转向系统设计毕业设计论文.doc
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1、 摘 要本课题的题目是转向系的设计。以齿轮齿条转向器的设计为中心,一是汽车总体构架参数对汽车转向的影响;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
2、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:转向系;机械型转向器 ;齿轮齿条;液压式助力转向器 Abstract The title of this topic is the design of steering system. Rack and pinion steering gear to the design as the center, one vehicle parameters on the overall framework of the impact of vehicle steering; Second, the choice o
3、f mechanical steering; 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
4、 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 achiev
5、e 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 theoretic
6、al 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: steering; mechanical type steering gear; gear rack; hydraulic power steering 绪论1转向系统概述汽车行驶过程中,经常需要改变行驶
7、方向,即所谓的转向,这就需要有一套能够按照司机意志使汽车转向的机构,它将司机转动方向盘的动作转变为车轮(通常是前轮)的偏转作。按转向力能源的不同,可将转向系分为机械转向系和动力转向系。机械转向系的能量来源是人力,所有传力件都是机械的,由转向操纵机构(方向盘)、转向器、转向传动机构三大部分组成。其中转向器是将操纵机构的旋转运动转变为传动机构的直线运动(严格讲是近似直线运动)的机构,是转向系的核心部件2。 动力转向系除具有以上三大部件外,其最主要的动力来源是转向助力装置。由于转向助力装置最常用的是一套液压系统,因此也就离不开泵、油管、阀、活塞和储油罐,它们分别相当于电路系统中的电池、导线、开关、电
8、机和地线的作用。通常,对转向系的主要要求是:(1)保证汽车有较高的机动性,在有限的场地面积内,具有迅速和小半径转弯的能力,同时操作轻便;(2) 汽车转向时,全部车轮应绕一个瞬时转向中心旋转,不应有侧滑;(3)传给转向盘的反冲要尽可能的小;(4) 转向后,转向盘应自动回正,并应使汽车保持在稳定的直线行驶状态; (5) 发生车祸时,当转向盘和转向轴由于车架和车身变形一起后移时,转向系统最好有保护机构防止伤及乘员2国内外发展情况改革开放以来,我国汽车工业发展迅猛。作为汽车关键部件之一的转向系统也得到了相应的发展,基本已形成了专业化、系列化生产的局面。有资料显示,国外有很多国家的转向器厂,都已发展成大
9、规模生产的专业厂,年产超过百万台,垄断了转向器的生产,并且销售点遍布了全世界。由于汽车转向器属于汽车系统中的关键部件,它在汽车系统中占有重要位置,因而它的发展同时也反映了汽车工业的发展,它的规模和质量也成为了衡量汽车工业发展水平的重要标志之一。随着汽车高速化和超低扁平胎的通用化,过去采用循环球转向器和循环球变传动比转向器只能相对地解决转向轻便性和操纵灵便性的问题,要想从跟本上解决这两个问题只有安装动力转向器。因此,除了重型汽车和高档轿车早已安装动力转向器外,近年来在中型货车、豪华客车及中档轿车上都已经开始安装动力转向器,随着动力转向器的设计水平的提高、生产规模的扩大和市场的需要,其他的一些车型
10、也必须陆续安装动力转向器。液压助力型转向器的设计使汽车在低速行驶或车辆就位时,驾驶员只需用较小的操作力就能灵活进行转向;而在高速行驶时,则自动控制,使操作力逐渐增大,实现了稳定操纵。虽然这种转向器具有很多优点,在目前的技术水准下它仍然存在某些不足之处,例如助力较小等;因此,目前液压式动力转向器仍然占据着很大的市场份额,其性能也在不断地提高。对于液压助力型动力转向器的研究有着非常深远的意义. 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
11、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。1. 汽车主要参数的选择1.1汽车主要尺寸的确定 汽车的主要尺寸参数包括轴距、轮距、总长、总宽、总高、前悬、后悬、接近角、离去角、最小离地间隙等,如图1-1所示。图1-1 汽车的主要参数尺寸1.1.1 轴距L轴距L的选择要考虑它对整车其他尺寸参数、质量参数和使用性能的影响。轴距短一些,汽车总长、质量、最小转弯半径和纵向通过半径就小一些。但轴距过短也会带来一系列问题,例如车厢长度不足或后悬过长;汽车行驶时其纵向角振动过大;汽车加速、制动或上坡时轴荷转移过大而导致其制动性和操纵稳定性变坏;万向节传动的夹角过大等。因
12、此,在选择轴距时应综合考虑对有关方面的影响。当然,在满足所设计汽车的车厢尺寸、轴荷分配、主要性能和整体布置等要求的前提下,将轴距设计得短一些为好。1.1.1.1普通车的轴距轿车的轴距与其类型、用途、总长有密切关系。微型及普通级轿车要求制造成本低,使用经济性好,机动灵活,因此汽车应轻而短,故轴距应取短一些;中高级轿车对乘坐舒适性、行驶乎顺性和操纵稳定性要求高,故轴距应设计得长一些。轿车的轴距约为总长的5460。轴距与总长之比越大,则车厢的纵向乘坐空间就愈大,这对改善汽车纵向角振动也有利。但若轴距与总长之比超过62,则会使发动机、行李箱和备胎的布置困难,外形的各部分比例也不协调。表1-1提供的数据
13、可供初选轴距时参考表1-1 各类汽车的轴距和轮距车型类别轴距L/mm轮距B/mm乘用车发动机排量V/LV1.020002200110013801.0V1.621002540115015001.6V2.525002860130015002.54.02900390015601620商用车客车城市客车4500500017402050长途客车5000650042货车汽车总质量1.817002900115013501.86.023003600130016506.014.0360055001700200014.045005600184020001.1.2 前轮距B1和后轮距B2改变汽车轮距B会影响车厢或驾
14、驶室内宽、汽车总宽、总质量、侧倾刚度、最小转弯直径等因素发生变化、增大轮距则车厢内宽随之增加,并导致汽车的比功率、转矩指标下降,机动性变坏。受汽车总宽不得超过2.5m限制,轮距不宜过大。但在选定的前轮距B1范围内,应能布置下发动机、车架、前悬架和前轮,并保证前轮有足够的转向空间,同时转向杆系与车架、车轮之间有足够的运动间隙。在确定后轮距B2时,应考虑两纵梁之间的宽度、悬架宽度和轮胎宽度以及它们之间应留有必要的间隙。各类汽车的轮距可参考表1-1提供的数据进行初选。1.1.3 外廓尺寸汽车的外廓尺寸包括其总长、总宽、总高。它应根据汽车的类型、用途、承载员、道路条件、结构选型与布置以及有关标准、法规
15、限制等因素来确定。在满足使用要求的前提下,应力求减小汽车的外廓尺寸,以减小汽车的质量,降低制造成本,提高汽车的动力性、经济性和机动性。GB15891989对汽车外廓尺寸界限作了规定。(附1)1.2 汽车质量参数的确定汽车的质量参数包括整车整备质量、载客量装载质量、质量系数、汽车总质量ma、轴荷分配等。1.2.1 整车整备质量整车整备质量是指车上带有全部装备(包括随车工具、备胎等),加满燃料、水、但没有装货和在人时的整车质量。整车整备质量对汽车的制造成本和燃油经济型有影响。整车整备质量在设计阶段需估算确定。在日常工作中,收集大量同类汽车各总成、部件和整车的有关质量数据,结合新车设计的特点、工艺水
16、平等初步估算各总成、部件的质量,再累计成整车整备质量。乘用车和商用客车的整备质量,也可按每人所占汽车整备质量的统计平均值估计,可参考表1-2表1-2乘用车和商用客车人均整备质量值2乘用车人均整备质量值商用客车人均整备质量值发动机排量V/LV1.00.150.16车辆总长La/m10.00.0960.1601.0V1.60.170.241.6V2.50.210.292.510.00.0650.130V4.00.290.341.2.2 汽车的载客量和装载质量(1)汽车的载客量 乘用车的载客量包括驾驶员在内不超过9座,又称之为M1类汽车,其他M2、M3类汽车的座位数、乘员数及汽车的最大设计总质量见表
17、1-3。(2)汽车的载质量me 汽车的载质量是指在硬质良好路面上行驶时所允许的额定载质量。汽车在碎石路面上行驶时,载质量约为好的行驶路面的7585。越野汽车的载质量是指越野汽车行驶时或在土路上行驶的额定在质量。商用货车载质量me的确定,首先应与企业商品规划符合,其次要考虑到汽车的用途和使用条件。原则上,货流大、运距长或矿用自卸车应采用大吨位货车以利降低运输成本,提高效率;对货源变化频繁、运距短的市内运输车,宜采用中、小吨位的货车比较经济。1.2.3质量系数质量系数是指汽车车载质量与整车整备质量的比值,即=。该系数反映了汽车的设计水平和工艺水平,值越大,说明该汽车的结构和制造工艺越先进。1.2.
18、4汽车总质量汽车总质量是指装备齐全,并按规定装满客、货时的整车质量。乘用车和商用客车的总质量由整备质量、乘员和驾驶员质量以及乘员的行李质量三部分构成。其中,乘员和驾驶员每人质量按65kg计,于是 (1-2)式中,n为包括驾驶员在内的载客数;为行李系数。1.2.5轴荷分配 汽车的轴荷分配是汽车的重要质量参数,它对汽车的牵引性、通过性、制动性、操纵件和稳定性等主要使用性能以及轮胎的使用寿命都有很大的影响。因此,在总体设计时应根据汽车的布置型式、使用条件及性能要求合理地选定其轴荷分配。汽车的布置型式对轴荷分配影响较大,对轿车而言,前置发动机前轮驱动的轿车满载时的前轴负荷最好在55以上,以保证爬坡时有
19、足够的附着力;前置发动机后轮驱动的轿车满载时的后轴负荷一般不大于52;后置发动机后轮驱动的轿车满载时后轴负荷最好不超过59,否则,会导致汽车具有过多转向特性而使操纵性变坏。1.3轮胎的选择 轮胎的尺寸和型号是进行汽车性能计算和绘制总布置图的重要原始数据之一,因此,在总体设计开始阶段就应选定,而选择的依据是车型、使用条件、轮胎的静负荷、轮胎的额定负荷以及汽车的行驶速度。当然还应考虑与动力传动系参数的匹配以及对整车尺寸参数(例如汽车的最小离地间隙、总高等)的影响轮胎所承受的最大静负荷与轮胎额定负荷之比,称为轮胎负荷系数。大多数汽车的轮胎负荷系数取为0.91.0,以免超载。轿车、轻型客车及轻型货车的
20、车速高、轮胎受动负荷大,故它们的轮胎负荷系数应接近下限。为了提高汽车的动力因数、降低汽车及其质心的高度、减小非簧载质量,对公路用车在其轮胎负荷系数以及汽车离地间隙允许的范围内应尽量选取尺寸较小的轮胎。采用高强度尼龙帘布轮胎可使轮胎的额定负荷大大提高,从而使轮胎直径尺寸也大为缩小。例如装载员4t的载货汽车在20世纪50年代多用的9.020轮胎早己被8.2520,7.5020至8.2516等更小尺寸的轮胎所取代。越野汽车为了提高在松软地面上的通过能力常采用胎面较宽、直径较大、具有越野花纹的超低压轮胎。山区使用的汽车制动频繁,制动鼓与轮辋之间的间隙应大一些,以便散热,故应采用轮辋尺寸较大的轮胎。轿车
21、都采用直径较小、面形状扁平的宽轮辋低压轮胎,以便降低质心高度,改善行驶平顺性、横向稳定性、轮胎的附着性能并保证有足够的承载能力。2. 转向系设计概述2.1对转向系的要求 1)汽车转弯行驶时,全部车轮应绕瞬时转向中心旋转,任何车轮不应有侧滑。不满足这项要求会加速轮胎磨损,并降低汽车的行驶稳定性。2)汽车转向行驶时,在驾驶员松开转向盘的条件下,转向轮能自动返回到直线行驶位置,并稳定行驶。3)汽车在任何行驶状态下,转向轮都不得产生自振,转向盘没有摆动。4)转向传动机构和悬架导向装置共同工作时,由于运动不协调使车轮产生的摆动应最小。5)保证汽车有较高的机动性,具有迅速和小转弯行驶能力。6)操纵轻便。7
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