【起亞K5汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)9900字（論文）】

起亞K5汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：汽車轉(zhuǎn)向器是汽車結(jié)構(gòu)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。是汽車整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中主要的零部件。在轉(zhuǎn)向的時(shí)候承載著方向盤、輪胎摩擦等綜合作用力，所以他的結(jié)構(gòu)對汽車行駛過程以及行駛穩(wěn)定性都有關(guān)鍵的影響。對于齒輪齒條轉(zhuǎn)向器來說是汽車轉(zhuǎn)向器應(yīng)用范圍最為廣泛的一種，傳動(dòng)穩(wěn)定、構(gòu)造簡單、效率高，對于起亞K5來說是一個(gè)很合適的轉(zhuǎn)向器。而對汽車結(jié)構(gòu)利用CATIA三維軟件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，是目前較為流行的一種設(shè)計(jì)方式，利用三維虛擬建模，可以對設(shè)計(jì)的參數(shù)、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行虛擬裝配和模擬，提高了設(shè)計(jì)的效率、降低了成本。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)以起亞K5汽車作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，研究汽車的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器，利用CATIA三維軟件進(jìn)行裝配。在設(shè)計(jì)中首先通過網(wǎng)絡(luò)資源等了解汽車參數(shù)以及轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)，然后對轉(zhuǎn)向器進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，完成主要參數(shù)以及結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，然后對設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，完成虛擬裝配，已確定整個(gè)結(jié)構(gòu)滿足使用要求，不干涉、能配合。最后完成了設(shè)計(jì)說明書以及CATIA圖紙。關(guān)鍵詞：K5汽車；轉(zhuǎn)向器；齒輪齒條；CATIA目錄 TOC\o"1-3"\h\u25895第1章緒論 178941.1設(shè)計(jì)的目的和意義 198881.2轉(zhuǎn)向器分類及概述 179221.3轉(zhuǎn)向器國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2154561.4CATIA軟件介紹 328825第2章基本方案和主要參數(shù)確定 539222.1設(shè)計(jì)的基本參數(shù) 577192.2設(shè)計(jì)基本方案的確定 564252.3傳動(dòng)比的確定 6144952.3.1方向盤尺寸的確定 6217432.3.2汽車轉(zhuǎn)向阻力矩計(jì)算 6193392.3.3轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比 64225第3章轉(zhuǎn)向器主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 8258363.1齒輪齒條設(shè)計(jì)基本選擇 8257813.2齒輪齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算 8310873.2.1齒輪的參數(shù)設(shè)計(jì) 875383.2.2齒輪的參數(shù)設(shè)計(jì) 9285493.3齒輪齒條材料選擇及強(qiáng)度校核 10207133.3.1應(yīng)力計(jì)算 10123093.3.2強(qiáng)度校核 11107403.4齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12209593.4.1受力分析與計(jì)算 1318041第4章參數(shù)化建模設(shè)計(jì)和有限元分析 14237494.1零部件三維建模 14209954.2有限元分析 14196084.2.1斜齒輪應(yīng)力結(jié)果 1415054.2.2斜齒輪變形結(jié)果 1530493第5章結(jié)論 1617298參考文獻(xiàn) 17第1章緒論1.1設(shè)計(jì)的目的和意義汽車轉(zhuǎn)向器的顧名思義就是用來改變汽車行駛方向的，是汽車運(yùn)行行駛中的一個(gè)重要的機(jī)構(gòu)。利用汽車轉(zhuǎn)向器能夠確保車輪的直行、轉(zhuǎn)彎等操作，是一個(gè)主要的零部件結(jié)構(gòu)。整個(gè)轉(zhuǎn)向器是一個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包含了方向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向器、拉桿直到輪胎的系統(tǒng)。在汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中，轉(zhuǎn)向的作用力主要來源于人力，利用人手所形成的驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)內(nèi)部機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在汽車的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向器需要滿足《汽車設(shè)計(jì)》規(guī)定的要求?？梢钥吹?，轉(zhuǎn)向器在整個(gè)汽車結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中都占有舉足輕重的作用，他的性能直接影響到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的性能，進(jìn)而影響到汽車的操縱感。同時(shí)對于汽車設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿足實(shí)際設(shè)計(jì)的需求了，利用CATIA三維模型進(jìn)行能夠快速的實(shí)現(xiàn)模型的建立虛擬的裝配等功能應(yīng)用。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成之后，不需要進(jìn)行打樣或者試生產(chǎn)，利用軟件就可以直接進(jìn)行零部件建立、裝配模擬、運(yùn)動(dòng)干涉甚至受力分析等，能夠節(jié)省大量的時(shí)間、人力以及資源等，提高了效率。本次以起亞K5汽車為基礎(chǔ)，對其轉(zhuǎn)向器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用CATIA三維模型進(jìn)行虛擬裝配。期望通過設(shè)計(jì)了解齒輪齒條的主要結(jié)構(gòu)及相應(yīng)主要零部件的計(jì)算，能夠充分利用大學(xué)期間所學(xué)習(xí)到的專業(yè)知識(shí)，從《機(jī)械設(shè)計(jì)》、《機(jī)械原理》、《理論力學(xué)》等都可以得到充分的應(yīng)用，能夠?qū)⒋髮W(xué)知識(shí)串聯(lián)起來，真正起來學(xué)以致用，這也是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的。由于畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及到的知識(shí)面廣、對個(gè)人的寫作、繪圖等綜合能力強(qiáng)，所以通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提升自己，為后續(xù)工作奠定基礎(chǔ)，也是畢業(yè)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要意義所在。1.2轉(zhuǎn)向器分類及概述汽車轉(zhuǎn)向器也稱之為轉(zhuǎn)向機(jī)，這是伴隨著汽車而不斷發(fā)展形成的一個(gè)重要機(jī)構(gòu)。他的作用就是實(shí)現(xiàn)從人工控制方向盤到所需要的汽車轉(zhuǎn)彎輪胎形成一定角度的一個(gè)過程。汽車轉(zhuǎn)彎是利用駕駛?cè)瞬僮鞣较虮P，通過傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞給車輪出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)功能自造就是利用人工直接進(jìn)行轉(zhuǎn)向，隨著汽車的發(fā)展出現(xiàn)了多種各樣的形式。目前常見的有齒輪齒條結(jié)構(gòu)形式、循環(huán)球轉(zhuǎn)向、蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)向等多種方式，伴隨而來的就是各種助力方式，比如液壓助力、電動(dòng)助力等。同時(shí)隨著制造工業(yè)、材料技術(shù)以及先進(jìn)科技的應(yīng)用，轉(zhuǎn)向器的構(gòu)建以及性能仍然在不斷的提升，但是不論在外圍結(jié)構(gòu)如何提高，其內(nèi)部的基礎(chǔ)傳動(dòng)部分仍然是最基礎(chǔ)的底層結(jié)構(gòu)，這是基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)向器主要的結(jié)構(gòu)分為三種，分別是齒輪齒條轉(zhuǎn)向器、循環(huán)球轉(zhuǎn)向器以及蝸桿曲柄轉(zhuǎn)向器。分別進(jìn)行簡單介紹。1、齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器這是一種最早的最早的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向器之一，他采用的是齒輪嚙合的原理，把一對齒輪中的一個(gè)做成直線齒條，利用一對相互垂直嚙合的齒輪實(shí)現(xiàn)從圓周運(yùn)動(dòng)到直線運(yùn)動(dòng)的傳遞，圓柱齒輪連接著方向盤，直線齒條連接著轉(zhuǎn)向拉桿。整個(gè)工作的傳動(dòng)過程非常簡單直接，所以齒輪齒條轉(zhuǎn)向器具有幾乎所有齒輪嚙合的特特點(diǎn)、傳動(dòng)比精準(zhǔn)、穩(wěn)定性高、空間小、成本低等特點(diǎn)，特別適合在轎車以及輕型貨車中應(yīng)用。REF_Ref8140\r\h[2]2、蝸桿曲柄式轉(zhuǎn)向器這種轉(zhuǎn)向器是根據(jù)蝸桿的原理進(jìn)行傳動(dòng)的。在轉(zhuǎn)向的過程中，利用蝸桿作為主動(dòng)件，曲柄銷作為從動(dòng)件。蝸桿和方向盤進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后利用蝸桿帶動(dòng)曲柄機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)位直線運(yùn)動(dòng)的方式，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向拉桿的直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向的面對。在蝸桿上一般都會(huì)有梯形的螺紋。在整個(gè)轉(zhuǎn)向的過程中可以看到，整個(gè)結(jié)構(gòu)傳動(dòng)需要一個(gè)特點(diǎn)的機(jī)構(gòu)，這就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)構(gòu)孔用的空間比較大，整個(gè)流程工作相對比較繁瑣一點(diǎn)。但是這種傳動(dòng)方式能夠由于蝸桿的原理，能夠承受較大的轉(zhuǎn)向載荷，所以在一些中型或者重型載貨汽車上應(yīng)用較多。REF_Ref8140\r\h[2]3、循環(huán)球轉(zhuǎn)向器這是一種最新幾年發(fā)展形成的一種轉(zhuǎn)換器形式。他的結(jié)構(gòu)類似于機(jī)床的數(shù)控化改造所使用的滾珠絲杠原理。利用從方向機(jī)所循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的螺桿產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，然后利用滾珠和螺母形成直線運(yùn)動(dòng)。在滾珠和螺母之間增加了鋼球的作用。利用螺母和齒扇的嚙合變成了訊轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這個(gè)動(dòng)作看是相對復(fù)雜，但是所應(yīng)用的齒扇等結(jié)構(gòu)都較小，比如齒扇一般只有四五個(gè)齒。他的主要特點(diǎn)就是在螺桿和螺母之間增加了滾珠，這樣就能夠提高轉(zhuǎn)動(dòng)的精度、轉(zhuǎn)動(dòng)的承載能力以及運(yùn)行的平穩(wěn)性等。整體結(jié)構(gòu)雖然傳動(dòng)略微復(fù)雜，但是非常精密，所以目前主要在一些高級轎車中應(yīng)用，但是已經(jīng)逐漸普及到了普通轎車以及載貨汽車等。REF_Ref8140\r\h[2]同時(shí)在上面三種結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，還研發(fā)出了一系列衍生的產(chǎn)品，比如常見的，液壓助力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器，從字面意思就可以看到，這是在齒輪齒套轉(zhuǎn)向器的基礎(chǔ)上增加了一套液壓助力系統(tǒng)，提高了對操作力度等要求以及穩(wěn)定性。但是增加一套系統(tǒng)，還需要增加一額外的系統(tǒng)，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但是對一些重型載貨汽車來說卻是非常實(shí)用的。同時(shí)還出現(xiàn)了一些類似液壓整體式循環(huán)球轉(zhuǎn)向器，利用轉(zhuǎn)閥或者滑閥帶動(dòng)轉(zhuǎn)向器的操作，更加精密，在一些汽車中應(yīng)用。1.3轉(zhuǎn)向器國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀自從汽車出現(xiàn)以來，其功能在不斷的完善，從最簡單的結(jié)構(gòu)發(fā)展到能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜功能和動(dòng)作的結(jié)構(gòu)。特別是經(jīng)過工業(yè)革命之后，汽車工業(yè)逐漸完善。近些年隨著先進(jìn)材料、加工工藝等發(fā)展，汽車被賦予了新的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)智能化甚至自動(dòng)化駕駛。汽車轉(zhuǎn)向器作為汽車的重要組成部分，也從原始的“羊角把”發(fā)展成為現(xiàn)在的能夠助力、精準(zhǔn)以及智能的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，這表示汽車工業(yè)發(fā)展水平的提高以及人們需求不斷的改善。國外汽車工業(yè)比較發(fā)達(dá)，特別是在歐美以及日本等國家，由于工業(yè)基礎(chǔ)好，所以對汽車的先進(jìn)技術(shù)研究以及應(yīng)用一直處于領(lǐng)先的地位。目前應(yīng)用比較廣泛的齒輪齒條、循環(huán)球、液壓助力等都是歐美國家率先研究出來的。同時(shí)對于汽車轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)也逐漸向著舒適度、穩(wěn)定性等方向發(fā)展。逐漸形成了一系列的產(chǎn)品。對于我國來說，由于整體工業(yè)起步較晚，汽車工業(yè)發(fā)展也比較緩慢，所以對主要的結(jié)構(gòu)主要是以跟隨和模仿為主。但是隨著市場需求的不斷增加以及我國汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，逐漸研究出來自己獨(dú)有的先進(jìn)技術(shù)，并且完全能夠滿足我國的實(shí)際需求以及市場需要。同時(shí)對于轉(zhuǎn)換器來說，已經(jīng)形成了各種多樣的結(jié)構(gòu)，目前針對不同的轎車、貨車、客車等都有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)可以滿足。并且隨著改革開發(fā)以及對國外市場技術(shù)的引進(jìn)，轉(zhuǎn)向器的發(fā)展更加精密和先進(jìn)。在轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)中，我國也是不斷的進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新、材料創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，不斷的吸收引進(jìn)國外先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，同時(shí)結(jié)合特色化設(shè)計(jì)不斷的形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的設(shè)計(jì)技術(shù)。同時(shí)也充分利用先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件，比如常見的CATIA或者UG以及SolidWorks三維軟件，利用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)計(jì)工具提高對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工藝水平，縮短設(shè)計(jì)周期，利用計(jì)算機(jī)優(yōu)勢增加整體汽車工業(yè)設(shè)計(jì)水平。特別是隨著我國技術(shù)創(chuàng)新從積累進(jìn)入到蓬勃發(fā)展階段，轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)也在不斷的從產(chǎn)品的研究、創(chuàng)新、生產(chǎn)、服務(wù)等各個(gè)關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)發(fā)展，吸收先進(jìn)的技術(shù)，促進(jìn)我國汽車工業(yè)和轉(zhuǎn)向器工業(yè)的發(fā)展，使我國從轉(zhuǎn)向器大國逐步走向轉(zhuǎn)向器制造強(qiáng)國發(fā)展。未來轉(zhuǎn)向器仍然會(huì)伴隨著汽車不斷發(fā)展，其結(jié)構(gòu)、工藝等也會(huì)不斷的涌現(xiàn)出創(chuàng)新，更加符合市場的需求。1.4CATIA軟件介紹CATIA三維軟件是法國達(dá)索公司研究開發(fā)的一款三維軟件，作為設(shè)計(jì)工作中協(xié)同解決方案的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，他通過模型的建立來實(shí)現(xiàn)對整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)流程的控制以及對產(chǎn)品的建模等整個(gè)過程。CATIA軟件功能非常江大，能夠支撐整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、開發(fā)、模擬、優(yōu)化、虛擬裝配等整個(gè)設(shè)計(jì)流程。所以軟件的應(yīng)用非常廣泛，功能也非常強(qiáng)大。CATIA軟件采用了功能模塊化的軟件操作方式，提供的軟件應(yīng)用理念和工程師們?nèi)粘５脑O(shè)計(jì)程序是相對應(yīng)的，對其整個(gè)設(shè)計(jì)過程中可能設(shè)計(jì)到的機(jī)械結(jié)構(gòu)、外觀造型、機(jī)加工模具以及產(chǎn)品的成型等都有系統(tǒng)性的應(yīng)用模塊。通過CATIA軟件的應(yīng)用，能夠縮短產(chǎn)品研究設(shè)計(jì)開發(fā)的周期，CATIA軟件能夠快速的解決市場對產(chǎn)品的需求，所以軟件再從二十世紀(jì)末出現(xiàn)以來，被市場特別是汽車、飛機(jī)行業(yè)廣泛應(yīng)用。在CATIA軟件中，通過內(nèi)部軟件的融合，對建模過程中不論是實(shí)體還是曲面，都能夠做變量和參數(shù)化建?；旌鲜褂茫谳斎氲臅r(shí)候，不需要考慮如何進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)相應(yīng)的目標(biāo)，因?yàn)檎麄€(gè)軟件共了后變量驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)能力。同構(gòu)幾何和工程質(zhì)檢的建模，可以設(shè)定一個(gè)自創(chuàng)立的模型庫，并且可以用來指導(dǎo)整個(gè)企業(yè)的開發(fā)。在CATIA建模的過程中，無論是實(shí)體還是曲面相關(guān)的造型，都會(huì)有樹結(jié)構(gòu)，能夠方便客戶進(jìn)行修改和看到過程，即使需要修改，也可以選擇其中的一部分在中間修改，不需要對后面的設(shè)計(jì)推導(dǎo)重建，所以應(yīng)用非常方便。CATIA的所有模塊都具有統(tǒng)一性，根據(jù)各個(gè)模塊所共同組成的數(shù)據(jù)平臺(tái)，相互之間存在著真正的相互關(guān)聯(lián)和協(xié)調(diào)，二維、三維之間能夠相互快速轉(zhuǎn)換，同時(shí)所設(shè)計(jì)的圖紙能夠通過模擬的分析應(yīng)用到數(shù)控加工仿真中來。軟件提供的綜合工作建模環(huán)境，使得整個(gè)工程開發(fā)的模式不再是單行方式，而是呈現(xiàn)一種并行的模式，并且不再是針對基本要求進(jìn)行各自的設(shè)計(jì)然后進(jìn)行匯總，CATIA軟件把他變成了各個(gè)設(shè)計(jì)工作者之間既可以協(xié)同工作，同時(shí)也可以通過相互之間獨(dú)立工作，互不干擾。同時(shí)通過整個(gè)建模過程之中的關(guān)聯(lián)性，可以確保整個(gè)設(shè)計(jì)的過程形成一個(gè)系統(tǒng)的工作流程，這樣就大大提高了整個(gè)工作的環(huán)境以及工作的效率。CATIA的整個(gè)設(shè)計(jì)軟件提供了完整的具有設(shè)計(jì)能力的工作平臺(tái)，整個(gè)設(shè)計(jì)從最初的概念直到產(chǎn)品的形式，都是提供了精準(zhǔn)可靠的解決防范以及系統(tǒng)的參數(shù)化建模和管理手段。作為一個(gè)而集成化的軟件系統(tǒng)，它能夠?qū)C(jī)械設(shè)計(jì)CAD/CAM，工程分析以及仿真、數(shù)控將等都有機(jī)的結(jié)合在一起，特別是一些模塊化的建立，大大的提高了整個(gè)軟件的功能化。

第2章基本方案和主要參數(shù)確定2.1設(shè)計(jì)的基本參數(shù)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)參數(shù)是依據(jù)任務(wù)書所給定的K5，主要運(yùn)行環(huán)境為城市道路，其基本參數(shù)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)查詢?nèi)缦拢鹤畲罂傎|(zhì)量：1501kg；軸距：2805（mm）；輪距（前輪）：1597（mm）；最小轉(zhuǎn)彎直徑：8000（mm）；驅(qū)動(dòng)形式：4×2前輪。2.2設(shè)計(jì)基本方案的確定首先對于轎車來說，目前常用的轉(zhuǎn)向器是齒輪齒條和循環(huán)球。這是目前汽車的主流轉(zhuǎn)向器。其中循環(huán)球轉(zhuǎn)向器較為精密，所需要的零部件也比較多。能夠承載較大的載荷，所以整體成本也會(huì)比較貴，對加工、材料、裝配等要求高，主要應(yīng)用的是一些B級以上汽車以及中型貨車，但是近些年其應(yīng)用范圍增加，也逐漸應(yīng)用到一些常見轎車中。齒輪齒條結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向器則較為成熟，傳動(dòng)系統(tǒng)簡單，傳動(dòng)比精準(zhǔn)，穩(wěn)定性高，具備齒輪傳動(dòng)的一些優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用最為廣泛，并且經(jīng)常能夠應(yīng)用到一些中小型汽車中，在目前的汽車市場中，齒輪齒條的市場比例大約達(dá)到了六七成，循環(huán)球占用的比例則達(dá)到了三四成。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所研究的起亞K5汽車，這是一種常見的城市道路車輪，主要形式路況是柏油路或者水泥路，并且總質(zhì)量在1.5噸左右，所以綜合考慮上面介紹的兩種轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)以及實(shí)際車型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選擇的是齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。在明確所選擇車型的轉(zhuǎn)向器之后，就需要對其整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)想，轉(zhuǎn)向器不僅僅是轉(zhuǎn)向那一部分，他還是需要考慮輪距、懸架、驅(qū)動(dòng)等多種因素，特別是對于K5這種前置前驅(qū)的汽車，需要對其進(jìn)行綜合考慮。本次所選擇的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器就是利用齒輪和齒條的嚙合實(shí)現(xiàn)動(dòng)力和速度的輸入和輸出。對于齒輪齒條的結(jié)構(gòu)形式，主要有圓柱齒輪、斜齒輪兩種。其中圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)最為簡單，但是對于齒輪齒條嚙合的時(shí)候，由于嚙合重合度相對較低，所以每次只能嚙合一個(gè)齒輪，會(huì)產(chǎn)生一定的嚙合噪音以及震動(dòng)，長時(shí)間工作磨損之后會(huì)產(chǎn)生傳動(dòng)間隙，進(jìn)一步加劇傳動(dòng)。所以長時(shí)間工作會(huì)對穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。同時(shí)由于齒輪齒條在內(nèi)核的時(shí)候是呈現(xiàn)九十度夾角。所以未來提高穩(wěn)定性以及嚙合時(shí)候的重復(fù)度，一般選擇的都是斜齒輪，它能夠同時(shí)嚙合好幾處齒輪，提高穩(wěn)定性并且對安裝的角度也可以選擇范圍較大一點(diǎn)。在轉(zhuǎn)向器中，有輸入和輸出的選擇中，有兩種輸入方式，分別是側(cè)面輸入和中間輸入。在實(shí)際的應(yīng)用中，側(cè)面輸入比較多。這種輸入能夠增加專項(xiàng)拉桿擺動(dòng)的幅度，擴(kuò)展了安裝的空間，方便處于或者避開和汽車懸架、驅(qū)動(dòng)等其他零部件所可能產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象。特別是對對于類似起亞K5這類車型，雖然有可能會(huì)降低拉桿的強(qiáng)度，但是由于車型整體重量有限，所以還是選擇側(cè)面輸入的方式。2.3傳動(dòng)比的確定齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的工作原理和齒輪一樣，所以傳動(dòng)比是一個(gè)非常重要的參數(shù)，他能夠決定著整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、基本參數(shù)等。所以要首先計(jì)算。2.3.1方向盤尺寸的確定汽車的方向盤也稱之為轉(zhuǎn)向盤，在國家標(biāo)準(zhǔn)中，他是由一個(gè)系列組成的。一般汽車的取值都在380mm到550mm之間。在選擇的時(shí)候需要充分考慮汽車類型、汽車空間、汽車總重等。對于起亞K5汽車來說，不能選擇太大的方向盤，因?yàn)檫@種小型轎車太大的話會(huì)導(dǎo)致駕駛位空間變小，導(dǎo)致駕駛員無法舒展操作。同時(shí)起亞汽車都是處于城市道路中行走，所以方向盤的直徑選擇380mm。2.3.2汽車轉(zhuǎn)向阻力矩計(jì)算汽車轉(zhuǎn)向的時(shí)候，駕駛員施加在方向盤上的力大小一般要求在150N和200N范圍內(nèi)。汽車轉(zhuǎn)向阻力矩計(jì)算公式如下：公式中各參數(shù)表示的含義如下：Mr--轉(zhuǎn)向阻力矩，單位是N.mm；f--車輪運(yùn)行過程中輪胎和路面之間的摩擦力，經(jīng)常行駛城市道路，取值為0.7；G1--汽車轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷，單位是N，其計(jì)算為：G1=mgc，其中m表示汽車總質(zhì)量，g表示重力加速度，c表示車輪的載荷分配系數(shù)，根據(jù)K5的特點(diǎn)，前軸分配載荷為60%，帶入可得：G1=1501×10×60%=9006N。P--輪胎氣壓，取值為0.255MPa。帶入個(gè)參數(shù)可以計(jì)算得：2.3.3轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比是固定的，所以這種傳動(dòng)在計(jì)算的時(shí)候需要考慮其角傳動(dòng)比，公式如下：式中：為齒輪分度圓的半徑，為齒輪分度圓的直徑；根據(jù)《汽車設(shè)計(jì)》，一般汽車齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比的取值范圍在16到32之間。本次設(shè)計(jì)角傳動(dòng)比取值為20。

第3章轉(zhuǎn)向器主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算主軸箱是組合機(jī)床的重要專用部件。它是根據(jù)加工示意圖所確定的工件加工孔的數(shù)量和位置、切削用量和主軸類型設(shè)計(jì)的，用于傳遞各主軸運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力部件。其動(dòng)力來自通用的動(dòng)力箱，與動(dòng)力箱一起安裝于進(jìn)給滑臺(tái)，可完成鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔等加工工序。3.1齒輪齒條設(shè)計(jì)基本選擇在第二章已經(jīng)根據(jù)齒輪齒條的特點(diǎn)選擇了轉(zhuǎn)向齒輪的結(jié)構(gòu)形式。齒輪齒條傳動(dòng)的模數(shù)選擇根據(jù)《汽車設(shè)計(jì)》選擇范圍為2mm到3mm。同時(shí)對于齒輪的齒數(shù)也有一定的規(guī)定范圍為5—7，其壓力角一般選擇α=20°，齒輪的螺旋角β取值范圍則在9°到15°之間。在實(shí)際的設(shè)計(jì)計(jì)算的過程中，需要根據(jù)轉(zhuǎn)向的偏角、齒條的行程、結(jié)構(gòu)空間等進(jìn)行確認(rèn)計(jì)算。在本次設(shè)計(jì)中，首先根據(jù)基本參數(shù)的選擇范圍進(jìn)行選取，然后進(jìn)行驗(yàn)算，符合所許條建即可認(rèn)為符合要求。在材質(zhì)的選擇中，齒輪的材質(zhì)常見的有16MnCr5或者15CrNi6，這是最為常見的。齒條則選擇45材質(zhì)。同時(shí)在結(jié)構(gòu)外殼的選擇上，一般都是選擇鋁合金材質(zhì)，能夠降低重量，同時(shí)利用壓鑄工藝加工，提高效率。3.2齒輪齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算3.2.1齒輪的參數(shù)設(shè)計(jì)在轉(zhuǎn)向的過程中，齒輪齒條式直接嚙合的，齒輪也是呈現(xiàn)一個(gè)齒輪軸的狀態(tài)。在轉(zhuǎn)向器解耦股設(shè)計(jì)中，齒輪軸是和殼體進(jìn)行配合安裝的，利用和齒條的嚙合形成一個(gè)完整的傳動(dòng)系統(tǒng)。首先選擇齒輪的基礎(chǔ)參數(shù)，齒輪選擇了七級精度，根據(jù)《汽車設(shè)計(jì)》內(nèi)的基本規(guī)定，以及所研究的汽車車型，選擇齒輪的基本參數(shù)如下：模數(shù)齒數(shù)壓力角螺旋角則可以計(jì)算出斜齒輪的分度圓直徑：斜齒圓柱齒輪直徑d計(jì)算得：d=15.23mm齒輪其他參數(shù)計(jì)算：齒輪直徑：齒寬系數(shù)：φd=1.2；齒寬：b=φd×d=18.3mm。3.2.2齒輪的參數(shù)設(shè)計(jì)齒條式和齒輪進(jìn)行嚙合形成動(dòng)力傳遞的。齒條的本質(zhì)結(jié)構(gòu)就是一個(gè)帶有一段齒輪的金屬帶，他的結(jié)構(gòu)一般都是安裝在殼體內(nèi)，利用齒輪形成的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行左右的滑動(dòng)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)向器是整體安裝在汽車前梁上的。齒條從起結(jié)構(gòu)可以看到，強(qiáng)度比較大，所以有時(shí)候會(huì)直接利用它代替搖臂。這樣做的好處就是能夠確保轉(zhuǎn)向拉桿和懸架之間保持平行，不會(huì)出現(xiàn)干涉的現(xiàn)象。同時(shí)對于齒條來說，他的導(dǎo)向座也能夠?qū)X條安裝在轉(zhuǎn)向器上，齒條工作時(shí)候能夠進(jìn)行橫向的移動(dòng)。從而帶動(dòng)了拉桿的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了前輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，就是轉(zhuǎn)向動(dòng)作。齒條的結(jié)構(gòu)簡圖入下圖3.1所示。圖3.1齒條設(shè)計(jì)齒輪齒條的嚙合就是類似于一對齒輪的內(nèi)核，齒條的齒輪局要求必須一樣，不然會(huì)出現(xiàn)無法嚙合的現(xiàn)象。齒輪的齒距計(jì)算公式如下：齒條的齒距計(jì)算公式為齒輪的相同從公式方便表達(dá)就是P1和P2必須相等，才能夠嚙合。對于齒輪齒條的壓力角也必須選擇一樣，在第二章已經(jīng)選擇了壓力角為20°。則齒條的齒數(shù)計(jì)算如下。公式中個(gè)參數(shù)的含義：L--齒條的形成，擬定為100mm；—齒條的模數(shù)，和齒輪的模數(shù)一樣，值為2.5mm；—齒條壓力，值為20°。帶入?yún)?shù)計(jì)算：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)齒數(shù)，選擇齒條齒數(shù)為齒條其他參數(shù)計(jì)算：齒條寬b2取：20mm，即：b2=20mm則齒輪寬重新取值：b1=b2+10=30mm，即：b1=30mm。3.3齒輪齒條材料選擇及強(qiáng)度校核轉(zhuǎn)向器的齒輪選擇的材料為40Cr，并且齒輪經(jīng)滲碳滲氮處理并回火。要求硬度能夠達(dá)到43HRC到53HRC之間。齒條材質(zhì)選擇45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后硬度達(dá)到48HRC到55HRC之間。3.3.1應(yīng)力計(jì)算首先計(jì)算許用應(yīng)力，計(jì)算公式如下：首先確定其中的參數(shù)值。確定確定σHlim和σFlim，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》查詢可得σHlim=1500MPa，σFlim=300MPa。然后確定壽命系數(shù)ZN、YN，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，擬定齒輪齒條工作總共接觸次數(shù)為8×106次，則可以查詢得ZN=1.4，YN=1。然后計(jì)算許用應(yīng)力，取SHlim=1，SFlim=1.4，帶入得：經(jīng)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》得：應(yīng)力修正系數(shù)：YST=2，帶入計(jì)算得：3.3.2強(qiáng)度校核首先校核齒輪接觸疲勞強(qiáng)度，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》齒輪接觸疲勞強(qiáng)度校核公式如下：公式中各個(gè)參數(shù)的含義如下，公式中主要的參數(shù)都是根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》查詢得到的。ZE--所選擇材料的彈性系數(shù)，取值為189.8；ZH--節(jié)點(diǎn)趨于系數(shù)，取值為2.15；Zτ--嚙合重合度系數(shù)，取值為0.94；Zβ--螺旋角系數(shù)，根據(jù)所選擇的螺旋角，取值為0.99；u--齒輪傳動(dòng)比，它的值是齒數(shù)比，由于是齒輪齒條傳動(dòng)，所以傳動(dòng)比是∞；TZ--轉(zhuǎn)矩，也就是方向盤傳遞過來的轉(zhuǎn)矩，按照最大計(jì)算TZ=200×190N.mm=38000N.mm。b--齒輪寬度；d1--齒輪分度圓直徑。K--齒輪的系數(shù)，它是計(jì)算出來的參數(shù)，計(jì)算公式如下：K=KAKVKβKα公式中各參數(shù)根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》如下：KA--齒輪的使用系數(shù)，取值為1.35；KV--齒輪的動(dòng)載系數(shù)，取值為1.05；Kβ--齒輪齒向載荷分布系數(shù)，取值為1.12；Kα--齒輪的齒間載荷分配系數(shù)，取值為1。帶入個(gè)參數(shù)計(jì)算的：K=KAKVKβKα=1.35×1.05×1.12×1.0=1.5876帶入各個(gè)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算得：計(jì)算許用接觸疲勞強(qiáng)度，計(jì)算公式如下：根據(jù)計(jì)算可以看到σH=1581.3MPa≤[σH]=2100MPa。所以齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度能夠滿足要求。然后計(jì)算齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度校核。齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度需要滿足以下要求：公式中個(gè)參數(shù)根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》查詢的含義如下：YF--齒輪的齒形系數(shù)，根據(jù)所選擇齒輪，取值為2.8；Ys--齒輪齒根的應(yīng)力修正系數(shù)，取值為1.5；Yβ--螺旋角系數(shù)，取值為0.9；Yτ--齒輪嚙合重合度系數(shù)，取值0.75。其他參數(shù)和前面章節(jié)計(jì)算的基礎(chǔ)疲勞強(qiáng)度相同。帶入?yún)?shù)計(jì)算經(jīng)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》得：[σF]=428.57MPaSFlim=1.4YST=2YN=1根據(jù)計(jì)算可以看到。齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度能夠滿足要求。3.4齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在齒輪齒條轉(zhuǎn)向器中，他們是利用外殼進(jìn)行進(jìn)行支撐和配合的，所以齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候需要一個(gè)軸進(jìn)行配合，這樣就能夠完成整改的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)設(shè)計(jì)手冊以及實(shí)際的選擇，齒輪軸段齒數(shù)一般都比較小，所以直徑也較小，都是設(shè)計(jì)成為齒輪軸的解耦股形式，直接加工而成。齒輪軸能夠直接支撐一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)零部件，并且利用相互之間的嚙合等實(shí)現(xiàn)動(dòng)力、速度、扭矩以及方向等的傳遞，所以齒輪軸從本質(zhì)上就是一段帶有齒輪的軸。他的機(jī)構(gòu)入下圖4.1所示。圖4.1齒輪軸3.4.1受力分析與計(jì)算在齒輪的齒形式中，選擇的是斜齒結(jié)構(gòu)。所以在工作的時(shí)候，需要同時(shí)承受軸向力、徑向力等。所以軸在工作中所承受的作用力入下圖4.2所示。根據(jù)此受力解耦股可以計(jì)算所承受的主要力的大小。計(jì)算力如下：Ft=2TZ/d1=2×38000/15.23=4990NFr=Fttanα/cosβ=4990tan20°/cos10°=1843.3NFa=Fttanβ=4990tan10°=879.9N公式中各參數(shù)的含義如下：α—齒輪壓力角，α=20°；β—齒輪螺旋角，β=10°；TZ—轉(zhuǎn)向盤扭力矩，TZ=38000N·mm；d1—齒輪分度圓直徑，d1=15.23mm。第4章參數(shù)化建模設(shè)計(jì)和有限元分析利用三維軟件對零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并進(jìn)行虛擬裝配是參數(shù)化設(shè)計(jì)一個(gè)重要過程，通過這一過程，能夠大量的節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間，降低設(shè)計(jì)成本。通過參數(shù)化設(shè)計(jì)，不需要進(jìn)行實(shí)際的試生產(chǎn)，只需要利用模型進(jìn)行干涉、運(yùn)動(dòng)、受力分析既可以完成大部分的設(shè)計(jì)工作。所以參數(shù)化設(shè)計(jì)是未來汽車工業(yè)乃至整個(gè)工業(yè)設(shè)計(jì)都非常重要的一個(gè)手段或者方式。4.1零部件三維建模對齒輪齒條轉(zhuǎn)向器零部件進(jìn)行建模是對整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行組裝的基礎(chǔ)。其主要零部件建模如下。4.2有限元分析4.2.1斜齒輪應(yīng)力結(jié)果整體應(yīng)力云圖通過分析可以看出最大應(yīng)力為348.3Mpa，最大應(yīng)力位置在斜齒輪齒面和軸過度的地方，但在該工況下產(chǎn)生的應(yīng)力小于材料40Cr的屈服極限785Mpa因此滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求4.2.2斜齒輪變形結(jié)果變形云圖通過分析可以看出斜齒輪在在該工況下的變形為0.068mm，變形非常小滿足剛度設(shè)計(jì)要求。

第5章結(jié)論大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)，是大學(xué)期間最后的一個(gè)綜合性課題。他不是簡單的一個(gè)作業(yè)或者一個(gè)設(shè)計(jì)，而是需要應(yīng)用大學(xué)期間所學(xué)到的所有專業(yè)課程知識(shí)，加以自己的概括能力，運(yùn)用能力以及總結(jié)能力等去全力完成的課題。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)研究的對象是起亞K5汽車的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器，這是一種常見的具有代表性的小型轎車，主要形式的路況是城市道路?；谶@些特點(diǎn)本次設(shè)計(jì)選擇的是齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。在設(shè)計(jì)中始終遵循著畢業(yè)設(shè)計(jì)的主線，圍繞著齒輪齒條轉(zhuǎn)向器進(jìn)行展開。在設(shè)計(jì)中首先確立了設(shè)計(jì)的目的和意義，做到