大學(xué)生方程式賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、河北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）初稿河 北 工 業(yè) 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 作 者： 段正陽 學(xué) 號(hào)： 090308 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 系(專業(yè))： 車輛工程 題 目： 大學(xué)生方程式賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 指導(dǎo)者： 張小俊 （副教授） 評閱者： 2013 年 5 月 25 日大學(xué)生方程式賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)摘要：大學(xué)生方程式大賽（fsae）為熱愛賽車的在讀大學(xué)生舉辦的一項(xiàng)競賽，各個(gè)車隊(duì)需要在一年的時(shí)間內(nèi)制造出一輛在加速、剎車、操控性方面表現(xiàn)優(yōu)異且足夠穩(wěn)定耐久的賽車，保證其能夠成功完成賽事所有項(xiàng)目。對汽車來說，轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變行駛方向的機(jī)構(gòu)，并且在轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有

2、協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。論文首先分析了轉(zhuǎn)向系的作用、基本構(gòu)成、要求和總體性能，根據(jù)賽車的特殊需求設(shè)計(jì)了齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，同時(shí)確定了轉(zhuǎn)向系的空間位置、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及轉(zhuǎn)向梯形的型式，還分析了轉(zhuǎn)向器的嚙合傳動(dòng)的特點(diǎn)和傳動(dòng)效率。基于已知的賽車數(shù)據(jù)如軸距，整備質(zhì)量等參數(shù)，計(jì)算了轉(zhuǎn)向系所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比、力傳動(dòng)比、角傳動(dòng)比等計(jì)算，并且對轉(zhuǎn)向系各部件進(jìn)行了強(qiáng)度校核。最后，用ug對轉(zhuǎn)向器進(jìn)行了詳細(xì)建模，用matlab和adams對轉(zhuǎn)向系進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化和動(dòng)力學(xué)仿真優(yōu)化，同時(shí)繪制了cad裝配圖。關(guān)鍵詞：fsae賽車；齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器；設(shè)計(jì)；優(yōu)化title: the simulating design

3、 of formula student racing steering systemabstract：formula sae,a competition held for undergraduates hot for racing cars, requires a years time to process a racing car performing excellent in accelerating, braking, and handling with excellent stability and durable enough, finally it can complete the

4、 competition under rules and pass all projects.for vehicle，steering system is used to maintain or change the car driving direction, when in automotive steering, it should guarantee the steering wheel angle with harmonious change. firstly,this paper analyzed the role, basic structure, requirements, a

5、nd overall performance of the steering system, according to the specific requirements of racing cars design of the rack and pinion steering gear,at the same time determined the spatial location, structure, characteristics of steering system and steering trapezoid type, also the steering gear meshing

6、 transmission characteristics and transmission efficiency. based on known data such as car wheelbase, curb weight and parameters, the relevant data, the steering angle of steering gear ratio,the transmission ratio was calculated, and the intensity of steering system parts is ensured. finally, built

7、the steering gear model in detail with ug, optimized the steering system structurally and dynamically in matlab and adams, and completed the cad assembly drawing.keywords： formula sae,rack and pinion steering gear,design,simulation河北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）初稿目 錄1 緒論 11.1大學(xué)生方程式大賽簡介11.2 fsae轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)21.3 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的

8、主要工作52 大學(xué)生方程式賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 62.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本參數(shù)62.2 轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)7 1）轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比iw72）轉(zhuǎn)向器載荷及相關(guān)尺寸計(jì)算 83）齒輪設(shè)計(jì) 104）齒條設(shè)計(jì) 145）嚙合受力分析 156）齒間間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 187）軸承選擇 202.3 轉(zhuǎn)向梯形優(yōu)化 203 基于ug的大學(xué)生方程式賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真253.1 ug簡介 253.2 建立零件模型 263.2.1 斜齒輪建模過程 263.2.2 主要零件模型圖 314 基于adams car/insight的大學(xué)生方程式賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化 34結(jié)論39參考文獻(xiàn)40致謝421 緒論1.1 大學(xué)生方程式大賽簡介大學(xué)生方程式大賽（

9、以下簡稱fsae）從1978年創(chuàng)辦至今已有三十多年的歷史。如今，fsae已成為世界級賽事，在多個(gè)國家設(shè)立有分站比賽，如美國站、德國站、西班牙站等。大賽一年一屆，由各國汽車工程協(xié)會(huì)和大學(xué)生方程式大賽組委會(huì)舉辦，得到了許多車企和機(jī)構(gòu)的大力贊助。各大高校車隊(duì)嚴(yán)格按照賽規(guī)，通過近一年的設(shè)計(jì)制造，最終同臺(tái)競技，爭取在動(dòng)力性、制動(dòng)性、操控穩(wěn)定性、燃油經(jīng)濟(jì)性等方面的優(yōu)異表現(xiàn)。中國大學(xué)生方程式大賽（以下簡稱fsc）始于2010年，已成功舉辦三屆，不僅有吉林大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、湖南大學(xué)、北京理工大學(xué)等名校的長期參與，還吸引來了諸如湖北汽車工業(yè)學(xué)院、西安汽車科技學(xué)院、廣西工學(xué)院麓山學(xué)院等院校的積極加入，得到了北京汽車

10、、廣州汽車、奇瑞汽車等知名車企的極力支持。大賽的宗旨是：由各大學(xué)車隊(duì)的本科生和研究生構(gòu)想、設(shè)計(jì)、制造一輛小型方程式賽車并參加比賽。比賽本身給了參賽車隊(duì)一個(gè)同各地大學(xué)的車隊(duì)同場競技的機(jī)會(huì)，以展示和證明他們的創(chuàng)造力和工程技術(shù)水平。為了達(dá)到賽事宗旨，假定參賽車隊(duì)是為一家設(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)、制造、測試并展示一輛目標(biāo)市場為業(yè)余周末休閑賽車的原型車。賽車必須在加速、制動(dòng)和操控性方面具有非常優(yōu)異的表現(xiàn)，同時(shí)又必須具有足夠的耐久性以能夠順利完成規(guī)則中提及的及比賽現(xiàn)場進(jìn)行的所有項(xiàng)目。賽車必須適合第5百分位的女性和第95百分位的男性車手駕駛，也需要予以考慮：美學(xué)、成本、人體工程學(xué)、可維護(hù)性、工藝性和可靠性。對于車隊(duì)來說

11、，其挑戰(zhàn)在于開發(fā)一輛能最大程度滿足中國 fsc 賽車的設(shè)計(jì)目標(biāo)且具有市場前景的樣品車。每輛賽車的設(shè)計(jì)都將與其他的賽車進(jìn)行對比評價(jià)，以評定出最優(yōu)秀的設(shè)計(jì)。fsae賽車必須滿足一份規(guī)則，除此之外則可以盡情發(fā)揮自己的想象力制造出自己的賽車。下面列舉出一些重要的要求:裸露式車輪和敞開式駕駛艙；使用排量不超過610cc的四沖程汽油機(jī)；安裝內(nèi)徑20mm的進(jìn)氣限流閥；軸距不小于1525mm；輪輞不小于8英寸；全部四個(gè)車輪必須能夠抱死；懸架行程不小于50.8mm（2英寸）；大量安全和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求（諸如材料和管徑要求，支撐結(jié)構(gòu)要求，空間要求和防撞要求等）。參賽車輛將在一系列的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)項(xiàng)目中進(jìn)行測評，其中包括：

12、技術(shù)檢查、制造成本分析、營銷報(bào)告、賽車設(shè)計(jì)、單項(xiàng)性能測試和良好的賽道耐久性。項(xiàng)目分值分配如表1.1.1【1】：靜態(tài)項(xiàng)目：項(xiàng)目分值動(dòng)態(tài)項(xiàng)目：項(xiàng)目分值陳述75加速性75工程設(shè)計(jì)150彎道性能50成本分析100操作穩(wěn)定性150燃油經(jīng)濟(jì)性50耐久性350小計(jì)325小計(jì)675合計(jì)1000表1.1.1 fsc項(xiàng)目分值分配fsc 通過各方面培訓(xùn)，提高學(xué)生們的設(shè)計(jì)、制造、成本控制、商業(yè)營銷、溝通和協(xié)作等五個(gè)方面的能力，全面提升汽車專業(yè)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)，為中國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展積蓄人才，促進(jìn)中國汽車工業(yè)從“制造大國”邁向“產(chǎn)業(yè)大國”。1.2 fsae轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來保持或者改變車輛行駛方向的機(jī)構(gòu)，在車輛

13、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。fsae大賽規(guī)定僅使用機(jī)械轉(zhuǎn)向系，即依靠駕駛員的手力轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤，經(jīng)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)向器作為改變汽車行駛方向及保持汽車穩(wěn)定直線行駛的關(guān)鍵零部件，其性能關(guān)系到生命財(cái)產(chǎn)安全。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的技術(shù)狀況，對于保證行駛安全、減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度和延長車輛使用壽命均有著十分重要的作用。如何改善賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操縱穩(wěn)定性、靈敏性、可靠性和輕便性，應(yīng)作為設(shè)計(jì)工作的重中之重。另外，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在使用過程中，要求齒面沒有明顯的磨損和缺陷，否則應(yīng)予以更換。因此，合適的轉(zhuǎn)向器齒輪齒條機(jī)構(gòu)對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)至關(guān)重要。賽規(guī)還規(guī)定有：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須安裝有效的轉(zhuǎn)向限位塊，以防止

14、轉(zhuǎn)向連桿結(jié)構(gòu)反轉(zhuǎn)（四桿機(jī)構(gòu)在一個(gè)節(jié)點(diǎn)處發(fā)生反轉(zhuǎn)）；限位塊可安裝在轉(zhuǎn)向立柱或齒條上，并且必須防止輪胎在轉(zhuǎn)向行駛時(shí)接觸懸架、車身或車架部件；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的自由行程不得超過7（在方向盤上測量；方向盤的自由行程和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的間隙有關(guān)，所以應(yīng)有效控制存在間隙的大小）；方向盤必須安裝在快拆器上，必須保證車手在正常駕駛坐姿并配戴手套時(shí)可以操作快拆器；方向盤輪廓必須為連續(xù)閉合的近圓形或近橢圓形，例如：方向盤的外輪廓可以有一些部分趨向直線，但不可以有內(nèi)凹的部分，禁止使用h形、8 型或分開式方向盤；在任何角度，方向盤上端必須低于前環(huán)的上端，如圖1.2.1所示。圖1.2.1 對于方向盤高度的限制由上可見，賽車的轉(zhuǎn)向效率應(yīng)

15、較大，即以小的方向盤轉(zhuǎn)角（單向轉(zhuǎn)角不能超過360，保證不干涉車手軀體）和小的齒條行程就能使導(dǎo)向輪達(dá)到應(yīng)有轉(zhuǎn)角。轉(zhuǎn)向盤總自由行程不大，即其操作要較靈敏，保證急轉(zhuǎn)向。另外，方向盤必須按照規(guī)定選取，可自行制造，且其安裝點(diǎn)務(wù)必與車架組協(xié)調(diào)。方程式賽車因其高速性和快速過彎能力而受到人們的追捧。但是賽道的彎道很多，且很多彎道的轉(zhuǎn)彎半徑很小，如比賽項(xiàng)目中最小轉(zhuǎn)彎半徑為3810mm（蛇形穿樁項(xiàng)目里）。由此可見，賽車的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性問題極其重要。此外，賽道的摩擦系數(shù)非常大，可以達(dá)到f=3.5，這就意味著胎溫會(huì)很高，如果輪胎出現(xiàn)單側(cè)偏磨現(xiàn)象，將是一個(gè)很大的安全隱患。對比一下民用車和賽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。民用車要兼顧到平順性

16、與操縱穩(wěn)定性，而賽車重在操縱穩(wěn)定性。民用車上所采用的轉(zhuǎn)向器一般為角傳動(dòng)比在16:120:1之間且結(jié)構(gòu)非對稱，而方程式賽車需要的角傳動(dòng)比為4:15:1之間，且轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)對稱以方便布置。市面上只有卡丁車轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比為4:1，且為中間輸入，但是卡丁車對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要求不高，并不能滿足方程式賽車的要求，所以自行設(shè)計(jì)加工出合適的轉(zhuǎn)向器，并對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行匹配分析，才能較好地滿足方程式比賽的需要。汽車設(shè)計(jì)里對轉(zhuǎn)向系提出的要求有：1) 汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，全部車輪應(yīng)繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，任何車輪不應(yīng)有側(cè)滑。不滿足這項(xiàng)要求會(huì)加速輪胎磨損，并降低汽車的行駛穩(wěn)定性。2) 汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，在駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤的條件下，轉(zhuǎn)向輪能

17、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)最小。5) 保證汽車有較高的機(jī)動(dòng)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小。8) 轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。9) 在車禍中，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤由于車架或車身變形而共同后移時(shí)，轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防松裝置。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。以上要求同樣對賽車適用。fsc的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)向

18、盤、轉(zhuǎn)向盤快拆器、轉(zhuǎn)向柱、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向桿等部件構(gòu)成。具體結(jié)構(gòu)如圖1.2.2所示。轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向盤快拆器轉(zhuǎn)向桿轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)向盤圖1.2.2 fsc賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成賽車的轉(zhuǎn)向效率應(yīng)較大，即以小的方向盤轉(zhuǎn)角（單向轉(zhuǎn)角不能超過360，保證不干涉車手軀體）和小的齒條行程就能使導(dǎo)向輪達(dá)到應(yīng)有轉(zhuǎn)角。轉(zhuǎn)向盤總自由行程不能過大，即操作要較靈敏，保證急轉(zhuǎn)向。1.3 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要工作根據(jù)要求，設(shè)計(jì)出滿足fsae轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成及功能要求的轉(zhuǎn)向器，并匹配優(yōu)化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)，使其最大程度上適應(yīng)比賽。按照以下設(shè)計(jì)思路進(jìn)行：1）轉(zhuǎn)角的確定符合阿克曼轉(zhuǎn)角能使車做純滾動(dòng)，有效減少了輪胎磨損與轉(zhuǎn)向阻力，所以由此可得出內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)

19、角。2）對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力分析根據(jù)相關(guān)公式，計(jì)算角傳動(dòng)比、駕駛員手力、原地轉(zhuǎn)向阻力矩等，校核并對不足之處j加以改進(jìn)。3）轉(zhuǎn)向器輸入形式的選取與轉(zhuǎn)向梯形的布置選擇合適的轉(zhuǎn)向器輸入形式與轉(zhuǎn)向梯形的布置形式，利用matlab編程，根據(jù)非線性最小二乘法對該轉(zhuǎn)向梯形進(jìn)行優(yōu)化分析，得出合適的梯形臂長、底角等數(shù)據(jù)。4）相關(guān)部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)根據(jù)之前得到的梯形臂長、梯形底角等數(shù)據(jù)得到齒條行程，利用“逆推法”設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向器的各方面參數(shù)，再基于ug建立轉(zhuǎn)向器參數(shù)化的實(shí)體模型，以滿足不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求。5）仿真優(yōu)化運(yùn)用adams/car建模并仿真，優(yōu)化相關(guān)硬點(diǎn)坐標(biāo)以改善轉(zhuǎn)向性能。整個(gè)過程以虛擬設(shè)計(jì)、虛擬分析為核心，初步實(shí)現(xiàn)在計(jì)

20、算機(jī)上對fsae賽車操縱穩(wěn)定性的仿真分析，獲得設(shè)計(jì)結(jié)果的力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律，并進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。最后用cad將優(yōu)化結(jié)果表達(dá)為實(shí)際裝配圖紙。2 大學(xué)生方程式賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本參數(shù)結(jié)合賽規(guī)、往屆各車隊(duì)賽車參數(shù)及名次，選定整車的基本信息如表2.1.1：名稱軸距l(xiāng)前輪距b后輪距b最小轉(zhuǎn)彎半徑r數(shù)值1600 mm1250 mm1200 mm3810 mm名稱車手重車重（采用cbr600發(fā)動(dòng)機(jī)）輪輞輪胎數(shù)值70 kg220 kg萬豐13吋hoosier21吋名稱方向盤最大轉(zhuǎn)角數(shù)值260 表2.1.1 初選賽車基本信息根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點(diǎn)不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有四種形式：中間輸入，兩端輸出

21、（圖2.1.1 a）；側(cè)面輸入，兩端輸出（圖2.1.1 b）；側(cè)面輸入，中間輸出（圖2.1.1 c）；側(cè)面輸入，一端輸出（圖2.1.1 d）。圖2.1.1 轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)形式方程式賽車的轉(zhuǎn)向盤位于賽車中間部位，駕駛艙又較小，采用中間輸出或者一端輸出形式不便于布置， 所以確定轉(zhuǎn)向器輸入形式為“中間輸入、兩端輸出”，如圖2.1.1：圖2.1.2中間輸入、兩端輸出結(jié)構(gòu)形式與齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器配用的轉(zhuǎn)向梯形布置有以下四種：a轉(zhuǎn)向器位于前軸后方、后置梯形 b轉(zhuǎn)向器位于前軸后方、前置梯形c轉(zhuǎn)向器位于前軸前方、后置梯形 d轉(zhuǎn)向器位于前軸前方、前置梯形圖2.1.3如果采用a方案可能影響駕駛員雙腿的進(jìn)出，而b、c方

22、案很容易與前懸架減震器推（拉）桿產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉，所以選擇d方案，即轉(zhuǎn)向器位于前軸前方且前置梯形。2.2 轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)1）轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比iw為了避免在賽車轉(zhuǎn)向時(shí)產(chǎn)生的路面對汽車行駛的附加阻力過大和輪胎的過快磨損，要求轉(zhuǎn)向系統(tǒng)盡可能地保證在賽車轉(zhuǎn)向時(shí)，所有的車輪均作純滾動(dòng)。顯然，這只有在所有車輪的軸線都相交于一點(diǎn)時(shí)方能實(shí)現(xiàn)，如圖2.2.1所示。此交點(diǎn)被稱為轉(zhuǎn)向中心，其位置與前輪和后輪的側(cè)偏角大小有關(guān)。圖2.2.1 車輪的理論轉(zhuǎn)角關(guān)系 l汽車軸距，1600mm；r汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑，3810 mm；b前輪輪距，1250mm；外側(cè)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角；內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角。 根據(jù)圖示幾何關(guān)系，算得=24.83，=35.93

23、角傳動(dòng)比 iw=wk （1） 式中，w轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，度數(shù)為260；k轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角，+=60.76將數(shù)據(jù)代入（1）式中，得：iw =4.3（為設(shè)計(jì)方便，取iw為4:1）2）轉(zhuǎn)向器載荷及相關(guān)尺寸計(jì)算參照常見汽車轉(zhuǎn)向器的載荷分析過程進(jìn)行，帶入賽車基本參數(shù)，進(jìn)行如下載荷計(jì)算。一、原地轉(zhuǎn)向阻力矩mr設(shè)計(jì)計(jì)算和說明計(jì)算式中 f 輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)；轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷，單位為n，按汽車設(shè)計(jì)，取滿載質(zhì)量m的45%(后置后驅(qū))；p輪胎氣壓，單位為。f=0.7g1=mg45%=（220+70）9.845%=1278.9 n p=0.22= 22752.0由以上計(jì)算過程得到，轉(zhuǎn)向阻力矩mr=22752.0 nmm。二、

24、轉(zhuǎn)向盤手力fh設(shè)計(jì)計(jì)算和說明計(jì)算 式中 轉(zhuǎn)向搖臂長,單位為mm；原地轉(zhuǎn)向阻力矩, 單位為nmm轉(zhuǎn)向節(jié)臂長,單位為mm；為轉(zhuǎn)向盤直徑,單位為mm；iw轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比；+轉(zhuǎn)向器正效率，取90% 。注：因齒輪齒條式轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)無轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向節(jié)臂，故、不代入數(shù)值。=22752.0=254mm=10inchiw=4：1=49.76n由以上計(jì)算過程得到，轉(zhuǎn)向盤手力=49.76n，它是最大值，因此可用作計(jì)算載荷。三、梯形臂長度l2設(shè)計(jì)計(jì)算和說明計(jì)算輪輞直徑= 13in=1325.4=330.2mm梯形臂長度 =0.8/2= 330.20.8/2=132.08mm,取=130mm=130mm由以上計(jì)算過程得

25、到，梯形臂長度l2=130mm。四、轉(zhuǎn)向橫拉桿最小直徑1 設(shè)計(jì)計(jì)算和說明計(jì)算式中，a=l2=130mm； 取=1.02mm由以上計(jì)算過程得到，轉(zhuǎn)向橫拉桿最小直徑1=1.02mm，取轉(zhuǎn)向橫拉桿直徑為10mm。五、主動(dòng)齒輪軸最小外圓直徑設(shè)計(jì)計(jì)算和說明計(jì)算=140mpa mn：方向盤扭矩，fhrsw=49.76254/2=6319.52n.mm取=6.13mm由以上計(jì)算過程得到，主動(dòng)齒輪軸最小外圓直徑1=6.13mm，后面將根據(jù)它選取合適的主動(dòng)齒輪軸外圓直徑。至此，已得到轉(zhuǎn)向器數(shù)據(jù)羅列如表2.2.1。原地轉(zhuǎn)向阻力矩mr22752.0 nmm轉(zhuǎn)向盤手力fh49.76n梯形臂長度l2130mm轉(zhuǎn)向橫拉桿

26、直徑dmin10mm斜齒輪轉(zhuǎn)矩t16319.52mm 表2.2.1 初選賽車基本信息3）齒輪設(shè)計(jì)齒輪軸是一根切有齒的軸，安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上并與齒條上的齒相嚙合，其上端與轉(zhuǎn)向柱相連。因此，轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)使齒條橫向移動(dòng)以操縱前輪。齒輪軸由安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上的深溝球軸承支承。轉(zhuǎn)向器內(nèi)的齒可以是直齒也可以是斜齒。相對直齒而言，斜齒的運(yùn)轉(zhuǎn)趨于平穩(wěn)，并能傳遞更大的動(dòng)力，故采用斜齒圓柱齒輪。假設(shè)齒輪有足夠的嚙合長度，且為齒輪在齒條上滾動(dòng)圖2.2.2 齒輪齒條嚙合原理圖而齒條不動(dòng)的嚙合情況，當(dāng)齒輪嚙合一周時(shí)，齒輪中心線由o-o位置移動(dòng)到o-o位置。這時(shí)可以知道，齒輪在齒條上移動(dòng)了ab=d的距離，即齒條實(shí)際移動(dòng)距

27、離。d是分度圓直徑。ab就是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的線角傳動(dòng)比，即i=d。對于一般的汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)來說，齒輪的模數(shù)取值范圍在23mm之間，主動(dòng)小齒輪齒數(shù)在57個(gè)范圍變化，壓力角取值20，齒輪螺旋角多為915。但是考慮到賽車的方向盤轉(zhuǎn)角不到一圈，而齒條總行程需要約160mm，且每嚙合一次，齒條走過一個(gè)周節(jié)（t=m）的距離，致使所需齒輪較大，所以初選齒數(shù)z1為15?？傻茫簍=16mmm=5.09mm方向盤轉(zhuǎn)角限制齒輪齒條只能嚙合260，約10對齒，因此可設(shè)計(jì)為不完全齒輪，按照齒數(shù)為15的斜齒輪加工，只切出11個(gè)齒，剩余部分保持齒頂高半徑。結(jié)合齒輪加工過程，從第一系列里選得齒輪的模數(shù)mn1為5m

28、m。另外，根據(jù)一般情況，選擇齒輪壓力角1為20，螺旋角為13，變位系數(shù)n=0.7。齒頂高 齒根高 齒高 分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 基圓直徑 法向齒厚為 端面齒厚為 齒距 齒輪中心到齒條基準(zhǔn)線距離 選擇齒寬系數(shù)為0.935，則齒寬b=0.935d=72mm所有計(jì)算結(jié)果羅列如表2.2.2。 齒輪幾何計(jì)算名稱符號(hào)計(jì)算結(jié)果/mm齒頂高h(yuǎn)a8.5齒根高h(yuǎn)f9.75齒高h(yuǎn)18.25分度圓直徑d76.97齒頂圓直徑da93.97齒根圓直徑df57.47基圓直徑db72.33法向齒厚sn10.40端面齒厚st10.60齒距p15.70齒輪中心到齒條基準(zhǔn)線距離h41.99齒寬b72表2.2.2 齒輪設(shè)

29、計(jì)尺寸齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪精度等級、材料及的選擇：（1） 由于轉(zhuǎn)向器齒輪轉(zhuǎn)速低，是一般的機(jī)械，故選擇8級精度。（2） 主動(dòng)小齒輪選用16mncr5材料制造并經(jīng)滲碳淬火，硬度在56-62hrc之間，取值60hrc。齒輪的齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)。 試取kt=1.3斜齒輪的轉(zhuǎn)矩 t=6319.52mm=6.32nm 取齒寬系數(shù) m=1.0（小齒輪對稱布置）齒輪齒數(shù) z=15復(fù)合齒形系數(shù) =3.32許用彎曲應(yīng)力 =0.7=0.7920=644n/（為齒輪材料的彎曲疲勞強(qiáng)度的基本值）帶入以上數(shù)據(jù)計(jì)算得，mn1.31mm，故設(shè)計(jì)所取mn=5mm符合要求。計(jì)算載荷系數(shù)1） 查表得 使用系數(shù)=12） 根據(jù)v=0

30、.024m/s ,和8級精度，查gb3480-1997表得3） 查表得齒向載荷分布系數(shù)4） 查表得齒間載荷分布系數(shù)5） 修正值 計(jì)算模數(shù)2.09mm故前取5mm符合要求。齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核校核公式為 許用接觸應(yīng)力：查表得，安全系數(shù)彈性系數(shù)查表得區(qū)域系數(shù)重合度系數(shù)螺旋角系數(shù)，u取4.7帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得：h=1377.06mpa1650mpa由以上計(jì)算可知齒輪滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度，即以上設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求。4）齒條設(shè)計(jì)齒條是在金屬殼體內(nèi)來回滑動(dòng)的，加工有齒形的金屬條。轉(zhuǎn)向器殼體是安裝在車架前底板固定位置上的。導(dǎo)向座將齒條支持在轉(zhuǎn)向器殼體上。齒條的橫向運(yùn)動(dòng)拉動(dòng)或推動(dòng)轉(zhuǎn)向橫拉桿，使前輪轉(zhuǎn)向。相互嚙合的齒

31、輪的齒距p1和齒條的齒距p2必須相等。即：mn1cos 1=mn2cos 2所以選定齒條的模數(shù)mn2為5mm，計(jì)算出齒條的壓力角2=20。選取齒條齒數(shù)z10，螺旋角=13，齒條斷面形狀選取為圓形。根據(jù)圖2.2.3計(jì)算出齒條的基本幾何數(shù)據(jù)，具體過程如表2.2.3。圖2.2.3 齒條幾何參數(shù)齒條幾何計(jì)算名稱代號(hào)計(jì)算公式數(shù)值/mm模數(shù)m-5周節(jié)tt=m15.7齒厚ss=t/27.85徑向間隙cc=0.25m1.25齒頂高h(yuǎn)1h1=m5齒根高h(yuǎn)2h2=1.25m6.25齒工作高度hghg =2m10齒全高h(yuǎn)h =2.25m11.25表2.2.3 齒條幾何計(jì)算結(jié)果齒條常采用45號(hào)鋼制造并經(jīng)高頻淬火，表面

32、硬度在56hrc以上。5）嚙合受力分析圖2.2.4 齒輪齒條嚙合受力分析示意圖齒輪齒條嚙合受力分析如圖2.2.4所示，計(jì)算過程如下：ft=2 mn /d=26319.5276.97=164.2nfr= fttan/cos=164.2tan20/cos13=61.3nfa= ft tan=164.2tan13=37.9n式中：為齒輪壓力角，20；為齒輪螺旋角，13；tz為轉(zhuǎn)向盤扭力矩，6319.52n.mm；d1為齒輪分度圓直徑，76.97mm齒輪軸強(qiáng)度校核圖2.2.5是齒輪軸的側(cè)視圖，經(jīng)過力學(xué)分析得到如圖2.2.6的齒輪軸受力圖：圖2.2.5 齒輪軸側(cè)視圖圖2.2.6 齒輪軸受力分析根據(jù)上圖可

33、得，fr1，+ fr2，= fr=61.3nfr1，（21+36）fa76.97/2fr2，（21+36）=0，即fr1， fr2，=25.6nfr1，= fr2，fr1，+ fr2，= ft=164.2n解得：fr1，= fr2，=82.1nfr1，=43.45n，fr2，=17.85n查得16mncr5的機(jī)械性能：抗拉強(qiáng)度b=1482mpa，屈服強(qiáng)度s=1232mpa-1=592.8mpa，-1=882mpa，=176220mpa由機(jī)械設(shè)計(jì)（第四版）查得：-1=0.40b=592.8mpa，0=1.6-1=948.48mpa-1b=0.41b=607.62mpa，0b=1.7-1b=103

34、2.95mpasb=1.4s=1724.8mpa-1=0.30b=444.6mpa，0=1.4-1=622.44mpa，s=0.70b=1037.4mpa對稱循環(huán)疲勞極限：-1b=0.41b=607.62mpa-1=0.30b=444.6mpa脈動(dòng)循環(huán)疲勞極限：0b=1.7-1b=1032.95mpa0=1.4-1=622.44mpa等效系數(shù)：=2-1b-0b0b=2607.62-1032.951032.95=0.1765=2-1-00=2444.6-622.44622.44=0.4286彎曲應(yīng)力幅：a=mw=6319.52（0.1153）=18.72mpa平均應(yīng)力幅：m=0扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：=tz

35、/wt=6319.52（0.2153）=9.36mpa扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力幅和平均應(yīng)力幅：a=m=/2=4.68mpa查得應(yīng)力集中系數(shù)：k=1.95，k=1.48，查得表面狀態(tài)系數(shù)：=1.5，查得尺寸系數(shù)：=0.98，=0.91安全系數(shù)：設(shè)為無限壽命，kn=1s=kn-1bka+m=1607.621.951.50.9118.72=22.72s=kn-1ka+m=66.5s=sss2+s2 = 21.5 s綜上可得，齒輪軸的強(qiáng)度校核符合安全標(biāo)準(zhǔn)。6）齒間間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)齒間間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)工作原理：一個(gè)齒條導(dǎo)向座安裝在齒條光滑的一面。齒條導(dǎo)向座1和與殼體螺紋連接的調(diào)節(jié)螺塞3圖2.2.7 齒間間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)之間連

36、有一個(gè)彈簧2，此調(diào)節(jié)螺塞由鎖緊螺母固定4。齒條導(dǎo)向座的調(diào)節(jié)使齒輪、齒條間有一定預(yù)緊力，此預(yù)緊力會(huì)影響轉(zhuǎn)向沖擊、噪聲及反饋。如圖2.2.7。在機(jī)械設(shè)計(jì)（第四版）和機(jī)械設(shè)計(jì)（修訂版）查得圓彈簧絲的設(shè)計(jì)計(jì)算：“若設(shè)計(jì)要求彈簧力為fmax=650n，最大間隙max=8mm，該彈簧在軸徑為18mm的軸上工作，外徑小于35mm，自由長度小于50mm設(shè)計(jì)”。假設(shè)彈簧絲直徑d=5mm；查表得到旋繞比c=48，取6；曲度系數(shù)k=1.25（圓絲拉壓彈簧）；b=1400mpa；t=0.4b=560mpa彈簧直徑，取5mm；彈簧圈數(shù)，取3加上2圈死圈，共5圈彈簧外徑d=d2+5=35mm彈簧最小節(jié)距pmin=d+mi

37、n=8.17mm彈簧在自由狀態(tài)下的長度h0=np+(n-n+1)d=39.5mm彈簧的極限載荷 fmin=0.9fmax=585ns=1.25=1.25560=700mpa彈簧剛度cs=gd/8c3n=800005（8633）=77.16n/mm 安裝變形量min= fmin/cs=7.58mm 最大變形量max=fmax/cs=8.41mm極限變形量lim= flim/ cs =11.9mm 工作高度h2=h0-max=31.09安裝高度h1=h0-lim=31.92mm 極限高度h3=h0-lim=27.6mm7）軸承選擇軸承選擇6300和6201兩個(gè)型號(hào)。小軸承6300，深溝球軸承，內(nèi)徑

38、d=10mm，外徑35mm，寬b=11mm基本額定載荷cr=7.65kn，c0r=3.48kn，脂潤滑，極限轉(zhuǎn)速24000r/min。大軸承6201，深溝球軸承，內(nèi)徑d=12mm，外徑d=32mm，寬b=10mm基本額定載荷cr=6.82kn，c0r=3.05kn，脂潤滑，極限轉(zhuǎn)速24000r/min轉(zhuǎn)向器的cad裝配如圖2.2.8。圖2.2.8 轉(zhuǎn)向器裝配圖2.3 轉(zhuǎn)向梯形優(yōu)化設(shè)i 、o 分別為內(nèi)、外轉(zhuǎn)向車輪轉(zhuǎn)角，l 為汽車軸距，k 為兩主銷中心線延長線到地面交點(diǎn)之間的距離。若自變角為0，則因變角i的期望值為： （2.3.1）現(xiàn)有的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)僅能近似滿足上式關(guān)系。在圖2.2.1上作輔助用虛

39、線，利用余弦定理可推得轉(zhuǎn)向梯形所給出的實(shí)際因變角i 為 （2.3.2）式中，m 為梯形臂長； 為梯形底角。優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的確定所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向梯形給出的實(shí)際因變角i ，應(yīng)盡可能接近理論上的期望值i。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(shí)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(shí)，可適當(dāng)放寬要求。因此，再引入加權(quán)因子0 (0)，構(gòu)成評價(jià)設(shè)計(jì)優(yōu)劣的目標(biāo)函數(shù)f (x)為 （2.3.3）將式（2.3.1）、式（2.3.2）代入式（2.3.3）得 （2.3.4）在matlab 軟件上編輯目標(biāo)函數(shù)f (x) 的m文件，內(nèi)容如圖2.3.1所示。圖2.3.1 優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化約束條

40、件的確定：式（2.3.4）中，x 為設(shè)計(jì)變量，；為外轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)角，由2.2 1）可知， 。考慮到多數(shù)使用工況下轉(zhuǎn)角o小于20，且10以內(nèi)的小轉(zhuǎn)角使用得更加頻繁，因此取 （2.3.5）建立約束條件時(shí)應(yīng)考慮到：設(shè)計(jì)變量m 及 過小時(shí)，會(huì)使橫拉桿上的轉(zhuǎn)向力過大；當(dāng)m 過大時(shí)，將使梯形布置困難，故對m 的上、下限及對 的下限應(yīng)設(shè)置約束條件。因 越大，梯形越接近矩形，f (x)值就越大，而優(yōu)化過程是求f (x)的極小值，故可不必對 的上限加以限制。綜上所述，各設(shè)計(jì)變量的取值范圍構(gòu)成的約束條件為 （2.3.6） （2.3.7） （2.3.8）梯形臂長度m 設(shè)計(jì)時(shí)常取在，mmin = 0.11k ， mm

41、ax = 0.15k。梯形底角min = 70。即，134.2 m 183 ， 70。此外，由機(jī)械原理得知，四連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角 不宜過小，通常 min 40。如圖2.2.1 所示，轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)在汽車向右轉(zhuǎn)彎至極限位置時(shí)達(dá)到最小值，故只考慮右轉(zhuǎn)彎時(shí) min 即可。利用該圖所作的輔助用虛線及余弦定理，可推出最小傳動(dòng)角約束條件為 （2.3.9）式中，min為最小傳動(dòng)角，min為設(shè)計(jì)變量m 及 的函數(shù)。在matlab 軟件上編輯目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化約束條件的m文件，內(nèi)容如圖2.3.2所示圖2.3.2 優(yōu)化約束條件優(yōu)化結(jié)果分析，如圖2.3.3所示。圖2.3.3 運(yùn)行m文件編輯好運(yùn)行m文件后，在command

42、windows 窗口輸入運(yùn)行m文件的文件名后，按回車鍵，matlab 軟件就利用非線性最小二乘法對該轉(zhuǎn)向梯形進(jìn)行優(yōu)化分析，最后得出最優(yōu)結(jié)果如圖2.3.4所示。圖2.3.4 matlab優(yōu)化結(jié)果由圖2.3.4可知，優(yōu)化后的賽車轉(zhuǎn)向梯形的最佳優(yōu)化結(jié)果為：梯形臂長132.00 mm；梯形底角79.9261。3 基于ug的大學(xué)生方程式賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真3.1 ug簡介ug是unigraphics的縮寫，是一個(gè)交互式cad/cam(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助制造)系統(tǒng)。它功能強(qiáng)大，可以輕松實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜實(shí)體及造型的建構(gòu)。它在誕生之初主要基于工作站，但隨著pc硬件的發(fā)展和個(gè)人用戶的迅速增長，在pc上的應(yīng)用取得

43、了迅猛的增長，目前已經(jīng)成為模具行業(yè)三維設(shè)計(jì)的一個(gè)主流應(yīng)用。ug的開發(fā)始于1990年7月，它是基于c語言開發(fā)實(shí)現(xiàn)的。ug nx是一個(gè)在二和三維空間無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上使用自適應(yīng)多重網(wǎng)格方法開發(fā)的一個(gè)靈活的數(shù)值求解偏微分方程的軟件工具。其設(shè)計(jì)思想足夠靈活地支持多種離散方案。因此軟件可對許多不同的應(yīng)用再利用。 一個(gè)給定過程的有效模擬需要來自于應(yīng)用領(lǐng)域(自然科學(xué)或工程)、數(shù)學(xué)(分析和數(shù)值數(shù)學(xué))及計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)。然而，所有這些技術(shù)在復(fù)雜應(yīng)用中的使用并不是太容易。這是因?yàn)榻M合所有這些方法需要巨大的復(fù)雜性及交叉學(xué)科的知識(shí)。最終軟件的實(shí)現(xiàn)變得越來越復(fù)雜，以致于超出了一個(gè)人能夠管理的范圍。一些非常成功的解偏微分方程的

44、技術(shù)，特別是自適應(yīng)網(wǎng)格加密（adaptivemeshrefinement）和多重網(wǎng)格方法在過去的十年中已被數(shù)學(xué)家研究，同時(shí)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的巨大進(jìn)展，特別是大型并行計(jì)算機(jī)的開發(fā)帶來了許多新的可能。 ug的目標(biāo)是用最新的數(shù)學(xué)技術(shù)，即自適應(yīng)局部網(wǎng)格加密、多重網(wǎng)格和并行計(jì)算，為復(fù)雜應(yīng)用問題的求解提供一個(gè)靈活的可再使用的軟件基礎(chǔ)。 一個(gè)如ug nx這樣的大型軟件系統(tǒng)通常需要有不同層次抽象的描述。ug具有三個(gè)設(shè)計(jì)層次，即結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(architecturaldesign)、子系統(tǒng)設(shè)計(jì)(subsystemdesign)和組件設(shè)計(jì)(componentdesign)。 至少在結(jié)構(gòu)和子系統(tǒng)層次上，ug是用模塊方法設(shè)

45、計(jì)的并且信息隱藏原則被廣泛地使用。所有陳述的信息被分布于各子系統(tǒng)之間。 來自siemens plm 的 nx 使企業(yè)能夠通過新一代數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)向產(chǎn)品全生命周期管理轉(zhuǎn)型的目標(biāo)。 nx 包含了企業(yè)中應(yīng)用最廣泛的集成應(yīng)用套件，用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程和制造全范圍的開發(fā)過程。 如今制造業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)是，通過產(chǎn)品開發(fā)的技術(shù)創(chuàng)新，在持續(xù)的成本縮減以及收入和利潤的逐漸增加的要求之間取得平衡。為了真正地支持革新，必須評審更多的可選設(shè)計(jì)方案，而且在開發(fā)過程中必須根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)中所獲得的知識(shí)更早地做出關(guān)鍵性的決策。 nx 是 ugs plm 新一代數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，它可以通過過程變更來驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品革新。 nx 獨(dú)

46、特之處是其知識(shí)管理基礎(chǔ)，它使得工程專業(yè)人員能夠推動(dòng)革新以創(chuàng)造出更大的利潤。 nx 可以管理生產(chǎn)和系統(tǒng)性能知識(shí)，根據(jù)已知準(zhǔn)則來確認(rèn)每一設(shè)計(jì)決策。 nx 建立在為客戶提供無與倫比的解決方案的成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，這些解決方案可以全面地改善設(shè)計(jì)過程的效率，削減成本，并縮短進(jìn)入市場的時(shí)間。通過再一次將注意力集中于跨越整個(gè)產(chǎn)品生命周期的技術(shù)創(chuàng)新， nx 的成功已經(jīng)得到了充分的證實(shí)。這些目標(biāo)使得 nx 通過無可匹敵的全范圍產(chǎn)品檢驗(yàn)應(yīng)用和過程自動(dòng)化工具，把產(chǎn)品制造早期的從概念到生產(chǎn)的過程都集成到一個(gè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理和協(xié)同的框架中。 nx 為那些培養(yǎng)創(chuàng)造性和產(chǎn)品技術(shù)革新的工業(yè)設(shè)計(jì)和風(fēng)格提供了強(qiáng)有力的解決方案。利用

47、nx 建模，工業(yè)設(shè)計(jì)師能夠迅速地建立和改進(jìn)復(fù)雜的產(chǎn)品形狀， 并且使用先進(jìn)的渲染和可視化工具來最大限度地滿足設(shè)計(jì)概念的審美要求。 nx 包括了世界上最強(qiáng)大、最廣泛的產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用模塊。 nx 具有高性能的機(jī)械設(shè)計(jì)和制圖功能，為制造設(shè)計(jì)提供了高性能和靈活性，以滿足客戶設(shè)計(jì)任何復(fù)雜產(chǎn)品的需要。 nx 優(yōu)于通用的設(shè)計(jì)工具，具有專業(yè)的管路和線路設(shè)計(jì)系統(tǒng)、鈑金模塊、專用塑料件設(shè)計(jì)模塊和其他行業(yè)設(shè)計(jì)所需的專業(yè)應(yīng)用程序17,19,19。3.2 建立零件模型3.2.1 斜齒輪建模過程 本建模過程為參數(shù)化建模， 在ug中需先建立漸開線方程，然后按ug軟件中表達(dá)式的輸入規(guī)則輸入表達(dá)式、最后通過“曲線”工具條中的“規(guī)律

48、曲線”功能繪制出曲線。1、編輯關(guān)系式：t=0 從0到1變化的，為系統(tǒng)內(nèi)部變量alpha=20 標(biāo)準(zhǔn)壓力角beta=13 斜齒輪螺旋角a_t=arctan(tan(alpha)/cos(beta) 端面壓力角a_tt=a_t a_tt的單位為“恒定”b=72 齒厚cx=0.25 齒根高系數(shù)z=6 齒數(shù)m_n=2.5 法向模數(shù)m_t=m_n/cos(beta) 端面模數(shù)d=z*m_t 分度圓直徑hax=1 齒頂高系數(shù)x_n=0.7 法向變位系數(shù)x_t=x_n*cos(beta) 端面變位系數(shù)da=d+(hax*cos(beta)+x_t)*m_t*2 齒頂圓直徑db=d*cos(a_t) 基圓直徑

49、df=d-(hax+cx)*cos(beta)-x_t)*m_t*2 齒根圓直徑e=pi()*m_t/2-x_t*m_t*tan(a_t)*2 變位齒輪齒槽寬gama=e/d*180/pi() 分度圓齒槽寬對應(yīng)的圓心角的一半inv_phi=tan(a_t)-a_tt*pi()/180 漸開線函數(shù) 單位用“恒定”選項(xiàng)t_d=(pi()/2+2*x_t*tan(a_t)*m_t 分度圓齒厚t_db=(t_d+m_n*z*inv_phi)*cos(a_t) 基圓齒厚sita=180*(1/z-t_db/(pi()*db) 基圓齒槽對應(yīng)圓心角的一半theta=tan(45*t)*180/pi()-45*t+sita 漸開線在柱坐標(biāo)中角度r=db/2/cos(45*t) 漸開線在柱坐標(biāo)中半徑xt=db/2/cos(45*t)*cos(theta) 三維直角坐標(biāo)系中x坐標(biāo)yt=db/2/cos(45*t)*sin(theta) 三維直角坐標(biāo)系中y坐標(biāo)zt=0 z方向?yàn)?在ug中新建一個(gè)模型文件并命名為“helical gear ”，從工具欄選擇“工具”“表達(dá)式” 彈出對話框 。圖 3.2.1.1 表達(dá)式將上文