【车辆工程类】轿车前轮主动转向系统机械结构设计【汽车类】【9张CAD图纸】【优秀】【毕业论文说明书】
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共35页)
编号：708338
类型：共享资源
大小：1.20MB
格式：RAR
上传时间：2016-07-28
上传人：机****
IP属地：浙江
70
积分
- 关 键 词：
-
车辆
工程
轿车
前轮
主动
转向
系统
机械
结构设计
汽车
cad
图纸
优秀
优良
毕业论文
说明书
仿单
- 资源描述：
-
【车辆工程类】轿车前轮主动转向系统机械结构设计【汽车类】【9张CAD图纸】【优秀】【毕业论文说明书】,车辆,工程,轿车,前轮,主动,转向,系统,机械,结构设计,汽车,cad,图纸,优秀,优良,毕业论文,说明书,仿单
- 内容简介：
-
毕业设计（论文）任务书 学生姓名 郭天辰 系部 汽车与交通工程学院 专业、班级 车辆 07 指导教师姓名 田芳 职称 实验员 从事 专业 汽车运用技术 是否 外聘 是否 题目名称 轿车前轮主动转向系统机械结构设计 一、设计（论文） 目的、意义 主动转向系统保留了传统转向系统中的机械构件，包括转向盘、转向柱、齿轮齿条转向机以及转向横拉杆等。其最大特点就是在转向盘和齿轮齿条转向机之间的转向柱上集成了一套双行星齿轮机构，用于向转向轮提供叠加转向角。主动转向系统通过一组双行星齿轮机构实现了独立于 驾驶员的转向叠加功能，完美地解决了低速时转向灵活轻便与高速时保持方向稳定性的矛盾，并在此基础上通过转向干预来防止极限工况下车辆转向过多的趋势，进一步提高了车辆的稳定性。同时，该系统能方便地与其他动力学控制系统进行集成控制，为今后汽车底盘一体化控制奠定了良好的基础。 本设计是通过合理整合已有的设计，阅读大量文献，掌握机械设计的基本步骤和要求，以及传统机械制图的步骤和规则，掌握制动器总成的相关设计方法，以及进一步扎实汽车设计基本知识，学会用 行基本二维制图，同时提高分析问题和解决问题的能力。 二、设计 （论文）内容、 技术 要求 （研究方法） 对轿车前轮主动转向系统的 机械 结构及工作原理进行分析，并根据选定的技术参数进行主动转向系统机械 结构进行 设计。 设计主要内容包括 转向系统主要参数的确定 ， 齿轮齿条式转向器的设计 ，主动转向控制器的设计 ， 同 时进行必要的运动分析和强度校核 。 要求： 1、查阅相关资料，学习使用相关软件。 2、计算参数，设计结构，利用计算机辅助设计软件绘图。 3、编写设计说明书。 说明书内容完整，格式规范。 4、结构设计合理，图面清晰。 三、设计 （论文） 完成后应提交的 成果 1设计说明书一份。 说明书字 数： 15000 字以上。 2图纸：折合 0 号图 3 张 。 四、设计 （论文） 进度安排 （ 1） 调研、查阅参考资料，了解 转向器 的功能、主要结构。 撰写开题报告。 第 2 周（ 3 月 1 日 3月 11 日） （ 2） 开题。 第 2 周 （ 3 月 11 日） （ 3） 分析并确定 转向器 的具体结构形式，主要零部件及相互位置关系。根据给定的设计参数，按照有关的设计要求和顺序进行具体结构尺寸参数计算及其他有关参数的选配 ， 针对给定的设计参 数优选 转向器 的总体方案。 第 3 周（ 3 月 12 日 3 月 20 日） （ 4）进行 转向器 零部件的设计计算。 第 4 5 周 （ 3 月 21 日 4 月 2 日） （ 5）完成部分设计图纸， 折合 0# 图纸 1 张，完成说明书初稿 。 第 6 周 8 周（ 4 月 3 日 4 月 22日） （ 6）中期检查。第 8 周（ 4 月 22 日） （ 7） 完成 转向器 装配图、主要零件图，完成设计说明书 第 913 周（ 4 月 23 日 5 月 27 日） （ 8） 设计及说明书初稿提交。第 13 周（ 5 月 27 日） （ 9） 毕业设计审核、修改 。 第 14 16 周（ 5 月 28 日 6 月 17 日） （ 10）毕业设计答辩 。 第 17 周（ 6 月 18 日 6 月 20 日） 五、主要参考资料 1 蒋励 ,余卓平 ,高晓杰 J2 王望予主编 第四版 M. 北京 :机械工业出版社 ,2005 3 陈家瑞主编 M. 北京 :人民交通出版社 ,4 刘惟信主编 M. 北京 :清华大学出版社 ,2006 5 机械设计手册编委会 第 3 卷 M. 北京 :机械工业出版社 ,6 李秀珍主编 M. 北京 :机械工业出版 ,7 机械设计手册编委会 齿轮传动 M. 北京 :机械工业出版社 ,8 陈晓南 ,杨培林主编 M. 北京 :科学出版社 ,9 张策主编 ,机械原理与机械设计 M. 北京 :机械工业出版社 ,10 饶振钢编著 M. 北京 :国防工业出版社 ,、备注 指导教师签字： 年 月 日 教研室主任签字： 年 月 日 本科学生毕业论文 轿车前轮主动转向系统机械结构设计 院系 名称： 汽车 与交通工程学院 专业班级： 车辆工程 学生姓名： 郭天辰 指导教师： 田 芳 职 称： 实验师 s of of 07011黑龙江工程学院本科生毕业设计 I 摘 要 轿车前轮主动转向系统可以确保车辆在任何速度下都能提供理想的转向操控，同时加强了轿车在高速行驶状态下的安全性，提高了驾驶员在驾驶汽车时候的灵活性和舒适性 ,而且相比于传统的转向器，主动转向系统更加可靠，故障率更低。 本设计以现有主动转向系统装置为基础，参考先进的主动转向系统的设计原理和 已有汽车的相关数据，重新设计齿轮齿条式转向器及相匹配的主动转向系统机械部分的结构方案，并对相关的部分进行强度校核 。设计的主要内容包括：转向系统主要参数的确定，齿轮齿条转向器的设计，主动转向控制器的设计，其中主动转向是 设计中的难点，采用星星齿轮机构来实现主动转向的控制，最后运用 件进行二维图纸的绘制。 关键词 ：转向器； 主动转向 ；前轮；机械设计 ；行星齿轮 黑龙江工程学院本科生毕业设计 in in of a to is on of of of of of of of is in to AD D ey 黑龙江工程学院本科生毕业设计 目 录 摘要 I 1 章 绪论 1 向系统综述 1 动转向系统特点 2 章小结 3 第 2 章 转向系统主要参数的确定 4 向盘的直径 4 向盘回转的总圈数 4 向系的效率 4 向系的传动比 5 向时加在转向盘上的力 6 齿轮最大转矩计算 6 向系的角传动比 6 向器的角传动比 7 章小结 7 第 3 章 齿轮齿条式转向器的设计 8 轮齿条结构参数设计 8 轮齿条设计及校核 8 章小结 13 第 4 章 主动转向控制器的设计 14 动转向控制器几何结构设计 14 动转向控制器行星齿轮设计 15 动转向控制器行星齿轮可行性设计 21 动 转向控制器蜗轮蜗杆设计 23 轮蜗杆传动比的确定 23 轮蜗杆的设计 25 章小结 29 黑龙江工程学院本科生毕业设计 结论 30 参考文献 31 致谢 32附录 A 33 附录 B 35 毕业设计指导教师评分表 学生姓名 郭天辰 院 系 汽车与交通工程学 院 专业、班级 车辆工程 07导教师姓名 田芳 职称 实验师 从事 专业 车辆工程 是否 外聘 是 否 题目名称 轿车前轮主动转向系统机械结构设计 序号 评 价 项 目 满分 得 分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量；题目与 工程实践 、 社会实际 、 科研与 实验室建设等的结合程度 10 3 综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力 15 4 设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力 20 5 计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 10 6 插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性 20 7 设计规范化程度（设计栏目齐全合理、 的使用等） 5 8 科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度 10 得 分 X= 评 语： （参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点） 工作态度： 好 较好 一般 较差 很差 研究能力或设计能力：强 较强 一般 较弱 很弱 工作量： 大 较大 适中 较少 很少 说明书规范性： 好 较好 一般 较差 很差 图纸规范性： 好 较好 一般 较差 很差 成果质量（设计方案、设计方法、正确性） 好 较好 一般 较差 很差 其他： 指导教师 签字 ： 年 月 日 注： 毕业设计（论文）评阅可以采用 2 名评阅教师评阅或集体评阅或预答辩等形式。 毕业 设计 评阅人评分表 学生 姓名 郭天辰 专业 班级 车辆工程 07导教 师姓名 田芳 职称 实验师 题目 轿车前轮主动转向系统机械结构设计 评阅组或预 答辩组成员姓名 出席 人数 序号 评 价 项 目 满分 得 分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量； 题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度 10 3 综合运用知识能力 （设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力 15 4 设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力 25 5 计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 15 6 插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性 20 7 设计规范化程度（设计栏目齐全合理、 的使用等） 5 得 分 Y= 评 语： （ 参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点 ） 回答问题： 正确 基本正确 基本不正确 不能回答所提问题 研究能力或设计能力：强 较强 一般 较弱 很弱 工作量： 大 较大 适中 较少 很少 说明书规范性： 好 较好 一般 较差 很差 图纸规范性： 好 较好 一般 较差 很差 成果质量（设计方案、设计方法、正确性） 好 较好 一般 较差 很差 其他： 评阅人 或预 答 辩组长 签字 ： 年 月 日 毕业 设计 答辩评分表 学生 姓名 郭天辰 专业 班级 车辆工程 07导 教师 田芳 职 称 实验师 题目 轿车前轮主动转向系统机械结构设计 答辩 时间 月 日 时 答辩组 成员姓名 出席 人数 序号 评 审 指 标 满 分 得 分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、与实际的结合程度 10 2 设计（实验）能力、对实验结果的分析能力、计算能力、综合运用知识能力 10 3 应用文献资料、计算机、外文的能力 10 4 设计说明书撰写水平、图纸质量， 设计 的规范化程度 （设计栏目齐全合理、 、实用性、科学性和创 新 性 15 5 毕业 设计 答辩准备情况 5 6 毕业 设计 自述情况 20 7 毕业 设计 答辩回答问题情况 30 总 分 Z= 答辩过程记录 、评语 ： 自述思路 与表达能力：好 较好 一般 较差 很差 回答问题： 正确 基本正确 基本不正确 不能回答所提问题 研究能力或设计能力：强 较强 一般 较弱 很弱 工作量： 大 较大 适中 较少 很少 说明书规范性： 好 较好 一般 较差 很差 图纸规范性： 好 较好 一般 较差 很差 成果质量（设计方案、设计方法、正确性） 好 较好 一般 较差 很差 其他： 答辩组长 签字 ： 年 月 日 毕业设计（论文）成绩评定表 学生 姓名 郭天辰 性别 男 院系 汽车与交通工程学院 专业 车辆工程 班级 07计（论文）题目 轻型载货汽车制动器设计 平时成绩评分（ 开题、中检、出勤 ） 指导教师姓名 职称 指导教师 评分（ X） 评阅教师姓名 职称 评阅教师 评分（ Y） 答 辩组组长 职称 答辩组 评分（ Z） 毕业设计（论文）成绩 百分制 五级分制 答辩委员会评语： 答辩委员会主任 签字 （盖章）： 院系 公章： 年 月 日 注： 1、 平时成绩（开题、中检、出勤） 评分按 十 分制填写 ， 指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写，毕业设计（论文）成绩 百分制 =W+、评语中应当包括学生毕业设计（论文）选题质量、能力水平、设计（论文）水平、设计（论 文）撰写质量、学生在毕业设计（论文）实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。 优秀毕业设计（论文）推荐表 题 目 轻型载货汽车制动器设计 类别 设计 学生姓名 郭天辰 院（ 系 ） 、专业、班级 汽车与交通工程学院、车辆工程、 07导教师 田芳 职 称 实验师 设计成果明细： 答辩委员会评语： 答辩委员会主任 签字 （盖章）： 院 、 系 公章： 年 月 日 备 注： 注：“类别”栏填写毕业论文、 毕业设计 、其它 毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 :轿车前轮主动转向系统机械结构设计 院 系 名 称 :汽车与交通工程学院 专 业 班 级 : 车辆工程 07 学 生 姓 名 : 导 师 姓 名 : 开 题 时 间 : 2011 指导委员会 审查意见： 签字： 年 月 日 毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 系部 汽车与交通工程学院 专业、班级 车辆 07 指导教师姓名 职称 实验员 从事 专业 汽车运 用技术 是否外聘 是 否 题目名称 轿车前轮主动转向系统机械结构设计 一、 课题研究 现状、 选题 目的 和意义 汽车上用来改变或恢复其行驶方向的专设机构称为汽车转向系统。汽车的转向系统是用来改变汽车行驶方向和保持汽车直线行驶的机构，转向操纵机构主要由转向盘、转向轴、转向管柱等组成。转向器将转向盘的转动变为转向摇臂的摆动或齿条轴的直线往复运动，并对转向操纵力进行放大的机构。转向器一般固定在汽车车架或车身上，转向操纵力通过转向器后一般还会改变传动方向。在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系，机械转向系 依靠驾驶员的手力转动转向盘，经转向器和转向传动机构使转向轮偏转。转向器属于汽车系统中的关键部件，它在汽车系统中占有重要位置，因而它的发展同时也反映了汽车工业的发展，它的规模和质量也成为了衡量汽车工业发展水平的重要标志之一。 作为汽车的一个重要组成部分，汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成，如何设计汽车的转向特性，使汽车具有良好的操纵性能，始终是各汽车生产厂家和科研机构的重要研究课题。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同水平的驾驶人群，汽车的操纵设计显得尤为重要。 前轮主 动转向系统与其控制技术的有机结合有效的提高了汽车行驶的安全性和稳定性，极大地提高了汽车的使用性能，二者相辅相成，缺一不可。本次设计主要是通过对主动转向特性的分析，熟悉主动转向系统控制器的工作原理，设计轿车前轮主动转向系统机械结构，并对其部分零件进行有效性的校核，完成转向系统的机械部分的设计。 自从汽车发明以来，驾驶转向的传动装置通常都是固定的，方向盘与前轮的转向角度比始终一成不变。如果采用直接转向，驾驶者在过急弯时就不需要大幅转动方向盘，但是在高速行驶时，方向盘细微的动作都将会影响到行驶稳定性；反过来说，转 向系统越是间接，车辆在高速公路上的行驶稳定性就越高，但是必须牺牲过弯时的操控性。所以，传统的转向系统都必须在安全性与舒适性之间做出权衡。 而 主动转向系统保留了传统转向系统中的机械构件，包括转向盘、转向柱、齿轮齿条转向机以及转向横拉杆等。其最大特点就是在转向盘和齿轮齿条转向机之间的转向柱上集成了一套双行星齿轮机构，用于向转向轮提供叠加转向角。主动转向系统通过一组双行星齿轮机构实现了独立于驾驶员的转向叠加功能，完美地解决了低速时转向灵活轻便与高速时保持方向稳定性的矛盾，并在此基础上通过转向干预来防止极限工况下车 辆转向过多的趋势，进一步提高了车辆的稳定性。同时，该系统能方便地与其他动力学控制系统进行集成控制，为今后汽车底盘一体化控制奠定了良好的基础。 主动转向系统的的双行星齿轮机构包括左右左右两副行星齿轮机构，公用一个行星架进行动力传递，左侧的主动太阳轮与转向盘相连，将转向盘上输入的转向角经由行星架传递给右侧的行星齿轮副，而右侧的行星齿轮具有两个转向舒服自由度，一个是行星架传递的转向盘转角，另一个是由伺服电机叠加转角输入。右侧的太阳轮作为输出轴，其输出的转向角度是由转向盘转向角度与伺服电动驱动的行星架转动方向与转向 盘相同，增加了后者的实际转向角度，高速时，伺服电动机电机驱动的行星架与转向盘转向相反，叠加后减少了实际的转向角度，转向过程变得更为间接，提高了汽车的稳定性和 安全性。 转动车轮所用的力量，并不是由电动 机 决定，而是由独立的转向助力系统与传统的转向装置一同决定的。主动式转向系统的其他组成部件还包括判定当前驾驶条件和驾驶者指令的独立控制单元和多个传感器。 主动前轮转向系统随着汽车技术的发展受到国内外的重视，同济大学和北京科技大学都对主动前轮转向系统有着深入的研究，随着汽车技术的发展和人们对于汽车安全性能要求的提高，会 有更多的技术运用到主动前轮转向系统当中来。在国外，上世纪 60 年代就已经开始了对主动转向系统的研究，而近几年这项技术才从理论阶段应用于实车上。比较典型的就是德国宝马公司和 司开发的一套主动前轮系统，此系统已经装备于部分宝马 3 系和 5 系车之上。宝马的转向系统主要是主动转向控制器通过对驾驶员输入的方向盘转角的叠加 /减的控制实现转向传动比的改变的。低速时，电动马达的作用与驾驶者转动方向盘的方向一致，可以减少对转向力的需求。一直行驶至中速状态之前，它将提供比传统轿车更直接的转向传动比，转向操作保持轻松省力。在高速时 电动马达的运转方向与驾驶者转动方向盘方向相反，这就减少了前轮转向角度，使转向更直接。此系统完美地解决了汽车低速转向轻便与高速转向稳重的矛盾，有效地抑制侧向干扰，提高了整车稳定性。 此套主动转向系统 可以根据车速变化而不断改变转向系统中主动齿轮与被动齿条的传动比。通常一般轿车的转向传动比是 16:1 和 18:1 之间，例如 50km/h 时， 当 转动方向盘 10 度 时 ，前轮即可转动1 度，而普通轿车需要转动 16才能让前轮转动 1 度。反之，在高速时，例如，当车速达到 200km/带有主动转向系统的汽车 转动方向盘 20 度才能 让前轮转动 1 度 。 除了可变传动比设计外，稳定性控制功能是宝马主动转向系统最大的特点。危险工况下该系统通过独立于驾驶员的转向干预来稳定车辆，通过主动改变驾驶员给定的转向盘转角使得车辆响应尽可能与理想的车辆响应特性相一致。 主动转向系统还有很重要的一点就是更安全，这一点主要体现在车辆高速行驶中的突然转向。例如在公路上高速行驶时突然变线以超越另一辆车然后回到车道时，或者高速行驶中突然发现前方有障碍物需要急转弯时，很容易出现转向不足或者转向过度，车辆将偏离自己预定的方向，可能失去控制。在这种情况下，通常宝马车系的 主动 转向 系统通过干预制动过程控制车辆的稳定，行车速度将大幅度降低，增加能量的损耗。而主动式转向系统从转向一开始就会判断转向后出现的情况，通过电子控制的机械调控器自动修正转向角度，干预降低偏航情况的发生。而 此 系统不必像在其他车辆中那样干预驾驶，保证车辆行驶的平稳性。 本设计通过整合已有的的设计，通过努力，阅读大量的文献，掌握转向系统机械部分设计的基本步骤和要求，以及制图的步骤和规则，掌握转向系统机械部分的相关设计方法，以及进一步更扎实汽车设计基本知识，学会使用 行基本二维制图，同时提高分析问题和解决问题的能 力。转向系统机械部分的设计有利于提高汽车的整体性能，同时提高我们综合运用知识的能力和技能。通过课题的设计，积累相关理论知识，通过设计还可以系统的培养工程文化素养，有利于未来的发展。 二、设计（论文） 的基本内容 、 拟解决的主要问题 设计的基本内容： 杆滚轮式，蜗杆指销式，齿轮齿条式等。 动转向系统机械部分基本结构，工作原理等。 向器的结构选择等。 数的计算。转向系统的效率，转向系统的传动比，刚度等 制 维图纸。 拟解决的主要问题： 要性能参数计算。 三、技术路线（研究方法） 转向器结构选择 基础数据计算 主要参数选择 校核 编写说明书并绘制 根据题目查阅相关资料 否 转向系统的效率 转向系统的传动率与传动比 转向系统的刚度 齿轮齿条式转向器的设计 转向操纵机构设计计算 主动转向系统设计 四、进度安排 1） 调研、查阅参考资料，了解 转向器 的功能、主要结构。 撰写开题报告。 第 2 周（ 3 月 1 日 3 月11 日） （ 2） 开题。 第 2 周（ 3 月 11 日） （ 3） 分 析并确定转向器的具体结构形式，主要零部件及相互位置关系。根据给定的设计参数，按照有关的设计要求和顺序进行具体结构尺寸参数计算及其他有关参数的选配，针对给定的设计参数优选转向器的总体方案。 第 3 周（ 3 月 12 日 3 月 20 日） （ 4）进行转向器零部件的设计计算。 第 4 5 周（ 3 月 21 日 4 月 2 日） （ 5）完成部分设计图纸， 折合 0# 图纸 1 张，完成说明书初稿 。 第 6 周 8 周（ 4 月 3 日 4 月 22日） （ 6）中期检查。第 8 周（ 4 月 22 日） （ 7） 完成转向器装配图、主要零件图，完成设计说明书 第 913 周（ 4 月 23 日 5 月 27 日） （ 8）设计及说明书初稿提交。第 13 周（ 5 月 27 日） （ 9）毕业设计审核、修改。 第 14 16 周（ 5 月 28 日 6 月 17 日） （ 10）毕业设计答辩。 第 17 周（ 6 月 18 日 6 月 20 日） 五、 参考文献 1 蒋励 ,余卓平 ,高晓杰 J2 王望予主编 第四版 M. 北京 :机械工业出版社 ,2005 3 陈家瑞主编 M. 北京 :人民交通出版社 ,4 刘惟信主编 M. 北京 :清华大学出版社 ,2006 5 机械设计手册编委会 第 3 卷 M. 北京 :机械工业出版社 ,6 李秀珍主编 M. 北京 :机械工业出版 ,7 机械设计手册编委会 齿轮传动 M. 北京 :机械工业出版社 ,8 陈晓南 ,杨培林主编 M. 北京 :科学出版社 ,9 张策主编 ,机械原理与机械设计 M. 北京 :机械工业出版社 ,10 饶振钢编著 M. 北京 :国防工业出版社 ,、备注 指导教师意见： 签字： 年 月 日 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 目录 摘要 I 1 章 绪论 1 向系统综述 1 动转向系统特点 2 章小结 3 第 2 章 转向系统主要参数的确定 4 向盘的直径 4 向盘回转的总圈数 4 向系的效率 4 向系的传动比 5 向时加在转向盘上的力 6 齿轮最大转矩计算 6 向系的角传动比 6 向器的角传动比 7 章小结 7 第 3 章 齿轮齿条式转向器的设计 8 轮齿条结构参数设计 8 轮齿条 设计及校核 8 章小结 13 第 4 章 主动转向控制器的设计 14 动转向控制器几何结构设计 14 动转向控制器行星齿轮设计 15 动转向控制器行星齿轮可行性设计 21 动转向控制器 蜗轮蜗杆设计 23 章小结 29 结论 30 参考文献 31 致谢 32 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 摘 要 轿车前轮主动转向系统可以确保车辆在任何速度下都能提供理想的转向操控，同时加强了轿车在高速行驶状态下的安全性，提高了驾驶员 在驾驶汽车时候的灵活性和舒适性 ,而且相比于传统的转向器，主动转向系统更加可靠，故障率更低。 本设计以现有主动转向系统装置为基础，参考先进的主动转向系统的设计原理和已有汽车的相关数据，重新设计齿轮齿条式转向器及相匹配的主动转向系统机械部分的结构方案，并对相关的部分进行强度校核。设计的主要内容包括：转向系统主要参数的确定，齿轮齿条转向器的设计，主动转向控制器的设计，其中主动转向是设计中的难点，采用星星齿轮机构来实现主动转向的控制，最后运用 件进行二维图纸的绘制。 关键词 ：转向器；主动转向； 前轮；机械设计；行星齿轮 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 in in of a to is on of of of of of of of is in to AD D ey 龙江工程学院本科生毕业设计 4 第 1 章 绪 论 主动转向系统保留了传统转向系统中的机械构件，包括转向盘、转向柱、齿轮齿条转向机以及转向横拉杆等。其最大特点就是在转向盘和齿轮齿条转向机之间的转向柱上集成了一套双行星齿轮机构，用于向转向轮提供叠加转向角。主动转向系统通过一组双行星齿轮机构实现了独立于驾驶员的转向叠加功能，完美地解决了低速时转向灵活轻便与高速时保持方向稳定性的矛盾，并在此基础上通过转向干预来防止极限工况 下车辆转向过多的趋势，进一步提高了车辆的稳定性。同时，该系统能方便地与其他动力学控制系统进行集成控制，为今后汽车底盘一体化控制奠定了良好的基础。 与常规转向系统的显著差别在于，主动转向系统不仅能够对转向力矩进行调节，而且还可以对转向角度进行调整，使其与当前的车速达到完美匹配。其中的总转角等于驾驶员转向盘转角和伺服电机转角之和。低速时，伺服电机驱动的行星架转动方向与转向盘转动相同，叠加后增加了实际的转向角度，可以减少转向力的需求。高速时，伺服电机驱动的行星架转动方向与转向盘转动相反，叠加后减少了实际的 转向角度，转向过程会变得更为间接，提高了汽车的稳定性和安全性 。 向系统综述 1、 蜗杆曲柄销式转向器 它是以蜗杆为主动件，曲柄销为从动件的转向器。蜗杆具有梯形螺纹，手指状的锥形指销用 轴承 支承在曲柄上，曲柄与转向摇臂轴制成一体。转向时，通过转向盘转动蜗杆、嵌于蜗杆螺旋槽中的锥形指销一边自转，一边绕转向摇臂轴做圆弧运动，从而带动曲柄和转向垂臂摆动，再通过转向传动机构使转向轮 偏转。这种转向器通常用于转向力较大的载货汽车上。 2、 循环球式转向器 循环球式：这种转向装置是由 齿轮机构 将来自转向盘的旋转力进行减速，使转向盘的旋转运动变为涡轮蜗杆的旋转运动，滚珠螺杆和螺母夹着钢球啮合，因而滚珠螺杆的旋转运动变为直线运动，螺母再与扇形齿轮啮合，直线运动再次变为旋转运动，使连杆臂摇动，连杆臂再使连动拉杆和横拉杆做直线运动，改变车轮的方向。 这是一种古典 的机构，现代 轿车 已大多不再使用，但又被最新方式的助力转向装置所应用。它的原理相当于利用了螺母与螺栓在旋转过程中产生的相对移动，而在螺纹与螺纹之间夹入了钢球以减小阻力，所有钢球在一个首尾相连的封闭的螺旋 曲线内循环滚动，循环球式故而得名。 3、 齿轮齿条式转 向器 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 它是一种最常见的转向器。其基本结构是一对相互啮合的 小齿轮 和齿条。转向轴带动小齿轮旋转时，齿条便做直线运动。有时，靠齿条来直接带动横拉杆，就可使转向轮转向。所以，这是一种最简单的转向器。它的优点是结构简单，成本低廉，转向灵敏，体积小，可以直接带动横拉杆。在 汽车 上得到广泛应用。 动转向系统特点 自从汽车发明以来，驾驶转向的传动装置通常都是固定的，方向盘与前轮的转向角度比始终一成不变。如果采用直接转向，驾驶者在过急弯时就不需要大幅转动方向盘，但是在高速行驶时，方向盘细微的动作都将会影响到行驶稳定性；反过来说，转向系统越是间接，车辆在高速公路上的行驶稳定性就越高，但是必须牺牲过弯时的操控性。所以，传统的转向系统都必须在安全性与舒适性之间做出权衡。 而 主动转向系统保留了传统转向系统中的机械构件，包括转向盘、转向柱、齿轮齿条转向机以及转向横 拉杆等。其最大特点就是在转向盘和齿轮齿条转向机之间的转向柱上集成了一套双行星齿轮机构，用于向转向轮提供叠加转向角。主动转向系统通过一组双行星齿轮机构实现了独立于驾驶员的转向叠加功能，完美地解决了低速时转向灵活轻便与高速时保持方向稳定性的矛盾，并在此基础上通过转向干预来防止极限工况下车辆转向过多的趋势，进一步提高了车辆的稳定性。同时，该系统能方便地与其他动力学控制系统进行集成控制，为今后汽车底盘一体化控制奠定了良好的基础。 主动转向系统的的双行星齿轮机构包括左右左右两副行星齿轮机构，公用一个行星架进行动力传递 ，左侧的主动太阳轮与转向盘相连，将转向盘上输入的转向角经由行星架传递给右侧的行星齿轮副，而右侧的行星齿轮具有两个转向舒服自由度，一个是行星架传递的转向盘转角，另一个是由伺服电机叠加转角输入。右侧的太阳轮作为输出轴，其输出的转向角度是由转向盘转向角度与伺服电动驱动的行星架转动方向与转向盘相同，增加了后者的实际转向角度，高速时，伺服电动机电机驱动的行星架与转向盘转向相反，叠加后减少了实际的转向角度，转向过程变得更为间接，提高了汽车的稳定性和安全性。 转动车轮所用的力量，并不是由电动 机 决定，而是由独立的转向助力系统 与传统的转向装置一同决定的。主动式转向系统的其他组成部件还包括判定当前驾驶条件和驾驶者指令的独立控制单元和多个传感器。 主动转向系统的整体结构如图 1示： 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 图 1动转向系统 表 1动转向系统设计基础 参数表 参数名称 具体参数值 传动比 静止状态 10:1；高速状态 20:1 轮胎型号 245/45 距 2890 风阻系数 车装备质量 1673 承载质量 382 前后配重 最高时速 250 /h 转向盘回转总圈数 最小转弯直径 向盘直径 379 章小结 本章是对传统转向器及主动转向系统的综述，了解主动转向系统的发展现状和特点并确定参考数据。为后面的设计奠定基础。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 第 2 章 转向系统主要参数的确定 向盘的直径 转向盘的直径根据车型的大小可在 380 550 的标准系列内选取。 取79 向盘回转的总圈数 转向盘转动的总圈数与转向系的角传动比以及所要求的转向轮最大转角有关，对货车和轿车 的转向盘转动总圈数有不同的要求。不装动力转向的重型汽车的转向盘转动的总圈数一般不宜超过 7 圈，而对于轿车不应超过 2。 取 。 向系的效率 转向系的效率0由转向器的效率 和传动机构的效率 决定，即 0（ 2 转向器的效率有正效率 和逆效率 两种。 正效率 121（ 2 逆效率 323（ 2 式中： 1P 作用在转向盘上的功率； 2P 转向器中的摩擦功率； 3P作用在转向摇臂轴上的功率。 对于蜗杆类和螺杆类转向器，如果只考虑啮合副的摩擦损失，忽略轴承和其他地方的摩擦损失，其效率可以用下面的公式计算： 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 0 02 00 （ 2 式中：0蜗杆或螺杆的导程角， 012； 摩擦角， ； f 摩擦系数，取 f =查 得淬火钢对淬火钢的摩擦副摩擦系数f =选取 f = 则： = ct 2t an t 0 = 向系的传动比 向时加在转向盘上的力 为了使转向系操纵轻便，转向时加在转向盘上的切向力，对轿车 不应大于 150 200N。 作用于方向盘上的手力2 式中： 转向阻力矩； a 主销偏移矩； 可用下列公式来计算汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转向阻力矩 481680 N中： f 轮胎和路面间的滑动摩擦系数，一般取 转向阻力矩， N 1G 转向轴负荷， N， ； 载m汽车的满载质量 载m=(1673+382) =2055 ； 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 c 汽车的转向轴载荷分配系数，转向轴为前轴，前轴载荷分配系数为 。 1G 2055=p 轮胎气压， 即 则：中： 1L 为转向摇臂长； 2L 为转向节臂长，现代汽车结构中，转向传动机构角传动比 值大约在 间，近似认为 为转向盘直径，79 为转向器角传动比 , 8； 为转向器正效率 , = 齿轮最大转矩 静止状态下，主动转向控制器不工作，此时工作状况相当于传统齿轮齿条转向器，转向盘与齿轮刚性连接 。 则齿轮转矩 1T =21 hFm 向系的角传动比 转向系的角传动比 0（ 2 式中： 转向轴的转角增量， s 齿条位移增量， 对于定传动比的转向器，其角转动比可表示为： 220 （ 2 式中： r 齿轮分度圆的半径，21 1d 齿轮分度圆的直径； 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 102122 （ 2 向器的角传动比 乘用车的转向器的角传动比在 17 25 的范围内选取，一般传统齿轮齿条转向器角传动比为 18，取i=18。 章小结 本章主要根据以选择的数据，确定基本的转向系统参数，其中包括 转向盘的直径 转向盘回转的总圈数 转向系的效率 ， 转向系的传动比 。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 第 3 章 齿轮齿条式转向器的设计计算 轮齿条结构的几何设 计 主动小齿轮采用斜齿圆柱小齿轮 ，采用变位齿轮 。 法向模数 3间取值，取 2B/987)。 齿数多在 5 8 之间取值，取 1Z =6。 由于避免根切的最小齿数为 17；主动齿轮 Z 能采用变位齿轮方案 变位系数 =； ，则 = 齿轮螺旋角多在 9 15之间取值，取 =12。 压力角即法向齿形角取标准值 n20。 转向盘最大转角 2160=315。 齿条齿数待定 。 主动小齿轮选用 15料制造 ， 硬度 58 齿条选用 45 钢制造，均采用淬火处理 。 壳体为减轻质量采用 铝合金压铸 。 齿轮精度初选 8 级 。 法向齿顶高系数取标准值 * 法向顶隙系数取标准值 * 轮齿条设计及校核 转向器内齿轮工作视为闭式传动失效形式主要为轮齿的折断，因此按弯曲强度设计，按接触强度校核。 1、 选取齿轮材料及热处理 对于汽车齿轮采用硬齿面设计，表面硬度均应 56动小齿轮取 60火处理；齿条采用 45 钢，表面硬度取 58火 。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 2、 齿轮最大转矩 1T = m 3、 初取载荷系数 K 载荷有中等冲击，斜齿轮硬齿面， K =围内 ， 初取 K = 4、 选取齿宽系数d及a齿轮相对轴承非对称布置，取d= 由式 a=12 d（ 3 得对于齿条 Z （待定）， 则d 0。 5、 初取重合度系数 =12，a= 由式 Y = （ 3 得 Y=Y =取 Y=Y=、 初取齿数 1Z ， 2Z ,齿形系数Z =8 ， 2Z 待定 。 由 33 得当量齿数 1于避免根切的最小齿数 17，故采用变位齿轮传动，m in*m a 取变位系数 黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 1、 确定许用弯曲疲劳应力 F 得 1=450 15=430 01双向运转，数值 由式 1F = 3 齿轮失效概率 1/100 采用一般可靠度设计，取 定齿轮工作寿命为 5 年（ 300 天 /年），单班（ 8h）；应力循环次数 N =60 为每转一圈，同一齿面啮合次数； n 为转速；=1； n 取大致为 r/s=r/s。 则 N =6012000710 取 是 1F = 450 =489 2F = 430 =467 、 按齿根弯曲疲劳应力 111489 = （ 1） 2 22F 467 = （ 2） 9、 确定齿轮模数 由式 )(co 0 03 212 Y （ 3 黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 代入上面两式 (1)(2)两者最大值 .5 0、 确定主要参数 分度圆直径 d =宽 b =d1d = 2b =20 ， 1b =b +5 10 1b =30 用系数 取 11、 定载荷系数 K （ 1） 动载系数 =6000011m/s 齿轮精度 取 为 9 级 。 2） 齿向载荷分布系数K（ 9 级精度，淬火钢 ）： 由式 = a=面重合度 a=1Z +21Z )2Z =向重合度 = 1而 K=K= K = K K= K K 需重新计算 12、 验算齿根疲劳强度 黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 用准确值代入式 取，齿根疲劳强度足够 。 .5 13、 验算齿面接触疲劳强度 弹性系数 ，查得 节点区域系数， 查得 由式 Z= )1(34 d （ 3 得 Z=旋角系数ZZ= 用接触疲劳应力 H =S （ 3 式中：接触疲劳寿命系数，查得 安全系数，失效概率 1/100， 取 1； 得 1=1560 2=1540 1H =1529 2H =1509 14、 验算齿面接触强度 H = ZZ Z 12 211 则 1 1 ； 故 H = =1492 H 1509 于 H 2H （取两齿材料较弱者进行比较），故接触强度足够。 对于方向盘从中间位置到向左或向右转向轮极限位置回转总圈数为 。 故对于齿条行程 黑龙江工程学院本科生毕业设计 16 l =1d （ 3 1d = （ 3 对于齿条，理论上 Zl ；（t p= （ 3 2Z 则 2Z Z 因此 ， 28。 齿条长 l （ 3 即 l 225 章小结 为了配合主动转向系统的机械部分，本章通过对转向系统常规数据的选择，设计齿轮齿条机，并对相关的零件进行了强度校核。保证使用强度。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 17 第 4 章 主动转向控制器的设计计算 动转向控制器几何结构设计 控制器由一个行星齿轮组组成，简图如图 4示 ： 图 4制器简图 对于左边的主动太阳轮为 1，行星轮为 a(初设行星齿轮数目为)；大齿圈 c 固定在转向柱上，系杆 H；右边太阳轮为 3，齿圈 b 内齿与行星轮 a 啮合；外齿与电机带动的 蜗杆 2 组成涡轮蜗杆传动。 该系统中活动构件为 n =6；高副数目为 5；低副 数目为 5，则系统机构的自由度为 F =3n P - 36 其中包括电机方向 2n 的输入和方向盘方向 1n 的输入及太阳轮3 通过计算，最终从太阳轮3n 和 2n 的叠加。设转速 2n 方向向左： 3n=1113 32213 22 式中， 2n 方向向左时取 “ ”，反之则取 “+”。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 18 其中，31 ；2Z 。 当 2n =0 时，3n= 1n ，即电机未工作时，输出即为方向盘的输入； 当 1n =0 时，3n=213 22 此时，转向角度由电机控制。 对行星齿轮组进行设计，左右为对称结构，设计一组 即可，选择对左边行星轮系进行设计。 动转向控制器行星齿轮设计计算 参考普通圆柱齿轮设计方案，转向控制器采用闭式硬齿面设计方案，失效形式主要为轮齿的折断，因此按弯曲强度设计，接触强度校核。 齿轮采用斜齿圆柱齿轮传动，初设螺旋角 =10， 在 8 15范围内选。 初取模数 为了尽量不使用变位齿轮，行星轮和主动太阳轮齿数 Z 17。 初取主动太阳齿数 1Z =14；行星轮齿数 2Z =10。 1、 选取齿轮材料及热处理方法 采用硬齿面，大小齿轮均采用合金渗碳钢 20碳淬火。 2、 齿面硬度 太阳轮 60 63星轮 58 63、 太阳轮转矩 1T 根据行星齿轮机构设计，行星轮齿数小于太阳轮时即而满足装配条件。 对于变位齿轮传动有 2 )(21 2 )(2 （ 4 即 )( 21 2 （ 4 式中： k =； 变位齿轮中心距变动系数 )1c o sc o s(2 21 4 黑龙江工程学院本科生毕业设计 26 则 y )s 20co s(2 1014 =高变动系数 21 （ 4 且 x ， x 故 y 顶高 )( *（ 4 1+顶圆直径 aa （ 4 =是 2 )(21 = )4180s ( 21 =（ = )(21 )(2 *2满足邻接条件 10。 由于大齿圈工作条件不如主动齿轮与行星齿轮啮合恶劣，当采用同种材料，同样的热处理方法时，主动齿轮与行星齿轮啮合满足设计要求时， 其肯定也同样符合要求，故此处略去其校核步骤。 动转向控制器蜗轮蜗杆设计计算 轮蜗杆传动比的确定 为保证蜗轮蜗杆有合适的传动比，从而匹配驱动电机，需估算转向轮偏转角速度。 假设方向盘转速为零时，此时转向角度由驱动电机控制，若在此时主动转向控制器满足可变化传动比的变化范围要求 ， 由前面章节所述，方向盘转速为零时，即 01 n 时，驱黑龙江工程学院本科生毕业设计 27 动电机转速为 2n ，太阳轮输出转速为3n，由式 3n=231 22 （ 4 设蜗轮转速为应有 212 （ 4 故 3n=wb （ 4 在理想状况下，最小转弯半径 转向轮外轮最大偏转角度的关系为： L （ 4 在车轮为绝对刚体的假设条件下，内转向轮偏转角 与外转向轮偏转角的关系式为： c o tc o t（ 4 式中： B 两侧主销轴线与地面相交点之间的距离； L 汽车轴距 11； 车型各项参数值： 轴距 L=2890 轮距（前） =1560 最小转弯半径 =m 于是，代入（ 4可求得 =则由（ 4求得 考虑到驾驶员的操纵能力将方向盘转速取为 1r/s;方向盘回转总圈数为 的情况下，方向盘由中间位置转至左右极限位置时历时 则可粗略认为转向轮最大偏转角速度为 ： 75 . 5 890 . 2 黑龙江工程学院本科生毕业设计 28 )=) 主动转向控制器输出角速度3即为齿轮齿条转向机输入角速度，则它与转向轮偏转角速度比即为齿轮齿条转向机传动比，8， 即 183 ； 求得 3=) 3n=) 则蜗轮转速 323 （ 4 已知机构中 1413 342 nr/r/电机最大转速位 250 r/般工况下，电机转速为 200 r/ 当 2n =200 r/ 由式 3n=ww （ 4 知 wi=16 取蜗轮蜗杆传动比为 8 轮蜗杆的设计计算 1、 选择材料 蜗杆选用 40 面淬火，表面硬度（ 45轮选用 110 型铸造，220b s =140 2。、 确定2Z ， 2n 由表 19定蜗杆头数 2Z =2； 则由式 黑龙江工程学院本科生毕业设计 29 2 （ 4 得 82=36 2n =18r/11 r/、 确定蜗轮转矩驶员需克服地面最大阻力矩施加在方向盘上的最大转矩为 T =M。 当方向盘转速为零时，考虑在同样的工况下，则蜗轮的转矩应为 =M。 4、 确定载荷系数 K 查取，工作情况系数 1。 初设 蜗轮圆周速度 2v 3m/s，取动载荷系数；因载荷平稳取齿向载荷分布系数K=1； 故 K = K=1； 5、 确定蜗轮许用接触应力 H 查得 蜗轮材料 110 离心铸造，蜗杆齿面硬度 45 H 为 261b 300 H =261 6、 接触疲劳应力计算 由式 3 2)( (4取 查得弹性系数 155。 将各参数代入上 式得 3 23 )261 a=42.9 式 黑龙江工程学院本科生毕业设计 30 2 （ 4 得 2d = =17.2 6 m=取 ： m =2 2d =22.4 q = 7、 计算圆周速度v= （ 4 v 10 0060 m/s v=m/s 蜗杆分度圆导程角 （ 4 Z=10729 由
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号