【正文】 到機械設(shè)計范疇。由于三維制圖，不能更好的表示出尺寸、公差等等，故而再用 CAD 對轉(zhuǎn)向器進行二維設(shè)計。 beta i x 2 +theta i pi。 theta input 39。 。 lb [lb 1 ,lb 2 ]。,1e6 。 。 A i 2*x 1 .^2*sin x 2 +alpha i 。 for i 1:61 q q+f i 。 f i abs beta i betae i else f i *abs beta i betae i end end end plot alpha,beta,alpha,betae 。 alpha linspace 0,theta,61 。 x 1 input 39。,1e10,39。 ub 2 pi/2。 x0 2 input 39。輸入軸距單位（ mm） L 39。 C i 2*x 1 .^24*x 1 .^2*cos x 2 .^2+4*K*x 1 *cos x 2 2*K*x 1 *cos x 2 +alpha i 。 綜合題目要求，對課題轉(zhuǎn)向器進行總體設(shè)計，遵循需求分析、概要設(shè)計、詳細設(shè)計這一程序，從結(jié)構(gòu)選型到結(jié)構(gòu)布局，再到 具體零件尺寸的設(shè)計都依照前一階段的流程模型和機械設(shè)計準則。 圖 橫拉桿總成 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器總成裝配及渲染 圖 總裝 圖 6. 渲染 結(jié)論 對于汽車 轉(zhuǎn)向系，在上學期選題的時候還沒有充分的了解，但本著對汽車構(gòu)造方面的強烈興趣，在唐老師的精心指導下，首先在網(wǎng)上調(diào)查現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向系的一些基本資料，了解其組成以及工作原理。主要思路如下建立圓柱體― 在圓柱體一端面畫輪齒的輪廓― 投影到另一個端面再旋轉(zhuǎn)一個角度― 通過 Multisection Solid 功能完成單齒三維構(gòu)造― 圓形陣列 圖 齒輪軸 齒條的三維設(shè)計 齒條的設(shè)計主要是輪齒造型以及陣列。 圖 轉(zhuǎn)向橫拉桿外接頭 1―橫拉桿 2―鎖緊螺母 3―外接頭殼體 4―球頭銷 5―六角開槽螺母 6―球碗 7―端蓋 8―梯形臂 9―開口銷 表 轉(zhuǎn)向橫拉桿及 接頭的尺寸設(shè)計參數(shù) 序號 項目 符號 尺寸參數(shù) 1 橫拉桿總長 330 2 橫拉桿直徑 18 3 螺紋長度 25 4 外接頭總長 108 5 球頭銷總長 62 6 球頭銷螺紋公稱直徑 M10 1 7 外接頭螺紋公稱直徑 M12 8 轉(zhuǎn)向梯形臂 m 200 6 基于 CATIA 的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的三維建模 CATIA 軟件簡介 CATIA 是法國達索公司的產(chǎn)品開發(fā)旗艦解決方案。球形鉸接的殼體則用 鋼 35 或 40 制造。 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的設(shè)計 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的任務(wù)是將轉(zhuǎn)向器輸出端的擺動轉(zhuǎn)變?yōu)樽?、右轉(zhuǎn)向車輪繞其轉(zhuǎn)向主銷的偏轉(zhuǎn)，并使它們偏轉(zhuǎn)到繞同一瞬時轉(zhuǎn)向中心的不同軌跡圓上，實現(xiàn)車輪無滑動地滾動轉(zhuǎn)向。 圖 當 l 時。 圖 臂長 m 190mm 梯形初始角γ 67176。經(jīng)過多次嘗試，可確定最適合的初始角區(qū)域為 66176。所以初始角才是設(shè)計中的“主要矛盾”。本次所用的軟件是 版本對其進行數(shù)據(jù)處理和優(yōu)化設(shè)計。找出合適的解。那么設(shè)計的變量就有轉(zhuǎn)向梯形的初始輸入角、轉(zhuǎn)向梯形的臂長。汽車的轉(zhuǎn)向梯形對于汽車的工作狀況，譬如汽車的安全駕駛等諸多方面具有重要的實際意義，以前技術(shù)人員往往通過 FORTRAN 或 VISUALC++等計算語言，利用復合變形法、懲罰函數(shù)法、簡約梯度法等現(xiàn)代設(shè)計理論的方法來進行最優(yōu)化設(shè)計；但苦于沒有標準的子程序可以調(diào)用，技術(shù)人員往往將自己編好的程序逐條敲入計算機，然后進行調(diào)試，最后進行最優(yōu)化設(shè)計，這樣的程序當其中任何一條語句有了毛病，甚至調(diào)試不當（如數(shù)組維數(shù)不匹配），那可能導致錯誤結(jié)果的出現(xiàn)。 此外，由機械原理得知，四連桿機構(gòu)的傳動角δ不宜過小，通常取δ≥δ min＝ 40176。其偏差在最常使用的中間位置附近小角范圍內(nèi)應(yīng)盡量小，以減少高速行駛時輪胎的磨損；而在不經(jīng)常使用且車速較低的最大轉(zhuǎn)角時，可適當放寬要求。 整體式轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)數(shù)學模型分析 汽車轉(zhuǎn)向行駛時，受彈性輪胎側(cè)偏角的影響，所有車輪不是繞位于后軸沿長線上的點滾動，而是繞位于前軸和后軸之間的汽車內(nèi)側(cè)某一點滾動。 整體式轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)方案分析 整體式轉(zhuǎn)向梯形是由轉(zhuǎn)向橫拉桿 l，轉(zhuǎn)向梯形臂 2 和汽車前軸 3 組成，如圖 所示。轉(zhuǎn)向梯形有整體式和斷開式兩種，選擇整體式或斷開式轉(zhuǎn)向梯形方案與懸架采用何種方案有聯(lián)系。 因此，本次設(shè)計及滿足了小齒輪的齒面接觸疲勞強度又滿足了小齒輪的彎曲疲勞強度，符合設(shè)計要求。 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S 1，可得計算接觸疲勞許用應(yīng)力 1100MPa （ ） K ――接觸疲勞壽命系數(shù) 由此可得 所以，齒輪所選的參數(shù)滿足齒輪設(shè)計的齒面接觸疲勞強度要求。 小齒輪的強度計算 齒面接觸疲勞強度計算 計算斜齒圓柱齒輪傳動的接觸應(yīng)力時，推 導計算公式的出發(fā)點和直齒圓柱齒輪相似，但要考慮其以下特點：嚙合的接觸線是傾斜的，有利于提高接觸強度；重合度大，傳動平穩(wěn)。 軸承的選擇 軸承 1：角接觸球軸承 7004C GB/T2921994 軸承 2：角接觸球軸承 7001C GB/T2921994 轉(zhuǎn)向器的潤滑方式和密封類型的選擇 轉(zhuǎn)向器的潤滑方式：人工定期潤滑 潤滑脂：石墨鈣基潤滑脂（ ZBE3600288）中的 ZGS 潤滑脂。其基本參數(shù)如表 所示。 正確嚙合條件：；； 根據(jù)設(shè)計的要求，齒輪齒條的主要參 齒輪齒條的主要參數(shù) 名稱 齒輪 齒條 齒數(shù) Z 7 31 模數(shù) Mn 壓力角 螺旋角 β 1 β 2 變位系數(shù) Xn 0 轉(zhuǎn)向時需要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動的阻力、轉(zhuǎn)向輪穩(wěn)定阻力（即轉(zhuǎn)向輪的回正力矩）、輪胎變形阻力以及轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦阻力矩。 設(shè)計目標參數(shù)表以及對應(yīng)的轉(zhuǎn)向輪偏角計 算 設(shè)計目標參數(shù)表如表 所示（本設(shè)計只是采取其參數(shù)用于設(shè)計機械式轉(zhuǎn)向器，實際上本田雅閣 2021 款已配備 EPS 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)） 表 本田雅閣 2021 款 汽車轉(zhuǎn)向參數(shù) 輪距（前 /后） 1590mm/1585mm 軸距 2800mm 整備質(zhì)量 1450kg 滿載軸荷分配：前 /后 950/850 kg 輪胎 215/60 R16 主銷偏移距 a 100mm 輪胎壓力 p/Mpa 方向盤直徑 380mm 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計算 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能從整車機動性著手，在 最大轉(zhuǎn)角時的最小轉(zhuǎn)彎半徑為軸距的 倍。 齒條形式選擇 齒條斷 面形狀有圓形、 V 形和 Y 形三種?，F(xiàn)代轎車一般使用兩端輸出形式。中、小型轎車以及前軸負荷小于 的客車、 貨車，多采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡單（不需要轉(zhuǎn)向搖臂和橫拉桿等）、加工方便、工作可靠、使用壽命長、用需要調(diào)整齒輪齒條的間隙。在中間附近位置因磨損造成的間隙過大時，必須經(jīng)調(diào)整消除該處間隙。 轉(zhuǎn)向器角傳動比變化曲線應(yīng)選用大致呈中間小兩端大些的下凹形曲線，如圖[3]所示。 作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 Fh 與作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩 Mh 的關(guān)系式： （ ） 式中為方向盤直徑 將式（ 210）、式（ 211）代入 后得到： （ ） 如果忽略磨 擦損失，根據(jù)能量守恒原理， 2Mr/Mh 可用下式表示 （ ） 將式（ ）代入式（ ）后得到： （ ） 當 a 和 Dsw 不變時，力傳動比越大，雖然轉(zhuǎn)向越輕，但也越大，表明轉(zhuǎn)向不靈敏。受 增大的影響， 0 不宜取得過大。但是，在不平路面上行駛時，傳至轉(zhuǎn)向盤上的車輪沖擊力，易使駕駛員疲勞，影響安全行駕駛。如蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的滾輪與支持軸之間的軸承可以選用滾針軸承、圓錐滾子軸承和球軸承。 正效率η +計算公式： 逆效率η 計算公式： 式中， P1 為作用在轉(zhuǎn)向軸上的功率； P2 為轉(zhuǎn)向器中的磨擦功率； P3 為作用在轉(zhuǎn)向搖臂軸上的功率。 保證轎車有較高的機動性，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力。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)。 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能要求 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用于改變或保持汽車行駛方向的專門機構(gòu)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)準確、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時，在駕駛員松開方向盤的狀態(tài)下，應(yīng)保證汽車自動返回穩(wěn)定的直線行使狀態(tài)。隨著能源危機的發(fā)展，汽車工業(yè)首當其沖，其發(fā)展方向有很大變化。目前解放、東風也都在積極發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，并已在第二代換型車上普遍采用了 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。汽車轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)很多，從目前使用的普遍程度來看， 主要的轉(zhuǎn)向器類型有 4 種：有蝸桿銷式 WP型 、蝸桿滾輪式 WR 型 、循環(huán)球式 BS 型 、齒條齒輪式 BP 型 ，這四種轉(zhuǎn)向器型式，已經(jīng)被廣泛使用在汽車上。該系統(tǒng)是建立在機械系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，額外增加了一個液壓系統(tǒng)。 機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 機械轉(zhuǎn)向系的能量來源是人力，所有傳力件都是機械的，由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu) 方向盤 、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三大部分組成。 在轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)設(shè)計方面。最后設(shè)計中運用 AutoCAD 和 CATIA 作出齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的零件圖以及裝配圖。純機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向器形式可以分為：齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。 1988 年日本 Suzuki 公司首先在小型轎車 Cervo 上配備了 Koyo 公司研發(fā)的轉(zhuǎn)向柱助力式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。在西歐小客車中，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器有很大的發(fā)展。 由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的種種優(yōu)點，在小型車上的應(yīng)用 包括小客車、小型貨車或客貨兩用車 得到突飛猛進的發(fā)展 ；而大型車輛則以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為主要結(jié)構(gòu)。 轉(zhuǎn)向器設(shè)計部分：以齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器作為中心，分析其效率、齒輪軸和齒條的設(shè)計及數(shù)據(jù)校核、其他一些組件的設(shè)計及標準件選取。采用動力轉(zhuǎn)向時，還應(yīng)有轉(zhuǎn)向動力系統(tǒng)。 一般來說，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求如下： 合理設(shè)置傳動比，使操縱輕便，轉(zhuǎn)向系傳動比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動比（方向盤轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角之比）和轉(zhuǎn)向系的力傳動比。應(yīng)從設(shè)計上保證各桿系的運動干涉足夠小。轉(zhuǎn)向時內(nèi)外車輪間的轉(zhuǎn)角協(xié)調(diào)關(guān)系是通過合理設(shè)計轉(zhuǎn)向梯形來保證的。 影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等 [3]。 轉(zhuǎn)向搖臂軸 的軸承采用滾針軸承比采用滑動軸承可使正或逆效率提高約10%。該沖擊力轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的零件承受，因而這些零件容易損壞。 傳動比特性 轉(zhuǎn)向系傳動比 轉(zhuǎn)向系的傳動比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動比和轉(zhuǎn)向系的力傳動比。 若轉(zhuǎn)向軸負荷小或采用動力轉(zhuǎn)向的汽車，不存在轉(zhuǎn)向沉重問 題，應(yīng)取較小的轉(zhuǎn)向器角傳動比，以提高汽車的機動能力。該間隙隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的大小不同而改變，并把這種變化關(guān)系稱為轉(zhuǎn)向器傳動副傳動間隙特性（圖 ）。 按照轉(zhuǎn)向能源不同，可以將汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩大類。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率很高（最高可達 90%～ 95%）[4]，操作輕便，使用壽命長。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的基本設(shè)計 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)選擇 輸入輸出形式選擇 根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有四種形式 [3]：中間輸入，兩端輸出（圖 31a）；側(cè)面輸入，兩端輸出（圖 31b）；側(cè)面輸入，中間輸出（圖 31c）；側(cè)面輸入，一端輸出（圖 31d） 圖 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種形式 采用側(cè)面輸入，中間輸出方案時，與齒條相連的左、右拉桿延伸到接 近汽車縱向?qū)ΨQ平面附近。 齒輪形式選擇 采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器采用直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合，則運轉(zhuǎn)平穩(wěn)降低，沖擊大，工作噪聲增加。在齒條與托座之間通常裝有用減磨材料（如聚四氟乙烯）做的墊片，以減少滑動摩擦。本設(shè)計軸距為 L 2800 圖 轉(zhuǎn)角圖 可以得到外輪最大轉(zhuǎn)角 于是得轉(zhuǎn)向輪內(nèi)輪轉(zhuǎn)角 轉(zhuǎn)向器參數(shù)選取與計算 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的齒輪多數(shù)采用斜齒輪。取 所以 MR Nm 方向盤轉(zhuǎn)動圈數(shù)： 其中為初選傳動比。 齒寬 32 22 齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 本設(shè)計根據(jù)齒輪的尺寸