汽车转向系的三维设计及仿真分析

1、编号潍 坊 学 院毕 业 设 计 技 术 报 告 课题名称：汽车转向系统的三维设计 及仿真分析学生姓名： 刘鹏 学 号： 11011240119 专 业： 车辆工程 班 级： 一班 指导教师： 郭姗姗 2015年 5 月潍坊学院本科毕业设计摘要 本课题的题目是转向系的设计。以机械式转向器的设计为中心，一是汽车转向系统总述；二转向系统的介绍；三是转向系参数的计算，以满足转向器的正确传动比和强度要求；四是校核确定参数计算是否正确；第五部分主要进行了建模和仿真分析。因此本课题在考虑上述要求和因素的基础上研究利用转向盘的旋转带动传动机构的齿轮齿条转向轴转向，通过万向节带动转向齿轮轴旋转，转向齿轮轴与转

2、向齿条啮合，从而促使转向齿条直线运动，实现转向。实现了转向器结构简单紧凑，轴向尺寸短，且零件数目少的优点又能增加助力，从而实现了汽车转向的稳定性和灵敏性。在本文中主要进行了转向器齿轮齿条的设计和对转向齿轮轴的校核，主要方法和理论采用汽车设计的经验参数和大学所学机械设计的课程内容进行设计，其结果满足强度要求，安全可靠。关键词: 电动助力转向 助力特性 控制策略ABSTRACTThe car in the process often requires a change of the direction and called to the car through. Wheel type turns

3、to wheel (is generally front wheel) vertical axis of the car sheered to be implemented. A control is used to change or return the car in the private sector is called the car turned the system. Commonly used system for the car turned into a power steering system and power steering system two categori

4、es. Have power steering system also referred to the system is based on mechanical man's strength is, of all of force is a mechanical device, is to control and turned to the organization of three parts of the car turned is an important component system, the performance of the direct impact on the

5、 road safety and reliability. The system power steering power steering (Power Steering System) the system also called to boost, in turn to the department of machinery on the basis of an auxiliary steering apparatus is boost of the system. The car to the electric power steering systems of traditional

6、 hydraulic power to the system cannot compare with is the power to the inevitable trend of development. Electric power steering adopts a direct offer help, help the size of the unit (electronic control unit) control. It can save energy and enhanced security, and the environmental protection, is a st

7、ick to the development of modern technology.Key words: Electric power steering help feature control strategy 目录摘要IABSTRACTII第1章 汽车转向系统总述11.1 转向系统的发展历史11.2 转向系统的分类及组成31.3转向系统的发展趋势61.4 转向系统的设计要求6第2章转向系统介绍82.1 概述82.2液压助力转向系统的使用与维护92.3 机械循环球式转向器的检修10第3章 转向系参数设计123.1概述123.2参数的计算133.3转向梯形设计143.4齿轮齿条转向器参数设

8、计17第4章 校核214.1材料的选择214.2齿面接触疲劳强度的计算21第5章 转向系统的三维建模255.1. 应用软件的介绍（pro.e）255.2 转向系的三维建模255.3仿真分析34结束语37参考文献38致谢39I第1章 汽车转向系统总述1.1 转向系统的发展历史 转向系统的发展：转向系统的发展过程是从纯机械式转向系统再发展到动力转向系统，再到液压助力转向系统。在电子控制系统发展之后有了电控液压助力转向系统、电动液压助力转向系统、电动助力转向系统、四轮转向系统、主动前轮转向系统以及线控转向系统。（1）传统转向系统为减轻驾驶员体力负担，在1940年前后，汽车的装置上特别添加了液压助力系

9、统HPS，也就是增加了由油泵、V形带轮、油管、供油装置、助力装置和控制阀组成的一个液压系统。因为他的工作相对可靠、技术较为成熟而被广泛应用。液压助力转向系统应用的更多，有转阀式和滑阀式之分在控阀形式上。他的功能最重要的是液力支持转向的运动，可以更方便的进行驾驶。 （2）电液动力转向系统 最近几年出现了电液助力转向系统。电动液压助力系统可以分为：电动液压助力转向系统EHPS)、电控液压助力转向ECHPS。在液压助力系统基础上研究出来了电动液压助力转向系统，是把原有的液压助力改为电力驱动，通过电力驱动节省了耗油量。电液动力转向系统是经由车速传感器把汽车速度传递给电力元件，驾驶员操作的力气随着汽车的

10、速度加速度变化而变换，也就是说在汽车速度低或者弯度很小时可以用较小的力气进行操作，而在汽车速度比较高时要以比较重的力气转向，以此来稳定汽车，使得驾驶汽车更为安全。 通过增大转向器的传动比来保证转向方便。但是增大转向角度会使得汽车操作反应变慢，甚至有些驾驶员不能及时的躲过一些本可以躲过的障碍而发生事故。 而机械式转向器是在保证汽车在各种行驶状态下既可以方便驾驶员用力，同时保证相应的转向灵敏度。但是“轻便”与“灵活”的矛盾始终存在， 而电液助力转向系相比较之下更为合适。EHPS比传统HPS降低了能耗。但电液动力转向系统与传统的转向系统一样都存在着漏油问题。（3）电动助力转向系统 电动转向系统EPS

11、(Electric Power Steering)是把电控的电动马达和机械的系统放在一起形成的动力转向系统。助力系统的动力是由电机提供，因此，在方向盘上要有一个力矩传感器，计算所需要的力矩就要通过电控制单元。由其中一个电动马达来分配方向盘上的力矩曲线。根据助力位置不同一共有三种不同的形式：1.转向柱助力式.2.小齿轮助力式.3.齿条助力式. 电动转向系统是电机提供助力，助力大小的控制，可以调和好汽车驾驶速度与灵活的问题。微型汽车上应用了这种转向系统，上个世纪八十年代日本铃木公司首次在Carve车上装备这种系统正在从微型轿车往更大的方面发展。有很多的优点其中： 1）EPS可以提供最好的作用力；

12、2）能够减少燃料消耗； 3） 发动机直接提供助力可以在多种情况下使用； 4）由于各种方面的应用减小了噪声； 5） 容易调整和检测，缩短生产和开发周期； 6） EPS没有漏油的问题，也不会出现液压油泄漏问题，即保护了环境也利于持续性发展；7） EPS比HPS能在低温下更好的工作； （4）电子转向系统 他在方向盘与转向轮之间取消了机械连接，用方向盘、转向执行和ECU三个模块组成。SBW(Steer-By-Wire)是世界领先的技术，与其他系统相比有很多优点： 1. 能够自行运动，实现了传动比的任意设置，驾驶员可以从信号中找出汽车存在的问题以减少错误的判断，提高了“人-车闭环系统”对道路的跟踪特性。

13、还能让汽车的响应速度和响应的准确性得以提高； 2 通过导航设备、ABS控制器等实现了对汽车的整体控制，使得汽车行驶更为稳定，并且实现了ITS中汽车辅助转向的功能；3 电子转向系统除了在性能上有所突破之外也有良好的经济性，相对于其他转向系统较为便宜； 4 电子转向系统是用转角传感器来调整转向的。同时还能对汽车的转向的动力性进行调整，这种做法不会影响对车轮的控制。在另一个方面，力矩传感器也是必须应用的，他是为了解决汽车转向的调整和自动驾驶方面遇到的问题。因此，驾驶员通过对汽车性能的把控了解在汽车驾驶中出现的问题，以便于更好的解决问题； 5 把动力性和汽车控制结合在一起；6 对汽车生产商的好处，控制

14、室内的地方比较大，通过电子转向器控制着汽车转向的自由度，能够知道是否应用好了汽车控制室的空间； 7 提供了舒适性能等为后来汽车的研究做出了贡献方便于汽车研究人员进行对比和探究； SBW可以追溯到上个世界六十年代末，当时德国科学家想把转向盘与转向车轮通过导线连接到一起，但是在电子和控制技术方面难于实现，所以一直没有完成，到一九九零年左右，随着社会的发展现代技术的进步科学家以及汽车公司对SBW研究的深入，到了今天有些公司在一些概念车上安装了这个系统，SBW对未来汽车的发展有良好的前景。 在今天的社会中传统液压助力系统、电液助力系统和电动助力系统是最为常用的车载助力系统。数据表明，在全球范围内，电动

15、转向器和电液转向器的需求量会持续的增长，两千年有大约26.7%的转向器安装在新生产的车型中所用到的是这种节能型的转向器。根据初步的估算，到2006年欧洲市场中这种节能型转向器的应用份额大约会达到56%。1.2 转向系统的分类及组成 汽车转向系统通过动力提供的不一样，一般来说分成两部分有机械转向系统和动力转向系统。不同类型的转向系统,其结构和工作过程也不相同。（1）.机械转向系统(Mechanical steering system) 机械顾名思义是指不在外力的作用下操作的，汽车驾驶员操作汽车通过传感装置传递到车轮进行操控。下图为它的组成部分示意图。  图1.2机械转向系统结构图1-方

16、向盘 2-转向轴 3-转向万向节 4-转向传动轴 5-转向器 6-转向摇臂 7-转向直拉杆 8-转向节臂 9-左转向节 10-梯形臂 11-转向横拉杆 13-右转向节 （2）动力转向系统动力转向系统顾名思义是指在机械转向系统的基础上加上引擎产生的动力进行动力传输的系统。在一般情况下，汽车驾驶员所用的力只占了其中的一小部分主要还是需要通过引擎装置进行动力传输。当引擎对转向系统的力消失时他的主要动力提供就需要驾驶员这个时候也就变成了机械转向系统。如下图所示为一款车的系统图简介，该图中转向助力装置包括转向油罐 、转向液压泵 、转向控制阀、和转向动力缸。  图 1.3 动力转向系统示意图 （

17、3）.液压助力转向系统液压助力转向系统是通对液压油的压缩而产生动力，压力传输到液压泵产生动力来推动机械转向，完成工作。下图为液压助力系统的示意图。 图1.4 液压助力转向系统 （4）电动助力转向系统 随着当今社会的发展和可持续发展的需要，人们开始应用电动助力。电动助力转向系统（Electric Power Steering，缩写 EPS）是靠着电力提供能量来进行汽车转向驱动的一种系统。EPS 的组成图如下： 图1.5 电动助力转向系统示意图 1-转矩传感器 2-转向轴 3-减速机构 4-齿轮齿条式转向器 5-离合器 6-电动机 7-电子控制单元 （5）四轮转向系统 四轮转向系统是指汽车转向时,

18、 后轮直接参与对车辆质心侧偏角及侧向运动的控制, 这样不仅可以减少转向力产生的滞后, 而且还可以独立地控制车辆的运动轨迹与姿态, 使车辆的方向角与航向角重合, 所以能有效地提高车辆的侧向稳定性和操纵灵活性。低速时, 在后轮上附加一个与前轮转角相反的转角, 进行逆相位转向, 以减小车辆的转弯半径, 提高汽车的机动灵活性;高速时,前、后轮进行同相位转向, 可以极大地改善横摆角速度和侧向加速度的瞬态响应指标, 提高汽车的操纵稳定性。如图4所示, 1 、2 为前、后轮侧偏角。 图1.6汽车速度转向 （6）主动前轮转向系统 主动转向系统的控制组件用发动机ECU、动态稳定系统和偏航率传感器相通，每秒可运算

19、100次，提供最理想的转向角度，通过这写转向角度可掌握驾驶者的意图，从而主动改变转向角度。 主动转向系统能够在市区交通中确保最佳的驾乘舒适性，在车辆静止状态下打死方向，常规转向系统需要三圈多，主动转向系统不足两圈。在日常驾驶中几乎不再需要交叉双手转动方向盘，操作方向盘上的按钮会更加方便。 （7）线控动力转向系统 随着动力转向技术的发展，而出现了线控动力转向系统他是一种新的转向系统顾名思义用线控进行动力传输。所谓线控始终电线，通过电动控制来与最开始的机械转向系统有所区别，主线控制器在进行计算之后对发动机里面的动力装置进行控制，由转向助力电动机提供。SBW 与机械转向系统的区别是没有了之

20、前的装置而换用线控。 图1.7 线控转向系统1.3转向系统的发展趋势随时间的发展, 电动助力系统开始应用于各种轿车的领域，总体来说应用的技术有以下一些:(1) 传感器技术 传感器技术是未来发展的重点技术，近年来，传感器技术新原理、新材料和新技术的研究更加深入、广泛，新品种、新结构、新应用不断涌现。也使得传感器技术越加的成熟和先进。（2) 控制策略的研究控制是转向技术很重要的一点, 控制技术在转向系统的研究和研发中占很重要的一部分。在将来, 控制策略研究的战略要素是抑制电机的力矩波动、获得更好的路况感觉、降低汽车行驶重的噪声等方面, 从而更好地优化和改善助力转向系统的相关性能。（3) 助力电机的

21、研究助力电机是转向系统其中的执行元件,驾驶员在操控过程中费力与否都与它有很重要的关系。但是助力电机的开发需要比较昂贵的成本，在今后的发展中如何节约成本已经成为很重要的一项因素。1.4 转向系统的设计要求1车辆转弯时，车轮要绕瞬时转向中心旋转。2转向轮具有自动回正能力。3汽车行进过程中，转向轮不得产生自振。4转向传动机构和悬架导向装置产生的运动不协调，应使车轮产生的摆动最小。5转向灵敏，最小转弯直径小。6操纵轻便。7反冲力要尽量小。8转向器和转向传动机构中应有间隙调整机构。9转向系应该有防伤装置保障驾驶员的安全。10转向盘转动方向与汽车行驶方向的改变相一致。对梯形结构的设置，能够让驾驶员驾驶汽车

22、进行转向时，更加的平稳，并且绕一个中心点进行弧线运动。汽车在进行转弯之后是否能够回正则是取决于转向轮的定位参数和转向器逆效率的大小。.要想使汽车在进行转向之后能够自动回正这两个参数的设计合理显得尤为重要。因为汽车进行转向时汽车的不平稳性就需要有防震装置，所以我们进行了减震器的安装，它能够稳定转向轮，也可以让驾驶员在转向过程中更加的省力和平稳提高了驾驶的安全性。为了让汽车更加灵活，汽车的转向角度尽可能的要选择的大，汽车最小转弯半径要是汽车横向距离的22.5倍。小型轿车转两圈方向盘就要从中间位置转到另外一端货车则要求不超过三圈。第2章 转向系统介绍2.1 概述机械转向系统的动力来自于驾驶员手动进行

23、控制，所进行的传输方式都是用的机械。他可以对汽车进行转弯时的方向进行相应的控制。从而使得汽车按照驾驶员所预想的方向进行转向，在道路不平坦或者不便于准确操控行驶方向的时候起到一定的作用，机械转向系统能与车载其他系统一起作用完成汽车的转向当然还是需要驾驶员有一定的操作技术。所以说在汽车系统中机械转向系统是很重要的一项系统维护者行驶安全确保汽车行驶性能。概述机械转向系以驾驶员的体力作为转向能 图2.1机械转向系1 .什么是汽车转向系统汽车转向系统是指在汽车运行过程中能够对汽车运动的方向进行调控的几个装置共同组成的系统。他能按照驾驶员所预想的方向通过驾驶员的驾驶进行汽车在路面上的转向。他在汽车行驶安全

24、过程中起到了重要的作用，所以在汽车进行长途运输时一定要检查好汽车的转向系统，包括转向系统的性能以及内部零部件的检修，以防止不必要的安全事故。2.汽车转向系统概述驾驶汽车的人员需要进行汽车转弯时所用到的车载系统就是汽车的转向系统。对于大部分汽车来说要进行转弯, 除了汽车驾驶员需要有一定的驾驶技术，转向系统的辅助作用也很重要。转向系统的主要用处是改变汽车的行驶方向以及车的制动人机共同组成了汽车转向系统，主要分为机械转向和动力转向。 转向机的机构特点是完成转向后能近似笔直的，它也可以对汽车的运动记性加速作用。 就现阶段发展来说机械转向系统主要用到机构有蜗杆滚轮式、循环球曲柄指销式、齿轮齿条式、蜗杆曲

25、柄指销式、循环球-齿条齿扇式等机构。汽车转弯的时候，汽车的车轮只进行转动而不进行滑动，这时候就需哟有一个中心点设置为O，车轮到中心线的延长线要在一个交点上而且这个汽车的所有轮胎无论前后轮都要绕着这个原点O转动。由此我们可以列出左右轮围绕原点O转动时的偏度角公式： 式（2-1）从最外侧的汽车轮胎到原点O的距离L叫做汽车转弯的半径，。这段距离越短数值越小，那么汽车就可以在更小的地方转弯也就是说汽车转弯所需要的路况选择更大。当汽车最外侧的轮胎与内侧轮胎所成角度最大时也就是当角度处于时，汽车进行转向的角度R最小也就是说汽车更方便进行转弯。当汽车速度一定且不发生转向便宜或者汽车在原地不动的时候，方向盘比

26、较难于进行转向两个方向的变动角度太大。也就是说汽车的方向盘过于松动比较容易发生自转，或者汽车转弯时需要打方向盘的角度太大，才能够驾驶汽车正常行驶；或者说汽车不能再无人控制的时候进行直线行驶。2.2液压助力转向系统的使用与维护随着社会的进步和发展在转向系统中出现了多种形式的转向系统，液压转向系统就是其中的一种，由于液压助力转向系统本身的特点多用在车载量大以及汽车自身质量较大的车上，液压助力转向系统优点被社会上很多人看重。但是因为这个系统的稳定性差有时候可能出现故障，并且修理不是很方便，所以只有在需要进行长途运输和载重量大的汽车上应用。它的构成是液压和机械2个系统，以液体（水和液压油）作为中间物，

27、通过进行压缩传递力量来产生助力，助力车传递到转向系来驱使汽车转向。对于这种以液体作为中间物进行动力传输的装置，密封性显得尤为重要一定要对液压缸进行密封防止液压油的泄露而导致动力的缺失。除此之外液压泵是否完好以及液压油的质量都会对汽液压助力的传输质量产生影响，他的使用和维护都要注意这些问题。除了上面的一些问题之外在汽车驾驶的过程中也可能会遇到汽车转向沉重、转向不准确、在转向时汽车发出声音等问题。转向沉重一般情况下是因为液压助力出现了问题，跟机械和人为的操作基本没有关系。产生转向沉重一般情况下是因为液压油快用完了或者封闭系统有漏气或者漏油现象发生而引起的。对于汽车转向不准确容易发生偏移的现象一般来

28、说是因为在汽车出厂时转向器未能按照理想状态机型安装而造成的，有的情况是因为汽车的前轮制动不协调也会引起汽车在行驶过程中不能够正常的进行行驶，发生汽车转向不准确的问题。汽车在进行转向时发出声音大多数情况下是因为控制汽车转向的皮带轮松动、转向器内的螺栓未能打紧或者液压油的油量过低而不能更好的工作而导致出现噪声。通过上面几种情况的描述，我们在平常对液压式助力转向系统的维护也有了一定的方向：1每隔一段时间就要对液压油进行检查，确定不会是因为液压油量过低或者质量问题而引起问题，一般来说汽车每行驶三千公里就需要进行液压油的更换；2在保养时，应检查转向泵皮带的松紧度，看是否有断口，如有应及时更换，松紧度应以

29、手指按下1cm左右为宜;3规定在多长时间以内检查的次数，检查是否有液压油漏油现象。传输液压油的系统应该与其他系统分别开来避免在一起而引起磨损，及时的进行管道疏通防止堵塞现象的发生；4在对它进行修理时，要把转向器放置好，进行分别放置，以防止拆卸下来的器件丢失和受损包括里面的钢球数量不能减少，确定好使用的种类选择比较好的油封来确保不会有液漏现象；2.3 机械循环球式转向器的检修 它是由壳体及盖、摇臂轴、转向螺杆螺母总成转向螺杆轴承等组成的转向器，检查和修理如下： 1 外表没有明显的刮损和擦伤痕迹，转向器的表面上的设计要求要符合国家设计的标准。蜗杆轴承和壳体之间装备之后所空出的距离不能比之

30、前设计的0.01mm大。经过一系列的验证，不满足上述条件的都不符合设计的要求。 2 摇臂轴需要用磁铁进行吸附，可以查出表面是否有破损，如果出现破损的情况则证明这台转向器废了；如果只是它的扇形齿面出现了很小的瑕疵有轻度的腐尸和掉漆在进行处理之后可以继续的工作，如果表面上出现了断裂和严重的破损则证明这台转向器已经失去了效应；摇臂轴的尾部出现了问题由检测人员判断是否能够修正能修正就可以接着用不能修正了的就要淘汰，以免因为这些问题在驾驶员驾驶过程中因为机器失灵而出现事故。再有就是所有的设计都要符合国家设置的标准，保证衬套和周度符合标准和要求。 3 螺母上的干球轨道要求不能有杂物不能

31、有破损确保钢球的运行流畅，要是出现了表面坑洼、轨道不正则要进行修补或者更换，他对于中心的跳动量不能在0. 08 mm之上，小钢珠的大小和质量都有一定的要求不能随意变动。如果小钢珠出现问题，也就是说小钢珠和运行轨道之间的空隙变大也应该更换小钢球或者更换外圈具体情况是小钢珠磨损程度和轨道问题来决定。如果是转向总成出现了问题就一定要进行检查，在必要的情况下要换一个新的不能继续使用以防止出现事故。 4 转向螺杆轴承滚道表面有裂痕、压坑、剥落、碎裂或保持架扭曲变形，有其中情况之一者均应更换轴承总成。第3章 转向系参数设计3.1概述参考车型: 奇瑞QQ汽车参数配置： 表3-1 参考参数轴距234

32、0前轮距（mm）后轮距满载质量2340前后轮胎165/60/R14轮胎气压最小转弯半径5000方向盘大小（mm）转向圈数最小离地间隙130主销中心距（mm）齿条长度624 采用上述参数设计的汽车转向系为齿轮齿条转向器，因此转向系的平面投影如下图所示： 1.转向齿轮 2.转向齿条 3.转向横拉杆 4.转向节 5.车轮图3.1 齿轮齿条式传动机构的平面投影为了方面建立数学模型,将上图进行简化后如下图所示。从一开始,图的左右两部分是一样的,L拉杆,转向梯形臂长,转向梯形初始底角,为两个主销的间距,通过转向节,齿条运动带动转向梯形臂的转动,其中梯形底角的角度增量即为转向节的转角,也为轮胎的转角8。 图

33、3.2齿轮齿条转向器数学模型3.2参数的计算3.2.1原地阻力计算 式（3-1）转向阻力矩（Nm） 轮胎与地面滑动摩擦系数，一般令 前轴负荷，满载质量的 ，其中 轮胎气压，本题为代入得:3.2.2转向盘的角传动比计算汽车转弯时,车轮转过的角度不一样。在转向机构设计时,要求保证在转向时所有的车轮绕一个瞬时转向中心行驶,使各个车轮在转向过程中为纯滚动,而不出现滑动的现象,从而减少转向过程中轮胎的磨损,增强车辆行驶的稳定性。如下图所示。对应的公式为: 9 式（3-2）式中:为左车轮的转角,为右车轮的转角,为两个主销的间距,为轴距。图3.3 阿克曼转向几何原理示意图其中主销间距K=1274mm，轴距L

34、=2340mm，最小转弯半径R=5000mm 式（3-3） 求解： 式（3-4）求解：角传动比： 式（3-5）由于轻型车传动比大小的范围为1523，因此取整选取为16。3.2.3作用在方向盘上的手力计算 式(3-6)转向摇臂长， ,原地转向阻力矩，, 转向节臂长，, 转向盘直径，,转向器角传动比，, 转向器正效率，将其代入得：3.2.4转向横拉杆直径d的计算： 式(3-7) 其中， 直径3.2.5转向盘扭力矩的计算： 式(3-8)3.2.6主动齿轮轴直径d的计算： 式(3-9) 选取直径 3.3转向梯形设计3.3.1转向梯形约束条件(1)要保证梯形臂不与车轮上零部件发生干涉10,即必须足:式中

35、 梯形臂球头销中心的y坐标 容许的值，选定的值为而,所以此约束条件可表述为： 式（3-10）(2)要保证式中转向器许用齿条有效行程，设计的有效行程，与最大车轮转角对应的齿条行程,可近似地由以下公式求得： 式（3-11）或 式（3-12） 此约束条件可表述为： 式(3-13)或 式(3-14)(3)要保证有足够大的传动角。（4）为了保证传动良好还希望横拉杆与齿条间夹角比较小,一般为 式(3-15) 式(3-16) 此约束条件可表述为以下联列不等式: 式(3-17)3.3.2设计变量的取值范围设计变量的取值范围由约束条件决定.其中可按经验公式先选一初值： 式（3-18）当选定后，梯形臂m的取值范围

36、为： 式(3-19)或 式（3-20） 而当选定后，的可取上限为： 式（3-21）安装距离e对动角的影响较大。e越小,可获得较大的角度。可是e过小会造成横拉杆与齿条间夹角过大.通过求解联立下列不等式可近似地确定e的可取值范围为： 式（3-22） 在设计中需确定的参数为梯形底角、梯形臂长以及齿条中心线到梯形底边的安装距离。而横拉杆长度n可由上述参数确定。其表达式为： 11 式（3-23）3.3.3实际的转向梯形设计计算（1）初选的值： 式（3-24） （2）转向臂长度m的计算：一般梯形臂m的范围如下： 式（3-25） 即 因此取整选取 (3)验算梯形臂是否符合约束条件： 式（3-26） 即 式（

37、3-27） 即 式（3-28） 即 式（3-29） 即 式（3-30） 即 梯形臂符合约束条件。（4）验算齿条的有效行程： 式（3-31） 式（3-32） 齿条有效行程符合约束条件。(5)选取的可取上限为： 式（3-33） 值的选取为 （6）安装距离e的选择： 式（3-34） 式（3-35） 由于奇瑞汽车的最小离地间隙为130mm。 安装距离e=130mm（7）转向横拉杆n的计算： 式（3-36）综上所述转向梯形的结构参数为：表3.2梯形结构参数主销中心距 啮合的有效行程 梯形臂的长度 梯形底角的度数 安装距离的长度 转向横拉杆的长度 3.4齿轮齿条转向器参数设计齿轮的设计：（1）主要设计参数

38、的选择：一般来说他主要用到的是斜齿圆柱齿轮。齿轮模数的大小一般是。在个的大小取值内进行变化。压力角设置为20度，齿轮螺旋角设置在之间。模数 主动小齿轮齿数 压力角 齿轮螺旋角（左旋） 齿顶高系数 顶隙系数（2）齿轮计算过程： 分度圆直径： 式（3-37） 齿顶高： 式（3-38）齿根高： 式（3-39）齿全高： 式（3-40）齿顶圆直径： 式（3-41）齿根圆直径： 式（3-42）基圆直径： 式（3-43）齿距： 式（3-44）齿厚和齿槽宽： 式（3-45） 顶隙： 式（3-46）（3）齿条的计算过程：齿轮齿条的啮合条件： 式（3-47） 模数 压力角 螺旋角 （右旋）齿顶高： 式（3-48）

39、齿根高： 式（3-50）齿全高： 式（3-51） 齿距： 式（3-52） 齿厚和齿槽宽： 式（3-53） 齿轮的齿数计算： 齿条的有效行程： 齿数： 式（3-54） 齿条齿数齿宽的计算：齿轮直径：选取的齿宽系数：齿宽为： 式（3-55） 取的齿条宽为： 齿轮的齿条宽为： 即 综上所述齿轮齿条的参数如下表3.3表3.3 齿轮齿条参数表齿轮齿条模数齿数压力角螺旋角分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 齿顶高齿根高齿全高齿距齿厚齿槽宽齿宽第4章 校核4.1材料的选择材料的选择：齿轮转速为；精度等级为级；转向器工作小时，一年工作天，使用期限为年；作用在输出轴上的扭矩；小齿轮：，渗碳淬火，因此硬

40、度为；齿条：钢，表面淬火，因此硬度为。4.2齿面接触疲劳强度的计算4.2.1.许用接触应力的计算小齿轮采用的是，渗碳淬火，硬度为，齿条采用的是钢，表面淬火，硬度为12。接触疲劳强度： 接触强度的最小安全系数：查表得 接触疲劳强度的寿命系数： 工作应力循环次数： 式（4-1） 可知 小齿轮的许用接触应力为： 式（4-2）齿条的许用接触应力为： 式（4-3）2计算实际接触应力：使用系数： 动载系数： 圆周速度： 式（4-4） 精度等级为级 齿间分配系数： 式（4-5） 式（4-6） 齿向载荷分布系数： 式（4-7） 载荷系数： 式（4-8） 弹性系数: 节点区域系数: 重合度系数: 当量齿数: 式

41、（4-9） 式（4-10） 式（4-11） 式（4-12） 式（4-13） 螺旋角系数： 式（4-14）齿轮齿条传动比： 式（4-15）实际应力： 式（4-16） 齿轮齿条的设计符合齿面疲劳强度的计算。4.2.2.齿根弯曲疲劳强度计算 1.许用弯曲应力:（1）小齿轮采用的是，渗碳淬火，硬度为，齿条采用的是钢，表面淬火，硬度为。弯曲疲劳极限： 弯曲疲劳的最小安全系数： 弯曲疲劳强度的寿命系数： 工作应力循环次数： 式（4-17） （2）尺寸系数: 小齿轮的许用弯曲应力为： 13式（4-18） 齿条的许用弯曲应力为： 式（4-19） （3）实际弯曲应力的计算： 当量齿数: 应力修正系数： 重合度系

42、数: 式（4-20） 螺旋角系数: 式（4-21） 式（4-22） 齿间载荷分配系数： 齿向载荷分配系数: 式（4-23） 载荷系数： 式（4-24） 计算实际弯曲应力： 式（4-25） 式（4-26） 所以齿轮齿条的设计符合弯曲疲劳强度的计算。第5章 转向系统的三维建模5.1. 应用软件的介绍（pro.e） PTC 公司发布Pro/ENGINEER Wildfire 5.0,这是其集成3D CAD/CAM/CAE软件的一个重大更新版本及PTC?产品开发系统的关键组件。Pro/ENGINEER是全球首个参数化CAD解决方案，此次通过加入新功能，将不断增强其在市场上的领导地位，帮助用户克服传统的

43、设计障碍，提高产品开发速度、效率和创新性。5.2 转向系的三维建模5.2.1 转向器的建模 打开Pro/E，出现主界面如下图5.1 界面 在左上角找到这一选择项，点开之后会有很多选项，接着在里面找到新建，点击，就会有以下对话框：图5.2 文件对话框 选择好类型，点击确定。然后开始作图，我首先做的是转向器，转向器的类型是齿轮齿条式转向器，选择齿轮齿条转向器的理由是因为它的结构较为简单且紧凑，转向灵敏，质量较轻而且刚性比较大。因为它的传动方式是由齿轮齿条直接啮合，所以它滑动和转动时阻力很小，转向轻巧，转矩传递性能比比较高。正效率和逆效率都很高，自动回正力强。从经济性上来说，它制造容易，成本低。使用寿命也比较长。图5.3齿轮 用pro/E软件做这个转向齿轮时，用了曲面，曲面合并，变形曲面，阵列，等功能。之所以把齿轮设计成此形状是有它的功能所决定的，它两边的轮齿分别要承受两种不同的转矩，上端通过花键与转向轴上的柔性万向节连接，下端轮齿与转向齿条啮合，下端的轮齿要与转向齿条