1、<p><b>　　機械原理設計說明書</b></p><p>　　題 目: 汽車轉向機構 </p><p>　　學 院: 機電工程學院 </p><p>　　專 業(yè): 汽車服務工程 </p><

2、;p>　　班 級: </p><p>　　姓 名: </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一.設計題目1</b></p><p>　

3、　1.1 課程設計目的和任務1</p><p>　　1.2 課程設計內(nèi)容與基本要求2</p><p>　　1.3 機構簡介4</p><p>　　1.4 參考數(shù)據(jù)5</p><p><b>　　1.5設計要求5</b></p><p>　　二. 設計方案比較6</p>&

4、lt;p>　　2.1 設計方案一6</p><p>　　2.2 設計方案二7</p><p>　　2.3 設計方案三8</p><p>　　2.4 最終設計方案8</p><p>　　三.虛擬樣機實體建模與仿真………………………………………………………9</p><p>　　四.虛擬樣機仿真結果分析10

5、</p><p>　　4.1運動學仿真…………………………………………………………………11</p><p>　　4.1.1運動學仿真--轉向盤位移仿真曲線11</p><p>　　4.1.2運動學仿真--輪胎位移仿真曲線11</p><p>　　4.1.3運動學仿真--轉向盤速度仿真曲線12</p><p>　

6、　4.1.4運動學仿真--輪胎速度仿真曲線12</p><p>　　4.1.5運動學仿真--轉向盤加速度仿真曲線13</p><p>　　4.1.6運動學仿真--輪胎加速度仿真曲線…….................................................13</p><p>　　4.2動力學分析……………………………………………………

7、…………………………………………….14</p><p>　　4.2.1轉向盤受力仿真曲線……..............................................................................14</p><p>　　4.2.2輪胎受力仿真曲線.............................................

8、...................................……..14</p><p>　　五. 課程設計總結15</p><p>　　5.1 機械原理課程設計總結15</p><p>　　5.2 設計過程15</p><p>　　5.3 設計展望16</p><p>　　5.4 設計工作分工表1

9、6</p><p>　　5.5 參考文獻16</p><p>　　一．題目：汽車轉向機構</p><p>　　1.1課程設計目的和任務</p><p>　　機械原理課程設計能夠培養(yǎng)機械類專業(yè)學生創(chuàng)新能力，是學生綜合運用機械原理課程所學理論知識和技能解決實際問題，獲得工程技術訓練的必不可少的實踐性教學環(huán)節(jié)。</p><p&

10、gt;　　機械原理課程設計教學所要達到的目的是：</p><p>　　1、培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的設計思想，訓練學生綜合運用機械原理課程的理論知識，并結合生產(chǎn)實際來分析和解決工程問題的能力。</p><p>　　2、通過制定設計方案、合理選擇機構的類型、正確地對機構的運動和受力進行分析和計算，讓學生對機構設計有一個較完整的概念。</p><p>　　3、訓練學生收集和

11、運用設計資料以及計算、制圖和數(shù)據(jù)處理及誤差分析的能力，并在此基礎上利用計算機基礎理論知識，初步掌握編制計算機程序并在計算機上計算來解決機構設計問題的基本技能。</p><p>　　機械原理課程設計教學的任務是：機械原理課程設計通常選擇一般用途的機構為題目，根據(jù)已知機械的工作要求，對機構進行選型與組合，設計出幾種機構方案，并對其加以比較和確定，然后對所選定方案中的機構進行運動和動力分析，確定出最優(yōu)的機構參數(shù)，繪制機

12、構運動性能曲線。</p><p>　　1.2課程設計內(nèi)容和基本要求</p><p>　　機械原理課程設計是在機械原理課程完成后集中進行的教學環(huán)節(jié)，它是在教師指導下由學生獨立完成的。每個學生都應明確課程設計的任務和要求，擬定設計計劃，保證設計進度、設計質(zhì)量，按時完成課程。在設計過程中，提倡獨立思考、深入鉆研，主動地、創(chuàng)造性地進行設計工作。要求設計態(tài)度嚴肅認真、一絲不茍，反對不求甚解，這樣才能

13、確保課程設計達到教學基本要求，并在設計思想、方法和技能等方面得到良好的訓練和提高。</p><p>　　機械原理課程設計步驟</p><p>　　（1）機構運動方案設計。即根據(jù)給定的原始數(shù)據(jù)和工藝要求，構思并選定機構方案；</p><p>　?。?）設計上述各機構。根據(jù)選定的方案采用各機構，如凸輪機構、連桿機構、齒輪機構、間歇運動機構及其組合機構等，即具體機構的尺度

14、綜合，求出機構的主要尺寸；</p><p>　?。?）根據(jù)上面求得的尺寸，按比例畫出全部機構的運動簡圖及運動循環(huán)圖；</p><p>　　（4）據(jù)此對上述機構進行運動分析，并進行基于ADAMS軟件的機構建模與運動仿真。即繪制機構的運動線圖，或進一步進行運動和動力分析；</p><p>　?。?）編寫設計說明書。</p><p><b&g

15、t;　　設計說明書編寫要求</b></p><p>　　課程設計說明書是學生證明自己設計正確合理并供有關人員參考的文件，它是課程設計的重要組成部分。收集整理課程設計報告工作關系到課程設計的成敗，通過這項工作，能提高學生的技術概括能力和表達能力。編寫說明書也是科技工作者必須掌握的基本技能之一。因此，學生在校期間就應加強這方面的訓練。課程設計說明書應在課程設計過程中逐步形成，課程設計結束時，再作必要的補充

16、和整理。而設計說明書的內(nèi)容視設計任務而定，大致包括：</p><p>　?。?）設計題目（包括設計條件和要求）。</p><p>　　（2）機構運動簡圖或設計方案的確定。</p><p>　　（3）全部原始數(shù)據(jù)。</p><p>　?。?）完成設計所用方法及其原理的簡要說明。</p><p>　?。?）建立設計所需的數(shù)

17、學模型并列出必要的計算公式、計算過程及說明，寫出設計計算結果。</p><p>　?。?）繪出計算機程序框圖，寫出自編的程序。或?qū)⒒贏DAMS軟件的機構建模與仿真方法過程描述出來。</p><p>　　（7）用表格列出計算結果并畫出主要曲線圖。</p><p>　　（8）對設計結果進行分析討論，寫出課程設計的收獲和體會。</p><p>　

18、　（9）列出主要參考文獻資料。</p><p>　　設計說明書的格式要求：</p><p>　　（1）說明書一般用A4紙打印，要求步驟清楚、敘述簡明、文句通順、書寫端正。</p><p>　　（2）對每一自成單元的內(nèi)容，都應有大小標題，使其醒目突出，建議加上目錄。</p><p>　?。?）通過課程設計說明書的編寫，學生應該學會整理設計數(shù)據(jù)、

19、繪制圖表和簡圖，用工程術語表達設計成果的方法。</p><p>　?。?）對所用公式和數(shù)據(jù)，應標明來源——參考資料的編號和頁次。</p><p>　?。?）說明書應加上封面，并與圖紙一起裝訂成冊。</p><p><b>　　1.3機構簡介</b></p><p>　　用來改變或保持汽車行駛或倒退方向的一系列裝置稱為汽車

20、轉向系統(tǒng)(Steering System)。汽車轉向系統(tǒng)的功能就是按照駕駛員的意愿控制汽車的行駛方向。汽車轉向系統(tǒng)對汽車的行駛安全至關重要，因此汽車轉向系統(tǒng)的零件都稱為保安件。汽車轉向系統(tǒng)按照轉向能源的不同費為機械轉向系和動力轉向系。不同的轉向器有著不同的特點應用于不同的汽車上，其中小轎車上常用的是齒輪齒條式的轉向器。在本課程設計中，我們設計了一種機械轉向系統(tǒng)。</p><p>　　一般的機械轉向系統(tǒng)包括轉向操縱

21、機構、轉向傳動機構和轉向器組成。從控制系統(tǒng)上看，機械轉向系統(tǒng)是開環(huán)控制，需要駕駛員的反饋來完成轉向過程的閉環(huán)控制。</p><p><b>　　轉向操縱機構</b></p><p>　　汽車的轉向操縱機構特別是機械轉向系統(tǒng)的轉向機構一般是由方向盤和其附屬的轉向傳動軸實現(xiàn)的，轉向操縱機構能將轉向需求轉化為機械扭矩輸出到轉向傳動機構。</p><p&g

22、t;<b>　　轉向器</b></p><p>　　轉向器是完成由旋轉運動到直線運動(或近似直線運動)的一組齒輪機構，同時也是轉向系中的減速傳動裝置。目前較常用的有齒輪齒條式、循環(huán)球曲柄指銷式、蝸桿曲柄指銷式、循環(huán)球-齒條齒扇式、蝸桿滾輪式等。我們本次設計采用了齒輪齒條式轉向器。</p><p><b>　　轉向傳動機構</b></p>

23、;<p>　　轉向傳動機構的功用是將轉向器輸出的力和運動傳到轉向橋兩側的轉向節(jié)，使兩側轉向輪偏轉，且使二轉向輪偏轉角按一定關系變化，以保證汽車轉向時車輪與地面的相對滑動盡可能小。</p><p><b>　　1.4參考數(shù)據(jù)</b></p><p>　　汽車在轉向的過程中，如果方向盤保持在一個位置，那么汽車應當圍繞同一個圓心做一個圓周運動，車上點（包含出輪

24、軸但不包含車輪上運動的點）的運動軌跡應該是一組同心圓。而當汽車的四個車輪分別與其所在的軌跡圓相切時汽車所受的阻力最小。</p><p>　　如圖所示，在兩輪轉向系統(tǒng)中，兩個后輪是共法線的，如果能調(diào)整兩個前輪使其法線的交點正好在后輪的法線上，則汽車轉彎時的阻力最小。為了研究方便我們假定：</p><p>　　前輪旋轉中心距：1400mm</p><p>　　前后輪軸

25、距：2500mm</p><p><b>　　1.5設計要求</b></p><p>　　通過轉向器結構的機械原理把扭矩放大并改變方向,把轉動變?yōu)閿[動。</p><p>　　轉向時,內(nèi)轉向輪的偏轉角β一定大于外轉向輪的偏轉角α,車輪為剛體假設條件下,內(nèi)外兩轉向輪偏轉角滿足cotα＝cotβ+B/L.</p><p>

26、　　B----兩側主銷軸線與地面交點之間的距離</p><p><b>　　L----汽車軸距</b></p><p><b>　　汽車轉向示意圖</b></p><p><b>　　二、設計方案比較</b></p><p><b>　　2．1方案設計一</b&

27、gt;</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　分析：大錐齒輪4帶動不完全錐齒輪與連桿的固定件7中的連桿擺動，連桿帶動右梯</p><p>　　形臂擺動，從而使右車輪發(fā)生轉向。右梯形臂帶動轉向橫拉桿3移動，從而帶動左梯形臂的擺動，進而使左車輪發(fā)生轉向。</p><p><b>　　該方案優(yōu)

28、點：</b></p><p>　?、賶勖L，工作平穩(wěn)。</p><p>　?、谀鼙ＷC恒定的傳動比。</p><p><b>　　該方案缺點：</b></p><p>　?、傩枰{駛員很大的力才能使車輪發(fā)生轉向。</p><p>　?、诮Y構復雜，不緊湊。</p>&

29、lt;p>　　③逆效率高，容易對駕駛員造成危險。</p><p><b>　?、軅鲃觿恿π?。</b></p><p><b>　　2．2方案設計二</b></p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　分析：方向盤6轉動帶動轉向軸5以及齒輪4，經(jīng)過齒輪

30、齒條副4轉變?yōu)闄M向運動；</p><p>　　通過轉向橫拉桿3帶動搖桿2，致使車輪1產(chǎn)生傾角，使車輛形式方向轉變。</p><p>　　優(yōu)缺點：優(yōu)點：1.結構簡單、緊湊；</p><p>　　2.體積小，質(zhì)量輕；</p><p><b>　　3.制造成本低。</b></p><p>　　缺點：1.

31、會產(chǎn)生反沖，嚴重時會打手，對駕駛員造成傷害；</p><p>　　2.沒有輔助加力機構，轉動時需要很大的驅(qū)動力，對駕駛員要求較高</p><p>　　3.設計過于簡單，不具有實際利用價值</p><p><b>　　2．3 方案設計三</b></p><p><b>　　圖3</b></p&g

32、t;<p>　　分析：首先方向盤轉動，通過齒輪齒條轉向器把轉矩放大并帶動轉向直拉桿移動，轉向直拉桿帶動轉向節(jié)臂。然后轉向節(jié)臂帶動左梯形臂，左梯形臂帶動左輪實現(xiàn)轉動，同時轉向節(jié)臂又帶動轉向橫拉桿，通過右梯形臂實現(xiàn)右輪的轉動。</p><p>　　該方案的優(yōu)點：本方案采用齒輪齒條轉向器，具有結構簡單、成本低、質(zhì)量輕、效率高、轉向輕便，使用壽命長等優(yōu)點。機構中的轉向梯形機構可以使汽車在轉向過程中所有的車輪

33、都是純滾動或有極小的滑移，提高輪胎使用壽命，保證汽車操縱的輕便性和穩(wěn)定性。</p><p>　　2.4 最終設計方案：方案三</p><p>　　三. 虛擬樣機實體建模與仿真</p><p><b>　　UG的機樣建模</b></p><p>　　四.虛擬樣機仿真結果分析</p><p>　　我們

34、對方向盤（j009），通過4個STEP函數(shù){STEP(TIME,0,0,2,O)+STEP(TIME,2,0,4,-2.09)+STEP(TIME,6,0,8,4.19)+STEP(TIME,10,0,12,-2.09) }相加，使方向盤實現(xiàn)以下運動：</p><p><b>　　0-2s：靜止；</b></p><p>　　2-4s：逆時針轉動120度；</p

35、><p><b>　　4-6s：靜止；</b></p><p>　　6-8s：順時針轉動240度；</p><p><b>　　8-10s：靜止；</b></p><p>　　10-12s：逆時針轉動120度；</p><p>　　12-15s：靜止；</p>&l

36、t;p>　　另外為方便研究，我們規(guī)定j009為方向盤，j004和j005分別為左右輪。</p><p><b>　　4.1運動學仿真</b></p><p>　　4.1.1運動學仿真-轉向盤位移仿真曲線</p><p>　　4.1.2運動學仿真-輪胎位移仿真曲線</p><p>　　j009為方向盤，j004和j0

37、05分別為左輪和右輪，從圖中曲線對應的數(shù)據(jù)可見，在車輪逆時針轉動過程中，左輪在0-8.3999度之間轉動，右輪在0-7.938度之間轉動，順時針轉動過程中兩車輪的轉動范圍也不相同，滿足cotα＝cotβ+B/L，這與理論分析結果相同。</p><p>　　4.1.3運動學仿真-轉向盤速度仿真曲線</p><p>　　4.1.4運動學仿真-輪胎速度仿真曲線</p><p&

38、gt;　　j009為方向盤，j004和j005分別為左輪和右輪，左右輪胎的速度曲線在所加動力的情況下平滑，并無突變。</p><p>　　4.1.5運動學仿真-轉向盤加速度仿真曲線</p><p>　　4.1.6運動學仿真-輪胎加速度仿真曲線</p><p>　　j009為方向盤，j004和j005分別為左輪和右輪，左右輪胎的加速度曲線在轉向盤所加動力的情況下平滑，

39、并無突變。</p><p>　　運動學分析：綜上所述，經(jīng)過運動學分析，仿真分析的結果和理論分析的結果相同。</p><p><b>　　4.2動力學仿真</b></p><p>　　4.2.1動力學仿真-轉向盤力的仿真曲線</p><p>　　4.2.2動力學仿真-輪胎力的仿真曲線</p><p>

40、;　　j009為方向盤，j004和j005分別為左輪和右輪，左右輪胎的受力曲線在轉向盤所加動力的情況下平滑，并無突變。</p><p>　　動力學分析：綜上所述，根據(jù)對方向盤所是施加的位移，速度，加速度及力，并對左右方向盤進行的運動分析以及動力學分析，都與理論分析結果是一致的。</p><p><b>　　五、課程設計總結</b></p><p&g

41、t;　　5.1機械原理課程設計總結</p><p>　　這次課程設計，由于理論知識的不足，再加上平時沒有什么設計經(jīng)驗，一開始的時候有些手忙腳亂，不知從何入手。在老師的諄諄教導和同組成員的仔細討論下，使我們找到了目標和方向。</p><p>　　首先我們確定了三個方案，并逐一討論，確定下三個方案后，我們馬上用CAXA畫出了它的運動簡圖，然后我們在隊長葉凌峰的帶領下我們隊第三個方案進行了細致的

42、分析，并確定一下參數(shù)以及一些零件的參數(shù)范圍，通過查閱大量資料以及同組成員的細心分析后，我們用pro/E畫出了所有11個零件，并裝配好，之后我們用UG進行運動仿真。通過這次課程設計我學會了pro/E和UG軟件的基本操作掌握了更多的使用工具。并且在此設計過程中也培養(yǎng)了團隊之間的協(xié)作精神。</p><p>　　現(xiàn)在想想其實課程設計當中的每一天都是很累的，其實就像老師說得一樣，機械設計的課程設計沒有那么簡單，你想copy

43、或者你想自己胡亂蒙兩個數(shù)據(jù)上去來騙騙老師都不行，因為你的每一個數(shù)據(jù)都要仔細推敲、仔細琢磨，需要通過不斷的繪圖和求證，來驗證某些零件的參數(shù)的正確性。雖然種種困難我們都已經(jīng)克服，但是還是難免我有些疏忽和遺漏的地方。完美總是可望而不可求的，不在同一個地方跌倒兩次才是最重要的。抱著這個心理我一步步走了過來，最終完成了我的任務。</p><p>　　兩周的機械原理課程設計結束了，在這次實踐的過程中學到了一些除技能以外的其他

44、東西，領略到了別人在處理專業(yè)技能問題時顯示出的優(yōu)秀品質(zhì)，更深切的體會到人與人之間的那種相互協(xié)調(diào)合作的機制，最重要的還是自己對一些問題的看法產(chǎn)生了良性的變化。</p><p>　　在沒有做課程設計以前覺得課程設計只是對之前所學知識的單純總結，但是通過這次做課程設計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。課程設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設計使我們明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要

45、學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設計，我們才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。在這次課程設計中也使我們同學之間的關系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以非常感謝幫助我的同學和老師。 </p><p>　　此外，還得出一個結論：知識必須

46、通過應用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。</p><p><b>　　5.2設計過程</b></p><p>　　通過本次課程設計，我們不僅溫習鞏固了以前所學的知識，還基本掌握了caxa、proE、UG等繪圖軟件的用法，更讓我們深刻的認識到，要順利地完成本次課程設計，團隊協(xié)作是不可或缺的

47、。設計流程：由于我們提前對課題進行探討，選題就用了半天的時間，接下來組員便開始討論設計方案，并從三個方案中選取最可行的方案，確定最終尺寸。然后開始分工合作，用caxa繪制零件圖的三視圖，用proE繪制零件圖、裝配，并導入UG進行模擬仿真，得到各種運動參數(shù)，整理書明書并制作PPT。本次課程設計培養(yǎng)了我們的團隊精神，也提高了我們的自學能力。在設計過程中，我們遇到了很多問題，比如機構的原理不理解，就要自己查《機械原理》或《汽車構造》，從而鞏固

48、了所學的知識，并且學會把理論應用到實踐中。在繪圖然間的使用過程中，我們也遇到了很多問題，就自己上網(wǎng)收索解決方法或去圖書館借閱相關書籍，從中激發(fā)了我們的探索精神。</p><p><b>　　5.3設計展望</b></p><p>　　隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，轉向裝置的結構也有很大變化。汽車轉向器的結構很多，從目前使用的普遍程度來看，主要的轉向器類型有4種：有蝸桿銷式(

49、WP型)、蝸桿滾輪式(WR型)、循環(huán)球式(BS型)、齒條齒輪式(BP型)。這四種轉向器型式，已經(jīng)被廣泛使用在汽車上。</p><p>　　據(jù)了解，在世界范圍內(nèi)，汽車齒輪齒條式轉向器占40%左右。在西歐小客車中，齒條齒輪式轉向器有很大的發(fā)展。日本汽車中，大、小型貨車大都采用循環(huán)球式轉向器，但齒條齒輪式轉向器也有所發(fā)展。微型貨車用循環(huán)球式轉向器占65%，齒條齒輪式占35%。西歐重點發(fā)展齒輪齒條式轉向器，比率超過50%

50、，法國已高達95%。</p><p>　　由于齒輪齒條式轉向器的種種優(yōu)點，在小型車上的應用(包括小客車、小型貨車或客貨兩用車)將得到突飛猛進的發(fā)展。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　機械原理教程（第2版）/申永勝主編.—北京：清華大學出版社，2005</p><p>　　汽車構造（第三版