第37卷?第3期?2015-03(下)?
【117】
收稿日期：2014-11-25
作者简介：广廓（1990 -），男，北京人，硕士研究生，研究方向为汽车电动助力转向系统。
循环球式电动助力转向器的参数化设计
Parametric design of recirculating ball-type electric power steering gear
广 廓，林慕义，童 亮
GUANG Kuo, LIN Mu-yi, TONG Liang
（北京信息科技大学，北京 100192）
摘 要：为了实现循环球式电动助力转向系统的快速开发，以某轻型货车的助力转向系统为研究对象，
针对该系统特点在CATIA中建立了循环球式转向器的参数化模型，采用关键参数变量驱动模型自动更新的方式，实现循环球式电动助力转向器零部件的参数化设计。按结构关系虚拟装配后的转向器各零部件配合良好且无干涉，验证了通过参数化设计生成的模型的正确性，提高了产品设计效率，降低了开发成本，为循环球式电动助力转向器的系列化设计与制造以及后续的动力学仿真分析提供重要的参考依据。
关键词：循环球式转向器；电动助力转向；参数化设计；CATIA
中图分类号：U463.43+5；TP391.72 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2015)03(下)-0117-03Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2015.03(下).37
0 引言
电动助力转向系统（Electric Power Steering, EPS ）与液压助力转向系统相比，具有助力特性可调、节能环保以及结构简单等优点，已广泛应用于轿车上
[1～3]
。相比轿
车，由于载货汽车具有总质量大、质心高、转向桥载荷大以及工作条件恶劣等特点，其EPS 多采用能够承载更大扭矩且传动效率更高的循环球式转向器来执行转向操作[4,5]。因此需根据载货汽车的特点对转向器进行设计。
转向器作为EPS 的执行部件，是决定车辆安全性能的关键，其性能的优劣直接关系到人身和财产的安全。在转向器的设计过程中采用参数化设计技术，不仅能够加快产品开发周期、节约成本，还能通过精确的分析与模拟保障转向器的质量，将设计缺陷降到最低。目前，在国内，参数化设计技术已应用到齿轮齿条式EPS 转向器的设计中[6]，而循环球式EPS 转向器参数化设计的相关研究还处于起步阶段[7]。
因此，本文利用CATIA 软件对循环球式EPS 转向器进行参数化设计。首先以转向器关键零件转向摇臂轴为例，介绍参数化设计的步骤，然后，将参数化设计后的各零件根据转向器的装配关系进行虚拟装配设计，最后，通过干涉检测以及参数驱动下的自动更新进行零件模型修正，实现转向器的参数化设计。
1 目标车辆参数
依据某汽车配件公司委托，以某轻型载货汽车为目标车辆，对循环球式电动助力转向器进行开发研究。目标车辆参数如表1所示，前轴载荷根据此表取为20250N 。
表1 轻型载货汽车参数
参数取值汽车重量2510kg 额定载重1900kg 最大总质量4490kg 前轴负荷2025kg 轴距3200mm 前/后轮距1460/1470mm 轮胎型号 6.50-16；7.00-16
转向盘直径
450mm
2 转向器的参数化设计
循环球式EPS 转向器是由转向输入轴、涡轮、蜗杆、转向螺杆、螺母、转向摇臂轴、减速器壳体、转向壳体等多个零件构成，想要实现转向器的参数化设计，必须先根据目标车辆的特性对各个零件进行参数化设计，将参数变量与Excel 表格关联，然后再对零件进行装配设计，添加必要的约束，最后进行干涉检查与分析，在Excel 表格中修正干涉零件的设计参数，获得理想转向器参数化模型。
对于零件的参数化设计，主要由四部分构成：对零件进行参数化建模分析、确定零件的参数化建模方法、参数化建模的实现以及参数变量与Excel 表格的关联。由于转向摇臂轴是转向器的关键传动零件且轴上齿扇齿形为变齿厚，设计制造的难度较大，因此，本文以转向摇臂轴为例，对其参数化设计过程进行介绍。2.1 转向器关键零件参数化设计
转向摇臂轴是循环球式EPS 中重要的传动零件，