某型汽車轉向系統設計及常見異響故障分析與維修

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After that, the design of steering control device and transmission device is completed through force analysis and calculation. Finally, based on the analysis of the common abnormal sound faults in the steering system, the relevant strategies and technical measures are put forward, and the problem of abnormal sound is solved by the actual test. Keyword: Steering system；Rack and pinion steering ；Abnormal sound failure； Rack sluggish II 目 錄 緒論 1 1 轉向系統的總體設計 3 1.1 轉向系的簡介 3 1.2 轉向系的設計要求 3 1.3 系統設計流程 4 1.4 轉向系統的主要結構設計 4 1.4.1 方向盤設計 4 1.4.2 轉向傳動軸設計 5 1.4.3 轉向器設計 5 1.4.4 轉向傳動機構設計 5 1.4.5 動力轉向器設計 5 2 齒輪傳動系統設計 7 2.1 齒輪齒條參數設計 7 2.1.1 齒輪齒條轉向器布置形式 7 2.1.2 轉向器傳動比計算 9 2.1.3 齒輪齒條設計計算 10 2.1.3 齒輪的強度校核 11 2.2 齒輪材料的選擇 13 2.3 輪齒條轉向器優缺點 13 2.4 齒輪齒條式轉向器和轉向梯形相對位置 13 3 轉向操縱裝置及傳動裝置的設計 15 3.1 方向盤設計 15 3.1.1 方向盤功能描述 15 3.1.2 方向盤設計要求 16 3.1.3 難點及解決方案 16 3.2 方向盤萬向轉動節設計 16 3.2.1 萬向節結構方案分析 17 3.2.3 萬向傳動的運動和受力分析 17 3.2.4 萬向節設計 17 4 常見異響故障分析與維修 19 4.1 齒輪齒條轉向器異響統計 19 4.2 齒條銹蝕卡滯造成卡滯異響 19 4.3 小齒輪竄動造成的異響 20 4.4 齒輪與齒條嚙合間隙過大造成的異響 21 5 結論 22 參考文獻 23 致謝 24 緒論 轉向系統在汽車結構中占有很重要的位置，轉向系統的優點直接影響到汽車的安全性、穩定性和舒適性，一個優秀的轉向系統可以節約很多的能量。轉向系統表示出了簡單的一點，即改變汽車的方向。它是由轉向裝置和轉向裝置組成的。隨著汽車技術的不斷發展，汽車轉向系統由最簡單的純機械轉向系統、液壓動力轉向系統(HPS)、電控液壓動力轉向系統(EHPS)、電動轉向系統(EPS)和線纜控制轉向系統(SBW)的發展組成。 汽車轉向系統是汽車主要的安全部分。 汽車轉向系統的類型是用來維持或改變汽車的方向，驅動汽車的方向，同時也要確保方向盤的角度關系的協調，駕駛員通過操縱轉向系統，使車保持直線或轉動，或者使其達到兩種運動變形。 轉向系統由方向盤、轉向軸、轉向和轉向拉桿、基本轉向節驅動，并被稱為機械轉向系統、某些汽車和動力轉向系統、轉向節減震器和防傷害等。駕駛員的切向力作用在方向盤上，方向盤進入力矩，然后通過轉向齒輪的增加，然后穿過轉向桿和方向盤，用于克服轉向阻力，同時，方向盤的角位移轉換為方向盤周圍的轉角。 方向盤配有減少司機的力量在方向盤上。轉向減振器用于減弱方向盤的擺動，減輕從道路到方向盤的沖擊載荷。為了防止汽車和其他物體的正面碰撞，轉向系統有一個反傷害機制。 傳統機械轉向系統誕生于1902年，它是沒有助力的純機械式的轉向系統，尤其汽車在停車或低速行駛下對轉向系操縱的難度很大。所以現在大都是助力轉向系統，而現在使用最多的電動助力轉向系統是20世紀80年代出來的一種機電技術，它于1988年第一次開發出EPS，分別裝備在了Cervo車和Alto車上。 國內改革開放以來，汽車工業發展迅猛。作為汽車關鍵部件之一的轉向系統也得到了相應的發展，基本已形成了專業化、系列化生產的局面。有資料顯示，國外有很多國家的轉向器廠，都已發展成大規模生產的專業廠，年產超過百萬臺，壟斷了轉向器的生產，并且銷售點遍布了全世界。國內EPS的研發起步有些落后,但是已列入高新科技產業項目其中之一。清華大學、同濟大學、華中科技大學等高校先后開展了一些有關的研究,在系統建模與助力特性這些地方得到了一定的成果。. 本課題首先通過對齒輪和齒條式轉向裝置的研究，完成了對齒輪齒條式轉向裝置的設計。之后，通過受力分析和計算完成了對轉向操縱裝置及傳動裝置的設計。最后，基于轉向系統常見的異響故障進行了分析，提出了相關的策略，技術措施，通過實際檢驗，較好的解決了異響問題。` 26 1 轉向系統的總體設計 在進行轉向系前，需確定車輛的基本參數，才能進一步進行設計。參考相關車型及估算可獲得本設計所需的基本參數，其基本參數詳見下表： 表1-1 某車型的基本配置 序號 項目名稱 計算結果 1 外廓尺寸（長寬高 mm） 3995X1620X1900 2 軸距（mm） 2700 3 前輪距（mm） 1386 4 整備質量（Kg） 1150 5 總質量（kg） 1950 6 輪胎規格 175/70 R14 7 前懸架形式 麥弗遜 8 驅動方式 前置前驅 1.1 轉向系的簡介 轉向系統是用來改變或保存汽車運動方向的裝置，轉向系統對于汽車的安全性至關重要，因此轉向系統的部件被稱為安全裝置。汽車轉向系統和制動系統是兩個系統,汽車安全必須重視。轉向系統主要包括:方向盤、轉軸、轉向器、轉向機、動力轉向等。 圖1-1 轉向系統示意圖 1.2 轉向系的設計要求 轉向系應滿足下述要求; （1）當汽車轉彎時,所有的輪子都應該圍繞著瞬時中心。 （2）轉向輪必須擁有自動恢復能力。 （3）在駕駛情況下,方向盤不可以產生自振,方向盤不搖擺。 （4）轉向機構和懸架導向裝置引起的移動不同步，讓車輪表現的擺動應最小。 （5）變更方向方便，最小的過彎直徑小。 （6）操作起來容易。 （7）轉向輪對方向盤的反沖力應該盡可能小。 （8）在轉向裝置和轉向裝置中應該有間隙調整裝置。 （9）能保護駕駛員免受傷害或減輕受傷。 （10）方向盤的旋轉方向與車輛行駛方向的變化一致。 正確的設計轉向梯形機制能夠確保所有的輪子在轉彎時都能在瞬時中心旋轉。自動修正能力取決于方向盤的方向盤定位參數和轉向效率的大小。方向盤合理的定位參數，正確選擇轉向的方式，可以保證汽車有良好的自動校正能力。當轉向阻尼器被設定在轉向系統時，它能夠防止方向盤產生振動而方向盤上的后坐力明顯減小了。為了具有良好的機動性能，方向盤必須有盡可能大的轉角，其最小轉彎半徑可達2 ~ 2.5倍的軸距。 1.3 系統設計流程 總體參數確定 轉向系統結構確定 零部件設計 分析校核 校核 工程制圖 完成任務書 不滿足要求 圖1-2設計流程圖 本文的設計流程可參見上圖。 1.4 轉向系統的主要結構設計 1.4.1 方向盤設計 司機通過控制方向盤并根據司機的意圖或改變方向保持汽車行駛。另一方面，當汽車發生車禍時，無論是由于轉向盤或駕駛碰撞方向盤的結果，都可能使駕駛員受到傷害，因此方向盤是重要的安全部件，方向盤設計應滿足以下基本要求: （1）發生車禍時，使駕駛員受到的傷害盡可能小 （2）不妨礙駕駛員觀察儀表板上的儀表 （3）有良好的耐磨性 （4）不易燃燒 （5）不易反光 轉向盤由輪緣、輪輻和輪轂三部分組成。輪輻有1-4根，采用一根輪輻有利于觀察儀表，要使轉向盤的剛性達到要求，需要使用增強材料。有4根輪輻的轉向盤，即使有了達到需求的強度，但不利于駕駛員清晰觀看表盤，輪輻應有足夠大的面積，以利駕駛員的身體與轉向盤發生沖撞接觸時，能減輕他們之間產生的壓力。 1.4.2 轉向傳動軸設計 轉向傳動軸可以用一根鋼管制成?？紤]到拆卸方便，平頭汽車翻轉駕駛室的需要和安全性的要求，也可以在轉向傳動軸上采用1-2個十字軸萬向節或者一個撓性萬向節此時轉向傳動軸不再是一根軸，有些汽車的轉向傳動軸采用斷面為六邊形（或十字型）的軸管和六邊形（或十字形）的軸組合而成。 1.4.3 轉向器設計 歷史上有許多形式的變化，但許多已經被消除。根據幫助形式分類，轉向器可分為機械式(無動力)和動力式(有動力)。機械操舵裝置可分為齒輪齒條式、圓球式、蝸桿式指銷式、圓球曲柄銷式、蝸輪型等。常用的是齒輪齒條式、圓球式、蝸桿曲柄銷型。小齒輪式舵機是最簡單的舵機類型。它具有結構簡單緊湊、剛度大、成本低、轉向靈敏、正反攻擊率高、易于布置、特別適用于蠟燭式懸浮液和麥弗遜懸掛的特點，也可直接驅動拉桿，簡化轉向傳動機構。因此，它被廣泛應用于汽車、微型和輕型卡車。滾珠式操舵裝置非常高，操作方便，壽命長，工作穩定可靠。但是由于攻擊率很高，很容易將道路的影響推到方向盤上。動力轉向裝置是機械和舵機的結合。根據不同的傳動介質，動力轉向裝置有氣壓和液壓兩種類型。液壓系統工作時無噪聲，工作滯后時間短，而且能吸收來自不平路面的沖擊。 1.4.4 轉向傳動機構設計 操舵桿組成的轉向裝置和轉向梯形。其功能主要是使擺臂擺動，通過直拉桿和轉向節臂，傳遞到方向盤上偏轉。與此同時，汽車的旋轉角度和轉角之間有一定比例的比例。 1.4.5 動力轉向器設計 隨著轉向桿的增加對司機的控制，方向盤的轉動也增加了，為了降低手的重量，來達到操控光的要求，在轉向系統中有動力轉向裝置的動力功能。除了復雜的結構以及引擎的部分動力和成本之外，動力轉向裝置在機械轉向裝置上有明顯的優勢，所以每年的裝載率都在增加。 2 齒輪傳動系統設計 齒輪齒條式轉向齒輪傳動裝置的傳動裝置和機架，簡單的結構，方便的布局，簡單的制造，但是轉向齒輪比較小(一般不超過15)和長度方向的不均勻磨損，所以只有微型的汽車和汽車被廣泛使用。通常在前輪軸線之后。轉向機的主動部分是螺旋形的圓柱小齒輪，該小齒輪與殼體中的運動部件嚙合，齒條固定在主體或框架上。架子用兩個球形接頭直接連接到兩個獨立的左和右杠上，水平拉桿和梯形臂連接在一起。 2.1 齒輪齒條參數設計 2.1.1 齒輪齒條轉向器布置形式 根據輸入齒輪的位置和輸出特性，有四種類型的齒條式轉向器： （1）中間輸入，兩端輸出； （2）側面輸入，兩端輸出； （3）側面輸入，中間輸出； （4）側面輸入，一端輸出； 圖2-1 四種類型的齒條式轉向器 在側向輸入和中間輸出方案的情況下，支架的左右拉動桿延伸到靠近汽車的大致對稱平面。隨著拉桿的長度增加，當輪子跳躍時拉桿的擺動角度會減小，這有助于降低轉向系統和懸掛系統的運動干擾，當輪子上下跳動時。連桿和齒條固定在一個固定的連接上，所以這兩個連桿和齒條在同一時間移動到左邊或右邊，所以在方向盤上有一個很長的溝槽來降低它的強度。 當兩端的輸出方案被采用時，轉向桿的長度是有限的，很容易引導懸掛系統。但其結構簡單，制造方便，成本低，經常用于小型車輛。 在平車中通常使用具有側輸入和一端輸出的小齒輪式轉向器。 如果齒輪齒條式轉向齒輪與直齒架嚙合，運行穩定性降低，出拳力很大，工作噪聲也隨之增大。另外，由于這個原因，齒輪軸和齒條軸線之間的角度只能是直角，因為一般的布局不適合被消除。采用螺旋形圓柱齒輪和嚙齒類錐齒輪齒式齒輪齒條式傳動裝置，聯系比增加，平穩操作，沖擊和噪聲減少，齒輪和齒條軸的角度很容易滿足整體設計的要求。由于螺旋結構的軸向力，轉向機應用于推力軸承、縮短壽命和斜齒輪的滑動。 根據對四種不同類型轉向器的對比選擇，本課題將采用側面輸入兩端輸出的齒輪齒 條轉向器。 根據齒輪齒條式轉向器和轉向梯形相對前軸位置的不同，齒輪齒條式轉向器在汽車上有四種布置形式：轉向器位于前軸后方，后置梯形；轉向器位于前軸后方，前置梯形； 轉向器位于前軸前方，后置梯形；轉向器位于前軸前方，前置梯形。 圖2-2 齒輪齒條式轉向器四種布置形式 齒輪齒條式轉向器廣泛應用于乘用車上，載質量不大，前輪采用獨立懸架的貨車和客 車有些也用齒輪齒條式轉向器。 2.1.2 轉向器傳動比計算 方向盤的直徑DSW有一系列的維度。當使用大直徑時，駕駛員將很難進出駕駛室。如果選擇較小的直徑，駕駛員將施加更大的動力使汽車難以控制。根據原始數據,查閱GB/T5911-1986《轉向盤尺寸》選擇取DSW=360mm。初選作用在方向盤上的力矩為Mh=200 N*m；則可以由下式求得 Fh=MhDSW （2-1） 式中Fh—作用在轉向盤上的轉向操縱力，N。 經計算Fh=555.65N 因為要安全的行駛，組成轉向系的各零件必須達到需求的強度。要驗證轉向系零件的強度，就需要先確定施加在各零件上的力。影響這些力的主要原因有轉向軸的負荷、路面阻力和輪胎氣壓等。為轉動轉向輪要克服的阻力，包括轉向輪繞主銷轉動的阻力、車輪穩定阻力、輪胎變形阻力和轉向系中的內摩擦阻力等。 要準確地計算這些力是非常困難的。為了達到這個目的，半經驗公式用來計算出路面上的阻力MR，MR可由下式求得： MR=f3G13p （2-2） 式中：f——輪胎和路面間的摩擦因數，f=0.65 G1—轉向軸負荷，初步設計時，對于前置前驅車輛轉向軸負荷按總質量的55%計算，則計算時取G1=1950Kg*9.8m/s2*55%=10510.5N P——輪胎氣壓，P=1Mpa 經計算MR=233467.89N*m 由式（3-8）可知，傳動比ip可由下式求得 ip=MrDswMha （2-3） 式中：Mr—轉向關節的轉向力矩，N*m;其有其轉向傳動機構和轉向機構的布置結構所決定.計算時取Mr=2346.75N*m Dsw—方向盤直徑，Dsw=360mm； a——主銷偏移距，通常乘用車的a值在0.4-0.6倍輪胎的胎面寬度范圍內選取，由表2-1可知175/70 R14.輪胎胎面寬度為175mm，則本文取a=105mm Mh—作用在轉向盤上的力矩，Mh=200N*m； 則ip=40.23 2.1.3 齒輪齒條設計計算 2.1.3.1 軸徑計算 齒輪齒條的軸直徑可按下式進行估算： d≥34MRaπσ （2-4） 式中：MR—原地阻力，MR=233467.89 N*m； 計算時取a=105mm； σ—扭轉極限強度，計算時取σ=50Mpa 經計算d≥6mm，參考同類產品，這里取d=30mm。 2.1.3.2 齒輪基本參數計算 架的實際上是一個無窮無盡的齒輪的一部分。當牙齒的數量無窮大時，齒輪的基本圓直徑是無限的。根據漸開線漸開線的形成過程,變成了一條直線。牙齒的齒側輪廓線的齒形圖，每個點上的每個點都是平行的，而架是翻譯的，當每一個點的傳輸速度都是相同的大小和方向的，所以牙齒的齒形的齒形的壓力角度是一樣的，大小等于牙齒的傾斜角度。牙齒上的齒條相互平行,所以任何線平行的分界線,周是相等的。 齒輪的節距圓總是與齒輪與齒條嚙合時的分度圓重合。當不垂直的小齒輪軸和長軸。只有齒條傳動角變速比的齒條，小齒輪的普通模塊和小齒輪齒。在設計時,只有合理選擇這些參數可以獲得所需的傳動比。然而，小齒輪的模量不應太小，否則，齒廓會太靠近齒的頂，不利于潤滑，容易造成再導件堵塞現象。 主齒輪的參數:小齒輪和齒條轉向齒輪為傾斜齒，齒輪模量在2 ~ 3mm之間，主動小齒的數量在5 ~ 7之間。這里選取Z1=6，壓力角α=20°。齒輪的轉速n=60rpm，精度等級為8級，使用年限不低于5年。這里選取齒輪模數m=2。 齒條長度確定，齒條的長度的確定需要根據車輛總成布置，分析轉向梯形，前橋調動量以及駕駛室人機工程學以后才能綜合確定齒條長度。這里選用同類車型的齒條長度，取轉向器總長為750mm。 下表為齒輪及齒條的基本參數 2.1.3 齒輪的強度校核 齒根彎曲強度與齒根彎曲應力和齒輪的材料的許用彎曲應力有關。計算齒根彎曲應力時，可以把齒輪視為懸臂梁。斜齒輪的接觸線是傾斜的，齒輪的彎曲受力狀態較為復雜，危險剖面的形狀不規則并且其位置也在變化，精確分析較為困難。為了簡化計算，通常以斜齒輪的當量直齒圓柱齒輪作為基礎，采用與直齒輪基本相同的方法進行計算。斜齒輪接觸線的傾斜度有利于彎曲強度，引入螺旋角系數Yβ加以修正。 斜角齒輪的彎曲疲勞強度是： σF=2KT1bd1mnYFaYsaYεYβ （2-5） 式中：K—載荷系數，一般計算時取K=1.1； T1—齒輪的輸入扭矩，T1=Mr=23N*m b—齒輪寬度，b=30mm； d1—主動齒輪分度圓直徑，d1=12.24mm； mn—法面模數，mn=2mm； YFa—齒形系數，與齒輪輪廓有關，查閱參考文獻[5]圖5-14可確定YFa=1.3； Ysa—應力修正系數，用它考慮齒根過渡圓角處的應力集中。查閱參考文獻[5]圖5-15. Ysa=1.9 Yε—計算齒根部彎曲強度的重合度系數?？捎上率角蟮茫? Yε=0.25+0.75cos2βbεa （2-6） 式中：εa—端面重合度，計算時取εa=1.5 其余參數同上述，經計算則Yε=0.73 Yβ—螺旋角系數，Yβ可由下式求得： Yβ=1-εββ120° （2-7） 式中：εβ—軸向重合度，計算時取εβ=1； 經計算Yβ—0.89 將上述參數帶入式3-11可求得斜齒輪的齒根彎曲疲勞應力σF=11.28Mpa＜ [σF]=500Mpa.滿足強度要求。 齒表面的接觸強度與齒表面的接觸應力和齒表面的接觸應力有關。螺旋圓柱的接觸疲勞強度的計算方法和齒輪的相似度是一樣的，齒面的接觸壓力是根據齒輪節點計算的。不同之處在于，由于螺旋齒輪的傾斜，總的重疊部分很大。接觸線長度增大，因嚙合發生在法面內，故曲率半徑應按法面計算。齒面接觸應力可用下式求得： σH=ZHZEZεZβ2KT1(u+1)bd12u （2-8） 式中: ZH—節點區域系數,可由下式計算： ZH=2cosβbcosatsinat （2-9） 經計算：ZH=2.44 ZE—彈性系數，本文主從動齒輪均材料均選用40Cr，則ZE=188.9Mpa1/2 Zε—計算接觸強度的重合系數，計算時取Zε=0.75 Zβ—螺旋角系數，Zβ=cosβ=0.987 u—傳動比，計算時取u= ip=40.23 其余參數同上述，將參數帶入式3-14可求得σH=523.548Mpa＜[σH]=980Mpa 滿足強度要求。 2.2 齒輪材料的選擇 小齒輪：齒輪常用于國內常用、優良的20CrMnTi合金鋼性能，熱處理采用表面滲碳和淬火工藝，齒面硬度HRc58 ~ 63。小齒輪選擇和20CrMnTi有更匹配的40Cr，作為嚙合對。機架的熱處理采用高頻淬火工藝，表面硬度HRc50 ~ 56。 2.3 輪齒條轉向器優缺點 小齒輪式操舵裝置的優點：結構簡單，結構緊湊;外殼由鋁合金或鎂合金制成，而轉向裝置的質量相對較小。傳輸效率高達90%;敏感的;由于齒輪和齒間的磨損在中場休息后，在架子的后部，靠近運動的小齒輪的緊實力可以在彈簧上調整，可以在間歇時自動消除齒間的間隙這不僅可以提高轉向系統的硬度，影響和噪音也可以防止工作;轉向裝置的體積很小;沒有轉動搖臂和直拉桿，方向盤的角度可以增加，制造成本也很低。它尤其適合使用蠟燭和麥克弗森的懸掛，易于裝飾。因此，它已廣泛用于小汽車、小型和輕型貨車。這是齒輪和齒條式轉向裝置的主要缺點，因為高速公路的效率為60%，在粗糙路面上行駛的汽車，方向盤和路面的撞擊，可以延伸到大部分的方向盤，稱為后座力。后座力的現象可以讓司機感到緊張，而且很難準確地控制汽車的行駛方向。方向盤的突然旋轉會讓司機同時進入車里。中間輸出駕駛員造成傷害。 2.4 齒輪齒條式轉向器和轉向梯形相對位置 轉向梯形機構是用來確保當汽車轉彎時，所有的輪子都可以在瞬間中心轉動，而在不同的圓上不滑動純滾。設計轉向梯形的主要任務之一是確定最佳參數和強度計算。一般來說，轉向梯形機械裝置是在前車軸上安排的，但當引擎位置較低或前車軸被驅動時，也會有前軸。有兩種類型的轉向梯形，這是一種積分類型和被打破的開放式類型。無論采用什么樣的計劃，都必須選擇正確的轉向梯形，當汽車轉彎時，確保所有輪子都圍繞著瞬時轉向中心的驅動，做出不同的圓周運動，不滑動的純滾動運動。同時，為了達到最小的轉動直徑，方向盤應該有足夠的旋轉角度。 車的驅動，彈性輪胎的側滑角度的影響，所有的輪子都不是沿著長軸的后軸，而是在車的前軸和后軸之間的滾動軸。該點的位置與前輪和后輪的橫向角度有關。有很多因素影響了輪胎的側面角度，而且很難準確判斷。 一般要求轉向體型滿足下圖3.1要求的幾種情況。圖5 - 3b適用于需要較大尺寸的車輛，而較小的車輛則較小;圖5 - 3c適用于具有較大尺寸和較小尺寸的車輛。圖5 - 3a適用于無花果，5 - 3b和c之間的模型，δ是四連桿的轉向角度，這是梯形的基底角度。 圖3.1 轉向梯形機構優化設計的可行域 3 轉向操縱裝置及傳動裝置的設計 3.1 方向盤設計 方向盤(方向盤)是控制汽車，工程機械，農車，等等的方向盤裝置。方向盤通常通過花鍵與轉向軸連接。 駕駛員控制方向盤以使汽車與駕駛員的意圖保持一致或改變方向。當車輛正面碰撞交通事故時，無論是由于方向盤的后退還是向前碰撞的方向盤，駕駛員都可以傷害駕駛員，因此，方向盤也是重要的安全部件。 3.1.1 方向盤功能描述 方向盤由輪轂，輻條，輪輞和滑輪組成。方向盤的輪轂，輪轂和輻條通常是由鋼，鋁合金，鎂合金或碳纖維制成的。輻條有一個或四個根部。使用輪輻時，觀察該儀表是有幫助的。為了確保方向盤足夠堅固，必須使用加固材料，也就是核心部分。輻條應該足夠大到能夠減少駕駛員的身體和方向盤之間的碰撞力。然而，有太多輻條的方向盤有足夠的強度和剛度，但它對駕駛員產生了負面影響。 方向盤的中心部分是由內部的一條線桿設計的，這是用來裝在方向盤上的。輪轂，輻條框架裝配，方向盤和骨架組裝的核心部件是通過注射塑型或泡沫成型工藝的方向盤本體，高級方向盤在包裹的外部是一層皮革，幾乎所有的uf或縫紉都是手動操作的。在方向盤上也有印著桃木圖案的圖案。皮膚的紋理和圖案是根據汽車的整體協調，創新和功能決定的。 當汽車碰撞時，從安全角度考慮，方向盤不僅是由外皮膚的軟，緩沖作用所需要的，而且還需要在碰撞時的方向盤，骨架，能夠產生特定的變形來吸收沖擊能量，從而減輕駕駛員的損傷程度。方向盤上裝有揚聲器按鈕，一些汽車的方向盤上安裝巡航和車載娛樂系統，以控制在碰撞過程中保護駕駛員的開關和氣囊。隨著汽車工業的發展，氣囊系統的方向盤越來越廣泛用于汽車工業，主要由氣囊，燃氣發生器，傳感器等組成。感覺信息一旦車輛碰撞、傳感器、控制單元、比較,判斷信息,工作指令為氣球膨脹的氣體發生器,氣球的脆弱在方向盤蓋中部和膨脹,充滿氣體軸承的氣囊,保護頭部和胸部。 由于駕駛員通常將方向盤緊貼在方向盤上，并且不停止旋轉，所以需要選擇具有良好耐磨性能的材料來制造方向盤。發生汽車意外火災時，乘員的生命安全受到危害。為了減少對居住者的傷害，車內的內部裝飾部分，包括方向盤，應該由阻燃材料制成。采用FMVSS 302、jisd1201等方法對燃燒性能進行了評價。方向盤的反射是駕駛員眼花繚亂的原因之一，它可以干擾安全駕駛。國外的抗眩光標準是FMVSS 107和ADR 12。 司機一直緊靠方向盤的邊緣，所以需要方向盤的形狀和尺寸符合人體工程學的要求，而且不應該在很長一段時間內感到疲勞。鐵芯通過電弧焊接、電阻焊接、鉚接等方式與各部件連接。隨著汽車工業的發展，這一過程即將被逐步淘汰，取而代之的是用壓鑄的方法來連接輪轂、輪輞和輻條，內部核心也被轉化為壓鑄。使用壓鑄鋁鎂合金材料的方法不僅簡化了生產過程的方向盤,也滿足輕量級的產品的需求。 3.1.2 方向盤設計要求 設計方向盤應該滿足以下基本要求: （1）發生正面碰撞時，應盡可能少地損傷駕駛員; （2）切勿在儀表板上妨礙駕駛員對儀表的查看; （3）有良好的耐磨性能； （4）不易燃燒，不反光。 3.1.3 難點及解決方案 方向盤設計的難點主要有一下幾點： （1）方向盤材質的選擇；方向盤的材質一般要求阻燃、不反光以及耐磨。 （2） 方向盤布置位置的確定；方向盤的布置位置直接決定了駕駛員操作的舒適性，布置方向盤位置時需通過人機工程來優化布置位置，同時還需滿足國家對方向盤的一系列要求。 （3）方向盤與其他元件的集成設計。目前主要集成在方向盤上的是喇叭操縱開關和安全氣囊。也有一部分車輛將其他的控制開關集成在方向盤之上。因此合理的優化及布置相關集成部件才能滿足使用要求。 （4）個性化設計。目前個性化是年輕人追求的目標，為了提高產品的競爭能力，需對方向盤進行美學設計。 3.2 方向盤萬向轉動節設計 萬向萬向節是實現可變角度的動力傳遞的一部分，用于需要改變驅動軸方向的位置，它是“接合”部分的汽車驅動系統的通用傳動裝置。萬向節和傳動軸的組合被稱為萬向節驅動。在前引擎后輪驅動車，通用的聯合驅動裝置安裝在變速器輸出軸和驅動軸主減速器輸入軸上;前輪驅動的前輪驅動車輛是驅動軸，通用關節安裝在車軸和輪子之間，驅動和轉向都有責任。 3.2.1 萬向節結構方案分析 在扭轉方向上沒有明顯彈性的通用關節。它可以分為不平等的通用關節，準恒速通用關節和恒速通用關節。本文件中萬向節的設計，主要的繼電器驅動件與方向盤轉矩和變速器轉矩、轉速和不滿意關系，因此可選擇簡單結構低成本的十字軸萬向節。 十字軸萬向節的基本結構通常由十字軸、兩個軛和滾針軸承組成。兩個萬向節排列的孔軸在橫軸上的兩雙。為了減少摩擦損耗，提高效率，軸頸上的針筒是由針和袖子組成的。然后把袖子固定在通用的關節叉上防止萬能關節叉在離心力下產生。因此，當驅動軸旋轉時，驅動軸可以與軸旋轉，并且可以在軸中心周圍的任何方向擺動。目前，滾針軸承最常見的軸向方向為覆蓋型、環型、滑動固定和塑料環定位。 3.2.3 萬向傳動的運動和受力分析 當輸入軸和輸出軸之間的角度時，單個萬向節十字軸軸線相對于輸入軸的輸出不是恒速旋轉。為了給輸入軸和輸出軸的相同的速度，可以使用雙卡登驅動，但必須確保連接到兩個通用關節叉的傳動軸上，這是同一架飛機上的，并使通用關節角度相等。 雙宇宙聯合傳輸，直接連接到輸入輸出軸的通用關節叉，這是由相應的軸向力平衡所支撐的，徑向力應該是在針輥軸承的底部，在輸入軸的輸出軸上引起了一種反應。 3.2.4 萬向節設計 十字軸的損傷形式主要包括十字軸直徑和針管的磨損，橫軸和滾輪軸承碗的工作表面有凹痕和剝落。橫軸的主要破壞方式為周頸骨折，保證有足夠的抗彎強度。 設十字軸軸頸中點處所受到的力為F，則 F= T12rcosα （3-1） 式中：T1—萬向傳動軸設計計算扭矩，這里選取T1=Mh=200 N*m； r—合力作用線到十字軸中心的距離，計算時取r=0.05m α—主、從動叉的最大夾角，計算時取α=30° 經計算F=5657.71N 十字軸軸頸根部的彎曲應力σw和切應力τ應滿足 σw=≤[σw] （3-2） τ=≤[τ] （3-3） 直徑d1 = 38。2毫米直徑在橫軸的直徑上，橫軸的油路的直徑是d2 = 10毫米，而作用力F的作用力線是在距離s = 14毫米的距離，而彎曲壓力的允許值是250 - 350mpa，這是剪切壓力的允許值。為80-120 Mpa經計算滿足強度要求。 4 常見異響故障分析與維修 4.1 齒輪齒條轉向器異響統計 轉向機是轉向系統的核心部件，轉向系統決定轉向系統的性能。汽車轉向系統的故障模式主要是轉向，轉向，方向，方向，方向，方向偏差，以及偏差。這是最常見的在指導的過程。轉向齒輪和齒條是最常見的轉向裝置，它的結構簡單緊湊，體積小，重量輕，生產成本低，傳動效率高，目前，在小型貨車和汽車上廣泛使用。 在轉向裝置的工作中，異常的噪音是一個常見的錯誤，噪音會導致司機或機組人員的不舒服。不同的原因表明，齒輪齒條轉向裝置在設計，加工和裝配過程中可能有缺陷。因此，如何提高齒輪齒輪式轉向機的轉向性能，消除噪音是研究底盤轉向系統性能的主要課題之一。 圖5-1給出了某公司統計的轉向器異響售后維修數據，從圖5-1中可以看出轉向器異響主要由幾方面引起的：1、齒條銹蝕卡滯；2、齒輪齒條嚙合過程異響；3、小齒輪異響；4、導套位置異響；5、拉桿異響等原因。下面就齒輪齒條式機械轉向器工作過程中最常見的幾種異響故障進行分類分析。 圖5-1 轉向器異響售后維修數據 轉向器異響類型 齒條銹蝕卡滯 齒輪齒條嚙合過程異響 小齒輪異響 導套位置異響 拉桿異響 其他 占比 58.5% 22% 14% 2% 0.5% 3% 4.2 齒條銹蝕卡滯造成卡滯異響 齒輪銹蝕卡滯造成異響主要表現在；車輛在下線入庫前，轉向系統均能正常工作，用戶使用一段時間后反饋，在車輛轉向過程中出現卡滯和異響。更換轉向器后故障消失，故判斷轉向器異響。 通過對故障零件的檢測和分析，發現轉向機內有更多的泥水。轉向齒條嚴重銹蝕，導致出現轉向過程出現卡滯和異響。通過對轉向器進一步分拆檢和分析發現，轉向器殼體與伸縮膠套的連接位置普遍出現卡箍松動的現象。車輛在行駛過程中，經過泥濘路段時泥水首先從該位置深入轉向殼體，再進入轉向齒條及轉向橫拉桿球銷位置，導致轉向齒條齒形面及橫拉桿球銷位置出現嚴重腐蝕。由于轉向齒條齒形面銹蝕，從而影響小齒輪與齒條的嚙合過程，最終導致轉向過程出現卡滯和異響問題。針對轉向器進入泥水的問題制定了相應的解決措施：a）、對轉向器殼體與伸縮膠套的連接位置進行結構優化，加大橫拉桿卡槽寬度，增加密封面積。b）、更改卡箍結構，加強其密封性。采用專用的彈簧卡箍代替普通的卡箍。 4.3 小齒輪竄動造成的異響 出現此故障時主要現象為：個別車輛在通過試車跑到的比利時石塊路面時，有異響聲從底盤傳出。在更換專線器后異響消失。故障判斷為轉向器異響。對轉向器故障件進行拆檢，并對各子部件尺寸進行測量和分析發現，球軸承層厚度，" C "形狀障礙環的安裝尺寸，" C "形狀的" C "形狀的隔板的厚度不耐受性，導致了" C型"的" C "形的洞，在轉向的方向上有一個" C "形狀的擋板，在轉向的時候，小的和中型的齒輪通常會在軸向力的作用下跳躍而下。球軸承與“C”形擋圈相互撞擊發生異響。 原機構轉向器小齒輪上的球軸承靠標注孔用“C”形擋圈固定在殼體內，本設計結構簡單，可加工性好，裝配簡單，但為了保證孔與“C”形擋板環組件的設計，設計必須在滾珠軸承內，“C”形擋板縫隙之間的空隙間距為0.2 mm;然而，由于滾珠軸承的厚度、殼體的“C”形狀的安裝位置和“C”形保持環的厚度，存在制造誤差。當這些公差在極限狀態時，最高權限可以達到0。47mm。當轉向器工作時，齒輪在軸向力作用下運動，導致異常響聲。 為了解決這一問題，關鍵是要在擋環安裝間隙之間以“C”形的形式優化滾珠軸承孔，最大限度地減少帶“C”形的滾珠軸承和擋圈之間的孔間距，如果兩者之間沒有間隙，效果最好。通過研究和計算，優化了“C”塊的結構和轉向機外殼的安裝尺寸。只要是軸承的厚度，外殼的" C "形狀的環式安裝位置的大小，" C "的形狀就像" C "的設計的設計誤差的設計上的誤差，以確保" C "形狀的擋板上的滾珠軸承和洞之間沒有空隙?！癈”型擋板環安裝槽內孔的結構，與固定環槽的位置相同，使球軸承殼層厚度、“C”型擋板環安裝位置大小、“C”型擋板環制造誤差的厚度、“C”形擋板的厚度、“C”形狀的擋板在“C”形的作用下，以“C”形狀的滾珠軸承調整開口尺寸，在“C”形上，通過“C”形在殼體上與倒角槽接觸，你可以保證“C”形狀，在擋圈和滾珠軸承之間沒有間隙，這樣的齒輪不會產生軸向運動，異響問題也就迎刃而解了。 4.4 齒輪與齒條嚙合間隙過大造成的異響 出現此故障時主要現象為：根據反饋，個別車輛在下線檢測是發現，左右打方向盤時底盤轉向器部位發出異響，更換轉向器后故障消失，因此判斷為轉向器異響。轉向器通過調整螺塞來控制齒輪與齒條之間的嚙合間隙，對故障件進行拆檢和分析發現，齒輪齒條轉動過程有松曠現象，轉動力矩較小。測量齒輪齒條間隙嚙合間隙為0.13mm左右。通過調節修整螺塞，將嚙合間隙調整到0.08mm后，異響聲消除。由此確定，故障原因為齒輪齒條嚙合間隙超差，導致傳動過程齒輪齒條間發出異響。 在轉向器總成裝配過程中，通過調整螺塞的調節，嚴格講齒輪齒條間嚙合間隙控制在0.08mm以內，同時調整螺塞下端的壓緊彈簧剛度對嚙合間隙有直接的影響，需要對其進行嚴格的控制。在此基礎上，增加設備對轉向器轉動力矩波動值100%的在線監控，可以觀察齒輪齒條的嚙合情況。采取以上措施后，可以經齒輪齒條的嚙合間隙控制在設計公差范圍內，避免在嚙合和傳動的過程中出現的異?；虬l出異響聲。 5 結論 本課題首先介紹了汽車轉向系統，以及設計的背景和意義，通過對齒輪和齒條式轉向裝置的研究，做出了對齒輪齒條型轉向齒輪類型的選擇，然后分析了齒輪齒條式轉向齒輪的優缺點，各種裝備和機架類型的重定向應用。根據原始數據，轉向系統的傳輸比率計算了齒輪架的幾何參數是確定的。齒輪齒條式轉向機的總體設計、力分析、對齒條疲勞強度的檢查和齒根彎曲疲勞強度校核。修正小齒輪式轉向機不合理數據。在齒輪齒條式轉向裝置的設計之后，通過受力分析和計算完成了對轉向操縱裝置及傳動裝置的設計，利用CAD繪制出零件圖以及裝配圖。 然后基于轉向系統常見的異響故障進行了分析，提出了相關的策略，技術措施，通過實際檢驗，較好的解決了異響問題。 參考文獻 [1] 王望予 張建文 汽車設計 [M].第4版.北京: 機械工業出版社.2004.08. [2] 陳家瑞 汽車構造 [M] 第二版.北京:機械工業出版社.2005.01. [3] 劉惟信 汽車設計 [M].北京:清華大學出版社.2000.01 [4] 余志生 汽車理論[M].第四版.北京: 機械工業出版社.2006.05. [5] 孫志禮 冷興聚等 機械設計 [M].第1版.沈陽: 東北大學出版社.2000.09. [6] 孫恒 陳作模 葛文杰 機械原理 [M].第7版.北京:高等教育出版社. [7] 高秀華 王智明 工程分析及電子樣機模擬—CATIA v5在工程實踐中的應用 [M].第一版.北京:化學工業出版社?2004.09. [8] 韓正銅 王天煜 機械精度設計與檢測 [M].第一版.徐州:中國礦業大學出版社.2007.08. [9] 徐灝 機械設計手冊第三卷 [M].第一版.北京:機械工業出版社.1991.09. [10] 徐灝 機械設計手冊第四卷 [M].第一版.北京:機械工業出版社.1991.09. [11] Jonathan S Cohone1 al. A form verification system for the conceptual design of complex mechanical systems [J]. Engineering with computers 1994(10):33-44. [12] Rmurugan,Ssandakumarand Msmohiyadeed DSP-based electric power assisted steering using BLDCmotor. [J].2000 (03). [13] William?F. Miliken and Douglas L. Miliken. Race Car?Vehicle?Dynamics. [J] Engineering with computers.2002:14~16,113~115. [14] 鄭修木,馮冠大.機械制造工藝學[M].北京:機械工業出版社,1997. [15] 濮良貴,紀名剛.機械設計.第七版.北京:高等教育出版社.2005:184~223. [16] 王昆,何小柏,汪信遠.課程設計手冊.北京:高等教育出版社.2008:47~49. [17] 汽車工程手冊編輯委員會.汽車工程手冊[M]:設計篇.北京:人民交通出版社,2001. [18] 溫芳,黃華梁.基于模糊可靠度約束的差速器行星齒輪傳動優化設計[J].2004.6. [19] 趙世琴,黃宗益,陳明.慣性式同步器的結構分析[J].《起重運輸機械》2000 (5). 致謝 經過三個多月的努力，在史老師細心的指導下，我終于完成了我的任務，也給我的大學劃上一個圓滿的句號，更為即將踏上的旅程劃出一道新的起跑線。 設計的目的是要我們把四年來學到的知識融匯貫通，緊密聯系在一起。只有做到這些，才能夠真正地層掌握住這些知識。只有這樣，才能夠合格地走上工作崗位。同時通過這次設計也可以檢驗自已的學習成果。 設計給我最大的收獲是做設計要嚴謹和耐心。機械設計做的是毫米級別的工作，即使是平常的那些小錯誤都可能在實際工程、生產中造成嚴重的事故，導致失之毫里、差之千里的結果，大部分的尺寸、形狀、結構都有相關的標準，不能憑著感覺做設計，那樣是靠不住的，所以一個嚴謹的態度是作為一個設計者所必須的；其次，做設計要經常性地更正數據、換結構、選方案，這些都是非常需要時間和精力的，而且有時候是繁瑣的，這也同樣要求我們要有很好的耐心，否則，容易煩躁，無法做出好的成果。 通過真誠的合作，我們小組順利完成了畢業的設計。由于缺乏經驗,錯誤是不可避免的,我希望老師和同學可以批評和糾正我的錯誤。指出其中的問題，以便我能及時改正，幫助我的成長，避免以后走上工作崗位后再犯同樣的錯誤。