轻型载重汽车转向桥总成设计开题报告.docx

轻型载重汽车转向桥总成设计开题报告.docx

《轻型载重汽车转向桥总成设计开题报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《轻型载重汽车转向桥总成设计开题报告.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

轻型载重汽车转向桥总成设计开题报告

毕业设计开题报告

题目名称：

客货两用车转向系设计

院系名称：

工程学院

班级：

机电1083班

学号：

200811411409

学生姓名：

黄海翔

指导教师：

尹凝霞

1．本课题所涉及的内容国内（外）研究现状综述

1.本课题所涉及的内容国内（外）研究现状综述

汽车自上个世纪末诞生以来，已经走过了风风雨雨的一百多年。

从卡尔.本茨造出的第一辆三轮汽车以每小时18公里的速度，跑到现在，竟然诞生了从速度为零到加速到100公里/小时只需要三秒钟多一点的超级跑车。

这一百年，汽车发展的速度是如此惊人！

同时，汽车工业也造就了多位巨人，他们一手创建了通用、福特、丰田、本田这样一些在各国经济中举足轻重的著名公司。

一．汽车的市场现状

在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国汽车无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大。

直到近年来，中国整体经济发展迅速，居民收入的持续增长以及扩大内需、拉动消费的财政政策，特别是在中国加入WTO以后，汽车关税不断下调，国外知名的汽车巨头也瞄准了中国这个巨大的市场，陆续在华投资设厂，越来越多款式新颖、乘坐舒适安全的汽车随之进入中国市场，加速了轿车进入家庭的步伐。

中国人被压抑以久的购买热情得以释放，汽车市场出现井喷行情，业界普遍认为2003年是中国汽车正式进入家庭的元年。

这两年来我国汽车的销量，特别是轿车的销量取得了大幅增长，有些产品如雅阁、波罗等还供不应求，甚至有的还出现需要“加价”才能购买的情况。

中国汽车市场火爆的局面也似乎预示着中国汽车工业迎来了真正发展的春天。

2.转向系的设计

转向系是用来改变或保持汽车行驶方向的机构称为汽车转向系统（steeringsystem）。

汽车转向系统的功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。

汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统的零件都称为保安件。

1.设计要求

　　1）汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转。

　　2）转向轮具有自动回正能力。

　　3）在行驶状态下，转向轮不得产生自振，转向盘没有摆动。

　　4）转向传动机构和悬架导向装置产生的运动不协调，应使车轮产生的摆动最小。

　　5）转向灵敏，最小转弯直径小。

　　6）操纵轻便。

　　7）转向轮传给转向盘的反冲力要尽可能小。

　　8）转向器和转向传动机构中应有间隙调整机构。

　　9）转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。

　　10）转向盘转动方向与汽车行驶方向的改变相一致。

　　正确设计转向梯形机构，可以保证汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转。

　　转向轮的自动回正能力决定于转向轮的定位参数和转向器逆效率的大小.合理确定转向轮的定位参数，正确选择转向器的形式，可以保证汽车具有良好的自动回正能力。

　　转向系中设置有转向减振器时，能够防止转向轮产生自振，同时又能使传到转向盘上的反冲力明显降低。

　　为了使汽车具有良好的机动性能，必须使转向轮有尽可能大的转角，其最小转弯半径能达到汽车轴距的2~2.5倍。

　　转向操纵的轻便性通常用转向时驾驶员作用在转向盘上的切向力大小和转向盘转动圈数多少两项指标来评价。

　　轿车转向盘从中间位置转到第一端的圈数不得超过2.0圈，货车则要求不超过3.0圈。

2.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器厂，都已发展成大规模生产的专业厂，年产超过百万台，垄断了转向器的生产，并且销售点遍布了全世界。

　　1、现代汽车转向装置的设计趋势

　　1.1适应汽车高速行驶的需要

　　从操纵轻便性、稳定性及安全行驶的角度，汽车制造广泛使用更先进的工艺方法，使用变速比转向器、高刚性转向器。

“变速比和高刚性”是目前世界上生产的转向器结构的方向。

　　1.2充分考虑安全性、轻便性

　　随着汽车车速的提高，驾驶员和乘客的安全非常重要，目前国内外在许多汽车上已普遍增设能量吸收装置，如防碰撞安全转向柱、安全带、安全气囊等，并逐步推广。

从人类工程学的角度考虑操纵的轻便性，已逐步采用可调整的转向管柱和动力转向系统。

　　1.3低成本、低油耗、大批量专业化生产

　　随着国际经济形势的恶化，石油危机造成经济衰退，汽车生产愈来愈重视经济性，因此，要设计低成本、低油耗的汽车和低成本、合理化生产线，尽量实现大批量专业化生产。

对零部件生产，特别是转向器的生产，更表现突出。

　　1.4汽车转向器装置的电脑化

　　汽车的转向器装置，必定是以电脑化为唯一的发展途径。

　　2、现代汽车转向装置的发展趋势

　　2.1现代汽车转向装置的使用动态

　　随着汽车工业的迅速发展，转向装置的结构也有很大变化。

汽车转向器的结构很多，从目前使用的普遍程度来看，主要的转向器类型有4种：

有蜗杆肖式（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％。

　　综合上述对有关转向器品种的使用分析，得出以下结论：

　　·循环球式转向器和齿轮齿条式转向器，已成为当今世界汽车上主要的两种转向器；而蜗轮#0；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。

2．本课题有待解决的主要关键问题

转向桥的一个三维立体图

汽车的转向桥结构基本相同，主要由前轴、主销、转向节和轮毂等四部分组成，如图所示。

通常，轿车中不设独立的主销，而以转向节上、下球头中心的连线为主销的轴线。

    前轴用中碳钢铸造，断面呈工字形，以提高抗弯强度。

两端由工字形断面过渡到方形断面，以提高抗扭强度。

中部两处用以支承钢板弹簧的底座，其上钻有四个安装骑马螺栓的通孔和一个位于中心的钢板弹簧定位凹坑。

前轴中部向下弯曲，使发动机位置降低，降低汽车质心，减小传动轴与变速器输出轴之间夹角。

前轴两端各有一个拳形，主销插入孔内。

主销中部切有槽，用楔形锁销将主销固定在拳部孔内。

    转向节是一个叉形部件，上、下两叉制有同轴销孔，通过主销与前轴拳部相连，使前轮可以绕主销偏转一定角度而使汽车转向。

为了减小磨损，转向节销孔内压入青铜或尼龙衬套，衬套上开有油槽，用油嘴注入润滑脂润滑。

为使转向灵活轻便，在转向节下销孔与前轴拳部下端面之间装有推力轴承。

上销孔与拳部上端面之间有调整垫片。

    车轮轮毂通过两个圆锥滚子轴承和支承在转向节轴颈上，轴承的松紧度可用调整螺母加以调整。

轮毂内侧装有油封，以防止润滑脂进入制动器内。

轮毂外端装有金属罩，以防止泥水和尘土侵入。

此次设计主要是围绕轻型载重汽车转向器设计展开的，通过从汽车中选出一个典型的部件，并对其设计和分析。

通过近断时间查阅资料和毕业调研，我对本课题的主要设计意图有了一定的了解，认真分析了要完成的设计任务。

本课题要解决的关键问题主要包括以下四点：

1.汽车转弯行驶时，全部车轮应该绕一个瞬时转向中心旋转，任何车轮不应有侧移。

2.悬架导向机构和传动机构共同工作时，应使运动不协调产生的车轮摆动最小。

3.转向器和转向传动机构的球头处，有消除因摩擦而产生间隙的机构。

4.设计转向桥，绘制装配图和零件图。

3．对课题要求及预期目标的可行性分析（包括解决关键问题技术和所需条件两方面）

一.汽车转向桥的设计方案论证

从动桥即非驱动桥，又称从动车桥。

它通过悬架与车架（或承载式车身）相联，两侧安装着从动车轮，用以在车架（或承载式车身）与车轮之间传递铅垂力、纵向力和横向力。

从动桥还要承受和传递制动力矩。

根据从动车轮能否转向，从动桥分为转向桥与非转向桥。

一般汽车多以前桥为转向桥。

为提高操纵稳定性和机动性，有些轿车采用全四轮转向。

多轴汽车除前轮转向外，根据对机动性的要求，有时采用两根以上的转向桥直至全轮转向。

一般载货汽车采用前置发动机后桥驱动的布置形式，故其前桥为转向从动桥。

轿车多采用前置发动机前桥驱动，越野汽车均为全轮驱动，故它们的前桥既是转向桥又是驱动桥，称为转向驱动桥。

从动桥按与其匹配的悬架结构的不同，也可分为非断开式与断开式两种。

与非独立悬架相匹配的非断开式从动桥是一根支承于左、右从动车轮上的刚性整体横梁，当又是转向桥时，则其两端经转向主销与转向节相联。

断开式从动桥与独立悬架相匹配。

非断开式转向从动桥主要由前梁、转向节及转向主销组成。

转向节利用主销与前梁铰接并经一对轮毂轴承支承着车轮的轮毂，以达到车轮转向的目的。

在左转向节的上耳处安装着转向节臂，后者与转向直拉杆相连；而在转向节的下耳处则装着与转向横拉杆相连接的转向梯形臂。

有的将转向节臂与梯形臂连成一体并安装在转向节的下耳处以简化结构。

转向节的销孔内压入带有润滑油槽的青铜衬套以减小磨损。

为使转向轻便，在转向节上耳与前梁拳部之间装有调整垫片以调整其间隙。

带有螺纹的楔形锁销将主销固定在前梁拳部的孔内，使之不能转动。

转向桥是汽车前桥的一部分，作为汽车的转向部分汽车转向桥的设计非常重要。

转向桥的设计应满足以下的基本要求：

1.具有足够的强度，以保证可靠地承受车轮与车架之间的作用力。

2.保证真确的车轮定位，使转向轮运动稳定，操作轻便并减轻轮胎的磨损。

从动桥要有足够的刚度，以使车轮定位参数保持不变。

3.转向节与主销、转向节与前粱之间的摩擦力应尽可能的小，以保证转向操作的轻便性，并有足够的耐磨性。

4.转向轮的摆振应尽可能的小，以保证汽车的正常、稳定行驶。

5.从动桥的质量应尽可能的小，以减轻非悬挂质量，提高汽车行驶平顺性。

一、转向梯形结构方案分析

1、整体式转向梯形

整体式转向梯形是由转向横拉杆l，转向梯形臂2和汽车前轴3组成，如图1-1所示。

其中梯形臂呈收缩状向后延伸。

这种方案的优点是结构简单，调整前束容易，制造成本低；主要缺点是一侧转向轮上、下跳动时，会影响另一侧转向轮。

图1-1整体式转向梯形

1—转向横拉杆2—转向梯形臂3—前轴。

当汽车前悬架采用非独立悬架时，应当采用整体式转向梯形。

整体式转向梯形的横拉杆可位于前轴后或前轴前（称为前置梯形）。

对于发动机位置低或前轮驱动汽车，常采用前置梯形。

前置梯形的梯形臂必须向前外侧方向延伸，因而会与车轮或制动底板发生干涉，所以在布置上有困难。

为了保护横拉杆免遭路面不平物的损伤，横拉杆的位置应尽可能布置得高些，至少不低于前轴高度。

2、断开式转向梯形

转向梯形的横拉杆做成断开的，称之为断开式转向梯形。

断开式转向梯形方案之一如图1-2断开式转向梯形的主要优点是它与前轮采用独立悬架相配合，能够保证一侧车轮上、下跳动时，不会影响另一侧车轮；与整体式转向梯形比较，由于杆系、球头增多，所以结构复杂，制造成本高，并且调整前束比较困难。

图1-2断开式转向梯形

二.主销的形式

主销的几种结构型式如下图所示，其中比较常用的是（a），（b）两种。

（a）（b）（c）（d）

图2-1主销结构形式

（a）圆柱实心型（b）圆柱空心型（c）上，下端为直径不等的圆柱，中间为锥体的主销（d）下部圆柱比上部细的主销

转向节推力轴承承受作用于汽车前梁上的重力，为减小摩擦使转向轻便可采用滚动轴承，例如推力球轴承、推力圆锥滚子轴承或圆锥波子轴承等。

也有采用青铜止推垫片的。

主销上、下轴承承受较大的径向力，多采用滑动轴承，也有采用滚针轴承的结构。

后者的效率高，转向阻力小，且可延长使用寿命。

三.转向器的结构选择

1、类型

根据转向器所用传动副的不同，转向器有多种。

常见的有循环球式球面蜗杆蜗轮式、蜗杆曲柄销式和齿轮齿条式等。

转向器的结构形式，决定了其效率特性以及对角传动比变化特性的要求。

选用那种效率特性的转向器应有汽车用途来决定，并和转向系方案有关。

经常行驶在好路面上的轿车和市内用客车，可以采用正效率较高的、可逆程度大的转向器。

2、特点

效率高、工作可靠、平稳，蜗杆和螺母上的螺旋槽在淬火后经过磨削加工，所以耐磨且寿命较长。

齿扇和齿条啮合间隙的调整工作容易进行。

和其它形式转向器比较，其结构复杂，对主要零件加工精度要求较高。

蜗杆曲柄销式转向器角传动比的变化特性和啮合间隙特性变化受限制，不能完全满足设计者的意图。

齿轮齿条式转向器的结构简单，因此制造容易，成本低，正、逆效率都高。

为了防止和缓和反向冲击传给方向盘，必须选择较大的传动比，或装有吸振装置的减振器。

四.结论

本设计为轻型载重汽车转向前桥，因此应该本着耐用经济的思想进行方案的选择，为了降低生产成本，又在结构上满足要求的情况下应尽量简单。

转向前桥有断开式和非断开式两种。

断开式前桥与独立悬架相配合，结构比较复杂但性能比较好，多用于轿车等以载人为主的高级车辆。

非断开式又称整体式，它与非独立悬架配合。

它的结构简单，承载能力大，这种形式再现在汽车上得到广泛应用。

因此本次设计就采用了非断开式从动桥。

转向从动桥的主要零件有前梁，转向节，主销，注销上下轴承及转向节衬套，转向节推力轴承。

各种车型的非断开式转向从动桥的结构型式基本相同，作为主要零件的前梁是用中碳钢或中碳合金钢的，其两端各有一呈拳形的加粗部分为安装主销的前梁拳部；为提高其抗弯强度，其较长的中间部分采用工字形断面并相对两端向下偏移一定距离，以降低发动机从而降低传动系的安装位置以及传动轴万向节的夹角。

为提高其抗扭强度，两端与拳部相接的部分采用方形断面，而靠近两端使拳部与中间部分相联接的向下弯曲部分则采用两种断面逐渐过渡的形状。

中间部分的两侧还要锻造出钢板弹簧支座的加宽文承面。

主销采用结构简单的实心的圆柱形如上图a所示。

 对于上述关键问题，虽然处理起来比较困难，但自己也要一步步解决。

本课题需要运用机械设计、机械制造、机械原理、计算机二、三维设计等多学科的知识，需要相当广阔的知识面和较高的专业水平。

具体解决方法包括以下几个方面：

1.在课题研究初期，我借阅了大量有关汽车方面的书籍，同时在互联网上搜索了大量关于汽车转向桥的资料与论文。

2.深入工厂进行课题调研，了解转向桥设计实际工作中需要考虑的问题。

虚心向工人师傅们请教本课题中遇到的不解之处，为以后的设计提供资料和积累宝贵经验，避免走不必要的弯路。

同时，虚心向专业老师请教设计过程中遇到的问题。

3.通过所学知识和大量查阅资料对零件进行工艺分析和工艺参数计算，根据零部件的实际生产情况。

同时运用AutoCAD绘制二维模具装配图和零件图。

4．完成本课题的工作计划及进度安排

2.16～3.01毕业实习；

3.01～3.15方案论证，确定方案，完成调研报告、开题报告和外文翻译；

3.16～4.12进行冲压工艺方案及模具结构方案设计（第九周中期检查）；

4.14～5.10冲压加工工艺草案，复合冲压模具草图，主要零部件设计，按学院规定的统一规范化要求撰写设计说明书（完成初稿）；

5.12～5.20审查设计，准备答辩；

5.20～5.25答辩资格评审；

5.25～5.30毕业答辩；

6.1～6.10修改毕业设计。