齿轮齿条转向器毕业设计说明书-cad图纸(共31页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上J I A N G S U U N I V E R S I T Y本 科 毕 业 论 文 微型客车的动力齿轮齿条转向器设计Design of power steering gear rack of mini bus学院名称: 汽车与交通工程学院 专业班级: 学生姓名: 指导教师姓名: 指导教师职称: 教授 2014年 6 月 目 录全套cad图纸加qq 总图量3张a0图纸微型客车的动力齿轮齿条转向器设计摘要:转向系是用来保持或者改变汽车行使方向的机构,转向系统应准确,快速、平稳地响应驾驶员的转向指令,转向行使后或受到外界扰动时,在驾驶员松开方向盘的状态下,应保证汽车自
2、动返回稳定的直线行使状态。转向器是转向系主要构成的关键零件,随着电子技术在汽车中的广泛应用,转向装置的结构也有很大变化。从目前使用的普遍程度来看,主要的转向器类型有4种:有蜗杆销式(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。齿轮齿条式转向器是一种最常见的转向器。其基本结构是一对相互啮合的小齿轮和齿条。转向轴带动小齿轮旋转时,齿条便做直线运动。有时,靠齿条来直接带动横拉杆,就可使转向轮转向。所以,这是一种最简单的转向器。它的优点是结构简单,成本低廉,转向灵敏,体积小,可以直接带动横拉杆。在汽车上得到广泛应用。循环球式转向器
3、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、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。关键词:客车 齿轮齿条转向器 液压助力 Design of power steering gear rack of mini busAbstract The steering system is used to maintain or change the direction of vehicle body, steering system should be accurate, fast,steady response to command pilot, to ex
4、ercise or by externaldisturbance, the driver release steering condition, shouldensure the auto return line steady exercise state. Steering gear is a key part of the steering system is mainly composed of, with the wide application of electronic technology in automobile, also to have great change devi
5、ce structure. From the perspective of common used at present, there are 4 main types: the steering worm pin type (WP type), worm and roller(WR), circulating ball type (BS type), rack and pinion type (RP type). The four type of the steering gear, has been widely usedin automobile. Rack and pinion ste
6、ering gear is one of the most commonsteering gear. The basic structure is a pair of mutually engaged with the pinion and rack. The steering shaft drives the smallgear to rotate, the rack will move in a straight line. Sometimes,on the rack to directly drive rod, can make the steering wheel.So, this i
7、s one of the most simple steering gear. It has the advantages of simple structure, low cost, sensitive steering,small size, can be directly drives the tie rod. Widely used in automobile. Recirculating ball type steering gear and rack and pinion steering gear, has become one of the worlds two majorau
8、tomobile steering gear; the worm wheel and worm gear andworm, Xiao steering, are gradually being eliminated or retain a small position.Key words passenger car Rack and pinion steering gear Hydraulic power 引 言 现代社会随着汽车工业的发展,汽车转向器也在不断的得到改进,虽然电子转向器已开始应用,但机械式转向器仍然广泛地被世界各国汽车及汽车零部件生产厂商所采用。据了解,在世界范围内,汽车循环球
9、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%。齿轮齿条式转向器是由与转向轴做成一体的转向齿轮和横向拉杆做成一体的齿条组成, 齿轮齿条式转向器最主要的优点是:结构简单、紧凑;壳体采用铝合金或镁合金压铸而成,转向器的质量比较小;传动效率高达90%;能自动消除齿间间隙;转向器占用的体积小;制造成本低。在当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录中,汽车关键零件开发和制造被列为重点扶持的项目,国家技委和科技部也将汽车关键部件划入当前国家优先发展的高技术产业化重点领域,所以,具有先进水平的汽车转向器的研发、生产将会得到有力的政策支持。随着全球汽
10、车工业的迅速发展,汽车的需求量大幅攀升,汽车制造已向发展中国家转移。随着国际上汽车行业开始实行零部件“全球化采购”策略及国际跨国汽车企业推行本土化策略,国内汽车市场将出现巨大的零部件配件缺口。2010年,中国汽车零部件国内产值突破1万亿元,市场前景广阔。按照汽车零部件工业“十五”发展目标,2005年中国汽车保有量21982315万辆,其中轿车843860万辆。因此作为关键零部件的汽车转向器在中国销售市场上全景广阔。转向器总成是汽车行驶系统中的重要安全部件,其质量好坏对汽车直线行驶的稳定性和操纵稳定性都有直接影响。转向器一般固定在汽车车架或车身上,是转向系统中的减速机构,它一般由12级传动副组成
11、,其结构有多种形式。转向器的功用有:将转向力的放大;将方向盘的转矩变为转向摇臂的前后摆动。对转向器的要求:转向灵敏,故转向器的减速比不可太大,一般轿车转向器的减速比为1221;有较高的传动效率;增大由方向盘传到转向节的力并改变力的传递方向,获得所要求的摆动速度和角度;有一定的可逆性,即从转向轮自动回正和传递适当路感这两个因素综合考虑。齿轮齿条式转向器主要的特点是:结构简单、轻便,转向机构体积小,齿条本身能作传力件;齿轮齿条直接啮合,操作灵敏;转向器总成完全密封,免维护。因此齿轮齿条式转向器多用于独立悬架的轿车、轻型货车等前转向轮上。采用齿轮齿条式转向器可以使转向传动机构简化(不需要转向摇臂和转
12、向直拉杆等),加工方便,工作可靠,使用寿命长。另外,齿轮齿条式转向器属于可逆式转向器,其正逆效率都很高,自动回正能力很强,特别适合与麦弗逊式悬架配合使用,传动比可变满足汽车低速行驶时转向轻便、高速行驶时转向灵敏的需要。齿轮齿条式转向器的组成:转向齿轮(主动件)、转向齿条(从动件)、滚针轴承总成、螺塞、紧固转向齿轮螺母、单列向心球轴承、压块、垫片、压缩弹簧、隔套、紧固侧盖螺栓、O型橡胶密封圈、调整螺栓、侧盖O型橡胶密封圈、转向减震器总成、钢丝挡圈、转向器堵塞、缓冲块、左右环箍、衬套总成、防尘套、紧固转向减震器螺母、侧盖、壳体等。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
13、器,而蜗轮、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。“变速比和高刚性”是目前世界上生产的转向器结构的方向。转向系统的速比特性是决定汽车转向轻便性、操纵稳定性和机动性的重要因素之一。选择速比时除了要考虑具体车型特点外,还必须考虑两种基本工况,即高速直线行驶和低速大转角行驶。不同的工况和不同的使用性能对速比特性互相矛盾的要求是等速比转向器所不能满足的。因此,近年来变速比转向器应运而生,得到迅速发展。专业化生产已成为一种趋势,只有走这条道路,才能使产品质量高、产量大、成本低,在市场上有竞争力。循环球式转向器在国外实现了专业化生产,同时以专业厂为主、大力进行试验和研究,大大提高了
14、产品的产量和质量。动力转向是发展方向。动力转向系统的应用日益广泛,不仅在重型汽车上必须装备,在高级轿车上应用的也较多,在中型汽车上的应用也逐渐推广。主要是从减轻驾驶员疲劳,提高操纵轻便性和稳定性出发;次要是从减小因在高速行驶中前轮突然爆胎而造成的事故出发。动力转向有3种形式:整体式、半分置式及联阀式动力转向结构。从发展趋势上看,国外整体式转向器发展较快,而整体式转向器中转阀结构是目前发展的方向。第一章 转向器设计方案的选择:1.1类型的选择转向器主要有齿轮齿条式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式等,其中广泛应用的是齿轮齿条式和循环球式。 1.1.1齿轮齿条式转向器优点:结构简单、紧凑;壳体由铝
15、合金或镁合金压铸而成,故质量比较小;传动效率高达90%;齿轮齿条之间因磨损出现间隙后,可利用装在齿条背部、靠近小齿轮的压紧力可以调节的弹簧自动消除齿间间隙,在提高系统刚度的同时也可防止工作时产生冲击和噪声;转向器占用体积小;没有转向摇臂和横拉杆,可以增大转向轮转角;制造成本低。缺点:逆效率高,汽车在不平路面行驶时会出现汽车方向控制难度增加还有可能出现打手现象。 1.1.2循环球式转向器优点:在螺杆和螺母之间有可以循环流动的钢球,将滑动摩擦转变为滚动摩擦,传动效率可达75%-85%;转向器传动比可以变化;工作平稳可靠;齿条齿扇间间隙调整工作容易进行;适合做整体式动力转向器。缺点:逆效率高,结构复
16、杂,制造困难,制造精度要求高。通过对齿轮齿条式转向器和循环球式转向器的对比,选择采用齿轮齿条式转向器。1.2齿轮齿条转向器的输入形式及特点 1.2.1 侧面输入,中间输出:与齿条固连的左右拉杆延伸到接近汽车纵向对称平面附近,由于拉杆长度增加,车轮上下跳动时拉杆摆角减小,有利于减少车轮的上下跳动时转向系与悬架系的运动干涉,拉杆与齿条用螺栓固连在一起,因此,两拉杆与齿条同时向左或向右移动,为此在转向器壳体上开有轴向的长槽,从而降低了他的强度。 1.2.2 采用两端输出方案时,由于转向拉杆长度受到限制,容易与悬架系统导向机构产生运动干涉。 1.2.3 侧面输入,一端输出的齿轮齿条转向器,常用在平头货
17、车上。 通过对比选择侧面输入,两端输出形式。中间输入,两端输出(a);侧面输入,两端输出(b);侧面输入,中间输出(c);侧面输入,一端输出(d)。1.3齿轮齿条式转向器齿轮齿条形式如果齿轮齿条式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,为此因与总体布置不太适应而遭淘汰。采用斜齿圆柱齿轮与斜齿齿条啮合,增加运转平稳性,降低冲击和噪声。齿条断面有圆形、V形和Y形三种。圆形断面制造简单;V形和Y形节约材料,质量小而且位于齿条下面的两斜面与齿条托坐接触,可以用来防止齿条绕轴线转动。1.4齿轮齿条式转向器在汽车上布置形式
18、采用转向器位于前轴后方,后置梯形。 第二章 转向系计算载荷的确定2.1整车性能参数 前轮最小转弯直径为4.95米轮距为1290毫米轴距为2.5m方向盘圈数为3.5-4圈。2.2原地转向阻力矩MR的计算为了保证行驶安全,组成转向系的各零件应有足够的强度。欲验算转向系零件的强度,需首先确定作用在各零件上的力。影响这些力的主要因素有转向轴的负荷、路面阻力和轮胎气压等。为转动转向轮要克服的阻力,包括转向轮绕主销转动的阻力、车轮稳定阻力、轮胎变形阻力和转向系中的内摩擦阻力等。精确地计算出这些力是困难的。为此用足够精确的半经验公式来计算汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转向阻力矩MR(Nmm)。车辆满载质量
19、为1620kg,发动机前置后驱前轴轴负荷率为45%。 表1 原地转向阻力矩MR的计算设计计算和说明计算结果式中 f轮胎和路面间的滑动摩擦因数;一般取0.7转向轴负荷,单位为N;P轮胎气压,单位为=.222.3转向盘手力Fh的计算转向器角传动比iw的计算(1)sin= 式中:L:汽车轴距,2500mm(2)式中:L:汽车轴距,2500mmR:汽车最小转弯半径,4950mmB:前轮轮距,1290mm。(3)角传动比式中:w:转向盘转角(速度),3.5360。k:转向轮转角(速度)。 轻型车一般取15-23 因此取整18 表2 转向盘手力Fh的计算设计计算和说明计算结果 式中 转向摇臂长, 单位为m
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