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河南科技大學畢業(yè)設計（論文）開題報告 （學生填表） 學院： 車輛與交通工程學院 2015年 3 月31 日 課題名稱 柴油動力微型客車設計（轉向系設計） 學生姓名 張崢耀 專業(yè)班級 車輛112 課題類型 工程設計 指導教師 林維 職稱 副教授 課題來源 1. 設計（或研究）的依據與意義 轉向系統(tǒng)是整車系統(tǒng)中必不可少的最基本的組成系統(tǒng)。轉向系統(tǒng)的性能直接影響著汽車的操縱穩(wěn)定性和安全性，也是決定汽車主動安全性的關鍵總成。隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展以及人們對于舒適、安全性能要求的不斷提高，對轉向器的安全性及操作穩(wěn)定性的要求也進一步提高。 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。就轎車而言，實現(xiàn)汽車轉向的方法是，駕駛員通過一套專設的機構，使汽車轉向橋上的車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)。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作為轉向能源的轉向系，叫機械轉向系；兼用駕駛員體力和發(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。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，常用的是齒輪齒條式和循環(huán)球式。目前大部分低端微客采用的就是齒輪齒條式機械轉向系統(tǒng)。 但是，隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車的時速也在快速提升。高速汽車轉向時的阻力矩比普通汽車要大得多，單靠選用角傳動比較大的轉向器來提高機械轉向系的傳動效率，遠不能滿足轉向輕便和行車安全的要求，機械轉向系也很難兼顧操縱省力和靈敏兩方面的要求。因此，助力轉向系統(tǒng)應運而生，助力轉向系的轉向加力裝置是以發(fā)動機輸出的動力為能源來增大駕駛員操縱轉向輪轉向的力量，從而使操縱十分簡單，同時選用傳動比較小的轉向器角傳動比，還能滿足轉向靈敏的要求。目前已在各類各級汽車上獲得廣泛應用。 本次設計通過分析轉向器的功能要求，結合轉向器的布置設計，比較各類型的轉向器的優(yōu)缺點設計一款轉向器。根據一些指定的參數結合《汽車設計》和其他相關書籍中關于轉向器的理論知識，給出了優(yōu)化設計的目標函數和設計變量的選擇范圍，使設計出的轉向器符合使用要求。并通過汽車轉向器的設計，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的設計思想，鞏固和加強所學的專業(yè)知識，加強機械設計計算和編寫技術文件等的基本功能，為以后從事汽車設計方面的工作奠定良好的基礎。 2. 國內外同類設計（或同類研究）的概況綜述 作為汽車的一個重要組成部分，汽車轉向系統(tǒng)是決定汽車主動安全性的關鍵總成，如何設計汽車的轉向特性，使汽車具有良好的操縱性能，始終是各汽車生產廠家和科研機構的重要研究課題。汽車轉向系統(tǒng)經歷了純機械式轉向系統(tǒng)、液壓助力轉向系統(tǒng)、電動助力轉向系統(tǒng)3個基本發(fā)展階段 機械式的轉向系統(tǒng)，采用純粹的機械解決方案，為了產生足夠大的轉向扭矩需要使用大直徑的轉向盤，因此占用的空間很大，整個機構顯得比較笨拙，駕駛員負擔較重，特別是重型汽車轉向阻力較大，單純靠駕駛員的轉向力很難實現(xiàn)轉向，這就大大限制了其使用范圍。但因結構簡單、工作可靠、造價低廉，目前在一部分轉向操縱力不大、對操控性能要求不高的微型轎車、農用車上仍有使用。 自1953 年通用汽車公司在凱迪萊克和別克轎車上首次批量使用液壓動力轉向系統(tǒng)（HPS）以來, 液壓動力轉向系統(tǒng)給汽車帶來了巨大的變化:人不再需要靠大直徑的轉向盤來產生足夠的轉向力矩, 轉向盤的減小, 使得駕駛室變得寬敞起來, 座椅布置也變得更為舒適了;液壓動力轉向系統(tǒng)在降低了轉向操縱力的同時, 也使轉向變得更為靈敏。隨著技術的發(fā)展,液壓動力轉向系統(tǒng)在體積、價格和所消耗的功率等方面都取得了驚人的進步。今天,液壓動力轉向系統(tǒng)幾乎成為銷售汽車的標準裝備。 電動助力轉向（EPS）在日本最先獲得實際應用，1988年日本鈴木公司首次開發(fā)出一種全新的電子控制式電動助力轉向系統(tǒng)，并裝在其生產的Cervo車上，隨后又配備在Alto上。此后，電動助力轉向技術得到迅速發(fā)展，其應用范圍已經從微型轎車向大型轎車和客車方向發(fā)展。日本的大發(fā)汽車公司、三菱汽車公司、本田汽車公司，美國的Delphi公司，英國的Lucas公司，德國的ZF公司，都研制出了各自的電動助力轉向系統(tǒng)。電動助力轉系系統(tǒng)的助力形式也從低速范圍助力型向全速范圍助力型發(fā)展，并且其控制形式與功能也進一步加強。日本早期開發(fā)的EPS僅低速和停車時提供助力，高速時EPS將停止工作。新一代的EPS則不僅在低速和停車時提供助力，而且還能在高速時提高汽車的操縱穩(wěn)定性。隨著電子技術的發(fā)展，EPS技術日趨完善，并且其成本大幅度降低，為此其應用范圍將越來越大。 汽車線控轉向系統(tǒng)由方向盤模塊、轉向執(zhí)行模塊和主控制器3個主要部分以及自動防故障系統(tǒng)、電源等輔助模塊組成。它是一種全新概念的轉向系統(tǒng)，由于其取消了方向盤與轉向車輪間的機械連接，通過軟件協(xié)調它們之間的運動關系，可以實現(xiàn)一系列傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)無法實現(xiàn)的特殊功能。汽車線控轉向系統(tǒng)能夠減輕駕駛員的負擔、提高整車主動安全性，使汽車性能適應更多非職業(yè)駕駛員的需求，對廣大消費者有著巨大的吸引力[9]。但是由于可靠性要求及制造成本較高，該系統(tǒng)距離普及仍有一段距離。 3. 課題設計（或研究）的內容 本畢業(yè)論文課題的研究內容主要包括： 1. 熟悉和掌握汽車轉向系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其各大類型分類； 2. 比較研究各種汽車轉向系統(tǒng)在實際汽車車型中的應用； 3. 熟悉和掌握汽車轉向系統(tǒng)的結構構造和工作原理； 4. 熟悉和掌握汽車轉向系統(tǒng)的功能特點和關鍵技術參量； 5. 分析和研究汽車轉向系統(tǒng)在國產化設計、制造時的應注意的事項； 6. 分析未來汽車轉向系統(tǒng)的發(fā)展新趨勢 總之，本設計的主要工作就是設計汽車轉向系統(tǒng)的結構組成、功能特點和技術參量；通過大量的數據文獻資料及實踐調研得出汽車轉向系統(tǒng)的實際應用。 4. 設計（或研究）方法 為了提高駕駛舒適度，減駕駛員的負擔，本方案采用液壓助力轉向系統(tǒng)，以減輕駕駛員的轉向力。 1、機械式轉向器的選擇 機械式轉向器常見的有齒輪齒條式、循環(huán)球式、球面蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式等。齒輪齒條式轉向器利用齒輪齒條將方向盤的回轉運動轉換為橫拉桿的直線運動，由于齒條可集成為橫拉桿的一部分，固可省去轉向直拉桿，使轉向系結構，體積減小，所以本轉向器采用齒輪齒條式結構。目前大部分客車轉向系統(tǒng)也都采用該結構。 2、布置方案的選擇 液壓動力轉向系中，根據機械式轉向器、轉向動力缸和轉向控制閥三者在轉向裝置中的布置和聯(lián)接關系的不同，液壓式動力轉向裝置分為整體式、組合式和分離式三種結構形式。整體式結構緊湊、占用空間少，且適用于齒輪齒條式轉向器，加上由于微型客車空間限制，本設計選用整體式布置方法。 5. 實施計劃 5周 調研，搜索、分析資料。 6周 全組集體討論，確定總體方案與部件方案，撰寫開題報告 7—9周 完成主要總圖設計。 10—11周 完成零、部件圖設計，并完成機繪圖。 12—13周 按要求整理、編寫設計說明書、整理圖紙及全部設計文件，最后交卷。 14周 老師審核、護審評閱設計，答辯，評定成績。 指導教師意見 指導教師簽字： 年 月 日 教研室意見 教研室主任簽字： 年 月 日 畢 業(yè) 設 計（ 論 文 ）任 務 書 （指導教師填表） 填表時間：2015 年 3 月31 日 學生姓名 張崢耀 專業(yè)班級 車輛 11 指導教師 林維 課題類型 工程設計 設計（論文）題目 柴油動力微型客車設計（轉向系設計） 主要研 究內容 該車的基本參數為：柴油發(fā)動機，最高車速140KM/h，最小轉彎半徑≤4.5米，乘員人數6~8人，擋位數4+1(或5+1)。 參照微型客車的整體布局參數（網上可以查到）、微型客車底盤實物（車輛實驗室整車陳列室內）、微型轎車實物（車輛實驗室整車拆裝室內）和有關的其他車型（查閱有關資料），完成該車的底盤（總體）設計任務。 主要技 術指標(或研究目標) 完成該車的轉向系設計，繪制總和不少于3張零號圖紙的結構設計圖、裝配圖和零件圖，其中應包含用計算機（或手工）繪制的具有中等難度的1號圖紙一張以上。 按要求格式獨立撰寫不少于12000字的設計說明書，應有中英文摘要（中文摘要不少于400字），全部用計算機打印（編排要求到河南科技大學教務處網站查：河南科技大學畢業(yè)設計（論文）指導手冊），查閱與課題相關的文獻資料15篇以上，獨立完成10000以上印刷符號的外語資料譯文。 進度計劃 （5周） 調研，搜集、分析資料。 （6周） 全組集體討論，確定總體方案與部件方案，撰寫開題報告（模板到“教育在線”下載）。 （7 —9周） 完成主要總圖設計。（其中4月30日下午至少交第一張零號圖） （10—11周） 完成零、部件圖設計，并完成機繪圖。（5月25日下午交其余部分圖紙） （12—13周） 按要求整理、編寫設計說明書、整理圖紙及全部設計文件，最后交卷。（6月4日下午四點交全部圖紙及設計說明書） （14周） 老師審核、互審評閱設計，答辯，評定成績。 主要參 考文獻 汽車構造； 汽車理論； 汽車設計； 汽車車身結構與設計； 車身造型； 汽車車型手冊； 有關汽車行業(yè)雜志。 機械零件設計手冊 研究所（教研室）主任簽字： 2013 年 4 月 2 日 車輛與交通工程學院畢業(yè)設計說明書 柴油動力微型客車設計（轉向系設計） 摘 要 這次我們是進行微型客車的轉向系統(tǒng)的設計，因為所設計的車輛較輕，而且尺寸比較小，空間布局緊湊，所以采用機械的轉向系統(tǒng)。 因為微型客車空間結構緊湊，且制造成本有限，所以要求微客的轉向系統(tǒng)能夠適應這些要求，因此它的轉向系占用汽車的空間要小，占汽車整體質量的比重要竟可能的小，而且要耐用和便宜，并且同類轉向系統(tǒng)市場占有率高，便于維修。因此我們綜合以上因素考慮各類轉向器的優(yōu)缺點，最終鑒于齒輪齒條轉向器構造簡單，占用空間小，且質量輕，性能可靠，其傳動效率高達90%,并且能夠自動消除傳動間隙，另外其廣泛用于乘用車上。選 用的轉向器的傳動部件是齒輪和齒條。而且其比較適合用整體的液壓助力。 因為獨立懸架已經相當普及，因此選用斷開式的轉向傳動機構。 本設計首先確定了齒輪齒條的齒形，而后確定了轉向系的主要性能參數。之后對齒輪齒條的齒形、材料以及尺寸大小強度進行了計算以及強度校核。然后對標準件進行選擇，并對轉向傳動機構和轉向操縱機構進行設計。 關鍵詞：微型客車，齒輪齒條式轉向器，斷開式轉向梯形，液壓助力，強度校核 V DIESEL-POWERED MINI-BUS STEERING SYSTEM DESIGN ABSTRACT This time we are performed minivan steering system design because the design of the vehicle is lighter, and the size is relatively small, compact space layout, so use mechanical steering system. Because the mini-bus compact space, and limited manufacturing costs, requires slightly off the steering system to adapt to these requirements, so it's steering the space occupied by the car to be small, accounting for the overall quality of the car more important than actually small as possible, but also to durable and inexpensive, and similar steering system market share, ease of maintenance. Therefore, we consider the advantages and disadvantages of various types of above factors steering the final view of the rack and pinion steering gear structure is simple, small footprint and light weight, reliable performance, the transmission efficiency of 90%, and can automatically eliminate drive space, additional It is widely used on passenger cars. Choose transmission components with the steering rack and pinion. And it more suitable for use as a whole hydraulic power. Because independent suspension has been quite popular, so choose Disconnect the steering mechanism. The design is first identified toothed rack and pinion, and then identified the main performance parameters of the steering system. After the toothed rack and pinion, material strength and size were calculated and the strength check. Then select standard parts, and the steering mechanism and steering mechanism design. KEY WORDS: micro-buses, rack and pinion steering, disconnect steering trapezoid, hydraulic power, strength check 目 錄 前 言 1 一、設計轉向系的目的與意義 1 二、轉向系統(tǒng)的類型 1 三、汽車轉向系統(tǒng)的國內外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 3 四、本課題研究的問題與研究方法 5 第1章 轉向系設計要求及基本參數 7 §1.1. 設計轉向系的要求 7 §1.2. 整車基本參數 7 第2章 機械式轉向器方案分析 9 §2.1. 轉向器的分類及設計選擇 9 §2.2. 轉向器輸入輸出形式選擇 10 §2.3. 齒輪齒形選擇 11 §2.4. 齒條形狀選擇 11 §2.5. 齒輪齒條式轉向器的布置形式 12 第3章 轉向系主要性能參數 13 §3.1. 轉向輪側偏角計算 13 §3.2. 轉向系傳動比與計算載荷的確定 14 §3.3. 轉向器傳動副的傳動間隙 15 第4章 齒輪齒條的設計 16 §4.1. 齒條的材料、參數、熱處理方式 16 §4.2. 計算許用應力的確定 16 §4.3. 齒輪齒條的設計 17 §4.3.1. 齒輪的設計 17 §4.3.2. 齒條的設計 19 §4.4. 齒輪齒條的強度校核 19 §4.4.1. 齒輪齒面接觸疲勞強度校核 19 §4.4.2. 齒條的強度計算 20 §4.5. 齒輪軸強度校核 21 第5章 其他零件的選擇與潤滑方式確定 26 §5.1. 軸承的選擇 26 §5.2. 轉向器潤滑方式 26 第6章 轉向傳動機構的設計 29 §6.1. 轉向橫拉桿 30 §6.1.1. 橫拉桿材料的確定 30 §6.1.2. 橫拉桿截面尺寸計算 30 §6.1.3. 球頭銷選擇 31 §6.1.4. 球頭銷強度與耐磨性計算 33 第7章 轉向操縱機構設計 34 §7.1. 轉向盤 34 §7.2. 轉向軸和轉向柱管的結構設計 34 §7.2.1. 轉向軸上半軸計算 35 §7.2.2. 轉向軸下半軸（管）的設計計算 36 第8章 液壓助力機構 37 §8.1. 工作原理 37 第9章 結 論 38 參考文獻 39 致 謝 40 前 言 一、設計轉向系的目的與意義 在汽車運動過程中，駕駛人員能夠通過一套傳動機構改變改變汽車的前進方向，以符合自己的意志，這稱之為汽車轉向。在轉向中用到的傳動機構就是轉向系統(tǒng)。汽車轉向系統(tǒng)要能在汽車由于各種各樣的原因的干擾下改變了汽車行駛方向的情況上，能夠有效的按照操縱人員的想法糾正行進路線。 一套優(yōu)秀的轉向系統(tǒng)能夠大大降低乘務人員在車輛事故中的受傷程度，起到保護乘務人員的目的。 除此之外一輛汽車的操縱舒適性也與轉向系的設計有著不可分割的聯(lián)系，在轉向系的設計中要考慮到怎樣減輕駕駛員的疲勞感，并要能及時通過轉向系統(tǒng)反饋給駕駛人員程度合適的路感，以增加駕駛樂趣 現(xiàn)代汽車上轉向系統(tǒng)是必不可很少的部分，它也是體驗駕駛汽車樂趣的最主要工具。對轉向系的設計能夠幫助我們加深對轉向系各類型、各零部件的認識了解，而且可以通過數據比對中的微小差距比較汽車性能之間的差異性。 二、轉向系統(tǒng)的類型 按照轉向動力的輸出源的不同可以將轉向系分為機械轉向系和動力轉向系兩大類。 1. 機械式轉向系統(tǒng)： 機械轉響系統(tǒng)的整個系統(tǒng)的林部件很多都是機械的，它是由操作人員通過自己臂力實線轉向的。它由三大部分組成，分別是操左部分、轉向其和傳懂部分。這種轉向系統(tǒng)的工作步驟大致是：操作人員通過轉向盤將施加的轉向扭矩傳到轉向軸進而傳到萬向節(jié)，萬向節(jié)經過一系列的傳動軸將力矩傳入了裝向器中，從轉向器中輸出的力矩是已經被放大了并減速的，接著傳給轉向節(jié)臂，進而促使轉向車輪發(fā)生相應方向的偏轉，最終導致車輛實現(xiàn)轉向。 2. 動力轉向系統(tǒng)： 這種動力的相比于機械的最大的不同點就是它的轉向驅動力大部分 分都是由發(fā)動機提供的，駕駛的人只提供一小部分動力。這種向統(tǒng)系能夠省去大量的人力，使駕駛的人員在開車的時候能夠更輕松，就不怎么會累了。 動力轉向系統(tǒng)圖 三、汽車轉向系統(tǒng)的國內外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 從汽車誕生那一刻起，汽車就開始慢慢改變人們的生活，同時汽車也被生活改變，特別是近代社會各門科學技術的全面迅速發(fā)展，汽車不僅僅是簡單的鋼鐵機器，而是結合了當下各類學科的實驗成果，在汽車應用了機械、電子、材料等學科。汽車在隨著時間的推移不斷的向前發(fā)展，同樣，組成汽車的各大系統(tǒng)也在日新月異的發(fā)展。 1. 機械式的轉向系統(tǒng) 汽車最初的時候采用這類型系統(tǒng)，其全部都是用機械部件，沒有任何助力機構，所以轉向時需要轉向力越大的汽車所需的方向盤的直徑也越大，這樣才能產生足夠大的轉向力，但也帶來一個弊端，其偌大的方向盤占用了汽車駕駛室很大的空間，所以在駕駛位置需要留出足夠大的空間以使操縱方向盤。這種轉向機構轉向笨重，非常耗費駕駛員的體力，容易產生駕駛疲勞感，并且特別重的汽車應用這種系統(tǒng)時，很難實現(xiàn)轉向，所以其使用范圍很有限。但這種系統(tǒng)各部件的質量非常可靠，使用壽命較長，并且容易制造，成本較低，所以現(xiàn)在一些微型載貨車、農業(yè)機械車上還在使用。 2. 液壓動力轉向系統(tǒng) 從上個世紀的中葉開始，人們開始著眼用液體產生助力的研究，從那時開始這種系統(tǒng)逐步運用到汽車上。這也是轉向系統(tǒng)變革的起點，從此轉向系統(tǒng)由全人力轉向開始轉變?yōu)檩o助人力轉向。這種系統(tǒng)就是在原來機械的基礎上加了一套液壓助力裝置，其結構較為簡單，同時也比較可靠，而且隨著經過半個多世紀的發(fā)展完善，其相對其他助力來說技術更加豐富，成熟。這種轉向系統(tǒng)利用液體的優(yōu)點，有效的緩和了地面的沖擊力，從而減輕或基本消除了打手現(xiàn)象，使駕駛員起來更加舒適和輕松，大大減小了駕駛員的疲勞感，也有利于保證汽車的行駛穩(wěn)定。? 不足： 1) 在從設計到完全將一輛汽車制造出來后，這個汽車的液壓轉向系的特性也就確定了，如果轉向系的調教沒有調整合適的話，就會在不同的車況下得不到相應的助力，以至于對駕駛員產生相反的作用，以至于背離它的使用目的。 2) 發(fā)動機的曲軸只要在轉動，液壓系統(tǒng)就會一直在工作的狀態(tài)，即使汽車不需要轉向，這樣會白白浪費掉發(fā)動機產生的部分能量。 3) 如果出現(xiàn)泄漏液壓油的問題，不僅會造成污染環(huán)境造成污染，還可能會因為這個問題導致其他零部件受到不同程度的損傷。 4) ?低溫環(huán)境下，液壓系統(tǒng)的工作性能比較差。 3. 電液助力轉向統(tǒng) 由于電子技術發(fā)展的相當快，它的強大優(yōu)點也開始凸顯出來，所以也逐漸將電子技術運用到汽車轉向系統(tǒng)上來。所以轉向系上越來越多的應用應用電子元件，這就發(fā)明了電液助力轉向系統(tǒng)。電液助力轉向可以分為兩類，但力來源于汽車上的電動機，所以可以不去消耗發(fā)動機的產生的能量，提高燃油效率。同時這種轉向系統(tǒng)可以通過行車電腦根據汽車行進時的各種動態(tài)參數發(fā)出的信號適時地調整電動機的轉速以調整液體壓力的大小，以使汽車在不同的狀態(tài)下能夠實現(xiàn)變速轉向。這種轉向系統(tǒng)可以適時地停機，在不需要轉向時，這種系統(tǒng)是不會消耗能量。這種轉向系統(tǒng)有效的提高了轉向系的效率，并且節(jié)省了機動的發(fā)的能耗。? 4. 汽車線性控制的能夠轉向的系統(tǒng) 這種轉向系統(tǒng)跟以往的轉向系統(tǒng)不同，它幾乎是由電子元件組成，而且它分為許多模塊，這些模塊包括三個主要模塊和兩個輔助模塊，所以這種轉向跟以往的轉向系統(tǒng)有很大的區(qū)別，它沒有了方向盤之后的傳動軸，而是通過各種電子軟件實現(xiàn)轉向車輪與轉向盤的同步運動。因為取消了許多中間的機械傳動件，所以更有效的保證了駕駛員的安全，并且可以通過電控軟件調整轉向特性，以適應不同人的駕駛習慣，同時還能在駕駛員不同狀態(tài)下有效的調整駕駛靈敏度，以避免駕駛員在各種不正常駕駛狀態(tài)下發(fā)生事故。但是這種系統(tǒng)它的可靠程度很低，還需要繼續(xù)提高，主要是因為轉向系的各電子部件只要有一個出現(xiàn)問題，整個轉向系統(tǒng)都會無法工作。但鑒于這種轉向系統(tǒng)的諸多前沿性優(yōu)點，所以這種轉向系統(tǒng)還是未來的發(fā)展方向。 四、本課題研究的問題與研究方法 本次設計轉向系統(tǒng)需要確定比較各轉向器的優(yōu)缺點，確定需要設計的轉向器，在設計時還需要根據汽車的尺寸合理的設計轉向器的大小，并保證整個轉向系統(tǒng)能夠合適地安裝到汽車上。同時需要確定各零部件的材料，并保證零部件的強度要符合汽車在極限情況下符合要求。所以根據以上問題，需要結合《汽車設計》和《機械設計》還有其他相關手冊，總結出最優(yōu)的設計方案，最后通過設計數據畫出系統(tǒng)模型，并與汽車模型進行匹配以確定設計數據正不正確。 第1章 轉向系設計要求及基本參數 §1.1. 設計轉向系的要求 1． 在汽車轉彎時，汽車的全部車輪必須繞一個轉向點轉向，并且不能準任意車輪有策劃，不滿足這項要求就會加速車路磨損，并且不利于車輛轉向的穩(wěn)定。 2． 在汽車行進過程中，轉向輪中心線與汽車軸線不垂直而是成一定的銳角，如果駕駛員松開方向盤，轉向輪中心線會自動與汽車軸線垂直。 3． 無論汽車在什么情況下，自振都不會在汽車的轉向車輪與方向盤之間發(fā)生 4． 在前橋上發(fā)生不協(xié)調的時候，前橋上的車輪應該以最小幅度擺動。 5． 汽車能夠靈敏地轉彎，并且轉彎半徑要小，而且機動性要強。 6． 操作輕便。 7． 汽車的車輪發(fā)生撞擊時，方向盤能夠感受到的撞擊力要盡量的小。 8． 轉向輪通過球頭與轉向傳動機構連接，球頭會因為磨損產生間隙，因此需要有球頭處有自動消除間隙的調整機構。 9． 在向輪通過球頭與轉向傳動機構連接，球頭會因為磨損產生間隙，因此需要有車輛發(fā)生撞擊事故時，車架可能發(fā)生變形，轉向系統(tǒng)的有些部件可能會向車內移動，轉向系有能防止或減輕駕駛員傷害的裝置。 10． 轉向輪不能與駕駛員的操作動作出現(xiàn)相反的動作。 §1.2. 整車基本參數 整車質量 ：1230kg 滿載總質量 ：1720kg 長\寬\高 ：3993\1607\1980 前輪距 ：1360mm 軸距 ：2600mm 滿載軸荷分配：前/后 946/774kg 輪胎 ：175/65 R14 輪胎壓力p/MPa：0.3MPa 主銷偏移距a : 70mm 轉向盤直徑 ：400mm 最小轉彎半徑：4500mm 第2章 機械式轉向器方案分析 §2.1. 轉向器的分類及設計選擇 1. 齒輪齒條式轉向器 顧名思義，這種轉向器的主要傳動部件就是齒輪與齒條，其中，齒輪是連接轉向軸的，齒條直接與轉向拉桿連接，省去了轉向直拉桿的零件，所以這種轉向器占用體積小，另外由于這種轉向器最要的材料是鋁合金或鋁鎂合金，所以整個質量占整車的比重非常小。由于這種轉向器采用齒輪與齒條直接嚙合傳動，省去了中間復雜繁多的傳動機構，所以傳動效率高達90%，而且在齒條背部安裝有壓緊癱瘓，這種結構設計有助于自動消除齒輪齒條之間因各種問題出現(xiàn)的間隙，使其保持有效的傳動效能。這種轉向器結構簡單，所用零部件又是常用零部件，且零部件較少，所以其制造成本非常低，性價比很高。 同樣在其優(yōu)點的背后也有不少缺點，因其直接傳動效率非常高，所以也導致其容易將路面的對車輪的作用力大部分傳給方向盤，造成打手，駕駛員需要時刻保持注意力，牢牢抓住方向盤，以防止汽車偏離行駛方向，這容易造成駕駛員緊張，長時間緊張會消耗駕駛員很大的體力，所以容易造成其疲勞。 2. 循環(huán)球式轉向器 這種轉向器是中由許多傳動部件，這種轉向器因為其內部的傳動機構使采用滾動傳動，所以大大降低了轉向器的磨損，，有利于提高其有效壽命，再加上在制作加工工藝上采取相應的改進措施后，其能夠使用的年限更加提高。它的傳動效率也非常高。同樣他們之間的間隙也是調整起來相當簡單，并且這種轉向器很時候做成整體式轉向器。 這種轉向器的主要缺點就是：反向的效率也很高，而且還復雜，并且由于需要做球槽，且要求有一定精度，所以制造成本高，且制造困難。 3. 蝸桿滾輪式轉向器 顧名思義，這種轉向器的主要核心傳動部件就是蝸桿與滾輪，它的結構類似于齒輪齒條式轉向器，蝸桿與滾輪直接嚙合，所以它與齒輪齒條有部分相同的優(yōu)點，如結構簡單、質量可靠，并且因其獨特的嚙合方式，大大減小了傳動部件因滑動摩擦造成的磨損，而且它從結構設計上大大降低了逆效率。 但一切都是相對的，在降低逆效率的同時，它的正效率也被降低，而且這種轉向器內部沒有自動調整間隙的裝置，所以這種轉向器已經逐漸的被淘汰。 4. 蝸桿指銷式 蝸桿的主要作用是進行主動轉向的，曲柄銷是傳遞運動的。并且蝸桿上的螺紋時變半徑的，中間小，兩邊大，，而曲柄銷外端連接的是轉向搖臂。所以當蝸桿轉動時，帶動曲柄繞銷軸轉動。曲柄銷外還大有一個轉向搖臂這種轉向器的最大優(yōu)點就是它的傳動比可以做成變化的也可以做成不變的，同樣他們相對位置的調整也是很簡單的。這種結構的轉向器多用在載貨汽車上。 齒輪齒條轉向器多用在比較小和比較輕的汽車上，并且綜合考慮各轉向器的優(yōu)缺點，最后選定齒輪齒條轉向器。 §2.2. 轉向器輸入輸出形式選擇 齒輪齒條轉向器共有四種輸入輸出形式。 中間輸出，側邊輸入方案使拉桿長度邊長，同樣也使得車輪上下跳動相同的距離，但拉桿的擺角卻變得小了，這就減少了拉桿的運動干涉。。但由于需要早殼體中間開長槽，所以這就降低了殼體的強度。 兩端輸出，側邊輸入方案因為其拉桿的長度減小，所以傳動精度較高，而且拉桿撓度降低。但其運動干涉的概率較高。但現(xiàn)在嬌客車多使用兩端輸出，側邊輸入的方案。 2-2 齒輪齒條式轉向器的四種形式 最終確定本設計轉向器的輸入輸出方案為側邊輸入，兩邊輸出。 §2.3. 齒輪齒形選擇 如果齒輪齒條轉向器采用直齒齒輪和直齒齒條嚙合，因為其嚙合面積較小，所以齒輪齒條嚙合區(qū)單位面積上承受的壓力較大，所以造成單位面積承受的沖擊力增大，以至于轉向器的運行平穩(wěn)性降低，而且因為沖擊較大導致噪聲過大。將齒輪齒條的齒形變成斜齒，則嚙合區(qū)的嚙合面積增大，單位面積承受的壓力減小，且沖擊力減小。所以用斜齒。 §2.4. 齒條形狀選擇 它有三種形狀。 比較各種各種截面形狀的齒條的優(yōu)缺點，圓形的制作起來比較簡單，其他形狀的比較節(jié)省材料，所以同樣大小的齒條，除圓形算面之外的其他兩種齒條質量要輕很多。通常齒條與托座之間裝有防止摩擦造成磨損的材料制造成的墊片，如果有使轉向齒輪繞中心軸線旋轉的力矩就應該選用除圓形斷面的其他兩種斷面。這樣可以防止齒條旋轉，如果不這樣做那就會出現(xiàn)吃輪與齒條嚙合不正確的情況。 本次設計決定選用和圓形截面的齒條。 §2.5. 齒輪齒條式轉向器的布置形式 因為不同的汽車因為空間布局的不同，轉向器的安裝位置也不盡相同，但鑒于整個轉向系統(tǒng)相對于在前橋支撐架上的位置相對于前橋軸線的前后可以分為四種類型，分別是： 圖2-5 經過查閱國內外各種同類型汽車轉向機構的安裝位置，發(fā)現(xiàn)大部分采用第一種方案，將轉向機構安裝在前橋后面，本次設計也采用同樣的布置形式。 第3章 轉向系主要性能參數 §3.1. 轉向輪側偏角計算 整車的機動性與轉向系統(tǒng)的最小轉彎半徑有關，本次設計最小轉彎半徑為4.5mm，由圖4.1得轉向輪外輪最大轉角 (3-1) 為最小轉彎半徑 L為汽車軸距。本設計軸距為L=2600mm 圖3-1轉角圖 外側車輪的偏轉角 由圖3-1可得內轉向輪最大偏轉角公式 (3.2) B為兩側主銷軸線與地面交點之間的距離 B=K-2a a為主銷偏移距，指轉向節(jié)主銷軸線延長線與支撐平面的交點到轉向輪中心線與支撐平面交點的距離。本此設計輪胎寬度為175mm，所以a取70mm。 K為前輪輪距，K=1360mm 可得B=1360-270=1220mm 于是得轉向輪內輪轉角 §3.2. 轉向系傳動比與計算載荷的確定 為了校核強度，需要確定零部件的受力情況。這些力主要會被作用在轉向軸上的載荷，車輪行進時輪面給車輪的阻止力，還有輪胎的氣體壓力。轉向輪左右轉動的時候要克服很多阻力，這些阻力大致包括車輪繞主銷軸轉動所克服的轉向阻力扭矩，車輪轉動時輪胎變形產生的阻力和系統(tǒng)內部阻力。 轉向時候的阻力： 所以=380269.92Nmm 轉向系的角傳動比為轉向盤的角速度與同側轉向節(jié)角速度之比 ====17.6 n為轉向盤從一側轉到另一側的轉動圈數； 乘車用車方向盤由直線行駛轉到最小轉向半徑的圈 數不得超過兩圈，n取4 作用在轉向盤上的力: 為轉向盤直徑； 為轉向器角傳動比，本設計中此傳動比與轉向系角傳動比相同 取90% 所以= 作用在方向盤上的力矩 轉向系的力傳動比為輪胎接地中心作用在兩個轉向輪上的合力與作用在轉向盤上的力之比： ==50.29 §3.3. 轉向器傳動副的傳動間隙 傳動元件嚙合點出現(xiàn)的間隙就是傳動間隙，該間隙隨著轉向操縱機構轉角的不同而不同。 這個間隙特性的研究意義是因為它能夠反映汽車直線行駛時，保持這種狀態(tài)的能力和這種轉向器能發(fā)揮有效作用的年限。汽車在大部分狀態(tài)下都是保持直線行駛，所以傳動副在中間和中間附近的地方使用很頻繁，所以中間的地方磨損相當嚴重，就會出現(xiàn)多余的間隙，如果不消除這種間隙就會出現(xiàn)轉向失靈，并且無法保證直線行駛。所以一定要適時調整轉向器的磨損間隙，并且調整后轉向盤能平滑的轉向任意一側。 圖3-2轉向器傳動副傳動間隙 圖中曲線1表明轉向器在沒有發(fā)生摩擦損失之后的間隙的變化趨勢；曲線2表明已出現(xiàn)摩擦損失之后間隙的大小隨轉動位置不同時間隙的變化特性。曲線3表示的是調整后的。 第4章 齒輪齒條的設計 §4.1. 齒條的材料、參數、熱處理方式 由前可知本設計采用的是斜形齒，齒輪與齒條法向模數取m=2.5，齒數z=7, 法向壓力角α=20°，齒輪螺旋角為β=12°，齒條齒數應根據轉向輪達到的值來確定。齒輪傳動的力矩大小為作用在轉向盤上的力矩為（圓整為25Nmm），轉向器額定單日工作時間為８小時，并且最低需要能夠使用五年。 初步選定齒輪和齒條齒頂高系數=1；頂隙系數=0.25；齒輪的變位系數=0.65 齒輪的材料選擇：齒輪???16MnCr5，滲碳淬火，齒面硬度54-62HRC? 齒條 45#，表面淬火，齒面硬度56HRC §4.2. 計算許用應力的確定 接觸疲勞許用應力[]= 彎曲疲勞許用應力[ 16MnCr5的接觸疲勞極限=1500MPa 彎曲疲勞極限=425MPa 45號鋼的接觸疲勞極限 =1300MPa 彎曲疲勞極限=530MPa 齒輪齒條所受的應力循環(huán)次數 N=60njL=0.72 查表得材料壽命系數 16MnCr5 =1.32 Y=1 45號鋼 =1.32 Y=1 查表得安全系數 應力修正系數為 =2 計算許用應力 16MnCr5 []= 45號鋼 []= §4.3. 齒輪齒條的設計 §4.3.1. 齒輪的設計 1. 按齒根彎曲疲勞強度設計 （1）試取K= （2）斜齒輪的轉矩 T=２５N·m （3）齒寬系數 （4）齒輪齒數 （5）復合齒形系數 = （6）許用彎曲應力 =607.14MPa 所以 (7) 圓周速度 (8)計算載荷系數 1） 由表查得 使用系數=1 2） 根據和8級精度，查表得 3） 根據表查得　　齒向載荷分布系數 4） 由表查得　　齒間載荷分布系數 　　　　　　　 5）計算模數＝，取mm 2. 齒輪幾何尺寸的確定 分度直徑：d==mm 齒頂高 ：2.5（1+0.65）=4.125mm 齒根高 ：2.5（1+0.25-0.65）=1.5mm 齒高 ：4.125+1.5=5.625mm 齒頂圓直徑：17.89+24.125=26.14mm 齒根圓直徑：=17.89-21.5=14.89mm 端面壓力角：20.41 基圓直徑 : 17.85cos20.41=16.77mm 法向齒距 ：=7.85mm 端面齒距 ：8.03mm 法向齒厚 ：5.1mm 端面齒厚 ：5.24mm 齒輪中心到齒條基準線的距離：H=10.57mm 齒條齒寬 ：==17.89mm，圓整為18mm 齒輪齒寬 ：mm §4.3.2. 齒條的設計 齒輪齒條的嚙合有兩個特點: 1) 齒輪的節(jié)圓是永遠重合與分度圓的，但是齒條的卻不是只有在齒條和標準齒輪嚙合的情況下才會與自己的節(jié)圓重合。 2) 齒輪與齒條的嚙合角永遠等于壓力角. 因此,齒條法向模數m=,壓力角 齒條為圓形斷面 齒條齒頂高： 齒條齒根高： 齒條齒高 ：2.5+3.125=5.625mm 法向齒厚 ： 端面齒厚 ： 又因為齒條長度： n為轉向盤總轉動圈數，n取4 所以齒條長度為 齒條齒數 §4.4. 齒輪齒條的強度校核 §4.4.1. 齒輪齒面接觸疲勞強度校核 校核公式為　 1　 查表得　彈性系數?。? 2　 查表得　區(qū)域系數?。? 3　 重合度系數　?。? 4　 螺旋角系數　?。? MPa1980MPa 由計算結果可知齒輪強度符合要求。 §4.4.2. 齒條的強度計算 1. 齒條受力分析 在本設計中，根據前面計算可知在轉向器輸入端施加的扭矩 T = 24.006Nm，取為25Nm，一般都會在齒輪齒條的嚙合點之間會加以潤滑。 本設計中齒條的齒受力與斜齒輪的受力情況很相似，齒條的受力分析如下圖 圖4-1齒條的受力分析 不考慮其他里的情況下，將垂直齒面的法向力Fn分成三個相互垂直方向的力，這三個力分別是徑向力Fr，切向力Ft和軸向力Fx。各力的大小為： F= F= F= F = 式中——齒輪軸分度圓螺旋角；——法面壓力角。 齒輪軸受到的切向力： F = =2794.86 N 式中T——作用在輸入軸上的扭矩，T為25Nm；d——齒輪軸分度圓的直徑。 齒條齒面的法向力： F= =3040.67N 齒條齒部受到的切向力： =2857.4N 2. 齒條齒部彎曲強度的計算 齒條的單齒彎曲應力： 式中： ——齒條齒面切向力； ——齒條計算齒高 ； =6.2mm 結合以上的數據，將它們代入上面那個公式就可以得出齒條齒跟處的彎曲應力： =549N/mm <=757MPa §4.5. 齒輪軸強度校核 1. 齒輪軸最小軸徑 由于齒輪的基圓直徑17.89mm=，數值較小，如果將齒輪通過鍵連接到軸上的話，會導致整個傳動系統(tǒng)的強度降低，影響使用壽命，所以將齒輪與軸設計成一體，由于主動小齒輪選用16MnCr5材料制造并經滲碳淬火，因此軸的材料也選用16MnCr5材料制造并經滲碳淬火。 查表得：16MnCr5材料的硬度為60HRC，抗拉強度極限650BMPa，彎曲疲勞極限=1300MPa，剪切疲勞極限=1155MPa，轉速n=10r/min，許用彎曲應力[]=60MPa ,許用剪應力[]=65MPat =最小軸徑 mm 2. 軸的受力分析 如果不去考慮齒輪與齒條嚙合吃面間的摩擦力，則作用在嚙合點的法向力Fn就可以分解成三個垂直方向的力，這三個力分別是徑向力Fr、圓周力Ft和軸向力Fa=2×25Nm/17.89=2794.86； =1039.97； =594.07N (1) 畫軸的受力簡圖 圖4-2軸的受力簡圖 (2) 計算支承反力 在垂直面上 在水平面上 (3) 畫彎矩圖 a-a剖面右側 a-a剖面右側 轉矩 =2794.86×17.89/2=25000 3. 判斷危險剖面 由以上計算過程判定a-a截面的左側是危險截面 4. 軸的彎扭合成強度校核 查得，， =60/100=0.6。 a-a截面左側 軸的抗彎截面系數 a-a截面左側 抗彎截面系數 抗扭截面系數 彎曲應力 應力幅 平均應力 切應力 安全系數 查表得綜合影響系數=2.3 =1.75 由表查得絕對尺寸系數 軸按磨銷加工，查得表面質量系數為 材料的特性系數 (4.40) (4.41) 許用安全系數[S]=1.3～1.5，因為S>[S]，所以a-a剖面安全，軸設計合理。 第5章 其他零件的選擇與潤滑方式確定 §5.1. 軸承的選擇 1、選用深溝球軸承（GB/T 276―1994）如圖5-1所示。 軸承代號：6001 數量：1個 6006 1個 圖5-1 深溝球軸承 表5-1 選用深溝球軸承（GB/T 276―1994） §5.2. 轉向器潤滑方式 1、對轉向器的潤滑主要有兩個原因： （1）減小齒面間滑動磨損量。 （2）降低由于滑動摩齒輪工作時齒面間相互摩擦所導致的齒面溫度升高。 為了解決以上兩個原因引起的問題，要選擇合適的潤滑油以及相應的方法，才能解決以上問題。 2、具體的潤滑方法可以分為以下三類： （1）潤滑脂潤滑法 這種潤滑方法主要是在速度相對較低的并且箱體是開式或者閉式的齒輪傳動中。而且使用這種方法需要一定的條件，如果使用不當就會起到相反的作用，在此主要列出三點： 1）有合適的流動速度 要想潤滑脂的能夠有效的在各潤滑部位流動，就需要潤滑脂有高的流動性。 2）不能用在承受載荷非常大的并且一直轉動的地方。 潤滑脂自身的冷卻效果并不是很理想，所以它在高負荷下不容易散熱。這就會出現(xiàn)溫度過高的問題。 3）使用的量要根據所用部位的大小適量添加 量過多過少都會影響潤滑的效果，量少了，零部件不能全部被潤滑，良多了又會造成密度過大，造成阻力。 （2）飛濺潤滑法（油浴潤滑） 這種方法是在殼體底部放置一定深度的潤滑油，然后將齒輪的一部分伸入油中。通過轉動將油送到其他零部件上。 使用飛濺潤滑法（油浴式）時，有許多需要注意的問題，這里就油面的規(guī)定及齒輪箱的最高油溫做以說明。 1）油面的高度 油面高度要合適，不能太低也不能太高，低了潤滑不到位，高了又會增大攪拌阻力，并且要安裝油盤防止油面落差大。 2）齒輪箱的極限溫度 隨著工作時間的增長，由于各種原因，箱體的溫度會逐漸上升，而溫度身高對潤滑油的性能會產生不利的影響，所以需要適時給箱體降溫，，冷卻潤滑油。 3）強制潤滑法（循環(huán)噴油潤滑） 這種方法就是直接用泵之類的將潤滑油噴射到需要潤滑的零部件上。 根據不同的上油方法，可以分為三種類型： 滴下式，噴射式和噴霧式三種。 1）滴下式 利用導管將潤滑油直接注入到嚙合部。 2）噴射式 利用噴油嘴將潤滑油直接噴射到嚙合部。 3）噴霧式 利用氣壓差將油液霧化，然后由氣體動能噴射到零部件上。這種潤滑方法特別常用在高速傳動時。 使用這種方法所需的裝置要求比較高，裝置內的每一個部件都必須是嚴格配套的。因此這種方法多在速度高而且齒輪大的裝置中使用。 強制潤滑法的好處在于，在經過裝置內的過濾器，并經過冷卻器降溫，并將粘稠度調整適中后的潤滑油按照各個部位需要的量精確的送達，是最良的齒輪潤滑方式。 經過上面的對比，最終選擇轉向器的潤滑方式：潤滑脂人工定期潤滑 第6章 轉向傳動機構的設計 所謂的轉向傳動和機構顧名思義就是傳遞力的使車輪繞車輪的主銷軸線發(fā)生能與駕駛員轉動方向盤的動作同步同向的偏轉，以使車輛實線繞其瞬時中心的圓周轉動。并且此時車輪能夠無滑動的進行轉向。為了讓左右轉向車輪偏轉時能實現(xiàn)以上要求，就要求有一套精確的設計來實現(xiàn)這一運動學要求。 下圖所示的的一種轉向機構的示意圖。 因為本設計省去了轉向直拉桿和轉向搖臂，所以要將轉向橫拉桿做成可調整長短的，一般將它做成斷開式的，中間的橫拉桿兩側分別用螺紋與兩側連接。同時在安裝轉向傳動機夠時應避免與懸架導向機構產生運動干涉。前面已敘述了轉向器和轉向傳動機構的安裝方案，這里不再復述，齒輪齒條轉向器能夠匹配上的轉向桿系的布置方案簡單，如下圖所示。 圖7-1 分段的轉向梯形安裝在獨立懸架上的布置形式 圖7－2 齒輪齒條轉向器能夠匹配上的轉向桿系的布置方案 中小型汽車一般都采用獨立懸架，微型客車也不例外。由于本設計參照的車輛是微型客車，所以設計時要兼顧結構緊湊和制造成本低兩個基本原則。 §6.1. 轉向橫拉桿 通常轉向橫拉桿會被設計成圓柱管形的，它的粗細是由地面阻力傳遞到轉向橫拉桿的大小確定的，而它的長度需要根據轉向器的安裝位置，還有轉向節(jié)臂的大小確定的 §6.1.1. 橫拉桿材料的確定 轉向橫拉桿因為直接承受地面?zhèn)鹘o車輛的作用力，并且它是保證轉向器有效工作的重要元件，所以轉向橫拉桿的剛性要相當好，為了轉向輕便，質量要盡可能的輕，可選用的鋼管有20、30和35鋼制造的無縫鋼管，一般它的整體都是圓形管狀的。本設計選用35號鋼取制作轉向橫拉桿，并且是可以調整長度的空心拉桿。 §6.1.2. 橫拉桿截面尺寸計算 1. 桿長調節(jié)螺栓直徑 d （5-1） 式中： F——車輪轉向時地面作用到車輪上 的轉向阻力矩經過車輪傳遞到轉向橫拉桿的力 -- =220 MPa 作用在轉向橫拉桿上的力F的計算： 根據之前的計算轉向輪的原地轉向阻力矩M=380269.92，設轉向節(jié)臂長節(jié)臂長是200mm,所以可以將轉向阻力矩轉化為作用在轉向節(jié)臂處的力 F＝380269.92Nmm/200mm＝1901.3496N 所以長度調節(jié)橫拉桿螺栓的直徑值為: d=3,78mm 所以取轉向拉桿調整螺栓的直徑為10mm 2. 橫拉桿尺寸計算及校核 設計取轉向橫拉桿外端的直徑是20mm，所以要校核轉向橫拉桿的截面拉應力 ====8.07MPa520MPa §6.1.3. 球頭銷選擇 球頭銷主要用于轉向傳動機構元件的鏈接，一般的球頭銷的結構如下圖所示，用球形鉸接最主要的優(yōu)點就是這種鉸接能夠消除因為傳動件之間的反復運動導致磨損以至于產生的間隙，同時還能滿足鉸接傳動機構各種復雜的運動?，F(xiàn)在通用的球頭裝置都是用彈簧間球頭銷與襯墊壓緊。具體布置形式如下圖兩種，沿拉桿軸線壓緊的機構雖然執(zhí)照容易，但是缺點也很明顯，它的彈簧的壓緊力需要很大，大到能夠克服汽車轉向拉桿能夠承受的最大軸向力，這會大大降低球頭鉸接件零部件的壽命。第二種球頭裝置則很輕松地克服了前一個的缺點，它采用沿球頭銷軸線壓緊球頭銷與墊片的方式，它的彈簧壓緊力只需要大于汽車運動時在球頭銷軸線方向產生的最大慣性力，防止沿球頭銷松動，與墊片產生間隙。應將整個裝置通過螺栓與橫拉桿內部的螺紋旋接到一塊，這樣就可以通過調節(jié)桿長調節(jié)車輪前束了。 圖7-3 汽車轉向傳動機構的球頭銷 圖7-4 汽車轉向傳動機構的球頭銷 圖7-5球頭銷 球頭銷和襯墊一般用的材料是相同的，大部分都是用的碳含量很低的合金鋼，,制作的時候在零件表面要進行熱處理以加強零件表面強度，進行滲碳淬火處理時。而且表面要做夠硬一般都在HRC56～63，也可以用其他材料制造球頭銷，比如40和45號鋼，但是要進行高頻淬火處理，以強化韌性。另外在需要過渡的表面處要進行倒圓角。球頭銷的殼體一般也是鋼制的，如35和40 為了校核轉向機構各零部件的設計強度，就需要確定他們說受到的最大載荷，本設計中零部件所受載荷均有汽車原地轉向阻力矩提供所以 T= 380269.92Nmm §6.1.4. 球頭銷強度與耐磨性計算 球頭銷主要失效形式就是斷裂和磨損，設計球頭銷時應滿足以下兩個要求： FC/Wb≤300Mpa F/A≤25～30Mpa (5-2) 表5－1球頭銷 球頭直徑的選用范圍 轉向輪負荷（N） 球頭直徑（mm） ～6000 20 6000～9000 22 9000～12500 25 12500～16000 27 16000～24000 30 計算 選取球頭銷的直徑d＝25mm（參見表5－1）；C＝20mm； 已知，F(xiàn)＝1901.3496N； =3068 ==23.4Mpa A==42610 =6.73Mpa<25Mpa 強度符合要求。 第7章 轉向操縱機構設計 為減小因為安裝誤差造成轉向機構的變形以至于降低強度，而且為了便于調整各零部件之間的角度所以在各操縱機構之間采用萬向節(jié)連接。萬向節(jié)不能過硬也不能過軟，硬度要適中，否則會影響整個系統(tǒng)的剛度。 §7.1. 轉向盤 這三個部分構成了方向盤的基本形狀。包括輪轂、輪緣和輪輻。在輪緣何輪副的中心加裝硬質的骨芯，其材質一般鐵的或者是合金的。這樣可以提高整個方向盤的強度。而方向盤外側則用軟質的材料包裹，一般是橡膠，也有用木材的，在橡膠外面還得包上一層皮革以美化外觀。 按照下表可以選定轉向盤的直徑外400mm，方向盤與轉向柱的連接有多種形式，有利用錐面結合的，有通過螺紋連接。一般方向盤上都會設置有各種常用的按鈕如電喇叭、雨刷、遠近燈、轉向燈等的開關。 表6-1 汽車類型 轉向盤直徑（mm） 轎車、小型客車、小型貨車 400 中型客車、中型貨車 450、500 大型客車、大型貨車 550 轉向盤要有足夠的剛度，但也要考慮駕駛員安全性，所以方向盤要有一定的安全設計，以減小事故中的沖擊力 §7.2. 轉向軸和轉向柱管的結構設計 轉向軸傳遞力矩，而轉向管柱是用來支撐方向盤的。 轉向軸與轉向器的連接有多種形式，有花鍵連接的，有直接焊接的，本設計選用花鍵連接，并在轉向軸中設計了防傷裝置。 低碳鋼常常是用來做轉向軸最常用的材料。軸的粗細要能保證承受轉向系的最大扭矩。 本設計的防傷安全裝置采用的聯(lián)軸套筒吸收沖擊能量。它的結構是一個是實心軸，一個是空心管，他們通過花鍵相互套和，然后通過塑料銷釘將兩者固定，在發(fā)生沖擊時，沖擊力會將塑料銷軸剪切斷，讓后軸與空心管進行相對移動，，并且存在其中的塑料銷還能增大摩擦力以起到吸收能量的作用。該設計還有一個最大的優(yōu)點就是在發(fā)生沖擊后，即使塑料銷定斷裂，但轉向軸與空心管還是套和在一塊，所以轉向系還能繼續(xù)使用。 圖6-1 §7.2.1. 轉向軸上半軸計算 作用在轉向軸上的力矩為 T=F*R=120*200=24000Nmm 35號鋼的許用應力 =260MPa 所以可求得轉向軸實心軸的直徑為： D==8.3mm 取d＝40mm； §7.2.2. 轉向軸下半軸（管）的設計計算 因為此次設計將軸做成管轉吸能裝置，因此上下軸是分開的，所以上軸是空心的，下軸是實心的，用來套和在上軸里面。因為下軸直徑已經算出來，所以上軸的外徑設置D=50mm，內徑d=40mm 根據強度校核公式=30MPa<260MPa 合格。 塑料銷強度校核 制造塑料銷釘的材料是聚砜，其能夠承受的極限強度是105-124MPa整個轉向軸承受的轉矩為T=24000Nmm,,塑料銷釘的直徑取5mm,所以校核塑料銷釘處的剪切應力 轉向軸受到最大的剪切力為 F===300N ==110MPa 合格 第8章 液壓助力機構 我們采用的是液壓助力，控制閥為轉閥式控制閥。 §8.1. 工作原理 工作原理如下圖 第9章 結 論 在本次設計中對轉向系統(tǒng)的主要部件進行了設計，也校核了每個部件的強度，使其在各自的強度要求范圍之內，符合設計要求。通過查閱各種相關資料，對轉向系統(tǒng)各各部件的工作原理以及類型，還有轉向系不同部位的結構形式進行了詳細的了解也對轉向器的各個部件有了更深的了解。另外，這此設計將《汽車設計》，《機械設計》，《材料力學》，《汽車構造》等多門本專業(yè)學過的課本知識有效的結合使用，使之融匯貫通。 通過設計的數據對對整個轉向系同進行具體的繪圖，在繪制之后將各零部件進行了相應的配合，經過比對，整個轉向系尺寸大小符合要求。雖然該設計根據轉向系統(tǒng)的工作原理將轉向器的主要零部件逐一設計出來，但還缺乏詳盡細致的校核，比如有些零部件的強度遠遠低于其許用強度，而有的卻剛好符合使用強度要求，這就造成有的零部件過早的損壞，有的零部件卻大大超出使用壽命。這可能會造成制造成本的增加，還有材料的浪費。 但當前轉向系主要是通過駕駛員操作的，在驅車駕駛過程中，如果駕駛員由于某種原因，做出對安全駕駛不利的動作，比如因不小心，錯誤地擺動了方向盤，造成行車路線的偏移。這樣就可能發(fā)生交通事故。如果駕駛系統(tǒng)能夠智能化，可以根據車內駕駛員的反映和想法來保證駕駛路線的正確，那么將會更有效的保護駕駛員，降低交通事故。所以轉向系的發(fā)展方向應朝著更加智能的方向發(fā)展。 40 參考文獻 [1] 劉惟信.汽車車橋設計.北京：清華大學出版社，2003 [2] 徐　灝.機械設計手冊（3） 北京：機械工業(yè)出版社，1995 [3] 余志生.汽車理論　北京：機械工業(yè)出版社，1995 [4] 余志生.汽車理論.第三版 北京：機械工業(yè)出版社，2000 [5] 陳家瑞.汽車構造（下冊）.北京：機械工業(yè)出版社，2002 [6] 東北工學院機械設計/機械制圖教研室.機械零件設計手冊.北京：冶金工業(yè)出版社，1976 [7] 湘潭機電高等專科學校 劉小年.機械制圖（第二版）.北京：機械工業(yè)出版社，1999 [8] 王昆、何小柏、汪信遠.機械設計、機械設計基礎課程設計. 北京：高等教育出版社，2005 [9] 南京機械高等?？茖W校，陳于萍.互換性與測量技術基礎.北京：機械工業(yè)版社，2003 [10] 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