汽车防误踏油门机构的设计.zip

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汽车 防误踏 油门 机构 设计
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毕业设计(论文)网:http:/ QQ:306826066目 录摘要.1关键词.11 前言.21.1 研究此课题的意义.21.2 总体设计原理.32 关键部件弹簧的设计计算.52.1 复位弹簧的设计.52.1.1 已知条件.52.1.2 选择材料.62.1.4 按变形计算求弹簧有效工作圈数 z.72.1.5 求工作极限载荷limF及变形 lim.72.1.6 求弹簧的几何尺寸.72.1.7 验算稳定性.82.2 附加弹簧的设计.82.2.1 已知条件.82.2.2 选择材料.82.2.3 按强度计算求弹簧钢丝直径 d.82.2.4 按变形计算求弹簧有效工作圈数 z.92.2.5 求工作极限载荷limF及变形lim.9毕业设计(论文)网:http:/ QQ:3068260662.2.6 求弹簧的几何尺寸.92.2.7 验算稳定性.103 传动系统的设计.103.1 加速齿轮传动的设计计算.103.1.1 选择齿轮材料及确定许用应力.103.1.2 按轮齿接触强度设计.103.1.3 按齿面弯曲强度校核.113.1.4 齿轮的圆周速度.113.1.5 带槽小齿轮槽的尺寸确定.123.2 输出轴 1 的设计计算及强度校核.123.2.1 选择轴 1 的材料,并确定许用应力.123.2.2 轴 1 的结构设计.123.2.3 轴 1 的强度校核.143.3 上轴 2 的选择.173.3.1 选择轴的材料,并确定许用应力.173.3.2 轴 2 的结构设计.173.3.3 键的设计与校核.193.4 带槽棘轮的设计计算.193.4.1 棘轮材料的选择.193.4.2 棘轮齿形的选择.193.4.3 模数、齿数的确定.193.4.4 棘轮槽的尺寸确定.194 汽车防误踏油门机构箱体结构尺寸设计.204.1 防误踏油门机构其他部分的设计.214.2 防误踏机构润滑方式的确定.225 结论.23参考文献.24致谢.24毕业设计(论文)网:http:/ QQ:306826066毕业设计(论文)网:http:/ QQ:3068260661汽车防误踏油门机构的设计汽车防误踏油门机构的设计 摘 要:由于驾驶人员的复杂性导致交通事故逐年呈上升趋势,其中驾驶员因素占绝大多数,由驾驶员的误操作和延误操作所造成的最为平常,其安全隐患也最高。为了克服已有的汽车油门防误踏装置在防误踏的同时不能实现及时刹车的不足,装置通过分析正常踏油门和紧急情况下踏油门踏踏力的不同,判断油门踏下时是否为误踏,并设计了机械联动装置,保障了在油门误踏情况下的人身安全,不仅能够防止油门不被踏下,同时可在误踏情况下实现刹车。关键词:油门误踏;机械联动;紧急刹车;踏板力Automobile anti-false stepping accelerator and emergency brake device Abstract:Because of the complexity of the driving personnel to traffic accidents is rising year by year,which the majority of drivers factors,by the drivers mistake and delay caused by the most common of the operation,the safe hidden trouble is the highest.In order to overcome limitation of design for anti-false stepping accelerator which can anti-false stepping accelerator but cant make the car stop.It was designed according to the differences of the force on the pedal between normal situation and emergency situation which could determine false stepping.At the same time,mechanical linkage device is applied in this design,which can prevent the accelerator be stepped down,while the brake be step down.Key words:Mistaking the accelerator;Mechanical linkage;Braking emergently;Force on the pedal1 前言1.1 研究此课题的意义现代的人们生活水平提高了,私家车已经成了现代家庭必备的代步工具。近几年来,毕业设计(论文)网:http:/ QQ:3068260662我国汽车保有量呈直线上升,现已突破一亿辆。与此同时,汽车驾驶的安全问题也日益凸显出来,尤其是司机在驾驶过程中发生误操作导致交通事故时有发生,引起了社会的高度关注。笔者从交通管理部门了解到,在紧急状况时,驾驶员误踏油门的操作引发的交通事故在重大交通事故中的比例为 10.21。因此对防止司机误操作的研究,势在必行,迫在眉睫。目前误踏油门现象已经引起了有关人员的高度重视,纷纷研究误踏油门的纠错设计,提出了很多种方案。针对部分实习驾驶员在紧急情况下误将油门踏板当制动踏板急踏的现象,笔者提出加装防误踏油门装置的设计构想并通过实车运行验证其可行性。司机在驾驶过程中发生操作的原因是多方面的,概括起来有以下几种:一是新司机上路行驶,由于高度紧张,肌肉不能放松,遇到突发情况就手忙脚乱、不知所措,慌乱中误把油门当作刹车;二是司机的驾驶技能虽过硬,但身心健康欠佳,心身不专,一遇特殊情况就过度紧张,误将油门当刹车;三是违规驾驶,主要表现为酒后驾车。由于酒精饮料中所含乙醇成分会对大脑的中枢神经起抑制作用,酒精进入人体后,其主要毒害作用是对大脑高级神经系统功能的抑制,导致触觉能力、判断能力和操作能力等降低,遇到突发情况就处置不当,发生误操作;四是麻痹心理,尤其是晴天路况好,驾驶员易放松警惕,思想松懈,注意力不集中,突遇险情,措手不及,发生误操作;五是过度疲劳驾驶,由于身体疲劳,思维反应不敏捷,有的甚至在睡梦中驾驶,此时很容易发生误操作。当驾驶员遇到紧急情况需紧急制动车辆时,必然是急速踏下制动踏板至底,所谓一脚踏死。而正常踏油门的动作则较为舒缓,一般路况下不允许急加速特别是拥挤道路时,比较 2 种踏板动作可以发现存在有 3 种不同之处:即踏板受力、踏板运动速度、踏板运动加速度。这 3 个量都是前者紧急制动时比后者正常踏油门大得多,就以踏板受力而言,前者很大可达数百牛顿以上,后者很小只有几十牛顿。因此只要加装合适的传感器,就可以在油门踏板臂的踏踏力度、速度或加速度达到设定值后触发传感器产生动作信号,以驱动执行元件实现制动或发动机熄火。同时还应该保证车辆在尽可能短的时间里停车(通常要求为秒级)。根据以上内容分析,笔者设想一种能快速识别并自动化解驾驶员误踏油门踏板后果的汽车防误踏油门系统装置。在紧急情况下误踏了油门踏板,由于踏油门的加速度过大,使油门踏板连带拽动带槽棘轮,转轴向下的牵引力大于附加弹簧的弹力,使转轴随着带槽棘轮沿内箱体竖向导轨方向向下滑动,附加弹簧被压缩,带槽棘轮向下滑动一段距离后与内毕业设计(论文)网:http:/ QQ:3068260663箱体棘轮齿啮合,从而油门踏板连带拉动整个内箱体向下滑动,复位弹簧压缩,内箱体带动绕在内箱体拉环上的刹车连接带,使汽车刹车,另一方面,油门连接带不被拉动,从而起到了误踏油门使汽车紧急刹车的作用2。解除本系统装置作用时只需用手拉起油门踏板复位手柄后松手即可,油门踏板后段在油门踏板复位弹簧的作用下抬高到正常位置并保持该状态,本系统装置作用解除并同时进入到准备工作状态。最近几年,汽车防误踏油门机构的设计有了一定的发展,国内外各项研究专利层出不穷。综合来看,一些汽车研究机构和个人正在致力于这方面的研究,技术较为先进,但应用车型范围有限,不适合大范围推广;而国内设计汽车防误踏油门机构大多设计简单,制造粗糙,离国际先进水平有一定的差距,而且大多数没有转化为产品。从类型上看,纯电子控制的油门防误踏机构较为常见,但是造价过高,不利于推广,而纯机械的防误踏油门机构很少见。因此,设计一种结构简单,成本低廉,方便实用的纯机械防误踏油门机构,必定能够深受广大车主的喜爱。1.2 总体设计原理本设计中汽车油门防误踏紧急刹车装置的具体结构如图 1 所示,装置主要由外箱体和内箱体两部分组成,内箱体和外箱体之间设置有复位弹簧,内箱体上的连接带连接刹车连接带和油门踏板连接带,内箱体的中部设有转轴,转轴的两端安装在内轴承内,转轴上安装带槽棘轮和齿轮,油门踏板连接带装在带槽棘轮上,齿轮和带槽齿轮啮合,带槽齿轮安装在上轴上,上轴的两端安装在上轴承内,油门连接带套装在带槽齿轮上;内轴承安装在滑块内,内箱的两侧内壁设有竖向导轨,滑块可上下移动地安装在竖向导轨内,滑块的底部连接附加弹簧的上端,附加弹簧的下端顶在竖向导轨的底部,内箱体底部设有内箱体棘轮齿,内箱体棘轮齿位于带槽棘轮的正下方3。具体实施方式:正常情况下踏下油门踏板,踏板连杆拉动油门踏板连接带,油门踏板连接带拉动带槽棘轮,使带槽棘轮转动,带动轴转动,从而使齿轮转动,齿轮再带动与之啮合的带槽齿轮转动,使之拉动油门连接带,从而保证了踏油门正常加速,此时,汽车误踏油门紧急刹车装置油门所保持的状态称之为状态一,如图 1 所示。毕业设计(论文)网:http:/ QQ:30682606641 外箱体 2 附加弹簧 3 中轴 6 内箱体 7 主动齿轮 9 带槽棘轮 10 内箱体 11 油门踏板连接带 12 弹簧 13 连接螺栓 14滑块 15 轴承 16 复位弹簧 18 内箱体拉环 19 刹车连接带 20 轴承盖 23 从动小齿轮 24 油门连接带 25 上轴图 1 汽车防误踏油门机构安装图Fig 1 The car on throttle body the installation drawing by mistake在紧急情况下误踏了油门踏板,由于踏油门的加速度过大,使油门踏板连带拽动带槽棘轮,转轴向下的牵引力大于附加弹簧的弹力,使转轴随着带槽棘轮沿内箱体竖向导轨方向向下滑动,附加弹簧被压缩,带槽棘轮向下滑动一段距离后与内箱体棘轮齿啮合,从而油门踏板连带拉动整个内箱体向下滑动,复位弹簧压缩,内箱体带动绕在内箱体拉环上的刹车连接带,使汽车刹车,另一方面,油门连接带不被拉动,从而起到了误踏油门使汽车紧急刹车的作用。此时,汽车误踏油门紧急刹车装置油门所保持的状态称之为状态二,如图 2 所示。汽车误踏油门紧急刹车装置在车体内部的安装方式,考虑到车体内部结构,此装置采毕业设计(论文)网:http:/ QQ:30682606651 外箱体 2 附加弹簧 3 中轴 6 内箱体 7 主动齿轮 9 带槽棘轮 10 内箱体 11 油门踏板连接带 12 弹簧 13 连接螺栓 14滑块 15 轴承 16 复位弹簧 18 内箱体拉环 19 刹车连接带 20 轴承盖 23 从动小齿轮 24 油门连接带 25 上轴图 2 紧急情况下装置工作状态图Fig 2 An emergency device work a state chart用汽车外接的形式,在不需要的时候可以拆卸,具体安装,如图 3 所示。2 关键部件弹簧的设计计算2.1 复位弹簧的设计由调查分析可知,正常情况下的踏板力不超过 200N,而紧急制动的情况下所产生的踏板力最大为 800N。现在考虑这对复位弹簧,我们取预紧力,而工作最大负荷为。而这里有左右对称的两个弹簧承受力的作用,所以每个弹簧上所受的力是已知力的一半。现在对这个弹簧进行分析计算和校核,如图 4 所示。2.1.1 已知条件根据设计要求,已知最大工作载荷最小工作载荷,弹簧工作行程 ,弹簧外径 D=36mm。该弹簧属于类载荷,Y型支承圈结构4。毕业设计(论文)网:http:/ QQ:30682606661 油门踏板 2 踏板连杆 3 滑轮 4 油门踏板连接 5 防误踏装置 6 刹车连接带 7 油门连接带 8 车体底板图 3 汽车防误踏油门机构安装图Fig 3 The car on throttle body the installation drawing by mistake图 4 弹簧受力分析图Fig 4 Spring force analysis of picture2.1.2 选择材料选择碳素弹簧钢丝 B 级,由表 18-2 查得=0.4B,G=79000MPa,因B与 d 有关,而 d 尚待求出,故初步估计 d=4mm,取B=1520MPa,得=0.41520=668.8MPa (1)2.1.3 按强度计算求弹簧钢丝直径 d已知 D=36mm,故2D=D d=32mm (2)弹簧指数:C=2D/d=8 (3)由式(18-3)有曲度系数毕业设计(论文)网:http:/ QQ:3068260667410.61544CKCC1.18 (4)由式(18-5)得 2d1.63.85mmKF C (5)按表 18-5 取 d=4mm,与估取值相符合。2.1.4 按变形计算求弹簧有效工作圈数 z由图 18-5 得12211221FFFF (6)故 211121FFF20mm (7)2211FF80mm (8)由式(18-10)232dz8GF C9.85 圈 (9)按表 18-5 取 z 10 圈2.1.5 求工作极限载荷limF及变形 lim由表 18-2 注 1)知,类弹簧工作极限剪切应力 lim1.25600.97MPa (10)由式 18-2 得 3limlim2d8FKD 547.573N (11)工作极限载荷limF下的变形lim:lim2lim2FF113.545mm (12)2.1.6 求弹簧的几何尺寸弹簧钢丝直径 d=4 mm弹簧中径 2D 32mm毕业设计(论文)网:http:/ QQ:3068260668弹簧内径 12dDD28mm (13)弹簧外径 2+dDD36mm (14)有效工作圈数 z 10 圈总圈数 1zz212 圈 (15)节距 limpd12.58z (16)自由高度 0pz1.5d=131.75H (17)工作高度 101128mmHH (18)20268mmHH (19)2.1.7 验算稳定性高径比为 02b4.12HD 5.13 (20)满足稳定性要求。2.2 附加弹簧的设计2.2.1 已知条件根据设计要求,已知最大工作载荷最小工作载荷,弹簧工作行程 ,弹簧外径 D=25.5mm。该弹簧属于类载荷,Y型支承圈结构。2.2.2 选择材料选择碳素弹簧钢丝 B 级,由表 18-2 查得=0.4B,G=79000MPa,因B与 d 有关,而 d 尚待求出,故初步估计 d=3.5mm,取B=1569MPa,得=0.41520=690.36MPa (21)2.2.3 按强度计算求弹簧钢丝直径 d已知 D=24mm,故2D=D d=22mm (22)弹簧指数:C=2D/d=6.29 (23)由式(18-3)有曲度系数410.61544CKCC1.24 (24)毕业设计(论文)网:http:/ QQ:3068260669由式(18-5)得 2d1.6KF C3.4mm (25)按表 18-5 取 d=3.5mm,与估取值相符合。2.2.4 按变形计算求弹簧有效工作圈数 z由图 18-5 得12211221FFFF (26)故 211121FFF5mm (27)2211FF20mm (28)由式(18-10)232dz8GF C6.73圈 (29)按表 18-5 取 z 7 圈2.2.5 求工作极限载荷limF及变形lim由表 18-2 注 1)知,类弹簧工作极限剪切应力 lim1.25700MPa (30)由式18-2得 3limlim2d8FKD 671.15N (31)工作极限载荷limF下的变形lim:lim2lim2FF33.56mm (32)2.2.6 求弹簧的几何尺寸弹簧钢丝直径 d=3.5 mm弹簧中径 2D 20mm弹簧内径 12dDD16.5mm (33)弹簧外径 2+dDD23.5mm (34)毕业设计(论文)网:http:/ QQ:30682606610有效工作圈数 z 7 圈总圈数 1zz29 圈 (35)节距 limpd8.41z (36)自由高度 0pz1.5d=100H (37)工作高度 10197mmHH (38)20282mmHH (39)2.2.7 验算稳定性高径比为 02b2.91HD1.2 15齿轮端面与内箱壁距离 2 2 104.1 防误踏油门机构其他部分的设计表 4 汽车防误踏机构结构尺寸结算Table 4 The car on institutions mistakenly structure size and settlement代号 结构尺寸和计算公式 结果续表 4毕业设计(论文)网:http:/ QQ:30682606624代号 结构尺寸和计算公式 结果轮毂处直径1D 1.61.6 45sd 72轮毂轴向长度L LB 84倒角尺寸n 0.5nnm 1齿根圆处的厚度0 0(2.5 4)nm 10图 10 外箱体座的设计图 Fig 10 The outside up a design4.2 防误踏机构润滑方式的确定因为传动装置属于轻型的,且传速较低,所以其速度远远小于5(1.5 2)10/minr,所以用脂润滑,箱体内选用 SH0357-92 中的 50 号润滑脂,装至规定高度。毕业设计(论文)网:http:/ QQ:30682606625图 11 外箱体座的设计图Fig 11 The outside down a design5 结论此次设计的目的是提供一种纯机械汽车防误踏油门机构,该机构能够有效防止由于慌乱本该踩刹车的而误踩了油门引起交通事故。此次试验的技术方案是:装置主要由外箱体和内箱体两部分组成,内箱体和外箱体之间设置有复位弹簧,内箱体上的连接带连接刹车连接带和油门踏板连接带,内箱体的中部设有转轴,正常情况下踩下油门踏板,踏板连杆拉动油门踏板连接带,油门踏板连接带拉动带槽棘轮,使带槽棘轮转动,带动轴转动,从而使齿轮转动,齿轮再带动与之啮合的带槽齿轮转动,使之拉动油门连接带,从而保证了踩油门正常加速在紧急情况下误踩了油门踏板,由于踩油门的加速度过大,使油门踏板连带拽动带槽棘轮,转轴向下的牵引力大于附加弹簧的弹力,使转轴随着带槽棘轮沿内箱体竖向导轨方向向下滑动,附加弹簧被压缩,带槽棘轮向下滑动一段距离后与内箱体棘轮齿啮合,从而油门踏板连带拉动整个内箱体向下滑动,复位弹簧压缩,内箱体带动绕在内箱体拉环上的刹车连接带,使汽车刹车,另一方面,油门连接带不被拉动,从而起到了误踩油门使汽车紧急刹车的作用。该机构成本低廉,方便实用,易于推广,必定有广阔的市场前景。毕业设计(论文)网:http:/ QQ:30682606626参考文献1 刘晶郁,李晓霞.汽车安全与法规 M.人民交通出版社,2005.8:3590.2 孙桓,陈作模,葛文杰.机械原理(第七版)M.北京:高等教育出版社,2005:41-48.3 孙志礼,冷兴聚,魏延刚,曾海泉.机械设计M.沈阳:东北大学出版社,2000:32-36.4 吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册(第 3 版)M.北京:高等教育出版社,2006:10-60.5 侯书林,朱海.机械制造基础M.北京:北京大学出版社,中国林业出版社,2006:4-8.6 徐学林.互换性与测量技术基础M.长沙:湖南大学出版社,2008:12-30.7 张祖力,陶栋材.机械设计基础M.北京:中国农业大学出版社,2004.9:56316.8 Tajefuml Hosaka,Minoru HamazakiDevelopment of the Variable Valve Timing and Lift(VTEC)Engine for the HONDANSXC.SAE Transactions 910008.9 张淑娟、全腊珍.画法几何与机械制图M.中国农业出版社,2007:1196.10 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