[CAD圖紙全套]汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計

本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計 院 系 名稱 ： 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級 ： 車輛工程 學(xué)生姓名 ： 董 雷 指導(dǎo)教師 ： 王悅新 職 稱 ： 實驗師 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二一一年六月 s ： 011I 摘 要 汽車轉(zhuǎn)向器是汽車的重要組成部分，也是決定汽車主動安全 性的關(guān)鍵總成，它的質(zhì)量嚴重影響汽車的操縱穩(wěn)定性。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車轉(zhuǎn)向器也在不斷的得到改進，雖然電子轉(zhuǎn)向器已開始應(yīng)用，但機械式轉(zhuǎn)向器仍然廣泛地被世界各國汽車及汽車零部件生產(chǎn)廠商所采用。而在機械式轉(zhuǎn)向器中，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器由于其自身的特點被廣泛應(yīng)用于各級各類汽車上。 本次設(shè)計主要對一汽佳寶的轉(zhuǎn)向器進行設(shè)計。首先對轉(zhuǎn)向器進行了結(jié)構(gòu)上的設(shè)計，此轉(zhuǎn)向器選用的是側(cè)面輸入，兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。其優(yōu)點為：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；殼體由鋁合金或鎂合金壓鑄而成，故質(zhì)量比較??；傳動效率高達 90%；齒輪齒條之間因磨損出現(xiàn)間 隙后，可利用裝在齒條背部、靠近小齒輪的壓緊力可以調(diào)節(jié)的彈簧自動消除齒間間隙，在提高系統(tǒng)剛度的同時也可防止工作時產(chǎn)生沖擊和噪聲；轉(zhuǎn)向器占用體積??；沒有轉(zhuǎn)向搖臂和 直 拉桿，可以增大轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角；制造成本低。 關(guān)鍵詞 ：轉(zhuǎn)向器； 彈簧 ； 橫拉桿 ；設(shè)計；校核 黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)生設(shè)計 is of of of is is by In in to is s is is by or So is 0%. If It be by is of to be s it no be is 黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)生設(shè)計 目 錄 摘要 . I . 1 章 緒論 . 題的目的 . 向器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 向器發(fā)展趨勢 . 車轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展趨勢 . 車轉(zhuǎn)向裝置的設(shè)計趨勢 . 向器概述 . 車轉(zhuǎn)向基本要求及其關(guān)鍵技術(shù) . 輪轉(zhuǎn)向及其實現(xiàn)技術(shù) . 輪轉(zhuǎn)向及其實現(xiàn)技術(shù) . 計的預(yù)期成果 . 第 2 章 設(shè)計方案的選擇 . 向器類型的選擇 . 輪齒條式轉(zhuǎn)向器布置和結(jié)構(gòu)形式的選 擇 . 章小結(jié) . 第 3 章 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計和計算 . 向系計算載荷的確定 . 算汽車的原地轉(zhuǎn)向阻力矩 . 向器角傳動比的計算 . 用在轉(zhuǎn)向盤上的手力的計算 . 形臂長度 計算 . 胎直徑 . 向橫拉桿直徑 d 的計算 . 輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計 . 黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)生設(shè)計 輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計要求 . 輪齒條轉(zhuǎn)向器的主要部件 . 輪齒條式轉(zhuǎn)向器的材料選擇及強度校核 . 輪齒條的基本參數(shù) . 章小結(jié) . 第 4 章 齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 輪齒條式轉(zhuǎn)向器的受力分析與計算 . 輪軸的設(shè)計計算 . 輪軸的強度校核 . 章小結(jié) . 第 5 章 轉(zhuǎn)向器間隙調(diào)整彈簧的設(shè)計計算 . 擇材料 . 算彈簧絲直徑 d . 算彈簧圈數(shù)和彈簧的自由高度 . 定性驗算 . 查 及 1 . 何參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸的確定 . 簧工作圖 . 章小結(jié) . 第 6 章 軸承、潤滑方式和密封類型的選擇 . 承的選擇 . 滑方式的確定 . 封結(jié)構(gòu)的確定 . 章小結(jié) . 結(jié)論 . 參考文獻 . 致謝 . 附錄 . 黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)生設(shè)計 買文檔送全套 紙，扣扣 414951605 黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)生設(shè)計 黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)生設(shè)計 第 1 章 緒論 黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)生設(shè)計 改革開放以來，我國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛。作為汽車關(guān)鍵部件之一的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也得到了相應(yīng)的發(fā)展，基本已形成了專業(yè)化、系列化生 產(chǎn)的局面。有資料顯示，國外有很多國家的轉(zhuǎn)向器廠，都已發(fā)展成大規(guī)模生產(chǎn)的專業(yè)廠，年產(chǎn)超過百萬臺，壟斷了轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，并且銷售點遍布了全世界。 題的目的 在現(xiàn)代汽車上，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是必不可少的最基本的系統(tǒng)之一，也是決定汽車主動安全性的關(guān)鍵總成，汽車的轉(zhuǎn)向特性，保持汽車具備較好的操縱性能，始終是汽車檢測技術(shù)當中的一個重要課題。特別是在車輛高速化、駕駛?cè)藛T非職業(yè)化、車流密集化的今天，汽車轉(zhuǎn)向系的設(shè)計工作顯得尤為重要。 向器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 從世界第一輛汽車問世至今，汽車工業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了百年歷程。現(xiàn)代的汽車 與發(fā)展初期相比，廣泛地應(yīng)用了各種高新技術(shù)，并且還在發(fā)生更深刻的變革。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為汽車底盤中的獨立分系統(tǒng) ，在汽車技術(shù)發(fā)展的過程中也經(jīng)歷了深刻的變革。轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展基本上經(jīng)歷了機械轉(zhuǎn)向、液壓（氣壓）動力轉(zhuǎn)向、電子控制液壓動力轉(zhuǎn)向、電動轉(zhuǎn)向、電子線控轉(zhuǎn)向和主動轉(zhuǎn)向幾個階段。 汽車轉(zhuǎn)向系是保持或者改變汽車行駛方向的機構(gòu)，在汽車轉(zhuǎn)向行駛中，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。保證汽車在行駛中能按駕駛員的操縱要求，適時地改變行駛方向，并能在受到路面干擾偏離行駛方向時，與行駛系配合，共同保持汽車穩(wěn)定地直線行駛。轉(zhuǎn)向 系對汽車行駛的操縱性、穩(wěn)定性和安全性都具有重要的意義。 改革開放以來，我國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛。作為汽車關(guān)鍵部件之一的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也得到了相應(yīng)的發(fā)展，基本已形成了專業(yè)化、系列化生產(chǎn)的局面。有資料顯示，國外有很多國家的轉(zhuǎn)向器廠，都已發(fā)展成大規(guī)模的生產(chǎn)的專業(yè)廠，年產(chǎn)超夠百萬臺，壟斷了轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，并且銷售點遍布了全世界。從操縱輕便性、穩(wěn)定性及安全性行駛的角度，汽車制造廣泛使用更先進的工藝方法，使用變速比轉(zhuǎn)向器、高剛性轉(zhuǎn)向器?！白兯俦群透邉傂浴笔悄壳笆澜缟仙a(chǎn)的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)的方向 幾十年來，各種汽車都使用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 。由于這種轉(zhuǎn)向器是滾動摩擦形式，因而正傳動效率很高，操作方便且使用壽命長，而且承載能力大，廣泛應(yīng)用于載貨車上。 隨著上世紀五十年代起，液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用，標志著轉(zhuǎn)向系統(tǒng)革命的開始。汽車轉(zhuǎn)向動力的來源由以前的人力轉(zhuǎn)變?nèi)肆右簤褐?。液壓助力系統(tǒng) 是機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本上增加了一個液壓系統(tǒng)而成。由于工作可靠、技術(shù)成熟至今仍被廣泛應(yīng)用。 從 70年代起轎車興起了齒輪齒條轉(zhuǎn)向器，這種轉(zhuǎn)向機構(gòu)由方向盤、轉(zhuǎn)向軸、萬向節(jié)、轉(zhuǎn)動軸、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動桿和轉(zhuǎn)向輪等組成。方向盤操縱轉(zhuǎn)向器內(nèi)的齒輪傳動，齒輪與齒條 緊密嚙合，推動齒條左移動或右移動，帶動轉(zhuǎn)向輪擺動，從而改變轎車行駛的方向。這種轉(zhuǎn)向機構(gòu)與循環(huán)球式等其它類型的轉(zhuǎn)向機構(gòu)比較，省略了轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向主拉桿，具有構(gòu)件簡單，傳動效率高的優(yōu)點。而且它的逆?zhèn)鲃有室哺?，在車輛行駛時可以保證偏轉(zhuǎn)車輪的自動回正，駕駛者的路感性強。 近年來，隨著電子技術(shù)在汽車中的廣泛應(yīng)用，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中也越來越多地采用電子器件。但目前電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于自身成本等因素的制約，很難在價格低廉的家用轎車上得到普及，而且電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全可靠性相對較差，目前歐洲汽車法規(guī)中要求駕駛員與轉(zhuǎn)向車輪之間必須有機 械連接，電子轉(zhuǎn)向系還不允許在歐洲上市。 2007年中國汽車銷售 2008 年中國汽車銷售 938萬輛， 2009年預(yù)計增長 達到 1019 萬輛。汽車產(chǎn)銷量的逐步增長為汽車轉(zhuǎn)向機市場提供了一個較大的發(fā)展空間， 2008 年市場對轉(zhuǎn)向機行業(yè)需求有所減緩，在需求增長有所減緩的現(xiàn)狀下，產(chǎn)能擴張的勢頭并沒有得到較好的控制。產(chǎn)能過剩、重復(fù)建設(shè)不僅導(dǎo)致生產(chǎn)與消費的失衡，而且還引發(fā)了轉(zhuǎn)向機行業(yè)內(nèi)的一系列惡性價格競爭，影響了轉(zhuǎn)向機行業(yè)業(yè)的盈利能力。中國轉(zhuǎn)向機行業(yè)市場現(xiàn)狀，為外資企業(yè)入駐中國創(chuàng)造了條件，國際許多轉(zhuǎn) 向機行業(yè)企業(yè)已經(jīng)看中在中國低成本拓展市場的機會，隨著外資投入逐步加大，中國國內(nèi)企業(yè)改革重組迅速加快。同時新的行業(yè)制度等政策的頒布和實施將促使我國轉(zhuǎn)向機行業(yè)洗牌，企業(yè)兼并重組將在政策的促使下大力發(fā)展。 據(jù)了解，在世界范圍內(nèi)，汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)換器占 45%左右，齒輪齒條式轉(zhuǎn)換器占40%左右，渦桿滾輪式轉(zhuǎn)換器占 10%左右，其他型式的轉(zhuǎn)換器占 5%。循環(huán)球式轉(zhuǎn)換器一直在穩(wěn)步發(fā)展。在西歐小客車中，齒輪齒條式轉(zhuǎn)換器有很大的發(fā)展。日本汽車轉(zhuǎn)向器的特點是循環(huán)球式轉(zhuǎn)換器占得比重越來越大，日本裝備不同類型發(fā)動機的類型汽車，采用不同 類型轉(zhuǎn)向器，在公共汽車中使用的循環(huán)球式轉(zhuǎn)換器，已由 60 年代的 發(fā)展到現(xiàn)今的 100%了，大、小型貨車大都循環(huán)球式轉(zhuǎn)換器，但齒輪齒條式轉(zhuǎn)換器也有所發(fā)展。微型貨車用循環(huán)球式轉(zhuǎn)換器占 65%，齒輪齒條式占 35%。 向器發(fā)展趨勢 車轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展趨勢 黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)生設(shè)計 (1)新型轉(zhuǎn)向機構(gòu)的研究與應(yīng)用 : 圍繞減小轉(zhuǎn)向機構(gòu)的誤差、優(yōu)化轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設(shè)計、減輕轉(zhuǎn)向機構(gòu)的磨損、提高轉(zhuǎn)向機構(gòu)的效率等方面開展工作，加強新型轉(zhuǎn)向機構(gòu)的研究與應(yīng)用已成為生產(chǎn)企業(yè)和科研單位的追求的目標。 (2)動力轉(zhuǎn)向技術(shù)的推廣 : 為減輕駕 駛員疲勞，提高操縱輕便性和穩(wěn)定性，動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛，不僅在重型汽車上必須采用，在高級轎車上應(yīng)用較多，而且在中型汽車上也已逐漸推廣。 (3)考慮主動安全性的轉(zhuǎn)向技術(shù) : 從操縱輕便性、穩(wěn)定性和安全行駛的角度，廣泛使用更先進的工藝方法制造、使用變速比轉(zhuǎn)向器、高剛性轉(zhuǎn)向器，采用防碰撞安全轉(zhuǎn)向柱、安全帶、安全氣囊等，并逐步推廣。新時代下的汽車轉(zhuǎn)向裝置設(shè)計充分考慮了駕乘的舒適性和安全性，諸如 4力轉(zhuǎn)向技術(shù)的應(yīng)用等等。 (4)先進電子技術(shù)和控制技術(shù)在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的應(yīng)用 : 隨著傳感技術(shù) 、控制技術(shù)的不斷發(fā)展及在汽車中的應(yīng)用，可以從多方面改善轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各種性能，諸如汽車的低速行駛輕便性、汽車的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性、汽車的回正能力、轉(zhuǎn)向盤中間位置操縱穩(wěn)定性、前輪的擺振等等。 車轉(zhuǎn)向裝置的設(shè)計趨勢 (1)適應(yīng)汽車高速行駛的需要 1 從操縱輕便性，穩(wěn)定性及安全行駛的角度，汽車制造廠廣泛使用更先進的工藝方法，使用變速比轉(zhuǎn)向器、高剛性轉(zhuǎn)向器?！案咚俦群透邉傂浴笔悄壳笆澜缟仙a(chǎn)的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)的方向。 (2)充分考慮安全性、輕便性 : 隨著汽車車速的提高，駕駛員和乘客的安全非常重要，目前國內(nèi)外在許 多汽車上已普遍增設(shè)能力吸收裝置，如防碰撞安全轉(zhuǎn)向柱、安全帶、安全氣囊等，并逐步推廣。從人類工程學(xué)的角度考慮操縱的輕便性，一逐步采用可調(diào)整的轉(zhuǎn)向管柱和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 (3)低成本、低耗能、大批專業(yè)化生產(chǎn) : 隨著國際經(jīng)濟形勢的惡化，石油危機造成經(jīng)濟衰退，汽車生產(chǎn)愈來愈重視經(jīng)濟性，因此。要設(shè)計低成本、低耗能的汽車和低成本、合理化生產(chǎn)線，盡量實現(xiàn)大批專業(yè)化生產(chǎn)。對零部件生產(chǎn)，特別是轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，更表現(xiàn)突出。 (4)汽車轉(zhuǎn)向器裝置的電腦化 : 黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)生設(shè)計 未來汽車的轉(zhuǎn)向器裝置，必定是以電腦化為唯一的發(fā)展途徑。 向器概述 車轉(zhuǎn)向基本要求及其關(guān)鍵技術(shù) 為使汽車實現(xiàn)車輪無側(cè)滑的轉(zhuǎn)向，車輪的偏轉(zhuǎn)必須滿足阿克曼特性，即在汽車前輪定位角都等于零、行走系統(tǒng)為剛性、汽車行駛過程中無側(cè)向力的前提下，整個轉(zhuǎn)向過程中全部車輪必須圍繞同一瞬時中心相對于地面作圓周滾動，例如對于圖 示兩輪轉(zhuǎn)向情況，前內(nèi)輪轉(zhuǎn)角 a 之間應(yīng)滿足如下阿克曼轉(zhuǎn)向特性公式： (圖 阿克曼兩輪轉(zhuǎn)向要求 車輪的偏轉(zhuǎn)是通過轉(zhuǎn)向機構(gòu)帶動的。對于兩輪轉(zhuǎn)向汽 車，為減小車輪側(cè)滑，轉(zhuǎn)向機構(gòu)應(yīng)使兩前輪偏轉(zhuǎn)角在整個轉(zhuǎn)向過程中始終盡可能精確地滿足式 (系。因此從運動學(xué)角度來看，兩輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設(shè)計涉及到的關(guān)鍵技術(shù)主要是： (1)機構(gòu)的形式設(shè)計，即確定能滿足轉(zhuǎn)向傳動功能要求的機構(gòu)結(jié)構(gòu)組成； (2)機構(gòu)的尺度設(shè)計，即確定能近似再現(xiàn)式 (系的機構(gòu)運動尺寸。從系統(tǒng)和機構(gòu)學(xué)角度來看，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成及其相互關(guān)系可用框圖 示，其中轉(zhuǎn)向機構(gòu)是該系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)。 圖 轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)的組成 輪轉(zhuǎn)向及其實現(xiàn)技術(shù) 發(fā)展概況 5 兩百年前在汽車剛剛誕生的初期，其轉(zhuǎn)向操縱是仿照馬車和自行車的轉(zhuǎn)向方式，即用一個操縱桿或手柄直接使前輪偏轉(zhuǎn)。 1817 年，德國人林肯斯潘杰 (向操縱機構(gòu) 轉(zhuǎn)向器 輔助動力 轉(zhuǎn)向機構(gòu) 黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)生設(shè)計 發(fā)明了轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)，并將在英國獲得的專利權(quán)轉(zhuǎn)讓給了阿克曼 (現(xiàn)在人們常將轉(zhuǎn)向梯形的特性關(guān)系式 (為阿克曼公式。 1857年，英國的達吉恩蒸汽汽車 (首次采用方向盤的機動車輛。 1872年蘇格蘭的查理士魯?shù)婪?(一個把方向盤裝到煤氣發(fā)動機車輛上。 1886年，英國的弗雷德里克斯特里克蘭 (汽車制造商德雷克 (A J 船用轉(zhuǎn)向柱和方向盤技術(shù)應(yīng)用到新式戴姆勒弗頓(篷車上。 1890年戴姆勒帕利生 (成轉(zhuǎn)向柱與方向盤傾斜的第一輛汽車。 進入 20世紀后，相關(guān)科技的進步帶動了汽車設(shè)計技術(shù)與汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，但對于轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)的研究主要集中在轉(zhuǎn)向器的型式和轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)的尺寸優(yōu)化設(shè)計等方面，而在兩輪轉(zhuǎn)向原理以及兩輪偏轉(zhuǎn)聯(lián)動實現(xiàn)方式等方面并未有新的突破。 (1)與非獨立懸架配用的轉(zhuǎn)向機構(gòu) 1)轉(zhuǎn)向梯形后置，轉(zhuǎn)向直拉桿縱置 ： 如圖 1.3(a)所示，在前橋僅為轉(zhuǎn)向橋時，由轉(zhuǎn)向橫拉桿 5 和左、右轉(zhuǎn)向梯形臂 4組成的轉(zhuǎn)向梯形一般布置在前橋之后，以避免其在轉(zhuǎn)向過程中與車輪發(fā)生干涉。解放風 (a) (b) (c) 圖 與非獨 立懸架配用的轉(zhuǎn)向機構(gòu) 1 轉(zhuǎn)向搖臂 2 轉(zhuǎn)向直拉桿 3 轉(zhuǎn)向節(jié)臂 4 梯形臂 5 轉(zhuǎn)向橫拉桿 2)轉(zhuǎn)向梯形前置，轉(zhuǎn)向直拉桿縱置 ： 在發(fā)動機較低或轉(zhuǎn)向橋兼驅(qū)動橋的情況下，為避免干涉，往往將轉(zhuǎn)向梯形布置在前橋之前，如圖 b)所示。 3)轉(zhuǎn)向梯形前置，轉(zhuǎn)向直拉桿橫置 ： 如圖 1.3(c)所示，若轉(zhuǎn)向搖臂 1不是在汽車縱向平面內(nèi)前后擺動，而是在與道路平行的平面內(nèi)左右擺動（如北京 汽車），則可將轉(zhuǎn)向直拉桿 2 橫置，并借球頭銷直接帶動轉(zhuǎn)向橫拉桿 5，從而使兩側(cè)梯形臂轉(zhuǎn)動。 (2)與獨立懸架配用的轉(zhuǎn)向機構(gòu) 黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)生設(shè)計 圖 向器配用的轉(zhuǎn)向機構(gòu)，轉(zhuǎn)向搖臂 1 為主動件，繞固定鉸點作往復(fù)擺動。其中圖 1.4(a)中兩根轉(zhuǎn)向橫拉桿 3、 4 布置在車軸的后方，形成兩段式結(jié)構(gòu)，如紅旗 轎車即采用了這種轉(zhuǎn)向機構(gòu)；圖 1.4(b)中兩根轉(zhuǎn)向橫拉桿 3、 4布置在車軸的前方，和轉(zhuǎn)向直拉桿 2一起構(gòu)成三段式的前置梯形結(jié)構(gòu)，豐 田海艾斯轎車轉(zhuǎn)向機構(gòu)就采用這種布置形式。 (a) (b) 圖 與循環(huán)球 式轉(zhuǎn)向器配用的轉(zhuǎn)向機構(gòu) 1 轉(zhuǎn)向搖臂 2 轉(zhuǎn)向直拉桿 3 左轉(zhuǎn)向橫拉桿 4 右轉(zhuǎn)向橫拉桿 5 左梯形臂 6 右梯形臂 7 搖桿 8 懸架左擺臂 9 懸架右擺臂 (a) (b) 圖 與齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器配用的轉(zhuǎn)向機構(gòu) 圖 向器配用的轉(zhuǎn)向機構(gòu)兩種布置形式，其中圖 1.5(a)中轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形，應(yīng)用實例為奧迪 100轎車；圖 1.5(b)轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形，在 前面所列僅為轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)結(jié)合的基本形式，實際使用中尚有許多情況，限于篇幅，在此不一一列出。 (1)汽車兩輪轉(zhuǎn)向技術(shù)雖經(jīng)歷了近兩百年的發(fā)展，但仍存在如下主要問題： 兩輪轉(zhuǎn)向汽車在轉(zhuǎn)彎時，現(xiàn)有各類轉(zhuǎn)向機構(gòu)均不能保證全部車輪繞瞬時中心轉(zhuǎn)動，從而在技術(shù)上難以完全消除車輛行駛中的車輪側(cè)滑。 (2)獨立懸架汽車中的轉(zhuǎn)向梯形斷開點難以確定，這將導(dǎo)致了橫拉桿與懸架導(dǎo)向機構(gòu)之間運動不協(xié)調(diào)，使汽車在行駛中易發(fā)生擺振，從而加劇輪胎磨損，轉(zhuǎn)向性能隨車 黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)生設(shè)計 速、轉(zhuǎn)向角、路面狀態(tài)的變化而變化，車速越高，操縱穩(wěn)定性越差。 (3)在采用兩輪轉(zhuǎn)向方式時轉(zhuǎn)彎半徑較大，汽車的機動靈活性不高。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展及在汽車中的應(yīng)用，可以從多方面改善轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各種性能，但這種改善往往是局部的和微小的?；趦奢嗈D(zhuǎn)向方式的汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展至今，應(yīng)該說已經(jīng)到了一個頂峰，就目前的技術(shù)和經(jīng)濟性而言，兩輪轉(zhuǎn)向在性能上難以再有突破性進展。 輪轉(zhuǎn)向及其實現(xiàn)技術(shù) 鑒于兩輪轉(zhuǎn)向方式存在的諸多不足，日本于 20 世紀 60 年代首先提出通過四輪轉(zhuǎn)向方式來 提高汽車的操縱穩(wěn)定性，到 20世紀 80年代末，四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)得到實際應(yīng)用。1990年，本田、馬自達、尼桑三家汽車公司首先在部分轎車上推出了四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。1991年，美國克萊斯勒和日本的三菱也推出了四輪轉(zhuǎn)向車型。 所謂四輪轉(zhuǎn)向，是指車輛行駛過程中四個車輪能同時發(fā)生偏轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向方式。其中后輪偏轉(zhuǎn)角一般不超過 5。根據(jù)轉(zhuǎn)向時前、后輪偏轉(zhuǎn)方向的異同分為同向偏轉(zhuǎn)及逆向偏轉(zhuǎn)兩類。對于行駛中的四輪汽車，當采用同向偏轉(zhuǎn)時，車身的動態(tài)偏轉(zhuǎn)減小，從而可顯著提高汽車高速行駛穩(wěn)定性；當采用逆向偏轉(zhuǎn)時，則可顯著減小汽車轉(zhuǎn)彎半徑，如圖 示，由此增加了低速行駛的靈活性，有利于汽車的轉(zhuǎn)向調(diào)頭。因此采用四輪轉(zhuǎn)向方式時，在一定程度上提高了橫擺角速度和側(cè)向加速度的瞬態(tài)響應(yīng)性能指標，如圖 以四輪轉(zhuǎn)向方式具有轉(zhuǎn)向能力強、轉(zhuǎn)向響應(yīng)快、直線行駛穩(wěn)定性高、低速機動性好等優(yōu)點。 圖 2 圖 2 轉(zhuǎn)向的關(guān)鍵是如何將轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動量傳遞給前后轉(zhuǎn)向輪，并為轉(zhuǎn)向輪提供動力使其發(fā)生協(xié)調(diào)、聯(lián)動偏轉(zhuǎn)。本文根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動量傳遞途徑以及轉(zhuǎn)向輪動力 來源的不同，對四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作如下的分類： (1)集中驅(qū)動四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng) : 黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)生設(shè)計 當用機械傳動鏈將轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動量分別傳遞給前后輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)，從而在前后轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)量與轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動量之間形成確定的機械聯(lián)系時，即屬集中驅(qū)動四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)框圖如圖 示，其中前后轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)的驅(qū)動動力來自于轉(zhuǎn)向盤以及由液壓系統(tǒng)等提供的輔助動力。 圖 中驅(qū)動四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 此類集中驅(qū)動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可進一步分為機械式和機電控制式兩種，其差異主要在后輪偏轉(zhuǎn)方向的操縱方式上。機械式 集中驅(qū)動四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)沒有圖 的電子控制單元虛框，前后輪的偏轉(zhuǎn)方向和偏轉(zhuǎn)角大小均由轉(zhuǎn)向盤操縱，并通過機械傳動鏈獲得確定的協(xié)調(diào)關(guān)系。這種四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)向特性固定，與車速無關(guān)。對于機電控制式集中驅(qū)動四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，后輪偏轉(zhuǎn)角大小由轉(zhuǎn)向盤操縱，而后輪偏轉(zhuǎn)方向則根據(jù)傳感器獲取的前輪偏轉(zhuǎn)方向與角度以及車速信息由控制單元確定。集中驅(qū)動四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的制造成本較低，但當傳動鏈零件磨損后不能精確保證前后輪轉(zhuǎn)角大小關(guān)系。 (2)分散驅(qū)動四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng) : 圖 散驅(qū)動四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 在圖 示分散驅(qū)動四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，前輪轉(zhuǎn)向動力由轉(zhuǎn)向盤直接提供，前轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)方向及偏轉(zhuǎn)量與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動量之間通過機械傳動鏈形成確定關(guān)系；后轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)的操縱由專門的液壓系統(tǒng)或電動機提供動力，至于后輪偏轉(zhuǎn)方向及偏轉(zhuǎn)量則根據(jù)傳感器獲取的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動方向與轉(zhuǎn)角信息以及車速等其他信息由控制單元綜合確定 。 分散驅(qū)動四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本特征在于：前后轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)的驅(qū)動動力是分開的，前后轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)方向和偏轉(zhuǎn)角度之間不是靠機械傳動鏈形成固定的聯(lián)系，而是靠電子轉(zhuǎn)向盤 后轉(zhuǎn)向輪 后輪轉(zhuǎn)向機構(gòu) 前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu) 后輪轉(zhuǎn)向器 前轉(zhuǎn)向輪 前輪轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)向盤 后輪轉(zhuǎn)向器 前轉(zhuǎn)向輪 前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu) 前輪轉(zhuǎn)向器 傳感器獲取的轉(zhuǎn)角信息 傳感器獲取 的其他信息 電子控制單元 電子控制單元 后轉(zhuǎn)向輪 后輪轉(zhuǎn)向動力 后輪轉(zhuǎn)向機構(gòu) 黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)生設(shè)計 控制系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)控制實現(xiàn)預(yù)設(shè) 關(guān)系，因此后輪轉(zhuǎn)向控制靈活、方便，能夠獲得更加精確和復(fù)雜的轉(zhuǎn)向特性。 對 4向技術(shù)的研究主要表現(xiàn)在硬件技術(shù)和軟件技術(shù)兩個方面。硬件技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)在如何采用新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)等來更好地發(fā)揮出四輪轉(zhuǎn)向的優(yōu)勢，更好地實現(xiàn)四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所預(yù)定的目標；研究和開發(fā)高靈敏度、高精度、低成本的傳感器和控制系統(tǒng)，為 4統(tǒng)的具體應(yīng)用提供可靠成熟的技術(shù)條件。 目前，四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)研究的潮流主要表現(xiàn)在對控制理論等軟件技術(shù)的研究上。將最先進的控制理論與控制方法不斷應(yīng)用于 4制器的開發(fā)中，同 時將人的因素考慮到操縱控制中去，研究由駕駛員、車輛和行駛環(huán)境所構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)。盡管目前科研人員從結(jié)構(gòu)到控制原理上對四輪轉(zhuǎn)向進行了大量的研究，但尚未取得突破性進展，四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)還沒有真正地步入全面推廣階段。其主要原因在于盡管四輪轉(zhuǎn)向車的一些開環(huán)指標有較大程度的改善，但是對其進行主觀評價的效果并不理想。這就要求從主觀評價出發(fā)，考慮閉環(huán)綜合性能指標，即將人 車 路看成一個系統(tǒng)，建立合理、可行的閉環(huán)性能評價體系，實現(xiàn)主觀評價與客觀評價的統(tǒng)一。另外，還要把四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)與其他主動安全技術(shù) (如 相 結(jié)合，獲得更高的車輛主動安全性 。 計的預(yù)期成果 本次設(shè)計，我將取得如下成果： 1、設(shè)計說明書： (1)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器各零件的結(jié)構(gòu)； (2)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器主要參數(shù)的選擇與優(yōu)化； (3)齒輪軸的設(shè)計計算； (4)調(diào)整彈簧的設(shè)計計算； (5)軸承的選擇。 2、圖紙有：齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向齒輪、轉(zhuǎn)向齒條、轉(zhuǎn)向蝸桿箱、齒條襯套套管、轉(zhuǎn)向拉桿、萬向傳動節(jié)、齒條支撐、調(diào)整螺塞。 第 2 章 設(shè)計方案的選擇 黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)生設(shè)計 向器類型的選擇 汽車轉(zhuǎn)向系可按轉(zhuǎn)向能源的不同分為機械式轉(zhuǎn)向系和動力轉(zhuǎn)向系兩大類。汽車轉(zhuǎn)向器是用來保持或改變汽車行駛方向的機構(gòu)，在汽車轉(zhuǎn)向行駛時，還要保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。駕駛員通過操縱轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使汽車保持直線或轉(zhuǎn)彎運動狀態(tài)，或者上述兩種運動狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換。 機械轉(zhuǎn)向系的能量來源是人力，所有傳力件都是機械的，由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三大部分組成。其中轉(zhuǎn)向器是將操縱機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)閭鲃訖C構(gòu)的直線運動的機構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件。 轉(zhuǎn)向器按結(jié)構(gòu)形式可分為多種類型。歷史上曾出現(xiàn)過許多種形式的轉(zhuǎn)向器，目前較常用的有 齒輪齒條式 、蝸桿曲柄指銷式、循環(huán)球 環(huán)球曲柄 指銷式、蝸桿滾輪式等。其中第二、第四種分別是第一、第三種的變形形式，而蝸桿滾輪式則更少見。如果按照助力形式，又可以分為機械式 (無助力 )，和動力式 (有助力 )兩種，其中動力轉(zhuǎn)向器又可以分為氣壓動力式、液壓動力式、電動助力式、電液助力式等種類 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 7 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 是一種最常見的轉(zhuǎn)向器，其基本結(jié)構(gòu)是一對相互嚙合的小齒輪和齒條。轉(zhuǎn)向軸帶動小齒輪旋轉(zhuǎn)時，齒條便做直線運動。有時，靠齒條來直接帶動橫拉桿，就可使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。所以這是一種最簡單的轉(zhuǎn)向器。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 可 分 為 兩端輸出式和中間（或單端） 輸出式兩種。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；殼體由鋁合金或鎂合金壓鑄而成，故質(zhì)量比較??；傳動效率高達 90%；齒輪齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙后，可利用裝在齒條背部、靠近小齒輪的壓緊力可以調(diào)節(jié)的彈簧自動消除齒間間隙，在提高系統(tǒng)剛度的同時也可防止工作時產(chǎn)生沖擊和噪聲；轉(zhuǎn)向器占用體積小；沒有轉(zhuǎn)向搖臂和橫拉桿，可以增大轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角；制造成本低。 缺點：逆效率高，汽車在不平路面行使時會出現(xiàn)汽車方向控制難度增加還有可能出現(xiàn)打手現(xiàn)象。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 : 這種轉(zhuǎn)向裝置是由齒輪機構(gòu)將來自轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)力進行減速，使轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)闇u輪蝸桿 的旋轉(zhuǎn)運動，滾珠螺桿和螺母夾著鋼球嚙合，因而滾珠螺桿的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，螺母再與扇形齒輪嚙合，直線運動再次變?yōu)樾D(zhuǎn)運動，使連桿臂搖動，連桿臂再使連動拉桿和橫拉桿作直線運動，改變車輪的方向。這是一種古典的機構(gòu)，現(xiàn)代轎車已大多不再使用，但又被最新方式的助力轉(zhuǎn)向裝置所應(yīng)用。它的原理相黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)生設(shè)計 當于利用了螺母與螺栓在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的相對移動，而在螺紋與螺紋之間夾入了鋼球以減小阻力，所以鋼球在一個首尾相連的封閉的螺旋曲線內(nèi)循環(huán)滾動，循環(huán)球式故而得名。 優(yōu)點：在螺桿和螺母之間有可以循環(huán)流動的鋼球，將滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦，傳 動效率可達 75%轉(zhuǎn)向器傳動比可以變化；工作平穩(wěn)可靠；齒條齒扇間間隙調(diào)整工作容易進行；適合做整體式動力轉(zhuǎn)向器。 缺點：逆效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，制造精度要求高。 蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器： 它是以蝸桿為主動件，曲柄銷為從動件的轉(zhuǎn)向器。蝸桿具有梯形螺紋，手指狀的錐形指銷用軸承支撐在曲柄上，曲柄與轉(zhuǎn)向搖臂軸制成一體。轉(zhuǎn)向時，通過轉(zhuǎn)向盤傳動蝸桿、嵌于蝸桿螺旋槽中的錐形指銷一邊自轉(zhuǎn)，一邊旋繞轉(zhuǎn)向搖臂軸做圓弧運動，從而帶動曲柄和轉(zhuǎn)向垂臂擺動，再通過轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。這種轉(zhuǎn)向器通常用于轉(zhuǎn)向力較大的載貨汽 車上。 通過對 不同形式的 轉(zhuǎn)向器對比， 最終 選擇采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 輪齒條式轉(zhuǎn)向器布置和結(jié)構(gòu)形式的選擇 考濾到原車采用的是循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，故采用如圖 圖 同時考慮到原