电动方程式赛车齿轮齿条设计成果

齿轮齿条式转向器需设计的内容包括轴承选型、润滑方式以及齿轮、齿条和齿轮轴的参数。

齿轮齿条传动的传动比只与齿轮分度圆直径有关。齿轮分度圆直径不宜过小；否则需要驾驶员提供较大的转矩。若齿轮分度圆直径过大，还会导致齿轮齿条转向器体积增大、质量增加，不利于转向器壳体的设计及转向系统轻量化的要求，通常选择齿轮分度圆直径为20～38 mm。齿轮的模数不能太小，通常取2～3 mm；否则会使齿条齿廓在啮合时啮合点离齿顶太近，齿根的弯曲应力增大，易产生崩齿。此外，齿轮的变位系数不宜过大；否则会造成齿条齿顶平面与小齿轮齿根圆柱面的间隙过小，对润滑不利，而且容易造成转向器卡死的现象。为了避免小齿轮出现根切现象，齿轮齿数应大于17，但由于齿轮分度圆直径小，齿数过多会出现加工困难、齿轮啮合传动时重合度低等问题，因此通常选择齿轮齿数为8～19齿。

本小节的计算针对的是直齿齿轮传动。在直齿齿轮传动过程中，轮齿的啮合实际上是间歇的，这会导致齿轮传动过程中出现瞬间冲击、瞬时传动比变化等现象。为了改善这一现象，斜齿圆柱齿轮会是更好的选择。斜齿之间是一种逐渐啮合的过程，啮合较为平稳，冲击和噪声小。此外，斜齿轮传动还具有重合度大、不产生根切的最小齿数小等优点。不过，斜齿圆柱齿轮的加工工艺复杂，加工成本较高，同时在齿轮啮合传动过程中对齿轮作用有轴向分力，该轴向分力将增大传动装置中的摩擦损失，一般通过减小斜齿轮螺旋角的方法来降低轴向分力造成的摩擦损失，通常取螺旋角为8°～15°。转向器齿轮齿条几何参数见表4－1。

表4－1　转向器齿轮齿条几何参数

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由于齿轮的基圆直径数值较小，若齿轮与轴之间采用键连接，则必将使轴和齿轮的强度大大降低。因此，设计为用齿轮轴连接齿轮与轴，中间一般选择深沟球轴承和润滑脂人工定期润滑，如图4－14所示。

齿轮轴最小轴径为

式中，T1为输入扭矩；τT为许用切应力。