基于catia汽车齿轮齿条式转向系统设计及有限元分析
摘 要
本次毕业设计主要对长安某款紧凑型SUV进行设计。首先对转向梯形的尺寸进行初步的计算，并进行校核；了解不同类型转向器的结构特点、布置形式、动力输出形式，经过对比，确定总体的结构方案，布置形式；根据梯形臂校核的结果,对转向器中的齿轮齿条的尺寸参数进行设计计算，其中包括选择齿轮齿条的材料、受力分析、强度校核，对于转向系统中没有设计的结构尺寸，采用参考实物和选取标准件的方式设计结构；齿轮轴上建立装配尺寸链，进行精度设计，对设计好的结构进行三维建模，并对齿轮轴进行有限元分析；最后绘制二维工程图制图。
关键词：转向器，设计计算，强度校核
Design of an SUV steering system in Chang'an
Abstract
The graduation project is mainly designed a compact SUV of Changan.First of all, to understand the different types of Steering gear structural characteristics, layout form, power output form, through comparison, to determine the overall structure of the program, layout form. Two ,the steering trapezoidal size of the initial calculation and check it. Three , According to the results of trapezoidal arm check, the steering gear gear, rack size parameters of the design and calculation,Which includes the selection of rack and pinion materials, force analysis, strength check,For the size of the steering system is not designed, the use of reference objects and the selection of standard parts of the way.Four,The gear shaft is subjected to finite element analysis, and the assembly dimension chain is established on the gear shaft for precision design. three- dimensional modeling of the well-designed structure.Five,two-dimensional mapping.
Key words：Steering gear，Design Calculation，Strength check
1 前言
汽车在转向过程中中，驾驶员需要通过通过一套专设的机构,使汽车转向桥上的车轮相对于汽车纵横线偏转一定角度。这一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构所示，即称为汽车转向系统。
1.1选题的目的及意义
转向系统作为汽车上必不可少的系统，影响着汽车操纵性和驾驶舒适性，为了追求更好的驾驶体验，转向系统已经发展到了第五代，虽然最新一代—线控转向系统已经开始应用，但技术还是不够完善，现在还是带有转向器的转向系统被广泛采用。汽车的转向特性，保持汽车具备较好的操纵性能，始终是汽车检测技术当中的一个重要课题。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，汽车转向系的设计工作显得尤为重要，所以本次毕业设计我将设计一款转向系统。
在现代汽车上采用的转向器大多都是以传统机械式转向器为基础，加上一些助力装置，让驾驶员转向操纵更加省力、灵活[1]。要想了解转向器的结构及工作原理，应该从基本的机械式转向器进行设计研究，所以本次选题，我从机械转向器入手研究，认识并了解转向器的结构特点和工作原理。
1.2研究的基本内容及论文构成
本次研究的课题为长安某SUV转向系统的设计，主要对转向系统的转向梯形和转向器分别设计研究，其次对间歇调整弹簧进行了设计。
① 转向梯形机构部件：为了保证转向时，转向轴的内外轮转角有一定的等量关系，使转向过程中，所有的车轮都是纯滚动或极小的滑移，根据已知参数与公式，初步确定梯形臂长度和梯形底角。
② 转向器结构设计：经过比较不同种类的转向器，选取其中一种作为设计结构，并根据转向梯形校核后的结果对转向器中的齿轮、齿条尺寸进行设计和强度校核。对转向齿轮轴进行精度设计，并建立尺寸链，进行有限元分析。
③ 其他一些零部件及标准件参考实物选取。
在设计的过程中应该注意方向盘转动的转角与车轮转角的关系，也就是要弄清楚转向器角传动比，梯形臂长度，转向器线角传动比三者之间的关系。因此，本次设计最需要解决的就是将这三个基本参数确定在一个适当的范围内，让它们满足一个等量关系。
1.3转向系统在国内外的发展
1902年，英国人首次发明了机械液压助力转向；1954年，通用汽车公司首次将液压助力转向系统（HPS）应用于汽车上。经过一系列的技术革新，80年代早期出现了电子液压助力转向系统（EHPS）。1988年，日本铃木汽车公司首先在其小型轿车Cervo上装备了电动助力转向系统（EPS）。近几年，市场上又出现了四轮转向系统及线控转向系统（SBW）等一些新的技术，但由于技术、价格等方面的原因，这两种
转向系统目前还没有得到广泛应用。
目 录
摘 要
Abstract 1
1 前言 2
1.1选题的目的及意义
1.2研究的基本内容及论文构成
1.3转向系统在国内外的发展
1.4转向器的发展
1.5已知参数
2 转向梯形设计 5
2.1理想的内、外轮转角关系
2.2转向梯形机构尺寸的初步确定
3 转向器总体设计方案 8
3.1 转向器的作用
3.2转向器类型的选择
3.3齿轮齿条式转向器输出形式选择
3.4齿轮齿型选择
3.5齿条端面形状的选择
3.6转向器布置形式选择
4转向器的设计计算 12
4.1转向系计算载荷的确定
4.2齿轮齿条式转向器的设计
5.齿轮齿条式转向器强度校核 19
5.1齿条强度计算
5.2齿轮强度校核
5.3齿轮轴精度设计
5.4齿轮强度校核
5.5对结果进行分析
6 间隙调整弹簧的设计计算 37
6.1 间隙调整弹簧材料的选择
6.2 间隙调整弹簧钢丝直径的初选与计算
6.3间隙调整弹簧有效圈数和自由高度计算
6.4间隙调整弹簧其他结构参数计算
6.5 间隙调整弹簧验算
6.6弹簧工作图
7轴承、润滑方式和密封类型的选择 43
7.1轴承的选择
7.2润滑方式及润滑剂的选择
7.3密封结构的确定 44
8. 三维建模过程 45
8.1装配图
8.2齿条建模过程
结论 49
总结与体会 50
致 谢 51
参考文献 52
参考文献
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