摘要：本文就是以提升汽车产品设计效率为目标，充分使用集成化软件UG对汽车齿轮齿条式转向器开展参数化设计。首先本文简明扼要的描述了汽车转向器并对当前全球的汽车转向器的发展状况进行了探讨，然后进行设计方案的选择，接着对选择的转向器设计计算，接着经过对齿轮齿条式转向器根据参数化建立实体模型，然后经过建立模型和草图相互结合的措施优化设计。

关键字：汽车；转向系统；齿轮齿条；转向器；UG

ABSTRACT：This paper is to improve the efficiency of automobile product design as the goal, to make full use of the integrated software of UG automobile gear rack type steering gear to carry out parametric design. This paper first describes the concise and to the point of automobile steering gear and steering to the current global development is discussed, and then the choice of design, then to choose the steering gear design and calculation, and then through the rack and pinion steering gear according to the parameters of the model, and then through the measures of optimizing design model and sketch with each other.

Key words: automobile; steering system; rack and pinion; steering gear; UG

目录

第一章绪论 1

1.1引言 1

1.2汽车转向系统的简介 1

1.3国内外发展现状 3

第二章设计方案的选择 5

2.1转向器类型的选择 5

2.2齿轮齿条式转向器布置和结构形式的选择 6

2.2.1齿轮齿条转向器输入输出形式 6

2.2.2齿轮齿条转向器齿轮齿条选择 6

2.2.3齿轮齿条转向器齿条断面形状 7

2.2.4齿轮齿条式转向器的布置形式 8

2.2.5转向器最终方案确定 8

第三章转向器的设计计算 9

3.1转向器原地转向阻力矩计算 9

3.2转向器角传动比与力传动比计算 9

3.2.1角传动比与力传动比介绍 9

3.2.2角传动比与力传动比的确定 9

3.3齿轮齿条的设计 11

3.3.1齿轮齿条的参数选择 11

3.3.2计算接触疲劳许用应力 12

3.3.3齿轮的齿根弯曲强度设计 13

3.3.4确定齿轮主要参数和几何尺寸 13

3.3.5确定齿条主要参数和几何尺寸 14

3.3.6齿面接触疲劳强度校核 14

第四章齿轮齿条三维模型的建立 16

4.1齿轮齿条式转向器齿轮的建立 16

4.1.1主动齿轮建立 16

4.1.2齿条的建立 16

4.2齿轮齿条总装 17

总结 18

致谢 19

参考文献 20

第一章绪论

1.1引言

汽车的制造和销售作为我国经济产业中的重要的组成部分，其涉及的传统制造业和能源综合代表着国家的整体发展水平，随着机械制造技术和电子电器设备的不断进步和成熟，汽车制造业几乎将我国的各种制造业联系了起来，汽车已经不是作为一个单纯的个体而存在。其中作为汽车的重要组成部分，汽车的零部件产业也随着汽车行业的发展而崛起，其重要性也不言而喻，转向器作为控制汽车行驶控制方向作用的零部件受到了意想不到的研究和发展。

在现代化汽车发展的时代，汽车转向系统是保障汽车安全性的重要零部件组成。作为决定汽车行驶方向和维持汽车稳定直线行驶的功用，对于汽车转向器的研究时零部件是较为重要的部分，其功能的好坏对于车上人员的操控安全性和驾驶体验有着有较大的影响。为了在设计转向系统过程中为了提高设计的效率，保证设计质量的前提下缩短设计周期，许多先进的汽车制造声现在都会采用有限元分析软件UG来参与开发汽车转向系统的方法，这一设计方法也逐渐成为主流行业的趋势。

1.2汽车转向系统的简介

作为改变汽车行驶线路和维持汽车行驶路线的组成工件，转向系统可以在汽车在行使的过程中将非常规路况产生的冲击及时地反馈到车轮及驾驶员的直观感受，驾驶员通过驾驶经验及时作出调整控制使得汽车恢复稳定后继续前进。

机械转向系统的转向动力源为驾驶员的手部力量，它由转向传动机构、操纵机构和转向器这三部分组成。其中转向系统的转向动力源主要由发动机提供的助力和驾驶员的手部施加的力量所构成，它基于机械转向系统由汽车转向系统三大组成部分同时加上了一套转向动力器而形成。此论文按照设计要求，研究对象确定为机械转向系统。机械转向系统如图1.1所示。。

1.转向盘2.安全转向轴3.转向节4.转向轮5.转向节臂6.转向横拉杆7.转向减振器8.机械转向器

随着汽车制造技术的不断进步，许多汽车制造商已经将竞争战略转移到了更加轻便和省油的前驱汽车上，比起传统的后驱汽车，这种汽车可以通过使用尺寸较小、质量更轻的零部件。一方面有效地消除了上文所涉及的常见的逆传动效率过高和可变速比等问题，还可以保证其被广泛应用到前轮采用独立悬架的轻型车辆中。转向齿轮、转向齿条、转向器壳体和其他零部件是齿轮齿条式转向器的主要组成部分。相比于其它类型的转向器：使用较少的零部件，构架简单；占用较小的空间，很少和悬架系统其他组件发生干涉；较高的传动效率；质量轻；简化了转向传动机构以后，缩小了制造成本；省去了转向摇臂和直拉杆部分，可以增大转向轮的转角；采用了压紧弹簧来压紧齿轮和齿条，可以便捷地调整齿间间隙，提高了转向器整体的刚度。

齿轮齿条式转向器主要由相互啮合的一对转向齿轮和转向齿条组成。将齿轮轴和转向齿轮连接起来形成的组合件叫做转向齿轮轴，在转向齿轮轴带动转向齿轮旋转的时候，转向齿条进行直线运动的同时带动横拉杆，使得转向轮可以改变方向。齿轮齿条式转向器的组成零件图。

1.3国内外发展现状

第二章设计方案的选择

2.1转向器类型的选择

我们将转向器按照不同结构分为很多种类型。目前市场上常见的汽车产品采用机械式转向器一般有齿轮齿条式、循环球式和蜗杆滚轮式等几种类型。按照传输介质和动力源形式一般又可以将转向器分为气压和液压动力式转向器、电动和电液助力式转向器等类型。

作为使用最广泛并且最普遍的转向器之一，按照输出形式可以将齿轮齿条式转向器分为中间输出型和两端输出型。齿轮齿条式转向器具有结构简单紧凑的优点，在使用过程中能够有效地避免干涉等问题。转向器的壳体通常采用铝合金或者镁合金等材料压铸而成，选择这两种材料可以保证在强度刚度符合的前提下还能具有质量轻的特点；当齿轮齿条转向器使用长时间后可能会出现磨损，这时候就要利用齿条背部的的调节弹簧，有效地消除齿轮间的间隙，还能一定程度减少转向器工作时产生的噪声和冲击，并且对于提高系统的刚度也有帮助；齿轮齿条式转向器省去了转向摇臂和横拉杆等常规机构，占用的空间更小；这样还可以增大转向轮的转角，也降低了成本。

伴随着以上突出的优点，齿轮齿条式转向器同样有缺点：逆效率较高难以减少，当汽车驶过凹凸不平的路面时，路面反馈到轮胎的冲击力最终传导到转向盘，控制转向盘的驾驶员接收到这一冲击，一方面方向盘出现打手现象，影响到驾驶员的正常操控，另一方面也会使得驾驶员的精神高度集中，难以准确控制汽车行驶的方向，这样驾驶过程就伴随着一定的安全隐患。

循环球式转向器具有可以改变传动比的特性；工作时具有一定的稳定性；更易于调整齿条和齿扇间的间隙。当然，循环球式转向器的缺点类似于齿轮齿条式转向器：结构复杂逆效率高，零部件加工制造要求较高，需要很高的精度。这种类型的转向器一般被广泛应用于对稳定性和舒适性要求较高的商务车上。

蜗杆滚轮式转向器的主要是将蜗杆和滚轮啮合而成的结构。制造过程较为简易；由于结构特点其主要是工作时强度较高、稳定可靠，磨损小保证了较长的寿命；与以上两种转向器不同的是：逆效率低。主要缺点则是相对于优点而言：较低正效率；当工作齿表面在长时间的使用后发生较多的磨损后，通常难以调整啮合间隙，对转向器能否正常工作有一定影响；而且转向器具有固定的传动比，不可以调整传动比。

结合以上三种不同结构的转向器的优点和缺点，对以上这三种转向器作比较，最终我们将课题的研究对象选择为齿轮齿条式转向器。

2.2齿轮齿条式转向器布置和结构形式的选择

本论文研究对象确定为齿轮齿条式转向器，它的不同齿形下的转向器具有的优缺点不同，齿条断面的使用范围也不同等，另外还有转向器的多种布置形式。对比转换器的输出形式，按照最低加工制造成本和简化加工过程的前提选择最合理的输入和输出形式，在保证转型期的基础性能达到要求下选择最优方案；根据不同齿轮齿形在不同种工况及工作环境下的反应选择重合度最合适的方案，反应主要包括平稳性、冲击力及发出的噪声；根据齿条发生断裂时的断面形状确定合适的加工工时、成本和加工繁琐度，并综合考虑齿条的受力情况，最终确定断面形状。具体的对比过程和分析过程，下面作一些陈述。