汽车与设计课程设计

江 苏 大 学

汽车设计课程设计说明书

设计题目：轿车转向系设计

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学号：

指导教师：

日期： 20xx年xx月xx日

汽车设计课程设计任务书

题目：轿车转向系设计

内容：

1.零件图 1张

2.课程设计说明书 1份

原始资料：

1.整车性能参数

驱动形式 42前轮

轴距 2471mm

轮距前/后 1429/1422mm

整备质量 1060kg

空载时前轴分配负荷 60%

最高车速 180km/h

最大爬坡度 35%

制动距离（初速30km/h） 5.6m

最小转向直径 11m

最大功率/转速 74/5800kW/rpm

最大转矩/转速 150/4000kW/rpm

2.对转向系的基本要求

1）汽车转弯行驶时，全部车轮应绕顺时转向中心旋转；

2）操纵轻便，作用于转向盘上的转向力小于200N；

3）转向系的角传动比在15~20之间，正效率在60%以上，逆效率在50%以上；

4）转向灵敏；

5）转向器和转向传动机构中应有间隙调整机构；

6）转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。

目 录

序言 ................................................................................................................................ 4

第一节 转向系方案的选择 ............................................................................................. 4

一、转向盘 ............................................................................................................................ 4

二、转向轴 ............................................................................................................................ 5

三、转向器 ............................................................................................................................ 6

四、转向梯形 ........................................................................................................................ 6

第二节 齿轮齿条转向器的基本设计 .............................................................................. 7

一、齿轮齿条转向器的结构选择 ........................................................................................ 7

二、齿轮齿条转向器的布置形式 ........................................................................................ 9

三、设计目标参数及对应转向轮偏角计算 ........................................................................ 9

四、转向器参数选取与计算 .............................................................................................. 10

五、齿轮轴结构设计 .......................................................................................................... 12

六、转向器材料 .................................................................................................................. 13

第三节 齿轮齿条转向器数据校核 ................................................................................ 13

一、齿条强度校核 .............................................................................................................. 13

二、小齿轮强度校核 .......................................................................................................... 15

三、齿轮轴的强度校核 ...................................................................................................... 18

第四节 转向梯形机构的设计........................................................................................ 21

一、转向梯形机构尺寸的初步确定 .................................................................................. 21

二、断开式转向梯形机构横拉杆上断开点的确定 .......................................................... 24

三、转向传动机构结构元件 .............................................................................................. 24

第五节 参考文献 .......................................................................................................... 25

序 言

汽车设计课程设计是在学完了《汽车设计》、《汽车理论》以及大部分专业课的基础上进行的一个实践性教学环节。在这次设计中，我们以小组的方式，每组选择不同的设计题目，根据已知数据，查阅相关资料，并结合所学知识，设计出合理的结构或总成。这次设计使我们能够综合的运用所学知识，并将其与实践相结合，设计出一套轿车的满足基本要求的转向系，使我们掌握了汽车结构设计的方法和特点，为以后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。

由于能力所限，经验尚浅，设计中还有许多不足之处，希望各位老师能够多加指教。

第一节 转向系方案的选择

一、转向盘

转向盘由盘毂、轮缘和轮辐组成。一般轮辐有三根和两根的，也有四根的。本设计采用三辐式方向盘。

转向盘的尺寸和形状直接影响转向操纵的轻便型。选用大直径转向盘会使驾驶员进出驾驶室感到困难；选用小直径转向盘转向时要求驾驶员施加较大的力，从而使汽车操纵困难。对新车型的设计可以选用现有的转向盘，也可以根据要求设计新转向盘。新设计的转向盘要符合JB4505—1986转向盘尺寸标准。该标准规定：转向盘直径尺寸380mm、400mm、425mm、450mm、500mm、550mm。转向盘与转向轴采用圆柱直齿渐开线花键连接形式，可以参照表1选择。本设计选用方向盘直径为380mm，即mm380swD。

表1 各类车型的转向盘直径

汽车类型 转向盘直径/mm

轿车、小型客车、轻型载货汽车 380、400、425

中型客车、中型载货汽车 450、475、500

大客车、重型载货汽车 550 紧急制动或撞车时，由于车身、车架产生变形导致转向轴、转向盘后移，同时人体受惯性作用向前冲，从而使驾驶员的胸部和头部可能撞到转向盘或风窗玻璃，造成人身事故。为了减轻这一伤害，我们采用一种能够吸收冲击能量的转向系统，在撞击时使转向系统零件产生塑性变形、弹性变形或摩擦来吸收碰撞所产生的能量。本设计除采用吸能式方向盘，转向轴分为上下两段并用柔性联轴器连接，如图1所示。

图1 转向轴的吸能装置

二、转向轴

目前大多数汽车转向轴上装置了万向节，是方向盘和转向器在汽车上更为合理，拆装方便，从而提高了操纵方便性、行驶安全性和转向机构的寿命。万向节有柔性和刚性两种。柔性万向节，若刚性很大则不能满足使用要求，刚性太小又不能适应汽车转向要求，故一般应用较少。刚性万向节多是十字轴式，可使用单万向节或双万向节。双万向节要求布置适当，达到等角速运动。条件为：1）第一万向节两轴间的夹角与第二万向节两轴间的夹角相等；2）第一万向节的从动叉的平面与第二万向节主动叉的平面处于同一平面内。本设计采用双十字轴万向节。同时，这种结构在汽车发生正面碰撞时防止转向轴等向乘客舱或驾驶室内移动，如图2所示。

图2 防伤转向轴简图

三、转向器

转向器的种类常见的有：循环球式、球面蜗杆滚轮式、曲柄指销式和齿轮齿条式，目前运用做广泛的就是循环球式和齿轮齿条式两种转向器。齿轮齿条式转向器的正逆效率都很高，属于可逆式转向器，自动回正能力强，结构简单（不需要转向摇臂和横拉杆等）、加工方便、工作可靠、使用寿命长、需要调整齿轮齿条的间隙。循环球式转向器的第一级传动副是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副或滑块曲柄销传动副，正效率很高（最高可达90%～95%），操作轻便，使用寿命长，逆向效率也较高，可将地面对转向轮的冲击传给转向盘。对转向其结构形式的选择，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。中、小型轿车以及前轴负荷小于1.2t的客车、货车，多采用齿轮齿条式转向器，而大型车辆则以循环球式转向器为主要结构。故本设计采用齿轮齿条式转向器。