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城市SUV汽车循环球式转向系统设计.rar

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    编号:20181016173637575    类型:共享资源    大小:5.49MB    格式:RAR    上传时间:2018-10-16
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    城市 SUV 汽车 循环 转向 系统 设计
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    车辆与动力工程学院毕业设计说明书1城市 SUV 汽车循环球式转向系统设计摘 要汽车在行驶过程中,经常需要改变行驶方向,汽车转向系是汽车转向运动的装置,该系统由操纵机构,转向器,传动机构三部分组成,作为整车的一个重要总成,是影响汽车操纵稳定性和行驶安全性的关键系统之一。本文即完成了与长城哈弗 H5 欧风版(两驱)独立悬架系统相配用的循环球式转向系统设计。在城市 SUV 汽车循环球式转向系统设计过程中,首先确定汽车转向系统的结构型式为机械转向,明确转向系的主要设计要求,选择长城哈弗 H5 欧风版(两驱)作为设计的基础车型,参考该车型的主要技术参数,逐步确定了转向系的主要性能参数,例如转向系的力传动比 、作用在方向盘上的手力𝑖''𝑝=203.66N 等。其次进行了循环球式转向器结构型式选择及其设计计算,确定了Ƒℎ=128.45循环球式转向器的角传动比转向器的角传动比 ,完成了螺杆-钢球-螺母𝑖ω=17.15传动副及齿条- 齿扇传动副的设计,并对循环球式转向器的重要零件进行了强度校核,如对钢球与滚道间的接触应力及转向摇臂轴强度的校核,结果均符合设计要求。最后设计了转向传动机构。长城哈弗 H5 欧风版(两驱)的前悬架系统采用了麦弗逊式独立悬架,所以本次设计相应采用分段式转向梯形机构,用图解法确定了转向横拉杆的断开点位置,并验证了内外轮转角关系,对转向系的转向梯形进行了优化设计,得到了良好的转向梯形特性,最终完成了循环球式转向系统设计,确保将该设计方案运用到车辆上时具有良好的转向性能。关键词:城市 SUV,转向系统,机械转向,循环球式转向器 ,断开式转向梯形车辆与动力工程学院毕业设计说明书2URBAN SUV RECIRCULATING BALL STEERING SYSTEM DESIGNABSTRACTA car in motion need to change the direction of travel frequently. Automobile steering system is a vehicle steering movement device. The system consists of control mechanism, steering and transmission. As an important vehicle assembly, it is a critical system affecting vehicle handling and stability and driving safety. In this thesis I completed a recirculating ball steering system design matched with the Great Wall Motor Haval H5 European style (two-drive) independent suspension system.Firstly, in the process of recirculating ball steering system design of urban SUV, I determined the structure type of automobile steering system as the mechanical steering, cleared the main design requirements of steering system and Selected the Great Wall Motor Haval H5 European style (two-drive) as the basis model of design, made the main technical parameters of this model as known parameters, gradually established the main steering system performance parameters, such as the steering force transmission ratio is , the practicing hand on the steering wheel is . Secondly, 𝑖''𝑝=203.66 Ƒℎ=128.45𝑁I proceed to select recirculating ball-style steering gear structure type and completed the design calculation of it, identified the recirculating ball steering angle transmission ratio , completed the design of the screw - ball - nut transmission pair and racks – 𝑖𝜔=17.15teeth fan gear pair and made the strength check of important parts of the recirculating ball steering, such as the contact stress between balls and raceway and the steering arm shaft strength check. Finally, I designed the steering linkage. The front suspension of Great Wall Motor Haval H5 European style (two-drive) uses MacPherson independent suspension system. Therefore, this design corresponding uses a segmented steering linkage, determined disconnect position of steering tie rod graphically and verified the relationship between internal and external rotation angle, got a good feature of steering trapezoid, and then I completed the recirculating ball steering system design, ensure that the design can be applied to the vehicle with good steering performance. 车辆与动力工程学院毕业设计说明书3KEY WORDS: Urban SUV, The Steering System, Mechanical Steering, Recirculating Ball Steering, The Separation Type Steering Trapezoid车辆与动力工程学院毕业设计说明书I目 录第一章 转向系统概述 .............................................................................................1§1.1 汽车转向系统 ..........................................................................................1§1.1.1 机械转向系 ...................................................................................1§1.1.2 动力转向系 ...................................................................................2§1.1.3 转向系的主要设计要求 ...............................................................3§1.2 转向器及转向操纵机构 ..........................................................................4§1.2.1 转向器的传动效率及转向盘自由行程 .......................................4§1.2.2 循环球式转向器 ...........................................................................5§1.2.3 转向操纵机构 ...............................................................................6§1.3 哈弗 H5 欧风版(两驱)技术参数 .......................................................8第二章 转向系的主要性能参数 ...........................................................................10§2.1 转向系的效率 ........................................................................................10§2.2 转向系的角传动比与力传动比 ............................................................11§2.2.1 角传动比 .....................................................................................11§2.2.2 力传动比 .....................................................................................12§2.2.3 转向器角传动比的变化规律 .....................................................15§2.3 转向器的传动间隙特性 ........................................................................17§2.4 转向系的刚度及转向盘的总转动圈数 ................................................17§2.4.1 转向系的刚度 .............................................................................17§2.4.2 转向盘的总转动圈数 .................................................................19第三章 循环球式转向器结构型式选择及其设计计算 .......................................20§3.1 循环球式转向器的角传动比 ................................................................21§3.2 螺杆-钢球- 螺母传动副 .........................................................................22§3.3 齿条-齿扇传动副 ...................................................................................25§3.4 循环球式转向器零件的强度计算 ........................................................32§3.4.1 钢球与滚道间的接触应力 .........................................................32§3.4.2 螺杆在弯扭联合作用下的强度计算 .........................................35§3.4.3 转向摇臂轴直径的确定 .............................................................36第四章 转向传动机构设计 ...................................................................................37车辆与动力工程学院毕业设计说明书II§4.1 转向传动机构概述 ................................................................................37§4.2 转向梯形机构设计 ................................................................................40§4.2.1 整体式转向梯形机构设计 .........................................................40§4.2.2 分段式转向梯形机构 .................................................................45§4.3 转向传动机构的臂、杆与球销 ............................................................47§4.3.1 转向摇臂的强度计算 .................................................................49§4.3.2 转向纵拉杆与横拉杆的计算 .....................................................50§4.3.3 球销的强度与耐磨性校核 .........................................................51结 论 .....................................................................................................................52参考文献 .................................................................................................................53致 谢 .....................................................................................................................54车辆与动力工程学院毕业设计说明书III符号说明𝜂𝜊 转向系的效率𝐿 轴距,mm𝐵1 前轮距,mm𝛼𝜊 螺杆的螺线导程角,°ƒ摩擦系数𝑖𝜊𝜔 转向系的角传动比𝑟ℎ 转向盘的半径,mm𝑎主销偏移距,mm𝑇𝑟 转向阻力矩,N mm∙𝐺1 转向轴的载荷,N𝛽主销内倾角,°𝛾 主销后倾角,°Ƒℎ 转向盘上的手力,N𝐶𝑠 转向系的刚度𝑟𝑤 齿扇的啮合半径,mm𝑡螺杆或螺母上的钢球滚道的螺距,mm𝑑𝑏 钢球直径,mm𝛼0 螺线导程角,°𝑟𝑐 螺杆与螺母的滚道截面的圆弧半径,mm𝜃钢球与滚道的接触角,°𝑚 模数𝑑 螺杆外径,mm𝐸 材料弹性模量𝜎𝑠 屈服极限, 𝑀𝑃𝑎𝜏0 扭转强度极限, 𝑀𝑃𝑎车辆与动力工程学院毕业设计说明书1第一章 转向系统概述§1.1 汽车转向系统汽车在行驶过程中,需按驾驶员的意志经常改变其行驶方向,即所谓汽车转向。就轮式汽车而言,实现汽车转向的方法是,驾驶员通过一套专设的机构,使汽车转向桥(一般是前桥)上的车轮(转向轮)相对于汽车纵轴线偏转一定角度。在汽车直线行驶时,往往转向轮也会受到路面侧向干扰力的作用,自动偏转而改变行驶方向。此时,驾驶员也可以利用这套机构使转向轮向相反方向偏转,从而使汽车恢复原来的行驶方向。这一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构,即称为汽车转向系统(俗称汽车转向系)。因此,汽车转向系的功用是,保证汽车能按驾驶员的意志而进行转向行驶。汽车转向系可按转向能源的不同分为机械转向系和动力转向系两大类。§1.1.1 机械转向系机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源,其中所有传力件都是机械的。机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。图1-1 机械转向系示意图1-转向盘;2-转向轴;3-转向万向节;4- 转向传动轴; 5-转向器;6-转向摇臂;7-转向直拉杆;8-转向节臂;9- 左转向节; 10、12-梯形臂;11-转向横拉杆;13- 右转向节车辆与动力工程学院毕业设计说明书2图 1-1 所示为机械转向系的组成和布置示意图。当汽车转向时,驾驶员对转向盘 1 施加一个转向力矩。该力矩通过转向轴 2、转向万向节 3 和转向传动轴 4输入转向器 5。经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向摇臂 6,再经过转向直拉杆 7 传给固定于左转向节 9 上的转向节臂 8,使左转向节和它所支承的左转向轮偏转。为使右转向节 13 及其支承的右转向轮随之偏转相应角度,还设置了转向梯形。转向梯形由固定在左、右转向节上的梯形臂 10、12 和两端与梯形臂作球铰链连接的转向横拉杆 11 组成。从转向盘到转向传动轴这一系列部件和零件属于转向操纵机构。由转向摇臂至转向梯形这一系列部件和零件(不含转向节)均属于转向传动机构。目前,许多国内外生产的新车型在转向操纵机构中采用了万向传动装置(转向万向节和转向传动轴)。这有助于转向盘和转向器等部件和组件的通用化和系列化。只要适当改变转向万向传动装置的几何参数,便可满足各种变型车的总布置要求。即使在转向盘与转向器同轴线的情况下,其间也可采用万向传动装置,以补偿由于部件在车上的安装误差和安装基体(驾驶室、车架)的变形所造成的二者轴线实际上的不重合。转向盘在驾驶室安置位置与各国交通法规规定车辆靠道路左侧还是右侧通行有关。包括我国在内的大多数国家规定车辆右侧通行,相应地应将转向盘安置在驾驶室左侧。这样,驾驶员的左方视野较广阔,有利于两车安全交会。相反,在一些规定车辆靠左侧通行的国家和地区使用的汽车上,转向盘则应安置在驾驶室右侧。§1.1.2 动力转向系动力转向系是兼用驾驶员体力和发动机动力为转向能源的转向系。在正常情况下,汽车转向所需能量,只有一小部分由驾驶员提供,而大部分是由发动机通过动力转向装置提供的。但在动力转向装置失效时,一般还应当能由驾驶员独立承担汽车转向任务。因此,动力转向系是在机械转向系的基础上加设一套动力转向装置而形成的。对最大总质量在 50t 以上的重型汽车而言,一旦动力转向装置失效,驾驶员通过机械传动系加于转向节的力远不足以使转向轮偏转而实现转向。故这种汽车的动力转向装置应当特别可靠。车辆与动力工程学院毕业设计说明书3§1.1.3 转向系的主要设计要求一、汽车转弯行驶时,全部车轮应绕一个瞬时转向中心旋转,任何车轮不应有侧滑。二、保证汽车有较高的机动性(转弯半径小)。三、转向轮碰撞到障碍物以后,传给转向盘的反冲力要尽可能小。四、汽车在任何行驶状态下,转向轮都不得产生自激振动,转向盘没有摆动。五、悬架导向机构和转向传动机构共同工作时,由于运动不协调使车轮产生的摆动应尽可能小。六、操纵轻便,转向时,施加在转向盘上的切向力,对乘用车不应超过150~200N,对商用车不应超过 500N。七、转向后,转向盘应自动回正,并应使汽车保持在稳定的直线行驶状态。八、转向器和转向传动机构的球头处,有消除因磨损而产生间隙的调整机构。九、在车祸中,当转向盘和转向轴由于车架或车身变形而后移时,转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。十、进行运动校核,保证转向轮与转向盘转动方向一致。正确设计转向梯形机构,可以使第一项要求得到保证。转向系中设置有转向减振器时能够防止转向轮产生自振,同时又能使传到转向盘上的反冲力明显降低。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,并要达到按前外轮车轮轨迹计算,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转向盘上的切向力大小和转向盘转动圈数多少两项指标来评价操纵轻便性。没有配置动力转向的乘用车,在行驶中转向,此力应为50~100N;有动力转向时,此力在 20~50N。当商用车从直线行驶状态,以10km/h 的速度在柏油或水泥的水平路段上转入沿半径为 12m 的弯道上行驶,且路面干燥,若转向系内没有装动力转向器,上述切向力不得超过 250N;有动力转向器时,不得超过 120N。乘用车转向盘从中间位置转到每一端的圈数不得超过 2 圈,商用车则要求不超过 3 圈。车辆与动力工程学院毕业设计说明书4§1.2 转向器及转向操纵机构§1.2.1 转向器的传动效率及转向盘自由行程转向器是转向系的减速传动装置,一般有 1 2 级减速传动副。它可按传动副~的结构形式分类。曾经出现过的转向器结构形式很多,但有些已被淘汰。目前在汽车上广泛采用的有齿轮齿条式、循环球-齿条齿扇式、循环球-曲柄指销式和蜗杆曲柄指销式等几种结构形式。一、转向器传动效率转向器的输出功率与输入功率之比称为转向器传动效率。在功率由转向轴输入,由转向摇臂输出的情况下求得的传动效率称为正效率,而传动方向与上述相反时求得的效率则称为逆效率。逆效率很高的转向器很容易将经转向传动机构传来的路面反力传到转向轴和转向盘上,故称为可逆式转向器。可逆式转向器有利于汽车转向结束后转向轮和转向盘自动回正,但也能将坏路面对车轮的冲击力传到转向盘,发生“ 打手” 情况。逆效率很低的转向器称为不可逆式转向器。不平道路对转向轮的冲击载荷输入到这种转向器,即由其中各传动零件(主要是传动副)承受,而不会传到转向盘上。路面作用于转向轮上的回正力矩同样也不能传到转向盘。这就使得转向轮自动回正成为不可能。此外,道路的转向阻力矩也不能反馈到转向盘,使得驾驶员不能得到路面反馈信息(所谓丧失“路感” ),无法据以调节转向力矩。逆效率略高于不可逆式的转向器称为极限可逆式转向器。其反向传力性能介于可逆式和不可逆式之间,而接近于不可逆式。采用这种转向器时,驾驶员能有一定的路感,转向轮自动回正也可实现,而且只有在路面冲击力很大时,才能部分地传到转向盘。现代汽车上一般不采用不可逆式转向器。经常在良好路面上行驶的汽车多采用可逆式转向器。极限可逆式转向器多用于中型以上越野汽车和工矿用自卸汽车。二、转向盘自由行程单从转向操纵灵敏而言,最好是转向盘和转向节的运动能同步开始并同步终止。然而,这在实际上是不可能的。这是因为在整个转向系中各传动件之间都必然存在着装配间隙,而且这些间隙将随着零件的磨损而增大。在转向盘转动过程的开始阶段,驾驶员对转向盘所施加的力矩很小,因为只是用来克服转向系内部的摩擦,使各传动件运动到其间的间隙完全消除。故可以认为这一阶段是转向盘
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