汽车转向器设计及参数化建模范文

摘要：本次设计是对汽车转向器的结构、原理、功用作详细的了解和认识。查阅相关的资料和书籍分析齿轮齿条式转向器的优缺点、布置形式及应用状况，确定了对本次所需要设计转向器的结构方案。根据预设车辆的性能参数对齿轮齿条转向器进行参数化建模。

关键词：转向器；齿轮齿条；参数化；建模

0引言

根据某车的性能参数、市场需求及价格定位来对该车的转向系统进行设计，结合同级车型的转向器的选取将本次设计的转向器确定为齿轮齿条式转向器。对本次设计的转向器的结构形式和在汽车中的布置形式进行分析确定。

1选型

由于直齿圆柱齿轮和直齿齿条啮合会使转向器的运转平稳性下降，冲击增大，工作噪声增加等，本次设计采用的是斜齿圆柱齿轮与斜齿齿条啮合，可以使转向器的重合度增加，运转稳定、冲击力和工作噪声都有所减小，并且这样设计使齿轮轴轴线与齿条的轴线之间的夹角更符合本次的设计要求，降低了设计难度，简化了设计过程。从上述分析可以看出，齿条圆形断面不仅满足了本次的设计要求，而且制作工艺比较简单，结构也比较简单；有效地降低了设计难度和制造成本。所以选择的是齿条断面形状为圆形[1-2]。最终的方案确定为：侧面输入两端输出的输出形式；齿轮齿条为斜齿；齿条断面形状为圆形。

2参数化建模

CATIA是法国达索公司于1975年起开始发展的一套完整的3DCAD/CAM/CAE一体化软件。在对于小齿轮的建模主要用到起3D建模功能。由于采用包络原理仿真法建模，以小齿轮作为刀具，齿轮的建模精度直接影响到齿条的精度。通过熟悉软件的相关功能，并根据齿轮的相关几何特征，参考其他软件中的建模方法，总结出的CATIA建模方法，主要步骤如下[3-4]：在CATIA中的f（x）工具输入齿轮参数，通过fog功能定制齿轮渐开线的公式，绘制基圆、分度圆、齿根圆、齿顶圆及渐开线。将轮廓线与齿根圆倒角。建立一个平面A（通过z轴和渐开线与分度圆的交点），再建新平面B与A平面成一夹角，转角基准为Z轴，将轮廓线关于新建的对称平面做镜像，将轮廓线剪裁出来。平移和旋转工具，做出另一端面的轮廓线，用多截面曲面multisections做出齿曲面，插入零件设计模块，用closesurface命令分别将两个曲面闭合成实体，用环形阵列将齿轮的所有轮齿阵列出来得到齿轮。在零件设计模块中制作出的齿轮轴三维模型。结合齿轮和齿条的尺寸和配合尺寸，在考虑加工和轻量化等条件下进行建模。支架和齿条套建模。在catia转配设计模块中将上面所有零件进行装配，装配出的转向器三维模型如图1所示。

3结论

本设计通过资料的查询，了解到转向器的结构、原理以及国内外的发展，对转向器的分类和不同车型上的使用进行了分析。同时对转向器的设计也有了初步的方案；对转向器的类型的确定—齿轮齿条式转向器。

参考文献：

[1]胡海峰.转向器齿轮齿条设计与受力分析[J].科技创新与应用，2013.

[2]贾巨民，张蕾，唐天元，吴宏基，刘健.汽车变速比齿轮齿条式转向器的啮合原理[J].机械科学与技术，1998.

[3]邹光明，尹志朋，王东雄，刘源泂，汪豪蒂.基于不完全齿轮齿条机构的小车转向系统研究[J].机械工程师，2014.

[4]陈丁跃，杨励，郭泽红，贺志瑛.乘用车齿轮齿条式的液压助力转向系统匹配[J].华侨大学学报（自然科学版），2015.

作者：尹威；周丽丽；袁成志；左博文；周振宇 单位：北华大学汽车与建筑工程学院