3294 汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)

3294 汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì),汽車,齒輪,齒條,轉(zhuǎn)向,設(shè)計(jì) 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告題目： 汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)系 別 機(jī)電信息系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) B070203 姓 名 路寬 學(xué) 號(hào) B07020338 導(dǎo) 師 姚慧 2010 年 11 月 28 日開(kāi) 題 報(bào) 告 填 寫(xiě) 要 求1．開(kāi)題報(bào)告作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成。2．開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容必須按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）填寫(xiě)并打?。ń勾蛴≡谄渌埳虾蠹糍N） ，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師審閱。3．開(kāi)題報(bào)告字?jǐn)?shù)應(yīng)在 1500 字以上，參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于 15 篇（不包括辭典、手冊(cè)，其中外文文獻(xiàn)至少 3 篇） ，文中引用參考文獻(xiàn)處應(yīng)標(biāo)出文獻(xiàn)序號(hào)， “參考文獻(xiàn)”應(yīng)按附件中《參考文獻(xiàn)“注釋格式” 》的要求書(shū)寫(xiě)。4． 年、月、日的日期一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書(shū)寫(xiě)，例：“ 2010 年 11 月 28日” 。撰寫(xiě)內(nèi)容要求（可加頁(yè)，小四號(hào)宋體，行距 22 磅）： 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）綜述（題目背景、研究意義及國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況）本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)，主要是以齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)為中心。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器最早出現(xiàn)在 1902 年，當(dāng)時(shí)由于其本身結(jié)構(gòu)不夠完善，整車布置的限制以及道路條件差等因素，導(dǎo)致路面反沖激烈，噪音較大以及轉(zhuǎn)向性能較差等缺陷，使此種轉(zhuǎn)向器的應(yīng)用受到很大的限制。然而近廿來(lái)，特別是最近幾年，卻有了很大發(fā)展，其發(fā)展速度超過(guò)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，國(guó)際輿論甚至認(rèn)為：目前汽車工業(yè)正在拋棄有 70 年歷史的搖臂型轉(zhuǎn)向器。這種看法的主要依據(jù)是：（1）國(guó)外大部分主要汽車在制造廠大規(guī)模地推薦橫置發(fā)動(dòng)機(jī)、前輪驅(qū)動(dòng)的小客車，這樣對(duì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系的布置十分靈活方便，比搖臂式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)更為簡(jiǎn)化。 （2）高速公路發(fā)展使車輛速度大大提高，為獲得良好的路感，對(duì)轉(zhuǎn)向器剛性的要求愈來(lái)愈高，而循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器在剛性上遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 （3）齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器本身具備的優(yōu)點(diǎn)如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、高達(dá) 80%以上的傳動(dòng)效率、具有多種輸入輸出形式便于布置、重量輕（轉(zhuǎn)向器殼多數(shù)采用壓鑄鋁合金、有的廠還在研制塑料殼體） 、剛性好等等，能使高速車輛的駕駛者獲得良好的路感。此外、由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器自身結(jié)構(gòu)的發(fā)展，如采用新型的手動(dòng)變速比和動(dòng)力轉(zhuǎn)向，其使用范圍已從轎車、微型車及輕型汽車逐步發(fā)展到中型和重型汽車轉(zhuǎn)向系。從目前情況看，國(guó)際上汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的汽車轉(zhuǎn)向器結(jié)合基本上可歸為兩大類：搖臂式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，前者主要型式有球面蝸桿滾輪式、循環(huán)球式和曲柄指銷式三種，其中循環(huán)球式較為主要，在美國(guó)和日本的汽車中使用較多。而西歐國(guó)家，尤其是法國(guó)的汽車中則以齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器為主。日本 NSK 公司的統(tǒng)計(jì)資料表明了世界上各種轉(zhuǎn)向器的采用比率及變化趨勢(shì)，1968 年到 1975 年循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器比率在 40%～～46%之間變化，而齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的比率則由 31%增加到 43%，發(fā)展較快。此外，日本和美國(guó)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的產(chǎn)量占 90%以上，而西歐國(guó)家齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器則占較大的百分比，西德為 57%，英國(guó)為 77%，法國(guó)為 96%。從目前國(guó)外著名轉(zhuǎn)向器廠制造的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器主要應(yīng)用于轎車，微型和輕型汽車方面，加美國(guó) TRW 公司的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器用于前軸負(fù)載700～～1250 公斤的車輛，西德 ZF 廠的同類產(chǎn)品用于前軸負(fù)載荷為900～～2400 公斤的車輛，但該廠新設(shè)計(jì)的 7856 型齒輪齒條式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器可用于前軸負(fù)載荷達(dá) 6500 公斤的汽車。從產(chǎn)量看，ZF 廠 1980 年生產(chǎn)了 30 萬(wàn)套，占機(jī)械轉(zhuǎn)向器的一半。英國(guó)伯曼廠日產(chǎn) 1200 套，為其生產(chǎn)的各種轉(zhuǎn)向器之首。日本汽車轉(zhuǎn)向器雖然以循環(huán)球式為主，但近年隨著微型汽車的迅速發(fā)展，也開(kāi)始大量采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。如大發(fā)、三菱微型汽車等。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器長(zhǎng)期以來(lái)是我國(guó)汽車轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)中的一項(xiàng)空白，直到最近幾年由于大量進(jìn)口汽車組裝件，技術(shù)引進(jìn)以及與國(guó)外合資企業(yè)的發(fā)展，才開(kāi)始研制開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)這種轉(zhuǎn)向器。其中主要有與西德大眾汽車公司合資生產(chǎn)的桑塔納中級(jí)轎車，日本大發(fā)公司的微型汽車以及意大利菲亞特公司的依維柯輕型客貨車系列等。僅從以上三種車型的最終生產(chǎn)綱領(lǐng)統(tǒng)計(jì)就達(dá) 40 余萬(wàn)輛，再加上其它進(jìn)口車型的修配任務(wù)，估計(jì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器產(chǎn)量將達(dá) 50 余萬(wàn)套，可以估計(jì)到 90 年代時(shí)這種轉(zhuǎn)向器將占我國(guó)汽車轉(zhuǎn)向器產(chǎn)量的 40%～～50%。因此，國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)向器行業(yè)對(duì)此都十分重視。如上海汽車底盤(pán)廠為了配套生產(chǎn)桑塔納轎車和SH110 微型汽車的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，已經(jīng)大力進(jìn)行工廠技術(shù)改造和技術(shù)設(shè)備的引進(jìn)工作，要在 90 年代達(dá)到以齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器為主的各種轉(zhuǎn)向器產(chǎn)量共50 萬(wàn)套的年生產(chǎn)綱領(lǐng)。 2.本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施本課題研究的是汽車齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系，主要是以齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)為中心。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器由與轉(zhuǎn)向軸做成一體的轉(zhuǎn)向齒輪和常與轉(zhuǎn)向橫拉桿做成一體的齒條組成。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在汽車上的布置形式與轉(zhuǎn)向梯形和轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)輸出形式有關(guān)，圖 1 所示為最常見(jiàn)的布置形式。（a）轉(zhuǎn)向器固定于車架或車身兩側(cè)輸出的非獨(dú)立懸掛布置；（b）轉(zhuǎn)向器固定于車架或車身中央輸出的非獨(dú)立懸掛布置；（c）為轉(zhuǎn)向器固定于車身前圍單側(cè)輸出的獨(dú)立懸掛布置（如奧迪 80 和桑塔納轎車） ；（d）轉(zhuǎn)向器固定于車架單側(cè)輸出的獨(dú)立懸掛布置（如日本三菱、大發(fā)微型汽車） 。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)輸出形式主要有如下四種形式。（a）中間輸入，兩端輸出；（b）側(cè)面輸入，兩端輸出；（c）側(cè)面輸入，中間輸出；（d）側(cè)面輸入，一端輸出通過(guò)對(duì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的初步了解，現(xiàn)在可以采用的方案確定為以下幾種：方案一：采用側(cè)面輸入，兩端輸出方案時(shí)，如圖（2）由于轉(zhuǎn)向拉桿長(zhǎng)度受到限制，容易與懸梁系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，重合度增加，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊與工作噪聲均下降，而且齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角易于滿足總體設(shè)計(jì)要求。齒條斷面形狀為 V 形，與圓形斷面比較，消耗的材料少，約節(jié)省 20%，故質(zhì)量小，位于齒條下面的兩斜面與齒條托座接觸，可用來(lái)防止齒條繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。圖 2 為兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，作為傳動(dòng)副主動(dòng)件的轉(zhuǎn)向齒輪軸 11通過(guò)軸承 12 和 13 安裝在轉(zhuǎn)向殼體 5 中，其上端通過(guò)花鍵與萬(wàn)向節(jié)叉 10 和轉(zhuǎn)向軸連接。與轉(zhuǎn)向齒輪嚙合的轉(zhuǎn)向齒條 4 水平布置，兩端通過(guò)球頭座 3 與轉(zhuǎn)向橫拉桿 1 相連。彈簧 7 通過(guò)壓塊 9 將齒條壓靠在齒輪上，保證無(wú)間隙嚙合。彈簧的預(yù)緊力可用調(diào)整螺塞 6 調(diào)整。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí)，轉(zhuǎn)向器齒輪軸 11 轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)向車輪偏轉(zhuǎn)，從而使汽車轉(zhuǎn)向。圖 21．轉(zhuǎn)向橫拉桿 2．防塵套 3．球頭座 4．轉(zhuǎn)向齒條 5．轉(zhuǎn)向器殼體 6．調(diào)整螺塞 7．壓緊彈簧 8．鎖緊螺母 9．壓塊 10．萬(wàn)向節(jié) 11．轉(zhuǎn)向齒輪軸 12．向心球軸承 13．滾針軸承方案二：采用側(cè)面輸入，中間輸出方案時(shí)，如圖（3）與齒條固定連接的左、右拉桿延伸到接近汽車縱向?qū)ΨQ平面附近。優(yōu)點(diǎn)：由于拉桿長(zhǎng)度增加，車輪上、下跳動(dòng)時(shí)拉桿擺角減小，有利于減少車輪上、下跳動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向系與懸架系的運(yùn)動(dòng)干涉。缺點(diǎn)：為了將左、右橫拉桿固定在齒條上，并且兩拉桿與齒條會(huì)同時(shí)向左、右移動(dòng)一定的距離，必須在轉(zhuǎn)向器殼體上開(kāi)有軸向方向的長(zhǎng)槽，使齒條有一部分裸露出來(lái)，然后用螺栓將橫拉桿固定在齒條上。轉(zhuǎn)向器殼體上的長(zhǎng)槽使其強(qiáng)度受到削弱，為了不使外界臟東西落入轉(zhuǎn)向器內(nèi)，又必須用密封罩將它們密封。齒輪齒條轉(zhuǎn)向器采用直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合，則運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性降低，沖擊力大，工作噪聲增加。此外，齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角只能是直角，為此與總體布置不適應(yīng)而遭淘汰。齒條斷面形狀為圓形，齒條制作工藝比較簡(jiǎn)單。中間輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器如圖 3 所示，其結(jié)果及工作原理與兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器基本相同，不同之處在于它在轉(zhuǎn)向齒條的中部用螺栓 6 與左右轉(zhuǎn)向橫拉桿 7 相連。圖 31． 萬(wàn)向節(jié)叉 2．轉(zhuǎn)向齒輪軸 3．調(diào)整螺母 4．向心球軸承 5．滾針軸承 6．固定螺栓7．轉(zhuǎn)向橫拉桿 8．轉(zhuǎn)向器殼體 9．防塵套 10．轉(zhuǎn)向齒條 11．調(diào)整螺塞 12．鎖緊螺母 13．壓緊彈簧 14．壓塊 通過(guò)以上比較，選用第一種方案，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)副為齒輪和齒條，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置方便，制造容易，故僅廣泛用于微型汽車和轎車上，但轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比較小，齒條沿其長(zhǎng)度方向磨損不均勻，且通常布置在前輪軸線之后，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)副的主動(dòng)件—斜圓柱小齒輪，它和裝在外殼中的從動(dòng)件—齒條相嚙合，外殼固定在車身上。齒條利用兩個(gè)球接頭直接和兩根分開(kāi)的左、右橫拉桿相連。由于汽車的車型不同，所使用的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的參數(shù)也有所不同。在這里本次設(shè)計(jì)選擇長(zhǎng)安奔奔 2010 款 1.0AMT 的車型。其具體性能參數(shù)如下表：表 2 長(zhǎng)安奔奔 2010 款 1.0AMT 參數(shù)性能參數(shù) 配置最大功率 51.2/5600kw/rpm最大扭矩 90/4600N·m/rpm最高時(shí)速 158km/h在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的零件的建模、及其仿真均在三維軟件中完成，目前比較常用的有 Pro/E﹑Solid Works 和 UG。在這三者中，Pro/E 的造型功能相比其他兩個(gè)要大一些，而且在軟件優(yōu)化方面做得比較好，所以此次設(shè)計(jì)中的以上工作均在 Pro/E 中完成。二維裝配圖在 AutoCAD 中完成。3.本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)，前期已開(kāi)展工作本課題的以齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)為中心，研究的重點(diǎn)一是汽車總體構(gòu)架參數(shù)對(duì)汽車轉(zhuǎn)向的影響；二是機(jī)械轉(zhuǎn)向器的選擇、三是齒輪和齒條的合理匹配，以滿足轉(zhuǎn)向器的正確傳動(dòng)比和強(qiáng)度要求；四是動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；五是梯形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而研究的難點(diǎn)是進(jìn)行了齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)，和對(duì)轉(zhuǎn)向齒輪軸的校核的設(shè)計(jì)，和對(duì)轉(zhuǎn)向齒輪軸的計(jì)算及校核，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和裝配的繪制，完成三維建模并進(jìn)行模型裝配。 因此本課題在考慮上述要求和因素的基礎(chǔ)上研究利用轉(zhuǎn)向盤(pán)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪齒條轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向，通過(guò)萬(wàn)向節(jié)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向齒輪軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向齒輪軸與轉(zhuǎn)向齒條嚙合，從而促使轉(zhuǎn)向齒條直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，軸向尺寸短且零件數(shù)目少的優(yōu)點(diǎn)又能增加助力，從而實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性和靈敏性。因此設(shè)計(jì)的主要方法和理論采用汽車設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)和大學(xué)所學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)的課程內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)。在前期要閱讀大量的文件，要把轉(zhuǎn)向器方面的基本知識(shí)要十分的了解，并且要有一定的閱讀量，是自己的知識(shí)得到很大的擴(kuò)充。在這個(gè)基礎(chǔ)上要經(jīng)常練習(xí)畫(huà)圖軟件，爭(zhēng)取在需要的時(shí)候能夠很快的畫(huà)出圖形。前期要做好文獻(xiàn)的閱讀，查閱資料，了解轉(zhuǎn)向系的各個(gè)結(jié)構(gòu)的工作原理等前期準(zhǔn)備。4.完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃（按周次填寫(xiě)）第 1 周-第 3 周：前期準(zhǔn)備，查閱資料，了解課題，準(zhǔn)備開(kāi)題答辯；第 4 周-第 6 周： 分析齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系的結(jié)構(gòu)和工作原理；第 7 周-第 11 周：確定設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算；第 12 周-第 14 周：完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和裝配的繪制； 第 15 周-第 17 周：完善裝配模型，撰寫(xiě)畢業(yè)論文；第 18 周：畢業(yè)答辯 5 指導(dǎo)教師意見(jiàn)（對(duì)課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)）指導(dǎo)教師： 年 月 日6 所在系審查意見(jiàn)：系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日參考文獻(xiàn)．[1] 陳益良．齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器簡(jiǎn)介[J]．汽車與配件．1986 年 06 期．[2] 黨胡申．轉(zhuǎn)向器引進(jìn)項(xiàng)目簡(jiǎn)介[J]．汽車與配件．1988 年 02 期．[3] 畢大寧．略論我國(guó)汽車轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)發(fā)展之路[J]．汽車與配件．1995 年 19 期．[4] 余席桂，侯玉英，鐘詩(shī)清．汽車轉(zhuǎn)向器嚙合間隙測(cè)試方法[J]．武漢汽車工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)．1997 年 04 期．[5] 劉冰．齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的建模及分析[J]．上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)．2006 年 01 期．[6] 謝剛，殷國(guó)富，周丹晨．汽車轉(zhuǎn)向器變傳動(dòng)比齒輪齒形的三維動(dòng)態(tài)仿真設(shè)計(jì)[J]．機(jī)床與液壓．2003 年 04 期． [7] 陳勇，朱敬德，徐解民．汽車轉(zhuǎn)向器油缸和殼體的壓鉚裝置設(shè)計(jì)[J]．機(jī)械制造與自動(dòng)化．2006 年 05 期． [8] 楊丙輝，郭鋼，郭衛(wèi)光，等．汽車轉(zhuǎn)向器零件參數(shù)化特征設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研制[J]．機(jī)械制造與自動(dòng)化．2008 年 03 期． [9] 雷良育，施曉芳，張青．汽車轉(zhuǎn)向器綜合性能測(cè)試控制臺(tái)[J]．自動(dòng)化與儀表．2001年 03 期．[10] 張楓念．關(guān)于汽車轉(zhuǎn)向器搖臂軸齒扇齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算的研究和探討[J]．輕型汽車技術(shù)．2000 念 03 期． [11] 賈巨民，張蕾，唐天元，等．汽車變速比齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器嚙合原理（I）[J]．機(jī)械技術(shù)．1998 年 01 期．[12] 賈巨民，張蕾， 唐天元．汽車變速比齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器嚙合原理（II）[J]．機(jī)械科學(xué)與技術(shù)．1998 年 02 期．[13] 鄧飛，歐家福，顏堯，等．齒輪齒條式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器試驗(yàn)方法及標(biāo)準(zhǔn)研究[J]．交通標(biāo)準(zhǔn)化．2009 年 Z2 期．[14] 張敏中．齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]．江蘇工學(xué)院學(xué)報(bào)．1994 年 02期．[15] 牟向東，唐新蓬，陶建民．汽車轉(zhuǎn)向器變速比特性對(duì)操輕便性的影響．1999 年 12期．