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汽车转向机构设计论文
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- 汽车转向机构设计论文
目 录
中文摘要、关键词……………………………………………………………………………1
英文摘要、关键词……………………………………………………………………………2
引言 ……………………………………………………………………………………………3
第1章 轿车转向系统总述…………………………………………………………………4
1.1 轿车转向系统概述……………………………………………………………………4
1.1.1转向系统的结构简介…………………………………………………………………4
1.1.2轿车转向系统的发展概况……………………………………………………………4
1.2 轿车转向系统的要求………………………………………………………………5
第2章 转向系的主要性能参数………………………………………………………7
2.1 转向系的效率…………………………………………………………………………7
2.1.1转向器的正效率…………………………………………………………………7
2.1.2 转向器的逆效率……………………………………………………………………8
2.2 传动比变化特性………………………………………………………………………9
2.2.1 转向系传动比…………………………………………………………………………9
2.2.2 力传动比与转向系角传动比的关系…………………………………………………9
2.2.3 转向器角传动比的选择 ……………………………………………………………10
2.3 转向器传动副的传动间隙 ……………………………………………………………10
2.4 转向盘的总转动圈数 …………………………………………………………………11
第3章 轿车转向器设计…………………………………………………………………12
3.1 转向器的方案分析 ……………………………………………………………………12
3.1.1 机械转向器…………………………………………………………………………12
3.1.2 转向控制阀…………………………………………………………………………12
3.1.3 转向系压力流量类型选择…………………………………………………………13
3.1.4 液压泵的选择………………………………………………………………………14
3.2 齿轮齿条式液压动力转向机构设计…………………………………………………14
3.2.1 齿轮齿条式转向器结构分析………………………………………………………14
3.2.3 参考数据的确定……………………………………………………………………20
3.2.4 转向轮侧偏角计算…………………………………………………………………21
3.2.5 转向器参数选取……………………………………………………………………21
3.2.6 选择齿轮齿条材料…………………………………………………………………22
3.2.7 强度校核……………………………………………………………………………22
3.2.8 齿轮齿条的基本参数如下表所示…………………………………………………23
3.3 齿轮轴的结构设计……………………………………………………………………23
3.4 轴承的选择……………………………………………………………………………23
3.5 转向器的润滑方式和密封类型的选择………………………………………………24
3.6 动力转向机构布置方案分析…………………………………………………………24
第4章 转向传动机构设计………………………………………………………………26
4.1 转向传动机构原理……………………………………………………………………26
4.2 转向传送机构的臂、杆与球销………………………………………………………27
4.3 转向横拉杆及其端部…………………………………………………………………28
第5章 转向梯形机构优化………………………………………………………………30
5.1 转向梯形机构概述…………………………………………………………………30
5.2 整体式转向梯形结构方案分析……………………………………………………30
5.3 整体式转向梯形机构优化分析……………………………………………………31
5.4 整体式转向梯形机构优化设计……………………………………………………34
5.4.1 优化方法介绍……………………………………………………………………34
5.4.2 优化设计计算……………………………………………………………………35
结论……………………………………………………………………………………………37
致谢……………………………………………………………………………………………38
参考文献………………………………………………………………………………………39
轿车转向机构设计
摘要：本课题的题目是转向系的设计。以齿轮齿条转向器的设计为中心，一是轿车转向系统总述；二是机械转向器的选择；三是齿轮和齿条的合理匹配，以满足转向器的正确传动比和强度要求；四是动力转向机构设计；五是梯形结构设计。因此本课题在考虑上述要求和因素的基础上研究利用转向盘的旋转带动传动机构的齿轮齿条转向轴转向，通过万向节带动转向齿轮轴旋转，转向齿轮轴与转向齿条啮合，从而促使转向齿条直线运动，实现转向。实现了转向器结构简单紧凑，轴向尺寸短，且零件数目少的优点又能增加助力，从而实现了汽车转向的稳定性和灵敏性。在本文中主要进行了转向器齿轮齿条的设计和对转向齿轮轴的校核，主要方法和理论采用汽车设计的经验参数和大学所学机械设计的课程内容进行设计，其结果满足强度要求，安全可靠。
关键词：轿车 转向系 齿轮齿条设计 转向梯形
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
轿车转向系统概述
在转向技术方面轿车和普通汽车一样，只是由于轿车的体型小，质量轻，在安装空间和转向特性方面与大车有着一定的不同，但轿车的转向系统和通常汽车在转向原理，转向要求和转向效果上都是基本相通的。
1.1.1 转向系统的结构简介
转向系统是汽车底盘的重要组成部分，转向系统性能的好坏直接影响到汽车行驶的安全性、操纵稳定性和驾驶舒适性，它对于确保车辆的行驶安全、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件起着重要作用。
按转向力能源的不同，可将转向系分为机械转向系和动力转向系。
机械转向系的能量来源是人力，所有传力件都是机械的，由转向操纵机构(方向盘)、转向器、转向传动机构三大部分组成。其中转向器是将操纵机构的旋转运动转变为传动机构的直线运动(严格讲是近似直线运动)的机构，是转向系的核心部件。
动力转向系除具有以上三大部件外，其最主要的动力来源是转向助力装置。由于转向助力装置最常用的是一套液压系统，因此也就离不开泵、油管、阀、活塞和储油罐，它们分别相当于电路系统中的电池、导线、开关、电机和地线的作用。
1.1.2 轿车转向系统的发展概况
早期的轿车转向是用舵柄或横杆(即一种两端带有手柄的水平杆)进行操纵，转向比是1:1，因而汽车转向时的操作是很吃力的。后来，带有齿轮减速比的转向机构很快被推广使用，但是，这种机构的方向盘不象舵柄或横杆要置放在汽车中线的位置，而是要置放在汽车的左边或右边，这样触发了方向盘位置的争论。这场争论旷日持久，导致了今天的汽车分成了两大类方向盘装置法：一类以美国，中国，俄罗斯等世界上大多数国家和地区采用的左置方向盘，实行右上左下的汽车行驶规则；另一类以英国及英联邦，日本等少数国家和地区采用的右置方向盘，实行右下左上的汽车行驶规则。
几十年来，各种汽车都使用蜗杆扇形齿轮转向器，现在的循环球式转向器也是这种转向器的一种变型，轿车也经常使用。在这种转向器中，蜗杆与扇形齿轮之间嵌入了钢珠，大大降低了摩擦力，使汽车的转向操纵变得比较轻松。
从70年代起轿车兴起了齿轮齿条转向机构，它由方向盘、方向轴、方向节、转动轴、转向器、转向传动杆和转向轮(前轮)等组成。方向盘操纵转向器内的齿轮转动，齿轮与齿条紧密啮合，推动齿条左移动或右移动，带动转向轮摆动，从而改变轿车行驶的方向。
这种转向机构与蜗杆扇形齿轮等其它类型的转向机构比较，省略了转向摇臂和转向主拉杆，具有构件简单，传动效率高的优点。而且它的逆传动效率也高，在车辆行驶时可以保证偏转车轮的自动回正，驾驶者的路感性强。其实，齿轮齿条转向机构早在一世纪前的汽车萌芽发展阶段已经有了，只是那时还不完善，机件加工粗糙。1905年通用汽车卡迪拉克部的工程师将齿轮齿条转向器的设计理论化，并加工成精度很高，操纵灵活的齿轮齿条转向器，正式应用在轿车上。
后来，汽车转向器的型式被蜗杆一扇形齿轮型式所垄断，但许多人仍然继续完善齿轮一齿条转向机构。由于近代材料科学的发展，大大提高了齿轮一齿条转向机构的安全可靠系数，人们再次重视这种转向机构的简单实用性，由于它具有构件少质量轻，成本低的优点，受到汽车制造商的青睐，现在大多数的轿车转向器都采用齿轮一齿条型。现代轿车马力大、速度快，为了操纵的轻便和灵敏，中高档次的轿车转向器都加装了转向动力装置，又称为液压动力转向器。它具有工作无噪声，灵触度高体积小，能够吸收来自不平路面的冲击力，在现代轿车上得到十分广泛的应用。
1.2 轿车转向系统的要求
1、轿车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转，任何车轮不应有侧滑。不满足这项要求会加速轮胎磨损，并降低汽车的行驶稳定性。
2、轿车转向行驶时，在驾驶员松开转向盘的条件下，转向轮能自动返回到直线行驶位置，并稳定行驶。
3、轿车在任何行驶状态下，转向轮都不得产生自振，转向盘没有摆动。
4、转向传动机构和悬架导向装置共同工作时，由于运动不协调使车轮产生的摆动应最小。
5、保证轿车有较高的机动性，具有迅速和小转弯行驶能力。
6、操纵轻便。
7、转向轮碰撞到障碍物以后，传给转向盘的反冲力要尽可能小。
8、转向器和转向传动机构的球头处，有消除因磨损而产生间隙的调整机构。
9、在车祸中，当转向轴和转向盘由于车架或车身变形而共同后移时，转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。
10、进行运动校核，保证转向轮与转向盘转动方向一致。
正确设计转向梯形机构，可以使第一项要求得到保证。转向系中设置有转向减振器时，能够防止转向轮产生自振，同时又能使传到转向盘上的反冲力明显降低。为了使轿车车具有良好的机动性能，必须使转向轮有尽可能大的转角，并要达到按前外轮车轮轨迹计算，其最小转弯半径能达到轿车车轴距的2～2.5倍。通常用转向时驾驶员作用在转向盘上的切向力大小和转向盘转动圈数多少两项指标来评价操纵轻便性。没有装置动力转向的轿车，在行驶中转向，此力应为50～100N；有动力转向时，此力在20～50N。轿车转向盘从中间位置转到每一端的圈数不得超过2.0圈。 ...
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