某型汽车转向系统设计及常见异响故障分析与维修

喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 题 目 某型汽车转向系统设计及常见异响故障分析与维修 学 院 专 业 学生姓名 学 号 年级 校内指导教师 职称 校外指导教师 职称 20 年 月 日 某型汽车转向系统设计及常见异响故障分析与维修 专 业： 学 号： 学 生： 指导教师： 摘要：转向系统是用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置，是汽车必不可少的一个组成部分，所以汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要。本课题首先通过对齿轮和齿条式转向装置的研究，完成了对齿轮齿条式转向装置的设计。之后，通过受力分析和计算完成了对转向操纵装置及传动装置的设计。最后，基于转向系统常见的异响故障进行了分析，提出了相关的策略，技术措施，通过实际检验，较好的解决了异响问题。` 关键词：转向系；齿轮齿条转向器；异响故障；齿条卡滞 Steering System Design of A Certain Automobile And Analysis And Maintenance of Common Abnormal Sound Failures Abstract: The steering system is a series of devices used to change or maintain the driving or backward direction of a car. It is an indispensable part of a car, so the steering system of a car is of great importance to the safety of the car. Firstly, through the research of gear and rack steering gear, the design of rack and pinion steering gear has been completed. 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 录 绪论 1 1 转向系统的总体设计 3 1.1 转向系的简介 3 1.2 转向系的设计要求 3 1.3 系统设计流程 4 1.4 转向系统的主要结构设计 4 1.4.1 方向盘设计 4 1.4.2 转向传动轴设计 5 1.4.3 转向器设计 5 1.4.4 转向传动机构设计 5 1.4.5 动力转向器设计 5 2 齿轮传动系统设计 7 2.1 齿轮齿条参数设计 7 2.1.1 齿轮齿条转向器布置形式 7 2.1.2 转向器传动比计算 9 2.1.3 齿轮齿条设计计算 10 2.1.3 齿轮的强度校核 11 2.2 齿轮材料的选择 13 2.3 轮齿条转向器优缺点 13 2.4 齿轮齿条式转向器和转向梯形相对位置 13 3 转向操纵装置及传动装置的设计 15 3.1 方向盘设计 15 3.1.1 方向盘功能描述 15 3.1.2 方向盘设计要求 16 3.1.3 难点及解决方案 16 3.2 方向盘万向转动节设计 16 3.2.1 万向节结构方案分析 17 3.2.3 万向传动的运动和受力分析 17 3.2.4 万向节设计 17 4 常见异响故障分析与维修 19 4.1 齿轮齿条转向器异响统计 19 4.2 齿条锈蚀卡滞造成卡滞异响 19 4.3 小齿轮窜动造成的异响 20 4.4 齿轮与齿条啮合间隙过大造成的异响 21 5 结论 22 参考文献 23 致谢 24 绪论 转向系统在汽车结构中占有很重要的位置，转向系统的优点直接影响到汽车的安全性、稳定性和舒适性，一个优秀的转向系统可以节约很多的能量。转向系统表示出了简单的一点，即改变汽车的方向。它是由转向装置和转向装置组成的。随着汽车技术的不断发展，汽车转向系统由最简单的纯机械转向系统、液压动力转向系统(HPS)、电控液压动力转向系统(EHPS)、电动转向系统(EPS)和线缆控制转向系统(SBW)的发展组成。 汽车转向系统是汽车主要的安全部分。 汽车转向系统的类型是用来维持或改变汽车的方向，驱动汽车的方向，同时也要确保方向盘的角度关系的协调，驾驶员通过操纵转向系统，使车保持直线或转动，或者使其达到两种运动变形。 转向系统由方向盘、转向轴、转向和转向拉杆、基本转向节驱动，并被称为机械转向系统、某些汽车和动力转向系统、转向节减震器和防伤害等。驾驶员的切向力作用在方向盘上，方向盘进入力矩，然后通过转向齿轮的增加，然后穿过转向杆和方向盘，用于克服转向阻力，同时，方向盘的角位移转换为方向盘周围的转角。 方向盘配有减少司机的力量在方向盘上。转向减振器用于减弱方向盘的摆动，减轻从道路到方向盘的冲击载荷。为了防止汽车和其他物体的正面碰撞，转向系统有一个反伤害机制。 传统机械转向系统诞生于1902年，它是没有助力的纯机械式的转向系统，尤其汽车在停车或低速行驶下对转向系操纵的难度很大。所以现在大都是助力转向系统，而现在使用最多的电动助力转向系统是20世纪80年代出来的一种机电技术，它于1988年第一次开发出EPS，分别装备在了Cervo车和Alto车上。 国内改革开放以来，汽车工业发展迅猛。作为汽车关键部件之一的转向系统也得到了相应的发展，基本已形成了专业化、系列化生产的局面。有资料显示，国外有很多国家的转向器厂，都已发展成大规模生产的专业厂，年产超过百万台，垄断了转向器的生产，并且销售点遍布了全世界。国内EPS的研发起步有些落后,但是已列入高新科技产业项目其中之一。清华大学、同济大学、华中科技大学等高校先后开展了一些有关的研究,在系统建模与助力特性这些地方得到了一定的成果。. 本课题首先通过对齿轮和齿条式转向装置的研究，完成了对齿轮齿条式转向装置的设计。之后，通过受力分析和计算完成了对转向操纵装置及传动装置的设计。最后，基于转向系统常见的异响故障进行了分析，提出了相关的策略，技术措施，通过实际检验，较好的解决了异响问题。` 26 1 转向系统的总体设计 在进行转向系前，需确定车辆的基本参数，才能进一步进行设计。参考相关车型及估算可获得本设计所需的基本参数，其基本参数详见下表： 表1-1 某车型的基本配置 序号 项目名称 计算结果 1 外廓尺寸（长宽高 mm） 3995X1620X1900 2 轴距（mm） 2700 3 前轮距（mm） 1386 4 整备质量（Kg） 1150 5 总质量（kg） 1950 6 轮胎规格 175/70 R14 7 前悬架形式 麦弗逊 8 驱动方式 前置前驱 1.1 转向系的简介 转向系统是用来改变或保存汽车运动方向的装置，转向系统对于汽车的安全性至关重要，因此转向系统的部件被称为安全装置。汽车转向系统和制动系统是两个系统,汽车安全必须重视。转向系统主要包括:方向盘、转轴、转向器、转向机、动力转向等。 图1-1 转向系统示意图 1.2 转向系的设计要求 转向系应满足下述要求; （1）当汽车转弯时,所有的轮子都应该围绕着瞬时中心。 （2）转向轮必须拥有自动恢复能力。 （3）在驾驶情况下,方向盘不可以产生自振,方向盘不摇摆。 （4）转向机构和悬架导向装置引起的移动不同步，让车轮表现的摆动应最小。 （5）变更方向方便，最小的过弯直径小。 （6）操作起来容易。 （7）转向轮对方向盘的反冲力应该尽可能小。 （8）在转向装置和转向装置中应该有间隙调整装置。 （9）能保护驾驶员免受伤害或减轻受伤。 （10）方向盘的旋转方向与车辆行驶方向的变化一致。 正确的设计转向梯形机制能够确保所有的轮子在转弯时都能在瞬时中心旋转。自动修正能力取决于方向盘的方向盘定位参数和转向效率的大小。方向盘合理的定位参数，正确选择转向的方式，可以保证汽车有良好的自动校正能力。当转向阻尼器被设定在转向系统时，它能够防止方向盘产生振动而方向盘上的后坐力明显减小了。为了具有良好的机动性能，方向盘必须有尽可能大的转角，其最小转弯半径可达2 ~ 2.5倍的轴距。 1.3 系统设计流程 总体参数确定 转向系统结构确定 零部件设计 分析校核 校核 工程制图 完成任务书 不满足要求 图1-2设计流程图 本文的设计流程可参见上图。 1.4 转向系统的主要结构设计 1.4.1 方向盘设计 司机通过控制方向盘并根据司机的意图或改变方向保持汽车行驶。另一方面，当汽车发生车祸时，无论是由于转向盘或驾驶碰撞方向盘的结果，都可能使驾驶员受到伤害，因此方向盘是重要的安全部件，方向盘设计应满足以下基本要求: （1）发生车祸时，使驾驶员受到的伤害尽可能小 （2）不妨碍驾驶员观察仪表板上的仪表 （3）有良好的耐磨性 （4）不易燃烧 （5）不易反光 转向盘由轮缘、轮辐和轮毂三部分组成。轮辐有1-4根，采用一根轮辐有利于观察仪表，要使转向盘的刚性达到要求，需要使用增强材料。有4根轮辐的转向盘，即使有了达到需求的强度，但不利于驾驶员清晰观看表盘，轮辐应有足够大的面积，以利驾驶员的身体与转向盘发生冲撞接触时，能减轻他们之间产生的压力。 1.4.2 转向传动轴设计 转向传动轴可以用一根钢管制成。考虑到拆卸方便，平头汽车翻转驾驶室的需要和安全性的要求，也可以在转向传动轴上采用1-2个十字轴万向节或者一个挠性万向节此时转向传动轴不再是一根轴，有些汽车的转向传动轴采用断面为六边形（或十字型）的轴管和六边形（或十字形）的轴组合而成。 1.4.3 转向器设计 历史上有许多形式的变化，但许多已经被消除。根据帮助形式分类，转向器可分为机械式(无动力)和动力式(有动力)。机械操舵装置可分为齿轮齿条式、圆球式、蜗杆式指销式、圆球曲柄销式、蜗轮型等。常用的是齿轮齿条式、圆球式、蜗杆曲柄销型。小齿轮式舵机是最简单的舵机类型。它具有结构简单紧凑、刚度大、成本低、转向灵敏、正反攻击率高、易于布置、特别适用于蜡烛式悬浮液和麦弗逊悬挂的特点，也可直接驱动拉杆，简化转向传动机构。因此，它被广泛应用于汽车、微型和轻型卡车。滚珠式操舵装置非常高，操作方便，寿命长，工作稳定可靠。但是由于攻击率很高，很容易将道路的影响推到方向盘上。动力转向装置是机械和舵机的结合。根据不同的传动介质，动力转向装置有气压和液压两种类型。液压系统工作时无噪声，工作滞后时间短，而且能吸收来自不平路面的冲击。 1.4.4 转向传动机构设计 操舵杆组成的转向装置和转向梯形。其功能主要是使摆臂摆动，通过直拉杆和转向节臂，传递到方向盘上偏转。与此同时，汽车的旋转角度和转角之间有一定比例的比例。 1.4.5 动力转向器设计 随着转向杆的增加对司机的控制，方向盘的转动也增加了，为了降低手的重量，来达到操控光的要求，在转向系统中有动力转向装置的动力功能。除了复杂的结构以及引擎的部分动力和成本之外，动力转向装置在机械转向装置上有明显的优势，所以每年的装载率都在增加。 2 齿轮传动系统设计 齿轮齿条式转向齿轮传动装置的传动装置和机架，简单的结构，方便的布局，简单的制造，但是转向齿轮比较小(一般不超过15)和长度方向的不均匀磨损，所以只有微型的汽车和汽车被广泛使用。通常在前轮轴线之后。转向机的主动部分是螺旋形的圆柱小齿轮，该小齿轮与壳体中的运动部件啮合，齿条固定在主体或框架上。架子用两个球形接头直接连接到两个独立的左和右杠上，水平拉杆和梯形臂连接在一起。 2.1 齿轮齿条参数设计 2.1.1 齿轮齿条转向器布置形式 根据输入齿轮的位置和输出特性，有四种类型的齿条式转向器： （1）中间输入，两端输出； （2）侧面输入，两端输出； （3）侧面输入，中间输出； （4）侧面输入，一端输出； 图2-1 四种类型的齿条式转向器 在侧向输入和中间输出方案的情况下，支架的左右拉动杆延伸到靠近汽车的大致对称平面。随着拉杆的长度增加，当轮子跳跃时拉杆的摆动角度会减小，这有助于降低转向系统和悬挂系统的运动干扰，当轮子上下跳动时。连杆和齿条固定在一个固定的连接上，所以这两个连杆和齿条在同一时间移动到左边或右边，所以在方向盘上有一个很长的沟槽来降低它的强度。 当两端的输出方案被采用时，转向杆的长度是有限的，很容易引导悬挂系统。但其结构简单，制造方便，成本低，经常用于小型车辆。 在平车中通常使用具有侧输入和一端输出的小齿轮式转向器。 如果齿轮齿条式转向齿轮与直齿架啮合，运行稳定性降低，出拳力很大，工作噪声也随之增大。另外，由于这个原因，齿轮轴和齿条轴线之间的角度只能是直角，因为一般的布局不适合被消除。采用螺旋形圆柱齿轮和啮齿类锥齿轮齿式齿轮齿条式传动装置，联系比增加，平稳操作，冲击和噪声减少，齿轮和齿条轴的角度很容易满足整体设计的要求。由于螺旋结构的轴向力，转向机应用于推力轴承、缩短寿命和斜齿轮的滑动。 根据对四种不同类型转向器的对比选择，本课题将采用侧面输入两端输出的齿轮齿 条转向器。 根据齿轮齿条式转向器和转向梯形相对前轴位置的不同，齿轮齿条式转向器在汽车上有四种布置形式：转向器位于前轴后方，后置梯形；转向器位于前轴后方，前置梯形； 转向器位于前轴前方，后置梯形；转向器位于前轴前方，前置梯形。 图2-2 齿轮齿条式转向器四种布置形式 齿轮齿条式转向器广泛应用于乘用车上，载质量不大，前轮采用独立悬架的货车和客 车有些也用齿轮齿条式转向器。 2.1.2 转向器传动比计算 方向盘的直径DSW有一系列的维度。当使用大直径时，驾驶员将很难进出驾驶室。如果选择较小的直径，驾驶员将施加更大的动力使汽车难以控制。根据原始数据,查阅GB/T5911-1986《转向盘尺寸》选择取DSW=360mm。初选作用在方向盘上的力矩为Mh=200 N*m；则可以由下式求得 Fh=MhDSW （2-1） 式中Fh—作用在转向盘上的转向操纵力，N。 经计算Fh=555.65N 因为要安全的行驶，组成转向系的各零件必须达到需求的强度。要验证转向系零件的强度，就需要先确定施加在各零件上的力。影响这些力的主要原因有转向轴的负荷、路面阻力和轮胎气压等。为转动转向轮要克服的阻力，包括转向轮绕主销转动的阻力、车轮稳定阻力、轮胎变形阻力和转向系中的内摩擦阻力等。 要准确地计算这些力是非常困难的。为了达到这个目的，半经验公式用来计算出路面上的阻力MR，MR可由下式求得： MR=f3G13p （2-2） 式中：f——轮胎和路面间的摩擦因数，f=0.65 G1—转向轴负荷，初步设计时，对于前置前驱车辆转向轴负荷按总质量的55%计算，则计算时取G1=1950Kg*9.8m/s2*55%=10510.5N P——轮胎气压，P=1Mpa 经计算MR=233467.89N*m 由式（3-8）可知，传动比ip可由下式求得 ip=MrDswMha （2-3） 式中：Mr—转向关节的转向力矩，N*m;其有其转向传动机构和转向机构的布置结构所决定.计算时取Mr=2346.75N*m Dsw—方向盘直径，Dsw=360mm； a——主销偏移距，通常乘用车的a值在0.4-0.6倍轮胎的胎面宽度范围内选取，由表2-1可知175/70 R14.轮胎胎面宽度为175mm，则本文取a=105mm Mh—作用在转向盘上的力矩，Mh=200N*m； 则ip=40.23 2.1.3 齿轮齿条设计计算 2.1.3.1 轴径计算 齿轮齿条的轴直径可按下式进行估算： d≥34MRaπσ （2-4） 式中：MR—原地阻力，MR=233467.89 N*m； 计算时取a=105mm； σ—扭转极限强度，计算时取σ=50Mpa 经计算d≥6mm，参考同类产品，这里取d=30mm。 2.1.3.2 齿轮基本参数计算 架的实际上是一个无穷无尽的齿轮的一部分。当牙齿的数量无穷大时，齿轮的基本圆直径是无限的。根据渐开线渐开线的形成过程,变成了一条直线。牙齿的齿侧轮廓线的齿形图，每个点上的每个点都是平行的，而架是翻译的，当每一个点的传输速度都是相同的大小和方向的，所以牙齿的齿形的齿形的压力角度是一样的，大小等于牙齿的倾斜角度。牙齿上的齿条相互平行,所以任何线平行的分界线,周是相等的。 齿轮的节距圆总是与齿轮与齿条啮合时的分度圆重合。当不垂直的小齿轮轴和长轴。只有齿条传动角变速比的齿条，小齿轮的普通模块和小齿轮齿。在设计时,只有合理选择这些参数可以获得所需的传动比。然而，小齿轮的模量不应太小，否则，齿廓会太靠近齿的顶，不利于润滑，容易造成再导件堵塞现象。 主齿轮的参数:小齿轮和齿条转向齿轮为倾斜齿，齿轮模量在2 ~ 3mm之间，主动小齿的数量在5 ~ 7之间。这里选取Z1=6，压力角α=20°。齿轮的转速n=60rpm，精度等级为8级，使用年限不低于5年。这里选取齿轮模数m=2。 齿条长度确定，齿条的长度的确定需要根据车辆总成布置，分析转向梯形，前桥调动量以及驾驶室人机工程学以后才能综合确定齿条长度。这里选用同类车型的齿条长度，取转向器总长为750mm。 下表为齿轮及齿条的基本参数 2.1.3 齿轮的强度校核 齿根弯曲强度与齿根弯曲应力和齿轮的材料的许用弯曲应力有关。计算齿根弯曲应力时，可以把齿轮视为悬臂梁。斜齿轮的接触线是倾斜的，齿轮的弯曲受力状态较为复杂，危险剖面的形状不规则并且其位置也在变化，精确分析较为困难。为了简化计算，通常以斜齿轮的当量直齿圆柱齿轮作为基础，采用与直齿轮基本相同的方法进行计算。斜齿轮接触线的倾斜度有利于弯曲强度，引入螺旋角系数Yβ加以修正。 斜角齿轮的弯曲疲劳强度是： σF=2KT1bd1mnYFaYsaYεYβ （2-5） 式中：K—载荷系数，一般计算时取K=1.1； T1—齿轮的输入扭矩，T1=Mr=23N*m b—齿轮宽度，b=30mm； d1—主动齿轮分度圆直径，d1=12.24mm； mn—法面模数，mn=2mm； YFa—齿形系数，与齿轮轮廓有关，查阅参考文献[5]图5-14可确定YFa=1.3； Ysa—应力修正系数，用它考虑齿根过渡圆角处的应力集中。查阅参考文献[5]图5-15. Ysa=1.9 Yε—计算齿根部弯曲强度的重合度系数。可由下式求得： Yε=0.25+0.75cos2βbεa （2-6） 式中：εa—端面重合度，计算时取εa=1.5 其余参数同上述，经计算则Yε=0.73 Yβ—螺旋角系数，Yβ可由下式求得： Yβ=1-εββ120° （2-7） 式中：εβ—轴向重合度，计算时取εβ=1； 经计算Yβ—0.89 将上述参数带入式3-11可求得斜齿轮的齿根弯曲疲劳应力σF=11.28Mpa＜ [σF]=500Mpa.满足强度要求。 齿表面的接触强度与齿表面的接触应力和齿表面的接触应力有关。螺旋圆柱的接触疲劳强度的计算方法和齿轮的相似度是一样的，齿面的接触压力是根据齿轮节点计算的。不同之处在于，由于螺旋齿轮的倾斜，总的重叠部分很大。接触线长度增大，因啮合发生在法面内，故曲率半径应按法面计算。齿面接触应力可用下式求得： σH=ZHZEZεZβ2KT1(u+1)bd12u （2-8） 式中: ZH—节点区域系数,可由下式计算： ZH=2cosβbcosatsinat （2-9） 经计算：ZH=2.44 ZE—弹性系数，本文主从动齿轮均材料均选用40Cr，则ZE=188.9Mpa1/2 Zε—计算接触强度的重合系数，计算时取Zε=0.75 Zβ—螺旋角系数，Zβ=cosβ=0.987 u—传动比，计算时取u= ip=40.23 其余参数同上述，将参数带入式3-14可求得σH=523.548Mpa＜[σH]=980Mpa 满足强度要求。 2.2 齿轮材料的选择 小齿轮：齿轮常用于国内常用、优良的20CrMnTi合金钢性能，热处理采用表面渗碳和淬火工艺，齿面硬度HRc58 ~ 63。小齿轮选择和20CrMnTi有更匹配的40Cr，作为啮合对。机架的热处理采用高频淬火工艺，表面硬度HRc50 ~ 56。 2.3 轮齿条转向器优缺点 小齿轮式操舵装置的优点：结构简单，结构紧凑;外壳由铝合金或镁合金制成，而转向装置的质量相对较小。传输效率高达90%;敏感的;由于齿轮和齿间的磨损在中场休息后，在架子的后部，靠近运动的小齿轮的紧实力可以在弹簧上调整，可以在间歇时自动消除齿间的间隙这不仅可以提高转向系统的硬度，影响和噪音也可以防止工作;转向装置的体积很小;没有转动摇臂和直拉杆，方向盘的角度可以增加，制造成本也很低。它尤其适合使用蜡烛和麦克弗森的悬挂，易于装饰。因此，它已广泛用于小汽车、小型和轻型货车。这是齿轮和齿条式转向装置的主要缺点，因为高速公路的效率为60%，在粗糙路面上行驶的汽车，方向盘和路面的撞击，可以延伸到大部分的方向盘，称为后座力。后座力的现象可以让司机感到紧张，而且很难准确地控制汽车的行驶方向。方向盘的突然旋转会让司机同时进入车里。中间输出驾驶员造成伤害。 2.4 齿轮齿条式转向器和转向梯形相对位置 转向梯形机构是用来确保当汽车转弯时，所有的轮子都可以在瞬间中心转动，而在不同的圆上不滑动纯滚。设计转向梯形的主要任务之一是确定最佳参数和强度计算。一般来说，转向梯形机械装置是在前车轴上安排的，但当引擎位置较低或前车轴被驱动时，也会有前轴。有两种类型的转向梯形，这是一种积分类型和被打破的开放式类型。无论采用什么样的计划，都必须选择正确的转向梯形，当汽车转弯时，确保所有轮子都围绕着瞬时转向中心的驱动，做出不同的圆周运动，不滑动的纯滚动运动。同时，为了达到最小的转动直径，方向盘应该有足够的旋转角度。 车的驱动，弹性轮胎的侧滑角度的影响，所有的轮子都不是沿着长轴的后轴，而是在车的前轴和后轴之间的滚动轴。该点的位置与前轮和后轮的横向角度有关。有很多因素影响了轮胎的侧面角度，而且很难准确判断。 一般要求转向体型满足下图3.1要求的几种情况。图5 - 3b适用于需要较大尺寸的车辆，而较小的车辆则较小;图5 - 3c适用于具有较大尺寸和较小尺寸的车辆。图5 - 3a适用于无花果，5 - 3b和c之间的模型，δ是四连杆的转向角度，这是梯形的基底角度。 图3.1 转向梯形机构优化设计的可行域 3 转向操纵装置及传动装置的设计 3.1 方向盘设计 方向盘(方向盘)是控制汽车，工程机械，农车，等等的方向盘装置。方向盘通常通过花键与转向轴连接。 驾驶员控制方向盘以使汽车与驾驶员的意图保持一致或改变方向。当车辆正面碰撞交通事故时，无论是由于方向盘的后退还是向前碰撞的方向盘，驾驶员都可以伤害驾驶员，因此，方向盘也是重要的安全部件。 3.1.1 方向盘功能描述 方向盘由轮毂，辐条，轮辋和滑轮组成。方向盘的轮毂，轮毂和辐条通常是由钢，铝合金，镁合金或碳纤维制成的。辐条有一个或四个根部。使用轮辐时，观察该仪表是有帮助的。为了确保方向盘足够坚固，必须使用加固材料，也就是核心部分。辐条应该足够大到能够减少驾驶员的身体和方向盘之间的碰撞力。然而，有太多辐条的方向盘有足够的强度和刚度，但它对驾驶员产生了负面影响。 方向盘的中心部分是由内部的一条线杆设计的，这是用来装在方向盘上的。轮毂，辐条框架装配，方向盘和骨架组装的核心部件是通过注射塑型或泡沫成型工艺的方向盘本体，高级方向盘在包裹的外部是一层皮革，几乎所有的uf或缝纫都是手动操作的。在方向盘上也有印着桃木图案的图案。皮肤的纹理和图案是根据汽车的整体协调，创新和功能决定的。 当汽车碰撞时，从安全角度考虑，方向盘不仅是由外皮肤的软，缓冲作用所需要的，而且还需要在碰撞时的方向盘，骨架，能够产生特定的变形来吸收冲击能量，从而减轻驾驶员的损伤程度。方向盘上装有扬声器按钮，一些汽车的方向盘上安装巡航和车载娱乐系统，以控制在碰撞过程中保护驾驶员的开关和气囊。随着汽车工业的发展，气囊系统的方向盘越来越广泛用于汽车工业，主要由气囊，燃气发生器，传感器等组成。感觉信息一旦车辆碰撞、传感器、控制单元、比较,判断信息,工作指令为气球膨胀的气体发生器,气球的脆弱在方向盘盖中部和膨胀,充满气体轴承的气囊,保护头部和胸部。 由于驾驶员通常将方向盘紧贴在方向盘上，并且不停止旋转，所以需要选择具有良好耐磨性能的材料来制造方向盘。发生汽车意外火灾时，乘员的生命安全受到危害。为了减少对居住者的伤害，车内的内部装饰部分，包括方向盘，应该由阻燃材料制成。采用FMVSS 302、jisd1201等方法对燃烧性能进行了评价。方向盘的反射是驾驶员眼花缭乱的原因之一，它可以干扰安全驾驶。国外的抗眩光标准是FMVSS 107和ADR 12。 司机一直紧靠方向盘的边缘，所以需要方向盘的形状和尺寸符合人体工程学的要求，而且不应该在很长一段时间内感到疲劳。铁芯通过电弧焊接、电阻焊接、铆接等方式与各部件连接。随着汽车工业的发展，这一过程即将被逐步淘汰，取而代之的是用压铸的方法来连接轮毂、轮辋和辐条，内部核心也被转化为压铸。使用压铸铝镁合金材料的方法不仅简化了生产过程的方向盘,也满足轻量级的产品的需求。 3.1.2 方向盘设计要求 设计方向盘应该满足以下基本要求: （1）发生正面碰撞时，应尽可能少地损伤驾驶员; （2）切勿在仪表板上妨碍驾驶员对仪表的查看; （3）有良好的耐磨性能； （4）不易燃烧，不反光。 3.1.3 难点及解决方案 方向盘设计的难点主要有一下几点： （1）方向盘材质的选择；方向盘的材质一般要求阻燃、不反光以及耐磨。 （2） 方向盘布置位置的确定；方向盘的布置位置直接决定了驾驶员操作的舒适性，布置方向盘位置时需通过人机工程来优化布置位置，同时还需满足国家对方向盘的一系列要求。 （3）方向盘与其他元件的集成设计。目前主要集成在方向盘上的是喇叭操纵开关和安全气囊。也有一部分车辆将其他的控制开关集成在方向盘之上。因此合理的优化及布置相关集成部件才能满足使用要求。 （4）个性化设计。目前个性化是年轻人追求的目标，为了提高产品的竞争能力，需对方向盘进行美学设计。 3.2 方向盘万向转动节设计 万向万向节是实现可变角度的动力传递的一部分，用于需要改变驱动轴方向的位置，它是“接合”部分的汽车驱动系统的通用传动装置。万向节和传动轴的组合被称为万向节驱动。在前引擎后轮驱动车，通用的联合驱动装置安装在变速器输出轴和驱动轴主减速器输入轴上;前轮驱动的前轮驱动车辆是驱动轴，通用关节安装在车轴和轮子之间，驱动和转向都有责任。 3.2.1 万向节结构方案分析 在扭转方向上没有明显弹性的通用关节。它可以分为不平等的通用关节，准恒速通用关节和恒速通用关节。本文件中万向节的设计，主要的继电器驱动件与方向盘转矩和变速器转矩、转速和不满意关系，因此可选择简单结构低成本的十字轴万向节。 十字轴万向节的基本结构通常由十字轴、两个轭和滚针轴承组成。两个万向节排列的孔轴在横轴上的两双。为了减少摩擦损耗，提高效率，轴颈上的针筒是由针和袖子组成的。然后把袖子固定在通用的关节叉上防止万能关节叉在离心力下产生。因此，当驱动轴旋转时，驱动轴可以与轴旋转，并且可以在轴中心周围的任何方向摆动。目前，滚针轴承最常见的轴向方向为覆盖型、环型、滑动固定和塑料环定位。 3.2.3 万向传动的运动和受力分析 当输入轴和输出轴之间的角度时，单个万向节十字轴轴线相对于输入轴的输出不是恒速旋转。为了给输入轴和输出轴的相同的速度，可以使用双卡登驱动，但必须确保连接到两个通用关节叉的传动轴上，这是同一架飞机上的，并使通用关节角度相等。 双宇宙联合传输，直接连接到输入输出轴的通用关节叉，这是由相应的轴向力平衡所支撑的，径向力应该是在针辊轴承的底部，在输入轴的输出轴上引起了一种反应。 3.2.4 万向节设计 十字轴的损伤形式主要包括十字轴直径和针管的磨损，横轴和滚轮轴承碗的工作表面有凹痕和剥落。横轴的主要破坏方式为周颈骨折，保证有足够的抗弯强度。 设十字轴轴颈中点处所受到的力为F，则 F= T12rcosα （3-1） 式中：T1—万向传动轴设计计算扭矩，这里选取T1=Mh=200 N*m； r—合力作用线到十字轴中心的距离，计算时取r=0.05m α—主、从动叉的最大夹角，计算时取α=30° 经计算F=5657.71N 十字轴轴颈根部的弯曲应力σw和切应力τ应满足 σw=≤[σw] （3-2） τ=≤[τ] （3-3） 直径d1 = 38。2毫米直径在横轴的直径上，横轴的油路的直径是d2 = 10毫米，而作用力F的作用力线是在距离s = 14毫米的距离，而弯曲压力的允许值是250 - 350mpa，这是剪切压力的允许值。为80-120 Mpa经计算满足强度要求。 4 常见异响故障分析与维修 4.1 齿轮齿条转向器异响统计 转向机是转向系统的核心部件，转向系统决定转向系统的性能。汽车转向系统的故障模式主要是转向，转向，方向，方向，方向，方向偏差，以及偏差。这是最常见的在指导的过程。转向齿轮和齿条是最常见的转向装置，它的结构简单紧凑，体积小，重量轻，生产成本低，传动效率高，目前，在小型货车和汽车上广泛使用。 在转向装置的工作中，异常的噪音是一个常见的错误，噪音会导致司机或机组人员的不舒服。不同的原因表明，齿轮齿条转向装置在设计，加工和装配过程中可能有缺陷。因此，如何提高齿轮齿轮式转向机的转向性能，消除噪音是研究底盘转向系统性能的主要课题之一。 图5-1给出了某公司统计的转向器异响售后维修数据，从图5-1中可以看出转向器异响主要由几方面引起的：1、齿条锈蚀卡滞；2、齿轮齿条啮合过程异响；3、小齿轮异响；4、导套位置异响；5、拉杆异响等原因。下面就齿轮齿条式机械转向器工作过程中最常见的几种异响故障进行分类分析。 图5-1 转向器异响售后维修数据 转向器异响类型 齿条锈蚀卡滞 齿轮齿条啮合过程异响 小齿轮异响 导套位置异响 拉杆异响 其他 占比 58.5% 22% 14% 2% 0.5% 3% 4.2 齿条锈蚀卡滞造成卡滞异响 齿轮锈蚀卡滞造成异响主要表现在；车辆在下线入库前，转向系统均能正常工作，用户使用一段时间后反馈，在车辆转向过程中出现卡滞和异响。更换转向器后故障消失，故判断转向器异响。 通过对故障零件的检测和分析，发现转向机内有更多的泥水。转向齿条严重锈蚀，导致出现转向过程出现卡滞和异响。通过对转向器进一步分拆检和分析发现，转向器壳体与伸缩胶套的连接位置普遍出现卡箍松动的现象。车辆在行驶过程中，经过泥泞路段时泥水首先从该位置深入转向壳体，再进入转向齿条及转向横拉杆球销位置，导致转向齿条齿形面及横拉杆球销位置出现严重腐蚀。由于转向齿条齿形面锈蚀，从而影响小齿轮与齿条的啮合过程，最终导致转向过程出现卡滞和异响问题。针对转向器进入泥水的问题制定了相应的解决措施：a）、对转向器壳体与伸缩胶套的连接位置进行结构优化，加大横拉杆卡槽宽度，增加密封面积。b）、更改卡箍结构，加强其密封性。采用专用的弹簧卡箍代替普通的卡箍。 4.3 小齿轮窜动造成的异响 出现此故障时主要现象为：个别车辆在通过试车跑到的比利时石块路面时，有异响声从底盘传出。在更换专线器后异响消失。故障判断为转向器异响。对转向器故障件进行拆检，并对各子部件尺寸进行测量和分析发现，球轴承层厚度，" C "形状障碍环的安装尺寸，" C "形状的" C "形状的隔板的厚度不耐受性，导致了" C型"的" C "形的洞，在转向的方向上有一个" C "形状的挡板，在转向的时候，小的和中型的齿轮通常会在轴向力的作用下跳跃而下。球轴承与“C”形挡圈相互撞击发生异响。 原机构转向器小齿轮上的球轴承靠标注孔用“C”形挡圈固定在壳体内，本设计结构简单，可加工性好，装配简单，但为了保证孔与“C”形挡板环组件的设计，设计必须在滚珠轴承内，“C”形挡板缝隙之间的空隙间距为0.2 mm;然而，由于滚珠轴承的厚度、壳体的“C”形状的安装位置和“C”形保持环的厚度，存在制造误差。当这些公差在极限状态时，最高权限可以达到0。47mm。当转向器工作时，齿轮在轴向力作用下运动，导致异常响声。 为了解决这一问题，关键是要在挡环安装间隙之间以“C”形的形式优化滚珠轴承孔，最大限度地减少带“C”形的滚珠轴承和挡圈之间的孔间距，如果两者之间没有间隙，效果最好。通过研究和计算，优化了“C”块的结构和转向机外壳的安装尺寸。只要是轴承的厚度，外壳的" C "形状的环式安装位置的大小，" C "的形状就像" C "的设计的设计误差的设计上的误差，以确保" C "形状的挡板上的滚珠轴承和洞之间没有空隙。“C”型挡板环安装槽内孔的结构，与固定环槽的位置相同，使球轴承壳层厚度、“C”型挡板环安装位置大小、“C”型挡板环制造误差的厚度、“C”形挡板的厚度、“C”形状的挡板在“C”形的作用下，以“C”形状的滚珠轴承调整开口尺寸，在“C”形上，通过“C”形在壳体上与倒角槽接触，你可以保证“C”形状，在挡圈和滚珠轴承之间没有间隙，这样的齿轮不会产生轴向运动，异响问题也就迎刃而解了。 4.4 齿轮与齿条啮合间隙过大造成的异响 出现此故障时主要现象为：根据反馈，个别车辆在下线检测是发现，左右打方向盘时底盘转向器部位发出异响，更换转向器后故障消失，因此判断为转向器异响。转向器通过调整螺塞来控制齿轮与齿条之间的啮合间隙，对故障件进行拆检和分析发现，齿轮齿条转动过程有松旷现象，转动力矩较小。测量齿轮齿条间隙啮合间隙为0.13mm左右。通过调节修整螺塞，将啮合间隙调整到0.08mm后，异响声消除。由此确定，故障原因为齿轮齿条啮合间隙超差，导致传动过程齿轮齿条间发出异响。 在转向器总成装配过程中，通过调整螺塞的调节，严格讲齿轮齿条间啮合间隙控制在0.08mm以内，同时调整螺塞下端的压紧弹簧刚度对啮合间隙有直接的影响，需要对其进行严格的控制。在此基础上，增加设备对转向器转动力矩波动值100%的在线监控，可以观察齿轮齿条的啮合情况。采取以上措施后，可以经齿轮齿条的啮合间隙控制在设计公差范围内，避免在啮合和传动的过程中出现的异常或发出异响声。 5 结论 本课题首先介绍了汽车转向系统，以及设计的背景和意义，通过对齿轮和齿条式转向装置的研究，做出了对齿轮齿条型转向齿轮类型的选择，然后分析了齿轮齿条式转向齿轮的优缺点，各种装备和机架类型的重定向应用。根据原始数据，转向系统的传输比率计算了齿轮架的几何参数是确定的。齿轮齿条式转向机的总体设计、力分析、对齿条疲劳强度的检查和齿根弯曲疲劳强度校核。修正小齿轮式转向机不合理数据。在齿轮齿条式转向装置的设计之后，通过受力分析和计算完成了对转向操纵装置及传动装置的设计，利用CAD绘制出零件图以及装配图。 然后基于转向系统常见的异响故障进行了分析，提出了相关的策略，技术措施，通过实际检验，较好的解决了异响问题。 参考文献 [1] 王望予 张建文 汽车设计 [M].第4版.北京: 机械工业出版社.2004.08. 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