华南理工大学毕业设计说明书
由图示可知，齿轮齿条式转向器是依靠齿条背部靠近主动小齿轮处装置的可调节压力的弹簧来消除齿轮齿条传动副的齿间间隙的。为了转向轻便，主动小齿轮的直径应尽量小。通常，这类转向器的齿轮模数多在2～3mm范围内，压力角为20度，主动小齿轮有5～8个齿，螺旋角为9～15度。
根据小齿轮螺旋角和齿条倾斜角的大小和方向的不同，可以构成不同的传动方案。当左旋小齿轮与右倾齿条相啮合且齿轮螺旋角β1与齿条倾斜角β2相等时，则轴交角θ＝0度，如图6－3a所示；若β1>β2时，则θ＝β1－β2，如图6－3b所示；若β1<β2，则θ＝β1－β2为负值，表示在齿条轴线的另一侧，如图6－3c所示；当左旋小齿轮与左倾齿条或右旋小齿轮与右倾齿条相啮合时，则不管这些角度的大小如何，其轴交角均为θ＝β1＋β2，如图6－3d所示。应根据整车布置的需要并考虑转向系的传动比及效率等来选择这些角度的大小和方向。
6.1 齿轮齿条式转向器小齿轮计算
今取转向器小齿轮齿数Z1＝8；齿轮模数mn1＝3；斜齿轮螺旋角β1＝15o，材料为20MnCr，渗碳淬火处理，斜齿轮。则齿轮的其他参数可确定： d1＝mn1Z1/cosβ1＝3×8/cos15＝24.8mm r1＝d1/2＝12.4mm
* 齿高h＝mn1 (2h*a+cn)
*** 式中h*a为齿顶高系数，cn为顶隙系数，标准齿轮的ha＝1，cn＝0.25，所以，
齿轮的齿高为：
h＝3×（2×1＋0.25）＝6.75mm
齿轮齿宽度b＝d1?d 式中，?d为齿轮的齿宽系数，查得?d＝1。所以： b1＝d1?d＝24.8×1＝24.8mm
6.2 齿条计算
根据斜齿齿轮正确啮合条件，齿条的模数和压力角与齿轮的法面模数和压力角
o*分别相等，即mn2＝3，h*a、cn也相等。取β2＝β1＝15。而根据转向系统转向盘的最大转动圈数为3圈，即小齿轮转动3圈。由小齿轮的齿数为8得齿条的最小齿数为：
Z2＝3 Z1＝3×8＝24
* h＝mn2(2h*a+cn)＝6.75mm
b2＝24mm
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齿条材料采用45号钢，高频淬火。齿轮齿条式转向器中，齿条的运动为横向直线运动。为此，齿条用一根直径为40mm的圆柱形钢材料加工而成。
6.3 转向器壳体
采用铝合金铸造而成，内、外径分别为40mm、60mm，长度视具体情况而定。
图6－3、齿轮齿条式转向器传动副的布置方案 齿轮齿条式转向系的角传动比：
iow＝L4/rcosθ＝200/12.4cos0＝16.1
式中： L4——梯形臂长度，mm；齿轮齿条式转向器与悬架匹配时，转向梯形臂就
是转向节臂，取L4＝200mm。
r ——主动小齿轮的节圆半径，r＝12.4mm； θ——齿轮与齿条的轴交角，见图6－3a，θ＝0。
齿轮齿条式转向器的正效率??可达70％～80％。
齿轮齿条式转向器的主动小齿轮可采用低碳合金钢如20MnCr5、20MnCr4或15CrNi6制造并经渗碳淬火；齿条可采用中碳钢或中碳合金钢如45号钢或41Cr4钢制造并经高频淬火，表面硬度均应在HRC56以上。壳体常用铝合金压铸。
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6.4 齿轮的强度校核
齿轮齿条传动是齿轮齿条式转向器的关键部分，其失效会导致整个转向系统无法正常工作甚至是无法工作，所以，设计是必须保证齿轮齿条传动的强度要求。
6.4.1 接触疲劳强度校核
首先计算齿轮齿面的接触许用强度应力值：
?Z 【?H】＝HlimN
SHmin查有关设计资料得：
?Hlim＝1300MPa；
ZN＝1.3； SHmin＝1.1； 所以：
【?H】＝
?HlimZNSHmin＝
1300?1.3＝1536.4MPa 1.1其次，计算齿轮传动的实际接触强度应力值：
2000KT（1）1u＋ ?H＝ZE?ZH?Z??Z? 2b?d1?u查有关设计资料得： ZE＝189.8 ZH＝2.2 Z?＝0.77 Z?＝0.98 KA＝1.5 Kv＝1.1 Ka＝1.15 K?＝1.2
K＝KA Kv Ka K?＝1.5×1.1×1.15×1.2＝2.277 而：
转矩T1＝Tmax＝Fmaxr＝200×200＝40000N?mm； 齿宽b＝24.8mm； 分度圆直径d1＝24.8mm；
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传动比u＝1； 所以：
?H＝ZE?ZH?Z??Z?2000KT（1）1u＋ 2b?d1?u ＝189.8×2.2×0.77×0.98× ＝48.2MPa＜【?H】
2000?2.227?40?（1＋1） 2－924.8?24.8?106.4.2 弯曲疲劳强度校核
首先计算轮齿的弯曲疲劳强度许用应力值：
?Y?YX 【?F】＝FlimN
SFmin查有关设计资料得：
?Flim＝620MPa；
YN＝1.5； YX＝1； SFmin＝1.1； 所以：
【?F】＝
?FlimYN?YXSFmin＝
620?1.5?1＝845.5Mpa
1.1其次，计算轮齿的实际承受弯曲应力值：
2000KT1cos2? ?F＝?YFaYSaY?Y? 2?dZ1?a 查有关设计资料得：
YFa＝2.1 YSa＝1.8 Y?＝0.7 Y?＝1 而：
螺旋角?＝15o； 齿宽系数?d＝1； 齿数Z1＝8；
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