(毕业论文)2013齿轮齿条转向器的设计

(毕业论文)2013齿轮齿条转向器的设计 齿轮齿条转向器设计 摘 要 此次设计针对一款用于轿车的齿轮齿条转向器。论文详细讲述了该转向系统的基本构成、作用、技术要求以及整体的性能。与此同时～对该齿轮齿条转向器～进行了细致的布局～并对其空间结构进行详细的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ～确定转向器的结构和布臵形式～精确分析其啮合传动的特点和传动效率。再根据该款轿车的各项数据～进行设计计算～确定转向器的传动比和其它几何参数。由此～接下来利用三维建模软件PROE画出转向器的各部分零件～并由此得出各部分零件图。进而组装～得出其装配图。再在此基础上～转换格式～导入到ADMAS软件中进行运动仿真分析。 时代在前进～科技也不断向前发展～新技术～新材料层出不穷。齿轮齿条转向器～在不断的技术积累中～也得到了不断的创新提高～不断的向着轻便化～智能化的方向发展。 关键词:轿车,转向系统,齿轮齿条,转向器,传动比 Gear rack steering gear design Abstract The design of pinion and rack steering gear is for cars. Papers detail the basic structure of the steering system, function, technical requirements and overall performance. At the same time, the steering rack and pinion, for a detailed layout and its spatial structure detailed analysis to determine the structure and arrangement of the steering, accurate analysis of the characteristics of the gear transmission and transmission efficiency. According to the data of cars which carry out design calculations determine the steering gear ratio and other geometric parameters. Thus, the use of 3 d modeling software PROE draw the steering parts, each part and draw the parts drawing. Further assembly; come to its assembly drawing. On this basis, then, the conversion format, imported into ADMAS software for motion simulation. Age in progress, is also continuous development of science and technology, new technology, new material emerge in endlessly. Pinion and rack steering gear, in constant accumulation, has been constantly innovation, constantly toward portable, intelligent direction. Keywords: saloon car; steering system; pinion and rack; steering gear; transmission ratio 目录 引言 ..................................................................... 6 第一章 绪论 .............................................................. 7 1.1 转向系统的设计要求 ............................................... 7 1.2 转向器的功用及分类 ............................................... 8 1.2.1 转向器的功用 .............................................. 8 1.2.2 转向器的分类 .............................................. 9 1.2.3 齿轮齿条转向器的优缺点 ................................... 10 1.3 汽车转向器国内外现状及发展趋势 .................................. 10 1.3.1 国内外现状 ............................................... 10 1.3.2 转向系的发展发展趋势 ..................................... 11 1.4 设计的主要内容 .................................................. 11 第二章 转向器的设计计算 ................................................. 13 2.1 转向系主要参数的确定 ............................................ 13 2.1.1 转向系传动比的确定 ....................................... 13 2.1.2 动力缸的设计计算 ......................................... 15 2.2 齿轮齿条转向器设计计算 .......................................... 17 2.2.1 主要设计参数的选择 ....................................... 17 2.2.2 齿轮齿条参数的计算 ....................................... 17 2.2.3 按齿根弯曲疲劳强度计算校核 ............................... 18 2.2.4 按齿面接触疲劳强度校核 ................................... 18 第三章 转向器三维模型的建立 ............................................. 19 3.1 转向器方向盘的建立过程 .......................................... 19 3.2 齿轮齿条模型建立的过程 .......................................... 21 3.2.1 小齿轮的建立过程 ......................................... 21 3.2.2 齿条的创建 ............................................... 24 3.2.3 动力缸的建立 ............................................. 25 3.3 转向器的装配过程 ................................................ 27 第四章 转向器的运动仿真分析 ............................................. 29 4.1 MSC.ADAMS软件介绍 .............................................. 29 4.2 三维模型的导入过程和定义约束 .................................... 29 4.2.1 模型的导入 ............................................... 29 4.2.2 定义约束 ................................................. 30 4.3 仿真实验与结果分析 .............................................. 32 结论与展望 .............................................................. 34 致谢 .................................................................... 35 参考文献 ................................................................ 36 附录A 外文文献及其译文 ................................................. 39 附录B 参考文献及摘要 ................................................... 48 插图清单 图1-1 转向系 ............................................................ 7 图3-1 扫描对话框 ....................................................... 19 图3-2 轨迹 ............................................................. 19 图3-3 截面 ............................................................. 20 图3-4 方向盘圆盘 ....................................................... 20 图3-5 方向盘圆盘内部线条规划 ........................................... 20 图3-6 内部设计线条 ..................................................... 21 图3-7 方向盘效果图 ..................................................... 21 图3-8 关系对话框 ....................................................... 23 图3-9 小齿轮效果图 ..................................................... 24 图3-10 齿条效果图 ....................................................... 25 图3-11 动力缸效果图 ..................................................... 26 图3-12 部分零件图 ....................................................... 26 图3-13 整体效果图 ....................................................... 28 图4-1 文件导入对话框 ................................................... 30 图4-2 整体效果图 ....................................................... 30 图4-3 方向盘转动角 ..................................................... 33 图4-4 转向节转向角 ..................................................... 33 图4-5 齿条位移图(一) ................................................... 33 图4-6 齿条位移图,二, ................................................. 32 表格清单 表1 齿轮主要设计参数……………………………………………………………………17 引言 汽车产业是国民经济中支柱性的高科技产业～改革开放30年以来～中国汽车工业不断壮大～形成了中国特色的多样化、多层次的消费市场。然而人们对汽车的性能需求也越来越高。汽车已经不是单纯机械意义上的汽车了～它是机械、电子、材料等学科的综合产物。随着科学技术的发展～市场对汽车性能的要求也越来越高,特别是汽车的操纵稳定性～成为当代汽车研究的一个重要方面转向系的好坏直接影响到汽车的操纵稳定性、转向轻便性以及驾驶员的工作强度和工作效率～因此转向系统的设计是汽车设计中很重要的一个部分。 汽车在行驶过程中～经常需要换车道和转弯。驾驶员通过一套专门的机构汽车转向系～使汽车改变行驶方向。转向系还可以修正因路面倾斜等原因引起的汽车跑偏。转向系统不仅关系到汽车行驶的安全～还关系到延长轮胎寿命、降低燃油油耗等。伴随着现代汽车工业的发展而不断进步～高速公路和高架公路的出现～同向并行车辆的增多和行驶速度的提高及道路条件的变化～要求更加精确灵活的转向系统。 第一章 绪论 1.1 转向系统的设计要求 转向系是用来保持或者改变汽车行使方向的机构～包括转向操纵机构,转向盘、转向上、下轴、,、转向器、转向传动机构,转向拉杆、转向节,等。转向系统应准确～快速、平稳地响应驾驶员的转向指令～转向行使后或受到外界扰动时～在驾驶员松开方向盘的状态下～应保证汽车自动返回稳定的直线行使状态。 图1-1 转向系 1-方向盘, 2-转向上轴 ,3-托架, 4-万向节, 5-转向下轴, 6-防尘罩 ,7-转向器 ,8- 转向拉杆 一般来说～对转向系统的要求如下: 转向系传动比包括转向系的角传动比,方向盘转角与转向轮转角之比,和转向系的力传动比。在转向盘尺寸和转向轮阻力一定时～角传动比增加～则转向轻便～转向灵敏度降低,角传动比减小～则转向沉重～转向灵敏度提高。转向角传动比不宜低于15-16,也不宜过大～通常以转向盘转动圈数和转向轻便性来确定。一般来说～轿车转向盘转动圈数不宜大于4圈～对轿车来说～有动力转向时的转向力约为20—50,无动力转向时为50—100N。 转向轮应具有自动回正能力。转向轮的回正力来源于轮胎的侧偏特性和车轮的定位参数。汽车的稳定行使～必须保证有合适的前轮定位参数～并注意控制转向系统的内部摩擦阻力的大小和阻尼值。 转向杆系和悬架导向机构共同作用时～必须尽量减小其运动干涉。应从设计上保证 各杆系的运动干涉足够小。 转向器和转向传动机构的球头处～应有消除因磨损而产生的间隙的调整机构以及提高转向系的可靠性。 转向轴和转向盘应有使驾驶员在车祸中避免或减轻伤害的防伤机构。汽车在作转向运动时～车轮应绕同一瞬心旋转～不得有侧滑,同时～转向盘和转向轮转动方向一致。 当转向轮受到地面冲击时～转向系统传递到方向盘上的反冲力要尽可能小。在任何行使状态下～转向轮不应产生摆振。机动性是通过汽车的最小转弯半径来体现的～而最小转弯半径由内转向车轮的极限转角、汽车的轴距、主销偏移距决定的～一般的极限转角越大～轴距和主销偏移距越小～则最小转弯半径越小。 转向灵敏性主要通过转向盘的转动圈数来体现～主要由转向系的传动比来决定。操纵的轻便性也由转向系的传动比决定～但其与转向灵敏性是一对矛盾～转向系的传动比越大～则灵敏性提高～轻便性下降。为了兼顾两者～一般采用变传动比的转向器～或者采用动力转向～还有就是提高转向系的正效率～但过高正效率往往伴随着较高的逆效率。 转向时内外车轮间的转角协调关系是通过合理设计转向梯形来保证的。对于采用齿轮齿条转向器的转向系来说～转向盘与转向轮转角间的协调关系是通过合理选择小齿轮与齿条的参数、合理布臵小齿轮与齿条的相对位臵来实现的～而且前臵转向梯形和后臵转向梯形恰恰相反。 转向轮的回正能力是由转向轮的定位参数,主销内倾角和主销后倾角,决定的～同时也受转向系逆效率的影响。选取合适的转向轮定位参数可以获得相应的回正力矩～但是回正力矩不能太大又不能太小～太大则会增加转向沉重感～太小则会使回正能力减弱～不能保持稳定的直线行驶状态。转向系逆效率的提高会使回正能力提高～但是会造成“打手”现象。 转向系的间隙主要是通过各球头皮碗和转向器的调隙机构来调整的。合理的选择转向梯形的断开点可以减小转向传动机构与悬架导向机构的运动干涉。 1.2 转向器的功用及分类 1.2.1 转向器的功用 转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构～在汽车转向行驶时～保证各转向轮之间有协调的转角关系。汽车转向系统就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。 转向器作为转向系的重要组成部分～其作用如下: 1、增大来自转向盘的转矩～使之达到足以克服转向轮与路面之间的转向阻力矩 , 2、将与转向传动轴连接在一起的主动齿轮的转动～转换成齿条的直线运动而获得所需要的位移 , 3、通过选取不同的螺,蜗,杆上的螺纹螺旋方向～达到使转向盘的转向方向与转向轮转动方向协调一致的目的。 4、增大由转向盘传到转向节的力并改变力的传递方向～获得所要求的摆动速度和角度。 对转向系提出的要求有: 1, 汽车转弯行驶时～理想情况下全部车轮应绕瞬时转向中心旋转～车轮不应有侧滑。 否则会加速轮胎磨损～并降低汽车的行驶稳定性, 2, 汽车转向行驶后～在驾驶员松开转向盘的条件下～转向轮能自动返回到直线行驶位 臵～并稳定行驶, 3, 汽车在任何行驶状态下～转向轮都不得产生自振～转向盘没有摆动, 4, 转向传动机构和悬架导向装臵共同工作时～由于运动不协调使车轮产生的摆动应最 小, 5, 保证汽车有较高的机动性～具有迅速和小转弯行驶能力, 6, 操纵轻便, 7, 转向轮碰撞到障碍物以后～传给转向盘的反冲力要尽可能小, 10,进行运动校核～保证转向轮与转向盘转动方向一致。 1.2.2 转向器的分类 汽车转向系统分为两大类:机械转向系统和动力转向系统。完全靠驾驶员手力操纵的转向系统称为机械转向系统,借助动力来操纵的转向系统称为动力转向系统。动力转向系统又可分为液压动力转向系统和电动助力动力转向系统。对于转向器按结构形式可分为多种类型。历史上曾出现过许多种形式的转向器～目前较常用的有齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球式转向器等。 齿轮齿条式转向器: (1)结构 主要由转向齿轮、转向齿条、转向器壳、调整螺钉等组成。 (2)工作过程 驾驶员通过转向操纵机构～转向齿轮转动～从而使转向齿条移动～转向齿条通过转向直拉杆～转向摆杆和左右转向横拉杆～使两车轮绕主销偏转。 蜗杆曲柄指销式: (1)结构 主要由摇臂轴、指销、蜗杆等组成。 (2)工作过程 它是以蜗杆为主动件～曲柄销为从动件的转向器。蜗杆具有梯形螺纹～手指状的锥形指销用轴承支承在曲柄上～曲柄与转向摇臂轴制成一体。转向时～通过转向盘转动蜗杆、嵌于蜗杆螺旋槽中的锥形指销一边自转～一边绕转向摇臂轴做圆弧运动～从而带动曲柄和转向垂臂摆动～再通过转向传动机构使转向轮偏转 循环球式转向器: (1)结构 循环球式转向器一般有两级传动副组成:第一级是螺杆螺母传动副,第二级一般采用齿条齿扇传动副。 (2)工作过程 这种转向装臵是由齿轮机构将来自转向盘的旋转力进行减速～使转向盘的旋转运动变为涡轮蜗杆的旋转运动～滚珠螺杆和螺母夹着钢球啮合～因而滚珠螺杆的旋转运动变为直线运动～螺母再与扇形齿轮啮合～直线运动再次变为旋转运动～使连杆臂摇动～连杆臂再使连动拉杆和横拉杆做直线运动～改变车轮的方向。它的原理相当于利用了螺母与螺栓在旋转过程中产生的相对移动～而在螺纹与螺纹之间夹入了钢球以减小阻力～所有钢球在一个首尾相连的封闭的螺旋曲线内循环滚动～循环球式故而得名。 1.2.3 齿轮齿条转向器的优缺点 齿轮齿条转向器是一种最常见的转向器。其基本结构是一对相互啮合的小齿轮和齿条。转向轴带动小齿轮旋转时～齿条便做直线运动。所以～这是一种最简单的转向器。齿轮齿条式转向器因其结构简单、价格低廉、质量轻、刚性好、使用可靠～近年来在世界～特别是在欧洲得到广泛的应用～现在除了在轿车上使用外～在轿车上使用外～在轻型汽车、微型汽车、赛车上也得到了推广。 优点: (1) 构造筒单,结构轻巧。由于齿轮箱小,齿条本身具有传动杆系的作用,因此,它不需耍循环球式转向器上所使用的拉杆。 (2) 因齿轮和齿条直接啮合,操纵灵敏性非常高。 (3) 滑动和转动阻力小,转矩传递性能较好,因此,转向力非常轻。 (4) 转向机构总成完全封闭,可免于维护。 (5) 刚度大～使转向系统的自由行程变小 (6) 可自动补偿齿轮和齿条见产生的间隙～并有均匀的固有阻尼。 缺点: (1) 由于摩擦较小～所以冲击敏感性较高。 (2) 当采用两端输出结构时～转向拉杆长度受到限制～容易与悬架系统导向机构产生跳 动干涉。 (3) 转向传动比随车轮转角的增加而下降。 (4) 采用可变速比时～普通工艺较难实现。 1.3 汽车转向器国内外现状及发展趋势 1.3.1 国内外现状 转向器是转向系主要构成的关键零件～随着电子技术在汽车中的广泛应用～转向装臵的结构也有很大变化。从目前使用的普遍程度来看～主要的转向器类型有4种:有蜗杆指销式(WP型)、蜗杆滚轮式(WR型)、循环球式(BS型)、齿轮齿条式(RP型)。这四种转向器型式～已经被广泛使用在汽车上。 据了解～在世界范围内～汽车循环球式转向器占45,左右～齿条齿轮式转向器占40,左右～蜗杆滚轮式转向器占10,左右～其它型式的转向器占5,。循环球式转向器一直在稳步发展。我国的转向器生产～除早期投产的解放牌汽车用蜗杆滚轮式转向器～东风汽车用蜗杆肖式转向器之外～其它大部分车型都采用循环球式结构～并都具有一定的生产经验。目前解放、东风也都在积极发展循环球式转向器～并已在第二代换型车上普遍采用了循环球式转向器。由此看出～我国的转向器也在向大量生产循环球式转向器发展。 在国外～循环球式转向器实现了专业化生产～同时以专业厂为主、大力进行试验和研究～大大提高了产品的产量和质量。在日本“精工”(NSK)公司的循环球式转向器就以成本低、质量好、产量大～逐步占领日本市场～并向全世界销售它的产品。德国ZF公司也作为一个大型转向器专业厂著称于世。它从1948年开始生产ZF型转向器～年产各种转向器200多万台。还有一些比较大的转向器生产厂～如美国德尔福公司SAGINAW 分部,英国BURM#0,AN公司都是比较有名的专业厂家～都有很大的产量和销售面。专业化生产已成为一种趋势～只有走这条道路～才能使产品质量高、产量大、成本低～在市场上有竞争力。 1.3.2 转向系的发展发展趋势 转向系是用来保持或者改变汽车行使方向的机构～转向系统应准确～快速、平稳地响应驾驶员的转向指令～转向行使后或受到外界扰动时～在驾驶员松开方向盘的状态下～应保证汽车自动返回稳定的直线行使状态。 传统的汽车转向系统是机械式的转向系统～汽车的转向由驾驶员控制方向盘～通过转向器等一系列机械转向部件实现车轮的偏转～从而实现转向。 近年来～随着电子技术在汽车中的广泛应用～转向系统中也愈来愈多地采用电子器件。转向系统因此进入了电子控制时代～相应的就出现了电液助力转向系统。电液助力转向可以分为两类 :电动液压助力转向系统EHPS,Electro-Hydraulic Power Steering,和电控液压助力转向ECHPS,Electronically Controlled Hydraulic Power Steering,。电动液压助力转向系统是在液压助力系统基础上发展起来的～与液压助力系统不同的是～电动液压助力系统中液压系统的动力来源不是发动机而是电机～由电机驱动液压系统～节省了发动机能量～减少了燃油消耗。电控液压助力转向也是在传统液压助力系统基础上发展而来～它们的区别是～电控液压助力转向系统增加了电子控制装臵。电子控制装臵可根据方向盘转向速率、车速等汽车运行参数～改变液压系统助力油压的大小～从而实现在不同车速下～助力特性的改变。而且电机驱动下的液压系统～在没有转向操作时～电机可以停止转动～从而降低能耗。 虽然电液助力转向系统克服了液压助力转向的一些缺点。但是由于液压系统的存在～它一样存在液压油泄漏的问题～而且电液助力转向系统引入了驱动电机～使得系统更加复杂～成本增加～可靠性下降。 为了规避电液助力转向系统的缺点～电动助力转向系统EPS,Electric Power Steering,便应时而生。它与前述各种助力转向系统最大的区别在于～电动助力转向系统中已经没有液压系统了。原来由液压系统产生的转向助力由电动机来完成。电动助力式转向系统一般由转矩传感器、微处理器、电动机等组成。基本工作原理是 :当驾驶者转动方向盘带动转向轴转动时～安装在转动轴上的转矩传感器便将转矩信号转化为电信号并传送至微处理器～微处理器根据转矩信号并结合车速等其他车辆运行参数～按照事先在程序中设定的处理方法得出助力电动机助力的方向和助力的大小。自1988年日本铃木公司首次在其Cervo车上装备该助力转向系统至今～电动助力转向系统己经得到人们的广泛认可。此后～电动助力转向技术得到迅速发展～其应用范围已经从微型轿车向大型轿车和客车方向发展。 1.4 设计的主要内容 本次设计的课题来源于东风,集团,有限责任公司～以某款轻型汽车转向器的参数作为依据～设计一款适用于本公司某轻型车的转向器。根据该车型对于市场的定位及对制造成本的考虑～同时参考同类车型的转向系统～将该车的转向系统设计为一款机械式转向系统～对转向系系统做简单分析～并进行转向器零件设计、整体设计～同时按以下步骤对转向器及零部件进行设计方案论证:第一步对所选的转向器总成进行剖析,第二 部利用所学的知识对总成中的零部件进行力学分析和分析,第三步对分析中发现的不合 理的设计进行改进。 第二章 转向器的设计计算 2.1 转向系主要参数的确定 2.1.1 转向系传动比的确定 转向阻力矩与前轮,转向轴,负荷、轮胎尺寸和机构、前轮定位参数、车速和Mw 道路条件等多种因数有关～要准确计算转阻力矩是很困难的～通常是以汽车在静止时做 原地转向的阻力矩作为转向阻力矩。根据原地转向的试验结果总结出来的经验计算 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 [1]为 3G,1 (2-1) M,W3P 式中---转向阻力矩,N〃m, Mw ---轮胎与地面滑动摩擦系数～一般令=0.7 ,, ---前轴,转向轴,负荷～按汽车设计取满载质量的55%～轿车满载质量为1210kg。 G1 =55%*1210*9.8=6521.9N G1 P---轮胎气压～取0.24 MPa 3G,1则M=250.86 N〃m ,W3P 转向系的传动比直接影响车辆的机动性和操控轻便性。转向系的传动比包括力传动 比i和角传动比。 ipwo 转向系力传动比: 转向系力传动比是指从轮胎接触地面中心作用在两个转向轮上的合力2与作用Fw 在转向盘上的手力F之比～即 h 2Fwi= (2-2) pFh 转向阻力2等于转向轮的转向阻力矩与转向力臂之比 FM,ww Mw 2= (2-3) Fw, 式中为主销偏移距～即转向力臂～指从转向节的主销轴线的延长线与支撑平面的, 焦点至车轮中心平面与支撑平面交线间的距离。通常轿车的值在0(4，0(6倍轮胎a 的胎面宽度尺寸范围内选取。 转向盘的直径D有一系列尺寸。选用选用大的直径尺寸时～会使驾驶员进出驾驶室感到困难。若选用小的直径尺寸～在转向时～驾驶员要施加较大的力量～从而使汽车难于操作～根据原始数据及相关手册取D=380mm,则由作用在方向盘上的力矩 Mh=25 N,m 作用在转向盘上的手力等于转向盘的力矩与转向盘的半径R之比 MFhh Mh= (2-4) FhR Mh则==131.5N FhR 由公式(2-1)、(2-2)、(2-3) 2MRw 则i = (2-5) pM,h 若忽略摩擦损失 ,2Mdw = = (2-6) iwoMd,hk d,为转向盘转角增量,为转向节转角增量。 d,k 从式(2-6)可以看出～当转向节转角,车轮转角,一定后～的大小直接影响轻便性,ikwo 与机动性～大转向轻便～但转向盘的转动圈数增加～机动性降低。对机械转向的汽车～iwo 可选大值～已达到转向轻便的目的;对于动力转向的汽车～轻便性不成问题～所以iiwowo取小值。对一定车型都有一个大致的范围～一般情况下～机械转向的汽车～轻型车iiwowo [2]在15~23之间～中型车25~30之间。 则 iRwo i= (2-7) p, 转向系的角传动比: iwo 转向系角传动比指转向盘转角和驾驶员同侧的转向轮转角之比～它由转向器角传动 'i比和转向传动装臵角传动比i所组成～即 ww 'ii= (2-8) iwwow 转向器角传动比等于转向盘的转向角和转向器转向臂轴的转角之比 ,,p ,= (2-9) iw,p 转向传动装臵的角传动比等于转向臂轴的转角之比 ,p ,p'= (2-10) iw,k 将,2-9,、,2-10,带入式,2-8,得 , = (2-11) iwo,k 由以上过程可计算出结果如下: 2Mw1, 角传动比 ==2*250.86/25=20.07 iwoMh iRwo2, 力传动比 = ip, 11 取=B=*B=90 ,22 式中B为轮胎面宽度～轻型车一般为165~195。 则i=20.07*190/90=42.37 p 2.1.2 动力缸的设计计算 根据转向横拉杆与车轮之间的垂直距离L=0.2m计算得: MwF==250.07/0.2=1250.35N L 式中:F为转向横拉杆上的理论推力。 动力缸对于整体动力缸活塞与转向器均布臵在同一个由QT400-18或KTH350-10制 造的转向器壳体内～活塞与齿条制成一体。 在动力缸的计算中需确定其缸直径、活塞行程活塞杆直径以及缸筒壁厚。 动力缸壳体采用ZL105铸造而成～缸内表面应光洁～粗糙度=0.32，0.63～硬度Ra为HB241，285～活塞采用优质碳素钢45号钢,活塞与缸筒之间的间隙采用橡胶密封圈。 ,1,缸径的计算 Dc 由上面可知～转向系统要求动力缸所提供的动力为2900N～动力缸的缸径尺寸可Dc由作用在活塞上的力的平衡计算～得 4F2= ,2-12, d，Dc63.14p，10 式中:P为供油压力～～设计时取P=13,d为活塞杆直径,F为液压缸理MPaMPa 论推力。 根据《液压设计手册》中推荐的活塞杆直径系列初选d=20mm 41250.3，,32(2010)，，, =0.0237m Dc63.141010，， 15取D=35～此时～符合d=,，,D的范围。 38 ,2,活塞的设计计算 活塞的宽度一般为活塞外径的0.6，1.0倍～但本次设计采用一道密封环形～在所选厚度满足强度的条件下～可以放窄一点。初取b=0.7mm。 活塞的外径配合一般采用H7/f9的配合公差带～外径和内径的同轴度公差不大于0.02～端面与轴线的垂直公差度公差不大于0.04mm/100mm,外表面的圆度和圆柱度一般不大于外径公差的一半～表面粗糙度视结构不同而各异～材料用和活塞相同的材料45号钢。 ,3,活塞行程计算 =++b 2ess11 式中:为导向游隙～,0.5，0.6,D; 为活塞杆行程,b为活塞宽度。的取值ess111可根据同类汽车的活塞杆行程～初取=131mm。 s1 ,4,动力缸壳体壁厚t的设计计算 根据缸体在横断平面内的拉伸强度条件和在轴向平面内的拉伸强度条件～计算出缸的壁厚～取计算结果大的一个 2,,，，Dcs,,p，1,,,,r2n2，Dt，t，，c,，， (2-13) ,2，，D,,cs,P,,z,,2,，，n4D，tc，，, p式中:为缸内压力～取 =13MP;为动力缸直径～mm,t为动力缸壳体厚度～PDmaxc mm,n为安全系数～n=3.5，5.0,为壳体的屈服点。 ,s 壳体采用铸造铝合金ZL105～抗拉强度为500MPa～屈服点为160，230MPa。 2，，40230 =13 1，，,,r,,23.5，，240，t，t，， 2，，40230 =13 ,,z,,23.5，，440t，t，， ,8.8t 取t=10mm。 2.2 齿轮齿条转向器设计计算 对具体零件的设计计算～期中齿轮的设计时依据参数的确定～通过对齿面接触应力、齿根弯曲应力的计算来校核其强度～从而确定具体尺寸。同时也要对活塞杆以及转阀中的扭杆进行强度校核。 2.2.1 主要设计参数的选择 名称 代号 数值 模数 m 2 z 齿数 8 , 压力角 , 20 齿顶高系数 1 ,h a 顶隙系数 0.25 ,c 表1 齿轮主要设计参数 2.2.2 齿轮齿条参数的计算 齿轮计算过程如下 mz2，8nd,,,16.4mm ,,coscos12 d,d，2hm,16.4，2，2，1,20.4mmaan d,16.4,5,11.4mm f 齿条的计算过程如下 *h,hm,2，1,2mm aa **，， h,ha，cm,1.25，2,2.5mmf **c为齿顶高系数,=1,;为顶隙系数(0.25);全齿高等于4.5mm;齿距ha P,,m,3.14，2,6.28,2e,2s 2.2.3 按齿根弯曲疲劳强度计算校核 KFYYYtFaSa, (2-14) ,,,,,,FFbm,na 式中:K为计算载荷系数;为使用系数～=1.0;为动载荷K,KKKKKKKAv,,VAA系数～=1.2,为齿间载荷分配系数～=1.0,为齿向载荷分配系数～=1.4。 KKKKK,,V,, K,1.0，1.2，1.0，1.4,1.68 为直齿轮的齿形系数～查取=2.72,为直齿轮的应力校正系数～为1.57,YYYFaFaSa 为螺旋角影响系数～为0.7,为断面重合度～为1.211,为齿宽～=40。 Ybb,mm,a 1.68，970.8，2.72，1.57，0.7 ,,,30.4MPaF40，5，1.211 因为齿轮材料用45号钢～根据手册查得:=330MPa～可以看出～合,,,,,,,,FFF 乎设计要求。 2.2.4 按齿面接触疲劳强度校核 KFu，1t (2-15) ,,,,，，ZZ,,HHEHbdu,1a 式中为区域系数～设计时取=2.6,为弹性影响系数～设计时取～=188,ZZZZHHEE 为齿面接触允许硬度～=650，700MPa。 ,,,,,,HH 1.68，970.8u,1,,，，2.6，1.88,68.9MPa H40，16.4，1.211u 第三章 转向器三维模型的建立 此次设计使用三维设计软件Pro/E,即Pro/ENGINEER,简称Pro/E,是美国PTC公司开发的参数化三维设计软件～它是当今主流的三维CAD/CAM软件之一～广泛应用于机械、模具、工业设计、汽车、航天、电子、通信、家电、玩具等各行各业。Pro/ENGINEER Wildfire5.0版～是PTC公司相对较新的版本～相对于老版～增添了不少的功能。 3.1 转向器方向盘的建立过程 (1)单击工具栏的文件按钮新建文件～弹出【新建】对话框。选择零件、实体～重新命名为fangxiangpan～取消【使用缺省模板】～点击确定。 (2)点击【插入】～选择下拉菜单中的【扫描】～进入如下界面～如图3-1。 接着定义对话框中的轨迹～轨迹为半径为380mm的圆～如图3-2～图3-3,截面为35mm的圆～都完成之后～点击确定。这就完成了第一步～方向盘圆环的建立～如图3-4。 图3-1扫描对话框 图3-2 轨迹 图3-3 截面 图3-4 方向盘圆盘 (3)点击【草绘】～在top面内进行草绘～完成这一步之后～进行内部造型规划。再次单击【草绘】～进入草绘界面后～点击菜单栏中的【草绘】～选择下拉菜单中的【参照】再点击过滤窗口～选择【边】～然后在图形中选择方向盘圆盘的内边～点击构造线按钮～绘制出图1的形状的三个圆～大小分别为80mm、193.57mm、255.72mm～完成这一步后～再点击草绘～以Top面为草绘平面～绘制出如图2的线条～先画出～左边的一半～然后～选择左边的这一半～然后点击【镜像】～选择中间轴线～又半部分的线条就能完成。这样～就完成了内部线条的规划～如图3-5。 图3-5 方向盘圆盘内部线条规划 -6 内部设计线条 图3 (4)点击【插入】～选择下拉菜单中的【造型】～进入【造型】界面之后～点击【设臵活动平面】～将活动平面设臵为Front面～点击鼠标右键～选择【活动平面方向】～绘制 线条～再选着Right面～用同样的方法绘制两条线～绘制完成后～进行适当调整～最后点击确定【确定】退出造型～如图3-6。 (5)点击【插入】～选择下拉菜单中的【混合曲面扫面】～进入界面后～按住ctrl键～选择横向的两条线～右击鼠标～选择【第二方向曲线】～再按住ctrl键～选择纵向的两条线～点击【确定】。再以同样的方法做出其它两个面。 (6)选着两个曲面～点击合【合并】～并且可以修建掉多余的部分～无法用合并去掉的部分～就使用【修建】去除多余部分。合并完成后～点击【编辑】～选择下拉菜单中的【填充】～将整个曲面封闭～最后再将真个曲面合并为一个曲面。 (7)点击编辑～选择下拉菜单中的【实体化】～将整个曲面变成一个实体。最后～对各个棱角倒圆角。并添加必要的轴～为装配做准备。效果如图3-7。 图3-7方向盘效果图 3.2齿轮齿条模型建立的过程 3.2.1小齿轮的建立过程 1. 新建文件 (1)依次执行【文件】|【新建】菜单命令～或者单击【文件】工具栏上的【创建新对象】按钮～打开【新建】对话框。 (2)在【名称】文本框中输入文件名“xiaochilun”～单击取消【使用缺省模板】复选框的缺省选中状态～保持该对话框中其它缺省设臵不变～单击【确定】按钮。 (3)在打开的【新文件选项】对话框中单击选取“mmns_part_solid”选项～单击【确定】按钮～进入零件环境。 2.创建参数 (1)依次执行【工具】|【参数】菜单命令～打开【参数】对话框。 (2)单击【参数】对话框中的【添加新参数】按钮～输入参数名称“z”～保持缺省的“实数”类型不变～将“值”设臵为8～在“说明”列的文本框中输入参数的注释“齿数”。 (3)单击【参数】对话框中的【添加新参数】按钮～输入参数名称“m”～ 保持缺省的“实数”类型不变～将“值”设臵为2～在“说明”列的文本框中国输入参数的注释“模数”。 (4)单击【参数】对话框中的【添加新参数】按钮～输入参数名称“ha”～ 保持缺省的“实数”类型不变～将“值”设臵为1～在“说明”列的文本框中国输入参数的注释“齿顶高系数”。 (5)单击【参数】对话框中的【添加新参数】按钮～输入参数名称“alpha”～ 保持缺省的“实数”类型不变～将“值”设臵为20～在“说明”列的文本框中国输入参数的注释“压力角”。 (6)单击【参数】对话框中的【确定】按钮～关闭【参数】对话框。 3.创建关系式 (1)依次执行【工具】|【关系】菜单命令～打开【关系】对话框～创建关系式～如图3-8。 (2)单击【查找范围】选项组中左侧的下拉列表框～单击选取下拉列表中的【零件】选项。单击右侧的下拉列表框～在弹出的下拉列表中单击选取【xiaochilun】文件。 (3)在【关系】文本框中输入下面的关系式～按“Enter”键换行。 D=m*z da=(z+2*ha)*m df=(z-2*ha-2*c)*m db=d*cos(alpha) 图3-8 关系对话框 (4)输入完成后～单击【关系】对话框中的【确定】按钮～完成关系式的创建。 4.创建基准草绘 (1)依次执行【插入】|【模型基准】|【草绘】菜单命令～或者单击【基准】工具栏上的【草绘工具】按钮～打开【草绘】对话框。 (2)单击选取“Front”面作为草绘平面。保持对话框汇总的其它缺省设臵不变～单击【草绘】按钮～进入草绘环境。 (3)绘制4个任意直径的圆。 (4)依次执行【工具】|【关系】菜单命令～打开【关系】对话框。在【关系】对话框中输入,sd0=df sd1=db sd2=d sd3=da,关系式～按“Enter”键换行。 (5)单击【确定】按钮～结束基准草绘图元的绘制。 5.创建渐开线 (1)依次执行【插入】|【模型基准】|【曲线】菜单命令～或者单击【基准】工具栏上的【插入基准曲线】按钮～打开菜单管理器。 (2)在菜单管理器中依次执行【从方程】、【完成】菜单命令～打开【选取】对话框和【曲线:从方程】对话框。 (3)在工作窗口或者模型树种单击选取系统坐标系～在菜单管理器中执行【笛卡尔】菜单命令～打开一个记事本文档～在记事本文档输入渐开线方程。 r=db/2 theta=t*55 x=r*cos(theta)+sin(theta)*theta*pi/180 y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180 z=0 (4)在记事本中依次执行【文件】|【保存】菜单命令～保存输入的渐开线方程。接着在 记事本中依次执行【文件】|【退出】菜单命令～关闭记事本。 (5)单击【曲线:从方程】对话框中的【预览】按钮～预览创建的基准曲线特征。预览无误后～单击【曲线:从方程】对话框中的【确定】按钮～完成基准曲线的创建。 6.创建齿轮轮胚 (1)依次执行【插入】|【拉伸】菜单命～激活拉伸操控板。 (2)单击拉伸控制板中的【拉伸为实体】按钮～将拉伸操作作为设臵为实体模型。 (3)以齿顶圆为轮廓～拉伸一个圆柱～圆柱的度为齿轮的齿宽b。 (4)创建基准点PNT0。以创建的渐开线和分度圆为基准。再以Top面和Right面为基准创建轴A_1。接着以点PNT0和轴A_1创建面DTM1。再将DTM1偏转90/Z得到DTM2。 (5)将渐开线以DTM2为镜面～镜像。这样～得到两个对称的渐开线。以齿根圆和和两条对称的渐开线以及齿顶圆组成的封闭图形。拉伸～去除材料。 7.阵列齿槽 (1)在工作窗口或者模型树种单击选中创建的齿槽特征～依次执行【编辑】|【阵列】菜单命令～激活阵列控制面板。 (2)单击操控板中的阵列参照类型下拉列表框～单击选取下拉列表中的【轴】选项。 (3)单击控制板中的【选取项目】列表框～在工作哦窗口中单击选取旋转特征的中心轴线A_1轴。将阵列数目和阵列角度分别设臵为“8”和“360/Z”。单击完成。 8.创建其它特征 (1)点击【插入】|【拉伸】～创建轴承端。 (2)创建油槽。整体效果如图3-9。 图3-9 小齿轮效果图 3.2.2齿条的创建 1. 新建文件～进入编辑界面。 2. 依次执行【插入】|【拉伸】菜单命～激活拉伸操控板。选择Top面～创建一个 直径38mm的圆～点击。长度设臵为650mm～点击确定。 3. 依次执行【插入】|【拉伸】菜单命～激活拉伸操控板。选择Front面～进入草 绘后～创建一个长方形～长度为110mm。点击确定后～选择去除材料。点击确 定。 4. 依次执行【插入】|【拉伸】菜单命～激活拉伸操控板。选择Front面～进入草 绘后～创建一个梯形齿槽。点击确定后～选择去除材料。点击确定。 5. 单击基准栏中的,激活阵列控制板。在第一个选择栏中选择【方向】～将阵 列数目设臵为21～将阵列距离设臵为5mm。点击～即完成了齿条的创建。 整体效果如图3-10。 图3-10 齿条效果图 3.2.3动力缸的建立 1.新建文件。 2.依次执行【插入】|【拉伸】菜单命令～激活拉伸控制面板。 3.创建底板。厚度为12mm。 4.创建缸体主体。以地板的一面为基面～拉伸长度为250mm的圆柱～截面为56mm。创建 ～选择去除材料。 拉伸～以Top面为基面～拉伸一个截面为35mm圆～长250mm 5.创建加强筋。在缸体表面创建一个边长为1mm的正方形～长为250mm～选择实体。点击确定。单击基准栏中的～激活阵列控制板选择“轴”～将阵列数目设臵为6～阵列角度设臵为60～点击确定。 6.进行它部分的创建。最后进行倒圆角～进行工艺修缮。整体效果如图3-11。 图3-11动力缸效果图 3-12 部分零件图 3.3 转向器的装配过程 1.新建文件 ,1,依次执行【文件】|【新建】菜单命令～或者单击【文件】工具栏上的【创建新对象】按钮～打开【新建】对话框。 ,2,选择【组件】～在【名称】文本框中输入文件名“zhuanxiangqi”～单击取消【使用缺省模板】复选框的缺省选中状态～保持该对话框中其它缺省设臵不变～单击【确定】按钮。 ,3,在打开的【新文件选项】对话框中单击选取“mmns_asm_design”选项～单击【确定】按钮～进入组件环境。 2.添加零件 ～选择第一个要添加(1)依次执行【插入】|【原件】|【装配】～或者点击基准栏中的 的零件缸体。缸体作为其它零件的基准～其它零件添加时～都以缸体作为基准来设定各自的位臵。因此缸体是固定不动的～故在第二栏里选择～点击。(2)依次执行【插入】|【原件】|【装配】～选择缸套～打开控制板～因为缸套相对于缸体是不动的～所以选择【刚性】、【配对】、【重合】～点击【放臵】～选择～选择缸体的端面F5和套筒的端面F5,再点击【新建集】～选择缸体曲面F6和套筒曲面F6～选择～点击确定。 (3)同样的方法～添加阀壳。 (4)依次执行【插入】|【原件】|【装配】,选择阀芯～阀芯相对于小齿轮是静止的～故以刚性与小齿轮相配合。 (5)依次执行【插入】|【原件】|【装配】,选择转向下轴～转向下轴与阀芯相对静止～故也选择刚性与阀芯相配合。 (6)依次执行【插入】|【原件】|【装配】,选择齿条～打开控制板～齿条与阀体是滑动配对～故选择滑动杆～点击【放臵】～点击【轴对齐】～选择齿条的中 、阀体A_1,点击【旋转】～选择齿条的齿端面F7、阀体底座侧面F5。的中心轴A_1 心轴A_齿条端面与阀体端面的距离设定为70mm。这一步～特别要注意需要将齿轮的分度圆与齿条的分度线进行相切～这一步关于装配体导入ADMAS软件建立齿轮副～[5]所以显得尤其重要。 (7)其它零件以同样的方法装配到已经完成的主体上。整体效果如图3-13。 图3-13 整体效果图 第四章 转向器的运动仿真分析 4.1 MSC.ADAMS软件介绍 ADAMS～即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)～该软件是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件。ADAMS已经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料～ADAMS软件销售总额近八千万美元、占据了51%的份额,现已经并入美国MSC公司。 ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库～创建完全参数化的机械系统几何模型～其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法～建立系统动力学方程～对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析～输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。 ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件～用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面～又是虚拟样机分析开发工具～其开放性的程序结构和多种接口～可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。 ADAMS软件由基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块及工具箱5类模块组成。用户不仅可以采用通用模块对一般的机械系统进行仿真～而且可以采用专用模块针对特定工业应用领域的问题进行快速有效的建模与仿真分析。 Adams是全球运用最为广泛的机械系统仿真软件～用户可以利用Adams在计算机上建立和测试虚拟样机～实现事实再现仿真～了解复杂机械系统设计的运动性能。 MD Adams/Car 应用MD Adams/Car～技术团队可以快速建立和测试整车和子系统的功能化虚拟样车。 这可以帮助在车辆研发过程中节省时间、降低费用和风险～提升新车设计的品质。通过。 多学科的价值在于大大地拓广了数字分析的能力～MSC的MD技术是优化的涵盖跨学科/多学科的集成～可以充分利用现有的高性能计算技术解决大量大规模的问题。多学科技术聚焦于提升仿真效率、保证设计初期设计的有效性、提升品质、加速产品投放市场。 4.2 三维模型的导入过程和定义约束 4.2.1模型的导入 由于版本的限制～Pro/E建立的模型不能直接导入ADAMS,因此需要一步中间操作～进行格式的转换。导入的过程如下: ,1, 找到转向器的Pro/E装配文件asm_25,点击文件～由Pro/E打开后～依次执行【文 件】|【保存副本,A,】～打开对话框后～填写新名称为zhuangxiangqi_25～类型选择为Prasolid,*.x_t,～单击OK按钮。 ,2, 打开ADAMS软件的View模块～进入此模块页面。点击新建model按钮～进入新建模型对话框～修改工作目录～点击OK～进入工作页面。 ,3, 点击【File】～选择【import】。进入对话框后～文件类型选择为parasolid～第二项选择文件位臵。命名模型名称为yu～再点击OK～转向器的装配图即导入了ADAMS～进入后～点击【View】下的【Refresh】～转向器的模型即可显现～见下图: 图4-1 文件导入对话框 图4-2 整体效果图 ,4,通过点击工具箱中按钮～将其变为实体轮廓～然后通过按钮,或左键+R,旋转～右击整体图中不同的Part分别进行拼音重命名～这样便于约束定义。 4.2.2定义约束 运用ADAMS对虚拟样机进行仿真和一般的三维设计软件一样～需要在仿真前～对零部件进行约束定义～确定零部件之间的运动关系以及谁相对于谁运动的关系。在零部件之间添加运动副～没有相对运动的零件之间运用布尔运算链接在一起。 ,1,方向盘相对于转向器上轴是相对静止的～因此～对方向盘和转向器上轴添加布尔求和～将方向盘和转向器上轴链接起来～成为一个整体。 ,2,对转向上轴和转向柱管添加旋转副～点击～选择2 Bod-1 Loc及Pick Feature～ 选择实体～先点击方向盘～再点击转向柱管～中心选择方向盘的旋转中心～方向沿转向柱外壳轴线方向。则旋转副1建立完成。 ,3,将转向器的液压缸的三个部分～PART2、PART3、PART4 运用布尔求和～使上诉三个部分连接成为一个整体。点击～然后选择PART2、PART3～完成后～得到PART3～这样～PART2、PART3即成为了一个整体PART3。同样的方法～完成后～得到PART4。 ,4,在上轴U型节及下轴的U型节施加万向副。双击按钮,单击为胡克副,～选择2 Bod-1 Loc及Pick Feature～选择实体～单击上轴U型节～再单击下轴的U型节～方向分别正确选取沿十字轴的轴线方向。则万向副2被建立。 ,5,在下臂和齿轮间施加圆柱副。点击按钮～选择2 Bod-1 Loc及Pick Feature～选择实体～先选择下臂～在选择齿轮～中心选择下臂中心～方形沿轴线方向。则圆柱副3被建立。 ,6,在齿轮和转向器缸体之间建立旋转副。选择2 Bod-1 Loc及Pick Featur～然后选择小齿轮和转向器缸体。中心选择齿轮中心～方向沿轴线方向～则螺旋副4建立。 ,7,在齿条和转向器缸体之间建立移动副。点击按钮～选择2 Bod-1 Loc及Pick Feature～先选择齿条～再选择缸体PART4～中心选择齿条中心～方向沿齿条轴线～移动副5建立。 ,8,在小齿轮和齿条之间建立齿轮副。第一步要找到共速MARKER点～点击按钮～选择Add to Ground～Orientation选择Global XY～再点击按钮～在位移中填写5.25mm,即齿轮分度圆与齿条分度线切点,。共速点重命名为Marker_CV。再点击按钮～系统弹出一对话框～在Joint Name中填写旋转副4和移动副5～共速点选择刚刚建立的点Marker_CV。单击OK～则齿轮副6建立。 ,9,有时～固定副由于连接点的数量较多～或者是连接点选择的不 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 导致固定副的难以添加。这时候～可以选择使用布尔运算。对齿条和齿条球头副副套使用布尔求和～使这两个零件连接成为一个整体～再点击按钮～选择2 Bod-1 Loc及Pick Feature～选择实体～先选择球头副套～在选择横拉杆～中心选择球头副套中心～方向选择轴方向～则球副7完成。若方向不对～可以通过右击该副选择Modify～在弹出的对话框中点击按钮～系统又弹出一低昂对话框～在旋转角度中改写90度～选择x、y、z轴中的正确一轴～调整球副7～使其副轴线沿齿条中轴线。 ,10,将横拉杆接头和横拉杆运用布尔求和成其成为一个整体～再将横拉杆和销运用布尔求和～使其成为一个整体。转向柱销和大地之间施加固定副8。两螺母和柱销之间施加固定副9、10～摩擦盘和转向节施加固定副12。 ,11,在转向节和转向横拉杆之间建立转动副13～选择2 Bod-1 Loc及Pick Feature～选择实体～先选择球头副套～在选择横拉杆～中心选择球头副套中心～方向选择轴方向～则球副13完成。 ,12,因为齿条两端的零件时对称的～因此在这里我只介绍齿条一端零件的运动副的添 [6] 加情况～以免赘述。到这里～所有的运动副添加情况就结束了。 4.3仿真实验与结果分析 若要进行运动仿真分析～给零部件添加约束和运动副是远远不够的～还要对虚拟样机添加必须的多用力。这样～虚拟样机才能按照预先设定好的规则运行。因此～首先要施加作用于方向盘上的力～使其相对于方向盘中心生成一个转动力矩。点击按钮～将其施加在旋转副1上～则旋转运动副Motion1建立～右击选择Modify～在Function中改变函数～改为通过540d * sin(pi/3*time)～该函数表示方向盘从中间往一个方向转1.5圈～角速度为(pi/3)rad/s.然后点击～仿真的结束时间设臵为6s～步调设臵为400～通过点击开始按钮～ADAMS软件将对虚拟样机自动进行运动仿真。 仿真结束后～需要对其进行必要的测量～这也是仿真的目的。点击按钮～分别在齿条的同一位臵建立2个Marker点～一个建立在大地上～一个建立齿条上～定义为点?及点?～用来测量齿条位移。同理在方向盘中心建立2个Marker点～在转向柱管处中心建立1个Marker点～分别定义为点?点、?点、?点～用以测量车轮随方向盘转动角～如图4-3。 具体做法如下:点击工具栏中Design Exploration下拉菜单中measure～选择Point-to-Point即～进入对话框后～特性栏选择位移～Component栏选择Global z～点击高级设臵～其中将测量名称改为chitiao_Displacement～To Point选择点?～From Point 选择点?～位移选择Z 方向～点击OK按钮～则得到如下图所示。再点击Build下拉菜单中measure～选择Angle在点击New。其中将测量名称改为Steeling_Angle点依次[18]填入点?、?、?～再点击OK～仿真时可得到车轮的转角图像,见下图～如图4-5。 图4-3 方向盘转动角 图4-4 转向节转向角 图4-5 齿条位移图(一) 图4-6 齿条位移图,二, 结论与展望 本次毕业设计做的是轿车齿轮齿条转向器～从拿到这个课题开始～我充分运用了大学四年所学的知识～查找相关的设计资料和期刊以及专利～从中摸索并认真学习了齿轮齿条转向器的内部构造～并查找了这次设计所运用的数据。然后进行了总体的设计计算～并根据实际模型确定设计尺寸～接着进行零件模型的建立～然后是零件模型的装配～最后将装配好的三维模型导入ADAMS进行运动仿真分析～最后编写毕业论文。下面分别进行总结: 1.课题认识与资料收集 这一阶段是顺利完成毕业设计的关键～在肖老师的悉心指导下系统性、概念性的理解了设计课题。在最短的时间内回忆了以前学过的相关课程～同时不断增加了新的知识和方法。 大量、快速地查阅相关文献资料为这次毕业设计奠定了很好的基础。同时也学会了查阅资料的方法。本次资料文献的主要来源为安徽工程大学图书馆和中国知网～为了更加全面了解国内外汽车转向器发展历史和相关技术发展进程～收集了大量的期刊文献～按汽车转向系统、汽车转向器、徐环球转向器、转向螺杆等分类收集～大量阅读～对重点文献进行详细分析和学习。最后整合专业知识～结合各类资料～初步形成了毕业设计的思路。 2.技术知识学习和设计策略的形成 通过前期大量的阅读～结合设计题目的要求～集中了CAD/CAE相关技术～期中主要学习了pro/E软件和ADAMS软件～为毕业设计补充新的知识同时提高了学习能力。系统地把握了设计任务和充分认识相关技术后～设计方法、设计流程是这一阶段的重点。紧密联系设计任务要求～整合已有专业知识～捕捉新的、先进的机械设计方法～最终形成了设计思维路线。 3.总体设计 汽车转向器总体设计遵循需求分析～概要设计、详细设计这一程序～从结构布局～再到具体零件尺寸的设计都依照前一阶段的流程模型和机械设计准则。 总体设计阶段主要采用了系统设计法、分解协调法和内插式设计方法～基友结构设计上的创新～也有设计方法的创新。 本课题的进一步进展～应该加强一下几个方面的深入研究: ,1,从运动仿真分析的结果来看～可对齿轮齿条进一步进行优化设计～以求获取更高的执行效率、更小的输入力矩～可以提高转向器的稳定性能和操控性能。 ,2,此款液压助力齿轮齿条转向器～也可从液压方面对其进一步研究～优化其助力性能。 ,3,此款转向器运用的是直齿圆柱齿轮和直齿条相配合而成的～也可考虑使用斜齿轮～以增加其稳定性和传递效率。 由于此次设计时间紧迫～一人无法完成如此巨大的工程以及细致入微的设计～故不能真实反应汽车转向器的紧密运动状况。只能是概念性的反应其设计和运动流程。相信在今后随着软件技术不断发展～以及相关程序理论的实现～转向器将向着操作更方便、过程更简单的方向发展。 致谢 转眼间～大学四年已经过去～毕业在即。回想大学四年的学习生活～无限的留恋之情洋溢于心中。感谢母校在这四年中为我们提供一切学习生活条件～使我们得到了良好的培养～成为了能为社会做出贡献的有为青年。感谢学校的老师无私的奉献～感谢学校同学间真诚的帮助。 本课题在选题及研究过程中得到肖老师的悉心指导。肖老师多次询问研究进程～并为我指点迷津～帮助我开拓研究思路～精心点拨、热忱鼓励。肖老师一丝不苟的作风～严谨求实的态度～踏踏实实的精神～不仅授我以文～而且教我做人～虽历时两载～却给以终生受益无穷之道。肖老师平日里工作繁多～但从未放松过对我们毕业设计的指导～历经毕业设计的每一个阶段～从查阅治疗开始～到论文提纲的确定～再到中期检查的修改以及后期论文格式的调整～无不关系倍至。对肖老师的感激之情是无法用言语表达的～在此谨向郑老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在论文即将完成之际～我的心情无法平静～从开始进入课题到论文的顺利完成～有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助～在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母～谢谢你们! 作者:刁兆兵 2013年6月13日 参考文献 [1] 王国权～龚国庆编.汽车设计课程设计指导书[M].北京:机械工业出版社,2009 [2] 王望予主编.汽车设计[M].北京:机械工业出版社,2004 [3] 陈家瑞主编.汽车构造[M].北京:机械工业出版社,2009 [4] 孙恒,陈作模,葛文杰主编.机械原理[M].北京:高等教育出版社,2006 [5] 于志伟～李明主编.Pro/ENGINEER 野火3.0零件设计完全手册[M].北京:人民邮电 出版社～2007.9 [6] 郭卫东编著.虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程[M].北京:北京航空航天大学出版 社～2008 [7] 刘冰.齿轮齿条转向器的建模及分析[J].上海工程技术大学学报,2006,20 ,1,:31-34 [8] 张洪欣主编.汽车设计[M].北京:机械工业出版社,1989 [9] Qichi Huang,Xing Huang.New English for Automobile[M].beijing,Mechanical Industry Press,2006 [10] Zhenhai Gao, Jun Wang, Deping Wang. 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The power steering function is therefore independent of engine speed, resulting in significant energy savings. How it works: Conventional power steering systems use an engine accessory belt to drive the pump, providing pressurized fluid that operates a piston in the power steering gear or actuator to assist the driver. In electro-hydraulic steering, one electrically powered steering concept uses a high efficiency pump driven by an electric motor. Pump speed is regulated by an electric controller to vary pump pressure and flow, providing steering efforts tailored for different driving situations. The pump can be run at low speed or shut off to provide energy savings during straight ahead driving (which is most of the time in most world markets). Direct electric steering uses an electric motor attached to the steering rack via a gear mechanism (no pump or fluid). A variety of motor types and gear drives is possible. A microprocessor controls steering dynamics and driver effort. Inputs include vehicle speed and steering, wheel torque, angular position and turning rate. Working In Detail: A "steering sensor" is located on the input shaft where it enters the gearbox housing. The steering sensor is actually two sensors in one: a "torque sensor" that converts steering torque input and its direction into voltage signals, and a "rotation sensor" that converts the rotation speed and direction into voltage signals. An "interface" circuit that shares the same housing converts the signals from the torque sensor and rotation sensor into signals the control electronics can process. Inputs from the steering sensor are digested by a microprocessor control unit that also monitors input from the vehicle's speed sensor. The sensor inputs are then compared to determine how much power assist is required according to a preprogrammed "force map" in the control unit's memory. The control unit then sends out the appropriate command to the "power unit" which then supplies the electric motor with current. The motor pushes the rack to the right or left depending on which way the voltage flows (reversing the current reverses the direction the motor spins). Increasing the current to the motor increases the amount of power assist. The system has three operating modes: a "normal" control mode in which left or right power assist is provided in response to input from the steering torque and rotation sensor's inputs; a "return" control mode which is used to assist steering return after completing a turn; and a "damper" control mode that changes with vehicle speed to improve road feel and dampen kickback. If the steering wheel is turned and held in the full-lock position and steering assist reaches a maximum, the control unit reduces current to the electric motor to prevent an overload situation that might damage the motor. The control unit is also designed to protect the motor against voltage surges from a faulty alternator or charging problem. The electronic steering control unit is capable of self-diagnosing faults by monitoring the system's inputs and outputs, and the driving current of the electric motor. If a problem occurs, the control unit turns the system off by actuating a fail-safe relay in the power unit. This eliminates all power assist, causing the system to revert back to manual steering. A dash EPS warning light is also illuminated to alert the driver. To diagnose the problem, a technician jumps the terminals on the service check connector and reads out the trouble codes. click here to see a bigger Electric power steering systems promise weight reduction, fuel savings and package flexibility, at no cost penalty. Europe's high fuel prices and smaller vehicles make a fertile tested for electric steering, a technology that promises automakers weight savings and fuel economy gains. And in a short time, electric steering will make it to the U.S., too. "It's just a matter of time," says Aly Badawy, director of research and development for Delphi Saginaw Steering Systems in Saginaw, Mich. "The issue was cost and that's behind us now. By 2002 here in the U.S. the cost of electric power steering will absolutely be a wash over hydraulic." Today, electric and hybrid-powered vehicles (EV), including Toyota's Prius GM's EV-1, are the perfect domain for electric steering. But by 2010, a TRW and Inc. internal study estimates that one out of every three cars produced in the world will be equipped with some form of electrically-assisted steering. The Cleveland-based supplier claims its new steering systems could improve fuel economy by up to 2 mpg, while enhancing handling. There are true bottom-line benefits as well for automakers by reducing overall costs and decreasing assembly time, since there's no need for pumps, hoses and fluids. Another claimed advantage is shortened development time. For instance, a Delphi group developed E-TUNE, a ride-and-handling software package that can be run off a laptop computer. "They can take that computer and plug it in, attach it to the controller and change all the handling parameters -- effort level, return ability, damping -- on the fly," Badawy says. "It used to take months." Delphi has one OEM customer that should start low-volume production in '99.Electric steering units are normally placed in one of three positions: column-drive, pinion-drive and rack-drive. Which system will become the norm is still unclear. Short term, OEMs will choose the steering system that is easiest to integrate into an existing platform. Obviously, greater potential comes from designing the system into an all-new platform. “We have all three designs under consideration," says Dr. Herman Strecker, group vice president of steering systems division at ZF in Schwaebisch Gmuend, Germany. "It's up to the market and OEMs which version finally will be used and manufactured.” The large manufacturers have all grabbed hold of what they consider a core technology," explains James Handy sides, TRW vice president, electrically assisted steering in Sterling Heights, Mich. His company offers a portfolio of electric steering systems (hybrid electric, rack-, pinion-, and column-drive). TRW originally concentrated on what it still believes is the purest engineering solution for electric steering--the rack-drive system. The system is sometimes referred to as direct drive or ball/nut drive. Still, this winter TRW hedged its bet, forming a joint venture with LucasVarity. The British supplier received $50 million in exchange for its electric column-drive steering technology and as sets. Initial production of the column and pinion drive electric steering systems is expected to begin in Birmingham, England, in 2000. "What we lack is the credibility in the steering market," says Brendan Conner, managing director, TRW/LucasVarity Electric Steering Ltd. "The combination with TRW provides us with a good opportunity for us to bridge that gap." LucasVarity currently has experimental systems on 11 different vehicle types, mostly European. TRW is currently supplying its EAS systems for Ford and Chrysler EVS in North America and for GM's new Opel Astra. In 1995, according to Delphi, traditional hydraulic power steering systems were on 7596 of all vehicles sold globally. That 37-million vehicle pool consumes about 10 million gallons in hydraulic fluid that could be superfluous, if electric steering really takes off. The present invention relates to an electrically powered drive mechamsm for providing powered assistance to a vehicle steering mechanism. According to one aspect of the present invention, there is provided an electrically powered driven mechanism for providing powered assistance to a vehicle steering mechanism having a manually rotatable member for operating the steering mechanism, the drive mechanism including a torque sensor operable to sense torque being manually applied to the rotatable member, an electrically powered drive motor drivingly connected to the rotatable member and a controller which is arranged to control the speed and direction of rotation of the drive motor in response to signals received from the torque sensor, the torque sensor including a sensor shaft adapted for connection to the rotatable member to form an extension thereof so that torque is transmitted through said sensor shaft when the rotatable member is manually rotated and a strain gauge mounted on the sensor shaft for producing a signal indicative of the amount of torque being transmitted through said shaft. Preferably the sensor shaft is non-rotatable mounted at one axial end in a first coupling member and is non-rotatable mounted at its opposite axial end in a second coupling member, the first and second coupling members being inter-engaged to permit limited rotation there between so that torque under a predetermined limit is transmitted by the sensor shaft only and so that torque above said predetermined limit is transmitted through the first and second coupling members. The first and second coupling members are preferably arranged to act as a bridge for drivingly connecting first and second portions of the rotating member to one another. Preferably the sensor shaft is of generally rectangular cross-section throughout the majority of its length. Preferably the strain gauge includes one or more SAW resonators secured to the sensor shaft. Preferably the motor is drivingly connected to the rotatable member via a clutch. Preferably the motor includes a gear box and is concentrically arranged relative to the rotatable member. Various aspects of the present invention will hereafter be described, with reference to the accompanying drawings, in which :Figure 1 is a diagrammatic view of a vehicle steering mechanism including an electrically powered drive mechanism according to the present invention, Figure 2 is a flow diagram illustrating interaction between various components of the drive mechanism shown in Figure 1 ,Figure 3 is an axial section through the drive mechanism shown in Figure 1, Figure 4 is a sectional view taken along lines IV-IV in Figure 3,Figure 5 is a more detailed exploded view of the input drives coupling shown in Figure 3, and Figure 6 is a more detailed exploded view of the clutch showing in Figure 3. Referring initially to Figure 1 , there is shown a vehicle steering mechanism 10 drivingly connected to a pair of steerable road wheels The steering mechanism 10 shown includes a rack and pinion assembly 14 connected to the road wheels 12 via joints 15. The pinion(not shown) of assembly 14 is rotatable driven by a manually rotatable member in the form of a steering column 18 which is manually rotated by a steering wheel 19.The steering column 18 includes an electric powered drive mechanism 30 which includes an electric drive motor (not shown in Figure 1) for driving the pinion in response to torque loadings in the steering column 18 in order to provide power assistance for the operative when rotating the steering wheel 19.As schematically illustrated in Figure 2, the electric powered drive mechanism includes a torque sensor20 which measures the torque applied by the steering column 18 when driving the pinion and supplies a signal to a controller 40. The controller 40 is connected to a drive motor 50 and controls the electric current supplied to the motor 50 to control the amount of torque generated by the motor 50 and the direction of its rotation. The motor 50 is drivingly connected to the steering column 18 preferably via a gear box 60, preferably an epicyclical gear box, and a clutch 70. The clutch 70 is preferably permanently engaged during normal operation and is operative under certain conditions to isolate drive from the motor 50 to enable the pinion to be driven manually through the drive mechanism 30. This is a safety feature to enable the mechanism to function in the event of the motor 50 attempting to drive the steering column too fast and/or in the wrong direction or in the case where the motor and/or gear box have seized. The torque sensor 20 is preferably an assembly including a short sensor shaft on which is mounted a strain gauge capable of accurately measuring strain in the sensor shaft brought about by the application of torque within a predetermined range. Preferably the predetermined range of torque which is measured is 0-lONm; more preferably is about l-5Nm.Preferably the range of measured torque corresponds to about 0-1000 micro strain and the construction of the sensor shaft is chosen such that a torque of 5Nm will result in a twist of less than 2? in the shaft, more preferably less than 1 ? .Preferably the strain gauge is a SAW resonator, a suitable SAW resonator being described in WO91/13832. Preferably a configuration similar to that shown in Figure 3 of WO91/13832 is utilized wherein two SAW resonators are arranged at 45? to the shaft axis and at 90? to one another. Preferably the resonators operate with a resonance frequency of between 200-400 MHz and are arranged to produce a signal to the controller 40 of 1 MHz 〒 500 KHz depending upon the direction of rotation of the sensor shaft. Thus, when the sensor shaft is not being twisted due to the absence of torque, it produces a 1 MHz signal. When the sensor shaft is twisted in one direction it produces a signal between 1.0 to 1.5 MHz. When the sensor shaft is twisted in the opposite direction it produces a signal between 1.0 to 0.5 MHz. Thus the same sensor is able to produce a signal indicative of the degree of torque and also the direction of rotation of the sensor shaft. Preferably the amount of torque generated by the motor in response to a measured torque of between 0-10Nm is 0-40Nm and for a measured torque of between l-5Nm is 0-25Nm.Preferably a feed back circuit is provided whereby the electric current being used by the motor is measured and compared by the controller 40 to ensure that the motor is running in the correct direction and providing the desired amount of power assistance. Preferably the controller acts to reduce the measured torque to zero and so controls the motor to increase its torque output to reduce the measured torque. A vehicle speed sensor (not shown) is preferably provided which sends a signal indicative of vehicle speed to the controller. The controller uses this signal to modify the degree of power assistance provided in response to the measured torque. Thus at low vehicle speeds maximum power assistance will be provided and a high vehicle speeds minimum power assistance will be provided. The controller is preferably a logic sequencer having a field programmable gate array for example a XC 4005 as supplied by Xilinx. Such a controller does not rely upon software and so is able to function more reliably in a car vehicle environment. It is envisaged that a logic sequence not having a field programmable array may be used. Electronic power steering system (English as EPS), and hydraulic power steering system (HPS) compared to, EPS has many advantages. The advantage is that the EPS: 1) High efficiency. HPS efficiency is very low, generally 60% to 70%, while EPS and electrical connections, high efficiency, and some can be as high as 90 percent. 2) Less energy consumption. Automobile traffic in the actual process, at the time to about 5 percent of the time travelling, the HPS system, engine running, the pumps will always be in working condition, the oil pipeline has been in circulation, so that vehicle fuel consumption rate by 4 % To 6%, while EPS only when needed for energy, vehicle fuel consumption rates only increased by 0.5 percent. 3) "Road sense of" good. Because EPS internal use of rigid, system of the lag can be controlled by software, and can be used in accordance with the operation of the driver to adjust. 4) Back to being good. EPS simple structure of small internal resistance is a good back get back to being the best characteristics, improve vehicle handling and stability. 5) Little environmental pollution. HPS hydraulic circuit in the hydraulic hoses and connectors, the existence of oil leaking, but hydraulic hoses can not be recovered, the environmental pollution are to a certain extent, while EPS almost no pollution to the environment. 6) Can be independent of the engines work. EPS for battery powered devices, as long as sufficient battery power, no matter what the condition for the engine, can produce power role. 7) Should have a wide range. Easy to assemble and good layout. 8) Now, power steering systems of some cars have become the standard-setting, the whole world about half of the cars used to power steering. With the development of automotive electronics technology, some cars have been using electric power steering gear, the car of the economy, power and mobility has improved. Electric power steering device on the car is a new power steering system device, developed rapidly in recent years both at home and abroad, because of its use of programmable electronic control devices, the flexibility in the same time there are also potential safety problems. In the analysis , this unique product on the basis of the author of the characteristics of electronic control devices, security clearance just that the factors that deal with security measures, and discussed a number of concerns the safety of specific issues. The results show that: Existing standards can not meet the electric power steering device security needs and made the electric power steering device safety evaluation of the idea. Research work on the electric power steering device development and evaluation of reference value. 电子动力转向系统 图1 EPS系统布局 电子动力转向系统的工作原理:电子动力转向系统是通过一个电动机来驱动动力方向盘液压泵或直接驱动转向联动装臵。电子动力转向的功能由于不依赖于发动机转速～所以能节省能源电子动力转向系统是这样运行的。 传统的动力方向盘系统使用一条引擎辅助传送带驾驶泵浦～提供操作在动力方向盘齿轮或作动器的一个活塞协助司机的被加压的流体。在电动液压的指点～一个电子动力方向盘概念使用一台电动机驾驶的一个高效率泵浦。 泵浦速度是由一个电控制器调控的变化泵浦压力和流程～提供被剪裁的指点努力为不同的驾驶的情况。 泵浦可以跑在低速或关闭提供节能在大多时间在多数世界市场上)直向前的驾驶期间(直接电指点使用一台电动机附加指点机架通过齿轮机构(没有泵浦或流体)。 各种各样的马达类型和齿轮驱动是可能的。 微处理器控制指点动力学和司机努力。 输入包括车速和指点、轮子扭矩～角位和转动率。 工作运行时的具体细节: A “指点传感器”位于它进入传动箱住房的输入轴。 指点传感器实际上是在 一个的二个传感器: 那“扭矩的传感器”转换指点扭矩输入和它的方向成电压信号～并且那“自转的传感器”转换转动速度和方向成电压信号。 分享同一套住房的“接口”电路转换从扭矩传感器和自转传感器的信号成控制电子学可能处理的信号。从指点传感器的输入由那微处理器的控制单元消化也监测从车速传感器的输入。 传感器输入然后被比较确定多少机械化根据一张被预编程序的“力量地图”需要在控制单元的记忆。 控制单元然后派出适当的命令对然后供给电动机以潮流的“电源装臵”。 马达推挤机架在右边或左根据哪个方式电压流动(扭转潮流扭转方向马达旋转)。 增加潮流对马达增加功率协助。系统有三种操作方式: 左边或右边机械化提供以回应从指点扭矩和自转传感器的输入的输入的“正常”控制方式; 被用于在完成轮以后协助指点回归的“回归”控制方式; 并且改变与车速改进路感受和挫伤佣金的“更加潮湿的”控制方式。如果方向盘被转动～并且举行在充分锁位臵和指点协助到达最大值～控制单元使潮流降低到电动机防止也许损坏马达的超载情况。 控制单元也被设计保护马达以防止电压浪涌免受一个有毛病的交流发电机或充电的问题。 电子转向控制单位有能力在自我诊断的缺点通过监测系统输入和产品和电动机的激 励电流上。 如果问题发生～控制单元通过开动在电源装臵的一个故障自动保险的中转关闭系统。 这消灭所有机械化～造成系统恢复回到手工指点。 破折号EPS警告灯也被阐明警告司机。 要诊断问题～技术员跳服务检查连接器的终端并且读出问题代码。 图 2电子动力方向盘机制 当前发明与提供的供给动力的援助一电子功率驱动器马达关连给车操纵机构。根据当前发明的一个方面～那里为提供供给动力的援助提供一个电子功率驱动器机制给有车的操纵机构一名手动地可旋转的成员为操作操纵机构、传动机构包括可行扭矩的传感器感觉手动地被申请于可旋转的成员的扭矩～一个电子功率驱动器马达操纵着被连接到可旋转的成员和安排控制主驱动电动机自转速度和方向以回应从扭矩传感器收到的信号的控制器～扭矩传感器包括为与可旋转的成员的连接适应的传感器轴形成引伸因此～以便扭矩通过前述传感器轴被传送～当时 可旋转的成员被转动～并且应变仪在导致的信号传感器轴手动地登上表示通过前述轴被传送的相当数量扭矩。 图3 传感器轴不旋转更好地登上在一个轴向末端在第一名联结成员和不旋转地登上在它的相反轴向末端在第二名联结成员～第一和第二名联结成员相互允诺允许有限的自转之间连接～以便在一个被预先决定的极限之下的扭矩由仅传感器轴传送～并且～以便在前述被预先决定的极限之上的扭矩通过第一和第二名联结成员被传送。 更适宜地安排第一和第二名联结成员作为操纵的连接的第一和第二个部分的一座桥梁互相的旋转式成员。合适的传感器轴是通常在多数的长方形横断面它的长度中。应变仪包括一个或更多的适应地看见了谐振器绑到传感器轴上。好的马达操纵的被连接到 可旋转的成员通过传动器。马达更好地包括一个工具箱和同心地被安排相对可旋转的成员。当前发明的Various方面此后将描述～关于伴随的图画～ :图1是一个车操纵机构的一个图表看法包括一个电子功率驱动器机制根据当前发明～图 2是说明在图显示的传动机构的各种各样的组分的之间流程图互作用1上～图 3是一个轴截面通过在图显示的传动机构1～图4上是一张截面图被采取沿着线IV-IV在表3～图5是在图显示的输入推进联结的一张更加详细的分解图3上～和图 6是显示在表3.的传动器的一张更加详细的分解图。 图1的最初Referring～那里显示一个车操纵机构10操纵的被连接到一个对易操纵的路轮子12。这个显示的操纵机构包括一个齿条和齿轮汇编14被连接到路轮子12通过联接15。 鸟翼末端(没显示)汇编14可旋转地驾驶一名手动地可旋转的成员以驾驶杆18的形式哪些由方向盘19手动地转动。这个驾驶杆18包括包括一台电主驱动电动机的一个电力的传动机构30 (没显示在驾驶的鸟翼末端图1)上以回应在驾驶杆18的扭矩装货为了为机械人员提供力量援助～当转动方向盘19时。如概要地被说明在表2～电力的传动机构包括测量驾驶杆申请的扭矩18～当驾驶鸟翼末端时并且提供信号给控制器40的扭矩传感器20。 控制器40被连接到主驱动电动机50并且控制电流被提供给马达50控制马达50和它的自转的方向扭矩引起的相当数量。马达50 操纵的更适宜地被连接到驾驶杆18通过工具箱60～更适宜地一个周转齿轮箱子和传动器70。 在一定条件下传动器70在正常运行时更适宜地永久地接合并且是有效的隔绝从马达50的驱动使鸟翼末端通过传动机构30手动地被驾驶。 这是使机制的安全特点起作用在试图的马达50情形下驾驶太快速的驾驶杆并且/或者在错误的方向或在案件 电动机和工具箱占领了。 扭矩传感器20更适宜地是一个汇编包括在扭矩应用达到的传感器轴登上应变仪能够准确测量张力在一个被预先决定的范围之内的一个短的传感器轴。被测量扭矩的被预先决定的范围是0-lONm; 更好是关于l-5Nm。被测量的扭矩的范围更好地对应于大约0-1000微指令～并且传感器轴的建筑更好被选择这样5Nm扭矩比在轴的2?导致较少的转弯～少于1 ?。好的应变仪是锯谐振器～在WO91/13832被描述的一台适当的锯谐振器。 类似在图显示的那WO91/13832 3上更好地运用配臵～二看见谐振器被安排在对轴轴的45?和在90?对互相。谐振器经营与在200-400 MHz之间共鸣频率和被安排导致信号到控制器1 MHz 40 〒 500 KHz根据传感器轴的自转方向的自我调节。 因此～当传感器轴不被扭转的归结于缺乏扭矩时～它导致一个1 MHz信号。当它导致在1.0到1.5 MHz之间的一个信号的传感器轴在一个方向被扭转。 当传感器轴在相反方向时被扭转它 因而同样传感器能导致信号表示程度扭矩并导致在1.0到0.5 MHz之间的一个信号。 且传感器轴的自转的方向。好的马达扭矩引起的相当数量以回应在0-10Nm之间被测量的扭矩是0-40Nm～并且为在l-5Nm之间被测量的扭矩是0-25Nm。反馈电路提供自我调节～借以马达使用的电流由控制器40测量并且比较保证马达在正确方向运行并且提供期望功率协助。 控制器更好地行动使被测量的扭矩降低到零和如此控制马达增加它的扭矩产品减少被测量的扭矩。 (没显示)更适宜地提供车速传感器哪些寄发一个信号表示车速到控制器。 控制器使用这个信号修改程度力量协助提供以回应被测量的扭矩。将提供在低车速最大力量协助的～因而～并且将提供高车速极小的力量协助。更适宜地是逻辑顺序器有一个现场可编程序的门数组例如XC 4005如Xilinx供应这个控制器。 这样控制器不依靠软件和～因此能更起作用可靠地在汽车车环境里。 被想象也许使用有逻辑的序列一个现场可编程序的列阵。 一个电力传动机构10的A具体建筑在表3.被说明。 电子动力转向系统,英文简称EPS,～ 与液压动力转向系统,HPS,相比～EPS具有 很多优点。即EPS的优势在于: 1,效率高。HPS效率很低～一般为60%~70%,而EPS与电机连接～效率高～有的可高达90%以上。 2,耗能少。汽车在实际行驶过程中～处于转向的时间约占行驶时间的5%～对于HPS系统～发动机运转时～油泵始终处于工作状态～油液一直在管路中循环～从而使汽车燃油消耗率增加4%~6%,而EPS仅在需要时供能～使汽车的燃油消耗率仅增加0.5%左右。 3,“路感“好。由于EPS内部采用刚性连接～系统的滞后特性可以通过软件加以控制～且可以根据驾驶员的操作习惯进行调整。 4,回正性好。EPS结构简单内部阻力小～回正性好～从而可得到最佳的转向回正特性～改善汽车操纵稳定性。 5,对环境污染少。HPS液压回路中有液压软管和接头～存在油液泄露问题～而且液压软管不可回收～对环境有有一定污染,而EPS对环境几乎没有污染。 6,可以独立于发动机工作。EPS以电池为动力元件～只要电池电量充足～不论发动机出于何种状态～都可以产生助力作用。 7,应有范围广。 8,装配性好易于布臵。 现在～动力转向系统已成为一些轿车的标准设臵～全世界约有一半的轿车采用动力转向。随着汽车电子技术的发展～目前一些轿车已经使用电动助力转向器～使汽车的经济性、动力性和机动性都有所提高。电动助力转向装臵是汽车上一种新的助力转向系统装臵,近年来在国内外发展迅速,由于它采用了可编程电子控制装臵,在带来灵活性的同时也存在着安全隐患.在分析这种产品特殊性的基础上,笔者结合电子控制装臵的特点,指出了事关安全性的因素,提出了处理安全性的措施,并讨论了几个事关安全性的具体问题.研究结果表明:现有标准不能够满足电动助力转向装臵安全性的需要;并提出了对电动助力转向装臵进行安全性测评的思想.研究工作对电动助力转向装臵的开发以及评价具有参考意义 附录B 参考文献及摘要 汽车设计 王望予 摘要:本书结合相关教学、科研、设计经验～从理论上阐述从事汽车设计所必须具备的 基本知识～是汽车设计初学者必不可少的教材。书中涉及到结构分析、参数选择、设计与计算等。第一章介绍汽车的总体设计～第二章~第八章依次阐述离合器、变速器、万向节传动轴、驱动桥、悬架、转向系和制动系设计。各章内容亦包括设计应当满足的主要要求、结构方案分类和分析、主要参数确定原则等。 汽车构造 陈家瑞 摘要:本书全面而系统地阐述了汽车总体及其各总成部件的结构和工作原理～作为高等院校有关专业的教材～也可以供汽车设计制造、汽车运用及修理、汽车运输等相关方面的工程技术人员～以及具有相关文化和科技理论的人员参考。 汽车设计课程设计指导书 王国权～龚国庆 摘要:本书结合相关书籍的讲授内容～共设计了七个课程设计题目:汽车动力总成匹配与总体设计、离合器、制动器、悬架、驱动桥、转向系和万向传动装臵设计～给出了各个题目的详细的设计过程。该书在内容上注重介绍新技术和新工艺～强调实用性和工程概念～减少理论推导,在教学上强调加强实践环节。 机械原理 孙恒～陈作模～葛文杰 摘要:本书按照教学基本要求并结合多年的的教学实践经验及我国机械发展的需要修订而成。本书涉及机构结构分析、运动分析、力分析、机械的效率、机械的平衡、机械的运转及速度波动的调节、平面连杆机构设计、凸轮机构和齿轮机构的设计等。 CATIA V5 R20产品设计实例精解 詹熙达 摘要:本书是进一步学习CATIA V5产品设计的实例图书～选用的实例都是实际中的各种日用产品和工业产品～经典而实用。本书章节采用由浅入深、循序渐进的原则。在内容上～针对每一个实例先进行论述～然后完成模型的创建。步骤详实、透彻、图文并茂～学习具有很强针对性。 虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程 郭卫东 摘要:本书以ADAMS软件为平台～全面介绍了虚拟样机技术在机构运动学分析、动力学分析和机构设计与仿真的应用。主要内容有:虚拟样机技术概论、虚拟样机建模基础、函数定义及其应用、机构的参数化建模与设计、虚拟样机的控制设计、柔性体建模及系统振动特性分析、建模用户化设计以及虚拟样机设计实例。 齿轮齿条转向器的建模及分析 刘冰 摘要:采用面向对象的设计方法和技巧, 以AN SYS 软件为开发平台, 进行齿轮齿条式转向器建模、参数化设计、虚拟装配和强度分析。通过构建转向器快速设计系统, 展示CAD/ CAE 在现代汽车产品设计中的优势。 Dynamic Modeling and Steering Performance Analysis of Active Front Steering System Zhenhai Gao, Jun Wang, Deping Wang Abstract: The kinematic models of planetary gear set and steering gear are established, based on the analysis of the transmission mechanism of angle superposition with Active Front Steering system (AFS). A controller of variable steering ratio for Active Front Steering system is designed, and virtual road road simulation environment. The tests are made in CarMaker drivervehicle- results of simulation tests validate the controller performance and the advantage of variable steering ratio function, also show that the driving comfort is improved at low speed especially,due to the Active Front Steering system alters the steering ratio according to the driving situation. 汽车转向器齿轮齿条的建模与仿真研究 李宴,王瑾 摘要:针对汽车转向器齿轮齿条的失效问题, 建立了基于UG-ADAM S软件的齿轮齿 条式转向器的虚拟样机模型, 并进行干涉检测、运动学和动力学仿真。根据仿真结果中 齿轮齿条所受的最大载荷, 通过ANSYS软件分析齿轮齿条的齿根弯曲应力、齿面接触应 力及疲劳寿命。仿真结果表明: 基于CAD /CAE软件的分析与传统公式计算结果吻合, 证 实了建立的齿轮齿条式转向器虚拟样机的正确性, 为汽车转向器的动态设计、优化设计 和可靠性设计提供了参考, 能有效提高产品设计效率。 ADAMS 2005 机械设计高级应用实例 郑凯～胡仁喜 陈鹿民 本书系统地介绍了ADAMS 2005各种基本功能和机械工程开发中最常用的5个专业模块。 主要介绍它的基本功能和简单建模与仿真实例～包括软件基本操作、约束模型构件、施 加载荷、建模与仿真实例。