SJ-ZD-35-2009-动力转向器齿条强度校核规范.doc

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编号

SJ-ZD-35-2009

代替

密级

商密3级▲

股份有限公司内部技术规范

动力转向器齿条强度校核规范

2009-11-20制定

股份有限公司发布

前言

本规范的目的是通过计算来确定动力转向器齿条是否满足设计强度要求。

本规范由汽车工程研究院标准所管理。

本规范由汽车工程研究院二中心轿车所负责起草。

本规范主要起草人：

本规范的版本记录和版本号变动与修订记录

规范编号

制定/修订者

制定/修订日期

批准

日期

动力转向器齿条强度校核规范

范围

本规范规定了动力转向器齿条强度校核的一种计算方法。

本规范适用于配置液压动力转向系统（HPS）的汽车。

2.条件

2.1动力转向器齿条参数

齿条参数

齿数

Z

法向模数

mn

法向压力角

αn

螺旋角

β

螺旋方向

左旋

齿顶高系数

h*

齿顶高

ha

齿全高

h

分度线上法向齿厚

s

齿根及齿顶圆角

R

2.2动力转向器在整车上的安装示意图

图1

1.左梯形臂2.左转向横拉杆3.转向器总成4.右转向横拉杆5.右梯形臂

3.方法

3.1动力转向器齿条载荷计算

3.1.1力学模型

齿条的受力分析如图2

图2

其中，F1，F2分别是左转向横拉杆，右转向横拉杆传递的来自于车轮上的力，F1，F2与工况有关。θ1和θ2分别是左转向横拉杆，右转向横拉杆与齿条轴线的夹角。Pr1是齿轮轴径向分力引起的齿条支承座对齿条的反作用力。Pr2是限位套对齿条的反作用力。Pn是齿轮轴对齿条的作用力。P是活塞上受到的液压力。

3.1.2齿条载荷计算

在实际工作中,齿条是在各种不同的工况下工作的,为了便于分析计算,我们选择了以下有代表性的两种极限状态下的工况计算齿条牙齿受到的力和齿条杆部受到的力。

3.1.2.1工况1.

在转向器输入端施加200Nm的扭矩（即T＝200Nm），转向器处于中间位置，拉杆两端的外球节固定，液压系统不工作,不考虑摩擦力,是一种完全在机械转向作用下的情况。在这种工况下,在输入端所施加的扭矩通过齿轮轴完全作用在齿条上。

齿轮齿条的受力状况类似于斜齿轮，齿条的受力分析如图3

图3

图中，作用于齿条齿面上的法向力Pn垂直于齿面。将Pn分解成沿齿条径向的分力（径向力）Pr，沿齿轮周向的分力（切向力）Pt，沿齿轮轴向的分力（轴向力）Px。各力的计算公式为：

Pt=2T/d

Pr=Pt*tgan/cosβ

Px=Pt*tgβ;

Pn=Pt/(cosan*cosβ）

d=Z*mn

求得：

齿条牙齿受到的切向力:Pxt=Pn*cosan=2T/（dcosβ）

齿条杆部受到的力：P1=Pxt*cosβ1=2Tcosβ1/（dcosβ）

式中：β－齿轮轴分度圆螺旋角

β1-齿条螺旋角

αn－法面压力角

T－作用在输入轴上的扭矩

Z－齿轮轴齿数

mn－法向模数

3.1.2

液压系统工作,不考虑摩擦力时齿条受力情况，此时齿条只受到拉压力的作用，齿条的牙齿不受力。

齿条受到的轴向力(拉压力)：Pn=F*A

A=π（D2-d2）/4

式中Pn齿条的轴向力，

F液压油的压力(最高压力)，

A油缸作用面积，

D油缸内径直径，

d齿条直径。

考虑到在不同压力作用下齿条的轴向力是不断变化的，当油压最大时齿条受到的轴向力即最大。

求得：

齿条受到的轴向力Pn=F*π（D2-d2）/4

3.2齿条强度计算

3.2.1齿条杆部受拉压作用下的强度计算

齿条的受力分析及截面形状见图2。

按工况1计算出的齿条杆部受到的力计算齿条杆部的拉应力：

σ1=P1/A1

按工况2计算出的齿条杆部受到的力计算齿条杆部的拉应力：

σ2=P2/A1

式中σ1、σ2齿条在两种工况下受到的最大拉压力；

P齿条在两种工况下受到的轴向力；

A1齿条齿根部截面积(见图2)，

说明：由于齿条杆部截面积A2大于齿条齿根部截面积A1，故只计算齿条齿根部截面处的应力；

根据齿条材料查出齿条对应的强度值σb

两种工况下齿条杆部拉压安全系数S=σb/σ

要求S＞10

3.2.2齿条齿部弯曲强度计算

关于齿轮齿条弯曲强度计算,目前还没有相应的公式,这里采用了斜齿轮的计算原理,并在其基础上加以简化进行计算的。

计算条件:

1.齿条的齿为悬臂梁。

2.同时参加的啮合齿数n=2。

3.齿的危险截面在齿廓直线与齿根圆交接处(见图4