轿车液压助力齿轮齿条转向器设计说明书

1学号06121311成绩机械设计课程设计说明书设计名称：机械设计课程设计设计时间2014年02-06月系别汽车与机械工程系专业车辆工程班级13班姓名邱裕海指导教师杨卓老师2014年06月08日2目录一、课程设计任务………………………………………………...............................错误!未定义书签。二、设计方案的拟定…………………………………………7三、各种形式转向器现状比较.................................................................................................9四、传动系统运动参数选择与计算...................................................................................11五、车辆转向器的发展.................................................................................................................14六、齿轮齿条设计.............................................................................................................................15七、附图.....................................................................................................................................................16八、总结.....................................................................................................................................................193一、任务设计题目：轿车液压助力齿轮齿条转向器设计1、课程设计目的：1）培养学生理论联系实际的设计思想，巩固和加强所学的相关专业课程的知识；2）熟悉和掌握车辆机构设计过程和方法，提高综合运用所学的知识进行车辆设计能力；3）熟悉车辆液压系统的设计思路和系统实现过程，掌握车辆液压系统图纸的表达方法；2、课程设计时间：2014年02~06月3、整车性能参数：表1-1基本参数名称轴距L前轮距L1后轮距L2最小转弯半径R数值2500mm1350mm1360mm4600mm名称车长车宽车高车质量数值3930mm1585mm1857mm1123kg4、设计要求：1)、建模仅设计转向器部分2)、根据参数计算，绘制转向（左或右）极限位置机构运动图带转向梯形（A4）3)、根据实物分析绘制车辆液压转向助力液压系统回路图（A4）;4)、转向器具体结构可参考汽车实验室相关制动器结构，也可由学生自行设计。5、课程设计流程Ⅰ、课程设计的步骤1)、实验室实物拆装参考，确定设计方案；2)、设计计算；43)、3D建模、绘制装配图（A0装配图一张）4）、拟定说明书。Ⅱ、设计进度安排表1-2课程设计进度安排第一阶段序号任务内容时间安排备注1实物拆装+总体设计布局2机构设计计算第二阶段1绘制仿真图第三阶段1绘制建模图第四阶段1整理说明书、准备答辩同学最终需要上交的材料包括：（一）设计计算说明书（1份）；（二）装配图（A0图纸1张）；（三）转向阀芯A4（四）仿真视频Ⅲ．设计中应注意的问题1）．独立思考、严谨认真、精益求精，多于指导教师沟通。2）．设计过程中，需要综合考虑多种因素，采取多种办法进行分析、比较和选择，来确定方案、尺寸和结构，边设计、边计算、反复修改以完善设计是正常的，必须耐心、认真地对待。3）．利用好实验室现有实物，但不应盲目地、机械地抄袭。根据具体条件和要求，大胆创新5、齿轮齿条转向器的简介5图1-1所示为捷达轿车的齿轮齿条式转向器。作为传动副主动件的转向齿轮用轴承支承在壳体中，与水平布置的转向齿条相啮合。弹簧通过垫片、压块将齿条压靠3在齿轮上，保证无缝隙啮合。弹簧的预紧力可用调整螺钉调整，并且螺钉的端部可以起到限位的作用，防止由于汽车颠簸等原因齿条跳动与齿轮脱离啮合而跳齿。转向齿条通过两点支承在壳体上，一个支承点是小齿轮与齿条的啮合处，另一点是右侧压制在壳体端部的橡胶支撑套。转向齿轮与转向轴和转向盘连接，两个转向横拉杆分别通过球头销连接在转向齿条的两端。转向器转动时，转向齿轮转动并使之啮合的转向齿条轴向移动，通过转向横拉杆带动左右转向节转动，使转向轮偏转，实现汽车转向。这种布置形式占用空间最小，并且无论车轮是转向还是跳动，均不会在齿条上产生绕其轴线的力矩。图1-1捷达轿车齿轮齿条式转向器图1-2捷达轿车转向器的布置6转向器安装图6、汽车转向助力液压油路分析阀体绕其轴线转动来控制油液流量的转向控制阀，称为转阀式转向控制阀，简称转阀，如图12所示。该转阀有4个互相连通的进油道A，通道B、C分别与动力缸的左、右腔连通，中空的阀体1与储油罐相连。当阀体顺时针转过一个很小的角度时，通道C与进油道A相通，而与回油道D相隔断，来自油泵的压力油经过通道A流入通道C，继而进入动力缸的一个腔内；同时，通道B与进油道A相隔断而与回油道D相通，动力缸另一腔的低压油在活塞的推动下经通道B、回油道D和中空的阀体流回储油罐。滑阀的结构简单，工艺性较好，布置方便；而转阀的灵敏度较高，密封件少，结构更为先进，因此目前得到广泛的应用。7图11油路剖视图图12油路图二、设计方案的拟订1.设计要求：轿车液压助力齿轮齿条转向器设计1、建模仅设计转向器部分2、根据参数计算，绘制转向（左或右）极限位置机构运动图带转向梯形（A4）3、根据实物分析绘制车辆液压转向助力液压系统回路图（A4）;4、转向器具体结构可参考汽车实验室相关制动器结构，也可由学生自行设计。转向器的功用是将转向盘的回转运动转换为转向转动机构的往复运动。转向器是转向系的减速传动装置，一般由1-2级减速传动副。目前应用比较广泛的转向器有齿轮齿条式转向器、循环球式转向器、蜗杆滚轮式转向器、蜗杆曲柄指销式转向器。2.齿轮齿条转向器的优缺点：8齿轮齿条转向器是由转向轴做成一体的转向齿轮和常与转向横拉杆做成一体的齿条组成。1)优点：结构简单、紧凑；壳体采用铝合金或镁合金压铸而成，转向器质量比较小，传动效率高达90%；齿轮与齿条之间因磨损而出现间隙后，利用装在齿条背部的、靠近主动小齿轮的处的压紧弹簧能自动消除间隙，如图7-1；不仅可以提高转向系统的刚度，还可以防止工作时产生冲击和噪声；转向器占用体积小，没有转向摇臂和直拉杆，所以转向转角可以增大，制造成本低。2)缺点：齿轮齿条转向器因逆效率高（60%~70%），汽车在不平路面上行驶时，发生在转向轮与路面之间冲击力的大部分能传至方向盘，称之反冲现象。反冲会使驾驶员精神紧张，并难以准确控制汽车的行驶方向，转向盘突然转动又会造成打手，同时对驾驶员造成伤害。ab3.齿轮齿条转向器的输入形式及特点：1)侧面输入，中间输出：与齿条固连的左右拉杆延伸到接近汽车纵向对称平面附近，由于拉杆长度增加，车轮上下跳动时拉杆摆角减小，有利于减少车轮的上下跳动时转向系与悬架系的运动干涉，拉杆与齿条用螺栓固连在一起，因此，两拉杆与齿条同时向左或向右移动，为此在转向器壳体上开有轴向的长槽，从而降低了他的强度。2)采用两端输出方案时，由于转向拉杆长度受到限制，容易与悬架系统导向机构产生运动干涉。3)侧面输入，一端输出的齿轮齿条转向器，常用在平头车上。齿轮齿条转向器采用斜齿圆柱齿轮与斜齿齿条啮合，增加运转平稳性，降低冲击和噪声。齿条断面有圆形、V形和Y形三种。圆形断面制造简单；V形和Y形节约材料，质量小而且位于齿条下面的两斜面与齿条托坐接触，可以用来防止齿条绕轴线转动。9图5齿轮齿条式转向器的四种形式1.齿轮齿条式转向器的布置形式根据齿轮齿条式转向器和转向梯形相对前轴位置的不同，齿轮齿条式转向器在汽车上有四种布置形式：转向器位于前轴后方，后置梯形；转向器位于前轴后方，前置梯形；专线器位于前轴前方，后置梯形；转向器位于前轴前方，前置梯形，图6齿轮齿条式转向器的四种布置形式三、各种形式转向器现状比较转向器是转向系主要构成的关键零件，随着电子技术在汽车中的广泛应用，转向装置的结构也有很大变化。从目前使用的普遍程度来看，主要的转向器类型有4种：有蜗杆销式(WP型)、蜗杆滚轮式(WR型)、循环球式(BS型)、齿条齿轮式(RP型)。这四种转向器型式，已经被广泛使用在汽车上。转向系统是在车辆系统是必要的基本制度，通过方向盘司机操纵和控制汽车的方向旅行，以实现他的驾驶意图。在超过100年不断发展的今天，汽车已不是单纯的机械工具，而是集电子，化工，人体工程等综合产品。转向系统随着汽车产业的发展，也在进行着长期的演变。10据了解，在世界范围内，汽车循环球式转向器占45％左右，齿条齿轮式转向器占40％左右，蜗杆滚轮式转向器占10％左右，其它型式的转向器占5％。循环球式转向器一直在稳步发展。在西欧小客车中，齿条齿轮式转向器有很大的发展。日本汽车转向器的特点是循环球式转向器占的比重越来越大，日本装备不同类型发动机的各类型汽车，采用不同类型转向器，在公共汽车中使用的循环球式转向器，已由60年代的62．5％，发展到现今的100％了(蜗杆滚轮式转向器在公共汽车上已经被淘汰)。大、小型货车大都采用循环球式转向器，但齿条齿轮式转向器也有所发展。微型货车用循环球式转向器占65％，齿条齿轮式占35％。我国的转向器生产，除早期投产的解放牌汽车用蜗杆滚轮式转向器，东风汽车用蜗杆肖式转向器之外，其它大部分车型都采用循环球式结构，并都具有一定的生产经验。目前解放、东风也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生产循环球式转向器发展在国外，循环球式转向器实现了专业化生产，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，逐步占领日本市场，并向全世界销售它的产品。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生产厂，如美国德尔福公司SAGINAW分部；英国BURM#0；AN公司都是比较有名的专业厂家，都有很大的产量和销售面。专业化生产已成为一种趋势，只有走这条道路，才能使产品质量高、产量大、成本低，在市场上有竞争力。齿轮齿条式转向器和循环球式转向器，已成为当今世界汽车上主要的两种转向器；而蜗轮蜗杆式转向器和蜗杆肖式转向器，正在逐步被淘汰或保留较小的地位。在小客车上发展转向器的观点各异，美国和日本重点发展循环球式转向器，比率都已达到或超过90％；西欧则重点发展齿轮齿条式转向器，比率超过50％，法国已高达95％。由于齿轮齿条式转向器的种种优点，在小型车上的应用(包括小客车、小型货车或客货两用车)得到突飞猛进的发展；而大型车辆则以循环球式转向器为主要结构。循环球式转向器的优点：效率高，操纵轻便，有一条平滑的操纵力特性曲线，布置方便，特别适合大、中型车辆和动力转向系统配合使用；易于传递驾驶员操纵信号；逆效率高、回位好，与液压助力装置的动作配合得好。可以实现变速比的特性，满足了操纵轻便性的要求。中间位置转向力小、且经常使用，要求转向灵敏，因此希望中间位置附近速比小，以提高灵敏性。大角度转向位置转向阻力大，但使用次数少，因此希望大角度位置速比大一些，以减小转向力。由于循环11球式转向器可实现变速比，应用正日益广泛。通过大量钢球的滚动接