2022年机械设计方案课程设计方案转向系.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 1. 总体设计已知设计参数如下：装载质量 kg）汽车型号最大总质量 kg）最大车速 ：5900*1800*2000 外廓尺寸的确定需考虑法规、汽车的用途、装载质量及涵洞和桥梁等道路尺寸条件； GB 1589-1989 规定了汽车外廓尺寸限界,货车、整体式客车总长不应超过 12m；汽车宽不超过2.5m,汽车高不超过4m等；依据唐骏 T3 载货汽车的技术参数 ,可以设计 外廓尺寸为 ：4000*1800*1200 1 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 车厢尺寸

2、要考虑汽车的用途参考同类车型选取,但必需保证运输散装煤和袋装粮食时能装足额定的装载质量；依据唐骏 尺寸为 4000*1800*1000）；1.2.3轴荷安排： 整车整备质量的确定 T3 载货汽车的技术参数,车厢内部汽车的整车整备质量是指车上带有全部装备,包括随车工具和轮胎,加满油和水,但没有载货和载人时的整车质量,用 表示；货车总质量是指汽车整车整备质量、汽车装载质量和驾驶室乘员 汽车的轴荷安排： 汽车的轴荷安排可依据汽车的驱动形式、发动机位置、汽车结构特点、车头形式及总质量等参照参考文献 术参数选取；由汽车设计课本表 1-6 得如下：1 并参考唐骏 T3 载货汽车的技整备质量 kg1305

3、总质量 652.550% 满载前轴 kg1050 652.550%）满载后轴 kg195065%）载货车的主要性能、装载面积和轴荷安排等各个方面要求下选取；各类载货汽 车的轴距选用范畴有汽车设计书如表 1-2 所示；表 1-2 载货汽车的轴距和轮距货车轮距总质量 T）轴距 mm）轮距 ：3300 2. 前/后轮距 mm：1400/1350 2 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3. 依据 一般载货汽车的前悬不宜过长,但要有足够的纵向布置空间,以便布置 发动机、水箱、转向器等部件；后悬也不宜过长,一般为 1

4、200 2200mm确 定：前悬 /后悬 mm：1000/1600 4.依据课本 p20 表 1-4 确定：质量系数： 1.1 5. 货车车头长 mm：1400 最高车速 的确定载货汽车的最高车速主要是依据汽车的用途以及使用条件和发动机功率大小来确定 , 给定的 =125km/h；2 最大爬坡度 的确定由于载货汽车在各地路面上行驶,要求有足够的爬坡才能；一般 在30%左右；（3）加速时间 参照课本 p22 15s （4）汽车比功率,比转矩1.2.5 货车燃油经济性参数的确定燃油经济性参数载货汽车的燃油经济性常用单位燃油消耗量来评判；单位燃油消耗量是汽车每一吨总质量行使 100km所消耗的燃油量

5、；载货汽车的单位燃油消耗量如汽车设计书表 1-9 所示；表 1-9 货车单位质量百公里燃油消耗量总质量 t 3汽油机柴油机 4 00-4 00 2 00-2.80 百公里燃油消耗量取2.5L100t.Km ）1.2.6 最小转变直径转向盘转至极限位置时,汽车前外转向轮轮辙中心在支承平面上的轨迹3 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 圆的直径,称为汽车最小转弯直径 表 1-10 ；最车大/型总质m量/t1商10用.货80车-19 6 . . 0 0 最小转弯直径 Dmin=15m 1.2.7 货车通过性参数的

6、确定载货汽车的通过性参数主要有接近角、离去角、最小离地间隙和纵向通过半径等；其值主要依据汽车的用途和使用条件选取,可参考汽车设计书表 1-11 ；表 1-11 载货汽车的通过性参数汽车类型最小离地间隙接近角 度）离去角 度）纵向通过半径 4x2货车 180-300mm 40-60 25-45 2.3-6.0m 通过性几何参数hmin=200 、 r1=50、=40 1=5.04 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1.2.8 货车制动性参数的确定汽车制动性常用制动距离和制动减速度作为设计评判参数；行车制动在

7、产生最大制动作用时踏板力不得大于 1-12 所示；700N,行车制动效能的要求如汽车设计书表表 1-12 载货汽车制动效能要求总质量 t ）初速 30km/h 制动距离 m）初速 30km/h 制动减速度 m/） 4.5t 75.41.3 发动机功率、转速、扭矩的确定 1.3.1 发动机型式的挑选 目前汽车发动机主要采纳往复式内燃机,分为汽油机和柴油机两大类；当前在我国的汽车上主要是汽油机,由于柴油机燃油经济性好、工作牢靠、排气污染少,在汽车上应用日益增多；轻中型汽车可采纳汽油机和柴油机,参考同类车型,本车选取柴油发动 机；比功率 Pb是汽车装发动机的标定最大功率Pemax与汽车最大总质量 M

8、a之比；即 Pb=Pemax/Ma；有已知 Pb=25 ,所以式中的 A 为正投影面积,依据外形尺寸运算得到,货车 CD取 0.61.0 ；依据估算出来的最大功率从国内主要汽车发动机生产厂家的产品中选定发动机 型式 汽油机或者柴油机）和型号,国内汽车发动机生产厂家主要有：玉柴、朝 柴、解放、东风、长安、柳州动力、云内动力、北京内燃机等,可上网查询相 关产品的型号及参数 A为正投影面积 1800*2000 mm = 3600000mm2 =3.6 m2 5 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - CD 取 0.6

9、 T 为传动系效率,依据参考文献 1 ,对驱动桥单级主减速器的 4 2 汽车可取 90%,故 T 取 90%fr 为滚动阻力系数,依据参考文献 1 ,对货车取 0.012g 为重力加速度,取 9.8m/s 2ma 为汽车总质量, 3000kgvamax为最高车速, 125km/h 由以上参数可运算得： P emax =75KW式中的 A 为正投影面积,可以参考已有的同类车型的尺寸运算得到,货车CD 取 0.61.0 ；依据估算出来的最大功率从国内主要汽车发动机生产厂家的产品中选定发动机型式 763200最大扭矩 N.m发动机最大转矩及其相应转速的挑选当发动机最大功率和相应的转速确定后,就发动机

10、最大转矩和相应转速可随之确定,其值由下式运算：= 3-2）式中：转矩适应系数,一般1.1-1.3 ,在这里取 1.1 ；最大功率时的转矩, N*m _最大功率, kw _最大功率时转速, r/min _最大转矩, N*m 6 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 而/=1.4-2.0 ,在这里取为 2.0 ,就有：= /2.0=3200/2.0=1600r/min=1.1x9550x75/3200=246N*m 满意所选发动机的最大转矩及相应转速要求；1.4 汽车轮胎的挑选轮胎及车轮用来支撑汽车,承担汽车重力

11、,在车桥式中：为滚动半径；为发动机额定功率时的转速；为最高车速 ；=3.61；T=0.98 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 可得：=7.2又由于轻型商用车 =5.08.0 ；故取：=5.8 1 转向系设计1.1 基本要求1. 汽车转弯行驶时,全部车轮应绕瞬时转向中心旋转；2. 操纵轻巧,作用于转向盘上的转向力小于 200N；3. 转向系的角传动比在 2332 之间,正效率在 60%以上,逆效率在 50%以上；4. 转向灵敏；5. 转向器和转向传动机构中应有间隙调整机构；6. 转向系应有能使驾驶员免遭或减

12、轻损害的防伤装置；1.2 基本参数1. 整车尺寸： 5900mm*1800mm*2000mm；2. 轴数 / 轴距 2/3300mm 3. 整备质量 1305kg 4. 轮胎气压 0.77MPa 2. 转向系分析2.1 对转向系的要求3 1 保证汽车有较高的机动性,在有限的场地面积内,具有快速和小半径转弯的才能,同时操作轻巧；2 汽车转向时,全部车轮应绕一个瞬时转向中心旋转,不应有侧滑；3 传给转向盘的反冲要尽可能的小；4 转向后,转向盘应自动回正,并应使汽车保持在稳固的直线行驶状态；5 发生车祸时,当转向盘和转向轴由于车架和车身变形一起后移时,转向系统最好有爱护机构防止伤及乘员 . 2.2

13、转向操纵机构转向操纵机构包括转向盘,转向轴,转向管柱；有时为了布置便利,减小由于装置位置误差及部件相对运动所引起的附加载荷,提高汽车正面碰撞的安全性以及便于拆装,在转向轴与转向器的输入端之间安装转向万向节,如图 2-1；采纳柔性万向节可削减传至转向轴上的振动,但柔性万向节假如过软,就会影响转向系的刚度；采纳动力转向时,仍应有转向动力系统；但对于中级以下9 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 的轿车和前轴负荷不超过 转向装置；3t 的载货汽车,就多数仅在用机械转向系统而无动力图 2-1 转向操纵机构1-转向万

14、向节； 2-转向传动轴； 3-转向管柱； 4-转向轴； 5-转向盘2.3 转向传动机构 4转向传动机构包括转向臂、转向纵拉杆、转向节臂、转向梯形臂以及转向横拉杆等； 见图 2-2 ）转向传动机构用于把转向器输出的力和运动传给左、右转向节并使左、右转向轮按肯定关系进行偏转；图 2-2 转向传动机构 1-转向摇臂； 2-转向纵拉杆； 3-转向节臂； 4-转向梯形臂； 5-转向横拉杆2.4 转向器5条要求,其内、外转向轮抱负的转角关系如图式中：外转向轮转角；内转向轮转角；2-3 所示,由下式打算：2-1 K两转向主销中心线与地面交点间的距离； L 轴距内、外转向轮转角的合理匹配是由转向梯形来保证；1

15、1 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 2-3 抱负的内、外转向轮转角间的关系汽车的最小转弯半径与其内、外转向轮在最大转角与、轴距L、主销距 K 及转向轮的转臂 a 等尺寸有关；在转向过程中除内、外转向轮的转 角外,其他参数是不变的；最小转弯半径是指汽车在转向轮处于最大转角的条 件下以低速转弯时前外轮与地面接触点的轨迹构成圆周的半径；最小转弯半径能达到汽车轴距的22.5倍, 取=2L；操纵轻巧型的要求是通过合理地挑选转向系的角传动比、力传动比和传动 效率来达到；对转向后转向盘或转向轮能自动回正的要求和

16、对汽车直线行驶稳动性的要 求就主要是通过合理的挑选主销后倾角和内倾角,排除转向器传动间隙以及选 用可逆式转向器来达到；但要使传递到转向盘上的反向冲击小,就转向器的逆 效率有不宜太高；至于对转向系的最终两条要求就主要是通过合理地挑选结构 以及结构布置来解决；转向器及其纵拉杆与紧固件的称重,约为中级以及上轿车、载货汽车底盘干重的 1.0%1.4%；小排量以及下轿车干重的 队汽车的自身质量影响较小；1.5%2.0%；转向器的结构型式3. 机械式转向器方案分析 3.1 循环球式转向器 循环球式转向器有螺杆和螺母共同形成的落选槽内装钢球构成的传动副,以及螺母上齿条与摇臂轴上齿扇构成的传动副组成,如图 3

17、-1 所示；12 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3-1 循环球式转向器示意图循环球式转向器的优点是：在螺杆和螺母之间由于有可以循环流淌的钢球,将滑动摩擦转变为滚动摩擦,因而传动效率可以达到75%85%；在结构和工艺上实行措施后,包括提高制造精度,改善工作表面的表面粗糙度和螺杆、螺母上的螺旋槽经淬火和磨削加工,使之有足够的使用寿命；转向器的传动比 可以变化；工作平稳牢靠；齿条和齿扇之间的间隙调整工作简洁进行,图 3-2）；适合用来做整体式动力转向器；图 3-2 循环球式转向器的间隙调整机构循环球式

18、转向器的主要缺点是：逆效率高,结构复杂,制造困难,制造精 度要求高；循环球式转向器主要用于商用车上；13 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4. 转向系的主要性能参数4.1 转向系的效率功率 从转向轴输入,经转向摇臂轴输出所求得的效率称为转向器的正效率,用符号 表示,反之称为逆效率,用符号 表示；正效率 运算公式： 4-1）逆效率 运算公式： 4-2）式中,为作用在转向轴上的功率；为转向器中的磨擦功率；为作用在转向摇臂轴上的功率；正效率高,转向轻巧；转向器应具有肯定逆效率,以保证转向轮和转向盘的自动返回

19、才能；但为了减小传至转向盘上的路面冲击力,防止打手,又要求此逆效率尽可能低；影响转向器正效率的因素有转向器的类型、结构特点、结构参数和制造质量等；4.1.1 转向器的正效率影响转向器正效率的因素有转向器的类型、结构特点、结构参数和制造质量等；1）转向器类型、结构特点与效率在四种转向器中,齿轮齿条式、循环球式转向器的正效率比较高,而蜗杆指销式特殊是固定销和蜗杆滚轮式转向器的正效率要明显的低些；同一类型转向器,因结构不同效率也不一样；如蜗杆滚轮式转向器的滚轮与支持轴之间的轴承可以选用滚针轴承、圆锥滚子轴承和球轴承；选用滚针轴承时,除滚轮与滚针之间有摩擦缺失外,滚轮侧翼与垫片之间仍存在滑动摩擦14

20、/ 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 缺失,故这种轴向器的效率 70%和 75%； +仅有 54%；另外两种结构的转向器效率分别为转向摇臂轴的轴承采纳滚针轴承比采纳滑动轴承可使正或逆效率提高约 10%；2）转向器的结构参数与效率 假如忽视轴承和其经地方的摩擦缺失,只考虑啮合副的摩擦缺失,对于蜗杆类转向器,其效率可用下式运算=75% 4-3） 式中, a0为蜗杆 或螺杆）的螺线导程角 ,a 0取7 , 为摩擦角, =arctanf ；f 为磨擦因 数；取 f=0.05. 4.1.2 转向器的逆效率依据逆效率不

21、同,转向器有可逆式、极限可逆式和不行逆式之分；路面作用在车轮上的力,经过转向系可大部分传递到转向盘,这种逆效率 较高的转向器属于可逆式；它能保证转向轮和转向盘自动回正,既可以减轻驾 驶员的疲惫,又可以提高行驶安全性；但是,在不平路面上行驶时,传至转向 盘上的车轮冲击力,易使驾驶员疲惫,影响安全行驾驶；属于可逆式的转向器有齿轮齿条式和循环球式转向器；不行逆式和极限可逆式转向器不行逆式转向器,是指车轮受到的冲击力不能传到转向盘的转向器；该冲 击力转向传动机构的零件承担,因而这些零件简洁损坏；同时,它既不能保证 车轮自动回正,驾驶员又缺乏路面感觉,因此,现代汽车不采纳这种转向器；极限可逆式转向器介于

22、可逆式与不行逆式转向器两者之间；在车轮受到冲 击力作用时,此力只有较小一部分传至转向盘；假如忽视轴承和其它地方的磨擦缺失,只考虑啮合副的磨擦缺失,就逆效 率可用下式运算=64% 4-4）式4-3）和式 4-4）说明：增加导程角,正、逆效率均增大；受 增大的影响,不宜取得过大；当导程角小于或等于磨擦角时,逆效率为负值或15 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 者为零,此时说明该转向器是不行逆式转向器；为此,导程角必需大于磨擦 角；4.2传动比变化特性4.2.1 转向系传动比转向系的角传动比由转向器角传动比和

23、转向传动机构角传动比组成,即4-5）；转向器的角传动比 : 4-6）齿扇啮合半径mm 螺距 P=9.525mm 转向传动机构的角传动比 : 4-7）转向系的传动比包括转向系的角传动比和转向系的力传动比转向系的力传动比:4-8）4.2.3转向器角传动比的挑选转向器角传动比可以设计成减小、增大或保持不变的；影响选取角传动比 变化规律的主要因素是转向轴负荷大小和对汽车机动才能的要求；如转向轴负荷小或采纳动力转向的汽车,不存在转向繁重问题,应取较小 的转向器角传动比,以提高汽车的机动才能；如转向轴负荷大,汽车低速急转 弯时的操纵轻巧性问题突出,应选用大些的转向器角传动比；汽车以较高车速转向行驶时,要求

24、转向轮反应灵敏 ,转向器角传动比应当小些；汽车高速直线行驶时,转向盘在中间位置的转向器角传动比不 宜过小；否就转向过分敏锐,使驾驶员精确掌握转向轮的运动有困难；转向器角传动比变化曲线应选用大致呈中间小两端大些的 下凹形曲线,如图 4-1 所示；16 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 4-1 转向器角传动比变化特性曲线 4.3转向器传动副的传动间隙t 传动间隙是指各种转向器中传动副之间的间隙；该间隙随转向盘转角的大 小不同而转变,并把这种变化关系称为转向器传动副传动间隙特性 图 4-2）；讨论该特性的

25、意义在于它与直线行驶的稳固性和转向器的使用寿命有关；传动副的传动间隙在转向盘处于中间及其邻近位置时要微小,最好无间 隙；如转向器传动副存在传动间隙,一旦转向轮受到侧向力作用,车轮将偏离 原行驶位置,使汽车失去稳固；传动副在中间及其邻近位置因使用频繁,磨损速度要比两端快；在中间附 近位置因磨损造成的间隙过大时,必需经调整排除该处间隙；为此,传动副传动间隙特性应当设计成图4-2 所示的逐步加大的外形；图 4-2 转向器传动副传动间隙特性转向器传动副传动间隙特性图中曲线1 说明转向器在磨损前的间隙变化特性；曲线 2 说明使用并磨损后的间隙变化特性,并且在中间位置处已显现较大间隙；曲线 3 说明调整后

26、并排除中间位置处间隙的转向器传动间隙变化特性；4.4转向盘的总转动圈数转向盘从一个极端位置转到另一个极端位置时所转过的圈数称为转向盘的总转动圈数；它与转向轮的最大转角及转向系的角传动比有关,并影响转向的操纵轻巧性和灵敏性；轿车转向盘的总转动阁数较少,一般约在 3.6 圈以内；货车一般不宜超过 6 圈；为了增加转向的轻巧性,取 6 圈；17 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5.转向器设计运算5.1转向系运算载荷的确定8为了保证行驶安全,组成转向系的各零件应有足够的强度；欲验算转向系 零件的强度,需第一确

27、定作用在各零件上的力；影响这些力的主要因素有转向 轴的负荷,地面阻力和轮胎气压等；为转动转向轮要克服的阻力,包括转向轮 绕主销转动的阻力、车轮稳固阻力、轮胎变形阻力和转向系中的内摩擦阻力 等；精确地运算这些力是困难的,为此举荐用足够精确的半体会公式来运算汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转向阻力距 ,即277558N.mm 5-1 式中, f 为轮胎和路面见的摩擦因素,一般取0.7；为转向轴负荷10290N）； p=0.77为轮胎气压 MPa）转向系主要参数转向摇臂长 200mm 转向盘直径 425mm 转向节臂长 200mm 转向器角传动比 17 转向系系统效率 75% 说明：转向摇臂的长度与

28、转向传动机构的布置及传动比等因素有关,一般在初选时对小型汽车可取100150mm；中型汽车可取150200mm；大型汽车可取300 400mm；作用在转向盘上的手力为 5-2）式中,为转向摇臂长；为转向节臂长；为转向盘直径；为转向器角传动比；为转向器正效率；5.2转向器设计5.2.1 参数的选取 9 摇臂轴直径 /mm 30 18 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 钢球中心距D/mm 25 螺杆外径/mm e/mm 25 钢球直径 d /mm 6.350 螺距 P /mm 9.525 工作圈数 W 1.

29、5 螺母长度 L /mm 46 导管壁厚 /mm 1.0 钢球直径与导管内径间隙0.5 螺线导程角/o7齿扇压力角/o2230接触角/o45环流行数2 5.2.2 运算参数1.螺母内径应大于,一般要求 5-3）= +5%10%）D=25+8% 25=27mm 2. 钢球数量 n=19个5-4）3. 滚道截面半径 R =0.510.53）d=0.52 6.35=3.30 mm 5-5）5.3循环球式转向器零件强度运算105.3.1 钢球与滚道之间的接触应力=k =2022MP /2；式中, k 为系数,依据A/B 值查表, A=/2, B=1/r+1/为滚道截面半径, k 取 1.63；r 为钢

30、球半径；为螺杆外径； E 为材料弹性模量,等于2.1 10 MP；为钢球与螺杆之间的正压力,即=1213N 5-7）19 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 式中,为螺杆螺线的导程角；为接触角； n 为参加工作的钢球数；为作用在螺杆上的轴向力 , =16176.7N 由于当接触表面硬度为5864HRC；拍时,许用接触应力 =2500 MP=2022 MP ,因此满意强度；5.3.2 齿的弯曲应力用下式运算齿扇齿的弯曲应力=426.41MPa 式中： F 为作用在齿扇上的圆周力；圆齿厚许用应力为 =540N/h 为齿扇的齿高； b 为齿扇的齿宽； s 为基h=10.125mm b=30mm s=7.065mm 合理5.3.3 转向摇臂直径的确定转向摇臂直径 d 为式中, K 为安全系数,依据汽车使用条件不同可取 2.53.5；为转