某乘用車齒條助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)題答辯

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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 論文題目 某乘用車齒條助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)班級(jí) 目錄 1 課題研究的目的和意義2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀3 本課題的研究?jī)?nèi)容及技術(shù)方案4 本設(shè)計(jì)的特色 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向器可分為齒輪齒條轉(zhuǎn)向器 蝸桿曲柄銷式轉(zhuǎn)向器和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器作為最常見(jiàn)的一種轉(zhuǎn)向器 具有哪些優(yōu)點(diǎn) 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 制造方便 工作可靠 使用壽命長(zhǎng) 自動(dòng)回正力強(qiáng) 傳動(dòng)方式是齒輪齒條直接嚙合 操縱靈敏度非常高 滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)阻力小 轉(zhuǎn)向輕便 轉(zhuǎn)矩傳遞性能較好 其正效率與逆效率都很高 屬于可逆式轉(zhuǎn)向器 并可安裝轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu) 隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展 人們對(duì)于汽車的要求也逐漸提高 汽車的操縱穩(wěn)定性日益受到廣泛的關(guān)注 傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車已經(jīng)不能滿足人們的需求 取而代之的是助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的崛起 包括液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已得到了廣泛的研究 1 傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的缺點(diǎn)非常明顯 它轉(zhuǎn)向操縱難度增大 轉(zhuǎn)向費(fèi)力 其傳動(dòng)比是固定的 即角傳遞特性無(wú)法改變 導(dǎo)致汽車的轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性無(wú)法控制 傳動(dòng)比無(wú)法隨汽車轉(zhuǎn)向過(guò)程中的車速 側(cè)向加速度等參數(shù)的變化而進(jìn)行補(bǔ)償 駕駛員必須在轉(zhuǎn)向之前就對(duì)汽車的轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性進(jìn)行一定的操作補(bǔ)償 這樣無(wú)形中增加了駕駛員的精神和體力負(fù)擔(dān) 2 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過(guò)液壓力作用來(lái)推動(dòng)傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng) 從而減輕了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度 解決了傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)隨著汽車質(zhì)量越大轉(zhuǎn)向越費(fèi)力的問(wèn)題 在一定程度上解決了傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比固定而造成的轉(zhuǎn)向 輕便 與 靈敏 之間的矛盾 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作可靠 技術(shù)成熟 能提供大的轉(zhuǎn)向助力 目前在部分乘用車 絕大部分商用車特別是中重型車輛上廣泛應(yīng)用 3 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)很多 一是系統(tǒng)助力矩的大小由電子控制單元實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和控制 能夠在各種行駛工況下提供最佳的助力 有效改善汽車的轉(zhuǎn)向助力特性 保證汽車在低速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向輕便靈活 高速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向穩(wěn)定可靠 可以很好地解決汽車轉(zhuǎn)向時(shí)輕與靈的矛盾 二是該系統(tǒng)只在轉(zhuǎn)向時(shí)電動(dòng)機(jī)才提供助力 因而能減少能量消耗 三是該系統(tǒng)取消了液壓裝置 使得其結(jié)構(gòu)更緊湊 質(zhì)量更輕 而且徹底根除了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中液壓油泄漏的問(wèn)題 可大大降低保修成本 減小對(duì)環(huán)境的污染 四是該系統(tǒng)由于直接由電動(dòng)機(jī)提供助力 而電動(dòng)機(jī)由蓄電池供電 因此該系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)熄火或出現(xiàn)故障時(shí)也能提供助力 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要性嗎 汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在經(jīng)歷了長(zhǎng)足的發(fā)展后已得到了整個(gè)汽車行業(yè)的認(rèn)可和應(yīng)用 在GB7258 2004中專門規(guī)定 車輛轉(zhuǎn)向軸最大設(shè)計(jì)軸荷大于4000kg時(shí) 必須采用轉(zhuǎn)向助力裝置 由此可見(jiàn) 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的重要性和必要性 綜上所述 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢(shì) 而齒輪齒條轉(zhuǎn)向器是最常用 優(yōu)點(diǎn)突出的轉(zhuǎn)向器 齒條助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力單元可靈活固定于齒條各處 方便整車布置 同時(shí)降低了齒數(shù)比即降低了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 可以提供優(yōu)良轉(zhuǎn)向特性 所以對(duì)齒條助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究意義重大 返回目錄 2 1助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 至今 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)4個(gè)發(fā)展階段 未來(lái)則可能向線控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展 目前汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正處在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展的過(guò)渡階段 目前 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零件在很大程度上依賴進(jìn)口 幾個(gè)主要的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)供應(yīng)商有TRW JTEKT Delphi ZFLenksysteme ThyssenkruppAutomotive 他們各自在不同的轉(zhuǎn)向產(chǎn)品領(lǐng)域中成為領(lǐng)導(dǎo)廠商 2008年 日本新上市的乘用車中約70 裝配了EPS 歐洲市場(chǎng)約為50 北美市場(chǎng)約為25 而我國(guó)則不足10 EPS代表未來(lái)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展方向 將作為標(biāo)準(zhǔn)件裝備到汽車上 并將在助力轉(zhuǎn)向領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位 特別是電動(dòng)汽車將構(gòu)成未來(lái)汽車發(fā)展的主體 這給EPS帶來(lái)了更加廣闊的應(yīng)用前景 2 2轉(zhuǎn)向器國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀2 2 1國(guó)外情況 在全球汽車廠家中 汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占市場(chǎng)份額接近一半 齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器占市場(chǎng)份額接近百分之四十 蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器占市場(chǎng)份額超過(guò)百分之十 其它轉(zhuǎn)向器在市場(chǎng)上基本消失 美國(guó)和日本都非常重視使用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 它們使用的比重都已超過(guò)百分之九十 日本的公共汽車基本全部使用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 大 中型貨車也大部分使用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 微型貨車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器大約百分之六十五左右 齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器的使用已經(jīng)超過(guò)百分三十五 而歐洲對(duì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的使用和發(fā)展非常重視 在中 小 微型客車中 齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器使用比重已經(jīng)超過(guò)一半 有些國(guó)家甚至達(dá)到百分之九十以上 在日本NSK公司的轉(zhuǎn)向器就以質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的優(yōu)勢(shì)占領(lǐng)了本國(guó)市場(chǎng) 并逐步銷售全世界 德國(guó)ZF轉(zhuǎn)向器公司是一個(gè)專門生產(chǎn)轉(zhuǎn)向器的大公司 從上世紀(jì)五十年代開(kāi)始生產(chǎn)轉(zhuǎn)向器到現(xiàn)在每年生產(chǎn)轉(zhuǎn)向器幾百萬(wàn)臺(tái) 另外美國(guó)德?tīng)柛９?英國(guó)BURMAN公司都是非常著名的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)公司 每年都會(huì)生產(chǎn)許多各種型號(hào)的轉(zhuǎn)向器 國(guó)外轉(zhuǎn)向器專業(yè)化設(shè)計(jì) 制造 加工和生產(chǎn)已成為一種趨勢(shì) 能夠使轉(zhuǎn)向器質(zhì)優(yōu)價(jià)廉 實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn) 快速占領(lǐng)國(guó)際市場(chǎng) 2 2 2國(guó)內(nèi)情況 在我國(guó)汽車使用的轉(zhuǎn)向器中 上世紀(jì)解放汽車和東風(fēng)汽車使用蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向器 現(xiàn)在解放汽車和東風(fēng)汽車也已經(jīng)開(kāi)始使用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 其它汽車大都使用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 我國(guó)在大量生產(chǎn)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器并在小型貨車及家庭轎車使用中得到飛速發(fā)展 例如我國(guó)第一汽車集團(tuán)公司在中日合作的項(xiàng)目上使用的就是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 還有其他本田 奧迪 桑塔納 夏利等轎車 以及南京依維柯 柳州五菱等小型貨車 均使用的是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 雖然國(guó)內(nèi)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有一定發(fā)展 但生產(chǎn)效率低 成本高 只有專業(yè)化設(shè)計(jì) 流水線生產(chǎn) 才能提高生產(chǎn)效率 降低生產(chǎn)成本 在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上占有一席之地 返回目錄 3 1對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 1 對(duì)轉(zhuǎn)向系方案進(jìn)行選擇 包括轉(zhuǎn)向盤 轉(zhuǎn)向軸 轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)向梯形的方案選擇 2 確定轉(zhuǎn)向系的主要參數(shù) 對(duì)轉(zhuǎn)向系的主要參數(shù) 傳動(dòng)比和計(jì)算載荷等進(jìn)行計(jì)算 3 設(shè)計(jì)齒輪齒條轉(zhuǎn)向器 確定齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的輸出形式和整車布置 對(duì)其工作原理進(jìn)行研究 對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì) 包括速比計(jì)算 螺旋角對(duì)其影響的分析 齒條齒面形狀分析 軸承選擇 4 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形 分析轉(zhuǎn)向梯形的理論特性 確定轉(zhuǎn)向梯形的布置形式 對(duì)轉(zhuǎn)向梯形的尺寸進(jìn)行初步確認(rèn) 最后對(duì)梯形進(jìn)行校核 3 2對(duì)轉(zhuǎn)向梯形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì) 對(duì)轉(zhuǎn)向梯形數(shù)學(xué)模型進(jìn)行推導(dǎo) 分析理想的左右轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角關(guān)系和實(shí)際的左右轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系 對(duì)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束條件進(jìn)行確定 最后對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析并進(jìn)行虛擬樣機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證分析 3 3三維建模 用Catia建立轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)向梯形完整的三維實(shí)體模型 并用CAD繪制工程圖 3 4有限元分析 基于有限元分析軟件ANSYS對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行建模和計(jì)算分析 并通過(guò)假設(shè)改進(jìn)方案對(duì)比 找到進(jìn)一步優(yōu)化方法 返回目錄 4 本設(shè)計(jì)的特色 1 在轉(zhuǎn)向梯形優(yōu)化設(shè)計(jì)中 進(jìn)行虛擬樣機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證分析 建立了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)模型 系統(tǒng)尺寸 位置參數(shù)采用優(yōu)化后的參數(shù) 對(duì)優(yōu)化結(jié)果的有效性進(jìn)行驗(yàn)證 2 在有限元分析中 采用有限元分析軟件ANSYS 它能與多數(shù)CAD軟件接口 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換 如Creo NASTRAN Alogor I DEAS AutoCAD等 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí)CAE工具之一