践促进人脑智力。在人类的进化过程中，以及在每个人的成长过程中，大脑和手是互相促进和平行进化。大脑和手之间的人工智能和机械工程的近似关系，唯一不同的是，智能硬件还需要使用机械制造。在过去，各种机械离不开人类的操作和控制，反应速度和运算精度的进化是非常缓慢的大脑和神经系统，人工智能将消除这种限制。相互促进，计算机科学和机械工程进展之间的平行，将在更高层次的新一轮发展的开始使机械工程。在第十九世纪，机械工程的知识总量仍然是有限的，大学在欧洲，它与一般的土木工程是一门综合性的学科，称为土木工程，下半场的第十九个世纪成为一门独立的学科。在第二十世纪，随着机械工程和知识增长的发展开始分解，机械工程专业，有分支机构。在第二十世纪中期趋势分解，在时间之前和之后的第二次世界大战结束时达到的峰值。由于机械工程的知识总量已经远远从个人掌握所有，一些专业是必不可少的。但是过度的专业知识使分割，视野狭隘，可以查看和统筹大局和全球工程和技术交流，缩小范围，新技术的进步和整个块的技术，外部条件变化的适应能力差。封闭的专业知识的专家太狭，考虑的问题太特殊，在工作协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。综合职业分化和发展知识循环过程的合成，是合理和必要的。从不同的专业和专业知识的专家，也有综合的知识了解不够，看看其他学科和项目作为一个整体，从而形成一种相互强烈的集体工作。综合和专业水平。有机械工程全面而专业的冲突；在综合性工程技术也有综合和专业问题。在人类所有的知识，包括社会科学，自然科学和工程技术，有一个更高的水平，更广泛的综合性和专业性的问题。1.2 汽车转向装置的发展趋势现代汽车转向装置的使用动态 随着汽车工业的迅速发展， 转向装置的结构也有很大变化。汽车转向器的结构很多，从目前使用的普遍程度来看，主要的转向器类型有4 种：有蜗杆销式(WP 型)、蜗杆滚 轮式(WR 型)、循环球式(BS 型)、齿条齿轮式(BP 型)。这四种转向器型式，已经被广泛 使用在汽车上。当今社会，随着机械工业的蓬勃发展，各行各业的机械设备也在不断地更新，不断地完善，宝马齿轮齿条转向器同样在发展着，传统的目前市面上的齿轮齿条转向器大多都是采用传统的结构，在某些特定的区域，这种结构形式的齿轮齿条转向器非常不受欢迎。由于以往的齿轮齿条转向器采用传统的结构形式，这样就造成传动精度不好控制，保养维护费用较高;同时存在一定的安全隐患。因此，对整机的安全性要求较高，操作时也会给工作人员带来强烈的震动，使得操作很不舒服。虽然传统的齿轮齿条转向器传动效率较高，变速效果较好，但是价格也较昂贵，对于一般的用户难以接受。所以研究一种新式的齿轮齿条转向器势在必行！各种齿轮齿条转向器类型如下图所示：1.3 本课题研究的主要内容 本论文主要研究运用SolidWorks对华晨宝马齿轮齿条转向器进行设计。在设计过程中，了解SolidWorks的各种功能。 SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内。当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从1995年推出第一套SolidWorks三维机械设计软件至今已经拥有位于全球的办事处，并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。1997年，Solidworks被法国达索（Dassault Systemes）公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统。由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名。从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖。其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。 由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司。SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。 由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术。SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过SolidWorks的培训课程。 据世界上著名的人才招聘网站检索，与其它3D CAD软件相比，SolidWorks相关的招聘广告比其它软件的总合还要多，这一事实说明了越来越多的工程师和设计者使用SolidWorks三维软件，越来越多的企业需要SolidWorks人才。Solidworks软件功能强大，易于操作，界面人性化，技术创新，组件繁多是SolidWorks的五大特点。使得SolidWorks三维软件成为目前全球领先的三维CAD解决方案。SolidWorks在设计时能够为用户提供不同的设计方案，通过方案的筛选，工程师能从中选择合适的方案，从而在设计过程中降低设计的错误以及提高产品质量。在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便又通俗易懂的软件之一。它不仅提供如此人性化的系统，同时对每个工程师和设计者，乃至整个机械行业提供了良好的发展基础。SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名；从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司，SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。 由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过SolidWorks的培训课程。 据世界上著名的人才网站检索，与其它3D CAD系统相比，与SolidWorks相关的招聘广告比其它软件的总和还要多，这比较客观地说明了越来越多的工程师使用SolidWorks，越来越多的企业雇佣SolidWorks人才。据统计，全世界用户每年使用SolidWorks的时间已达5500万小时。在美国，包括麻省理工学院（MIT）、斯坦福大学等在内的著名大学已经把SolidWorks列为制造专业的必修课，国内的一些大学（教育机构）如哈尔滨工业大学、清华大学、浙江工业大学、浙江大学、华中科技大学、北京航空航天大学、大连理工大学、北京理工大学、武汉理工大学等也在应用SolidWorks进行教学。Solidworks软件功能强大，组件繁多。 Solidworks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。 SolidWorks在现今社会阶段逐渐广泛应用，并且SolidWorks公司对中国市场重点开发，日后SolidWorks应用将会更加完善，更加普遍。通过前文对SolidWorks的深入了解后，往后会对SolidWorks进行个别应用的分析，如建模，装配，工程图，力学分析等。熟悉SolidWorks的工作环境；了解SolidWorks的命令，掌握在SolidWorks工作环境中文件的打开、保存、导入等基本操作，掌握三维建模流程。掌握点、直线、矩形、弧度圆等基本图形的绘制方法；掌握样条、文字等高级几何图形的绘制方法；理解集合约束的概念并在草图绘制中熟练应用几何约束；熟练应用阵列、实体转换等草图绘制工具；能综合应用各种草图绘制实体和利用草图绘制工具完成草图绘。清楚明白基于特征的建模方式、参数化思想等概念；灵活运用各种建立基准点的方法；灵活运用各种建立基准轴方法；灵活运用各种建立基准面的方法；灵活运用坐标系的建立方法；能根据建模需要综合应用各种参考几何体。灵活运用拉伸特征的概念与建立方法；灵活运用旋转特征的概念与建立方法；掌握扫描特征的概念与建立方法；灵活运用放样特征的概念与建立方法；通过实践能够准确分析零件的特征，灵活运用拉伸和旋转也正建立三维模型。综合应用扫描、放样、弯曲、镜向、阵列等特征建立各种实体。灵活运用用户自定义工程图格式文件的方法；灵活运用建立标准三视图，剖视图，断面图，局部图，辅助视图等方法；灵活运用各种注释的方法。灵活运用自底向上的装配方法；灵活运用生成装配体爆炸图的方法；灵活运用SolidWorks智能装配技术；灵活运用装配体零部件的状态和属性控制，并能够在装配体中设计子装配体；灵活运用干涉检查；灵活运用自上向下的装配方法；灵活运用在装配模型工程图中添加零件序号；灵活运用生成装配体材料明细表的方法。第二章 华晨宝马齿轮齿条转向器总体结构的设计2.1 齿轮齿条转向器的总体方案图 本次设计的齿轮齿条转向器采取的方案是：司机通过转动方向盘，从而使转向轴转动，与转向轴联动的齿轮就开始转动，从而带动与转向齿轮啮合的齿条实现平行往返位移，而动力缸体两端都有与车轮连接在一起的拉杆，这样就能够起到控制轮子左右转动的作用，就起到了转向的目的。其具体方案布局图如下： 2.2 齿轮齿条转向器的工作原理 齿轮齿条转向器的工作原理为：通过转动方向盘，从而使转向轴转动，与转向轴联动的齿轮就开始转动，从而带动与转向齿轮啮合的齿条实现平行往返位移，而动力缸体两端都有与车轮连接在一起的拉杆，这样就能够起到控制轮子左右转动的作用，就起到了转向的目的。2.3 传动比的计算2.3.1汽车方向盘 转向盘的直径 Dsw 有一系列尺寸。选用大的直径尺寸时，会使驾驶员进出驾驶室感到困难。若选用小的直径尺寸，转向时，驾驶员要施加较大的力量，从而使汽车难于操纵，据原始数据，参见手册取 Dsw400 mm 则由作用方向盘上的力矩得作用在方向盘上的力 Fh=Mh=25Nm; MhRsw=2.5104200=125N;2.3.2 转向阻力矩f=Mr式中：f -滑动摩擦系数，一般取.;-轮胎气压;G1-前轴载荷;则Mr=f=328.8Nm ;2.3.3 角传动比与力传动比 转向系的传动比由转向系的角传动比iwo和转向系的力传动比ip组成。从轮胎接触地面中心作用在两个转向轮上的合力 Fw 与作用在方向盘上的手力h 之比称为力传动比ip 。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 i wo 。它又由转向器传动比 i w 转向传动装置角传动比 i w 所组成。力传动比与转向系角传动比的关系ip=2 Fw Fh而W和作用在转向节上的转向阻力矩r有以下关系 wMr a作用在方向盘上的手力 h 可由下式表示 hMh Rsw;侧ip=2MrRswMha,若忽略磨擦损失侧2Mr=Xiwo; 由式可知,力传动比与 Rswa和iwo有关，a 愈小，i p 愈大，转向愈轻便。 由以上过程可计算出结果如下：iwo=2XMr; ） 角传动比 Mh=2328.8=657.6;） 力传动比ip = iwoRswa式中a=1;B=0.5175 = 87.5 mm 则ip=iwoRswaX87.5=43.5;2.4 齿轮的设计2.4.1 齿轮参数的选择齿轮模数值取值为 m=1 ，主动齿轮齿数为 z=23，压力角取=20，齿轮螺旋角为= 12 ，齿条齿数应根据转向轮达到的值来确定。齿轮的转速n=10r/min，齿轮 传动力矩m ，转向器每天工作小时，使用期限不低于年，主动小齿轮选用40Cr,材料制造并经渗碳淬火，而齿条常采用40Cr钢或 41Cr4 制造并经高频淬火，表面硬度均应在 56HRC 以上。为减轻质量，采用40Cr钢制作。2.4.2齿轮几何尺寸确定 法向齿厚为h=ha+hf=4.25+1.375=5.625mm 分度圆直径d =mz/cos= 123=23mm；da =d+2ha=15.337+9.5=24.837mm；df=d-2hf=15.337-2.475 =22.587 mm；db=dcos=15.337cos 20=14.412mm；分度圆直径与齿条运动速度的关系 齿距 p=m=3.142.5=7.85mm; 根据d=60000v/n1；则v=0.001m/s；齿轮中心到齿条基准线距离H=d/2+xm=11.5mm 2.4.3齿根弯曲疲劳强度计算（1）接触应力的计算由文献4表可知，齿面接触应力计算公式，即 （3.28） 确定公式内的各计算数值 计算载荷系数电动机驱动，载荷平稳，由文献4表可知，取平均分度圆直径 mm 平均分度圆圆周速度 m/s由文献4 图（a）可知，按，得；由文献4 图（b）可知，按，齿轮悬臂布置，；由文献4表可知，； 由文献1表可知，弹性系数； 节点区域系数 计算得， MPa（1） 接触疲劳强度的许用应力由文献4 表可知，许用接触应力计算公式，即 （3.29）确定公式内的各计算数值 小齿轮的接触疲劳强度极限MPa 最小安全系数 由文献1，10-13可知，计算应力循环系数 由文献1 图10-19可知，查得接触疲劳寿命系数 ， 尺寸系数 工作硬化系数，按 润滑油膜影响系数，计算得， MPa（3）由于MPaMPa，故安全。（1）齿根应力的计算由文献4表可知，弯曲应力计算公式，即 （3.30）确定公式内的各计算数值 由文献1表可知， ， 由文献1表可知， ， 计算得，MPa（2）弯曲强度的齿根许用应力 由文献4表可知，齿根许用应力计算公式，即 （3.31）确定公式内的各计算数值 弯曲疲劳极限MPa 齿轮的应力修正系数 弯曲强度的最小安全系数 弯曲疲劳寿命系数 ， 弯曲疲劳的尺寸系数计算得， （3） 由于MPaMpa，故安全。 2.4.4齿轮精度等级、材料及参数的选择齿轮共有13个精度等级，用数字012由低到高的顺序排列，0级最高，12级最低。齿轮精度等级的选择，应根据传动的用途、使用条件、传动功率、圆周速度、性能指标或其他技术要求来确定。表13给出了不同机械传动中齿轮采用的精度等级。表14推荐了59级精度齿轮所采用的切齿方法和使用范围等。具体不同机械传动中齿轮采用的精度等级如下图所示：2.5 齿条的设计根据齿轮齿条的啮合特点:(1) 齿轮的分度圆永远与其节圆相重合,而齿条的中线只有当标准齿轮正确安装时才与其节圆相重合.(2) 齿轮与齿条的啮合角永远等于压力角。因此,齿条模数 m=1,压力角=20 齿条断面形状选取圆形，选取齿数 z23螺旋角= 8齿厚mt= m / cos = 2.5 / cos 8 = 2.5253mm；t=tan/cos=tan20/cos8=0.367；Pn =mn = 3.14 2.5 = 7.85mm Pt = mt = 3.14 2.5253 = 7.929mm；han=1 X C n = 0.25 ? ha = m n han + n = 3 (1 + 0.7) = 4.25mm；hf=mn(han+cn n ) = 2.5 (1 + 0.25 ? 0.7) = 1.375mm；h=ha+hf=4.25+1.375=5.625mm;（1）选择材料及确定需用应力小齿轮选用45号钢，调质处理，HB236 由机械零件设计手册查得 （2） 确定各种参数齿轮按 8等级精度制造由于原动机为电动机，载荷平稳，一般按照中等冲击载荷计算。查机械设计基础得：取K=1.3查机械设计基础114取：区域系数 ZH=2.5 弹性系数 ZE=188.0查机械设计基础教取：齿宽系数 由 （3）按齿面接触强度设计计算齿数取Z1=24故实际传动比由于是齿轮齿条传动则i=1模数 我们取m=1.5齿宽 ，取b=18mm（4）验算齿轮弯曲强度 齿形系数YFa1=2.56，YSa1=1.63 YFa2=2.24，YSa2=1.76由式 ，安全。（5）计算齿轮圆周转速v并选择齿轮精度 此速度合适其他计算从略。所得小齿轮的基本参数如下：(1)分度圆直径d1d1=m*z1=1.5*24=36mm (2)齿顶高ha1ha1=ha*m=1*1.5=1.5mm (3)齿根高hf1hf1=(ha+c)*m=(1+0.2)*1.5=1.8mm (4)齿高h1h1=ha1+hf1=1.5+1.8=3.3mm (5)齿顶圆直径da1da1=d1+2*ha1=36+2*1.5=39mm (6)齿根圆直径df1df1=d1-2*hf1=36-2*1.8=32.4mm (7)基圆直径db1db1=d1*cos()=36*0.939693=33.83mm (8)齿顶圆压力角a1=arcos(db1/da1)=arcos(33.8289/39)=29.84 (9)端面重合度=1/2/*(z1*(tan(a1)-tan()+z2*(tan(a2)-tan() =1/2/*(24*(0.573659-0.36397)+60*(0.457418-0.36397)=1.69 (10)纵向重合度=0 (11)总重合度=1.692.3.2齿条的设计齿轮作回转运动，齿条作直线运动，齿条可以看作一个齿数无穷多的齿轮的一部分，这时齿轮的各圆均变为直线，作为齿廓曲线的渐开线也变为直线。齿条直线的速度与齿轮分度圆直径、转速之间的关系为本次设计中V=50mm/s式中 d齿轮分度圆直径，；小齿轮分度圆直径为36mm 齿轮转速，。齿轮转速为37.5r/min其啮合线与齿轮的基圆相切，由于齿条的基圆为无穷大，所以啮合线与齿条基圆的切点在无穷远处。齿轮与齿条啮合时，不论是否标准安装（齿轮与齿条标准安装即为齿轮的分度圆与齿条的分度圆相切），其啮合角恒等于齿轮分度圆压力角，也等于齿条的齿形角；齿轮的节圆也恒与分度圆重合。只是在非标准安装时，齿条的节线与分度线不再重合。齿轮与齿条正确啮合条件是基圆齿距相等，齿条的基圆齿距是其两相邻齿廓同侧直线的垂直距离，即。齿轮与齿条的实际啮合线为，即齿条顶线及齿轮齿顶圆与啮合线的交点及之间的长度。齿轮齿条传动的几何尺寸计算齿轮与齿条传动的尺寸计算见表表 齿轮齿条传动的几何尺寸计算项目名称计算公式及代号转齿轮齿条数值齿轮齿数24模数1.5螺旋角基本齿廓压力角齿顶高系数1顶隙系数0.25齿轮变位系数0尺宽齿轮18齿条20齿条长度450项目名称计算公式及代号转齿轮齿条数值齿轮分度圆直径36齿顶高齿轮1.5齿条1.5齿根高齿轮1.88齿条1.88齿高齿轮3.38齿条齿轮中心到齿条中心距18齿距4.71齿条齿数962.6 齿轮轴的设计 由于齿轮的基圆直径db=23，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45#材料制造并经渗碳淬火，因此轴的材料也选用40Cr,材料制造并经渗碳淬火。查表得：40Cr材料的硬度为，抗拉强度极限 B=1100 MPa ，屈服极限S =850MPa ，弯曲疲劳极限 T=525MPa ,剪切疲劳极限 1 = 300 MPa ，转速 n=10r/min 忽略磨损，根据能量守衡，作用在齿轮齿条上的阻力矩为 M r = 328.8 N m ,作用在齿轮上的轴向力为F=Mr328.8 sin 20 = sin 20 = 12.23 N ，作用在齿轮上的切向力为F=弯曲疲劳强度校核Mr 328.8 cos 20 = cos 20 = 33.77 Nr 9.151 r 2 33.77 /3.14 5 2 = 0.43 MPa 525MPa。剪切疲劳强度校核1=F/ r2 = 33.77/3.14 42 = 0.672MPa a抗拉强度校核 满载时的阻力矩为 Mr=328.8Nm， 齿轮轴的最小直径为d=mm，在此截面上的轴向抗拉强度为Br2 =1 1.55/3.14142=0.229MPa1100Mpa本设计选择齿轮轴直径 D=40。传动轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定。选择45钢正火。硬度达到170217HBS,抗拉强度=600MPa，屈服强度=355MPa。=55MPa计算d1，按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率P和扭矩T 最小直径计算（查机械设计基础教材表153 取 c=110）考虑键槽 与齿轮啮合的传动轴轴径我们取20mm。 根据与大同步带轮相配合，本次设计中，取=30mm； 中间轴段轴径为30mm，两端轴径为20mm。传动轴的校核作用在传动轴上的圆周力： 径向力：求垂直面的支反力计算垂直弯矩：求水平面的支承力： 计算、绘制水平面弯矩图：求危险截面当量弯矩：从图可见，m-m,n-n处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数）计算危险截面处轴的直径： n-n截面: m-m截面: 由于，所以该轴是安全的。 第3章 各主要零部件强度的校核3.1滚动轴承的选择滚动轴承为深沟球轴承6205，由文献2表得KN，KN，。（2）寿命验算 轴承所受支反力合力 N （3.1）对于双列圆锥滚子轴承，派生轴向力互相抵消。 ，N由文献2表得， ， N （3.2）按轴承B的受力大小验算 h （3.3）h=年 由于齿轮齿条转向器的运转平稳，必须选择较大寿命的轴承，轴承能达到所计算的寿命。 经审核后，此轴承合格。3.2传动轴强度的校核计算根据以上工况可知：力： 径向力：求垂直面的支反力计算垂直弯矩：求水平面的支承力： 计算、绘制水平面弯矩图：求危险截面当量弯矩：从图可见，m-m,n-n处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数）计算危险截面处轴的直径： n-n截面: m-m截面: 由于，所以该轴是安全的。第四章 齿轮齿条转向器中主要零件的三维建模 4.1方向盘的三维建模 4.2转向轴的三维建模4.3动力缸体的三维建模4.4齿轮齿条转向器的三维建模第五章三维软件设计总结 通过本次设计，再次提出了利用三维软件的水平，并吸收了大量的经验，总结出以下几点。关于图纸的绘制方面，当零件的尺寸已经给出，不考虑图纸尺寸不合适的，基于三维零件图，装配时必须考虑的大小是合适的，因为AutoCAD绘图效果不好，也会引起的尺寸误差，和甚至出现欠定义大小，因此，必须通过在这个时候对零件进行测量，进行修改，直到符合要求。该工具是方便的输入数据映射，通过选择部分的类型，标准件，可以生成，但有时需要在工具集使用部分可能找不到，所以在这个时候随机应变，其他部分而不是通过修改或满足要求增加组件的使用。三维地图应该是灵活的，解决问题的方法总比问题多，当一个方法不能正常映射，试试另一种方法，它不仅可以完成零件的生产，而且还可以开发映射一个更好的主意，并打破了新思想的规则。 学习使用一些可以节省时间的命令，如镜像，阵列，能省则省”。在装配过沉重，曾给了我一个很大的障碍，是要花很多时间去找出为什么。在一个活跃的子组件，虽然活动范围会产生干扰，可以设置该复合物的活动范围，如先进的范围内，和角度范围，即使在这个范围内不影响母配体，不能设置。因为一旦设定的范围内，在父组件将被视为完全定义的组件模型，它将冲突分总成，将无法完成装配。看地图是最重要的任务是理解零件图，图表工具，没有工具是没有法律的零件图，所以不要急着写，想通过零件的结构，并认为通过线图，这是重中之重，映射。部分建模，一般应的特点进行深入分析，找出零件是由几个特点，摆脱所有的形状特点，它们之间的连接相对位置、表面，然后按主次特征造型的关系，按一定的顺序。一个复杂的部分，有许多简单的功能，通过切除或重叠相交。所以部分建模，序列特征是很重要的，虽然不同的建模过程可以构造出相同的实体部分，但其建模过程和实体结构的稳定性有直接的影响，实体模型可以修改应用程序，可理解性和实体模型。特别是在二维图纸，我们只能看到元器件的布局，并用虚线给说的内部特征，除了部分的相贯线，这条线各特征在路口出现。在选秀过程中零件，必须选择第一个草图平面，这是非常重要的，决定了后续的模型飞机的命令，使用简单的说，一个圆柱形围成一个圈，然后绘制，也可以作为一个长方体旋转，虽然他们的结果都是一样的，但草图平面和命令的使用。如果我们想要一个轴，那么我们应该选择第二个方法以及。由于该零件的设计不规则零件，用于为拉伸和旋转命令，许多零部件都是对称的，所以为了节省时间，提高效率，通常用于指挥镜特性。一个完整的工程图纸应该包含以下4个方面。一组视图：一组视图（包括视图，剖面，断面，局部视图）是正确的，完整的，对各部分的结构和形状表达清楚。尺寸：尺寸的确定和零件的形状各部分的位置技术要求：表明部分的一些要求必须在制造和检验完成，如表面粗糙度，尺寸公差，形位公差，材料和热处理的方法和指标。标题栏：注明产品名称，材料，数量，拉伸比和拉伸，等。单击新建图标以显示新的文件系统，SolidWorks文件”对话框中，单击“选项”对话框中的组件，你可以进入装配工作模式，进行以后的设计工作。结 论在最近的一段时间的毕业设计，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设计进度本文所设计的是华晨宝马齿轮齿条转向器的设计，通过初期的定稿，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好，总之，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最后，发自内心地感谢我的老师和同学们的帮助，因为有了大家的帮助和支持，我才能够顺利地完成这次的毕业论文，最后，向大家表示深深的感谢和祝福。参考文献1张福学编著.齿轮齿条转向器技术及其应用.北京：电子工业出版社，2000。2何发昌著，邵远编著.齿轮齿条转向器的原理及应用.北京：高等教育出版社，1996。3宋学义著. 齿轮齿条转向器速查手册. 北京：机械工业出版社，1995.3。4陈奎生著. 气与气压传动. 武汉：武汉理工大学出版社，2008.5。5SMC（中国）有限公司. 华晨宝马齿轮齿条转向器实用气动技术. 北京：机械工业出版社，2003.106徐文灿著. 华晨宝马齿轮齿条转向器系统设计. 北京：机械工业出版社，1995。7曾孔庚.小型料齿轮齿条转向器的发展趋势. 机器人技术与应用论坛。8寿庆丰 机械设计1999年第3期，第3卷。9高微,杨中平,赵荣飞等.华晨宝马齿轮齿条转向器臂结构优化设计. 机械设计与制造2006.1。10 黄长艺，严普强.机械工程测试技术基础. 机械工业出版社，2001.1.11 张桓，陈作模.机械原理.高等教育出版社，2000.8.12孙兵,赵斌,施永辉.华晨宝马齿轮齿条转向器的研制. 中国期刊全文数据库。13马光,申桂英.工业机器人的现状及发展趋势. 中国期刊全文数据库2002年。14李如松.华晨宝马齿轮齿条转向器的应用现状与展望. 中国期刊全文数据库1994年第4期。15李明.单臂回转式华晨宝马齿轮齿条转向器设计.制造技术与机床2005年第7期。16李杜莉，武洪恩，刘志海.华晨宝马齿轮齿条转向器的运动学分析. 煤矿机械2007年2月17成大先主编.机械设计手册（第三版）.北京：化学工业出版社，1994。17Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space. 致 谢 时间如流水，经过几个月的努力和付出，我的论文总算完成了！感谢您这四年对我们的谆谆教导，您不仅在学习学业上给我以精心的指导，同时还在思想给我以无微不至的关怀支持和理解，给予我人生的启迪，使我在顺利地完成专科阶段的学业同时，也学到了很多有用的做人的道理，明确了人生目标。知道自己想要什么，知道以后的人生目标是什么，通过这几年的学习，让我知道了我们亲爱的导师严谨求实的治学态度，以及认真对待每个同学毕设的工作态度和务实的行为规范。也让我懂得了对待任何事情都需要仔细，认真，不能有丝毫的马虎。经过近半年努力的设计与计算，通过查找了各类手册论文终于可以完成了，我感到很开心，也很激动，因为这是我知识的积累。虽然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因为我自己已经尽力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大学四年来对所学知识的应用和体现。四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的个人能力，更重要的是从周围的老师和同学们身上潜移默化的学到了许多有用的知识。