毕业设计 - 汽车 - 转向系统（广东工业大学）

广东工业大学 汽车前轮转向系统的设计

摘要

本设计课题为汽车前轮转向系统的设计，课题以机械式转向系统的齿轮齿条式转向器设计及校核、整体式转向梯形机构的设计及验算为中心。首先对汽车转向系进行概述，二是作设计前期数据准备，三是转向器形式的选择以及初定各个参数，四是对齿轮齿条式转向器的主要部件进行受力分析与数据校核，五是对整体式转向梯形机构的设计以及验算，并根据梯形数据对转向传动机构作尺寸设计。

在转向梯形机构设计方面。运用了优化计算工具Matlab进行设计及验算。Matlab强大的计算功能以及简单的程序语法，使设计在参数变更时得到快捷而可靠的数据分析和直观的二维曲线图。最后设计中运用AutoCAD和CATIA作出齿轮齿条式转向器的零件图以及装配图。

关键词： 转向机构，齿轮齿条，整体式转向梯形，Matlab梯形

广东工业大学 汽车前轮转向系统的设计

Abstract

The title of this topic is the design of steering system. Rack and pinion steering of Mechanical steering system and integrated Steering trapezoid mechanism gear to the design as the center. Firstly make an overview of the Steering System. Secondly take a preparation of the data of the design. Thirdly, make a choice of the steering form and determine the primary parameters and design the structure of Rack and pinion steering. Fourthly, Stress analysis and data checking of the Rack and pinion steering. Fifthly, design of Steering trapezoid mechanism, according to the trapezoidal data make an analysis and design of Steering linkage.

In the design of integrated Steering trapezoid mechanism the computational tools Matlab had been used to Design and Checking of the data. The powerful computing and Intuitive charts of the Matlab can give us Accurate and quickly data. In the end AutoCAD and CATIA were used to make a rack and pinion steering parts diagrams and assembly drawings

Keywords: Steering system，Mechanical Type Steering Gear and Gear Rack，

Integrated Steering trapezoid，Matlab Trapezoid

广东工业大学 汽车前轮转向系统的设计

目录

1 绪论 ........................................................................................................................................ 1

1.1 汽车转向系统概述 ...................................................................................................... 1 1.2 汽车转向系统的国内外现状及发展趋势 .................................................................. 2 1.3 研究内容及论文构成 .................................................................................................. 3 2 机械转向系统的性能要求及参数 ........................................................................................ 5

2.1 机械转向系统的结构组成 .......................................................................................... 5 2.2 转向系统的性能要求 .................................................................................................. 6 2.3 转向系的效率 .............................................................................................................. 7 2.4 传动比特性 .................................................................................................................. 9 2.5 转向器传动副的传动间隙 ........................................................................................ 11 3 机械式转向器总体方案初步设计 ...................................................................................... 12

3.1 转向器的分类及设计选择 ........................................................................................ 12 3.2 齿轮齿条式转向器的基本设计 ................................................................................ 12

3.2.1 齿轮齿条式转向器的结构选择 ...................................................................... 12 3.2.2 齿轮齿条式转向器的布置形式 ...................................................................... 14 3.2.3 设计目标参数表以及对应的转向轮偏角计算 .............................................. 15 3.2.4 转向器参数选取与计算 .................................................................................. 16 3.2.5 齿轮轴的结构设计 .......................................................................................... 19 3.2.6 转向器材料及其他零件选择 .......................................................................... 20

4 齿轮齿条转向器校核 .......................................................................................................... 21

4.1 齿条的强度计算 ........................................................................................................ 21

4.1.1 齿条受力分析 .................................................................................................. 21 4.1.2 齿条齿根弯曲强度的计算 .............................................................................. 22 4.2 小齿轮的强度计算 .................................................................................................... 23

4.2.1 齿面接触疲劳强度计算 .................................................................................. 23

广东工业大学 汽车前轮转向系统的设计

4.2.2 齿轮齿根弯曲疲劳强度计算 .......................................................................... 26 4. 3 齿轮轴强度校核 ....................................................................................................... 27 5 转向梯形机构的设计 .......................................................................................................... 31

5.1 转向梯形机构概述 .................................................................................................... 31 5.2 整体式转向梯形机构方案分析 ................................................................................ 32 5.3 整体式转向梯形机构数学模型分析 ........................................................................ 32 5.4 基于Matlab的整体式转向梯形机构优化设计 ....................................................... 35

5.4.1 转向梯形机构的优化概况 .............................................................................. 35 5.4.2 转向梯形机构设计思路 .................................................................................. 36 5.4.3 基于Matlab的转向梯形机构设计 ................................................................. 36 5.5 转向传动机构的设计 ................................................................................................ 43

5.5.1 转向传送机构的臂、杆与球销 ...................................................................... 43 5.5.2 转向横拉杆及其端部 ...................................................................................... 43

6 基于CATIA的齿轮齿条式转向系统的三维建模 ............................................................ 45

6.1 CATIA软件简介 ..................................................................................................... 45 6.2 齿轮齿条式转向系统的主要部件三维建模 ............................................................ 45 结论 .......................................................................................................................................... 49 参考文献 .................................................................................................................................. 50 致 谢 ...................................................................................................... 错误！未定义书签。 附录 基于Matlab的转向梯形机构设计程序 ....................................................................... 52

广东工业大学 汽车前轮转向系统的设计

1 绪论

1.1 汽车转向系统概述

汽车在行驶的过程中,需按驾驶员的意志改变其行驶方向。就轮式汽车而言,实现汽车转向的方法是, 驾驶员通过一套专设的机构,使汽车转向桥(一般是前桥)上的车轮(转向轮)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如图1.1所示，即称为汽车转向系统[1]。

图 1-1汽车转向系统

汽车转向系统分为两大类：机械转向系统和动力转向系统。 1、机械转向系统

机械转向系的能量来源是人力，所有传力件都是机械的，由转向操纵机构(方向盘)、转向器、转向传动机构三大部分组成。汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向轮来完成的。机械式转向系统工作过程为：驾驶员对转向盘施加的转向力矩通过转向轴输入转向器，减速传动装置的转向器中有1、2 级减速传动副，经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向横拉杆，再传给固定于转向节上的转向节臂，使转向节和它所支承的转向轮偏转，从而实现汽车的转向。纯机械式转向系统根据转向器形式可以分为：齿轮齿条式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。

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