轎車用齒輪齒條動力轉向系設計

轎車用齒輪齒條動力轉向系設計,轎車,齒輪,齒條,動力,轉向,設計 本科畢業(yè)論文(設計)開題報告論 文 題 目：轎車用齒輪齒條動力轉向系設計學 院：專 業(yè) 、 班 級：學 生 姓 名：指導教師（職稱） 畢業(yè)論文（設計）開題報告要求開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質量畢業(yè)論文（設計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據1. 論文（設計）題目及研究領域；2. 論文（設計）工作的理論意義和應用價值；3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設計）研究的內容1.重點解決的問題；2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）；3. 本論文（設計）預期取得的成果。三、論文（設計）工作安排1. 擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數）；2. 論文（設計）進度計劃。四、文獻查閱及文獻綜述學生應根據所在學院及指導教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎上通過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應在調研、實驗或實習的基礎上遞交相關的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎。五、其他要求1. 開題報告應在畢業(yè)論文（設計）工作開始后的前四周內完成；2. 開題報告必須經學院教學指導委員會審查通過；3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論文（設計）工作，否則不允許參加答辯；4. 開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導教師；5. 開題報告的內容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據需要手寫在統一紙張上，但封面需按統一格式打?。?。8一、選題依據1、研究領域車輛工程-汽車設計2、論文（設計）工作的理論意義和應用價值轉向系統是車輛上必不可少的最基本的系統之一。轉向系統轉向特性對車輛的行駛操縱穩(wěn)定性、安全性起著決定性作用，是汽車技術的核心之一，其中轉向機構的設計決定著車輛的轉向系統特性，它對汽車轉向特性、駕駛舒適性、輪胎壽命等都有影響。因此，它是汽車安全行駛的重要保障，也是車輛系統的一個重要組成部分?，F在轉向器的生產能力和產品質量如何已經成為衡量汽車工業(yè)發(fā)展水平的重要標志之一。由于它對于整車行駛以及工業(yè)的重要性，因此汽車轉向系的設計顯得尤為重要。3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢國際上，齒輪齒條轉向器經過近幾十年的發(fā)展和技術完善，已經使其能夠作為一種結構簡單，成本低廉，轉向靈敏，體積小，可以直接帶動橫拉桿的轉向機構而被廣泛的運用在車輛轉向系統中。現如今的齒輪齒條轉向器的殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉向器的質量比較輕，結構緊湊，傳動效率高達 90%。齒輪與齒條之間因磨損出現間隙后，利用裝在齒條背部、靠近主動小齒輪處的壓緊力可以調節(jié)的彈簧，自動消除間隙，這不僅可以提高轉向系統的剛度，還可以防止工作時產生沖擊和噪聲。由于齒輪齒條式轉向器自身結構的發(fā)展，如采用新型的手動變速比和動力轉向，其使用范圍已從轎車、微型以及輕型汽車逐步擴展到中型和重型汽車轉向系。近年來，隨著電子技術在汽車中的廣泛應用，轉向系統中也越來越多地采用電子器件。使其操縱輕便性、穩(wěn)定性等得到了很大的改善。隨著科技的進步和發(fā)展，轉向器未來的發(fā)展趨勢為：（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， 使用變速比轉向器、高剛性轉向器?！白兯俦群透邉傂浴笔悄壳笆澜缟仙a的轉向器結構的方向。（2） 充分考慮安全性和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，已逐步采用可調整的轉向管柱和動力轉向系統。（3） 低成本、低油耗、大批量專業(yè)化生產隨著國際經濟形勢的惡化，石油危機造成經濟衰退，汽車生產愈來愈重視經濟型， 因此，要設計低成本、低油耗的汽車和低成本、合理化生產線，盡量實現大批量專業(yè)化生產。對零部件生產，特別是轉向器的生產，更表現突出。（4） 汽車轉向器裝置的電腦化汽車的轉向裝置，必定是以電腦化為唯一的發(fā)展途徑。二、論文（設計）研究的內容1.重點解決的問題(1) 制定出轎車用齒輪齒條動力轉向系的總體設計方案，并對該方案進行評價； (2)對轎車用齒輪齒條動力轉向系方案中具體部件進行理論計算和校核；(3) 根據計算和校核結果對轎車用齒輪齒條動力轉向系進行結構設計并繪圖。2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）（1）查閱資料，了解做研究課題的研究意義、研究概況和發(fā)展趨勢； (2)制定出轎車用齒輪齒條式轉向器的總體設計方案，并對其進行評價； (3)轉向系的設計及參數確定；(4) 進行齒輪齒條式轉向器的設計與理論計算并校核； (5)根據計算和校核結果，利用 CAD 畫裝配圖、零件圖。3. 本論文（設計）預期取得的成果通過學習及查閱有關資料掌握轎車用齒輪齒條式動力轉向器的工作原理以及其機構的設計, 了解現在齒輪齒條式轉向器的發(fā)展趨勢、相關技術的對比及市場前景。通過自主設計并選擇最合理的方案設計能夠得到以下結果：(1) 轎車用齒輪齒條式動力轉向系的工作原理及總體方案設計；(2) 轎車用齒輪齒條動力轉向系的詳細結構設計；繪制不少于 1 張A0 的設計圖紙， 并用三維軟件繪制三維圖；(3) 設計說明書（10000 字以上）；(4) 與齒輪齒條式轉向器相關的一篇外文翻譯（2000 字以上）。三、論文（設計）工作安排1. 擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數）； (1)調查研究、收集資料；(2) 開題報告；(3) 轉向器結構形式選擇；(4) 轉向器的設計以及參數的確定（包括：間隙調整彈簧的設計計算、齒輪齒條轉向器的設計計算、其他主要零件的設計計算），校核；(5) 利用 CAD 畫裝配圖，零件圖； (6)整理文檔，形成論文。2. 論文（設計）進度計劃第 1 周：明確設計主要任務和內容；第 2 周：查閱相關資料；第 3 周：撰寫開題報告；第 4 周：完成畢設開題報告；第 5 周：擬定齒輪齒條動力轉向系結構方案設計；第 6 周：齒輪齒條動力轉向系結構設計；第 7 周：齒輪齒條動力轉向系結構設計；第 8 周：齒輪齒條動力轉向系主要部件校核；第 9 周：齒輪齒條動力轉向系主要部件校核；第 10 周：齒輪齒條動力轉向系圖紙繪制；第 11 周：齒輪齒條動力轉向系圖紙繪制；第 12 周：與齒輪齒條動力轉向系設計相關的外文文獻翻譯；第 13 周：撰寫畢業(yè)論文；第 14 周：撰寫畢業(yè)論文，整理畢業(yè)設計資料；第 15 周：準備畢業(yè)設計答辯；第 16 周：畢業(yè)設計答辯。四、需要閱讀的參考文獻1 張興權, 何廣德, 鄭如, 張俊. 齒輪齒條的接觸應力研究J. 機械傳動， 2011,35(07):30-32.2 何志峰.齒輪齒條式動力轉向器性能測試系統研究D.長春理工大學,2012. 3吳曉建.齒輪齒條式轉向器機構轉向特性研究D.重慶汽車學院,2012.4 管欣,吳振晞,詹軍.面向結構的汽車齒輪齒條式轉向器仿真模型J.設計 計算 研究，2011:9-12.5 李晏,王瑾,徐皓,施偉,譚修文.汽車轉向器齒輪齒條的建模與仿真研究J.制造技術/工藝設備,2010,(12):73-94.6 張錫順,石培吉,唐俊,于思佳.轉向器齒輪齒條傳動副的幾何和嚙合計算J.汽車工程師,2013,(12):51-55.7 彭立,胥軍,牛子孺,李剛炎,顏志浩.機械式變比轉向器傳動比測試系統設計J. 測控技術,2016,35(10):23-26.8 徐方舟,魏小輝,張明,聶宏.基于ADAMS 的齒輪齒條剛性柔耦合嚙合分析J.機械設計與制造,2012,(7):200-202.9 夏貴光, 劉海軍, 陳家木. 鋁合金整體式轉向器殼體鑄造工藝J. 鑄造工藝,2015,(23):22-23.10 李廣明,范秦寅,張廣麗.汽車動力轉向器油路分析及排油方法J.長春工業(yè)大學學報,2015,36(2):140-142.11 鄒理炎,虞忠潮.汽車液壓動力轉向器特性分析及檢測系統研究J.工業(yè)技術,2016,(05):43.12 黃華波.汽車轉向器傳動齒輪斷裂失效分析J.裝備制造技術,2013,(10):7-9. 13Johannes Hullmann,David James,Alois Seewald, Eduard Span,Alexander Wiertz.Mechanical and Hydraulic Gears.June 2016,Volume 46,Issue 3,pp249-337.14 Jochen Gessat,Alois Swwwald,Dirk Zimmermann.Electrically Powered Hyraulic Steering.June 2016,Volume 65,Issue 1,pp381-401.15 Dirk Nissing,Jochen Gessat,Thilo Bitzer,Alois Seewald.Hydraulic chassis systems with electrically powered hydraulic steering and active roll control.March 2007,Volume 109,Issue 3,pp11-15.附：文獻綜述文獻綜述隨著我國經濟的飛速發(fā)展，汽車成了很多家庭的必備代步工具，隨之而來的是， 越來越多的人都開始關注到汽車的性能，而汽車性能中最重要的就是安全性和舒適性。汽車的轉向系統轉向特性對車輛的行駛操縱穩(wěn)定性、安全性和舒適性起著決定性作用，是汽車技術的核心之一，其中轉向機構的設計決定著車輛的轉向系統特性，它對汽車轉向特性、駕駛舒適性、輪胎壽命等都有影響。轉向系統作為汽車底盤中的獨立分系統，在汽車技術發(fā)展的過程中也經歷了深刻的變革。汽車轉向系是保持或者改變汽車行駛方向的機構，在汽車轉向行駛中，保證各轉向輪之間有協調的轉角關系。保證汽車在行駛中能按駕駛員的操縱要求，適時地改變行駛方向，并能在受到路面干擾偏離行駛方向時，與行駛系配合，共同保持汽車穩(wěn)定地直線行駛。轉向系對汽車行駛的操縱性、穩(wěn)定性和安全性都具有重要的意義。齒輪齒條式轉向器具有結構簡單、緊湊，質量輕，剛性大，轉向靈敏，制造容易，成本低，正、逆效率都高以及便于布置等優(yōu)點。相比于其他轉向機構，齒輪齒條式轉向機構省略了轉向搖臂和轉向直拉桿，節(jié)省了布置空間，特別適合與燭式和麥弗遜式懸架配用，因此在轎車和微型、輕型貨車上得到廣泛應用，目前，齒輪齒條轉向器約占行業(yè) 60%，其中，轎車占 95%，微型車占 30%。齒輪齒條式轉向器最早出現于 1902 年，當時由于其本身結構不夠完善，整車布置的限制以及道路條件差等因素，導致路面反沖激勵，噪音較大以及轉向性能較差等缺陷，使得此種轉向器的應用受到很大的限制。然而近些年來，特別是最近幾年，卻有了很大發(fā)展，其發(fā)展速度超過循環(huán)球式轉向器，國際輿論甚至認為：目前汽車工業(yè)正在拋棄有 70 年歷史的搖臂型轉向器， 并預計近年內 90%以上的小客車將配置齒輪齒條式轉向器。這種看法的主要依據是：（1）國外大部分主要汽車在制造廠大規(guī)模地推薦橫置發(fā)動機、前輪驅動的小客車， 這樣對齒輪齒條式轉向器的轉向系的布置十分靈活方便，比搖臂式轉向器的傳動機構更為簡化。（2）高速公路發(fā)展使得車輛速度大大提高，為獲得良好的路感，對轉向器的剛性要求愈來愈高，而循環(huán)球式轉向器在剛性上遠遠不如齒輪齒條式轉向器。（3） 齒輪齒條式轉向器本身具備的優(yōu)點如結構簡單、成本低、高達 80%以上的傳動效率、具有多種輸入輸出形式便于布置、重量輕（轉向器殼多數采用壓鑄鋁合金、有的廠還在研制塑料殼體）、剛性好等等，能使高速車輛的駕駛者獲得良好路感。此外，由于齒輪齒條式轉向器自身結構的發(fā)展，如采用新型的手動變速比和動力轉向，其使用范圍已從轎車、微型以及輕型汽車逐步擴展到中型和重型汽車轉向系。因此，齒輪齒條式轉向器在我國的應用將會是十分廣泛的，制造企業(yè)對其的需求量必然很大，其前景相當可觀，研究其實現的方案也尤其有價值。國外研究：從1817年英國人林肯斯潘杰（Len Ken Sperger）發(fā)明現代轉向梯形機構到現在， 轉向系統因其在汽車中的重要作用而備受人們關注，一百多年間，眾多學者對它展開過研究，使得轉向系統到現在有了長足的發(fā)展。查閱國內外相關資料，人們在機構運動學、機構動力學和機電復合控制等理論研究、臺架試驗仿真以及新型轉向技術等方面都做了大量的研究。轉向機構動力學的研究主要借助多體動力學軟件進行運動學仿真，研究內容主要有：轉向機構操縱穩(wěn)定性，車輪定位對轉向性能的影響，懸架跳動對轉向性能的影響，載荷轉移對前輪轉向的影響，基于Adams的轉向機構研究等。轉向機構機電復合控制主要研究電、液助力轉向控制策略：液壓助力轉向轉閥特性；四輪轉向技術控制策略等。臺架試驗仿真研究是模擬汽車轉向實況，通過測試汽車轉向的關鍵參數驗證轉向機構的性能。目前國外MTS、BISHOP等公司已經有了五軸、七軸轉向試驗臺。而我國只有三軸轉向試驗臺。國內研究：我國現階段對汽車轉向系統的研究重點還在轉向器部件的生產質量控制上，而在系統層面上對轉向性能的研究很弱，這已經嚴重影響了我國轉向器技術的引進消化和自主開發(fā)。長期的生產實踐表明對轉向部件的質量控制必須建立在轉向系和前懸架組合的性能測試上，必須有轉向系性能參數的測試才能進入轉向部件的自主研發(fā)，否則， 對產品的質量就沒有話語權。由此，掌握轉向系各部分工作參數間的關系，進一步提高汽車轉向系的性能和質量，是滿足當前汽車行業(yè)發(fā)展和企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的迫切需 要。此外，現階段全世界年產70008000萬套轉向系統中，EPS占了將近一半，其裝車率逐年增加，預計將達到80%。在1000萬套汽車轉向系的國內市場上，外方產品的市場占有率達到了將近80%，我國還沒有掌握EPS的開發(fā)和試驗技術，主要是根據國外EPS產品進行仿制，很難滿足整車技術條件，無法進入全球配套系統。究其原因，表面上是無法掌握汽車轉向系統的控制策略，而深層次的原因就是沒有掌握轉向系統的運動特性和相關性能參數的檢測和評估，從而無法調試出性能優(yōu)越的產品。從 70 年代起轎車就興起了齒輪齒條轉向器，這種轉向機構由方向盤、轉向軸、萬向節(jié)、轉動軸、轉向器、轉向傳動桿和轉向輪等組成。方向盤操縱轉向器內的齒輪傳動，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。這種轉向機構與循環(huán)球式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(yōu)點。而且它的逆?zhèn)鲃有室哺撸?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。發(fā)展趨勢：近年來，隨著電子技術在汽車中的廣泛應用，轉向系統中也越來越多地采用電子器件。但目前電子轉向系統由于自身成本等因素的制約，很難在價格低廉的家用轎車上得到普及，而且電子轉向系統的安全可靠性相對較差，目前歐洲汽車法規(guī)中要求駕駛員與轉向車輪之間必須有機械連接，電子轉向系還不允許在歐洲上市。隨著科技發(fā)展和技術的完善，未來的電子技術在轉向系統中的應用會十分普遍。齒輪齒條式轉向器分兩端輸出式和中間（或單端）輸出式兩種。兩端輸出的齒輪齒條式轉向器，作為傳動副主動件的轉向齒輪軸通過軸承安裝在轉向器殼體中，其上端通過花鍵與萬向節(jié)叉和轉向軸連接。與轉向齒輪嚙合的轉向齒條水平布置，兩端通過球頭座與轉向橫拉桿相連。彈簧通過壓塊將齒條壓靠在齒輪上，保證無間隙嚙合。彈簧的預緊力可用調整螺塞調整。當轉動轉向盤時，轉向器齒輪轉動，使與之嚙合的齒條沿軸向移動，從而使左右橫拉桿帶動轉向節(jié)左右轉動，使轉向車輪偏轉，從而實現汽車轉向。中間輸出的齒輪齒條式轉向器，其結構及工作原理與兩端輸出的齒輪齒條式轉向器基本相同，不同之處在于它在轉向齒條的中部用螺栓與左右轉向橫拉桿相連。在單端輸出的齒輪齒條式轉向器上，齒條的一端通過內外托架與轉向橫拉桿相連。齒輪齒條方式的最大特點是剛性大，結構緊湊重量輕，且成本低。由于這種方式容易由車輪將反作用力傳至轉向盤，所以具有對路面狀態(tài)反應靈敏的優(yōu)點，但同時也容易產生打手和擺振等現象。齒輪與齒條直接嚙合，將齒輪的旋轉運動轉化為齒條的直線運動，使轉向拉桿橫向拉動車輪產生偏轉。齒輪并非單純的平齒輪，而是特殊的螺旋形狀，這是為了盡量減小齒輪與齒條之間的嚙合間隙，使轉向盤的微小轉動能夠傳遞到車輪，提高操作的靈敏性，也就是我們通常所說的減小方向盤的曠量。不過齒輪嚙合過緊也并非好事，它使得轉動轉向盤時的操作力過大，人會感到吃力。齒輪齒條式轉換器和循環(huán)球式轉換器，已成為當今世界汽車上主要的兩種轉向器：而渦輪蝸桿式轉向器和蝸桿肖式轉向器，正在逐步被淘汰或保留較小的地位。齒輪齒條式轉向器的主要優(yōu)點:結構簡單、緊湊；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成， 轉向器的質量比較?。粋鲃有矢哌_ 90%；齒輪與齒條之間因磨損出現間隙后，利用裝在齒條背部、靠近主動小齒輪處的壓緊力可以調節(jié)的彈簧，能自動消除間隙，這不僅可以提高轉向系統的剛度，還可以防止工作時產生沖擊和噪聲；轉向器占用體積小； 制造成本低。在現如今的汽車上，轉向系統是必不可少的最基本的系統之一，也是決定汽車主動安全性的關鍵總成，保持汽車具備較好的操縱性能，特別是在車輛高速化、駕駛人員非職業(yè)化、車流密集化的今天，汽車轉向系的設計工作顯得尤為重要。綜上，本次論文擬從以下幾點展開：（1）查閱資料，了解做研究課題的研究意義、研究概況和發(fā)展趨勢； (2)制定出轎車用齒輪齒條式轉向器的總體設計方案，并對其進行評價； (3)轉向系的設計及參數確定；(4)進行齒輪齒條式轉向器的設計與理論計算并校核； (5)根據計算和校核結果，利用 CAD 畫裝配圖、零件圖。