瑞纳轿车齿轮齿条转向器设计开题报告

需要全套设计联系Q 97666224（说明书CAD图等）题目：现代瑞纳轿车转向器设计与运动仿真一、毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1.1题目背景及研究意义汽车是重要的交通运输工具，其设计和制造水平是各国科学技术发展水平的重要标志。早期的汽车转向是用舵柄或横杆（即一种两端带有手柄的水平杆）进行操作，转向比是1：1，因而汽车转向时的操作是很吃力的。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、转向传动传杆和转向轮（前轮）等组成1。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。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合理化，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。汽车工业是资金密集、技术密集、人才密集、综合性强、经济效益高的产业。世界各个工业发达国家几乎无一例外地把汽车工业作为国名经济的支柱产业。汽车的研制、生产、销售、营运，与国民经济许多部门都息息相关，对社会经济建设和科学技术发展起重要的推动作用 2。汽车也是社会物质生活发展水平的标志。汽车的保有量随着国民人均收入水平的提高而增加。在许多发达国家中，汽车的数量巨大并已普及到千家万户，进而促使人们的社会生活方式发生了显著的变化。其中转向系统是汽车的一个重要组成部分，它直接影响汽车的安全性和操控性。汽车转向系统的好坏直接影响到汽车的驾驶舒适性、安全性和耗能，甚至影响到环境。1.2国内外相关研究情况：根据转向能源的不同，汽车转向系可以分为机械转向系和动力转向系两大类型。按照助力形式，又可以分为机械式（无助力），和动力式（有助力）两种，其中动力转向器又可以分为气压动力式、液压动力式、电动助力式、电液助力式等种类。动力转向系统是兼用驾驶员体力和发动机(或电机)的动力为转向能源的转向系统，它是在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置而形成的。1.2.1转向系统传动机构汽车转向操纵机构由转向盘、转向轴以及转向柱管等机件组成。它的作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。转向器(也常称为转向机)是完成由旋转运动到直线运动(或近似直线运动)的一组齿轮机构，同时也是转向系中的减速传动装置。 目前较常用的有齿轮齿条式、循环球曲柄指销式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、蜗杆滚轮式等。我们主要介绍前几种。1）齿轮齿条式转向器 齿轮齿条式转向器分两端输出式和中间（或单端）输出式两种。 两端输出的齿轮齿条式转向器，作为传动副主动件的转向齿轮轴通过轴承和安装图1齿轮齿条式转向器 在转向器壳体中，其上端通过花键与万向节叉和转向轴连接。与转向齿轮啮合的转向齿条水平布置，两端通过球头座与转向横拉杆相连。弹簧通过压块将齿条压靠在齿轮上，保证无间隙啮合。弹簧的预紧力可用调整螺塞调整。当转动转向盘时，转向器齿轮转动，使与之啮合的齿条沿轴向移动，从而使左右横拉杆带动转向节左右转动，使转向车轮偏转，从而实现汽车转向。中间输出的齿轮齿条式转向器如图所示，其结构及工作原理与两端输出的齿轮齿条式转向器基本相同，不同之处在于它在转向齿条的中部用螺栓与左右转向横拉杆相连。在单端输出的齿轮齿条式转向器上，齿条的一端通过内外托架与转向横拉杆相连。2）循环球式转向器循环球式转向器是目前国内外应用最广泛的结构型式之一， 一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。为了减少转向螺杆转向螺母之间的摩擦，二者的螺纹并不直接接触，其间装有多个钢球，以实现滚动摩擦。转向螺杆和螺母上都加工出断面轮廓为两段或三段不同心圆弧组成的近似半圆的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面的螺旋管状通道。螺母侧面有两对通孔，可将钢球从此孔塞入螺旋形通道内。转向螺母外有两根钢球导管，每根导管的两端分别插入转向系统螺图2 循环球式转向器母侧面的一对通孔中。导管内也装满了钢球。这样，两根导管和螺母内的螺旋管状通道组合成两条各自独立的封闭的钢球流道。转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，螺母即沿轴向移动。同时，在螺杆及螺母与钢球间的摩擦力偶作用下，所有钢球便在螺旋管状通道内滚动，形成球流。在转向器工作时，两列钢球只是在各自的封闭流道内循环，不会脱出。3）蜗杆曲柄指销式转向器蜗杆曲柄指销式转向器的传动副(以转向蜗杆为主动件，其从动件是装在摇臂轴曲柄端部的指销。转向蜗杆转动时，与之啮合的指销即绕摇臂轴轴线沿圆弧运动，并带动摇臂轴转动。 1.2.2 转向传动机构 转向传动机构的功用是将转向器输出的力和运动传到转向桥两侧的转向节，使两侧转向轮偏转，且使二转向轮偏转角按一定关系变化，以保证汽车转向时车轮与地面的相对滑动尽可能小。1）与非独立悬架配用的转向传动机构与非独立悬架配用的转向传动机构主要包括转向摇臂、转向直拉杆转向节臂和转向梯形。在前桥仅为转向桥的情况下，由转向横拉杆和左、右梯形臂组成的转向梯形一般布置在前桥之后。当转向轮处于与汽车直线行驶相应的中立位置时，梯形臂与横拉杆在与道路平行的平面(水平面)内的交角90。在发动机位置较低或转向桥兼充驱动桥的情况下，为避免运动干涉，往往将转向梯形布置在前桥之前，此时上述交角90。若转向摇臂不是在汽车纵向平面内前后摆动，而是在与道路平行的平面向左右摇动，则可将转向直拉杆横置，并借球头销直接带动转向横拉杆，从而推使两侧梯形臂转动。 2）与独立悬架配用的转向传动机构当转向轮独立悬挂时，每个转向轮都需要相对于车架作独立运动，因而转向桥必须是断开式的。与此相应，转向传动机构中的转向梯形也必须是断开式的。3）转向直拉杆转向直拉杆的作用是将转向摇臂传来的力和运动传给转向梯形臂(或转向节臂)。它所受的力既有拉力、也有压力，因此直拉杆都是采用优质特种钢材制造的，以保证工作可靠。在转向轮偏转或因悬架弹性变形而相对于车架跳动时，转向直拉杆与转向摇臂及转向节臂的相对运动都是空间运动，为了不发生运动干涉，上述三者间的连接都采用球销。4）转向减振器随着车速的提高，现代汽车的转向轮有时会产生摆振（转向轮绕主销轴线往复摆动，甚至引起整车车身的振动），这不仅影响汽车的稳定性，而且还影响汽车的舒适性、加剧前轮轮胎的磨损。在转向传动机构中设置转向减振器是克服转向轮摆振的有效措施。转向减振器的一端与车身（或前桥）铰接，另一端与转向直拉杆（或转向器）铰接。1.2.3动力转向系统使用机械转向装置可以实现汽车转向，当转向轴负荷较大时，仅靠驾驶员的体力作为转向能源则难以顺利转向。动力转向系统就是在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置而形成的。转向加力装置减轻了驾驶员操纵转向盘的作用力。转向能源来自驾驶员的体力和发动机(或电动机)，其中发动机(或电动机)占主要部分，通过转向加力装置提供。正常情况下，驾驶员能轻松地控制转向。但在转向加力装置失效时，就回到机械转向系统状态，一般来说还能由驾驶员独立承担汽车转向任务。 液压式动力转向系统,其中属于转向加力装置的部件是：转向液压泵、转向油管、转向油罐 以及位于整体式转向器 内部的转向控制阀及转向动力缸等。当驾驶员转动转向盘时，通过机械转向器使转向横拉杆移动，并带动转向节臂，使转向轮偏转，从而改变汽车的行驶方向。与此同时，转向器输入轴还带动转向器内部的转向控制阀转动，使转向动力缸产生液压作用力，帮 转向系统助驾驶员转向操作。由于有转向加力装置的作用，驾驶员只需比采用机械转向系统时小得多的转向力矩，就能使转向轮偏转。优缺点：能耗较高,尤其时低速转弯的时候，觉得方向比较沉，发动机也比较费力气。又由于液压泵的压力很大，也比较容易损害助力系统。二、本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施1.主要内容 （1）循环球式转向器的螺杆和转向螺母之间的关系和计传动效率比 （2）齿扇和齿条的配合关系和传动效率比 (3) 循环球式转向器的结构和比重设计（4）循环球式转向器的外壳设计 （5）转向梯形结构的设计（6）转向梯形结构的数值参数计算（7）传动系统的配合设计和传动效率校核2.1研究方案（1）了解汽车转向系统的现状，熟悉其发展状况、详细构造和工作原理；（2）根据现代瑞纳的主要参数，对其转向系统的操纵机构进行结构设计，实现汽车的安全性要求；（3）运用AutoCAD软件绘制转向器总装配图以及主要部件的零件图；2.2研究方法 本次设计题目中的车型为现代瑞纳轿车，其基本参数如下现代瑞纳轿车主要参数 最大功率（Kw）78.8最大车速（Km/h）150轴距(mm)2570整备质量(Kg)1070长宽高(mm)437017001460轮胎型号175/70 R142.2.1转向系统的设计1）传动方案和零部件方案的确定根据任务书便可以知道，需要设计的转向器类型为齿轮齿条式转向器。1.初步确定传动方案2.确定零部件的结构方案（1）转向形式（2）梯形转向机构形式（3）转向传动2）主要参数的选择和计算 1.转向器的正效率 2.转向器逆效率 3.转向传动比 4.力传动比与转向系角传动比关系 5.转向系的角传动比 6.转向系角传动比及其变化规律 7.转向器传动间隙特性8.齿轮参数（1）压力角（2）螺旋角（3）齿宽b（4）齿轮变位系数的选择（5）齿顶高系数（6）齿轮齿条配合3.运用UG或Solidworks等软件实现转向系统的运动仿真 (1)建模 (2)装配 (3)进行运动仿真三、本课题研究的重点及难点，前期已开展工作1.重点及难点 （1）转向传动系统的设计； （2）转向系统的传动比计算； （3）循环球式转向器的参数设计与计算。2.前期已开展工作在撰写开题报告之前已在图书馆等查阅了大量关于汽车转向器方面的书籍、期刊和手册，并且在互联网上搜索了一些汽车转向器及其主要零部件的视频、图片和文字等信息，通过进行了这些前期工作，使我对汽车转向器的功用、结构和工作原理都有了进一步的了解和认识，相信自己能够比较完满地完成这次毕业设计。4、 完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写） 第1周第3周：查阅资料，完成基础知识的积累和开题报告； 第4周第6周：进行转向器主要部件的设计与计算； 第7周第9周：完成转向器的结构设计计算； 第10周第11周：运用CAD软件绘制总装配图零件图； 第12周第14周：运用UG或Solidworks等软件实现转向系统的运动仿真。 第14周第15周：完成毕业论文。 第15周第15周：打印并交主审教师审阅，准备答辩。5. 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见） 指导教师： 年 月 日6 所在系审查意见： 系主管领导： 年 月 日注：1. 正文：宋体小四号字，行距20磅。2. 开题报告由各系集中归档保存。参考文献1丁志刚,宋洪烈.汽车转向系统发展简述J.海峡科学,2010.2人民网央行分析我国汽车行业现状及未来发展趋势.2001年11月2日.3高军.汽车动力转向器性能测试技术与系统开发D.大连理工大学,2006.4田杰.汽车线控转向系统动力学分析与控制方法研究D.江苏大学,2011.5贾和平,钟绍华.汽车线控转向系统的研究J.上海汽车,2006.6齐振锋.汽车转向系统动态仿真研究D.西南交通大学,2010.7王毓,张伯俊.汽车转向系统研究综述J.天津职业技术师范大学学报,2012.8杨孝剑.汽车电动助力转向系统的动力学分析与控制研究D.合肥工业大学,2003.9陈秋红,张向娟.汽车转向系统可靠性优化过程研究与仿真J.计算机仿真,2014.10朱一婧.汽车转向系统技术进展综述A.河南省汽车工程学会.第九届河南省汽车工程技术研讨会论文集C.河南省汽车工程学会:,2012.11赵玉霞.基于转向阻力矩的汽车转向特性研究D.重庆理工大学,2013.12王望予.汽车设计. 北京：机械工业出版社，200413陈家瑞. 汽车构造. 北京：机械工业出版社，200214关文达. 汽车构造. 北京：清华大学出版社，200815王丰元，马明星. 汽车设计课程设计指导书. 北京：中国电力出版社，200916英 Julian Happian-Smith.现代汽车设计概论 M.张金柱译.北京：化学工业出版社，200717KimSeongHan,ChuChongNam.Hardware-in-the-loopsimulationsofanelectrohydraulicpowersteeringsystemfordevelopingthemotorspeedmapofheavycommercialvehicl