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汽車轉向機構設計論文
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- 汽車轉向機構設計論文
目 錄
中文摘要、關鍵詞……………………………………………………………………………1
英文摘要、關鍵詞……………………………………………………………………………2
引言 ……………………………………………………………………………………………3
第1章 轎車轉向系統總述…………………………………………………………………4
1.1 轎車轉向系統概述……………………………………………………………………4
1.1.1轉向系統的結構簡介…………………………………………………………………4
1.1.2轎車轉向系統的發展概況……………………………………………………………4
1.2 轎車轉向系統的要求………………………………………………………………5
第2章 轉向系的主要性能參數………………………………………………………7
2.1 轉向系的效率…………………………………………………………………………7
2.1.1轉向器的正效率…………………………………………………………………7
2.1.2 轉向器的逆效率……………………………………………………………………8
2.2 傳動比變化特性………………………………………………………………………9
2.2.1 轉向系傳動比…………………………………………………………………………9
2.2.2 力傳動比與轉向系角傳動比的關系…………………………………………………9
2.2.3 轉向器角傳動比的選擇 ……………………………………………………………10
2.3 轉向器傳動副的傳動間隙 ……………………………………………………………10
2.4 轉向盤的總轉動圈數 …………………………………………………………………11
第3章 轎車轉向器設計…………………………………………………………………12
3.1 轉向器的方案分析 ……………………………………………………………………12
3.1.1 機械轉向器…………………………………………………………………………12
3.1.2 轉向控制閥…………………………………………………………………………12
3.1.3 轉向系壓力流量類型選擇…………………………………………………………13
3.1.4 液壓泵的選擇………………………………………………………………………14
3.2 齒輪齒條式液壓動力轉向機構設計…………………………………………………14
3.2.1 齒輪齒條式轉向器結構分析………………………………………………………14
3.2.3 參考數據的確定……………………………………………………………………20
3.2.4 轉向輪側偏角計算…………………………………………………………………21
3.2.5 轉向器參數選取……………………………………………………………………21
3.2.6 選擇齒輪齒條材料…………………………………………………………………22
3.2.7 強度校核……………………………………………………………………………22
3.2.8 齒輪齒條的基本參數如下表所示…………………………………………………23
3.3 齒輪軸的結構設計……………………………………………………………………23
3.4 軸承的選擇……………………………………………………………………………23
3.5 轉向器的潤滑方式和密封類型的選擇………………………………………………24
3.6 動力轉向機構布置方案分析…………………………………………………………24
第4章 轉向傳動機構設計………………………………………………………………26
4.1 轉向傳動機構原理……………………………………………………………………26
4.2 轉向傳送機構的臂、桿與球銷………………………………………………………27
4.3 轉向橫拉桿及其端部…………………………………………………………………28
第5章 轉向梯形機構優化………………………………………………………………30
5.1 轉向梯形機構概述…………………………………………………………………30
5.2 整體式轉向梯形結構方案分析……………………………………………………30
5.3 整體式轉向梯形機構優化分析……………………………………………………31
5.4 整體式轉向梯形機構優化設計……………………………………………………34
5.4.1 優化方法介紹……………………………………………………………………34
5.4.2 優化設計計算……………………………………………………………………35
結論……………………………………………………………………………………………37
致謝……………………………………………………………………………………………38
參考文獻………………………………………………………………………………………39
轎車轉向機構設計
摘要：本課題的題目是轉向系的設計。以齒輪齒條轉向器的設計為中心，一是轎車轉向系統總述；二是機械轉向器的選擇；三是齒輪和齒條的合理匹配，以滿足轉向器的正確傳動比和強度要求；四是動力轉向機構設計；五是梯形結構設計。因此本課題在考慮上述要求和因素的基礎上研究利用轉向盤的旋轉帶動傳動機構的齒輪齒條轉向軸轉向，通過萬向節帶動轉向齒輪軸旋轉，轉向齒輪軸與轉向齒條嚙合，從而促使轉向齒條直線運動，實現轉向。實現了轉向器結構簡單緊湊，軸向尺寸短，且零件數目少的優點又能增加助力，從而實現了汽車轉向的穩定性和靈敏性。在本文中主要進行了轉向器齒輪齒條的設計和對轉向齒輪軸的校核，主要方法和理論采用汽車設計的經驗參數和大學所學機械設計的課程內容進行設計，其結果滿足強度要求，安全可靠。
關鍵詞：轎車 轉向系 齒輪齒條設計 轉向梯形
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
轎車轉向系統概述
在轉向技術方面轎車和普通汽車一樣，只是由于轎車的體型小，質量輕，在安裝空間和轉向特性方面與大車有著一定的不同，但轎車的轉向系統和通常汽車在轉向原理，轉向要求和轉向效果上都是基本相通的。
1.1.1 轉向系統的結構簡介
轉向系統是汽車底盤的重要組成部分，轉向系統性能的好壞直接影響到汽車行駛的安全性、操縱穩定性和駕駛舒適性，它對于確保車輛的行駛安全、減少交通事故以及保護駕駛員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要作用。
按轉向力能源的不同，可將轉向系分為機械轉向系和動力轉向系。
機械轉向系的能量來源是人力，所有傳力件都是機械的，由轉向操縱機構(方向盤)、轉向器、轉向傳動機構三大部分組成。其中轉向器是將操縱機構的旋轉運動轉變為傳動機構的直線運動(嚴格講是近似直線運動)的機構，是轉向系的核心部件。
動力轉向系除具有以上三大部件外，其最主要的動力來源是轉向助力裝置。由于轉向助力裝置最常用的是一套液壓系統，因此也就離不開泵、油管、閥、活塞和儲油罐，它們分別相當于電路系統中的電池、導線、開關、電機和地線的作用。
1.1.2 轎車轉向系統的發展概況
早期的轎車轉向是用舵柄或橫桿(即一種兩端帶有手柄的水平桿)進行操縱，轉向比是1:1，因而汽車轉向時的操作是很吃力的。后來，帶有齒輪減速比的轉向機構很快被推廣使用，但是，這種機構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，這樣觸發了方向盤位置的爭論。這場爭論曠日持久，導致了今天的汽車分成了兩大類方向盤裝置法：一類以美國，中國，俄羅斯等世界上大多數國家和地區采用的左置方向盤，實行右上左下的汽車行駛規則；另一類以英國及英聯邦，日本等少數國家和地區采用的右置方向盤，實行右下左上的汽車行駛規則。
幾十年來，各種汽車都使用蝸桿扇形齒輪轉向器，現在的循環球式轉向器也是這種轉向器的一種變型，轎車也經常使用。在這種轉向器中，蝸桿與扇形齒輪之間嵌入了鋼珠，大大降低了摩擦力，使汽車的轉向操縱變得比較輕松。
從70年代起轎車興起了齒輪齒條轉向機構，它由方向盤、方向軸、方向節、轉動軸、轉向器、轉向傳動桿和轉向輪(前輪)等組成。方向盤操縱轉向器內的齒輪轉動，齒輪與齒條緊密嚙合，推動齒條左移動或右移動，帶動轉向輪擺動，從而改變轎車行駛的方向。
這種轉向機構與蝸桿扇形齒輪等其它類型的轉向機構比較，省略了轉向搖臂和轉向主拉桿，具有構件簡單，傳動效率高的優點。而且它的逆傳動效率也高，在車輛行駛時可以保證偏轉車輪的自動回正，駕駛者的路感性強。其實，齒輪齒條轉向機構早在一世紀前的汽車萌芽發展階段已經有了，只是那時還不完善，機件加工粗糙。1905年通用汽車卡迪拉克部的工程師將齒輪齒條轉向器的設計理論化，并加工成精度很高，操縱靈活的齒輪齒條轉向器，正式應用在轎車上。
后來，汽車轉向器的型式被蝸桿一扇形齒輪型式所壟斷，但許多人仍然繼續完善齒輪一齒條轉向機構。由于近代材料科學的發展，大大提高了齒輪一齒條轉向機構的安全可靠系數，人們再次重視這種轉向機構的簡單實用性，由于它具有構件少質量輕，成本低的優點，受到汽車制造商的青睞，現在大多數的轎車轉向器都采用齒輪一齒條型。現代轎車馬力大、速度快，為了操縱的輕便和靈敏，中高檔次的轎車轉向器都加裝了轉向動力裝置，又稱為液壓動力轉向器。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，在現代轎車上得到十分廣泛的應用。
1.2 轎車轉向系統的要求
1、轎車轉彎行駛時，全部車輪應繞瞬時轉向中心旋轉，任何車輪不應有側滑。不滿足這項要求會加速輪胎磨損，并降低汽車的行駛穩定性。
2、轎車轉向行駛時，在駕駛員松開轉向盤的條件下，轉向輪能自動返回到直線行駛位置，并穩定行駛。
3、轎車在任何行駛狀態下，轉向輪都不得產生自振，轉向盤沒有擺動。
4、轉向傳動機構和懸架導向裝置共同工作時，由于運動不協調使車輪產生的擺動應最小。
5、保證轎車有較高的機動性，具有迅速和小轉彎行駛能力。
6、操縱輕便。
7、轉向輪碰撞到障礙物以后，傳給轉向盤的反沖力要盡可能小。
8、轉向器和轉向傳動機構的球頭處，有消除因磨損而產生間隙的調整機構。
9、在車禍中，當轉向軸和轉向盤由于車架或車身變形而共同后移時，轉向系應有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。
10、進行運動校核，保證轉向輪與轉向盤轉動方向一致。
正確設計轉向梯形機構，可以使第一項要求得到保證。轉向系中設置有轉向減振器時，能夠防止轉向輪產生自振，同時又能使傳到轉向盤上的反沖力明顯降低。為了使轎車車具有良好的機動性能，必須使轉向輪有盡可能大的轉角，并要達到按前外輪車輪軌跡計算，其最小轉彎半徑能達到轎車車軸距的2～2.5倍。通常用轉向時駕駛員作用在轉向盤上的切向力大小和轉向盤轉動圈數多少兩項指標來評價操縱輕便性。沒有裝置動力轉向的轎車，在行駛中轉向，此力應為50～100N；有動力轉向時，此力在20～50N。轎車轉向盤從中間位置轉到每一端的圈數不得超過2.0圈。 ...
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