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大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
（學(xué)生填表）
學(xué)院： 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院 2013年 4月 15日
課題名稱
輕型載貨汽車設(shè)計(jì)（轉(zhuǎn)向系及前橋設(shè)計(jì)）
學(xué)生姓名
專業(yè)班級(jí)
課題類型
工程設(shè)計(jì)
指導(dǎo)教師
職稱
課題來(lái)源
組合生產(chǎn)
1. 設(shè)計(jì)（或研究）的依據(jù)與意義
汽車在行駛過(guò)程中，需按駕駛員的意志經(jīng)常改變其行駛方向，即所謂汽車轉(zhuǎn)向。就輪式汽車而言，實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向的方法是，駕駛員通過(guò)一套專設(shè)的機(jī)構(gòu)，使汽車轉(zhuǎn)向橋（一般是前橋）上的車輪（轉(zhuǎn)向輪）相對(duì)于汽車縱軸線偏轉(zhuǎn)一定角度。在汽車直線行駛時(shí)，往往轉(zhuǎn)向輪也會(huì)受到路面?zhèn)认蚋蓴_力的作用，自動(dòng)偏轉(zhuǎn)而改變行駛方向。此時(shí)，駕駛員也可以利用這套機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪向相反方向偏轉(zhuǎn)，從而使汽車恢復(fù)原來(lái)的行駛方向。這一套用來(lái)改變或恢復(fù)汽車行駛方向的專設(shè)機(jī)構(gòu)，即稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（俗稱汽車轉(zhuǎn)向系）。因此，汽車轉(zhuǎn)向系的功用是，保證汽車能按駕駛員的意志而進(jìn)行轉(zhuǎn)向行駛。
按轉(zhuǎn)向能源的不同，轉(zhuǎn)向系可分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系。轉(zhuǎn)向系以駕駛員的體力（手）作為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系，叫機(jī)械轉(zhuǎn)向系。兼用駕駛員體力和和發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系叫動(dòng)力轉(zhuǎn)向系。傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是機(jī)械轉(zhuǎn)向系，汽車的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)是由駕駛員操縱方向盤，通過(guò)轉(zhuǎn)向器和一系列的桿件傳遞到轉(zhuǎn)向車輪而實(shí)現(xiàn)的。普通的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建立在機(jī)械轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上，通常根據(jù)機(jī)械式轉(zhuǎn)向器形式可以分為：齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。常用的有兩種是齒輪齒條式和循環(huán)球式(用于需要較大的轉(zhuǎn)向力時(shí))。目前大部分低端轎車采用的就是齒輪齒條式機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。但是，隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，轎車的時(shí)速也也在快速提升。高速轎車轉(zhuǎn)向時(shí)的阻力矩比普通汽車要大得多，單靠選用角傳動(dòng)比較大的轉(zhuǎn)向器來(lái)提高機(jī)械轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)效率，遠(yuǎn)不能滿足轉(zhuǎn)向輕便和行車安全的 要求，機(jī)械轉(zhuǎn)向系也很難兼顧操縱省力和靈敏兩方面的要求。因此，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系的轉(zhuǎn)向加力裝置是以發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力為能源來(lái)增大駕駛員操縱轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向的力量，從而使操縱十分簡(jiǎn)單，同時(shí)選用傳動(dòng)比較小的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比，還能滿足轉(zhuǎn)向靈敏的要求。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2種。其中液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于工作壓力高（可達(dá)10Mp以上），部件尺寸很小，液壓系統(tǒng)工作時(shí)無(wú)噪聲，工作滯后時(shí)間短，而且能吸收來(lái)自不平路面的沖擊與振動(dòng)，在實(shí)際中應(yīng)用的最多，目前已在和各類各級(jí)汽車上獲得廣泛應(yīng)用。
本課題就以機(jī)械轉(zhuǎn)向系為對(duì)向，介紹研究輕型車上機(jī)械式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，以及相關(guān)重要參數(shù)，總結(jié)大學(xué)期間學(xué)習(xí)的各科專業(yè)知識(shí)， 如機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造基礎(chǔ)以及液壓傳動(dòng)等，為以后工作打下實(shí)踐基礎(chǔ)。
2. 國(guó)內(nèi)外同類設(shè)計(jì)（或同類研究）的概況綜述
轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系主要構(gòu)成的關(guān)鍵零件，隨著電子技術(shù)在汽車中的廣泛應(yīng)用，轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)也有很大變化。從目前使用的普遍程度來(lái)看，主要的轉(zhuǎn)向器類型有4種：有蝸桿銷式(WP型)、蝸桿滾輪式(WR型)、循環(huán)球式(BS型)、齒條齒輪式(RP型)。這四種轉(zhuǎn)向器型式，已經(jīng)被廣泛使用在汽車上。 據(jù)了解，在世界范圍內(nèi)，汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占45％左右，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器占40％左右，蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器占10％左右，其它型式的轉(zhuǎn)向器占5％。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器一直在穩(wěn)步發(fā)展。在西歐小客車中，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器有很大的發(fā)展。日本汽車轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)是循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占的比重越來(lái)越大，日本裝備不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)的各類型汽車，采用不同類型轉(zhuǎn)向器，在公共汽車中使用的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，已由60年代的62．5％，發(fā)展到現(xiàn)今的100％了(蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器在公共汽車上已經(jīng)被淘汰)。大、小型貨車大都采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，但齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器也有所發(fā)展。微型貨車用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占65％，齒條齒輪式占35％。
我國(guó)的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)，除早期投產(chǎn)的解放牌汽車用蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器，東風(fēng)汽車用蝸桿肖式轉(zhuǎn)向器之外，其它大部分車型都采用循環(huán)球式結(jié)構(gòu)，并都具有一定的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。目前解放、東風(fēng)也都在積極發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，并已在第二代換型車上普遍采用了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。由此看出，我國(guó)的轉(zhuǎn)向器也在向大量生產(chǎn)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器發(fā)展。
在國(guó)外，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器實(shí)現(xiàn)了專業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)以專業(yè)廠為主、大力進(jìn)行試驗(yàn)和研究，大大提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。在日本“精工”(NSK)公司的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器就以成本低、質(zhì)量好、產(chǎn)量大，逐步占領(lǐng)日本市場(chǎng)，并向全世界銷售它的產(chǎn)品。德國(guó)ZF公司也作為一個(gè)大型轉(zhuǎn)向器專業(yè)廠著稱于世。它從1948年開 始生產(chǎn)ZF型轉(zhuǎn)向器，年產(chǎn)各種轉(zhuǎn)向器200多萬(wàn)臺(tái)。還有一些比較大的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)廠，如美國(guó)德爾福公司SAGINAW分部；英國(guó)BURM#0；AN公司都是比較有名的專業(yè)廠家，都有很大的產(chǎn)量和銷售面。專業(yè)化生產(chǎn)已成為一種趨勢(shì)，只有走這條道路，才能使產(chǎn)品質(zhì)量高、產(chǎn)量大、成本低，在市場(chǎng)上有競(jìng)爭(zhēng)力。
齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，已成為當(dāng)今世界汽車上主要的兩種轉(zhuǎn)向器；而蝸輪蝸桿式轉(zhuǎn)向器和蝸桿肖式轉(zhuǎn)向器，正在逐步被淘汰或保留較小的地位。在小客車上發(fā)展轉(zhuǎn)向器的觀點(diǎn)各異，美國(guó)和日本重點(diǎn)發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，比率都已達(dá)到或超過(guò)90％；西歐則重點(diǎn)發(fā)展齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，比率超過(guò)50％，法國(guó)已高達(dá)95％。由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的種種優(yōu)點(diǎn)，在小型車上的應(yīng)用(包括小客車、小型貨車或客貨兩用車)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展；而大型車輛則以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為主要結(jié)構(gòu)。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)：效率高，操縱輕便，有一條平滑的操縱力特性曲線，布置方便，特別適合大、中型車輛和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配合使用；易于傳遞駕駛員操縱信號(hào)；逆效率高、回位好，與液壓助力裝置的動(dòng)作配合得好?？梢詫?shí)現(xiàn)變速比的特性，滿足了操縱輕便性的要求。中間位置轉(zhuǎn)向力小、且經(jīng)常使用，要求轉(zhuǎn)向靈敏，因此希望中間位置附近速比小，以提高靈敏性。大角度轉(zhuǎn)向位置轉(zhuǎn)向阻力大，但使用次數(shù)少，因此希望大角度位置速比大一些，以減小轉(zhuǎn)向力。由于循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器可實(shí)現(xiàn)變速比，應(yīng)用正日益廣泛。通過(guò)大量鋼球的滾動(dòng)接觸來(lái)傳遞轉(zhuǎn)向力，具有較大的強(qiáng)度和較好的耐磨性。并且該轉(zhuǎn)向器可以被設(shè)計(jì)成具有等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，這也是它應(yīng)用廣泛的原因之一。
齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉(zhuǎn)向器的質(zhì)量比較??；傳動(dòng)效率高達(dá)90%；齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙后，利用裝在齒條背部、靠近主動(dòng)小齒輪處的壓緊力可以調(diào)節(jié)的彈簧，能自動(dòng)消除間隙，這不僅可以提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度，還可以防止工作時(shí)產(chǎn)生沖擊和噪聲；轉(zhuǎn)向器占用體積小；制造成本低。
基于以上調(diào)查和轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器將是以后轉(zhuǎn)向器的發(fā)展的趨勢(shì)和潮流。
從汽車制造成本和轉(zhuǎn)向的要求分析，本次課程設(shè)計(jì)的是輕型載貨汽車的轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)由于考慮以下因素：
a.轉(zhuǎn)向器要提供輕便的方向控制，同時(shí)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角范圍不允許過(guò)大。這要求轉(zhuǎn)向器的自由行程盡可能小，傳動(dòng)比適當(dāng)，駕駛員主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤時(shí)的機(jī)械效率高?？赡苄枰?jiǎng)恿χΑ?
b.使地面對(duì)前輪的擾動(dòng)盡可能地被傳到轉(zhuǎn)向盤上，同時(shí)還要讓駕駛員能夠感覺(jué)到路面狀況的變化。這要求在前輪因受到地面干擾而試圖轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)轉(zhuǎn)向器的機(jī)械效率適當(dāng)?shù)氐?，既逆效率適當(dāng)?shù)氐汀?
c.不能妨礙汽車完成轉(zhuǎn)向后、返回直線行駛狀態(tài)時(shí)的前輪自動(dòng)會(huì)正，這又要求轉(zhuǎn)向器的逆效率適當(dāng)?shù)馗摺?
d.停車轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的力應(yīng)該被減小到最低限度。為了使駕駛員能夠比較舒服地進(jìn)行停車轉(zhuǎn)向，一般要求采用動(dòng)力助力。停車轉(zhuǎn)向時(shí)所需要的轉(zhuǎn)向力一般是最大的。
e.使汽車具有良好的高速操縱穩(wěn)定性。這一般要求轉(zhuǎn)向器的自由行程、盡可能小，有適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)比和動(dòng)力助力。
綜上所述，本次課題選取循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器
3. 課題設(shè)計(jì)（或研究）的內(nèi)容
課題研究的主演內(nèi)容：
1.輕型汽車轉(zhuǎn)向器的方案論證；
2.轉(zhuǎn)向器的主要性能參數(shù)選擇；
3.轉(zhuǎn)向器各部件的設(shè)計(jì)計(jì)算；
4.轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的變化規(guī)律
5.轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計(jì)
6.轉(zhuǎn)向器的強(qiáng)度校核；
7.繪制零件圖及裝配圖
解決方法：
1.查閱資料確定輕型汽車即總質(zhì)量小于3500KG的M型和N型汽車所使用的轉(zhuǎn)向器的類型。
2.確定轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比，轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)比。研究轉(zhuǎn)向器的正效率和逆效率。影響轉(zhuǎn)向器效率的因素有轉(zhuǎn)向器類型和轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率。
3.查閱資料和學(xué)過(guò)的知識(shí)，根據(jù)選擇的性能參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算。
4.通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和查閱資料研究轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的變化規(guī)律
5.通過(guò)學(xué)過(guò)的知識(shí)完成轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計(jì)并進(jìn)行校核。
6.研究在EPS和非EPS兩種狀態(tài)下轉(zhuǎn)向器的受力情況，并對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。
7.用CAD繪圖軟件繪制所設(shè)計(jì)的零件圖和裝配圖。
4. 設(shè)計(jì)（或研究）方法
1.查閱資料確定輕型汽車即總質(zhì)量小于3500KG的M型和N型汽車所使用的轉(zhuǎn)向器的類型。
2.確定轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比，轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)比。研究轉(zhuǎn)向器的正效率和逆效率。影響轉(zhuǎn)向器效率的因素有轉(zhuǎn)向器類型和轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率。
3.查閱資料和學(xué)過(guò)的知識(shí)，根據(jù)選擇的性能參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算。
4.通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和查閱資料研究轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的變化規(guī)律
5.通過(guò)學(xué)過(guò)的知識(shí)完成轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計(jì)并進(jìn)行校核。
6.研究在EPS和非EPS兩種狀態(tài)下轉(zhuǎn)向器的受力情況，并對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。
7.用CAD繪圖軟件繪制所設(shè)計(jì)的零件圖和裝配圖。
5. 實(shí)施計(jì)劃
5——6周 調(diào)研，查閱資料，明確具體任務(wù)。
7——8周 討論，設(shè)計(jì)總體方案。
9——10周 完成主要總裝圖設(shè)計(jì)。
11——12周完成零、部件圖設(shè)計(jì)，并完成機(jī)繪圖。
13——14周 編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。
15周 整理圖紙及全部設(shè)計(jì)文件，最后交卷。
指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
教研室意見
教研室主任簽字： 年 月 日