开题报告-行星齿轮式转向机构设计与三维建模

PAGE附件3一、课题的背景和意义传统的机械式转向机构大多是前轮转向，对于车身比较长的车辆，车辆在低速转向时机动性差，高速转向时稳定性不好。为改善车辆的操纵稳定性，提出了多轮转向技术，目前其研究多集中在四轮转向、电控转向和控制策略上，对机械式动态转向机构的研究极少。本文中提出的行星齿轮式机械式转向机构，可使车辆在低速大转角下前后轴转向相反，高速小转角下前后轴转向相同，既提高了车辆的机动性，又获得了较好的稳定性。虽然其性能不如电控转向车辆控制精确，但具有较佳的耐用性，且成本低，是目前提高货车转向性能的较佳选择。本文中首先分析了行星齿轮式转向机构的工作原理和结构参数的影响;然后根据操纵稳定性和四轮转向技术等相关理论，分析了车辆在不同转向情况下前后轮间的转角变化;最后建立了整车模型，进行了转向性能的验证。结果表明，行星齿轮式动态转向机构可明显提高车辆的机动性和稳定性。二、文献综述转向机构又名转向机、方向机，它是转向系中最重要的部件。转向机构的作用是：增大转向盘传到转向传动机构的力和改变力的传递方向。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机构，现在的循环球式转向机构也是这种转向机构的一种变型，轿车也经常使用。在这种转向机构中，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[1]。

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、转向机构、转向传动杆和转向轮(前轮)等组成。方向盘操纵转向机构内的齿轮转动，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机构的设计理论化，并加工成精度很高，操纵灵活的齿轮齿条转向机构，正式应用在轿车上。1.2转向的分类和特点行星齿轮式转向机构主要由转向传动轴、转向传动偏轴、行星齿轮、行星轮偏轴、固定齿圈和滑块等组成［4］，如图1所示。转向传动轴接收来自前轮的转向驱动，通过转向传动偏轴带动行星齿轮沿固定内齿圈转动，固定在行星齿轮上的行星轮偏轴随之转动，带动滑块拨动后轮的转向传动机构左右移动，最终传递到后转向轮使其转角发生变化。1.3转向机构的现状和发展趋势改革开放以来，我国汽车工业发展迅猛。作为汽车关键部件之一的转向系统也得到了相应的发展，基本已形成了专业化、系列化生产的局面。有资料显示，国外有很多国家的转向机构厂，都已发展成大规模生产的专业厂，年产超过百万台，垄断了转向机构的生产，并且销售点遍布了全世界1.3.1国外转向机构行业概况国外发达国家转向机构的制造有较长历史，伴随汽车的发明转向机构的设计和制造也一直在不断的更新。近些年来，为了满足各种工况的实际需求转向机构的类型已经演化到很多种。为了达到更加灵活和精准的转向，液压助力转向和电子助力转向已经在国外得到了广泛应用。国外汽车配装的转向机构以液压助力式转向机构为主，约占总产量的50%以上，机械式转向机构仅占7%且日趋淘汰，从液压助力式转向机构基础上发展起来的电动液压助力式转向机构约占15%，近年来迅速发展的电动助力式转向机构占28%（主要配轿车）。1.3.2国内转向机构我国的汽车制造业起步较晚，所以汽车转向机构的发展造成了一定程度的延后，尤其和世界水平产生了不小的差距。80年代以后，由于改革开放，我国经济迅速发展。面对国内汽车制造行业的蒸蒸日上，作为汽车关键部件之一的转向机构也得到了较为快速地发展，在产销规模不断增长的同时，技术水平也得到了一定程度的提升[3]。据统计，2007年全国汽车转向机构生产企业有150多家，其中民营企业占70%，国营企业占14%，合资企业占10%，独资企业占6%。转向机构行业中，规模较大的企业有上海ZF、恒隆集团、一汽光洋、新乡豫北和湖北三环等20多家，生产集中度约为80%。转向机构行业的企业总资产约为130亿元，年生产能力超过1000万台（套）。2007年，国内转向机构产销量约940万台（套），总产值约为120亿元，出口创汇约2.45亿美元。产品结构基本合理，能覆盖国内全系列汽车，基本满足整车产业发展需求。在国内汽车配装的转向机构产品中，商用车（主要是载货车）有95%以上是自主品牌转向机构。在中高档轿车中，2/3车辆使用的是中外合资企业或外商独资企业生产的转向机构，1/3的车辆使用自主品牌转向机构。低档轿车则几乎全部使用自主品牌转向机构。1.3.3我国汽车转向机构制造业的发展，从无到有，从小到大，已成为我国机械工业的重要组成之一，成为世界转向机构生产大国之一。迄今通过技术引进、消化吸收、合作生产，自主开发了多种种新产品，填补了国内空白，有的达到国际先进水平。产品的技术水平和自动化程度都有很大提高，新的技术产生了新的成果主要表现在：（1）做成整体式动力转向机构应用于各种工况的多种车辆中（2）制成变传动比转向机构解决转向灵敏度和转向力之间的矛盾（3）可逆式转向机构保证转向后转向轮和转向盘自动回证，减轻驾驶员疲劳，提高行驶安全性（4）采用变厚齿扇简单了转向机构的传动间隙调整机构，保证了转向的灵敏度三、课题的主要内容和方法研究思路：在计划阶段对所设计的机器的现状进行调查研究，通过分析，进一步明确机器所应有的功能，在此基础上写出设计任务的要求细节、形成设计任务书。任务书大体内容包括：机器的功能、经济性和环保性的估计、制造的工艺性等等。具体方案步骤：1.方案选取。转向有多种，其工作原理也不尽相同，如何设计才能更好的发挥机器的功能需要认真分析，就是预期的功能能否全部实现，相互间能否替代等。最后确定出最佳的功能参数，作为进一步设计的依据。在这一步骤中，要恰当处理理想状态和实际情况之间可能产生的问题。2.确定功能参数后，即可提出可行的设计方案，亦即提出可能采用的方案。确定最佳方案时，可按原动件部分、传动部分及执行部分一一进行讨论。一般情况下是先从执行部分开始讨论。3.对机构进行评估时，还必须对机器的安全可靠性进行分析，把安全可靠性作为一项重要的评价指标。从可靠性的观点来看，盲目的追求复杂的结构是不明智的，通常，系统越复杂，就有可能累积更多的误差，则系统的可靠性就越低。为了提高复杂系统的可靠性，就必须增加并联设备系统，但是这又不可避免地提高机器的成本。4.通过各个方案的对比，最后确定一个最好设计方案的原理图或机构运动简图。在方案设计阶段，要懂得借鉴之前同类机器的设计经验，研究它的优势与不足，取其长弃其短。要积极创新，反对保守和照搬原有设计，同时也要反对一味追求创新而把合理的经验弃置不用这两种错误倾向。四、主要参考文献【1】陈家瑞.汽车构造（下册）.北京：机械工业出版社，2007【2】刘惟信.汽车设计.北京：清华大学出版社，2001【3】王望予.汽车设计.北京：机械工业出版社，2004【4】最新汽车设计实用手册.哈尔滨：黑龙江人民出版社，2005【5】机械设计手册编委会.机械设计手册.北京：机械工业出版社，2004【6】王玉梅.微型汽车循环球式转向机构齿扇设计参数分析.长春工业大学学报,2005.6【7】刘惠.循环球式转向机构的加工与检测.现代制造工程，2003【8】朱福培，张枫念.循环球式转向机构设计中的一些问题探讨.苏州汽车配件厂,1996【9】张静,方世杰.循环球转向机构螺杆的可靠性计算.传动技术,2007.3【10】刘喜民，王玉梅.循环球转向机构齿轮齿条啮合特点及齿扇道具设计，吉林工学院学报，1994【11】高军.汽车动力转向机构性能测试技术与系统开发.大连理工大学，2005【12】邱峰.汽车转向系统的发展趋势与关键技术.轻型汽车技术，2005.1【13】胡建军.汽车转向技术进展分析.液压与气动，2006.12【14】王军.重型汽车转向系统的结构分析与设计方法研究.武汉理工大学，2006.4【15】韩英淳.汽车制造工艺学.北京：人民交通出版社，2005五、课题进度2019