长城微型汽车设计（齿轮齿条式转向系与麦弗逊前悬架设计）【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 长城微型汽车转向系与前悬架的设计 摘 要 本次设计的设计车型是长城微型汽车，其中 本人 所负责设计的是转向系与前悬架 ,而任务书中 给定 的转向器 是 齿轮齿条式转向器， 给定的 前悬架 是 麦弗逊式独立悬架。 分析所选定 悬 架 的 设计 过程，首先要重点了解 它 的结构。然后 分析其工作原理。最后 进行主要参数的计算，计算内容主要是对弹性元件的各个主要参数进行计算以及对这些数据的校核。真正了解减振器和横向稳定器的结构原理，并且明白它们在前悬架中的功用。 同样对于 转向 系来说 ， 其 重点在于转向器 类型 的 选用 。 其 计算内容 的重点是 转向系参数的计算 与 校核。本次 所给定的 车型是长城微型汽车，转向器按任务书所给定的设计 ，其优点有：结构简凑；质量轻，刚性大；传动效率高；具有自动调整齿间间隙装置；重要的是它与麦弗逊式悬架特别配用。对于转向器的布置，采用前置布置。 由于麦弗逊 式 独立悬架被应用到转向轮上，则 各 个转向轮相对车架均做独立运动，为此转向桥的选择必然是断开式的。与此对应，转向梯形也应选断开式的。对于转向梯形的布置，考虑到综合因素，采用后置式布置。 关键词： 麦弗逊式 ， 独立悬架，齿轮齿条式转向器 ， 转向梯形 ，断开式 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 F F he of is a is in of is a of on At of of in is on of of is of is of on is of is it of is to is of so of is be of is 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 第一章 前 言 . 1 第二章 转向系 的 设计 要求 . 2 述 . 2 车转向系的类型 . 2 械转向系的组成 . 4 向系的设计要求 . 5 型汽车转向系的特点 . 5 车转向系的要求 . 5 第三章 转向系设计方案分析 . 7 向器 . 7 向器的结构选择 . 7 向器的布置 . 8 转向传动机构的布置 . 8 第四章 转向 系 有关参数的计算及校核 . 10 向系参数的计算 . 10 向器的效率 . 10 动比的变化特性 . 10 转动圈数 . 11 第五章 齿轮齿条式转向器设计与计算 . 12 算载荷的确定 . 12 车的转向阻力 . 12 向盘上的 力 . 12 向横拉杆直径的确定 . 12 动齿轮轴直径的计算 . 12 想的内外轮转角关系 . 13 向器的设计 . 13 向器齿轮有关参数的设计计算 . 13 向器齿条有关参数的设计计算 . 14 轮齿条式转向器的校核 . 14 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 条的强度计算 . 14 向齿轮的强度计算 . 15 轮轴的校核 . 17 向系结构元件的设计与校核 . 20 头销的强度校核 . 20 2 转向横拉杆的强度校核 . 21 第六章 前悬架的结构与原理 . 23 架的作用 . 23 架的组成 . 23 弗逊式独立悬架的结构及特点 . 23 第七章 悬架主要参数的确定 . 26 架频率的选择 . 26 架的工作行程 . 26 架刚度计算 . 26 第八章 弹性元件的设计 . 28 簧形式的选择 . 28 簧参数的计算 . 28 簧有关参数的计算： . 28 有效圈数 . 29 簧的校验 . 29 第九章 减振器的结构原理及其功用 . 31 振器的作用 . 31 振器的结构 . 31 振器的工作原理 . 32 振器参数的确定 . 32 取相对阻尼系 . 32 尼系数 的确定 . 33 大卸荷力 0F 的确定 . 33 第十章 横向稳定器 . 34 结 论 . 36 参考文献 . 37 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 谢 . 38 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第一章 前 言 现今，我国已经成为汽车制造大国和汽车购买大国，汽车已经逐步进入到普通家庭，想必不久，汽车就会成为家家户户代步工具，如果不考虑我国日益严重的交通状况的话。 可是我们不得不提我国汽车行业的现状 ，与国际先进的 汽车设计 技术比较 ， 我 国与 它们之间 还 有不小 的差距。 目前大体现状是我 国汽车技术 的来源属于自己的很少 ， 其所占的比例 少之又少， 而 引进 的国外技术 占据了很大的比例，作为 一个泱泱大国 的我们 ， 有何面目去面对这个 不能让人接受的事实。因此 怎样做才能够增强 我国汽车 行业的竞争力 ， 缩短彼此之间的差距 ， 应 是我 国不得不考虑 的 事情 。如何去做 不应有 不是一蹴而就的 想法 ， 这也是不切实际的， 而 应 从多方面入手，如鼓励 支 持汽车工业的发展 ， 加大对先进 技术 的投入 ， 提高技术人员的创新积极性，从而为我国汽车 技术 的发展做 储备。依据我国 目 前 良好的 经济发展 形势及整体经济的 构成比例，再 综合我国 广大 消费 者 的 需求 ， 发展微型汽车是一种必然的趋势 增。 微型汽车的尺寸大小较小，结构相对紧凑，发动机经济性较好，并且制造成本较低，能满足众多家庭的购买需求。当 前，微型汽车已经受到大众的热烈的关注，更深层次来说，它已成为汽车的一种发展趋势。在一些 发达 国家， 它 的比例已经 达 到 70%。虽然我国微型汽车也逐渐被大众所喜爱，销售的数量迅速增长，但与欧美日等相比比例仍然偏低。积极发展微型汽车，有利于减轻我国对能源需求的压力，符合我国建设节约型社会的国策，同时减少了废气的排放，减少了污染，保护了环境，并且 对我国汽车工业自主品牌的发展有很大促进作用，从而不断提高行业竞争力，促进汽车产业不断发展。 充分利用这一机遇 ，有助于缩小我国与汽车强国之间的差距，更加有利于我国汽车行业抓住有利时机来发展自己，另辟蹊径逐渐赶超欧美日等国。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 第二章 转向系 的 设计 要求 述 每当汽车 在路面上运动 时，转向轮 会受到一个 力使其转 到 某一个 方向 ，进而汽车 运动 的方向随之发生偏离。那么此时，驾驶员需要反相转动转向轮，从而能够让汽车恢复到原来的行驶方向上。总而言之，每当汽车要改变行进方向的时候，它不是无目的的，而是要跟随驾驶员意愿进 行该向。要实现这一操作过程，就少不了一套机制，该机制需满足汽车能够跟随驾驶员意愿而发生方向偏转，汽车上它就是转向系。通过转向系，驾驶员能够偏转转向轮，从而使汽车的运 动按照驾驶员的意志进行。 车转向系的类型 一、机械转向系 图 2械转向系结构图 当 所需 能源都 由 臂力 提供 时， 它被 称为机械转向系（即手动转向系），理所当然它 是靠手动操纵 。 当 汽车转向的时候，驾驶员操纵方向盘的手臂会提供一个力矩， 该 力矩通过转向系最终作用在转向轮上，该力矩 对转向轮的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 影响是使转向轮偏离了 轴向 某一角度，从而实现汽车的转向。 当 汽车 需要 转向时，每 一 车轮 均需要 满足 某 个角度关系，即它们 的运动轨迹的圆心 均 重合于同一点 ，而且运动 轨迹不同的 的车轮均作 无滑旋转 ，那么转向梯形的设置能够最大程度的满足要求。可以看出，转向梯形是汽车转向系里不可或缺的一部分，它主要由转向横拉杆和 梯形 臂绞接组成，其功用是满足汽车转向时的角度关系。 二、 动力转向系 图 2力转向系结构图 当能源 少数 来自臂力而 大多数 来自转向 加力装置时，该转向系称为动力转向系。简单来说，动力转向系其实是机械转向系的加强版，即把一 个 转向加力装置加 到 在机械式转向系上。 其工作原理 如 上 图，当转动 方 向盘时， 通过所用的转向加力装置的工作 。其结果是驾驶员能够用较小的力矩克服地面对车轮的转向阻力矩。 按照任务书的要求，本次设计的汽车是长城微型汽车，当其满载时，在没有转向加力装置的作用下，转向时 方 向盘 所 需的作用力很小，操纵转向也轻便，因此采用机械转向系 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 械转向系的组成 机械转向系的结构中有三个机构是必不可少的，这三个机构是操纵机构 、转 向器及传动机构 。对于转向器来说，根据任务书的要求，所设计的转向器是齿轮齿条式转向器。 一、齿轮齿条式转向器 所选转向器的主体结构主要有齿轮与齿条 ， 其中齿轮同转向轴做成一体的齿轮轴。 齿条与转向横拉杆做成一体。 图 2轮齿条式转向器结构图 所选转向器与其他的相比所有的优势是： 结构 上，它 单一 、 紧凑 ；制造成本上，它比较低廉；效率上，它的正、逆效率较高；转向相当轻便；具有能够自动调整齿间间隙的装置；对转向系刚性有好的改善； 其主要缺 点有：因为只有齿轮与齿条一对传动副，摩擦比较小、传动效率高，路面不平对车轮的冲击所引起的转向盘反击比较大；转向连杆受到倾向力作用，杆中应力较大；前轮转向角的大小取决于齿条位移的大小，为获得足够大的转角只有选用比较短的转向节臂，从而造成转向装置受力较大。 二、 转向操纵机构 自 方向盘 开始（包括 方向盘 ），沿着转向管柱直到 转向用的轴 之间的零件均属于 操纵机构 ，它主要包含的部件有 方向盘 、转向柱管、 转向轴 、 万向节 和 传动轴 等。其中 管柱 中部要 安装在驾驶室的前部位置上 ，固定的方式是买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 利用 橡胶所做成的垫片 及 由冲压而成、支架形状为半 圆的 的 来 固定，它的下端则装入到支座的孔里。转向轴的上端要穿经转向柱管，利用转向轴衬套固定支承；位于 它的支座里的轴承是圆锥滚子，用它来固定轴的下的一端面 。通过利用转向装置 ， 使轴同转向器壳里的蜗杆相连 。 下端的万向节通过花键同传动轴相连接 。 三、转向传动机构 依据任务书的要求，所要设计的 转向器是齿轮齿条式转向器，设计的前悬架是麦弗逊式独立悬架，那么转向传动机构的选择需要与独立悬架相配用 。相比较而言，它的转向传动机构是比较简单的， 转向传动机构仅包括转向连杆和转向节，零件少、占用空间小。 其一，因为在它的结构中横拉杆和 转向节臂之间去掉了一些零件，即转向摇臂、转向纵拉杆、转向梯形臂；其二，因为它的转向横拉杆的结构选择了分段式的，则它的横拉杆长度是可以调节的，从而易于安装；其三，利用球头销，转向横拉杆同转向节臂相连，该转向横拉杆能够最大程度的满足所要求的性能参数。 转向传动机构在转向系里的作用是传递力与运动，即把转向器所输出的力及运动向下传递，最终传递给转向节，转向节的偏转带动转向轮的偏转，从而汽车实现了转向。同样满足各个 车轮之间的某种角度关系，从而在汽车转向时 实现轮与支承面的滑动最大程度 的减 小。 向系的设计要求 型汽车转向系的特点 （ 1）结构简单 、紧凑 ； （ 2）制造容易，成本低； （ 3）体积小，布置容易； 车转向系的要求 （ 1）满足汽车能够以较小半径转弯的要求。 （ 2）满足汽车在转弯行驶时的各个转向轮偏转角关系协调，从而确保每个车轮的瞬时转向中心重合在一点，并且各车轮均做纯滚动。 （ 3） 汽车转弯时 ，若驾驶员 在方向盘上 无作用力，那么 转向盘 能 够自买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 己返回原位置 ，确 保 汽车处于稳定的 良好驾驶状 态 。 （ 4）操纵轻便。 （ 5） 确保轮的转动方向同方向盘的旋转方向保持一致 。 （ 6）当转向轮受到冲击时，转向轮反冲要尽可能小，即对驾驶员的影响要小。 （ 7）确 保转向有关机构 与 悬架的空间布置要符合 合理 的安装要求 ， 以防它们之间的产生运动干涉 。 （ 8） 应装有齿间间隙调整装置，确保转向系的间隙要小。 （ 9）工作稳定，安全可靠。 （ 10）有足够的强度和寿命。 （ 11）具有一定的保护作用。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 第三章 转向系设计方案分析 向器 向器的结构选择 任务书 中 要求设计的 转向器 是 齿轮齿条式转向器 。该转向器的结构选择，按照输入齿轮的安装位置以及输出情况的不同，它可以分成以下四种形式： 1、中间输入，两端输出（图 a）； 2、侧面输入，两端输出（图 b）； 3、侧面输入，中间输出（图 c）； 4、侧面输入，一端输出（图 d）； 图 3构 形式 从整体上分析，一般情况下，若 汽车的悬架选用的是麦克弗森式式独立悬架，且转向器选用的是齿轮齿条式，当选用的转向器安装位置较低时，则常选两端输出的形式，当选用的转向器安装位置较高时，则选用中央输出式的形式；若汽车选用其他独立悬，而转向器还是齿轮齿条式转向器，同样也常采用两端输出的形式； 从结构上分析，若选 用侧面输入，中间输出的形式，则在齿条两端附近的两横拉杆的长度要相对较长，从而在车轮跳动的时候其摆角要小， 这样的优点 就是 涉转向器同悬架的运动干 减弱。按照其结构的需要，它的壳体上具有买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 轴向长槽，有利于改善拉杆的强度；若选 用两端输出的形式，则空间上长度受到制约的转向拉杆更会同悬架导向机构发生运动干涉；若选用侧面输入，一端输出的形式，其在轿车上几乎不用，而常应用在平头货车上。 综合考虑分析，今选 用如图 3示 形式，即侧面输入，两端输出的形式。 向器的布置 按照转向器所安装得位置同前轴及转向梯形所处位置的比较情况，其布置形式可分以下为四种情况： 1、 转向器位于前轴后方，后置梯形 （图 a）； 2、 转向器位于前轴后方 ， 前置梯形 （图 b）； 3、 转向器位于前轴后方 ， 前置梯形 （图 c）； 4、 转向器位于前轴后方 ， 前置梯形 （图 d）； 图 3本次转向系的设计是长城微型汽车转向系的设计，设计过程中力求结构简单、紧凑，并且其安装位置较低。按设计要求，今选用如图 3-2 c） 所示的布置方案。 转向传动机构的布置 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 在这次设计中，因为相对车架各个车轮均做独立不相连的运动，由鉴于此转向桥的形式一定应选择断开式的。与之相对应，转向传动机构中所属的转向梯形的形式也应该选用断开式的。从另一方面说，因为选用断开式转向梯形能很好地与所设计的前悬架 而确证了当一面的车轮跳动，而在对面的车轮受不到其影响。此外，还满足了汽车转弯时车轮偏转角的协调关系，从而能够使以不同圆轨迹运动的车轮的转向中心均能够重合在同一点上，这样每个车轮都作纯滚动运动。 按照 转向梯形 相对 前轴 位置的情况，其 布置形式 可以分成两种，即 后置梯形与 前置梯形 。对这两种布置形式分析，一般情况下，转向梯形布置的位置处在前轴的后面，这样做有利于前轴保护转向 梯形，安全性较好；若选用转向梯形前置的形式，其适用条件为发动机安装的位置较低或前轴驱动，因为这样转向梯形没有可利用的空间供其安装。 综合分析考虑，今选用梯形后置的形式。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 第四章 转向系有关参数的计算及校核 向系参数 的计算 向器的效率 1、转向器的正效率 123() （ 4 2、转向器的逆效率 323() （ 4 式中 , 1p 2p 3p 动比的变化特性 1、转向系传动比 0i 及 计算公式 。 （ 4 0 （ 4 式中 , w k d 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 2、i 的关系 F a （ 4 2 （ 4 式中， a 般取值范围是 胎面宽度，今取 a 值从 80 的标准系列内选，今取。 将上两式代入到 2 ， 得 r a（ 4 0i = （ 4 由该式可得 ,当 a 较小时，保证转向轻便。 当 0i 值变大，则需要较小的作用在转向盘上的力矩去抵消地面的阻力矩，当方向盘直径为定值，从而需要作用在方向盘的力就不大。 倘若 0i 值太大，就 可能 造成转向不敏感。由此可知， 0i 值并不是越大越好，应该综合考虑选取一个合适的 值。 转 动圈数 方向盘由其中间位置转 动 到它的其中一端位置时转动的圈数 的二倍是 转向系总传动圈数。乘用车转向系的总转动圈数相对与商用车的要小，乘用车一般不应超过 ，商用车一般不应超过 。本次转向系的设计是对微型汽车转向系的设计，选总传动圈数为 3 圈。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 第五章 齿轮齿条式转向器设计与计算 算载荷的确定 车 的 转向阻力 5 ； 0 . 2 5 M ； 5 8 4 4 . 7 2 ； 0 . 7满载时一般取式中， 将以上数值代入上式，得 向盘上的力 5 ； 20i ； 3 8 0 m 式中， 由传动机构的结构可知， 1L ， 2L 不带入 公式 。 将以上数值带入上式，得 1。 向横拉杆直径的确定 4 （ 5 式中， 216 70 得 61 6 0 8 5 2 24 取 0 动齿轮轴直径的计算 3 16 （ 5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 得 0 3 取 想的内外轮转角关系 c o t c o t （ 5 m i n m a xs i （ 5 式中， 805 ； 405 ； 502 ； 将以上数值代入上两式，得 = 。 向器 的设计 向器齿轮有关参数的设计计算 转向齿轮采用斜齿圆柱齿轮，螺旋角范围为 9 15，此次设计转向齿轮的螺旋角 选为 12 。转向齿轮齿数选取范围是 85 个，今选取齿数为 8 个，则 8Z 。压力角 取 20 。 0 （ 5 式中， r 0 m 0 r （ 5 式中， 选值范围 0 30，今取 08 ； i n m a 1 1 , 0 . 1 5m K m K。 即 21405() 选取 170m ， 将 170m ， 08 ，0i=18 代入上式，得 由齿轮节圆直径公式： o o nn 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 得 44.2 反代得 ， 82 由 * 齿轮的齿顶高 * 齿轮的齿根高为： * 式中 ， 0 齿顶圆直径为：aa =2+2 2.5 齿根圆直径为： 。 齿轮齿宽为： 711 取 81 向器齿条有关参数的设计计算 按照 相互啮合的关系， 则它 动圈数 们的 基圆齿距 是一样的 ， 即12可以进一步得到转向系总传动圈数与转向齿轮转的关系，即它们的圈数是相等的，则转向齿轮转动圈数为 3 圈。又齿轮的齿数为 8 ，得齿条的最小齿数为： 2Z 3 1Z 38 24。 齿条齿宽为 2b =18条长为 2l = 2Z 24 =354轮齿条式转向器的校核 条的强度计算 一、齿条的受力分析 齿条的受力分析如下图 图 5条的受力分析 各力的大小为： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 tF=5-9） 1 （ 51 （ 5= 1 （ 5 齿轮轴受到的切向力： 式中， T 为 9760 ； 齿条齿面的法向力： 8 6c o sc o 齿条齿部受到的切向力： 1 4c o s 二、齿条齿部 的强度校核 齿条的单齿弯曲应力 2 107 bs （ 5 齿条齿根弯曲应力从上面条件可以计算出 ： 0F =157N/ 齿条选材为 45 钢 ，则 2735 则齿部弯曲安全系数为 S = b / F由以上数据可得，所设计的齿条参数不仅符合弯曲疲劳强度的要求，而且也符合接触强度的要求。 向齿轮的强度计算 一 、齿面接触疲劳强度计算 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 载荷系数 K 为 K= K5 式中， K ； K； 1d由公式可计算得 2 则载荷系数 K= K1 1 ， Z =Z =齿轮 的 选材 为 16 渗碳淬火 ， 则 ，应力循环次数5102N ，所以 由公式 (5将数值代入上式 得 H = 1500 1650 比较可得， H H 。则所设计齿轮满足疲劳强度 二、齿轮齿根强度 校核 当齿轮工作时， 齿根受弯最大 ，则它的位置是 最不安全的 。 弯曲疲劳强度计算校核公式： （ 5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 。 ; 1 . 4 =Y ; ; K ; ; 式中,由 公式 F = （ 5 将数值带入上式， 得 F = 由公式 m K （ 5 ;中，m 将数值带入可得， F= 425 比较可知， F F 。因此， 所设计齿轮的强度 符合 要求 。 经过一系列校核可知，齿轮及齿条的设计均符合强度要求。 轮轴的校核 一、 齿轮轴强度校核 1、轴的受力分析 将数值代入公式得 t 9 7 6 02/2 111 ； 512c o s/20t a 9 0c o s/t a ； 112t a 9 0t a (1) 画轴的受力简图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 轴的受力简 图 (2) 计算支承反力 在垂直面上 V A V 在水平面上 H 9 02 1 (3) 画弯矩图 水平面上， 剖面左，右侧 A 1 7 在垂直面上， 剖面左侧 A 5 剖面右侧 B 8 合成弯矩， 剖面左侧 222 剖面右侧 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 222 (4) 画转矩图 转矩 9 7 6 02/ 9 02/1 2、判断危险剖面 综合比较知， 截面 的 左侧 受 弯最大， 则此处 是危险剖面。 由机械设计查得 M 0 1 ， 00 0 ， 01 =60/100= 截面左侧 333 332 2222 M P 二 、安全系数校核 50 ， ， ， 截面左侧 33 2 32216 其 中 M P 3 3 7 8 应力幅 M P 平均应力 0m 切应力 M P T 2 69 7 6 0 M P 安全系数 01 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 51 ,由 比较知 则侧面 是安全的。向系结构元件的设计与校核 头销的强度校核 由于汽车的转向轮包含有外倾角和前束角，主销包含有后倾角和内倾角，因此转向以及车轮跳动时，转向连杆一般做空间运动。为此，传动机构的关节处应用球头销铰接。 所用的销 因为时常 旋转运动 ，因此 它的接触面 会因为彼此 之间的 摩擦 而慢慢的被 损坏 ，因此会对转向 元件之间的配合间隙造成影响，进而造成其转向效率减小，某种程度上会出现转向误差，因此对球头销强度的校核是必须的。 接触应力公式： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 j (5式中， F 球头销常用渗碳钢312 造，其需用应力 5，按照 汽车轴向轮负荷 ，取 。 作用在球头销的力为 42 则球头销上的应力为 =11.5 其远 小于安全 应力范围，显然 符合强度设计要求 。 2 转向横拉杆的强度校核 为了满足 转向拉杆 的使用要求 。在本次设计中，转向横拉杆用 40的断面直径为 785p M P a ， 200p。 由材料力学公式， 得 2 2 91 63 . 1 4 2 0 0 1 0 5 0 . 1 4 57 8 5 1 0 惯性矩 44 83 . 1 4 ( 0 . 0 3 ) 3 . 9 7 1 06 4 6 4 横截面积 2 47 .