齿轮齿条转向器设计 毕业论文.docx
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齿轮齿条转向器设计毕业论文
齿轮齿条转向器设计毕业论文
齿轮齿条转向器设计_毕业论文
1届毕业论文说明书中北大学信息商务学院2021
某汽车操作机构的设计
摘要:
本课题的题目是汽车操作系统的设计。
主要以齿轮齿条转向器的设计为中心,一是轿车转向系统总述;二是机械转向器的选择;三是齿轮和齿条的合理匹配,以满足转向器的正确传动比和强度要求;四是动力转向机构设计;五是梯形结构设计。
因此本课题在考虑上述要求和因素的基础上研究利用转向盘的旋转带动传动机构的齿轮齿条转向轴转向,通过万向节带动转向齿轮轴旋转,转向齿轮轴与转向齿条啮合,从而促使转向齿条直线运动,实现转向。
实现了转向器结构简单紧凑,轴向尺寸短,且零件数目少的优点又能增加助力,从而实现了汽车转向的稳定性和灵敏性。
在本文中主要进行了转向器齿轮齿条的设计和对转向齿轮轴的校核,主要方法和理论采用汽车设计的经验参数和大学所学机械设计的课程内容进行设计,其结果满足强度要求,安全可靠。
关键词:
轿车转向系齿轮齿条设计转向梯形
2届毕业论文说明书中北大学信息商务学院2021
CarsOperatingSystemDesign
Abstract:
ThetitleofthistopicisthedesignofCarOperatingSystem.Rackandpinionsteeringgeartothedesignasthecenter,firstarecars’steeringsystemoverview;Second,Carssteeringsystemperformanceparameters;thirdrackgearandareasonablematchtomeetthecorrectsteeringgearratioandstrengthrequirements;Fourth,powersteeringmechanismdesign;Fifth,thestructuraldesignoftrapezoidal.Therefore,takingintoaccounttheaboveissuesandfactorsthatrequirestudy,basedonthesteeringwheelrotarydrivetransmissionshaftofthesteeringrackandpinionsteering,throughtheuniversaljointdriveshaftrotationgearshift,steeringrackandsteeringgearshaftmeshing,therebyencouragingsteeringracklinearmotiontoachievesteering.Simplestructuretoachievethesteeringtight,shortaxialdimension,andthenumberofpartscanincreasetheadvantagesoflesspowerinordertoachievethevehiclesteeringstabilityandsensitivity.Inthisarticleamajordesignsteeringrackandpinionsteeringgearshaftandthecheck,themainmethodsandtheoreticalexperienceintheuseofautomotivedesignparametersandtheUniversityofmechanicaldesignschoolcurriculumdesignandtheresultsmeetthestrengthrequirements,safeandreliable.
Keywords:
Car;Steering;MechanicalTypeSteeringGearandGearRack;SteeringTrapezoidal
第1章绪论.........................................................................................................................5
1.1概述......................................................................................错误!
未定义书签。
1.2转向器的作用与分类..........................................................错误!
未定义书签。
1.3汽车转向装置的发展趋势..................................................错误!
未定义书签。
1.4汽车转向器国内外现状......................................................错误!
未定义书签。
1.5设计的主要内容....................................................................................................8
第2章齿轮齿条转向器设计方案选择.............................................................................9
2.1车辆相关数据与设计要求....................................................................................9
2.2转向器总体方案设计..........................................................................................11
2.2.1转向器设计方案说明...............................................................................11
2.2.2转向器输入输出形式...............................................................................11
2.2.3转向器各种输出形式对比.......................................................................12
2.2.4齿轮齿条转向器齿轮齿条选择...............................................................12
2.2.5齿轮齿条转向器齿条断面形状...............................................................12
2.2.6齿轮齿条式转向器的布置形式...............................................................13
2.2.7转向器最终方案确定...............................................................................14
第3章转向器齿轮齿条设计计算过程...........................................................................15
3.1转向轮侧偏角计算..............................................................................................15
3.2转向器原地转向阻力矩计算..............................................................................16
3.3转向器角传动比与力传动比计算......................................................................16
3.3.1角传动比与力传动比介绍.......................................................................16
3.3.2角传动比与力传动比确定.......................................................................16
3.4齿轮齿条设计......................................................................................................17
3.4.1齿轮齿条啮合传动的特点.......................................................................17
3.4.2齿轮参数的选择.......................................................................................18
3.4.3计算接触疲劳许用应力...........................................................................19
3.4.4齿轮的齿根弯曲强度设计.......................................................................20
3.4.5确定齿轮主要参数和几何尺寸...............................................................21
3.4.6确定齿条主要参数和几何尺寸...............................................................22
3.4.7齿面接触疲劳强度校核...........................................................................23
第4章齿轮轴的设计.......................................................................................................24
4.1齿轮齿条传动受力分析......................................................................................24
4.2齿轮轴最小轴径确定..........................................................................................24
4.3齿轮轴的强度校核..............................................................................................25
第5章间隙调整弹簧的设计计算...................................................................................29
5.1选择材料..............................................................................................................29
5.2计算弹簧丝直径..................................................................................................29
5.3弹簧圈数和自由高度的计算..............................................................................30
5.4弹簧校核与结构尺寸确定..................................................................................30
5.5弹簧工作时的数据..............................................................................................31
第6章其他零件的选择与润滑方式确定.......................................................................32
6.1轴承的选择..........................................................................................................32
6.2转向器润滑方式..................................................................................................33
总结...................................................................................................................................36
致谢...................................................................................................................................37
参考文献.............................................................................................................................38
附图.....................................................................................................................................39
中北大学信息商务学院52021届毕业设计说明书
1.1轿车转向系统概述
在转向技术方面,轿车和普通汽车一样,只是由于轿车的体型小,质量轻,在安装空间和转向特性方面与大车有着一定的不同,但轿车的转向系统和通常汽车在转向原理、转向要求和转向效果上都是基本相通的。
1.1.1转向系统的结构简介
转向系统是汽车底盘的重要组成部分,转向系统性能的好坏直接影响到汽车行驶的安全性、操纵稳定性和驾驶舒适性,它对于确保车辆的行驶安全、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件起着重要作用。
按转向力能源的不同,可将转向系分为机械转向系和动力转向系。
机械转向系的能量来源是人力,依靠驾驶员的手力转动方向盘,所有传力件都是机械的,由转向操纵机构(方向盘)、转向器、转向传动机构三大部分组成,经过转向器和转向传动机构使转向轮偏转。
其中转向器是将操纵机构的旋转运动转变为传动机构的直线运动(严格讲是近似直线运动)的机构,是转向系的核心部件。
动力转向系除具有以上三大部件外,其最主要的动力来源是转向助力装置。
由于转向助力装置最常用的是一套液压系统,因此也就离不开泵、油管、阀、活塞和储油罐,它们分别相当于电路系统中的电池、导线、开关、电机和地线的作用。
1.1.2轿车转向系统的发展概况
早期的轿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。
转向器是转向系主要构成的关键零件,随着电子技术在汽车中的广泛应用,转
1.1轿车转向系统概述
在转向技术方面,轿车和普通汽车一样,只是由于轿车的体型小,质量轻,在安装空间和转向特性方面与大车有着一定的不同,但轿车的转向系统和通常汽车在转向原理、转向要求和转向效果上都是基本相通的。
1.1.1转向系统的结构简介
转向系统是汽车底盘的重要组成部分,转向系统性能的好坏直接影响到汽车行驶的安全性、操纵稳定性和驾驶舒适性,它对于确保车辆的行驶安全、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件起着重要作用。
按转向力能源的不同,可将转向系分为机械转向系和动力转向系。
机械转向系的能量来源是人力,依靠驾驶员的手力转动方向盘,所有传力件都是机械的,由转向操纵机构(方向盘)、转向器、转向传动机构三大部分组成,经过转向器和转向传动机构使转向轮偏转。
其中转向器是将操纵机构的旋转运动转变为传动机构的直线运动(严格讲是近似直线运动)的机构,是转向系的核心部件。
动力转向系除具有以上三大部件外,其最主要的动力来源是转向助力装置。
由于转向助力装置最常用的是一套液压系统,因此也就离不开泵、油管、阀、活塞和储油罐,它们分别相当于电路系统中的电池、导线、开关、电机和地线的作用。
1.1.2轿车转向系统的发展概况
早期的轿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。
转向器是转向系主要构成的关键零件,随着电子技术在汽车中的广泛应用,转
向装置的结构也有很大变化。
从目前使用的普遍程度来看,主要的转向器类型有4种:
有蜗杆销式(WP型)、蜗杆滚轮式(WR型)、循环球式(BS型)、齿条齿轮式(RP型)。
这四种转向器型式,已经被广泛使用在汽车上。
据了解,在世界范围内,汽车循环球式转向器占45%左右,齿条齿轮式转向器占40%左右,蜗杆滚轮式转向器占10%左右,其它型式的转向器占5%。
循环球式转向器一直在稳步发展。
在西欧小客车中,齿条齿轮式转向器有很大的发展。
日本汽车转向器的特点是循环球式转向器占的比重越来越大,日本装备不同类型发动机的各类型汽车,采用不同类型转向器,在公共汽车中使用的循环球式转向器,已由60年代的62.5%,发展到现今的100%了(蜗杆滚轮式转向器在公共汽车上已经被淘汰)。
大、小型货车大都采用循环球式转向器,但齿条齿轮式转向器也有所发展。
微型货车用循环球式转向器占65%,齿条齿轮式占35%。
我国的转向器生产,除早期投产的解放牌汽车用蜗杆滚轮式转向器,东风汽车用蜗杆肖式转向器之外,其它大部分车型都采用循环球式结构,并都具有一定的生产经验。
目前解放、东风也都在积极发展循环球式转向器,并已在第二代换型车上普遍采用了循环球式转向器。
由此看出,我国的转向器也在向大量生产循环球式转向器发展
在国外,循环球式转向器实现了专业化生产,同时以专业厂为主、大力进行试验和研究,大大提高了产品的产量和质量。
在日本“精工”(NSK)公司的循环球式转向器就以成本低、质量好、产量大,逐步占领日本市场,并向全世界销售它的产品。
德国ZF公司也作为一个大型转向器专业厂著称于世。
它从1948年开始生产ZF型转向器,年产各种转向器200多万台。
还有一些比较大的转向器生产厂,如美国德尔福公司SAGINAW分部;英国BURM#0;AN公司都是比较有名的专业厂家,都有很大的产量和销售面。
专业化生产已成为一种趋势,只有走这条道路,才能使产品质量高、产量大、成本低,在市场上有竞争力。
齿轮齿条式转向器和循环球式转向器,已成为当今世界汽车上主要的两种转向器;而蜗轮蜗杆式转向器和蜗杆肖式转向器,正在逐步被淘汰或保留较小的地位。
在小客车上发展转向器的观点各异,美国和日本重点发展循环球式转向器,比率都已达到或超过90%;西欧则重点发展齿轮齿条式转向器,比率超过50%,法国已高达95%。
由于齿轮齿条式转向器的种种优点,在小型车上的应用(包括小客车、小型货车或客货两用车)得到突飞猛进的发展;而大型车辆则以循环球式转向器为主要结构。
循环球式转向器的优点:
效率高,操纵轻便,有一条平滑的操纵力特性曲线,布置方便,特别适合大、中型车辆和动力转向系统配合使用;易于传递驾驶员操纵信号;逆效率高、回位好,与液压助力装置的动作配合得好。
可以实现变速比的特性,满足了操纵轻便性的要求。
中间位置转向力小、且经常使用,要求转向灵敏,因此希望中间位置附近速比小,以提高灵敏性。
大角度转向位置转向阻力大,但使用次数少,因此希望大角度位置速比大一些,以减小转向力。
由于循环球式转向器可实现变速比,应用正日益广泛。
通过大量钢球的滚动接触来传递转向力,具有较大的强度和较好的耐磨性。
并且该转向器可以被设计成具有等强度结构,这也是它应用广泛的原因之一。
齿轮齿条式转向器的主要优点:
结构简单、紧凑;壳体采用铝合金或镁合金压铸而成,转向器的质量比较小;传动效率高达
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