轻型货车转向系统设计及建模大学论文.docx
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轻型货车转向系统设计及建模大学论文
摘要
汽车在行驶的过程中,需要按照驾驶员的意志经常改变其行驶方向,即所谓的汽车转向。
汽车的转向系统是一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专用机构,本文的研究内容即是轻型货车的转向系统设计。
本文针对的是与非独立悬架相匹配的整体式两轮转向机构。
利用相关汽车设计和连杆机构运动学的知识,首先对转向器,转向传动机构进行选择,接着再对转向器和转向传动机构进行设计,最后,利用软件CATIA完成转向系统的三维实体设计。
转向器在设计中选用的是循环球式齿条齿扇转向器,在对转向器的设计中,包括了螺杆—钢球—螺母传动副的设计和齿条—齿扇传动副的设计,前者是基于参照同类汽车,确定出钢球中心距,设计出一系列的尺寸,而后者则是根据汽车前轴的载荷来确定出齿扇模数,再由此设计出所有参数的。
转向梯形的设计选用的是整体式转向梯形,本文在设计中借鉴同类汽车转向梯形设计的经验尺寸对转向梯形进行尺寸初选。
再通过对转向内轮实际达到的最大偏转角时与转向外轮理想最大偏转角度的差值的检验,和作为一个四杆机构对其最小传动角的检验,来判定转向梯形的设计是否符合基本要求。
本文在消化,吸收,总结,归纳前人的成果上,系统、全面地对机械转向系进行理论分析,设计及优化。
为轻型汽车转向系的设计开发提供了一种步骤简单的设计方法。
关键词:
转向系;转向器;转向梯形;传动副;结构元件
ABSTRACT
Inamovingvehicle,thedriverwillneedtofrequentlychangeitstravelingdirection,theso-calledsteering.Vehiclesteeringsystemisusedtochangeorrestoreacarinthedirectionofadedicatedagency,thecontentsofthispaperisthestudyoflightvehiclesteeringsystemdesign.
Thisarticleisaimedatnon-independentsuspensionandwouldliketomatchtheoverallstyleofthetwosteering.Theuseoftherelevantvehicledesignandkinematiclinkageofknowledge,firstofall,thesteeringgear,steeringtransmissionchoice,andthentothesteeringgearandsteeringtransmission(mainlytrapezoidalsteering)design,andfinally,theuseofCATIAsoftwareandtheSteeringsystemtocompletethedesigndrawings.
Steeringtheballofchoiceisthecycleoffan-typesteeringgearrackteeth,inthedesignofsteeringgear,includingascrew-Ball-Vice-nutdrivethedesignandrack-fandrivegearpairdesign,theformerisbasedonthereferencetosimilarvehicles,todeterminethecenterdistanceoftheball,thedesignofaseriesofsize,whilethelatterisbasedonthevehiclefrontaxleloadtodeterminethefanmoduleoutofgear,andthenalloftheresultingdesignparameters.
Steeringlinkagedesignisawholeselectionofsteeringtrapezoid,thepaperdesignisusedincarsteeringlinkagefromasimilarexperienceinthedesignofthesizeofthesteeringlinkagetotheprimarysize.Throughtotheactualsteeringwheelinthemaximumdeflectionanglewiththesteeringwheelinthemostidealtestofthedifferenceofdeflectionangle,andfourinstitutions,asaminimumtransmissionangleofitsexamination,todeterminewhetherthedesignofsteeringtrapezoidinlinewiththebasicrequirements.
Inthispaper,digestion,absorption,andsummingup,summinguptheresultsoftheirpredecessors,thesystematic,comprehensivemechanicalsteeringsystemtocarryouttheoreticalanalysis,designandoptimization.Forthelightvehiclesteeringsystemdesignanddevelopmentprovidesasimpledesignmethodsteps.
keywords:
Steeringsystem;Steeringgear;Steeringtrapezium;Transmissionvice;Structuralcomponents
符号表
转向系的效率
齿顶高系数
作用在转向轴上的功率
KW
齿顶高
转向器中的摩擦功率
KW
齿根高
作用在转向摇臂上的功率
KW
摩擦角
f
摩擦系数
转向系的角传动比
转向系的力传动比
摇臂角速度
转向节偏转角速度
主销偏移距
径向间隙
啮合角
模数
齿形变位系数
第1章绪论
1.1转向系概述
转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构,在汽车转向行驶时,保证各转向轮之间有协调的转角关系。
机械转向系依靠驾驶员的手力转动转向盘,经转向器和转向传动机构使转向轮偏转。
有些汽车还装有防伤机构和转向减振器。
采用动力转向的汽车,还装有动力系统,并借助此系统来减轻驾驶员的手力。
对转向系提出的要求有:
1)汽车转弯行驶时,理想情况下全部车轮应绕瞬时转向中心旋转,任何车轮不应有侧滑。
否则会加速轮胎磨损,并降低汽车的行驶稳定性;
2)汽车转向行驶后,在驾驶员松开转向盘的条件下,转向轮能自动返回到直线行驶位置,并稳定行驶;
3)汽车在任何行驶状态下,转向轮都不得产生自振,转向盘没有摆动;
4)转向传动机构和悬架导向装置共同工作时,由于运动不协调使车轮产生的摆动应最小;
5)保证汽车有较高的机动性,具有迅速和小转弯行驶能力;
6)操纵轻便;
7)转向轮碰撞到障碍物以后,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的球头处,有消除因磨损而产生间隙的调整机构;
9)在车祸中,当转向轴和转向盘由于车架或车身变形而共同后移时转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置;
10)进行运动校核,保证转向轮与转向盘转动方向一致。
较
1.2轻型货车转向系统设计主要内容
本设计以循环球式转向器的设计为中心,一是汽车总体构架参数对汽车转向的影响;二是机械转式向器的设计;三是转向传动机构的设计;四是转向梯形机构设计。
因此本设计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转向器螺杆旋转,与螺杆配合的螺母外齿与扇形齿轮啮合,通过安装在扇形轴上的转向臂向转向拉杆机构传递操作力,实现转向。
(1)汽车转向系方案的设计。
(2)汽车转向器方案的设计。
(3)汽车转向传动机构的设计。
(4)转向系的设计计算。
第2章汽车转向系方案
2.1转向系主要性能参数
转向系的主要性能参数有转向系的效率,转向系的角传动比与力传动比,转向器传动副的传动间隙特性,转向系的刚度以及转向盘的总转动圈数。
2.1.1转向器的效率
转向系的效率由转向器的效率和转向操纵机构的效率决定,即:
(2.1)
转向器效率又有正效率与逆效率之分。
功率由转向轴输入,经转向摇臂轴输出所求得的效率称为正效率,反之为逆效率。
(2.2)
(2.3)
式中——作用在转向轴上的功率;
——转向器中的摩擦功率;
——作用在转向摇臂轴上的功率。
1.正效率
影响转向器正效率的因素有:
转向器的类型、结构特点、结构参数和制造质量等。
(1)转向器的类型、结构特点与效率
汽车上常用的转向器形式有循环球式、蜗杆滚轮式、齿轮齿条式和蜗杆指销式等几种。
齿轮齿条式。
循环球式转向器的正效率比较高,其正效率可达到85%。
同一类型的转向器,因结构不同,效率也有较大差别。
如蜗杆滚轮式转向器的滚轮与支持轴之间的轴承可以有滚针轴承、圆锥轴承和滚珠轴承三种结构。
第一种结构除滚轮与滚针之间有摩擦损失外,滚轮侧翼与垫片之间还有滑动摩擦损失,故这种转向器的效率仅达54%左右。
根据试验,其余两种转向器结构的效率分别为70%和75%。
(2)转向器的结构参数与效率
蜗杆滚轮式转向器的传动副存在较大滑动摩擦,效率较低。
对于蜗杆和螺杆类转向器,如果忽略轴承和其他地方的抹茶损失,只考虑啮合副的摩擦损失,其效率为
(2.4)
式中——蜗杆或螺杆的螺线导程角;
——摩擦角,=;
——摩擦系数。
2.转向器逆效率
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,这种转向器是可逆式的。
它能保证汽车转向后,转向轮和转向盘自动回正。
这既减少驾驶员疲劳,又提高了行驶安全性。
但是,在坏路上行驶时,车轮受到的冲击力,大部分都传给转向盘,驾驶员容易“打手”,使之精神状态紧张,如长时间在坏路上行驶,易使驾驶员疲劳,影响安全行驶。
因此,这类转向器适用于在良好路面上行驶的车辆。
齿轮齿条式和循环球式都属于可逆式转向器。
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,现代汽车基本不采用这种转向
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