汽車轉(zhuǎn)向器液壓助力系統(tǒng)設(shè)計-開題報告.doc
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中 北 大 學(xué) 信 息 商 務(wù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計開題報告 學(xué) 生 姓 名: 劉子軒 學(xué) 號: 1301034118 系 名: 機械工程系 專 業(yè): 車輛工程 設(shè) 計 題 目: 汽車轉(zhuǎn)向器液壓助力系統(tǒng)設(shè)計 指導(dǎo)教師: 張翼 2017年3 月3日 畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 1.文獻綜述: (1) 選題背景 汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能是汽車的主要性能之一,轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能直接影響到汽車的操縱穩(wěn)定性,它對于確保車輛的安全行駛、減少交通事故以及保護駕駛員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要的作用。本次課題設(shè)計主要總數(shù)國內(nèi)外轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究發(fā)展,介紹各轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理及其關(guān)鍵技術(shù)并提出汽車轉(zhuǎn)向系的發(fā)展趨勢,合理地設(shè)計轉(zhuǎn)向系統(tǒng),使汽車具有良好的操縱性能。這始終是設(shè)計人員的重要研究課題,在車輛高速化、駕駛?cè)藛T非職業(yè)化、車流密集化的今天,針對更多不同水平的駕駛?cè)巳?,汽車的易操縱性設(shè)計顯得尤為重要。電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(簡稱EPS),根據(jù)動力源不同又可分為液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(液壓式EPS,又作EHPS)和電動式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(電動式EPS)。EHPS是在傳統(tǒng)的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)了控制液體流量的電磁閥、車速傳感器和電子控制單元等裝置構(gòu)成的,電子控制單元根據(jù)檢測到的車速信號,控制電磁閥的開度,使轉(zhuǎn)向動力放大倍率實現(xiàn)連續(xù)可調(diào),從而滿足高、低速時的轉(zhuǎn)向助力要求。 (2)課題研究意義 隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展以及人們對于舒適、安全性能要求的不斷提高,對轉(zhuǎn)向器的安全性及操作穩(wěn)定性的要求也進一步提高。本次設(shè)計通過分析轉(zhuǎn)向器的功能要求,結(jié)合轉(zhuǎn)向器的布置設(shè)計,比較各類型的轉(zhuǎn)向器的優(yōu)缺點設(shè)計一款轉(zhuǎn)向器。根據(jù)一些指定的參數(shù)結(jié)合《汽車設(shè)計》和其他相關(guān)書籍中關(guān)于轉(zhuǎn)向器的理論知識,給出優(yōu)化設(shè)計的目標函數(shù)和設(shè)計變量的選擇范圍使設(shè)計出的轉(zhuǎn)向器液壓助力器符合使用要求。作為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一個重要組成部分,轉(zhuǎn)向器對汽車的操縱穩(wěn)定性和駕駛員的安全駕駛有這直接的影響。特別是在車輛高速化,車流密集化的今天,汽車轉(zhuǎn)向器的設(shè)計極為重要。通過對轉(zhuǎn)向器的優(yōu)化設(shè)計,使其達到汽車總體設(shè)計的要求,以達到對汽車的機構(gòu)整體優(yōu)化,更好地提高相應(yīng)性能,達到更高水平。通過此次設(shè)計提高自身實習(xí)運用有關(guān)機械設(shè)計手冊、查圖表、畫圖規(guī)范等有關(guān)資料文獻的能力,從而進一步培養(yǎng)自身識圖、辯圖,運算和編寫技術(shù)文件等基本技能。通過汽車轉(zhuǎn)向器液壓助力系統(tǒng)的設(shè)計,培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的設(shè)計思想,鞏固和加強所學(xué)的專業(yè)知識,加強機械設(shè)計計算和編寫技術(shù)文件等的基本 功能,從事汽車設(shè)計方面的工作奠定良好的基礎(chǔ)。 (3)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀[5] 汽車轉(zhuǎn)向器機構(gòu)涉及整車的操縱性、穩(wěn)定性和安全性,它的質(zhì)量也反映了車輛的質(zhì)量,是直接關(guān)系到車輛性能的關(guān)鍵部件。汽車轉(zhuǎn)向動力的來源由以前的人轉(zhuǎn)變?yōu)槿肆右簤褐?。液壓助力系統(tǒng)HPS(HydraulicPowerSteering)是在機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一個液壓系統(tǒng)而成。該液壓系統(tǒng)一般與發(fā)動機相連當(dāng)發(fā)動機啟動的時候,一部分發(fā)動機能量提供汽車前進的動能,另外一部分則為液壓系統(tǒng)提供動力。由于其工作可靠、技術(shù)成熟至今仍被廣泛應(yīng)用。[6]這種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要的特點是液壓力支持轉(zhuǎn)向運動,減小駕駛者作用在方向盤上的力,改善了汽車轉(zhuǎn)向的輕便性和汽車運行的穩(wěn)定性。 機械液壓助力:[7] 機械液壓助力是我們最常見的一種助力方式,它誕生于1902年,由英國人Frederick W. Lanchester發(fā)明,而最早的商品化應(yīng)用則推遲到了半個世紀之后,1951年克萊斯勒把成熟的液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)應(yīng)用在了Imperial車系上。由于技術(shù)成熟可靠,而且成本低廉,得以被廣泛普及。 機械液壓助力系統(tǒng)的主要組成部分有液壓泵、油管、壓力流體控制閥、V型傳動皮帶、儲油罐等等。這種助力方式是將一部分發(fā)動機動力輸出轉(zhuǎn)化成液壓泵壓力,對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)施加輔助作用力,從而使輪胎轉(zhuǎn)向。 根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)液流方式的不同可以分為常壓式液壓助力和常流式液壓助力。常壓式液壓助力系統(tǒng)的特點是無論方向盤處于正中位置還是轉(zhuǎn)向位置、方向盤保持靜止還是在轉(zhuǎn)動,系統(tǒng)管路中的油液總是保持高壓狀態(tài);而常流式液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向油泵雖然始終工作,但液壓助力系統(tǒng)不工作時,油泵處于空轉(zhuǎn)狀態(tài),管路的負荷要比常壓式小,現(xiàn)在大多數(shù)液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)都采用常流式。可以看到,不管哪種方式,轉(zhuǎn)向油泵都是必備部件,它可以將輸入的發(fā)動機機械能轉(zhuǎn)化為油液的壓力。[8] 機械液壓助力優(yōu)缺點: 機械液壓助力的方向盤與轉(zhuǎn)向輪之間全部是機械部件連接,操控精準,路感直接,信息反饋豐富;液壓泵由發(fā)動機驅(qū)動,轉(zhuǎn)向動力充沛,大小車輛都適用;技術(shù)成熟,可靠性高,平均制造成本低。 由于依靠發(fā)動機動力來驅(qū)動油泵,能耗比較高,所以車輛的行駛動力無形中就被消耗了一部分;液壓系統(tǒng)的管路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,各種控制油液的閥門數(shù)量繁多,后期的保養(yǎng)維護需要成本;整套油路經(jīng)常保持高壓狀態(tài),使用壽命也會受到影響,這些都是機械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的缺點所在。[9] 電子液壓助力: 由于機械液壓助力需要大幅消耗發(fā)動機動力,所以人們在機械液壓助力的基礎(chǔ)上進行改進,開發(fā)出了更節(jié)省能耗的電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 這套系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向油泵不再由發(fā)動機直接驅(qū)動,而是由電動機來驅(qū)動,并且在之前的基礎(chǔ)上加裝了電控系統(tǒng),使得轉(zhuǎn)向輔助力的大小不光與轉(zhuǎn)向角度有關(guān),還與車速相關(guān)。機械結(jié)構(gòu)上增加了液壓反應(yīng)裝置和液流分配閥,新增的電控系統(tǒng)包括車速傳感器、電磁閥、轉(zhuǎn)向ECU等。[10] 電子液壓助力的原理與機械液壓助力基本相同,不同的是油泵由電動機驅(qū)動,同時助力力度可變。車速傳感器監(jiān)控車速,電控單元獲取數(shù)據(jù)后通過控制轉(zhuǎn)向控制閥的開啟程度改變油液壓力,從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力力度的大小調(diào)節(jié)。[11] 電子液壓助力擁有機械液壓助力的大部分優(yōu)點,同時還降低了能耗,反應(yīng)也更加靈敏,轉(zhuǎn)向助力大小也能根據(jù)轉(zhuǎn)角、車速等參數(shù)自行調(diào)節(jié),更加人性化。不過引入了很多電子單元,其制造、維修成本也會相應(yīng)增加,使用穩(wěn)定性也不如機械液壓式的牢靠,隨著技術(shù)的不斷成熟,這些缺點正在被逐漸克服,電子液壓助力已為很多家用車型選擇。 電動助力:[12] EPS就是英文Electric Power Steering的縮寫,即電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。該系統(tǒng)由電動助力機直接提供轉(zhuǎn)向助力,省去了液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必需的動力轉(zhuǎn)向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于發(fā)動機上的皮帶輪,既節(jié)省能量,又保護了環(huán)境。另外,還具有調(diào)整簡單、裝配靈活以及在多種狀況下都能提供轉(zhuǎn)向助力的特點。正是有了這些優(yōu)點,電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為一種新的轉(zhuǎn)向技術(shù),將挑戰(zhàn)大家都非常熟知的、已具有50多年歷史的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 駕駛員在操縱方向盤進行轉(zhuǎn)向時,轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)矩的大小,將電壓信號輸送到電子控制單元,電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到的轉(zhuǎn)距電壓信號、轉(zhuǎn)動方向和車速信號等,向電動機控制器發(fā)出指令,使電動機輸出相應(yīng)大小和方向的轉(zhuǎn)向助力轉(zhuǎn)矩,從而產(chǎn)生輔助動力。汽車不轉(zhuǎn)向時,電子控制單元不向電動機控制器發(fā)出指令,電動機不工作。 技術(shù)優(yōu)勢:[13] 1、節(jié)能環(huán)保 由于發(fā)動機運轉(zhuǎn)時,液壓泵始終處于工作狀態(tài),液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使整個發(fā)動機燃油消耗量增加了3%~5%,而EPS以蓄電池為能源,以電機為動力元件,可獨立于發(fā)動機工作,EPS幾乎不直接消耗發(fā)動機燃油。EPS不存在液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的燃油泄漏問題,EPS通過電子控制,對環(huán)境幾乎沒有污染,更降低了油耗。 2、安裝方便 EPS的主要部件可以配集成在一起,易于布置,與液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比減少了許多元件,沒有液壓系統(tǒng)所需要的油泵、油管、壓力流量控制閥、儲油罐等,元件數(shù)目少,裝配方便,節(jié)約時間。[14] 3、效率高 液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)效率一般在60%~70%,而EPS的效率較高,可高達90%以上。 4、路感好 傳統(tǒng)純液壓動力轉(zhuǎn)向系大多采用固定放大倍數(shù),工作驅(qū)動力大,但卻不能實現(xiàn)汽車在各種車速下駕駛時的輕便性和路感。而EPS系統(tǒng)的滯后特性可以通過EPS控制器的軟件加以補償,使汽車在各種速度下都能得到滿意的轉(zhuǎn)向助力。 5、回正性好 EPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,不僅操作簡便,還可以通過調(diào)整EPS控制器的軟件,得到最佳的回正性,從而改善汽車操縱的穩(wěn)定性和舒適性。[15] 主要結(jié)構(gòu):電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向傳感裝置、車速傳感器、助力機械裝置、提供轉(zhuǎn)向助力電機及微電腦控制單元組成。 工作原理:微電腦控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)向傳感裝置和車速傳感器傳出的信號,確定轉(zhuǎn)向助力的大小和方向,并驅(qū)動電機輔助轉(zhuǎn)向操作。 參考文獻: [1] 過學(xué)迅主編.汽車設(shè)計.北京:人民交通出版社,2005 [1] 劉鴻文.材料力學(xué)-4版.北京:高等教育出版社,2004 [2]宋云,陳全世,王霄峰.輕型電動客車車身一車架的有限元結(jié)構(gòu)分析及實驗研究.汽車技術(shù),1997.10 [3] 濮良貴 紀名剛.機械設(shè)計.北京:高等教育出版社,2006 [4] 陳家瑞.汽車構(gòu)造(下冊).北京:人民交通出版社,2008 [5] 秦秀文等. 62 聯(lián)體后橋的傳動路線及優(yōu)化方案[J]. 農(nóng)業(yè)裝備 與車輛工程,2009,(6). [6] Lqbal Husain(美). Electric Vehicles: Desigedition 機械工業(yè)出版社 . [7]高云凱,張榮榮,彭和東,王青海.微型電動轎車車身骨架結(jié)構(gòu)分析[J].汽車工程, [8]Robert D.Cook,Macheal E. Plesha FiniElement Analysis 西安交通大學(xué)出版社. [9] 曾向陽.謝國明,王學(xué)平,等.UGNX基礎(chǔ)及應(yīng)用教程.北京:電子工業(yè)出版社,2003. [10] 熱處理手冊編委會.熱處理手冊北京:機械工業(yè)出版社,2001:89~98 [11] 鐘毅芳.吳昌林,唐增寶主編.機械設(shè)計.華中科技大學(xué)出版社,2001.2:1~280 [12] 劉鴻文.材料力學(xué).高等教育,2004:46~51 [13] 王知行,劉延榮.機械原理.北京高等教育出版社,2000,2: 1~82 [14] 孟少農(nóng)主編.機械加工工藝手冊.機械工業(yè)出版社,2002:320~326 [15] 劉品.劉麗華.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ).哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2002,1(2):1~112 2. 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段(途徑): 一、 本課題有待解決的主要關(guān)鍵問題 此次設(shè)計主要按照時間節(jié)點來進行研究。大致分為以下幾點: 1.根據(jù)不同材料的性能,對總體結(jié)構(gòu)進行方案設(shè)計分析: 目前主要研究整體式液壓動力轉(zhuǎn)向器的各分布結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)向控制閥、齒輪齒條式轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)向動力缸設(shè)計成一體,組成整體式動力轉(zhuǎn)向器。該轉(zhuǎn)向器的控制閥為轉(zhuǎn)閥式結(jié)構(gòu)。扭桿的一端通過花鍵與轉(zhuǎn)向齒輪連接,扭桿的另一端與轉(zhuǎn)閥的閥心用銷子連接,閥心又與轉(zhuǎn)向軸的末端固定在一起。轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)動可以通過扭桿帶動轉(zhuǎn)向齒輪轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)閥的閥心外圈與閥體相配合,閥心和閥體構(gòu)成控制閥,置于轉(zhuǎn)向器殼體內(nèi)。轉(zhuǎn)向器殼體上有油孔分別通向轉(zhuǎn)向液壓泵、轉(zhuǎn)向油罐以及轉(zhuǎn)向動力缸的左右兩個工作腔。轉(zhuǎn)向齒條與轉(zhuǎn)向動力缸內(nèi)的活塞制成一體,活塞將轉(zhuǎn)向動力缸分隔為左右兩個工作腔。轉(zhuǎn)向動力缸上有油管通向轉(zhuǎn)向器殼體內(nèi)的控制閥。 轉(zhuǎn)向控制閥主要由閥體、閥芯及扭桿組成??刂崎y體呈圓筒形,其表面上制有三道較寬且深的油環(huán)槽和四道較窄淺的密封環(huán)槽。各油環(huán)槽的底部開有與內(nèi)壁相通的油孔,中間油環(huán)槽的油孔是進油通道,與轉(zhuǎn)向液壓泵相通;兩側(cè)油環(huán)槽的油孔,分別與轉(zhuǎn)向動力缸的左腔、右腔相通。密封環(huán)槽用于安裝密封圈組件。在閥體的內(nèi)表面,與左腔、右腔相通的油孔處制有六條不貫通的縱槽,形成六道槽肩。閥芯也制成圓筒形, 其外表面與閥體滑動配合,二者可以相對轉(zhuǎn)動。閥芯與閥體配合間隙很小,配合精度很高,二者組成偶件,不可更換。閥芯表面上也制有六條不貫通的縱槽,形成六道槽肩,分別與閥體的槽肩和縱槽配合形成液體流動間隙,在閥芯的不同縱槽上開有三個等間隔的徑向通孔,用以流通液壓油,此油道通向轉(zhuǎn)向油罐。 2.掌握總成的總體布置及性能參數(shù)的選擇 3.計算液壓助力系統(tǒng)受力的各種分析包括強度計算和校核等 二、本課題采用的研究手段(途徑) 本課題主要針對某微型車助力轉(zhuǎn)向器進行結(jié)構(gòu)研究,首先采用Pro/E軟件建立液壓助力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的模型通過大型結(jié)構(gòu)通用有限元軟件建立有限元模型,對該系統(tǒng)進行了模態(tài)、強度、剛度以、疲勞壽命分析。此課題主要的研究內(nèi)容為: (1)探索研究建模方法,特別是對影響模型準確度的典型連接方式: 對結(jié)構(gòu)進行總結(jié)。根據(jù)該車液壓助力系統(tǒng)的幾何模型,對其進行簡化,略去了不影響整體計算精度的倒圓、倒角、小孔等;考慮到模擬的精度以及模型的建模時間,選取可行的焊點模擬方式應(yīng)用到液壓助力系統(tǒng)的模型中,建立液壓助力系統(tǒng)的分析模型。 (2)根據(jù)車輛實際受力情況,利用上述液壓助力系統(tǒng)模型進行液壓助力系統(tǒng)的抗彎和抗扭剛度分析,靜強度分析、疲勞分析,并對分析結(jié)果進行評價。 (3)對液壓助力系統(tǒng)進行有限元模態(tài)分析,求得液壓助力系統(tǒng)的固有頻率和振型。并通過液壓助力系統(tǒng)的理論模態(tài)與同類型的液壓助力系統(tǒng)的試驗?zāi)B(tài)進行對比分析,驗證液壓助力系統(tǒng)有限元模型的準確度,并對其動態(tài)特性進行評價。 (4)對液壓助力系統(tǒng)進行破壞分析研究,并對破壞結(jié)果進行分析來評價液壓助力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理性。 (5)進行液壓助力系統(tǒng)優(yōu)化,分析優(yōu)化后的結(jié)果并加以評價。 三、研究進程安排 2017年 2月13日~3月 3 日:查閱相關(guān)資料,進行畢業(yè)設(shè)計的準備工作,編寫開題報告,進行開題答辯; 3月 3 日~4月14日:進行齒輪-齒條式轉(zhuǎn)向器的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案設(shè)計; 4月15日~5月19日:完成零件的選型設(shè)計;進行分配閥和加力油缸設(shè)計; 5月20日~6月10日:設(shè)計說明書與圖紙的整理、修改與打?。? 6月11日~6月15日:論文答辯。 畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 指導(dǎo)教師意見: 指導(dǎo)教師: 年 月 日 所在系審查意見: 系主任: 年 月 日 畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 指導(dǎo)教師意見: 指導(dǎo)教師: 年 月 日 所在系審查意見: 系主任: 年 月 日- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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