畢業(yè)設(shè)計(jì)論文轎車齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)01654

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1、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì) 摘 要 此次設(shè)計(jì)針對一款用于轎車的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。論文詳細(xì)講述了該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本構(gòu)成、作用、技術(shù)要求以及整體的性能。與此同時(shí)，對該齒輪齒條轉(zhuǎn)向器，進(jìn)行了細(xì)致的布局，并對其空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的分析，確定轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)和布置形式，精確分析其嚙合傳動(dòng)的特點(diǎn)和傳動(dòng)效率。再根據(jù)該款轎車的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，確定轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比和其它幾何參數(shù)。由此，接下來利用三維建模軟件PROE畫出轉(zhuǎn)向器的各部分零件，并由此得出各部分零件圖。進(jìn)而組裝，得出其裝配圖。再在此基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)換格式，導(dǎo)入到ADMAS軟件中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析。 時(shí)代在前進(jìn)，科技也不斷向前發(fā)展，新技術(shù)，新材料層出不窮。齒輪齒條轉(zhuǎn)

2、向器，在不斷的技術(shù)積累中，也得到了不斷的創(chuàng)新提高，不斷的向著輕便化，智能化的方向發(fā)展。 關(guān)鍵詞:轎車；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；齒輪齒條；轉(zhuǎn)向器；傳動(dòng)比 Gear rack steering gear design Abstract The design of pinion and rack steering gear is for cars. Papers detail the basic structure of the steering system, function, technica

3、l requirements and overall performance. At the same time, the steering rack and pinion, for a detailed layout and its spatial structure detailed analysis to determine the structure and arrangement of the steering, accurate analysis of the characteristics of the gear transmission and transmission eff

4、iciency. According to the data of cars which carry out design calculations determine the steering gear ratio and other geometric parameters. Thus, the use of 3 d modeling software PROE draw the steering parts, each part and draw the parts drawing. Further assembly; come to its assembly drawing. On t

5、his basis, then, the conversion format, imported into ADMAS software for motion simulation. Age in progress, is also continuous development of science and technology, new technology, new material emerge in endlessly. Pinion and rack steering gear, in constant accumulation, has been constantly inno

6、vation, constantly toward portable, intelligent direction. Keywords: saloon car; steering system; pinion and rack; steering gear; transmission ratio 目 錄 引言 6 第一章 緒論 7 1.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 7 1.2 轉(zhuǎn)向器的功用及分類 8 1.2.1 轉(zhuǎn)向器的功用 8 1.2.2 轉(zhuǎn)向器的分類 9 1.2.3 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的優(yōu)缺點(diǎn) 10 1.3 汽車轉(zhuǎn)向器國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)

7、展趨勢 10 1.3.1 國內(nèi)外現(xiàn)狀 10 1.3.2 轉(zhuǎn)向系的發(fā)展發(fā)展趨勢 11 1.4 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 12 第二章 轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)計(jì)算 13 2.1 轉(zhuǎn)向系主要參數(shù)的確定 13 2.1.1 轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比的確定 13 2.1.2 動(dòng)力缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 15 2.2 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)計(jì)算 17 2.2.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇 17 2.2.2 齒輪齒條參數(shù)的計(jì)算 17 2.2.3 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算校核 18 2.2.4 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 18 第三章 轉(zhuǎn)向器三維模型的建立 19 3.1 轉(zhuǎn)向器方向盤的建立過程 19 3.2 齒輪齒條模型建立的過程 22

8、 3.2.1 小齒輪的建立過程 22 3.2.2 齒條的創(chuàng)建 24 3.2.3 動(dòng)力缸的建立 27 3.3 轉(zhuǎn)向器的裝配過程 28 第四章 轉(zhuǎn)向器的運(yùn)動(dòng)仿真分析 30 4.1 MSC.ADAMS軟件介紹 30 4.2 三維模型的導(dǎo)入過程和定義約束 31 4.2.1 模型的導(dǎo)入 31 4.2.2 定義約束 32 4.3 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析 33 結(jié)論與展望 36 致謝 37 參考文獻(xiàn) 38 附錄A 外文文獻(xiàn)及其譯文 39 附錄B 參考文獻(xiàn)及摘要 51 插圖清單 圖1-1 轉(zhuǎn)向系 6 圖3-1 掃描對話框 18 圖3-2 軌跡 18 圖3-

9、3 截面 22 圖3-4 方向盤圓盤 22 圖3-5 方向盤圓盤內(nèi)部線條規(guī)劃 23 圖3-6 內(nèi)部設(shè)計(jì)線條 23 圖3-7 方向盤效果圖 24 圖3-8 關(guān)系對話框 25 圖3-9 小齒輪效果圖 27 圖3-10 齒條效果圖 28 圖3-11 動(dòng)力缸效果圖 29 圖3-12 部分零件圖 29 圖3-13 整體效果圖 30 圖4-1 文件導(dǎo)入對話框 35 圖4-2 整體效果圖 35 圖4-3 方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角 38 圖4-4 轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)向角 38 圖4-5 齒條位移圖(一) 38 圖4-6 齒條位移圖（二） 39 表格清單 表1

10、 齒輪主要設(shè)計(jì)參數(shù)……………………………………………………………………17 引 言 汽車產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)中支柱性的高科技產(chǎn)業(yè)，改革開放30年以來，中國汽車工業(yè)不斷壯大，形成了中國特色的多樣化、多層次的消費(fèi)市場。然而人們對汽車的性能需求也越來越高。汽車已經(jīng)不是單純機(jī)械意義上的汽車了，它是機(jī)械、電子、材料等學(xué)科的綜合產(chǎn)物。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，市場對汽車性能的要求也越來越高,特別是汽車的操縱穩(wěn)定性，成為當(dāng)代汽車研究的一個(gè)重要方面轉(zhuǎn)向系的好壞直接影響到汽車的操縱穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向輕便性以及駕駛員的工作強(qiáng)度和工作效率，因此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是汽車設(shè)計(jì)中很重要的一個(gè)部分。?

11、 汽車在行駛過程中，經(jīng)常需要換車道和轉(zhuǎn)彎。駕駛員通過一套專門的機(jī)構(gòu)汽車轉(zhuǎn)向系，使汽車改變行駛方向。轉(zhuǎn)向系還可以修正因路面傾斜等原因引起的汽車跑偏。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅關(guān)系到汽車行駛的安全，還關(guān)系到延長輪胎壽命、降低燃油油耗等。伴隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)的發(fā)展而不斷進(jìn)步，高速公路和高架公路的出現(xiàn)，同向并行車輛的增多和行駛速度的提高及道路條件的變化，要求更加精確靈活的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 第一章 緒論 1.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變汽車行使方向的機(jī)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向上、下軸、）、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)向拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)）等

12、。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)準(zhǔn)確，快速、平穩(wěn)地響應(yīng)駕駛員的轉(zhuǎn)向指令，轉(zhuǎn)向行使后或受到外界擾動(dòng)時(shí)，在駕駛員松開方向盤的狀態(tài)下，應(yīng)保證汽車自動(dòng)返回穩(wěn)定的直線行使?fàn)顟B(tài)。 圖1-1 轉(zhuǎn)向系 1-方向盤； 2-轉(zhuǎn)向上軸 ；3-托架； 4-萬向節(jié)； 5-轉(zhuǎn)向下軸； 6-防塵罩 ；7-轉(zhuǎn)向器 ；8-轉(zhuǎn)向拉桿 一般來說，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求如下： 轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比（方向盤轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角之比）和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比。在轉(zhuǎn)向盤尺寸和轉(zhuǎn)向輪阻力一定時(shí)，角傳動(dòng)比增加，則轉(zhuǎn)向輕便，轉(zhuǎn)向靈敏度降低；角傳動(dòng)比減小，則轉(zhuǎn)向沉重，轉(zhuǎn)向靈敏度提高。轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比不宜低于15-16；也不宜過大，通常以轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)和轉(zhuǎn)向

13、輕便性來確定。一般來說，轎車轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)不宜大于4圈，對轎車來說，有動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)的轉(zhuǎn)向力約為20—50；無動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)為50—100N。 轉(zhuǎn)向輪應(yīng)具有自動(dòng)回正能力。轉(zhuǎn)向輪的回正力來源于輪胎的側(cè)偏特性和車輪的定位參數(shù)。汽車的穩(wěn)定行使，必須保證有合適的前輪定位參數(shù)，并注意控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的內(nèi)部摩擦阻力的大小和阻尼值。 轉(zhuǎn)向桿系和懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)共同作用時(shí)，必須盡量減小其運(yùn)動(dòng)干涉。應(yīng)從設(shè)計(jì)上保證各桿系的運(yùn)動(dòng)干涉足夠小。 轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的球頭處，應(yīng)有消除因磨損而產(chǎn)生的間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)以及提高轉(zhuǎn)向系的可靠性。 轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤應(yīng)有使駕駛員在車禍中避免或減輕傷害的防傷機(jī)構(gòu)。汽車在作轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)時(shí)，車輪應(yīng)繞同一

14、瞬心旋轉(zhuǎn)，不得有側(cè)滑；同時(shí)，轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。 當(dāng)轉(zhuǎn)向輪受到地面沖擊時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳遞到方向盤上的反沖力要盡可能小。在任何行使?fàn)顟B(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不應(yīng)產(chǎn)生擺振。機(jī)動(dòng)性是通過汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑來體現(xiàn)的，而最小轉(zhuǎn)彎半徑由內(nèi)轉(zhuǎn)向車輪的極限轉(zhuǎn)角、汽車的軸距、主銷偏移距決定的，一般的極限轉(zhuǎn)角越大，軸距和主銷偏移距越小，則最小轉(zhuǎn)彎半徑越小。 轉(zhuǎn)向靈敏性主要通過轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)來體現(xiàn)，主要由轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比來決定。操縱的輕便性也由轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比決定，但其與轉(zhuǎn)向靈敏性是一對矛盾，轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比越大，則靈敏性提高，輕便性下降。為了兼顧兩者，一般采用變傳動(dòng)比的轉(zhuǎn)向器，或者采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向，還有就是提高轉(zhuǎn)向系的正效

15、率，但過高正效率往往伴隨著較高的逆效率。 轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)外車輪間的轉(zhuǎn)角協(xié)調(diào)關(guān)系是通過合理設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形來保證的。對于采用齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向系來說，轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角間的協(xié)調(diào)關(guān)系是通過合理選擇小齒輪與齒條的參數(shù)、合理布置小齒輪與齒條的相對位置來實(shí)現(xiàn)的，而且前置轉(zhuǎn)向梯形和后置轉(zhuǎn)向梯形恰恰相反。 轉(zhuǎn)向輪的回正能力是由轉(zhuǎn)向輪的定位參數(shù)（主銷內(nèi)傾角和主銷后傾角）決定的，同時(shí)也受轉(zhuǎn)向系逆效率的影響。選取合適的轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)可以獲得相應(yīng)的回正力矩，但是回正力矩不能太大又不能太小，太大則會(huì)增加轉(zhuǎn)向沉重感，太小則會(huì)使回正能力減弱，不能保持穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài)。轉(zhuǎn)向系逆效率的提高會(huì)使回正能力提高，但是會(huì)造成“打手”現(xiàn)

16、象。 轉(zhuǎn)向系的間隙主要是通過各球頭皮碗和轉(zhuǎn)向器的調(diào)隙機(jī)構(gòu)來調(diào)整的。合理的選擇轉(zhuǎn)向梯形的斷開點(diǎn)可以減小轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)干涉。 1.2 轉(zhuǎn)向器的功用及分類 1.2.1 轉(zhuǎn)向器的功用 轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)，在汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就是按照駕駛員的意愿控制汽車的行駛方向。 轉(zhuǎn)向器作為轉(zhuǎn)向系的重要組成部分，其作用如下： 1、增大來自轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)矩，使之達(dá)到足以克服轉(zhuǎn)向輪與路面之間的轉(zhuǎn)向阻力矩 ； 2、將與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸連接在一起的主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)換成齒條的直線運(yùn)動(dòng)而獲得所需要的位移 ； 3、通過選取不同的

17、螺（蝸）桿上的螺紋螺旋方向，達(dá)到使轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向方向與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向協(xié)調(diào)一致的目的。 4、增大由轉(zhuǎn)向盤傳到轉(zhuǎn)向節(jié)的力并改變力的傳遞方向，獲得所要求的擺動(dòng)速度和角度。 對轉(zhuǎn)向系提出的要求有： 1） 汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，理想情況下全部車輪應(yīng)繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，車輪不應(yīng)有側(cè)滑。否則會(huì)加速輪胎磨損，并降低汽車的行駛穩(wěn)定性； 2） 汽車轉(zhuǎn)向行駛后，在駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤的條件下，轉(zhuǎn)向輪能自動(dòng)返回到直線行駛位置，并穩(wěn)定行駛； 3） 汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪都不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動(dòng)； 4） 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置共同工作時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生的擺動(dòng)應(yīng)最?。? 5） 保證汽車有較高的機(jī)動(dòng)

18、性，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力； 6） 操縱輕便； 7） 轉(zhuǎn)向輪碰撞到障礙物以后，傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能??； 10）進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核，保證轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。 1.2.2 轉(zhuǎn)向器的分類 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為兩大類：機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。完全靠駕駛員手力操縱的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)稱為機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；借助動(dòng)力來操縱的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)稱為動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又可分為液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)助力動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。對于轉(zhuǎn)向器按結(jié)構(gòu)形式可分為多種類型。歷史上曾出現(xiàn)過許多種形式的轉(zhuǎn)向器，目前較常用的有齒輪齒條式、蝸桿曲柄指銷式、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器等。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器: (1)結(jié)構(gòu) 主要由轉(zhuǎn)向齒輪

19、、轉(zhuǎn)向齒條、轉(zhuǎn)向器殼、調(diào)整螺釘?shù)冉M成。 (2)工作過程 駕駛員通過轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使轉(zhuǎn)向齒條移動(dòng)，轉(zhuǎn)向齒條通過轉(zhuǎn)向直拉桿，轉(zhuǎn)向擺桿和左右轉(zhuǎn)向橫拉桿，使兩車輪繞主銷偏轉(zhuǎn)。 蝸桿曲柄指銷式: (1)結(jié)構(gòu) 主要由搖臂軸、指銷、蝸桿等組成。 (2)工作過程 它是以蝸桿為主動(dòng)件，曲柄銷為從動(dòng)件的轉(zhuǎn)向器。蝸桿具有梯形螺紋，手指狀的錐形指銷用軸承支承在曲柄上，曲柄與轉(zhuǎn)向搖臂軸制成一體。轉(zhuǎn)向時(shí)，通過轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿、嵌于蝸桿螺旋槽中的錐形指銷一邊自轉(zhuǎn)，一邊繞轉(zhuǎn)向搖臂軸做圓弧運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)曲柄和轉(zhuǎn)向垂臂擺動(dòng)，再通過轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn) 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器: (1)結(jié)構(gòu)

20、 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器一般有兩級傳動(dòng)副組成：第一級是螺桿螺母傳動(dòng)副；第二級一般采用齒條齒扇傳動(dòng)副。 (2)工作過程 這種轉(zhuǎn)向裝置是由齒輪機(jī)構(gòu)將來自轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)力進(jìn)行減速，使轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)闇u輪蝸桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，滾珠螺桿和螺母夾著鋼球嚙合，因而滾珠螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，螺母再與扇形齒輪嚙合，直線運(yùn)動(dòng)再次變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使連桿臂搖動(dòng)，連桿臂再使連動(dòng)拉桿和橫拉桿做直線運(yùn)動(dòng)，改變車輪的方向。它的原理相當(dāng)于利用了螺母與螺栓在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的相對移動(dòng)，而在螺紋與螺紋之間夾入了鋼球以減小阻力，所有鋼球在一個(gè)首尾相連的封閉的

21、螺旋曲線內(nèi)循環(huán)滾動(dòng)，循環(huán)球式故而得名。 1.2.3 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的優(yōu)缺點(diǎn) 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器是一種最常見的轉(zhuǎn)向器。其基本結(jié)構(gòu)是一對相互嚙合的小齒輪和齒條。轉(zhuǎn)向軸帶動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒條便做直線運(yùn)動(dòng)。所以，這是一種最簡單的轉(zhuǎn)向器。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器因其結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、質(zhì)量輕、剛性好、使用可靠，近年來在世界，特別是在歐洲得到廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在除了在轎車上使用外，在轎車上使用外，在輕型汽車、微型汽車、賽車上也得到了推廣。 優(yōu)點(diǎn): (1) 構(gòu)造筒單,結(jié)構(gòu)輕巧。由于齒輪箱小,齒條本身具有傳動(dòng)桿系的作用,因此,它不需耍循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器上所使用的拉桿。 (2) 因齒輪和齒條直接嚙合,操縱靈敏性

22、非常高。 (3) 滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)阻力小,轉(zhuǎn)矩傳遞性能較好,因此,轉(zhuǎn)向力非常輕。 (4) 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)總成完全封閉,可免于維護(hù)。 (5) 剛度大，使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的自由行程變小 (6) 可自動(dòng)補(bǔ)償齒輪和齒條見產(chǎn)生的間隙，并有均勻的固有阻尼。 缺點(diǎn): (1) 由于摩擦較小，所以沖擊敏感性較高。 (2) 當(dāng)采用兩端輸出結(jié)構(gòu)時(shí)，轉(zhuǎn)向拉桿長度受到限制，容易與懸架系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生跳動(dòng)干涉。 (3) 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比隨車輪轉(zhuǎn)角的增加而下降。 (4) 采用可變速比時(shí)，普通工藝較難實(shí)現(xiàn)。 1.3 汽車轉(zhuǎn)向器國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1.3.1 國內(nèi)外現(xiàn)狀 轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系主要構(gòu)成的關(guān)鍵零件，隨著電子

23、技術(shù)在汽車中的廣泛應(yīng)用，轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)也有很大變化。從目前使用的普遍程度來看，主要的轉(zhuǎn)向器類型有4種：有蝸桿指銷式(WP型)、蝸桿滾輪式(WR型)、循環(huán)球式(BS型)、齒輪齒條式(RP型)。這四種轉(zhuǎn)向器型式，已經(jīng)被廣泛使用在汽車上。 據(jù)了解，在世界范圍內(nèi)，汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占45％左右，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器占40％左右，蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器占10％左右，其它型式的轉(zhuǎn)向器占5％。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器一直在穩(wěn)步發(fā)展。我國的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)，除早期投產(chǎn)的解放牌汽車用蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器，東風(fēng)汽車用蝸桿肖式轉(zhuǎn)向器之外，其它大部分車型都采用循環(huán)球式結(jié)構(gòu)，并都具有一定的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。目前解放、東風(fēng)也都在積極發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，并已

24、在第二代換型車上普遍采用了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。由此看出，我國的轉(zhuǎn)向器也在向大量生產(chǎn)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器發(fā)展。 在國外，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器實(shí)現(xiàn)了專業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)以專業(yè)廠為主、大力進(jìn)行試驗(yàn)和研究，大大提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。在日本“精工”(NSK)公司的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器就以成本低、質(zhì)量好、產(chǎn)量大，逐步占領(lǐng)日本市場，并向全世界銷售它的產(chǎn)品。德國ZF公司也作為一個(gè)大型轉(zhuǎn)向器專業(yè)廠著稱于世。它從1948年開始生產(chǎn)ZF型轉(zhuǎn)向器，年產(chǎn)各種轉(zhuǎn)向器200多萬臺。還有一些比較大的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)廠，如美國德爾福公司SAGINAW分部；英國BURM#0；AN公司都是比較有名的專業(yè)廠家，都有很大的產(chǎn)量和銷售面。專業(yè)化生產(chǎn)已成為一種趨勢，

25、只有走這條道路，才能使產(chǎn)品質(zhì)量高、產(chǎn)量大、成本低，在市場上有競爭力。 1.3.2 轉(zhuǎn)向系的發(fā)展發(fā)展趨勢 轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變汽車行使方向的機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)準(zhǔn)確，快速、平穩(wěn)地響應(yīng)駕駛員的轉(zhuǎn)向指令，轉(zhuǎn)向行使后或受到外界擾動(dòng)時(shí)，在駕駛員松開方向盤的狀態(tài)下，應(yīng)保證汽車自動(dòng)返回穩(wěn)定的直線行使?fàn)顟B(tài)。 傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是機(jī)械式的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，汽車的轉(zhuǎn)向由駕駛員控制方向盤，通過轉(zhuǎn)向器等一系列機(jī)械轉(zhuǎn)向部件實(shí)現(xiàn)車輪的偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。 近年來，隨著電子技術(shù)在汽車中的廣泛應(yīng)用，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中也愈來愈多地采用電子器件。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)因此進(jìn)入了電子控制時(shí)代，相應(yīng)的就出現(xiàn)了電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電液助力轉(zhuǎn)向可以分

26、為兩類 ：電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EHPS（Electro-Hydraulic Power Steering）和電控液壓助力轉(zhuǎn)向ECHPS（Electronically Controlled Hydraulic Power Steering）。電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，與液壓助力系統(tǒng)不同的是，電動(dòng)液壓助力系統(tǒng)中液壓系統(tǒng)的動(dòng)力來源不是發(fā)動(dòng)機(jī)而是電機(jī)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)，節(jié)省了發(fā)動(dòng)機(jī)能量，減少了燃油消耗。電控液壓助力轉(zhuǎn)向也是在傳統(tǒng)液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展而來，它們的區(qū)別是，電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)增加了電子控制裝置。電子控制裝置可根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)向速率、車速等汽車運(yùn)行參數(shù)，改變液壓系

27、統(tǒng)助力油壓的大小，從而實(shí)現(xiàn)在不同車速下，助力特性的改變。而且電機(jī)驅(qū)動(dòng)下的液壓系統(tǒng)，在沒有轉(zhuǎn)向操作時(shí)，電機(jī)可以停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而降低能耗。 雖然電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)克服了液壓助力轉(zhuǎn)向的一些缺點(diǎn)。但是由于液壓系統(tǒng)的存在，它一樣存在液壓油泄漏的問題，而且電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)引入了驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使得系統(tǒng)更加復(fù)雜，成本增加，可靠性下降。 為了規(guī)避電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的缺點(diǎn)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS（Electric Power Steering）便應(yīng)時(shí)而生。它與前述各種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最大的區(qū)別在于，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中已經(jīng)沒有液壓系統(tǒng)了。原來由液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向助力由電動(dòng)機(jī)來完成。電動(dòng)助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般由轉(zhuǎn)矩傳感器、微處理

28、器、電動(dòng)機(jī)等組成?；竟ぷ髟硎?：當(dāng)駕駛者轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤帶動(dòng)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩傳感器便將轉(zhuǎn)矩信號轉(zhuǎn)化為電信號并傳送至微處理器，微處理器根據(jù)轉(zhuǎn)矩信號并結(jié)合車速等其他車輛運(yùn)行參數(shù)，按照事先在程序中設(shè)定的處理方法得出助力電動(dòng)機(jī)助力的方向和助力的大小。自1988年日本鈴木公司首次在其Cervo車上裝備該助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)至今，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)己經(jīng)得到人們的廣泛認(rèn)可。此后，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)得到迅速發(fā)展，其應(yīng)用范圍已經(jīng)從微型轎車向大型轎車和客車方向發(fā)展。 1.4 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)的課題來源于東風(fēng)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，以某款輕型汽車轉(zhuǎn)向器的參數(shù)作為依據(jù)，設(shè)計(jì)一款適用于本公司某輕型

29、車的轉(zhuǎn)向器。根據(jù)該車型對于市場的定位及對制造成本的考慮，同時(shí)參考同類車型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，將該車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一款機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，對轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)做簡單分析，并進(jìn)行轉(zhuǎn)向器零件設(shè)計(jì)、整體設(shè)計(jì)，同時(shí)按以下步驟對轉(zhuǎn)向器及零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)方案論證：第一步對所選的轉(zhuǎn)向器總成進(jìn)行剖析；第二部利用所學(xué)的知識對總成中的零部件進(jìn)行力學(xué)分析和分析；第三步對分析中發(fā)現(xiàn)的不合理的設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。 第二章 轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)計(jì)算 2.1 轉(zhuǎn)向系主要參數(shù)的確定 2.1.1 轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)

30、比的確定 轉(zhuǎn)向阻力矩與前輪（轉(zhuǎn)向軸）負(fù)荷、輪胎尺寸和機(jī)構(gòu)、前輪定位參數(shù)、車速和道路條件等多種因數(shù)有關(guān)，要準(zhǔn)確計(jì)算轉(zhuǎn)阻力矩是很困難的，通常是以汽車在靜止時(shí)做原地轉(zhuǎn)向的阻力矩作為轉(zhuǎn)向阻力矩。根據(jù)原地轉(zhuǎn)向的試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)出來的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式為[1] (2-1) 式中---轉(zhuǎn)向阻力矩（N·m） ---輪胎與地面滑動(dòng)摩擦系數(shù)，一般令=0.7 ---前軸（轉(zhuǎn)向軸）負(fù)荷，按汽車設(shè)計(jì)取滿載質(zhì)量的55%，轎車滿載質(zhì)量為1210kg。 =55%*1210*9.8=6521.9N ---輪胎氣壓，取0.24 則=250.86 N

31、·m 轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比直接影響車輛的機(jī)動(dòng)性和操控輕便性。轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比包括力傳動(dòng)比和角傳動(dòng)比。 轉(zhuǎn)向系力傳動(dòng)比： 轉(zhuǎn)向系力傳動(dòng)比是指從輪胎接觸地面中心作用在兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪上的合力2與作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力之比，即 = (2-2) 轉(zhuǎn)向阻力2等于轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向阻力矩與轉(zhuǎn)向力臂之比 2= (2-3) 式中為主銷偏移距，即轉(zhuǎn)向力臂，指從轉(zhuǎn)向節(jié)的主銷軸線的延長線與支撐平面的焦點(diǎn)至車輪中心平面與支撐平面交線間的距離。通常轎車的值在0．4～0．6倍輪胎的胎面寬度尺寸范圍內(nèi)選取。

32、 轉(zhuǎn)向盤的直徑D有一系列尺寸。選用選用大的直徑尺寸時(shí)，會(huì)使駕駛員進(jìn)出駕駛室感到困難。若選用小的直徑尺寸，在轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員要施加較大的力量，從而使汽車難于操作，根據(jù)原始數(shù)據(jù)及相關(guān)手冊取D=380mm,則由作用在方向盤上的力矩 =25 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力等于轉(zhuǎn)向盤的力矩與轉(zhuǎn)向盤的半徑R之比 = (2-4) 則==131.5N 由公式(2-1)、(2-2)、(2-3) 則 = (2-5) 若忽略摩擦損失

33、 = = (2-6) 為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量；為轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量。 從式(2-6)可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角（車輪轉(zhuǎn)角）一定后，的大小直接影響輕便性與機(jī)動(dòng)性，大轉(zhuǎn)向輕便，但轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)增加，機(jī)動(dòng)性降低。對機(jī)械轉(zhuǎn)向的汽車，可選大值，已達(dá)到轉(zhuǎn)向輕便的目的;對于動(dòng)力轉(zhuǎn)向的汽車，輕便性不成問題，所以取小值。對一定車型都有一個(gè)大致的范圍，一般情況下，機(jī)械轉(zhuǎn)向的汽車，輕型車在15~23之間，中型車25~30之間。[2] 則 = (2-7)

34、 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比： 轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比指轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和駕駛員同側(cè)的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角之比，它由轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置角傳動(dòng)比所組成，即 = (2-8) 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比等于轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向角和轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向臂軸的轉(zhuǎn)角之比 = (2-9) 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置的角傳動(dòng)比等于轉(zhuǎn)向臂軸的轉(zhuǎn)角之比 = (2-10) 將（2-9）、（2-10）帶入式（2-8）得 =

35、 (2-11) 由以上過程可計(jì)算出結(jié)果如下： 1） 角傳動(dòng)比 ==2*250.86/25=20.07 2） 力傳動(dòng)比 = 取=B=*B=90 式中B為輪胎面寬度，輕型車一般為165~195。 則=20.07*190/90=42.37 2.1.2 動(dòng)力缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)轉(zhuǎn)向橫拉桿與車輪之間的垂直距離L=0.2m計(jì)算得： ==250.07/0.2=1250.35N 式中：F為轉(zhuǎn)向橫拉桿上的理論推力。 動(dòng)力缸對于整體動(dòng)力缸活塞與轉(zhuǎn)向器均布置在同一個(gè)

36、由QT400-18或KTH350-10制造的轉(zhuǎn)向器殼體內(nèi)，活塞與齒條制成一體。 在動(dòng)力缸的計(jì)算中需確定其缸直徑、活塞行程活塞桿直徑以及缸筒壁厚。 動(dòng)力缸殼體采用ZL105鑄造而成，缸內(nèi)表面應(yīng)光潔，粗糙度=0.32～0.63，硬度為HB241～285，活塞采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼45號鋼；活塞與缸筒之間的間隙采用橡膠密封圈。 （1）缸徑的計(jì)算 由上面可知，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要求動(dòng)力缸所提供的動(dòng)力為2900N，動(dòng)力缸的缸徑尺寸可由作用在活塞上的力的平衡計(jì)算，得 = （2-12） 式中：P為供油壓力，，設(shè)計(jì)時(shí)取P=13；d為活塞桿直徑；F為液壓缸

37、理論推力。 根據(jù)《液壓設(shè)計(jì)手冊》中推薦的活塞桿直徑系列初選d=20mm =0.0237m 取D=35，此時(shí)，符合d=（～）D的范圍。 （2）活塞的設(shè)計(jì)計(jì)算 活塞的寬度一般為活塞外徑的0.6～1.0倍，但本次設(shè)計(jì)采用一道密封環(huán)形，在所選厚度滿足強(qiáng)度的條件下，可以放窄一點(diǎn)。初取b=0.7mm。 活塞的外徑配合一般采用H7/f9的配合公差帶，外徑和內(nèi)徑的同軸度公差不大于0.02，端面與軸線的垂直公差度公差不大于0.04mm/100mm,外表面的圓度和圓柱度一般不大于外徑公差的一半，表面粗糙度視結(jié)構(gòu)不同而各異，材料用和活塞相同的材料45號鋼。 （3）活塞行

38、程計(jì)算 =++b 式中：為導(dǎo)向游隙，（0.5～0.6）D; 為活塞桿行程；b為活塞寬度。的取值可根據(jù)同類汽車的活塞桿行程，初取=131mm。 （4）動(dòng)力缸殼體壁厚t的設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)缸體在橫斷平面內(nèi)的拉伸強(qiáng)度條件和在軸向平面內(nèi)的拉伸強(qiáng)度條件，計(jì)算出缸的壁厚，取計(jì)算結(jié)果大的一個(gè) (2-13) 式中：為缸內(nèi)壓力，取 =13MP;為動(dòng)力缸直徑，mm；t為動(dòng)力缸殼體厚度，mm；n為安全系數(shù)，n=3.5～5.0；為殼體的屈服點(diǎn)。 殼體采用鑄造鋁合金ZL105，抗拉強(qiáng)度為500MPa，屈服點(diǎn)為160～230MPa。

39、 =13 =13 取t=10mm。 2.2 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)計(jì)算 對具體零件的設(shè)計(jì)計(jì)算，期中齒輪的設(shè)計(jì)時(shí)依據(jù)參數(shù)的確定，通過對齒面接觸應(yīng)力、齒根彎曲應(yīng)力的計(jì)算來校核其強(qiáng)度，從而確定具體尺寸。同時(shí)也要對活塞桿以及轉(zhuǎn)閥中的扭桿進(jìn)行強(qiáng)度校核。 2.2.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇 名稱 代號 數(shù)值

40、 模數(shù) m 2 齒數(shù) 8 壓力角 20 齒頂高系數(shù) 1 頂隙系數(shù) 0.25 表1 齒輪主要設(shè)計(jì)參數(shù) 2.2.2 齒輪齒條參數(shù)的計(jì)算 齒輪計(jì)算過程如下 齒條的計(jì)算過程如下 為齒頂高系數(shù)（=1）;為頂隙系數(shù)(0.25);全齒高等于4.5mm;齒距 2.2.3 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算校核

41、 (2-14) 式中：K為計(jì)算載荷系數(shù);為使用系數(shù)，=1.0;為動(dòng)載荷系數(shù)，=1.2；為齒間載荷分配系數(shù)，=1.0；為齒向載荷分配系數(shù)，=1.4。 為直齒輪的齒形系數(shù)，查取=2.72；為直齒輪的應(yīng)力校正系數(shù)，為1.57；為螺旋角影響系數(shù)，為0.7；為斷面重合度，為1.211；為齒寬，=40。 因?yàn)辇X輪材料用45號鋼，根據(jù)手冊查得：=330MPa，可以看出，合乎設(shè)計(jì)要求。 2.2.4 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 (2-15) 式中為區(qū)域系數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)取=2.6；為彈性影響系數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)取，=

42、188；為齒面接觸允許硬度，=650～700MPa。 第三章 轉(zhuǎn)向器三維模型的建立 此次設(shè)計(jì)使用三維設(shè)計(jì)軟件Pro/E,即Pro/ENGINEER（簡稱Pro/E）是美國PTC公司開發(fā)的參數(shù)化三維設(shè)計(jì)軟件，它是當(dāng)今主流的三維CAD/CAM軟件之一，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、模具、工業(yè)設(shè)計(jì)、汽車、航天、電子、通信、家電、玩具等各行各業(yè)。Pro/ENGINEER Wildfire5.0版，是PTC公司相對較新的版本，相對于老版，增添了不少的功能。 3.1 轉(zhuǎn)向器方向盤的建立過程 (1)單擊工具欄的文件按鈕新建文件，彈出【新建】對話框。選擇零件、實(shí)體，重新命名為fangxi

43、angpan，取消【使用缺省模板】，點(diǎn)擊確定。 (2)點(diǎn)擊【插入】，選擇下拉菜單中的【掃描】，進(jìn)入如下界面，如圖3-1。 接著定義對話框中的軌跡，軌跡為半徑為380mm的圓，如圖3-2，圖3-3；截面為35mm的圓，都完成之后，點(diǎn)擊確定。這就完成了第一步，方向盤圓環(huán)的建立，如圖3-4。 圖3-1掃描對話框 圖3-2 軌跡 圖3-3 截面 圖3-4 方向盤圓盤 (3)點(diǎn)擊【草繪】，在top面內(nèi)進(jìn)行草繪，完成這一步之后，進(jìn)行內(nèi)部造型規(guī)劃。再次單擊【草繪】，進(jìn)入草繪界面后，點(diǎn)擊菜單欄中的【草繪】，選擇下拉菜單中的【參照】再點(diǎn)擊過濾窗口，

44、選擇【邊】，然后在圖形中選擇方向盤圓盤的內(nèi)邊，點(diǎn)擊構(gòu)造線按鈕，繪制出圖1的形狀的三個(gè)圓，大小分別為80mm、193.57mm、255.72mm，完成這一步后，再點(diǎn)擊草繪，以Top面為草繪平面，繪制出如圖2的線條，先畫出，左邊的一半，然后，選擇左邊的這一半，然后點(diǎn)擊【鏡像】，選擇中間軸線，又半部分的線條就能完成。這樣，就完成了內(nèi)部線條的規(guī)劃，如圖3-5。 圖3-5 方向盤圓盤內(nèi)部線條規(guī)劃 圖3-6 內(nèi)部設(shè)計(jì)線條 (4)點(diǎn)擊【插入】，選擇下拉菜單中的【造型】，進(jìn)入【造型】界面之后，點(diǎn)擊【設(shè)置活動(dòng)平面】，將活動(dòng)平面設(shè)置為Front面，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇【活動(dòng)平面方向】，繪制線條，再選著

45、Right面，用同樣的方法繪制兩條線，繪制完成后，進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，最后點(diǎn)擊確定【確定】退出造型，如圖3-6。 (5)點(diǎn)擊【插入】，選擇下拉菜單中的【混合曲面掃面】，進(jìn)入界面后，按住ctrl鍵，選擇橫向的兩條線，右擊鼠標(biāo)，選擇【第二方向曲線】，再按住ctrl鍵，選擇縱向的兩條線，點(diǎn)擊【確定】。再以同樣的方法做出其它兩個(gè)面。 (6)選著兩個(gè)曲面，點(diǎn)擊合【合并】，并且可以修建掉多余的部分，無法用合并去掉的部分，就使用【修建】去除多余部分。合并完成后，點(diǎn)擊【編輯】，選擇下拉菜單中的【填充】，將整個(gè)曲面封閉，最后再將真?zhèn)€曲面合并為一個(gè)曲面。 (7)點(diǎn)擊編輯，選擇下拉菜單中的【實(shí)體化】，將整個(gè)曲面變成

46、一個(gè)實(shí)體。最后，對各個(gè)棱角倒圓角。并添加必要的軸，為裝配做準(zhǔn)備。效果如圖3-7。 圖3-7方向盤效果圖 3.2齒輪齒條模型建立的過程 3.2.1小齒輪的建立過程 1. 新建文件 (1)依次執(zhí)行【文件】|【新建】菜單命令，或者單擊【文件】工具欄上的【創(chuàng)建新對象】按鈕，打開【新建】對話框。 (2)在【名稱】文本框中輸入文件名“xiaochilun”，單擊取消【使用缺省模板】復(fù)選框的缺省選中狀態(tài)，保持該對話框中其它缺省設(shè)置不變，單擊【確定】按鈕。 (3)在打開的【新文件選項(xiàng)】對話框中單擊選取“mmns_part_solid”選項(xiàng)，單擊【確定】按鈕，進(jìn)入零件環(huán)境。 2

47、.創(chuàng)建參數(shù) (1)依次執(zhí)行【工具】|【參數(shù)】菜單命令，打開【參數(shù)】對話框。 (2)單擊【參數(shù)】對話框中的【添加新參數(shù)】按鈕，輸入?yún)?shù)名稱“z”，保持缺省的“實(shí)數(shù)”類型不變，將“值”設(shè)置為8，在“說明”列的文本框中輸入?yún)?shù)的注釋“齒數(shù)”。 (3)單擊【參數(shù)】對話框中的【添加新參數(shù)】按鈕，輸入?yún)?shù)名稱“m”， 保持缺省的“實(shí)數(shù)”類型不變，將“值”設(shè)置為2，在“說明”列的文本框中國輸入?yún)?shù)的注釋“模數(shù)”。 (4)單擊【參數(shù)】對話框中的【添加新參數(shù)】按鈕，輸入?yún)?shù)名稱“ha”， 保持缺省的“實(shí)數(shù)”類型不變，將“值”設(shè)置為1，在“說明”列的文本框中國輸入?yún)?shù)的注釋“齒頂高系數(shù)”。 (5)單擊【

48、參數(shù)】對話框中的【添加新參數(shù)】按鈕，輸入?yún)?shù)名稱“alpha”， 保持缺省的“實(shí)數(shù)”類型不變，將“值”設(shè)置為20，在“說明”列的文本框中國輸入?yún)?shù)的注釋“壓力角”。 (6)單擊【參數(shù)】對話框中的【確定】按鈕，關(guān)閉【參數(shù)】對話框。 3.創(chuàng)建關(guān)系式 (1)依次執(zhí)行【工具】|【關(guān)系】菜單命令，打開【關(guān)系】對話框，創(chuàng)建關(guān)系式，如圖3-8。 (2)單擊【查找范圍】選項(xiàng)組中左側(cè)的下拉列表框，單擊選取下拉列表中的【零件】選項(xiàng)。單擊右側(cè)的下拉列表框，在彈出的下拉列表中單擊選取【xiaochilun】文件。 (3)在【關(guān)系】文本框中輸入下面的關(guān)系式，按“Enter”鍵換行。 D=m*z da=(

49、z+2*ha)*m df=(z-2*ha-2*c)*m db=d*cos(alpha) 圖3-8 關(guān)系對話框 (4)輸入完成后，單擊【關(guān)系】對話框中的【確定】按鈕，完成關(guān)系式的創(chuàng)建。 4.創(chuàng)建基準(zhǔn)草繪 (1)依次執(zhí)行【插入】|【模型基準(zhǔn)】|【草繪】菜單命令，或者單擊【基準(zhǔn)】工具欄上的【草繪工具】按鈕，打開【草繪】對話框。 (2)單擊選取“Front”面作為草繪平面。保持對話框匯總的其它缺省設(shè)置不變，單擊【草繪】按鈕，進(jìn)入草繪環(huán)境。 (3)繪制4個(gè)任意直徑的圓。 (4)依次執(zhí)行【工具】|【關(guān)系】菜單命令，打開【關(guān)系】對話框。在【關(guān)系】對話框中輸入（sd0=df sd1=db

50、 sd2=d sd3=da）關(guān)系式，按“Enter”鍵換行。 (5)單擊【確定】按鈕，結(jié)束基準(zhǔn)草繪圖元的繪制。 5.創(chuàng)建漸開線 (1)依次執(zhí)行【插入】|【模型基準(zhǔn)】|【曲線】菜單命令，或者單擊【基準(zhǔn)】工具欄上的【插入基準(zhǔn)曲線】按鈕，打開菜單管理器。 (2)在菜單管理器中依次執(zhí)行【從方程】、【完成】菜單命令，打開【選取】對話框和【曲線：從方程】對話框。 (3)在工作窗口或者模型樹種單擊選取系統(tǒng)坐標(biāo)系，在菜單管理器中執(zhí)行【笛卡爾】菜單命令，打開一個(gè)記事本文檔，在記事本文檔輸入漸開線方程。 r=db/2 theta=t*55 x=r*cos(theta)+sin(theta)*t

51、heta*pi/180 y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180 z=0 (4)在記事本中依次執(zhí)行【文件】|【保存】菜單命令，保存輸入的漸開線方程。接著在記事本中依次執(zhí)行【文件】|【退出】菜單命令，關(guān)閉記事本。 (5)單擊【曲線：從方程】對話框中的【預(yù)覽】按鈕，預(yù)覽創(chuàng)建的基準(zhǔn)曲線特征。預(yù)覽無誤后，單擊【曲線：從方程】對話框中的【確定】按鈕，完成基準(zhǔn)曲線的創(chuàng)建。 6.創(chuàng)建齒輪輪胚 (1)依次執(zhí)行【插入】|【拉伸】菜單命，激活拉伸操控板。 (2)單擊拉伸控制板中的【拉伸為實(shí)體】按鈕，將拉伸操作作為設(shè)置為實(shí)體模型。 (3)以齒頂圓為輪廓，拉伸一

52、個(gè)圓柱，圓柱的度為齒輪的齒寬b。 (4)創(chuàng)建基準(zhǔn)點(diǎn)PNT0。以創(chuàng)建的漸開線和分度圓為基準(zhǔn)。再以Top面和Right面為基準(zhǔn)創(chuàng)建軸A_1。接著以點(diǎn)PNT0和軸A_1創(chuàng)建面DTM1。再將DTM1偏轉(zhuǎn)90/Z得到DTM2。 (5)將漸開線以DTM2為鏡面，鏡像。這樣，得到兩個(gè)對稱的漸開線。以齒根圓和和兩條對稱的漸開線以及齒頂圓組成的封閉圖形。拉伸，去除材料。 7.陣列齒槽 (1)在工作窗口或者模型樹種單擊選中創(chuàng)建的齒槽特征，依次執(zhí)行【編輯】|【陣列】菜單命令，激活陣列控制面板。 (2)單擊操控板中的陣列參照類型下拉列表框，單擊選取下拉列表中的【軸】選項(xiàng)。 (3)單擊控制板中的【選取項(xiàng)目】

53、列表框，在工作哦窗口中單擊選取旋轉(zhuǎn)特征的中心軸線A_1軸。將陣列數(shù)目和陣列角度分別設(shè)置為“8”和“360/Z”。單擊完成。 8.創(chuàng)建其它特征 (1)點(diǎn)擊【插入】|【拉伸】，創(chuàng)建軸承端。 (2)創(chuàng)建油槽。整體效果如圖3-9。 圖3-9 小齒輪效果圖 3.2.2齒條的創(chuàng)建 1. 新建文件，進(jìn)入編輯界面。 2. 依次執(zhí)行【插入】|【拉伸】菜單命，激活拉伸操控板。選擇Top面，創(chuàng)建一個(gè)直徑38mm的圓，點(diǎn)擊。長度設(shè)置為650mm，點(diǎn)擊確定。 3. 依次執(zhí)行【插入】|【拉伸】菜單命，激活拉伸操控板。選擇Front面，進(jìn)入草繪后，創(chuàng)建一個(gè)長方形，長度為110mm。點(diǎn)擊確定后，選

54、擇去除材料。點(diǎn)擊確定。 4. 依次執(zhí)行【插入】|【拉伸】菜單命，激活拉伸操控板。選擇Front面，進(jìn)入草繪后，創(chuàng)建一個(gè)梯形齒槽。點(diǎn)擊確定后，選擇去除材料。點(diǎn)擊確定。 5. 單擊基準(zhǔn)欄中的,激活陣列控制板。在第一個(gè)選擇欄中選擇【方向】，將陣列數(shù)目設(shè)置為21，將陣列距離設(shè)置為5mm。點(diǎn)擊，即完成了齒條的創(chuàng)建。整體效果如圖3-10。 圖3-10 齒條效果圖 3.2.3動(dòng)力缸的建立 1.新建文件。 2.依次執(zhí)行【插入】|【拉伸】菜單命令，激活拉伸控制面板。 3.創(chuàng)建底板。厚度為12mm。 4.創(chuàng)建缸體主體。以地板的一面為基面，拉伸長度為250mm的圓柱，截面為56mm。創(chuàng)建

55、拉伸，以Top面為基面，拉伸一個(gè)截面為35mm圓，長250mm，選擇去除材料。 5.創(chuàng)建加強(qiáng)筋。在缸體表面創(chuàng)建一個(gè)邊長為1mm的正方形，長為250mm，選擇實(shí)體。點(diǎn)擊確定。單擊基準(zhǔn)欄中的，激活陣列控制板選擇“軸”，將陣列數(shù)目設(shè)置為6，陣列角度設(shè)置為60，點(diǎn)擊確定。 6.進(jìn)行它部分的創(chuàng)建。最后進(jìn)行倒圓角，進(jìn)行工藝修繕。整體效果如圖3-11。 圖3-11動(dòng)力缸效果圖 3-12 部分零件圖 3.3 轉(zhuǎn)向器的裝配過程 1.新建文件 （1）依次執(zhí)行【文件】|【新建】菜單命令，或者單擊【文件】工具欄上的【創(chuàng)建新對象】按鈕，打開【新建】對話框。 （2）選擇【組件】，在【

56、名稱】文本框中輸入文件名“zhuanxiangqi”，單擊取消【使用缺省模板】復(fù)選框的缺省選中狀態(tài)，保持該對話框中其它缺省設(shè)置不變，單擊【確定】按鈕。 （3）在打開的【新文件選項(xiàng)】對話框中單擊選取“mmns_asm_design”選項(xiàng)，單擊【確定】按鈕，進(jìn)入組件環(huán)境。 2.添加零件 (1)依次執(zhí)行【插入】|【原件】|【裝配】，或者點(diǎn)擊基準(zhǔn)欄中的，選擇第一個(gè)要添加的零件缸體。缸體作為其它零件的基準(zhǔn)，其它零件添加時(shí)，都以缸體作為基準(zhǔn)來設(shè)定各自的位置。因此缸體是固定不動(dòng)的，故在第二欄里選擇，點(diǎn)擊。(2)依次執(zhí)行【插入】|【原件】|【裝配】，選擇缸套，打開控制板，因?yàn)楦滋紫鄬τ诟左w是不動(dòng)的，所以

57、選擇【剛性】、【配對】、【重合】，點(diǎn)擊【放置】，選擇，選擇缸體的端面F5和套筒的端面F5；再點(diǎn)擊【新建集】，選擇缸體曲面F6和套筒曲面F6，選擇，點(diǎn)擊確定。 (3)同樣的方法，添加閥殼。 (4)依次執(zhí)行【插入】|【原件】|【裝配】,選擇閥芯，閥芯相對于小齒輪是靜止的，故以剛性與小齒輪相配合。 (5)依次執(zhí)行【插入】|【原件】|【裝配】,選擇轉(zhuǎn)向下軸，轉(zhuǎn)向下軸與閥芯相對靜止，故也選擇剛性與閥芯相配合。 (6)依次執(zhí)行【插入】|【原件】|【裝配】,選擇齒條，打開控制板，齒條與閥體是滑動(dòng)配對，故選擇滑動(dòng)桿，點(diǎn)擊【放置】，點(diǎn)擊【軸對齊】，選擇齒條的中心軸A_1、閥體A_1；點(diǎn)擊【旋轉(zhuǎn)】，選擇齒

58、條的齒端面F7、閥體底座側(cè)面F5。的中心軸A_齒條端面與閥體端面的距離設(shè)定為70mm。這一步，特別要注意需要將齒輪的分度圓與齒條的分度線進(jìn)行相切，這一步關(guān)于裝配體導(dǎo)入ADMAS軟件建立齒輪副，所以顯得尤其重要。[5] (7)其它零件以同樣的方法裝配到已經(jīng)完成的主體上。整體效果如圖3-13。 圖3-13 整體效果圖 第四章 轉(zhuǎn)向器的運(yùn)動(dòng)仿真分析 4.1 MSC.ADAMS軟件介紹 ADAMS，即機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，該軟

59、件是美國MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)開發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件。ADAMS已經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用。根據(jù)1999年機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析軟件國際市場份額的統(tǒng)計(jì)資料，ADAMS軟件銷售總額近八千萬美元、占據(jù)了51%的份額,現(xiàn)已經(jīng)并入美國MSC公司。 ADAMS軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論中的拉格朗日方程方法，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，對虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。ADAMS軟件的仿真可用于預(yù)測機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動(dòng)范圍、

60、碰撞檢測、峰值載荷以及計(jì)算有限元的輸入載荷等。 ADAMS一方面是虛擬樣機(jī)分析的應(yīng)用軟件，用戶可以運(yùn)用該軟件非常方便地對虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。另一方面，又是虛擬樣機(jī)分析開發(fā)工具，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特殊類型虛擬樣機(jī)分析的二次開發(fā)工具平臺。 ADAMS軟件由基本模塊、擴(kuò)展模塊、接口模塊、專業(yè)領(lǐng)域模塊及工具箱5類模塊組成。用戶不僅可以采用通用模塊對一般的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行仿真，而且可以采用專用模塊針對特定工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的問題進(jìn)行快速有效的建模與仿真分析。 Adams是全球運(yùn)用最為廣泛的機(jī)械系統(tǒng)仿真軟件，用戶可以利用Adams在計(jì)算機(jī)上建立和測試

61、虛擬樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)事實(shí)再現(xiàn)仿真，了解復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)性能。 MD Adams/Car 應(yīng)用MD Adams/Car，技術(shù)團(tuán)隊(duì)可以快速建立和測試整車和子系統(tǒng)的功能化虛擬樣車。 這可以幫助在車輛研發(fā)過程中節(jié)省時(shí)間、降低費(fèi)用和風(fēng)險(xiǎn)，提升新車設(shè)計(jì)的品質(zhì)。通過。 多學(xué)科的價(jià)值在于大大地拓廣了數(shù)字分析的能力，MSC的MD技術(shù)是優(yōu)化的涵蓋跨學(xué)科/多學(xué)科的集成，可以充分利用現(xiàn)有的高性能計(jì)算技術(shù)解決大量大規(guī)模的問題。多學(xué)科技術(shù)聚焦于提升仿真效率、保證設(shè)計(jì)初期設(shè)計(jì)的有效性、提升品質(zhì)、加速產(chǎn)品投放市場。 4.2 三維模型的導(dǎo)入過程和定義約束 4.2.1模型的導(dǎo)入 由于版本的限制，Pro/

62、E建立的模型不能直接導(dǎo)入ADAMS,因此需要一步中間操作，進(jìn)行格式的轉(zhuǎn)換。導(dǎo)入的過程如下： （1） 找到轉(zhuǎn)向器的Pro/E裝配文件asm_25,點(diǎn)擊文件，由Pro/E打開后，依次執(zhí)行【文件】|【保存副本（A）】，打開對話框后，填寫新名稱為zhuangxiangqi_25，類型選擇為Prasolid（*.x_t），單擊OK按鈕。 （2） 打開ADAMS軟件的View模塊，進(jìn)入此模塊頁面。點(diǎn)擊新建model按鈕，進(jìn)入新建模型對話框，修改工作目錄，點(diǎn)擊OK，進(jìn)入工作頁面。 （3） 點(diǎn)擊【File】，選擇【import】。進(jìn)入對話框后，文件類型選擇為parasolid，第二項(xiàng)選擇文件位置。命名

63、模型名稱為yu，再點(diǎn)擊OK，轉(zhuǎn)向器的裝配圖即導(dǎo)入了ADAMS，進(jìn)入后，點(diǎn)擊【View】下的【Refresh】，轉(zhuǎn)向器的模型即可顯現(xiàn)，見下圖： 圖4-1 文件導(dǎo)入對話框 圖4-2 整體效果圖 （4）通過點(diǎn)擊工具箱中按鈕，將其變?yōu)閷?shí)體輪廓，然后通過按鈕（或左鍵+R）旋轉(zhuǎn)，右擊整體圖中不同的Part分別進(jìn)行拼音重命名，這樣便于約束定義。 4.2.2定義約束 運(yùn)用ADAMS對虛擬樣機(jī)進(jìn)行仿真和一般的三維設(shè)計(jì)軟件一樣，需要在仿真前，對零部件進(jìn)行約束定義，確定零部件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系以及誰相對于誰運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。在零部件之間添加運(yùn)動(dòng)副，沒有相對運(yùn)動(dòng)的零件之間運(yùn)用布爾運(yùn)算鏈接在一起。 （

64、1）方向盤相對于轉(zhuǎn)向器上軸是相對靜止的，因此，對方向盤和轉(zhuǎn)向器上軸添加布爾求和，將方向盤和轉(zhuǎn)向器上軸鏈接起來，成為一個(gè)整體。 （2）對轉(zhuǎn)向上軸和轉(zhuǎn)向柱管添加旋轉(zhuǎn)副，點(diǎn)擊，選擇2 Bod-1 Loc及Pick Feature，選擇實(shí)體，先點(diǎn)擊方向盤，再點(diǎn)擊轉(zhuǎn)向柱管，中心選擇方向盤的旋轉(zhuǎn)中心，方向沿轉(zhuǎn)向柱外殼軸線方向。則旋轉(zhuǎn)副1建立完成。 （3）將轉(zhuǎn)向器的液壓缸的三個(gè)部分，PART2、PART3、PART4 運(yùn)用布爾求和，使上訴三個(gè)部分連接成為一個(gè)整體。點(diǎn)擊，然后選擇PART2、PART3，完成后，得到PART3，這樣，PART2、PART3即成為了一個(gè)整體PART3。同樣的方法，完成后，得到

65、PART4。 （4）在上軸U型節(jié)及下軸的U型節(jié)施加萬向副。雙擊按鈕（單擊為胡克副），選擇2 Bod-1 Loc及Pick Feature，選擇實(shí)體，單擊上軸U型節(jié)，再單擊下軸的U型節(jié)，方向分別正確選取沿十字軸的軸線方向。則萬向副2被建立。 （5）在下臂和齒輪間施加圓柱副。點(diǎn)擊按鈕，選擇2 Bod-1 Loc及Pick Feature，選擇實(shí)體，先選擇下臂，在選擇齒輪，中心選擇下臂中心，方形沿軸線方向。則圓柱副3被建立。 （6）在齒輪和轉(zhuǎn)向器缸體之間建立旋轉(zhuǎn)副。選擇2 Bod-1 Loc及Pick Featur，然后選擇小齒輪和轉(zhuǎn)向器缸體。中心選擇齒輪中心，方向沿軸線方向，則螺旋副4建立。

66、 （7）在齒條和轉(zhuǎn)向器缸體之間建立移動(dòng)副。點(diǎn)擊按鈕，選擇2 Bod-1 Loc及Pick Feature，先選擇齒條，再選擇缸體PART4，中心選擇齒條中心，方向沿齒條軸線，移動(dòng)副5建立。 （8）在小齒輪和齒條之間建立齒輪副。第一步要找到共速M(fèi)ARKER點(diǎn)，點(diǎn)擊按鈕，選擇Add to Ground，Orientation選擇Global XY，再點(diǎn)擊按鈕，在位移中填寫5.25mm（即齒輪分度圓與齒條分度線切點(diǎn)）。共速點(diǎn)重命名為Marker_CV。再點(diǎn)擊按鈕，系統(tǒng)彈出一對話框，在Joint Name中填寫旋轉(zhuǎn)副4和移動(dòng)副5，共速點(diǎn)選擇剛剛建立的點(diǎn)Marker_CV。單擊OK，則齒輪副6建立。 （9）有時(shí)，固定副由于連接點(diǎn)的數(shù)量較多，或者是連接點(diǎn)選擇的不標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致固定副的難以添加。這時(shí)候，可以選擇使用布爾運(yùn)算。對齒條和齒條球頭副副套使用布爾求和，使這兩個(gè)零件連接成為一個(gè)整體，再點(diǎn)擊按鈕，選擇2 Bod-1 Loc及Pick Feature，選擇實(shí)體，先選擇球頭副套，在選擇橫拉桿，中心選擇球頭副套中心，方向選擇軸方向，則球副7完成。若方向不對，可以通過右擊該副選擇Modify，在彈出的對