1、汽車轉向器畢業設計【篇一：畢業設計汽車 轉向系統】摘要本設計課題為汽車前輪轉向系統的設計，課題以機械式轉向系統的齒輪齒條式轉向器設計及校核、整體式轉向梯形機構的設計及驗算為中心。首先對汽車轉向系進行概述，二是作設計前期數據準備，三是轉向器形式的選擇以及初定各個參數，四是對齒輪齒條式轉向器的主要部件進行受力分析與數據校核，五是對整體式轉向梯形機構的設計以及驗算，并根據梯形數據對轉向傳動機構作尺寸設計。在轉向梯形機構設計方面。運用了優化計算工具matlab 進行設計及驗算。matlab 強大的計算功能以及簡單的程序語法，使設計在參數變更時得到快捷而可靠的數據分析和直觀的二維曲線圖。最后設計中運用a

2、utocad 和 catia 作出齒輪齒條式轉向器的零件圖以及裝配圖。關鍵詞：轉向機構，齒輪齒條，整體式轉向梯形，matlab 梯形abstractthe title of this topic is the design of steering system. rack and pinion steering of mechanical steering system and integrated steering trapezoid mechanism gear to the design as the center. firstly make an overview of the ste

3、ering system. secondly take a preparation of the data of the design. thirdly, make a choice of the steering form and determine the primary parameters and design the structure of rack and pinion steering. fourthly, stress analysis and data checking of the rack and pinion steering. fifthly, design of

4、steering trapezoid mechanism, according to the trapezoidal data make an analysis and design of steering linkage.in the design of integrated steering trapezoid mechanism the computational tools matlab had been used to design and checking of the data. the powerful computing and intuitive charts of the

5、 matlab can give us accurate and quickly data. in the end autocad and catia were used to make a rack and pinion steering parts diagrams and assembly drawingskeywords: steering system ， mechanical type steering gear and gear rack ，integrated steering trapezoid ， matlab trapezoid目錄1 緒論 11.1 汽車轉向系統概述 1

6、1.2 汽車轉向系統的國內外現狀及發展趨勢 21.3 研究內容及論文構成 32 機械轉向系統的性能要求及參數 52.1 機械轉向系統的結構組成 52.2 轉向系統的性能要求 62.3 轉向系的效率 72.4 傳動比特性 92.5 轉向器傳動副的傳動間隙 113 機械式轉向器總體方案初步設計 123.1 轉向器的分類及設計選擇 123.2 齒輪齒條式轉向器的基本設計 123.2.1 齒輪齒條式轉向器的結構選擇 123.2.2 齒輪齒條式轉向器的布置形式 143.2.3 設計目標參數表以及對應的轉向輪偏角計算 153.2.4 轉向器參數選取與計算 163.2.5 齒輪軸的結構設計 193.2.6

7、轉向器材料及其他零件選擇 204 齒輪齒條轉向器校核 . 214.1 齒條的強度計算 214.1.1 齒條受力分析 214.1.2 齒條齒根彎曲強度的計算 224.2 小齒輪的強度計算 234.2.1 齒面接觸疲勞強度計算 234.2.2 齒輪齒根彎曲疲勞強度計算 264 . 3 齒輪軸強度校核 275 轉向梯形機構的設計 . 315.1 轉向梯形機構概述 315.2 整體式轉向梯形機構方案分析 325.3 整體式轉向梯形機構數學模型分析 325.4 基于 matlab 的整體式轉向梯形機構優化設計 355.4.1 轉向梯形機構的優化概況 355.4.2 轉向梯形機構設計思路 365.4.3

8、基于 matlab 的轉向梯形機構設計 365.5 轉向傳動機構的設計 435.5.1 轉向傳送機構的臂、桿與球銷 435.5.2 轉向橫拉桿及其端部 436 基于 catia 的齒輪齒條式轉向系統的三維建模 456.1 catia 軟件簡介 456.2 齒輪齒條式轉向系統的主要部件三維建模 45結論 49參考文獻 50致謝 錯誤！未定義書簽。附錄 基于 matlab 的轉向梯形機構設計程序 521 緒論1.1 汽車轉向系統概述汽車在行駛的過程中,需按駕駛員的意志改變其行駛方向。就輪式汽車而言 , 實現汽車轉向的方法是, 駕駛員通過一套專設的機構,使汽車轉向橋（一般是前橋）上的車輪（轉向輪）相

9、對于汽車縱橫線偏轉一定角度。這一套用來改變或恢復汽車行駛方向的專設機構如圖1.1 所示，即稱為汽車轉向系統1 。圖 1-1 汽車轉向系統汽車轉向系統分為兩大類：機械轉向系統和動力轉向系統。1 、機械轉向系統機械轉向系的能量來源是人力，所有傳力件都是機械的，由轉向操縱機構（方向盤）、轉向器、轉向傳動機構三大部分組成。汽車的轉向運動是由駕駛員操縱方向盤，通過轉向器和一系列的桿件傳遞到轉向輪來完成的。機械式轉向系統工作過程為：駕駛員對轉向盤施加的轉向力矩通過轉向軸輸入轉向器，減速傳動裝置的轉向器中有1 、2 級減速傳動副，經轉向器放大后的力矩和減速后的運動傳到轉向橫拉桿，再傳給固定于轉向節上的轉向節

10、臂，使轉向節和它所支承的轉向輪偏轉，從而實現汽車的轉向。純機械式轉向系統根據轉向器形式可以分為：齒輪齒條式、循環球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。1【篇二：汽車轉向系統畢業設計】摘要本課題的題目是轉向系的設計。以齒輪齒條轉向器的設計為中心，一是汽車總體構架參數對汽車轉向的影響；二是機械轉向器的選擇；三是齒輪和齒條的合理匹配，以滿足轉向器的正確傳動比和強度要求；四是動力轉向機構設計；五是梯形結構設計。因此本課題在考慮上述要求和因素的基礎上研究利用轉向盤的旋轉帶動傳動機構的齒輪齒條轉向軸轉向，通過萬向節帶動轉向齒輪軸旋轉，轉向齒輪軸與轉向齒條嚙合，從而促使轉向齒條直線運動，實現轉向。實現了轉向器結構簡

11、單緊湊，軸向尺寸短，且零件數目少的優點又能增加助力，從而實現了汽車轉向的穩定性和靈敏性。在本文中主要進行了轉向器齒輪齒條的設計和對轉向齒輪軸的校核，主要方法和理論采用汽車設計的經驗參數和大學所學機械設計的課程內容進行設計，其結果滿足強度要求，安全可靠。關鍵詞：轉向系；機械型轉向器；齒輪齒條；液壓式助力轉向器1 .緒論1.1 汽車轉向系統概述轉向系統是汽車底盤的重要組成部分，轉向系統性能的好壞直接影響到汽車行駛的安全性、操縱穩定性和駕駛舒適性，它對于確保車輛的行駛安全、減少交通事故以及保護駕駛員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要作用。隨著現代汽車技術的迅速發展，汽車轉向系統已從純機械式轉向

12、系統、液壓助力轉向系（hps ）、電控液壓助力轉向系統（ehps ），發展到利用現代電子和控制技術的電動助力轉向系統（eps ）及線控轉向系統（sbw ）。按轉向力能源的不同，可將轉向系分為機械轉向系和動力轉向系。機械轉向系的能量來源是人力，所有傳力件都是機械的，由轉向操縱機構（方向盤）、轉向器、轉向傳動機構三大部分組成。其中轉向器是將操縱機構的旋轉運動轉變為傳動機構的直線運動（嚴格講是近似直線運動）的機構，是轉向系的核心部件2 。動力轉向系除具有以上三大部件外，其最主要的動力來源是轉向助力裝置。由于轉向助力裝置最常用的是一套液壓系統，因此也就離不開泵、油管、閥、活塞和儲油罐，它們分別相當于電

13、路系統中的電池、導線、開關、電機和地線的作用。通常，對轉向系的主要要求是:（1） 保證汽車有較高的機動性，在有限的場地面積內，具有迅速和小半徑轉彎的能力，同時操作輕便;（2） 汽車轉向時，全部車輪應繞一個瞬時轉向中心旋轉，不應有側滑（3） 傳給轉向盤的反沖要盡可能的小;（4） 轉向后，轉向盤應自動回正，并應使汽車保持在穩定的直線行駛狀態 ;（5） 發生車禍時，當轉向盤和轉向軸由于車架和車身變形一起后移時，轉向系統最好有保護機構防止傷及乘員1.1.1 機械式轉向系統汽車的轉向運動是由駕駛員操縱方向盤，通過轉向器和一系列的桿件傳遞到轉向輪來完成的。機械式轉向系統工作過程為：駕駛員對轉向盤施加的轉向

14、力矩通過轉向軸輸入轉向器，減速傳動裝置的轉向器中有1 、 2 級減速傳動副，經轉向器放大后的力矩和減速后的運動傳到轉向橫拉桿，再傳給固定于轉向節上的轉向節臂，使轉向節和它所支承的轉向輪偏轉，從而實現汽車的轉向。純機械式轉向系統根據轉向器形式可以分為：齒輪齒條式、循環球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。純機械式轉向系統為了產生足夠大的轉向扭矩需要使用大直徑的轉向盤，需占用較大的空間，整個機構笨拙，特別是對轉向阻力較大的中重型汽車，實現轉向難度很大，這就大大限制了其使用范圍。但因結構簡單、工作可靠、造價低廉，目前該類轉向系統除在一些轉向操縱力不大、對操控性能要求不高的農用車上使用外已很少被采用。1.1.

15、2 液壓助力轉向系統（hps ）裝配機械式轉向系統的汽車，在泊車和低速行駛時駕駛員的轉向操縱負擔過于沉重，為解決這個問題，美國gm 公司在 20 世紀 50 年代率先在轎車上采用了液壓助力轉向系統。該系統是建立在機械系統的基礎之上，額外增加了一個液壓系統。液壓轉向系統是由液壓和機械等兩部分組成，它是以液壓油做動力傳遞介質，通過液壓泵產生動力來推動機械轉向器，從而實現轉向。液壓助力轉向系統一般由機械轉向器、液壓泵、油管、分配閥、動力缸、溢流閥和限壓閥、油缸等部件組成。為確保系統安全，在液壓泵上裝有限壓閥和溢流閥。其分配閥、轉向器和動力缸置于一個整體，分配閥和主動齒輪軸裝在一起（閥芯與齒輪軸垂直布

16、置），閥芯上有控制槽，閥芯通過轉向軸上的撥叉撥動。轉向軸用銷釘與閥中的彈性扭桿相接，該扭桿起到閥的中心定位作用。在齒條的一端裝有活塞，并位于動力缸之中，齒條左端與轉向橫拉桿相接。轉向盤轉動時，轉向軸（連主動齒輪軸）帶動閥芯相對滑套運動，使油液通道發生變化，液壓油從油泵排出，經控制閥流向動力缸的一側，推動活塞帶動齒條運動，通過橫拉桿使車輪偏轉而轉向。液壓助力轉向系統是在駕駛員的控制下，借助于汽車發動機帶動液壓泵產生的壓力來實現車輪轉向。由于液壓轉向可以減少駕駛員手動轉向力矩，從而改善了汽車的轉向輕便性和操縱穩定性。為保證汽車原地轉向或者低速轉向時的輕便性，液壓泵的排量是以發動機怠速時的流量來確定

17、。汽車起動之后，無論車子是否轉向，系統都要處于工作狀態，而且在大轉向車速較低時，需要液壓泵輸出更大的功率以獲得比較大的助力，所以在一定程度上浪費了發動機動力資源。并且轉向系統還存在低溫工作性能差等缺點。1.1.3 電控液壓助力轉向系統（ehps ）由于液壓助力轉向系統無法兼顧車輛低速時的轉向輕便性和高速時的轉向穩定性，因此，在1983 年日本 koyo 公司推出了具備車速感應功能的電控液壓助力轉向系統（ehps ）。 ehps 是在液壓助力系統基礎上發起來的，在傳統的液壓助力轉向系統的基礎上增設了電控裝置，其特點是原來由發動機帶動的液壓助力泵改由電機驅動，取代了由發動機驅動的方式，節省了燃油消

18、耗；具有失效保護系統，電子元件失靈后仍可依靠原轉向系統安全工作；低速時轉向效果不變，高速時可以自動根據車速逐步減小助力，增大路感，提高車輛行使穩定性。電控液壓助力轉向系統是將液壓助力轉向與電子控制技術相結合的機電一體化產品。一般由電氣和機械兩部分組成，電氣部分由車速傳感器、轉角傳感器和電控單元ecu 組成；機械部分包括齒輪齒條轉向器、控制閥、管路和電動泵。其中電動泵的工作狀態由電子控制單元根據車輛的行駛速度、轉向角度等信號計算出的最理想狀態。簡單地說，在低速大轉向時，電子控制單元驅動液壓泵以高速運轉輸出較大功率，使駕駛員打方向省力；汽車在高速行駛時，液壓控制單元驅動液壓泵以較低的速度運轉，在不

19、至影響高速打轉向的需要的同時，節省一部分發動機功率。電控液壓轉向系統的工作原理：在汽車直線行駛時，方向盤不轉動，電動泵以很低的速度運轉，大部分工作油經過轉向閥流回儲油罐，少部分經液控閥然后流回儲油罐；當駕駛員開始轉動方向盤時，ecu根據檢測到的轉角、車速以及電動機轉速的反饋信號等，判斷汽車的轉向狀態，決定提供助力大小，向驅動單元發出控制指令，使電動機產生相應的轉速以驅動油泵，進而輸出相應流量和壓力的高壓油。高壓油經轉向控制閥進入齒條上的動力缸，推動活塞以產生適當的助力，協助駕駛員進行轉向操作，從而獲得理想的轉向效果。電控液壓助力轉向系統在傳統液壓動力轉向系統的基礎上有了較大的改進，但液壓裝置的

20、存在，使得該系統仍有難以克服如滲油、不便于安裝維修及檢測等問題。電控液壓助力轉向系統是傳統液壓助力轉向系統向電動助力轉向系統的過渡。1.1.4 電動助力轉向系統（eps ）1988 年日本 suzuki 公司首先在小型轎車cervo 上配備了koyo 公司研發的轉向柱助力式電動助力轉向系統。1990 年日本 honda 公司也在運動型轎車nsx 上采用了自主研發的齒條助力式電動助力轉向系統，從此揭開了電動助力轉向在汽車上應用的歷史。eps 是在ehps 的基礎上發展起來的, 它取消 ehps 的液壓油泵、油管、油缸和密封圈等部件,完全依靠電動機通過減速機構直接驅動轉向機構, 其結構簡單、零件數

21、量大大減少、可靠性增強, 解決了長期以來一直存在的液壓管路泄漏和效率低下的問題。電動助力轉向系統在本田飛度、思域以及豐田新皇冠、奔馳新a-class 等車型上紛紛被采用。1.1.4.1 電動助力轉向系統構成電動助力轉向系統一般是由轉矩(轉向)傳感器、電子控制單元ecu 、電動機、電磁離合器以及減速機構組成。1 1.4.2 電動助力轉向系統工作原理電動助力轉向系統的工作過程其工作過程為：扭矩傳感器檢測駕駛員打方向盤的扭矩，然后根據這個扭矩給控制單元一個信號。同時控制單元也會收到來自方向盤位置傳感器的信號，這個傳感器一般是和扭矩傳感器裝在一起的(有些傳感器已經將這2 個功能集成為一體)。扭矩和方向

22、盤位置信息經過控制單元處理，連同傳入控制單元的車速信號，根據預先設計好的程序產生助力指令。該指令傳到電機，由電機產生扭矩傳到助力機構上去，這里的齒輪機構則起到增大扭矩的作用。這樣，助力扭矩就傳到了轉向柱并最終完成了助力轉向。1.1 4.3 電動助力轉向系統特點(1)節約了能源消耗。與傳統的液壓助力轉向系統相比，沒有系統要求的常運轉轉向油泵，且電動機只是在需要轉向時才接通電源，所以動力消耗和燃油消耗均可降到最低。還消除了由于轉向油泵帶來的噪音污染。液壓動力轉向系統需要發動機帶動液壓油泵，使液壓油不停地流動，再加上存在管流損失等因素，浪費了部分能量。相反 eps 僅在需要轉向操作時才需要向電機提供

23、的能量。而且，eps系統能量的消耗與轉向盤的轉向及當前的車速有關。當轉向盤不轉向時，電機不工作；需要轉向時，電機在控制模塊的作用下開始工作，輸出相應大小及方向的轉矩以產生助動轉向力矩。該系統真正實現了 “按需供能”，是真正的“按需供能型”( on-demand )系統，在各種行駛條件下可節能80% 左右。(2)改善了轉向回正特性。當駕駛員轉動方向盤一角度然后松開時，eps 系統能夠自動調整使車輪回到正中。同時還可利用軟件在最大限度內調整設計參數以獲得最佳的回正特性。通過靈活的軟件編程，容易得到電機在不同車速及不同車況下的轉矩特性，這些轉矩特性使得該系統能顯著地提高轉向能力，提供了與車輛動態性能

24、相匹配的轉向回正特性。而在傳統的液壓控制系統中，要改善這種特性必須改造底盤的機械結構，實現起來很困難。(3)提高了操縱穩定性。轉向系統是影響汽車操縱穩定性的重要因素之一。傳統液壓動力轉向由于不能很好地對助力進行實時調節與控制，所以協調轉向力與路感的能力較差，特別是汽車高速行駛時，仍然會提供較大助力，使駕駛員缺乏路感，甚至感覺汽車發飄，從而影響操縱穩定性。但eps 是由電動機提供助力，助力大小由電子控制單元(ecu )根據車速、方向盤輸入扭矩等信號進行實時調節與控制，可以很好地解決這個矛盾。(4)安全可靠。eps 系統控制單元ecu 具有故障自診斷功能，當ecu 檢測到某一組件工作異常，如各傳感

25、器、電磁離合器、電動機、電源系統及汽車點火系統等，便會立即控制電磁離合器分離停止助力，并顯示出相應的故障代碼，轉為【篇三：汽車轉向器畢業設計】畢業論文(設計)目錄插圖清單 .裝格清單 .摘要 -4 -abstract -5 -第一章 緒論 -6 -1.1 汽車轉向器的功能及重要性 - 6 -1.2 汽車轉向器的主要性能參數 - 6 -1.2.1 轉向器的效率 - 6 -2.2.2 傳動比的變化特性 .72.2.3 轉向盤自由行程 92.2.4 汽車轉向器的工作原理 101.4.1 動力轉向系統的工作原理 -10 -1.4.2 轉閥式液壓助力轉向器工作原理 -11 -第二章 總體方案設計 - 1

26、2 -2.1 轉向器設計的分類 - 12 -1.1.2 蝸桿曲柄銷式轉向 器 -12 -1.1.3 循環球式轉向 器 - 12 -2.2 轉向器方案分 析 - 13 -2.3 防傷安全機構方案分 析 -15 -第三章 循環球式轉向器的設計與計算 -17 -3.1 螺桿、鋼球和螺母傳動 副 183.1.1 鋼球中心距d、螺桿外徑di和螺母內徑d2 193.1.2 鋼球直徑d 及數量n 193.1.3 滾道截 面 203.1.4 接觸 角 203.1.5 螺距 p 和螺旋線導程 角 213.1.6 工作鋼球圈數w .213.1.7 導管內徑d1 213.2 齒條、齒扇傳動副的設計 213.3 循環

27、球式轉向器零件強度計算 -23 -3.3.1 齒的彎曲應力 ?w . - 24 -3.3.2 轉向搖臂軸直徑的確定 - 24 -第四章 動力轉向機構的設計 -25 -4.1 對動力轉向機構的要求 -25 -4.2 液壓式動力轉向機構布置方案分析 254.2.1 動力轉向機構布置方案分析 254.3 液壓式動力轉向機構的計算 274.3.1 動力缸尺寸的計算 274.3.2 分配滑閥參數的選擇 274.3.3 分配閥的回位彈簧 274.3.4 動力轉向器的評價指標 29第五章 轉向梯形 - 31 -5.1 轉向梯形結構方案分析 315.1.1 整體式轉向梯形 315.1.2 斷開式轉向梯形 32

28、5.2 整體式轉向梯形機構優化設計 33致謝 37參考文獻 38畢業論文（設計）插圖清單圖 1-1 轉向器角傳動比變化特性曲線 9圖 1-2 液壓動力轉向系統示意圖-11 - 圖 2-1 循環球式齒條-齒扇轉向器 -13 - 圖 2-2 防傷轉向傳動軸簡圖 -15 - 圖 23 防傷轉向軸簡圖 - 15 -圖 3-1 螺桿 鋼球 螺母傳動副 19圖 3-2四段圓弧滾道截面 20圖3-3 為獲得變化的齒側間隙齒扇的加工原理和計算簡圖 -22 - 圖 3-4 用于選擇偏心n 的線圖 - 22 - 圖 3-5螺桿受力簡圖 -24 - 圖 4-1 動力轉向機構布置方案圖 -26 - 圖 4-2 動力缸

29、的布置 -27 - 圖 4-3 確定動力缸長度尺寸簡圖 28圖 4-4 預開隙e1 28 圖 4-5 靜特性曲線分段圖 -30 - 圖5-1 整體式轉向梯形 - 31 -圖 5-2 斷開式轉向梯形 - 32 -圖 5-3 斷開點的確定 -33 - 圖 5-4 理想的內、外車輪轉角關系簡圖 -34 - 圖 5-5 轉向梯形機構優化設計的可行域- 36 -表格清單表 3-1 循環球轉向器的主要參數 .17表 3-2 循環球式轉向器的部分參數.18表3-3系數k與ab 的關系 .23- 3 -摘要汽車轉向器是汽車的重要組成部分，也是決定汽車主動安全性的關鍵總成，它的質量嚴重影響汽車的操縱穩定性。隨著

30、汽車工業的發 展，汽車轉向器也在不斷的得到改進，雖然電子轉向器已開始應用， 但機械式轉向器仍然廣泛地被世界各國汽車及汽車零部件生產廠商 所采用。而在機械式轉向器中，循環球齒條-齒扇式轉向器由于其自身的特點被廣泛應用于各級各類汽車上。本文選擇gx1608a 型循環球齒條-齒扇式轉向器作為研究課題，其主要內容有：汽車轉向器的組成分類；轉向器總成方案分析及其數據確定和轉向器的設計過程。這種轉向器的優點是，操縱輕便，磨損小，壽命長。缺點是結構復雜，成本高，轉向靈敏度不如齒輪齒條式。因此逐漸被齒輪齒條式 取代。但隨著動力轉向的應用，循環球式轉向器近年來又得到廣泛 使用。關鍵詞；轉向器操縱穩定性循環球齒條-齒扇式轉向器畢業論文（設計）abstractgear cars an important component of the initiative is decided automobile safety of the key assembly, it seriously affected the quality of the vehicle handling and stability. along with the development of the auto industry, automobile steering gear is continuously improved