长城哈弗H6汽车转向器设计与三维装配仿真【三维图】开题报告

需要全套设计联系Q 97666224（说明书CAD图等）题目： 长城哈弗H6汽车转向器设计与三维装配仿真 1.毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1.1题目背景：新中国刚一成立就决定发展自己的汽车工业，1953年第一汽车制造厂破土动工，这是中国有史以来第一次建设自己的汽车厂，毛泽东主席为奠基仪式亲自题写了“第一汽车制造厂奠基纪念”。近几年，我国的汽车生产量和销售量都迅速增大，全国汽车拥有量大幅度上升。如今，我国汽车工业已经形成了比较完整的产品系列和生产布局，建成了第一汽车集团、东风汽车集团、上海汽车工业(集团)公司等大型企业。而目前，我国转向行业企业生产的产品种类齐全，已形成一定规模并达到较高水平，并向经济规模型、科技创新型方向迈进。根据汽车工业协会统计，2014末，我国汽车转向行业产能约为3600万台（套),总销售额约350亿元。1.2研究意义：汽车作为目前普遍的的交通工具，随着我国居民人均收入的提高,汽车正在开始逐步进入家庭。其设计和制造水平是各国科学技术发展水平的重要标志。为了满足各色人等的不同需求，现在的汽车多种多样，品牌各异，车型各异，特点各异。越来越多的人开始了解汽车行业的专业知识。汽车安全必然是我们在选择购买汽车中必须所了解的。而用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置称为汽车转向系统。汽车转动系统对汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统的零件都称为保安件。传统的汽车转向系统是机械式的转向系统。汽车的转向由驾驶员控制方向盘，通过转向器等一系列机械转向部件实现车轮的偏转，从而实现转向。随着上世纪五十年代起，液压动力转向系统在汽车上的应用，标志着转向系统革命的开始。液压助力转向系统减小了驾驶者作用在方向盘上的力，改善了汽车转向的轻便性和汽车运行的稳定性。可以说，汽车丧失了转向器这个重要环节，那么汽车的安全性将得不到充分而且必要的保证，交通事故将会愈来愈多，所以研究汽车的转向器十分必要，而且意义重大1。1.3国内外研究现状：作为汽车的一个重要组成部分, 汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成,如何设计汽车的转向特性, 使汽车具有良好的操纵性能, 始终是各汽车生产厂家和科研机构的重要研究课题。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天, 针对更多不同水平的驾驶人群, 汽车的操纵设计显得尤为重要。汽车转向系统经历了纯机械式转向系统、液压助力转向系统、电动助力转向系统3 个基本发展阶段2。1.3.1机械式的转向系统:由于采用纯粹的机械解决方案, 为了产生足够大的转向扭矩需要使用大直径的转向盘, 这样一来, 占用驾驶室的空间很大, 整个机构显得比较笨拙, 驾驶员负担较重, 特别是重型汽车由于转向阻力较大,单纯靠驾驶员的转向力很难实现转向, 这就大大限制了其使用范围。但因, 目前在一部分转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用。1.3.2液压助力转向系统:机械液压助力于1902年由英国人Frederick W.Lanchester发明。1951年克莱斯勒将液压转向助力系统应用在了Imperial车系上。1953 年通用汽车公司首次使用了液压助力转向系统, 此后该技术迅速发展, 使得动力转向系统在体积、功率消耗和价格等方面都取得了很大的进步。80 年代后期, 又出现了变减速比的液压动力转向系统。在接下来的数年内, 动力转向系统的技术革新差不多都是基于液压转向系统, 比较有代表性的是变流量泵液压动力转向系统( Variable Displacement Power Steering Pump) 和电动液压助力转向( Electric Hydraulic PowerSteering, 简称EHPS) 系统。变流量泵助力转向系统在汽车处于比较高的行驶速度或者不需要转向的情况下, 泵的流量会相应地减少, 从而有利于减少不必要的功耗电动液压转向系统采用电动机驱动转向泵, 由于电机的转速可调, 可以即时关闭, 所以也能够起到降低功耗的功效。液压助力转向系统使驾驶室变得宽敞, 布置更方便, 降低了转向操纵力, 也使转向系统更为灵敏。由于该类转向系统技术成熟、能提供大的转向操纵助力, 目前在部分乘用车、大部分商用车特别是重型车辆上广泛应用。但是液压助力转向系统在系统布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面存在不足3。1.3.3汽车电动助力转向系统（EPS）:电动助力转向系统（Electric Power Steering，缩写EPS）是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，与传统的液压助力转向系统HPS（Hydraulic Power Steering）相比，EPS系统具有很多优点。EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元（ECU）等组成。装配机械式转向系统的汽车，在泊车和低速行驶时驾驶员的转向操纵负担过于沉重，为了解决这个问题，美国GM公司在20世纪50年代率先在轿车上采用了液压助力转向系统。但是，液压助力转向系统无法兼顾车辆低速时的转向轻便性和高速时的转向稳定性，因此在1983年日本Koyo公司推出了具备车速感应功能的电控液压助力转向系统。这种新型的转向系统可以随着车速的升高提供逐渐减小的转向助力，但是结构复杂、造价较高，而且无法克服液压系统自身所具有的许多缺点，是一种介于液压助力转向和电动助力转向之间的过渡产品。到了1988年，日本Suzuki公司首先在小型轿车Cervo上配备了Koyo公司研发的转向柱助力式电动助力转向系统；1990年，日本Honda公司也在运动型轿车NSX上采用了自主研发的齿条助力式电动助力转向系统，从此揭开了电动助力转向在汽车上应用的历史。随着电子技术的发展, EPS 技术日趋完善, 并且其成本大幅度降低, 为此其应用范围将越来越大。改革开放以来，中国汽车工业发展迅猛。作为汽车关键部件之一的转向系统也得到了相应的发展，基本已形成了专业化、系列化生产的局面。有资料显示，国外有很多国家的转向器厂，都已发展成大规模生产的专业厂，年产超过百万台，垄断了转向器的生产，并且销售点遍布了全世界。随着汽车工业的迅速发展，转向装置的结构也有很大变化。汽车转向器的结构很多，从使用的普遍程度来看，主要的转向器类型有4种：有蜗杆肖式（WP型）、蜗杆滚轮式（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发展。微型货车用循环球式转向器占65%，齿条齿轮式占35%5。随着人们对环境保护的日益重视，电动汽车已经成为目前汽车技术研究的热点之一，电动助力转向系统目前应用于转向阻力不是很大的轿车上。因此，随着电动汽车研究的不断深入，开展电动汽车，包括电动轿车、电动客车。电动助力转向系统的研究已经成为电动助力转向系统的一个新的研究热点。2.本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施 2.1转向系统的功用汽车在道路上行驶时，驾驶员根据道路情况和交通状况转动转向盘，使转向车轮偏转，改变汽车的行驶方向。用来改变或保持汽车行驶方向的机构称为汽车转向系统（steering system）。2.2转向系统的类型汽车转向系统分为两大类：机械转向系统和动力转向系统。完全靠驾驶员受力操纵转向系统称为机械转向系统。借助动力来操纵的转向系统称为动力转向系统。动力转向系统又可分为液压动力转向系统和电动助力动力转向系统。 2.2.1机械转向系统 机械转向系统以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的。机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。图2.2所示为机械转向系的组成和布置示意图。当汽车转向时，驾驶员对转向盘1施加一个转向力矩。该力矩通过转向轴2、转向万向节3和转向传动轴4输入转向器5。经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向摇臂6，再经过转向直拉杆7传给固定于左转向节9 上的转向节臂8，使左转向节和它所支承的左转向轮偏转。为使右转向节13及其支承的右转向轮随之偏转相应角度，还设置了转向梯形。转向梯形由固定在左、右转向节上的梯形臂10、12和两端与梯形臂作球铰链连接的转向横拉杆11组成。图2.2 机械转向系统的组成和布置示意图2.2.2动力转向系统使用机械转向装置可以实现汽车转向，当转向轴负荷较大时，仅靠驾驶员的体力作为转向能源则难以顺利转向。动力转向系统就是在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置而形成的。转向加力装置减轻了驾驶员操纵转向盘的作用力。转向能源来自驾驶员的体力和发动机（或电动机），其中发动机（或电动机）占主要部分，通过转向加力装置提供。正常情况下，驾驶员能轻松地控制转向。但在转向加力的装置失效时，就回到机械转向系统状态，一般来说还能由驾驶员独立承担汽车转向任务。2.2.3电动助力动力转向系统：电动助力转向系统是在传统机械转向系统的基础上发展起来的。它利用电动机产生的动力来帮助驾驶员进行转向操作，系统主要由三大部分构成，信号传感装置(包括扭矩传感器、转角传感器和车速传感器)，转向助力机构(电机、离合器、减速传动机构)及电子控制装置。电动机仅在需要助力时工作，驾驶员在操纵转向盘时，扭矩转角传感器根据输入扭矩和转向角的大小产生相应的电压信号，车速传感器检测到车速信号，控制单元根据电压和车速的信号，给出指令控制电动机运转，从而产生所需要的转向助力。EPS的基本原理是：转矩传感器与转向轴（小齿轮轴）连接在一起，当转向轴转动时，转矩传感器开始工作，把输入轴和输出轴在扭杆作用下产生的相对转动角位移变成电信号传给ECU，ECU根据车速传感器和转矩传感器的信号决定电动机的旋转方向和助力电流的大小，从而完成实时控制助力转向。因此它可以很容易地实现在车速不同时提供电动机不同的助力效果，保证汽车在低速转向行驶时轻便灵活，高速转向行驶时稳定可靠9。2.3转向器概述转向器的功用 转向器的作用是把来自转向盘的转向力矩和转向角进行适当的变换（主要是减速增矩），再输出给转向拉杆机构，从而使汽车转向，所以转向器本质上就是减速传动装置，一般有12级减速传动副。2.3.1转向器的结构机械式转向器2.3.1.1齿轮齿条式转向器：它是由转向齿轮、转向齿条、壳体和预紧力调整装置等组成。由于齿轮齿条式转向器属于可逆式转向器，其正效率与逆效率都很高，自动回正能力强。齿轮齿条式转向器结构简单、加工方便、工作可靠、使用寿命长、不需要调整齿轮齿条的间隙，因而得到广泛的应用。 2.3.1.2循环球转向器：如图2.3所示，主要由螺杆、螺母、转向器壳体以及许多小钢球等部件组成，所谓的循环球指的就是这些小钢球，它们被放置于螺母与螺杆之间的密闭管路内，起到将螺母螺杆之间的滑动摩擦转变为阻力较小的滚动摩擦的作用，当与方向盘转向管柱固定到一起的螺杆转动起来后，螺杆推动螺母上下运动，螺母在通过齿轮来驱动转向摇臂往复摇动从而实现转向。在这个过程当中，那些小钢球就在密闭的管路内循环往复的滚动，所以这种转向器就被称为循环球式转向器。相比齿轮齿条式转向器，循环球式转向器由于更多依靠滚动摩擦，所以具有较高的传动效率，操纵起来比较轻便舒适，机械部件的磨损较小，使用寿命相对较长13。图2.3 循环球转向系统结构示意图2.3.1.3液压助力转向器 主要部件包括油泵、液压式分配阀和助力器。油泵通过皮带带动，把油压输出到助力器，助力器课题内是一个活塞，活塞两端是腔室。当轿车直线行驶时，活塞两端压力相等，静止不动，油泵空转；转动方向盘时，液压分配阀将油液通过变化了的通道进入了助力器的一侧，使活塞两端出现压力差，迫使活塞移动到另一侧帮助转动。 液压助力具有工作噪音小，灵敏度高，占用体积小，并能够吸收来自地面的冲击力反应迅速等特点。但能耗较高,尤其是低速转弯的时候，觉得方向比较沉，发动机也比较费力气，又由于液压泵的压力很大，也比较容易损害助力系统。2.3.1.4电动助力转向器 电动助力转向器是利用电动机作为助力源，根据车速和转向参数等因素，由电子控制单元完成助力控制，其原理可概括如下：当操纵转向盘时，装在转向盘轴上的转矩传感器不断地测出转向轴上的转矩信号，该信号与车速信号同时输入到电子控制单元。电控单元根据这些输入信号，确定助力转矩的大小和方向，即选定电动机的电流和转动方向，调整转向辅助动力的大小。电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构减速增矩后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与汽车工况相适应的转向作用力。2.3.1.5电控液压助力转向器电控液压助力转向器是液压助力和电动助力的结合体。它主要是通过车速传感器将车速传递给电子元件或微型计算机系统，控制电液转换装置改变动力转向的助力特性，使驾驶员的转向手力根据车速和行驶条件变化而改变，即在低速行驶或急速转弯时能以很小的转向手力进行操作，在高速行驶时能以稍重的转向手力进行稳定操作，使操纵性和稳定性达到最合适的平衡状态。2.3.1.6线控转向器 随着电子技术和控制理论的发展，一些研究人员做出大胆假设，将方向盘与转向车轮通过控制信号连接，就可以利用转向系统的变增益特性补偿整车转向特性的变化，从而降低驾驶员的操作负担，改善人-车闭环系统性能。这种全新的转向控制系统就是线控转向系统15。2.4 采用的研究方案、研究方法或措施 2.4.1研究方案（1）了解汽车转向系统的现状，熟悉其发展状况、详细构造和工作原理；（2）根据哈弗H6汽车的主要参数，对其转向系统进行整体结构设计，实现汽车在各种路况下进行良好的转向，保证其安全性、操控性和稳定性；（3）运用AutoCAD软件绘制转向器总装配图以及主要部件的零件图；（4）运用CATIA三维设计软件，对转向系统进行三维建模与装配仿真。 2.4.2研究方法本次设计的题目中的车型为哈弗H6城市SUV型车，其基本参数如表2.4所示。表2.4 哈弗H6城市SUV型车的基本参数车型名称车身参数（mm）最高车速（km/h）整备质量（T）最大功率（kw）最大扭矩（Nm）轴距（mm）后轮距（mm）轮胎型号哈弗H6 城市SUV4640*1825*16901801.49011021026801565225/65 R17 2.4.3转向器的设计 2.4.3.1转向传动机构 转向传动机构的选择 从转向器到转向轮之间的所有传动杆件总称为转向传动机构。 （1）与非独立悬架配用的转向传动机构； （2）与独立悬架配用的转向传动机构。2.4.3.2转向梯形的选择 转向梯形有整体式和断开式两种。对转向传动机构进行设计，由于本设计选用的是非独立式悬架，因此选用与非独立悬架配用的转向传动机构，转向梯形也选用与之配用的整体式转向梯形。 2.4.3.3转向系主要性能参数（1）转向器的效率；（2）传动比的变化特性；（3）转向器传动副的传动间隙t ；（4）转向系计算载荷的确定。2.4.3.4循环球转向器的尺寸参数计算 （1）螺杆钢球螺母传动副的设计 保证足够的强度条件下，钢球中心距D值取小一些，螺母内径D应大于螺杆外径D，一般要求D-D=（5%10%）D。 （2）齿条、齿扇传动副的设计 必须确定参数：模数，法向压力角，齿顶高系数，径向间隙系数，整圆齿数和齿扇宽度。2.4.3.5循环球式转向器零件强度计算 螺杆和螺母用20CrMnTi钢制造，表面渗碳。转向器的润滑方式和密封类型的选择。2.4.4转向系统的其它部分 （1）万向传动装置； （2）传动轴与中间支承； （3）动力转向机构设计； （4）汽车转向器的日常维护。2.4.5转向系统的三维仿真 （1）CATIA简介； （2）转向器的三维装配仿真设计。3.本课题研究的重点及难点，前期已开展工作3.1重点及难点 （1）循环球转向器的尺寸参数计算 齿条、齿扇传动副的设计， 螺杆钢球螺母传动副的设计， 转向器零件强度计算； （2）转向传动机构强度计算； （3）运用CATIA三维软件建立转向器的三维模型并进行装配仿真。3.2前期已开展工作 在撰写开题报告之前已在图书馆等查阅了大量关于汽车转向系统方面的书籍、期刊和手册，并且在互联网上搜索了一些汽车转向系统及其主要零部件的视频、图片和文字等信息，通过进行了这些前期工作，使我对汽车转向系统的功用、结构和工作原理都有了进一步的了解和认识，相信自己能够比较完满地完成这次毕业设计。4.完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写） 第12周：消化课题题目，收集资料，明确设计的任务及要求；第34周：撰写开题报告，准备开题答辩； 第57周：设计计算转向器的主要零部件；第79周：完成中期报告，准备中期检查，熟悉三维建模软件；第1012周：应用AutoCAD软件绘制转向器总装配图以及主要部件的零件图；第1314周：运用三维设计软件，对转向系统主要部件进行三维建模与装配；第15周：进行毕业设计总结，编写毕业设计论文，并做好答辩的准备。5 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见） 指导教师： 年 月 日 6 所在系审查意见： 系主管领导： 年 月 日参考文献1 刘惟信.汽车设计M.北京：清华大学出版社，2001.2 陈家瑞.汽车构造M.北京：人民交通大学出版社，2008.3 王望予.汽车设计M.北京：机械工业出版社，2008.4 李庆华.材料力学M.成都：西南交通大学出版社，2006.5 余志生.汽车理论M.北京：机械工业出版社，2008.6 刘朝儒.机械制图M.北京：高等教育出版社，2001.7 汽车工程手册编辑委员会. 汽车工程手册M：基础篇.北京：人民交通出版社， 2001.8 汽车工程手册编辑委员会. 汽车工程手册M：设计篇.北京：人民交通出版社，2001.9 季学武.动力转向系统的发展与节能J.世界汽车，2001,10.10 徐梁征，肖成永等.汽车列车系统稳定性分析及控制系统仿真J.计算机仿真， 2003,12.11 宋晓琳，徐成，殷其华.汽车转向器总成性能试验数据处理系统J.汽车科技，2002,5.12 丁礼灯，杨家军等.汽车动力转向器转向力矩的分析与计算J.三峡大学学报 ( 自然 科学版)，2001,3.13 王玉梅，岳静等.微型汽车循环球式转向器齿扇设计参数分析J.长春工业大学学 报.2006,26（2）：145147.14 钟兵.低速汽车转向系设计J.山东五征集团汽车研究所.2006，15 邱峰.汽车转向系统的发展趋势与关键技术J.轻型汽车技术，2001,5.16 Masahiko Hurishige, Takayuki Kifuku, Noriyuki Inoue. 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