摘 要

本此设计的题目为分散多动力轿车的前轮转向系统，此次设计以伺服电机的选择、机械式转向系统的齿轮齿条式转向器设计及校核验算为核心。首先对现代汽车转向系统的原理和组成进行描述，二是通过查阅有关资料设计转向器的参数和尺寸，得到基本的数据。三是确定伺服电机的型号，四是设计匹配的减速机构，五是对齿轮齿条式转向器的主要部件进行受力分析和校核。为了使转向系各部件之间能协调工作，综合所得到的尺寸之后，再对各个部分的数据进行调节。

在设计的过程中使用伺服电机之后，助力部分的结构得到了优化。最后通过三维软件对转向系进行三维建模，得到各个零件的三维模型，然后进行零件的装配，形成装配图。最后导出二维图纸，进行尺寸、公差的标注，完成设计要求的装配图和零件图。

关键词：转向系统，伺服电机，齿轮齿条，减速机构

Abstract

The design of the topic is dispersed more electric car front wheel steering system, designed to select the servo motor, mechanical steering system, rack and pinion steering gear design and verification checking as the core. First, an overview of modern automotive steering system, the second is to determine the basic data, the relevant information from the steering gear design parameters and dimensions, the third is to determine the type of servo motor, four speed reduction mechanism is designed to match the five is a rack and pinion the main components of the steering gear stress analysis and verification.

   The use of CATIA in the design process of three-dimensional modeling of the steering system to obtain three-dimensional model of the various parts, then the parts assembled to form the assembly diagram. Finally export two-dimensional drawings, the dimensional tolerance of the mark, to complete the design requirements of the assembly drawing and part drawing.

Keywords: steering system, servo motor, rack and pinion, CATIA modeling

目录

第1章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.1.1电动汽车概述 1

1.1.2电动汽车的优点及意义 2

1.2分散多动力纯电动轿车的现状 2

1.2.1分散多动力纯电动轿车转向系统 2

1.3研究内容 2

第2章 转向系统 3

2.1汽车转向系统概述 3

2.1.1机械式转向系统 5

2.1.2液压助力转向系统 5

2.1.3电控液压助力转向系统 5

2.1.4电动助力转向系统 5

2.2分散多动力转向系统 6

2.3分散多动力转向系统的关键部件 7

2.3.1转矩传感器 7

2.3.2车速传感器 8

2.3.3转角传感器 8

2.3.4电子控制单元 8

2.4电动机助力转向的助力特性 8

2.5本章小结 9

第3章 转向器总体方案设计 9

3.1转向器的分类及设计选择 9

3.2齿轮齿条式转向器的设计 10

3.2.1齿轮齿条式转向器的结构选择 10

3.2.2齿轮齿条式转向器的布置形式 11

3.2.3转向传动比 11

3.2.4转向系统计算载荷的确定 12

3.3设计目标参数表以及对应的转向轮转角计算 12

3.4转向器参数选取与计算 15

3.4.1齿轮齿条参数的选择 15

3.4.2齿轮轴的设计 16

3.5伺服电机的选取 17

第4章 减速机构参数设计 18

4.1减速机构的分析和布置形式的确定 18

4.2蜗轮蜗杆材料的选择 18

4.3圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算 18

4.3.1蜗杆传动类型 18

4.3.2蜗杆与蜗轮的主要参数及几何尺寸的确定 18

4.4蜗杆轴及转向轴的设计 19

4.5蜗轮齿根弯曲疲劳强度的校核 19

4.6本章小结 20

第5章 齿轮齿条转向器数据校核 20

5.1齿条的强度计算 20

5.1.1齿条受力分析 20

5.1.2齿条齿部弯曲强度计算 21

5.2小齿轮的强度计算 22

5.2.1齿面接触疲劳强度计算 22

5.2.2齿轮齿根弯曲疲劳强度计算 24

5.3齿轮轴强度校核 25

5.4转向横拉杆和转向梯形的参数 27

总结 28

致谢 28

参考文献 29

第1章 绪论

1.1课题背景

汽车是日常中重要的交通工具。但是汽车的大量使用会造成能源消耗，资源匮乏，环境受到污染等问题，这些问题促使汽车公司加大力度研制新型无污染的新能源车。电动汽车是把电能作为能源，利用电动机把电能转化为机械能，这样就不会产生污染环境的尾气，达到环保的效果。因此，在能源缺乏，环境恶化的情况下，使用电动汽车无疑是缓解这些问题的好方法。于是电动汽车得到了迅速的发展。从19世纪末期到开始，电动汽车在欧洲和美国这些工业发达的地区开始得到广泛的使用。但是，在当时传统内燃机的技术也得到了提升，石油的开采也进入到蓬勃发展的阶段，导致市场上内燃机汽车逐渐成为主流。电动汽车则因为电池重量大、能量密度低、充电时间长、续航里程和使用寿命短以及制造成本高等原因并没有得到市场的认可。从上世纪80年代末起，节约资源和保护环境逐渐成为人们所关注的热点，科技也在得到迅速的发展，尤其是新型高能电池技术的发展，最明显的进步是电动汽车的续驶里程相比之前有了大幅度地提高、充电时间得到有效的缩短。因为电池这个核心部件得到改善，电动汽车开始步入历史的舞台。

目前电动汽车的发展从动力的来源不同来看，主要分为三种类型：纯电动类、燃料电池类和混合动力类。纯电动类的动力全部由蓄电池来提供；燃料电池类的动力来源是燃料，在催化剂作用下燃料和氧化剂直接经电化学反应产生电能；混合动力类是综合运用内燃机动力和电动机动力，通过控制系统把内燃机与储能器件结合起来。这三种类型的电动汽车是目前国内外市场研究的主要对象。

1.1.1电动汽车概述

电动汽车指的是把汽车上的电源作为动力的输出源头，通过驱动电机来输出机械力，达到驱动车轮的目的，并且符合相关交通安全法规各项要求的车辆。一般在电动汽车上使用的是高效率的充电电池，或燃料电池为作为动力的源头。