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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
設(shè)計(jì)（論文）題目: 懸浮均載行星齒輪減速器結(jié)構(gòu)設(shè)
院 系 名 稱: 汽車與交通工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級(jí): 車輛工程07-5班
學(xué) 生 姓 名: 宋威
導(dǎo) 師 姓 名: 王慧文
開 題 時(shí) 間:
指導(dǎo)委員會(huì)審查意見：
簽字： 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
學(xué)生姓名
系部
汽車工程系
專業(yè)、班級(jí)
指導(dǎo)教師姓名
職稱
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
作為汽車的一個(gè)重要組成部分, 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是決定汽車主動(dòng)安全性的關(guān)鍵總成, 如何設(shè)計(jì)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(jī)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(duì)更多不同水平的駕駛?cè)巳? 汽車的操縱設(shè)計(jì)顯得尤為重要。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)3 個(gè)基本發(fā)展階段。1)純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng),由于采用純粹的機(jī)械解決方案, 為了產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)向扭矩需要使用大直徑的轉(zhuǎn)向盤, 這樣一來(lái), 占用駕駛室的空間很大, 整個(gè)機(jī)構(gòu)顯得比較笨拙, 駕駛員負(fù)擔(dān)較重, 特別是重型汽車由于轉(zhuǎn)向阻力較大,單純靠駕駛員的轉(zhuǎn)向力很難實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向, 這就大大限制了其使用范圍。但因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低廉, 目前在一部分轉(zhuǎn)向操縱力不大、對(duì)操控性能要求不高的微型轎車、農(nóng)用車上仍有使用。2)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),1953 年通用汽車公司首次使用了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng), 此后該技術(shù)迅速發(fā)展, 使得動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在體積、功率消耗和價(jià)格等方面都取得了很大的進(jìn)步。80 年代后期, 又出現(xiàn)了變減速比的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。在接下來(lái)的數(shù)年內(nèi), 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的技術(shù)革新差不多都是基于液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng), 比較有代表性的是變流量泵液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)( Variable Displacement Power Steering Pump) 和電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向( Electric Hydraulic PowerSteering, 簡(jiǎn)稱EHPS) 系統(tǒng)。變流量泵助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車處于比較高的行駛速度或者不需要轉(zhuǎn)向的情況下, 泵的流量會(huì)相應(yīng)地減少, 從而有利于減少不必要的功耗。電動(dòng)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向泵, 由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速可調(diào), 可以即時(shí)關(guān)閉, 所以也能夠起到降低功耗的功效。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使駕駛室變得寬敞, 布置更方便, 降低了轉(zhuǎn)向操縱力, 也使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更為靈敏。由于該類轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)成熟、能提供大的轉(zhuǎn)向操縱助力, 目前在部分乘用車、大部分商用車特別是重型車輛上廣泛應(yīng)用。但是液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在系統(tǒng)布置、安裝、密封性、操縱靈敏度、能量消耗、磨損與噪聲等方面存在不足。3)汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS),EPS 在日本最先獲得實(shí)際應(yīng)用, 1988 年日本鈴木公司首次開發(fā)出一種全新的電子控制式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng), 并裝在其生產(chǎn)的Cervo 車上, 隨后又配備在Alto 上。此后, 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)得到迅速發(fā)展, 其應(yīng)用范圍已經(jīng)從微型轎車向大型轎車和客車方向發(fā)展。日本的大發(fā)汽車公司、三菱汽車公司、本田汽車公司, 美國(guó)的Delphi公司, 英國(guó)的Lucas 公司, 德國(guó)的ZF 公司, 都研制出了各自的EPS。EPS 的助力形式也從低速范圍助力型向全速范圍助力型發(fā)展, 并且其控制形式與功能也進(jìn)一步加強(qiáng)。日本早期開發(fā)的EPS 僅低速和停車時(shí)提供助力, 高速時(shí)EPS 將停止工作。新一代的EPS 則不僅在低速和停車時(shí)提供助力, 而且還能在高速時(shí)提高汽車的操縱穩(wěn)定性。隨著電子技術(shù)的發(fā)展, EPS 技術(shù)日趨完善, 并且其成本大幅度降低, 為此其應(yīng)用范圍將越來(lái)越大。4)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng),線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)( Steering by Wire-SBW) 是更新一代的汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng), 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與上述各類轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的根本區(qū)別就是取消了轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接。該系統(tǒng)具有兩個(gè)電機(jī):路感電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)。路感電機(jī)安裝在轉(zhuǎn)向柱上, 控制器根據(jù)汽車轉(zhuǎn)向工況控制路感電機(jī)產(chǎn)生合適的轉(zhuǎn)矩, 向駕駛員提供模擬路面信息。驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在齒條上, 汽車的轉(zhuǎn)向阻力完全由驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)克服, 轉(zhuǎn)向盤只是作為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一個(gè)轉(zhuǎn)角信號(hào)輸入裝置。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠提高汽車被動(dòng)安全性, 有利于汽車設(shè)計(jì)制造, 并能大大提高汽車的乘坐舒適性。但是由于轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向柱之間無(wú)機(jī)械連接, 生成讓駕駛員能夠感知汽車實(shí)際行駛狀態(tài)和路面狀況的“路感”比較困難; 且電子器件的可靠性難以保證。所以線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)目前處于研究階段, 只配備在一些概念汽車上。汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展, 技術(shù)日趨完善。今后, 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將進(jìn)一步成熟, 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將成為我們研究的努力方向。
純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低廉, 目前在一部分轉(zhuǎn)向操縱力不大、對(duì)操控性能要求不高的微型轎車、農(nóng)用車上仍有使用;液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)成熟、能提供大的轉(zhuǎn)向操縱助力, 在重型車輛上廣泛應(yīng)用; EPS 以其特有的優(yōu)越性而得到青睞, 它代表著未來(lái)動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展方向, EPS 將作為標(biāo)準(zhǔn)配置裝備到汽車上, 未來(lái)一段時(shí)間在動(dòng)力轉(zhuǎn)向領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位; 而SBW 由于有利于提高汽車被動(dòng)安全性、有利于汽車設(shè)計(jì)制造、有利于提高汽車乘坐舒適性和汽車操控穩(wěn)定性等原因, 將成為動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。
汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能是汽車的主要性能之一，直接影響到汽車的操縱穩(wěn)定性，它對(duì)于確保車輛的安全行駛、減少交通事故以及保護(hù)駕駛員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要的作用。如何合理地設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使汽車具有良好的操作性能，始終是設(shè)計(jì)人員的重要研究課題。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中選擇的是機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，選擇的是能將滑動(dòng)摩擦通過(guò)鋼球轉(zhuǎn)變成滾動(dòng)摩擦的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。
2、 設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題
轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容：
本設(shè)計(jì)的題目是輕型貨車轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)。以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)為中心，一是汽車總體構(gòu)架參數(shù)對(duì)汽車轉(zhuǎn)向的影響；二是機(jī)械轉(zhuǎn)式向器的選擇；三是轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇；四是梯形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因此本設(shè)計(jì)在考慮上述要求和因素的基礎(chǔ)上研究利用轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)萬(wàn)向節(jié)帶動(dòng)蝸桿軸旋轉(zhuǎn)，蝸桿軸與扇形齒輪嚙合，通過(guò)安裝在扇形軸上的轉(zhuǎn)向臂向轉(zhuǎn)向拉桿機(jī)構(gòu)傳遞操作力，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。
(1) 汽車總體參數(shù)的確定
(2) 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)確定
(3) 轉(zhuǎn)向系的選擇
(4) 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇
(5) 轉(zhuǎn)向梯形的選擇
(6) 轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)計(jì)算
(7) 用CAD畫裝配圖和零件圖，合計(jì)3張零號(hào)圖
擬解決的主要問(wèn)題：
此次設(shè)計(jì)針對(duì)的是與非獨(dú)立懸架相匹配的整體式兩輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。在輕型貨車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要是對(duì)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計(jì)，因此，利用相關(guān)汽車設(shè)計(jì)和連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的知識(shí)，首先對(duì)汽車總體參數(shù)進(jìn)行確定，在此基礎(chǔ)上，對(duì)轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行選擇，接著再對(duì)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（主要是轉(zhuǎn)向梯形）進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后，利用軟件AUTOCAD完成其設(shè)計(jì)圖紙。
轉(zhuǎn)向器在設(shè)計(jì)中選用的是循環(huán)球式齒條齒扇轉(zhuǎn)向器，在對(duì)轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)中，包括了螺桿—鋼球—螺母?jìng)鲃?dòng)副的設(shè)計(jì)和齒條—齒扇傳動(dòng)副的設(shè)計(jì)，前者是基于參照同類汽車，確定出鋼球中心距，設(shè)計(jì)出一系列的尺寸，而后者則是根據(jù)汽車前軸的載荷來(lái)確定出齒扇模數(shù)，再由此設(shè)計(jì)出所有參數(shù)的。
轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計(jì)選用的是整體式轉(zhuǎn)向梯形，在設(shè)計(jì)中借鑒同類汽車轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)尺寸對(duì)轉(zhuǎn)向梯形進(jìn)行尺寸初選。再通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向內(nèi)輪實(shí)際達(dá)到的最大偏轉(zhuǎn)角時(shí)與轉(zhuǎn)向外輪理想最大偏轉(zhuǎn)角度的差值的檢驗(yàn)，和作為一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)對(duì)其最小傳動(dòng)角的檢驗(yàn)，來(lái)判定轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計(jì)是否符合基本要求。
三、技術(shù)路線（研究方法）
完成說(shuō)明書的編寫
完成CAD繪圖
轉(zhuǎn)向系的選擇
轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)選擇
轉(zhuǎn)向系結(jié)構(gòu)元件
整體式轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)型式選擇及其設(shè)計(jì)計(jì)算
轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)計(jì)算
轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇
轉(zhuǎn)向梯形的選擇
汽車轉(zhuǎn)向系方案的選擇
輪胎的確定
發(fā)動(dòng)機(jī)的確定
汽車主要參數(shù)的確定
汽車形式的確定
汽車總體參數(shù)的確定
開題報(bào)告
調(diào)查研究
四、進(jìn)度安排
(1) 收集資料，調(diào)研，撰寫開題報(bào)告 第一周
(2) 周四交開題報(bào)告，實(shí)習(xí)了解轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)造 第二周
(3) 完成各參數(shù)的設(shè)計(jì)、計(jì)算和校核工作，至少應(yīng)有裝配圖的草圖 第三周-第七周
(4) 中期檢查，畫裝配圖和零件圖 第八周
(5) 畫裝配圖和零件圖，編寫說(shuō)明書 第九周-第十一周
(6) 交畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書和裝配圖、零件圖，修改 第十二周
(7) 畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師審核 第十三周
(8) 畢業(yè)設(shè)計(jì)修改 第十四周
(9) 畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱教師評(píng)閱或預(yù)審 第十五周
(10) 畢業(yè)設(shè)計(jì)修改 第十六周
(11) 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯 第十七周
五、參考文獻(xiàn)
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[8] 汽車工程手冊(cè)編輯委員會(huì). 汽車工程手冊(cè)[M]：設(shè)計(jì)篇.北京：人民交通出版社，2001
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[18] Moriwaki, K，On automatic motion control with optimization，SICE 2003 Annual Conference
六、備注
指導(dǎo)教師意見：
簽字： 年 月 日