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某乘用車齒條助力式轉(zhuǎn)向某乘用車齒條助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)答辯人：郭興川導(dǎo) 師：劉濤2014年6月24日哈爾哈爾濱濱工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)（威海）（威海）目錄頁(yè)目錄頁(yè)contents0101緒論及原理分析緒論及原理分析0202結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)0303轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化設(shè)計(jì)0404三維建模和有限元分析三維建模和有限元分析1、緒論和原理分析和原理分析12將EPS和其他系統(tǒng)比較，介紹了EPS的特點(diǎn)，并從國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀和國(guó)外研究現(xiàn)狀兩部分闡述EPS的研究現(xiàn)狀。闡述了本課題研究的目的和意義，旨在嘗試通過(guò)對(duì)齒條助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，彌補(bǔ)常規(guī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和性能上的不足，達(dá)到更好的轉(zhuǎn)向效果。-研究的目的和意義-國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1、緒論和原理分析和原理分析3（1）對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。對(duì)轉(zhuǎn)向系方案進(jìn)行選擇，確定轉(zhuǎn)向系的主要參 數(shù)，對(duì)主要部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。（2）對(duì)轉(zhuǎn)向梯形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)轉(zhuǎn)向梯形數(shù)學(xué)模型進(jìn)行推導(dǎo)，分析理想的左右轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角關(guān)系和實(shí)際的左右轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系，用Matlab對(duì)轉(zhuǎn)向梯形進(jìn)行優(yōu)化，給出優(yōu)化結(jié)果，并做驗(yàn)證分析。（3）用CATIA建立齒條助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)完整的三維實(shí)體模型。（4）基于ANSYS對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行有限元分析。（5）繪制齒條助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)完整的工程圖,包括轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配圖、轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)裝配圖及重要部件零件圖。-本文主要內(nèi)容1、緒論和原理分析和原理分析4-電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)示意圖1、緒論和原理分析和原理分析5-電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車速感應(yīng)型助力特性當(dāng)車速Va=0時(shí)，相當(dāng)于汽車在原地轉(zhuǎn)向，助力特性曲線的位置居其他各條曲線之上，助力強(qiáng)度達(dá)到最大。隨著車速Va不斷升高，助力特性曲線的位置也逐漸降低，直至車速Va達(dá)到最高車速Vamax為止，此時(shí)的助力強(qiáng)度已為最小，而路感強(qiáng)度達(dá)到最大。目錄頁(yè)目錄頁(yè)contents0101緒論及原理分析緒論及原理分析0202結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)0303轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化設(shè)計(jì)0404三維建模和有限元分析三維建模和有限元分析2、結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)序號(hào)序號(hào)參數(shù)名稱參數(shù)名稱數(shù)值數(shù)值序號(hào)序號(hào)參數(shù)名稱參數(shù)名稱數(shù)值數(shù)值1總質(zhì)量（kg）20905輪胎215/60R162輪距（mm）15906輪胎壓力（MPa）0.183軸距（mm）28007最小轉(zhuǎn)彎半徑57004方向盤直徑（mm）3508轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷（N）7650 在對(duì)整車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分析之前，首先根據(jù)本田雅閣汽車參數(shù)，整理出目標(biāo)車輛的整車參數(shù)。2、結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì) 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的四種輸出形式：根據(jù)四種形式的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用圖b所示的側(cè)面輸入，兩端輸出的形式。2、結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定序號(hào)序號(hào)參數(shù)名稱參數(shù)名稱數(shù)值數(shù)值序號(hào)序號(hào)參數(shù)名稱參數(shù)名稱數(shù)值數(shù)值1阻力矩（Nmm）340805.15輪胎直徑（mm）5402轉(zhuǎn)向盤手力（N）122.26橫拉桿直徑（mm）153輪輞直徑（mm）406.47齒輪軸直徑(mm)304梯形臂長(zhǎng)度（mm）1508轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比18經(jīng)過(guò)計(jì)算，選擇轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的初選參數(shù)：2、結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)齒條的設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)計(jì)算，得出齒條的尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)：序號(hào)項(xiàng)目尺寸參數(shù)()1總長(zhǎng)7302直徑253齒數(shù)204法向模數(shù)32、結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)齒條的二維圖2、結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)齒輪軸的設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)計(jì)算，得出齒輪軸的尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)：序號(hào)項(xiàng)目尺寸參數(shù)(mm)1總長(zhǎng)1202齒寬353齒數(shù)74法向模數(shù)35螺旋角 206螺旋方向左旋2、結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)齒輪軸的二維圖2、結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部的二維圖根據(jù)參考車型的參數(shù)，得出轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部的尺寸，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其二維圖如圖所示：2、結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)齒條調(diào)整裝置根據(jù)參考車型的參數(shù)，得到齒條調(diào)整裝置的齒條導(dǎo)向座、彈簧、調(diào)節(jié)螺塞和鎖緊螺母的參數(shù)，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其二維圖如圖所示：目錄頁(yè)目錄頁(yè)contents0101緒論及原理分析緒論及原理分析0202結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)0303轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化設(shè)計(jì)0404三維建模和有限元分析三維建模和有限元分析3、轉(zhuǎn)向梯形的向梯形的優(yōu)化化設(shè)計(jì)用Matlab對(duì)轉(zhuǎn)向梯形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化前后汽車內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系如下圖所示。優(yōu)化前3、轉(zhuǎn)向梯形的向梯形的優(yōu)化化設(shè)計(jì)用Matlab對(duì)轉(zhuǎn)向梯形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化前后汽車內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系如下圖所示。優(yōu)化后目錄頁(yè)目錄頁(yè)contents0101緒論及原理分析緒論及原理分析0202結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)0303轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化設(shè)計(jì)0404三維建模和有限元分析三維建模和有限元分析4、三、三維實(shí)體建模及有限元分析體建模及有限元分析 根據(jù)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)方案的選取、尺寸結(jié)構(gòu)的計(jì)算及參考車型的參數(shù)，繪制了齒條助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三維圖：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總裝配圖4、三、三維實(shí)體建模及有限元分析體建模及有限元分析 根據(jù)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)方案的選取、尺寸結(jié)構(gòu)的計(jì)算及參考車型的參數(shù)，繪制了齒條助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三維圖：轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4、三、三維實(shí)體建模及有限元分析體建模及有限元分析 根據(jù)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)方案的選取、尺寸結(jié)構(gòu)的計(jì)算及參考車型的參數(shù)，繪制了齒條助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三維圖：轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)4、三、三維實(shí)體建模及有限元分析體建模及有限元分析 將轉(zhuǎn)向節(jié)導(dǎo)入到ANSYS軟件中，對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)在越不平路面、緊急制動(dòng)和側(cè)滑三種危險(xiǎn)工況下進(jìn)行有限元分析：越不平路面變形圖越不平路面應(yīng)力圖4、三、三維實(shí)體建模及有限元分析體建模及有限元分析 將轉(zhuǎn)向節(jié)導(dǎo)入到ANSYS軟件中，對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)在越不平路面、緊急制動(dòng)和側(cè)滑三種危險(xiǎn)工況下進(jìn)行有限元分析：越不平路面變形圖越不平路面應(yīng)力圖4、三、三維實(shí)體建模及有限元分析體建模及有限元分析 緊急制動(dòng)工況下緊急制動(dòng)變形圖緊急制動(dòng)應(yīng)力圖4、三、三維實(shí)體建模及有限元分析體建模及有限元分析 側(cè)滑工況下側(cè)滑變形圖側(cè)滑應(yīng)力圖4、三、三維實(shí)體建模及有限元分析體建模及有限元分析有限元結(jié)果分析有限元結(jié)果分析 經(jīng)過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)在越不平路面、緊急制動(dòng)和側(cè)滑三種危險(xiǎn)工況下進(jìn)行有限元分析，結(jié)果表明轉(zhuǎn)向節(jié)在三種危險(xiǎn)工況下的變形均很小，在許用范圍內(nèi)。而應(yīng)力均小于許用應(yīng)力394MPa，所以轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合要求。6、致、致謝謝謝！謝謝！