3294 汽車齒輪齒條式轉向系設計,汽車,齒輪,齒條,轉向,設計 西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計(論文)開題報告題目： 汽車齒輪齒條式轉向系設計系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 B070203 姓 名 路寬 學 號 B07020338 導 師 姚慧 2010 年 11 月 28 日開 題 報 告 填 寫 要 求1．開題報告作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內(nèi)完成。2．開題報告內(nèi)容必須按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）填寫并打?。ń勾蛴≡谄渌埳虾蠹糍N） ，完成后應及時交給指導教師審閱。3．開題報告字數(shù)應在 1500 字以上，參考文獻應不少于 15 篇（不包括辭典、手冊，其中外文文獻至少 3 篇） ，文中引用參考文獻處應標出文獻序號， “參考文獻”應按附件中《參考文獻“注釋格式” 》的要求書寫。4． 年、月、日的日期一律用阿拉伯數(shù)字書寫，例：“ 2010 年 11 月 28日” 。撰寫內(nèi)容要求（可加頁，小四號宋體，行距 22 磅）： 1.畢業(yè)設計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關研究情況）本次畢業(yè)設計的題目是汽車齒輪齒條式轉向系的設計，主要是以齒輪齒條式轉向器的設計為中心。齒輪齒條式轉向器最早出現(xiàn)在 1902 年，當時由于其本身結構不夠完善，整車布置的限制以及道路條件差等因素，導致路面反沖激烈，噪音較大以及轉向性能較差等缺陷，使此種轉向器的應用受到很大的限制。然而近廿來，特別是最近幾年，卻有了很大發(fā)展，其發(fā)展速度超過循環(huán)球式轉向器，國際輿論甚至認為：目前汽車工業(yè)正在拋棄有 70 年歷史的搖臂型轉向器。這種看法的主要依據(jù)是：（1）國外大部分主要汽車在制造廠大規(guī)模地推薦橫置發(fā)動機、前輪驅動的小客車，這樣對齒輪齒條式轉向系的布置十分靈活方便，比搖臂式轉向器的傳動機構更為簡化。 （2）高速公路發(fā)展使車輛速度大大提高，為獲得良好的路感，對轉向器剛性的要求愈來愈高，而循環(huán)球式轉向器在剛性上遠遠不如齒輪齒條式轉向器。 （3）齒輪齒條式轉向器本身具備的優(yōu)點如結構簡單、成本低、高達 80%以上的傳動效率、具有多種輸入輸出形式便于布置、重量輕（轉向器殼多數(shù)采用壓鑄鋁合金、有的廠還在研制塑料殼體） 、剛性好等等，能使高速車輛的駕駛者獲得良好的路感。此外、由于齒輪齒條式轉向器自身結構的發(fā)展，如采用新型的手動變速比和動力轉向，其使用范圍已從轎車、微型車及輕型汽車逐步發(fā)展到中型和重型汽車轉向系。從目前情況看，國際上汽車工業(yè)發(fā)達國家生產(chǎn)的汽車轉向器結合基本上可歸為兩大類：搖臂式轉向器和齒輪齒條式轉向器，前者主要型式有球面蝸桿滾輪式、循環(huán)球式和曲柄指銷式三種，其中循環(huán)球式較為主要，在美國和日本的汽車中使用較多。而西歐國家，尤其是法國的汽車中則以齒輪齒條式轉向器為主。日本 NSK 公司的統(tǒng)計資料表明了世界上各種轉向器的采用比率及變化趨勢，1968 年到 1975 年循環(huán)球式轉向器比率在 40%～～46%之間變化，而齒輪齒條式轉向器的比率則由 31%增加到 43%，發(fā)展較快。此外，日本和美國循環(huán)球式轉向器的產(chǎn)量占 90%以上，而西歐國家齒輪齒條式轉向器則占較大的百分比，西德為 57%，英國為 77%，法國為 96%。從目前國外著名轉向器廠制造的齒輪齒條式轉向器主要應用于轎車，微型和輕型汽車方面，加美國 TRW 公司的齒輪齒條式轉向器用于前軸負載700～～1250 公斤的車輛，西德 ZF 廠的同類產(chǎn)品用于前軸負載荷為900～～2400 公斤的車輛，但該廠新設計的 7856 型齒輪齒條式動力轉向器可用于前軸負載荷達 6500 公斤的汽車。從產(chǎn)量看，ZF 廠 1980 年生產(chǎn)了 30 萬套，占機械轉向器的一半。英國伯曼廠日產(chǎn) 1200 套，為其生產(chǎn)的各種轉向器之首。日本汽車轉向器雖然以循環(huán)球式為主，但近年隨著微型汽車的迅速發(fā)展，也開始大量采用齒輪齒條式轉向器。如大發(fā)、三菱微型汽車等。齒輪齒條式轉向器長期以來是我國汽車轉向器生產(chǎn)中的一項空白，直到最近幾年由于大量進口汽車組裝件，技術引進以及與國外合資企業(yè)的發(fā)展，才開始研制開發(fā)和生產(chǎn)這種轉向器。其中主要有與西德大眾汽車公司合資生產(chǎn)的桑塔納中級轎車，日本大發(fā)公司的微型汽車以及意大利菲亞特公司的依維柯輕型客貨車系列等。僅從以上三種車型的最終生產(chǎn)綱領統(tǒng)計就達 40 余萬輛，再加上其它進口車型的修配任務，估計齒輪齒條式轉向器產(chǎn)量將達 50 余萬套，可以估計到 90 年代時這種轉向器將占我國汽車轉向器產(chǎn)量的 40%～～50%。因此，國內(nèi)轉向器行業(yè)對此都十分重視。如上海汽車底盤廠為了配套生產(chǎn)桑塔納轎車和SH110 微型汽車的齒輪齒條式轉向器，已經(jīng)大力進行工廠技術改造和技術設備的引進工作，要在 90 年代達到以齒輪齒條式轉向器為主的各種轉向器產(chǎn)量共50 萬套的年生產(chǎn)綱領。 2.本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施本課題研究的是汽車齒輪齒條式轉向系，主要是以齒輪齒條式轉向器的設計為中心。齒輪齒條式轉向器由與轉向軸做成一體的轉向齒輪和常與轉向橫拉桿做成一體的齒條組成。齒輪齒條式轉向器在汽車上的布置形式與轉向梯形和轉向器傳動輸出形式有關，圖 1 所示為最常見的布置形式。（a）轉向器固定于車架或車身兩側輸出的非獨立懸掛布置；（b）轉向器固定于車架或車身中央輸出的非獨立懸掛布置；（c）為轉向器固定于車身前圍單側輸出的獨立懸掛布置（如奧迪 80 和桑塔納轎車） ；（d）轉向器固定于車架單側輸出的獨立懸掛布置（如日本三菱、大發(fā)微型汽車） 。齒輪齒條式轉向器的傳動輸出形式主要有如下四種形式。（a）中間輸入，兩端輸出；（b）側面輸入，兩端輸出；（c）側面輸入，中間輸出；（d）側面輸入，一端輸出通過對齒輪齒條式轉向器的初步了解，現(xiàn)在可以采用的方案確定為以下幾種：方案一：采用側面輸入，兩端輸出方案時，如圖（2）由于轉向拉桿長度受到限制，容易與懸梁系統(tǒng)導向機構產(chǎn)生運動干涉。采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉向器，重合度增加，運轉平穩(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計要求。齒條斷面形狀為 V 形，與圓形斷面比較，消耗的材料少，約節(jié)省 20%，故質(zhì)量小，位于齒條下面的兩斜面與齒條托座接觸，可用來防止齒條繞軸線轉動。圖 2 為兩端輸出的齒輪齒條式轉向器，作為傳動副主動件的轉向齒輪軸 11通過軸承 12 和 13 安裝在轉向殼體 5 中，其上端通過花鍵與萬向節(jié)叉 10 和轉向軸連接。與轉向齒輪嚙合的轉向齒條 4 水平布置，兩端通過球頭座 3 與轉向橫拉桿 1 相連。彈簧 7 通過壓塊 9 將齒條壓靠在齒輪上，保證無間隙嚙合。彈簧的預緊力可用調(diào)整螺塞 6 調(diào)整。當轉動轉向盤時，轉向器齒輪軸 11 轉動，使轉向車輪偏轉，從而使汽車轉向。圖 21．轉向橫拉桿 2．防塵套 3．球頭座 4．轉向齒條 5．轉向器殼體 6．調(diào)整螺塞 7．壓緊彈簧 8．鎖緊螺母 9．壓塊 10．萬向節(jié) 11．轉向齒輪軸 12．向心球軸承 13．滾針軸承方案二：采用側面輸入，中間輸出方案時，如圖（3）與齒條固定連接的左、右拉桿延伸到接近汽車縱向對稱平面附近。優(yōu)點：由于拉桿長度增加，車輪上、下跳動時拉桿擺角減小，有利于減少車輪上、下跳動時轉向系與懸架系的運動干涉。缺點：為了將左、右橫拉桿固定在齒條上，并且兩拉桿與齒條會同時向左、右移動一定的距離，必須在轉向器殼體上開有軸向方向的長槽，使齒條有一部分裸露出來，然后用螺栓將橫拉桿固定在齒條上。轉向器殼體上的長槽使其強度受到削弱，為了不使外界臟東西落入轉向器內(nèi)，又必須用密封罩將它們密封。齒輪齒條轉向器采用直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合，則運轉平穩(wěn)性降低，沖擊力大，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，為此與總體布置不適應而遭淘汰。齒條斷面形狀為圓形，齒條制作工藝比較簡單。中間輸出的齒輪齒條式轉向器如圖 3 所示，其結果及工作原理與兩端輸出的齒輪齒條式轉向器基本相同，不同之處在于它在轉向齒條的中部用螺栓 6 與左右轉向橫拉桿 7 相連。圖 31． 萬向節(jié)叉 2．轉向齒輪軸 3．調(diào)整螺母 4．向心球軸承 5．滾針軸承 6．固定螺栓7．轉向橫拉桿 8．轉向器殼體 9．防塵套 10．轉向齒條 11．調(diào)整螺塞 12．鎖緊螺母 13．壓緊彈簧 14．壓塊 通過以上比較，選用第一種方案，齒輪齒條式轉向器的傳動副為齒輪和齒條，其結構簡單，布置方便，制造容易，故僅廣泛用于微型汽車和轎車上，但轉向傳動比較小，齒條沿其長度方向磨損不均勻，且通常布置在前輪軸線之后，轉向傳動副的主動件—斜圓柱小齒輪，它和裝在外殼中的從動件—齒條相嚙合，外殼固定在車身上。齒條利用兩個球接頭直接和兩根分開的左、右橫拉桿相連。由于汽車的車型不同，所使用的齒輪齒條式轉向器的參數(shù)也有所不同。在這里本次設計選擇長安奔奔 2010 款 1.0AMT 的車型。其具體性能參數(shù)如下表：表 2 長安奔奔 2010 款 1.0AMT 參數(shù)性能參數(shù) 配置最大功率 51.2/5600kw/rpm最大扭矩 90/4600N·m/rpm最高時速 158km/h在整個設計過程中，齒輪齒條式轉向器的零件的建模、及其仿真均在三維軟件中完成，目前比較常用的有 Pro/E﹑Solid Works 和 UG。在這三者中，Pro/E 的造型功能相比其他兩個要大一些，而且在軟件優(yōu)化方面做得比較好，所以此次設計中的以上工作均在 Pro/E 中完成。二維裝配圖在 AutoCAD 中完成。3.本課題研究的重點及難點，前期已開展工作本課題的以齒輪齒條轉向器的設計為中心，研究的重點一是汽車總體構架參數(shù)對汽車轉向的影響；二是機械轉向器的選擇、三是齒輪和齒條的合理匹配，以滿足轉向器的正確傳動比和強度要求；四是動力轉向機構設計；五是梯形結構設計。而研究的難點是進行了齒輪齒條式轉向器的設計，和對轉向齒輪軸的校核的設計，和對轉向齒輪軸的計算及校核，以及結構設計和裝配的繪制，完成三維建模并進行模型裝配。 因此本課題在考慮上述要求和因素的基礎上研究利用轉向盤的旋轉帶動傳動機構的齒輪齒條轉向軸轉向，通過萬向節(jié)帶動轉向齒輪軸旋轉，轉向齒輪軸與轉向齒條嚙合，從而促使轉向齒條直線運動，實現(xiàn)轉向器結構簡單緊湊，軸向尺寸短且零件數(shù)目少的優(yōu)點又能增加助力，從而實現(xiàn)汽車轉向的穩(wěn)定性和靈敏性。因此設計的主要方法和理論采用汽車設計的經(jīng)驗參數(shù)和大學所學機械設計的課程內(nèi)容進行設計。在前期要閱讀大量的文件，要把轉向器方面的基本知識要十分的了解，并且要有一定的閱讀量，是自己的知識得到很大的擴充。在這個基礎上要經(jīng)常練習畫圖軟件，爭取在需要的時候能夠很快的畫出圖形。前期要做好文獻的閱讀，查閱資料，了解轉向系的各個結構的工作原理等前期準備。4.完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫）第 1 周-第 3 周：前期準備，查閱資料，了解課題，準備開題答辯；第 4 周-第 6 周： 分析齒輪齒條式轉向系的結構和工作原理；第 7 周-第 11 周：確定設計方案，進行結構設計計算；第 12 周-第 14 周：完成結構設計和裝配的繪制； 第 15 周-第 17 周：完善裝配模型，撰寫畢業(yè)論文；第 18 周：畢業(yè)答辯 5 指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見）指導教師： 年 月 日6 所在系審查意見：系主管領導： 年 月 日參考文獻．[1] 陳益良．齒輪齒條式轉向器簡介[J]．汽車與配件．1986 年 06 期．[2] 黨胡申．轉向器引進項目簡介[J]．汽車與配件．1988 年 02 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