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1、河南科技大学毕业设计（论文）开题报告（学生填表）学院： 车辆与动力工程学院 2013年 4月 15日课题名称轻型载货汽车设计（转向系及前桥设计）学生姓名专业班级车辆091课题类型工程设计指导教师职称高工副教授课题来源组合生产1. 设计（或研究）的依据与意义 汽车在行驶过程中，需按驾驶员的意志经常改变其行驶方向，即所谓汽车转向。就轮式汽车而言，实现汽车转向的方法是，驾驶员通过一套专设的机构，使汽车转向桥（一般是前桥）上的车轮（转向轮）相对于汽车纵轴线偏转一定角度。在汽车直线行驶时，往往转向轮也会受到路面侧向干扰力的作用，自动偏转而改变行驶方向。此时，驾驶员也可以利用这套机构使转向轮向相反方向偏转
2、，从而使汽车恢复原来的行驶方向。这一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，即称为汽车转向系统（俗称汽车转向系）。因此，汽车转向系的功用是，保证汽车能按驾驶员的意志而进行转向行驶。按转向能源的不同，转向系可分为机械转向系和动力转向系。转向系以驾驶员的体力（手）作为转向能源的转向系，叫机械转向系。兼用驾驶员体力和和发动机的动力为转向能源的转向系叫动力转向系。传统的汽车转向系统是机械转向系，汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。普通的转向系统建立在机械转向的基础上，通常根据机械式转向器形式可以分为：齿轮齿条式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。常用的有
3、两种是齿轮齿条式和循环球式(用于需要较大的转向力时)。目前大部分低端轿车采用的就是齿轮齿条式机械转向系统。但是，随着汽车工业的快速发展，轿车的时速也也在快速提升。高速轿车转向时的阻力矩比普通汽车要大得多，单靠选用角传动比较大的转向器来提高机械转向系的传动效率，远不能满足转向轻便和行车安全的 要求，机械转向系也很难兼顾操纵省力和灵敏两方面的要求。因此，动力转向系统应运而生，动力转向系的转向加力装置是以发动机输出的动力为能源来增大驾驶员操纵转向轮转向的力量，从而使操纵十分简单，同时选用传动比较小的转向器角传动比，还能满足转向灵敏的要求。动力转向系统分为液压转向系统和电动转向系统2种。其中液压转向系
4、统由于工作压力高（可达10Mp以上），部件尺寸很小，液压系统工作时无噪声，工作滞后时间短，而且能吸收来自不平路面的冲击与振动，在实际中应用的最多，目前已在和各类各级汽车上获得广泛应用。 本课题就以机械转向系为对向，介绍研究轻型车上机械式转向机构的实现方法，以及相关重要参数，总结大学期间学习的各科专业知识， 如机械原理、机械设计、机械制造基础以及液压传动等，为以后工作打下实践基础。 2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述 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
5、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。 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625，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
6、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
7、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
8、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。由于循环球式转向器可实现变速比
9、，应用正日益广泛。通过大量钢球的滚动接触来传递转向力，具有较大的强度和较好的耐磨性。并且该转向器可以被设计成具有等强度结构，这也是它应用广泛的原因之一。齿轮齿条式转向器的主要优点：结构简单、紧凑；壳体采用铝合金或镁合金压铸而成，转向器的质量比较小；传动效率高达90%；齿轮与齿条之间因磨损出现间隙后，利用装在齿条背部、靠近主动小齿轮处的压紧力可以调节的弹簧，能自动消除间隙，这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；制造成本低。 基于以上调查和转向器的优点，循环球式转向器和齿轮齿条式转向器将是以后转向器的发展的趋势和潮流。从汽车制造成本和转向的要求分析，本次课
10、程设计的是轻型载货汽车的转向系的设计由于考虑以下因素：a.转向器要提供轻便的方向控制，同时转向盘的转角范围不允许过大。这要求转向器的自由行程尽可能小，传动比适当，驾驶员主动转动转盘时的机械效率高。可能需要动力助力。b.使地面对前轮的扰动尽可能地被传到转向盘上，同时还要让驾驶员能够感觉到路面状况的变化。这要求在前轮因受到地面干扰而试图转动转向盘时转向器的机械效率适当地低，既逆效率适当地低。c.不能妨碍汽车完成转向后、返回直线行驶状态时的前轮自动会正，这又要求转向器的逆效率适当地高。 d.停车转向时驾驶员转动转向盘的力应该被减小到最低限度。为了使驾驶员能够比较舒服地进行停车转向，一般要求采用动力助
11、力。停车转向时所需要的转向力一般是最大的。e.使汽车具有良好的高速操纵稳定性。这一般要求转向器的自由行程、尽可能小，有适当的传动比和动力助力。 综上所述，本次课题选取循环球式转向器3. 课题设计（或研究）的内容课题研究的主演内容：1.轻型汽车转向器的方案论证；2.转向器的主要性能参数选择；3.转向器各部件的设计计算；4.转向器角传动比的变化规律5.转向梯形的设计6.转向器的强度校核；7.绘制零件图及装配图解决方法：1.查阅资料确定轻型汽车即总质量小于3500KG的M型和N型汽车所使用的转向器的类型。2.确定转向器的角传动比，转矩传动比。研究转向器的正效率和逆效率。影响转向器效率的因素有转向器类
12、型和转向器的结构参数与效率。3.查阅资料和学过的知识，根据选择的性能参数设计计算。4.通过网络和查阅资料研究转向器角传动比的变化规律5.通过学过的知识完成转向梯形的设计并进行校核。6.研究在EPS和非EPS两种状态下转向器的受力情况，并对其进行强度校核。7.用CAD绘图软件绘制所设计的零件图和装配图。4. 设计（或研究）方法1.查阅资料确定轻型汽车即总质量小于3500KG的M型和N型汽车所使用的转向器的类型。2.确定转向器的角传动比，转矩传动比。研究转向器的正效率和逆效率。影响转向器效率的因素有转向器类型和转向器的结构参数与效率。3.查阅资料和学过的知识，根据选择的性能参数设计计算。4.通过网络和查阅资料研究转向器角传动比的变化规律5.通过学过的知识完成转向梯形的设计并进行校核。6.研究在EPS和非EPS两种状态下转向器的受力情况，并对其进行强度校核。7.用CAD绘图软件绘制所设计的零件图和装配图。5. 实施计划56周 调研，查阅资料，明确具体任务。78周 讨论，设计总体方案。910周 完成主要总装图设计。1112周完成零、部件图设计，并完成机绘图。1314周 编写设计说明书。15周 整理图纸及全部设计文件，最后交卷。指导教师意见指导教师签字： 年 月 日教研室意见教研室主任签字： 年 月 日
