1、 本科学生毕业设计 轻型货车液压转向器设计 院系 名称 ： 汽车与交通工程学院 专业班级 ： 车辆工程 BW07-3 学生姓名 ： 王伟 指导教师 ： 田芳 职 称 ： 实验师 黑 龙 江 工 程 学 院 二一一 年六月 The Graduation Design for Bachelors Degree The Design for Vans Hydraulic Steering Gear Candidate： wangwei Specialty： Construction Machinery Class: BW07-3 Supervisor： Tianfang Heilongjiang I
2、nstitute of Technology 2011-06 Harbin I 摘 要 本设计是一款轻型货车的转向器。 通过有关资料对转向器的分 类 ,结构性能，工作原理，发展方向做一系列的调查了解，决定本设计的转向器 ， 主要是根据汽车的类型、前轴负荷、使用条件等来决定，并要考虑其效率特性、角传动比变化特性等对使用条件的适应性以及转向器的其他性能、寿命、制造工艺等。 设计的主要内容包括总体设计方案的确定、主要性能参数的确定、齿轮齿条转向器 的尺寸计算和齿轮齿条的几何传动关系 计算， 对齿轮齿条进行了设计计算并进行了校核，其中着重对主动小齿轮的齿根弯曲强度进行了校核。最后查阅有关资料对其进行动
3、力辅助液压装置的相关设计， 主要对液压动力缸直径的计算，分配阀和反作用阀有关参数的确定，油罐容积和油泵排量的设计等， 根据计算利用 AutoCAD 画出装配图和零件图。 关键词 ： 轻型货车 ；转向器；齿轮齿条；转向助力 ；转向系统。 II Abstract This design is a light wagon steering gear. Through the relevant material to the classification of steering gear, structure performance, principle of work, doing a series
4、 of development direction, decided to investigate the design of steering gear, mainly based on the type, front axle load, use conditions to decide, and should consider its efficiency characteristics, Angle changes to use characteristics of transmission ratio of the conditions of the adaptability and
5、 other properties, life the products, manufacturing process, etc. Design of the main content including overall design scheme, the main property parameter determination of the determination of the size of the steering gear, gear rack calculation and super-modulus gear geometry calculation of gear tra
6、nsmission relations, the designing calculation rack and checks, which focuses on the initiative of the small gear tooth root bending strength check. Finally consult relevant material to the auxiliary power of hydraulic equipment related design, mainly to the hydraulic power cylinder the diameter of
7、the calculation, and adverse effect on distributing valve valve of parameters, volume and oil pump oil tank displacement of design, according to the calculated using AutoCAD draw assembly drawings and drawing. Keywords: Vans, Redirector; Rack-and pinion; Steering system. III 目 录 摘要 Abstract 第 1 章 绪论
8、 1 1.1 研究的目的意义 1 1.2 转向器的发展现状 1 1.3 确定设计方案 5 1.4 本章小结 7 第 2 章 主要性能参数的确定 9 2.1 确定转向盘直径 9 2.2 计算转向系效率 9 2.3 计算转向系传动比 11 2.4 本章小结 12 第 3 章 转向器机械部分的设计计算 13 3.1 齿轮齿条尺寸结构的设计 13 3.2 齿轮齿条几何传动的关系 14 3.3 齿轮强度的校 核 16 3.4 本章小结 26 第 4 章 转向器液压动力辅助系统设计 27 4.1 液压动力缸直径设计 27 4.2 分配阀有关参数确定 28 4.3 反作用阀和回位弹簧参数确定 29 4.4
9、油罐容积和油泵排量设计 30 4.5 结论 30 结论 31 参考文献 32 致谢 33 附录 A 34 IV 附录 B 36 1 第 1 章 绪 论 1.1 研究的目的和意义 汽车 上用来改变或恢复其行驶方向的专设机构称为汽车转向系统。汽车的转向系统是用来改变汽车行驶方向和保持汽车直线行驶的机构 。 转向操纵机构主要由转向盘、转向轴、转向管柱等组成。转向器将转向盘的转动变为转向摇臂的摆动或齿条轴的直线往复运动，并对转向操纵力进行放大的机构。转向器一般固定在汽车车架或车身上，转向操纵力通过转向器后一般还会改变传动方向。 早期的汽车转向是用舵柄或横杆 (即一种两端带有手柄的水平杆 )进行操纵，转
10、向比是 1： 1，因而汽车转向时的操作是很吃力的。后来，带有齿轮减速比的转向机构很快被推广使用，但是，这种 机构的方向盘不象舵柄或横杆要置放在汽车中线的位置，而是要置放在汽车的左边或右边，这样触发了方向盘位置的争 论。这场争论旷日持久，导致了今天的汽车分成了两大类方向盘装置法： 一类以美国，中国，俄罗斯等世界上大多数国家和地区采用的左置方向盘，实行右上左下的汽车行驶规则；另一类以英国及英联邦，日本等少数国家和地区采用的右置方向盘，实行右下左上的汽车行驶规则。 几十年来，汽车都使用蜗杆扇形齿轮转向器，现在的循环球式转向器也是这种转向器的一种变型，轿车也经常使用。在这种转向器中，蜗杆与扇形齿轮之间
11、嵌入了钢珠，大大降低了 摩擦力，使汽车的转向操纵变得比较轻松。 1.2 转向器的发展现状 由于汽车转向器属于汽车系统中的关键部件，它在汽车系统中占有重要位置，因而它的发展同时也反映了汽车工业的发展，它的规模和质量也成为了衡量汽车工业发展水平的重要标志之一。 近年来随着我过汽车工业的迅猛发展，作为汽车的重要安全部件 汽车转向器的生产水平也有了很大的提高。在汽车转向器生产行业里， 70年代推广循环球转向器，80年代开发和推广了循环球变传动比转向器，到了 90年代，驾驶员对汽车转向器性能的要求有了进一步的提高，要求转向更轻便，操纵更灵敏。随着 汽车的高速比和超低压扁轮胎的通用化，过去的采用循环球转向
12、器和循环球变传比转向器只能相对的解决转向轻便性和操纵灵敏性问题，现在虽然转向器以向动力转向发展，但大部分汽车还应用机械型转向器，如何改进转向器的设计，使之更加适合驾驶者，是最重要的，因此还需不断改进。 2 充分考虑安全性、轻便性随着汽车车速的提高，驾驶员和乘客的安全非常重要，目前国内外在许多汽车上已普遍增设能量吸收装置，如防碰撞安全转向柱、安全带、安全气囊等，并逐步推广。从人类工程学的角度考虑操纵的轻便性，已逐步采用可调整的转向管柱和动力转向系统。 低成 本、低油耗、大批量专业化生产随着国际经济形势的恶化，石油危机造成经济衰退，汽车生产愈来愈重视经济性，因此，要设计低成本、低油耗的汽车和低成本
13、、合理化生产线，尽量实现大批量专业化生产。对零部件生产，特别是转向器的生产，更表现突出。 作为汽车的一个重要组成部分，汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成，如何设计汽车的转向特性，使汽车具有良好的操纵性能，始终是各汽车生产厂家和科研机构的重要研究课题。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同水平的驾驶人群，汽车的操纵设计显得尤为重要。 汽车转向系统经历了纯机械式转向系统、液压助力转向系统、电动助力转向系统 3个基本发展阶段。 机械式的转向系统，由于采用纯粹的机械解决方案，为了产生足够大的转向扭矩需要使用大直径的转向盘，这样一来，占用驾驶室的空间很大，整个机构显
14、得比较笨拙，驾驶员负担较重，特别是重型汽车由于转向阻力较大，单纯靠驾驶员的转向力很难实现转向，这就大大限制了其使用范围。但因结构简单、工作可靠、造价低廉，目前在一部分转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用。 齿条齿轮式转向系统已成为汽车、小型货车及 SUV 上普遍使 用的转向系统类型。 其工作机制非常简单。 齿条 齿轮式齿轮组被包在一个金属管中，齿条的各个齿端都突出在金属管外 ,并用横拉杆连在一起 。 转动方向盘时， 齿轮就会旋转，从而带动齿条运动。齿条各齿端的横拉杆连接在转向轴的转向臂上。 齿条齿轮式齿轮组有两个作用： 1、 将方向盘的旋转运动转换成车轮转动所需的线性
15、运动。 2、 提供齿轮减速功能，从而使车轮转向更加方便。 在大多数汽车中，一般要将方向盘旋转三到四周，才能让车轮从一个锁止位转到另一个锁止位（从最左侧转到最右侧）。 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。由于这种方式容易由车轮将反作用力传至转向盘，所以具有对路面状态反应灵敏的优点，但同时也容易产生打手和摆振等现象。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3 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
16、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。 循环球式这种转向装置是由齿轮机构将来自转向盘 的旋转力进行减速，使转向盘的旋转运动变为涡轮蜗杆的旋转运动，滚珠螺杆和螺母夹着钢球啮合，因而滚珠螺杆的旋转运动变为直线运动，螺母再与扇形齿轮啮合，直线运动再次变为旋转运动，使连杆臂摇动，连杆臂再使连动拉杆和横拉杆做直线运动，改变车轮的方向。 循环球式转向器又有两种结构型式，即常见的循环球 -齿条齿扇式和另一种即循环球曲柄销式。它们各有两个传动副，前者为：螺杆、钢球和螺母传动副以及落幕上的齿条和摇臂轴上的齿扇传动副；后者为螺杆、钢球和螺母传动副以及螺母上的销座与摇臂轴的
17、锥销或球销传动副。两种结构的调整间隙方法均 是利用调整螺栓移动摇臂轴来进行调整。 循环球式转向器由螺杆和螺母共同形成的螺旋槽内装有钢球构成的传动副，以及螺母上齿条与摇臂轴上齿扇构成的传动副组成 。 循环球式转向器的传动效率高、工作平稳、可靠，螺杆及螺母上的螺旋槽经渗碳、淬火及磨削加工，耐磨性好、寿命长。齿扇与齿条啮合间隙的调整方便易行，这种结构与液力式动力转向液压装置的匹配布置也极为方便。所以循环球转向器凭借这些特点在汽车中得到了广泛应用。 齿轮齿条的优点： 1、 构造筒单 ,结构轻巧。由于齿轮箱小 ,齿条本身具有传动杆系的作用 ,因此 ,它不需耍循环球式转向器 上所使用的拉杆 。 2、 因齿
18、轮和齿条直接啮合 ,操纵灵敏性非常高。 3、 滑动和转动阻力小 ,转矩传递性能较好 ,因此 ,转向力非常轻。 4、 转向机构总成完全封闭 ,可免于维护。 据了解，在世界范围内，汽车循环球式转向器占 45左右，齿条齿轮式转向器占40左右，蜗杆滚轮式转向器占 10左右，其它型式的转向器占 5。循环球式转向器一直在稳步发展。在西欧小客车中，齿条齿轮式转向器有很大的发展。日本汽车转向器的特点是循环球式转向器占的比重越来越大，日本装备不同类型发动机的各类型汽车，采用不同类型转向器，在公共汽车中使用的循环 球式转向器，已由 60 年代的62 5，发展到现今的 100了 (蜗杆滚轮式转向器在公共汽车上已经被
19、淘汰 )。大、小型货车大都采用循环球式转向器，但齿条齿轮式转向器也有所发展。微型货车用循环球式转向器占 65，齿条齿轮式占 35。综合上述对有关转向器品种的使用分析，4 得出以下结论： 循环球式转向器和齿轮齿条式转向器，已成为当今世界汽车上主要的两种转向器；而蜗轮蜗杆式转向器和蜗杆肖式转向器，正在逐步被淘汰或保留较小的地位。 在小客车上发展转向器的观点各异，美国和日本重点发展循环球式转向器，比率都已达到或超过 90； 西欧则重点发展齿轮齿条式转向器，比率超过 50，法国已高达95。 由于齿轮齿条式转向器的种种优点，在小型车上的应用 (包括小客车、小型货车或客货两用车 )得到突飞猛进的发展；而大
20、型车辆则以循环球式转向器为主要结构。 动力转向是发展方向 。 动力转向系统的应用日益广泛，不仅在重型汽车上必须装备，在高级轿车上应用的也较多，在中型汽车上的应用也逐渐推广。主要是从减轻驾驶员疲劳，提高操纵轻便性和稳定性出发。虽然带来成本较高和结构复杂等问题，但由于优点明显，还是得到很快的发展动力转向有 3 种形式：整体式、半分置式及联阀式动力 转向结构。目前 3 种形式各有特点，发展较快，整体式多用于前桥负荷 3 8t汽车，联阀式多用于前桥负荷 5-18t 汽车，半分置式多用于前桥负荷 6t以上到超重型汽车。从发展趋势上看，国外整体式转向器发展较快，而整体式转向器中转阀结构是目前发展的方向。
21、动力转向机是利用外部动力协助司机轻便操作转向盘的装置。随着最近汽车发动机马力的增大和扁平轮胎的普遍使用，使车重和转向阻力都加大了，因此动力转向机构越来越普及。值得注意的是，转向助力不应是不变的，因为在高速行驶时，轮胎的横向阻力小，转向盘变得轻飘，很难捕捉路面的感觉，也容 易造成转向过于灵敏而使汽车不易控制。所以在高速时要适当减低动力，但这种变化必须平顺过度。 1.液压式动力转向装置 液压式动力转向装置重量轻，结构紧凑，利于改善转向操作感觉，但液体流量的增加会加重泵的负荷，需要保持怠速旋转的机构。 它使汽车在低速行驶或车辆就位时，驾驶员只需用较小的操作力就能灵活进行转向 ;而在高速行驶时，则自动控制，使操作力逐渐增大，实现了稳定操纵。虽然这种转向器具有很多优点，在目前的技术水准下它仍然存在某些不足之处，例如助力较小等 ;因此，目前液压式动力转向器仍然占据着很大的市场份额，其性能也 在不断地提高。对于液压助力型动力转向器的研究有着非常深远的意义 . 2.电动式动力转向装置 电动式动力转向装置是最新形式的转向装置，由于它节能，故受到人们的重视。它是利用蓄电池转动电机产生推力。由于不直接使用发动机的动力，所以大大降低了发动
