转向器设计计算公式
转向机输入轴齿数计算公式
转向机输入轴齿数计算公式转向机是汽车的重要部件之一，它通过输入轴和输出轴的转动来实现车辆的转向功能。
输入轴的齿数是决定转向机工作性能的重要参数之一，它直接影响着转向机的转向角度和转向力的大小。
因此，正确计算输入轴齿数对于设计和制造转向机具有重要意义。
输入轴齿数的计算公式是一个复杂的数学模型，它涉及到转向机的结构参数、工作条件和性能要求等多个因素。
一般来说，输入轴齿数的计算公式可以表示为：N = (π D tan(α)) / (m cos(β))。
其中，N表示输入轴齿数，π表示圆周率，D表示输入轴的直径，α表示转向机的转向角度，m表示齿轮模数，β表示齿轮压力角。
在实际应用中，这个公式可能会根据具体的转向机类型和工作条件进行调整和修正。
下面我们将详细介绍一些影响输入轴齿数计算的关键因素。
首先，输入轴的直径是影响输入轴齿数计算的重要参数之一。
输入轴的直径决定了齿轮的基本尺寸，直接影响着齿数的计算结果。
一般来说，输入轴的直径越大，可以容纳的齿数就越多，从而可以提高转向机的传动效率和承载能力。
因此，在进行输入轴齿数计算时，需要准确测量输入轴的直径，并根据实际情况进行合理选择。
其次，转向机的转向角度也是影响输入轴齿数计算的重要因素之一。
转向角度是指转向机在工作时实际需要转动的角度，它直接决定了输入轴齿数的大小。
一般来说，转向角度越大，需要的输入轴齿数就越多，从而可以提高转向机的转向精度和灵活性。
因此，在进行输入轴齿数计算时，需要准确测量转向角度，并根据实际情况进行合理选择。
另外，齿轮模数和齿轮压力角也是影响输入轴齿数计算的重要因素之一。
齿轮模数是指齿轮的模数，它决定了齿轮的齿数和齿轮的尺寸。
一般来说，齿轮模数越大，可以容纳的齿数就越多，从而可以提高转向机的传动效率和承载能力。
齿轮压力角是指齿轮的压力角，它决定了齿轮的齿形和齿轮的传动效率。
一般来说，齿轮压力角越小，可以容纳的齿数就越多，从而可以提高转向机的传动效率和承载能力。
机械式转向器的设计与计算
机械式转向器的设计与计算机械式转向器是一种经典的机械装置，可以完成物体的旋转转移、扭转和角度校准等任务，常用于车辆转向系统、机械臂控制系统以及工业生产线等场合中。
在这篇文档中，我们将探讨机械式转向器的设计与计算方法。
一、机械式转向器的概述机械式转向器通常由两个主要部分组成：驱动轴和输出轴。
驱动轴是负责输入旋转力矩的轴，可以是手动或电动的。
输出轴则是负责传递旋转力矩的轴，可以是直线或曲线的。
通过曲柄、齿轮、滑块等机械元件的配合和变换，将输入转矩转化为输出转矩，实现物体的旋转和扭转。
机械式转向器具有以下特点：1. 结构简单，稳定性好；2. 能够承受较大的输出力矩；3. 可以与其他机械装置相结合，实现更复杂的动作。
二、机械式转向器的设计方法设计一个机械式转向器需要考虑以下几个方面：1. 设计输入和输出轴的位置和方向，以适应所需传动动作；2. 设计曲柄、齿轮、滑块等机械元件的形状、大小和配合方式，以实现输入和输出转矩的转化；3. 确定机械式转向器的尺寸和重量，以满足预定的设计要求。
具体的设计步骤如下：1. 确定动作要求和传动方式。
根据所需完成的动作要求和转动方向，设计输入和输出轴的位置和方向，确定驱动轴和输出轴间的夹角和轴向距离。
2. 选择合适的机械元件。
根据所需传动动作和力矩大小，选择适当的曲柄、齿轮、滑块等机械元件，并确定它们之间的配合方式和转动比。
3. 进行结构分析。
对机械式转向器的整体结构进行分析，验证各部件的尺寸和强度是否能够满足设计要求。
根据实际计算结果进行适当的调整。
4. 进行力学分析。
对机械式转向器的运动状态进行力学分析，确定输出力矩大小和方向，并进一步评估各部件的强度。
5. 进行制造和组装工作。
根据所设计的参数和尺寸，制造所需机械元件，并按照图纸要求进行组装。
三、机械式转向器的计算方法机械式转向器的计算方法与其他机械装置类似，可以采用以下几种常用的计算方法：1. 扭矩计算法。
通过计算输入和输出端的扭矩大小和方向，判断机械式转向器的传动能力是否满足要求。
汽车转向系统的设计
汽车转向系统的设计摘要本设计课题为汽车前轮转向系统的设计，课题以机械式转向系统的齿轮齿条式转向器设计及校核、整体式转向梯形机构的设计及验算为中心。
首先对汽车转向系进行概述，二是作设计前期数据准备，三是转向器形式的选择以及初定各个参数，四是对齿轮齿条式转向器的主要部件进行受力分析与数据校核，五是对整体式转向梯形机构的设计以及验算，并根据梯形数据对转向传动机构作尺寸设计。
在转向梯形机构设计方面。
运用了优化计算工具Matlab进行设计及验算。
Matlab 强大的计算功能以及简单的程序语法，使设计在参数变更时得到快捷而可靠的数据分析和直观的二维曲线图。
最后设计中运用AutoCAD和CATIA作出齿轮齿条式转向器的零件图以及装配图。
关键词：转向机构，齿轮齿条，整体式转向梯形，Matlab梯形AbstractThe title of this topic is the design of steering system. Rack and pinion steering of Mechanical steering system and integrated Steering trapezoid mechanism gear to the design as the center. Firstly make an overview of the Steering System.Secondly take a preparation of the data of the design. Thirdly, make a choice of the steering form and determine the primary parameters and design the structure of Rack and pinion steering. Fourthly, Stress analysis and data checking of the Rack and pinion steering. Fifthly, design of Steering trapezoid mechanism, according to the trapezoidal data make an analysis and design of Steering linkage.In the design of integrated Steering trapezoid mechanism the computational tools Matlab had been used to Design and Checking of the data. The powerful computing and Intuitive charts of the Matlab can give us Accurate and quickly data. In the end AutoCAD and CATIA were used to make a rack and pinion steering parts diagrams and assembly drawingsKeywords: Steering system，Mechanical Type Steering Gear and Gear Rack，Integrated Steering trapezoid，Matlab Trapezoid目录1 绪论 01.1 汽车转向系统概述 01.2 汽车转向系统的国内外现状及发展趋势 (1)1.3 研究内容及论文构成 (2)2 机械转向系统的性能要求及参数 (4)2.1 机械转向系统的结构组成 (4)2.2 转向系统的性能要求 (5)2.3 转向系的效率 (6)2.4 传动比特性 (8)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 (12)3.2.1 齿轮齿条式转向器的结构选择 (12)3.2.2 齿轮齿条式转向器的布置形式 (13)3.2.3 设计目标参数表以及对应的转向轮偏角计算 (14)3.2.4 转向器参数选取与计算 (16)3.2.5 齿轮轴的结构设计 (19)3.2.6 转向器材料及其他零件选择 (20)4 齿轮齿条转向器校核 (21)4.1 齿条的强度计算 (21)4.1.1 齿条受力分析 (21)4.1.2 齿条齿根弯曲强度的计算 (22)4.2 小齿轮的强度计算 (23)4.2.1 齿面接触疲劳强度计算 (23)4.2.2 齿轮齿根弯曲疲劳强度计算 (26)4. 3 齿轮轴强度校核 (27)5 转向梯形机构的设计 (31)5.1 转向梯形机构概述 (31)5.2 整体式转向梯形机构方案分析 (32)5.3 整体式转向梯形机构数学模型分析 (32)5.4 基于Matlab的整体式转向梯形机构优化设计 (35)5.4.1 转向梯形机构的优化概况 (35)5.4.2 转向梯形机构设计思路 (36)5.4.3 基于Matlab的转向梯形机构设计 (36)5.5 转向传动机构的设计 (43)5.5.1 转向传送机构的臂、杆与球销 (43)5.5.2 转向横拉杆及其端部 (44)6 基于CATIA的齿轮齿条式转向系统的三维建模 (46)6.1 CATIA软件简介 (46)6.2 齿轮齿条式转向系统的主要部件三维建模 (46)结论 (50)参考文献 (51)致谢 ......................................................................................................... 错误!未定义书签。
转向系统匹配
本人从事转向系统设计工作，今赋闲在家，偶然发现这个论坛，获益颇丰。
但见很多朋友所求助的问题得到的解答不是特别透彻，遂想从转向系统布置、匹配、零部件8D整改等方面分别做一个全面的总结。
希望对新手有所帮助，不对的地方也希望能得到各位前辈的指正。
言归正传，先介绍转向系统的匹配。
匹配篇：0 ? W6 I! m& P! \( A7 Q1、以循环球整体式转向器为例，首先要确定转向系统的载荷，根据转向系统的载荷确定出相应输出力矩的循环球转向器。
转向系的载荷计算方法多种多样，有公式计算法，也有图表法。
常用公式有原苏联半经验公式、雷雷索夫公式、塔布莱克公式等，各个公式的侧重点各有不同（不同的因素分别为有的考虑主销偏置距，轮胎静力半径，有的分别考虑计算左右轮的最大转向阻力矩然后叠加，有的考虑轮胎接地面积等）。
根据自己对各个方法的对比，载荷计算结果差别不是很大。
本人常用苏联半经验公式：Mr =[f×（G 13÷P）1/2]÷3: @# a# r" y. W; {0 N PMr-----在沥青或混凝土路面上的原地转向阻力矩，N.mm；+ ?/ e1 f7 a& P$ ]' Gf--------轮胎与地面间的滑动摩擦系数，取0.7；+ k3 M+ n' w. Z5 lG1-----转向轴负荷，N；P-------轮胎气压，MPa；9 h+ M9 }: J( Q该公式适用于中轻型汽车，其悬挂为钢板弹簧时，用于计算最大转向阻力矩（即汽车的原地转向阻力矩）。
该公式仅考虑了前桥负荷和轮胎气压的影响。
公式中，转向轴荷G一般按设计轴荷超载30%计算。
在计算载荷确定之后，可根据载荷选取适合的动力转向器。
这里顺便介绍下转向器的选型，现在的动力转向器配套供应商做了大量的研究和实验，提出了适应不同轴荷的其产品系列，你只要按照你计算出的前轴负荷提供给他，他即可推荐给你相匹配的型号的转向器。
机械式转向器的设计和计算
机械式转向器的设计和计算引言机械式转向器是一种用于转动或控制物体方向的装置。
它被广泛应用于汽车、航空器、工业设备等领域。
在本文档中，我们将探讨机械式转向器的设计和计算方法。
设计过程机械式转向器的设计过程可以分为以下几个步骤:步骤1: 确定需求和规格在设计机械式转向器之前，首先需要明确转向器的需求和具体规格。
这包括转向角度范围、转向速度、承载能力等。
步骤2: 选择适当的转向机构类型根据设计要求选择适当的转向机构类型。
常见的转向机构类型包括齿轮传动、滑块传动、曲柄杆机构等。
根据应用场景和性能要求选择合适的机构类型。
步骤3: 计算和优化在选择了合适的转向机构类型后，需要进行计算和优化。
这包括计算转向角度和转向速度的传递比例、计算承载能力和寿命等。
步骤4: 材料选择和制造确定了转向机构的设计参数后，需要选择合适的材料，并进行制造。
机械式转向器通常需要具备较高的强度和耐磨性能。
步骤5: 装配和调试制造完成后，进行转向器的装配和调试。
确保转向器能够正常工作，并进行必要的调整和修正。
计算方法在机械式转向器的设计中，有一些常用的计算方法可以帮助我们确定转向机构的参数和性能。
齿轮传动的计算如果选择了齿轮传动作为转向机构类型，可以使用以下公式进行计算:1.计算传动比例:传动比例公式传动比例公式其中，i为传动比例，z1和z2分别为输入齿轮和输出齿轮的齿数。
2.计算转矩传递比例:转矩传递比例公式转矩传递比例公式其中，τ为转矩传递比例，τ1和τ2分别为输入齿轮和输出齿轮的转矩，η为传动效率。
3.计算齿轮轴的弯曲应力:齿轮轴弯曲应力公式齿轮轴弯曲应力公式其中，σb为齿轮轴的弯曲应力，M为转矩，d为齿轮轴的直径。
这些计算方法可以帮助我们确定齿轮传动的参数和性能。
滑块传动的计算如果选择了滑块传动作为转向机构类型，可以使用以下公式进行计算:1.计算滑块的速度比例:滑块速度比例公式滑块速度比例公式其中，v1和v2分别为输入和输出滑块的速度，X1和X2为输入和输出滑块的行程。
全液压转向器选型计算
1.4、所需流量计算
4、所需流量的选择计算: Q=q0 x N/1000 式中： N为转向器输入的转速，流量的选择应保证在车辆的各种工况下转向器 能获得足够的流量，进而使转向器能够获得足够的转向速度。 转向器 转速参考： 50 mL/r ~250 mL/r 315 mL/r ~400 mL/r 500 mL/r ~1000 mL/r 100rpm 75rpm 60rpm
• 油缸的行程S(cm) 转向油缸的行程由转向臂的尺寸 及转角范围所决定。
1.3、转向器选择与计算
油缸通过大行程所需要的油的体积 V（ml） V=0.01 x S x A 转向器排量的计算q (mL/r) q=V/n 其中: n为转向轮从一个极限位置转到另一个极限位置时方向盘转过的圈数 ,用户应根据 需要选择,一般应为2.5~5.5圈 计算得到排量值后,应从本样本中查找最相近排量的转向器，如查到的排量为q0, 则转 向器的实际的圈数应为：n=V/q0
1.2、转向油缸的选择与计算
. 油缸的计算
• 油缸需要的推力: F=K2T/r 式中: F —油缸需要的力(N); T —见前步计算; r —最小力臂 (mm); K2 —系数1000; • 油缸的工作面积: A=10F/P 式中: A —油缸工作面积(mm²) P —油缸工作压力(Bar) * 在转向系统很少超载的车辆中,P值 为转向系统溢流阀设定压力的80%; 可 能严重超载的车辆, P值为转向系统溢 流阀设定压力的30%。 D—油缸内径mm d —活塞杆直径mm 1、 对等面积油缸： D=√4A/π+d² 2、 对并联油缸： D=√2A/π+d²/2 3、 对不等面积油缸： D=√4A/π+d² (d/D)²≤0.15
转向系统选型计算
齿轮齿条式转向器设计
3.3齿轮齿条式转向器的设计与计算3.3.1 转向系计算载荷的确定为了保证行驶安全，组成转向系的各零件应有足够的强度。
欲验算转向系零件的强度，需首先确定作用在各零件上的力。
影响这些力的主要因素有转向轴的负荷、路面阻力和轮胎气压等。
为转动转向轮要克服的阻力，包括转向轮绕主销转动的阻力、车轮稳定阻力、轮胎变形阻力和转向系中的内摩擦阻力等。
精确地计算出这些力是困难的。
为此用足够精确的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M R (N·mm)。
表3-1 原地转向阻力矩M R 的计算 设计计算和说明计算结果 mm 627826.2N 0.17910902.530.7p G 3f 331⋅===R M式中 f ——轮胎和路面间的滑动摩擦因数；1G ——转向轴负荷，单位为N ；P ——轮胎气压，单位为MPa 。
f=0.71G =10902.5Np=0.179MPaR M =627826.2mm N ⋅作用在转向盘上的手力F h 为：表3-2 转向盘手力F h 的计算设计计算和说明计算结果N F iD L M L WSWRh 7.290%90153202.6278262221=⨯⨯⨯=+=η式中 1L ——转向摇臂长, 单位为mm ；R M ——原地转向阻力矩, 单位为N·mm 2L ——转向节臂长, 单位为mm ； SW D ——为转向盘直径,单位为mm ；I w ——转向器角传动比；η+——转向器正效率。
因齿轮齿条式转向传动机构无转向摇臂和转向节臂，故1L 、2L 不代入数值。
R M =627826.2mm N ⋅SW D =400mmi w =15+η=90%h F =290.7N对给定的汽车，用上式计算出来的作用力是最大值。
因此，可以用此值作为计算载荷。
梯形臂长度的计算2L ：表3-3 梯形臂长度L 2的计算设计计算和说明计算结果轮辋直径LW R = 16in=16×25.4=406.4mm 梯形臂长度2L =LW R ×0.8/2= 406.4×0.8/2=162.6mm,取2L =160mm2L =160mm轮胎直径的计算R T ：表3-4 轮胎直径R T 的计算设计计算和说明计算结果 20555.0⨯+=LW T R R =406.4+0.55×205=518.75mm取T R =520mmT R =520mm转向横拉杆直径的确定：表3-5 转向横拉杆直径的计算设计计算和说明计算结果mm m a M d R811.41021616.083.6274][43=⨯⨯⨯⨯=≥-πσπa =2L ;m N M MPa R ⋅==83.627;216][σ取min d =15mm初步估算主动齿轮轴的直径：表3-6 主动齿轮轴的计算设计计算和说明计算结果mm m Mn d 9.111014016.07.29016][max 16233=⨯⨯⨯⨯=≥-πτπ][τ=140MPa取min d =18mm3.3.2 齿轮齿条式转向器的设计 1. EPS 系统齿轮齿条转向器的主要元件1) 齿条 齿条是在金属壳体内来回滑动的，加工有齿形的金属条。
转向系统匹配计算及设计含转向角和传动比（优质参考）
转向系统匹配计算及设计含转向角和传动比（优质参考）第六章转向系统匹配计算及设计根据总布置设计提供的满载前轴荷、前轮定位参数(参考同类车型数据库)，按照汽车转向系设计的要求，参照其它同类车型，进行汽车转向系设计。
6.1 转向角和传动比6.1.1 理论转向角-左右转角差大于实际汽车应设计值传统的理论转向角为纯滚动理论-阿克曼理论，没有考虑车轮弹性和高速应用，因此有些过时，现代轿车设计为了节省车内空间，一般在该理论算出左右转角差后，可以除以2~3作为设计数值更好。
如果通过所有4个车轮中心的车轮平面垂直线都相交于一点——转向中心M ，汽车在缓慢行驶时的转弯是精确的。
如果后轮不一定转向，则2个前轮的垂线必须与后轮中心连线的延长线相交于M 点（图6.1.1）。
如是在车身内外侧的前轮上出现不同的转向角i δ和Aa δ。
根据较大的内侧车轮转向角i δ可以算出外侧车轮的理论值，即所谓的阿克曼角：l j ctg ctg i Aa /+=δδ （6.1.1）式中：l 为在地面测得的两主销轴线延长线与地面交点交点的距离，即s v r b j ?-=2 (6.1.2）在负的主销偏移距r S 的情况下，它在式中的运算符号变成加号。
图6.1.1 由阿克曼角确定的车轮转向角Aa δ之间的运动学关系图6.1.2 r S 是在图示情况下为正的主销偏距图6.1.1 由阿克曼角确定的车身外侧车轮转向角和内侧车轮转向角Aa δ之间的运动学关系。
图中还标出了转向角差A δ?和转弯直径D s （亦见图6.1.1）。
图6.1.2 前悬架上的尺寸说明：b v 是前轮轮距，r S 是在图示情况下为正的主销偏距。
图6.1.1中标出的转向角差（也称弯角差）A δ?在所获得理论值中必须始终为正值。
Aa i A δδδ-=? （6.1.3）根据角Aa δ可得出理论转弯直径D s （图6.1.1），即车身外侧前轮平面以最大的转向角转弯时经过的圆弧直径。
汽车的转弯圆应尽可能小，以易于转弯及停车方便。
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L
算输入参数 13 90 13.5 45
算输出参数 2865 10.3 12.12 13.47 17.9 4.5 30.2 51.27 51.95 48.81 -0.33 26.02 19.54 1.33 3184
数计算
计算输入参数 模数 m 实际齿数 z 整圆齿数 Z 齿顶高系数 ha 齿根高系数 hf 齿顶间隙系数 Ca 变位系数 X 标准齿条压力角 a 切削角 δ 臂轴扇齿宽 B 转向器中心距 L 7 3 11 0.8 0.8 0.25 0.5 27.5 7.5 66 75
转向器计算输入参数 油泵最大压力 Mpa 助力缸截面直径 D 螺距 t 转向臂轴摆角 β （单边）
/
-0.121 考虑内泄露后油泵的实际流量 14.521 传动比 18.9 总圈数
中间段分度圆玄齿厚 大端分度圆玄齿厚 小端分度圆玄齿厚 中间段公法线长度 大端公法线长度 小端公法线长度 中间段分度圆弧齿厚 大端分度圆弧齿厚 小端分度圆弧齿厚
10.092 转向螺母行程 58.766 50.791 大端齿顶圆半径 14.608 大端齿顶压力角
54.779 扇齿单边工作角度（验算摆角） 重迭系数计算 R大 a大 S//
S大
19.096 转向臂轴大端齿顶弧齿厚 基节距 Pb 重迭系数 ε
S小 /
10.121 转向臂轴与螺母实际啮合长度 5.6 7.35 21.991 33.28
L实
转向螺母部分
齿顶高 H1 齿根高 H2 齿距 P 转向螺母节点至螺母中心距离
计算输出参数
转向臂轴部分
端面压力角 a 中间段分度圆直径 大端变位系数 小端变位系数 X1 X2 L玄 L大玄 L小玄 W中 W大 W小 S
/ /
D
转向器计算输出参数 27.299 最大输出扭矩（90%） 77 油泵理论流量 Q理(L/min) 1.121 考虑油泵容积效率后的实际流量 Q实 Q实/ i n S β