齒輪齒條式電動助力轉向系統(tǒng)設計及仿真分析【說明書+CAD+UG+仿真】
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題
目
齒輪齒條式電動助力轉向系統(tǒng)設計及仿真分析
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院(系、部)
專 業(yè) 班 級
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一、選題的目的、意義和研究現(xiàn)狀
1. 目的、意義
汽車電動助力轉向系統(tǒng)是一種新型的汽車動力轉向系統(tǒng),與傳統(tǒng)液壓轉向系統(tǒng)相比,采用電動機直接提供助力,具有多方面優(yōu)越性。近年來已有很多中高檔汽車配備了動力轉向系統(tǒng)裝置,EPS 研究也成為汽車工業(yè)的熱門課題之一,具有重要研究價值和巨大潛在應用前景。在現(xiàn)代汽車上,轉向系統(tǒng)是必不可少的最基本的系統(tǒng)之一,也是決定汽車主動安全性的關鍵總成,保持汽車具備良好的操縱性能,始終是汽車研究的重要課題。特別是在車輛高速化,車流密集化的今天,汽車轉向系的研究顯得尤為重要。電動助力轉向系統(tǒng)是汽車轉向系統(tǒng)的發(fā)展方向。該系統(tǒng)由電動助力機直接提供轉向助力,省去了液壓動力轉向系統(tǒng)所必需的動力轉向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于發(fā)動機上的皮帶輪,既節(jié)省能量,又保護了環(huán)境。另外,還具有調(diào)整簡單、裝配靈活以及在多種狀況下都能提供轉向助力的特點。在可預見的將來,電動助力轉向系統(tǒng)在汽車領域必定會有廣泛的應用。在本文中重點進行齒輪齒條轉向器的設計計算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(jīng)驗參數(shù)和大學所學機械設計的課程內(nèi)容進行設計,并做了歸納和總結。
2. 研究現(xiàn)狀
從世界第一輛汽車問世至今,汽車工業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了百年歷程。現(xiàn)代的汽車與發(fā)展初期
相比,廣泛地應用了各種高新技術,并且還在發(fā)生更深刻的變革。轉向系統(tǒng)作為汽車底盤
中的獨立分系統(tǒng) ,在汽車技術發(fā)展的過程中也經(jīng)歷了深刻的變革。轉向技術的發(fā)展基本
上經(jīng)歷了機械轉向、液壓(氣壓)動力轉向、電子控制液壓動力轉向、電動轉向、電子線
控轉向和主動轉向幾個階段。
改革開放以來,我國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛。作為汽車關鍵部件之一的轉向系統(tǒng)也得到了
相應的發(fā)展,基本已形成了專業(yè)化、系列化生產(chǎn)的局面。有資料顯示,國外有很多國家的
轉向器廠,都已發(fā)展成大規(guī)模的生產(chǎn)的專業(yè)廠,年產(chǎn)超夠百萬臺,壟斷了轉向器的生產(chǎn),
并且銷售點遍布了全世界。從操縱輕便性、穩(wěn)定性及安全性行駛的角度,汽車制造廣泛使
用更先進的工藝方法,使用變速比轉向器、高剛性轉向器?!白兯俦群透邉傂浴笔悄壳笆?
界上生產(chǎn)的轉向器結構的方向。
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從 70 年代起轎車興起了齒輪齒條轉向器,這種轉向機構由方向盤、轉向軸、萬向節(jié)、轉動軸、轉向器、轉向傳動桿和轉向輪等組成。方向盤操縱轉向器內(nèi)的齒輪傳動,齒輪與齒條緊密嚙合,推動齒條左移動或右移動,帶動轉向輪擺動,從而改變轎車行駛的方向。這種轉向機構與循環(huán)球式等其它類型的轉向機構比較,省略了轉向搖臂和轉向主拉桿,具有構件簡單,傳動效率高的優(yōu)點。而且它的逆?zhèn)鲃有室哺?,在車輛行駛時可以保證偏轉車輪的自動回正,駕駛者的路感性強。
近年來,電動助力轉向機構在乘用車上得到應用,并有良好的發(fā)展前景。目前用于乘用車的電動助力轉向機構的轉向器,均采用齒輪齒條式轉向器。其功能除用來傳遞來自轉向器的力矩與運動外,還有增扭、降速作用。
因為微型轎車上狹小的發(fā)動機艙空間給液壓助力轉向系統(tǒng)的安裝帶來了很大的麻煩,而 EPS 原件比較少,重量輕,裝配方便,比較適合在微型轎車上安裝。因此在國外,EPS
系統(tǒng)首先是在微型轎車上發(fā)展起來的。
上世紀 80 年代初期,日本鈴木公司首次在其 Cervo 轎車上安裝了 EPS 系統(tǒng),隨后還應用在其 Alto 車上。此后,EPS 在日本得到迅速發(fā)展。出于節(jié)能環(huán)保的考慮,歐、美等國的汽車公司也相繼對 EPS 進行了開發(fā)和研究。雖然比日本晚了十年時間,但是歐美國家的開發(fā)力度比較大,所選擇的產(chǎn)品類型也有所不同。
我國汽車電子行業(yè)的總體發(fā)展相對滯后,但是,隨著汽車對環(huán)保、節(jié)能和安全性要求的進一步提高,代表著現(xiàn)代汽車轉向系統(tǒng)的發(fā)展方向的 EPS 電動助力轉向系統(tǒng)已被我國列為高新科技產(chǎn)業(yè)項目之一,國內(nèi)各大院校、科研機構和企業(yè)在進行 EPS 技術的研究,也有少數(shù)供應商能批量提供轉向軸式的 EPS 系統(tǒng)。但總的來講目前國內(nèi) EPS 技術還不成熟;供應商所提供的 EPS 系統(tǒng)還未達到產(chǎn)品級的要求,且類型單一,還不能滿足整車廠需要。據(jù)悉,自主品牌研發(fā)的 EPS 系統(tǒng)離產(chǎn)業(yè)化就差整車廠批量裝車認可這一臺階了,相信很快就可以實現(xiàn)量產(chǎn)??梢婟X輪齒條式電動助力轉向系統(tǒng)是未來動力轉向系統(tǒng)的一個發(fā)展趨勢。
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二、研究方案及預期結果。
1. 設計方案或論文主要研究內(nèi)容
(1)熟悉和掌握汽車轉向系統(tǒng)的現(xiàn)狀。
(2)分析汽車轉向系統(tǒng)分類以及實際汽車車型中的應用。
(3)熟悉和掌握齒輪齒條式電動助力轉向器的構造和工作原理。
(4)熟悉和掌握齒輪齒條式電動助力轉向系統(tǒng)的功能特點和關鍵技術參量。
2. 主要解決的問題、理論、方法、技術路線
汽車轉向系是保持或者改變汽車行駛方向的機構,在汽車轉向行駛中,保證各轉向輪
之間有協(xié)調(diào)的轉角關系。保證汽車在行駛中能按駕駛員的操縱要求,適時地改變行駛方向,
并能在受到路面干擾偏離行駛方向時,與行駛系配合,共同保持汽車穩(wěn)定地直線行駛。轉
向系對汽車行駛的操縱性、穩(wěn)定性和安全性都具有重要的意義。
(1)對齒輪齒條式電動助力轉向結構和工作原理的了解;
對于電動助力轉向機構(EPS),電動機僅在汽車轉向時才工作并消耗蓄電
池能量;而對于常流式液壓動力轉向機構,因液壓泵處于長期工作狀態(tài)和內(nèi)
泄漏等原因要消耗較多的能量。兩者比較,電動助力轉向的燃料消耗率僅為
液壓動力轉向的 16%~20%。
(2)齒輪齒條轉向器設計。
采用齒輪齒條式轉向器。其功能除用來傳遞來自轉向盤的力矩與運動以外,還有增扭、
降速作用。齒輪齒條轉向器最主要的優(yōu)點是:結構簡單、價格低廉、質量輕、剛性好、使
用可靠;傳動效率高達 90%;根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點不同,齒輪齒條式轉向器有四
種形式:中間輸入,兩端輸出;側面輸入,兩端輸出;側面輸入,中間輸出;側面輸入,
一端輸出。
3. 論文框架(列出說明書大體結構及提綱)
(1)緒論
(2)電動助力轉向系統(tǒng)設計
(3)齒輪齒條轉向器設計與計算
(4)轉向系統(tǒng)的三維實體建模
(5)轉向系統(tǒng)的裝配
(6)轉向系統(tǒng)運動仿真
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(7)有限元分析
(8)經(jīng)濟技術性分析
(9)結論
(10)致謝
(11)參考文獻
4. 預期結果
繪制工程圖紙 4 張(裝配圖 2 張 A0~A2,零件圖 2 張 A3)
編寫設計計算說明 1 份
翻譯相關外文文獻 1 篇
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三、研究進度
第 1 周—第 4 周:畢業(yè)實習,收集資料,撰寫實習報告。
第 5 周:撰寫開題報告,進行開題答辯。
第 6 周—第 7 周:電動助力轉向系統(tǒng)參數(shù)選擇。
第 8 周—第 9 周:對齒輪齒條轉向器設計,完成計算。
第 10 周—第 11 周:運用繪圖軟件進行仿真分析。
第 12 周—第 13 周:對設計進行修正與優(yōu)化。
第 14 周—第 15 周:整理設計資料,打印輸出,提交設計資料。
第 16 周:畢業(yè)設計答辯。
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四、主要參考文獻
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術出版社.2002.
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of Dry Friction Clutches,SAE982846
五、指導教師意見
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編號:21139971
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