毕业设计（论文）-汽车液压助力转向系统的设计.docx

中国地质大学长城学院本科毕业设计题目汽车液压助力转向系统设计系别工程技术系专业机械设计制造及其自动化学生姓名学号指导教师取称20XX年月汽乍在安全性、舒适性以及稳定方面更加受到人们的重视.汽车转向系统的性能关乎汽车的稳定性和安全性，助力转向是帮助驾驻员做汽车方向调整，能够让驾股m轻松的使用方向盘打方向，降低了驾驶员的工作量，对减轻疲劳驾驶有很大的帮助.全篇首先介绍了传统的汽车助力转向系统的发展历史，然后是传统的液压助力转向系统的工作原理，接着介绍了控制流殳式液用助力转向系统,在根据液压系统图与控制方式方面实现转向助力系统的设计。本文在液压控制方面与机械系统方面都对助力转向控制进行了分析，对齿轮齿条式液压动力转向机构求点进行了分析与设计。关键字：汽车：助力转向；液压系统：机械结构I绪论I2液压助力布置方案的拟定12拮向系的功用与要求I2.2转向器方案分析23液压助力转向机构布置方案分析23动力转向机构布置方案23.2 动力转向器结构形式的选择43.3 分配阀的结构方窠44液压系统方案分析44.1 常用转向液压系统工作原理44.2 系统设计工作原理55转向器输出力矩的确定66轴的设计计算及校核66.1 转向摇臂轴（即齿形齿肩轴）的设计计算66.1.1 材料的选择66.1.2 结构设计66.1.3 轴的设计计算76.2 螺杆轴设计计算及主要零件的校核106.2.1 材料选择10622结构设计IO623轴的设计计算IO6.2.4 羽球与滚道之间的接触应力校核127齿轮齿条式液压动力转向机构设计137.1 齿轮齿条式转向条式构分析137.2 参考数据的确定187.3 转向轮侧的角计算187.4 杆向器参数选取197.5 -绛齿轮齿条材料207.6 强僮校核207.7 齿轮齿条的基本参数如下表所示217.8 齿轮轴的结构设计228站改22参考文献23致谢24随着中国经济的快速发展，我国的汽车产业有着快速的成长，据我国相关部门统计,截至2007年9月底，轿车的销量数量已经超过400万辆，同比增长40%。在2006年I1.月的北京车展上，许多国内臼主品牌纷纷亮相，比如长城、奇瑞、吉利等。在这场国际汽车展中，我国汽车在外观、设计风格、技术和品质上，都令人吃惊，但和国外有若近百年发展历史的国外汽车工业相比，我们的汽车在行车性能和舒适体验方面仍有不小差距。汽车工业是我国的主要产业，在我国的经济中有着IIi要的地位，汽车工业随若机械和电子技术的发展而不断前进.就现在来说，汽车已经成为先进材料、电子科技等学科的产物。汽乍转向系统也随着汽车工业的匕速发展而发展。2液压助力布置方案的拟定2.1 转向系的功用与要求转向系统简单来说就是用来改变汽乍的行驶方向的，它的组成包含转向器和转向传动装置两大部分。根据转向系的工作特点，对其提出如下要求：1 .工作可靠.汽车行驶的安全性与转向系有很大关系，所以汽车的零件需要有足够的抗磨损能力，适当的刚度、强度和足够的寿命。2 .操纵轻便，这其中包含三方面内容：P汽车改变方向时作用在方向盘上的手力FS要小，一般最大极限值是：小客车Pra火=20公斤中型载重车4虫、=36公斤重型栽垂车Pra*=45公斤可舜用增加转向传动装置的力传动比力或转向加力涔等这些方法都是减小方向盘手力%的有效手段。(2)汽车在拐弯的时候，方向盘的【可转圈数变少.当汽车转最大弯时，方向盘的旋转圈数不能超过2.5圈。因此转向系的角传动比不宜太大。(3)汽车在保持直线行驶时，方向盘要稳定，不能有抖动和摆动。这就需要转向系在整车布置上与其他系统相适应；汽车在转弯后，方向楸可以自己回正，说明转向器有一定的可逆性，而且要准确的选择前轮定位角。3 .汽车在转弯时要保证其车轮是纯粹的滚动而不能出现滑动现象。4 .尽量避免过大的车轮转向力传到方向盘上，而且需要驾驶员有正确的道路感觉。从而要求适当地控制转向器的可逆程度。5 .转向系的调整应尽量少而荷单。2.2 转向器方案分析汽车用途可以决定选用哪种效率特性的转向器，转向器和转向系的设计方案有关系。经常行驶在好路面上的轿车和市内用客车，可以采用正效率较高的、可逆程度大的转向器。综上最后本次设计选定循环球式转向器。3液压助力转向机构布置方案分析液压式动力转向,其油液具有不能乐缩的性能，而且灵敏度高和油压工作压力比较高，动力缸尺寸比较小，结构紧凑等优点而得到更多的使用。3.1 动力转向机构布置方案转向动力缸和机械转向器成一组，然后再与转向控制阀组在一起，这种组合称之为整体式动力转向器（如图3”）。另一种方案是只将机械转向器和转向控制阀组合成一个部件，该邮件称为半整体式动力转向器（如图3-2），转向动力缸则做成独立部件。第三个方法，将转向动力缸和转向控制阀组成一组，然后再将机械转向器作为单独件，这种组合叫转向加力器（如图3-3）。图，I位体式动力转向涔图M2半络体式动力转向!S在分析比较上述几种不同动力转向机构方案时，由于分巴式动力转向器的分开布置，所以机械转向器可以有很多种方法组成：动力缸助力我荷不能影响转向器零件：在汽车的转向桥承受的力过大时，在不影响转向器基本尺寸的同时，可以增加更多的动力缸或者加大动力缸的缸径尺寸。由于分置式的管路很爱杂，零件数也很多。所以在分置式的结构中，联阀式和半分置式的使用最广，但连杆式的相对少。标上最后本次设计的布置形式选定为半分置式。3.2 动力转向器结构形式的选择动力转向器的结构形式包括常压式和常流式。在中间位置的转向分配阀关闭时，油液持续属于离压状态，这种称为常压式动力转向解；在中间的转向分配阀打开时，油持续处在常流状态时，这种称为常流式动力转向器。与常流式动力转向牌相比较，常压式的优点是有蓄能器，油泵排除的高压油，储存到储能器中，达到一定的压力后，油泵自动卸载而空转以此避免液压系统出现过大载荷。这一点对大型汽车非常选要。所以本文采用常压式的。通动力SI出寓?8的追访力U通动力u在、SK的通道3.3 分配阀的结构方案常压式清沟图3T沿N的玷构和工作原理分配阀有两种结构方案：阀体与阀在分配阀中控制油路通过轴向移动方式来完成称为滑阀式（如图3Y）,以旋转运动来控制油路的称为转阀式。滑阀式分配阀结构简单,使用性能好，易r布置，使用广泛转阀式非常灵敏、其密封件数少。但转阀式是通过扭杆弹簧使转阀回位，因此结构比较更杂。综上最后本次设计的控制阀选用滑阀.4液压系统方案分析4.1常用转向液压系统工作原理2、右转向行驶小轿车往右转弯时，方向/顺时针方向转动-扭杆扭转变形-滑阀偏转-动力油缸左腔进入高压油，右腔与回油管路连通-转向轮偏转-转向齿轮与转向轴同向转动，如图7-7所示。图7-7右转向行81时油路工作状况3、左转向行驶小轿车往左方向转弯时，转动方向盘-扭杆扭转变形-滑阀偏转-动力油缸右腔进入高层油，左腔与回油管路连通-转向轮偏传一传向齿轮与转向轴同向转动，如图7-8所示。B7-8左转向行驶时油路1：作状况4、动力转向装置的其它特性转向动力缸有随转向盘工作或停止的随动作用。在液压系统工作出现故限不能助力或助力降低的时候，我们可以通过转向盘直接操作转向，但出现的操作力会变大。7.2 参考数据的确定表7-1上而通川别克兴欧汽车转向参攻轮距144Omm轴距2750nn满我精荷分配：前/后877/1643(kg)轮胎175/6ORI4主销偏移距a50mm轮胎压力PJMPa0.45方向盘直径°'w3O7n11最小转弯半径6.9m转向梯形坏200nm7.3 转向轮侧偏角计算TIt1.7-9乍轮位置简图sii)<2=-=0.39885(3-1)R6900a=23.4876tan/?=7“)0.56257(3-2)R×cosa-B6900XCOSa-1440=29.3607,7.4 转向器参数选取齿轮齿条转向器的齿轮一般使用斜齿轮，齿轮模数在23mm之间，主动小齿轮齿数在57之间，螺旋角在炉15。之间，压力角取a=20。故取小齿轮马=6,即,=2.5,'=10°右旋，压力角。=20°,精度等级8级。转向节原地转向阻力矩：M1.g厚=¥2=415724，”，方向盘转动圈数:1.180n=叫CoS尸=*25cos29.3607=3881Z16""角传动比：.如nX3603.881.360"C”/=26.4372(a+)(23.4876,+29.3607)方向盘上的手力:C21.WsFh=Dg.2.×2(X)x3429.197307×26.4372.9=144.1234JV(3-6)出现在方向盘上的操纵载荷:相对轿车来说该力不应超过I5O2OON,对于货车不应超过500N。因此符合设计要。居=%=%=必443x307=2三3(3-7)以"22力传动比：=W=些9/9力畋9=951478)PMka28824.678×5()取齿宽系数=2d=-Z1.=2-5=15.2314三>(3-9)COS夕Cos1.O齿条宽度”=<P=1.2x15.2314=18.278nun3整取h2=20IW,则取齿轮齿宽1.1 =A+IO=SOwn7.5 选择齿轮齿条材料小齿轮：齿轮一般选用性能不错的20CrMnTi合金钢，热处理采用表面渗碳淬火工艺,齿面硬度为HRC5863。齿条的材料使用与20CrMni仃良好匹配性的40Cr作为啮合副,齿条热处理使用频淬火工艺，表面硬度HRc5056°7.6 强度校核K校核齿轮接触疲劳强度选取参数，按ME级痂量要求取值b"E=15MP,mim1.=650MPu_Smim1.=1.5,S1.1.1.m2=1.3fZv1.Zn2=1H1.m2<nm故以b”M心计算CrHP网产外",S=650×1.=500M&(3-10)WIim21.3点得.储=1.35Kv=A)5Ka=1.1.KQ=1.1.K=KKKUKff=M52Zw=2.46Z£=189.8Z=0.92"=104=0.99,=2,5b“=ZZZ,z浸詈=483.44MPa<<3-11)齿轮接触疲劳强度合格。2、校核齿轮弯曲疲劳强度选取参数，按ME级痂量要求取值e=*X)MRa："2=28OMG：Sn1.mI=22.5nim2=1.5.YVI=1.=1.%=2.0，CrF"m2<>S1.故以01.71.im2计算0年：<3-12)(3-13)fp=.E%，Yn2=X1=373.33MPaSF1.iE25据齿数查表有：%=3.69：u=1.4sK=O.7；=。.9。则:2KTS=-1.*1.K.Yi)=283.723MPa<fpbdm齿轮弯曲疲劳强度合格。7.7 齿轮齿条的基本参数如下表所示H1-2齿轮竹条用本餐数名称符号公式齿轮齿条齿数ZZ631分度P1.直径dd=-