畢業(yè)論文---微型車轉(zhuǎn)向機設(shè)計與應力分析

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p>　　題 目 微型車轉(zhuǎn)向機設(shè)計與應力 </p><p>　　分析 　　　 　　　　　　　　 </p><p>　　專 業(yè)

2、 </p><p>　　類 別 </p><p>　　層 次 </p><p>　　學 生

3、 </p><p>　　班 號 　　　</p><p>　　學 號 　　　</p><p>　　指 導 教 師

4、 　　</p><p>　　答 辯 日 期 　　　</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）任務書</p><p>　　微型車轉(zhuǎn)向機設(shè)計與應力分析</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是指在汽車行駛過程中按駕駛

5、員的意志經(jīng)常改變其行駛方向的裝置，是汽車重要的部件之一。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、質(zhì)量輕、剛性大、轉(zhuǎn)向靈敏、制造容易、成本低等特點，近些年發(fā)展極其迅速，而且由于特點很適合微型汽車，因而在該車型上得到了廣泛的運用。</p><p>　　本文研究的參考車型為07款奇瑞QQ3 0.8 MT基本型，首先根據(jù)車型選定轉(zhuǎn)向機和轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)的方案和主要進程，然后根據(jù)這款車的基本數(shù)據(jù)初定齒輪齒條的基本尺寸，進而初定其他

6、主要部件的尺寸，校核無誤后繪制二維的示意圖。然后用CATIA軟件進行三維模型的制作，在建模的過程中對初定的尺寸進行修改，裝配完成后再利用軟件自身的有限元功能對齒輪齒條進行分析，得出的結(jié)論再與材料要求比較，如果不符合就要對部件重新進行設(shè)計。三維模型制作完成后再導入AutoCAD進行編輯。</p><p>　　關(guān)鍵詞 微型車；轉(zhuǎn)向機；轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)；AutoCAD；CATIA；有限元分析</p><

7、p>　　Micro-car and its steering gear control system design and stress analysis</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The steering system is changes its travel direction frequently in t

8、he automobile travel process according to pilot's will the installment, is one of automobile important parts. The rack-pinion steering gear has the structure to be simple, to be compact, the quality is light, the rig

9、idity is big, changes keenly, the manufacture is easy, the cost low status characteristic, the recent years its development is extremely rapid, moreover, because the characteristic is very suitable the compact car, th<

10、;/p><p>　　This article studies the reference vehicle type is 07 model of Qirui QQ3 0.8 MT ground form, first according to the vehicle type designated that the steering unit and changes control system's plan

11、 and the main advancement, then acts according to this model of vehicle's master data initially to decide the gear's and rack 's basic size, then initially decides other major component's size, after the

12、examination unmistakable, draws up the two-dimensional schematic drawing. Then carries on the three-</p><p>　　Key Words Compact car; Steering unit; Changes the control system; AutoCAD; Catia; Finite elemen

13、t analysis </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要X</b></p><p>　　AbstractXI</p><p>　　第 1 章 緒論14</p><p>　　1.1 課題研究的目的和意義14</p&g

14、t;<p>　　1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀14</p><p>　　1.3 主要研究內(nèi)容16</p><p>　　第 2 章 轉(zhuǎn)向機及轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)的設(shè)計及計算17</p><p>　　2.1轉(zhuǎn)向機方案選擇17</p><p>　　2.2初定轉(zhuǎn)向機尺寸20</p><p>　　2.3轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)計算

15、21</p><p>　　2.4轉(zhuǎn)向齒輪的強度校核21</p><p>　　2.4.1 齒輪接觸強度校核21</p><p>　　2.4.2 齒輪抗彎強度校核22</p><p>　　2.5 本章小結(jié)23</p><p>　　第 3 章 利用CATIA構(gòu)建實體模型24</p><p>

16、;　　3.1 轉(zhuǎn)向機的三維建模24</p><p>　　3.1.1 轉(zhuǎn)向機主動齒輪的三維建模24</p><p>　　3.1.2 轉(zhuǎn)向機從動齒條的三維建模24</p><p>　　3.1.3 轉(zhuǎn)向機殼體的三維建模25</p><p>　　3.2 轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)的三維建模28</p><p>　　3.2.1 萬向

17、節(jié)的三維建模28</p><p>　　3.2.2 轉(zhuǎn)向盤的三維建模30</p><p>　　3.3 其他零件的三維建模31</p><p><b>　　3.4 裝配33</b></p><p>　　3.5 生成二維CAD圖35</p><p>　　3.6 本章小結(jié)35</p>

18、;<p>　　第 4 章 對齒輪齒條的強度應力分析36</p><p>　　4.1 對主動齒輪的強度分析36</p><p>　　4.2 對從動齒條的強度分析38</p><p>　　4.3 本章小結(jié)38</p><p><b>　　結(jié) 論39</b></p><p>&

19、lt;b>　　致 謝40</b></p><p><b>　　參考文獻41</b></p><p>　　附錄（開題報告）41</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　課題研究的目的和意義</p><p>　　本課題研究的目的是設(shè)

20、計計算某微型車轉(zhuǎn)向機，應用三維建模軟件建立微型車轉(zhuǎn)向機和轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)的模型，并計算其主要零件應力應變分布。力求熟悉一般汽車部件的設(shè)計過程，為以后學習工作打下基礎(chǔ)。</p><p>　　進入新世紀, 中國汽車工業(yè)走上了發(fā)展的快車道。在加入WTO后的五年間, 中國汽車產(chǎn)銷量增長了3倍。2006年全國汽車產(chǎn)銷量突破720萬輛, 一舉上升到世界前三位。汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為中國經(jīng)濟發(fā)展中最具潛力和活力的增長點之一。未來時期隨著

21、影響中國汽車需求市場的價格、居民收入和消費結(jié)構(gòu)、汽車信貸、消費環(huán)境的改善，特別是跨國公司主導下的汽車合資企業(yè)不斷在全球同步推出適應市場需求的新產(chǎn)品，將對未來市場起到巨大的推動作用。預計今后10年至15年中國將成長成為全球最大汽車市場，年銷量達到1700萬輛，汽車保有量超過1億輛。</p><p>　　微型汽車一般是指發(fā)動機排量不超過1.1L，車身長度、寬度、高度不超過3.8m、1.6m和2m, 最大載貨量不超過6

22、00kg 的汽車。微型汽車產(chǎn)品具有燃料消耗少、使用費用低、占地面積小、用途多、適應性廣等特點，包括微型轎車、微型客車和微型貨車。微型汽車在我國已經(jīng)發(fā)展了20多年，從1983—2004年微型車產(chǎn)銷量數(shù)據(jù)來看，中國微型汽車市場在20多年的時間里，產(chǎn)銷量基本上一直保持著平穩(wěn)增長的態(tài)勢。最近幾年以來, 微型汽車行業(yè)在國家產(chǎn)業(yè)政策、市場競爭和消費環(huán)境的作用下，迎來了新的發(fā)展機遇，潛在的市場空間將不斷擴大，行業(yè)整體水平在日益激烈的競爭中將有較大幅度

23、的提高[1][2]。</p><p>　　我國在大力發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè)的同時，汽車零部件的設(shè)計及其發(fā)展也極其重要。在國內(nèi)，隨著微型汽車的開發(fā)，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器已大量生產(chǎn)，并投人使用。在國外，這種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器早在六十年代就已得到完熟技術(shù)上取得了突破，使產(chǎn)量劇增。它的使用范圍立即從輕型小客車擴大至中型, 甚至在高級小客車上也有采用的。因而作為汽車重要的部件，轉(zhuǎn)向機的研究是非常有必要的。</p><p&g

24、t;<b>　　國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　用來改變或恢復汽車行駛方向的專設(shè)機構(gòu)叫做汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可分為機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要是由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向機和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三大部分組成。</p><p>　　轉(zhuǎn)向機學名為轉(zhuǎn)向器，它是轉(zhuǎn)向系中最重要的部件。它的作用是：增大轉(zhuǎn)向盤傳到轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的力和改變力的傳遞方向。轉(zhuǎn)向器按結(jié)

25、構(gòu)形式可分為多種類型。目前常用的有齒輪齒條式、循環(huán)球式和蝸桿曲柄銷式，其中前兩種使用較多： 1、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器：它是一種最常見的轉(zhuǎn)向器。其基本結(jié)構(gòu)是一對相互嚙合的小齒輪和齒條。轉(zhuǎn)向軸帶動小齒輪旋轉(zhuǎn)時，齒條便做直線運動。有時，靠齒條來直接帶動橫拉桿，就可使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。所以，這是一種最簡單的轉(zhuǎn)向器。它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，轉(zhuǎn)向靈敏，體積小，可以直接帶動橫拉桿。</p><p>　　2、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器：這種轉(zhuǎn)向器

26、有兩對傳動副組成，一對是螺桿、螺母，另一對是齒條、齒扇或曲柄銷。在螺桿和螺母之間裝有可循環(huán)滾動的鋼球，使滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，從而提高了傳動效率。 這種轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點是，操縱輕便，磨損小，壽命長。缺點是結(jié)構(gòu)復雜，成本高，轉(zhuǎn)向靈敏度不如齒輪齒條式[5][11][12]。</p><p>　　現(xiàn)代汽車馬力大、速度快，為了操縱的輕便和靈敏，中高檔次的轎車轉(zhuǎn)向器都加裝了轉(zhuǎn)向動力裝置，又稱為液壓動力轉(zhuǎn)向器。它具有工作無噪聲，

27、靈觸度高體積小，能夠吸收來自不平路面的沖擊力，因此在現(xiàn)代的汽車上得到十分廣泛的應用。</p><p>　　而且現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了電子控制速度傳感型的轎車動力轉(zhuǎn)向器，它除了滿足減少操縱力，提高靈觸度外，還可以根據(jù)車速與行駛條件的不同而產(chǎn)生與之相適應的轉(zhuǎn)向力。在停車時能提供足夠的助力，隨著車速的逐漸增加助力又可以逐漸減少，當高速行駛時則無助力但保持良好的路感。</p><p>　　對于微型汽車而言

28、，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器都有，但因為其車體空間小、燃料消耗少、車速普遍不高等特點，目前大多數(shù)微型車采用的都是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，而且根據(jù)配置和本身定位的不同，部分車型加上了液壓助力或者是電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。</p><p>　　齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器最早出現(xiàn)于年，當時由于其本身結(jié)構(gòu)不夠完善，整車布置的限制以及道路條件差等因素，導致路面反沖激烈，噪音較大以及轉(zhuǎn)向性能較差等缺陷, 使此種轉(zhuǎn)向器的應用受到很大的限制。然

29、而近廿年來，特別是最近幾年，卻有了很大發(fā)展，其發(fā)展速度超過循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。國外該類轉(zhuǎn)向器發(fā)展已經(jīng)很成熟，而國內(nèi)與之相比仍比較落后，需要加快速度發(fā)展和創(chuàng)新[8][11]。</p><p><b>　　主要研究內(nèi)容</b></p><p>　　本文具體要做以下研究工作：</p><p>　　1、選定參照車型，選擇設(shè)計方案；</p>&

30、lt;p>　　2、確定研究所需要的數(shù)據(jù)，設(shè)計并計算微型汽車的轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)。并且設(shè)計規(guī)劃整個畢業(yè)設(shè)計的總體思路和進程；</p><p>　　3、利用CATIA軟件進行微型車轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)以及相關(guān)零件的三維建模和零件裝配；</p><p>　　4、使用CATIA軟件將三維建模圖轉(zhuǎn)化為2D圖；</p><p>　　5、利用CATIA軟件對轉(zhuǎn)向器主要傳動

31、零件進行應力分析。</p><p>　　轉(zhuǎn)向機及轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)的設(shè)計及計算</p><p>　　2.1轉(zhuǎn)向機方案選擇</p><p>　　轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來改變汽車的行駛方向和保持汽車直線行駛的機構(gòu)，對轉(zhuǎn)向齒輪的正確運動和汽車的安全行駛影響很大。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可按照轉(zhuǎn)向能源的不同，分為機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩大類，而機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又由操縱系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向機和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三大部分

32、組成[21]。</p><p>　　由于研究的是微型汽車，所以設(shè)計的轉(zhuǎn)向機應該滿足微型車空間小、能源消耗小、成本低等特點，因此我選擇機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向機選擇應用最為廣泛、成本最低、結(jié)構(gòu)體積小的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向機。為了研究設(shè)計方便，我從市場上選取了一款汽車作為研究的對象。</p><p>　　現(xiàn)在市場上的微型汽車種類繁多，我結(jié)合設(shè)計的方案選擇了07款奇瑞QQ3 0.8 MT基本型，該車的基本配

33、置數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　表2-1 07款奇瑞QQ3 0.8 MT基本型數(shù)據(jù)</p><p>　　圖2-1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種形式</p><p>　　齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器是由與轉(zhuǎn)向軸作為一體的轉(zhuǎn)向齒輪和常與轉(zhuǎn)向橫拉桿做成一體的齒條組成。根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有四種形式，如圖2-1所示：中間輸入，兩端輸出；側(cè)面輸入，兩端輸出；側(cè)面輸

34、入，中間輸出；側(cè)面輸入，一端輸出。</p><p>　　圖2-2 V形斷面齒條 圖2-3 Y形斷面齒條</p><p>　　采用側(cè)面輸入，中間輸出方案時，與齒條固連的左、右拉桿延伸到接近汽車縱向?qū)ΨQ平面附近。由于拉桿長度增加，車輪上、下跳動時拉桿擺角減小，有利于減少車輪上、下跳動時轉(zhuǎn)向系與懸架系的運動干涉。拉桿與齒條用螺栓固定連接，因此，兩拉

35、桿與齒條同時向左或向右移動，為此在轉(zhuǎn)向器殼體上開有軸向的長槽，從而降低了強度。采用兩端輸入方案時，由于轉(zhuǎn)向拉桿長度受到限制，容易與懸架系統(tǒng)導向機構(gòu)產(chǎn)生運動干涉。側(cè)面輸入，一端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，常用在平頭貨車上。</p><p>　　綜上，我選擇圖中的第二個，即側(cè)面輸入，兩端輸出的方案。</p><p>　　為了使運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性提高，沖擊減小，降低工作噪聲，采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條式轉(zhuǎn)向

36、器。</p><p>　　齒條斷面形狀有圓形、V型(圖2-2)和Y型(圖2-3)三種。圓形斷面齒條的制造工藝比較簡單。V形和Y形斷面齒條與圓形斷面比較，消耗的材料少，約節(jié)省20%，故質(zhì)量?。晃挥邶X條下面的兩斜面與齒條托座接觸，可用來防止齒條繞軸線轉(zhuǎn)動。當車輪跳動、轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向機工作時，如在齒條上作用有使齒條旋轉(zhuǎn)的力矩時，應選用V形和Y形斷面齒條，用來防止因齒條旋轉(zhuǎn)而破壞齒輪、齒條的齒不能正確捏合的情況出現(xiàn)。因此，

37、我選擇的是V形斷面齒條。</p><p>　　轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)是轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向傳動軸的一系列零部件，包括轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向柱，轉(zhuǎn)向軸，萬向節(jié)和轉(zhuǎn)向傳動軸，其中萬向節(jié)和轉(zhuǎn)向盤需要簡單設(shè)計一下[9]。</p><p>　　圖2-4 轉(zhuǎn)向盤 圖2-5 萬向節(jié)</p><p>　　轉(zhuǎn)向盤由輪緣、輪輻和輪轂組成，如圖2-4所示。轉(zhuǎn)向盤輪轂的細牙

38、內(nèi)花鍵與轉(zhuǎn)向軸連接，轉(zhuǎn)向盤上都裝有喇叭按鈕，有些轎車的轉(zhuǎn)向盤上還裝有車速控制開關(guān)和安全氣囊[13]。</p><p>　　圖2-6 雙萬向節(jié)等速傳動布置圖</p><p>　　萬向節(jié)是實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸之間變角度傳遞動力的部件。如果萬向節(jié)在扭轉(zhuǎn)方向沒有彈性、動力靠零件的鉸鏈式連接傳遞，是剛性萬向節(jié)，根據(jù)所設(shè)計的日，我選擇剛性萬向節(jié)。十字軸式剛性萬向節(jié)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、且允許所連接的兩軸之間有較大

39、交角，在汽車上應用最為普遍，如圖2-5所示。</p><p>　　因為單個十字軸式剛性萬向節(jié)在輸入軸和輸出軸有夾角的情況下，其兩軸的角速度是不相等的，兩軸夾角越大，轉(zhuǎn)角差()越大，萬向節(jié)的不等速特性越嚴重。萬向節(jié)傳動的不等速特性將使從動軸及與其相連的傳動部件產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動，從而產(chǎn)生附加的交變載荷，影響傳動部件的壽命。為了避免萬向節(jié)傳動的不等速性，采取雙萬向節(jié)傳動，如圖2-6所示。</p><p&

40、gt;<b>　　具體的方法如下：</b></p><p>　　1、采用雙萬向節(jié)傳動；</p><p>　　2、第一萬向節(jié)兩軸間的夾角α1與第二萬向節(jié)兩軸間的夾角α2 相等；</p><p>　　3、第一萬向節(jié)的從動叉與第二萬向節(jié)的主動叉在同一平面內(nèi)。</p><p>　　關(guān)于主要零件材料的選擇[15][21]：<

41、/p><p>　　主動小齒輪的材料選擇，齒條采用45鋼，為減輕質(zhì)量，殼體用鋁合金壓鑄。萬向節(jié)選擇中碳合金鋼，調(diào)質(zhì)處理，滾針軸承材料一般采用。十字軸選用低碳合金鋼，軸頸表面進行滲碳淬火處理，滲碳層深度為0.8～1.2mm。</p><p>　　由于所研究的是微型汽車，根據(jù)車型的特點和現(xiàn)況，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)選擇無助力的機械式轉(zhuǎn)向器。</p><p>　　2.2初定轉(zhuǎn)向機尺寸<

42、/p><p>　　齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的齒輪選擇用斜齒輪，齒輪模數(shù)取2.5，主動小齒輪齒數(shù)取10個，壓力角取20度，齒輪螺旋角取15度[6]。因此主動小齒輪基本尺寸如下表：</p><p>　　表2-2 主動齒輪幾何尺寸表</p><p>　　2.3轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)計算</p><p>　　圖2-7 轉(zhuǎn)向軸的吸能裝置示意圖</p><

43、p>　　轉(zhuǎn)向盤是操縱機構(gòu)中最為重要的部分，駕駛著要通過轉(zhuǎn)向盤來完成汽車的轉(zhuǎn)向，方向盤的尺寸和轉(zhuǎn)向時輕便程度有很大關(guān)系，轉(zhuǎn)向盤直徑小了，轉(zhuǎn)向很是笨重，而直徑大了，與汽車整體就不很協(xié)調(diào)，微型車空間本來就很小，轉(zhuǎn)向盤必須特別合適才行。我選擇轉(zhuǎn)向盤外徑380mm ，轉(zhuǎn)向盤輪緣直徑50mm。</p><p>　　轉(zhuǎn)向軸時連接轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向機的傳動件，并傳遞它們之間的轉(zhuǎn)矩。這些年來，車速逐漸提高，轉(zhuǎn)向軸上面也要有相應的吸

44、能裝置。轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向柱的吸能裝置有很多形式。圖2-7的基本結(jié)構(gòu)原理是，當汽車受到巨大沖擊時，轉(zhuǎn)向軸產(chǎn)生軸向位移，使支架或某些支撐件發(fā)生塑性變形，從而吸收沖擊能量[7]。</p><p>　　2.4轉(zhuǎn)向齒輪的強度校核</p><p><b>　　齒輪接觸強度校核</b></p><p>　　校核齒面接觸疲勞強度，由式：</p>&l

45、t;p><b>　　(2-1)</b></p><p><b>　　式中各設(shè)計參數(shù)：</b></p><p><b>　　1、計算載荷系數(shù)K</b></p><p><b>　　(2-2)</b></p><p><b>　　2、計算轉(zhuǎn)矩&

46、lt;/b></p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　3、根據(jù)公式(2-2)、(2-3)以及查詢資料可得到式(2-1)中各參數(shù)的值，如下表</p><p>　　表2-3 式(2-1)中參數(shù)的值</p><p>　　4、由于選擇的齒輪材料為，因此接觸疲勞極限應為 </p>&

47、lt;p><b>　　壽命系數(shù)</b></p><p><b>　　安全系數(shù)</b></p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　由式(2-1)得： </p><p>　　滿足齒面接觸疲勞強度</p><p><b>

48、　　齒輪抗彎強度校核</b></p><p>　　校核齒根彎曲疲勞強度，由式：</p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　根據(jù)公式(2-2)、(2-3)以及查詢資料可得到式(2-4)中各參數(shù)的值，如下表</p><p>　　表2-3 式(2-4)中各參數(shù)的值</p>&

49、lt;p>　　由于選擇的齒輪材料為，因此彎曲疲勞極限應為=590 </p><p>　　由圖查得壽命系數(shù)=1.0</p><p>　　由表查得安全系數(shù)=1.25</p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　由公式(2-4)可得 </p><p>　　滿足齒根彎曲疲勞強度

50、。</p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹了微型汽車轉(zhuǎn)向機和轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)的工作原理，選定了所設(shè)計參照的車型，根據(jù)車型和其他條件確定了設(shè)計思路和設(shè)計方案，并根據(jù)材料學知識按照需求選定材料，結(jié)合所學和查到的知識計算出出設(shè)計的尺寸和主要技術(shù)參數(shù)，然后對轉(zhuǎn)向機和轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)的各部件進行設(shè)計，最后對設(shè)計的主要零件進行校核，校核結(jié)果是主要零件設(shè)

51、計無誤。</p><p>　　利用CATIA構(gòu)建實體模型</p><p><b>　　轉(zhuǎn)向機的三維建模</b></p><p>　　轉(zhuǎn)向機的工作原理是由于轉(zhuǎn)向軸做成一體的轉(zhuǎn)向齒輪和常與轉(zhuǎn)向橫拉桿做成一體的齒條組成。因此在轉(zhuǎn)向機中，主動齒輪軸、從動的齒條和轉(zhuǎn)向機殼體是主要部件。</p><p>　　轉(zhuǎn)向機主動齒輪的三維建模

52、</p><p>　　主動齒輪是轉(zhuǎn)向機的主要部件，它與轉(zhuǎn)向機殼體和轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)的輸出軸相連，要求十分精密。</p><p>　　設(shè)計的齒輪為模數(shù)2.5，齒數(shù)10，壓力20度，螺旋15度的圓柱斜齒輪，為了安轉(zhuǎn)維修方便，設(shè)計為齒輪軸。為了工作時齒輪能夠充分與齒條傳動，齒輪長度設(shè)計為45mm，齒輪兩端是直徑為15mm的軸，他們都和轉(zhuǎn)向機殼體通過滾珠軸承相連接。一側(cè)長44mm的軸再接一個直徑為30

53、的限位軸肩，該作用是限制裝配時齒輪軸縱向的位置，旁邊既是滾動軸承的裝配位置。軸肩旁接的是直徑15mm長50mm的軸，最邊上是與傳動相接的部分，直徑25mm長5mm，在圓周對稱的分布兩個直徑為4mm的螺栓孔，傳動是螺栓將齒輪軸與傳動軸相連，如圖3-1所示。</p><p><b>　　圖3-1 主動軸</b></p><p>　　該齒輪軸的部分數(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)向機外殼和其他零件

54、的尺寸相關(guān)。齒輪軸的材料為，熱處理方法為滲碳淬火。</p><p>　　轉(zhuǎn)向機從動齒條的三維建模</p><p>　　從動齒條也是轉(zhuǎn)向機中重要的部件，它與主動齒輪相嚙合，兩端和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)相連。而且為了保證的齒輪齒條之間良好長久的嚙合，齒條中間部分還與一個壓盤機構(gòu)相連。</p><p>　　斜齒輪正確嚙合的條件為模數(shù)相等，壓力角相等，螺旋角大小相等，外嚙合時應旋向相

55、反，內(nèi)嚙合時應旋向相同。因此齒條的模數(shù)也是2.5，壓力角為20度，螺旋角旋向相反，角度為15度。</p><p>　　由于主動齒輪的旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動是同步的，所以依據(jù)一般汽車轉(zhuǎn)向盤從一邊打到另一邊需要3～4圈，這里我選擇為3圈，即主動齒輪從齒條的一端到另一端需要轉(zhuǎn)3圈，因為齒輪齒數(shù)為10個，因此齒條長度也應為30個齒。與齒條相連接的軸因為是轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)，因此在這里隨意選擇一個數(shù)據(jù)，如圖3-2所示。</p&g

56、t;<p>　　為了防止因齒條旋轉(zhuǎn)而破壞齒輪、齒條的齒不能正確嚙合的情況出現(xiàn)，斷面齒條選擇V形，這樣需要的材料也比較少，質(zhì)量比較小。齒條寬選擇30mm。齒條材料選用45鋼。</p><p><b>　　圖3-2 從動齒條</b></p><p>　　轉(zhuǎn)向機殼體的三維建模</p><p>　　轉(zhuǎn)向機殼體是裝齒輪齒條的部件，也是轉(zhuǎn)向機

57、的外觀，要求美觀并且容易加工，由于齒輪齒條在內(nèi)部嚙合傳動，因此內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求精密。</p><p>　　轉(zhuǎn)向機的殼體為了減輕質(zhì)量，選用鋁合金壓鑄。</p><p>　　殼體主體為兩個回轉(zhuǎn)體，里面裝的是齒輪和齒條，殼體和齒輪是通過兩個滾動軸承連接，如圖3-3所示。由于齒條兩端接的是轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)，因此殼體和齒條沒有明顯的接觸[10]。</p><p>　　圖3-3 轉(zhuǎn)向機

58、殼體</p><p>　　連接齒輪的回轉(zhuǎn)體一端封口，封口處用螺栓把一個外封殼裝在殼體上，另一端是齒輪軸和傳動軸連接的地方，為了防止外面的灰塵進入機體內(nèi)，該處安了一個防塵套，如圖3-4所示。</p><p><b>　　圖3-4 防塵套</b></p><p>　　為了使齒輪和齒條嚙合良好，而且在長時間工作有磨損后仍然能保持很好的嚙合狀態(tài)，轉(zhuǎn)向機

59、殼體在底部安有調(diào)整嚙合間隙的裝置。一個彈簧通過壓塊作用在轉(zhuǎn)向齒輪上，彈簧外徑13.5mm，高23.5mm，為了保證無間隙嚙合，彈簧的預緊力可以通過調(diào)整螺釘調(diào)整，如圖3-5所示。</p><p><b>　　圖3-5 彈簧</b></p><p>　　壓塊的底部要和齒條的V形斷面吻合，為了保證不是剛性接觸，要在接觸處還要有一個同樣形狀的墊片，如圖3-6所示。</p

60、><p><b>　　圖3-6 壓塊</b></p><p>　　壓塊上有一個回轉(zhuǎn)體壓盤，該壓盤連接一個彈簧，還有一個預緊螺釘，作用是給壓塊一個持續(xù)的力使壓塊能壓緊齒條，從而達到良好嚙合的目的，如圖3-7所示。</p><p><b>　　圖3-7 壓盤</b></p><p>　　在彈簧的上部應該有一

61、個蓋子，蓋子中間有一個螺紋孔，方便預緊螺釘?shù)难b配，下面連接彈簧的部分應該有一個方便彈簧安裝的彈簧座，而在蓋子周圍均勻分布著4個螺紋孔，用來將蓋子固定在轉(zhuǎn)向機殼體上，如圖3-8所示。這里具體的尺寸都與連接的客體、彈簧相配。</p><p><b>　　圖3-8 蓋子</b></p><p>　　轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)的三維建模</p><p><b&

62、gt;　　萬向節(jié)的三維建模</b></p><p>　　萬向節(jié)是轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)軸之間實現(xiàn)變角度傳遞動力的基本部件，轉(zhuǎn)向盤輸出的轉(zhuǎn)矩需要通過轉(zhuǎn)軸傳遞，而萬向節(jié)就在其中起一個改變方向的作用，因為轉(zhuǎn)向盤一般是不和轉(zhuǎn)向機在同一個平面上的，由了萬向節(jié)，轉(zhuǎn)向盤才能更好的去布置，而且微型汽車結(jié)構(gòu)比較緊湊，萬向節(jié)的作用就更大了。</p><p>　　我選用的是十字軸式萬向節(jié)，該萬向節(jié)結(jié)構(gòu)簡單、傳動可

63、靠、效率高，而且允許兩傳動軸之間有較大的夾角(一般為15度～20度)。</p><p>　　十字軸萬向節(jié)主要部件是一個十字軸和兩個萬向節(jié)叉，為了減少摩擦損失，提高傳動效率，在十字軸頸和萬向節(jié)叉孔之間裝有由滾針和套筒組成的滾針軸承，而且在十字軸內(nèi)部有供潤滑油的油道，十字軸由卡環(huán)固定在萬向節(jié)叉上，如圖3-9所示。</p><p>　　圖3-9 裝配好的萬向節(jié)十字軸</p><

64、;p>　　萬向節(jié)叉的設(shè)計應該滿足相互轉(zhuǎn)動時不能有干涉，而且還要求裝配時緊湊。在每個萬向節(jié)叉的一邊都應該有安裝轉(zhuǎn)向軸的裝置，我選擇的是兩個M4的螺栓和螺母連接，如圖3-10所示。</p><p>　　圖3-10 萬向節(jié)叉</p><p><b>　　轉(zhuǎn)向盤的三維建模</b></p><p>　　轉(zhuǎn)向盤是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的外部結(jié)構(gòu)，是整個轉(zhuǎn)向力的輸入

65、裝置，駕駛著是通過轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤來完成汽車轉(zhuǎn)向的。轉(zhuǎn)向盤是一個十分精密的零件，上面要布置喇叭按鈕，還有各式各樣的按鈕開關(guān)，比如轉(zhuǎn)向燈和雨刷，這里作為一個簡單的設(shè)計就不予考慮。</p><p><b>　　圖3-11 轉(zhuǎn)向盤</b></p><p>　　轉(zhuǎn)向盤由輪緣、輪輻和輪轂組成，輪輻一般是三根輻條或四根輻條，也有用兩根輻條的。骨架外面一般包有柔軟的合成橡膠或樹脂，也有包

66、皮革的，這樣有良好的手感，而且還可以防止手心出汗時握轉(zhuǎn)向盤打滑。</p><p>　　轉(zhuǎn)向盤一般外徑在350～400mm，我參照選用的車型，轉(zhuǎn)向盤外徑為380mm，輪緣直徑為50mm，如圖3-11所示。</p><p>　　當汽車發(fā)生碰撞時，從安全性考慮，不僅要求轉(zhuǎn)向盤應具有柔軟的外表皮，起到緩沖作用，而且還要求轉(zhuǎn)向盤在撞車時，其骨架能產(chǎn)生一定的變形，以吸收沖擊能量，減輕駕駛員受傷的程度。

67、</p><p>　　我設(shè)計轉(zhuǎn)向軸分為上下兩段，中間用柔性聯(lián)軸器連接。聯(lián)軸器的上下凸緣盤靠兩個銷子與銷孔扣合在一起，銷子通過襯孔與銷孔配合，如圖3-12所示。當發(fā)生猛烈撞車時，車身、車架產(chǎn)生嚴重變形，導致轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向盤等部件后移。與此同時，在慣性作用下駕駛員人體向前沖，致使轉(zhuǎn)向軸的上、下凸緣盤的銷子和銷孔脫開，從而緩和了沖擊，吸收了沖擊能量，有效的減輕了駕駛員受傷的程度。</p><p>

68、　　圖3-12 轉(zhuǎn)向軸吸能裝置</p><p><b>　　其他零件的三維建模</b></p><p>　　整個三維建模有60余個零件，在這里僅選出幾個比較關(guān)鍵的零件加以介紹。</p><p>　　主動軸與轉(zhuǎn)向機殼體用軸承相連，我選擇的是非標準的滾動軸承，軸承內(nèi)徑和主動軸連接部分軸的外徑一樣，圖3-13為其中一個滾動軸承。</p>

69、<p>　　圖3-13 滾動軸承</p><p>　　為了制造和裝配方便，本設(shè)計中所涉及到的螺栓、螺母和墊片等部件均是用標準件，而非自我設(shè)計，如圖3-14 3-15所示。而且大部分都進行了強度校核，沒有問題。</p><p>　　圖3-14 M4螺栓</p><p><b>　　圖3-15 螺母</b></p><

70、;p>　　萬向節(jié)中的擋圈沒有用標準件，是自己設(shè)計的。擋圈是用來限制萬向節(jié)十字軸在十字軸叉中的位置，如圖3-16所示。</p><p><b>　　圖3-16 擋圈</b></p><p><b>　　裝配</b></p><p>　　萬向節(jié)、轉(zhuǎn)向機殼體、轉(zhuǎn)向盤由于零件本身比較復雜，所以我先對他們分別進行裝配，檢查一下

71、有無錯誤，然后再在一起進行裝配，對相互的空間位置進行一定的調(diào)整，以方便在車內(nèi)的布置。最后裝上螺栓螺母之類的零件，進行檢查，裝配完畢，如圖3-17 3-18所示。</p><p><b>　　圖3-17 裝配圖</b></p><p>　　圖3-18 裝配爆炸圖</p><p><b>　　生成二維CAD圖</b></

72、p><p>　　AutoCAD軟件是美國Autodesk公司開發(fā)的產(chǎn)品，它將制圖帶入了個人計算機時代。CAD是英語“Computer Aided Design”的縮寫，意思是“計算機輔助設(shè)計”。AutoCAD軟件現(xiàn)已成為全球領(lǐng)先的、使用最為廣泛的計算機繪圖軟件，用于二維繪圖、詳細繪制、設(shè)計文檔和基本三維設(shè)計。自從1982年Autodesk公司首次推出AutoCAD軟件，就在不斷地進行完善，陸續(xù)推出了多個版本，Auto

73、CAD 2006是AutoCAD軟件的第20個版本，其性能得到了全面提升，使你的日常工作變得更加高效。 </p><p>　　由于AutoCAD制圖功能強大，應用面廣,現(xiàn)已在機械、建筑、汽車、電子、航天、造船、地質(zhì)、服裝等多個領(lǐng)域得到了廣泛應用，成為工程技術(shù)人員的必備工具之一</p><p>　　CATIA軟件自身帶著轉(zhuǎn)換模塊，這樣就不用再重新繪制二維模型，不過CATIA生成的圖不是最終的

74、，需要進一步完善才可以。</p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　在這一章里，主要是對CATIA軟件的運用。根據(jù)第二章所設(shè)計的主要數(shù)據(jù)和第三章第一節(jié)所繪制的二維示意圖，利用CATIA軟件建立各個零件的三維實體模型。在三維建模的過程中，熟悉了軟件，掌握了一定運用CATIA軟件的水平。</p><p>　　在具體建模過程中

75、很多情況都預料不到，雖然開始繪制的示意圖雖然都有準確的數(shù)據(jù)，但最后只能表示一個空間位置，很多零件的尺寸一改再改，因為很多零件都與其它零件相配合，而且如果變動一個尺寸，可能就要修改好幾個部件。最后的裝配也同樣出現(xiàn)很多問題，經(jīng)常出現(xiàn)裝配部成功的情況，這樣就需要回去再修改零件。我的整個三維建模就是在反復出現(xiàn)錯誤反復修改中完成的。 </p><p>　　后面由CATIA模塊生成的CAD二維圖則是對三維模型的一個很好的補充

76、，比三維圖更直觀，查看也更為方便。而且我們在以后的工作學習中，二維圖仍然是重點，在本章中通過對AutoCAD的使用，更能熟悉該軟件，為以后打下一個很好的基礎(chǔ)。</p><p>　　對齒輪齒條的強度應力分析</p><p>　　本章將利用CATIA軟件對轉(zhuǎn)向機里主動齒輪和從東齒條進行強度應力分析。主要的步驟如下[3][4]：</p><p>　　1、在CATIA軟件中

77、創(chuàng)建三維模型；</p><p><b>　　2、定義模型材料；</b></p><p>　　3、查資料獲取材料的屈服極限或者是與所作分析相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)；</p><p>　　4、導入CATIA靜態(tài)分析模塊；</p><p>　　5、指定所要分析零件的單元網(wǎng)格；</p><p><b>　

78、　6、檢查模型；</b></p><p><b>　　7、設(shè)置邊界條件；</b></p><p><b>　　8、設(shè)置載荷條件；</b></p><p>　　9、設(shè)置算例的屬性；</p><p><b>　　10、計算模型；</b></p><p

79、><b>　　11、生成應力圖。</b></p><p>　　對主動齒輪的強度分析</p><p>　　主動齒輪軸是轉(zhuǎn)向機的主要零件，它是轉(zhuǎn)向的主要工作部件，轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)從轉(zhuǎn)向軸傳遞過來轉(zhuǎn)矩，它承受著一定的齒條給它的反作用力。在反復工作中，齒輪存在一定磨損。齒輪的好壞是否失效是整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是否能正常工作的關(guān)鍵。</p><p>　　通過應

80、力分析，能夠找到齒輪的最大應力點，由此點的應力是否超過許用應力來判斷齒輪的設(shè)計是否合理。如果超過了許用應力就應該修改零件的尺寸，直到應力分析合格為止。</p><p>　　齒輪軸的材料是，查找資料得知該材料的屈服極限是590。</p><p>　　給齒輪軸加載約束，在齒輪的兩邊軸上有軸承的5個方位的約束(除了Z軸軸向)，在軸肩處有一個殼體關(guān)于Z軸軸向的約束。為了簡化一下嚙合時的受力，在齒輪

81、的一個齒上也有固定約束。</p><p>　　由前幾章可得知，轉(zhuǎn)向盤外徑380mm，轉(zhuǎn)動力取駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤輪緣上的最大瞬時力700N，由此可得最大轉(zhuǎn)矩為133000N.mm。轉(zhuǎn)矩作用在齒輪軸和轉(zhuǎn)向輸出軸連接的部位。</p><p><b>　　執(zhí)行分析可得：</b></p><p>　　圖4-1 齒輪軸的應力分析(1)</p>

82、<p>　　圖4-2齒輪軸的應力分析(2)</p><p>　　由上面兩個圖可知，最大應力為51，而且如圖4-2可知齒輪的最大應力是在齒根處。應力大小符合要求，齒輪的設(shè)計滿足要求。</p><p>　　而且第二章的齒輪抗彎強度校核中所得結(jié)果為53.2，與有限元分析所得到的數(shù)值結(jié)果基本相等，由此也可以得知這次所做的對齒輪軸的有限元仿真基本正確。</p><p&

83、gt;　　對從動齒條的強度分析</p><p>　　齒條也是轉(zhuǎn)向機中重要的部件，它承受從齒輪傳遞過來的轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成水平上的力，從而完成汽車的轉(zhuǎn)向，因而齒條的工作好壞也對整個轉(zhuǎn)向有決定性的意義。</p><p>　　齒輪的材料是45號鋼，其屈服極限是290。</p><p>　　齒輪軸兩端固定，中間簡化出輪齒條嚙合狀態(tài)，在一個齒上加載轉(zhuǎn)矩133000 N*mm。

84、</p><p><b>　　執(zhí)行分析可得：</b></p><p>　　圖4-3 齒條的應力分析</p><p>　　如圖(4-3)可知，最大應力為52.3，而且最大應力是在齒根處。應力大小符合要求，齒輪的設(shè)計滿足要求。</p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><

85、p>　　通過應力分析，直觀地顯示齒輪和齒條的受力情況，能夠方便得看出應力集中的位置，配合不同應力的彩色分布表便于檢查齒輪齒條的應力是否符合要求。如果最大應力超過了應力值就應該返回三維建模中修改尺寸，直到應力分析合格為止。本分析結(jié)果是主要零件符合應力要求，而且齒輪齒條的應力集中點均在齒根處，也就是說齒根是整個零件最容易損壞的部位。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p

86、><p>　　本文對一款微型汽車轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向機和轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)進行設(shè)計，使用AutoCAD和CATIA軟件進行二維三維模型圖的建立，并利用CATIA軟件的有限元分析功能對主要傳動零件進行應力分析。目的是在設(shè)計過程中熟悉一般汽車部件的設(shè)計過程，熟練掌握相關(guān)工作軟件，為將來的工作打下堅實的基礎(chǔ)。</p><p>　　通過本論文的研究，整個設(shè)計結(jié)論如下：</p><p>　　1、根

87、據(jù)所選車型和技術(shù)要求對轉(zhuǎn)向機以及轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)進行了方案選定和初步的設(shè)計，轉(zhuǎn)向器類型選定齒輪齒條式，并根據(jù)具體情況選擇無助力式轉(zhuǎn)向。</p><p>　　2、根據(jù)資料選定所需部件的材料，初定了主要零件的尺寸，根據(jù)初定尺寸取確定其他零件的尺寸，通過校核發(fā)現(xiàn)初定的尺寸符合要求。</p><p>　　3、利用AutoCAD和CATIA軟件繪制了二維和三維模型，并在建模的過程中對初定尺寸進行修訂，最

88、后做出正確的模型。</p><p>　　4、利用CATIA的分析模塊對主要傳動零件進行應力分析，結(jié)果符合材料的應力要求。而且通過分析結(jié)果可以得知齒輪齒條傳動是最大應力值均在其齒根處。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在此，首先感謝我的指導老師，他經(jīng)驗豐富，學識淵博，給我提出的意見很到位，讓我認識到自己設(shè)計的問題

89、所在，為我指出了設(shè)計的方向，這些都為我順利完成畢業(yè)設(shè)計起到了舉足輕重的作用。此外，這些時間來對我的諄諄教誨，教授我的知識，也在我的心底扎根生芽，不僅在畢業(yè)設(shè)計的寫作過程中，而且對以后學習生活，都是一筆很大的財富。</p><p>　　另外，在本設(shè)計的寫作過程中，還得到了教研室各位老師的悉心指導。他們這些時間來傳授我的知識和道理都令我今生受益匪淺。</p><p>　　這段學習的生活馬上就要

90、結(jié)束，畢業(yè)設(shè)計是我們最后一次作業(yè)。它是對這段時間學習生活的總結(jié)，又是我們新的起點的開始。有了它的存在，使我們知道了自己存在的不足，為我們進一步完善自我做了準備。</p><p>　　此外，還要感謝大量參考文獻的編著者等，他們?yōu)槲业脑O(shè)計進行提供了大量的理論指導，在此不再一一致謝。</p><p>　　請允許我再次表達最誠摯謝意！</p><p><b>　　

91、參考文獻</b></p><p>　　石美玉.轉(zhuǎn)向系統(tǒng).化學工業(yè)出版社.2004年5月</p><p>　　齊志鵬.汽車懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理與維修.人民郵電出版社.2003年3月</p><p>　　盛選禹，唐守琴.CATIA有限元分析命令詳解與實例.機械工業(yè)出版社 2005.3</p><p>　　龍坤，唐俊.CATIA V

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99、t;　　畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告</p><p>　　題 目： 微型車轉(zhuǎn)向機設(shè)計與應力分析 </p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　類 別

100、 </p><p>　　層 次 </p><p>　　學 生 </p><p>　　班 號 </p><p>　　學 號

101、 </p><p>　　指導教師 </p><p>　　開題報告日期 </p><p><b>　　哈爾濱工業(yè)大學</b></p><p><b>　　年 月</b></p>

102、<p>　　1課題研究的目的和意義</p><p>　　汽車的制動性是汽車的主要性能之一。汽車的制動性能直接關(guān)系到人們的生命及財產(chǎn)安全，是汽車行駛的重要保障。</p><p>　　汽車的制動性主要由制動效能、制動效能的恒定性、制動時汽車的方向穩(wěn)定性三方面來評價。制動效能是指在好路面上，汽車的制動距離或制動時的減速度。它是制動性最基本的評價指標。制動效能的恒定性主要是指制動器的抗熱

103、衰退性能?？篃崴ネ诵阅苁侵傅母咚贂r或下長坡連續(xù)制動時制動效能保持的程度。制動時汽車的方向穩(wěn)定性通常用制動時汽車按給定軌跡的行駛能力。制動時汽車發(fā)生跑偏、側(cè)滑或失去轉(zhuǎn)向能力，汽車將偏離原來的軌跡。</p><p>　　當制動器制動力足夠時，制動過程中可能出現(xiàn)三種情況：①前輪先抱死拖滑，然后后輪抱死拖滑；②后輪先抱死拖滑，然后前輪抱死拖滑；③前后輪同時抱死拖滑。情況①是較穩(wěn)定工況，但彎道行駛時，汽車失去轉(zhuǎn)向能力，情況

104、②使后軸側(cè)滑，是不穩(wěn)定工況，情況③可以避免后軸側(cè)滑同時前轉(zhuǎn)向輪只有在最大制動強度下才使汽車失去轉(zhuǎn)向能力。</p><p>　　若前后輪同時抱死拖滑，則產(chǎn)生最大地面制動力，所需的整個地面制動系制動器制動力最小，此時充分發(fā)揮了制動效能，制動系的效率最高。所以前、后制動器制動力分配的比例將影響到汽車制動時的方向穩(wěn)定性和制動系的工作效率。在任意附著系數(shù)路面上，前后車輪同時抱死的條件是：前后車輪制動器制動力之和等于附著力；

105、并且前后車輪制動器制動力分別等于各自的附著力。</p><p>　　為了通過實驗研究得出車輛在制動過程中前后輪最佳的制動力分配比例，就必須研究車輛在制動過程中的前后輪慣量轉(zhuǎn)移情況，本設(shè)計的意義也就在于此。電控調(diào)整式整車慣量模擬盤，可以實現(xiàn)慣量盤在轉(zhuǎn)動過程中通過旋轉(zhuǎn)半徑的改變，從而來改變轉(zhuǎn)動慣量，用以模擬在制動過程中前輪慣量增大或后輪慣量減小的情況，以實現(xiàn)合理地分配前后制動力。</p><p&g

106、t;<b>　　2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　目前，國內(nèi)普遍在研究基于電慣量的汽車慣性式制動試驗系統(tǒng)的設(shè)計思想,其關(guān)鍵點是用電動機按照一定的控制算法輸出力矩和轉(zhuǎn)速來模擬機械慣量,即用“電慣量”代替“機械慣量”,這樣不僅設(shè)備占地少,投資少,而且調(diào)試方便,能連續(xù)調(diào)整。但該方案,硬件投資大,控制復雜,為減小投資風險,在實際研發(fā)前利用仿真技術(shù)對方案進行可行性分析和研究是十分必要的。&

107、lt;/p><p>　　電慣量制動器試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，與機械結(jié)構(gòu)比較可以看出，慣量制動器試驗系統(tǒng)和機械慣性式制動器試驗系統(tǒng)，的主要區(qū)別是：電慣量制動器試驗系統(tǒng)取掉體積龐大的機械慣量盤;電動機在電慣量模擬控制系統(tǒng)的控制下模擬機械慣量盤。</p><p>　　圖1 電慣量制動器試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1—可調(diào)速電機; 2—聯(lián)軸節(jié); 3—減速箱; 4—支承座;6—主動

108、軸法蘭; 7—試件(制動鼓) ; 8—試件(制動蹄) ; 9—從動軸法蘭; 10—從動軸; 11—從動軸座;12—電慣量模擬控制系統(tǒng); 13—制動器試驗控制系統(tǒng)</p><p>　　制動力矩經(jīng)電慣量模型運算后得到電慣量模擬轉(zhuǎn)速 ,它和電動機實際轉(zhuǎn)速ω的差經(jīng)電慣量控制器處理后得到電機的控制信號U,它控制電機模擬機械慣量盤。</p><p>　　圖2 電慣量制動實驗系統(tǒng)</p>

109、<p>　　電慣量的數(shù)學模型將機械慣量盤的數(shù)學模型為目標模型, 并進行拉氏變換可得電慣量的輸入輸出模型:</p><p><b>　　(2.1)</b></p><p>　　其中: ——電慣量模擬轉(zhuǎn)速; ——制動力矩</p><p>　　無論是經(jīng)典控制理論，還是現(xiàn)代控制理論,研究的主要目標是被控對象，即一旦對象的精確數(shù)學模型或合適的簡

110、化模型得以建立，系統(tǒng)的控制問題便可以迎刃而解。在實際應用中，要精確了解電動機及控制器等被控對象的數(shù)學模型非常困難，由于被試產(chǎn)品的不確定性，因此,基于數(shù)學模型的控制算法就不適用。針對被控對象的這一特點，本系統(tǒng)引用了改進的仿人智能控制算法。</p><p><b>　　(2.2)</b></p><p>　　式中 ——比例增益系數(shù);</p><p&

111、gt;<b>　　k——抑制系數(shù);</b></p><p>　　M ——Bang - Bang控制誤差限;</p><p>　　Un ——第n 步控制輸出;</p><p><b>　　——第n步誤差;</b></p><p>　　——第i次誤差極值。</p><p>　　仿

112、人智能控制以人對控制對象的觀察、記憶、決策等智能行為為基礎(chǔ),根據(jù)系統(tǒng)偏差e及偏差的變化趨勢來確定控制策略。當系統(tǒng)誤差增大( > 0)或保持不變( = 0, e≠0) ,仿人智能控制采取閉環(huán)比例控制,使系統(tǒng)誤差停止增加;當系統(tǒng)誤差減小( < 0)或為零( e = 0) , 仿人智能控制采取開環(huán)保持控制, 并不斷累積系統(tǒng)誤差極值, 修改保持控制值, 調(diào)節(jié)控制量,使系統(tǒng)誤差保持在允許范圍;當系統(tǒng)誤差大于設(shè)定誤差限( | e | ≥

113、M ) , 仿人智能控制采取開環(huán)Bang -Bang控制,使系統(tǒng)誤差迅速減小。從以上算法分析可以看出:仿人智能控制研究的主要目標是控制器本身如何模仿人腦的結(jié)構(gòu)和行為功能,即建立控制器的知識模型,通過控制器自身的智能行為去對付對象及其環(huán)境的各種變化, 而不必考慮對象數(shù)學模型的建立。</p><p>　　3課題主要研究內(nèi)容及方案</p><p>　　制動系統(tǒng)是汽車的重要系統(tǒng),為了保障汽車的行車

114、安全,各國都在汽車的制動性能、結(jié)構(gòu)和試驗評價方法方面制定了相應的法規(guī)和標準。目前,國內(nèi)外的制動試驗系統(tǒng)普遍采用機械方式,用大型慣量盤的旋轉(zhuǎn)慣量模擬汽車直線運動的慣量。這種大型慣量盤制造費用高,不僅安裝、調(diào)整不方便,而且調(diào)整慣量也不連續(xù)。針對該問題,提出了電控調(diào)整式整車慣量模擬盤制動試驗系統(tǒng)的設(shè)計思想。</p><p>　　機械慣性式制動試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由可調(diào)速電動機、電動機調(diào)速系統(tǒng)、慣量盤、制動器及制動器試驗