汽车转向器说明书毕业设计文档格式.docx
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转向器操纵稳定性循环球齿条-齿扇式转向器
Abstract
Gearcarsanimportantcomponentoftheinitiativeisdecidedautomobilesafetyofthekeyassembly,ItseriouslyaffectedthequalityofthevehicletouseButmechanicalsteeringgearisstillwidelybeenworldmotorvehiclesandpartsmanufacturersadopted.Andthemechanicalsteeringgear,Rackcycleball-typesteeringgeartoothfansasitsowncharacteristicswidelyusedinvarioustypesvehicles.ThegraduationdesignoptionsGX1608Acyclegearball-typesteeringgearrackasaresearchtopic,Itsmaincontentsare:
automotivesteeringgearcomponentsclassification;
assemblywastoprogramanalysisanddatatoidentifyandsteeringgeardesignprocess.
Theadvantageofsuchsteeringgear,andmanipulatinglight,wearandtear,longlife.Thedisadvantageisthatthestructureiscomplicatedandcostly,thansteeringrackandpinionsensitivity.Thereforegraduallybeingreplacedbyrackandpinion.However,withthepowersteeringapplications,theball-typesteeringgearcycleandarewidelyusedinrecentyears.
Keywords;
DiverterBall(α+ρ)(2--1)
式中,α为蜗杆(或螺杆)的螺线导程角;
ρ为摩擦角,ρ=arctanf(f为摩擦因数)。
2)转向器逆效率η-
根据逆效率大小不同,转向器又有可逆式、极限可逆式和不可逆式之分。
路面作用在车轮上的力,经过转向系可大部分传递到转向盘,这种逆效率较高的转向器属于可逆式。
它能保证转向后,转向轮和转向盘自动回正。
这既减轻了驾驶员的疲劳,又提高了行驶安全性。
但是,在不平路面上行驶时,车轮受到的冲击力,能大部分传至转向盘,造成驾驶员“打手”,使之精神状态紧张。
如果长时间在不平路面上行驶,易使驾驶员疲劳,影响安全驾驶。
属于可逆式的转向器有齿轮齿条式和循环球式转向器。
不可逆式转向器,是指车轮受到的冲击力不能传到转向盘的转向器。
该冲击力由转向传动机构的零件承受,因而这些零件容易损坏。
同时,它既不能保证车轮自动回正,驾驶员又缺乏路面感觉,因此,现代汽车不采用这种转向器。
极限可逆式转向器介于上述两者之间。
在车轮受到冲击力作用时,此力只有较小一部分传至转向盘。
它的逆效率较低,在不平路面上行驶时,驾驶员并不十分紧张,同时转向传动机构的零件所承受的冲击力也比不可逆式转向器要小。
如果忽略轴承和其它地方的摩擦损失,只考虑啮合副的摩擦损失,则逆效率可用下式计算
H-=tan(α-ρ)tanα(2—2)
式(2—1)和式(2—2)表明:
增加导程角α,正、逆效率均增大。
受η-增大的影响,α不宜取得过大。
当导程角小于或等于摩擦角时,逆效率为负值或者为零,此时表明该转向器是不可逆式转向器。
为此,导程角必须大于摩擦角。
通常螺线导程角选在8°
~10°
之间。
2.2.2传动比的变化特性
1)转向系传动比
转向系的传动比包括转向系的角传动比和转向系的力传动比
从轮胎接地面中心作用在两个转向轮上的合力2Fw与作用在转向盘上的手力之比,称为力传动比,即ip=2FwFh
转向盘转动角速度ωw与同侧转向节偏转角速度ωk之比,称为转向系角传动比,即iwo=ωwωk=(dφdt)(dβkdt),式中,dφ为转向盘转角增量;
dβk为转向节转角增量;
dt为时间增量。
它又由转向器角传动比iw和转向传动机构角传动比iw′所组成,即iwo=iwiw′。
转向盘角速度ωw与摇臂轴转动角速度ωp之比,称为转向器角传动比iw,即iw=ωwωp=(dφdt)(dβpdt),式中,dβp为摇臂轴转角增量。
此定义适用于除齿轮齿条式之外的转向器。
摇臂轴转动角速度ωp与同侧转向节偏转角速度ωk之比,称为转向传动机构的角传动比iw′,即iw=ωpωk=(dβpdt)(dβkdt)。
2)力传动比与转向系角传动比的关系
轮胎与地面之间的转向阻力Fw和作用在转向节上的转向阻力矩Mr之间有如下关系
Fw=Mrα(2—3)
式中,α为主销偏移距,指从转向节主销轴线的延长线与支承平面的交点至车轮中心平面与支承平面交线间的距离。
作用在转向盘上的手力Fh可用下式表示
Fh=2MhDsw(2—4)
式中,Mh为作用在转向盘上的力矩;
Dsw为转向盘直径。
将式(2—3)、式(2—4)代入ip=2FwFh后得到
ip=MrDswMhα(2—5)
分析式(2—5)可知,当主销偏移距为a时,力传动比ip应取大些才能保证转向轻便。
通常轿车的a值在0.4~0.6倍轮胎的胎面宽度尺寸范围内选取,而货车的d值在40~60mm范围内选取。
转向盘直径Dsw根据车型不同在JB4505—86转向盘尺寸标准中规定的系列内选取。
如果忽略摩擦损失,根据能量守恒原理,2MrMh可用下式表示
2MrMh=dφdβk(2—6)
将式(2—6)代人式(2—5)后得到
ip=iwoDsw2α(2—7)
当α和Dsw不变时,力传动比ip越大,虽然转向越轻,但iwo也越大,表明转向不灵敏。
3)转向系的角传动比iwo
转向传动机构角传动比,除用iw′=dβpdβk表示以外,还可以近似地用转向节臂臂长L2与摇臂臂长Ll之比来表示,即iw′=dβpdβk≈L2Ll。
现代汽车结构中,L2与Ll的比值大约在0.85~1.1之间,可近似认为其比值为iwo≈iw=dφdβ。
由此可见,研究转向系的传动比特性,只需研究转向器的角传动比iw及其变化规律即可。
4)转向器角传动比及其变化规律
式(2—7)表明:
增大角传动比可以增加力传动比。
从ip=2FwFh式可知,当Fw一定时,增大ip能减小作用在转向盘上的手力Fh,使操纵轻便。
考虑到iwo≈iw,由iwo的定义可知:
对于一定的转向盘角速度,转向轮偏转角速度与转向器角传动比成反比。
角传动比增加后,转向轮偏转角速度对转向盘角速度的响应变得迟钝,使转向操纵时间增长,汽车转向灵敏性降低,所以“轻”和“灵”构成一对矛盾。
为解决这对矛盾,可采用变速比转向器。
齿轮齿条式、循环球式、蜗杆指销式转向器都可以制成变速比转向器。
循环球齿条齿扇式转向器的角传动比iw=2πrP。
因结构原因,螺距P不能变化,但可以用改变齿扇啮合半径r的方法,达到使循环球齿条齿扇式转向器实现变速比的目的。
随转向盘转角变化,转向器角传动比可以设计成减小、增大或保持不变的。
影响选取角传动比变化规律的因素,主要是转向轴负荷大小和对汽车机动能力的要求。
若转向轴负荷小,在转向盘全转角范围内,驾驶员不存在转向沉重问题。
装用动力转向的汽车,因转向阻力矩由动力装置克服,所以在上述两种情况下,均应取较小的转向器角传动比并能减少转向盘转动的总圈数,以提高汽车的机动能力。
转向轴负荷大又没有装动力转向的汽车,因转向阻力矩大致与‘车轮偏转角度大小成正比变化,汽车低速急转弯行驶时的操纵轻便性问题突出,故应选用大些的转向器角传动比。
汽车以较高车速转向行驶时,转向轮转角较小,转向阻力矩也小,此时要求转向轮反应灵敏,转向器角传动比应当小些。
因此,转向器角传动比变化曲线应选用大致呈中间小两端大些的下凹形曲线,如图2-1所示:
转向盘在中间位置的转向器角传动比不宜过小。
过小则在汽车高速直线行驶时,对转向盘转角过分敏感和使反冲效应加大,使驾驶员精确控制转向轮的运动有困难。
直行位置的转向器角传动比不宜低于15~16。
2.2.3转向盘自由行程
对转向盘自由行程的认识
转向盘在空转阶段中的角行程,称为转向盘自由行程。
转向盘自由行程对于缓和路面冲击及避免使驾驶员过度紧张是有利的,但不宜过大,以免过分影响灵敏性。
一般说来,转向盘从相应于汽车直线行驶的中间位置向任一方向的自由行程最好不超过10°
~15°
。
当零件磨损严重到十转向盘自由行程超过25°
~35°
时,必须进行调整。
2)转向盘自由行程过大的原因
造成转向盘自由行程过大的原因,主要有如下几个方面:
(1)转向器蜗杆与滚轮(或齿扇、指销等)间隙过大;
(2)转向传动装置松动;
(3)转向传动装置的球铰链间隙过大(松动);
(4)前轮轴承或转向节主销与衬套配合不紧等。
2.3转向操纵机构及转向传动机构
2.3.1转向操纵机构
转向盘的功能:
现在有越来越多的汽车在转向盘里安装了安全气囊,也使汽车的安全性大大提高了。
转向盘的集电环:
转向盘上有喇叭开关,必须时刻与车身电器线路相连,而旋转的转向盘与组合开关之间显然不能用导线直接相连,因此就必须采用集电环装置。
集电环好比环形的地铁轨道,喇叭开关的触点时刻保持接通的状态。
由于是机械接触,长时间使用触点会因磨损影响导电性,导致紧急时刻喇叭不鸣甚至气囊不工作。
因此,最近装备气囊的汽车开始装用电缆盘,代替集电环。
转向盘的端子与组合开关的端子用电缆线连接,电缆盘将电线卷入盘内,在转向盘旋转范围内,电线靠卷筒自由伸缩。
这种装置大大提高了电器装置的可靠性。
2.3.2转向传动机构
为牢固支承转向盘而设有转向柱。
传递转向盘操作的转向轴从中穿过,内部有轴承和衬套支承。
转向机构应备有吸收汽车碰撞时产生的冲击能的装置,许多国家都规定轿车必须安装吸能式转向柱。
吸能装置的方式很多,大都通过转向柱的支架变形来达到缓冲吸能的作用。
转向轴与转向器齿轮箱之间采用联轴节相连(即两个万向节),之所以用联轴节,除了可以改变转向轴的方向,还有就是使得转向轴可以作纵向的伸缩运动,以配合转向柱的缓冲运动。
即:
(1)可倾斜式转向机构:
(2)可伸缩式转向机构:
[5]
3
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