某乘用車齒條助力式轉向系統(tǒng)設計開題答辯

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本科畢業(yè)設計開題報告 論文題目 某乘用車齒條助力式轉向系統(tǒng)設計班級 目錄 1 課題研究的目的和意義2 國內外研究現狀3 本課題的研究內容及技術方案4 本設計的特色 轉向系統(tǒng)轉向器可分為齒輪齒條轉向器 蝸桿曲柄銷式轉向器和循環(huán)球式轉向器 齒輪齒條轉向器作為最常見的一種轉向器 具有哪些優(yōu)點 齒輪齒條轉向器的優(yōu)點 結構簡單 制造方便 工作可靠 使用壽命長 自動回正力強 傳動方式是齒輪齒條直接嚙合 操縱靈敏度非常高 滑動和轉動阻力小 轉向輕便 轉矩傳遞性能較好 其正效率與逆效率都很高 屬于可逆式轉向器 并可安裝轉向助力機構 隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展 人們對于汽車的要求也逐漸提高 汽車的操縱穩(wěn)定性日益受到廣泛的關注 傳統(tǒng)機械轉向系統(tǒng)的汽車已經不能滿足人們的需求 取而代之的是助力轉向系統(tǒng)的崛起 包括液壓助力轉向系統(tǒng) 電液助力轉向系統(tǒng)和電動助力轉向系統(tǒng) 助力轉向系統(tǒng)已得到了廣泛的研究 1 傳統(tǒng)機械轉向系統(tǒng)的缺點非常明顯 它轉向操縱難度增大 轉向費力 其傳動比是固定的 即角傳遞特性無法改變 導致汽車的轉向響應特性無法控制 傳動比無法隨汽車轉向過程中的車速 側向加速度等參數的變化而進行補償 駕駛員必須在轉向之前就對汽車的轉向響應特性進行一定的操作補償 這樣無形中增加了駕駛員的精神和體力負擔 2 液壓助力轉向系統(tǒng)和電液助力轉向系統(tǒng)通過液壓力作用來推動傳統(tǒng)機械轉向機構的轉向運動 從而減輕了駕駛員的勞動強度 解決了傳統(tǒng)機械轉向系統(tǒng)隨著汽車質量越大轉向越費力的問題 在一定程度上解決了傳統(tǒng)機械轉向系統(tǒng)由于轉向器傳動比固定而造成的轉向 輕便 與 靈敏 之間的矛盾 液壓助力轉向系統(tǒng)工作可靠 技術成熟 能提供大的轉向助力 目前在部分乘用車 絕大部分商用車特別是中重型車輛上廣泛應用 3 電動助力轉向系統(tǒng)的優(yōu)點很多 一是系統(tǒng)助力矩的大小由電子控制單元實時調節(jié)和控制 能夠在各種行駛工況下提供最佳的助力 有效改善汽車的轉向助力特性 保證汽車在低速行駛時轉向輕便靈活 高速行駛時轉向穩(wěn)定可靠 可以很好地解決汽車轉向時輕與靈的矛盾 二是該系統(tǒng)只在轉向時電動機才提供助力 因而能減少能量消耗 三是該系統(tǒng)取消了液壓裝置 使得其結構更緊湊 質量更輕 而且徹底根除了液壓助力轉向系統(tǒng)和電液助力轉向系統(tǒng)中液壓油泄漏的問題 可大大降低保修成本 減小對環(huán)境的污染 四是該系統(tǒng)由于直接由電動機提供助力 而電動機由蓄電池供電 因此該系統(tǒng)在發(fā)動機熄火或出現故障時也能提供助力 助力轉向系統(tǒng)的重要性嗎 汽車助力轉向系統(tǒng)在經歷了長足的發(fā)展后已得到了整個汽車行業(yè)的認可和應用 在GB7258 2004中專門規(guī)定 車輛轉向軸最大設計軸荷大于4000kg時 必須采用轉向助力裝置 由此可見 助力轉向系統(tǒng)在汽車轉向系統(tǒng)中的重要性和必要性 綜上所述 助力轉向系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢 而齒輪齒條轉向器是最常用 優(yōu)點突出的轉向器 齒條助力式轉向系統(tǒng)的助力單元可靈活固定于齒條各處 方便整車布置 同時降低了齒數比即降低了轉動慣量 可以提供優(yōu)良轉向特性 所以對齒條助力式轉向系統(tǒng)的研究意義重大 返回目錄 2 1助力式轉向系統(tǒng)國內外現狀 至今 汽車轉向系統(tǒng)經歷了傳統(tǒng)機械轉向系統(tǒng) 液壓助力轉向系統(tǒng) 電液助力轉向系統(tǒng)和電動助力轉向系統(tǒng)4個發(fā)展階段 未來則可能向線控動力轉向系統(tǒng)發(fā)展 目前汽車轉向系統(tǒng)正處在液壓助力轉向系統(tǒng) 電液助力轉向系統(tǒng)向電動助力轉向系統(tǒng)發(fā)展的過渡階段 目前 助力轉向系統(tǒng)零件在很大程度上依賴進口 幾個主要的轉向系統(tǒng)供應商有TRW JTEKT Delphi ZFLenksysteme ThyssenkruppAutomotive 他們各自在不同的轉向產品領域中成為領導廠商 2008年 日本新上市的乘用車中約70 裝配了EPS 歐洲市場約為50 北美市場約為25 而我國則不足10 EPS代表未來助力轉向技術的發(fā)展方向 將作為標準件裝備到汽車上 并將在助力轉向領域占據主導地位 特別是電動汽車將構成未來汽車發(fā)展的主體 這給EPS帶來了更加廣闊的應用前景 2 2轉向器國內外現狀2 2 1國外情況 在全球汽車廠家中 汽車循環(huán)球式轉向器占市場份額接近一半 齒條齒輪式轉向器占市場份額接近百分之四十 蝸桿曲柄指銷式轉向器占市場份額超過百分之十 其它轉向器在市場上基本消失 美國和日本都非常重視使用循環(huán)球式轉向器 它們使用的比重都已超過百分之九十 日本的公共汽車基本全部使用循環(huán)球式轉向器 大 中型貨車也大部分使用循環(huán)球式轉向器 微型貨車循環(huán)球式轉向器大約百分之六十五左右 齒條齒輪式轉向器的使用已經超過百分三十五 而歐洲對齒輪齒條式轉向器的使用和發(fā)展非常重視 在中 小 微型客車中 齒條齒輪式轉向器使用比重已經超過一半 有些國家甚至達到百分之九十以上 在日本NSK公司的轉向器就以質優(yōu)價廉的優(yōu)勢占領了本國市場 并逐步銷售全世界 德國ZF轉向器公司是一個專門生產轉向器的大公司 從上世紀五十年代開始生產轉向器到現在每年生產轉向器幾百萬臺 另外美國德爾福公司 英國BURMAN公司都是非常著名的轉向器生產公司 每年都會生產許多各種型號的轉向器 國外轉向器專業(yè)化設計 制造 加工和生產已成為一種趨勢 能夠使轉向器質優(yōu)價廉 實現大批量生產 快速占領國際市場 2 2 2國內情況 在我國汽車使用的轉向器中 上世紀解放汽車和東風汽車使用蝸桿曲柄指銷式轉向器轉向器 現在解放汽車和東風汽車也已經開始使用循環(huán)球式轉向器 其它汽車大都使用齒輪齒條式轉向器和循環(huán)球式轉向器 我國在大量生產齒輪齒條式轉向器并在小型貨車及家庭轎車使用中得到飛速發(fā)展 例如我國第一汽車集團公司在中日合作的項目上使用的就是齒輪齒條式轉向器 還有其他本田 奧迪 桑塔納 夏利等轎車 以及南京依維柯 柳州五菱等小型貨車 均使用的是齒輪齒條式轉向器 雖然國內齒輪齒條式轉向器有一定發(fā)展 但生產效率低 成本高 只有專業(yè)化設計 流水線生產 才能提高生產效率 降低生產成本 在國內外市場上占有一席之地 返回目錄 3 1對轉向系統(tǒng)進行設計計算 1 對轉向系方案進行選擇 包括轉向盤 轉向軸 轉向器 轉向梯形的方案選擇 2 確定轉向系的主要參數 對轉向系的主要參數 傳動比和計算載荷等進行計算 3 設計齒輪齒條轉向器 確定齒輪齒條轉向器的輸出形式和整車布置 對其工作原理進行研究 對其結構進行設計 包括速比計算 螺旋角對其影響的分析 齒條齒面形狀分析 軸承選擇 4 設計轉向梯形 分析轉向梯形的理論特性 確定轉向梯形的布置形式 對轉向梯形的尺寸進行初步確認 最后對梯形進行校核 3 2對轉向梯形進行優(yōu)化設計 對轉向梯形數學模型進行推導 分析理想的左右轉向輪轉角關系和實際的左右轉向輪轉角的關系 對優(yōu)化目標函數和約束條件進行確定 最后對優(yōu)化結果進行分析并進行虛擬樣機試驗驗證分析 3 3三維建模 用Catia建立轉向器 轉向梯形完整的三維實體模型 并用CAD繪制工程圖 3 4有限元分析 基于有限元分析軟件ANSYS對轉向系統(tǒng)進行建模和計算分析 并通過假設改進方案對比 找到進一步優(yōu)化方法 返回目錄 4 本設計的特色 1 在轉向梯形優(yōu)化設計中 進行虛擬樣機試驗驗證分析 建立了轉向系統(tǒng)的虛擬樣機模型 系統(tǒng)尺寸 位置參數采用優(yōu)化后的參數 對優(yōu)化結果的有效性進行驗證 2 在有限元分析中 采用有限元分析軟件ANSYS 它能與多數CAD軟件接口 實現數據的共享和交換 如Creo NASTRAN Alogor I DEAS AutoCAD等 是現代產品設計中的高級CAE工具之一