開題報告-微型汽車轉向系統(tǒng)設計.doc

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安徽工業(yè)大學畢業(yè)設計開題報告 畢業(yè)設計題目： 微型汽車轉向系統(tǒng)設計 學 院： 機 械 工 程 學 院 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 班 級： 裝 0 8 2 姓 名： 胡 亞 軍 學 號： 0 8 9 0 5 4 2 7 2 日 期： 2012年3月1日 1 課題名稱：微型汽車轉向系統(tǒng)設計2 課題研究背景伴隨著人們生活水平的不斷提高，汽車在人們生活中正變得越來越不可缺少。2010年，我國汽車產(chǎn)銷量雙雙實現(xiàn)世界第一，汽車保有量將近7500萬輛。2011年，我國汽車市場呈現(xiàn)平穩(wěn)增長態(tài)勢，產(chǎn)銷量月月超過120萬輛，平均每月產(chǎn)銷突破150萬輛，全年汽車銷售超過1850萬輛，再次刷新全球歷史紀錄。微型汽車一般是指發(fā)動機排量不超過1.1L，車身長度、寬度、高度不超過3.8m、1.6m和2m，最大載貨量不超過600kg的汽車。微型汽車產(chǎn)品具有燃料消耗少、使用費用低、占地面積小、用途多、適應性廣等特點。微型汽車包括微型轎車、微型客車、微型貨車。微型轎車主要是指發(fā)動機排量在1升以下的，微型客車主要是指長度不超過3.5米，微型貨車主要是指載重在1.8噸以下。近年來，中國的微型汽車業(yè)快速增長，成為汽車行業(yè)中增長速度最快的車種之一，成為汽車生產(chǎn)和消費市場的重要拉動力量和生力軍。中國的微型汽車在國際上也有著一定的競爭能力，在價格、質(zhì)量等方面具有一定的比較優(yōu)勢，在開拓國際市場上形成了一定的實力。微型車行業(yè)之所以能保持增長勢頭，與行業(yè)自身的發(fā)展狀況有著直接關系。經(jīng)過近幾年的穩(wěn)步發(fā)展，微型車行業(yè)的生產(chǎn)集中度大大提高了。與轎車行業(yè)群雄競爭的局面形成鮮明對比的是，微型車行業(yè)里的無序競爭狀況，已經(jīng)有了根本性改變，微型車完成了群雄紛爭的歷史過程，形成了市場寡頭局面，規(guī)模效益開始凸顯。在中國汽車產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃（2009-2011）中提到，到2011年，國內(nèi)1.0升以下排量車型要達到15%以上。中國微型汽車行業(yè)在國家產(chǎn)業(yè)政策和市場競爭的作用下，將迎來新的發(fā)展機遇，潛在的市場空間將不斷擴大，行業(yè)整體水平在日益激烈的競爭中將有較大幅度的提高。 轉向系統(tǒng)作為汽車必不可少的系統(tǒng)之一，其性能的好壞，直接影響汽車的安全性和操縱穩(wěn)定性。 轉向系統(tǒng)能讓汽車按照駕駛員的意志經(jīng)常改變行駛方向。自1886年，卡爾本茨發(fā)明第一輛汽車以來，轉向系統(tǒng)的雛形就已經(jīng)誕生。在所有機械故障引起的交通事故中，轉向系統(tǒng)失效造成的事故占了很大一部分比例。伴隨著車輛技術的發(fā)展，人們對轉向系統(tǒng)的性能要求也越來越高，如何開發(fā)出一款高性能的轉向系統(tǒng)是我們亟需解決的一個問題。三課題研究意義 汽車轉向一直存在“輕”與“靈”的矛盾。為了保證轉向輕便性，要求增大轉向器角傳動比，但是這將造成汽車隊操縱的反應減慢，即不夠“靈”。為了緩解這一矛盾，人們針對機械轉向器，從兩方面解決這一矛盾。一是提高轉向器效率，二是將轉向器設計成變速比，但這并不能從根本上解決這一矛盾。動力轉向的出現(xiàn)很好地緩解了轉向系統(tǒng)“輕”與“靈”的矛盾，可見助力轉向對整車性能有著很大的影響。作為汽車的一個重要組成部分，汽車轉向系統(tǒng)是絕對汽車主動安全性的關鍵總成，如何設計汽車的轉向特性使汽車具有良好的操縱性能，始終是個汽車廠家和科研機構的重要研究課題。特別是在車輛高速化、駕駛人員非職業(yè)化、車流密集化的今天，針對更多不同水平的駕駛人群，汽車的操縱設計尤為重要。4 文獻查閱概括 1.轉向系統(tǒng)的作用 汽車在行駛過程中，需要按照駕駛員的意志經(jīng)常改變其行駛方向，即所謂汽車轉向。就輪式汽車而言，實現(xiàn)汽車轉向的方法是駕駛員通過一套專設的機構，是汽車轉向橋（一般是前橋）上的車輪相對于汽車縱軸線偏轉一定角度。汽車在直線行駛過程中，轉向輪往往也會受到路面?zhèn)认蚋蓴_力的作用，自動偏轉而改變行駛方向。此時，駕駛員也可以利用這套機構使轉向輪向相反方向偏轉，從而使汽車行駛方向恢復原來的行駛方向。這一套原來改變或恢復汽車行駛方向的專設機構，稱為汽車轉向系統(tǒng)。因此，汽車轉向系統(tǒng)的功用是保證汽車能按照駕駛員的意志而進行轉向行駛。汽車轉向系統(tǒng)對汽車的行駛安全至關重要，因此汽車轉向系統(tǒng)的零件都稱為保安件。汽車轉向系統(tǒng)是汽車必須要重視的兩個系統(tǒng)之一（另一個是制動系統(tǒng)）。2.轉向系統(tǒng)的基本要求 (1)汽車轉彎行駛時，全部車輪應繞瞬時轉向中心旋轉。 (2）轉向輪具有自動回正能力。 (3)在行駛狀態(tài)下，轉向輪不得產(chǎn)生自振，轉向盤沒有擺動。 (4)轉向傳動機構和懸架導向裝置產(chǎn)生的運動不協(xié)調(diào)，應使車輪的擺動最小。 (5)轉向靈敏，最小轉彎直徑小。 (6)操縱輕便。 (7)轉向輪傳給轉向盤的反沖力要盡可能小。 (8)轉向器和轉向傳動機構中應有間隙調(diào)整機構。 (9)轉向系應有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。 (10)轉向盤轉動方向與汽車行駛方向的改變相一致。 3.汽車轉向系統(tǒng)發(fā)展階段目前，汽車轉向系統(tǒng)主要經(jīng)歷以下階段：機械轉向系統(tǒng)，液壓動力轉向系統(tǒng)，電控液壓動力轉向系統(tǒng)，電動助力轉向系統(tǒng)，線控助力轉向系統(tǒng)。 (1)機械轉向系統(tǒng)機械轉向系統(tǒng)結構簡單，性能可靠，但是轉向力全部來自駕駛員的手力，因此，轉向盤操縱比較沉重。為了解決汽車靈與輕的矛盾，可以增大轉向器的角傳動比。增加角傳動比雖然可以減小轉向盤上的手力，但是同時也造成汽車隊轉向操縱的反應減慢；為此人們將轉向器設計成變速比，在轉向盤小轉角時以靈為主，大轉角時以輕為主。但是由于“靈”范圍只在轉向盤中間附近，僅對高速行駛有意義，所以不能從根本上解決“輕”與“靈”的問題。目前處于淘汰邊緣。 (2)液壓助力轉向系統(tǒng)液壓助力轉向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的機械轉向系統(tǒng)上，增加轉向液壓泵、轉向油管、轉向油罐以及位于轉向器的轉向控制閥及轉向動力缸 等。當駕駛員轉動轉向盤 時，通過機械轉向器使轉向橫拉桿移動，并帶動轉向節(jié)臂，使轉向輪偏轉，從而改變汽車的行駛方向。與此同時，轉向器輸入軸還帶動轉向器內(nèi)部的轉向控制閥轉動，使轉向動力缸產(chǎn)生液壓作用力，幫助駕駛員轉向操作。由于有轉向加力裝置的作用，駕駛員只需比采用機械轉向系統(tǒng)時小得多的轉向力矩，就能使轉向輪偏轉。 缺點：能耗較高,尤其時低速轉彎的時候，覺得方向比較沉，發(fā)動機也比較費力氣。又由于液壓泵的壓力很大，也比較容易損害助力系統(tǒng)。助力特性不能改變。(3)電控液壓助力轉向系統(tǒng)電控液壓助力轉向系統(tǒng)為了克服液壓動力轉向系統(tǒng)的不足，人們在液壓助力轉向系統(tǒng)中，增加了電子控制單元和執(zhí)行部件，將車速信號引入系統(tǒng)中，控制單元根據(jù)車速信號改變電液轉換裝置的助力特性，達到在低速或急轉彎時助力較大，以滿足轉向輕便性要求；高速時助力較小，以滿足路感和操縱穩(wěn)定性要求。雖然其有所改進，但仍難以克服液壓系統(tǒng)本身所具有的缺點，同時由于液壓轉向系統(tǒng)增加了傳感器和控制單元，使系統(tǒng)成本增加。 (4)電動助力轉向系統(tǒng)簡稱電動式EPS或EPS(Electronic Power Steering system)在機械轉向機構的基礎上，增加信號傳感器、電子控制單元和轉向助力機構。 電動式EPS 是利用電動機作為助力源，根據(jù)車速和轉向參數(shù)等因素，由電子控制單元完成助力控制，其原理可概括如下：當操縱轉向盤時，裝在轉向盤軸上的轉矩傳感器不斷地測出轉向軸上的轉矩信號，該信號與車速信號同時輸入到電子控制單元。電控單元根據(jù)這些輸入信號，確定助力轉矩的大小和方向，即選定電動機的電流和轉動方向，調(diào)整轉向輔助動力的大小。電動機的轉矩由電磁離合器通過減速機構減速增矩后，加在汽車的轉向機構上，使之得到一個與汽車工況相適應的轉向作用力。例如?？怂沟腅HPAS電子液壓系統(tǒng)由電腦根據(jù)發(fā)動機轉速、車速以及方向盤轉角等信號，驅動電子泵給轉向系統(tǒng)提供助力。助力感覺非常的自然。因此很多人對?？怂狗较虻母杏X相當不錯，轉向操控感覺可以說是隨心所欲。有些車也號稱采用電子助力，但是只是電機助力，沒有液壓輔助，容易產(chǎn)生噪音。助力效果也遠不如?？怂惯@一類型的電子助力。 與液壓動力轉向系統(tǒng)和電控液壓助力轉向系統(tǒng)相比，電動助力轉向系統(tǒng)優(yōu)勢明顯，如能量消耗小，助力特性可以改變，體積和結構緊湊等。作為新一代的轉向系統(tǒng)，目前已有代替液壓助力轉向系統(tǒng)的趨勢。優(yōu)缺：能耗低，靈敏，電子單元控制，節(jié)省發(fā)動機概率，助力發(fā)揮比較理想。(5)線控助力轉向系統(tǒng)線控助力轉向系統(tǒng)是新一代的汽車電子轉向系統(tǒng)，取消了轉向盤與轉向輪之間的機械連接。由于機械連接的取消，消除了撞車事故中轉向柱引起上海駕駛員的可能性，因此不必設置轉向防傷裝置，同時地面造成的超級碗不會傳到轉向盤。目前處于開發(fā)和測試階段，應用前景廣闊。 4.轉向器 隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，轉向裝置的結構也有很大變化。汽車轉向器的結構很多，從目前使用的普遍程度來看，主要的轉向器類型有4種：有蝸桿肖式（WP型）、蝸桿滾輪式（WR型）、循環(huán)球式（BS型）、齒條齒輪式（RP型）。這四種轉向器型式，已經(jīng)被廣泛使用在汽車上。 據(jù)了解，在世界范圍內(nèi)，汽車循環(huán)球式轉向器占45%左右，齒條齒輪式轉向器占40%左右，蝸桿滾輪式轉向器占10%左右，其它型式的轉向器占5%。循環(huán)球式轉向器一直在穩(wěn)步發(fā)展。在西歐小客車中，齒條齒輪式轉向器有很大的發(fā)展。日本汽車轉向器的特點是循環(huán)球式轉向器占的比重越來越大，日本裝備不同類型發(fā)動機的各類型汽車，采用不同類型轉向器，在公共汽車中使用的循環(huán)球式轉向器，已由60年代的625%，發(fā)展到現(xiàn)今的100%了(蝸桿滾輪式轉向器在公共汽車上已經(jīng)被淘汰)。大、小型貨車大都采用循環(huán)球式轉向器，但齒條齒輪式轉向器也有所發(fā)展。微型貨車用循環(huán)球式轉向器占65%，齒條齒輪式占35%。 綜合上述對有關轉向器品種的使用分析，得出以下結論：循環(huán)球式轉向器和齒輪齒條式轉向器，已成為當今世界汽車上主要的兩種轉向器；而蝸輪蝸桿式轉向器和蝸桿肖式轉向器，正在逐步被淘汰或保留較小的地位。 在小客車上發(fā)展轉向器的觀點各異，美國和日本重點發(fā)展循環(huán)球式轉向器，比率都已達到或超過90%；西歐則重點發(fā)展齒輪齒條式轉向器，比率超過50%，法國已高達95%。 由于齒輪齒條式轉向器的種種優(yōu)點，在小型車上的應用(包括小客車、小型貨車或客貨兩用車)得到突飛猛進的發(fā)展；而大型車輛則以循環(huán)球式轉向器為主要結構。 5.現(xiàn)代汽車轉向系統(tǒng)的設計趨勢 (1)適應汽車高速行駛的需要從操縱輕便性、穩(wěn)定性及安全行駛的角度，汽車制造廣泛使用更先進的工藝方法，使用變速比轉向器、高剛性轉向器?！白兯俦群透邉傂浴笔悄壳笆澜缟仙a(chǎn)的轉向器結構的方向。 (2)充分考慮安全性、輕便性隨著汽車車速的提高，駕駛員和乘客的安全非常重要，目前國內(nèi)外在許多汽車上已普遍增設能量吸收裝置，如防碰撞安全轉向柱、安全帶、安全氣囊等，并逐步推廣。從人類工程學的角度考慮操縱的輕便性，已逐步采用可調(diào)整的轉向管柱和動力轉向系統(tǒng)。 (3)低成本、低油耗、大批量專業(yè)化生產(chǎn)隨著國際經(jīng)濟形勢的惡化，石油危機造成經(jīng)濟衰退，汽車生產(chǎn)愈來愈重視經(jīng)濟性，因此，要設計低成本、低油耗的汽車和低成本、合理化生產(chǎn)線，盡量實現(xiàn)大批量專業(yè)化生產(chǎn)。對零部件生產(chǎn)，特別是轉向器的生產(chǎn)，更表現(xiàn)突出。 (4)汽車轉向器裝置的電腦化汽車的轉向器裝置，必定是以電腦化為唯一的發(fā)展途徑。5 設計的主要內(nèi)容1. 綜述各類汽車轉向系統(tǒng)及其用途 2.確定轉向系統(tǒng)的結構方案 2.1汽車主要尺寸的確定 2.2汽車質(zhì)量參數(shù)的確定 2.3輪胎的選擇 2.4數(shù)據(jù)的確定 2.5機械式轉向器方案分析2.5.1齒輪齒條式轉向器 2.5.2循環(huán)球式轉向器 2.5.3蝸桿滾輪式轉向器 2.5.3蝸桿指銷式轉向器3.轉向系統(tǒng)設計概述 3.1轉向系的主要性能參數(shù) 3.2轉向操縱機構 3.3轉向傳動機構 3.4轉向器 4.轉向器總成的設計 4.1參數(shù)的選取 4.2計算參數(shù) 5.動力轉向機構設計 6.主要零件的制造工藝分析 7.裝配工藝分析六. 進度安排起止日期（日/月）周次內(nèi) 容 進 程備 注2.13-2.271-2文獻檢索及知識準備 2.28-3.63畢業(yè)實習3.7-3.154-5開題報告、文獻綜述、翻譯3.16-4.76-8設計計算4.8-4.259-11繪圖4.26-5.312-13整理說明書5.4-5.1614-15畢業(yè)設計資料電子檔檢查5.17-5.2815-16修改、打印及準備答辯5.30-6.517畢業(yè)答辯7. 參考文獻1王霄鋒.汽車底盤設計.北京：清華大學出版社，2010.2吉林工業(yè)大學汽車教研室.汽車構造（下冊）.北京人名交通出版社,1976.3劉惟信. 汽車車橋設計. 北京：清華大學出版社，2004.4全國汽車維修專項技能認證技術支持中心編寫組.懸架和專項系統(tǒng).北京：教育科學出版社，2004.5陳家瑞.汽車構造（下冊）.北京：機械工業(yè)出版社，2005.