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河南理工大學萬方科技學院
本科畢業(yè)設計(論文)開題報告
題目名稱
轎車轉向機構設計
學生姓名
專業(yè)班級
學號
一、 選題的目的和意義:
汽車在行駛過程中,需按駕駛員的意志經常改變其行駛方向,即所謂汽車轉向。就輪式汽車而言,實現(xiàn)汽車轉向的方法是,駕駛員通過一套專設的機構,使汽車轉向橋(一般是前橋)上的車輪(轉向輪)相對于汽車縱軸線偏轉一定角度。在汽車直線行駛時,往往轉向輪也會受到路面?zhèn)认蚋蓴_力的作用,自動偏轉而改變行駛方向。此時,駕駛員也可以利用這套機構使轉向輪向相反方向偏轉,從而使汽車恢復原來的行駛方向。這一套用來改變或恢復汽車行駛方向的專設機構,即稱為汽車轉向系統(tǒng)(俗稱汽車轉向系)。因此,汽車轉向系的功用是,保證汽車能按駕駛員的意志而進行轉向行駛。
按轉向能源的不同,轉向系可分為機械轉向系和動力轉向系。轉向系以駕駛員的體力(手)作為轉向能源的轉向系,叫機械轉向系。兼用駕駛員體力和和發(fā)動機的動力為轉向能源的轉向系叫動力轉向系。
傳統(tǒng)的汽車轉向系統(tǒng)是機械轉向系,汽車的轉向運動是由駕駛員操縱方向盤,通過轉向器和一系列的桿件傳遞到轉向車輪而實現(xiàn)的。普通的轉向系統(tǒng)建立在機械轉向的基礎上,通常根據機械式轉向器形式可以分為:齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。常用的有兩種是齒輪齒條式和循環(huán)球式(用于需要較大的轉向力時)。目前大部分低端轎車采用的就是齒輪齒條式機械轉向系統(tǒng)。
本課題就齒輪齒條式機械轉向系統(tǒng)以為對象,介紹研究轎車上機械動力轉向機構的實現(xiàn)方法,以及相關重要參數(shù),總結大學期間學習的各科專業(yè)知識,
如機械原理、機械設計、機械制造基礎等,為以后工作打下實踐基礎。
二、 國內外研究綜述:
改革開放以來,我國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛。作為汽車關鍵部件之一的轉向系統(tǒng)也得到了相應的發(fā)展,基本已形成了專業(yè)化、系列化生產的局面。有資料顯示,國外有很多國家的轉向器廠,都已發(fā)展成大規(guī)模生產的專業(yè)廠,年產超過百萬臺,壟斷了轉向器的生產,并且銷售點遍布了全世界。
1 現(xiàn)代汽車轉向裝置的設計趨勢
1.1 適應汽車高速行駛的需要
從操縱輕便性、穩(wěn)定性及安全行駛的角度,汽車制造廣泛使用更先進的工藝方法,使用變速比轉向器、高剛性轉向器?!白兯俦群透邉傂浴笔悄壳笆澜缟仙a的轉向器結構的方向。
1.2 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,目前國內外在許多汽車上已普遍增設能量吸收裝置,如防碰撞安全轉向柱、安全帶、安全氣囊等,并逐步推廣。從人類工程學的角度考慮操縱的輕便性,已逐步采用可調整的轉向管柱和動力轉向系統(tǒng)。
1.3 低成本、低油耗、大批量專業(yè)化生產
隨著國際經濟形勢的惡化,石油危機造成經濟衰退,汽車生產愈來愈重視經濟性,因此,要設計低成本、低油耗的汽車和低成本、合理化生產線,盡量實現(xiàn)大批量專業(yè)化生產。對零部件生產,特別是轉向器的生產,更表現(xiàn)突出。
1.4 汽車轉向器裝置的電腦化
汽車的轉向器裝置,必定是以電腦化為唯一的發(fā)展途徑。
2 現(xiàn)代汽車轉向裝置的發(fā)展趨勢
2.1 現(xiàn)代汽車轉向裝置的使用動態(tài)
隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展,轉向裝置的結構也有很大變化。汽車轉向器的結構很多,從目前使用的普遍程度來看,主要的轉向器類型有4種:有蝸桿銷式(WP型)、蝸桿滾輪式(WR型)、循環(huán)球式(BS型)、齒條齒輪式(RP型)。這四種轉向器型式,已經被廣泛使用在汽車上。
據了解,在世界范圍內,汽車循環(huán)球式轉向器占45%左右,齒條齒輪式轉向器占40%左右,蝸桿滾輪式轉向器占10%左右,其它型式的轉向器占5%。循環(huán)球式轉向器一直在穩(wěn)步發(fā)展。在西歐小客車中,齒條齒輪式轉向器有很大的發(fā)展。日本汽車轉向器的特點是循環(huán)球式轉向器占的比重越來越大,日本裝備不同類型發(fā)動機的各類型汽車,采用不同類型轉向器,在公共汽車中使用的循環(huán)球式轉向器,已由60年代的62.5%,發(fā)展到現(xiàn)今的100%了(蝸桿滾輪式轉向器在公共汽車上已經被淘汰)。大、小型貨車大都采用循環(huán)球式轉向器,但齒條齒輪式轉向器也有所發(fā)展。微型貨車用循環(huán)球式轉向器占65%,齒條齒輪式占 35%。
綜合上述對有關轉向器品種的使用分析,得出以下結論:
循環(huán)球式轉向器和齒輪齒條式轉向器,已成為當今世界汽車上主要的兩種轉向器;而蝸輪蝸桿式轉向器和蝸桿銷式轉向器,正在逐步被淘汰或保留較小的地位。
在小客車上發(fā)展轉向器的觀點各異,美國和日本重點發(fā)展循環(huán)球式轉向器,比率都已達到或超過90%;西歐則重點發(fā)展齒輪齒條式轉向器,比率超過50%,法國已高達95%。
由于齒輪齒條式轉向器的種種優(yōu)點,在小型車上的應用(包括小客車、小型貨車或客貨兩用車)得到突飛猛進的發(fā)展;而大型車輛則以循環(huán)球式轉向器為主要結構。
三、 畢業(yè)設計(論文)所用的主要技
1)正確設計轉向梯形機構,可以保證汽車轉彎行駛時,全部車輪應繞瞬時轉向中心旋轉,任何車輪不應有側滑。不滿足這項要求會加速輪胎磨損,并降低汽車的行駛穩(wěn)定性。
2)汽車轉向行駛時,在駕駛員松開轉向盤的條件下,轉向輪能自動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,轉向輪都不得產生自振,轉向盤沒有擺動。
4)轉向傳動機構和懸架導向裝置共同工作時,由于運動不協(xié)調使車輪產生的擺動應最小。
5)保證汽車有較高的機動性,具有迅速和小轉彎行駛能力。
6)操縱輕便。
7) 轉向輪碰撞到障礙物以后,傳給轉向盤的反沖力要盡可能小。
8) 轉向器和轉向傳動機構的球頭處,有消除因磨損而產生間隙的調整機構。
9) 在車禍中,當轉向軸和轉向盤由于車架或車身變形而共同后移時,轉向系應有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。
10) 進行運動校核,保證轉向輪與轉向盤轉動方向一致。
11)為了使汽車具有良好的機動性能,必須使轉向輪有盡可能大的轉角,其最小轉彎半徑能達到汽車軸距的2~2.5倍。
12)轎車轉向盤從中間位置轉到第一端的圈數(shù)不得超過2.0圈。
四、 主要參考文獻與資料獲得情況:
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五、 畢業(yè)設計(論文)進度安排(按周說明)
1—3周 查閱資料、調研,了解轎車轉向機構的設計要求;
4—8周 轎車轉向系統(tǒng)中各主要結構、部件的設計計算(轉向阻力矩的計算、轉向梯形參數(shù)的計算、流量與壓力計算,扭轉剛度的計算、轉向器傳動比的計算、桿系傳動比的計算、結構與強度相結合驗證性計算、壓力角與傳動角許用范圍的計算等,并繪制其中包括的典型零件圖、工作原理圖等;
8—9周 整理圖紙;
10—11周 撰寫設計計算說明書;
12周 完善設計環(huán)節(jié),準備答辯相關材料。
六、 指導教師審批意見:
指導教師: (簽名)
年 月 日
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