HGC1050輕型商用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)(帶CAD圖紙)
HGC1050輕型商用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)(帶CAD圖紙),hgc1050,輕型,商用,轉(zhuǎn)向,系統(tǒng),設(shè)計(jì),cad,圖紙
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒 論
1.1 概述
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車底盤的重要組成部分,轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的好壞直接影響到汽車行駛的安全性、操縱穩(wěn)定性和駕駛舒適性,它對(duì)于確保車輛的行駛安全、減少交通事故以及保護(hù)駕駛員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要作用。隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的迅速發(fā)展,汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已從純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系(HPS)、電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EHPS),發(fā)展到利用現(xiàn)代電子和控制技術(shù)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)及線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(SBW)。
按轉(zhuǎn)向力能源的不同,可將轉(zhuǎn)向系分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系。
機(jī)械轉(zhuǎn)向系的能量來(lái)源是人力,所有傳力件都是機(jī)械的,由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)(方向盤)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。其中轉(zhuǎn)向器是將操縱機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃?dòng)機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)(嚴(yán)格講是近似直線運(yùn)動(dòng))的機(jī)構(gòu),是轉(zhuǎn)向系的核心部件。
動(dòng)力轉(zhuǎn)向系除具有以上三大部件外,其最主要的動(dòng)力來(lái)源是轉(zhuǎn)向助力裝置。由于轉(zhuǎn)向助力裝置最常用的是一套液壓系統(tǒng),因此也就離不開(kāi)泵、油管、閥、活塞和儲(chǔ)油罐,它們分別相當(dāng)于電路系統(tǒng)中的電池、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)、電機(jī)和地線的作用。
通常,對(duì)轉(zhuǎn)向系的主要要求是:
(1) 保證汽車有較高的機(jī)動(dòng)性,在有限的場(chǎng)地面積內(nèi),具有迅速和小半徑轉(zhuǎn)彎的能力,同時(shí)操作輕便;
(2) 汽車轉(zhuǎn)向時(shí),全部車輪應(yīng)繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn),不應(yīng)有側(cè)滑;
(3) 傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖要盡可能的小;
(4) 轉(zhuǎn)向后,轉(zhuǎn)向盤應(yīng)自動(dòng)回正,并應(yīng)使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài);
(5) 發(fā)生車禍時(shí),當(dāng)轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向軸由于車架和車身變形一起后移時(shí),轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最好有保護(hù)機(jī)構(gòu)防止傷及乘員。
1.2 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
汽車自19世紀(jì)末誕生以來(lái),已經(jīng)走過(guò)了風(fēng)風(fēng)雨雨的一百多年。從卡爾.本茨造出的第一輛三輪汽車以每小時(shí)18公里的速度行駛,到現(xiàn)在的從零至百公里加速只需要三秒鐘的超級(jí)跑車,汽車的發(fā)展直接影響著時(shí)代的進(jìn)步和社會(huì)的繁榮。同時(shí),汽車工業(yè)也造就諸如通用、福特、豐田、本田這樣一些在各國(guó)經(jīng)濟(jì)中舉足輕重的著名公司。
在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國(guó)家經(jīng)濟(jì)政策的支持和引導(dǎo)下,我國(guó)汽車無(wú)論在數(shù)量上,還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很大發(fā)展,但與國(guó)民經(jīng)濟(jì)需求和世界先進(jìn)水平相比,差距仍然很大。
直到近年來(lái),中國(guó)整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,居民收入的持續(xù)增長(zhǎng)以及擴(kuò)大內(nèi)需、拉動(dòng)消費(fèi)的財(cái)政政策,特別是在中國(guó)加入WTO以后,汽車關(guān)稅不斷下調(diào),國(guó)外知名的汽車巨頭也瞄準(zhǔn)了中國(guó)這個(gè)巨大的市場(chǎng),陸續(xù)在華投資設(shè)廠,越來(lái)越多款式新穎、乘坐舒適安全的汽車隨之進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng),加速了轎車進(jìn)入家庭的步伐。隨著我國(guó)汽車的銷量的猛增,特別是轎車的銷量取得了大幅增長(zhǎng),有些產(chǎn)品如雅閣、波羅等還供不應(yīng)求,甚至有的還出現(xiàn)需要“加價(jià)”才能購(gòu)買的情況。由此可見(jiàn),中國(guó)汽車市場(chǎng)火爆的局面也似乎預(yù)示著中國(guó)汽車工業(yè)迎來(lái)了真正發(fā)展的春天。
隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展,轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)也有很大變化。汽車轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)很多,從目前使用的普遍程度來(lái)看,主要的轉(zhuǎn)向器類型有4種:有蝸桿曲柄指銷式(WP型)、蝸桿滾輪式(WR型)、循環(huán)球式(BS型)、齒輪齒條式(RP型)。這四種轉(zhuǎn)向器型式,已經(jīng)被廣泛使用在汽車上。
據(jù)了解,在世界范圍內(nèi),汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占45%左右,齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器占40%左右,蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器占10%左右,其它型式的轉(zhuǎn)向器占5%。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器一直在穩(wěn)步發(fā)展。在西歐小客車中,齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器有很大的發(fā)展。日本汽車轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)是循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占的比重越來(lái)越大,日本裝備不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)的各類型汽車,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)向器,已由60年代的62.5%發(fā)展至今已達(dá)100%(蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器在公共汽車上已經(jīng)被淘汰)。中、輕型商用車大都采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器,但齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器也有所發(fā)展。微型貨車用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占65%,齒輪齒條式占35%。
據(jù)資料顯示,截至到2007年,中國(guó)生產(chǎn)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)品的企業(yè)有150多家,其中民營(yíng)企業(yè)占70%,國(guó)營(yíng)企業(yè)占14%,合資企業(yè)占10%,獨(dú)資企業(yè)占6%。轉(zhuǎn)向行業(yè)中,規(guī)模較大的企業(yè)有上海ZF、恒隆集團(tuán)、一汽光洋、新鄉(xiāng)豫北和湖北三環(huán)等20多家,生產(chǎn)集中度約為80%。轉(zhuǎn)向器行業(yè)的企業(yè)總資產(chǎn)約為130億元,年生產(chǎn)能力超過(guò)1000萬(wàn)臺(tái)(套)。2007年國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)向器產(chǎn)銷量約940萬(wàn)臺(tái)(套),總產(chǎn)值約為120億元,出口創(chuàng)匯約2.2億美元。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)基本合理,能覆蓋國(guó)內(nèi)全系列汽車,基本滿足整車產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。
轉(zhuǎn)向器發(fā)展的趨勢(shì)是:
(1) 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器,已成為當(dāng)今世界汽車上主要的兩種轉(zhuǎn)向器;而蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器和蝸桿肖式轉(zhuǎn)向器,正在逐步被淘汰或保留較小的地位;
(2) 在小客車上發(fā)展轉(zhuǎn)向器的觀點(diǎn)各異,美國(guó)和日本重點(diǎn)發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器,比率都已達(dá)到或超過(guò)90%;西歐則重點(diǎn)發(fā)展齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器,比率超過(guò)50%,法國(guó)已高達(dá)95%;
(3)由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的種種優(yōu)點(diǎn),在小型車上的應(yīng)用(包括小客車、小型貨車或客貨兩用車)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展;而大型車輛以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為主要結(jié)構(gòu)。
1.3 課題研究的目的和意義
1、目的:
改革開(kāi)放以來(lái),我國(guó)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(guó)外有很多國(guó)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(guò)百萬(wàn)臺(tái),壟斷了轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn),并且銷售點(diǎn)遍布了全世界。隨著我國(guó)汽車轉(zhuǎn)向器市場(chǎng)的迅猛發(fā)展,與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。了解國(guó)內(nèi)外汽車轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)核心技術(shù)的研發(fā)動(dòng)向、工藝設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用及趨勢(shì)對(duì)于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格,提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力十分關(guān)鍵。
2、意義:
由于汽車轉(zhuǎn)向器屬于汽車系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件,它在汽車系統(tǒng)中占有重要位置,因而它的發(fā)展同時(shí)也反映了汽車工業(yè)的發(fā)展,它的規(guī)模和質(zhì)量也成為了衡量汽車工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。隨著汽車高速化和超低扁平胎的通用化,過(guò)去采用循環(huán)球轉(zhuǎn)向器和循環(huán)球變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向器只能相對(duì)地解決轉(zhuǎn)向輕便性和操縱靈便性的問(wèn)題,要想從跟本上解決這兩個(gè)問(wèn)題只有安裝動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。因此,除了重型汽車和高檔轎車早已安裝動(dòng)力轉(zhuǎn)向器外,近年來(lái)在中型貨車、豪華客車及中檔轎車上都已經(jīng)開(kāi)始安裝動(dòng)力轉(zhuǎn)向器,隨著動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)水平的提高、生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和市場(chǎng)的需要,其他的一些車型也必須陸續(xù)安裝動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。雖然液壓助力型轉(zhuǎn)向器具有很多優(yōu)點(diǎn),在目前的技術(shù)水準(zhǔn)下它仍然存在某些不足之處,例如助力較小等。因此,目前液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器仍然占據(jù)著很大的市場(chǎng)份額,其性能也在不斷地提高。對(duì)于液壓助力型動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的研究有著非常深遠(yuǎn)的意義。因此本課題在考慮上述要求和因素的基礎(chǔ)上研究利用轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪齒條轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向,通過(guò)萬(wàn)向節(jié)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向齒輪軸旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)向齒輪軸與轉(zhuǎn)向齒條嚙合,從而促使轉(zhuǎn)向齒條直線運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,軸向尺寸短,且零件數(shù)目少的優(yōu)點(diǎn)又能增加助力,從而實(shí)現(xiàn)了汽車轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性和靈敏性。
本題是依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車型的主減速器作為設(shè)計(jì)原型,在給定汽車主要尺寸參數(shù)、最低穩(wěn)定車速等條件下,要求本人獨(dú)立設(shè)計(jì)出符合要求的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),著重設(shè)計(jì)計(jì)算轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)及對(duì)其校核計(jì)算,轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的參數(shù)及校核。在對(duì)各種結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了分析計(jì)算后,繪制出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)裝配圖及主要零件的零件圖。
通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分析提高了我對(duì)所學(xué)專業(yè)的認(rèn)知度,掌握了一下本人畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要工作內(nèi)容。完成畢業(yè)設(shè)計(jì)有利于綜合訓(xùn)練本人的專業(yè)知識(shí),為今后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì),可以綜合訓(xùn)練《汽車設(shè)計(jì)》、《汽車?yán)碚摗贰ⅰ稒C(jī)械設(shè)計(jì)》等專業(yè)知識(shí),也能夠幫助自己對(duì)Pro/E等相關(guān)工程軟件的理解和掌握。通過(guò)設(shè)計(jì)和撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū),增強(qiáng)了本人對(duì)事物的分析和判斷能力,加強(qiáng)思維的嚴(yán)密性和科學(xué)性。
第2章 轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)概述
2.1 對(duì)轉(zhuǎn)向系的要求
1.汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí),全部車輪應(yīng)繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn),任何車輪不應(yīng)有側(cè)滑。不滿足這項(xiàng)要求會(huì)加速輪胎磨損,并降低汽車的行駛穩(wěn)定性。
2.汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí),在駕駛員松開(kāi)轉(zhuǎn)向盤的條件下,轉(zhuǎn)向輪能自動(dòng)返回到直線行駛位置,并穩(wěn)定行駛。
3.汽車在任何行駛狀態(tài)下,轉(zhuǎn)向輪都不得產(chǎn)生自振,轉(zhuǎn)向盤沒(méi)有擺動(dòng)。
4.轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置共同工作時(shí),由于運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生的擺動(dòng)應(yīng)最小。
5.保證汽車有較高的機(jī)動(dòng)性,具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力。
6.操縱輕便。
7.轉(zhuǎn)向輪碰撞到障礙物以后,傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。
8.轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的球頭處,有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。
9.進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核,保證轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。
2.2 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)
轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向盤,轉(zhuǎn)向軸,轉(zhuǎn)向管柱。有時(shí)為了布置方便,減小由于裝配位置誤差及部件相對(duì)運(yùn)動(dòng)所引起的附加載荷,提高汽車正面碰撞的安全性以及便于拆裝,在轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向器的輸入端之間安裝轉(zhuǎn)向萬(wàn)向節(jié),如圖3-1。采用柔性萬(wàn)向節(jié)可減少傳至轉(zhuǎn)向軸上的振動(dòng),但柔性萬(wàn)向節(jié)如果過(guò)軟,則會(huì)影響轉(zhuǎn)向系的剛度。采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí),還應(yīng)有轉(zhuǎn)向動(dòng)力系統(tǒng)。
目前,許多國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的新車型在轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)中采用了萬(wàn)向傳動(dòng)裝置(轉(zhuǎn)向萬(wàn)向節(jié)和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸)。這有助于轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向器等部件和組件的通用化和系列化。只要適當(dāng)改變轉(zhuǎn)向萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的幾何參數(shù),便可滿足各種變型車的總布置要求。即使在轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向器同軸線的情況下,其間也可采用萬(wàn)向傳動(dòng)裝置,以補(bǔ)償由于部件在車上的安裝誤差和安裝基體(駕駛室、車架)的變形所造成的二者軸線實(shí)際上的不重合。
轉(zhuǎn)向盤在駕駛室安置位置與各國(guó)交通法規(guī)規(guī)定車輛靠道路左側(cè)還是右側(cè)通行有關(guān)。包括我國(guó)在內(nèi)的大多數(shù)國(guó)家規(guī)定車輛右側(cè)通行,相應(yīng)地應(yīng)將轉(zhuǎn)向盤安置在駕駛室左側(cè)。這樣,駕駛員的左方視野較廣闊,有利于兩車安全交會(huì)。相反,在一些規(guī)定車輛靠左側(cè)通行的國(guó)家和地區(qū)使用的汽車上,轉(zhuǎn)向盤則應(yīng)安置在駕駛室右側(cè)。
圖2.1轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)
1-轉(zhuǎn)向萬(wàn)向節(jié);2-轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸;3-轉(zhuǎn)向管柱;4-轉(zhuǎn)向軸;5-轉(zhuǎn)向盤
2.3 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向臂、轉(zhuǎn)向縱拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向梯形臂以及轉(zhuǎn)向橫拉桿等。(見(jiàn)圖2.2)
轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用于把轉(zhuǎn)向器輸出的力和運(yùn)動(dòng)傳給左、右轉(zhuǎn)向節(jié)并使左、右轉(zhuǎn)向輪按一定關(guān)系進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。
圖2.2 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
1-轉(zhuǎn)向搖臂;2-轉(zhuǎn)向縱拉桿;3-轉(zhuǎn)向節(jié)臂;4-轉(zhuǎn)向梯形臂;5-轉(zhuǎn)向橫拉桿
2.4 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)用來(lái)保證轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)汽車的車輪均能繞同一瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心在不同半徑的圓周上作無(wú)滑動(dòng)的純滾動(dòng)。因此,在設(shè)計(jì)中首先是要確定轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的幾何尺寸參數(shù),其次是進(jìn)行零件的強(qiáng)度計(jì)算。轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)有整體式的和分段式的兩種。整體式的用于非獨(dú)立懸架的轉(zhuǎn)向輪;分段式的用于獨(dú)立懸架的轉(zhuǎn)向輪。通常是將轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)布置在前轉(zhuǎn)向橋之后,且高度不低于前橋橫梁或其他防撞件;當(dāng)布置在前橋之后有困難時(shí),例如當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)位置很低或汽車前驅(qū)動(dòng)時(shí),也可以布置在前橋之前。
2.4.1 轉(zhuǎn)向梯形理論特性
以整體式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)為例:轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)實(shí)際上不能完全精確地滿足公式的要求,而只能以足夠的工程精度接近該式。即轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)使公式中的L值不再是汽車的軸距L,而是。若令,L愈接近,則該轉(zhuǎn)向梯形愈能精確地反映公式的要求,轉(zhuǎn)向亦愈順暢。
如圖2-3中的ΔOAB有
(2.1)
梯形臂長(zhǎng)度與兩主銷中心距之比在0.11~0.15間,
m/K=0.11~0.15 取0.15 即:m=0.151290=193.5 計(jì)算結(jié)果取200mm
轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的幾何尺寸參數(shù)有:兩轉(zhuǎn)向主銷中心線與地面交點(diǎn)間的距離K,轉(zhuǎn)向橫拉桿兩端球鉸接中心間的距離轉(zhuǎn)向梯形臂長(zhǎng)m和梯形底角,根據(jù)汽車的總體布置或轉(zhuǎn)向橋的布置圖,首先可找出汽車的軸距L 及轉(zhuǎn)向主銷間距K,再按,在關(guān)系曲線圖上找出,則有
(2.2)
當(dāng)K,L確定后根據(jù)y的三種取值方式可求得轉(zhuǎn)向梯形的三種尺寸方案,有了這些方案就可對(duì)一系列按大小排列的值以圖解法確定其相應(yīng)的值,進(jìn)而求出的值。
計(jì)算方案:
(1) 當(dāng)取0.70時(shí),則
(2) 當(dāng)取0.65時(shí),則
(3) 當(dāng)取0.6時(shí),則
第一種方案:
x=0.7 y=0.12:2
則
第二種方案:
x=0.65 y=0.11:3
第三種方案:
x=0.6 y=0.16
2.5 轉(zhuǎn)角及最小轉(zhuǎn)彎半徑
汽車的機(jī)動(dòng)性,常用最小轉(zhuǎn)彎半徑來(lái)衡量,但汽車的高機(jī)動(dòng)性則應(yīng)由兩個(gè)條件保證。即首先應(yīng)使左、右轉(zhuǎn)向輪處于最大轉(zhuǎn)角時(shí)前外輪的轉(zhuǎn)彎值在汽車軸距的2~2.5倍范圍內(nèi); 其次,應(yīng)這樣選擇轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比。
兩軸汽車在轉(zhuǎn)向時(shí),若不考慮輪胎的側(cè)向偏離,則為了滿足上述對(duì)轉(zhuǎn)向系的第(2)條要求,其內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪理想的轉(zhuǎn)角關(guān)系如圖2.3所示,由下式?jīng)Q定:
(2.3)
式中:—外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角;
—內(nèi)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
內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的合理匹配是由轉(zhuǎn)向梯形來(lái)保證。
圖2.3 理想的內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角間的關(guān)系
第一種方案:
第二種方案:
第三種方案:
因此,取第二種方案為最終設(shè)計(jì)方案。
汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑Rmin與其內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪在最大轉(zhuǎn)角與、軸距L、主銷距K 及轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)臂a 等尺寸有關(guān)。在轉(zhuǎn)向過(guò)程中除內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角外,其他參數(shù)是不變的。最小轉(zhuǎn)彎半徑是指汽車在轉(zhuǎn)向輪處于最大轉(zhuǎn)角的條件下以低速轉(zhuǎn)彎時(shí)前外輪與地面接觸點(diǎn)的軌跡構(gòu)成圓周的半徑??砂聪率接?jì)算:
(2.4)
取7600
通常為35o~40o,為了減小值,值有時(shí)可達(dá)到45o。
操縱輕便型的要求是通過(guò)合理地選擇轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比、力傳動(dòng)比和傳動(dòng)效率。
對(duì)轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向盤或轉(zhuǎn)向輪能自動(dòng)回正的要求和對(duì)汽車直線行駛穩(wěn)動(dòng)性的要求則主要是通過(guò)合理的選擇主銷后傾角和內(nèi)傾角,消除轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)間隙以及選用可逆式轉(zhuǎn)向器來(lái)達(dá)到。但要使傳遞到轉(zhuǎn)向盤上的反向沖擊小,則轉(zhuǎn)向器的逆效率有不宜太高。至于對(duì)轉(zhuǎn)向系的最后兩條要求則主要是通過(guò)合理地選擇結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)布置來(lái)解決。
轉(zhuǎn)向器及其縱拉桿與緊固件的稱重,約為中級(jí)以及上轎車、載貨汽車底盤干重的1.0%~1.4%;小排量以及下轎車干重的1.5%~2.0%。轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)型式對(duì)汽車的自身質(zhì)量影響較小。
2.6 汽車轉(zhuǎn)向系方案的選擇
機(jī)械轉(zhuǎn)向器是將司機(jī)對(duì)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(jí)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)。
為了避免汽車在撞車時(shí)司機(jī)受到的轉(zhuǎn)向盤的傷害,除了在轉(zhuǎn)向盤中間可安裝安全氣囊外,還可在轉(zhuǎn)向系中設(shè)置防傷裝置。為了緩和來(lái)自路面的沖擊、衰減轉(zhuǎn)向輪的擺振和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的震動(dòng),有的還裝有轉(zhuǎn)向減振器。
多數(shù)兩軸及三軸汽車僅用前輪轉(zhuǎn)向;為了提高操縱穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性,某些現(xiàn)代轎車采用全四輪轉(zhuǎn)向;多軸汽車根據(jù)對(duì)機(jī)動(dòng)性的要求,有時(shí)要增加轉(zhuǎn)向輪的數(shù)目,制止采用全輪轉(zhuǎn)向。
2.6.1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器
齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器由與轉(zhuǎn)向軸做成一體的轉(zhuǎn)向齒輪和常與轉(zhuǎn)向橫拉桿做成一體的齒條組成。與其他形式的轉(zhuǎn)向器比較,齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器最主要的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊;殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成,轉(zhuǎn)向器的質(zhì)量比較小;傳動(dòng)效率高達(dá)90%;齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙以后,利用裝在齒條背部、靠近主動(dòng)小齒輪處的壓緊力可以調(diào)節(jié)的彈簧。能自動(dòng)消除齒間間隙,這不僅可以提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度。還可以防止工作時(shí)產(chǎn)生沖擊和噪聲;轉(zhuǎn)向器占用的體積?。粵](méi)有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿,所以轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角可以增大;制造成本低。
齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是:因逆效率高,汽車在不平路面上行駛時(shí),發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間沖擊力的大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤,稱之為反沖。反沖現(xiàn)象會(huì)使駕駛員精神緊張,并難以準(zhǔn)確控制汽車行駛方向,轉(zhuǎn)向盤突然轉(zhuǎn)動(dòng)又會(huì)造成打手,同時(shí)對(duì)駕駛員造成傷害。
根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點(diǎn)不同,齒輪齒條式轉(zhuǎn)向起有四種形式,如圖2.4所示:中間輸入,兩端輸出(a);側(cè)面輸入,兩端輸出(b);側(cè)面輸入,中間輸出(c);側(cè)面輸入,一端輸出(d)。
圖2.4 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有四種形式
采用側(cè)面輸入,中間輸出方案時(shí),與齒條連的左,右拉桿延伸到接近汽車縱向?qū)ΨQ平面附近。由于拉桿長(zhǎng)度增加,車輪上、下跳動(dòng)時(shí)拉桿擺角減小,有利于減少車輪上、下跳動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向系與懸架系的運(yùn)動(dòng)干涉。拉桿與齒條用螺栓固定連接,因此,兩拉桿會(huì)與齒條同時(shí)向左或右移動(dòng),為此在轉(zhuǎn)向器殼體上開(kāi)有軸向的長(zhǎng)槽,從而降低它的強(qiáng)度。
采用兩端輸出方案時(shí),由于轉(zhuǎn)向拉桿長(zhǎng)度受到限制,容易與懸架系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。
采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器采用直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合,則運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)降低,沖擊大,工作噪聲增加。此外,齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角只能是直角,為此因與總體布置不適應(yīng)而遭淘汰。采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器,重合度增加,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),沖擊與工作噪聲均下降,而且齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角易于滿足總體設(shè)計(jì)的要求。因?yàn)樾饼X工作時(shí)有軸向力作用,所以轉(zhuǎn)向器應(yīng)該采用推力軸承,使軸承壽命降低,還有斜齒輪的滑磨比較大是它的缺點(diǎn)。
齒條斷面形狀有圓形、V形和Y形三種。圓形斷面齒條的制作工藝比較簡(jiǎn)單。V形和Y形斷面齒條與圓形斷面比較,消耗的材料少,約節(jié)省20%,故質(zhì)量小;位于齒下面的兩斜面與齒條托座接觸,可用來(lái)防止齒條繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng);Y形斷面齒條的齒寬可以做得寬些,因而強(qiáng)度得到增加。在齒條與托座之間通常裝有用減磨材料(如聚四氟乙烯)做的墊片,以減少滑動(dòng)摩擦。當(dāng)車輪跳動(dòng)、轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向器工作時(shí),如在齒條上作用有能使齒條旋轉(zhuǎn)的力矩時(shí),應(yīng)選用V形和Y形斷面齒條,用來(lái)防止因齒條旋轉(zhuǎn)而破壞齒輪、齒條的齒不能正確嚙合的情況出現(xiàn)。
為了防止齒條旋轉(zhuǎn),也有在轉(zhuǎn)向器殼體上設(shè)計(jì)導(dǎo)向槽的,槽內(nèi)嵌裝導(dǎo)向塊,并將拉桿、導(dǎo)向塊與齒條固定在一起。齒條移動(dòng)時(shí)導(dǎo)向塊在導(dǎo)向槽內(nèi)隨之移動(dòng),齒條旋轉(zhuǎn)時(shí)導(dǎo)向塊可防止齒條旋轉(zhuǎn)。要求這種結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向塊與導(dǎo)向槽之間的配合要適當(dāng)。配合過(guò)緊會(huì)為轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)向輪回正帶來(lái)困難,配合過(guò)松齒條仍能旋轉(zhuǎn),并伴有敲擊噪聲。
根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對(duì)前軸位置的不同,齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在汽車上有四種布置:形式轉(zhuǎn)向器位于前軸后方,后置梯形(a);轉(zhuǎn)向器位于前軸后方,前置梯形(b);轉(zhuǎn)向器位于前軸前方,后置梯形(c);轉(zhuǎn)向器位于前軸前方,前置梯形(d)。
圖2.5 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在汽車上有四種布置
齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于乘用車上。車載質(zhì)量不大,前輪采用獨(dú)立懸架的貨車和客車有些也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。
2.6.2 其他轉(zhuǎn)向器
除齒輪齒條轉(zhuǎn)向器外,還有循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器,蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器,蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器等。
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,因此循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要用于商用車上。
蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是:正效率低;工作齒面磨損以后,調(diào)整嚙合間隙比較困難;轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比不能變化。
固定銷蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造容易;但是因銷子不能自轉(zhuǎn),銷子的工作部位基本保持不變,所以磨損快、工作效率低。旋轉(zhuǎn)銷式轉(zhuǎn)向器的效率高、磨損慢,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
所以我的設(shè)計(jì)選用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器為動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置。
2.7 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器布置和結(jié)構(gòu)形式的選擇
圖2.6 采用如圖所示的布置形式
圖2.7 采用如圖所示的側(cè)面輸入兩端輸出的結(jié)構(gòu)形式。
2.8 數(shù)據(jù)的確定
根據(jù)以上的論述,本次設(shè)計(jì)初選數(shù)據(jù)如下:
輪距
1670mm
軸距
3800mm
滿載軸荷分配:前/后
2200/3255(kg)
總質(zhì)量/kg ma
1255(kg)
輪胎
175/60R16
主銷偏移距a
50mm
輪胎壓力p/MPa
0.53
方向盤直徑SW D
400mm
最小轉(zhuǎn)彎半徑
7.6m
轉(zhuǎn)向梯形臂
200mm
主銷中心距K
1290mm
表2.2 初選數(shù)據(jù)
參考BJ121 型輕型載貨汽車底盤架構(gòu)和上海通用別克賽歐汽車轉(zhuǎn)向操作機(jī)構(gòu)
2.9 本章小結(jié)
本章對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析,確定轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計(jì)方案,并對(duì)最小轉(zhuǎn)彎半徑進(jìn)行計(jì)算。機(jī)械轉(zhuǎn)向器的類型選用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器,因其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊;殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成,轉(zhuǎn)向器的質(zhì)量比較??;傳動(dòng)效率高達(dá)90%等優(yōu)點(diǎn)。最后確定本次設(shè)計(jì)的初選數(shù)據(jù)。
第3章 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)
3.1轉(zhuǎn)向系的效率
功率從轉(zhuǎn)向軸輸入,經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出所求得的效率稱為轉(zhuǎn)向器的正效率,用符號(hào)表示,;反之稱為逆效率,用符號(hào)表示。
正效率計(jì)算公式:
(3.1)
逆效率計(jì)算公式:
(3-2)
式中, 為作用在轉(zhuǎn)向軸上的功率;為轉(zhuǎn)向器中的磨擦功率;為作用在轉(zhuǎn)向搖臂軸上的功率。
正效率高,轉(zhuǎn)向輕便;轉(zhuǎn)向器應(yīng)具有一定逆效率,以保證轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤的自動(dòng)返回能力。但為了減小傳至轉(zhuǎn)向盤上的路面沖擊力,防止打手,又要求此逆效率盡可能低。
影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。
3.1.1 轉(zhuǎn)向器的正效率
影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。
(1)轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與效率
在四種轉(zhuǎn)向器中,齒輪齒條式、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率比較高,而蝸桿指銷式特別是固定銷和蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的正效率要明顯的低些。
同一類型轉(zhuǎn)向器,因結(jié)構(gòu)不同效率也不一樣。如蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的滾輪與支持軸之間的軸承可以選用滾針軸承、圓錐滾子軸承和球軸承。選用滾針軸承時(shí),除滾輪與滾針之間有摩擦損失外,滾輪側(cè)翼與墊片之間還存在滑動(dòng)摩擦損失,故這種軸向器的效率η+僅有54%。另外兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器效率分別為70%和75%。
轉(zhuǎn)向搖臂軸的軸承采用滾針軸承比采用滑動(dòng)軸承可使正或逆效率提高約10%。
(2)轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率
如果忽略軸承和其經(jīng)地方的摩擦損失,只考慮嚙合副的摩擦損失,對(duì)于蝸桿類轉(zhuǎn)向器,其效率可用下式計(jì)算
(3.3)
式中,為蝸桿(或螺桿)的螺線導(dǎo)程角;ρ為摩擦角,ρ=arctanf;f為磨擦因數(shù)。
3.1.2轉(zhuǎn)向器的逆效率
根據(jù)逆效率不同,轉(zhuǎn)向器有可逆式、極限可逆式和不可逆式之分。
路面作用在車輪上的力,經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向系可大部分傳遞到轉(zhuǎn)向盤,這種逆效率較高的轉(zhuǎn)向器屬于可逆式。它能保證轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動(dòng)回正,既可以減輕駕駛員的疲勞,又可以提高行駛安全性。但是,在不平路面上行駛時(shí),傳至轉(zhuǎn)向盤上的車輪沖擊力,易使駕駛員疲勞,影響安全行駕駛。
屬于可逆式的轉(zhuǎn)向器有齒輪齒條式和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。
不可逆式和極限可逆式轉(zhuǎn)向器
不可逆式轉(zhuǎn)向器,是指車輪受到的沖擊力不能傳到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向器。該沖擊力轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件承受,因而這些零件容易損壞。同時(shí),它既不能保證車輪自動(dòng)回正,駕駛員又缺乏路面感覺(jué),因此,現(xiàn)代汽車不采用這種轉(zhuǎn)向器。
極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于可逆式與不可逆式轉(zhuǎn)向器兩者之間。在車輪受到?jīng)_擊力作用時(shí),此力只有較小一部分傳至轉(zhuǎn)向盤。
如果忽略軸承和其它地方的磨擦損失,只考慮嚙合副的磨擦損失,則逆效率可用下式計(jì)算
(3.4)
式(3.3)和式(3.4)表明:增加導(dǎo)程角,正、逆效率均增大。受增大的影響,不宜取得過(guò)大。當(dāng)導(dǎo)程角小于或等于磨擦角時(shí),逆效率為負(fù)值或者為零,此時(shí)表明該轉(zhuǎn)向器是不可逆式轉(zhuǎn)向器。為此,導(dǎo)程角必須大于磨擦角。
3.2 傳動(dòng)比變化特性
3.2.1轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比
轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比。
轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比: (3.5)
轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比: (3.6)
轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比由轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比組成,即 (3.7)
轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比: (3.8)
轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比商用車約為16~22,轎車約為12~20,此處取=20
轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比: (3.9)
3.2.2力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系
轉(zhuǎn)向阻力與轉(zhuǎn)向阻力矩的關(guān)系式:
(3.10)
作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力與作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩的關(guān)系式:
(3.11)
將式(3.10)、式(3.11)代入 后得到
(3.12)
如果忽略磨擦損失,根據(jù)能量守恒原理,2Mr/Mh可用下式表示
(3.13)
將式(3.10)代入式(3.11)后得到
(3.14)
當(dāng)a和Dsw不變時(shí),力傳動(dòng)比越大,雖然轉(zhuǎn)向越輕,但也越大,表明轉(zhuǎn)向不靈敏。
3.2.3轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的選擇
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(duì)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(wèn)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(wèn)題突出,應(yīng)選用大些的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比。
汽車以較高車速轉(zhuǎn)向行駛時(shí),要求轉(zhuǎn)向輪反應(yīng)靈敏,轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比應(yīng)當(dāng)小些。汽車高速直線行駛時(shí),轉(zhuǎn)向盤在中間位置的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比不宜過(guò)小。否則轉(zhuǎn)向過(guò)分敏感,使駕駛員精確控制轉(zhuǎn)向輪的運(yùn)動(dòng)有困難。
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3.1所示。
圖3.1轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比變化特性曲線
Fig 3.1 Change characteristic property curve of Steering angle transmission ratio
3.3轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙△t
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(圖3.2)。
研究該特性的意義在于它與直線行駛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向器的使用壽命有關(guān)。
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(wú)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(guò)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)成圖3-2所示的逐漸加大的形狀。
圖3.2 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性
Fig 3.2 Drive gap characteristic property of steering
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。
3.4轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)
轉(zhuǎn)向盤從一個(gè)極端位置轉(zhuǎn)到另一個(gè)極端位置時(shí)所轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)稱為轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)。它與轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比有關(guān),并影響轉(zhuǎn)向的操縱輕便性和靈敏性。乘用車轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動(dòng)閣數(shù)較少,一般約在3.6圈以內(nèi);商用車一般不宜超過(guò)6圈。
本設(shè)計(jì)為輕型商用車,所以取4圈。
3.5本章小結(jié)
以上內(nèi)容是針對(duì)轉(zhuǎn)向系的主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,力與角的傳動(dòng)比直接影響到行駛的舒適性和安全性,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(duì)汽車機(jī)動(dòng)能力的要求。并對(duì)轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性進(jìn)行研究,研究該特性的意義在于它與直線行駛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向器的使用壽命有關(guān)。
第4章 轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定
為了保證行駛安全,組成轉(zhuǎn)向系的各零件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。欲驗(yàn)算轉(zhuǎn)向系零件的強(qiáng)度,需首先確定作用在各零件上的力。影響這些力的主要因素有轉(zhuǎn)向軸的負(fù)荷,地面阻力和輪胎氣壓等。為轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力,包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力、車輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦阻力等。
精確地計(jì)算這些力是困難的,為此推薦用足夠精確的半經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力距(N?mm),即
(4.1)
=46208.3 N?mm
式中,f為輪胎和路面見(jiàn)的摩擦因素,一般取0.7;為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷2200(N); p為輪胎氣壓0.53(MPa)。
作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力為
(4.2)
=13.59 N
式中, 為轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng);為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng);為轉(zhuǎn)向盤直徑;為轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比;為轉(zhuǎn)向器正效率。
作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩為
Fh=Mh / R
Mh=13.59x200
=2718 N?mm
4.2齒輪參數(shù)的選擇
齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的齒輪多采用斜齒輪,齒輪模數(shù)在2 ~ 3mm之間,主動(dòng)小齒輪齒數(shù)在5 ~ 7之間,壓力角取a = 20°,螺旋角在9 ~ 15之間。故取小齒輪 z= 6,mn =2.5,
b =10°右旋,壓力角a = 20°,精度等級(jí)8級(jí)。
主動(dòng)小齒輪選用20MnCr5材料制造并經(jīng)滲碳淬火,而齒條常采用45號(hào)鋼或41Cr4制造并經(jīng)高頻淬火,表面硬度均應(yīng)在56HRC以上。為減輕質(zhì)量,殼體用鋁合金壓鑄。
4.3齒輪幾何尺寸的確定
齒頂高 ha =
齒根高 hf
齒高 h = ha+ hf =
分度圓直徑 d =mz/cosβ=
齒頂圓直徑 da =d+2ha =
齒根圓直徑 df =d-2hf =
基圓直徑
法向齒厚為
端面齒厚為
分度圓直徑與齒條運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系 d=60000v/πn10.001m/s
齒距 p=πm=3.14×2.5=7.85mm
齒輪中心到齒條基準(zhǔn)線距離 H=d/2+xm=9.4185mm
4.4 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算
4.4.1齒輪精度等級(jí)、材料及參數(shù)的選擇
(1) 由于轉(zhuǎn)向器齒輪轉(zhuǎn)速低,是一般的機(jī)械,故選擇8級(jí)精度。
(2) 齒輪模數(shù)值取值為m=2.5,主動(dòng)齒輪齒數(shù)為z=6,壓力角取a=20°.
(3) 主動(dòng)小齒輪選用20MnCr5或15CrNi6材料制造并經(jīng)滲碳淬火,硬度在56-62HRC之間,取值60HRC.
(4) 齒輪螺旋角初選為β=°
4.4.2齒輪的齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
(1)試取K=
(2)斜齒輪的轉(zhuǎn)矩 T=25 N·M
(3)取齒寬系數(shù)
(4)齒輪齒數(shù)
(5)復(fù)合齒形系數(shù) =
(6)許用彎曲應(yīng)力 =0.7=0.7920=644N/
為齒輪材料的彎曲疲勞強(qiáng)度的基本值。
試取=2.5mm
(7) 圓周速度
d=mm
b= d= 取b=12mm
(8)計(jì)算載荷系數(shù)
1) 查表得 使用系數(shù)=1
2) 根據(jù)和8級(jí)精度,查表得
3) 查表得 齒向載荷分布系數(shù)
4) 查表得 齒間載荷分布系數(shù)
5) 修正值計(jì)算模數(shù)=,故前取2.5mm不變.
4.4.3齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核
校核公式為
(1)許用接觸應(yīng)力
查表得
由圖得
安全系數(shù)
(2) 查表得 彈性系數(shù)?。?
(3) 查表得 區(qū)域系數(shù)?。?
(4) 重合度系數(shù) =
(5) 螺旋角系數(shù) ?。?
MPa1650MPa
由以上計(jì)算可知齒輪滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度,即以上設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求。
4.5齒條幾何尺寸的確定
根據(jù)齒輪齒條的嚙合特點(diǎn):
(1)齒輪的分度圓永遠(yuǎn)與其節(jié)圓相重合,而齒條的中線只有當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)齒輪正確安裝時(shí)才與其節(jié)圓相重合.
(2)齒輪與齒條的嚙合角永遠(yuǎn)等于壓力角.
因此,齒條模數(shù)m=2.5,壓力角
齒條斷面形狀選取圓形
選取齒數(shù)z=28,螺旋角
端面模數(shù)
端面壓力角
法面齒距 π
端面齒距
齒頂高系數(shù)
法面頂隙系數(shù)
齒頂高
齒根高
齒高 h = ha+ hf =
法面齒厚
端面齒厚
4.6齒輪軸的設(shè)計(jì)
由于齒輪的基圓直徑,數(shù)值較小,若齒輪與軸之間采用鍵連接必將對(duì)軸和齒輪的強(qiáng)度大大降低,因此,將其設(shè)計(jì)為齒輪軸.由于主動(dòng)小齒輪選用20MnCr5材料制造并經(jīng)滲碳淬火,因此軸的材料也選用20MnCr5材料制造并經(jīng)滲碳淬火.
查表得:20MnCr5材料的硬度為60HRC,抗拉強(qiáng)度極限,屈服極限,彎曲疲勞極限,剪切疲勞極限,轉(zhuǎn)速n=10r/min
圖4.1齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)公式
忽略磨損,根據(jù)能量守衡,作用在齒輪齒條上的阻力矩為328.8N·M,作用在齒輪上的軸向力為,
作用在齒輪上的切向力為
彎曲疲勞強(qiáng)度校核
=F/=/3.14MPa<525MPa
剪切疲勞強(qiáng)度校核
=F/=/3.14<300MPa
抗拉強(qiáng)度校核
滿載時(shí)的阻力矩為
齒輪軸的最小直徑為d=8mm,在此截面上的軸向抗拉強(qiáng)度為
=F/=1/3.1414=MPa<1100Mpa
本設(shè)計(jì)選擇齒輪軸直徑 D=20
4.7其它零件的選擇
1.六角螺栓的選擇
根據(jù)GB5780-2000
選取螺紋規(guī)格d=M6
圖4.2六角螺栓的選擇
2.彈簧的選擇
根據(jù) GB1358--93
選擇代號(hào)為Y1的冷卷壓縮彈簧
總?cè)?shù) n1=12
有效圈數(shù) n=10
材料直徑 d=5
節(jié)距 t=10
取
彈簧中徑 D=42
彈簧內(nèi)徑
彈簧外徑
具體的數(shù)據(jù)如下圖
圖4.3彈簧的選擇
3墊圈的選擇
根據(jù)GB848-85,選擇相配合的螺紋規(guī)格為d=8,具體數(shù)據(jù)如下圖:
圖4.4墊圈的選取
4油封的選擇
根據(jù)JB/ZQ4606-86和軸徑選取氈圈油封,主要參數(shù)如下:
圖4.5油封的選擇
5滾動(dòng)軸承的選擇
根據(jù)GB/T5801-1994
選取滾針承的型號(hào)為NKI 10/12,主要參數(shù)如右上圖
圖4.6滾動(dòng)軸承的選擇
6推力軸承的選擇
根據(jù)GB/T301-1995
選取推力7、止推螺母的參數(shù),如下圖軸承的型號(hào)為51102,主要參數(shù)如下圖
圖4.7推力軸承的選取
4.8 動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.8.1對(duì)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)角之間有一定比例關(guān)系。
2.隨著轉(zhuǎn)向輪阻力的增大(或減?。?,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)向器就開(kāi)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)內(nèi)壓力能很快增長(zhǎng)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,內(nèi)、外泄漏少。
4.9液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的計(jì)算
4.9.1動(dòng)力缸尺寸計(jì)算
動(dòng)力缸的主要尺寸有動(dòng)力缸內(nèi)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(zhǎng)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
(4.1)
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(lái)計(jì)算,即
(4.2)
式中,D為動(dòng)力缸內(nèi)徑;為活塞桿直徑,初選=0.35D,壓力p=6.3Mpa。
聯(lián)立式(4.1)和式(4.2)后得到
(4.3)
=50 mm
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。
活塞厚度可取為B=0.3D。動(dòng)力缸的最大長(zhǎng)度s為 ?
(4.4)
=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(lái)確定,即
(4.5)
式中,p為油液壓力;D為動(dòng)力缸內(nèi)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)。殼體材料用球墨鑄鐵采用QT500-05,抗拉強(qiáng)度為500MPa,屈服點(diǎn)為350MPa。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。
4.9.2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(kāi)隙密封長(zhǎng)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。
1.油泵排量與油罐容積的確定
轉(zhuǎn)向油泵的排量應(yīng)保證轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸能比無(wú)動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)以更高的轉(zhuǎn)向時(shí)汽車轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向,否則動(dòng)力轉(zhuǎn)向反而會(huì)形成快速轉(zhuǎn)向的輔加阻力。油泵排量要達(dá)到這一要求,必須滿足如下不等式:
(4.6)
式中 —油泵的計(jì)算排量;
—油泵的容積,計(jì)算時(shí)一般?。?.75~0.85;
—泄漏系數(shù),=0.05~0.10;
—?jiǎng)恿Ω赘讖剑?
—?jiǎng)恿Ω谆钊苿?dòng)速度;
=
式中 —轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的最大可能頻率,計(jì)算時(shí)對(duì)轎車取=1.5~1.7;則動(dòng)力轉(zhuǎn)向系的油泵排量Q可表達(dá)為
(4.7)
=47L/s
2.預(yù)開(kāi)隙
預(yù)開(kāi)隙,為滑閥處于中間位置時(shí)分配閥內(nèi)各環(huán)形油路沿滑閥軸向的開(kāi)啟量,也是為使分配閥內(nèi)某油路關(guān)閉所需的滑閥最小移動(dòng)量。值過(guò)小會(huì)使油液常流時(shí)局部阻力過(guò)大;值過(guò)大則轉(zhuǎn)向盤需轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)大的角度才能使動(dòng)力缸工作,轉(zhuǎn)向靈敏度低。一般要求轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角時(shí)滑閥就移動(dòng)的距離。
== (4.8)
=0.2mm
式中 —相應(yīng)的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角,(°);
t —轉(zhuǎn)向螺桿的螺距,mm.
3.滑閥總移動(dòng)量
滑閥總移動(dòng)量e過(guò)大時(shí),會(huì)使轉(zhuǎn)向盤停止轉(zhuǎn)動(dòng)后滑閥回到中間位置的行程長(zhǎng),致使轉(zhuǎn)向車輪停止偏轉(zhuǎn)的時(shí)刻也相應(yīng)“滯后”,從而使靈敏度降低;如e值過(guò)小,則使密封長(zhǎng)度過(guò)小導(dǎo)致密封不嚴(yán),這就容易產(chǎn)生油液泄漏致使進(jìn)、回油路不能完全隔斷而使工作油液壓力降低和流量減少。通常,當(dāng)滑閥總移動(dòng)量為e時(shí),轉(zhuǎn)向盤允許轉(zhuǎn)動(dòng)的角度約為20°左右。
(4.9)
=0.49mm
4.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
(4.10)
式中 —油液密度,kg/m3 ;
—局部阻力系數(shù),通常取=3.0;
v—油液的流速,m/s。
的允許值為0.03~0.04MPa。
5.油液流速的允許值[v]
由于的允許值[]=0.03~0.04MPa,代入上式,則可得到油液流速的允許值
[v]= (4.11)
6.滑閥直徑d
(4.12)
=110mm
式中 —溢流閥限制下的油液最大排量,L/min,—般約為發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)油泵排量的1.5倍;
—預(yù)開(kāi)隙,mm;
—滑閥在中間位置時(shí)的油液流速,m/s
7. 滑閥在中間位置時(shí)的油液流速v
(4.13)
=5m/s
8.分配閥的泄漏量
(4.14)
=2.26cm/s
式中 —滑閥也閥體建的徑向間隙,一般 =0.0005~0.00125cm;
—滑閥進(jìn)、出口油液的壓力差;
d —滑閥直徑;
—密封長(zhǎng)度;
—油液的動(dòng)力粘度。
4.10轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
收藏
編號(hào):18585012
類型:共享資源
大?。?span id="kywiwiy4em" class="font-tahoma">1.79MB
格式:ZIP
上傳時(shí)間:2020-12-29
40
積分
- 關(guān) 鍵 詞:
-
hgc1050
輕型
商用
轉(zhuǎn)向
系統(tǒng)
設(shè)計(jì)
cad
圖紙
- 資源描述:
-
HGC1050輕型商用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)(帶CAD圖紙),hgc1050,輕型,商用,轉(zhuǎn)向,系統(tǒng),設(shè)計(jì),cad,圖紙
展開(kāi)閱讀全文
- 溫馨提示:
1: 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
2: 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
3.本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
5. 裝配圖網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
裝配圖網(wǎng)所有資源均是用戶自行上傳分享,僅供網(wǎng)友學(xué)習(xí)交流,未經(jīng)上傳用戶書(shū)面授權(quán),請(qǐng)勿作他用。