电动式转向机综合性能试验台设计（全套含CAD图纸）
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本科生毕业设计（论文） 翻译资料 中文题目 ： 模糊逻辑在机电一体化 中的运用 英文题目 ： 生姓名 ：章乘阳 学 号 ： 14021220 班 级： 140212 专 业：机电一体化 指导教师：高春甫 模糊逻辑在机 电一体化中的运用 模糊控制系统 模糊控制是一种能让计算机或其他种类的智能更加接近人类的思考方式的控制方法。模糊控制系统能 够 在所有的系统中通过模仿人类的思考方式来整理那些不 够 准确的描述信息。这是一种集合了逻辑学，概率论，人工智能，神经网络等各学科知识的数字化 系统 控制方法。在传统的 系统 逻辑 控制 方法中，对 控制 原理的设置需要明确的条件。一个要素要么是设置成立的条件，要么不是。举个例子，一个房间的加热器上 的温度控制器触发 反应的条件是 ：70 C 是 判断为 “热”而 69 C 是 判断为 “冷”。一个明确的界线可能会使传统控制系统的 输出 指令 发生突然的改变。 而 另一个方面，模糊控制系统是通过将 原来由 二元变量控制的范围（高 /矮，快 /慢）转化到用模糊描述控制的范围（比如：暖和 /寒冷，有点快 /稍微慢），再 由 要素变化的程度 大小 来 对发生的情况进行 描述。 69 C 的温度，举个例子，可以是 被描述为 “温暖的”同时又可以是 被描述为 “有点凉爽的”，判断一个要素是否成立并不是通过传统的逻辑学 ， 而是以模糊逻辑学 的理论 为基础的。 对情况描述的 精确度并不是始终需要的，比如一个房间的温度是 70 C 还是 69 C，对于房间 内 的居住者来说是不会在意的。 模糊控制系统最主要的好处 在于系统的建立和发展非常的快速和简单，运行 消耗低，日常维护简单。模糊控制系统不需要 建立 一个精确的模型，而只需要一个基本的物理 性 模型。这就使得模糊系统控制能够摆脱传统控制方法的约束成为 了 可能，比如一个非线性 的控制 系统。 模糊控制系统 对情况 的判断是以运用机器语言 编写 的输入命令为基础来做出的。这种 控制方法的输出 变量是在尝试少量的如果 那么（ 辑运算 规则 后 ， 观察那些一个或者多个的反应 结果是依靠 改变 哪些 逻辑运算规则的输入值来 得到的。 总结 各个 逻辑运算 规则变化的反映 规律 有利于用于 系统 产生适当的输出结果。虽 然模糊控制系统分享了 属于 人工智能 范畴 的构，但它并不是一个 类似人工智能象征的过程或只是 使用少量的规则。神经网络类似于模糊 系统控制，但是它 分配不连续的反映 结果 到各个因素，而模糊控制系统更像一个连续工作的政府机器。 什么时候考虑模糊控制 总的来说，模糊控制系统能够更好的运用于非线形的，关于时间变量 的 ，不明确的系统。如果一个系统能够被一个一次方程模拟，那么这个系统很可能 是 由一些简单的操作技术来构成 控制的 。比如一个简单的恒定温度计，更高的或者是更低的分界线可以控制一个加热器或者一个空气调节器的 工作 开关打开或是关闭 ，从而 来 把问题 稳定 在一个理想 温度 上 。传统的，成比例的，积分的，和导出 的控制系统将会保留一个正确的，合哩的解决方案去控制一个简单的或者是 线性的系统。如果一个系统的控制 方法 是非常复杂的或者是不能 够 简单的运用连续的 则来描述， 那么 模糊控制系统可能是 有效地 解决 这种情况 的 一种 办法。 统能够通过以一些独立的输入值为条件有计划的控制简单的 系统输出，正是 因为 具有这个独立性，对这中 系统增加更进一步，更详细的输入值，使得控制系统的功能变得更多更强大，而 实现这一目的 仅仅只需要增加一些其他的 相关 函 数关系和运算规则。 在对系统的控制中，模糊控制比较之普通的控制方法多了一个明显的优点。 它能够 “预处理”一批数量庞大的数据，将其变为少量的 存在 内在联系的数据组来减少需要分析判断的数据的数量，从而使得使用模糊控制系统的控制者能够通过 更多的 选择来做出最后的结果。因为更少的数据需要进行判断，那么相应的运算规则也就需要得更少，所以在大多数的情况下一个使用模糊控制系统的控制者能够比使用普通控制系统的控制者更 加 快 速 的得到同样正确的结果。模糊控制另外一个明显的优点是它能够自行解决观察到的一些超出预期规定的情况，也就是自行处 理系统自身发生的 异常 变化。在对 控制 系统进行的测试中，这些优点意味着 能够间接的帮助 模糊控制系统的控制者比普通 更多的变量产生的不同结果。 在对传统控制系统的测试中，第一个步骤就是 要 推导出一个数学模型来描述这个系统的运行情况。这就 意味着如果 需要推导出一个简单的，可行的数学模型 更加的困难 ，在 这个控制系统是非常复杂的 情况下 。与之相对的是，模糊控制系统是通过判断分析输出值 变量 和输入值 变量 之间的关系，并以此为依据来收集 了 大量重要的参数的 基础上进行工作的 。 模糊控制系统 还有 一个最大的方便之处在于它能 够减少控制系统结构的复杂程度，使得模糊控制系统的使用者能够解决一些 在 尚未使用模糊控制系统时不能解决的复杂问题。 什么是模糊控制 模糊控制理论包括以下几个要素： 模糊控制系统的设定 函数关系 运算规则 推导的过程 反向模糊化的过程 模糊控制系统的设定 在普通的系统控制方法中，一个要素要么 在 控制系统的设置 可以判断的范围内 ，要么不是。在这里没有“基本上成立”这个中立的部分。相反的，模糊控制 理论 是一种能够 很好的解决这个问题，从而 替换掉普通的控制方法（ 布尔数学体系 ） 的控制方法，模糊控制系统采用了容易控制 掌 握的“部分成立 的 ”这个 概念（要素成立的判断标准在“完全符合”和“完全不符”之间）。在模糊控制系统的设定理论中，一个要素在 系统 设定中的组成关系有着非常重要的影响。 并且一个要素也可能是 一个 或者一个以上 的控制系统设定中的组成部分。 图 8 5就表现了一个例子 ， 运用模糊控制系统的理论来描述“中年”这个概念。使用普通的系统控制方法 的判断方式 便会发现它很难去描述“中年”的概念，因为“中年”是一个主观的概念。虽然“中年人”很可能被想象为45岁的人，可是我们也并不能把 35岁到 50岁的人同样 会 被认为是“中年人”的可能性通过 硬性 的规定排除在 范围以外。于是这种明确的数字化逻辑得到的情况就 被 描述成为了图 8 15图中的曲线 有着明显的界限边缘。 图 8 5B 显示的就是通过模糊控制系统 理论对“中年”这个概念的主观描述得到的情况，而且可以看出没有明确的指出特定类别的 区别 特征 。要素之间的组成关系，在模糊控制系统的设定理论中是一个非常重要的部分。图中那个 拥有 倾斜边 的曲线 是一个比普通逻辑控制系统 理论 效果图（图 8 5A）更加的接近真实世界客观情况特征的描述。 关系函数 通过模糊控制系统设定理论得到的描述曲线的函数关系是一个拥有多变界限的曲线方程。在这个模糊控制系统的设定里，最高点可能在曲线上的任意一点 上 ，这种情况在很大程度上符合 了 大部分人对“中年”这个概念的 主观理解。 在数值方面， 如果 这个顶点取值 1，函数关系的其他各个部分 则可以 分别在 0和 1之间 的范围内任意 取值。 然而 在普通的逻辑控制的设定中明确了要素判断的具体条件，因此关系函数的取值要么是 1，要么是 0。因此可以看出 在模糊控制系统的设定中函数关系能够处理主观的和模糊的描述的问题，从而替换掉了普通逻辑方法设定中 对情况的描述得到 的 那条明显的界限边缘。 运算规则 对一个系统实施控制的目的是为了影响这个系统的运行 结果，通过按照一定规则来 改变这个系 统的输入值，使系统发生相应的变化，通过总结这些变化的原因就可以 测试这个系统是怎样的运行方式。系统被控制的方式只可能是机械方式，电子方式，化学方式，或者是这几种方式结合在一起。经典的系统控制理论，是使用一台机械模型来描述一个逻辑控制关系，改变系统等待 的状态（请求）和 系统 对情况判断的状态（尺度），通过对系统输入一个命令或者是多个命令后观察对这个系统的工作状态有些什么影响。 最常见的系统控制模型实例是 均积分推论）的控制模式。 够 使用系统运算模式计算出来的结果并用结果和系统的输入状态进行比较。正是因为模糊控制系统 使用 较少量的运算规则组成的这一个优点，使得模糊控制系统模型 能够更好的 代替机械模型。总的来说，由描述决定的部分只占整个模糊控制系统很小的一个比例。由这个推论的过程可以看到这些模糊控制系统的运算规则约束到一起来计算出理想的结果。这个模糊控制系统的输入值和输出值是始终不变的。 一个专业的模糊控制系统是替代了 统，对模糊控制理论的关系函数和运算规则进行收集，并且运用它们计 算出最后的结果。在一个专业的模糊控制系统中的运算规则通常是以下面的形式出现的。 如果 是一个较高程度的要素，那么 当 X 和 Y 取随机输入的变量时（命名为以知的数据值）， Z 是一个输出的变量（命名为计算数据值），较低程度的数据由关系函数（模糊控制系统相关数据集合）的 高程度的数据由关系函数的 中间值则由关系函数的 提条件（运算规则的条件要求）则是取决于模糊控制系统的运算规则要求，而模糊控制系统的最后结果（按照运算规则的运算结果）是由 关系函数计算出的一个或者多个的输出变量，在它们中间选择出来的。大多数使用专业的模糊控制系统的逻辑计算工具允许最后计算得到一个以上的结果。可见专业模糊控制系统的设置是按照专业运算规则基础系统或者常识基础系统来设置的一个运算规则。 推导过程 在模糊控制系统运算规则的推导过程中，关系函数取值于控制系统的输入变量，应用输入变量的真实值来对模糊控制系统中的每个运算结果的真实程度进行判断。模糊控制系统的运算规则标准是把输入值分配到各个运算规则中去，通过计算这些输入值得到结果，并且比较怎么才能更好的满足这些预定的情况，这 样就得到了模糊控制系统 的运算规则。这个模糊控制系统的规则是将通过计算并且运用这些规则得到的结果集合在一起总结出来的。可见，模糊控制系统运算规则集合是通过计算每个运算规则，分析比较它们最后的计算结果得到的。 反向模糊化过程 反向模糊化过程被用于把模糊控制系统得到的输出形式转变为 具体 的数字形式的过程。两个常见的方法分别是质心程序法（ 最大值程序法（ 在质心程序法中，模糊控制系统的输出变量的数字形式是 通过比较寻找变量值计算出来的。而在最大值程序法中，模糊控制系统 子集中的变量的 最大程度真实值是从控制系统输出变量中比较选择出来的真实值。 专业模糊控制系统的应用 专业模糊控制系统是模糊控制理论中最常用的系统控制方法。因为专业模糊控制系统的主要程序是由简单的，易于理解的基础程序语言编写而成的。专业模糊控制系统最具有吸引力的地方在与它能够模拟人类的直觉和判断方式来对系统进行控制。 专业模糊控制 系统 被广泛的应用于不同的领域，比如 在噪声环境中，非支流电，时间变化（比如自动记录装置）等系统中的围绕定点控制系统 识别系统和影象加工系统 金融系统 临床手术研究 数据分析系统 使用专业模 糊控制系统的地方还有：升降机的控制，空中运输调节，大批量温度变化过程数据处理，噪声检测和控制，金属工厂的铸造过程中 对 液态金属流动 进行 控制等等。 洛克卫尔 国际公司（ 采用专业模糊控制系统来控制空闲的火车头，因为这些空闲的火车头的变量因素（包括点火装置定时工作，运行时间，和空气流动影响 ）能够被描述成为一个相对比较简单的方程式形式。 使用专业模糊控制控制者 在 理论上对于普通的控制系统而言 它的发展 是比较节约时间的。佳能公司（ 产的自动对焦照相 机也使用了使用专业模糊控制系统，包括 电荷耦合装置 （ 拍摄到的 影像保持原有的清晰程度 分别反射到 屏幕 上的六 块 区域，通过这样的 比较 办法来判断想要拍摄的影 像 是否在焦点上。因为透镜要在集中对焦的过程中移动，所以照相机也要同时对焦点变化的程度进行测量，并且适当的减缓透镜的移动速度，来防止超出最佳拍摄效果的焦距范围。 控制者通过对比六个输入影 像 的效果来测量镜头 调整到屏幕上的各个区域的焦点上时对影 像 的改变程度。最后输出的是以透镜位于焦点位置时所拍摄到的影 像 。见表 8 2，更多的产品应用了 专业模糊控制系统。 福特汽车公司 （ O。）已经证实专业模糊控制系统将运用于停车空间的有效利用方面的研究上。使用三个专业模糊控制系统管理和一个模拟带拖车的牵引车倒车进入一个停车位而不会被刮伤。如果一辆卡车有被刮伤的危险，那么卡车的驾驶员的观察角度酒会减小。如果 一辆卡车离停车位比较远，那么专业模糊控制系统就能引导后面的拖车直接进入停车位。其他正在使用的专业模糊控制系统包括通过使用者移动摄 像 机来去除不稳定的影 像 和小汽车的自动刹车装置。 吉林大学机械科学与工程学院 2002 级毕业设计题目审批表 （暨设计任务书） 毕业设计题目 电动式转向机综合性能试验台 (章乘阳 ) 拟指导学生数 1 课题类型： 结合课题情况： 指导教师姓名 高春甫 所在单位 机电 毕业设计题目简介（主要包括工作内容、要求，对指导多名学生的题目应明确个学生的工作内容） 设计任务： 设计试验台，用于对转向机的位移、受力、换档精度等技术指标进行检测。 设计要求： 采用电动式阻尼器，进行转向机性能测试。 力、扭矩转角等参数进行自动分 别测量。 压力），驱动速度为 1m/s。 工作内容： 1. 了解设计的装置的用途、构成。搜集相应的资料，了解国内外的情况。 2. 设计总体方案。设计检测系统的电器原理图。 3. 零件图设计，总图量不少于 4张 4. 完成外文资料翻译 5000汉字。 5. 撰写 2万字设计说明书。 6. 要有三维设计。 时间安排： 第七学期：调研，收集资料，了解国内外研究情况，做英文翻译。 第八学期： 设计开始 1 完成总体方案设计； 3 完成机器系统原理图设计。 7 完成液压及零件设计。 9 完成电气原理设计。 12 系统忧化。撰写设计说明书。 参考资料：机电一体化手册 单片机原理与应用 测试与传感技术 微机测控技术 机械设计手册 系专家组审核意见： 年 月 日 注：结合课题情况指 在研项目 预研项目；课题类型指：设计 论文 软件 本科生毕业设计（论文） 开题报告 学生姓名：章乘阳 学 号： 14021220 班 级： 140212 专 业：机电一体化 指导教师：高春甫 一、课题介绍 题名称： 电动式转向机综合性能试验台 1 2本课题研究目的和意义 汽车 作 为现代化的交通工具已经受到大众的接受，个人拥有私人汽车的数量也在每年以迅猛的速度增加。然而随着科学技术的发 展 ，汽车制造业的竞争也是日见激烈。如何掌握先进的汽车制造技术，研发出让大众满意的汽车，成为了众多汽车制造商的当务之急。 在汽车行驶中，转向运动是最基本的运动。我们通过方向盘来操纵和控制汽车的行驶方向，从而实现自己的行驶意图。 采用动力转向系统的汽车转向所需的能量，在正常情况下，只有小部分是驾驶员提供的体能，而大部分是发动机 (或电机 )驱动的油泵 (或空气压缩机 )所提供的液压能 (或气压能 )。 用以将发动机 (或电机 )输出的部分机械能转化为压力能，并在驾驶员控制下，对转向传动装置或转向器中某一传动件施加不同方向的液压或气 压作用力，以助驾驶员施力不足的一系列零部件，总称为动力转向器。 在现代汽车上，转向系统是必不可少的最基本的系统之一，它也是决定汽车主动安全性的关键总成，如何设计汽车的转向特性，使汽车具有良好的操纵性能，始终是各汽车厂家和科研机构的重要课题。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同的驾驶人群，汽车的操纵性设计显得尤为重要 。 转向机综合性能实验台 能够对汽车转向器的各项性能指标进行测试，让研法人员对所测试的转向器的各项指标有个直观的了解。一个功能齐全，效率高的综合实验台无疑能够在对汽车转 向器的研发中起到关键的作用。因此这里把转向机性能实验台作为一个项目来研究 ，其主要目的就是更好的服务于汽车工业的发展。 历史上曾出现过许多种形式的转向器，目前较常用的有齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球 环球曲柄指销式、蜗杆滚轮式等。其中第二、第四种分别是第一、第三种的变形形式，而蜗杆滚轮式则更少见。我们只介绍目前最常用，最有代表性的两种形：齿轮齿条式和循环球式。 齿轮齿条式：齿轮齿条方式的最大特点是刚性大，结构紧凑重量轻，且成本低。由于这种方式容易由车轮将反作用力传至转向盘，所以具有对路面状态 反应灵敏的优点，但同时也容易产生打手和摆振等现象。齿轮与齿条直接啮合，将齿轮的旋转运动转化为齿条的直线运动，使转向拉杆横向拉动车轮产生偏转。齿轮并非单纯的平齿轮，而是特殊的螺旋形状，这是为了尽量减小齿轮与齿条之间的啮合间隙，使转向盘的微小转动能够传递到车轮，提高操作的灵敏性，也就是我们通常所说的减小方向盘的旷量。不过齿轮啮合过紧也并非好事，它使得转动转向盘时的操作力过大，人会感到吃力。 二、 课题任务 电动式动力转向装置是最新形式的转向装置，由于它节能，故受到人们的重视。它是利用蓄电池转动电机产生推力。由于 不直接使用发动机的动力，所以大大降低了发动机的功率损失 (液压式最大损失 5力 )，且不需要液压管路，便于安装。尤其有利于中置发动机后轮驱动的汽车。 电动助力转向系统相对于传统的液力助力而言，转向更精确，操控更便捷，而且不消耗发动机动力。 但目前电动式动力转向装置所得动力还比不上液压式，所以只限用于前轮轴轻的中置发动机后驱动的汽车上 三、 本设计的内容和要求 实验台存在的问题与不足 传统的汽车转向系统是机械系统，汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。普通的 转向系统建立在机械转向的基础上，通常根据机械式转向器形式可以分为：齿轮齿条式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。常用的有两种是齿轮齿条式和循环球式 (用于需要较大的转向力时 )。这种转向系统是我们最常见的，目前大部分低端轿车采用的就是齿轮齿条式机械转向系统。 虽然传统转向系统工作最可靠，但是也存在很多固有的缺点，传统转向系统由于方向盘和转向车轮之间的机械连接而产生一些自身无法避免的缺陷： 汽车的转向特性受驾驶员驾驶技术的影响严重； 转向传动比固定，使汽车转向响应特性随车速、侧向加速度等变化而变化，驾驶员必须 提前针对汽车转向特性幅值和相位的变化进行一定的操作补偿，从而控制汽车按其意愿行驶。这就变相地增加了驾驶员的操纵负担，使汽车转向行驶存在很大的不安全隐患； 液压助力转向系统经济性差，一般轿车每行驶一百公里要多消耗 的燃料；另外，存在液压油泄漏问题，对环境造成污染，在环保性能被日益强调的今天，无疑是一个明显的劣势。 发电动式转向器性能实验台的意义 近年来，随着电子技术的不断发展，转向系统中愈来愈多的采用电子器件。相应的就出现了电液助力转向系统。电液助力转向可以分为两大类：电动液压助力 转 向系 统 、 电 控 液压 助力 转 向 在液压助力系统基础上发展起来的，其特点是原来有发动机带动的液压助力泵改由电机驱动，取代了由发动机驱动的方式，节省了燃油消耗。 在传统的液 压助力转向系统的基础上增加了电控装置构成的。电液助力转向系统的助力特性可根据转向速率、车速等参数设计为可变助力特性，使驾驶员能够更轻松便捷的操纵汽车。 现代电液动力转向系统主要通过车速传感器将车速传递给电子元件，或微型计算机系统，控制电液转换装置改变动力转向的助力特性，使驾驶员的转向手力根据车速和行驶条件变化而改变，即在低速行驶或转急弯时能以很小的转向手力 进行操作，在高速行驶时能以稍重的转向手力进行稳定操作，使操纵轻便性和稳定性达到最合适的平衡状态。 为了保证转向轻便性，要求增大转向器的 传动比。但是，增大角传动比虽然可以减小转向盘上的手力，但同时也造成汽车对操纵的反应减慢，甚至有可能导致驾驶员没有能力来转动转向盘进行紧急避障等转向操作，即不够 “灵 ”。 机械式转向器的设计目标是保证汽车在各种行驶条件下将转向盘上的手力保持在驾驶员能接受的合理范围内，同时保证适当的转向灵敏度。但是机械式转向器的结构特点注定 “轻 ”与 “灵 ”矛盾的存在 (包括变传动比机械转向器 )， 而电液助力转向系在一定程度上解决了这一矛盾。 设计的要求 1 伺服泵站 额定压力： 21 工作压力： 10 工作流量： 40 L / 调 电机功率： 18 工作油温： 50 C 油箱容积（有效）： 120 L 加热器功率： 5 冷却器功率： 滤油精度：吸口 80，出口 5 工作压力： 续可调，程序设定，示值精度 1% 设定值 工作流量： 0 / 续可调（手动）， 电机功率： 10 工作油温： 50 C 油箱容积（有效）： 100 L 加热器功率： 3 冷却器功率： 6.5 蓄能器公称容积： 1 L 滤油精度： 3 最大输入转矩： 50值精度 最大输入转角：双向无限，示值精度 最大加载力 ： 10值精度 最大输出位移： 150 值精度 工作流量 15 L / 值精度 /泄漏流量 5 L / 值精度 /20A），示值精度 0.1 20硬件组成部分： 所示，可分为如下 6 个组成部分： (1)主机台架。包括被试转向机总成、被试阀体总成、转向机输入轴电液伺服驱动装置（双向伺服马达含电液伺服阀）、转向机输出齿条电液伺服加载装置（伺服油缸含电液伺服阀）、输入轴转矩传感器、输入轴转角编码器、齿条负荷传感器、齿条位移传感器、助力油流量传感器、压块间隙传感器、声级计，以及安装这些总成的基础平台和安装夹具。 (2)伺服泵站。包括油泵电机组、伺服油箱、恒温控制装置、恒压控制装置。 (3)液压分配器。含 2 级稳压蓄能器和 3 级精滤器。 (4)助力泵站。包括油泵电机组、油箱、恒温控制装置、调压调速回路。 (5)电气控制柜。包括双通道电液伺服控制器、两路油源温度控制器、测量电路、手动操作面板、仪表显示器、报警器、运行指示灯等。 (6)微机测控装置。包括工控机、控制接口板、测量接口板、 17彩显、激光打印机、键盘、鼠标、硬驱、光驱、 U 盘等。 软件系统组成： 软件系统采用模块化编程技术。可分为如下 5 个组成部分： 括控制信号发生器、全数字 节器、多通道协调模块、数采模块、信号实时跟踪显示模块。 包括被试件参数输入、试验运行参数设定 验数据处理与曲线、报表生成。 储历史试验数据。 障信息表，维护保养说明，使用说明 1 了解原有试验台，阅读相关文献，做英语翻译。 3 提出试验台改进方案，进行总体方案设计。 5 机械系统设计、加工、装配和调试。 8 测控系统设计、选购和装配。 10 系统软件设计和调试。 13 撰写设计说明书，准备答辩。 中文摘要 题目：电动式转向器综合性能试验台 摘要： 在汽车工业飞速发展的今天，所有对汽车各个部件的研究和改进都具有时代的意义。 转 向器作为汽车行驶运动中的重要部件而言，对转向器的研究相对的非常重要。本设计针对的就是作为直接获取转向器各项重要技术参数的 电动式 转向器综合性能试验台的硬件和软件的设计。 在设计的过程中涉及到了试验台的机械部分，包括装卡和转动；模拟转向器工作环境的阻尼部分和液压助力部分；控制整个试验台正常工作的控制部分。 其中包括了大量的硬件和软件的设计。 虽然设计的难度不大，机械构成也相对简单。但是 能够对被测的转向器的各项重要技术参数 进行有效的和直观的测量和判断。 关键词 ：转向器 试验台 电动 英文摘要 In to in to at is in is is to on 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 中文摘要 题目：电动式转向器综合性能试验台 摘要： 在汽车工业飞速发展的今天，所有对汽车各个部件的研究和改进都具有时代的意义。转向器作为汽车行驶运动中的重要部件而言，对转向器的研究相对的非常重要。本设计针对的就是作为直接获取转向器各项重要技术参数的电动式转向器综合性能试验台的硬件和软件的设计。 在设计的过程中涉及到了试验台的机械部分，包括装卡和转动；模拟转向器工作环境的阻尼部分和液压助力部分；控制整个试验台正常工作的控制部分。其中包括了大量的硬件和软件的设计。 虽然设计的难度不大，机械构成也相对简单。但 是能够对被测的转向器的各项重要技术参数进行有效的和直观的测量和判断。 关键词 ：转向器 试验台 电动 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 英文摘要 In to in to at is in ns is is to on 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 目 录 . 4 题研究的意义 . 5 计任务的内容和要求 . 7 体方案设计 . 8 2 试验台机械部分设计说明 . 10 入系统 . 10 出系统 . 11 压助力系统 . 14 感器的选择 . 24 转向器夹具设计 . 24 上部分装配要求 . 25 3 试验台控制电路设计说明 . 26 计的基本依据 . 26 验台系统运动方式的确定 . 26 制系统的选择 . 27 气原理及接口设计 . 27 制电气工作流程 . 34 结论 . 39 致谢 . 40 参考书目 . 41 附录 . 42 图 1. 42 第一章 绪论 4 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 题研究的意义 汽车作为现代 化的交通工具已经受到大众的接受，个人拥有私人汽车的数量也在每年以迅猛的速度增加。然而随着科学技术的发展，汽车制造业的竞争也是日见激烈。如何掌握先进的汽车制造技术，研发出让大众满意的汽车，成为了众多汽车制造商的当务之急。 在汽车行驶中，转向运动是最基本的运动。我们通过方向盘来操纵和控制汽车的行驶方向，从而实现自己的行驶意图。 采用动力转向系统的汽车转向所需的能量，在正常情况下，只有小部分是驾驶员提供的体能，而大部分是发动机 (或电机 )驱动的油泵 (或空气压缩机 )所提供的液压能 (或气压能 )。 用以将发动机 (或电机 )输出 的部分机械能转化为压力能，并在驾驶员控制下，对转向传动装置或转向器中某一传动件施加不同方向的液压或气压作用力，以助驾驶员施力不足的一系列零部件，总称为动力转向器。 在现代汽车上，转向系统是必不可少的最基本的系统之一，它也是决定汽车主动安全性的关键总成，如何设计汽车的转向特性，使汽车具有良好的操纵性能，始终是各汽车厂家和科研机构的重要课题。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同的驾驶人群，汽车的操纵性设计显得尤为重要 。 转向机综合性能实验台能够对汽车转向器的各项性能指标进行测试，让研法人员对所测试的转向器的各项指标有个直观的了解。一个功能齐全，效率高的综合实验台无疑能够在对汽车转向器的研发中起到关键的作用。因此这里把转向机性能实验台作为一个项目来研究，其主要目的就是更好的服务于汽车工业的发展。 历史上曾出现过许多种形式的转向器，目前较常用的有齿轮齿条式、蜗第一章 绪论 6 杆曲柄指销式、循环球 环球曲柄指销式、蜗杆滚轮式等。其中第二、第四种分别是第一、第三种的变形形式，而蜗杆滚轮式则更少见。在这里我们把用于大型车辆的动力式转向机作为研究的的对象。 图 转向器工作原理图 图 被测转向器结构图 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 计任务的内容和要求 有试验台的不足 传统的汽车转向系统是机械系统，汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。普通的转向系统建立在机械转向的基础上，通常根据机械式转向器形式可以分为：齿轮齿条式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。常用的有两种是齿轮齿条式和循环球式 (用于需要较大的转向力时 )。这种转向系统是我们最常见的，目前大部分低端轿车 采用的就是齿轮齿条式机械转向系统。 虽然传统转向系统工作最可靠，但是也存在很多固有的缺点，传统转向系统由于方向盘和转向车轮之间的机械连接而产生一些自身无法避免的缺陷： 汽车的转向特性受驾驶员驾驶技术的影响严重； 转向传动比固定，使汽车转向响应特性随车速、侧向加速度等变化而变化，驾驶员必须提前针对汽车转向特性幅值和相位的变化进行一定的操作补偿，从而控制汽车按其意愿行驶。这就变相地增加了驾驶员的操纵负担，使汽车转向行驶存在很大的不安全隐患； 液压助力转向系统经济性差，一般轿车每行驶一百公里要多消耗 的燃料；另外，存在液压油泄漏问题，对环境造成污染，在环保性能被日益强调的今天，无疑是一个明显的劣势。 动式试验台的优势 近年来，随着电子技术的不断发展，转向系统中愈来愈多的采用电子器件。相应的就出现了电液助力转向系统。电液助力转向可以分为两大类：电动液压助力转向系统 电控液压助力转向 在液压助 力系统基础上发展起来的，其特点是原来有发动机带动的液压助力泵改由电机驱动，取代了由发动机驱动的方式，节省了燃油消耗。 在第一章 绪论 8 传统的液压助力转向系统的基础上增加了电控装置构成的。电液助力转向系统的助力特性可根据转向速率、车速等参数设计为可变助力特性，使驾驶员能够更轻松便捷的操纵汽车。 现代电液动力转向系统主要通过车速传感器将车速传递给电子元件，或微型计算机系统，控制电液转换装置改变动力转向的助力特性，使驾驶员的转向手力根据车速和行驶条件变化而改变，即在低速行驶或转急弯时能以很小的转向手力 进行 操作，在高速行驶时能以稍重的转向手力进行稳定操作，使操纵轻便性和稳定性达到最合适的平衡状态。 为了保证转向轻便性，要求增大转向器的传动比。但是，增大角传动比虽然可以减小转向盘上的手力，但同时也造成汽车对操纵的反应减慢，甚至有可能导致驾驶员没有能力来转动转向盘进行紧急避障等转向操作，即不够 “灵 ”。 机械式转向器的设计目标是保证汽车在各种行驶条件下将转向盘上的手力保持在驾驶员能接受的合理范围内，同时保证适当的转向灵敏度。但是机械式转向器的结构特点注定 “轻 ”与 “灵 ”矛盾的存在 (包括变传动比机械转向器 )， 而电液助力转向系在一定程度上解决了这一矛盾。 体方案设计 件部分 试验台的硬件组成可分为如下 6 个组成部分 ： 1 主机台架。包括被试转向机总成、被试阀体总成、转向机输入轴 手动控制装置 、转向机输出齿条电 动 伺服加载装置、输入轴转矩传感器、输入轴转角 传感 器、齿条负荷传感器、齿条位移传感器、以及安装这些总成的基础平台和安装夹具。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 2 伺服 电机 。包括 电机和减速器。 3 助力泵站。包括油泵电机组、油箱、恒温控制装置、调压调速回路。 4 电气控制柜。包括测量电路、手动操作面板、仪表显示器、报警器、运行指示灯等。 5 微机测控装置。包括工控机、控制接口板、测量接口板、 17彩显、激光打印机、键盘、鼠标、硬驱、光驱、 件部分 软件系统采用模块化编程技术。可分为如下 5 个组成部分： 括控制信号发生器、全数字 节器、多通道协调模块、数采模块、信号实时跟踪显示模块。 包括被试件参数输入、试验运行参数设定 验数据处理与曲线、报表生成。 储历史试验数据。 障信息表，维护保养说明，使用说明 第二章 实验台机械部分设计说明 10 2试验台机械部分设计说明 试验台的机械部分分为台上和台下两个部分。台上部分 包括 被试转向机总成，转向机输入轴手动控制 装置 ， 转向机输出齿条电动伺服加载装置 ，试验台待测数据检测传感装置。台下部分主要为液压助力泵站系统。 入系统 动方向盘 本实验的输入方式按要求采用手动输入。为了更好的模拟转向机的工作环境，使用一个车用方向盘来手动输入转矩。 轴器 在方向盘后采用凸缘联轴器与其后的系统相连。 根据最小轴孔，最大轴伸长度的近似值；并且考虑到是手动输入，因而输入转 矩不可能很大的特点，选用了凸缘联轴器的普通型号 铁制。公称转矩 16用转速7200r/轴孔直径 20轴孔长度 52质量 。 因为有检测输入 端转矩，转角大小的要求。所以需要在输入系统和转向机总成之间加入 2 个传感器。因此在传感器和转向机总成之间还需要添加一个同为 的联轴器。 图 联轴器 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 1 出系统 机选择 按系统设计要求，选用 即 定功率 4载转速 1440r/大转矩 速器设计 减速器是通过 直径、模数不同的齿轮传动 将 电动机输出的较高转速变为所需求的低转速 的。在本设计中 由于电机转速过大，为了适应检测系统工作要求和起到保护系统的作用，需要采用减速器来降低输出转速。 设计使用普通圆柱齿轮减速器。 根据系统的实际情况 计算： 由选用电机型号可知：输入转速 1440r/入功率 动比i=况系数 1 =4 减速器计算输入功率 减速器实际输入功率 图 减速器示意图 第二章 实验台机械部分设计说明 12 根据440r/近的公称转速 1500r/选 ，其 额 定 功 率1P=相对误差%4%1001500 14401500111 n nn 不超过 4%，所以对应的额定功率P = 1P 可见 足机械强度要求。所以 选用减速器型号为 减速器输出转速 r / m m 4 0 轮齿条箱设计 一技术参数设计计算 因为电机通过减速器后输出的力仍然是 旋转力，但是根据设计要求，需要的是一个轴向力来检测转向机的输出力。所以设计了一个以齿轮齿条配合机构为主的齿轮齿条箱，用于将减速器输出的旋转力转化为轴向力。 首先是齿轮的设计。设计将齿轮固定在减速器的输出轴上与齿条配合。齿轮的技术参数如下： 分度圆直径 4 齿顶圆直径 6齿根圆直径 0模数 m=1 齿数 z=24 齿距 p 齿顶高 1ah 5.1fh 5.2h 然后是齿条的设计。 因为齿条需要和转向机输出轴同轴并且相向运购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 3 动，才能通过它们之间的力传感器来检测转向机输出力，所以设计将齿条焊接在一根杆上再和齿轮进行配合。杆的下方用一个 U 型槽支撑。齿条的 技术参数如下： 齿顶高 12 ah 杆长 70 根据齿轮的分度圆直径 和转速来计算齿条的移动速度： 100060 1 100060 r /m 1d 齿轮分度园直径（ 1n 齿轮转速（ r/ 二 (1)箱体的设计 箱体的设计是结构设计中较重要的，形状又比较复杂的零件，它对轴系零件的支承和固定，传动件 的啮合精度，齿轮齿条配合之间的润滑和密封等都具有重要的意义。 箱体的制造方法有铸造箱体和焊接箱体两种，铸造箱体一般用灰铸铁( 造，铸造箱体刚性好，加工方便，尤其适合形状较复杂的箱体零件，应用较广。焊接箱体采用钢板焊接而成，重量轻，费时少，但焊接时易变形，适用于单件小批量生产的情况。设计箱体时应考虑以下几个问题： 1) 箱体要有足够的刚度 第二章 实验台机械部分设计说明 14 为保证箱体在工作中不至于发生变形，导致轴承座孔中心偏斜，影响正常工作，在设计箱体时，在箱座和箱盖上制出加强筋和内加强筋。 当轴承座是剖分式结构时，还应保证 其连接刚度。为此，设计时，应使座孔两侧的连接螺栓尽量靠近轴承孔，支承螺栓用的凸台高度和凸台顶部大面积，要保证装螺栓的扳手空间。但应该注意，不要让轴承旁螺栓的螺栓孔与端盖连接螺钉的螺钉孔发生干涉。 2) 保证具有良好的铸造工艺性 (2) 减速器附件的结构设计 1)启盖螺钉 用于启盖时顶起机盖，启盖螺钉常装在箱盖两侧边的凸缘上，有 1 2个，拧紧启盖螺钉可以顶起箱盖。 2)定位销 定位销的主要作用是用来保证箱体轴承座孔的镗制和装配精度。定位销有两个。需在箱体接合凸缘的对角方向各安装一个圆柱或圆锥销，两销相距尽量远些， 以提高定位精度，但不宜对称布置。 压助力系统 在汽车完成的转向运动中，由驾驶员提供的转向力只占很小的一部分，大部分的动力是由液压或者电力系统来提供的 。因此为使被测转向机能够正常工作，试验台必须同样使用主力系统来帮助被测转向机来完成转向运动。本设计采用的是被测转向机型号 3411005 配套的液压助力系统。 液压助力转向系由机械转向器、液压油泵、油 箱 、动力缸、溢流阀和限压阀等组成，见下图。油泵为叶片泵，在液压泵上装有限压阀和溢流阀，确保系统安全。其购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 5 分配阀、转向器和动力缸置于一个整体，分配阀和主动齿轮轴装在 一起（阀芯与齿轮轴垂直布置），阀芯上有控制槽，阀芯通过转向轴上的拨叉拨动。转向轴用销钉与阀中的弹性扭杆相接，该扭杆决定于阀的特性，并起到阀的中心定位作用。在齿条的一端装有活塞，并位于动力缸之中，齿条左端与转向横拉杆相接。 汽车处在直行状态时，转向盘在居中位置，阀芯和隔套也在中间位置。所有液流控制口均打开，液压油很通畅地从油泵经控制阀流回油罐。 转向盘转动时，转向轴 (连主动齿轮轴 )带动阀芯相对滑套运动，使油液通道发生变化，液压油从油泵排出，经控制阀流向动力缸的一侧，推动活塞带动齿条运动，通过横拉杆使车轮偏转而 转向。 图 压系统结构图 箱的设计 (1) 油箱的特点 油箱是用钢板焊接而成，大型的油箱则用型钢作为骨架，再在外表焊上钢板。油箱的形状一般是方形或长方形，为了便于清洗油箱内壁及箱内滤油第二章 实验台机械部分设计说明 16 器，油箱盖板一般是可拆的。 油箱 在液压系统中除了储油外，还有 散热，分离油液中的气泡，沉淀杂质等作用。油箱中安装有很多辅件，如冷却器，加热器，空气过滤器及安装液位计等。 油箱分为开式油箱和闭式油箱两种，开式油箱，箱中液面与大气相通，在油箱盖上装有空气过滤器。开式油箱结构简单，安装维护方便，液压系统普遍采用这种形式。闭式油箱一般用于压力油箱，内充一定压力惰性气体，充气压力可达 果按油箱的形状来分，还可以分为矩形油箱和圆罐形油箱。矩形油箱制造容易，箱上易于安放液压器件，所以被广泛采用；圆罐形油箱强度大，重量轻，易于清扫，但制造较 难，占地空间较大，在大型冶金设备中经常采用。 (2) 油箱设计要点 设计油箱时应该考虑如下几点 1) 油箱必须有足够大的容积。一方面尽可能地满足散热要求，另一方面在液压系统停止时应能容纳系统的所有工作介质，而工作时又能保证适当的液位。 2) 吸油管及回油管应插入最低液面以下，以防止吸空和回油飞溅产生气泡。管口与箱底，箱壁距离一般不小于管径的 3倍。吸油管可安装 100线隙过滤器，安装位置要便于装卸和清洗过滤器。回油管口要斜切 45角并面向箱壁，以防止回油冲击油箱底部的沉积物，同时也要有利于散热。 3) 吸油管和回油管之间的距离要尽可能远点，之间应设置隔板，以加大液流循环的途径，这样就能提高散热，分离空气及沉淀杂质的效果。隔板高度为液面高度的 2/3 3/4。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 7 4）为了保持油液清洁，油箱应有周边密封的盖板，盖板上装有空气过滤器，注油及通气一般都由一个空气过滤器来完成。为便于放油和清理，箱底要有一定的斜度，并在最低处设置放油阀。对于不易开盖的油箱，要设置清洗孔，以便于油箱内部的清理。 5) 油箱底部应距离地面 150上，以便于搬运，放油和散热。在油箱的适当位置要设吊耳，以便吊运，还要设置液位计，以监 视液位。 6) 对油箱内表面的防腐处理要给予充分的注意。常用的方法有： 酸洗后磷化。适用于所有介质，但受酸洗磷化槽限制，油箱不能太大。 喷丸后直接涂防锈油。适用于一般矿物油和合成液压油，不适合含水液压油，因不受处理条件限制，大型油箱较多采用此方法。 喷沙后热喷涂氧化铝。使用于除水 喷沙后进行喷塑。适用于所于介质。但受烘干设备限制，油箱不能过大。考虑油箱内表面的防锈处理，不但要顾及与介质的相容性，还要考虑处理后的可加工性，制造到投入使用之间的时间间隔以及经济性，条件允许时采 用不锈钢制油箱无疑是最理想的选择。 (3) 油箱容量计算 油箱容量与系统的流量有关，一般油箱容量为最大流量的 3 5 倍。故为保守起见油箱容量是流量的 5 倍。 根据叶片泵 型号来确定油箱容量。 310 式中 n额定转速； 容积效率； 第二章 实验台机械部分设计说明 18 q理论排量； 量。 所以： m 0 0 30 故油箱的容量为 按液压站的油箱公称容量系列 (7938 V=120L,根据设计的需要分别取长为 800为 5为 600 管路部分 一、管路 管路 是液压系统中液压元件之间传递液体的各种油管的总称，管接头用于油管与油管之间的连接以及油管与元件之间的连接。为保证液压系统工作可靠，管路及管接头应有足够的强度，良好的密封，其压力损失要小，拆装要方便。 (1) 管路的种类及材料 1) 种类 管路按其在液压系统中的作用可分为： 主管路，包括吸油管路，压油管路，和回油管路，用来实现压力能的传送。 泄油管路：将液压元件 的泄漏油导入回油管或油箱的管路。 控制管路：用来实现液压元件的控制和调节以及与检测仪表连接的管路。 旁路管路：将通入压力油管路的部分或全部压力油旁路直接引回油箱的管路。 2) 材料 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 9 根据系统要求，用户常采用的管路材料有：无缝钢管，有缝钢管，耐油橡胶软管，紫铜管，耐油塑料管及尼龙管。 (2) 油管的尺寸 油管的尺寸主要指内径，外径和壁厚。油管的内径大小取决于管路的种类及管内的流速值。在流量一定的条件下：内径小则流速高，压力损失大，而且可能产生噪声；内径大时虽可避免上述缺点，但难于安装，管路所占空间大，机器的重 量增加，因此要选择合理的油管内径 d,一般由下式子来确定 d=04Q 式中 Q 为流经油管的流量； 0 为油在管内的允许速度。 一般来说，对于压油管路：当压力 p ，管内油速 v=2m/s；当p=， v 5m/s。 金属油管的壁厚 金属油管按公式计算并圆整确定内径后，再按受拉伸薄壁公式计算壁厚，即 2 式中 p 为油管内液体的最大工作压力； d 为油管直径； 为许用拉伸应力，当 ，取 n=4。 无缝钢管的通径 钢管的通径代表它的通流能力的大小，一般以 单位表示。通径仅表示管道的名义尺寸。例如， 32 通径的油管的外径为 42 二 、 管接头 在液压系统中，金属管之间以及金属管与元件之间的连接，可以采用直第二章 实验台机械部分设计说明 20 接焊接，法兰连接和管接头连接。直接焊接时，焊接工作要在安装现场进行，需经 过试装，焊接，除渣，酸洗等一系列工序，安装后拆卸不便，焊接质量不易检查，因此很少采用。法兰连接工作可靠，装拆方便，但外形尺寸较大，而且要在油管上焊接或铸造法兰，因此多用于外径大于 50油管外径小于 50通采用管接头连接。管接头的形式包括焊接管接头，卡套式管接头，扩口薄管接头以及快速管接头。 软管与金属管或软管与元件之间的连接均采用软管连接，常用的形式有可拆式和扣压式。 1. 焊接式管接头 焊接式管接头主要由接头体，螺母和接管组成。接头体拧入机体。螺纹为细牙圆柱螺纹，接合面加密封圈防漏 ，接头体与接管之间用 O 型密封圈密封，接管与管路系统中的钢管通过焊接相连。 焊接管接头具有结构简单，制造方便，耐高压，密封性能好等优点。工作压力可达到 目前应用较广的一种接头形式。焊接管接头的缺点是对焊接质量要求高，特别是高压时焊缝往往成为它的薄弱环节。此外，焊缝处可能会残留少量焊渣或其他金属屑，它们在受到冲击或振动脱落后会影响系统的正常工作。 卡套式管接头主要由接头体，卡套和螺母等三个基本零件组成。其中卡套是接头的中的关键零件，它的质量好坏直接影响接头的密封性能，连接强度和重复使用性能。 卡套是一个在内圆端部带有刃口的金属环，具有良好的刚度，硬度和韧性，卡套式接头连接性能的好坏，除与材料，制造精度和热处理质量等有关外，与装配质量的关系也较大。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 1 塞泵 的工作原理 柱塞和柱塞套是一对精密偶件，经配对研磨后不能互换，要求有高的精度和光洁度和好的耐磨性，其径向间隙为 柱塞头部圆柱面上切有斜槽，并通过径向孔、轴向 孔与顶部相通，其目的是改变循环供油量；柱塞套上制有进、回油孔，均与泵上体内低压油腔相通，柱塞套装入泵上体后，应用定位螺钉定位。 柱塞头部斜槽的位置不同，改变供油量的方法也不同。 出油阀和出油阀座也是一对精密偶件，配对研磨后不能互换，其配合间隙为 出油阀是一个单向阀，在弹簧压力作用下，阀上部圆锥面与阀座严密配合，其作用是在停供时，将高压油管与柱塞上端空腔隔绝，防止高压油管内的油倒流入喷油泵内。 出油阀的下部呈十字断面，既能导向，又能通过柴油。 出油阀的锥面下有一个小的圆柱面，称为减 压环带，其作用是在供油终了时，使高压油管内的油压迅速下降，避免喷孔处产生滴油现象。当环带落入阀座内时则使上方容积很快增大，压力迅速减小，停喷迅速。 泵油原理 工作时，在喷油泵凸轮轴上的凸轮与柱塞弹簧的作用下，迫使柱塞作上、下往复运动，从而完成泵油任务，泵油过程可分为以下三个阶段。 进油过程 当凸轮的凸起部分转过去后，在弹簧力的作用下，柱塞向下运动，柱塞上部空间（称为泵油室）产生真空度，当柱塞上端面把柱塞套上的进油孔打第二章 实验台机械部分设计说明 22 开后，充满在油泵上体油道内的柴油经油孔进入泵油室，柱塞运动到下止点，进油结束。 供油过程 当凸轮轴转到凸轮的凸起部分顶起滚轮体时，柱塞弹簧被压缩，柱塞向上运动，燃油受压，一部分燃油经油孔流回喷油泵上体油腔。当柱塞顶面遮住套筒上进油孔的上缘时，由于柱塞和套筒的配合间隙很小（ 柱塞顶部的泵油室成为一个密封油腔，柱塞继续上升，泵油室内的油压迅速升高，泵油压力 出油阀弹簧力 +高压油管剩余压力时，推开出油阀，高压柴油经出油阀进入高压油管，通过喷油器喷入燃烧室。 回油过程 柱塞向上供油，当上行到柱塞上的斜槽（停供边）与套筒上的回油孔相通 时，泵油室低压油路便与柱塞头部的中孔和径向孔及斜槽沟通，油压骤然下降，出油阀在弹簧力的作用下迅速关闭，停止供油。此后柱塞还要上行，当凸轮的凸起部分转过去后，在弹簧的作用下，柱塞又下行。此时便开始了下一个循环。 图 塞泵进，出油口图 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 3 流阀的工作原理 为保证系统的安全运行，在叶片泵和转向机总成之间需要接入一个溢流阀来防止压力过大，损坏被测转向机。本设计中采用先导试溢流阀。先导试溢流阀 由主阀和先导阀两部分组成。先导阀类似于直动型溢流阀，但一般多为锥阀（或球阀）形阀座式结构。主阀可分为一节同心结构、二节同心结构和三节同心结构。 图 导型溢流阀 图 先导型溢流阀。由于主阀芯 6与阀盖 3、阀体 4 与主阀座 7等三处有同心配合要求，故属于三节同心结构。压力油自阀体 4中部的进油口 P 进入，并通过主阀芯 6上的阻尼孔 5 进入主阀芯上腔，在油阀盖 3上的通道 上的小孔作用与锥阀 1 上。当进油口的压力 的调定值时，先导阀关闭，而且由于主阀芯上、 下两侧有效面积比（ 1）为 侧稍大，作用与主阀芯上的压力差和主阀弹簧力均使主阀口闭紧，不溢流。当进油压力超过先导阀的调定压力时，先导阀被打开，造成资金油口 P 井主阀芯阻尼孔 5、先导阀口、主阀芯中心孔至阀体 4 下部出油口（溢流口） O 的流动。阻尼孔处的流动损失使主阀芯上、下腔中的油液产生一个随先导阀流量增加而增加的压力差，当它在主阀芯上、下作用面上产生的总压力差足以克服主阀弹簧力、主阀自重 G 和摩擦力 实验台机械部分设计说明 24 时，主阀芯开启。此时进油口 P 与出油口（溢流口） O 直接相通，造成溢流以保持系统压力。 溢流阀 进出口压力为 式中， N/m）； m）； y、 m）； N）； G 为主阀芯自重（ N）。 感器的选择 根 据设计要求，需要检测被测转向器的输入端转矩 和 转角 ；输出端压力和位移。所以现在选用 扭矩传感器 型号： 位移传感器型号： 位移传感器型号： 力传感器型号： 们的工作电压均为 +5V。 转向器夹具设计 根据设计要求被测转向器的型号为 3411005，它的外形图如下： 图 411005 外形 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 5 根据上图在设计卡具时，设计两个带有 U 型 槽的小托架，和一个带有压板的大 U 型槽托架。这样就可以控制住转向器的六个自由度，使转向器在测试时能够保持不动。三个 便于更换相同型号的其他转向器。 上部分装配要求 根据设计要求并且考虑到实际工作中的合理性，在装配台上部分的配件时需要 设计一个输入端支架和一个输出端支架，并且根据输入端的方向盘，转向器，输出端的电机和减速器的轴高的不同，通过调整各个支架的高度来使三个部分的轴高统一在一条直线上。这样才能顺利地装配台上部分的各个配件。 考虑到需 要更换的被测转向器的细微差别，两个支架的底板和卡具底板应该在边缘位置设计出足够的通孔，以便于使用螺栓紧固时能够根据实际情况来调整三个部分之间的相对位置 。由于这个设计的要求，在设计台上部分的底板时，需要在上面设计出可以供螺栓紧固件滑动的 第三章 实验台控制电路设 计说明 26 3试验台控制电路设计说明 计的基本依据 试验 台系统总体方案设计内容包括：对试验台的机械结构进行设计，包括系统运动的方式，使用器件的型号和彼此之间的转动关系；对试验台控制电气部分的设计，包括芯片的选用和连线，运行程序的设计。然后对设计的方案进行优 化。 最后确定总体方案。 验台系统运动方式的确定 试验台要求模拟真实大型汽车上转向器的工作环境来组成。该转向机为小型汽车的电动式转向机，对输入端的输入力的要求较小，采用手动输入。输出端（测量检测）为电动系统，则应选用电机输入产生驱动力，再连接相关传感器。 在输出端设计连接一个伺服电机。伺服电机也称为执行电动机，在控制系统中用作执行元件，将电信号转换为轴上的转交或转速，以带动控制对象。为了在测量输出力的大小时便于改变测量电机输出力的大小，所以选用易于控制的伺服电机。为保护被测转向机，在伺服电动机之后连接 一个减速器。 图 统总体图 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 7 制系统的选择 控制系统由单片机部分 A/D 接口等组成。系统的测试和控制命令通过键盘操作实现。 气原理及接口设计 列单片机的引脚及其功能 本设计采用 031 单片机扩展控制系统。 片机的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，具有很高的性能价格比。 8031 与 其他型号单片机最大的区别在于它没有片内 以我认为采用 8031 单片机扩展控制系统能够很大的提高系统运行速 度，准确率高，并且具有很强的性价比。以下是 8031 的引脚功能： 列单片机有 40 个引脚，采用双列直插（ 封装形式，使用很方便。 8031 各引脚攻能分类如下： 5V 电源电压。 路接地端。 道 0，它是 8 位漏极开路的双向 I/O 通道，当扩展外部存贮器时，这也是低八位地址和数据总线，在编程校验期间，它输入和输出字节代码，通道 0吸收 /发出二个 载。 道 1是 8位拟双向 I/O 通道，在编程和校验时， 它发出低 8 位地址。 通道 1吸收 /发出一个 载。 道 2是 8位拟双向 I/O 通道，当访问外部存贮器时，用作高 8 位地址总线。通道 2能吸收 /发出一个 载。 道 3准双向 I/O 通道。 第三章 实验台控制电路设 计说明 28 图 031 引脚图 地址锁存器 由于 片机的0数据总线，其中既有数据信号又有地址信号。因此在进行程序存储器扩展时，必须利用地址锁存器将地址信号从地址 /数据总线中分离开来。在这个设计中采用 74址锁存器。因为 74同类芯片相比，它的连线比较简单，也不用更多的硬件并且价格便宜。 74透明的带有三态门的八 D 锁存器，当三态门的使能信号 低电平时，三态门处于导通状态，允许 1Q8Q 输出到 ,处于浮空状态。 G 称为数据打入线，当 74作地址锁存器时，首先应使三态门的使能信号 低电平，这时 ，当 G 端输入为高电平时，锁存器输出状态和输入端状态相同；当 G 端从高电平返回到低电平时，输入端的数据锁入 1Q8Q 的位锁存器中。 扩展存储器 本系统需要实时显示测量数据，而 8031 单片机是不具备片内存储器的，因此对存储器进行扩展必不可少。考虑到系统的复杂性，从满足系统需要的角度出发，本系统选用 27256 和 62256 两种芯片作为扩展存
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