[CAD圖紙全套]轎車前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 目 錄 摘要 I 1 章 緒論 1 向系統(tǒng)綜述 1 動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(diǎn) 2 章小結(jié) 3 第 2 章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要參數(shù)的確定 4 向盤的直徑 4 向盤回轉(zhuǎn)的總?cè)?shù) 4 向系的效率 4 向系的傳動(dòng)比 5 向時(shí)加在轉(zhuǎn)向盤上的力 6 齒輪最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算 6 向系的角傳動(dòng)比 6 向器的角傳動(dòng)比 7 章小結(jié) 7 第 3 章 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 8 輪齒條結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì) 8 輪齒條設(shè)計(jì)及校核 8 章小結(jié) 13 第 4 章 主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器的設(shè)計(jì) 14 動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器行星齒輪設(shè)計(jì) 15 動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器行星齒輪可行性設(shè)計(jì) 21 動(dòng) 轉(zhuǎn)向控制器蝸輪蝸桿設(shè)計(jì) 23 輪蝸桿傳動(dòng)比的確定 23 輪蝸桿的設(shè)計(jì) 25 章小結(jié) 29 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 結(jié)論 30 參考文獻(xiàn) 31 致謝 32附錄 A 33 附錄 B 35 摘 要 轎車前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以確保車輛在任何速度下都能提供理想的轉(zhuǎn)向操控，同時(shí)加強(qiáng)了轎車在高速行駛狀態(tài)下的安全性，提高了駕駛員在駕駛汽車時(shí)候的靈活性和舒適性 ,而且相比于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向器，主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更加可靠，故障率更低。 本設(shè)計(jì)以現(xiàn)有主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)裝置為基礎(chǔ)，參考先進(jìn)的主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和已有汽車 的相關(guān)數(shù)據(jù)，重新設(shè)計(jì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器及相匹配的主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)方案，并對相關(guān)的部分進(jìn)行強(qiáng)度校核。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要參數(shù)的確定，齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)，主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器的設(shè)計(jì)，其中主動(dòng)轉(zhuǎn)向是設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，采用星星齒輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)主動(dòng)轉(zhuǎn)向的控制，最后運(yùn)用 件進(jìn)行二維圖紙的繪制。 關(guān)鍵詞 ：轉(zhuǎn)向器；主動(dòng)轉(zhuǎn)向；前輪；機(jī)械設(shè)計(jì)；行星齒輪 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 in in of a to is on of of of of of of of is in to AD D ey 龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 買文檔送全套 紙，扣扣 414951605 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第 1 章 緒 論 主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)保留了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的機(jī)械構(gòu)件，包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向柱、齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)以及轉(zhuǎn)向橫拉桿等。其最大特點(diǎn)就是在轉(zhuǎn)向盤和齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)之間的轉(zhuǎn)向柱上集成了一套雙行星齒輪機(jī)構(gòu)，用于向轉(zhuǎn)向輪提供疊加轉(zhuǎn)向角。主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過一組雙行星齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立于駕駛員的轉(zhuǎn)向疊加功能，完美地解決了低速時(shí)轉(zhuǎn)向靈活輕便與高速時(shí)保持方向穩(wěn)定性的矛盾，并在此基礎(chǔ)上通過轉(zhuǎn)向干預(yù)來防止極限工況下車輛轉(zhuǎn)向過多的趨勢，進(jìn)一步提高了車輛的穩(wěn)定性。同時(shí)，該系統(tǒng)能方便地與其他動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)進(jìn)行集成控制，為今后 汽車底盤一體化控制奠定了良好的基礎(chǔ)。 與常規(guī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的顯著差別在于，主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅能夠?qū)D(zhuǎn)向力矩進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且還可以對轉(zhuǎn)向角度進(jìn)行調(diào)整，使其與當(dāng)前的車速達(dá)到完美匹配。其中的總轉(zhuǎn)角等于駕駛員轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和伺服電機(jī)轉(zhuǎn)角之和。低速時(shí)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的行星架轉(zhuǎn)動(dòng)方向與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)相同，疊加后增加了實(shí)際的轉(zhuǎn)向角度，可以減少轉(zhuǎn)向力的需求。高速時(shí)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的行星架轉(zhuǎn)動(dòng)方向與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)相反，疊加后減少了實(shí)際的轉(zhuǎn)向角度，轉(zhuǎn)向過程會變得更為間接，提高了汽車的穩(wěn)定性和安全性 。 向系統(tǒng)綜述 1、 蝸桿曲柄銷式轉(zhuǎn)向器 它是以蝸桿為主動(dòng)件，曲柄銷為從動(dòng)件的轉(zhuǎn)向器。蝸桿具有梯形螺紋，手指狀的錐形指銷用 軸承 支承在曲柄上，曲柄與轉(zhuǎn)向搖臂軸制成一體。轉(zhuǎn)向時(shí)，通過轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿、嵌于蝸桿螺旋槽中的錐形指銷一邊自轉(zhuǎn)，一邊繞轉(zhuǎn)向搖臂軸做圓弧運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)曲柄和轉(zhuǎn)向垂臂擺動(dòng)，再通過轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。這種轉(zhuǎn)向器通常用于轉(zhuǎn)向力較大的載貨汽車上。 2、 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 循環(huán)球式：這種轉(zhuǎn)向裝置是由 齒輪機(jī)構(gòu) 將來自轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)力進(jìn)行減速，使轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)闇u輪蝸桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，滾珠螺桿和螺母夾著鋼球嚙合，因而滾珠螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，螺母再與扇形齒輪嚙合，直線運(yùn)動(dòng)再次變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使連桿臂搖動(dòng)，連桿臂再使連動(dòng)拉桿和橫拉桿做直線運(yùn)動(dòng)，改變車輪的方向。 這是一種古典的機(jī)構(gòu)，現(xiàn)代 轎車 已大多不再使用，但又被最新方式的助力轉(zhuǎn)向裝置所應(yīng)用。它的原理相當(dāng)于利用了螺母與螺栓在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的相對移動(dòng)，而在螺紋與螺紋之間夾入了鋼球以減小阻力，所有鋼球在一個(gè)首尾相連的封閉的螺旋 曲線內(nèi)循環(huán)滾動(dòng)，循環(huán)球式故而得名。 3、 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 它是一種最常見的轉(zhuǎn)向器。其基本結(jié)構(gòu)是一對相互嚙合的 小齒輪 和齒條。轉(zhuǎn)向軸帶動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒條便做直線運(yùn)動(dòng)。有時(shí)，靠齒條來直接帶動(dòng)橫拉桿，就可使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。所以，這是一種最簡單的轉(zhuǎn)向器。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，轉(zhuǎn)向靈敏，體積小，可以直接帶動(dòng)橫拉桿。在 汽車 上得到廣泛應(yīng)用。 動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(diǎn) 自從汽車發(fā)明以來，駕駛轉(zhuǎn)向的傳動(dòng)裝置通常都 是固定的，方向盤與前輪的轉(zhuǎn)向角度比始終一成不變。如果采用直接轉(zhuǎn)向，駕駛者在過急彎時(shí)就不需要大幅轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，但是在高速行駛時(shí)，方向盤細(xì)微的動(dòng)作都將會影響到行駛穩(wěn)定性；反過來說，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)越是間接，車輛在高速公路上的行駛穩(wěn)定性就越高，但是必須犧牲過彎時(shí)的操控性。所以，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都必須在安全性與舒適性之間做出權(quán)衡。 而 主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)保留了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的機(jī)械構(gòu)件，包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向柱、齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)以及轉(zhuǎn)向橫拉桿等。其最大特點(diǎn)就是在轉(zhuǎn)向盤和齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)之間的轉(zhuǎn)向柱上集成了一套雙行星齒輪機(jī)構(gòu)，用于向轉(zhuǎn)向輪提供疊加轉(zhuǎn) 向角。主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過一組雙行星齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立于駕駛員的轉(zhuǎn)向疊加功能，完美地解決了低速時(shí)轉(zhuǎn)向靈活輕便與高速時(shí)保持方向穩(wěn)定性的矛盾，并在此基礎(chǔ)上通過轉(zhuǎn)向干預(yù)來防止極限工況下車輛轉(zhuǎn)向過多的趨勢，進(jìn)一步提高了車輛的穩(wěn)定性。同時(shí)，該系統(tǒng)能方便地與其他動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)進(jìn)行集成控制，為今后汽車底盤一體化控制奠定了良好的基礎(chǔ)。 主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的的雙行星齒輪機(jī)構(gòu)包括左右左右兩副行星齒輪機(jī)構(gòu)，公用一個(gè)行星架進(jìn)行動(dòng)力傳遞，左側(cè)的主動(dòng)太陽輪與轉(zhuǎn)向盤相連，將轉(zhuǎn)向盤上輸入的轉(zhuǎn)向角經(jīng)由行星架傳遞給右側(cè)的行星齒輪副，而右側(cè)的行星齒輪具有 兩個(gè)轉(zhuǎn)向舒服自由度，一個(gè)是行星架傳遞的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，另一個(gè)是由伺服電機(jī)疊加轉(zhuǎn)角輸入。右側(cè)的太陽輪作為輸出軸，其輸出的轉(zhuǎn)向角度是由轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向角度與伺服電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的行星架轉(zhuǎn)動(dòng)方向與轉(zhuǎn)向盤相同，增加了后者的實(shí)際轉(zhuǎn)向角度，高速時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的行星架與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向相反，疊加后減少了實(shí)際的轉(zhuǎn)向角度，轉(zhuǎn)向過程變得更為間接，提高了汽車的穩(wěn)定性和安全性。 轉(zhuǎn)動(dòng)車輪所用的力量，并不是由電動(dòng) 機(jī) 決定，而是由獨(dú)立的轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向裝置一同決定的。主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的其他組成部件還包括判定當(dāng)前駕駛條件和駕駛者指令的獨(dú)立控制單元和多 個(gè)傳感器。 主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖 1示： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 1動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 表 1動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 參數(shù)表 參數(shù)名稱 具體參數(shù)值 傳動(dòng)比 靜止?fàn)顟B(tài) 10:1；高速狀態(tài) 20:1 輪胎型號 245/45 距 2890 風(fēng)阻系數(shù) 車裝備質(zhì)量 1673 承載質(zhì)量 382 前后配重 最高時(shí)速 250 /h 轉(zhuǎn)向盤回轉(zhuǎn)總?cè)?shù) 最小轉(zhuǎn)彎直徑 向盤直徑 379 章小結(jié) 本章是對傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向器及主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的綜述，了解主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和特點(diǎn)并確定參考數(shù)據(jù)。為后面的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 第 2 章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要參數(shù)的確定 向盤的直徑 轉(zhuǎn)向盤的直徑根據(jù)車型的大小可在 380 550 的標(biāo)準(zhǔn)系列內(nèi)選取。 取79 向盤回轉(zhuǎn)的總?cè)?shù) 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的總?cè)?shù)與轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比以及所要求的轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)角有關(guān)，對貨車和轎車的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)總?cè)?shù)有不同的要求。不裝動(dòng)力轉(zhuǎn)向的重型汽車的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的總?cè)?shù)一般不宜超過 7 圈，而對于轎車不應(yīng)超 過 2。 取 。 向系的效率 轉(zhuǎn)向系的效率0由轉(zhuǎn)向器的效率 和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率 決定，即 0（ 2 轉(zhuǎn)向器的效率有正效率 和逆效率 兩種。 正效率 121（ 2 逆效率 323（ 2 式中： 1P 作用在轉(zhuǎn)向盤上的功率； 2P 轉(zhuǎn)向器中的摩擦功率； 3P作用在轉(zhuǎn)向搖臂軸上的功率。 對于蝸桿類和螺桿類轉(zhuǎn)向器，如果只考慮嚙合副的摩擦損失，忽略軸承和其他地方的摩擦損失，其效率可以用下面的公式計(jì)算： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 0 02 00 （ 2 式中：0蝸桿或螺桿的導(dǎo)程角， 012； 摩擦角， ； f 摩擦系數(shù)，取 f =查 得淬火鋼對淬火鋼的摩擦副摩擦系數(shù)f =選取 f = 則： = r c t a a n 12t a nt a n t a n 0 0 = 向系的傳動(dòng)比 向時(shí)加在轉(zhuǎn)向盤上的力 為了使轉(zhuǎn)向系操縱輕便，轉(zhuǎn)向時(shí)加在轉(zhuǎn)向盤上的切向力，對轎車不應(yīng)大于 150 200N。 作用于方向盤上的手力2 式中： 轉(zhuǎn)向阻力矩； a 主銷偏移矩； 可用下列公式來計(jì)算汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩 481680 N中： f 輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)，一般取 轉(zhuǎn)向阻力矩， N 1G 轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷， N， ； 載m汽車的滿載質(zhì)量 載m=(1673+382) =2055 ； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 c 汽車的轉(zhuǎn)向軸載荷分配系數(shù)，轉(zhuǎn)向軸為前軸，前軸載荷分配系數(shù)為 。 1G 2055=p 輪胎氣壓， 即 則：中： 1L 為轉(zhuǎn)向搖臂長； 2L 為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長，現(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比 值大約在 間，近似認(rèn)為 為轉(zhuǎn)向盤直徑，79 為轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比 , 8； 為轉(zhuǎn)向器正效率 , = 齒輪最大轉(zhuǎn)矩 靜止?fàn)顟B(tài)下，主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器不工作，此時(shí)工作狀況相當(dāng)于傳統(tǒng)齒輪齒條轉(zhuǎn)向器， 轉(zhuǎn)向盤與齒輪剛性連接 。 則齒輪轉(zhuǎn)矩 1T =21 hFm 向系的角傳動(dòng)比 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比 0（ 2 式中： 轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角增量， s 齒條位移增量， 對于定傳動(dòng)比的轉(zhuǎn)向器，其角轉(zhuǎn)動(dòng)比可表示為： 220 （ 2 式中： r 齒輪分度圓的半徑，21 1d 齒輪分度圓的直徑； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 102122 （ 2 向器的角傳動(dòng)比 乘用車的轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比在 17 25 的范圍內(nèi)選取，一般傳統(tǒng)齒輪齒條轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比為 18，取i=18。 章小結(jié) 本章主要根據(jù)以選擇的數(shù)據(jù)，確定基本的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)，其中包括 轉(zhuǎn)向盤的直徑 轉(zhuǎn)向盤回轉(zhuǎn)的總?cè)?shù) 轉(zhuǎn)向系的效率 ， 轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 第 3 章 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)計(jì)算 輪齒條結(jié)構(gòu)的幾何設(shè) 計(jì) 主動(dòng)小齒輪采用斜齒圓柱小齒輪，采用變位齒輪 。 法向模數(shù) 3間取值，取 2B/987)。 齒數(shù)多在 5 8 之 間取值，取 1Z =6。 由于避免根切的最小齒數(shù)為 17；主動(dòng)齒輪 Z 能采用變位齒輪方案 變位系數(shù) =； ，則 = 齒輪螺旋角多在 9 15之間取值，取 =12。 壓力角即法向齒形角取標(biāo)準(zhǔn)值 n20。 轉(zhuǎn)向盤最大轉(zhuǎn)角 2160=315。 齒條齒數(shù)待定 。 主動(dòng)小齒輪選用 15料制造 ， 硬度 58 齒條選用 45 鋼制造，均采用淬火處理 。 殼體為減輕質(zhì)量采用鋁合金壓鑄 。 齒輪精度初選 8 級 。 法向齒頂高系數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值 * 法向頂隙系數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值 * 輪 齒條設(shè)計(jì)及校核 轉(zhuǎn)向器內(nèi)齒輪工作視為閉式傳動(dòng)失效形式主要為輪齒的折斷，因此按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按接觸強(qiáng)度校核。 1、 選取齒輪材料及熱處理 對于汽車齒輪采用硬齒面設(shè)計(jì)，表面硬度均應(yīng) 56動(dòng)小齒輪取 60火處理；齒條采用 45 鋼，表面硬度取 58火 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 2、 齒輪最大轉(zhuǎn)矩 1T = m 3、 初取載荷系數(shù) K 載荷有中等沖擊，斜齒輪硬齒面， K =圍內(nèi) ， 初取 K = 4、 選取齒寬系數(shù)d及a齒輪相對軸承非對稱布置，取d= 由式 a=12 d（ 3 得對于齒條 Z （待定）， 則d 0。 5、 初取重合度系數(shù) =12，a= 由式 Y = （ 3 得 Y=Y =取 Y=Y=、 初取齒數(shù) 1Z ， 2Z ,齒形系數(shù)Z =8 ， 2Z 待定 。 由 33 得當(dāng)量齒數(shù) 1于避免根切的最小齒數(shù) 17，故采用變位齒輪傳動(dòng)， a 取變位系數(shù) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 1、 確 定許用彎曲疲勞應(yīng)力 F 得 1=450 15=430 01雙向運(yùn)轉(zhuǎn)，數(shù)值 由式 1F = 3 齒輪失效概率 1/100 采用一般可靠度設(shè)計(jì)，取 定齒輪工作壽命為 5 年（ 300 天 /年），單班（ 8h）；應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N =60 為每轉(zhuǎn)一圈，同一齒面嚙 合次數(shù)； n 為轉(zhuǎn)速；=1； n 取大致為 r/s=r/s。 則 N =6012000710 取 是 1F = 450 =489 2F = 430 =467 、 按齒根彎曲疲勞應(yīng)力 111489 = （ 1） 2 22F 467 = （ 2） 9、 確定齒輪模數(shù) 由式 )(c 12 Y （ 3 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 代入上面兩式 (1)(2)兩者最大值 .5 0、 確定主要參數(shù) 分度圓直徑 d =寬 b =d1d = 2b =20 ， 1b =b +5 10 1b =30 用系數(shù) 取 11、 定載荷系數(shù) K （ 1） 動(dòng)載系數(shù) =6000011m/s 齒輪精度 取 為 9 級 。 2） 齒向載荷分布系數(shù)K（ 9 級精度，淬火鋼 ）： 由式 = a=面重 合度 a=1Z +21Z )2Z =向重合度 = 1而 K=K= K = K K= K K 需重新計(jì)算 12、 驗(yàn)算齒根疲勞強(qiáng)度 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 用準(zhǔn)確值代入式 取，齒根疲勞強(qiáng)度足夠 。 .5 13、 驗(yàn)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度 彈性系數(shù) ，查得 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)， 查得 由式 Z= )1(34 d （ 3 得 Z=旋角系數(shù)ZZ= 用接觸疲勞應(yīng)力 H =S （ 3 式中：接觸疲勞壽命系數(shù)，查得 安全系數(shù)，失效概率 1/100， 取 1； 得 1=1560 2=1540 1H =1529 2H =1509 14、 驗(yàn)算齒面接觸強(qiáng)度 H = ZZ Z 12 211 則 1 1 ； 故 H = =1492 H 1509 于 H 2H （取兩齒材料較弱者進(jìn)行比較），故接觸強(qiáng)度足夠。 對于方向盤從中間位置到向左或向右轉(zhuǎn)向輪極限位置回轉(zhuǎn)總?cè)?shù)為 。 故對于齒條行程 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 l =1d （ 3 1d = （ 3 對于齒條，理論上 Zl ；（t p= （ 3 2Z 則 2Z Z 因此 ， 28。 齒條長 l （ 3 即 l 225 章小結(jié) 為了配合主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)械部分，本章通過對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常規(guī)數(shù)據(jù)的選擇，設(shè)計(jì) 齒輪齒條機(jī)，并對相關(guān)的零件進(jìn)行了強(qiáng)度校核。保證使用強(qiáng)度。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 第 4 章 主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器的設(shè)計(jì)計(jì)算 動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 控制器由一個(gè)行星齒輪組組成，簡圖如 圖 4示 ： 圖 4制器簡圖 對于左邊的主動(dòng)太陽輪為 1，行星輪為 a(初設(shè)行星齒輪數(shù)目為)；大齒圈 c 固定在轉(zhuǎn)向柱上，系桿 H；右邊太陽輪為 3，齒圈 b 內(nèi)齒與行星輪 a 嚙合；外齒與電機(jī)帶動(dòng)的 蝸桿 2 組成渦輪蝸桿傳動(dòng)。 該系統(tǒng)中活動(dòng)構(gòu)件為 n =6；高副數(shù)目為 5；低副數(shù)目為 5，則系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的自由度為 F =3n P - 36 其中包括電機(jī)方向 2n 的輸入和方向盤方向 1n 的輸入及太陽輪3 通過計(jì)算，最終從太陽輪3n 和 2n 的疊加。設(shè)轉(zhuǎn)速 2n 方向向左： 3n=1113 32213 22 式中， 2n 方向向左時(shí)取 “ ”，反之則取 “+”。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 其中，31 ；2Z 。 當(dāng) 2n =0 時(shí)，3n= 1n ，即電機(jī)未工作時(shí)，輸出即為方向盤的輸入； 當(dāng) 1n =0 時(shí)，3n=213 22 此時(shí)，轉(zhuǎn)向角度由電機(jī)控制。 對行星齒輪組進(jìn)行設(shè)計(jì)，左右為對稱結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)一組即可，選擇對左邊行星輪系進(jìn)行設(shè)計(jì)。 動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器行星齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 參考普通圓柱齒輪設(shè)計(jì)方案，轉(zhuǎn)向控制 器采用閉式硬齒面設(shè)計(jì)方案，失效形式主要為輪齒的折斷，因此按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，接觸強(qiáng)度校核。 齒輪采用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，初設(shè)螺旋角 =10， 在 8 15范圍內(nèi)選。 初取模數(shù) 為了盡量不使用變位齒輪，行星輪和主動(dòng)太陽輪齒數(shù) Z 17。 初取主動(dòng)太陽齒數(shù) 1Z =14；行星輪齒數(shù) 2Z =10。 1、 選取齒輪材料及熱處理方法 采用硬齒面，大小齒輪均采用合金滲碳鋼 20碳淬火。 2、 齒面硬度 太陽輪 60 63星輪 58 63、 太陽輪轉(zhuǎn)矩 1T 根據(jù)行星齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，行星輪齒數(shù)小于太陽輪時(shí)即而滿足裝配條件。 對于變位齒輪傳動(dòng)有 2 )(21 2 )(2 （ 4 即 )( 21 2 （ 4 式中： k =； 變位齒輪中心距變動(dòng)系數(shù) )1c 21 4 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 則 y )0 1014 =高變動(dòng)系數(shù) 21 （ 4 且 x ， x 故 y 頂高 )( *（ 4 1+頂圓直徑 aa （ 4 =是 2 )(21 = )4180( 21 =（ = )(21 )(2 *2滿足鄰接條件 10。 由于大齒圈工作條件不如主動(dòng)齒輪與行星齒輪嚙合惡劣，當(dāng)采用同種材料，同樣的熱處理方法時(shí)，主動(dòng)齒輪與行星齒輪嚙合滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，其肯定也同樣符合要求，故此處略去其校核步驟。 動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)計(jì)算 輪蝸桿傳動(dòng)比 的確定 為保證蝸輪蝸桿有合適的傳動(dòng)比，從而匹配驅(qū)動(dòng)電機(jī)，需估算轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度。 假設(shè)方向盤轉(zhuǎn)速為零時(shí)，此時(shí)轉(zhuǎn)向角度由驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制，若在此時(shí)主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器滿足可變化傳動(dòng)比的變化范圍要求 ， 由前面章節(jié)所述，方向盤轉(zhuǎn)速為零時(shí)，即 01 n 時(shí)，驅(qū)黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為 2n ，太陽輪輸出轉(zhuǎn)速為3n，由式 3n=231 22 （ 4 設(shè)蝸輪轉(zhuǎn)速為應(yīng)有 212 （ 4 故 3n=wb 4 在理想狀況下，最小轉(zhuǎn)彎半徑 轉(zhuǎn)向輪外輪最大偏轉(zhuǎn)角度的關(guān)系為： L （ 4 在車輪為絕對剛體的假設(shè)條件下，內(nèi)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角 與外轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系式為： co t（ 4 式中： B 兩側(cè)主銷軸線與地面相交點(diǎn)之間的距離； L 汽車 軸距 11； 車型各項(xiàng)參數(shù)值： 軸距 L=2890 輪距（前） =1560 最小轉(zhuǎn)彎半徑 =m 于是，代入（ 4可求得 =則由（ 4求得 考慮到駕駛 員的操縱能力將方向盤轉(zhuǎn)速取為 1r/s;方向盤回轉(zhuǎn)總?cè)?shù)為 的情況下，方向盤由中間位置轉(zhuǎn)至左右極限位置時(shí)歷時(shí) 則可粗略認(rèn)為轉(zhuǎn)向輪最大偏轉(zhuǎn)角速度為 ： 75 . 5 890 . 2 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 )=) 主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器輸出角速度3即為齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)輸入角速度，則它與轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度比即為齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)傳動(dòng)比，8， 即 183 ； 求得 3=) 3n=) 則蝸輪轉(zhuǎn)速 323 （ 4 已知機(jī)構(gòu)中 1413 342 nr/r/電機(jī)最大轉(zhuǎn)速位 250 r/般工況下，電機(jī)轉(zhuǎn)速為 200 r/ 當(dāng) 2n =200 r/ 由式 3n=ww （ 4 知 wi=16 取蝸輪蝸桿傳動(dòng)比為 8 輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 1、 選擇材料 蝸桿選用 40 面淬火，表面硬度（ 45輪選用 110 型鑄造，220b s =140 2。、 確定2Z ， 2n 由表 19定蝸桿頭數(shù) 2Z =2； 則由式 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 2 （ 4 得 82=36 2n =18r/11 r/、 確定蝸輪轉(zhuǎn)矩駛員需克服地面最大阻力矩施加在方向盤上的最大轉(zhuǎn)矩為 T =M。 當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)速為零時(shí)，考慮在同樣的工況下，則蝸輪的轉(zhuǎn)矩應(yīng)為 =M。 4、 確定載荷系數(shù) K 查取，工作情況系數(shù) 1。 初設(shè)蝸輪圓周速度 2v 3m/s，取動(dòng)載荷系數(shù)；因載荷平穩(wěn)取齒向載荷分布系數(shù)K=1； 故 K = K=1； 5、 確定蝸輪許用接觸應(yīng)力 H 查得 蝸輪材料 110 離心鑄造，蝸桿齒面硬度 45 H 為 261b 300 H =261 6、 接觸疲勞應(yīng)力計(jì)算 由式 3 2)( (4取 查得彈性系數(shù) 155。 將各參數(shù)代入上式得 3 23 )261 a=42.9 式 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 2 （ 4 得 2d = =17.2 6 m=取 ： m =2 2d =22.4 q = 7、 計(jì)算圓周速度v= （ 4 v 100060 m/s v=m/s 蝸桿分度圓導(dǎo)程角 （ 4 Z=10729 由公式 （ 4 2710 v m/s m/s 由于v 3 m/s，故選取 可用 ；12 m/s，蝸輪材料選取 110 型鑄造可用。 8、 傳動(dòng)效率 計(jì)算 v=m/s 時(shí)，當(dāng)量摩擦角 =337。 據(jù)式（ 2合效率 ) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 則 )73392710ta n (92710ta =、 蝸桿傳動(dòng)主要尺寸計(jì)算 中心距 a )(2 （ 4 )2 a =47.2 度圓直徑 2d ，22.4 初設(shè)基本相符； wd=36 72 桿頂圓直徑2輪喉圓直徑)22*2 a =26.4 mm )2272(22 * =76 0、 彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 由式 F （ 4 蝸輪當(dāng)量齒數(shù) 3 （ 4 9271063 取蝸輪齒形系數(shù) 螺旋角系數(shù) 1409271011401 Y= = 龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 =定許用彎曲應(yīng)力 F ； 蝸輪材料為 110 雙側(cè)工作，離心鑄造，取 F =58 則 F F 符合強(qiáng)度要求，可用。 11、 熱平衡計(jì)算 由式 t 1)1( （ 4 控制器通風(fēng)條件適中，取表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) K )W /(m18 2 h 按下式估算殼體散熱面積 A A = 100 00( 故 0 0 0 t 9 5 5 0 2 0 5 0 t （ 60 70） 可采用其他冷卻散熱措施，加強(qiáng)冷卻。 考慮到主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器為間歇工作，工作條件不如計(jì)算時(shí)惡劣，通風(fēng)散熱良好，因此可考慮將熱平衡計(jì)算略去不計(jì)。 章小結(jié) 本章根據(jù)前面各章所得數(shù)據(jù)及校核情況，設(shè)計(jì)整個(gè)主動(dòng)轉(zhuǎn)向器的機(jī) 械部分，其中包括主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ， 主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器行星齒輪設(shè)計(jì) ， 主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器行星齒輪可行性設(shè)計(jì) 及 主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器蝸輪蝸桿設(shè)計(jì) 。并進(jìn)行強(qiáng)度校核。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 36 結(jié) 論 本設(shè)計(jì) 是依據(jù)駕駛條件，調(diào)節(jié)車輛轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比，從而增加或減小前輪的轉(zhuǎn)向角度。在低速時(shí)，電動(dòng)機(jī)的作用與駕駛者轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的方向一致，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比增大，可以減少駕駛者對轉(zhuǎn)向力的需求。在高速時(shí)，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向與駕駛者轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤方向相反，這減少了前輪的轉(zhuǎn)向角度，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比減小，轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性提高。 傳動(dòng)比低速時(shí) 10： 1，高速時(shí)為20： 1，結(jié)合傳統(tǒng)齒輪齒 條式轉(zhuǎn)向