畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-齒輪齒條式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真分析

摘要全套圖紙加V信153893706或扣3346389411汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與車輛和個(gè)人安全息息相關(guān)，是汽車行業(yè)要高度重視的系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車行業(yè)要求的關(guān)鍵技術(shù)也越來越高。也開始重視汽車的轉(zhuǎn)向的操縱性能，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也一直是人們最關(guān)心的課題之一，特別是車流密集的今天，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)顯得非常重要。由于機(jī)械式轉(zhuǎn)向器存在一定的局限性，不能同時(shí)滿足靈活性與輕便性的特點(diǎn)，所以采用電動(dòng)助力的方式來克服轉(zhuǎn)向時(shí)的阻力，這也是汽車發(fā)展的趨勢(shì)。本次設(shè)計(jì)圍繞中小型轎車，對(duì)其轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用電動(dòng)助力方式，對(duì)系統(tǒng)中關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，為了更直觀的查看設(shè)計(jì)成果，利用三維軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行建模，以及運(yùn)動(dòng)仿真，確保設(shè)計(jì)的合理性與安全性。關(guān)鍵詞:電動(dòng)助力；齒輪齒條轉(zhuǎn)向器；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)AbstractThesteeringsystemofthecaristocontrolthedirectionofthecaraccordingtothewillofthedriver.Thesteeringsystemiscloselyrelatedtothesafetyofvehiclesandindividuals.Itisasystemthattheautomotiveindustryshouldattachgreatimportanceto.Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,thekeytechnologyrequiredbytheautomotiveindustryisalsogettinghigherandhigher.Ithasalsobeguntopayattentiontothesteeringperformanceofthecar.Thesteeringsystemhasalwaysbeenoneofthemostconcernedtopics.Especiallytoday,thesteeringsystemisveryimportant.Becausethemechanicalsteeringdevicehascertainlimitationsandcannotsatisfythecharacteristicsofflexibilityandlightnessatthesametime,theuseofelectricpowertoovercometheresistancetosteeringisalsothetrendofautomotivedevelopment.Thisdesignrevolvesaroundsmallandmedium-sizedcars,designingtheirsteeringsystems,usingelectricpowertodesignandcalculatekeypartsofthesystem,andusing3Dsoftwaretomodelthedesignedpartsinordertomoreintuitivelyviewthedesignresults.Andmotionsimulation.Ensuretherationalityandsecurityofthedesign.Keywords:electricpower;Gearracksteering;SteeringsystemII目錄1緒論 11.1 本課題研究的意義和目的 11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3 本課題主要研究?jī)?nèi)容 22電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32.1電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(diǎn) 32.2電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體組成 32.3電動(dòng)助力的原理 42.4電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型選擇 42.5電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性 53齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)與計(jì)算 63.1齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì) 63.1.1齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)要求 63.1.2齒輪齒條轉(zhuǎn)向器關(guān)鍵部件 63.2計(jì)算汽車原地轉(zhuǎn)向的阻力矩 73.2.1作用在轉(zhuǎn)向盤手力計(jì)算 73.2.2梯形臂長(zhǎng)度計(jì)算 83.2.3輪胎直徑的計(jì)算 83.2.4轉(zhuǎn)向橫拉桿直徑的確定 83.2.5估算主動(dòng)齒輪軸直徑 83.3齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的計(jì)算 93.3.1確定齒輪傳動(dòng)主要參數(shù)和幾何尺寸93.3.2齒輪齒條轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向橫拉桿運(yùn)動(dòng)分析103.3.3齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的材料選擇及強(qiáng)度校核123.3.4齒輪軸校核144轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的三維實(shí)體建模174.1齒輪軸實(shí)體建模174.2齒條的建模184.3殼體建模194.4球頭銷、轉(zhuǎn)向橫拉桿建模214.5軸承、轉(zhuǎn)向梯形臂建模244.6轉(zhuǎn)向盤建模264.7轉(zhuǎn)向軸、輸入軸建模274.8萬向傳動(dòng)裝置建模305轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的裝配336轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真397有限元分析418經(jīng)濟(jì)技術(shù)性分析439結(jié)論44致謝45參考文獻(xiàn)461緒論1.1 本課題研究的意義和目的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是乘用車使用最廣泛的形式。因此,本文以電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的齒輪齒條電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為主要研究對(duì)象。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為新一代的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),將電子技術(shù)與車輛機(jī)械技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起。采用動(dòng)力代替液壓系統(tǒng)提供輔助,使系統(tǒng)更加簡(jiǎn)化,性能更好。具有控制簡(jiǎn)單、響應(yīng)快、零件少、工作可靠、維修調(diào)整方便、低溫環(huán)境性能好等優(yōu)點(diǎn)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一系列優(yōu)點(diǎn)表明其具有廣闊的發(fā)展前景。但也存在著一些不足,制約了其發(fā)展,如目前還沒有成熟的理論體系。一旦設(shè)計(jì)不合理,將嚴(yán)重威脅汽車的安全和生命財(cái)產(chǎn)安全。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為車輛的關(guān)鍵部位,發(fā)展迅速。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以其靈活的轉(zhuǎn)向控制、吸收路面減振等優(yōu)點(diǎn),在汽車工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。簡(jiǎn)單介紹幾種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：1.機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有許多機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，現(xiàn)在所有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都需要機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng),以確保轉(zhuǎn)向的安全性和可靠性。機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由人力驅(qū)動(dòng)的。傳遞力的所有部分都是機(jī)械的。轉(zhuǎn)向輕,但轉(zhuǎn)向靈敏度變差。當(dāng)角傳動(dòng)比大時(shí),轉(zhuǎn)向靈敏度好,但轉(zhuǎn)向需要很大的力,轉(zhuǎn)向不能達(dá)到要求。因此,機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)同時(shí)滿足轉(zhuǎn)向輕便性和轉(zhuǎn)向靈敏度的要求非常有限,這也制約了機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展。隨著轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展,研制了助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),解決了輕便性和靈敏度之間的矛盾。2.液壓助力阻力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓助力雖然可以解決轉(zhuǎn)向輕便性，但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,人們對(duì)速度的要求越來越高,汽車的速度也在不斷提高。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的不足已經(jīng)開始顯現(xiàn)出來。當(dāng)汽車在高速或低速行駛時(shí),很難保證駕駛員有適度的手感。3.電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,采用電機(jī)代替發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵。它是由電磁閥控制,以幫助液壓變化與車速的變化。當(dāng)汽車在低速或急轉(zhuǎn)彎時(shí),它會(huì)變1輕。在高速行駛時(shí)會(huì)感覺更好。4.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為新一代的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),將電子技術(shù)與車輛機(jī)械技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起。采用動(dòng)力代替液壓系統(tǒng)提供輔助,使系統(tǒng)更加簡(jiǎn)化,性能更好。電動(dòng)助力式轉(zhuǎn)向該系統(tǒng)具有控制簡(jiǎn)單、響應(yīng)快、助力尺寸和轉(zhuǎn)向感方便、零件少、等優(yōu)點(diǎn)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一系列優(yōu)點(diǎn)表明其具有廣闊的發(fā)展前景。但也存在著一些不足,制約了其發(fā)展,如目前還沒有成熟的理論體系。一旦設(shè)計(jì)不合理,將嚴(yán)重威脅汽車的安全和生命財(cái)產(chǎn)安全。5.線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)20世紀(jì)60年代末,德國(guó)卡塞爾曼公司還設(shè)計(jì)了類似于TWW的主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1900,德國(guó)奔馳公司采用線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的概念車F400雕刻。目前,線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上市,戴米爾克萊斯勒開發(fā)的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)被列為2000年度汽車十大創(chuàng)新技術(shù)之一。齒條式轉(zhuǎn)向器在西歐微型客車上得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。在日本和美國(guó),循環(huán)球型轉(zhuǎn)向器的比例正在增加。在日本,公共汽車用的球型轉(zhuǎn)向器已經(jīng)發(fā)展到現(xiàn)在的100%個(gè)。目前,不同類型的轉(zhuǎn)向器的使用情況如下:(1)在小型客車上,日本和美國(guó)主要開發(fā)圓形球型轉(zhuǎn)向器,其市場(chǎng)占有率超過90%,而在西歐,齒輪和齒條轉(zhuǎn)向器的發(fā)展,比例超過50%,法國(guó)則高達(dá)95%。(2)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在小型轎車上得到了迅速發(fā)展,而大型轉(zhuǎn)向器主要是圓形滾珠轉(zhuǎn)向器。1.3 本課題主要研究?jī)?nèi)容1.參考相關(guān)文獻(xiàn)，確定研究目標(biāo)與方向。2.分析電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)類型的選擇，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)組成及其工作原理。3.對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)和計(jì)算，完成重要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并校核主要零件強(qiáng)度。4.使用三維建模軟件對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行三維建模，并完成運(yùn)動(dòng)仿真與有限元分析。2電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(diǎn)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有突出的優(yōu)點(diǎn):1.改善了轉(zhuǎn)向特性。直到今天,動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到極限,EPS的返回特性已經(jīng)改變了這一切。當(dāng)轉(zhuǎn)向結(jié)束后,轉(zhuǎn)向盤會(huì)因回正力矩返回車輪中心，但有時(shí)回正力矩較小，使得方向盤回正很慢，對(duì)駕駛舒適感產(chǎn)生影響，電動(dòng)助力系統(tǒng)可以解決這一問題，可以通過設(shè)計(jì)參數(shù)與傳感器對(duì)方向盤作用一個(gè)轉(zhuǎn)向力矩。這個(gè)系統(tǒng)可以由工程師使用軟件來調(diào)整他的初始和設(shè)計(jì)參數(shù)使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)得到最佳的返回特性。2.提高了操縱穩(wěn)定性。當(dāng)車輛在高速行駛時(shí),通過過度轉(zhuǎn)向來測(cè)試車輛的穩(wěn)定性。通過使用這種方法,在高速行駛(100kM/h)的車輛過多的拐角被迫滾動(dòng)。在短時(shí)間自動(dòng)返回過程中,由于使用微機(jī)控制,汽車具有較高的穩(wěn)定性,駕駛員具有更舒適的感覺。4.采用“綠色能源”,滿足現(xiàn)代汽車的要求。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用“最清潔”的動(dòng)力作為能量,完全禁止液壓裝置,液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中沒有液體油泄漏。可以說,該制度符合時(shí)代的“綠色”趨勢(shì)。2.2電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體組成電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng))是利用電機(jī)提供輔助力矩的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。EPS主要由轉(zhuǎn)矩傳感器、速度傳感器、電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和電子控制單元(ECU)組成。2.3電動(dòng)助力的原理圖2-1電動(dòng)助力原理圖Fig2-1Electricpowerdiagram如圖2-1，給轉(zhuǎn)向盤施加轉(zhuǎn)向力矩，轉(zhuǎn)矩傳感器可測(cè)得，該信號(hào)會(huì)傳遞到ECU，當(dāng)汽車行駛時(shí)，汽車的實(shí)時(shí)車速也會(huì)被車速傳感器測(cè)得，同樣通過線束把電信號(hào)傳遞給ECU，此時(shí)ECU會(huì)對(duì)兩個(gè)信號(hào)做出判斷并給與解決方案，也就是按著預(yù)先設(shè)計(jì)的程序，計(jì)算出最合理的轉(zhuǎn)向助力力矩，再將此信號(hào)傳遞給電流控住電路，通過電流傳遞給電機(jī)實(shí)現(xiàn)助力，電機(jī)輸出力矩經(jīng)過蝸輪蝸桿等一系列減速機(jī)構(gòu)最終傳遞給轉(zhuǎn)向系。2.4電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型選擇圖2-2電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)類型Fig2-2Typeofelectricpowersteeringsystem如圖2-2，電動(dòng)助力類型分為：轉(zhuǎn)向軸助力；小齒輪助力；齒條助力三種本設(shè)計(jì)采用轉(zhuǎn)向軸助力：電動(dòng)機(jī)安裝在汽車?yán)?；電機(jī)輸出的助力矩可相對(duì)小些，可由減速機(jī)構(gòu)放大傳給轉(zhuǎn)向軸，由此電動(dòng)機(jī)尺寸和質(zhì)量也相對(duì)較小，這樣設(shè)計(jì)方便電機(jī)布置和減輕汽車質(zhì)量，從而減少油耗。而且助力系統(tǒng)獨(dú)立，不與轉(zhuǎn)向器連接，方便更換與維修。2.5電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性電動(dòng)助力的特性由軟件編程師提前設(shè)定好的程序決定，在一般情況下，工程師在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)參考汽車的行駛車速，使助力特性曲線為車速的函數(shù)，隨車速的變化而變化，這種特性叫做車速感性型。圖2-3電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性Fig2-3Powerfeatureofelectricpowersteeringsystem如圖2-3，汽車靜止時(shí)，即原地轉(zhuǎn)向助力的力矩最大，隨著汽車行駛，車速不斷增加，由于在高速行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向靈敏度會(huì)影響汽車行駛安全，所以助力力矩有所下降，當(dāng)車速達(dá)到峰值時(shí)，助力強(qiáng)度最小。53齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)圖3-1齒輪齒條轉(zhuǎn)向器形式Fig.3-1Gearracksteeringgear齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有四種形式：中間輸入，兩端輸出；側(cè)面輸入，兩端輸出；側(cè)面輸入，中間輸出；側(cè)面輸入，一端輸出。本課題選擇中間輸入兩端輸出形式。3.1.1齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)要求模數(shù)在2~3之間。齒數(shù)范圍在5~7，齒輪螺旋角取值范圍多為9~15。齒條齒數(shù)根據(jù)車輪轉(zhuǎn)到鎖點(diǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)的齒條移動(dòng)距離來確定。變速比的齒條壓力角在12~35內(nèi)變化。傳動(dòng)比的選取：對(duì)乘用車，推薦轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比在17~25內(nèi)選??；商用車在23~32范圍內(nèi)選取，選取傳動(dòng)比為24:1。在這樣的情況下，轉(zhuǎn)向盤每轉(zhuǎn)動(dòng)24°，前輪轉(zhuǎn)向1°。3.1.2齒輪齒條轉(zhuǎn)向器關(guān)鍵部件1.齒輪齒輪是切有齒形的軸。齒輪安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上并齒條上的齒相嚙合。配對(duì)使用，齒輪軸末端與傳動(dòng)間軸相連。轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)把扭矩傳遞給齒輪軸，齒輪帶動(dòng)齒條橫向移動(dòng)以操縱前輪。齒輪軸由安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上的球軸承支承。(1)選擇齒輪類型6根據(jù)齒輪傳動(dòng)的工作條件，選用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合傳動(dòng)方案(2)選擇齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)選用7級(jí)精度2.齒條齒條安裝在金屬殼體內(nèi)可以來回滑動(dòng)具有齒形的金屬條。轉(zhuǎn)向器殼體安裝在前橫梁或前圍板的固定位置上。導(dǎo)向座將齒條支持在轉(zhuǎn)向器殼體上齒條可以比作是梯形轉(zhuǎn)向桿系的轉(zhuǎn)向直拉桿。轉(zhuǎn)向橫拉桿通過齒條的橫向運(yùn)動(dòng)拉動(dòng)轉(zhuǎn)向橫拉桿，使前輪轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向梯形臂轉(zhuǎn)向橫拉桿帶動(dòng)梯形臂旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)。計(jì)算汽車原地轉(zhuǎn)向的阻力矩為此用足夠精確的半經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算汽車在浙青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩MR(N?mm)。MRfG30.784283368517.4Nmm3P30.24式中：f—輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)，一般取f=0.7；G1—轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷，G1=10902.5N,單位為N；P—輪胎氣壓，P=0.2MPa,單位為MPa。3.2.1作用在轉(zhuǎn)向盤手力計(jì)算

（3-1）Fh2L1MRL2DSWi式中:L1—轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)，單位為mm；MR—原地轉(zhuǎn)向阻力矩；L2—轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)，單位為mm；DSW—轉(zhuǎn)向盤直徑；

2368517.494.8N360240.9

（3-2）iω—轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比；η+—轉(zhuǎn)向器正效率，η+=0.9。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)無轉(zhuǎn)向搖臂，L1、L2不帶入數(shù)值。用上式計(jì)算出來的作用力是最大值。因此，可以用此值作為計(jì)算載荷。3.2.2梯形臂長(zhǎng)度計(jì)算輪輞直徑：RLW16in406.4mm（3-3）梯形臂長(zhǎng)度：L2RLW0.82162.6mm（3-4）取L2160mm3.2.3輪胎直徑的計(jì)算RTRLW0.55215524.6mm取RT525mm（3-5）3.2.4轉(zhuǎn)向橫拉桿直徑的確定d34MR34368.51032.385mm（3-6）a0.163.14216L2；216MPa；MR368.5Nmdmin12mm估算主動(dòng)齒輪軸直徑齒輪軸直徑：d316Mmax31694.81608.203mm（3-7）3.14140對(duì)所研究的載荷初步計(jì)算完成，轉(zhuǎn)向初選參數(shù)如表（3-1）：8表3-1 初選參數(shù)Tab.2-6Primaryparameters序號(hào)參數(shù)名稱數(shù)值1阻力矩（Nmm）368517.42轉(zhuǎn)向盤手力（N）94.83輪輞直徑（mm）406.44梯形臂長(zhǎng)度（mm）1605輪胎直徑（mm）5256橫拉桿直徑（mm）127轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比243.3齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的計(jì)算主動(dòng)小齒輪選用16MnCr5或15CrNi6材料制造，而齒條常采用45鋼制造。為減輕質(zhì)量，殼體用鋁合金壓鑄。3.3.1確定齒輪傳動(dòng)主要參數(shù)和幾何尺寸修正系數(shù)Xn0.8分度圓直徑d：dmz2.5513mm（3-8）1coscos20齒頂圓直徑da1：da1d12ha1322.5(10.8)22mm（3-9）齒根圓直徑d：dfd2h162m(hCX)133.1310.75mm（3-10）f1fann齒寬b：bdd10.81310.4mm（3-11）齒條寬取15mm，齒輪寬取25mm。因?yàn)橄嗷Ш淆X輪基圓齒距必須相等：Pb1Pb2齒輪法面基圓齒距：Pb1m1cos14齒條法面基圓齒距為：Pb2m2cos249取齒條法向模數(shù)：m22.5齒條齒頂高h(yuǎn)：hm(hXn)2.5(10)2.5（3-12）a2a2an齒條齒根高h(yuǎn)f2：hf2m(hCXn)2.5(10.250)3.125（3-13）ann3.3.2齒輪齒條轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向橫拉桿運(yùn)動(dòng)分析圖3-2橫拉桿運(yùn)動(dòng)示意圖Fig.3-2Sketchbarmotiondiagram當(dāng)轉(zhuǎn)向盤從鎖點(diǎn)向鎖點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，每只前輪大約從其正前方開始轉(zhuǎn)動(dòng)30，因而前輪從左到右總共轉(zhuǎn)動(dòng)約60。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪右轉(zhuǎn)30，即梯形臂或轉(zhuǎn)向節(jié)由OC繞圓心O繞至OA時(shí)，齒條左端點(diǎn)E移至EA的距離為l1ODOAcos30160cos30DCOCOD160138.6421.436ADOAsin3080mmAA'DC,AEACEBEB,A'CADA'EAAEA2AA'2340221.4362339.3CEAA'EAA'C259.32l1CECEA80.7同理計(jì)算轉(zhuǎn)向輪左轉(zhuǎn)30，轉(zhuǎn)向節(jié)由OC繞圓心O轉(zhuǎn)至OB時(shí)，齒條左端點(diǎn)E移至EB的10距離為l2DBDA80mm DCBB'B'EBBEB2BB'2340221.4362339.3mml2EEBCB'B'EBCE79.3嚙合長(zhǎng)度大于l1l2即Ll1l280.779.3160mm取L181mm齒條齒數(shù)23模數(shù)2.5，總長(zhǎng)700mm。表3-2齒輪齒條參數(shù)匯總Tab.3-2Sketchbarmotiondiagram序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)齒輪齒條1總長(zhǎng)L—7002直徑22163齒數(shù)Z25234法向模數(shù)Mn2.52.55螺旋角10106分度圓直徑d13—7齒頂高h(yuǎn)f4.52.58齒根高h(yuǎn)a1.1253.1259齒頂圓直徑da22—10齒根圓直徑df10.75—113.3.3齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的材料選擇及強(qiáng)度校核1．選擇齒輪齒條材料、熱處理方式及計(jì)算許用應(yīng)力(1)選擇材料及熱處理方式小齒輪16MnCr5滲碳淬火，齒面硬度56-62HRC大齒輪45鋼表面淬火，齒面硬度52-56HRC齒輪齒條模數(shù)選取m2.5壓力角取20，齒輪螺旋角取10(2)確定許用應(yīng)力：HHlimZNFFlimYSTYNSHminSFmin1)確定Hlim和FlimHlim11500MPaHlim21300MPaFlim1425MPaFlim2375MPa2)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N，確定壽命系數(shù)ZN、YN。N60njL60120(108300)2.88107N211h查表得：ZN11.25,YN11YN23)計(jì)算許用應(yīng)力：取SHmin1，SFmin1.4H1HlimZN115001.251875MPaSHmin1H213001.251625MPa1H1H2，取HH21625MPa應(yīng)力修正系數(shù)YST2F1F1limYSTYN142521607.14MPaSFmin1.4

（3-14）（3-15）（3-16）（3-17)(3-18)F2FlimYSTYN237521535.7MPa(3-19)SFmin1.4FF2535.7MPa2.強(qiáng)度校核(1)校核齒輪接觸疲勞強(qiáng)度:經(jīng)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得:ZE189.8MPa查圖ZH2.45 Z0.8 Kt1.41）確定載荷系數(shù)K齒輪使用系數(shù)：KA1Vd1n13.1413200.0136m/s6010360103VZ10.013656.8104100100齒輪動(dòng)載系數(shù)：KV1選取對(duì)稱布置：K1.06查表得：Ka1.3載荷系數(shù)K： KKAKVKK111.061.31.378轉(zhuǎn)矩：T1Fhl294.80.1615168NmmHZHZEZ2KT11bd122.45189.80.821.37815168411363.94MPaH2231324故齒輪接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求。（2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)初選參數(shù)：

(3-20)(3-21）（3-22）（3-23）（3-24）13Y0.7Y0.89YS11.68YS21.97YFa2.41YFa2.0612F1YFYSYY2KT1bmd1（3-25）21.378151680.892.410.71.68141.06F123132.5故齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度滿足要求。3.3.4齒輪軸校核1.齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的受力分析與計(jì)算圓周力：F2T2151682333Ntd113徑向力：FFttan2333tan20862Nrcoscos10軸向力：FaFttan2333tan10411N2.齒輪軸校核（1）計(jì)算支撐反力：在垂直面上：Fl2Fr1Fa1d2228624119395NRAVl1l22222FRBVFrFRAV862395467N1在水平面：FRAHFRBHFr22333/21166N1（2）畫彎矩圖在水平面上；aa剖面左側(cè)、右側(cè)：MaHM'aHFRAHl111662225625Nmm在垂直面上aa剖面左側(cè)：MaVFRAVl2395228690Nmmaa剖面右側(cè)：

（3-26）（3-27）（3-28）（3-29）（3-30）（3-31）（3-32）（3-33）14M'Fl24672210274Nmm（3-34）aVRBV合成彎矩aa剖面左側(cè):（3-35）MaMaH2MaV22565228690227083Nmma-a剖面右側(cè):Ma'MaH'2MaV'225652210274227632Nmm （3-36）(3)畫轉(zhuǎn)矩圖轉(zhuǎn)矩:TFtd2233318/220997Nmm（3-37）判斷危險(xiǎn)剖面:90MPa0.6aa左側(cè)：Wd332183/32572.5mm3（3-38）eM2(T)2/W（3-39）572.552270832(0.620997)2軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)：B650MPa1300MPa1155MPa0.20.1aa截面左側(cè)：Wd3162W1145mm3（3-40）TK2.10K1.720.910.891.0彎曲應(yīng)力：bMW27083572.547.3MPa（3-41）應(yīng)力幅：ab47.3MPa平均應(yīng)力：m0切應(yīng)力：TTWT20997114518.3MPa（3-42）amT29.1MPa（3-43）安全系數(shù)：15S13002.7（3-44）Kam2.147.310.91S11558.8（3-45）Kam1.729.10.89查得許用安全系數(shù)[S]=1.3~1.5，顯然S>[S]，故a-a剖面安全。圖3-3齒輪軸校核彎矩圖Fig3-3Gearshaftcheckmomentdiagram164轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的三維實(shí)體建模4.1齒輪軸實(shí)體建模首先點(diǎn)擊齒輪建模，選擇柱齒輪，選擇yc軸方向，創(chuàng)建斜齒輪，選擇變位齒輪，填寫壓力角，螺旋角，變位系數(shù)，點(diǎn)擊估算出結(jié)果，【確定】生成齒輪，在齒輪的基礎(chǔ)上，選擇【插入】/【設(shè)計(jì)特征】/【圓柱體】，選擇矢量，選擇齒輪yc表面，點(diǎn)擊【確定】生成圓柱，繼續(xù)選擇所建圓柱yc面齒輪軸線生成第二段軸，此軸段與軸承配合，同樣點(diǎn)擊【插入】/【設(shè)計(jì)特征】/【圓柱體】，選擇yc平面，齒輪軸線，點(diǎn)擊【確定】，生成第三段齒輪，重復(fù)上一步操作，生成最后一段軸，繼續(xù)點(diǎn)擊【設(shè)計(jì)特征】/【圓柱體】，選擇-yc方向，選擇軸線，生成軸段，此軸段與軸承配合，至此齒輪軸建?；就瓿?，最后點(diǎn)擊【細(xì)節(jié)特征】，選擇軸兩端邊緣，選取倒角尺寸，對(duì)軸兩端進(jìn)行倒角，至此齒輪軸建模完成。圖4-1齒輪軸Fig3-3Gearshaft4.2齒條的建模齒條建模要注意齒間距，齒寬，齒的拉伸角等細(xì)節(jié)問題，確保尺寸的準(zhǔn)確性，螺旋角的精確，否則與齒輪裝配會(huì)出現(xiàn)干涉。點(diǎn)擊【插入】/【設(shè)計(jì)特征】/【圓柱體】，選擇工作系原點(diǎn)，繪出齒條總輪廓，點(diǎn)擊插入草圖，選擇圓柱端面進(jìn)入草繪，利用直線工具與標(biāo)注尺寸確定齒寬平面，完成草圖，點(diǎn)擊【拉伸】工具，選擇剛剛草繪直線，拉伸成面，此面為齒寬平面，在此基礎(chǔ)上經(jīng)行齒的繪制，點(diǎn)擊任務(wù)環(huán)境中的草圖，選擇yc面進(jìn)入草繪，在設(shè)計(jì)位置利用輪廓工具繪出齒的形狀，利用約束工具，確定各條線的相對(duì)位置，例如垂直、平行、中點(diǎn)等。特別注意分度圓位置與距離約束結(jié)束點(diǎn)擊完成，退出草圖界面，點(diǎn)擊快捷鍵x進(jìn)行拉伸，選擇草繪圖形，選擇對(duì)稱拉伸，拉伸出齒。圖4-2齒條草圖Fig4-2sketchesofrack點(diǎn)擊【陣列特征】，選擇齒，根據(jù)齒數(shù)齒距，選擇數(shù)量和節(jié)距，拉伸出齒條。再次點(diǎn)擊任務(wù)環(huán)境中的草圖，用輪廓線繪制齒形以便剪切齒。點(diǎn)擊【拉伸】選擇草圖，布爾運(yùn)算18選擇求差，基本完成齒條建模，最后選擇【螺紋】，選擇齒條兩端螺紋長(zhǎng)度，生成螺紋，至此齒條建模完成。圖4-3齒條Fig.4-3 rack4.3殼體建模齒輪齒條轉(zhuǎn)向器殼體負(fù)責(zé)容納齒輪齒條、密封、墊塊、軸承等工作元件，起著固定支撐作用，殼體建模至關(guān)重要，殼體不規(guī)范，則無法裝配仿真，所以要精確確定齒輪齒條相對(duì)位置，各組件距離圓滑的外觀和內(nèi)部精準(zhǔn)的尺寸是建模的重點(diǎn)。點(diǎn)擊【任務(wù)環(huán)境中的草圖】選擇平面，利用圓工具，選擇工作原點(diǎn)，根據(jù)尺寸繪制兩個(gè)同心圓，完成草圖。19圖4-4殼體建模草圖Fig.4-4sketchofshellmodeling點(diǎn)擊【拉伸】工具，選擇草圖拉伸出空心圓柱，在拉伸的拉伸的圓柱表面繼續(xù)繪制草圖，繪制同心圓，完成草圖，拉伸草圖，齒條方向殼體繪制完成。根據(jù)齒輪齒條裝配位置，裝配距離，點(diǎn)擊【基準(zhǔn)】，選擇基準(zhǔn)坐標(biāo)系，建立齒輪軸方向殼體基準(zhǔn)，點(diǎn)擊草圖選取yc-zc平面進(jìn)入草圖，以坐標(biāo)系原點(diǎn)為圓心繪制圓柱，此圓柱內(nèi)部為軸承殼體，以所繪圓柱表面繪制草圖，點(diǎn)擊【圓】工具，繪制圓完成草圖，拉伸圓柱。點(diǎn)擊【細(xì)節(jié)特征】，選取兩圓柱交匯處圓邊緣倒圓角。在所繪圓柱表面繼續(xù)繪制草圖，根據(jù)齒輪軸尺寸、軸承尺寸，分別拉伸出槽，這些槽直徑分別為軸承、密封圈直徑，以便與其配合。點(diǎn)擊【任務(wù)環(huán)境中的草圖】，在剛建立的基準(zhǔn)坐標(biāo)系中繪制草圖，選擇xc-zc平面進(jìn)入，繪制圓，退出草圖，在-yc方向拉伸出圓柱，在拉伸圓柱下表面繼續(xù)繪制草圖，首先拉伸出容納調(diào)整螺栓槽，接著繼續(xù)繪制草圖，拉伸調(diào)整滑塊槽，直至上殼體，至此齒輪齒條殼體建模完成。20圖4-5轉(zhuǎn)向器殼體Fig.4-5steeringgearhousing4.4球頭銷、轉(zhuǎn)向橫拉桿建模建模過程中注意球頭尺寸和球頭孔的大小。點(diǎn)擊任務(wù)環(huán)境中的草圖，選擇xc-yc平面，以原點(diǎn)為圓心繪制同心圓，完成草圖，點(diǎn)擊【旋轉(zhuǎn)】命令，繪制出空心球體。再次點(diǎn)擊【任務(wù)環(huán)境中的草圖】，選取xc-zc平面，以基準(zhǔn)坐標(biāo)系原點(diǎn)為圓心，繪制圓，完成草圖，使用【拉伸】命令，選取剛繪制的草圖，選擇-yc方向進(jìn)行拉伸求差，在導(dǎo)航部件中右擊【拉伸】，選擇將草圖設(shè)為內(nèi)部，建模完成。21圖4-6球頭銷Fig.4-6ballpin繪制球頭銷端蓋，點(diǎn)擊任務(wù)環(huán)境中的草圖，以原點(diǎn)為圓心繪制同心圓，完成草圖，點(diǎn)擊【旋轉(zhuǎn)】命令，選擇旋轉(zhuǎn)方向xc繪出空心球體，再次進(jìn)入草繪，選擇xc-zc平面，以原點(diǎn)為圓心，繪出同心圓，完成成草圖，點(diǎn)擊【拉伸】，選擇剛繪制草圖，并選擇對(duì)稱值，布爾運(yùn)算選擇求差，拉伸出空心圓柱，點(diǎn)擊插入【螺紋】，選擇球頭銷端蓋末端圓柱內(nèi)表面，點(diǎn)擊確定，生成螺紋。完成球頭銷蓋的建模。22圖4-7球頭銷Fig.4-7Ballpin橫拉桿連接梯形臂與球頭銷，再轉(zhuǎn)向中起到拉動(dòng)作用，此橫拉桿與球頭銷內(nèi)球一體，在球殼內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。新建組件，點(diǎn)擊【任務(wù)環(huán)境中的草圖】，選取xc-yc平面，進(jìn)入草繪，在原點(diǎn)繪制圓，完成草圖，點(diǎn)擊【旋轉(zhuǎn)】命令，旋轉(zhuǎn)成球體，再次進(jìn)入草繪，選取yc-zc平面，同樣選擇坐標(biāo)原點(diǎn)繪制圓，完成草繪，點(diǎn)擊【拉伸】命令布爾運(yùn)算選擇求和，拉伸出圓柱體。點(diǎn)擊【螺紋】工具，選擇拉伸的圓柱表面生成螺紋。圖4-8橫拉桿Fig.4-8horizontalbar23繪制橫拉桿端頭，點(diǎn)擊【任務(wù)環(huán)境中的草圖】，選擇xc-zc平面，根據(jù)橫拉桿直徑畫出圓，完成草圖，拉伸出圓柱體，進(jìn)入【任務(wù)環(huán)境中的草圖】，選擇xc-yc平面坐標(biāo)系原點(diǎn)繪制圓，完成草圖，【拉伸】圓柱，在圓柱上表面繼續(xù)添加圓柱體，繪制與梯形臂相連的圓柱，同時(shí)在此圓柱表面繪制草圖，拉草圖線為面，點(diǎn)擊【加厚】命令布爾運(yùn)算選擇求差，沿z軸方向拉伸，完成修減，最后運(yùn)用【細(xì)節(jié)特征】，點(diǎn)擊【倒角】命令，對(duì)與梯形臂相連的圓柱倒角，最后在第一個(gè)【拉伸】圓柱末端xc-zc平面繪制圓拉伸出與橫拉桿相配合的孔，點(diǎn)擊【螺紋】工具在孔內(nèi)生成螺紋。圖4-9橫拉桿Fig.4-9Tierod4.5軸承、轉(zhuǎn)向梯形臂建模軸承主要支撐齒輪軸，并使其轉(zhuǎn)動(dòng)，插入/任務(wù)環(huán)境中的草圖，原點(diǎn)繪制同心圓完成草圖，對(duì)草圖進(jìn)行【拉伸】選擇對(duì)稱值，拉伸完成后在圓柱表面生成球形槽，點(diǎn)擊【球形端槽】，選擇圓柱測(cè)表面，填寫半徑深度，生成球形端槽，再次點(diǎn)擊【任務(wù)環(huán)境中的草圖】，選擇xc-zc平面選擇坐標(biāo)系原點(diǎn)為圓心繪制同心圓，完成草圖，【拉伸】草圖，選擇對(duì)稱值，在拉伸出的圓柱內(nèi)表面生成【球形端槽】，尺寸深度同上，確定槽的距離，點(diǎn)擊圓柱邊緣與槽邊緣，此時(shí)會(huì)彈出尺寸對(duì)話框，填入尺寸，使槽中心在xc-zc平面內(nèi)，槽的創(chuàng)建完成，進(jìn)入【任務(wù)環(huán)境中的草圖】，點(diǎn)擊【插入】/【投影曲線】，使槽邊緣曲線投影到草圖平面，在兩投影曲線繪制圓，圓直徑就是兩曲線間距離，點(diǎn)擊完成草圖，選擇【旋轉(zhuǎn)】命令，旋轉(zhuǎn)成球體。點(diǎn)擊【細(xì)節(jié)特征】，選擇【倒斜角】工具，對(duì)所繪制的圓柱邊緣經(jīng)行倒斜角，完成建模。圖4-10軸承Fig.4-10bearing轉(zhuǎn)向梯形臂連接車輪與橫拉桿，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)重要組件。新建模型，點(diǎn)擊【任務(wù)環(huán)境中的草圖】，選取xc-yc平面進(jìn)入草繪界面，運(yùn)用圓形工具與輪廓線工具繪出梯形臂輪廓，完成草圖，分別【拉伸】，首先選擇同心圓，單擊對(duì)稱值，選擇zc軸方向拉伸出圓柱體。再次選擇拉伸選擇其余部分，選擇對(duì)稱值拉伸，拉伸完成后右鍵點(diǎn)擊剛剛拉伸步驟，選擇將草圖設(shè)為內(nèi)部。最后點(diǎn)擊【求和】命令，選取拉伸的兩部分，單擊確定完成繪制，完成轉(zhuǎn)向梯形臂建模。25圖4-11轉(zhuǎn)向梯形臂Fig.4-11steeringtrapezoidarm4.6轉(zhuǎn)向盤建模點(diǎn)擊任務(wù)環(huán)境中的草圖，繪制方向盤握把直徑圓，完成草圖，繪制方向盤直徑圓，圓弧經(jīng)過剛繪制圓的圓心，以便掃掠，完成草圖。圖4-12轉(zhuǎn)向盤草圖Fig.4-12steeringwheelsketch點(diǎn)擊【插入】/【掃掠】，截面曲線選擇第一個(gè)圓，引導(dǎo)曲線選擇草圖二，選擇方向26xc軸確定。繪制方向盤中間部分，點(diǎn)擊【任務(wù)環(huán)境中的草圖】，選取xc-yc平面，選取坐標(biāo)原點(diǎn)為原點(diǎn)繪制圓，完成草圖，點(diǎn)擊【拉伸】，選擇對(duì)稱值，拉伸出圓柱體，選取【插入】/【設(shè)計(jì)特征】/【細(xì)節(jié)特征】，選擇【邊倒圓】，選取圓柱兩底面圓弧，完成倒圓角。繼續(xù)繪制草圖，點(diǎn)擊【任務(wù)環(huán)境中的草圖】，選取xc-zc平面以原點(diǎn)為圓心繪制圓，直徑與方向盤直徑相同，完成草圖。點(diǎn)擊【拉伸】命令，對(duì)剛繪制的草圖拉伸，開始選擇原點(diǎn)，結(jié)束選擇直至下一個(gè)，選取方向盤外徑確定。繼續(xù)點(diǎn)擊【插入】/【陣列特征】，選取剛拉伸特征，布局選擇圓形，矢量方向選擇zc軸方向，角度選擇數(shù)量和節(jié)距，點(diǎn)擊【確定】。在方向盤中間圓柱表面繪制草圖，以便與轉(zhuǎn)向軸配合，點(diǎn)擊【草圖】，選取圓柱表面，在圓柱表面軸線為圓心，繪制圓，完成草圖，點(diǎn)擊【拉伸】，選擇剛繪制草圖，矢量方向?yàn)?zc軸，布爾運(yùn)算為求差，完成拉伸。繼續(xù)點(diǎn)擊【插入】/【螺紋工具】，選取拉伸孔，點(diǎn)擊生成。最后點(diǎn)擊【求和】工具，選擇各段圓柱確定。方向盤建模完成。圖4-13轉(zhuǎn)向盤Fig.4-13steeringwheel4.7轉(zhuǎn)向軸、輸入軸建模轉(zhuǎn)向軸連接方向盤，首先新建文件，點(diǎn)擊【插入】/【圓柱體】，選取原點(diǎn)為起始點(diǎn)，沿Xc方向依次創(chuàng)建五個(gè)不同直徑的圓柱。每個(gè)圓柱的生成起點(diǎn)都為上一個(gè)的軸線上，點(diǎn)擊【倒斜角】命令，選取第三個(gè)軸，倒角半徑與第二軸相同。在第五軸段拉伸孔，以便與輸入軸配合，點(diǎn)擊【任務(wù)環(huán)境中的草圖】，選取第五軸段的端面，繪制圓，完成草圖，點(diǎn)擊【拉伸】選取剛繪制草圖，選取yc方向，拉伸出孔。點(diǎn)擊【求和】工具，選取所畫的的五段軸，點(diǎn)擊確定使軸合為一體。圖4-14轉(zhuǎn)向軸Fig.4-14steeringshaft輸入軸與轉(zhuǎn)向軸通過花鍵配合。首先大致繪出輸入軸形狀，點(diǎn)擊【插入】/【圓柱體】，選擇坐標(biāo)系原點(diǎn)，沿-zc軸方向創(chuàng)建四個(gè)同軸線圓柱。點(diǎn)擊【倒斜角】，選取各軸段邊緣，倒斜角完成。點(diǎn)擊【任務(wù)環(huán)境中的草圖】，利用輪廓線、圓、修建、陣列工具繪制花鍵，當(dāng)繪制完圓與單個(gè)鍵后，點(diǎn)擊【陣列圖像】，選取圓型陣列，選取要陣列的曲線，選擇數(shù)量和角度點(diǎn)擊【確定】，完成草圖。28圖4-15花鍵草圖Fig.4-15Splinesketch點(diǎn)擊【拉伸】，選取所繪制草圖，沿zc軸方向拉伸出鍵。選擇-zc軸方向圓柱面繪制草圖，點(diǎn)擊【任務(wù)環(huán)境中的草圖】，繪制圓，點(diǎn)擊【拉伸】布爾運(yùn)算選擇求差，沿zc軸拉伸出孔以便與輸出軸裝配，在拉伸孔內(nèi)表面繼續(xù)繪制草圖圓，求差拉伸出孔，進(jìn)入草圖，在第三段軸處繪制圓，此處圓與銷配合，完成草圖，再次【拉伸】此草圖，布爾運(yùn)算選擇求差運(yùn)算，對(duì)稱值拉伸。進(jìn)入草圖，在-zc軸末端軸繪出槽，并選擇求差【拉伸】，與軸相交，切出槽形，點(diǎn)擊【插入】/【關(guān)聯(lián)復(fù)制】/【陣列特征】，選擇圓形陣列，數(shù)量和節(jié)距，選擇軸的軸線為矢量，單擊【確定】，完成輸入軸建模。29圖4-16輸入軸Fig.4-16inputaxis4.8萬向傳動(dòng)裝置建模萬向傳動(dòng)裝置包括萬向節(jié)叉、十字軸、傳動(dòng)間軸，首先進(jìn)行萬向節(jié)叉建模，新建文件，選取xc-yc平面為草繪平面，利用圓工具繪制同心圓，完成草圖，點(diǎn)擊【拉伸】命令，沿zc軸方向拉伸出空心圓柱，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，點(diǎn)擊【基準(zhǔn)平面】，選取yc-zc平面，并偏置一定角度，再次進(jìn)入草圖選擇剛建立的平面，繪制如圖所示草圖。圖4-17萬向節(jié)叉草圖Fig.4-17sketchofuniversaljointfork30點(diǎn)擊【拉伸】命令選擇此草圖，沿xc方向求和拉伸，完成拉伸，點(diǎn)擊【面倒圓】命令將球叉與圓柱體平滑過渡。點(diǎn)擊【邊倒圓】命令，將所拉伸的幾何體倒圓。點(diǎn)擊【任務(wù)環(huán)境中的草圖】選擇拉伸面進(jìn)入草圖，在節(jié)叉中心繪制圓，點(diǎn)擊【拉伸】命令，選擇繪制草圖求差拉伸。點(diǎn)擊【鏡像特征】，選擇xc-zc平面為鏡像平面，選擇拉伸幾何體單機(jī)【確定】。最后單擊【求和】工具，選擇各模塊確定，完成建模。圖4-18萬向節(jié)叉Fig.4-18Universaljointfork十字軸連接萬向節(jié)叉。點(diǎn)擊【任務(wù)環(huán)境中的草圖】，選擇xc-zc平面為草繪平面，使用圓工具繪制圓，完成草圖點(diǎn)擊【拉伸】命令選擇對(duì)稱值拉伸沿zc軸方向，拉伸成圓柱體。點(diǎn)擊【邊倒圓】工具把圓柱兩端邊倒圓角。再次進(jìn)入草圖，選擇xc-zc平面，選擇坐標(biāo)系原點(diǎn)為圓心，繪制圓，完成草圖，點(diǎn)擊【拉伸】命令，布爾運(yùn)算選擇求和，方向沿yc軸方向，拉伸出軸頸。點(diǎn)擊【槽】命令，選擇【矩形槽】，填寫深度和寬度確定，確定槽位置，選擇槽邊緣圓與十字軸勁圓，填寫尺寸，完成定位。點(diǎn)擊【斜倒角】，對(duì)十字軸經(jīng)倒角。選擇【陣列特征】，選擇軸頸的所有特征，倒角，矩圓形陣列，點(diǎn)擊數(shù)量與節(jié)距，完成建模。31圖4-19十字軸Fig.4-19Crossshaft325轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的裝配上一章完成了組件建模，本章將對(duì)組件進(jìn)行裝配，裝配是運(yùn)動(dòng)仿真的基礎(chǔ)，首先新建裝配，點(diǎn)擊添加組件選擇方向盤，選擇絕對(duì)原點(diǎn)，新建完成，再次點(diǎn)擊【添加組件】，選擇傳動(dòng)軸，裝配方式選擇移動(dòng)，移動(dòng)到方向盤附近，點(diǎn)擊【裝配約束】，選擇【同心約束】，點(diǎn)擊方向盤槽末端圓邊緣與轉(zhuǎn)向軸末端圓弧，裝配完成。圖5-1轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向軸裝配Fig.5-1steeringshaftassembly【添加組件】，選擇輸入軸，并通過【約束裝配】，點(diǎn)擊【同心約束】，使輸入軸鍵與轉(zhuǎn)向軸孔配合，繼續(xù)【添加組件】輸出軸，選擇【同心約束】，與輸入軸配合。圖5-2裝配Fig.5-2Assembly33添加【蝸輪組件】，與輸出軸【同心約束】，并通過對(duì)其使鍵與鍵槽接觸，添加【蝸桿組件】，使其與蝸輪通過接觸連接，點(diǎn)擊【裝配約束】選擇【垂直】，使蝸輪蝸桿軸線垂直，選擇【接觸】命令，是蝸輪蝸桿齒輪接觸，完成裝配，最后添加電機(jī)【組件】，點(diǎn)擊【同心約束】，使電機(jī)輸出軸與蝸桿相連接。圖5-3電機(jī)裝配Fig.5-3Motorassembly添加萬向節(jié)叉【組件】，選擇【同心約束】，點(diǎn)擊輸出軸外端圓與萬向節(jié)叉圓直徑，點(diǎn)擊【添加組件】，選擇十字軸，選擇【約束裝配】，點(diǎn)擊十字軸軸外端圓，點(diǎn)擊萬向節(jié)叉孔外端圓完成【同心約束】，點(diǎn)擊【移動(dòng)組件】，選擇十字軸，調(diào)整方向。繼續(xù)【添加組件】萬向節(jié)叉，使之與十字軸約束配合，選擇【同心約束】。34圖5-4萬向節(jié)裝配Fig.5-4Universaljointassembly萬向節(jié)叉連傳動(dòng)間軸，【添加組件】傳動(dòng)間軸，通過【約束裝配】，選擇【接觸約束】/【自動(dòng)判斷軸線】，首先使兩孔軸線對(duì)齊，再次選擇【自動(dòng)判斷軸線】，使傳動(dòng)間軸與萬向節(jié)叉軸線對(duì)齊，完成裝配。圖5-5傳動(dòng)間軸裝配Fig.5-5Assemblyofshaftbetweendrives傳動(dòng)間軸再次連接萬向節(jié)，【添加組件】萬向節(jié)叉，添加萬向節(jié)叉組件，選擇【同心約束】，點(diǎn)擊傳動(dòng)間軸外端圓與萬向節(jié)叉圓直徑，點(diǎn)擊【添加組件】，選擇十字軸，選擇【約束裝配】，點(diǎn)擊十字軸軸外端圓，點(diǎn)擊萬向節(jié)叉孔外端圓完成【同心約束】，點(diǎn)擊【移動(dòng)組件】，選擇十字軸，調(diào)整方向。繼續(xù)【添加組件】萬向節(jié)叉，使之與十字軸約束配合，選擇【同心約束】萬向節(jié)叉連接齒輪軸?！咎砑咏M件】齒輪軸，通過【約束裝配】，選擇齒輪軸末端花鍵與萬向節(jié)叉【同心】配合，齒輪軸連接齒條，【添加組件】齒條，選擇【移動(dòng)裝配】，將齒條移到齒輪軸附近，點(diǎn)擊【裝配約束】，選擇【平行】約束，點(diǎn)擊齒條表面與齒輪軸線平行，再次點(diǎn)擊【垂直】約束，使得齒條軸線與齒輪軸軸線垂直，再次選擇【裝配約束】，點(diǎn)擊【距離】約束，點(diǎn)擊齒輪軸軸線與齒條軸線，此時(shí)彈出距離對(duì)話框，填寫距離完成齒輪齒條裝配。35圖5-6齒輪齒條裝配Fig.5-6Gearrackassembly裝配軸承與殼體，軸承與齒輪軸采用【同心約束】，使軸承裝配到齒輪軸。圖5-7軸承裝配Fig.5-7bearingassembly齒輪齒條連接殼體，【添加組件】殼體，點(diǎn)擊【裝配約束】，選擇【接觸對(duì)齊】，選擇【自動(dòng)對(duì)齊軸線】，使殼體軸線與齒條、齒輪軸平行，點(diǎn)擊【裝配約束】，選擇【同心】，點(diǎn)擊軸承邊緣圓與殼體內(nèi)槽軸承位置圓，殼體裝配完成。36圖5-8殼體裝配Fig.5-8housingassembly齒條滑塊安裝在殼體上，與殼體同心配合。點(diǎn)擊【添加組件】齒條滑塊，點(diǎn)擊【裝配約束】，選擇【同心】，使滑塊安裝在殼體上。球頭銷與齒條連接，【添加組件】球頭銷端頭，點(diǎn)擊【裝配約束】，選擇【同心】約束，裝配球頭銷端頭，點(diǎn)擊【添加組件】?jī)?nèi)球，點(diǎn)擊【裝配約束】，選擇【接觸對(duì)齊】/【自動(dòng)判斷軸線】，使內(nèi)球與齒條軸線對(duì)齊，點(diǎn)擊【裝配約束】，選擇【接觸對(duì)齊】/【接觸】，點(diǎn)擊球頭銷端頭內(nèi)表面與內(nèi)球外表面，完成裝配。【添加組件】端頭，點(diǎn)擊【裝配約束】，選擇【同心】約束，完成建模。圖5-9橫拉桿裝配Fig.5-9Assemblyofcrossbar37轉(zhuǎn)向橫拉桿連接梯形臂，通過同心連接?！咎砑咏M件】梯形臂，點(diǎn)擊【裝配約束】，選擇【同心】約束，點(diǎn)擊梯形臂端圓與端頭圓柱圓，完成裝配。圖5-10梯形臂裝配Fig.5-10assemblyoftrapezoidalarms齒條另一端裝配步驟與以上所述相同，最后應(yīng)注意兩梯形臂相【平行】，至此裝配部分完成，為仿真做基礎(chǔ)。圖5-11總裝配圖Fig.5-11GeneralAssemblydrawing386轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真經(jīng)過上一章裝配，本章開始進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，仿真的目的是為了直觀的查看所設(shè)計(jì)的零件運(yùn)動(dòng)狀況，對(duì)所設(shè)計(jì)的齒輪齒條轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的檢驗(yàn)。進(jìn)入運(yùn)動(dòng)仿真界面，點(diǎn)擊【連桿】，依次選擇組件，設(shè)為連桿，點(diǎn)擊【運(yùn)動(dòng)副】，選擇【旋轉(zhuǎn)副】，點(diǎn)擊方向盤，指定中心為原點(diǎn)，選擇轉(zhuǎn)向軸方向?yàn)槭噶俊｜c(diǎn)擊【運(yùn)動(dòng)副】，選擇【旋轉(zhuǎn)副】，點(diǎn)擊轉(zhuǎn)向軸，選擇轉(zhuǎn)向軸軸線為原點(diǎn)和矢量，嚙合連桿選擇方向盤。繼續(xù)選擇【固定副】，選擇轉(zhuǎn)向軸，選擇轉(zhuǎn)向軸軸線為原點(diǎn)和矢量，嚙合連桿選擇方向盤。轉(zhuǎn)向軸連接輸入軸，均采用旋轉(zhuǎn)副，點(diǎn)擊【旋轉(zhuǎn)副】，選擇輸入軸方向同為軸線方向，點(diǎn)擊【固定副】，使輸入軸與傳動(dòng)間軸一起旋轉(zhuǎn)，輸出軸同上。萬向節(jié)叉采用【萬向節(jié)副】，如下圖所示連桿選擇萬向節(jié)叉，原點(diǎn)選擇十字軸中點(diǎn)，方向選擇軸線方向，嚙合連桿選擇另一萬向節(jié)叉，方向選擇軸線，萬向節(jié)副完成。點(diǎn)擊【運(yùn)動(dòng)副】，選擇【旋轉(zhuǎn)副】，點(diǎn)擊齒輪軸連桿，方向?yàn)檩S線方向。繼續(xù)點(diǎn)擊【滑動(dòng)副】，點(diǎn)擊齒條連桿，方向?yàn)辇X條軸線方向。需要【齒輪齒條副】。點(diǎn)擊【齒輪齒條副】，滑動(dòng)副選擇齒條滑動(dòng)副，旋轉(zhuǎn)副點(diǎn)擊齒輪軸旋轉(zhuǎn)副，點(diǎn)擊【確定】。球頭銷與齒條為【固定副】，橫拉桿與球頭銷為【萬向節(jié)副】，轉(zhuǎn)向梯形臂與橫拉桿為【旋轉(zhuǎn)副】，轉(zhuǎn)向梯形臂與輪胎為【旋轉(zhuǎn)副】，輪胎為【固定副】。39圖6-1運(yùn)動(dòng)仿真Fig.6-1MotionSimulation407有限元分析有限元分析是使用相互作用的單元用有限的未知量取逼近無限的對(duì)真實(shí)物理系統(tǒng)進(jìn)行模擬，運(yùn)用數(shù)學(xué)中的近似方法。本設(shè)計(jì)對(duì)齒輪齒條嚙合做應(yīng)力應(yīng)變分析，主要檢驗(yàn)齒輪齒條受力情況，首先選擇齒輪齒條組件進(jìn)行裝配，完成后點(diǎn)擊新建FEM和仿真，點(diǎn)擊【指派材料】選擇齒條組件，在庫材料選擇45鋼對(duì)應(yīng)代號(hào)steel，點(diǎn)擊【指派材料】選擇齒輪軸，選擇添加材料16MnCr5材料，填寫質(zhì)量密度、楊氏模量、泊松比，點(diǎn)擊【確定】點(diǎn)擊【插入】/【網(wǎng)格】/【3D四面體網(wǎng)格】，選擇齒輪齒條。圖8-1劃分網(wǎng)格Fig.8-1meshing點(diǎn)擊【激活仿真】點(diǎn)擊【固定約束】選擇齒條，再點(diǎn)擊【圓柱約束】選擇齒輪軸，點(diǎn)擊【載荷類型】選擇扭矩，點(diǎn)擊齒輪軸并填寫扭矩，右擊【solution】選擇工況，勾選應(yīng)41力應(yīng)變。點(diǎn)擊【仿真對(duì)象類型】選擇【面對(duì)面接觸】，填寫靜摩擦系數(shù)，點(diǎn)擊確定。圖8-2有限元分析Fig.8-2finiteelementanalysis點(diǎn)擊【解決方案】【求解】圖8-3有限元分析Figure8-3finiteelementanalysis根據(jù)云圖可以清晰看出，得到的極限應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的屈服強(qiáng)度。本設(shè)計(jì)安全。428經(jīng)濟(jì)技術(shù)性分析齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)與其他轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比而言具有很明顯的不同那就是簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)、在占用空間上具有很大的優(yōu)勢(shì)因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊;當(dāng)今世界能源緊缺，各個(gè)國(guó)家都在想辦法提高能源的有效利用率，汽車行業(yè)具有重要的地位，在能源消耗方面也應(yīng)該受到特別重視，減輕汽車重量，看似幾克的重量在遠(yuǎn)距離行駛時(shí)也會(huì)有驚人的油耗，再轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器占據(jù)明顯優(yōu)勢(shì)，因?yàn)闅んw大多采用輕質(zhì)量材料，減少油耗，例如鋁合金鎂合金等材料通過鑄造成型，這些材料耐腐蝕且化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，有利于減少溫室效應(yīng)，更貼近可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，能源只是一方面，齒輪齒條轉(zhuǎn)向器還