汽车循环球式转向器设计开题报告.docx

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汽车循环球式转向器设计开题报告

机械工程学院

毕业设计（论文）开题报告

毕业设计（论文）题目：

汽车循环球式转向器设计

学生姓名：

　里斯

指导教师：

王五

专业：

车辆工程

2015年4月5日

1.课题名称

汽车循环球式转向器设计

2.课题研究背景

21世纪的开局十年，既是我国改革开放经济高速增长的十年，也是我国的汽车工业快速发展的十年。

2009年，我国汽车工业产销量突破1000万量大关，跃居世界第一位。

在这样的大环境下，汽车零部件也得到了飞速的发展。

汽车零部件行业是汽车工业发展的基础，其带动的产业很多，比如上游的钢材、有色金属、石油、橡胶及其他的材料行业，还有处于下游的整车装配行业和汽车的服务维修行业。

随着我国整车消费市场和汽车保有量的大幅提升，不仅仅吸引了国外的汽车品牌来中国合资建厂，同时许多的国际知名汽车零部件厂商也把目光聚焦在了中国这片市场上，包括电装、博世、马勒、博泽、法雷奥等等。

当然国也成长起来一大批汽车配套零部件企业。

全球汽车行业的整车厂和零部件厂关系大体分为三种模式，一是以欧美为代表的平行发展模式，即零部件企业完全与整车厂是相互独立的，零部件企业通过自由竞争来赢取市场，获得发展；二是以日为代表的塔式模式，整车企业与零部件企业之间是利益共同体的关系，两种企业之间的合作关系很深，相互依存，共同发展；三是中国计划经济时代的模式，即零部件厂附属于整车厂，比如一汽，东风这些国有企业。

目前在国仍有部分企业采取这种模式。

然而随着国际化浪潮的不断推进，经济全球化已经成为世界经济发展的主流趋势，这种整车厂和零部件企业的关系也在不断地丰富和变换着。

现在欧美企业也越来越强调整车企业和零部件企业共同合作的关系；而在一些日的汽车企业当中，也有全球化采购零部件的倾向。

如今，整车厂对零部件厂提出越来越高的要求，零部件企业已经不是传统的意义上的单纯的零部件供应商，二是能够给整车厂提供系统的解决方案的供应商。

也就是说，在整车厂研发设计产品阶段会对各个总成零部件提出限定和要求，或者在产品的研发过程中产生问题的时候，这时候都要求零部件供应商来协作，提供配套的解决方案。

这就对零部件企业提出了更高的要求，比如要有很强的创新能力和设计经验等。

基于这样的趋势，零部件企业要想获得更好的发展，就必须在前沿技术开发的早期，就与整车厂进行紧密的合作，共同发展，合作共赢。

从长远的眼光看，这种模式下的整车厂和零部件企业之间是共创未来的关系，为整车厂和零部件企业创造了和谐发展的环境和广阔空间。

经过多年的努力发展，国有品牌零部件质量有了很大的提高，但是整体的质量水平与外资企业相比还是有一定的差距的，尤其是在产品的一致性和可靠性方面还有很多需要尽快提升的。

当然，这也是有原因的。

由于部分国零部件企业仍然处在粗放式的生产管理方式阶段，缺少对工艺系统的研究与持续改进，过程控制能力不足，产品质量不稳定，很难形成高质量的产品，这样在市场的竞争方面就很难形成优势。

产品的技术实力是企业参与市场竞争的核心要素，国外的零部件企业的来源于不断地研发投入和持续的技术创新。

而反观国，由于起步比较晚，国零部件企业在这一方面仍有欠缺。

目前，国的零部件供应商大多采用“来图加工”的模式，即整车厂商将产品数据及图样提供给零部件供应商，后者按照图样进行生产加工制造。

多数企业没有完全掌握核心技术，产品市场多面向中低端，高端产品较少。

尤其是在涉及动力系统、油耗、排放、安全等电控零部件方面技术落后，部分领域甚至处于空白。

可以说，汽车零部件产业的发展水平直接影响着我国汽车工业的未来，因此，加强零部件的设计，提高其质量和技术水平便显得尤为重要。

转向器是转向系统中的重要组成的部件，对其进行深入的研究意义重大。

而循环球式转向器由于具有较高的传动效率，磨损较小，使用寿命长，近年来得到了广泛的应用。

3.课题研究意义

汽车车速的提高，需要在高速时有较好的转向稳定性，必须使转向器具有较高的刚度。

循环球式转向器由于通过大量钢球的滚动摩擦来传递转向力，具有较大的强度和较好的耐磨性，并且该转向器可以被设计成具有等强度结构。

特别是变速比结构具有较高的刚度，适宜高速车辆采用，这也是它采用广泛的原因之一。

循环球式转向器的间隙可调，齿条齿扇副磨损后可以重新调整间隙，从而提高转向器的寿命。

我国的转向器也在向大量生产循环球式转向器发展。

在这种大背景下，进行循环球式转向器的设计很有必要。

根据一些指定的参数，结合《汽车设计》和其他书籍中关于转向器的理论知识，设计一款循环球式转向器，确定其相关参数，使设计出的转向器符合使用要求。

总之，对本课题的研究符合前沿发展趋势，尤其是轻量化和燃油经济性越来越受到重视的今天，科学永无止境，对转向器的研究也应该一直不断深化下去。

4.文献查阅概况

目前，汽车上广泛采用循环球式转向器。

在循环球式转向器的设计过程中，主要包括齿轮齿条传动副，螺杆螺母传动副以及导球机构的设计。

所谓导球机构，是指将螺杆螺母之间的滚球，经导向管组成首尾相接的循环线路的装置。

这装置包括螺母螺杆，滚球及导管。

正确设计的导球机构，可保证在不发生任何干涉且阻力较小的情况下，引导滚球在该机构中顺利流通。

相反，如设计不合理，就可能产生过大的阻力，使传动效率降低，甚至会发生几何干涉，使导管损坏。

目前设计导球机构的方法，，一般是参照现有结构选择几何参数，试制出样品以后再根据滚球流通情况进行修正。

螺母滚球与螺杆组成行星机构，滚球相当于行星轮。

当螺母不懂而螺杆旋转时，滚球一方面绕自身的中心自转，同时又绕螺杆的中心公转。

滚球公转时，其球心的运动轨迹是一条螺旋线。

螺母上如装有导管，导管阻止滚球沿滚道运动，使其改变方向而沿导管运动。

滚球由沿螺旋运动改为由导管运动时，会使运动阻力增加。

如果设计不当，则会发生运动干涉现象。

如何使滚球运动通畅，关键问题是设计合理的几何尺寸。

影响滚球运动通畅的主要几何因素为滚道截面形状，螺旋导程角，导管的布置，滚球直径以及螺母，螺杆传动副的尺寸。

螺母的螺旋槽与螺杆的螺旋槽形成滚球的运动轨道，或称为滚道。

假定滚道与滚球间没有间隙，在滚道上任意位置的滚球，有的运动为沿该点螺旋线切线方向的移动及绕滚球本身球心的转动。

导管的作用即是限制其螺旋线上的运动而引导其沿导管运动。

导管限制滚球沿螺旋线运动而引导其沿导管运动特性，称为导管导球特性。

滚球的运动，可用其球心的运动轨迹来描述，导管导球特性即为描述滚球球心轨迹的方程式或曲线。

导管在钢球旋转中起着至关重要的作用，故在设计制造时应给予充分重视。

试验证明，转向器的可靠性主要取决于导管的设计和制造质量。

导管进出孔与钢球的间隙一般为0.8mm左右，这是为了补偿螺母导管孔与滚道间的偏移误差，以及导管本身的形状与尺寸误差。

为减少钢球在导管中排列不规则而引起的流通阻力，推荐导管采用变截面，缩小二导管孔之间的断面尺寸，使之与钢球之间的间隙控制在0.2~0.4mm为宜。

循环球式转向器是汽车转向器中唯一采用滚动摩擦和二级转速的转向器，目前国外所有后轮驱动，以及以后轮驱动主驱动装置的四轮驱动汽车中的手动转向器和动力转向器普遍采用循环球式，由于采用滚动摩擦，其加工精度高于其他转向器。

循环球式转向器的螺母、螺母滚道的加工精度，直接关系到转向盘的自由行程和转动力矩，钢球应该能保证在螺杆和螺母45°圆弧角上运行，运行轨迹越窄，转向越轻。

加工第一个螺杆和螺母后，必须对其滚道尺寸进行精密测量，根据测量结果选择合适的钢球，螺杆、螺母滚道与循环球的间隙应控制在0.02mm以。

转向螺杆支撑轴承分为向心球轴承和圆锥滚子轴承，其中向心球轴承转向较轻，进口转向器均采用这类轴承。

选用向心球轴承必须保证上下轴承盖的同轴度误差小于0.1mm，如果向心球轴承上、下轴承盖同轴度误差过大，使用中可能会使相对比较单薄的转向器上盖破裂，导致转向失效，极易引发交通事故。

国加工精度较一般的转向器厂通常选用圆锥滚子轴承，该轴承虽比向心球轴承滚动阻力大，但对上下轴承盖的同轴度误差要求略微宽松。

螺杆支承轴承预紧力的调整，分为调整垫和调整螺母两种。

采用调整垫调整时，必须使用钢制调整垫。

垫与垫之间必须抹密封胶，防止油的泄露，预紧力调整到轴向间隙小于0.05mm，旋转起来十分轻松即为合适。

转向盘的自由行程即为转向盘的自由转动量，它是指汽车在直线位置上转向盘的空行程，即转向盘转动，而转向轮无转动的过程。

转向盘的自由行程是整个转向系统综合间隙在转向盘上的反应，其间隙主要是指转向器齿条和齿扇之间的啮合间隙。

手动齿扇转向器为5个齿，动力转向器齿扇为3个齿。

调整其自由行程时，应将齿扇中央点（齿扇中间的齿）对准齿条，此时齿扇和齿条之间的啮合间隙为最小，在此点（即汽车在直线行驶的位置上）处调整自由行程。

通常情况下，转向盘自由行程调整的越小越好。

进口汽车循环球式转向器转向盘自由行程通常不超过10°，以轿车为例，转向盘自由行程应该控制在37mm之。

国产轻型汽车转向盘自由行程通常规定不得超过15°，即左右个7.5°，转向盘自由行程应该在54mm之。

中型汽车转向盘自由行程通常规定不得超过20°，即左右各10°转向盘自由行程应该在80mm之（中型汽车的转向盘直径大）。

如果转向盘自由行程较大时，转向器较轻，但调整到规定的行程时，转向器明显变重，说明螺母、螺杆滚道加工精度不够。

转向盘保持适当的自由行程可以使操纵柔和，减小转向机构的冲击载荷。

但自由行程必须适当，过大则影响转向操纵的灵敏的，过小使转向机构吃力。

在汽车运行的过程中，尤其是在一些路面质量较差的路段行驶时，转向机构受冲击载荷频繁，致使转向机构各结合部位极易磨损，齿条和齿扇之间的啮合间隙增大，转向直拉杆上球头销和球头座磨损增大，转向盘自由行程也势必增大，影响操纵灵敏度。

因此必须定期对方向盘自由行程进行检查和调整。

在进行转向盘自由行程检查调整时，一般先调整转向螺杆的轴承预紧度，转向盘应无明显的轴向窜动，否则可用增减垫片来调整；齿条和扇形齿轮的啮合间隙的调整用拧动调整螺钉来调整。

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5.设计（论文）的主要容

本论文提供了一种性能优良的循环球式转向器的设计方法。

它能够将驾驶员作用在方向盘上的力传递给车轮，起到使汽车转向的作用，提高汽车的操纵稳定性和安全性。

本文的研究分两部分，一方面对各种转向器的性能进行了比较，并最终选用了循环球式转向器；另一方面给出了循环球式转向器的设计计算过程。

首先，给出了循环球式转向器的性能评价指标，并在此基础上对各种转向器的性能和使用环境进行了比较，最终选用了循环球式转向器。

其次，阐述了循环球式转向器的结构和工作原理。

该转向器主要由螺杆，螺母，钢球，转向器壳，螺母上齿条和摇臂轴上的齿扇构成。

然后，根据原始参数，对循环球式转向器的具体结构参数进行了计算确定。

最后，针对所设计的循环球式转向器，通过检验和校核，表明该转向器符合设计要求。

1）在设计汽车转向器的结构外形时，注重外壳结构的选择，尽量使转向器的重量不是因为外部壳体的材料选择和厚度设计而加重。

2）汽车转向器的部蜗杆的强度要根据所传的扭矩的大小和实际的工作环境，尽量优化安全系数，根据机械设计的原理对每一对蜗杆进行强度校核，以期符合要求。

3）尽量优化加工工艺，减小应力集中；尽量在满足强度的情况下，使蜗杆的直径减小，从而降低整个汽车循环球式转向器的重量。

并且对齿条和齿扇的强度进行校核。

4）在画出整个转向器的装配图时，宜采用局部剖和半剖相结合的方法，使汽车循环球式转向器的结构很清晰的展示给读者。

6.设计（论文）提交形式

1）开题报告一份：

不少于5千字，查阅文献20篇（其中10篇英文）以上，格式符合学院要求；

2）外文文献原文与翻译一份：

文献应与课题相关，1～2篇，原文字符数不少于1万（对应译文汉字约5千字），装订在设计说明书最后。

3）设计说明书一本：

打印，不少于2万字，格式符合教务处要求；

4）工程设计图：

折合成A0图幅不少于2；

5）三维设计图：

应用三维设计软件进行设计、计算与绘图，至少进行一个中等复杂度零件的三维建模

7.进度安排

第四周查阅汽车循环球式转向器设计的相关文献

第五周翻译外文文献（DesignofanElectricPowertrainforaFordF150CrewCabTruckUtilizingaLithiumBatteryPackandanInteriorPMSynchronousMachineDrive）并准备开题报告

第六周整理开题报告，主要容有课题研究背景与意义，文献查阅情况，进度安排等。

第七周根据原始参数进行设计计算

第八周根据原始参数进行设计计算

第九周绘制循环球式转向器及其主要零部件草图

第十周绘制循环球式转向器及其主要零部件草图

第十一周完成循环球式转向器装配图

第十二周初步绘制蜗杆，转向器壳，齿扇轴等零件图

第十三周完成零件图，绘制循环球式转向器三维模型拉成平面图

第十四周结合循环球式转向器结构三维模型完成装配图

第十五周整理完成所有三维效果模型与二维零件图，准备答辩

第十六周毕业答辩

8.指导教师意见

签名：

年月日