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畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 設(shè)計（論文）題目:轎車前輪主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 院 系 名 稱:汽車與交通工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級: 車輛工程07-3 學(xué) 生 姓 名: 郭天辰 導(dǎo) 師 姓 名: 田芳 開 題 時 間: 2011-03-02 指導(dǎo)委員會審查意見： 簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 學(xué)生姓名 郭天辰 系部 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)、班級 車輛07-3班 指導(dǎo)教師姓名 田芳 職稱 實驗員 從事 專業(yè) 汽車運用技術(shù) 是否外聘 □是□否 題目名稱 轎車前輪主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 汽車上用來改變或恢復(fù)其行駛方向的專設(shè)機構(gòu)稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來改變汽車行駛方向和保持汽車直線行駛的機構(gòu)，轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)主要由轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱等組成。轉(zhuǎn)向器將轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動變?yōu)檗D(zhuǎn)向搖臂的擺動或齒條軸的直線往復(fù)運動，并對轉(zhuǎn)向操縱力進行放大的機構(gòu)。轉(zhuǎn)向器一般固定在汽車車架或車身上，轉(zhuǎn)向操縱力通過轉(zhuǎn)向器后一般還會改變傳動方向。在汽車轉(zhuǎn)向行駛時，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系，機械轉(zhuǎn)向系依靠駕駛員的手力轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，經(jīng)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)向器屬于汽車系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，它在汽車系統(tǒng)中占有重要位置，因而它的發(fā)展同時也反映了汽車工業(yè)的發(fā)展，它的規(guī)模和質(zhì)量也成為了衡量汽車工業(yè)發(fā)展水平的重要標志之一。 作為汽車的一個重要組成部分，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是決定汽車主動安全性的關(guān)鍵總成，如何設(shè)計汽車的轉(zhuǎn)向特性，使汽車具有良好的操縱性能，始終是各汽車生產(chǎn)廠家和科研機構(gòu)的重要研究課題。特別是在車輛高速化、駕駛?cè)藛T非職業(yè)化、車流密集化的今天，針對更多不同水平的駕駛?cè)巳海嚨牟倏v設(shè)計顯得尤為重要。 前輪主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與其控制技術(shù)的有機結(jié)合有效的提高了汽車行駛的安全性和穩(wěn)定性，極大地提高了汽車的使用性能，二者相輔相成，缺一不可。本次設(shè)計主要是通過對主動轉(zhuǎn)向特性的分析，熟悉主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器的工作原理，設(shè)計轎車前輪主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)，并對其部分零件進行有效性的校核，完成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機械部分的設(shè)計。 自從汽車發(fā)明以來，駕駛轉(zhuǎn)向的傳動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，駕駛者在過急彎時就不需要大幅轉(zhuǎn)動方向盤，但是在高速行駛時，方向盤細微的動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。 而主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)保留了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的機械構(gòu)件，包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向柱、齒輪齒條轉(zhuǎn)向機以及轉(zhuǎn)向橫拉桿等。其最大特點就是在轉(zhuǎn)向盤和齒輪齒條轉(zhuǎn)向機之間的轉(zhuǎn)向柱上集成了一套雙行星齒輪機構(gòu)，用于向轉(zhuǎn)向輪提供疊加轉(zhuǎn)向角。主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過一組雙行星齒輪機構(gòu)實現(xiàn)了獨立于駕駛員的轉(zhuǎn)向疊加功能，完美地解決了低速時轉(zhuǎn)向靈活輕便與高速時保持方向穩(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，進一步提高了車輛的穩(wěn)定性。同時，該系統(tǒng)能方便地與其他動力學(xué)控制系統(tǒng)進行集成控制，為今后汽車底盤一體化控制奠定了良好的基礎(chǔ)。 主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的的雙行星齒輪機構(gòu)包括左右左右兩副行星齒輪機構(gòu)，公用一個行星架進行動力傳遞，左側(cè)的主動太陽輪與轉(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轉(zhuǎn)向舒服自由度，一個是行星架傳遞的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，另一個是由伺服電機疊加轉(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)向角度與伺服電動驅(qū)動的行星架轉(zhuǎn)動方向與轉(zhuǎn)向盤相同，增加了后者的實際轉(zhuǎn)向角度，高速時，伺服電動機電機驅(qū)動的行星架與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向相反，疊加后減少了實際的轉(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)動車輪所用的力量，并不是由電動機決定，而是由獨立的轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向裝置一同決定的。主動式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的其他組成部件還包括判定當前駕駛條件和駕駛者指令的獨立控制單元和多個傳感器。 主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)隨著汽車技術(shù)的發(fā)展受到國內(nèi)外的重視，同濟大學(xué)和北京科技大學(xué)都對主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有著深入的研究，隨著汽車技術(shù)的發(fā)展和人們對于汽車安全性能要求的提高，會有更多的技術(shù)運用到主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)當中來。在國外，上世紀60年代就已經(jīng)開始了對主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究，而近幾年這項技術(shù)才從理論階段應(yīng)用于實車上。比較典型的就是德國寶馬公司和ZF公司開發(fā)的一套主動前輪系統(tǒng)，此系統(tǒng)已經(jīng)裝備于部分寶馬3系和5系車之上。寶馬的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要是主動轉(zhuǎn)向控制器通過對駕駛員輸入的方向盤轉(zhuǎn)角的疊加/減的控制實現(xiàn)轉(zhuǎn)向傳動比的改變的。低速時，電動馬達的作用與駕駛者轉(zhuǎn)動方向盤的方向一致，可以減少對轉(zhuǎn)向力的需求。一直行駛至中速狀態(tài)之前，它將提供比傳統(tǒng)轎車更直接的轉(zhuǎn)向傳動比，轉(zhuǎn)向操作保持輕松省力。在高速時電動馬達的運轉(zhuǎn)方向與駕駛者轉(zhuǎn)動方向盤方向相反，這就減少了前輪轉(zhuǎn)向角度，使轉(zhuǎn)向更直接。此系統(tǒng)完美地解決了汽車低速轉(zhuǎn)向輕便與高速轉(zhuǎn)向穩(wěn)重的矛盾，有效地抑制側(cè)向干擾，提高了整車穩(wěn)定性。 此套主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以根據(jù)車速變化而不斷改變轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中主動齒輪與被動齒條的傳動比。通常一般轎車的轉(zhuǎn)向傳動比是16:1和18:1之間，例如50km/h時，當轉(zhuǎn)動方向盤10度時，前輪即可轉(zhuǎn)動1度，而普通轎車需要轉(zhuǎn)動16-18度才能讓前輪轉(zhuǎn)動1度。反之，在高速時，例如，當車速達到200km/h時，帶有主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)動方向盤20度才能讓前輪轉(zhuǎn)動1度。 除了可變傳動比設(shè)計外，穩(wěn)定性控制功能是寶馬主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最大的特點。危險工況下該系統(tǒng)通過獨立于駕駛員的轉(zhuǎn)向干預(yù)來穩(wěn)定車輛，通過主動改變駕駛員給定的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角使得車輛響應(yīng)盡可能與理想的車輛響應(yīng)特性相一致。主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還有很重要的一點就是更安全，這一點主要體現(xiàn)在車輛高速行駛中的突然轉(zhuǎn)向。例如在公路上高速行駛時突然變線以超越另一輛車然后回到車道時，或者高速行駛中突然發(fā)現(xiàn)前方有障礙物需要急轉(zhuǎn)彎時，很容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足或者轉(zhuǎn)向過度，車輛將偏離自己預(yù)定的方向，可能失去控制。在這種情況下，通常寶馬車系的主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過干預(yù)制動過程控制車輛的穩(wěn)定，行車速度將大幅度降低，增加能量的損耗。而主動式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從轉(zhuǎn)向一開始就會判斷轉(zhuǎn)向后出現(xiàn)的情況，通過電子控制的機械調(diào)控器自動修正轉(zhuǎn)向角度，干預(yù)降低偏航情況的發(fā)生。而此系統(tǒng)不必像在其他車輛中那樣干預(yù)駕駛，保證車輛行駛的平穩(wěn)性。 本設(shè)計通過整合已有的的設(shè)計，通過努力，閱讀大量的文獻，掌握轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械部分設(shè)計的基本步驟和要求，以及制圖的步驟和規(guī)則，掌握轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械部分的相關(guān)設(shè)計方法，以及進一步更扎實汽車設(shè)計基本知識，學(xué)會使用CAD進行基本二維制圖，同時提高分析問題和解決問題的能力。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械部分的設(shè)計有利于提高汽車的整體性能，同時提高我們綜合運用知識的能力和技能。通過課題的設(shè)計，積累相關(guān)理論知識，通過設(shè)計還可以系統(tǒng)的培養(yǎng)工程文化素養(yǎng)，有利于未來的發(fā)展。 二、設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題 設(shè)計的基本內(nèi)容： 1.現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡述。蝸桿滾輪式，蝸桿指銷式，齒輪齒條式等。 2.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械部分的結(jié)構(gòu)特點。 3.主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的現(xiàn)狀及優(yōu)點。主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械部分基本結(jié)構(gòu)，工作原理等。 4.轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)和轉(zhuǎn)向器的計算設(shè)計。轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)選擇等。 5.主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)主要性能參數(shù)的計算。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的效率，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動比，剛度等 6.進行相關(guān)零件的校核。 7.根據(jù)計算結(jié)果，繪制CAD二維圖紙。 擬解決的主要問題： 1.轉(zhuǎn)向系機械結(jié)構(gòu)形式的選擇。 2.主要性能參數(shù)初選。 3.主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)主要性能參數(shù)計算。 4.相關(guān)零件的強度校核。 三、技術(shù)路線（研究方法） 轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)選擇 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算 主要參數(shù)選擇 校核 編寫說明書并繪制CAD二維圖紙 根據(jù)題目查閱相關(guān)資料 否 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的效率 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動率與傳動比 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計 轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)設(shè)計計算 主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計 四、進度安排 1）調(diào)研、查閱參考資料，了解轉(zhuǎn)向器的功能、主要結(jié)構(gòu)。撰寫開題報告。 第2周（3月1日～3月11日） （2）開題。第2周（3月11日） （3）分析并確定轉(zhuǎn)向器的具體結(jié)構(gòu)形式，主要零部件及相互位置關(guān)系。根據(jù)給定的設(shè)計參數(shù)，按照有關(guān)的設(shè)計要求和順序進行具體結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)計算及其他有關(guān)參數(shù)的選配，針對給定的設(shè)計參數(shù)優(yōu)選轉(zhuǎn)向器的總體方案。第3周（3月12日～3月20日） （4）進行轉(zhuǎn)向器零部件的設(shè)計計算。第4～5周（3月21日～4月2日） （5）完成部分設(shè)計圖紙，折合0# 圖紙1張，完成說明書初稿。第6周～8周（4月3日～4月22日） （6）中期檢查。第8周（4月22日） （7）完成轉(zhuǎn)向器裝配圖、主要零件圖，完成設(shè)計說明書 第9~13周（4月23日～5月27日） （8）設(shè)計及說明書初稿提交。第13周（5月27日） （9）畢業(yè)設(shè)計審核、修改。 第14～16周（5月28日～6月17日） （10）畢業(yè)設(shè)計答辯。 第17周（6月18日～6月 20日） 五、參考文獻 [1] 蔣勵,余卓平,高曉杰.寶馬主動轉(zhuǎn)向技術(shù)概述[J].汽車技術(shù),2006.4 [2] 王望予主編.汽車設(shè)計,第四版[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2005 [3] 陳家瑞主編.汽車構(gòu)造[M]. 北京:人民交通出版社,2002.3 [4] 劉惟信主編.汽車設(shè)計[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,2006 [5] 機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊,第3卷[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2004.8 [6] 李秀珍主編.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M]. 北京:機械工業(yè)出版,2005.1 [7] 機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊,齒輪傳動[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2007.3 [8] 陳曉南,楊培林主編.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M]. 北京:科學(xué)出版社,2007.2 [9] 張策主編,機械原理與機械設(shè)計[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2004.9 [10] 饒振鋼編著.行星傳動機構(gòu)設(shè)計[M]. 北京:國防工業(yè)出版社,1994.6 六、備注 指導(dǎo)教師意見： 簽字： 年 月 日