毕业设计论文长安某车型转向器及横拉杆设计.docx

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1、题目：转向器及横拉杆设计学院（直属系）:年级、专业：姓名：学号：指导教师：完成时间：目录摘要3Abstract31前言41.1 转向系统的概述41.2 转向系统的发展41.3 转向系统的类型和组成61.4 转向器的发展72转向器结构分析以及方案确定102.1 转向器的布置方案102.2 转向器的结构分析103齿轮齿条式转向器设计123.1 齿轮齿条式转向器的选材和热处理方式及加工精度等级123.2 齿轮齿条各参数的初选123.3 齿轮齿条模数确定133.4 齿轮齿条参数计算143.5 齿轮齿条各结构尺寸的计算163.6 小齿轮轴花键的设计与校核224齿轮齿条式转向器效率理论计算分析235转向器

2、的强度校核255.1 齿面接触疲劳强度校核255.2 齿轮齿根弯曲疲劳强度校核286.横拉杆设计及校核306.1横拉杆结构描述306.1.1计算横拉杆的临界力316.13横拉杆的安全性系数326.2横拉杆吸能区结构设计326.2.1压杆稳定校核326.2.2拉杆拉伸强度校核336.3横拉杆防尘罩设计336.4球头杆端关节轴承设计346. 4.1材料选择357. 4.2球销设计358. 4.3球销静压危险截面计算357.附件的设计校核367.1 间隙调整弹簧的设计计算367. 2齿轮轴轴承的校核389. 3螺纹连接的强度校核4010. 论42总结与体会42谢辞42参考文献43附录44转向器及横拉

3、杆设计摘要转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的专设机构，保证汽车转向时，汽车转向桥上的车轮之间有协调的转角关系，而转向器属于转向系的减速传动装置，是汽车转向系统中尤其重要的总成。目前在汽车上广泛采用的转向器有齿轮齿条式转向器、循环球式转向器和蜗杆曲柄指销式转向器等几种结构形式。本设计是设计长安某车型的齿轮齿条式转向器。根据对转向器的要求，对转向器的布置分析、结构分析、方案确定、效率理论分析、强度分析和横拉杆结构尺寸等进行了较详细的分析计算。设计转向器总成，同时利用AUtoCAD软件以及CATIA软件绘制2D及3D图。关键词：汽车，转向系，转向器，横拉杆，设计，软件Thedesigneofst

4、eeringstgearAbstract1前百1.1 转向系统的概述转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，实现汽车转向的方法是驾驶员通过该机构使汽车的车轮相对汽车纵轴线偏转一角度，使汽车快速准确地响应驾驶员的意志方向行驶，转向系包括转向器和转向传动装置。主要有机械式转向机构和动力转向系统两种。机械式转向系统由转向操纵机构、转向器、转向传动机构组成，依靠驾驶员的手力转动转向盘，经过转向器和转向传动机构使转向轮偏转，从而实现转向。动力转向系统有液压助力转向和、电控液压动力转向和电动助力转向等。转向系的要求：1）汽车转向行驶时，所有车轮能绕瞬时回转中心旋转，任何车轮不得出现侧滑。2）汽车转向行

5、驶后，驾驶员松开转向盘，转向轮能自动回正并保持稳定直线行驶。3）汽车在任何行驶条件下，转向轮不得出现自振，转向盘没有摆动。4）转向传动机构和悬架导向机构共同工作时，没有运动干涉，运动不协调引起的车轮摆动竟可能的小。5）转向轮碰到障碍物以后，传给转向盘的力尽可能小。6）在车祸中，当转向盘和转向轴由于车架或车身变形向后移动时，转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。为了保证转向系各要求，需要正确设计转向梯形机构，还需设置转向减震器等装置。为了使汽车具有良好的机动性能，必须使转向轮有尽可能大的转角，并要达到按前轮车轮轨迹计算，其最小转弯半径能达到汽车轴距的2-2.5倍。通常用转向时驾驶员作用在

6、转向盘上的手力大小和转向盘转动圈数这两个指标来评价操纵轻便性。1.2 转向系统的发展转向系统作为汽车的一个重要组成部分，汽车转向系统是决定汽车主动安全的关键总成，如何设计汽车的转向性能，使汽车具有良好的操纵性能，始终是个汽车生产厂家和科研机构的重要研究课题。特别是在汽车高速化、车流密集化、驾驶人员非专业化的今天，针对更多不同驾驶水平的人群，汽车的操纵格外重要。目前已知的转向系统有纯机械化转向系统、动力转向系统、电子线控转向系统和主动转向系统等几类。近年来，随着电子技术的不断发展，转向系统中越来越多的采用电子器件。相应的就出现了电液助力转向系统。电液助力转向可以分为两大类：电动液压助力转向系统E

7、HPS(e1ectro-hydrau1icpowersteering)电控液压助力转向ECHPS(e1ectronica1Iycontro11edhydrau1icpowersteering)oEHPS是在液压助力系统基础上发展起来的，其特点是原来有发动机带动的液压助力泵改由电机驱动，取代了由发动机驱动的方式，节省了燃油消耗。ECHPS是在传统的液压助力转向系统的基础上增加电控装置构成的。电液助力转向系统的助力特性可根据转向速率、车速等参数设计为可变助力特性，使驾驶员能够更轻松便捷的操纵汽车。现代电液动力转向系统主要通过车速传感器将车速传递给电子元件，或微型计算机系统，控制电液转换装置改变动力

8、转向的助力特性，使驾驶员的转向手力根据车速和行驶条件变化而改变，即在低速行驶或转急弯时能以很小的转向手力进行操作，在高速行驶时能以稍重的转向手力进行稳定操作，使操纵轻便性和稳定性达到最合适的平衡状态。电动动力转向系统：液压动力转向是以液压缸为动力源，而电动动力转向系统以电动机为动力源，电动机由汽车电源供电。在操纵方向盘时,扭矩传感器根据力的大小产生出相应的电压信号，由此电动助力转向系统就可以检测出操纵力的大小；同时根据车速传感器产生的脉冲信号又可测出车速再控制电动机的电流大小,从而形成适当的转向助力,提高操纵的轻便性。主动转向系统：主动前轮动力转向AFS(ActiveFrontSteering

9、)最早由德国BM和ZF两家公司联合开发，并装备于宝马3系和5系轿车上。主动前轮转向系统能够在最大程度执行驾驶员意愿的前提下，对整车施加一个可独立于驾驶员的转向干预，可实现整车的主动安全和操纵稳定性的结合。该系统可在一定范围内实现变传动比控制，使汽车在低速行驶时转向传动比较小，以减少转向盘的转动圈数，提高汽车的灵活性和机动性。而在较高车速时转向传动比较大，以降低转向灵敏度，提高汽车的稳定性和安全性。主动前轮转向系统实际上是介于传统的助力转向和线控转向之间的一种转向。主动前轮动力转向系统为驾驶者带来更方便的市内驾驶和停车体验它减少了低车速时转向的动作幅度，驾驶者只需要转动方向盘2圈就能完成停车动作

10、。德尔福AFS可以实现转向速比从8：1到25：1的平滑过渡在高速公路上驾驶时，主动前轮动力转向能使低速传动比向高速传动比平顺过渡，从而提供了更紧凑、更具运动感的驾驶乐趣以及更好的操控性。1.3 转向系统的类型和组成机械转向系统（图IT）是一种没有任何助力的转向系统，也是所有转向系统的基础。主要由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三部分组成。转向操纵机构是指从转向盘到转向器之间的零部件，主要有转向盘、转向柱（轴）、万向节等部件；转向器是整个转向系的核心部件，其作用是放大驾驶员传递的力同时改变力的传递方向；转向传动机构是从转向器到转向轮之间所有的传动机械、杆件的总称，它的作用是把转向器输出的力传递

11、到转向节上，从而实现转向轮的转向，同时让转向轮的转角遵循一定的规律，保证轮胎和地面的相对滑动控制在最低程度。转向横拉杆机械转向系统示意图图1-1机械转向系统动力转向系统（图1-2）是兼用驾驶员体力和发动机（或电动机）的动力作为转向能源的转向系。动力转向系由于转向操纵灵活、轻便，在设计汽车时对转向器结构形式的选择灵活性增大，能吸收路面对前轮产生的冲击等优点，因此已在各国的汽车制造上普遍采用。MaNdd1652所车动力车专向军疏示意向图1-2动力转向系统14转向器的发展最初的汽车是没有转向器的，其转向装置可以类比船的船舵。齿轮齿条式转向器（直齿圆柱齿轮）很早便在奔驰汽车上应用，在1920年以前，许

12、多牌号汽车都用这种转向器，因此这种转向器是应用最早的得转向器之一。从1900年到1939年期间，汽车工业发达国家又开发了蜗杆滚轮式转向器和蜗杆指销式（图1-3）转向器，并在各型汽车上应用。我国在60年代生产的汽车，以采用涡轮蜗杆式转向器为主，进入70年代，东风汽车公司生产的汽车采用蜗杆指销式转向器。1939年以后又开发出效率更高的循环球式（图1-4）转向器。我国从60年代开始应用于货车，进入80年代又在轿车、客车和越野车上广泛应用，并开发了变速比循环球式转向器。现如今的前区轿车及轻型货车等均采用齿轮齿条式转向器（斜齿圆柱齿轮,图1-5）0随着汽车转向系统的迅速发展，转向器的结构和种类样式也有很

13、大的变化。汽车转向器的结构很多，从目前使用的普遍程度来看，主要的转向器类型有四种：有蜗杆销式（WP型）、蜗杆滚轮式（WR型）、循环球式（BS型）、齿轮齿条式（RP型）。这四种转向器形式，以被广泛使用在汽车上。对转向器的要求有：D工作可靠，操纵轻便。汽车转弯行驶时，全部车轮应该绕瞬时转向中心旋转，任何车轮不应有侧滑；转向传动机构和悬架导向装置共同工作时，由于运动不协调是车轮产生的摆动应最小。2）能减小地面传到转向盘上的冲击，并保持适当的路感。汽车转向后，在驾驶员松开转向盘的条件下，转向轮能自动返回到直线行驶位置，并稳定行驶；在任何行驶状态下，转向轮都不得而产生自振，转向盘不能产生摆动；转向轮碰到

14、障碍物以后，传给方向盘的反冲力要尽可能小。3）能自动调节间隙。转向器在长时间的使用后，齿轮齿条磨损产生间隙，有消除因磨损而产生间隙的调整机构。4）转向器在全转角的80%范围内，正效率的平均值应大于80乐逆效率的平均值应大于75%05）在转向器齿条的有效行程范围内，小齿轮和齿条的啮合间隙应小于0.1.我国转向器的发展，除早期投产的解放牌汽车用蜗杆涡轮式转向器，东风汽车用蜗杆销式转向器之外，其余的大部分都是用循环球式转向器。后来解放、东风都在积极发展循环球式转向器，并已在第二代换型车上普遍采用了循环球式转向器。由此看出，我国的转向器也在向大量循环球式转向器发展。而循环球式转向器在国外实现了专业化生

15、产，同时以专业厂为主、大力进行试验和研究，大大提高了产品的产量和质量。在日本“精工”（NSK）公司的循环球式转向器就以成本低、质量好、产量大，逐步占领了日本市场，并向全世界推销他的产品。德国ZF公司也作为一个大型转向器专业厂著称于世，它从1948年开始生产ZF型转向器，年产各种转向器200多万台。还有一些比较大的转向器厂，如美国德尔福公司SAG1NAW分部，英国BURMAN公司都是比较著名的专业厂家，都有很大的销量和销售面。专业化生产已经成为一种趋势，只有走这条路才能使产品质量好、产量大、成本低，在市场上有竞争力。随着现代轿车的马力加大、速度加快，为了操纵的轻便和灵敏中高档次得轿车都加装了转向动力装置，又称为液压动力转向器。它具有工作无噪声、灵敏度高、体积小、能吸收来自不平路面的冲击力，在现代轿车上得到了十分广泛的应用。动力转向系统的应用日益广泛，不仅在重型汽车上必须装备，在高级轿车上应用也较多，在中型轿车也逐渐推广。主要是从减轻驾驶员疲劳，提高操纵轻便型和稳定性出发。虽然带来成本较高和结构复杂等问题，但由于优点明显而得到十分迅猛的发展。图1-3蜗杆指销式转向器图1-5齿轮齿条式转向器2转向器结构分析以及方案确定2.1 转向器的布置方案齿轮齿条式转向器在汽车上