断开式后置梯形转向器设计

燕山大学本科毕业设计（论文）课题名称：断开式后置梯形转向器设计学院（系）：燕山大学车辆与能源学院年级专业：06级车辆工程学生姓名：林剑超指导教师：夏怀成完成日期：2010年3月23日燕山大学毕业设计任务书学院：车辆与能源学院系级教学单位：车辆与交通工程系学号060113030060学生姓名林剑超专业班级车辆工程06-2题目题目名称断开式后置梯形转向器设计题目类型综合类题目性质真实题目来源大学生科技创新活动主要内容1.调研，查阅资料，撰写开题报告和文献综述，翻译外文资料。2.确定转向器布置位置并绘制三位零件图。3说明书。基本要求1.1张三维装配图，2张二维零件图。2.与中间输出转向器进行比较。3.按时完成各个阶段的设计任务。参考资料1.汽车设计王望予编北京机械工程出版社，20002.汽车构造陈家瑞3.汽车工程手册汽车工程手册编委会周次1—3周4—7周8—12周13—16周17—18周应完成的内容调研，查阅资料，撰写开题报告和文献综述，翻译外文资料。设计计算各零部件尺寸及位置。并绘制出三维零件图绘制二维图，制造成品，与整车的协调工作。实验数据处理、分析。写论文。17周上交、修改论文。18周，准备答辩。指导教师：夏怀成职称：年月日系级教学单位审批：年月日摘要根据FSAE赛车的使用特点以及转向灵敏轻便的设计要求，本文将后置梯形的转向器作为设计重点。制造出符合赛车要求的转向器。首先根据赛道情况以及赛车本身的要求确定使用何种转向器。以及根据赛车比赛时的赛道的弯道半径以及驾驶员的空间来确定传动比。根据初确定的传动比来进行转向器的设计。设计过程中发现由于本赛车的传动比是预确定的，由此决定了设计的过程与传统的转向器设计过程产生了一定的偏差。本次设计首先通过预先确定的传动比，来设计计算主动小齿轮的技术参数。再通过其参数来确定齿条的技术尺寸参数。用CATIA软件绘制转向器各零部件三维结构图和总体装配图，以及二维零件图和总体装配图。进行系统运动干涉检验，完成转向系性能参数计算和转向杆系零部件强度校核。关键词：转向系统；转向器；FSAEAbstractAccordingtothecharacteristicsandtheuseofFSAEracingcar.Andthesteeringsensitiveportabledesignrequest.Thiswillbetherearladderofthesteeringasthekeypoint.Meettherequirementstoproducethecarsteering.Firstofall,accordingtotrackconditionsandthecaritselftodeterminewhatsteeringtouse.Andwhenthetrackunderracingradiuscornersandthedriverofthespacetodeterminethetransmissionratio.Accordingtoearlytodeterminethetransmissionratiosteeringgeardesign.Foundduringthedesignofthecarbecausethetransmissionratioispre-determined,whichdeterminesthedesignprocessandtheconventionalsteeringthedesignprocesshadadefinitebias.Thisdesignfirstthroughapredeterminedtransmissionratio,totaketheinitiativetodesignandcalculationofthetechnicalparametersofthepinion.Anotherparametertodeterminetherack,throughitstechnicaldimensions.SteeringwiththeCATIAsoftwarerenderingthree-dimensionalstructurediagramofvariouscomponentsandoverallassemblydiagram,andtheoveralltwo-dimensionalpartdrawingsandassemblydrawings.Systematicmovementinterferencetesting,completethesteeringsystemperformanceparameterscalculatedandstrengthcheckofsteeringrodparts.Keywords：Steeringsystem;Steering;FSAE目录摘要：Abstract：第一章：绪论1.1课题背景1.2课题主要研究内容1.3课题研究意义第二章：FSAE赛车转向器的设计计算2.1设计方案的选择2.2齿轮齿条转向器设计计算2.3本章小结第三章：各部件的校核与计算应用3.1转向系载荷的计算3.2齿轮齿面接触疲劳强度及齿根弯曲疲劳强度校核3.3齿轮轴强度校核3.4轴承的校核3.5本章小结第四章：应用CATIA进行三维图以及二维图的绘制4.1CATIA相关内容简介4.2设计所用到模块简介4.3CATIA二维图国标的设置方法4.4绘制的三维零件图及装配图4.5本章小结结论参考文献致谢附录1附录2附录3附录4第1章绪论1.1课题背景FormulaSAE，是由各国SAE，即汽车工程师协会举办的面向在读或毕业7个月以内的本科生或研究生举办的一项学生方程式赛车比赛，要求在一年的时间内制造出一辆在加速、刹车、操控性方面有优异的表现并且足够稳定耐久，能够成功完成规则中列举的所有项目业余休闲赛车。自1981年创办以来，FSAE已发展成为每年由7个国家举办的9场赛事所组成，并有数百支来自全球顶级高校的车队参与的青年工程师盛会。SAE方程式（FormulaSAE）系列赛源于1978年。第一次比赛于1979年在美国波斯顿举行，13支队伍中有11支完赛。当时的规则是制作一台5马力的木制赛车。SAE方程式（FormulaSAE）系列赛将挑战本科生、研究生团队构思、设计与制造小型具有越野性能的方程式赛车的能力。为给车队最大的设计弹性和自我表达创意和想象力的空间，在整车设计方面将会限制很少。赛前车队通常用8至12个月组的时间设计、建造、测试和准备赛车。在与来自世界各地的大学代表队的比较中，赛事给了车队证明和展示其创造力和工程技术能力的机会。为了达到比赛的目的、学生可以把自己假想设计人员。某一制造公司聘请他们为其设计、制造和论证一辆用来评估该公司某一量产项目的原型车。预期的销售市场是周末业余汽车比赛。因此，该车必须在加速，制动和操控性能方面表现出色。该车必须成本低廉、易于维修、可靠性好。此外，考虑到市场销售的因素，该车需美观、舒适，零部件也需要有通用性。制造企业计划每天生产四辆该型车,并要求原型车实际耗资应低于2.5万美元（该规则09年已经取消）。设计小组受到的挑战是设计和组装一辆满足各种要求的车。各个设计环节将作为竞赛比较和评判的内容。中国大学生方程式汽车大赛（以下简称FSAE）是中国汽车工程学会及其合作会员单位，在学习和总结美、日、德等国家相关经验的基础上，结合中国国情，精心打造的一项全新赛事。FSAE活动由各高等院校汽车工程或与汽车相关专业的在校学生组队参加。FSAE要求各参赛队按照赛事规则和赛车制造标准，自行设计和制造方程式类型的小型单人座休闲赛车，并携该车参加全部或部分赛事环节。比赛过程中，参赛队不仅要阐述设计理念，还要由评审裁判对该车进行若干项性能测试项目。在比赛过程中，参赛队员能充分将所学的理论知识运用于实践中。同时，还学习到组织管理、市场营销、物流运输、汽车运动等多方面知识，培养了良好的人际沟通能力和团队合作精神，成为符合社会需求的全面人才。目前，中国汽车工业已处于大国地位，但还不是强国。从制造业大国迈向产业强国已成为中国汽车人的首要目标，而人才的培养是实现产业强国目标的基础保障之一。大学生方程式赛车活动将以院校为单位组织学生参与，赛事组织的目的主要有：一是重点培养学生的设计、制造能力、成本控制能力和团队沟通协作能力，使学生能够尽快适应企业需求，为企业挑选优秀适用人才提供平台；二是通过活动创造学术竞争氛围，为院校间提供交流平台，进而推动学科建设的提升。大赛在提高和检验汽车行业院校学生的综合素质，为汽车工业健康、快速和可持续发展积蓄人才,增进产、学、研三方的交流与互动合作等方面具有十分广泛的意义。毫无疑问，对于对汽车的了解仅限于书本和个人驾乘体验的大学生而言，组成一个团队设计一辆纯粹而高性能的赛车并将它制造出来，是一段极具挑战，同时也受益颇丰的过程。在天马行空的幻想、大脑一片空白的开始、兴奋的初步设计、激烈的争执、毫无方向的采购和加工、无可奈何的妥协、令人抓狂的一次次返工、绞尽脑汁的解决难题之后，参与者能获得的不仅仅是CATIAUGANSYS以及焊接、定位、机加工技能,更有汽车工程师的基本素养和丰富实践经验。与此同时，管理和运营整个团队让未来的企业管理者接受了一次难度十足的锻炼。FSAE赛事也给了汽车厂商发现优秀人才和创意想法的机会。2010年中国将举办第一届FSAE。1.2课题主要研究内容本课题着重于FSAE赛车转向器的设计。转向器做为转向系统中使汽车保持或改变行驶方向的最重要的组成部分。其设计的好坏直接影响到整车的操纵稳定性，安全性以及行驶性能。随着汽车技术的不断革新，汽车转向器也进行了一次次的更新换代。从刚开始用柄或横杆(即一种两端带有手柄的水平杆)进行操纵到后来的蜗杆扇形齿轮转向器以及循环球式转向器。从70年代起轿车兴起了齿轮齿条转向机构，它由方向盘、方向轴、方向节、转动轴、转向器、转向传动杆和转向轮(前轮)等组成。方向盘操纵转向器内的齿轮转动，齿轮与齿条紧密啮合，推动齿条左移动或右移动，带动转向轮摆动，从而改变轿车行驶的方向。这种转向机构与蜗杆扇形齿轮等其它类型的转向机构比较，省略了转向摇臂和转向主拉杆，具有构件简单，传动效率高的优点。而且它的逆传动效率也高，在车辆行驶时可以保证偏转车轮的自动回正，驾驶者的路感性强。其实，齿轮齿条转向机构早在一世纪前的汽车萌芽发展阶段已经有了，只是那时还不完善，机件加工粗糙。1905年通用汽车卡迪拉克部的工程师将齿轮齿条转向器的设计理论化，并加工成精度很高，操纵灵活的齿轮齿条转向器，正式应用在轿车上。后来，汽车转向器的型式被蜗杆一扇形齿轮型式所垄断，但许多人仍然继续完善齿轮一齿条转向机构。由于近代材料科学的发展，大大提高了齿轮一齿条转向机构的安全可靠系数，人们再次重视这种转向机构的简单实用性，由于它具有构件少质量轻，成本低的优点，受到汽车制造商的青睐，现在大多数的轿车转向器都采用齿轮一齿条型。针对FSAE赛事，结合该赛车的特点。如何使设计符合赛车的要求，简化转向器结构，优化设计方法，增加设计的科学性、合理性因素，强化结构实用价值，降低实际加工过程中所带来的诸多不利影响因素，从而使整车达到最好的配合，将会是本次设计的关键所在。其具体的研究内容及待解决的问题如下：1.转向器的主要功能是保证汽车按照驾驶员的意志而进行转向行驶。体现到转向器上，则主要是与整个转向系配合是角传动比和力传动比都达到做合适的数值。2.对于fase赛车而言要解决的问题是提供足够的转向灵敏度的同时方向盘手力不能过大，主要措施是增大主动小齿轮的半径，以及调整转向节臂和转向横拉杆的布置形式和尺寸来达到最合适的数值。3.在实际制作过程中，要充分考虑各主要零部件的加工工艺和自身的实际制作水平。1.3课题研究的意义虽然中国已经是世界上的汽车产业大国，但是还不是汽车技术强国。FSAE赛事的主旨是使设计者假设自己为某汽车公司的设计人员，为该公司设计、制造和论证一辆用来评估该公司某一量产项目的原型车。因此，设计必须考虑到市场销售的因素。因此，必