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汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)論文
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- 汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)論文
目 錄
中文摘要、關(guān)鍵詞……………………………………………………………………………1
英文摘要、關(guān)鍵詞……………………………………………………………………………2
引言 ……………………………………………………………………………………………3
第1章 轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總述…………………………………………………………………4
1.1 轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述……………………………………………………………………4
1.1.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介…………………………………………………………………4
1.1.2轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展概況……………………………………………………………4
1.2 轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求………………………………………………………………5
第2章 轉(zhuǎn)向系的主要性能參數(shù)………………………………………………………7
2.1 轉(zhuǎn)向系的效率…………………………………………………………………………7
2.1.1轉(zhuǎn)向器的正效率…………………………………………………………………7
2.1.2 轉(zhuǎn)向器的逆效率……………………………………………………………………8
2.2 傳動(dòng)比變化特性………………………………………………………………………9
2.2.1 轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比…………………………………………………………………………9
2.2.2 力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系…………………………………………………9
2.2.3 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的選擇 ……………………………………………………………10
2.3 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙 ……………………………………………………………10
2.4 轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù) …………………………………………………………………11
第3章 轎車轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)…………………………………………………………………12
3.1 轉(zhuǎn)向器的方案分析 ……………………………………………………………………12
3.1.1 機(jī)械轉(zhuǎn)向器…………………………………………………………………………12
3.1.2 轉(zhuǎn)向控制閥…………………………………………………………………………12
3.1.3 轉(zhuǎn)向系壓力流量類型選擇…………………………………………………………13
3.1.4 液壓泵的選擇………………………………………………………………………14
3.2 齒輪齒條式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………14
3.2.1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)分析………………………………………………………14
3.2.3 參考數(shù)據(jù)的確定……………………………………………………………………20
3.2.4 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計(jì)算…………………………………………………………………21
3.2.5 轉(zhuǎn)向器參數(shù)選取……………………………………………………………………21
3.2.6 選擇齒輪齒條材料…………………………………………………………………22
3.2.7 強(qiáng)度校核……………………………………………………………………………22
3.2.8 齒輪齒條的基本參數(shù)如下表所示…………………………………………………23
3.3 齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………23
3.4 軸承的選擇……………………………………………………………………………23
3.5 轉(zhuǎn)向器的潤(rùn)滑方式和密封類型的選擇………………………………………………24
3.6 動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案分析…………………………………………………………24
第4章 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………………26
4.1 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)原理……………………………………………………………………26
4.2 轉(zhuǎn)向傳送機(jī)構(gòu)的臂、桿與球銷………………………………………………………27
4.3 轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部…………………………………………………………………28
第5章 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)優(yōu)化………………………………………………………………30
5.1 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)概述…………………………………………………………………30
5.2 整體式轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)方案分析……………………………………………………30
5.3 整體式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)優(yōu)化分析……………………………………………………31
5.4 整體式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)……………………………………………………34
5.4.1 優(yōu)化方法介紹……………………………………………………………………34
5.4.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………………………35
結(jié)論……………………………………………………………………………………………37
致謝……………………………………………………………………………………………38
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………………39
轎車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘要：本課題的題目是轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)。以齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)為中心，一是轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總述；二是機(jī)械轉(zhuǎn)向器的選擇；三是齒輪和齒條的合理匹配，以滿足轉(zhuǎn)向器的正確傳動(dòng)比和強(qiáng)度要求；四是動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；五是梯形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因此本課題在考慮上述要求和因素的基礎(chǔ)上研究利用轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪齒條轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向，通過萬向節(jié)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向齒輪軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向齒輪軸與轉(zhuǎn)向齒條嚙合，從而促使轉(zhuǎn)向齒條直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，軸向尺寸短，且零件數(shù)目少的優(yōu)點(diǎn)又能增加助力，從而實(shí)現(xiàn)了汽車轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性和靈敏性。在本文中主要進(jìn)行了轉(zhuǎn)向器齒輪齒條的設(shè)計(jì)和對(duì)轉(zhuǎn)向齒輪軸的校核，主要方法和理論采用汽車設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)和大學(xué)所學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)的課程內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，其結(jié)果滿足強(qiáng)度要求，安全可靠。
關(guān)鍵詞：轎車 轉(zhuǎn)向系 齒輪齒條設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)向梯形
Cars Steering Mechanism Design
Abstract：The title of this topic is the design of steering 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; Steerin; Mechanical Type Steering Gear and Gear Rack; Steering Trapezoidal
轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述
在轉(zhuǎn)向技術(shù)方面轎車和普通汽車一樣，只是由于轎車的體型小，質(zhì)量輕，在安裝空間和轉(zhuǎn)向特性方面與大車有著一定的不同，但轎車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和通常汽車在轉(zhuǎn)向原理，轉(zhuǎn)向要求和轉(zhuǎn)向效果上都是基本相通的。
1.1.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車底盤的重要組成部分，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的好壞直接影響到汽車行駛的安全性、操縱穩(wěn)定性和駕駛舒適性，它對(duì)于確保車輛的行駛安全、減少交通事故以及保護(hù)駕駛員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要作用。
按轉(zhuǎn)向力能源的不同，可將轉(zhuǎn)向系分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系。
機(jī)械轉(zhuǎn)向系的能量來源是人力，所有傳力件都是機(jī)械的，由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)(方向盤)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。其中轉(zhuǎn)向器是將操縱機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃?dòng)機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)(嚴(yán)格講是近似直線運(yùn)動(dòng))的機(jī)構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件。
動(dòng)力轉(zhuǎn)向系除具有以上三大部件外，其最主要的動(dòng)力來源是轉(zhuǎn)向助力裝置。由于轉(zhuǎn)向助力裝置最常用的是一套液壓系統(tǒng)，因此也就離不開泵、油管、閥、活塞和儲(chǔ)油罐，它們分別相當(dāng)于電路系統(tǒng)中的電池、導(dǎo)線、開關(guān)、電機(jī)和地線的作用。
1.1.2 轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展概況
早期的轎車轉(zhuǎn)向是用舵柄或橫桿(即一種兩端帶有手柄的水平桿)進(jìn)行操縱，轉(zhuǎn)向比是1:1，因而汽車轉(zhuǎn)向時(shí)的操作是很吃力的。后來，帶有齒輪減速比的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)很快被推廣使用，但是，這種機(jī)構(gòu)的方向盤不象舵柄或橫桿要置放在汽車中線的位置，而是要置放在汽車的左邊或右邊，這樣觸發(fā)了方向盤位置的爭(zhēng)論。這場(chǎng)爭(zhēng)論曠日持久，導(dǎo)致了今天的汽車分成了兩大類方向盤裝置法：一類以美國(guó)，中國(guó)，俄羅斯等世界上大多數(shù)國(guó)家和地區(qū)采用的左置方向盤，實(shí)行右上左下的汽車行駛規(guī)則；另一類以英國(guó)及英聯(lián)邦，日本等少數(shù)國(guó)家和地區(qū)采用的右置方向盤，實(shí)行右下左上的汽車行駛規(guī)則。
幾十年來，各種汽車都使用蝸桿扇形齒輪轉(zhuǎn)向器，現(xiàn)在的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器也是這種轉(zhuǎn)向器的一種變型，轎車也經(jīng)常使用。在這種轉(zhuǎn)向器中，蝸桿與扇形齒輪之間嵌入了鋼珠，大大降低了摩擦力，使汽車的轉(zhuǎn)向操縱變得比較輕松。
從70年代起轎車興起了齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，它由方向盤、方向軸、方向節(jié)、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)桿和轉(zhuǎn)向輪(前輪)等組成。方向盤操縱轉(zhuǎn)向器內(nèi)的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪與齒條緊密嚙合，推動(dòng)齒條左移動(dòng)或右移動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向輪擺動(dòng)，從而改變轎車行駛的方向。
這種轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與蝸桿扇形齒輪等其它類型的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)比較，省略了轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向主拉桿，具有構(gòu)件簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高的優(yōu)點(diǎn)。而且它的逆?zhèn)鲃?dòng)效率也高，在車輛行駛時(shí)可以保證偏轉(zhuǎn)車輪的自動(dòng)回正，駕駛者的路感性強(qiáng)。其實(shí)，齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)早在一世紀(jì)前的汽車萌芽發(fā)展階段已經(jīng)有了，只是那時(shí)還不完善，機(jī)件加工粗糙。1905年通用汽車卡迪拉克部的工程師將齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)理論化，并加工成精度很高，操縱靈活的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器，正式應(yīng)用在轎車上。
后來，汽車轉(zhuǎn)向器的型式被蝸桿一扇形齒輪型式所壟斷，但許多人仍然繼續(xù)完善齒輪一齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。由于近代材料科學(xué)的發(fā)展，大大提高了齒輪一齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的安全可靠系數(shù)，人們?cè)俅沃匾曔@種轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單實(shí)用性，由于它具有構(gòu)件少質(zhì)量輕，成本低的優(yōu)點(diǎn)，受到汽車制造商的青睞，現(xiàn)在大多數(shù)的轎車轉(zhuǎn)向器都采用齒輪一齒條型。現(xiàn)代轎車馬力大、速度快，為了操縱的輕便和靈敏，中高檔次的轎車轉(zhuǎn)向器都加裝了轉(zhuǎn)向動(dòng)力裝置，又稱為液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。它具有工作無噪聲，靈觸度高體積小，能夠吸收來自不平路面的沖擊力，在現(xiàn)代轎車上得到十分廣泛的應(yīng)用。
1.2 轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求
1、轎車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，全部車輪應(yīng)繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，任何車輪不應(yīng)有側(cè)滑。不滿足這項(xiàng)要求會(huì)加速輪胎磨損，并降低汽車的行駛穩(wěn)定性。
2、轎車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，在駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤的條件下，轉(zhuǎn)向輪能自動(dòng)返回到直線行駛位置，并穩(wěn)定行駛。
3、轎車在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪都不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動(dòng)。
4、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置共同工作時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生的擺動(dòng)應(yīng)最小。
5、保證轎車有較高的機(jī)動(dòng)性，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力。
6、操縱輕便。
7、轉(zhuǎn)向輪碰撞到障礙物以后，傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。
8、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。
9、在車禍中，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤由于車架或車身變形而共同后移時(shí)，轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。
10、進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核，保證轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。
正確設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)，可以使第一項(xiàng)要求得到保證。轉(zhuǎn)向系中設(shè)置有轉(zhuǎn)向減振器時(shí)，能夠防止轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生自振，同時(shí)又能使傳到轉(zhuǎn)向盤上的反沖力明顯降低。為了使轎車車具有良好的機(jī)動(dòng)性能，必須使轉(zhuǎn)向輪有盡可能大的轉(zhuǎn)角，并要達(dá)到按前外輪車輪軌跡計(jì)算，其最小轉(zhuǎn)彎半徑能達(dá)到轎車車軸距的2～2.5倍。通常用轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的切向力大小和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)多少兩項(xiàng)指標(biāo)來評(píng)價(jià)操縱輕便性。沒有裝置動(dòng)力轉(zhuǎn)向的轎車，在行駛中轉(zhuǎn)向，此力應(yīng)為50～100N；有動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)，此力在20～50N。轎車轉(zhuǎn)向盤從中間位置轉(zhuǎn)到每一端的圈數(shù)不得超過2.0圈。 ...
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