轎車轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

./轎車轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)此次設(shè)計(jì)的是與非獨(dú)立懸架相匹配的整體式兩輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。利用相關(guān)汽車設(shè)計(jì)和連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的知識,首先對給定的汽車總體參數(shù)進(jìn)行分析,在此基礎(chǔ)上,對轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行選擇,接著對轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)〔主要是轉(zhuǎn)向梯形進(jìn)行設(shè)計(jì),再對動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)向器在設(shè)計(jì)中選用的是循環(huán)球式齒條齒扇轉(zhuǎn)向器,轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計(jì)選用的是整體式轉(zhuǎn)向梯形,通過對轉(zhuǎn)向輪實(shí)際達(dá)到的最大偏轉(zhuǎn)角時(shí)與轉(zhuǎn)向外輪理想最大偏轉(zhuǎn)角度的差值的檢驗(yàn)和對其最小傳動(dòng)角的檢驗(yàn),來判定轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計(jì)是否符合基本要求。一、整車參數(shù)1、汽車總體參數(shù)的確定本設(shè)計(jì)中給定參數(shù)為：汽車總體參數(shù)整備質(zhì)量1360kg驅(qū)動(dòng)型式4×2前輪軸距2550空載前軸負(fù)荷60%前輪距1429后輪距1422最高車速180km/h最大爬坡度35%最小轉(zhuǎn)向直徑11m變速器手動(dòng)5擋輪胎型號185/60R14T制動(dòng)距離5.6m<30km/h>最大功率/轉(zhuǎn)速74kw/5800rpm最大轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速150N.m/4000rpm二、轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)概述汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來改變汽車行駛方向的專設(shè)機(jī)構(gòu)的總稱。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功用是保證汽車能按駕駛員的意愿進(jìn)行直線或轉(zhuǎn)向行駛。對轉(zhuǎn)向系提出的要求有：1>汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí),全部車輪繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心轉(zhuǎn)動(dòng)；2>操縱輕便,方向盤手作用力小于200N；3>轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比15~20；正效率高于60%,逆效率高于50%；4>轉(zhuǎn)向靈敏；5>轉(zhuǎn)向器與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置有間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)；6>配備駕駛員防傷害裝置；三、機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析機(jī)械轉(zhuǎn)向器是將司機(jī)對轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)檗D(zhuǎn)向搖臂的擺動(dòng)〔或齒條沿轉(zhuǎn)向車軸軸向的移動(dòng),并按一定的角轉(zhuǎn)動(dòng)比和力轉(zhuǎn)動(dòng)比進(jìn)行傳遞的機(jī)構(gòu)。機(jī)械轉(zhuǎn)向器與動(dòng)力系統(tǒng)相結(jié)合,構(gòu)成動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。高級轎車和重型載貨汽車為了使轉(zhuǎn)向輕便,多采用這種動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。采用液力式動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí),由于液體的阻尼作用,吸收了路面上的沖擊載荷,故可采用可逆程度大、正效率又高的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)。1、機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案選取選取循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器有螺桿和螺母共同形成的落選槽裝鋼球構(gòu)成的傳動(dòng)副,以及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動(dòng)副組成,如圖所示。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器示意圖循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是：在螺桿和螺母之間因?yàn)橛锌梢匝h(huán)流動(dòng)的鋼球,將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦,因而傳動(dòng)效率可以達(dá)到75%～85%；在結(jié)構(gòu)和工藝上采取措施后,包括提高制造精度,改善工作表面的表面粗糙度和螺桿、螺母上的螺旋槽經(jīng)淬火和磨削加工,使之有足夠的使用壽命；轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比可以變化；工作平穩(wěn)可靠；齒條和齒扇之間的間隙調(diào)整工作容易進(jìn)行,適合用來做整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：逆效率高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造困難,制造精度要求高。2、防傷安全機(jī)構(gòu)分析汽車發(fā)生正面沖撞時(shí),軸向力達(dá)到一定值以后,塑料銷釘2被剪斷,套管與軸產(chǎn)生相對移動(dòng),存在其間的塑料能增大摩擦阻力吸收沖擊能量。此外,轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸長度縮短,減小了轉(zhuǎn)向盤向駕駛員一側(cè)的移動(dòng)量,起到保護(hù)駕駛員的作用。安全聯(lián)軸套管1—套管2—塑料銷釘3—軸這種防傷機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單,制造容易,只要合理選取銷釘數(shù)量與直徑,便能保證它可靠地工作和吸收沖擊能量。四、轉(zhuǎn)向系性能參數(shù)1、傳動(dòng)比變化特性轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比可以設(shè)計(jì)成減小、增大或保持不變的。影響選取角傳動(dòng)比變化規(guī)律的主要因素是轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大小和對汽車機(jī)動(dòng)能力的要求。若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷小或采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向的汽車,不存在轉(zhuǎn)向沉重問題,應(yīng)取較小的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比,以提高汽車的機(jī)動(dòng)能力。若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大,汽車低速急轉(zhuǎn)彎時(shí)的操縱輕便性問題突出,應(yīng)選用大些的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比。轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比變化曲線應(yīng)選用大致呈中間小兩端大些的下凹形曲線,如圖所示。轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比變化特性曲線2、轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙傳動(dòng)間隙是指各種轉(zhuǎn)向器中傳動(dòng)副之間的間隙。該間隙隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的大小不同而改變,并把這種變化關(guān)系稱為轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性。傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙在轉(zhuǎn)向盤處于中間及其附近位置時(shí)要極小,最好無間隙。若轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副存在傳動(dòng)間隙,一旦轉(zhuǎn)向輪受到側(cè)向力作用,車輪將偏離原行駛位置,使汽車失去穩(wěn)定。傳動(dòng)副在中間及其附近位置因使用頻繁,磨損速度要比兩端快。在中間附近位置因磨損造成的間隙過大時(shí),必須經(jīng)調(diào)整消除該處間隙。為此,傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成下所示的逐漸加大的形狀。轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性圖中曲線1表明轉(zhuǎn)向器在磨損前的間隙變化特性；曲線2表明使用并磨損后的間隙變化特性,并且在中間位置處已出現(xiàn)較大間隙；曲線3表明調(diào)整后并消除中間位置處間隙的轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)間隙變化特性。五、動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算1、對動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的要求1運(yùn)動(dòng)學(xué)上應(yīng)保持轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角和駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角之間保持一定的比例關(guān)系。2隨著轉(zhuǎn)向輪阻力的增大〔或減小,作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力必須增大〔或減小,稱之為"路感"。3當(dāng)作用在轉(zhuǎn)向盤上的切向力≥0.025～0.190kN時(shí),動(dòng)力轉(zhuǎn)向器就應(yīng)開始工作。4轉(zhuǎn)向后,轉(zhuǎn)向盤應(yīng)自動(dòng)回正,并使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài)。5工作靈敏,即轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)后,系統(tǒng)壓力能很快增長到最大值。6動(dòng)力轉(zhuǎn)向失靈時(shí),仍能用機(jī)械系統(tǒng)操縱車輪轉(zhuǎn)向。7密封性能好,、外泄漏少。2、液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的計(jì)算1動(dòng)力缸尺寸計(jì)算動(dòng)力缸的主要尺寸有動(dòng)力缸徑、活塞行程、活塞桿直徑和動(dòng)力缸體壁厚。動(dòng)力缸產(chǎn)生的推力F為式中,為轉(zhuǎn)向搖臂長度；L為轉(zhuǎn)向搖臂軸到動(dòng)力缸活塞之間的距離。推力F與工作油液壓力p和動(dòng)力缸截面面積S之間有如下關(guān)系因?yàn)閯?dòng)力缸活塞兩側(cè)的工作面積不同,應(yīng)按較小一側(cè)的工作面積來計(jì)算,即式中,D為動(dòng)力缸徑；為活塞桿直徑,初選＝0.35D,壓力p＝6.3Mpa。聯(lián)立后得到=63mm所以d=22mm活塞行程是車輪轉(zhuǎn)制最大轉(zhuǎn)角時(shí),由直拉桿的的移動(dòng)量換算到活塞桿處的移動(dòng)量得到的?；钊穸瓤扇锽=0.3D。動(dòng)力缸的最大長度s為=130mm動(dòng)力缸殼體壁厚t,根據(jù)計(jì)算軸向平面拉應(yīng)力來確定,即式中,p為油液壓力；D為動(dòng)力缸徑；t為動(dòng)力缸殼體壁厚；n為安全系數(shù),n=3.5~5.0;為殼體材料的屈服點(diǎn)。殼體材料用鑄造鋁合金采用ZL105,抗拉強(qiáng)度為160-240MPa。t=5mm活塞桿用45剛制造,為提高可靠性和壽命,要求表面鍍鉻并磨光。2>分配閥的參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算分配閥的要參數(shù)有:滑閥直徑d、預(yù)開隙密封長度、滑閥總移動(dòng)量e、滑閥在中間位置時(shí)的液流速度v、局部壓力降和泄漏量等。分配閥的泄漏量=2.26cm/s局部壓力降當(dāng)汽車宜行時(shí),滑閥處于中間位置,油液流經(jīng)滑閥后再回到油箱。油液流經(jīng)滑閥時(shí)產(chǎn)生的局部壓力降<MPa>為式中—油液密度,kg/m3;—局部阻力系數(shù),通常?。?.0；v—油液的流速,m/s。的允許值為0.03～0.04MPa。3>動(dòng)力轉(zhuǎn)向的評價(jià)指標(biāo)１動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的作用效能用效能指標(biāo)來評價(jià)動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的作用效能。現(xiàn)有動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的效能指標(biāo)s=1~15。２．路感駕駛員的路感來自于轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí),所要克服的液壓阻力。液壓阻力等于反作用閥面積與工作液壓壓強(qiáng)的乘積。在最大工作壓力時(shí),轎車：換算以轉(zhuǎn)向盤上的力增加約30~50N。３．轉(zhuǎn)向靈敏度轉(zhuǎn)向靈敏度可以用轉(zhuǎn)向盤行程與滑閥行程的比值來評價(jià)比值越小,則動(dòng)力轉(zhuǎn)向作用的靈敏度越高。。４．動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的靜特性動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的靜特性是指輸入轉(zhuǎn)矩與輸出轉(zhuǎn)矩之間的變化關(guān)系曲線,是用來評價(jià)動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的主要特性指標(biāo)。因輸出轉(zhuǎn)矩等于油壓壓力乘以動(dòng)力缸工作面積和作用力臂,對于已確定的結(jié)構(gòu),后兩項(xiàng)是常量,所以可以用輸入轉(zhuǎn)矩Mφ與輸出油壓p之間的變化關(guān)系曲線來表示動(dòng)力轉(zhuǎn)向的靜特性,如圖。常將靜特性曲線劃分為四個(gè)區(qū)段。在輸入轉(zhuǎn)矩不大的時(shí)候,相當(dāng)于圖中A段；汽車原地轉(zhuǎn)向或調(diào)頭時(shí),輸入轉(zhuǎn)矩進(jìn)入最大區(qū)段〔圖中C段；B區(qū)段屬常用快速轉(zhuǎn)向行駛區(qū)段；D區(qū)段曲線就表明是一個(gè)較寬的平滑過渡區(qū)間。要求動(dòng)力轉(zhuǎn)向器向右轉(zhuǎn)和向左轉(zhuǎn)的靜特性曲線應(yīng)對稱。對稱性可以評價(jià)滑閥的加工和裝配質(zhì)量。要求對稱性大于0.85。靜特性曲線分段示意圖六、轉(zhuǎn)向梯形的選擇轉(zhuǎn)向梯形有整體式和斷開式兩種,無論采用哪一種方案,都必須正確選擇轉(zhuǎn)向梯形參數(shù),做到汽車轉(zhuǎn)彎時(shí),保證全部車輪繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心行駛,使在不同圓周上運(yùn)動(dòng)的車輪,作無滑動(dòng)的純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。同時(shí),為達(dá)到總體布置要求的最小轉(zhuǎn)彎直徑值,轉(zhuǎn)向輪應(yīng)有足夠大的轉(zhuǎn)角。本設(shè)計(jì)中由于采用的是非獨(dú)立式懸架,應(yīng)當(dāng)選用與之配用的整體式轉(zhuǎn)向梯形。1、整體式轉(zhuǎn)向梯形整體式轉(zhuǎn)向梯形是由轉(zhuǎn)向橫拉桿1、轉(zhuǎn)向梯形臂2和汽車前軸3組成,如下圖所示。其中梯形臂呈收縮狀向后延伸。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,調(diào)整前束容易,制造成本低；主要缺點(diǎn)是一側(cè)轉(zhuǎn)向輪上、下跳動(dòng)時(shí),會(huì)影響另一側(cè)轉(zhuǎn)向輪。當(dāng)汽車前懸架采用非獨(dú)立式懸架時(shí),應(yīng)當(dāng)采用整體式轉(zhuǎn)向梯形。整體式轉(zhuǎn)向梯形的橫拉桿可位于前軸后或者前軸前〔稱為前置梯形。對于發(fā)動(dòng)機(jī)位置整體式轉(zhuǎn)向梯形1—轉(zhuǎn)向橫拉桿2—轉(zhuǎn)向梯形臂3—前軸低或前輪驅(qū)動(dòng)汽車,常采用前置梯形。前置梯形的梯形臂必須向前外側(cè)方向延伸,因而會(huì)與車輪或制動(dòng)底版發(fā)生干涉,所以在布置上有困難。為了保護(hù)橫拉桿免遭路面不平物的損傷,橫拉桿的位置應(yīng)盡可能布置得高些,至少不低于前軸高度。2、轉(zhuǎn)向梯形優(yōu)化兩軸汽車在轉(zhuǎn)向時(shí),若不考慮輪胎的側(cè)向偏離,則為了滿足對轉(zhuǎn)向系的要求,其、外轉(zhuǎn)向輪理想的轉(zhuǎn)角關(guān)系如圖所示,由下式?jīng)Q定：式中：—外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角；—轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角；K—兩轉(zhuǎn)向主銷中心線與地面交點(diǎn)間的距離；L—軸距、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的合理匹配是由轉(zhuǎn)向梯形來保證。理想的、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角間的關(guān)系在忽略側(cè)偏角影響的條件下,兩轉(zhuǎn)向前輪軸線的延長線交在后軸延長線上,如圖4-7所示。設(shè)θi、θo分別為、外轉(zhuǎn)向車輪轉(zhuǎn)角,L為汽車軸距,K為兩主銷中心線延長線到地面交點(diǎn)之間的距離。若要保證全部車輪繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心行駛,則梯形機(jī)構(gòu)應(yīng)保證、外轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)角有如下關(guān)系若自變角為θo,則因變角θi的期望值為理想的外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系簡圖現(xiàn)有轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)僅能近似滿足