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• 本文标题：轻型客车转向系设计.docx
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• 内容摘要：目录中文摘要··························································1英文摘要··························································11绪论····························································21。1简介···························································21。2汽车转向系统现状···············································31。3课题研究内容···················································41。4本章小结·······················································52液压助力转向器方案及确定········································52。1转向系的分析及选择·············································52。2转向器的选择···················································72。2。1齿轮齿条式转向器··············································72。2。2循环球式转向器················································82。2。3蜗杆滚轮式转向器··············································92。2。4蜗杆指销式转向器··············································93齿轮齿条式液压助力转向器工作原理································93。1工作原理·······················································103。2工作过程·······················································104转向系主要性能参数·············································124。1转向系的效率··················································124。2转向系传动比··················································124。3转向系传动副的间隙特性·········································134。4转向系的刚度··················································144。5转向盘的总转动圈数············································144。6本章小结······················································145转向系统设计计算···············································145。1转向系计算载荷················································145。2齿轮齿条式转向器的设计········································155。3选定齿轮类型、精度等级、材料及函数·····························155。4齿面接触硬度设计··············································165。5齿根抗弯强度设计··············································185。6几何尺寸计算··················································206液压动力转向机构计算···········································206。1动力缸尺寸计算················································206。2活塞行程计算··················································216。3分配阀回位弹簧················································216。4动力转向器评价指标············································227总结···························································22谢辞·····························································26参考文献·························································27轻型客车转向系设计摘要：汽车转向系统由转向器和转向传动机构两部分组成，其作用主要是改变和保持汽车行驶的方向。如何提高汽车转向性能一直是汽车设计研究的重点。本次设计选定的是某型家庭轿车的转向系统的研究和设计，通过对家庭轿车整体参数的分析，确定出合适的转向器，根据家庭轿车各项技术要求计算出转向器的主要结构参数，并进行了校核，对转向器各部分进行结构设计，完成整个车辆转向系统的设计，确定转向器的转向传动比、转向系的刚度、转向盘的总转动圈数，最后完成转向系统总成的装配图和主要零件图，完成此次毕业设计。关键词：转向系统；转向器；转向传动机构；轿车SteeringsystemdesignoflightbusAbstract：Theroleoftheautomobilesteeringsystemistochangeandmaintainthedirectionofthevehicletheautomobilesteeringsystemiscomposedofsteeringgearandsteeringtramissionmechanismhowtoimprovetheperformanceoftheautomobilesteeringhasbeenthefocusofautomotivedesignresearch。Thedesigelectedisacertaintypeofdomesticcateeringsystemresearchanddesignthroughtheanalysisofthewholefamilycarparametedeterminetheappropriatesteeringaccordingtothefamilycaroncarioustechnicalrequirementstocalcukatethemaitructureparameteofsteeringandcheckingstructuraldesignvariouspartsforthesteeringgeartocompletethedesignofthewholevehiclesteeringsystemdeterminethesteeringgearofthetramissionratiostiffnessofsteeringsystemthesteeringwheeltothetotalnumberofrotatingringfinallycompletethesteeringassemblyassemblydrawingandmainpartsgraphcompletethegraduationdesign。KeyWords:steeringsystemsteeringgeardivertersteeringgearcar第一章绪论1。1简介转向器的品种较多且有着不同的分类形式，依照传动构造的差别分为齿轮齿条转向器、循环球转向器、蜗杆曲柄转向器以及蜗杆蜗轮转向器等类型，齿轮齿条转向器和循环球曲柄转向器是目前比较常用的类型。齿轮齿条转向器在轿车上的应用比较多，由于其占用空间小，构造紧凑，而且传动精度更高。而循环球结构的转向器则主要应用在载货汽车上。这种结构能实现较大的传动比，同时对于货车的整个车身结构与布置。按照助力形式的不同，转向系统又分为液压助力转向器、机械助力转向器和电动助力转向器等，当然还包括了机械液压助力转向器。在乘用车上应用较为广泛的两类助力形式是电动助力转向器和机械液压助力两种结构形式[2]。对于不同的转向器和助力形式的匹配就有了不同的转向特点，比如机械液压助力的齿轮齿条转向器，则主要应用在一些相对较为经济型乘用车辆上，这种结构形式主要是结构简单，响应速度快而且传动效率高。对于机械液压助力这种结构来说可以有非常好的路感，同时能够反馈路面的颠簸，但是机械液压助力结构能耗相对较高，对于车辆的综合效率来说有一定的影响，但是该种结构在目前的车辆上应用最为广泛，也最为成熟。目前无助力结构的车辆主要是应用在了一些经济型或者是微型车辆上，如载货车或者是面包车等。电动助力转向结构则是一种新兴的而且发展最为迅速的一种助力转向结构。该种结构可以通过电子模拟的方式，实现在高速情况下的助力转向更沉，保证高速行驶的安全性，原地打方向的情况下可以提供更大的转向力，实现更为轻便的转向过程[3]。该种结构的出现进一步完善了车辆自动控制的各个部分，使得自动驾驶技术有了更好的载体。但是该种转向助力结构由于是采用的是电子信号模拟的方式，所以相对于机械液压助力来说路感并没有那么好。1。2汽车转向系统现状汽车产业快速发展，安全性和舒适性成为汽车产品设计越来越重要的考虑因素。转向性能、工作的可靠程度等是轿车发挥整体性能的关键所在，所以汽车制造企业都十分重视轿车转向系统的研发。在实际的设计过程中，转向如果设计的结构不合理，或者是设计的形式不恰当，导致直接影响车辆的使用性能，直接的表现就会出现车辆转向不足，或者是转向过程中的转向力过大，同时车轮出现摆动震动，车轮的磨损出现不均匀以致严重影响轮胎的使用寿命[4]。本次设计综合轿车的现有转向的设计结构和设计方法的基础上，通过对车辆的转向进行优化。目前，转向设计和转向的制造过程正在逐步向智能化方向发展，对于转向的设计已经不仅仅局限于实验研究，而是可以直接通过计算机的辅助设计对转向的性能以及转向的各种耐用性和转向的主要特性进行全面系统的分析，可以很方便的找出转向的主要问题，利于改进和缩短设计周期，目前转向设计的主要应用软件包括CATIA、ADAMS和相关的有限元软件如AYS和ABAQUS等。接下来对目前转向设计研究的主要发展现状进行简要介绍和系统了解。随着汽车产业不断发展，车辆也正向着更为智能的方向发展，转向系统也不例外。不管是从设计到制造再到试验，目前的现代化技术如仿真分析、虚拟制造、3D打印等被广泛应用。德国的研究人员沃克曼瑟琪通过对转向系统进行数学理论建模，同时对转向系统的弹性元件如橡胶弹簧等等进行了科学的数学建模，通过建模可以有效的分析转向系统的动态特性。同时相关的研究人员还采用图解法方式对转向系统应用矩阵和通路矩阵的描述方式，获得了转向系统的结构特征和连接关系，这种研究方式使得转向系统运动学初步有了雏形。同时，德国宇航中心和一家名为英泰克的公司合作开发出了一种专门针对汽车的转向系统进行计算模拟的软件模块，可以对转向系统的在不同载荷条件下进行高精度的求解。从上个世纪70年代起，国外的汽车设计和性能研究领域已经从传统手段转变为自动化领域，采用计算机数字仿真、优化设计、可靠性设计等现代设计方法，选定为代老旧的传统手段[5]。比如CAD技术，越来越多的应用在汽车的整体、车身、外形设计、优化零部件性能。以及分析汽车的整体和各零部件的动态性能。相比于传统设计手段，通过CAD技术可以模拟汽车状态，优化汽车性能，不再需要通过不断制造样车来检测相关数据，缩短了车辆的研发周期，对提升汽车质量和汽车的可靠性有极大的作用，这也意味着生产成本的减低，大大提升了产品的市场竞争力。发达国家汽车工业起步早，技术先进且应用领域十分广泛，具有较短周期、低廉成本、优良品质的优势，与其大规模应用计算机技术有密切的关系。美国密西根大学的学者早在七十年代初期，就开始用计算机模拟汽车转向减震动态过程，使用的汽车动力学模型并不复杂，研究了小轿车、载货车和牵引车等三种计算机模拟编程[6]。该程序在汽车转向减震性方面，将转向减震效能做为评价的标准，通过模拟程序预测汽车的转向减震性能和其他相关数据。国外对转向系统自上世纪中期开始从多柔性动力学理论方向研究。这一理论的提出，不仅能够提高车辆复杂系统研究的精度，也为车辆的转向系统以及相关系统的模型建立，提供了更多更有效的建模途径，对转向系统和相关系统的研究更趋合理化。到了1976年，汤姆森等研究人员开始应用两自由度转向数学模型来对转向进行主动最优控制、计算和优化，通过这个最优理论模型的创建和反馈，实现对主动转向系统的优化仿真。到了80年代，通用公司也提出了一种新的转向的设计思路主动转向系统，从此世界各大汽车厂商竞相在主动转向系统中开始研究，虽然主动转向系统在早期研究过程中成本较高，结构复杂，而且应用领域较小。但是主动转向系统确实有效的提高了车辆的使用舒适性和转向的主动安全性能，到了80年代的后期，一种经济性更好同时兼具主动转向系统良好特性的半主动转向系统开始日渐成熟，并被日产公司和福特公司的这种大型的汽车企业应用在自己的轿车产品上。德国的富兰克林公司则是研究出了一种采用液力控制的转向系统，该系统能够实现转向阻尼自动调节，能够保证转向在各种路况条件下有一个比最适合的阻尼特性。2000年以后，福特公司将半主动转向结构在其凯迪拉克车型上实现了广泛应用，半主动转向系统虽然不能够达到向主动转向系统，么高效和舒适性，但是半主动转向系统在能耗、结构以及成本方面都得到了有效的控制，并且也进一步提高了车辆转向的舒适性。国内的转向研究，目前来看起步较晚，和汽车产业一样，是从模仿开始的。目前国内生产转向系统的企业比较多，但是能够真正实现转向系统的开发和制造并具有自主创新能力的公司相对较少，国内的公司大部分以代工或者是代理发达国家的转向产品为主。目前国内汽车的保有量在不断上升，随着国家在道路基础设施的建设投入越来越大，汽车行驶速度越来越快，这也就对车企关于车辆转向减震方面提出了更高的要求，相关行业标准也渐渐接近国际，比如转向减震法规国标GB126761999(车转向系统结构、性能和试验方法)就是在研究了欧洲经济委员会汽车转向减震法规ECER13基础上制定而成。同时，在汽车设计领域，CAD技术也越来越多地得到应用。北京理工大学的张滨刚采用理论分析和真实实验数据相结合的方法，于1998年建立了以北京吉普BJ2020SG为对象的转向减震过程中的数学模型。为了获选定为真实可靠地实验数据，张滨刚分别在不同车速、不同载荷以及不同状况下的柏油路面（如干燥和积水）进行转向减震试验，测得了大量的数据。根据这些数据对轮胎的附着系数进行整理并确定出函数表达式，进而建立起数学模型。重庆大学的舒红在1999年成功的开发出以转向减震力分配设计（汽车轴间），参数设计（转向减震器结构）、预测（整车转向减震性能）和机构设计（转向减震驱动）为主的汽车转向减震设计计算软件。利用该软件，在计算轻、中型汽车液压转向减震系的基本设计、性能优化以及性能预测方面，能够快速而准确的实现。南京理工大学的王良模于2000年将目前已有的关于轻型汽车液压转向减震系设计理论和计算方法进行了系统的整理与总结，并且在此基础上开发出一套仿真软件，通过道路试验证明，这套仿真软件能够在实际中得到应用。但是这套仿真软件在设计时没有考虑汽车的旋转部件如轮胎或转向减震鼓在工作时的惯性力矩，在一定程度上影响到模拟数据的真实性。随着国内汽车产业的不断发展，国内相关的研究机构和科研院所对转向系统的研究也开始逐步的重视。比如国内的孙妍妍等人采用模糊控制的方式，通过建立多自由度的车辆模型对车辆的半自动转向系统进行系统的研究，并为实际生产提供了很多有价值的参考数据。而如山东大学的李克同志采用H型的方式对多自由度的主动转向系统进行了鲁棒控制分析，讨论了不同自由度条件下的车轮模型可能存在的振动的问题[7]。张宏新等人则是通过矢量控制的方式对特定的转向系统麦弗逊转向系统进行了系统的阐述分析和研究，评估了转向系统的主要性能，并提出了转向系统性能研究的主要方式方法。1。3课题研究内容本课题来源于企业的实际课题。在此过程中我对汽车转向系统有了更多的认识，结合我在大学里面所学习到的知识，让我对汽车转向系统有了更深刻的理解，于是便研究汽车转向系统的更多知识，为这次的毕业设计储备知识。本次设计是以江铃福特新世代全顺2016款2。2T短轴6座中低顶多功能车转向系统为研究对象进行设计，匹配江铃福特新世代全顺车型。设计之初首先要对转向器以及转向系统进行全面系统的了解，包括其发展现状，发展趋势以及明确本次设计的主要内容和目标。通过分析该车型的主要特点，例如车型的主要参数和布置形式以及车型动力系统的特点等，从而确定转向系统的总体方案和布置形式。本次设计采用的是液压助力转向系统，转向器的结构形式是齿轮齿条结构。对转向器进行了系统分析和设计，对转向器齿轮齿条结构以及转向器的主转向拉杆儿进行了设计和校核，对转向器中的主要结构如回位元件和支撑元件，包括轴承的选型设计和校核。通过全面系统的设计分析完成了对江铃福特新世代全顺车型转向系统的设计。最后，通过二维CAD软件对江铃福特新世代全顺2016款2。2T短轴6座中低顶多功能车转向系统进行了图纸的绘制，通过此次设计能够全面检验所学，掌握设计方法和原理[8]。参考车型为江铃福特新世代全顺2016款2。2T短轴6座中低顶多功能车，车型参数为：最大功率：92KW最大扭矩：350N。m最大功率转速：3500rpm最大扭矩转速：15002000rpm发动机：2。2T125马力L4变速箱：6挡手动长宽高（mm）：4965、2000、2161轴距：2933mm前制动器：通风盘式后制动器：盘式排量：2198mL最大马力：125Ps1。4本章小结本章对转向器和转向系统在研究现状和发展趋势方面进行了概括，对本课题的研究内容和目的进行了阐述。第二章液压助力转向器方案及确定2。1转向系的分析及选择对车辆的转向系统来说，主要有转向机构和转向操作机构。转向操纵机构主要包括转向轴、万向传动轴、方向盘。转向传动机构主要由转向摇臂、横拉杆、转向节臂、转向梯形组成。详细的构造形式如图21所示。图21转向操纵机构1方向盘；2万向传动轴；3转向器；4、7转向摇臂；5横拉杆；6、8转向节臂；9转向梯形转向操纵机构的作用是将驾驶员施加在方向盘上的转向力矩最终传递到转向器，通过转向器带动轮胎转动，实现车辆拐弯儿。转向器的具体结构形式是通过方向盘带动转向，转向轴是安装在转向管柱中的，转向管柱是固定在车身上的。转向轴最终经过万向传动装置带动转向器完成转向。方向盘构造主要由轮辐、轮圈还有轮毂组成，如图22。方向盘的轮辐有两根、三根或者四根。方向盘，一般布置喇叭或者安全气囊。图22转向操纵机构示意图对车辆的整个转向系统，由于机械结构的存在，整个转向系统中必然有间隙，反映到转向过程中就是在转动方向盘的过程中出现了空转角度，即方向盘自由行程，由于自由行程的存在，能够缓和路面的冲击，并且能够避免由于冲击导致驾驶员紧张。对于方向盘的自由行程应该控制在方向盘处于中间位置时向左向右的不超过十度到十五度。转向轴一般采用的是万向传动轴。转向轴的主要作用是将方向盘传递来的转矩最终传递到转向器。转向轴的结构形式主要分为普通型和能够吸收振动的结构。对于目前车辆大多使用能量吸收式的转向轴[9]。转向管柱则是将车身和转向轴进行连接和固定的部分。将转向轴安装在转向管柱中，转向管柱和转向轴之间通过轴承与衬套相连接，使转向轴在转向管柱中实现转动。转向管柱固定在车身上。但是为了能够实现方向盘位置的调整，转向管柱与车身之间也可以改变，竟而实现方向盘位置的调整装置。本次设计的转向系统也是采用这种转向操纵装置。通过将转向轴安装在转向管柱内，转向管柱固定在车身上，实现转向操纵系统的固定。该种结构比较成熟而且简单。转向助力主要有机械液压助力(HPS)、电控液压助力(EHPS)和电动助力(EPS)这三种结构形式。转向系统按照助力形式的不同，又主要分为了液压助力转向器、机械助力转向器和电动助力转向器等，当然还包括了机械液压助力转向器。目前，在乘用车上应用较为广泛的两类助力形式是电动助力转向器和机械液压助力两种结构形式。对于机械液压助力这种结构来说可以有非常好的路感，同时能够反馈路面的颠簸，但是机械液压助力结构能耗相对较高，对于车辆的综合效率来说有一定的影响，也最为成熟。电动助力转向结构则是一种新兴的而且发展最为迅速的一种助力转向结构[10]。该种结构可以通过电子模。。。
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