变传动比转向器齿轮齿条副设计与有限元分析研究

摘要

转向器是汽车转向系统中一个重要的执行机构，传统汽车转向系统采用定传动比转向器，转向系统的传动比是固定的，在转向过程中无法避免“轻”与“灵”的矛盾。采用变传动比转向器则能够有效缓解转向过程中“轻”与“灵”的矛盾。齿轮齿条式转向器的传动副是齿轮齿条副，通过改变齿轮齿条副的传动比来达到变比的目的。
　　 本文提出一种汽车变传动比曲线的设计方法。该设计方法是基于定传动比转向器的定比曲线进行设计的，并考虑了转向机构对变比曲线的约束。采用数学解析法，对比分析了采用整体式转向梯形的变比转向系统和定比转向系统的转向性能。通过对比分析可知，采用变比转向系统能够一定程度上缓解转向过程中“轻”与“灵”的矛盾。
　　 通过对比分析现有变比转向器齿轮齿条副的建模方法，本文采用包络原理仿真法进行建模。基于录制宏的方法进行CATIA二次开发，实现包络原理仿真建模，生成与变比曲线对应的变比齿条三维模型。
　　 基于有限元方法，本文在Workbench中对建立的三维模型进行力学性能分析。首先对三维模型进行简化并划分网格，然后设定边界条件进行求解。通过仿真分析校核，证明了所设计的齿轮齿条副满足强度要求，并提出了一种齿面拟合方法。
　　 本文面向变比转向器齿轮齿条副的设计、建模和分析过程，研究工作包括了变传动比曲线设计，齿轮齿条副三维建模和有限元仿真分析等，为变比转向器提供了理论设计方法和工程应用技术。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究对象及意义

1．1．1 转向器简介

1．1．2 变传动比转向系统发展

1．1．3 研究目的和意义

1．2 论文主要研究内容的国内外研究现状

1．3 论文研究内容

第2章 基于定传动比转向器的变比曲线设计方法

2．1 定比转向器传动比计算

2．1．1 齿条位移与轮胎转角关系

2．1．2 齿条极限行程计算

2．2 变传动比转向器变比曲线的设计

2．2．1 齿轮齿条式变传动比转向器传动原理

2．2．2 变比转向器变传动比曲线的发展

2．2．3 基于定传动比转向器的变传动比曲线设计

2．3 变比转向系统转向性能分析

2．3．1 转向灵敏度分析

2．3．2 静态转向输入力矩分析

2．4 本章小结

第3章 变比转向器齿轮齿条副三维建模

3．1 变传动比齿条齿面数学建模方法研究

3．1．1 共轭原理解析法

3．1．2 齿轮元法

3．1．3 包络原理仿真法

3．1．4 三种方法对比分析

3．2 小齿轮设计与建模

3．2．1 小齿轮参数计算

3．2．2 CATIA参数化三维建模

3．3 包络原理仿真法研究

3．3．1 仿真软件选型

3．3．2 软件二次开发方法

3．3．3 运动仿真实例

3．4 本章小结

第4章 变比转向器齿轮齿条副有限元仿真分析

4．1 模型前处理

4．1．1 软件介绍

4．1．2 接触定义

4．1．3 网格划分与质量评定

4．1．4 边界条件定义

4．2 齿轮齿条副啮合齿面接触分析

4．3 齿面重构

4．3 本章小结

第5章 总结和展望

5．1 论文工作总结

5．2 未来工作展望

致谢

参考文献