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传统 汽车 转向 系统 设计
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毕业设计(论文)传统汽车转向系统设计传统汽车转向系统设计I摘 要转向系统对于汽车而言十分的重要,而其中的转向器更是转向系统的重中之重,既然转向器这么的重要,那么对它的研究一定要深入,才能发挥它的重要意义。汽车的转向器更要完善和改进才能跟上这汽车发展迅速的时代。在机械转向器中,齿轮齿条式转向器的结构最是简单,铝合金和镁合金压铸形成壳体,所以转向器质量相对其他转向器来说比较小,体积小,转向摇臂和转向直拉杆都不用设计到转向系统里面,因此转向盘的转角可扩大,刚性大,制造成本也低,适用在各种车型之中。本篇论文是设计猎豹 CS9 的转向器以及转向系统等。首先,先对整体的转向系统进行较为完整的了解,再查询一些齿轮齿条式转向器的资料并且进行探究,把齿轮齿条式转向器的各种类型都罗列出来,比较他们的优缺点及实际应用现状,在对转向器的类型进行选择。之后,计算出转动系的力传动比与角传动比,确定齿轮齿条的各种几何参数,让齿轮齿条式转向器的总体设计容易实现和构造合理,在对设计的 CS9 转向系统进行受力分析,疲劳强度校核等等,并且对进行了总体布置,绘制工程制图,进而完成齿轮齿条式转向器的完整图纸。关键词:转向系统;齿轮齿条;转向器IIAbstractThe steering system is an integral part of the car,and the steering device is an extremely important part of the steering system.Since the steering device is so important,it must be studied in depth before it can play its important role.The automotive industry is rapidly developing,so car steering gear is also constantly developing and improving.In the mechanical steering gear,the rack and pinion steering gear is simple and compact in structure,and the housing is made of aluminum alloy and magnesium alloy die casting.The quality of the steering gear is relatively small and the occupied volume is small.There is no steering rocker arm and straight pull rod.Therefore,the steering wheel angle can be increased,the rigidity is large,and the manufacturing cost is low,so it is widely used in various automobiles.This design mainly focuses on the design of the Cheetah CS9 steering gear.First of all,first of all the overall steering system to a more complete understanding,and then query some of the rack and pinion steering gear data and explore,the various types of rack and pinion steering gear are listed,compare their advantages and disadvantages And actual application status,choose the type of steering gear.First consult with the company under the original overall framework parameters of the CS9 car,calculate the power transmission ratio and angular gear ratio of the rotation system,etc.to determine various geometric parameters of the rack and pinion,so as to make the overall of the rack and pinion steering gear In the design,he was subjected to force analysis,fatigue strength check,etc.,and he purposely optimized the general layout design of the steering system.Finally,the three-dimensional software catia was used to draw the digital model of the rack and pinion steering gear,drawing the engineering drawings.Keywords:Steering system;Rack and pinion;steering gear目录目录.3第一章 绪论.11.1 齿轮齿条式转向器概述以及设计背景.11.2 转向系统的发展现状及趋势.2第二章 电动助力齿轮齿条式转向系统的概述.42.1 转向系统的概述.42.1.1 转向系统的分类.42.1.2 转向系统的组成.42.2 齿轮齿条式转向系统.42.2.1 齿轮齿条式转向系统的主要部件.42.3 阿尔克曼转向理论.62.5 本章小结.7第三章 转向系统方案分析及选择.73.1 转向器的方案分析及选择.73.1.1 齿轮齿条式.73.1.2 蜗杆滚轮式.103.1.3 蜗杆曲柄指销式.103.1.4 循环球式转向器.113.2 转向操纵机构设计方案.113.2.1 转向轴方案的分析.113.2.2 万向节方案的分析.123.3 转向传动机构.123.3.1 整体式转向梯形.123.3.2 断开式转向梯形.133.4 电动助力转向机构.143.5 本章小结.14第四章 转向系统参数选择与设计.164.1 转向系统计算载荷参数确定.164.1.1 汽车原地转向力矩计算.164.1.2 转向轮侧偏角的计算.164.1.3 角传动比与力传动比的设计.174.2 转向器的设计计算.194.2.1 转向齿轮的设计计算.194.2.2 齿轮的主要几何尺寸.234.2.3 齿条参数的确定.234.3 转向梯形的设计计算.244.4 电动助力转向系统设计.254.4.1 电机的选择.264.4.2 减速机构.264.4.3 助力曲线和传感器选择.27第五章 结论.28参考文献.29致 谢.30第一章 绪论第一章 绪论1.1 齿轮齿条式转向器概述以及设计背景要保持或者转变轿车行驶方向,就要用到我们的转向系统,在汽车行驶时要转向,轮角关系一定要协调。拿轮式汽车来举例,驾驶员使用一套特殊的机构来进行汽车转向,让转向轮相对于汽车纵向轴线偏转一定角度。即使当汽车在直线行驶时,车轮也会经常受到道路横向干扰力,车轮不能继续直线行驶,而是自动偏转然后改变行驶方向。汽车偏离设定方向是非常危险的,驾驶员这时就可以用这种转向机构使车轮向相反的方向上偏转,从而使汽车返回原来的驾驶方向,当然,现在汽车都有自动回正系统,不需要刻意回正。因此,汽车转向系统的功能就是使汽车能够根据驾驶员的意志完全转向,再继续驾驶汽车。转向器是转向系统的减速传动装置,通常具有1到2个减速传动副,其作用是增大转向盘传到转向传动机构的力和改变力的传递方向,分类可以根据传动副的结构来分。转向器有许多结构形式,但有一些已经被淘汰了。目前,齿轮齿条式和循环球类转向器最为火热。齿轮齿条式转向器具有结构简单、转向灵敏,正、逆效率都高,体积小,刚性大,以及便于布置等各种优点,而且和当下流行的麦佛逊式悬架配用极为相适,所以,齿轮齿条式转向器很火热。例如,捷达轿车等都采用齿轮齿条式。此外,齿轮齿条式转向器不用布置转向直拉杆,转向摇臂等,使转向传动机构大为简化,是轿车和微、轻型载货汽车上齿轮齿条式转向器流行的原因之一。是为了让人们转向轻便,不想一些农用机械一样,要用很大的力去转动方向盘,电动助力转向系统(EPS)应运而生。机械式转向器、车速传感器、减速机构等等这些,构成了复杂的电动助力转向系统1,它可以在驾驶员在转向时,用它的发动机提供大部分的转动力矩,在不同的转向情况下,电动助力转向机构提供的辅助动力也不同,也说明了我国当前的电控技术也在飞速发展和完善。现在我们比对一下EPS和传统的液压系统,EPS有着许多优点:I 节省空间。电动助力转向机构质量小,占用的体积小,它只是多了电动机和减速机构。但传统的液压助力转向质量大,体积大,只是液压泵就很大很重。II 节省动力。电动助力转向机构只有在需要它的时候,它才去工作,电控系统可以对其进行控制,但是液压助力转向要连续不停的工作,给汽车带来很大的负担。III 因为部件少且不需要充入液体或滤清空气,所以更加容易集成。在EPS系统未来的发展中,一方面要提高控制性能,改善转向路感,以适应中、高级轿车的需求;另一方面要在降低成本、提高可靠性和耐久性方面进行研究,并充分发挥EPS系统的优点,使它适用于更广泛的车型2。1.2 转向系统的发展现状及趋势研究目的:为猎豹 CS9 匹配合适的电动助力转向系统、前桥及麦佛逊前悬架,提升猎豹 CS9 的性能、舒适度、市场竞争力。研究意义:电动化是汽车行业重要的发展方向,国内外轿车大多采用麦弗逊前悬架和钢板弹簧后悬架,但是转向系统则为简单的液压助力转向,因此将转向系统升级为电动助力转向,匹配相应的成熟 EPS 产品,具有开创性,可以提升 SUV 的竞争力。经过二十多年的发展,转向系统的机械部分已发展成熟,国外 EPS 产品的控制策略各有独到之处,相对应的操纵稳定性和驾驶反馈也有所不同。但是美、德等国已积累了大量的经验,可以很快的为猎豹 CS9 匹配合适的 EPS 系统。1 是纯机械式转向系统、2 是液压助力转向系统、3 是电动助力转向系统,汽车转向系统的发展历史经历了这 1,2,3 这三个阶段,线控转向系统是目前的蓝图,大量的工程师也在向这个方向努力。I 纯机械式转向系统比较纯机械,它需要的转矩由机械力,也就是人力提供,为施加那么大的转矩,最好是增加力臂,也就是使用较大的方向盘,但也因为较大的方向盘占用了很大的驾驶空间使转向系统显得很笨拙,驾驶员操作比较困难,所以适用范围特别小,有很大的限制。但是它结构简单、不容易发生事故,造价低廉、所以在一些转向操纵力不大、对操控性能要求不高的农用机械上仍有使用3。II 1953 年液压助力转向系统问世,但那时的液压助力转向也是问题不断,80 年代后期,这一系统才优化,变流量泵液压动力转向系统(VDPSP)以及电动液压助力转向(EHPS)系统应运而生。液压助力转向系统减少转向控制,不需要大量人力,也不必要那么大的力可以减少方向盘所占用的驾驶室空间,使转向系统变得更加灵敏。此外,现在液压助力转向系统技术成熟、可以大大减少人力,目前在大多数重型车辆上比较火热。但是在我们猎豹 CS9 中布置的话、能量消耗程度、磨损,噪声,操纵灵敏性等各种方面存在很多的问题。III 1988 年电动助力转向系统(EPS)问世,它的应用范围正在逐步从小型轿车向大型轿车甚至乘用走。当汽
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