【《机场行李牵引车的转向系统设计》8300字】

机场行李牵引车的转向系统设计目录TOC\o"1-3"\h\u320351绪论 1132351.1课题研究的背景和意义 1132081.2行李牵引车转向系统发展状况 2285081.3本文主要工作内容 3223082转向系的总体方案设计 397972.1方案确定原则 3241642.2转向器方案的分析与选择 4232132.2.1齿轮齿条式转向器 4308022.2.2循环球式转向器 498752.2.3蜗杆曲柄指销式转向器 426082.3动力转向机构布置方案分析 4185382.3.1动力转向机构布置方案 4301992.3.2分配阀的结构方案 526432.4转向梯形结构方案分析 5136063转向系主要性能参数计算 6393.1转向系的效率 6294773.2传动比的变化特性

7150673.3最小转弯半径 9275414循环球式转向器设计参数计算 9174164.1转向盘所需手力的计算 10133764.2参数选取和计算 1027084.3零部件强度校核 1460355动力转向机构的设计与计算 16291425.1气缸尺寸的计算 1630045.2分配滑阀各参数计算 18324276转向传动机构的设计与计算 19296706.1转角计算 20149296.2转向横拉杆的设计计算 2010646.3直拉杆转向机构设计计算 21248417循环球式转向器的三维建模 2497657.1扇齿和摇臂轴的3D建模 24252887.2其他零部件的三维建模 2627500结论 2711910参考文献 271绪论课题研究的背景和意义在国家飞速发展的新阶段，电动汽车渐渐成为新能源车辆的主流。在行李牵引车方面，现在国内机场所使用的行李牵引车大多数是国外进口品牌为主。我国提出构建国内国际双循环的新发展格局，应加强国内循环，主要以国产代替来实现。行李牵引车是机场所投用的专用车辆，它主要用于行李的托运工作。在国家经济迅速发展的大时代下，我国的航天体系快速发展壮大，此类专用车辆的需求量将会越来越多。但同时现在的行李牵引车也存在一个问题，它的转弯半径相对于其他车辆较小，所以为了改善这一问题，我们需要对其转向系统进行设计，让其满足平时工作的需求。汽车的行驶是否平稳有部分取决于汽车的转向系统，转向机构的设计对行李牵引车的操作稳定性有着很大影响，也对轮胎磨损方面有影响。在设计方面要保证路面情况可能带来的冲击影响到驾驶员的操纵，尽可能减小冲击力。

通过本次对行李牵引车转向系统的设计，了解更多关于行李牵引车构造方面的知识，同时也能借助这次设计，巩固大学期间所学的专业知识，可以更加熟悉三维建模方面的内容，以及利用计算机软件对于机构的优化，这对于我们以后的工作生涯也有一定的帮助。在转向系统方面行李牵引车和普通汽车是类似的，可能由于体型不同，转向特性有些不同，但是在转向系统的转向原理上两者是基本相通的。行李牵引车转向系统发展状况过去行李牵引车主要使用了机械式转向，但这这种转向系统的操作性不好，在转动方向盘时比较费力，因此现在使用这种转向系统的车辆比较少，大多已经不再使用了。由于纯机械转向系统不够灵敏的，可能会造成未来得及转向发生事故。为了解决这个问题，液压助力式就被发明了出来。液压助力转向相比纯机械式转向系统，在转向的灵敏度方面得到了很大的提升，解决了驾驶员在转弯时需要用大力才能转向的问题。早期的小型行李运输牵引汽车大多使用的都是一种整体式旋转向器和梯形机构，因为它布置简便，方便调整，但也有了缺点：在转向时两个转向轮会互相影响。由于这个缺点，现在人们也渐渐减少了整体式转向梯形机构的使用，随着人们对车辆的操控性和驾驶的安全性提高，断开式转向梯形机构慢慢的被人们使用，这类转向梯形机构能防止两前转向轮在车辆行驶时不互相干涉。根据上述的现象，随着时代的变迁，国家的发展，科技的发展，人们生活水平的提升，所以人们对于汽车驾驶时的操纵性也不像以前那么低了。我国目前大多数还在使用国外进口的车辆，国产车辆的研发还需继续推进。本文主要工作内容(1)收集关于行李牵引车的资料，了解其构造;(2)确定行李牵引车转向系统的总体方案;(3)对转向系统各个部件进行分析计算;(4)使用Creo制作转向器三维模型;2转向系的总体方案设计方案确定原则汽车转向系统各种零部件必须具备一个足够的刚度，确保各个机构平稳运行。转向时车轮的转动是循序渐进的。车辆在行是过程中，方向盘不得自振或摆动。在任何操作位置，不得干涉其他零件转向系统必须保证车辆从起步到最大速度的过程中操作的灵活性的安全性。转向车轮和转向操纵机构要确保运动的一致性。在路况不太好的路面上行驶时，路况所反馈的力矩传递给操纵盘的力矩要小。转向操纵方向必须与车辆预计方向改变相一致。转向操纵角与转向角之间的关系保持不变。转向器方案的分析与选择2.2.1齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器的优点：结构简单，紧凑，刚度大便于布置。靠齿条来直接带动横拉杆，就可使转向轮转向缺点：逆效率在60%~70%,汽车在不平道路上，带来的冲击反馈给转向盘，可能影响行驶安全。2.2.2循环球式转向器循环球式转向器相比于其他转向器能够传递的动力的能力要强，当今使用的也比较多，并且维修也十分方便。2.2.3蜗杆曲柄指销式转向器蜗杆曲柄是指销式转向器布置机械组成比较简单,在产生滚动和摩擦力大的情况下进行工作，因此容易造成磨损。综上所述,根据结构布置要求,并且全面考虑转向器的性能条件,我选用循环球式转向器。动力转向机构布置方案分析动力转向机构布置方案本次设计中所使用的动力转向机构，要考虑到以下几个方面：该机构占用的空间不大，结构紧凑。由于该机构建立所产生的负荷，对于转向器的各个零件是否能够承受。管路方面的要求是长度。车辆在行驶时，路面情况对车轮产生侧向力的情况下，对于转向车轮的影响。能否适配所选择的转向器。1为分配阀2代表转向器3是动力缸图2.1动力转向机构布置方案图鉴于液压助力转向相比纯机械式转向提供的压力足够大，灵活度高，容易操作，运行平稳，路面不平时反馈的冲击力小，相比之下，我选择该动力转向机构，作为本次的设计对象。2.3.2分配阀的结构方案分配阀主要有两种结构方案:转动阀式指的是其中的油路通过阀的旋转从而达到限制效果。而另外一种限制方式是滑阀，这种方式和旋转阀不同，这种结构中的油路是被阀体沿着轴这种运动方式来限制的。通过深度了解，滑阀式相对于转阀式，它的排列方式比较容易，易于理解实现。转向梯形结构方案分析(1)断开式转向梯形这种转向梯型的优势之一是它能够确保两侧转向轮之间的运行不受任何干预。(2)整体式转向梯形整体式梯形旋转滚动转向器结构采用整体梯形设计结构简单,易于手动转向调整没有转向前后约束,价格便宜;但缺点为车辆行驶过程中，路面状况对两个车轮的影响是一致的。综合考虑下来，由于本次所涉及车辆的要求，最后还是要选择第一种转向机构，图2.2断开式转向梯形机构3转向系主要性能参数计算转向系的效率正效率计算公式：(3-1)逆效率计算公式：(3-2)代表的是转向轴的功率；代表的是转向器的磨擦功率；代表的是转向摇臂轴的功率。(1)转向器的正效率

(3-3)代表的是螺杆的螺线导程角

；代表的是摩擦角

取，通过公式，计算出。(2)转向器的逆效率

逆效率影响转向系统的操控，从而也直接影响了驾驶员的安全。因此在逆效率的大小方面，应该尽可能大，从而保证汽车机动性能。在只计算啮合副互相摩擦这一因素，不考虑其他构件之间的摩擦时，可得出：

(3-4)传动比的变化特性

(1)转向系传动比转向系的传动比由转向系中的力传动比与角传动比组成：(3-5)代表的是转向阻力代表的是转动操纵盘所需要使用力的大小转向系的角传动比的定义：(3-6)转向系的角传动比由转向器角传动比和转向传动机构角传动比组成，即(3-7)转向器的角传动比：(3-8)由于本次设计转向器的特点，其可以这样算出来代表的是齿扇啮合半径；代表的是螺距转向传动机构的角传动比可以用下面的公式表示：(3-9)(2)力传动比与转向系角传动比的关系转向阻力矩和转向阻力的关系可用下式表示：(3-10)代表的是车轮的转臂和之间的关系如下：(3-11)代表的是转向操纵盘的直径长由以上两个式子结合可以推出(3-12)若我们完全忽略了外力磨擦的能量损失,可以通过使用上列下式方程来正确表示(3-13)由以上两个式子可以推出(3-14)借助上式,与是负相关的关系,对于任何汽车和都是定值,当转向系力传动比变大时,在操纵方面能更加灵活,但同时转向系角传动比也有可能会变大的,那么转向就会变得困难，行驶的危险性就变大。根据所给数据，其中，，得到最小转弯半径最小转弯半径的大小由汽车的轴距决定，该参数也影响汽车行驶的安全性,下式为计算：(3-15)L为轴距=，外轮转角=30°，主销到另一个外轮的轮车辙的距离=，把以上数据代入上式4循环球式转向器设计参数计算转向盘所需手力的计算原地转向阻力矩：代表的是摩擦因数的大小，一般都取值为；代表的是前轴静负荷（N）；代表的是胎压，查询设计车辆的参数，可以得出得出以下公式可以计算出转动方向盘所需的力矩为(4-1)代表的是：转向摇臂的长；代表的是：转向轮对于节臂的长；代表的是：操纵盘所取直径；——转向器的角传动比；——转向器的正效率。所给参数得到根据上式，分析得到转动操纵盘所要使用到的力的最大值。参数选取和计算表4.1循环球式转向器主要参数齿扇模数m/mm3.03.54.04.55.06.06.5摇臂轴直径/mm

2263032323538404245钢球中心距/mm202325252830323540螺杆外径/mm2023252528293438钢球直径/mm5.5565.5566.3506.3507.1447.1448螺距/mm7.9388.7319.5259.525101011工作圈数1.552.52.5环流行数2螺母长度/mm4145524647585659627278082齿扇齿数355齿扇整圆齿数121313131415齿扇压力角22°30´27°30´切削角6°30´6°30´7°30´齿扇宽/mm2225252725283028～323034383538表4.2循环球式转向器齿扇齿模数齿扇齿模数m/mm3.03.54.04.55.06.06.5乘用车排量/mL5001000～18001600～200020002000——前轴负荷/N3500～38004700～73507000～90008300～1100010000～11000——货车和大客车前轴负荷/N3000～50004500～75005500～185007000～195009000～2400017000～3700023000～44000最大转载质量/Kg350100025002700350060008000(1)钢珠的中心距、螺杆的外径长、螺母的内径长所取的数据如下。图4.1螺杆

钢球

螺母传动副根据其他同类型汽车来看，一般在取值，不小于，标准为。查阅表的得，我们采用数据为，得出(2)关于钢珠的直径和数量计算严格按照我国所制定的要求钢珠的直径应处于，按照上表数据。每各个环路中的钢珠数是：代表的是一个环路中钢珠运行的圈数；取。(3)滚道截面

定义为：一对圆弧构成的螺母及螺杆所形成的截面。钢铁珠半径不能大于螺杆和螺母之间间隙的半径，来降低阻力产生的影响，我么采用。。图4.2滚道截面(4)接触角

定义：滚珠和螺杆滚道之间接触点的正压力方向与螺杆滚道正常表面的轴方向之间的角度，这里我们采用为。(5)螺距和螺线导程角转向盘转动角，对应螺母移动的距离为(4-2)代表的是螺纹螺距，根据所给数据，，导程角，我们采用。齿扇节圆转过的弧长和相应摇臂转过的由以下式子：(4-3)代表的是齿扇节圆的半径。由以上两个式子，计算出，我们直接对求导计算出角的传动比：(4-4)根据上式，与螺距有关。当为定值时，值会随着d值的增大而减小，。螺距在范围内，其中，，。(6)工作钢珠圈数这里的代表的是圈，数量的变化，可能会造成转向器刚度的降低，从而增加了损坏的风险。但同时也能降低钢珠所产生的压应力。(7)导管内径

，——导管内径与钢珠直径之间的间隙。但是的取值需要在一个非常小的范围内，查阅相关资料得到这个范围是。这里我们取导管壁厚的长度为1mm。

这里我们折中选用为0.5mm，计算后得到7.644mm（8）材料选择查阅资料得齿轮得传动轴和齿扇大多采用优质钢材,强度方面，达到标准。螺杆、螺母和转向摇臂上的轴承均采用不锈钢表面渗碳。该转向器的壳体采用的材料。零部件强度校核(1)接触应力(4-5)代表的是滚道截面半径，这里我们采用；代表的是钢珠的半径，；——钢珠所在螺杆的外径，这里我们采用；代表的是弹性模量，；，得出我们算出来时0.05，。表3.3A/B0.400.3000.050.020.010.007K0.5360.6000.7160.8000.9701.2801.8002.2713.202螺杆和钢珠中间的正压力：(4-6)=；代表的是运行时钢珠的量，我们采用；手力，我们采用；为钢球接触点到螺杆中心线的距离，；=。代入（4-6）在这个点钢珠与作用面之间的硬度=，查询资料得范围是。根据上式的结果，所以我们采用数据达到标准。(2)齿的弯曲应力下式为的计算式：(4-7)代表的是齿扇所受到的作用力：(4-8)=。结果为：；根据以上的校核计算，达到设计车辆的使用标准。5动力转向机构的设计与计算气缸尺寸的计算气缸主要尺寸包括：动力缸内径、活塞行程、活塞杆直径和动力缸体壁厚。图5.1动力缸的布置动力缸应产生的推力F；(5-1)代表的是转向摇臂长度代表的是转向摇臂轴与动力气缸活塞所在的距离，这里我们用。工作时的油液压力、动力气缸的横截面面积及其推力的相互关系表达式：(5-2)(5-3)由于两种动力工作缸的驱动活塞两侧的驱动工作缸不同，因此活塞较小一侧的工作缸应以米计，(5-4)D为机构运行时气缸的直径（内）;其中我这次采用的可以用可用公式定义为根据上面两式可以得出：(5-5)其中的转向摇臂轴取值，由此可以得出；F1再根据（5-5）我们可以得出；当汽车的齿轮旋转到最大旋转角时,把直拉杆的位置移动值进行换算,即可计入到活塞杆点上的位置移动值,即可得到活塞的行程。所以当活塞保持在极限的位置上时,就需要在断面与动力气缸之间设计留有一定的间隙,来便于发挥活塞的导向效果。活塞位于左侧限制位置的缝隙处,所留下的间隙为。活塞位于右侧限制位置的点上,所留下的间隙公式为。其中B代表的是活塞的厚度，一般情况下我们可以这样取值。气缸的最大长度：(5-6)代表的是活塞最大位移量最后得出：动力缸壳体厚度可以用下面公式得到：(5-7)——油液输出压力的最大值；——机构运行时气缸的直径（内）；——安全指数，的一般取值；——屈服强度壳体通常采用球墨铸铁和铝合金铸造。活塞杆一般采用或钢来加工。分配滑阀各参数计算而分配阀的泄露量、液流速率及转向的灵敏性则与以上各个参数有关联。(1)对气体分配阀门所进行的气体泄漏和排量控制应该指的是在高压溢流阀门的极值温度限制条件下达到最大值时总气体的排量。按照以下计算方法公式来进行计算(5-8)——阀体和滑阀之间的空隙，这里该值的范围在，为了考虑全面这里我们直接用最大值：指的是油液在阀出入口处的压力值变化量；指的是滑阀的外径；指的是密封所取用的长；代表的是油液粘度。(2)局部压力降在车辆在道路上直线行驶时,液流在压力分配阀上方高速流动后回到发动油箱。当局部液流在分配管内或是向分配阀上方方向流动时,此时可以用下式表示：(5-9)指的是中部液流流速，该数值的计算公式：(5-10)指的是在溢流阀约束后的最大排量；代表的是滑阀的直径；——预开间隙。其中的取值范围为。根据（5-9）、（5-10）两式：如果、d这两个数值过小，那么就会增，其后果就会使局部压力降突破要求的限制数值。(3)分配阀的回位弹簧回位弹簧在机构所给的压力卸除后，使元件回到原来的位置。为了防止汽车行驶时各种情况对分配阀的影响。在我们转动方向盘不需要很大力的情况下，回位弹簧输出的力矩不能过小，否则操纵盘和驱动轮无法正常回位。为了达到定位转向运动停止后操纵盘能够自动停止的目的，回位转向弹簧的自动预转向压缩力在最小要求值内的强度需要高于转向器逆向时的摩擦阻力。6转向传动机构的设计与计算转角计算在忽略车轮偏移的情况下，转角关系如下：:指的是外侧转向轮的旋转角度；指的是内侧转向轮之间的旋转角度；指的是两主销中心之间的距离；指的是行李牵引车的轴距。图6.1汽车转向轮理想内、外轮转角关系图查询参数得，，所涉及车辆的轴距，外侧转向轮转角，代入转角关系时可以得出：转向横拉杆的设计计算(1)梯形机构各参数计算转向梯形的基本参数有和。指的是梯形臂的长度，指的是梯形底角。取决于汽车内部空间布置布置。横拉杆轴向力：代表的是纵拉杆作用于转向节臂的力，常用的关系式：，代表的是前轴轴荷；指的是纵向拉杆的作用力臂；——横拉杆轴向力的作用力臂。从公式中可以得出：如果梯形臂的长度过小，那么横拉杆轴向力会过大。同时也不能过大，因为它影响着汽车内部的空间布置。对于大多数汽车来说,梯形臂长度和两个主销之间中心差距的比率都处于之间。综合分析，本次设计取值为=，=，=。另外其中梯行底角的取值比较难以确定，通常情况下在所有设计完成后，进行汽车空间布置完成后。这里我们取(2)梯形校核下图是采用图解法进行校核的。图6.2横向拉杆式梯形机构图解与设计由上表所示,外侧转向轮为旋转角时,内侧为转向轮的旋转角,与理论所计算的数值基本相符。直拉杆转向机构设计计算因为直拉杆转向机构为空间四杆机构，将四杆分别向x，y，z轴三个方向投影，可得方程：(6-1)三个式子化简可以得到：(6-2)，两个参数可以通过加减消元去除。指的是转向摇臂的长度，指的是直拉杆的长度，转向摇板前后摇摆段的长，，对应定点的坐标差值。，这两个量未知。为了计算这两个量，可以通过三组，数值，得出对应的方程组，再求解方程组。然后可以得出、、。但是由于参数的变化，想要计算出来比较困难。因此我想到借助计算机软件计算公式：以下是我的计算过程：输入上述计算公式，在菜单栏中选择window然后选择工作区workspace进入。图6.3输入函数式计算图6.4Matlab结果field一列表示的是未知数x、y、z的名称,value一列指的是各个未知数的位置和值,然后点击对应运行按钮,计算出8组数据结果。按照本次设计车辆的要求和实际情况,从上述数据中选择x=147.95mm,y=924.06mm,z=252.04mm。（下图为计算出未知数具体不同数值）图6.5转向垂臂长度值x图6.6直拉杆长度值y图6.7转向摇板前后摇摆段长度值z表3.4，值 9090001147113.60.6819983703-0.400349001560.9163627431 0.7313536920813366.4-0.68199833110.400349050670.916362721650.73135372862在对上述结果进行圆整后我们得出，转向节臂长142mm，横拉杆长448mm，转向摇板左右摇摆段长280mm，转向摇板前后摇摆段长252mm，直拉杆924mm，转向垂臂长148mm材料工艺方面，查阅资料，根据同类型牵引车的要求，转向垂臂与转向垂臂轴之间采用三角花键联接，且为了满足无间隙配合，花键孔与花键轴要满足锥度的要求，装配时孔与花键轴应按标记对中。为保证转向系统结构件的刚度和强度，转向垂臂和转向节采用中碳钢或中碳合金钢模锻而成。直拉杆和横拉杆采用内外径分别为16mm、25mm的30钢的空心管，杆件之间用球头销连接，这样能够满足空间运动的要求。循环球式转向器的三维建模转向器作为转向系统中重要的组成部分，转向器的功用是：增大转向盘传递给转向传动机构的力，另外一个作用是改变力的传递方向。其中循环球式转向器主要组成部件有螺母、螺杆、小钢球，壳体等等。本次我使用Creo6.0三维建模软件对该转向器进行建模。以下是我对主要零件的简单描述，其他零件的建模过程大致相同，同时也给出相应的三维图。扇齿和摇臂轴的3D建模部分零件操作步骤：（1）创建新的绘图模型（2）绘制对应的草绘截面，如图7.1所示图7.1草绘截面（3）然后点击旋转按钮的到对应的3D图，如图7.2所示。图7.2旋转所得模型（4）扇齿的建模，我们首先使用拉伸，绘制草绘截面，如图7.3。图7.3拉伸（5）绘制完截面后拉伸。然后使用阵列特征，我们选择阵列类型为轴，成员间角度为22.5°，完成后如图7.4所示。图7.4阵列（6）然后使用拉伸特征，完成对部分齿的去除，首先绘制对应的草绘截面，如图7.5所示。图7.5草绘截面（7）选择移除材料，最后结果图如图7.6所示。图7.6结果图其他零部件的三维建模其他零部件的建模过程大致相同，以下为其他零件的3D模型图。图7.7螺杆图7.8螺母图7.9壳体结论本次设计我首先查阅了相关资料，了解了行李牵引车的构造，以及转向系统的相关知识。首先我对转向系的总体方案设计进行确定，分析了对于转向器的选择，根据本次设计车辆，我选择了循环球式转向