循环球式变比转向器齿轮副建模与动态特性分析

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转向器是汽车转向系统中的关键零部件，对汽车安全行驶起着至关重要的作用。汽车对转向系统的转向性能在不同工况下的要求是不同的，汽车高速直线行驶时，需要较小的传动比使方向盘更加沉重以保证车辆行驶的稳定性；汽车转弯行驶时，需要较大的传动比使车辆具备较高的轻便机动性。变比转向系统的出现解决了此问题，在一定程度上改善了“轻”与“灵”之间的矛盾。
　　本文以循环球式变比转向器齿轮副为研究对象，提出了从建模到有限元分析再到优化的完整的设计思路。根据变传动比曲线，确定变比齿轮副中齿扇与齿条的运动关系；基于包络原理，通过范成仿真法，建立变比齿轮副的三维模型；通过理论分析，建立转向系统梯形结构的力学模型和运动模型；结合实际加载情况，对变比齿轮副啮合传动过程进行动态有限元分析，并研究其啮合过程中的动态特性；基于变比齿轮副的动态特性研究，提出了一种齿廓拟合优化的方法。
　　论文的主要工作如下：
　　（1）根据变传动比曲线，通过对CATIA的二次开发，模拟齿轮的范成加工过程，建立变比齿轮副的三维模型。
　　（2）以理论力学为基础，研究循环球式转向系统梯形结构的力学模型以及其运动模型；分析实际工况下，转向器所受到的阻力矩，并作为有限元分析施加载荷的依据。
　　（3）通过理论计算，分析变比齿轮副啮合过程中的力学特性，并与有限元仿真结果进行对比分析。
　　（4）基于对变比齿轮副的瞬态动力学分析，对变比齿轮副啮合传动过程中的动态特性进行研究。分析不同工况下（不同载荷、是否考虑摩擦情况），变比齿轮副的力学特性（动态接触应力和齿根弯曲应力的分布及其变化规律）与运动特性（传动误差、速度以及加速度变化规律）。
　　（5）基于变比齿轮副动态啮合特性，以接触应力和齿根弯曲应力为约束条件，以动态传动误差为优化目标，对齿廓拟合方法进行优化，为齿轮的优化设计提出一种思路。
　　本文提出了循环球式变比转向器齿轮副从范成仿真建模到基于有限元的动态特性分析再到齿廓拟合优化完整的流程，对变比转向器的研究具有重要的意义，对我国转向器的发展具有现实意义。

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作者
汪炜;
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作者单位

武汉理工大学;

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授予单位武汉理工大学;
学科机械工程
授予学位硕士
导师姓名辜志强;
年度 2015
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类转向器;
关键词
汽车转向系统; 变比转向器齿轮副; 仿真建模; 动态特性;

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