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原文传递汽车机械变比转向器变比齿廓数字设计理论与方法研究

论文题名：	汽车机械变比转向器变比齿廓数字设计理论与方法研究
关键词：	汽车机械变比转向器;变比齿廓;数字设计;数控加工
摘要：	在不同的行驶工况，汽车对转向系统传动比的共性需求是“变化的传动比”。实现变传动比（简称“变比”）转向功能的转向系统主要有线控转向系统、电控转向系统和机械变比转向系统。机械变比转向系统是在传统机械转向系统的基础上通过改变机械转向器中转向齿轮的齿廓形状实现变比转向，不改变转向器原有结构和控制方式，具有故障率低、维修简单、可靠性高等优点，具有更广泛的应用前景。　　机械变比转向器中具有变化传动比齿廓（称为“变比齿廓”）的齿轮（螺母）是实现变比转向的关键部件；变比齿廓是机械变比转向器实现变比的关键，为与之啮合的齿轮（齿条）渐开线齿廓按照变比传动关系包络运动后形成的包络面，因包络过程较为特殊，导致了其建模困难，由此阻碍了变比齿廓数控加工的实现。目前，变比齿廓的建模方法主要有啮合原理和布尔减运算两种，采用啮合原理建立变比齿廓解析或点云模型存在弊端[44]，布尔减运算法建立的变比齿廓为非连续曲面，建模精度不高。本文重点研究机械变比转向器变比齿廓的数字设计、数控加工及设计验证方法，为实现其推广应用奠定理论基础。论文的主要研究工作如下：　　（1）在机械变比转向器变比齿廓数字设计理论方面：本文从机械变比转向器变比齿廓的变比啮合特征入手，以啮合原理为基础，研究一种变比齿廓数字设计理论，建立变比齿廓点计算的数学模型，完成变比齿廓点计算的理论推导，为实现变比齿廓点的精确求解奠定理论基础。　　（2）在机械变比转向器变比齿廓数字设计方法方面：针对本文提出的机械变比转向器变比齿廓设计理论中的变比齿廓点计算数学模型，研究其求解算法，并研究变比齿廓点云的生成方法；为了更好的面向工程应用，实现变比齿廓的快速建模，本文研究一种基于范成加工原理的变比齿廓建模方法，采用布尔减运算和齿廓修形技术建立变比齿廓实体模型。　　（3）在机械变比转向器变比齿廓数控加工方法方面：利用本文研究的变比齿廓点云生成方法得到的点云，直接规划刀具路径，并实现精加工用刀的尺寸选择和刀触点处刀杆矢量的计算，实现变比齿廓的数控端铣加工；基于CAM系统，实现基于范成加工原理设计的变比齿廓实体模型的数控端铣加工方法；通过加工后的齿廓点与模型对应点的对比，分析加工精度。　　（4）在机械变比转向器变比齿廓设计方法的验证方面：由于缺乏变比齿廓的理论模型，无法通过设计得到的变比齿廓与其理论模型对比分析的方法验证设计的有效性，本文从变比齿廓的关键设计参数“变比曲线”和“变速传动特性”入手，研究变比齿廓设计的验证方法，实现变比齿廓设计有效性的仿真验证与测试验证。
作者：	牛子孺
专业：	机械电子工程
导师：	李刚炎
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文