齿轮齿条式电动助力转向系统设计及仿真分析
毕业设计-齿轮齿条转向器设计
主要由输入轴、输出轴、齿轮、齿条、壳体等部件组成。 其中，输入轴与方向盘相连，输出轴与车轮相连，齿轮与 齿条啮合实现动力传递。
齿轮齿条转向器工作原理
当方向盘旋转时，输入轴带动齿轮旋转，齿轮与齿条啮合 ，将旋转运动转换为直线运动，推动输出轴左右移动，从 而实现车轮的转向。
02
齿轮齿条转向器设计原理
，减少磨损和故障。
关键部件设计
齿轮设计
根据传动比和扭矩要求，设计齿 轮的模数、齿数、压力角等参数 ，并进行齿形优化，提高传动效
率和噪声性能。
齿条设计
根据转向器输出转角和力矩要求， 设计齿条的截面形状、长度、材料 等参数，并进行强度校核。
轴承与轴设计
选用适当的轴承类型和尺寸，设计 轴的直径、长度、材料等参数，确 保轴的刚度和强度满足要求。
毕业设计-齿轮齿条转向器设计
汇报人：文小库
2024-01-18
CONTENTS
• 引言 • 齿轮齿条转向器设计原理 • 齿轮齿条转向器结构设计 • 制造工艺与装备设计 • 仿真分析与优化设计 • 实验验证与性能评估 • 总结与展望
01
引言
目的和背景
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
毕业设计目的
通过本次毕业设计，旨在培养学生综合运用所学理论知识， 进行实际工程设计的能力，提高解决工程实际问题的能力。
齿轮齿条传动原理
齿轮与齿条的啮合
齿轮的旋转运动通过其齿面与齿 条的直线齿面啮合，将旋转运动 转化为直线运动。
传动比的计算
根据齿轮齿数、模数和齿条参数 ，计算齿轮齿条传动的传动比， 以确定输出速度与输入速度之间 的关系。
转向器工作原理
输入与输出轴的连接
转向器的输入轴与齿轮相连，输出轴 与齿条相连，通过齿轮齿条的啮合实 现动力传递。
某型汽车转向系统设计与分析【轿车齿轮齿条式转向器】开题报告
速时提高汽车的操纵稳定性。随着电子技术的发展，EPS技术日趋完善，并且其成本大
幅度降低，为此其应用范围将越来越大[10]。
1.2、设计内容
（1）转向系的方案设计。
（2）转向系操纵机构的设计。
（3）转向系传动机构的设计。
（3）.3月4日~5月30日完成毕业设计的初稿，交老师
（4）.5月1日~5月19日设计图纸、说明书、毕业论文的修改完善，并提交。
（5）.毕业设计答辩
开题报告
指导教师意见：
指导教师：
年月日
人的进步[5]。今天,液压动力转向系统几乎成为销售轿车的标准装备[6]。
电动助力转向（EPS）在日本最先获得实际应用，1988年日本铃木公司首次开发出
一种全新的电子控制式电动助力转向系统，并装在其生产的Cervo车上，随后又配备在
Alto上[7]。此后，电动助力转向技术得到迅速发展，其应用范围已经从微型轿车向大
性能直接影响着汽车的操纵稳定性和安全性，也是决定汽车主动安全性的关键总成。特
别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，它对于确保车辆的安全行
驶、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件起着重要的作用
[12][13]。
参考文献：
[1]周松盛.汽车双前桥转向系统的分析、建模仿真与优化[D].武汉理工大学，2009.4.
（4）转向器的设计。
（5）转向梯形的设计。
（6）转向系各组成部件的强度校核。
1.3、实用价值和意义
转向系统是整车系统中必不可少的最基本的组成系统。汽车在行驶过程中能按照驾驶
员的操纵要求而适时地改变其行驶方向，并在受到路面传来的偶然冲击及汽车意外地偏
齿轮齿条转向器设计_毕业论文
某汽车操作机构的设计摘要：本课题的题目是汽车操作系统的设计。
主要以齿轮齿条转向器的设计为中心，一是轿车转向系统总述；二是机械转向器的选择；三是齿轮和齿条的合理匹配，以满足转向器的正确传动比和强度要求；四是动力转向机构设计；五是梯形结构设计。
因此本课题在考虑上述要求和因素的基础上研究利用转向盘的旋转带动传动机构的齿轮齿条转向轴转向，通过万向节带动转向齿轮轴旋转，转向齿轮轴与转向齿条啮合，从而促使转向齿条直线运动，实现转向。
实现了转向器结构简单紧凑，轴向尺寸短，且零件数目少的优点又能增加助力，从而实现了汽车转向的稳定性和灵敏性。
在本文中主要进行了转向器齿轮齿条的设计和对转向齿轮轴的校核，主要方法和理论采用汽车设计的经验参数和大学所学机械设计的课程内容进行设计，其结果满足强度要求，安全可靠。
关键词：轿车转向系齿轮齿条设计转向梯形Cars Operating System DesignAbstract：The title of this topic is the design of Car Operating System. Rack and pinion steering gear to the design as the center, first are cars’ steering system overview; Second, Cars steering system performance parameters; third rack gear and a reasonable match to meet the correct steering gear ratio and strength requirements; Fourth, power steering mechanism design; Fifth, the structural design of trapezoidal. Therefore, taking into account the above issues and factors that require study, based on the steering wheel rotary drive transmission shaft of the steering rack and pinion steering, through the universal joint drive shaft rotation gear shift, steering rack and steering gear shaft meshing, thereby encouraging steering rack linear motion to achieve steering. Simple structure to achieve the steering tight, short axial dimension, and the number of parts can increase the advantages of less power in order to achieve the vehicle steering stability and sensitivity. In this article a major design steering rack and pinion steering gear shaft and the check, the main methods and theoretical experience in the use of automotive design parameters and the University of mechanical design school curriculum design and the results meet the strength requirements, safe and reliable.Keywords: Car; Steering; Mechanical Type Steering Gear and Gear Rack; Steering Trapezoidal目录第1章绪论 (6)1.1 概述 ......................................................................................... 错误!未定义书签。
齿条齿轮转向系统动态仿真分析
添加的驱动 、 进行时 间为 １ ｓ步长为 ２０的动力学仿真， ５， ０ 得到如
图 ３５所示 的结果 曲线 。 ～
图 １３ 种软件之间数据交换
由图可知，在该模型 中由于转向轴与传动轴的夹角不等于 由于装配误差和传动轴的变形的影响 ， 使小齿轮在转动的过程中
【 摘
要】 利用Ｐｄ 软件、 Ｄ Ｍ 软件和 Ａ Ｓ Ｓ ｒＥ ＡＡ Ｓ Ｎ Ｙ 软件建立刚柔耦合的齿轮齿条转向系统模型， 并对
其进行动力学 仿真和有限元分析； 这种联合仿真分析方法可以 提高设计质量和效率， 具有一定的参考价值。 关键 词 ： 联合建模 ； 刚柔耦合 ； 动态仿真 ； 限元分析 有
Ｓ Ｘｉｏ ｐ ｎ ＺＨＡＮＧ ｏ， ＡＮＧ ｎ － ａ ｇ Ｕ ａ － ｉ ｇ， Ｂａ Ｗ Ｄｏ ｇ ｆ ｎ
（ ｃｏｌ ｆ ｃａ ｉａ Ｅ ｇ ｅ ｒ ｇＮ ｎｉｇＵ ｉ ｒ ｔ ｏ ｅｈ ｏ ｇ ， ａｊ ｇ２ ０ ０ ， ｈｎ ） Ｓ ｈ ｏ ｏ ｈ ｎｃｌ ｎｉ ｅｉ ， ａ ｊ ｎｖ ｓｙ ｆ ｃｎ ｌ ｙ Ｎ ｎｉ １０ ９ Ｃ ｉａ Ｍｅ ｎ ｎ ｎ ｅ ｉ Ｔ ｏ ｎ
普遍使用的转向系统类型。首先利用 Ｐｏ ｒＥ软件建立齿条齿轮式 ／
Ｄ ＭＳ １ ｏ 转 向系统 的三 维模 型 ； 次将 总装 模 型导 入 Ａ Ａ Ｓ中进 行 动 力 模型进行网格划分 ，再调用 Ａ Ａ 进行仿真分析时生成 的．ｄ 其 Ｄ Ｍ 文件对模型添加约束和载荷 ， 并进行模态分析。 其次利用 Ａ Ａ Ｄ ＭＳ 学仿真分析 ， 将传动轴模型导人到 Ａ Ｓ Ｓ中进行有限元分析； ＮＹ 最 的 Ｆｅ 模 块 调 用 Ａ Ｓ Ｓ进行 模 态 分析 时 生 成 的 ．ｉ＂ ｌ ｘ ＮＹ ｍ ｄ文件 ， 以生 后利用数据接口技术建立齿条齿轮式转 向系统的刚柔耦合模型 ， 成模 型 中的柔 性 体 。 并对模型进行动态仿真分析。 所采用的联合建 齿条齿轮式转向系统的设计提供 了一种新 的途径 。 轮式 转 向 系统模 型 ， 图 ２所 示 。 如
齿条齿轮转向系统动态仿真分析
1 引言
齿条齿轮式转向系统已迅速成为汽车、 小型货车及 SUV 上 普遍使用的转向系统类型。首先利用 Pro/E 软件建立齿条齿轮式 转向系统的三维模型； 其次将总装模型导入 ADAMS 中进行动力 最 学仿真分析， 将传动轴模型导入到 ANSYS 中进行有限元分析； 后利用数据接口技术建立齿条齿轮式转向系统的刚柔耦合模型， 并对模型进行动态仿真分析。 所采用的联合建模仿真分析方法对 齿条齿轮式转向系统的设计提供了一种新的途径。
20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 -5.0 -10.0 15.0 -15.0 0.0 5.0 10.0 （ b ） 转向控杆在 z 轴方向上的速度波动情况 15.0
203
100.0
-0.045 -0.05 -0.055
50.0
0.0
-0.06 -0.065
-50.0
-0.00 -0.005
ADAMS
ANSYS
图 1 3 种软件之间数据交换
通过上述分析，可以利用联合建模仿真分析方法来建立刚 柔耦合的齿条齿轮式转向系统模型， 具体方法： （1 ） 在 Pro/E 软件中建立齿条齿轮式转向系统的三维装配模 型， 通过 x-t 文件， 将模型导入 ADAMS 软件中， 建立齿条齿轮式 转向系统的刚体模型， 并进行动态仿真。
100.0
0.002 0.001
0.0
0.0 -0.001பைடு நூலகம்
-100.0
-0.002 -0.003
参考文献
1 陈卫平.机械系统动力学分析及 ADAMS 应用教程 ［M］ .北京： 清华大学 2005 出版社， 2 洪嘉振.计算多体系统动力学 ［M］ .北京： 高等教育出版社， 1999 3 侯红玲， 赵永强， 魏伟锋等.基于 ADAMS 和 ANSYS 的动力学仿真分析 ［J］ .现代机械， 2005 （4 ） :62~65 ［M］ .北京： 北京理工大学出版社， 2002 4 李军.ADAMS 实例教程 5 张乐乐等.ANASYS 辅助分析应用基础教程 ［M］ .北京： 清华大学出版社， 2006 6 Vinot P.， Cogan S.， Piranda. Shape optimization of thin -walled beam -like structures ［J］ . Thin-Walled Structures， 2001， 7 （39 ） ： 611～630 7 Cameron T.M.， Jordan L. and El-Sayed M. E. Sensitivity of Structural Joint A Hybrid Approach ［J］ . Stiffnesses With Respect To Beam Properties： Computer & Structures， 1997， 13 （5 ）
齿轮齿条转向系统EPS设计(论文)
齿轮齿条转向系统EPS设计毕业设计外文摘要本科毕业设计（论文）第 I页共 I 页以上只是图纸的一部分，有需要咨询我，谢谢。
目录1 引言 (1)1.1齿轮齿条转向系统简介 (1)1.2齿轮齿条转向系统的设计思路 (3)1.3 EPS的研究意义 (4)2 EPS控制装置的硬件分析 (5)2.1汽车电助力转向系统的机理以及类别 (6)2.2 电助力转向机构的主要元件 (10)3 电助力转向系统的设计 (12)3.1 动力转向机构的性能要求 (12)3.2 齿轮齿条转向器的设计计算 (12)3.3 转向横拉杆的运动分析[9] (23)3.4 转向器传动受力分析 (24)4 转向传动机构优化设计 (25)4.1传动机构的结构与装配 (26)4.2 利用解析法求解出内外轮转角的关系 (27)4.3 建立目标函数 (29)5 控制系统设计 (30)5.1 电助力转向系统的助力特性 (30)5.2 EPS电助力电动机的选择 (31)5.3 控制系统框图设计 (32)结论 (34)致谢 (36)参考文献 (37)1 引言1.1齿轮齿条转向系统简介齿轮齿条转向系统，顾名思义是为了能够使车辆按照驾驶员的意愿向左或者向右转弯或者直线行驶。
转向装置有很多种，也一直在经历一个循序渐进不断更新不断创新的过程。
从发明家本茨发明汽车的初期，转向系统知识最简单的形式来转向，其机构为单纯的扶把式，没有助力，所以笨重，费力，以及行驶状态不稳定。
从在原始的雏形开始，各国人士不断创新改革，到现在为止，齿轮齿条转向系统的应用按先后顺序可以分为：机械转向装置、液压助力转向装置、电子控液压助力转向系统、电助力转向系统、四轮转向系统、主动前轮转向系统和线控转向系统[1]目前市场大部分中低档轿车采用的液压式转向器，当然电控的也很常见，所以在该种系统的转向器技术的发展如今已经遇到了瓶颈。
随着人们对乘车舒适，节能，安全，稳定的期望，电控液压式转向系统逐渐取代了先前的版本，但随着科技的进步，越来越多的科学家期待有路感的转向系统问世，所以流量阀式液压助力转向器出现了，在不同车速下，驾驶员手握方向盘，感觉到了路感的存在，助力特性曲线描述的就是“路感”，但是美中不足的是这种液压式转向器依然存在很多缺陷，电机，液压泵，转向器，流量阀等等转向器在发动机旁的布置问题又出现了，还有就是液压油的泄漏问题越来越的突出尖锐。
P-Eps(PinionElectricPowerSteering)齿轮式电动助力转向系统
P-Eps (Pinion Electric Power Steering) 齿轮式电动助力转向系统EPS，电动助力转向。
也可以叫EPAS。
其最大优点是可以随速控制助力，在低速时提供较大助力，保证轻便转向；在高速时减小助力，提供驾驶员足够的路感。
EPS只在转向时发挥作用，因此不像液压转向会一直对发动机造成额外负担，从而减小油耗，同时没有不可回收件，更加绿色，从各方面满足环保的需求。
【图1.EPS结构】1）传感器：包括方向盘扭矩传感器，测量驾驶员施加在方向盘上的扭矩；方向盘转角位置传感器，测量方向盘的角度位置，为自动回正功能提供支持，另外ESP稳定控制，主动巡航，自动泊车等系统也需要更精确的方向盘转角信号，因此有时由这些系统提供CAN信号给EPS。
2）执行器：EPS顾名思义，采用电机作为执行器，目前主要考虑的有直流有刷和直流无刷电机。
有关这两种的区别其他帖子里有过介绍。
3）减速机构：电机输出的扭矩经过减速机构加载到转向系统上。
形式有蜗轮蜗杆式，循环球式，差动轮系和摇臂机构等等，前两者比较常见，也跟EPS的形式有关（参见EPS分类）。
4）电子控制单元：EPS的电子控制单元可以跟车上其他部件通信，处理传感器信号，通过程序计算出需要的助力大小，并转换成控制信号输出给驱动电路，驱动电动机输出扭矩。
5）转向机构：跟常规转向机构类似。
EPS的分类：主要分3大类，根据电机在转向机构中耦合位置和方式的不同。
1） C-EPS转向柱式(Column Electric Power Steering)：直接在转向柱上安装，可以从常规转向改进而来，简单，成本低；缺点是噪音大，振动不好控制，会直接传到方向盘上，传递扭矩也较小。
2） P-EPS小齿轮式(Pinion Electric Power Steering)：结构较紧凑，且提高了系统的刚度；但电子部分工作环境差（安装位置距离前桥近），要求耐温，防水，抗干扰等性能高，提高了成本。
汽车齿轮齿条式转向器设计
汽车齿轮齿条式转向器设计设计目标：1.高效转向：齿轮齿条式转向器应当能够有效转换转向力，确保车辆可以顺利转向，提供良好的操控性。
2.轻量化：为了减轻车辆重量，并达到节能减排的目标，齿轮齿条式转向器的设计应尽量减少材料使用。
3.高可靠性：齿轮齿条式转向器需要经受长时间的运转和负荷，因此其设计应具有良好的可靠性和耐久性。
设计过程：1.齿轮的选择：根据汽车转向角度的需求以及转向力的大小，选择合适的齿轮来实现转动方向到线性运动的转换。
齿轮的设计应考虑密齿设计，以保证转向的精准性。
2.齿条的设计：根据齿轮的尺寸和形状，设计相匹配的齿条。
齿条的设计应考虑到强度和刚度，以确保转向过程中不会出现弯曲等变形。
3.齿轮齿条的配合：齿轮和齿条的配合应具有紧密的工作间隙，以确保传动效率和转向的精确性。
在配合过程中，还需要考虑润滑剂的使用，以减少摩擦和磨损。
4.结构设计：齿轮齿条式转向器的整体结构设计应兼顾刚度和重量。
采用轻量化的材料，并合理设计零件的形状和连接方式，以减少材料使用，并提供良好的强度和刚度。
设计优化：1.模拟仿真：使用计算机辅助设计软件对齿轮齿条式转向器进行模拟仿真，分析不同参数对性能的影响。
通过优化设计参数，提高转向的效率和精确度。
2.材料选择：选择具有高强度、低摩擦系数和良好的耐磨性的材料，以确保齿轮齿条的操作寿命和可靠性。
3.系统集成：将齿轮齿条式转向器与其他转向系统零件进行合理的系统集成，以提供最佳的转向和操控性能。
4.优化结构：通过减少零件数量和优化结构的形状，减少齿轮齿条式转向器的重量，提高汽车整体的轻量化水平，减少能耗和排放。
总结：。
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作为新一代的转向系统,将电子技术与车辆机械技术有机地结合在一起。采用动力代替液压系统提供辅助,使系统更加简化,性能更好。电动助力式转向该系统具有控制简单、响应快、助力尺寸和转向感方便、零件少、等优点。电动助力转向系统的一系列优点表明其具有广阔的发展前景。但也存在着一些不足,制约了其发展,如目前还没有成熟的理论体系。一旦设计不合理,将严重威胁汽车的安全和生命财产安全。
Key words: electric power; Gear rack steering; Steering system
1
1.1
电动助力转向系统是乘用车使用最广泛的形式。因此,本文以电动助力转向系统中的齿轮齿条电动助力转向系统为主要研究对象。
电动助力转向系统作为新一代的转向系统,将电子技术与车辆机械技术有机地结合在一起。采用动力代替液压系统提供辅助,使系统更加简化,性能更好。具有控制简单、响应快、零件少、工作可靠、维修调整方便、低温环境性能好等优点。电动助力转向系统的一系列优点表明其具有广阔的发展前景。但也存在着一些不足,制约了其发展,如目前还没有成熟的理论体系。一旦设计不合理,将严重威胁汽车的安全和生命财产安全。
This design revolves around small and medium-sized cars, designing their steering systems, using electric power to design and calculate key parts of the system, and using 3D software to model the designed parts in order to more intuitively view the design results. And motion simulation. Ensure the rationality and security of the design.
Because the mechanical steering device has certain limitations and can not satisfy the characteristics of flexibility and lightness at the same time, the use of electric power to overcome the resistance to steering is also the trend of automotive development.
本次设计围绕中小型轿车，对其转向系统进行设计，采用电动助力方式，对系统中关键部件进行设计计算，为了更直观的查看设计成果，利用三维软件对所设计的零件进行建模，以及运动仿真，确保设计的合理性与安全性。
关键词:电动助力；齿轮齿条转向器；转向系统
Abstract
The steering system of the car is to control the direction of the car according to the will of the driver. The steering system is closely related to the safety of vehicles and individuals. It is a system that the automotive industry should attach great importance to. With the rapid development of science and technology, the key technology required by the automotive industry is also getting higher and higher. It has also begun to pay attention to the steering performance of the car. The steering system has always been one of the most concerned topics. Especially today, the steering system is very important.
1.2
转向系统作为车辆的关键部位,发展迅速。转向系统由机械转向系统转向辅助转向系统。电动助力转向系统以其灵活的转向控制、吸收路面减振等优点,在汽车工业中பைடு நூலகம்到了广泛的应用。简单介绍几种转向系统：
1.机械式转向系统
有许多机械转向系统，现在所有转向系统都需要机械转向系统,以确保转向的安全性和可靠性。机械转向系统是由人力驱动的。传递力的所有部分都是机械的。转向轻,但转向灵敏度变差。当角传动比大时,转向灵敏度好,但转向需要很大的力,转向不能达到要求。因此,机械转向系统同时满足转向轻便性和转向灵敏度的要求非常有限,这也制约了机械转向系统的发展。随着转向系统的发展,研制了助力转向系统,解决了轻便性和灵敏度之间的矛盾。
2.液压助力阻力转向系统
液压助力虽然可以解决转向轻便性，但随着社会经济的不断发展,人们对速度的要求越来越高,汽车的速度也在不断提高。液压助力转向系统的不足已经开始显现出来。当汽车在高速或低速行驶时,很难保证驾驶员有适度的手感。
3.电动液压助力转向系统
电液助力转向系统是在液压系统的基础上发展起来的,采用电机代替发动机驱动油泵。它是由电磁阀控制,以帮助液压变化与车速的变化。当汽车在低速或急转弯时,它会变轻。在高速行驶时会感觉更好。
摘要
汽车转向系统与车辆和个人安全息息相关，是汽车行业要高度重视的系统。随着科学技术的飞速发展，汽车行业要求的关键技术也越来越高。也开始重视汽车的转向的操纵性能，转向系统也一直是人们最关心的课题之一，特别是车流密集的今天，转向系统显得非常重要。
由于机械式转向器存在一定的局限性，不能同时满足灵活性与轻便性的特点，所以采用电动助力的方式来克服转向时的阻力，这也是汽车发展的趋势。