【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文(全套CAD圖紙) 36396305 學(xué)科門類： 單位代碼 ： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）微型汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)學(xué)生姓名所學(xué)專業(yè) 班 級 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 XXXXXXXXX系二○**年XX月目錄前言 11. 汽車主要參數(shù)的選擇 6 6 軸距L 6 前輪距B1和后輪距B2 8 外廓尺寸 8 前懸LF和后懸LR 9 汽車質(zhì)量參數(shù)的確定 9 整車整備質(zhì)量 9 汽車的載客量和裝載質(zhì)量 11 12 12 12 13 142. 轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)概述 15 15 15 16 16 173. 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析 19 19 20 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器 21 21 23 23 23 24 24 24 25 26△t 26 27 28 28 29 29 29 30 30 30 31 31 31 31 32 35 3桿與球銷 38 39 40致謝 41參考文獻(xiàn) 42附錄A譯文 43附錄B外文文獻(xiàn) 47 前言100多年前，汽車剛剛誕生后不久，其轉(zhuǎn)向操作是模仿馬車和自行車的轉(zhuǎn)向方式，用一個(gè)操縱桿或手柄來使前輪偏轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的。由于操縱費(fèi)力且不可靠，以致時(shí)常發(fā)生車毀人亡的事故。第一輛不用馬拉的四輪汽車問世時(shí)，它已經(jīng)吧前橋和前輪組成為了一總成。該總成別安裝在樞軸上，可以繞前橋中心的一個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，利用一個(gè)桿柱連接前橋的中點(diǎn)，通過地板往上延伸，轉(zhuǎn)向盤就緊固再桿柱上端，以此操縱汽車。這種裝置在汽車車速不超過馬車的速度時(shí)，還是很好用的，但當(dāng)車速提高后，駕駛員就要求提高轉(zhuǎn)向的準(zhǔn)確性，以減少輪胎的磨損，延長輪胎的使用壽命。后來他們發(fā)現(xiàn)，正在探索的這種理論在1817年就已經(jīng)唄闡明了。1817年，德國人林肯斯潘杰提出了類似于現(xiàn)代汽車的將前輪用轉(zhuǎn)向節(jié)與前梁連接方式。（即改進(jìn)轉(zhuǎn)向器的想法）。他研制了一種允許汽車前輪在主軸上獨(dú)立回轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)—把車輪與轉(zhuǎn)向節(jié)連接起來，轉(zhuǎn)向節(jié)又用可轉(zhuǎn)動(dòng)的銷軸與前軸連接，從而發(fā)明了轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)，并與第二年將其向英國政府申請專利的權(quán)力轉(zhuǎn)讓給了出版商、英籍德國人阿克曼。不久，阿曼克向英國專利局申請了“平行連桿式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)”專利。1879年，法國四輪馬車制造商杰特發(fā)明了第一個(gè)平行四邊形轉(zhuǎn)向聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)。杰特的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)可以把轉(zhuǎn)向中心點(diǎn)移向兩側(cè)。他把一根桿子與帶有兩個(gè)連接臂的轉(zhuǎn)向節(jié)相連。當(dāng)時(shí)稱為轉(zhuǎn)向臂和隨動(dòng)臂。杰特把轉(zhuǎn)向柱的一端與轉(zhuǎn)向臂連接，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向柱時(shí)，通過轉(zhuǎn)向臂和隨動(dòng)臂、橫拉桿和車輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)車輪，實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向。1857年，英國的達(dá)吉恩蒸汽汽車是第一輛采用轉(zhuǎn)向盤來實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向的機(jī)動(dòng)車輛。1872年蘇格蘭的查理士第一個(gè)把轉(zhuǎn)向盤安裝到煤氣發(fā)動(dòng)機(jī)車輛上。此前，想把轉(zhuǎn)向盤安裝到車輛上的多次嘗試均未得到認(rèn)可。1878年，“現(xiàn)代汽車之父”、德國的卡爾本茨在他的三輪乘坐車上首次采用了所謂的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，但卻考一根操縱桿來控制汽車行使方向。1886年，英國的弗雷德里克斯特里克蘭說服了他的朋友、汽車制造商雷克，把一個(gè)用于輪船上的轉(zhuǎn)向柱和轉(zhuǎn)向盤裝到了一輛新的戴姆勒弗頓敞蓬車上。斯特里克是以建造蒸汽機(jī)船為職業(yè)的，德雷克則是戴姆勒英國公司的領(lǐng)導(dǎo)人。后來，向大西洋兩岸銷售的每一輛戴姆勒弗頓汽車都裝上了舵柄（轉(zhuǎn)向盤）。早期的那些試驗(yàn)，包括戴姆勒弗頓敞篷汽車上的轉(zhuǎn)向器都已消亡，因?yàn)楦呔嵩诖怪鞭D(zhuǎn)向柱上短的轉(zhuǎn)向盤的高度幾乎已達(dá)到駕駛員眼睛的位置，因此，對任何一個(gè)人來說，駕駛這種車輛都會(huì)感到困難。汽車轉(zhuǎn)向盤是關(guān)系著駕駛員與乘客生命安危的重要部件，它控制著車輛的行使方向。早期的蒸汽汽車上安裝的轉(zhuǎn)向盤都心愛用垂直安裝方式，專項(xiàng)通過向上或下旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)。這種安裝方式不利于駕駛員操縱，也常常妨礙駕駛視線。這一切在1887年秋因一次意外事故而發(fā)生了改變。1887年，一輛戴姆勒弗頓汽車唄送往英國考文垂的戴姆勒工廠作一次大修，當(dāng)時(shí)汽車上的轉(zhuǎn)向器仍能使用。大修需要把 車身與底盤分離，當(dāng)車身落到轉(zhuǎn)向柱上，把轉(zhuǎn)向柱崖城傾斜狀態(tài)。當(dāng)一個(gè)工人上車做到駕駛員座位上時(shí)，立即發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向柱和轉(zhuǎn)向盤的傾斜角使駕駛條件大為改善。這個(gè)偶然的發(fā)現(xiàn)，促成了戴妙勒帕利生于1890年制成世界上第一輛轉(zhuǎn)向柱與轉(zhuǎn)向盤傾斜的汽車，從此，人類的汽車駕駛就踏上了更舒適、安全的旅程。此后，各國汽車公司紛紛效仿，使轉(zhuǎn)向盤日臻完善并最終定性，于是轉(zhuǎn)向盤就以現(xiàn)在的樣子出現(xiàn)在我們的面前。最早采用的傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)蝸輪副，被安裝在轉(zhuǎn)向柱的末端。蝸桿驅(qū)動(dòng)一個(gè)蝸輪，再有蝸輪副被裝配在鑄鐵殼里，這個(gè)殼被固定在汽車的大橋梁上?；谖佪喐钡臏p速機(jī)構(gòu)在汽車工業(yè)中應(yīng)用已有很多年了，但還有兩種結(jié)構(gòu)是值得注意的。其中一種是于1908年投產(chǎn)的美國福特T型車采用的轉(zhuǎn)向齒輪結(jié)構(gòu)（行星齒輪轉(zhuǎn)向器）。福特T型車裝置了一套周轉(zhuǎn)（或行星）輪系，把齒輪安裝在減速器殼體內(nèi)直接固定到轉(zhuǎn)向盤的下方，行星齒輪盤直接驅(qū)動(dòng)緊固在轉(zhuǎn)軸上的主齒輪。這就把轉(zhuǎn)向裝置置于駕駛員的手下方，即轉(zhuǎn)向柱的上端，而不是在轉(zhuǎn)向柱的下端。所謂“現(xiàn)在”齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，是奔馳汽車于1885年首先采用的。這種形式的轉(zhuǎn)向器同樣也使用在1905年生產(chǎn)的凱迪拉克汽車和1911～1920年制造的許多其他型式的汽車上。在20世紀(jì)初，汽車已經(jīng)是一個(gè)沉重而又高速疾馳的車輛，充氣輪胎代替了實(shí)心車輪。由于轉(zhuǎn)向柱直接于轉(zhuǎn)向節(jié)連接，所以轉(zhuǎn)動(dòng)車輪式很費(fèi)勁的。即使是一個(gè)健壯的駕駛員，要控制轉(zhuǎn)向仍然是很勞累的事情。因此，汽車常常沖出路外。于是，降低轉(zhuǎn)向操縱力的問題就變得賜教迫切了。為了使轉(zhuǎn)向操縱輕便，工程師設(shè)計(jì)了在轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向節(jié)之間安裝齒輪減速機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器。從那時(shí)起，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)就一直被這樣沿用下來。從1903年開始，助力輔助轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)不斷出現(xiàn)，多數(shù)是用在可車上。助力輔助轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中，有一些采用真空助力，還有一些是采用壓縮空氣助力。1905年出版的《汽車時(shí)代》雜志談到了哥倫比亞汽車的助力轉(zhuǎn)向器。據(jù)說這總簡單的裝置在車速為29公里/小時(shí)時(shí)，仍能使汽車保持不偏離路線。1923年，美國底特律市的亨利馬爾斯為了減少蝸輪副和滾動(dòng)軸之間的接觸摩擦力，在兩者之間接觸處放置滾珠支撐，這就出現(xiàn)了滾珠蝸輪轉(zhuǎn)向器。這種型式的轉(zhuǎn)向器就成為現(xiàn)在大家所熟知的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，目前仍被廣泛地應(yīng)用在美國和日本制造的汽車上。1928年，弗朗西斯戴維斯所研制成功并首次應(yīng)用了液壓助力輔助轉(zhuǎn)向器。這種轉(zhuǎn)向器由維克斯公司制造，該公司并制定了此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，26后為汽車工業(yè)所采納。第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，汽車轉(zhuǎn)向雖然采用了轉(zhuǎn)向器，但對其實(shí)施操縱仍然不是一鍵輕松的事。當(dāng)汽車質(zhì)量增大、轉(zhuǎn)向費(fèi)勁時(shí)，駕駛員要求能有更好的辦法來解決，這才重新推廣了一種已經(jīng)大約有3/4個(gè)世紀(jì)歷史的助力輔助轉(zhuǎn)向器。1954年，凱迪拉克汽車公司首先把液壓助力轉(zhuǎn)向器應(yīng)用于汽車上，助力專項(xiàng)的歷史又回到了以前的道路。早在第二次世界大戰(zhàn)期間，較高級的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就開始應(yīng)用于各種軍用車輛。20世紀(jì)50年代初期，由于出現(xiàn)了重型的汽車以及速度很高的高級小客車，指靠轉(zhuǎn)向器本身的結(jié)構(gòu)，既要是汽車轉(zhuǎn)向操縱省力，又要靈活，顯然已難以兼顧，于是把戰(zhàn)爭時(shí)期使用的助力轉(zhuǎn)向器經(jīng)過改進(jìn)，使用在了中型汽車和高級小客車上。后來，因?yàn)榈玫狡毡槭褂?，?0世紀(jì)50年代末就研制出了質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊、自行潤滑的助力轉(zhuǎn)向器。這種助力轉(zhuǎn)向器使轉(zhuǎn)向操縱十分省力，只要適當(dāng)選擇轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比，就可以同時(shí)滿足轉(zhuǎn)向靈敏的要求。1967年，美國的湯姆森制造了一輛四輪專項(xiàng)的印迪賽車，但未進(jìn)行實(shí)際使用。1981年，日本研制出能原地轉(zhuǎn)向的汽車。他們在車身尾部下邊裝設(shè)了一直橫向小車輪，只需按一下電鈕就可使小車輪落地并把后輪抬起，在轉(zhuǎn)動(dòng)橫向小車輪，汽車變以前輪為中心原地轉(zhuǎn)向。1985年，日本豐田公司的克雷西達(dá)汽車成了第一個(gè)采用計(jì)算機(jī)控制輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車產(chǎn)品，豐田公司稱此系統(tǒng)為先進(jìn)的動(dòng)力齒輪齒條轉(zhuǎn)向系。該機(jī)構(gòu)在變速器力有個(gè)傳感器，它可以監(jiān)視車輛車速度，把信號輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)再根據(jù)此信號控制電磁液流控制閥，通過液壓系統(tǒng)供給轉(zhuǎn)向齒條高壓動(dòng)力油流。汽車在公路上高速行使使，轉(zhuǎn)向需要的動(dòng)力需要的動(dòng)力較少，計(jì)算機(jī)液流控制閥降低油壓，同時(shí)把轉(zhuǎn)向器穩(wěn)住，當(dāng)停車或汽車低速行駛轉(zhuǎn)向時(shí)，計(jì)算機(jī)液流控制閥提高油流壓力，這就使得駕駛員很容易操縱轉(zhuǎn)向盤。1986年10月8日，日本本田汽車公司宣布，已研制出一種被稱為4WS的四輪轉(zhuǎn)向汽車。汽車轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角度首先使前輪轉(zhuǎn)向，同時(shí)經(jīng)輸出軸帶動(dòng)后轉(zhuǎn)向機(jī)，使后輪與前輪同向或反向轉(zhuǎn)動(dòng)?，F(xiàn)在，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已成為一些轎車的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，全世界約有一半的轎車采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向。隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，目前一些轎車已經(jīng)使用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器，使汽車的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和機(jī)動(dòng)性都有所提高。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的英文縮寫叫“EPS”（Electrical Power Steering），它利用電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力協(xié)助駕車者進(jìn)行轉(zhuǎn)向。此類系統(tǒng)一般由轉(zhuǎn)矩傳感器(3)、電控單元（微處理器）(5)、電動(dòng)機(jī)(4)、減速器(2)、機(jī)械轉(zhuǎn)向器(1)和蓄電池電源(6)所組成。圖 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)Fig. Electrical Power Steering. 減速器3. 轉(zhuǎn)矩傳感器4. 電動(dòng)機(jī)5. 電控單元6. 蓄電池電源1. Machinery Steering sensor 6. Accumulator cell power source汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到轉(zhuǎn)向盤的力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，將這些信號輸送到電控單元，電控單元根據(jù)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩、轉(zhuǎn)動(dòng)方向和車輛速度等數(shù)據(jù)向電動(dòng)機(jī)控制器發(fā)出信號指令，使電動(dòng)機(jī)輸出相應(yīng)大小及方向的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩以產(chǎn)生助動(dòng)力。當(dāng)不轉(zhuǎn)向時(shí)，電控單元不向電動(dòng)機(jī)控制器發(fā)信號指令，電動(dòng)機(jī)不工作。同時(shí)，電控單元根據(jù)車輛速度信號，通過電液轉(zhuǎn)換器確定輸給轉(zhuǎn)向盤的作用力，減少駕車者在高速行駛時(shí)方向盤“飄”的感覺。由于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)只需電力不用液壓，與機(jī)械式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比較省略了許多元件。沒有液壓系統(tǒng)所需要的油泵、油管、壓力流量控制閥、儲(chǔ)油罐等，零件數(shù)目少，布置方便，重量輕。而且無“寄生損失”和液體泄漏損失。因此電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在各種行駛條件下均可節(jié)能80%左右，提高了汽車的運(yùn)行性能。因此在近年得到迅速的推廣，也是今后助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。有一些汽車冠以電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向，其實(shí)不是真正意義上的純電動(dòng)的助力轉(zhuǎn)向，它還需要液壓系統(tǒng)，只不過由電動(dòng)機(jī)供油。傳統(tǒng)的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的油泵由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。為保證汽車原地轉(zhuǎn)向或者低速轉(zhuǎn)向時(shí)的輕便性，油泵的排量是以發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的流量來確定的。而汽車行駛中大部分時(shí)間處于高于怠速的速度和直線行駛狀態(tài)，只能將油泵輸出的油液大部分經(jīng)控制閥回流到儲(chǔ)油罐，造成很大的“寄生損失”。為了減少此類損失采用了電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵，當(dāng)汽車直線行駛時(shí)電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)，汽車轉(zhuǎn)向時(shí)電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，通過控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)油泵的。1. 汽車主要參數(shù)的選擇[1] 汽車的主要尺寸參數(shù)包括軸距、輪距、總長、總寬、總高、前懸、后懸、接近角、離去角、最小離地間隙等，如圖11所示。圖11 汽車的主要參數(shù)尺寸 The main parameters of vehicle size 軸距L軸距L的選擇要考慮它對整車其他尺寸參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)和使用性能的影響。軸距短一些，汽車總長、質(zhì)量、最小轉(zhuǎn)彎半徑和縱向通過半徑就小一些。但軸距過短也會(huì)帶來一系列問題，例如車廂長度不足或后懸過長；汽車行駛時(shí)其縱向角振動(dòng)過大；汽車加速、制動(dòng)或上坡時(shí)軸荷轉(zhuǎn)移過大而導(dǎo)致其制動(dòng)性和操縱穩(wěn)定性變壞；萬向節(jié)傳動(dòng)的夾角過大等。因此，在選擇軸距時(shí)應(yīng)綜合考慮對有關(guān)方面的影響。當(dāng)然，在滿足所設(shè)計(jì)汽車的車廂尺寸、軸荷分配、主要性能和整體布置等要求的前提下，將軸距設(shè)計(jì)得短一些為好。(1)載貨汽車的軸距在整車選型初期，可根據(jù)要求的貨廂長度及駕駛室布置尺寸初步確定軸距L： L＝LH+LJ+SLR (11)式中 LH—貨廂長度，可根據(jù)汽車的裝載質(zhì)量、載貨長度來確定，或參考同類型 LJ—前輪中心至駕駛室后壁的距離,在該布置方案選定后可通過對駕駛室、發(fā)動(dòng)機(jī)和前軸的初步布置或參考同型、同類布置的汽車的這一尺寸初步確定S—駕駛室與貨廂之間的間隙，一般取50～100mm,應(yīng)考慮發(fā)動(dòng)機(jī)維修時(shí)的需要；LR—后懸尺寸，可根據(jù)道路條件或參考同類型汽車初步確定。軸距的最終確定應(yīng)通過總布置和相應(yīng)的計(jì)算來完成，其中包括檢查最小轉(zhuǎn)彎半徑和萬向節(jié)傳動(dòng)的夾角是否過大，軸荷分配是否合理，乘坐是否舒適以及能否滿足整車總體設(shè)計(jì)的要求等。輕型貨車、鞍式牽引車和礦用自卸車等車型要求有小的轉(zhuǎn)彎半徑，故其軸距比一般貨的短，而經(jīng)常運(yùn)送大型構(gòu)件、長尺寸或輕拋貨物的貨車和集裝箱運(yùn)輸車，則軸距可取得長一些。汽車總質(zhì)量愈大，軸距一般也愈長。為了滿足不同用戶的需要，常同時(shí)選定幾種軸距，構(gòu)成汽車的系列產(chǎn)品，如基本型、長軸距、短軸距等汽車變型。數(shù)據(jù)，是基本型貨車軸距的選擇范圍，供設(shè)計(jì)時(shí)參考。三軸汽車的中后軸之間的軸距，—。(2)轎車的軸距轎車的軸距與其類型、用途、總長有密切關(guān)系。微型及普通級轎車要求制造成本低，使用經(jīng)濟(jì)性好，機(jī)動(dòng)靈活，因此汽車應(yīng)輕而短，故軸距應(yīng)取短一些；中高級轎車對乘坐舒適性、行駛乎順性和操縱穩(wěn)定性要求高，故軸距應(yīng)設(shè)計(jì)得長一些。轎車的軸距約為總長的54％—60％。軸距與總