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本科畢業(yè)設(shè)計 開題報告,論文題目：某乘用車齒條助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計 班 級：,目錄,1．課題研究的目的和意義 2．國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3. 本課題的研究內(nèi)容及技術(shù)方案 4. 本設(shè)計的特色,轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向器可分為齒輪齒條轉(zhuǎn)向器、蝸桿曲柄銷式轉(zhuǎn)向器和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器作為最常見的一種轉(zhuǎn)向器，具有哪些優(yōu)點？,齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點：,結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，工作可靠，使用壽命長，自動回正力強(qiáng)，傳動方式是齒輪齒條直接嚙合，操縱靈敏度非常高，滑動和轉(zhuǎn)動阻力小，轉(zhuǎn)向輕便，轉(zhuǎn)矩傳遞性能較好，其正效率與逆效率都很高，屬于可逆式轉(zhuǎn)向器，并可安裝轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)。,隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展,人們對于汽車的要求也逐漸提高,汽車的操縱穩(wěn)定性日益受到廣泛的關(guān)注,傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車已經(jīng)不能滿足人們的需求，取而代之的是助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的崛起，包括液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已得到了廣泛的研究。,1、傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的缺點非常明顯，它轉(zhuǎn)向操縱難度增大，轉(zhuǎn)向費力，其傳動比是固定的，即角傳遞特性無法改變，導(dǎo)致汽車的轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性無法控制，傳動比無法隨汽車轉(zhuǎn)向過程中的車速、側(cè)向加速度等參數(shù)的變化而進(jìn)行補(bǔ)償，駕駛員必須在轉(zhuǎn)向之前就對汽車的轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性進(jìn)行一定的操作補(bǔ)償，這樣無形中增加了駕駛員的精神和體力負(fù)擔(dān)。,2、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 通過液壓力作用來推動傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向運動，從而減輕了駕駛員的勞動強(qiáng)度，解決了傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)隨著汽車質(zhì)量越大轉(zhuǎn)向越費力的問題，在一定程度上解決了傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于轉(zhuǎn)向器傳動比固定而造成的轉(zhuǎn)向“輕便”與“靈敏”之間的矛盾。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作可靠、技術(shù)成熟，能提供大的轉(zhuǎn)向助力，目前在部分乘用車、絕大部分商用車特別是中重型車輛上廣泛應(yīng)用。,3、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點很多：一是系統(tǒng)助力矩的大小由電子控制單元實時調(diào)節(jié)和控制，能夠在各種行駛工況下提供最佳的助力，有效改善汽車的轉(zhuǎn)向助力特性，保證汽車在低速行駛時轉(zhuǎn)向輕便靈活，高速行駛時轉(zhuǎn)向穩(wěn)定可靠，可以很好地解決汽車轉(zhuǎn)向時輕與靈的矛盾；二是該系統(tǒng)只在轉(zhuǎn)向時電動機(jī)才提供助力，因而能減少能量消耗；三是該系統(tǒng)取消了液壓裝置，使得其結(jié)構(gòu)更緊湊，質(zhì)量更輕，而且徹底根除了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中液壓油泄漏的問題，可大大降低保修成本，減小對環(huán)境的污染；四是該系統(tǒng)由于直接由電動機(jī)提供助力，而電動機(jī)由蓄電池供電，因此該系統(tǒng)在發(fā)動機(jī)熄火或出現(xiàn)故障時也能提供助力。,助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要性嗎？,汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在經(jīng)歷了長足的發(fā)展后已得到了整個汽車行業(yè)的認(rèn)可和應(yīng)用，在GB7258-2004 中專門規(guī)定：車輛轉(zhuǎn)向軸最大設(shè)計軸荷大于4 000 kg時，必須采用轉(zhuǎn)向助力裝置。由此可見，助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的重要性和必要性。,綜上所述：,助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢，而齒輪齒條轉(zhuǎn)向器是最常用、優(yōu)點突出的轉(zhuǎn)向器，齒條助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力單元可靈活固定于齒條各處，方便整車布置，同時降低了齒數(shù)比即降低了轉(zhuǎn)動慣量，可以提供優(yōu)良轉(zhuǎn)向特性。所以對齒條助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究意義重大。,返回目錄,2.1助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)國內(nèi)外現(xiàn)狀：,至今，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 4 個發(fā)展階段，未來則可能向線控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展。目前汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正處在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展的過渡階段。,目前，助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零件在很大程度上依賴進(jìn)口，幾個主要的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)供應(yīng)商有TRW，JTEKT，Delphi，ZF Lenksysteme，Thyssenkrupp Automotive，他們各自在不同的轉(zhuǎn)向產(chǎn)品領(lǐng)域中成為領(lǐng)導(dǎo)廠商,2008年：,日本新上市的乘用車中約70%裝配了EPS，歐洲市場約為50%，北美市場約為25%，而我國則不足10%。EPS代表未來助力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展方向，將作為標(biāo)準(zhǔn)件裝備到汽車上，并將在助力轉(zhuǎn)向領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，特別是電動汽車將構(gòu)成未來汽車發(fā)展的主體，這給EPS帶來了更加廣闊的應(yīng)用前景。,2.2 轉(zhuǎn)向器國內(nèi)外現(xiàn)狀 2.2.1 國外情況：,在全球汽車廠家中，汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占市場份額接近一半，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器占市場份額接近百分之四十，蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器占市場份額超過百分之十，其它轉(zhuǎn)向器在市場上基本消失。,美國和日本都非常重視使用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，它們使用的比重都已超過百分之九十。日本的公共汽車基本全部使用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，大、中型貨車也大部分使用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，微型貨車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器大約百分之六十五左右，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器的使用已經(jīng)超過百分三十五。而歐洲對齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的使用和發(fā)展非常重視，在中、小、微型客車中，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器使用比重已經(jīng)超過一半，有些國家甚至達(dá)到百分之九十以上。,在日本NSK公司的轉(zhuǎn)向器就以質(zhì)優(yōu)價廉的優(yōu)勢占領(lǐng)了本國市場，并逐步銷售全世界。德國ZF轉(zhuǎn)向器公司是一個專門生產(chǎn)轉(zhuǎn)向器的大公司，從上世紀(jì)五十年代開始生產(chǎn)轉(zhuǎn)向器到現(xiàn)在每年生產(chǎn)轉(zhuǎn)向器幾百萬臺。另外美國德爾福公司，英國BURMAN公司都是非常著名的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)公司，每年都會生產(chǎn)許多各種型號的轉(zhuǎn)向器。國外轉(zhuǎn)向器專業(yè)化設(shè)計、制造、加工和生產(chǎn)已成為一種趨勢，能夠使轉(zhuǎn)向器質(zhì)優(yōu)價廉，實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，快速占領(lǐng)國際市場。,2.2.2國內(nèi)情況：,在我國汽車使用的轉(zhuǎn)向器中，上世紀(jì)解放汽車和東風(fēng)汽車使用蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向器，現(xiàn)在解放汽車和東風(fēng)汽車也已經(jīng)開始使用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，其它汽車大都使用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。,我國在大量生產(chǎn)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器并在小型貨車及家庭轎車使用中得到飛速發(fā)展。例如我國第一汽車集團(tuán)公司在中日合作的項目上使用的就是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。還有其他本田、奧迪、桑塔納、夏利等轎車，以及南京依維柯、柳州五菱等小型貨車，均使用的是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。雖然國內(nèi)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有一定發(fā)展，但生產(chǎn)效率低，成本高。只有專業(yè)化設(shè)計，流水線生產(chǎn)，才能提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，在國內(nèi)外市場上占有一席之地。,返回目錄,3.1對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計計算：,（1）對轉(zhuǎn)向系方案進(jìn)行選擇，包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向梯形的方案選擇；（2）確定轉(zhuǎn)向系的主要參數(shù)，對轉(zhuǎn)向系的主要參數(shù)——傳動比和計算載荷等進(jìn)行計算；（3）設(shè)計齒輪齒條轉(zhuǎn)向器：確定齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的輸出形式和整車布置，對其工作原理進(jìn)行研究，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計,包括速比計算、螺旋角對其影響的分析、齒條齒面形狀分析、軸承選擇；（4）設(shè)計轉(zhuǎn)向梯形：分析轉(zhuǎn)向梯形的理論特性，確定轉(zhuǎn)向梯形的布置形式，對轉(zhuǎn)向梯形的尺寸進(jìn)行初步確認(rèn)，最后對梯形進(jìn)行校核。,3.2 對轉(zhuǎn)向梯形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計：,對轉(zhuǎn)向梯形數(shù)學(xué)模型進(jìn)行推導(dǎo)，分析理想的左右轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角關(guān)系和實際的左右轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系，對優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束條件進(jìn)行確定，最后對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析并進(jìn)行虛擬樣機(jī)試驗驗證分析。,3.3三維建模：,用Catia建立轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向梯形完整的三維實體模型，并用CAD繪制工程圖。,3.4 有限元分析：,基于有限元分析軟件ANSYS對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行建模和計算分析,并通過假設(shè)改進(jìn)方案對比,找到進(jìn)一步優(yōu)化方法。,,,返回目錄,4. 本設(shè)計的特色：,（1）在轉(zhuǎn)向梯形優(yōu)化設(shè)計中，進(jìn)行虛擬樣機(jī)試驗驗證分析，建立了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)模型，系統(tǒng)尺寸、位置參數(shù)采用優(yōu)化后的參數(shù)，對優(yōu)化結(jié)果的有效性進(jìn)行驗證。 （2）在有限元分析中，采用有限元分析軟件ANSYS，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Creo, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級CAE工具之一。,