CN104728378B - 一种汽车转向器齿扇齿条副的设计方法 - Google Patents
一种汽车转向器齿扇齿条副的设计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104728378B CN104728378B CN201510152337.9A CN201510152337A CN104728378B CN 104728378 B CN104728378 B CN 104728378B CN 201510152337 A CN201510152337 A CN 201510152337A CN 104728378 B CN104728378 B CN 104728378B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- curve
- sector
- ratio curve
- parameters
- transmission ratio
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 33
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 claims description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 101150091797 Segment-4 gene Proteins 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 description 2
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 230000009347 mechanical transmission Effects 0.000 description 1
- 210000003781 tooth socket Anatomy 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H19/00—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion
- F16H19/02—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion
- F16H19/04—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion comprising a rack
- F16H19/043—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion comprising a rack for converting reciprocating movement in a continuous rotary movement or vice versa, e.g. by opposite racks engaging intermittently for a part of the stroke
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D3/00—Steering gears
- B62D3/02—Steering gears mechanical
- B62D3/12—Steering gears mechanical of rack-and-pinion type
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Transportation (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
Abstract
本发明公开了一种汽车转向器齿扇齿条副的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：确定汽车转向器齿扇齿条副的初始参数，所述参数包括最小传动比，最大传动比，变速比曲线第一、第二、第三、第四个转接点的齿扇转角值；建立整体C2阶连续变速比曲线模型；确定整体C2阶连续变速比曲线模型的待定参数，获得整体C2阶连续变速比曲线；根据获得的整体C2阶连续变速比曲线调整6个输入参数中的一个或多个，获得符合要求的整体C2阶连续变速比曲线，并根据确定的6个输入参数设计转向器齿扇齿条副。本发明提供了一种具有整体C2阶连续速比曲线模型以及模型优化设计调整方法，可获得理想的C2阶连续的速比曲线，设计简便。
Description
技术领域
本发明涉及机械传动技术领域，涉及汽车转向器齿扇齿条副，尤其是一种汽车转向器齿扇齿条副的设计方法。
背景技术
汽车驾驶的转向性能取决于转向器齿扇齿条啮合的速比曲线，高速直线行驶时要求传动比小，方向盘“重”；低速行驶时转向要灵活，方向盘“轻”，汽车转向的速比变化通过齿扇齿条啮合传动实现，因此，设计理想的传动比曲线至关重要。目前传动比曲线大多采用分段直线段构成，直线段与直线段连接之间有尖点，这样转向时速度突变，不平滑，存在速度冲击，近些年来，出现分段直线段与余弦函数曲线段构成的传动比曲线，余弦函数段的加入，改善了传动特性，使得变速更为平滑，但也存在柔性冲击。
改善汽车转向器齿扇齿条啮合的传动平稳性并使之无柔性冲击是一个发展趋势，其关键在于如何设计传动比曲线，建立变速比曲线模型。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种汽车转向器齿扇齿条副的设计方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种汽车转向器齿扇齿条副的设计方法，包括以下步骤：
1)确定汽车转向器齿扇齿条副的初始参数，所述参数包括最小传动比，最大传动比，变速比曲线第一、第二、第三、第四个分段点的齿扇转角值；
2)建立整体C2阶连续变速比曲线模型；
其中imin，imax，共6个参数为设计输入参数，imin为最小传动比，imax为最大传动比，分别为变速比曲线第一、第二、第三、第四个分段点的齿扇转角值，为齿扇最大有效转角，对该变速比曲线模型没有直接影响。参数a1，a2，a3，a4，a5，b1，b2，c1，c2，c3，c4，c5为待定参数；
为变速比曲线的右半边，其左半边关于对称；
3)根据整体C2阶连续条件，可得变速比曲线在4个分段点上二阶导数存在且左右导数相等，即：
A×X＝B
其中，
X＝[a1 a2 a3 a4 a5 b1 b2 c1 c2 c3 c4 c5]T；
B＝[imin 0 0 0 0 0 0 0 0 imax 0 0]T；
4)根据步骤3)的计算结果确定待定参数，获得整体C2阶连续变速比曲线；
5)根据获得的整体C2阶连续变速比曲线调整imin，imax，这6个输入参数中的一个或多个，获得符合需求的整体C2阶连续变速比曲线，并根据确定的6个输入参数设计转向器齿扇齿条副。符合需求的整体C2阶连续变速比曲线满足：整体速比变化范围可调、定比变比分段区间大小可调、速比变化率可调。
本发明产生的有益效果是：本发明的一种具有整体C2阶连续变速比曲线的汽车转向器齿扇齿条副的设计方法，其速比曲线整体C2阶连续，齿扇齿条传动时无速度和加速度(柔性)冲击，汽车转向平稳。设计该速比曲线时采用左右对称结构，齿扇转角大于零度时，右半速比曲线段分为5段，即水平直线段-4次多项式曲线段-斜直线段-4次多项式曲线段-水平直线段，在速比曲线的4个分段点上二阶导数是连续的，左半速比曲线亦如此，因而整体上可达到C2阶连续。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的方法流程图；
图2是本发明实施例的传动比曲线图；
图3是本发明实施例的齿扇大端截面齿廓示意图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种汽车转向器齿扇齿条副的设计方法，包括以下步骤：
1)确定汽车转向器齿扇齿条副的初始参数，所述参数包括最小传动比，最大传动比，变速比曲线第一、第二、第三、第四个分段点的齿扇转角值；
2)建立基于四次多项式曲线与直线段构成的、整体具有C2阶连续的变速比曲线模型。
其中imin，imax，共6个参数为设计输入参数，imin为最小传动比，imax为最大传动比，分别为变速比曲线第一、第二、第三、第四个分段点的齿扇转角值，为齿扇最大有效转角；参数a1，a2，a3，a4，a5，b1，b2，c1，c2，c3，c4，c5为待定参数；
为变速比曲线的右半边，其左半边关于对称；表示齿扇转角；
该数学模型特点为变速比曲线分成5段，第一段为水平直线段，传动比为定值；第二段为4次多项式曲线段，传动比变化；第三段为倾斜的直线段，传动比线性变化；第四段为4次多项式曲线段，传动比变化；第五段为水平直线段，传动比保持不变。
3)确定上述待定参数：
根据上述整体C2阶连续条件以及流程，得到12个方程，联立后得到一个12阶矩阵方程，利用高斯消去法，得到12个待定参数，即a1，a2，a3，a4，a5，b1，b2，c1，c2，c3，c4，c5。
12阶矩阵方程为：A×X＝B，其中矩阵表达式分别为
X＝[a1 a2 a3 a4 a5 b1 b2 c1 c2 c3 c4 c5]T；
B＝[imin 0 0 0 0 0 0 0 0 imax 0 0]T；
计算结果如下：
4)根据变速比曲线数学模型设计汽车转向器齿扇齿条副时往往需要对具体的曲线形状进行调整，以获得最佳曲线；
变速比曲线形状调整方法如下：
1)imin
imin越小，曲线变陡；imin越大，曲线平坦。
2)imax
imax越小，曲线平坦；imax越大，曲线越陡。
3)
越小，水平直线段越短，四次多项式段曲率越小，曲线段长度变长且平坦；越大，水平直线段越长，四次多项式段曲率越大，曲线段长度减少，曲线变陡。
4)
越小，四次多项式段曲率越大，曲线段变短且陡峭，中间斜直线段斜率变小，长度变长；越大，四次多项式段曲率越小，曲线段变长且平坦，中间斜直线段斜率变大，长度变短。
5)
越小，中间斜直线段斜率变大且长度变短，四次多项式曲线段曲率变小且长度变长；越大，中间斜直线段斜率变小且长度变长，四次多项式曲线段曲率变短且长度变短。
6)
越小，四次多项式曲线段曲率变大且长度变短，最后一段水平直线段长度变长；越大，四次多项式曲线段曲率变小且长度变长，最后一段水平直线段长度变短。
本发明方法设计的具有整体C2阶连续变速比曲线的汽车转向器齿扇齿条副，其速比曲线整体C2阶连续，齿扇齿条传动时无速度和加速度(柔性)冲击，汽车转向平稳。设计该速比曲线时采用左右对称结构，齿扇转角大于零度时，右半速比曲线段分为5段，即水平直线段-4次多项式曲线段-斜直线段-4次多项式曲线段-水平直线段，在速比曲线的4个连接点上二阶导数是连续的，左半速比曲线亦如此，因而整体上可达到C2阶连续。设计计算时，输入最大、最小传动比以及四个分段点的齿扇转角6个参数则可以完全确定该速比曲线，同样，通过调整这6个参数中一个或几个，可获得理想的C2阶连续的速比曲线，设计方便。
以下为按上述方案的一个实例，
实例参数如下：
输入参数：
imin＝20.69；
imax＝24.57；
计算得到的模型参数：
a1＝-2.06697895298326e-05；
a2＝0.00107162649791515；
a3＝-0.0131334090350978；
a4＝0.0613099215760788；
a5＝20.5907505748129；
b1＝0.161826438593881；
b2＝18.5925246071065；
c1＝1.80176900217111e-05；
c2＝-0.00266211874097642；
c3＝0.140141806303288；
c4＝-3.00777750332808；
c5＝44.8346061623456；
得到的整体C2阶连续变速比曲线传动比曲线如图2所示。
最后获得齿条主要参数：
齿数Z＝4；
压力角α＝22°；
齿顶高22；
齿顶宽5.3；
齿槽底宽11.3；
齿扇主要参数：
齿扇夹角75°；
齿扇锥角5°；
齿扇最大外圆直径95；
有效齿数3；
得到具有整体C2阶连续变速比的齿扇大端截面齿廓如图3所示。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (1)
1.一种汽车转向器齿扇齿条副的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)确定汽车转向器齿扇齿条副的初始参数，所述参数包括最小传动比，最大传动比，变速比曲线第一、第二、第三、第四个分段点的齿扇转角值；
2)建立整体C2阶连续变速比曲线模型；
其中imin，imax，共6个参数为设计输入参数，imin为最小传动比，imax为最大传动比，分别为变速比曲线第一、第二、第三、第四个分段点的齿扇转角值，为齿扇最大有效转角；参数a1，a2，a3，a4，a5，b1，b2，c1，c2，c3，c4，c5为待定参数；
为变速比曲线的右半边，其左半边关于对称；
3)根据整体C2阶连续条件，可得变速比曲线在4个分段点上二阶导数存在且左右导数相等，即：
A×X＝B
其中，
X＝[a1 a2 a3 a4 a5 b1 b2 c1 c2 c3 c4 c5]T；
B＝[imin 0 0 0 0 0 0 0 0 imax 0 0]T；
4)根据步骤3)的计算结果确定整体C2阶连续变速比曲线模型的待定参数，获得整体C2阶连续变速比曲线；
5)根据获得的整体C2阶连续变速比曲线调整imin，imax，这6个输入参数中的一个或多个，获得符合需求的整体C2阶连续变速比曲线，并根据确定的6个输入参数设计转向器齿扇齿条副。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510152337.9A CN104728378B (zh) | 2015-04-01 | 2015-04-01 | 一种汽车转向器齿扇齿条副的设计方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510152337.9A CN104728378B (zh) | 2015-04-01 | 2015-04-01 | 一种汽车转向器齿扇齿条副的设计方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104728378A CN104728378A (zh) | 2015-06-24 |
| CN104728378B true CN104728378B (zh) | 2017-07-11 |
Family
ID=53452591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510152337.9A Expired - Fee Related CN104728378B (zh) | 2015-04-01 | 2015-04-01 | 一种汽车转向器齿扇齿条副的设计方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104728378B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105127520A (zh) * | 2015-09-22 | 2015-12-09 | 湖北工业大学 | C2阶连续循环球式转向器摇臂轴非圆齿扇的加工方法 |
| CN106541186B (zh) * | 2016-12-09 | 2019-01-18 | 武汉理工大学 | 一种循环球式变比转向器齿轮副齿扇齿廓的加工方法 |
| CN106695023B (zh) * | 2016-12-09 | 2019-01-18 | 武汉理工大学 | 一种循环球式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法 |
| CN107323520B (zh) * | 2017-05-17 | 2019-05-31 | 湖北三环汽车方向机有限公司 | 一种循环球式变传动比转向器摇臂轴齿扇齿条副 |
| CN108167416B (zh) * | 2017-11-15 | 2019-08-02 | 山东农业大学 | 一种变厚齿扇齿条副中变比齿条的建模方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3986408A (en) * | 1972-10-18 | 1976-10-19 | Nissan Motor Co., Ltd. | Variable ratio vehicle steering gear |
| US4011764A (en) * | 1972-07-29 | 1977-03-15 | Zahnradfabrik Friedrichshafen Ag | Steering gear with varying transmission ratio |
| CN203142761U (zh) * | 2013-04-18 | 2013-08-21 | 河北程杰汽车转向机制造有限公司 | 变传动比转向机 |
| CN104462637A (zh) * | 2014-09-30 | 2015-03-25 | 武汉理工大学 | 齿轮齿条式变比转向器齿轮副齿条齿廓的设计方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AUPR114800A0 (en) * | 2000-11-01 | 2000-11-23 | Bishop Steering Technology Limited | Variable ratio steering gear |
-
2015
- 2015-04-01 CN CN201510152337.9A patent/CN104728378B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4011764A (en) * | 1972-07-29 | 1977-03-15 | Zahnradfabrik Friedrichshafen Ag | Steering gear with varying transmission ratio |
| US3986408A (en) * | 1972-10-18 | 1976-10-19 | Nissan Motor Co., Ltd. | Variable ratio vehicle steering gear |
| CN203142761U (zh) * | 2013-04-18 | 2013-08-21 | 河北程杰汽车转向机制造有限公司 | 变传动比转向机 |
| CN104462637A (zh) * | 2014-09-30 | 2015-03-25 | 武汉理工大学 | 齿轮齿条式变比转向器齿轮副齿条齿廓的设计方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104728378A (zh) | 2015-06-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104728378B (zh) | 一种汽车转向器齿扇齿条副的设计方法 | |
| CN106553768B (zh) | 一种主桨舵机基准调整方法 | |
| CN105329462A (zh) | 基于可变壁面压力分布规律的吻切流场乘波前体设计方法 | |
| CN103950544B (zh) | 通用亚声速扩压器设计方法 | |
| JP5976854B2 (ja) | 伝動精度を向上させる波動歯車装置 | |
| CN104728390B (zh) | 基于圆锥面渐开线的圆锥齿轮齿形设计方法 | |
| CN109214093B (zh) | N叶非圆齿轮节曲线凹尖点设计缺陷的修复方法 | |
| CN104455211A (zh) | 高阶变性傅里叶非圆齿轮副的设计方法 | |
| CN106438047B (zh) | 埋入式进气道内通道的设计方法 | |
| CN104455316A (zh) | 一种具有β型齿形的谐波减速器齿轮及其加工方法 | |
| CN205013626U (zh) | 变螺距丝杆 | |
| CN107128354A (zh) | 一种转向控制方法、装置及汽车 | |
| CN108331900B (zh) | 一种基于曲率变化的非圆齿轮副设计方法 | |
| CN102094938A (zh) | 一种椭圆锥齿轮副 | |
| CN105844078B (zh) | 低脉动齿轮泵的主动设计方法 | |
| CN108167416B (zh) | 一种变厚齿扇齿条副中变比齿条的建模方法 | |
| CN109211160B (zh) | 一种斜齿轮差动轮系体积的计算方法 | |
| CN104455312B (zh) | 循环球式变比转向器齿轮副齿扇齿廓设计方法 | |
| CN106541186B (zh) | 一种循环球式变比转向器齿轮副齿扇齿廓的加工方法 | |
| CN204161459U (zh) | 一种双前轴转向汽车中的转向传动机构 | |
| CN105223962A (zh) | 一种减小外形跳变时弹体过载的动态攻角限幅方法 | |
| CN104401387B (zh) | 变比齿条及动力转向器 | |
| CN204025164U (zh) | 一种水力性能优异的肘形进水流道 | |
| CN204942477U (zh) | 一种无级变速器带轮移动装置 | |
| CN105677944B (zh) | 拉弯模具的轮廓尺寸确定方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Ding Guolong Inventor after: Yu Jinfang Inventor after: Zhou Guohe Inventor after: Wang Pingjiang Inventor after: Zhao Daxing Inventor after: Zhang Yali Inventor after: Wang Zhen Inventor before: Ding Guolong Inventor before: Zhou Guohe Inventor before: Wang Pingjiang Inventor before: Zhao Daxing Inventor before: Wang Zhen Inventor before: Yu Jinfang |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170711 Termination date: 20180401 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |