轎車轉向系設計【含CAD圖紙、說明書】

轎車轉向系設計【含CAD圖紙、說明書】,含CAD圖紙、說明書,轎車,轉向,設計,cad,圖紙,說明書,仿單 畢 業(yè) 設 計（論 文） 設計(論文)題目： 轎車轉向系統(tǒng)設計 　　　　　　　　 學生姓名： 二級學院： 班　　級： 提交日期： 目錄 目 錄 摘 要 III Abstract IV 1、緒 論 1 2、選擇轉向系方案及轉向器設計 2 2.1轉向系方案的選擇 2 2.2 確定轉向系統(tǒng)主要參數 4 2.3 轉向器的設計 6 2.4 本章小結 8 3、轉向梯形的設計 9 3.1 數據確定 9 3.2 轉向梯形的布置 9 3.3 轉向梯形機構尺寸的確定 10 3.4 梯形校核 12 3.5 本章小結 13 4、液壓式動力轉向機構的設計 14 4.1 動力轉向機構布置方案 14 4.2 動力缸尺寸計算 15 4.3 本章小結 17 5、三維建模及二維工程圖 18 5.1 Pro/E 軟件簡介 18 5.2 建模 18 5.3 CAD制圖 21 5.4 本章小結 22 6、主要零部件的仿真分析 23 6.1 有限元模型建立 23 6.2仿真分析 25 6.3本章小結 27 7、結論 28 參考文獻 29 致謝 30 IV 摘要 轎車轉向系設計 摘 要 本次設計首先對普通轎車轉向系統(tǒng)進行了介紹。確定轉向器的類型，確定它的布置形式，并設計液壓動力系統(tǒng)并計算參數，選定此系統(tǒng)的尺寸和結構。通過三維軟件對轉向系統(tǒng)關鍵部分進行建模，對轉向系統(tǒng)進行三維和二維圖的繪制。最后將三維軟件圖進行導入分析軟件處理，建立轉向系統(tǒng)關鍵部分有限元模型，對轉向系統(tǒng)關鍵部分進行有限元分析，分析仿真結果，得出結論，并為轉向系的設計提出優(yōu)化方案，為以后的轉向設計提出建議。 關鍵詞：液壓動力系統(tǒng)；轉向系統(tǒng)；轉向盤；有限元分析 Abstract Design of steering system of car Abstract This?project?first?introduces?the?definition?and?background?of?ordinary?car?steering?system.?Then,?the?basic?structure?of?steering?system?is?introduced?and?the?operating?mode?is?decided?according?to?the?actuator.?Based?on?the?scheme?of?steering?system?and?the?selection?of?main?parameters?design,?the?type?and?form?of?redirector?is?chosen?and?arranged.?Further,?the?hydraulic?power?system?is?designed?and?calculated?and?the?structure?and?size?of?steering?system?is?determined.?After?that,?the?key?part?steering?is?modeled.?Finally,?the?model?is?imported?into?the?software?and?is?analyzed.?The?finite?element?model?of?the?system?is?established?and?analyzed.?With?the?simulation?results?and?conclusion,?the?optimization?scheme?and?some?suggestions?are?put?forward?for?the?design?of?the?steering?system. Key?words:?hydraulic?power?system;steering?system;?steering?wheel;finite element analysis 1、緒論 1、緒 論 轉向系統(tǒng)是能夠按照駕駛員的轉向意圖以及操作能夠實現汽車正確轉向的系統(tǒng)。它對操縱穩(wěn)定性和平順性起著決定性作用，對駕駛員的駕駛感受以及對乘員的舒適性也有著不可替代的作用。駕駛員的駕駛感受是現代汽車都在追求的，也是消費者在購買車輛時的最重要的評價標準。 這些年來汽車發(fā)展非常快速，轎車轉向系從最初的純機械式轉向系到了液壓助力轉向系再變?yōu)殡娍匾簤褐D向系最后變?yōu)榫€控轉向系。 實際上，人就是機械轉向系統(tǒng)主要的動力來源，人員和機械構件可以提供動力。方向盤、轉向傳動機構和轉向器就是機械操縱機構。 除了上面已經說的三種部件，助力裝置也是動力轉向系動力的來源。液壓裝置也能實現轉向助力裝置?；钊⒂凸?、儲油罐和泵等部件組成轉向助力裝置，轉向系統(tǒng)主要的作用有以下： （1）轎車轉向系統(tǒng)方向和轉動轎車轉向盤的方向要一致； （2）當轎車要轉向的時候，車輪側滑是不可以發(fā)生的； （3）當轉向發(fā)生后，不需要駕駛員操作轎車，轉向盤要能夠回到原來的正面位置； （4）在事故發(fā)生時，轎車轉向盤可以起到保護駕駛員的作用。 圖1.1某車型轉向系臺架 30 第2章 選擇轉向系方案及轉向器設計 2、選擇轉向系方案及轉向器設計 2.1轉向系方案的選擇 2.1.1轎車轉向盤 轉向盤是操縱力的接受機構，是駕駛員直接控制的操縱機構，現代汽車的轉向系都是經過轉向盤接受力來實現對轉向系的控制，汽車上常用的方向盤大致上分為三個部分，分別為輪輻、盤轂與輪緣。現代汽車設計的方向盤輪輻一般是圓形的兩根和三根的。由于我們的交通規(guī)則以及形式習慣是靠右行駛，我們國家的所有交通工具的方向盤左置。 一般會把前排駕駛員正面安全氣囊內置到方向盤內，因此安全氣囊設計的中心位置會為安全氣囊留有適當的空間用于存放安全氣囊及其機構。同樣，方向盤的大小的選擇也是至關重要的，當我們選用尺寸較小的方向盤的時候，我們的操縱力會增大，從而給操縱帶來不便。相反尺寸較大的方向盤會減小操縱力但是會給駕駛員進出帶來不便，同樣會增大駕駛員的操縱幅度。太大的方向盤會使駕駛員和方向盤的距離太近，在發(fā)生正面碰撞的時候會給駕駛員的傷害增大。如圖2.1所示為某車型在轉向時方向盤狀態(tài)。 圖2.1 某車型在轉向時方向盤狀態(tài) 現代汽車的方向盤同樣會集成各種最汽車電子系統(tǒng)的控制，也會加入一些如藍牙等附屬功能的開關。在汽車方向盤設計時分為兩種，分別為已有的方向盤和符合國家標準的方向盤。根據國家轉向盤標準尺寸的要求：轎車方向盤的直徑尺寸被規(guī)定為以下幾種。圓柱花鍵漸開線是用來連接轉向軸和轉向盤的。結合各種因素和實際情況，在本次畢業(yè)設計中轉向盤的直徑選擇了。 2.1.2轎車轉向軸 轉向軸用來傳遞方向盤接受駕駛員的操縱力，轉向器的力也是由此傳遞而來。兩個沒有縫的具有轉向節(jié)的鋼管組合成轉向軸，使其結構相對簡單，成本比較低等優(yōu)勢。為考慮安全性，也有一些轉向軸被設計成蜂窩狀，具有在交通事故中過載保護的功能。萬向節(jié)一般也會被設計在其中，這樣轉向系統(tǒng)就能調整到最合理的位置，保證了轎車轉向系統(tǒng)更加輕便和安全駕駛。 在正面碰撞的時候，駕駛員會因轉向盤而受到傷害。因此為了減少駕駛員在正面撞擊中受到的傷害，現代汽車上過載保護的機構也一直被運用上。 2.1.3 轎車轉向器 轉向器這個機構是使力矩傳遞方向發(fā)生改變的，有4種常用的如下：球面蝸桿滾輪式、曲柄式、循環(huán)球式與齒輪齒條式。當然，隨著工藝的進步和對汽車性能要求的提高，一般的轉向器漸漸被齒輪齒條和循環(huán)球式轉向器取代。 在眾多的轉向器中，運用最多的是液壓助力轉向器，因為地面帶來的沖擊能有效的被吸收，同時液力助力系統(tǒng)能夠減少駕駛員的操縱力實現省力效果。轉向效率達到70%以上的只有齒輪齒條式了，它的可逆程度也非常的大，能夠實現大批量的生產，所以在現代汽車中使用最多。 根據此畢業(yè)設計要求，本文擬采用被成熟運用的齒輪齒條式。原因如下：這次畢業(yè)設計的轉向器正效率需要比60%高，逆效率需要比50%高，所以齒輪齒條式轉向器被運用在此設計：正效率應該為， 逆效率應該為。 齒輪齒條式轉向器之所以能夠被現代汽車廣泛運用，結構簡單、質量不大是其重要原因。該轉向器本身的結構的原因使其不需要很多的零部件，轉向器的外殼在現代工藝中也基本會用鎂合金和鎂鋁合金鍛造而成，其結構更加簡單質量也相對更小。 決定轉向器好壞的很重要的標準取決于傳動效率，而齒輪的傳動效率高。所以，轉向器的傳動效率也變得非常高，可以高達90％；相對高的傳動效率并不意味著齒輪器就沒有缺點，齒輪的摩擦是非常嚴重的，超時間工作會有間隙出現。齒輪背部的使用緊壓力來調節(jié)彈簧能夠減少此問題，用來自動消除齒輪齒條見由于摩擦引起的間隙。為了節(jié)約成本，該轉向器沒有直拉桿和轉向搖臂，這樣的機構也增大了轉向角。也有缺點，汽車在不平的路面行駛時，很多能量會被傳遞到轉向盤上。這個現象可能會發(fā)生很多問題，比如會使駕駛者緊張；駕駛員手被轉向盤打到的現象。 四種典型形式轉向器布置在現代汽車的運用如圖2.2所示 1）轉向器在前軸前方，梯形后置； 2）轉向器在前軸前方，梯形前置。 3）轉向器在前軸后面，梯形后置； 4）轉向器在前軸后面，梯形前置； 行駛方向 行駛方向 圖2.2 梯形布置形式 根據此設計要求此方案擬采用第三種轉向器布置方案。 2.2 確定轉向系統(tǒng)主要參數 選定了轉向器的形式和梯形的布置形式以后，確定參數非常重要。 2.2.1轉向系設計的前提條件 轉向系統(tǒng)的設計并不是于汽車其他部分相互獨立，汽車的設計必須要整體進行匹配。設計轉向系統(tǒng)要先確定整車的設計；比如車頭的布置，發(fā)動機構造等。 2.2.2轉向系統(tǒng)的傳動比 傳動比是轉向系統(tǒng)的很重要的參數，所以再設計的時候要先把傳動比確認。力傳動比和角傳動比是這個設計的重要參數。而現代汽車的各種性能包括平順性和駕駛安全等與傳動比是聯系在一起的。 轉向系的力傳動比 在轉向系統(tǒng)中轎車輪胎和地面中心接觸產生的力，反作用在兩個輪子的合力和轉向盤上受到的手力的比就這個系統(tǒng)的力傳動比。公式是： （2-1） 是轉向阻力，是轉向阻力矩，它們的關系是 2= （2-2） a就是主銷偏移距；轉向盤上的手力 = 得 = （2-3） 可認為等于轉向系的角傳動比，因此力傳動比可寫為 = （2-4） 所以要使傳向更加方便，就需要大，角傳動比跟著力傳動變大而變大，而傳動臂就越小。一般的設計的乘用車的主銷偏移距值為輪胎臺面寬度的0.4到0.6倍。根據已經有的輪胎得出主銷偏移距在74到111㎜，這個設計我們選取它為100㎜。 轉向系中角傳動比 轉向系統(tǒng)中的角傳動比其實就是汽車轉向盤轉角和在駕駛員一個方向的轉向輪轉角的比，轉向器的角傳動比和轉向傳動裝置角傳動比的乘積決定的大小，即 （2-5） 在轉向轉向傳動機構中轉向節(jié)臂臂長和搖臂臂長的比可以用來表示角傳動比，即 （2-6） 如今我們用的轎車，轉向節(jié)臂臂長與搖臂臂長的比一般在0.85到1.10之間。在齒輪齒條轉向器沒有轉向搖臂的時候，這個比等于1.所以。 根據這個設計的要求角傳動比在15到20之間，當然角傳動比越小汽車轉向也越加方便，所以15被用在此設計中，因為，所以角傳動比小相應的力傳動比小，液壓助力可以來解決這些問題從而使操縱輕便。 2.2.3 轉向系計算載荷的確定 （1）轉向輪的轉向阻力矩 阻力矩的計算一般我們是在汽車停止時在原地做的阻力矩，因為要計算是很難的，有3個常用的公式如下： 半經驗公式 （2-7） 雷索夫推薦公式 （2-8） 塔布萊克推薦公式 （2-9） 在公式中輪胎的氣壓為p；轉向軸的負荷為；滑動摩擦系數為。在此設計中，令=0.7。輪胎滾動摩擦系數為f，在這個設計中；有效摩擦系數為。輪胎和地面相互接觸的中心到轉向主銷和地面相互交叉的距離為a；輪胎寬度為b；，輪胎的自由半徑、輪胎的靜力半徑；一般輪胎的靜力半徑為自由半徑的0.95；輪胎和地面轉動慣性力矩就是k。，轉向節(jié)為。 汽車的原地轉向阻力矩可以從這三個式子中反應出來。 子午線輪胎輪胎型號是185/60R14T被運用在這次的設計中。輪胎胎面寬度的為185毫米，現在一般情況下選用的胎壓為0.15MPa到0.45MPa，因為輪胎的胎壓小會有很多的優(yōu)點，比如彈性好，斷面寬等。所以前輪胎壓在這次設計中選定為0.3MPa。 這里汽車的整備質量為1600千克，前軸的符合假定為60%,而后軸的符合是40%。計算可知轉向軸的負荷是706N,因為=0.7，得 計算可以得到=782.1KN·mm。 (2) 轉向盤上的作用力 從轉向阻力矩可以計算出轉向盤上的作用力 　 （2-10） 式中轉向器角傳動比是；轉向盤直徑是；轉向搖臂長是；轉向節(jié)臂長是；轉向器正效率是。 正效率轉向器大才符合本設計采用的液壓助力，所以齒輪齒條式轉向器的效率選80%。因為，，而轉向阻力矩為。得轉向盤上的手力為150N比規(guī)定的200N要小。 （3）轉向盤總回轉圈數 評價轉向盤操縱輕便性的指標之一是轉動圈數，公式為： 外轉向輪最大轉角為，內轉向輪最大轉角為。 此設計中汽車最小轉彎半徑為5.5米，在理想情況下根據轉向輪的運動規(guī)律得到的，其中軸距是L=2552mm，由此計算為27.6°，從,兩側主銷軸線與地面相交點之間的距離B=1430mm，可得內轉向輪最大轉角為36.5°。計算得到總轉動圈數大約為3,是滿足這個設計的。 2.3 轉向器的設計 2.3.1轉向器參數選取 斜齒輪一般情況下使用在齒輪齒條轉向器上，齒輪的模數是2，壓力角取α等于20,螺旋角等于13°。主動小齒輪的齒數為30個，精度等級為八級。 根據前面已經得到的數據： 轉向節(jié)原地轉向阻力矩為782.2KN.mm 方向盤轉動圈數n為3 轉向器角傳動比為15 方向盤上的手力為150N 轎車上作用在轉向盤的載荷不大于150到200N，貨車上作用在轉向盤的載荷不超過500N。因此是合格的 力傳動比： 取齒寬系數為1.2， 齒條寬度取整數為73mm 所以齒輪齒寬比大10mm為87mm 2.3.2強度校核 （1）對齒輪接觸疲勞強度進行校核 選擇參數，根據ME級的要求選取下面的值 的值為1500MPa，的值為650MPa ； ， ， 故以 計算 查得： ， ， ， ； ， ， ， 則， 由此結果可知是合格的 （2）校核齒輪彎曲疲勞強度 選擇參數，根據ME級的要求選取下面的值 ； ； ；； ； 故以 計算 據齒數查表有：； ； ； 。則 齒輪彎曲疲勞強度合格 2.4 本章小結 本章對轉向系統(tǒng)整體的設計給予了初步的選擇方案，對轉向系統(tǒng)主要部件進行了初步的確定，對方向盤尺寸和、傳動比和轉動圈數進行了計算。確定了轉向器的種類和主要參數，設計轉向器。 第3章 轉向梯形的設計 3、轉向梯形的設計 轉向梯形在轎車轉向系中要符合以下要求： （1） 前輪轉向梯形機構能夠實現；? （2）轉向梯形能夠較好的傳遞轉向力在轉向過程中。 3.1 數據確定 根據上面的計算得出此設計的數據 輪距 軸距 滿載軸荷分配：前/后 總質量/kg 輪胎 主銷偏移距a 輪胎壓力p/MPa 方向盤直徑 最小轉彎半徑 轉向梯形臂 3.2 轉向梯形的布置 轉向輪前輪偏轉角在汽車轉向時會讓前橋和后橋車輪的轉向中心出現不重合，會引起車輪發(fā)生側滑。磨損會在車輪輪胎的胎面上產生，汽車行駛的阻力就變大了，轉向變得更加不容易。 阿克曼理論轉向特性就是轎車轉向的時候所有的車輪跟著同一個順心而轉動。而轎車要不產生偏移就需要所有的車輪圍繞一個點轉動。如圖3.1 圖3.1 阿克曼轉向特性 3.3 轉向梯形機構尺寸的確定 如圖3.2是轉向特性圖：梯形臂長m和底角是基本尺寸 圖3.2轉向特性圖 其中L為汽車的軸距，是轉向車輪轉角、是外轉向車輪轉角；兩個主銷中心線的延長線和地面的距離是K。要想保證全部車輪繞一個瞬時轉向中心行駛，則梯形機構應保證內、外轉向車輪的轉角有如下關系。要使4個車輪都圍繞同一個轉向中心行駛，梯形機構車輪的內轉角和外轉角的關系如下 因變角的期望值為 ： （3-1） 其中是自變角 現在的轉向梯形機構和上面的公式大致上是滿足的。內測輪的實際轉角在置梯形機構轉向梯形中可以運用弦定理解出。 （3-2） （3-3） 一般理論上的期望值應該和實際因變角為即設計的轉向梯形參數接近。比較常用的中間位置誤差應該越小越好，而在用的比較少的大轉角而且車速低的時候誤差可以放寬要求。因此加進去了權因子， f（x）就是用來衡量這個設計好壞的公式： ％ （3-4） 得出： （3-5） 式中設計變量 ；外轉向車輪最大轉角是；；汽車最小轉彎直徑=5500m；主銷偏移距a=100mm。 綜合考慮下，取 （3-6） 因為轉向力是受到M 、γ的影響而受到γ的影響，因此各變量的取值范圍有以下約束 （3-7） 梯形臂長度一般情況下、。梯形底 。根據機械原理可以知道，即連桿機構的傳動角不能夠太小， 一般情況下取。汽車右轉彎的時候滿足這樣可以保證汽車右轉彎時梯形機構是最小的值。最小傳動角約束可以由這個圖的輔助線和余弦定理結合得到，具體如下 （3-8） 此次設計中，各種參數為：輪距B=1429mm，軸距L=2550mm。 兩主銷中心線延長線和地面交點相距K （3-9） 1、銷后傾角可以選定2°；2、主銷內傾角β為8°；3、前輪外傾角可以選定為1°；4、前輪前束在這次設計中選定為（一般為0到12） 所以 （3-10） 可得最大轉向角在外轉向輪中是74.1°；一般梯形臂長度選為之間 ，即，得到m為160mm。 梯形底角為；梯形橫拉桿長為。 3.4 梯形校核 實際因變角在這個轉向梯形為： （3-11） 根據已經計算出的數據，實際因變角可以得出°； 為變角的期望值； 在ΔABE'中，由余弦定理可以知道： （3-12） 得BE等于1287.8mm 在ΔBE'F '中，根據余弦定理可以算出 求得傳動角的最小值等于47.0° 符合傳動角的最小值大于等于40° 的要求。 用下面的公式計算： （3-13） 根據上面知道這樣是符合要求的，參數如下： 梯形底角 ；主銷中心距； 梯形臂長m為： m=160mm；梯形橫拉桿n為： n=1145mm。 3.5 本章小結 本章根據整車參數，對轉向梯形進行了介紹，對轉向梯形參數進行了計算，設計出轉向梯形。 第4章 液壓式動力轉向機構的設計 4、液壓式動力轉向機構的設計 各國的汽車都在不斷的創(chuàng)新，人們對于汽車有更高的追求包括馬力，速度和操縱方便性等。轉向動力裝置被運用在所有汽車上。而液壓動力轉向器性能更加優(yōu)越。當汽車直行的時候是不需要的，但是轉彎的時候，汽車活塞兩側壓力不一樣，就可以有助力。這個時候，助力轉向系統(tǒng)的作用就在這里顯現了，和方向盤一起使車輪轉向，從而使駕駛者更方便的操縱汽車。如圖4.1所示為某型號液壓助力轉向器。 圖4.1 液壓動力轉向器 4.1 動力轉向機構布置方案 根據分配閥位置不一樣轉向機構又可以分為2種如圖4.2所示： （1）半分置式即分配閥裝在轉向器上；（2）聯閥式分配閥裝在動力缸上； （3）連桿式分配閥裝在轉向器和動力缸之間的拉桿上 圖4.2 動力轉向的方案圖 4.2 動力缸尺寸計算 動力缸的內徑，活塞桿D，活塞行程等在計算動力缸的時候是很重要的參數，如下圖所示。 圖4.3 動力缸布置圖 4.2.1 動力缸直徑 由上面的圖形得出 F=/L （4-1） 轉向搖臂長度為，直拉桿上的力為；所以 和的積為轉向阻力矩；轉向搖臂軸到動力缸活塞之間的距離是L； 而在齒輪齒條式轉向器中它就L即轉向節(jié)臂臂長L=100mm； F= 推力F與工作油液壓力p和動力缸截面面積S之間的關系： 動力缸截面S和力F與工作油壓力的相互關系為： F=PS得S= （4-2） 動力缸的截面積為 （4-3） 則動力缸直徑 D= （4-4） 為活塞桿直徑，D為動力缸內徑； 一開始選擇是等于0.35D， 而壓力在6.0到10.0Mpa之間，壓力選取為7Mpa，由此算得D等于40.3mm；=0.35D=14.2mm。 4.2.2 動力缸的最大長度 力缸的主要尺寸如圖4.4所示。 活塞首先向左移動，端面帶缸體應該也有大約10毫米的空檔。同樣當活塞在最右側時，端面到缸蓋之間的間隙e為（0.5～0.6）D，導向就是依靠這些間隙。 圖4.4動力缸尺寸 活塞厚度B為0.3D，s就是動力缸的最大長度 S== 　 （4-5） 活塞左右移動的長度為。 計算得s等于91.5mm； 4.2.3 確定動力缸的壁厚 通過軸向平面拉應力的計算能夠得到動力缸殼體壁厚t。 = （4-6） 球墨鑄鐵QT500-05是合適的缸體外殼材料，他的抗拉強度為500MPa，屈服應力為350MPa，意味著在350Mpa的時候發(fā)生變形，安全系數n的范圍是3到5．0之間，再此我們取安全系數為4；計算知道壁厚t=4mm。 4.3 本章小結 本章對液壓動力轉向器的背景和工作原理進行了簡單的介紹，對動力缸的尺寸進行了計算，對動力缸的直徑、最大長度和壁厚進行了計算。確定了主要部分的材料。完成轉向系輔助動力部分的設計。 第5章 三維建模及二維工程圖 5、三維建模及二維工程圖 5.1 Pro/E 軟件簡介 三維造型軟件中最先進，最高效的是Pro/E軟件，人們更多的運用這種有魅力的軟件。 Pro/E運用在各種行業(yè)內里，比如汽車行業(yè)。它使人們各種想法變成了現實，運動仿真也可以通過此軟件進行。三維軟件和仿真軟件的聯合使用，有利于汽車以及其零部件的設計及優(yōu)化并大大的縮減了機械零件的發(fā)明的周期。 5.2 建模 5.2.1 方向盤建模 方向盤主要的參數有：方向盤直徑400mm和圈直徑40mm。如下圖5.1和5.2 圖5.1 方向盤 5.2.2 轉向轉動機構建模 轉向傳動機構的萬向節(jié)的直徑是60毫米，高是100毫米，銷孔直徑是20毫米，銷高是45毫米。如圖所示5.2： 圖5.2 萬向節(jié) 5.2.3 轉向軸的建模 由下面的圖可以得出轉向軸直徑是40毫米，長是50毫米，萬向節(jié)直徑是60毫米，高是100毫米，銷孔直徑是20毫米，銷高是45毫米 圖5.3 傳動軸 圖5.4 傳動軸 5.2.4 齒輪齒條式轉向器的建模 根據下面5.5和5.6的圖得出模數M為2,壓力角ALPHA為20，齒輪寬度B為30，螺旋角BETA為12，齒數z為30。 圖5.5 齒輪 圖5.6齒輪齒條 5.2.5總裝配圖 總裝配圖如圖5.7所示 圖總裝配圖 方向盤、齒輪齒條式轉向器、梯形臂和拉桿等組成總裝配圖。 5.3 CAD制圖 上面已經進行了轉向系的三維圖轉配圖的繪制，但是三維圖紙是不能直接進行生產的加工的。因此二維CAD圖紙的繪制是有必要的。利用pro/E軟件的剖面功能能夠將三維圖紙里面的大部分截面特征轉換成二維圖。利用這個功能進行對轉向系統(tǒng)最關鍵部分即齒輪齒條和萬向節(jié)進行二維圖紙的繪制。 5.4 本章小結 本章對轉向系統(tǒng)的轉向盤、轉向傳動軸、轉向器等機構進行了模型建立并搭建的轉向系統(tǒng)的轉配圖。構建了整個轉向系統(tǒng)的三維模型。另外，本章最轉向系統(tǒng)的主要零部件進行了二維CAD圖紙的繪制。 第6章 主要零部件的仿真分析 6、主要零部件的仿真分析 6.1 有限元模型建立 雖然在之前已經進行了傳統(tǒng)意義上的轉向系設計力學校核，但是隨著科技的進步以及計算機計算能力的提高，有限元仿真已經逐漸取代傳統(tǒng)意義上的校核能夠很好的驗證汽車零部件的力學特性。因此，我大膽的嘗試，力圖在本次設計最后進行轉向系統(tǒng)主要部分的線性靜力學分析。 將已經畫好的ProE模型導入到專業(yè)的CAE軟件Hypermesh， 進行有限元網格的劃分，傳動軸是傳動系統(tǒng)重要的組成部分，本次設計將傳動軸作為主要的仿真對象進行線性受力分析，具體步驟如下：1，將幾何模型到Hypermesh進行簡單的幾何處理，去除如導角等對仿真分析結果影響的部分。2，將處理好的CAD模型進行網格劃分。3，進行載荷的施加和約束的定義。4，進行工況的設定并保存文件。5提交計算。 6.1.1 幾何處理 將有限元模型導入Hypermesh，去除細小對仿真結果不產生影響的部分，去除不受力的組件。如圖6.1所示為進行幾何處理后的轉向軸。 圖6.1進行幾何處理后的轉向軸 6.1.2 進行網格劃分 將處理過的幾何模型進行有限元網格的劃分，選中2D面板下automesh工具，因為幾何模型已經被處理過，根據經驗可已將全部幾何選中進行網格劃分。點擊surfs all選中全部面，網格尺寸選擇6mm.點擊mesh進行網格劃分。如圖6.2所示為已經畫好的轉向軸的網格 如圖6.2所示為已經畫好的轉向軸的網格 雖然模型較為簡單，但是radioss對網格質量要求較高，所以還是進行模型網格質量的檢查。用qualityindex工具進行所有網格質量的檢查，對于黃色和紅色的單元進行質量修改，紅色單元是絕對不符合要求的，必須要改掉。然后F10檢查模型質量，主要檢查最小單元和雅克比。 6.1.3 載荷和材料的施加 對于已經畫好網格的模型并不能直接的進行分析，將不同組件的網格進行賦予材料和屬性。數日材料的密度、彈性模量和泊松比。如圖6.3新建不同組件的材料，然后依次輸入材料的特性。 如圖6.3新建不同組件的材料 6.1.4 工況的設定 將建立好的模型用施加載荷和約束。在1D面板下，用spotweld模擬萬向節(jié)鏈接。Analysis面板下force選取作用的節(jié)點并賦予力，constrain選擇約束的點模擬實際工作中的受約束部分，約束1，2,3，4,5方向上的自由度，釋放Z軸的轉動。然后loadstep進行工況的設定，新建一種工況，選擇約束和載荷并選擇工作狀態(tài)。保存文件。施加工況后的轉向軸如圖6.4所示 圖6.4施加工況后的轉向軸 6.2仿真分析 將文件提交radioss，因為radioss就是hyperworks里面的一個模塊，因此直接提交就可以。Export option選擇all點擊radioss計算，用hyperview打開結果h3d文件。Result type選擇displacement，查看在受線性約束情況下的材料位移，位移云圖如圖6.5所示。 圖6.5位移云圖 由仿真結果可知，在轉動方向盤時，位移最大部分在傳動軸與方向盤和齒輪接觸的地方。最大位移量為7毫米，對于整個轉向系統(tǒng)來說這是一個可以接受的位移量，但是7毫米的位移量表明在傳動軸的材料和尺寸的設計上存在瑕疵，完全可以通過增大材料剛度等措施減小轉動軸在受力的時候減小不必要的位移。在以后的設計中可以進行轉向傳動軸的優(yōu)化，對于大變形的地方進行適當的加粗或進行 更換剛度大的材料。當然，由于數據缺乏，仿真結果也存在一定的局限性，可以進行試驗測得材料的應力應變曲線完成更加精確的仿真，也可以通過真實試驗測得實際位移量?？傊撃Ｐ瓦€存在進一步研究的空間。 Result type選擇element stress，選擇complement all，查看轉向軸所受應力，應力分布云圖如圖6.6所示。 圖6.6應力分布云圖 由仿真結果可知，應力分布最大的地方在焊點模擬的萬向節(jié)和轉向傳動軸接觸的地方。而存在最大位移的兩處并不是應力最大的地方。主要應力分布圖如圖6.7所示。 圖6.7 主要應力分布云圖 如圖所示應力主要分布在鏈接兩個轉向傳動軸的萬向節(jié)處，最大應力為500Mpa，分布在與方向盤連接的軸與萬向節(jié)相連處。在應力分布集中的地方容易產生破壞，因此在優(yōu)化的時候可以將中間的材料進行適當的加厚處理。然后再次進行仿真最后試驗驗證。齒輪齒條也是轉向系統(tǒng)的重要部分，由于時間有限在僅有的時間里無法完成所有的分析工作，在以后的研究中進行齒輪齒條的應力和疲勞分析。 6.3本章小結 本章在已經建立的三維模型機的基礎上進行了網格的劃分和有限元模型的搭建。并賦予了轉向傳動機構材料及屬性。因為采用殼單元形式的網格，所以后面要對殼單元賦予厚度。對已經建好的傳動軸部分進行載荷和約束的施加。最后設置工況，提交計算。并分析結果，發(fā)現了現有仿真模型的存在的一些問題，并提出優(yōu)化建議。 第7章 結論 7、結論 1整體設計轉向系統(tǒng)，確定主要部件，選取和設計轉向器，并確定其主要參數。 2介紹轉向梯形，根據整車參數，設計出轉向梯形。 3介紹液壓動力轉向器工作原理，計算動力缸，確定主要部分材料，設計出轉向系輔助動力部分。 4對轉向系統(tǒng)的轉向盤、轉向傳動軸、轉向器等機構進行了模型建立并搭建的轉向系統(tǒng)的轉配圖，構建了整個轉向系統(tǒng)的三維模型。并繪制主要零部件二維CAD圖紙。 5對三維模型進行網格的劃分和有限元模型的搭建，并賦予了轉向傳動機構材料及屬性。對已經建好的傳動軸部分進行載荷和約束的施加，設置工況，分析結果提出優(yōu)化建議。 選擇齒輪齒條式轉向器，其結構簡單、質量不大，而傳動效率高。而液壓動力機構的選擇也使轎車轉向時提供良好的助力。本文選擇用有限元法的模擬仿真設計，可以大大節(jié)省大量的人力物力和開發(fā)成本，提高開發(fā)的技術水平和產品的競爭力。在未來，有限元法會用在更多的CAE相關軟件上，對于轎車轉向系統(tǒng)的設計計算和分析也會更加的精準化可科學化。 參考文獻 參考文獻 [1] 陳家瑞.汽車構造（上下冊）（第3版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009. 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