汽车齿轮齿条式转向系设计【齿轮齿条式转向器】(含CAD图纸+文档)
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西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文)中期报告题目:汽车齿轮齿条式转向系设计系 别 机电信息系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 B070203 姓 名 路宽 学 号 B07020338 导 师 姚慧 2011年 3 月 15 日撰写内容要求(可加页): 一、 设计(论文)进展状况1. 经过了前期的准备工作和开题答辩以来,对本毕业设计课题的深入了解和学习,查阅了汽车转向系的相关资料,对齿轮齿条式转向器的类型划分及特征结构进行了仔细的分析,通过老师的指导,对本课题需要完成的工作有了明确的目标并且完成了外文翻译。2 完成了如下的结构设计计算和装配图的绘制 转向轮侧偏角的计算 原地转向力矩MR的计算 转向器的角传动比的计算 转向盘手力FH的计算 转向盘扭矩TZ 转向横拉杆直径计算 主动齿轮轴的计算 齿面接触疲劳强度校核 齿根弯曲疲劳强度计算校核二 存在问题及解决措施1. 齿轮齿条式转向器的结构设计不合理,齿轮齿条啮合间隙较大,影响传动的平稳性和降低传动效率。2. 转向系中没有设计防伤安全机构方案分析与计算。在后期需要设计一个自动消除齿轮齿条间间隙的装置和弹性联轴器防伤机构,更加完善整个转向系的设计。三 后期工作安排1经老师发现问题后,仔细改正其中装配草图的不足和不合理的地方。 2撰写说明书,完成毕业设计的其余部分。 3仔细完成毕业设计论文和准备最后的论文答辩。 指导教师签字: 年 月 日注:1. 正文:宋体小四号字,行距22磅;标题:加粗 宋体四号字2. 中期报告由各系集中归档保存,不装订入册。XXXX大学本科毕业设计(论文) 题目:汽车齿轮齿条式转向系设计系 别: 机电信息系 专 业:机械设计制造及其自动化班 级: 1230203 学 生: XXXX 学 号: 123020338 指导教师: XXXX 2011年05月毕业设计(论文)任务书系别 机电信息系 专业 机械设计制造及其自动化班级1230203姓名 XXXX 学号123020338 1.毕业设计(论文)题目: 汽车齿轮齿条式转向系设计 2.题目背景和意义:目前,汽车工业发展迅猛,转向系统作为汽车的关键部件的也得到了相应的发展,已形成专业化、系列化生产的格局。转向器的性能好坏对于汽车在高速行驶过程中所需的操纵轻便、稳定性好及安全行驶有很大影响。为适应汽车工业的发展形势,熟悉汽车部件的设计,本课题设计一汽车齿轮齿条式转向器。 3.设计(论文)的主要内容(理工科含技术指标):(1)了解齿轮齿条式转向系的基本结构、发展现状; (2)完成齿轮齿条式转向系统的结构设计,主要零部件的设计计算与强度校核; (3)绘制所设计的齿轮齿条式转向系统的装配图; 4.设计的基本要求及进度安排(含起始时间、设计地点): (1)13周:调研并收集资料,完成开题报告;(2)35周:阅读资料,分析齿轮齿条式转向系的工作原理和基本结构;(3)610周:完成齿轮齿条式转向系统的结构设计计算;(4)1115周:完成齿轮齿条式转向系统结构装配图;(5)1618周完成论文撰写,准备答辩。 5.毕业设计(论文)的工作量要求 毕业设计论文一篇,不少于10000字; 实验(时数)*或实习(天数): 2周 图纸(幅面和张数)*: 齿轮齿条式转向系的结构装配图,A0图纸(折合)2张 其他要求: 外文翻译不少于1000字,参考文献不少于15篇。 指导教师签名: 年 月 日 学生签名: 年 月 日 系主任审批: 年 月 日说明:1本表一式二份,一份由各系集中归档保存,一份学生留存。2 带*项可根据学科特点选填。毕业设计(论文)独创性声明西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文)开题报告题目: 汽车齿轮齿条式转向系设计系 别 机电信息系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 B070203 姓 名 路宽 学 号 B07020338 导 师 姚慧 2010年11月28日开题报告填写要求1开题报告作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下,由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成。2开题报告内容必须按教务处统一设计的电子文档标准格式(可从教务处网页上下载)填写并打印(禁止打印在其它纸上后剪贴),完成后应及时交给指导教师审阅。3开题报告字数应在1500字以上,参考文献应不少于15篇(不包括辞典、手册,其中外文文献至少3篇),文中引用参考文献处应标出文献序号,“参考文献”应按附件中参考文献“注释格式”的要求书写。4 年、月、日的日期一律用阿拉伯数字书写,例:“ 2010年11月28日”。撰写内容要求(可加页,小四号宋体,行距22磅): 1.毕业设计(论文)综述(题目背景、研究意义及国内外相关研究情况)本次毕业设计的题目是汽车齿轮齿条式转向系的设计,主要是以齿轮齿条式转向器的设计为中心。齿轮齿条式转向器最早出现在1902年,当时由于其本身结构不够完善,整车布置的限制以及道路条件差等因素,导致路面反冲激烈,噪音较大以及转向性能较差等缺陷,使此种转向器的应用受到很大的限制。然而近廿来,特别是最近几年,却有了很大发展,其发展速度超过循环球式转向器,国际舆论甚至认为:目前汽车工业正在抛弃有70年历史的摇臂型转向器。这种看法的主要依据是:(1)国外大部分主要汽车在制造厂大规模地推荐横置发动机、前轮驱动的小客车,这样对齿轮齿条式转向系的布置十分灵活方便,比摇臂式转向器的传动机构更为简化。(2)高速公路发展使车辆速度大大提高,为获得良好的路感,对转向器刚性的要求愈来愈高,而循环球式转向器在刚性上远远不如齿轮齿条式转向器。(3)齿轮齿条式转向器本身具备的优点如结构简单、成本低、高达80%以上的传动效率、具有多种输入输出形式便于布置、重量轻(转向器壳多数采用压铸铝合金、有的厂还在研制塑料壳体)、刚性好等等,能使高速车辆的驾驶者获得良好的路感。此外、由于齿轮齿条式转向器自身结构的发展,如采用新型的手动变速比和动力转向,其使用范围已从轿车、微型车及轻型汽车逐步发展到中型和重型汽车转向系。从目前情况看,国际上汽车工业发达国家生产的汽车转向器结合基本上可归为两大类:摇臂式转向器和齿轮齿条式转向器,前者主要型式有球面蜗杆滚轮式、循环球式和曲柄指销式三种,其中循环球式较为主要,在美国和日本的汽车中使用较多。而西欧国家,尤其是法国的汽车中则以齿轮齿条式转向器为主。日本NSK公司的统计资料表明了世界上各种转向器的采用比率及变化趋势,1968年到1975年循环球式转向器比率在40%46%之间变化,而齿轮齿条式转向器的比率则由31%增加到43%,发展较快。此外,日本和美国循环球式转向器的产量占90%以上,而西欧国家齿轮齿条式转向器则占较大的百分比,西德为57%,英国为77%,法国为96%。从目前国外著名转向器厂制造的齿轮齿条式转向器主要应用于轿车,微型和轻型汽车方面,加美国TRW公司的齿轮齿条式转向器用于前轴负载7001250公斤的车辆,西德ZF厂的同类产品用于前轴负载荷为9002400公斤的车辆,但该厂新设计的7856型齿轮齿条式动力转向器可用于前轴负载荷达6500公斤的汽车。从产量看,ZF厂1980年生产了30万套,占机械转向器的一半。英国伯曼厂日产1200套,为其生产的各种转向器之首。日本汽车转向器虽然以循环球式为主,但近年随着微型汽车的迅速发展,也开始大量采用齿轮齿条式转向器。如大发、三菱微型汽车等。齿轮齿条式转向器长期以来是我国汽车转向器生产中的一项空白,直到最近几年由于大量进口汽车组装件,技术引进以及与国外合资企业的发展,才开始研制开发和生产这种转向器。其中主要有与西德大众汽车公司合资生产的桑塔纳中级轿车,日本大发公司的微型汽车以及意大利菲亚特公司的依维柯轻型客货车系列等。仅从以上三种车型的最终生产纲领统计就达40余万辆,再加上其它进口车型的修配任务,估计齿轮齿条式转向器产量将达50余万套,可以估计到90年代时这种转向器将占我国汽车转向器产量的40%50%。因此,国内转向器行业对此都十分重视。如上海汽车底盘厂为了配套生产桑塔纳轿车和SH110微型汽车的齿轮齿条式转向器,已经大力进行工厂技术改造和技术设备的引进工作,要在90年代达到以齿轮齿条式转向器为主的各种转向器产量共50万套的年生产纲领。 2.本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施本课题研究的是汽车齿轮齿条式转向系,主要是以齿轮齿条式转向器的设计为中心。齿轮齿条式转向器由与转向轴做成一体的转向齿轮和常与转向横拉杆做成一体的齿条组成。齿轮齿条式转向器在汽车上的布置形式与转向梯形和转向器传动输出形式有关,图1所示为最常见的布置形式。(a)转向器固定于车架或车身两侧输出的非独立悬挂布置;(b)转向器固定于车架或车身中央输出的非独立悬挂布置;(c)为转向器固定于车身前围单侧输出的独立悬挂布置(如奥迪80和桑塔纳轿车);(d)转向器固定于车架单侧输出的独立悬挂布置(如日本三菱、大发微型汽车)。齿轮齿条式转向器的传动输出形式主要有如下四种形式。(a)中间输入,两端输出;(b)侧面输入,两端输出;(c)侧面输入,中间输出;(d)侧面输入,一端输出通过对齿轮齿条式转向器的初步了解,现在可以采用的方案确定为以下几种:方案一:采用侧面输入,两端输出方案时,如图(2)由于转向拉杆长度受到限制,容易与悬梁系统导向机构产生运动干涉。采用斜齿圆柱齿轮与斜齿齿条啮合的齿轮齿条式转向器,重合度增加,运转平稳,冲击与工作噪声均下降,而且齿轮轴线与齿条轴线之间的夹角易于满足总体设计要求。齿条断面形状为V形,与圆形断面比较,消耗的材料少,约节省20%,故质量小,位于齿条下面的两斜面与齿条托座接触,可用来防止齿条绕轴线转动。图2为两端输出的齿轮齿条式转向器,作为传动副主动件的转向齿轮轴11通过轴承12和13安装在转向壳体5中,其上端通过花键与万向节叉10和转向轴连接。与转向齿轮啮合的转向齿条4水平布置,两端通过球头座3与转向横拉杆1相连。弹簧7通过压块9将齿条压靠在齿轮上,保证无间隙啮合。弹簧的预紧力可用调整螺塞6调整。当转动转向盘时,转向器齿轮轴11转动,使转向车轮偏转,从而使汽车转向。 图21转向横拉杆 2防尘套 3球头座4转向齿条5转向器壳体6调整螺塞7压紧弹簧8锁紧螺母9压块10万向节11转向齿轮轴12向心球轴承13滚针轴承方案二:采用侧面输入,中间输出方案时,如图(3)与齿条固定连接的左、右拉杆延伸到接近汽车纵向对称平面附近。优点:由于拉杆长度增加,车轮上、下跳动时拉杆摆角减小,有利于减少车轮上、下跳动时转向系与悬架系的运动干涉。缺点:为了将左、右横拉杆固定在齿条上,并且两拉杆与齿条会同时向左、右移动一定的距离,必须在转向器壳体上开有轴向方向的长槽,使齿条有一部分裸露出来,然后用螺栓将横拉杆固定在齿条上。转向器壳体上的长槽使其强度受到削弱,为了不使外界脏东西落入转向器内,又必须用密封罩将它们密封。齿轮齿条转向器采用直齿圆柱齿轮与直齿齿条啮合,则运转平稳性降低,冲击力大,工作噪声增加。此外,齿轮轴线与齿条轴线之间的夹角只能是直角,为此与总体布置不适应而遭淘汰。齿条断面形状为圆形,齿条制作工艺比较简单。中间输出的齿轮齿条式转向器如图3所示,其结果及工作原理与两端输出的齿轮齿条式转向器基本相同,不同之处在于它在转向齿条的中部用螺栓6与左右转向横拉杆7相连。 图31 万向节叉2转向齿轮轴3调整螺母4向心球轴承5滚针轴承6固定螺栓7转向横拉杆8转向器壳体9防尘套10转向齿条11调整螺塞12锁紧螺母13压紧弹簧14压块 通过以上比较,选用第一种方案,齿轮齿条式转向器的传动副为齿轮和齿条,其结构简单,布置方便,制造容易,故仅广泛用于微型汽车和轿车上,但转向传动比较小,齿条沿其长度方向磨损不均匀,且通常布置在前轮轴线之后,转向传动副的主动件斜圆柱小齿轮,它和装在外壳中的从动件齿条相啮合,外壳固定在车身上。齿条利用两个球接头直接和两根分开的左、右横拉杆相连。由于汽车的车型不同,所使用的齿轮齿条式转向器的参数也有所不同。在这里本次设计选择长安奔奔2010款1.0AMT的车型。其具体性能参数如下表: 表2长安奔奔2010款1.0AMT参数性能参数配置最大功率51.2/5600kw/rpm最大扭矩90/4600Nm/rpm最高时速158km/h 在整个设计过程中,齿轮齿条式转向器的零件的建模、及其仿真均在三维软件中完成,目前比较常用的有Pro/ESolid Works和UG。在这三者中,Pro/E的造型功能相比其他两个要大一些,而且在软件优化方面做得比较好,所以此次设计中的以上工作均在Pro/E中完成。二维装配图在AutoCAD中完成。3.本课题研究的重点及难点,前期已开展工作本课题的以齿轮齿条转向器的设计为中心,研究的重点一是汽车总体构架参数对汽车转向的影响;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。而研究的难点是进行了齿轮齿条式转向器的设计,和对转向齿轮轴的校核的设计,和对转向齿轮轴的计算及校核,以及结构设计和装配的绘制,完成三维建模并进行模型装配。 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,从而实现汽车转向的稳定性和灵敏性。因此设计的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。在前期要阅读大量的文件,要把转向器方面的基本知识要十分的了解,并且要有一定的阅读量,是自己的知识得到很大的扩充。在这个基础上要经常练习画图软件,争取在需要的时候能够很快的画出图形。前期要做好文献的阅读,查阅资料,了解转向系的各个结构的工作原理等前期准备。4.完成本课题的工作方案及进度计划(按周次填写) 第1周-第3周:前期准备,查阅资料,了解课题,准备开题答辩; 第4周-第6周: 分析齿轮齿条式转向系的结构和工作原理; 第7周-第11周:确定设计方案,进行结构设计计算; 第12周-第14周:完成结构设计和装配的绘制; 第15周-第17周:完善装配模型,撰写毕业论文; 第18周:毕业答辩 5 指导教师意见(对课题的深度、广度及工作量的意见) 指导教师: 年 月 日6 所在系审查意见: 系主管领导: 年 月 日参考文献 1 陈益良齿轮齿条式转向器简介J汽车与配件1986年06期2 党胡申转向器引进项目简介J汽车与配件1988年02期3 毕大宁略论我国汽车转向器生产发展之路J汽车与配件1995年19期4 余席桂,侯玉英,钟诗清汽车转向器啮合间隙测试方法J武汉汽车工业大学学报1997年04期5 刘冰齿轮齿条转向器的建模及分析J上海工程技术大学学报2006年01期6 谢刚,殷国富,周丹晨汽车转向器变传动比齿轮齿形的三维动态仿真设计J机床与液压2003年04期 7 陈勇,朱敬德,徐解民汽车转向器油缸和壳体的压铆装置设计J机械制造与自动化2006年05期 8 杨丙辉,郭钢,郭卫光,等汽车转向器零件参数化特征设计系统的研制J机械制造与自动化2008年03期 9 雷良育,施晓芳,张青汽车转向器综合性能测试控制台J自动化与仪表2001年03期10 张枫念关于汽车转向器摇臂轴齿扇齿根弯曲强度计算的研究和探讨J轻型汽车技术2000念03期 11 贾巨民,张蕾,唐天元,等汽车变速比齿轮齿条式转向器啮合原理(I)J机械技术1998年01期12 贾巨民,张蕾, 唐天元汽车变速比齿轮齿条式转向器啮合原理(II)J机械科学与技术1998年02期13 邓飞,欧家福,颜尧,等齿轮齿条式动力转向器试验方法及标准研究J交通标准化2009年Z2期14 张敏中齿轮齿条式转向器转向梯形机构优化设计J江苏工学院学报1994年02期15 牟向东,唐新蓬,陶建民汽车转向器变速比特性对操轻便性的影响1999年12期
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