開題報告-微型汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設計.doc

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安徽工業(yè)大學畢業(yè)設計開題報告 畢業(yè)設計題目： 微型汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設計 學 院： 機 械 工 程 學 院 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 班 級： 裝 0 8 2 姓 名： 胡 亞 軍 學 號： 0 8 9 0 5 4 2 7 2 日 期： 2012年3月1日 1． 課題名稱：微型汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設計 2． 課題研究背景 伴隨著人們生活水平的不斷提高，汽車在人們生活中正變得越來越不可缺少。2010年，我國汽車產(chǎn)銷量雙雙實現(xiàn)世界第一，汽車保有量將近7500萬輛。2011年，我國汽車市場呈現(xiàn)平穩(wěn)增長態(tài)勢，產(chǎn)銷量月月超過120萬輛，平均每月產(chǎn)銷突破150萬輛，全年汽車銷售超過1850萬輛，再次刷新全球歷史紀錄。 微型汽車一般是指發(fā)動機排量不超過1.1L，車身長度、寬度、高度不超過3.8m、1.6m和2m，最大載貨量不超過600kg的汽車。微型汽車產(chǎn)品具有燃料消耗少、使用費用低、占地面積小、用途多、適應性廣等特點。微型汽車包括微型轎車、微型客車、微型貨車。微型轎車主要是指發(fā)動機排量在1升以下的，微型客車主要是指長度不超過3.5米，微型貨車主要是指載重在1.8噸以下。 近年來，中國的微型汽車業(yè)快速增長，成為汽車行業(yè)中增長速度最快的車種之一，成為汽車生產(chǎn)和消費市場的重要拉動力量和生力軍。中國的微型汽車在國際上也有著一定的競爭能力，在價格、質(zhì)量等方面具有一定的比較優(yōu)勢，在開拓國際市場上形成了一定的實力。微型車行業(yè)之所以能保持增長勢頭，與行業(yè)自身的發(fā)展狀況有著直接關系。經(jīng)過近幾年的穩(wěn)步發(fā)展，微型車行業(yè)的生產(chǎn)集中度大大提高了。與轎車行業(yè)群雄競爭的局面形成鮮明對比的是，微型車行業(yè)里的無序競爭狀況，已經(jīng)有了根本性改變，微型車完成了群雄紛爭的歷史過程，形成了市場寡頭局面，規(guī)模效益開始凸顯。 在中國汽車產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃（2009-2011）中提到，到2011年，國內(nèi)1.0升以下排量車型要達到15%以上。中國微型汽車行業(yè)在國家產(chǎn)業(yè)政策和市場競爭的作用下，將迎來新的發(fā)展機遇，潛在的市場空間將不斷擴大，行業(yè)整體水平在日益激烈的競爭中將有較大幅度的提高。 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為汽車必不可少的系統(tǒng)之一，其性能的好壞，直接影響汽車的安全性和操縱穩(wěn)定性。 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能讓汽車按照駕駛員的意志經(jīng)常改變行駛方向。自1886年，卡爾本茨發(fā)明第一輛汽車以來，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的雛形就已經(jīng)誕生。在所有機械故障引起的交通事故中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失效造成的事故占了很大一部分比例。 伴隨著車輛技術的發(fā)展，人們對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能要求也越來越高，如何開發(fā)出一款高性能的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是我們亟需解決的一個問題。 三．課題研究意義 汽車轉(zhuǎn)向一直存在“輕”與“靈”的矛盾。為了保證轉(zhuǎn)向輕便性，要求增大轉(zhuǎn)向器角傳動比，但是這將造成汽車隊操縱的反應減慢，即不夠“靈”。為了緩解這一矛盾，人們針對機械轉(zhuǎn)向器，從兩方面解決這一矛盾。一是提高轉(zhuǎn)向器效率，二是將轉(zhuǎn)向器設計成變速比，但這并不能從根本上解決這一矛盾。動力轉(zhuǎn)向的出現(xiàn)很好地緩解了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)“輕”與“靈”的矛盾，可見助力轉(zhuǎn)向?qū)φ囆阅苡兄艽蟮挠绊憽? 作為汽車的一個重要組成部分，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是絕對汽車主動安全性的關鍵總成，如何設計汽車的轉(zhuǎn)向特性使汽車具有良好的操縱性能，始終是個汽車廠家和科研機構的重要研究課題。特別是在車輛高速化、駕駛?cè)藛T非職業(yè)化、車流密集化的今天，針對更多不同水平的駕駛?cè)巳?，汽車的操縱設計尤為重要。 4． 文獻查閱概括 1.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的作用 汽車在行駛過程中，需要按照駕駛員的意志經(jīng)常改變其行駛方向，即所謂汽車轉(zhuǎn)向。就輪式汽車而言，實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向的方法是駕駛員通過一套專設的機構，是汽車轉(zhuǎn)向橋（一般是前橋）上的車輪相對于汽車縱軸線偏轉(zhuǎn)一定角度。汽車在直線行駛過程中，轉(zhuǎn)向輪往往也會受到路面?zhèn)认蚋蓴_力的作用，自動偏轉(zhuǎn)而改變行駛方向。此時，駕駛員也可以利用這套機構使轉(zhuǎn)向輪向相反方向偏轉(zhuǎn)，從而使汽車行駛方向恢復原來的行駛方向。這一套原來改變或恢復汽車行駛方向的專設機構，稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。因此，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功用是保證汽車能按照駕駛員的意志而進行轉(zhuǎn)向行駛。 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對汽車的行駛安全至關重要，因此汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的零件都稱為保安件。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車必須要重視的兩個系統(tǒng)之一（另一個是制動系統(tǒng)）。 2.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本要求 (1)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，全部車輪應繞瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)。 　　 (2）轉(zhuǎn)向輪具有自動回正能力。 　　 (3)在行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動。 　　 (4)轉(zhuǎn)向傳動機構和懸架導向裝置產(chǎn)生的運動不協(xié)調(diào)，應使車輪的擺動最小。 　　 (5)轉(zhuǎn)向靈敏，最小轉(zhuǎn)彎直徑小。 　　 (6)操縱輕便。 　　 (7)轉(zhuǎn)向輪傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。 　　 (8)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構中應有間隙調(diào)整機構。 　　 (9)轉(zhuǎn)向系應有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。 　　 (10)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動方向與汽車行駛方向的改變相一致。 　　 3.汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展階段 目前，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要經(jīng)歷以下階段：機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，線控助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 (1)機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結構簡單，性能可靠，但是轉(zhuǎn)向力全部來自駕駛員的手力，因此，轉(zhuǎn)向盤操縱比較沉重。為了解決汽車靈與輕的矛盾，可以增大轉(zhuǎn)向器的角傳動比。增加角傳動比雖然可以減小轉(zhuǎn)向盤上的手力，但是同時也造成汽車隊轉(zhuǎn)向操縱的反應減慢；為此人們將轉(zhuǎn)向器設計成變速比，在轉(zhuǎn)向盤小轉(zhuǎn)角時以靈為主，大轉(zhuǎn)角時以輕為主。但是由于“靈”范圍只在轉(zhuǎn)向盤中間附近，僅對高速行駛有意義，所以不能從根本上解決“輕”與“靈”的問題。目前處于淘汰邊緣。 (2)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上，增加轉(zhuǎn)向液壓泵、轉(zhuǎn)向油管、轉(zhuǎn)向油罐以及位于轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向控制閥及轉(zhuǎn)向動力缸 等。當駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤 時，通過機械轉(zhuǎn)向器使轉(zhuǎn)向橫拉桿移動，并帶動轉(zhuǎn)向節(jié)臂，使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，從而改變汽車的行駛方向。與此同時，轉(zhuǎn)向器輸入軸還帶動轉(zhuǎn)向器內(nèi)部的轉(zhuǎn)向控制閥轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)向動力缸產(chǎn)生液壓作用力，幫助駕駛員轉(zhuǎn)向操作。由于有轉(zhuǎn)向加力裝置的作用，駕駛員只需比采用機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時小得多的轉(zhuǎn)向力矩，就能使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。 　　 缺點：能耗較高,尤其時低速轉(zhuǎn)彎的時候，覺得方向比較沉，發(fā)動機也比較費力氣。又由于液壓泵的壓力很大，也比較容易損害助力系統(tǒng)。助力特性不能改變。 (3)電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為了克服液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的不足，人們在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，增加了電子控制單元和執(zhí)行部件，將車速信號引入系統(tǒng)中，控制單元根據(jù)車速信號改變電液轉(zhuǎn)換裝置的助力特性，達到在低速或急轉(zhuǎn)彎時助力較大，以滿足轉(zhuǎn)向輕便性要求；高速時助力較小，以滿足路感和操縱穩(wěn)定性要求。雖然其有所改進，但仍難以克服液壓系統(tǒng)本身所具有的缺點，同時由于液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)增加了傳感器和控制單元，使系統(tǒng)成本增加。 (4)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 簡稱電動式EPS或EPS(Electronic Power Steering system)在機械轉(zhuǎn)向機構的基礎上，增加信號傳感器、電子控制單元和轉(zhuǎn)向助力機構。 　　電動式EPS 是利用電動機作為助力源，根據(jù)車速和轉(zhuǎn)向參數(shù)等因素，由電子控制單元完成助力控制，其原理可概括如下：當操縱轉(zhuǎn)向盤時，裝在轉(zhuǎn)向盤軸上的轉(zhuǎn)矩傳感器不斷地測出轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)矩信號，該信號與車速信號同時輸入到電子控制單元。電控單元根據(jù)這些輸入信號，確定助力轉(zhuǎn)矩的大小和方向，即選定電動機的電流和轉(zhuǎn)動方向，調(diào)整轉(zhuǎn)向輔助動力的大小。電動機的轉(zhuǎn)矩由電磁離合器通過減速機構減速增矩后，加在汽車的轉(zhuǎn)向機構上，使之得到一個與汽車工況相適應的轉(zhuǎn)向作用力。例如福克斯的EHPAS電子液壓系統(tǒng)由電腦根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車速以及方向盤轉(zhuǎn)角等信號，驅(qū)動電子泵給轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供助力。助力感覺非常的自然。因此很多人對?？怂狗较虻母杏X相當不錯，轉(zhuǎn)向操控感覺可以說是隨心所欲。有些車也號稱采用電子助力，但是只是電機助力，沒有液壓輔助，容易產(chǎn)生噪音。助力效果也遠不如?？怂惯@一類型的電子助力。 與液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)勢明顯，如能量消耗小，助力特性可以改變，體積和結構緊湊等。作為新一代的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，目前已有代替液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的趨勢。　　 優(yōu)缺：能耗低，靈敏，電子單元控制，節(jié)省發(fā)動機概率，助力發(fā)揮比較理想。 (5)線控助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 線控助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是新一代的汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，取消了轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機械連接。由于機械連接的取消，消除了撞車事故中轉(zhuǎn)向柱引起上海駕駛員的可能性，因此不必設置轉(zhuǎn)向防傷裝置，同時地面造成的超級碗不會傳到轉(zhuǎn)向盤。目前處于開發(fā)和測試階段，應用前景廣闊。 4.轉(zhuǎn)向器 隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，轉(zhuǎn)向裝置的結構也有很大變化。汽車轉(zhuǎn)向器的結構很多，從目前使用的普遍程度來看，主要的轉(zhuǎn)向器類型有4種：有蝸桿肖式（WP型）、蝸桿滾輪式（WR型）、循環(huán)球式（BS型）、齒條齒輪式（RP型）。這四種轉(zhuǎn)向器型式，已經(jīng)被廣泛使用在汽車上。 　　 據(jù)了解，在世界范圍內(nèi)，汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占45%左右，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器占40%左右，蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器占10%左右，其它型式的轉(zhuǎn)向器占5%。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器一直在穩(wěn)步發(fā)展。在西歐小客車中，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器有很大的發(fā)展。日本汽車轉(zhuǎn)向器的特點是循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占的比重越來越大，日本裝備不同類型發(fā)動機的各類型汽車，采用不同類型轉(zhuǎn)向器，在公共汽車中使用的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，已由60年代的62．5%，發(fā)展到現(xiàn)今的100%了(蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器在公共汽車上已經(jīng)被淘汰)。大、小型貨車大都采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，但齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器也有所發(fā)展。微型貨車用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占65%，齒條齒輪式占35%。 　　 綜合上述對有關轉(zhuǎn)向器品種的使用分析，得出以下結論：循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，已成為當今世界汽車上主要的兩種轉(zhuǎn)向器；而蝸輪蝸桿式轉(zhuǎn)向器和蝸桿肖式轉(zhuǎn)向器，正在逐步被淘汰或保留較小的地位。 　　 在小客車上發(fā)展轉(zhuǎn)向器的觀點各異，美國和日本重點發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，比率都已達到或超過90%；西歐則重點發(fā)展齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，比率超過50%，法國已高達95%。 由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的種種優(yōu)點，在小型車上的應用(包括小客車、小型貨車或客貨兩用車)得到突飛猛進的發(fā)展；而大型車輛則以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為主要結構。 5.現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設計趨勢 (1)適應汽車高速行駛的需要 　　從操縱輕便性、穩(wěn)定性及安全行駛的角度，汽車制造廣泛使用更先進的工藝方法，使用變速比轉(zhuǎn)向器、高剛性轉(zhuǎn)向器。“變速比和高剛性”是目前世界上生產(chǎn)的轉(zhuǎn)向器結構的方向。 (2)充分考慮安全性、輕便性 　　隨著汽車車速的提高，駕駛員和乘客的安全非常重要，目前國內(nèi)外在許多汽車上已普遍增設能量吸收裝置，如防碰撞安全轉(zhuǎn)向柱、安全帶、安全氣囊等，并逐步推廣。從人類工程學的角度考慮操縱的輕便性，已逐步采用可調(diào)整的轉(zhuǎn)向管柱和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 (3)低成本、低油耗、大批量專業(yè)化生產(chǎn) 　　隨著國際經(jīng)濟形勢的惡化，石油危機造成經(jīng)濟衰退，汽車生產(chǎn)愈來愈重視經(jīng)濟性，因此，要設計低成本、低油耗的汽車和低成本、合理化生產(chǎn)線，盡量實現(xiàn)大批量專業(yè)化生產(chǎn)。對零部件生產(chǎn)，特別是轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，更表現(xiàn)突出。 (4)汽車轉(zhuǎn)向器裝置的電腦化 　　汽車的轉(zhuǎn)向器裝置，必定是以電腦化為唯一的發(fā)展途徑。 5． 設計的主要內(nèi)容 1. 綜述各類汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其用途 2.確定轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結構方案 2.1汽車主要尺寸的確定 2.2汽車質(zhì)量參數(shù)的確定 2.3輪胎的選擇 2.4數(shù)據(jù)的確定 2.5機械式轉(zhuǎn)向器方案分析 2.5.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 2.5.2循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 2.5.3蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器 2.5.3蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器 3.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設計概述 3.1轉(zhuǎn)向系的主要性能參數(shù) 3.2轉(zhuǎn)向操縱機構 3.3轉(zhuǎn)向傳動機構 3.4轉(zhuǎn)向器 4.轉(zhuǎn)向器總成的設計 4.1參數(shù)的選取 4.2計算參數(shù) 5.動力轉(zhuǎn)向機構設計 6.主要零件的制造工藝分析 7.裝配工藝分析 六. 進度安排 起止日期 （日/月） 周次 內(nèi) 容 進 程 備 注 2.13-2.27 1-2 文獻檢索及知識準備 2.28-3.6 3 畢業(yè)實習 3.7-3.15 4-5 開題報告、文獻綜述、翻譯 3.16-4.7 6-8 設計計算 4.8-4.25 9-11 繪圖 4.26-5.3 12-13 整理說明書 5.4-5.16 14-15 畢業(yè)設計資料電子檔檢查 5.17-5.28 15-16 修改、打印及準備答辯 5.30-6.5 17 畢業(yè)答辯 7. 參考文獻 [1]王霄鋒.汽車底盤設計.北京：清華大學出版社，2010. 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