车辆工程毕业设计说明书.docx

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车辆工程毕业设计说明书

目次

1前言…………………………………………………………………………2

2汽车转向系统设计…………………………………………………………3

2.1机械式转向系的组成……………………………………………………3

2.2转向系传动比……………………………………………………………4

3转向机构的设计……………………………………………………………6

3.1转向器……………………………………………………………………6

3.2转向操纵机构……………………………………………………………6

3.3转向传动机构……………………………………………………………7

4转向系有关参数的计算机校核……………………………………………8

4.1转向系主要性能参数……………………………………………………8

4.2转向器的设计计算及校核………………………………………………13

4.3转向传动机构的设计计算与校核………………………………………20

5悬架结构方案分析…………………………………………………………23

5.1悬架系统的组成…………………………………………………………23

5.2悬架类型及特点…………………………………………………………25

6前悬架的设计计算…………………………………………………………26

6.1弹簧形式的选择…………………………………………………………26

6.2弹簧参数的计算…………………………………………………………26

6.3弹簧的校核………………………………………………………………28

7减振器的结构、原理及功用………………………………………………29

7.1减振器的作用……………………………………………………………29

7.2减振器的结构……………………………………………………………30

7.3减振器的工作原理………………………………………………………31

7.4减振器主要尺寸的确定…………………………………………………31

8横向稳定器的作用…………………………………………………………34

设计总结………………………………………………………………………35

参考资料………………………………………………………………………36

致谢……………………………………………………………………………36

1前言

经过三十多年的发展，我国微型汽车已成为汽车行业中增长速度最快的汽车品种之一，我国的微型汽车在价格、质量等方面具有一定的比较优势，在开拓国际市场方面形成了一定的竞争实力。

2004年以来国际市场原油价格不断攀升，国家发改委几次上调成品油价格，使用经济性是人们不得不考虑的因素。

因此购置节能实用、品质优异的小排量微型汽车成了用户的明智选择。

国家发改委于2004年6月1日正式颁布实施的《汽车产业发展政策》明确提出：

培育以私人消费为主体的汽车市场，改善汽车使用环境，从而引导汽车消费者购买和使用低能耗、低污染、小排量的微型汽车，加强环境保护。

2004年10月28日,中国首个油耗强制性国家标准《乘用车燃料消耗量限值》正式出台，这一切都决定了低油耗、小排量的微型客车在今后会有更大的发展空间。

汽车悬架和转向系统是汽车的重要组成部分，在汽车设计中占有重要地位，设计的好坏，直接影响汽车的操纵性、动力性及舒适性。

本次设计过程中，参考同类车型，在老师的指导下，根据车辆设计的特点，按照设计原则，从实用性、经济性的角度考虑来设计悬架、转向总成，进而合理选择各项参数、材料，优化设计出结构尺寸紧凑，经济性好，与总体布置相匹配，并具有通用性的悬架和转向系统。

2汽车转向系设计

2.1机械式转向系的组成

机械式转向系有转向操纵机构、转向器、转向传动机构三大部分组成。

2.1.1齿轮齿条式转向器

此转向器与转向轴做为一体，齿轮齿条式转向器最主要的优点是：

结构简单，紧凑。

壳体采用铝合金或铝镁合金压铸而成，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，能自动消除齿间间隙，转向器占用体积小，没有转向摇臂和直拉杆，所以转向轮转角可以增大，制造成本低。

齿轮齿条式转向器的主要缺点是：

因逆效率高（60%~70%），汽车在不平路面上行驶时，发生在转向轮与路面之间冲击力的大部分能传至转向盘，称之为反冲，反冲现象会使驾驶员精神紧张，并难以准确控制汽车的行驶方向，转向盘突然转动又会造成打手，同时对驾驶员造成伤害。

2.1.2循环球式转向器

循环球式转向器由螺杆和螺母共同形成的螺旋槽内装钢球构成的传动副，以及螺母上齿条与摇臂轴上齿扇构成的传动副组成。

主要优点是：

在螺杆和螺母之间因为有可以循环流动的钢球，将滑动摩擦变为滚动摩擦，因而效率可以达到75%~85%，在结构和工艺上采取措施后包括提高制造精度，改善工作表面粗糙度和螺杆、螺母上的螺旋槽经淬火和磨削加工，使之有足够的硬度和耐磨损性能，可保证有足够的使用寿命，转向器的传动比可以变化，工作平稳可靠，齿条与齿扇之间的间隙调整工作容易进行，适合做整体式转向器。

循环球式转向器的主要缺点是：

逆效率高，结构复杂，制造困难，制造精度要求高。

2.1.3蜗杆滚轮式转向器

蜗杆滚轮式转向器由蜗杆和滚轮啮合而构成，其主要优点是：

结构简单，制造容易，有比较高的强度，工作可靠，磨损小，寿命长，逆效率低；其主要缺点是：

正效率低，工作齿面磨损以后，调整啮合间隙比较困难，转向器的传动比不能变化。

2.1.4蜗杆指销式

蜗杆指销式转向器的主要优点是:

传动比可以做成不变的也可以做成变化的，指销和蜗杆之间的工作面磨损后，调整间隙工作容易进行，但蜗杆指销式转向器应用比较少。

2.2转向系转动比

转向系的传动比包含有两个部分：

①转向系角传动比，②转向系力传动比。

其中转向盘角速度与同侧转向节偏转角速度之比，称为转向系角传动比，即

（2-1）

其中为转向盘转角增量；

为转向节转角增量；

为时间增量。

从轮胎接地面中心作用在两个转向轮上的合力与作用在转向盘手力之比，称为力传动比，即

（2-2）

其中又由转向器角传动比和转向传动机构角传动比所组成。

转向系角传动比越大，则为了克服一定的地面转向阻力所需要的转向盘的转向力矩便越小，在转向盘直径一定时，驾驶员所需要的加于方向盘的手力也越小。

但过大的话将使得转向操纵不灵敏，为了使转向节偏转一定的角度，所需要的方向盘转角过大。

所以，也不是越大越好。

转向转动机构的转向角传动比的数值相对于转向系的角传动比来说比较小，在转向的过程中由于转向节臂的旋转减弱了转向节臂的杠杆作用，这将使得方向盘在达到死点位置附近，转向变得沉重，为了解决这一问题，我们便设计使转向器的角传动比是可变的，在中间位置是转向角传动比较小，而在两个端点位置时转向角传动比较大，这样便可缓解由于转向节的旋转而带来的杠杆作用减弱的问题。

转向器的角传动比，货车的为16～32，轿车的为12～20。

本次设计题目为微型客车,兼有乘用车的特点，所以初选其中部啮合处。

3转向机构的设计

3.1转向器

在本次设计中我们选用的是齿轮齿条式转向器。

虽然这种转向器容易将车轮所受到的地面反作用力传至转向盘，容易产生打手和摆振等现象，但同时也具有对路面状态反应灵敏的优点，齿轮齿条方式的最大特点是刚性大，结构紧凑重量轻，且成本低。

齿轮与齿条直接啮合，将齿轮的旋转运动转化为齿条的直线运动，使转向拉杆横向拉动车轮产生偏转。

齿轮并非单纯的平齿轮，而是特殊的螺旋形状，这是为了尽量减小齿轮与齿条之间的啮合间隙，使转向盘的微小转动能够传递到车轮，提高操作的灵敏性，也就是我们通常所说的减小方向盘的旷量。

不过齿轮啮合过紧也并非好事，它使得转动转向盘时的操作力过大，人会感到吃力。

3.2转向操纵机构

3.2.1转向盘

转向盘即通常所说的方向盘。

转向盘内部有金属制成的骨架，是用钢、铝合金或镁合金等材料制成。

由圆环状的盘圈、插入转向轴的转向盘毂，以及连接盘圈和盘毂的辐条构成。

采用焊接或铸造等工艺制造，转向轴是由细齿花键和螺母连接的。

骨架的外侧一般包有柔软的合成橡胶或树脂，也有采用皮革包裹以及硬木制作的转向盘。

转向盘外皮要求有某种程度的柔软度，手感良好，能防止手心出汗打滑的材质，还需要有耐热性。

转向盘位于司机的正前方，是碰撞时最可能伤害到司机的部件，因此需要转向盘具有很高的安全性，在司机撞在转向盘上时，骨架能够产生变形，吸收冲击能，减轻对司机的伤害。

转向盘的惯性力矩也是很重要的，惯性力矩小，我们就会感到“轮轻”，操做感良好，但同时也容易受到转向盘的反弹（即“打手”）的影响，为了设定适当的惯性力矩，就要调整骨架的材料或形状等。

另外为了进一步提高汽车的行驶安全性，现在有越来越多的汽车在转向盘里安装了安全气囊，也使汽车的安全性大大提高了。

3.2.2转向柱管和转向轴的吸能装置

为牢固支承转向盘而设有转向柱管。

传递转向盘操作的转向轴从中穿过，由轴承和衬套支承。

转向柱管本体安装在车身上。

转向机构应备有吸收汽车碰撞时产生的冲击能的装置。

许多国家都规定轿车义务安装吸能式转向柱。

吸能装置的方式很多，大都通过转向柱的支架变形来达到缓冲吸能的作用。

转向轴与转向器之间采用连轴节相连（即两个万向节），之所以用连轴节，除了可以改变转向轴的方向，还有就是使得转向轴可以作纵向的伸缩运动，以配合转向柱的缓冲运动。

3.3转向传动机构

转向传动机构是指从转向器到转向节臂之间的一系列的部件和零件。

它的作用非常的重要，因为转向梯形设计的合理与否直接影响到转向系转向关系是否满足理论的转向关系，如果设计不当将严重加剧轮胎的磨损，直接影响到汽车的行驶稳定性。

转向杆系的最小转动角必须保证在时，其中为汽车转向轮的外轮转角；为汽车内轮转角为时的传动角。

转向传动机构的作用是将转向器输出的力与运动传到转向桥两边的转向节，并使两个转向轮保持一定的偏转关系，从而保证汽车转向时车轮与地面的滑动尽可能的小。

在本次设计中由于我们采用的是麦弗逊式独立悬架，当转向轮独立悬挂时，每个转向轮分别相对于车架做独立运动，汽车的前悬比较短，发动机中置，汽车前部相对来说较大的空间，且由于齿轮齿条式转向器所对应的转向梯形的最小转动角的要求，考虑到这些因素我们采用了断开式转向梯形。

其工作方式为转向器带动转向横拉杆，经横拉杆传递给转向节臂，从而带动转向节使转向轮实现转向。

4转向系有关参数的计算及校核

4.1转向系主要性能参数

4.1.1转向器的效率

功率从转向轴输入，经转向器输出所求得的效率称为正效率，用符号表示，；反之称为逆效率，用符号表示，。

其中，为转向器中的摩擦功率；为作用在齿条轴上的功率。

为了保证转向时驾驶员转动方向盘轻便，要求正效率高；为了保证汽车转向后转向轮和转向盘能自动回正，又需要一定的逆效率。

为了减轻在不平路面上行驶时驾驶员的疲劳，车轮与路面之间的作用力传至方向盘时应尽可能小，防止打手，这又要求此逆效率尽可能低。

4.1.1.1转向器的正效率

影响转向器正效率的因素有：

转向器的类型、结果特点、结构参数和制造质量等。

转向器类型、结构特点与效率在前述的几种转向器中，齿轮齿条式、循环球式的正效率比较高。

同一类型的转向器，因结构不同效率也不一样。

4.1.1.2转向器逆效率

根据逆效率大小的不同，转向器又分为可逆式、极限可逆式、和不可逆式三种。

齿轮齿条式转向器属于可逆式转向器，其逆效率相当高，它能保证转向后，转向轮和转向盘自动回正。

这既减轻了驾驶员的疲劳，又提高了行驶的安全性。

但是，在不平路面上行驶时，车轮受到的冲击力能大部分传至转向盘，造成驾驶员“打手”，使之精神紧张；如果长时间在不平路面上行驶，易使驾驶员疲劳，影响安