開題報(bào)告-循環(huán)球液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)

PAGEPAGE3機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：液壓助力轉(zhuǎn)向器學(xué)生：任春竹指導(dǎo)教師：張曉東專業(yè)班級(jí)：車輛15012019年4月9日課題名稱：液壓助力轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)

2.課題研究背景：伴隨著人們生活水平的不斷提高，汽車在人們的日常生活中正變得越來越必不可缺少。2018年，我國汽車產(chǎn)銷量雙雙實(shí)現(xiàn)世界第一，汽車保有量將近2.35億輛。轉(zhuǎn)向系作為現(xiàn)代車輛的重要系統(tǒng)之一，其主要作用是保證車輛按駕駛員設(shè)想的軌跡運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)向器作為轉(zhuǎn)向系最為重要的組成部分，其性能的好壞不僅直接影響轉(zhuǎn)向靈敏度，而且對車輛的安全性也有重要影響。

我國的轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)，除早期投產(chǎn)的解放牌汽車用蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器，除東風(fēng)汽車用蝸桿肖式轉(zhuǎn)向器之外，其它大部分車型都采用循環(huán)球式結(jié)構(gòu)，并都具有一定的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。目前解放、東風(fēng)也都在積極發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，并已在第二代換型車上普遍采用了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。由此看出，我國的轉(zhuǎn)向器也在向大量生產(chǎn)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器發(fā)展。因此，本課題將循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為研究對象，闡述整體式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)過程。目前，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要有液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和線性控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等。由于各自性能和特點(diǎn)的不同，各類動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展情形和使用范圍都不盡相同，而液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于具備輸出力大、轉(zhuǎn)向平穩(wěn)、安全性能高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為中大型噸位貨車的最佳選擇。整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向作為目前市場上最為主要的助力轉(zhuǎn)向器，它將機(jī)械轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸和轉(zhuǎn)向控制閥整合到一起，大大減小轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所占的空間，方便轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車上的布置。機(jī)械轉(zhuǎn)向器和缸體形成左右兩個(gè)工作腔，它們分別通過油道和轉(zhuǎn)向控制閥相連。整體式液壓轉(zhuǎn)向器通過控制油壓的大小實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)動(dòng)。液壓系統(tǒng)工作時(shí)無噪音，工作滯后時(shí)間短，而且能吸收來自不平路面的沖擊。因此，液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器已在各類各級(jí)汽車上獲得廣泛應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展需要，汽車已成為人們不可缺少的代步工具，轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)是汽車專業(yè)一個(gè)最重要的教學(xué)環(huán)節(jié),是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，是我們對所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，通過對專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用，使學(xué)生對轉(zhuǎn)向器從設(shè)計(jì)到制造的過程有個(gè)基本上的了解，為以后的工作及進(jìn)一步學(xué)習(xí)深造打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.課題研究意義：畢業(yè)設(shè)計(jì)作為我們在校期間一次較為系統(tǒng)的工程訓(xùn)練，可以得到以以下方面的能力培養(yǎng)：調(diào)查研究中外文獻(xiàn)檢索和閱讀能力；(2)綜合運(yùn)用專業(yè)理論和知識(shí)分析、解決實(shí)際問題的能力；(3)設(shè)計(jì)、計(jì)算與繪圖的能力，包括使用計(jì)算機(jī)的能力；(4)掌握模具設(shè)計(jì)方法和步驟,了解模具的加工工藝過程；(5)邏輯思維與形象思維相結(jié)合的文字及口頭表達(dá)能力；(6)撰寫設(shè)計(jì)說明書（論文）的能力；(7)養(yǎng)成嚴(yán)肅、認(rèn)真、細(xì)致地從事技術(shù)工作的優(yōu)良作風(fēng)。

4.文獻(xiàn)查閱概況伴隨著我國農(nóng)村購買能力的提高以及對安全高效運(yùn)輸工具的需求，低速貨車在最近幾年發(fā)展尤為迅速。但是，由于低速貨車是從早期的四輪農(nóng)用車發(fā)展而來，設(shè)計(jì)理念及制造工藝相對比較粗糙，車輛的整體性能相對不完善，加之駕駛員的駕駛水平參差不齊，以及低速貨車長期處于重載、惡劣路況等相對復(fù)雜的駕駛操縱環(huán)境下,使得車輛的操作穩(wěn)定性顯得尤為重要。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為直接控制汽車的行動(dòng)方向的系統(tǒng)，其性能的惡劣直接影響汽車的操縱穩(wěn)定性。汽車的操作穩(wěn)定性包含兩方面的內(nèi)容：操作性和穩(wěn)定性。汽車操穩(wěn)性主要影響汽車行駛安全性和操作復(fù)雜程度，隨著汽車行駛速度的不斷提高，為了保證行駛的安全性，汽車操作穩(wěn)定性得到越來越多的關(guān)注，已經(jīng)成為汽車性能優(yōu)劣的重要標(biāo)志之一。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)被廣泛運(yùn)用于汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中,特別是對一些重型載重汽車(尤其是如專用汽車),它以獨(dú)特的轉(zhuǎn)向輕巧靈活性,贏得廣大用戶的青睞。但由于液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)較機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的故障率高,且故障不易判斷,所以應(yīng)加強(qiáng)學(xué)習(xí)這方面的知識(shí),以便正確使用和維修液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng),減少其故障發(fā)生率。針對分析汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對中型貨車操作穩(wěn)定性的影響就成為了眾研究單位和汽車廠商一致追求的目標(biāo)。汽車轉(zhuǎn)向器作為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中能夠精確傳遞駕駛員意志的關(guān)鍵部件，其性能好壞會(huì)直接影響整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的執(zhí)行能力?？梢哉f，一個(gè)合格的轉(zhuǎn)向器是汽車擁有良好轉(zhuǎn)向性能的前提。據(jù)了解，在世界范圍內(nèi)，汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占45％左右，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器占40％左右，蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器占10％左右，其它型式的轉(zhuǎn)向器占5％。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器一直在穩(wěn)步發(fā)展。在西歐小客車中，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器有很大的發(fā)展。日本汽車轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)是循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占的比重越來越大，日本裝備不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)的各類型汽車，采用不同類型轉(zhuǎn)向器，在公共汽車中使用的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，已由60年代的62．5％，發(fā)展到現(xiàn)今的100％了(蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器在公共汽車上已經(jīng)被淘汰)。大、小型貨車大都采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，但齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器也有所發(fā)展。微型貨車用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占65％，齒條齒輪式占35％。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)效率高，操縱輕便，有一條平滑的操縱力特性曲線。

布置方便。特別適合大、中型車輛和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配合使用；易于傳遞駕駛員操縱信號(hào)；逆效率高、回位好，與液壓助力裝置的動(dòng)作配合得好。

可以實(shí)現(xiàn)變速比的特性，滿足了操縱輕便性的要求。中間位置轉(zhuǎn)向力小、且經(jīng)常使用，要求轉(zhuǎn)向靈敏，因此希望中間位置附近速比小，以提高靈敏性。大角度轉(zhuǎn)向位置轉(zhuǎn)向阻力大，但使用次數(shù)少，因此希望大角度位置速比大一些，以減小轉(zhuǎn)向力。由于循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器可實(shí)現(xiàn)變速比，應(yīng)用正日益廣泛。

通過大量鋼球的滾動(dòng)接觸來傳遞轉(zhuǎn)向力，具有較大的強(qiáng)度和較好的耐磨性。并且該轉(zhuǎn)向器可以被設(shè)計(jì)成具有等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，這也是它應(yīng)用廣泛的原因之一。

變速比結(jié)構(gòu)具有較高的剛度，特別適宜高速車輛車速的提高。高速車輛需要在高速時(shí)有較好的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，必須保證轉(zhuǎn)向器具有較高的剛度。

間隙可調(diào)。齒條齒扇副磨損后可以重新調(diào)整間隙，使之具有合適的轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)間隙，從而提高轉(zhuǎn)向器壽命，也是這種轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)之一。汽車行駛系統(tǒng)的性能安全與否取決于其中的動(dòng)力轉(zhuǎn)向體系,而動(dòng)力轉(zhuǎn)向器是汽車行駛系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)件。所以動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的性能研究成為開發(fā)出良好汽車駕駛系統(tǒng)的重中之重。本文是以杭州世寶汽車方向機(jī)有限公司生產(chǎn)的動(dòng)力轉(zhuǎn)向器為研究對象,該轉(zhuǎn)向器屬于循環(huán)球式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器,主要用于重型貨車上。文章對其功能特性和回正特性進(jìn)行系統(tǒng)建模與仿真分析,并通過轉(zhuǎn)向器特性試驗(yàn)驗(yàn)證仿真模型,得出部分結(jié)構(gòu)參數(shù)對轉(zhuǎn)向器特性的影響規(guī)律。同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境搭建轉(zhuǎn)向器測試臺(tái)。然后基于LabVIEW的多通道數(shù)據(jù)采集方式設(shè)計(jì)出轉(zhuǎn)向器性能檢測系統(tǒng),根據(jù)良好的人機(jī)交互界面顯示的數(shù)據(jù)和試驗(yàn)曲線來判斷轉(zhuǎn)向器性能能否滿足出廠設(shè)計(jì)要求。動(dòng)力轉(zhuǎn)向器是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,其性能直接影響汽車的轉(zhuǎn)向性能,為達(dá)到研究分析轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)參數(shù)對整車操作穩(wěn)定性影響,以及優(yōu)化轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)參數(shù)的目的,本文以某廠產(chǎn)的低速貨車上配備的循環(huán)球式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器為研究對象,在仿真平臺(tái)Dymola中采用Modelica語言首先建立了轉(zhuǎn)向器靜態(tài)特性模型,并借助轉(zhuǎn)向器特性試驗(yàn)驗(yàn)證模型的正確性,然后仿真分析各結(jié)構(gòu)參數(shù)對轉(zhuǎn)向器特性的影響,確定影響性較大的結(jié)構(gòu)參數(shù)。 其次,利用Modelica語言建立實(shí)車液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型,搭建實(shí)車整體動(dòng)力學(xué)模型,并借助汽車轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)和蛇形試驗(yàn)驗(yàn)證整車動(dòng)力學(xué)模型的正確性。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是任何車輛都不可或缺的組成部分,其設(shè)計(jì)制造質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到車輛的操縱穩(wěn)定性、安全性等技術(shù)性能。闡述了汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的狀況,指出了各種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理及優(yōu)缺點(diǎn),并展望了汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)未來的發(fā)展方向。從50年代開始動(dòng)力轉(zhuǎn)向就被廣泛采用了,目前大型載重汽車幾乎都采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向,一些小轎車、中型載重汽車及叉車等工程車輛也普遍采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向。所謂動(dòng)力轉(zhuǎn)向是在普通的轉(zhuǎn)向系中設(shè)置動(dòng)力裝置,由動(dòng)力裝置提供一部分或全部轉(zhuǎn)向操作力。采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向不僅可以減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度,而且可以提高車輛的靈活性和確保安全。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障,駕駛車輛時(shí)就會(huì)感到費(fèi)力甚至影響行車安全發(fā)生交通事故,因此,應(yīng)經(jīng)常對該系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù),減少故障發(fā)生及延長使用壽命。液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為了減輕駕駛員操作的疲勞強(qiáng)度,并減少路面對方向盤的振動(dòng)響應(yīng),目前在載貨汽車和轎車上已普遍應(yīng)用動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置。動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置的動(dòng)力源可來自壓縮空氣、電力和液壓。液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置由于工作壓力較高、外廓尺寸較小、油液對路面有吸振作用等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由液壓油泵、轉(zhuǎn)向器總成、貯油箱和油管等組成。目前在中國乃至全球汽車市場上仍是主要配置。與過去的純機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比,它能夠解決一直存在“輕”與“靈”的矛盾。與目前正在熱興的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)以及正在萌芽發(fā)展的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(SBW)相比,它略顯落伍；由于始終寄存在發(fā)動(dòng)機(jī)上工作,提高了燃油消耗；需要加注轉(zhuǎn)向液存在環(huán)境污染；部件多,造成布置、裝配、售后維修等不便。但它也具有技術(shù)成熟,成本低廉的優(yōu)勢。 世界汽車工業(yè)發(fā)展到現(xiàn)階段,已經(jīng)經(jīng)歷一百多個(gè)年頭。我國也一躍成為全球最大的汽車生產(chǎn)市場和消費(fèi)市場。但與我國汽車企業(yè)的自主研發(fā)能力仍然很薄弱形成鮮明的反差。目前我國真正自主研發(fā)汽車產(chǎn)品的企業(yè)屈指可數(shù)。近年來隨著我國汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展以及人們對于舒適、安全性能要求的不斷提高,作為汽車的重要安全部件之一的汽車轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)水平也有了很大提高。目前液壓助力轉(zhuǎn)向器在各種助力轉(zhuǎn)向器中占據(jù)主導(dǎo)地位,而作為液壓助力轉(zhuǎn)向器之一的轉(zhuǎn)閥式液壓助力轉(zhuǎn)向器更是應(yīng)用廣泛?，F(xiàn)在許多車型所采用的動(dòng)力轉(zhuǎn)向器多為轉(zhuǎn)閥式液壓助力轉(zhuǎn)向器,循環(huán)球轉(zhuǎn)閥式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器由于其結(jié)構(gòu)簡單緊湊,軸向尺寸短,且零件數(shù)目少,靈敏性能高等優(yōu)點(diǎn),成為當(dāng)前動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的發(fā)展趨勢。它具有如下一些優(yōu)點(diǎn)： (1)具有固定的自潤滑特性。 (2)壓力高、輸出扭矩大。 (3)液體的不可壓縮性使得可以精確的控制運(yùn)動(dòng)。 (4)它是一種封閉的系統(tǒng),可以防止異物入侵。參考文獻(xiàn)[1]劉帆.汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器動(dòng)力特性分析與檢測設(shè)備開發(fā)[D].導(dǎo)師：孟愛華.杭州電子科技大學(xué),2018.[2]孫麗娟,胡雄杰.汽車液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障的檢修方法[J].汽車與駕駛維修(維修版),2017,(12):84.[3]孫洋洋.循環(huán)球式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的建模仿真與優(yōu)化分析[D].導(dǎo)師：莫以為.廣西大學(xué),2014.[4]劉忠偵.某乘用車液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力匹配研究[D].導(dǎo)師：李守成;江天保.南京理工大學(xué),2013.[5]王愛榮.汽車循環(huán)球動(dòng)力轉(zhuǎn)向器研發(fā)[D].導(dǎo)師：徐小兵;毛元祥.長江大學(xué),2012.[6]黃安華,卜憲衛(wèi).淺談汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程,2010,(01):7-10.[7]李洪飛,劉志慧.淺談汽車液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)[J].裝備制造,2009,(08):174.[8]黃亞玲,賈紅紅.汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展綜述[J].民營科技,2009,(06):1+120.[9]楊忠敏.重卡液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常見故障及檢修[J].建筑,2008,(14):72-73.[10]朱華.發(fā)展中的現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)[J].城市車輛,2008,(07):53-55.[11]劉賢忠.整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向沉重的排除方法[J].汽車維修,2008,(05):6-7.[12]應(yīng)艷杰,戴安佳.汽車助力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展[J].安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2006,(05):91-92.[13]施國標(biāo),林逸,張昕.動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)及其發(fā)展[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2006,(10):173-176.[14]劉錄秀.ZF轉(zhuǎn)閥式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器[J].國外汽車,1989,(03):10-14.[15]韓鶴年.介紹國內(nèi)外幾種動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置[J].液壓與氣動(dòng),1981,(01):9-12.[16]ShinjiNishimura,TsugiharuMatsunaga,Analysisofresponselaginhydraulicpowersteeringsystem,JSAEReview,Volume21,Issue1,January2000,Pages41-46.[18]XinleiMa,YongfengGuo,LanChen,Activedisturbancerejectioncontrolforelectricpowersteeringsystemwithassistmotorvariablemode,JournaloftheFranklinInstitute,Volume355,Issue3,2018,Pages1139-1155.[19]RabiatuladawiyahAbuHanifah,SitiFauziahToha,MohdKhairHassan,SalmiahAhmad,Powerreductionoptimizationwithswarmbasedtechniqueinelectricpowerassiststeeringsystem,Volume102,2016,Pages444-452.[20]BarysShyrokau,JoostDeWinter,OlafStroosma,ChrisDijksterhuis,JanLoof,RenevanPaassen,RienderHappee,Theeffectofsteering-systemlinearity,simulatormotion,