某乘用车齿条助力式转向系统设计开题答辩

本科毕业设计开题报告 论文题目 某乘用车齿条助力式转向系统设计班级 目录 1 课题研究的目的和意义2 国内外研究现状3 本课题的研究内容及技术方案4 本设计的特色 转向系统转向器可分为齿轮齿条转向器 蜗杆曲柄销式转向器和循环球式转向器 齿轮齿条转向器作为最常见的一种转向器 具有哪些优点 齿轮齿条转向器的优点 结构简单 制造方便 工作可靠 使用寿命长 自动回正力强 传动方式是齿轮齿条直接啮合 操纵灵敏度非常高 滑动和转动阻力小 转向轻便 转矩传递性能较好 其正效率与逆效率都很高 属于可逆式转向器 并可安装转向助力机构 随着汽车工业的飞速发展 人们对于汽车的要求也逐渐提高 汽车的操纵稳定性日益受到广泛的关注 传统机械转向系统的汽车已经不能满足人们的需求 取而代之的是助力转向系统的崛起 包括液压助力转向系统 电液助力转向系统和电动助力转向系统 助力转向系统已得到了广泛的研究 1 传统机械转向系统的缺点非常明显 它转向操纵难度增大 转向费力 其传动比是固定的 即角传递特性无法改变 导致汽车的转向响应特性无法控制 传动比无法随汽车转向过程中的车速 侧向加速度等参数的变化而进行补偿 驾驶员必须在转向之前就对汽车的转向响应特性进行一定的操作补偿 这样无形中增加了驾驶员的精神和体力负担 2 液压助力转向系统和电液助力转向系统通过液压力作用来推动传统机械转向机构的转向运动 从而减轻了驾驶员的劳动强度 解决了传统机械转向系统随着汽车质量越大转向越费力的问题 在一定程度上解决了传统机械转向系统由于转向器传动比固定而造成的转向 轻便 与 灵敏 之间的矛盾 液压助力转向系统工作可靠 技术成熟 能提供大的转向助力 目前在部分乘用车 绝大部分商用车特别是中重型车辆上广泛应用 3 电动助力转向系统的优点很多 一是系统助力矩的大小由电子控制单元实时调节和控制 能够在各种行驶工况下提供最佳的助力 有效改善汽车的转向助力特性 保证汽车在低速行驶时转向轻便灵活 高速行驶时转向稳定可靠 可以很好地解决汽车转向时轻与灵的矛盾 二是该系统只在转向时电动机才提供助力 因而能减少能量消耗 三是该系统取消了液压装置 使得其结构更紧凑 质量更轻 而且彻底根除了液压助力转向系统和电液助力转向系统中液压油泄漏的问题 可大大降低保修成本 减小对环境的污染 四是该系统由于直接由电动机提供助力 而电动机由蓄电池供电 因此该系统在发动机熄火或出现故障时也能提供助力 助力转向系统的重要性吗 汽车助力转向系统在经历了长足的发展后已得到了整个汽车行业的认可和应用 在GB7258 2004中专门规定 车辆转向轴最大设计轴荷大于4000kg时 必须采用转向助力装置 由此可见 助力转向系统在汽车转向系统中的重要性和必要性 综上所述 助力转向系统具有明显优势 而齿轮齿条转向器是最常用 优点突出的转向器 齿条助力式转向系统的助力单元可灵活固定于齿条各处 方便整车布置 同时降低了齿数比即降低了转动惯量 可以提供优良转向特性 所以对齿条助力式转向系统的研究意义重大 返回目录 2 1助力式转向系统国内外现状 至今 汽车转向系统经历了传统机械转向系统 液压助力转向系统 电液助力转向系统和电动助力转向系统4个发展阶段 未来则可能向线控动力转向系统发展 目前汽车转向系统正处在液压助力转向系统 电液助力转向系统向电动助力转向系统发展的过渡阶段 目前 助力转向系统零件在很大程度上依赖进口 几个主要的转向系统供应商有TRW JTEKT Delphi ZFLenksysteme ThyssenkruppAutomotive 他们各自在不同的转向产品领域中成为领导厂商 2008年 日本新上市的乘用车中约70 装配了EPS 欧洲市场约为50 北美市场约为25 而我国则不足10 EPS代表未来助力转向技术的发展方向 将作为标准件装备到汽车上 并将在助力转向领域占据主导地位 特别是电动汽车将构成未来汽车发展的主体 这给EPS带来了更加广阔的应用前景 2 2转向器国内外现状2 2 1国外情况 在全球汽车厂家中 汽车循环球式转向器占市场份额接近一半 齿条齿轮式转向器占市场份额接近百分之四十 蜗杆曲柄指销式转向器占市场份额超过百分之十 其它转向器在市场上基本消失 美国和日本都非常重视使用循环球式转向器 它们使用的比重都已超过百分之九十 日本的公共汽车基本全部使用循环球式转向器 大 中型货车也大部分使用循环球式转向器 微型货车循环球式转向器大约百分之六十五左右 齿条齿轮式转向器的使用已经超过百分三十五 而欧洲对齿轮齿条式转向器的使用和发展非常重视 在中 小 微型客车中 齿条齿轮式转向器使用比重已经超过一半 有些国家甚至达到百分之九十以上 在日本NSK公司的转向器就以质优价廉的优势占领了本国市场 并逐步销售全世界 德国ZF转向器公司是一个专门生产转向器的大公司 从上世纪五十年代开始生产转向器到现在每年生产转向器几百万台 另外美国德尔福公司 英国BURMAN公司都是非常著名的转向器生产公司 每年都会生产许多各种型号的转向器 国外转向器专业化设计 制造 加工和生产已成为一种趋势 能够使转向器质优价廉 实现大批量生产 快速占领国际市场 2 2 2国内情况 在我国汽车使用的转向器中 上世纪解放汽车和东风汽车使用蜗杆曲柄指销式转向器转向器 现在解放汽车和东风汽车也已经开始使用循环球式转向器 其它汽车大都使用齿轮齿条式转向器和循环球式转向器 我国在大量生产齿轮齿条式转向器并在小型货车及家庭轿车使用中得到飞速发展 例如我国第一汽车集团公司在中日合作的项目上使用的就是齿轮齿条式转向器 还有其他本田 奥迪 桑塔纳 夏利等轿车 以及南京依维柯 柳州五菱等小型货车 均使用的是齿轮齿条式转向器 虽然国内齿轮齿条式转向器有一定发展 但生产效率低 成本高 只有专业化设计 流水线生产 才能提高生产效率 降低生产成本 在国内外市场上占有一席之地 返回目录 3 1对转向系统进行设计计算 1 对转向系方案进行选择 包括转向盘 转向轴 转向器 转向梯形的方案选择 2 确定转向系的主要参数 对转向系的主要参数 传动比和计算载荷等进行计算 3 设计齿轮齿条转向器 确定齿轮齿条转向器的输出形式和整车布置 对其工作原理进行研究 对其结构进行设计 包括速比计算 螺旋角对其影响的分析 齿条齿面形状分析 轴承选择 4 设计转向梯形 分析转向梯形的理论特性 确定转向梯形的布置形式 对转向梯形的尺寸进行初步确认 最后对梯形进行校核 3 2对转向梯形进行优化设计 对转向梯形数学模型进行推导 分析理想的左右转向轮转角关系和实际的左右转向轮转角的关系 对优化目标函数和约束条件进行确定 最后对优化结果进行分析并进行虚拟样机试验验证分析 3 3三维建模 用Catia建立转向器 转向梯形完整的三维实体模型 并用CAD绘制工程图 3 4有限元分析 基于有限元分析软件ANSYS对转向系统进行建模和计算分析 并通过假设改进方案对比 找到进一步优化方法 返回目录 4 本设计的特色 1 在转向梯形优化设计中 进行虚拟样机试验验证分析 建立了转向系统的虚拟样机模型 系统尺寸 位置参数采用优化后的参数 对优化结果的有效性进行验证 2 在有限元分析中 采用有限元分析软件ANSYS 它能与多数CAD软件接口 实现数据的共享和交换 如Creo NASTRAN Alogor I DEAS AutoCAD等 是现代产品设计中的高级CAE工具之一