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地形 轮转 系统 研究 设计

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全地形车四轮转向系统研究与设计,地形,轮转,系统,研究,设计

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TONGJI ZHEJIANG COLLEGE 毕业设计（论文） 课 题 名 称 全地形车四轮转向系统研究与设计 副 标 题 系（院）名 称： 机械与汽车工程系 专 业： 车辆工程 姓 名： 苏武 学 号： 1510008 指 导 教 师： 邓钟明 日 期： 2019.5 毕业设计（论文）报告纸全地形车四轮转向系统研究与设计专业：车辆工程 姓名：苏武 学号：1510008指导老师：邓钟明摘 要全地形车四轮转向也就是汽车都能够转向，尤其是后轮，不但能够和前轮转向同一方向，也可以和前轮转向相反方向。全地形四轮转向汽车的节能性和环保性都非常突出，高度吻合现代设计汽车的理念和思维，能够较好的适应未来汽车设计和应用的发展趋势，前景非常广阔。本文着重设计了汽车的液压式四轮转向系统，本文研究主要完成了下述工作：围绕本课题研究，大量检索了相关资料和文献，并且对资料文献进行了总结分析；回顾概述了中外相关研究现况，明确了本次设计的核心问题和基本内容；分析了本次设计的系统需求，着重开展了运动学和受力分析；针对本次设计要求提出了三个设计方案，对比方案后选择其中一种；根据选择的设计方案进行参数计算；计算所选方案中液压缸的相关参数并完成专项设计；计算选定所选方案的液压元件。关键词：四轮转向，液压系统，液压缸，液压元件25Research and Design of Hydraulic Steering System for Special Flat TruckMajor: Vehicle engineering NAME: Su Wu Student Id:1510008Advisor: Deng ZhongmingABSTRACTFour-wheel steering means that all cars can steer, especially the rear wheels, not only can steer in the same direction as the front wheels, but also can steer in the opposite direction to the front wheels. The energy-saving and environmental protection of four-wheel steering vehicles are very prominent, which are highly consistent with the concept and thinking of modern automobile design. They can better adapt to the development trend of future automobile design and application and have very broad prospects. This paper focuses on the design of a hydraulic four-wheel steering system for automobiles. The following work has been completed in this paper:Around the research of this topic, a large number of relevant materials and documents were searched and summarized. Reviewing and summarizing the current situation of relevant research at home and abroad, and clarifying the core issues and basic contents of this design; The system requirements of this design are analyzed, with emphasis on kinematics and force analysis. According to the design requirements, three design schemes are proposed, and one of them is selected after comparing the schemes. According to the selected design scheme; Calculate the relevant parameters of hydraulic cylinder in the selected scheme and complete the special design; Calculate the hydraulic components of the selected scheme.Key words: Four-wheel steering, Hydraulic system, The hydraulic cylinder, Hydraulic components 目 录第1章 绪论11.1 选题的背景及目的11.2 国内外研究现状11.3 设计的基本内容41.4 设计解决的主要问题4第2章 全地形四轮转向汽车转向系统分析52.1 前轮转向汽车与全地形四轮转向汽车车轮运动学分析对比52.1.1 前轮转向汽车车轮运动学分析52.1.2 全地形四轮转向汽车车轮运动学分析52.2 全地形四轮转向汽车受力分析72.3 本章小结8第3章 全地形四轮转向汽车转向液压系统方案的确定93.1 全地形四轮转向汽车转向液压系统方案103.2 全地形四轮转向汽车转向液压系统方案的确定11第4章 转向液压缸的设计与计算114.1 设计的主要技术指标和要求124.2 转向液压缸的主要尺寸的确定124.2.1 转向液压缸内径D及活塞杆直径d的确定124.2.2 转向液压缸外径及缸筒壁厚的确定144.2.3 转向液压缸导向长度H、活塞宽度B和导向套滑动面长度A的确定144.2.4 转向液压缸所受压力的确定144.2.5 转向液压缸最大流量和最大速度的确定154.2.6 液压缸缸筒底部厚度的确定154.2.7 液压缸活塞往复运动时的速度之比的确定154.2.8 液压缸活塞行程时间的确定164.2.9 液压缸所做的功和功率的确定164.3 液压缸强度的校核174.3.1 缸筒壁厚强度校核174.3.2 活塞杆强度校核174.4 本章小结18第5章 液压元件的选取195.1 液压泵的选择205.1.1 计算液压泵的最大工作压力205.1.2 计算液压泵的最大流量205.1.3 液压泵规格的选择205.1.4 计算液压泵的驱动功率并选择电动机205.2 液压执行元件的选择215.2.1液压缸的选择215.2.2 液压马达的选择215.3 液压控制阀的选择215.4 液压辅助元件的选择225.4.1 油箱的选择225.4.2 油管和油管接头的选择225.4.3 蓄能器的选择235.4.4 液压工作介质、过滤器和压力表的选择235.5 本章小结23结论24参考文献25致 谢26第1章 绪论1.1 选题的背景及目的随着汽车技术的发展，车速和道路交通密度不断提高，全地形车四轮转向技术作为实现主动安全的方法之一，越来越受到人们的重视。全地形车四轮转向系统的主要优点是重心偏离角可以保持在零，大大提高了横摆的横向加速度以及加速度等重要指标。此外，当车辆以较低速度行驶时，车辆半径相应较小，因此能够更加轻便灵活的对汽车姿态和轨迹进行有效控制，确保汽车行进姿态和方向高度一致，横向更加稳定。高速转向过程中，车辆从方向盘到后轮的驱动力相对滞后，形成车身的方向和实际的行驶方向。偏差减小，稳定性好。近年来，载重汽车和专业车辆的重量越来越大，总重甚至已经大于30吨，并且汽车结构从两轴结构逐步发展为多轴结构。所以运行的稳定性和灵活性有了更高要求，并且相关设计也更加重要。随着控制和电子技术相关理论的进一步成熟和完善，在汽车制造领域中，四轮转向技术已经成为一项决定汽车制造商市占率的重要技术。这一技术同时也是将来重型汽车逐步实现柔性化发展的主要技术，符合未来发展趋势。当前社会发展越来越快，在汽车设计领域不断降低耗能，同时提高机械效率是非常重要的设计研究方向。全地形四轮转向车符合现代设计理念，即环保节能。它不仅适应了汽车的发展趋势，而且具有广阔的市场前景。本文目的是介绍全地形汽车四轮液压转向系统的组成和结构原理，并结合电动液压控制四轮转向液压系统的设计过程和发展现状，来提供一个参考全地形车四轮转向系统的设计和开研发。1.2 国内外研究现状四轮转向也就是汽车都能够转向，尤其是后轮，不但能够和前轮转向同一方向，也可以和前轮转向相反方向。全地形四轮转向汽车的节能性和环保性都非常突出，高度吻合现代设计汽车的理念和思维，能够较好的适应未来汽车设计和应用的发展趋势，前景非常广阔。全地形车四轮转向设计的核心目的在于使得车辆在侧风作用或高速行进下也能稳定有效得到操纵，尤其提高在低速运行过程中对操纵汽车的轻便性，便于在高速上汽车换道过程中的调整控制，尽可能使得汽车转弯半径缩小。四轮转向系统在上世纪80年代就已经被提出了。四轮转向的实现方式主要有：前后轮在同一阶段和同一方向转动，当后轮和前轮反向转动时倒车。当前由很多企业都应用了这一技术，而且这一技术主要用于大型汽车以及少量跑车和SUV。全地形车如果使用了这一技术，转弯半径能够明显减小，低速运行状态下全地形车的机动性明显增强，高速运行时全地形车的可控性和机动性也明显增强。以德尔福轿车四轮转向系统为例，介绍了四轮转向系统。它也是现有四轮转向系统中最先进的系统之一。在这一系统中，前轮转向系统增设了电动方向盘转向系统。这一系统主要包括前轮定位传感器、整体可操纵准双曲面后桥、电机驱动执行器以及控制模块。在这一结构中前轮安装的速度和定位传感器将持续传感获取数据，并且将获取到的数据发送给控制模块，控制模块将根据获取的数据信息对后轮进行控制。系统通过计算正确合理的操控方案和阶段。系统运行的主要方式有正相运行、负相运行以及中相运行，前后轮反向转动，为负相位。当以中等速度行进过程中，后轮始终保持中间垂直的状态。高速行进过程中，后轮始终为正相位，前轮朝同一方向转动。在低速时，负阻力将对车辆后方的运行轨迹起到调整和操纵作用，这一设计对比两轮设计转向更为紧凑。因此在城市中能够更容易有效的操控车辆。瓦德拉斯特使它更容易在低速下操作，如逆转船甲板或使用野营拖车停车。倒车过程中，负相位能够明显提高控制车辆转向的能力。因此使用4项转向过程中汽车即便以较快速度行驶也能够保持较好的稳定性。前后轮同向转向有益于减少变形和侧线，并有助于在超车时平衡车辆，以改变车道或避免不平的路面。另外，OUADRASTER完全兼容于汽车四轮驱动系统，能够进一步优化这一系统性能。结合厂家提出的具体要求，司机可以自行选择手动控制或者全自动控制。譬如在车辆控制功能选择界面中，司机可以根据实际的驾驶环境对后轮转向性能进行合理调整。可选项主要有拖车牵引、一般驾驶以及两轮转向三个选项。假如汽车的四轮转向系统受损或无法正常运行，这一系统能够返回到两轮转向的普通行进模式。四轮驱动和两轮驱动完全兼容，尽管功能可是能够完全重叠。4W是对汽车状态的调整，它还具有减少侧风的作用。近年来，国内外四轮转向技术得到了积极发展。从1934年开始，就已经有卡车使用了这一技术，到今天已经有超过80年发展历史。不过部分些发达工业国家，由于监管原因，长期以来禁止使用四轴车辆。最典型的案例就是美国和前德意志联邦共和国。所以四轴汽车发展历程并不长，发展程度也比较有限。不过因为四轴车辆与两轴和三轴车辆相比，装载质量要大得多，对于交通改善有很大帮助。德国巴特勒研究所在1985年提出了设计制造四轴卡车来改善交通的建议。1989年奔驰首次量产了1200多辆四轴车辆，是当时世界上最先进的四轴车辆设计和制造企业。四轴车辆转向转向性差，因此有双前桥转向车辆。1990年之后电子技术和微型计算机技术快速被应用到汽车领域中，汽车设计越来越智能化。1985年，日产全球第1个四轮转向系统。此后关于四轮转向系统的设计研究院多，有许多实用的四轮转向系统具有不同的结构形式和不同的控制策略。一般来说，使用这一系统的汽车在转向时，根据驾驶条件其前后轮转向应该有一定的角度规律。目前比较典型的系统后轮转向主要有下述规律：(1)逆相位转向如果车辆正处在低速行驶过程中，或者车辆的方向盘已经有较大转动角度时，前后轮反向转向，此时前后轮偏转恰好完全相反，并且他们的偏转角增大。 特定区间内还会随着方向盘转动角度的增大而增大（后轮转向角度最大通常为5度）。这一模式有利于车辆在降低速度行驶时改善其便利性，使得转弯半径减小，车辆行驶变得更加灵活。方便汽车转弯，避开障碍物，进出车库和停车场。(2)同相位转向当方向盘在中速或高速时的角度较小时，前后轮实现相同的相位转向，即后轮与前轮的偏转方向相同（后轮的最大角度）（轮子一般约为1度）。汽车车身的横摆角速度大大降低，车身动态侧滑的趋势减小，高速超车，从高速公路出入、高架进桥，汽车往往会出现转向不足的问题。现如今，许多四轮转向车专注于提高汽车高速行驶性能，但是对于低速行驶下转向控制的灵活性，并不关注。这一系统的运行特征在于只在低速状态下前轮转向，并且只有在车辆速度达到一定值（例如50km / h）后，才会真正进入四轮转向模式。这一模式和普通的二轮转向相比，具有下述特征，：优点：(1) 针对转向操作能够更快响应，控制精度水平更高；(2) 转向控制更加稳定灵活；(3) 具有更突出的抗侧向干扰能力，行使更加稳定；(4)超车时比之前更加容易，降低了尾部摆动和侧滑的可能性。缺点：(1) 以较低速度行驶过程中汽车转向尾部很可能触碰障碍；(2) 控制效果不够理想；(3) 系统比较复杂，需要耗费更高成本；(4) 转向期间很难保证阿克曼定理。20世纪90年代时期，因为电子工业发展很快，许多电子技术被用于汽车制造领域，提高车辆整体性能，尤其被用于提高车辆的稳定性和操纵性。随着现代控制理论以及计算机仿真等技术在汽车领域和工程机械领域的应用发展，4WS已经在工程机械领域得到了更加成熟和广泛的应用。对于车辆速度的要求可以很低，可是对于车辆转向却提出了很高要求，所以两轮转向系统已经无法满足现实应用需要。而四轮转向系统能够大幅（50%）减小转弯半径，因此四轮转向在工程车辆的设计应用就变得非常重要。四轮转向系统在外国工程车辆中得到了普遍应用，其中比较典型的设备有四轨水泥摊铺机SF-3004（CMI Terex）、560型水槽（凯斯公司）。这两个设备的转向系统都应用了EHPS(SAUER公司)。其中基本转向系统主要有电动液压转向组合阀以及先导阀。这一系统使用控制手柄输入电子信号，同时还配合了微控制器，进一步增强控制效果。电液转向系统的优点：转向压力很大，但同时设计的转向缸较小而且只有一个，辅助阀压力很小，因此系统噪音很小，如果液压泵出现故障，也可以手动自动，能够有效控制侧压速度将其控制在叫小水瓶，微控制器无转向漂移，转向比可以调整，能够实现自动转向，并且提供了CAN总线连接端口。在工程机械的整体变化和发展历史中，主要出现了三次技术革命：其中第1次革命是出现了柴油机，第2次革命是广泛应用液压技术，第3次革命是电子和计算机技术的应用。为能够进一步提高工程机械的节能和效率水平，必须要对传动系统和发动机进行有效合理的控制，对车辆动力进行合理分配，确保车辆工作状态达到最佳。为能够尽可能减少驾驶人员的工作强度，提高车辆操控性能，还需要设计自动控制系统来，尽可能实现自动化操作，同时为了提高设备的安全性，还需要尽可能实现操作的智能化。随着建筑领域的扩展，需要远程控制和无人驾驶技术，以避免人们在难以到达的地方和非常恶劣的工作环境中工作。这些都说明施工机械当前最关键的问题就是控制系统设计问题，为此必须要引进更加先进的控制元件，并且还要利用更加先进的传感、电子、电液控制以及软件控制等多项先进技术。目前中外相关企业主要利用数字技术来实现四轮转向系统和系统控制，这也是当前这一技术发展的主要趋势。原因在于数控优势非常突出：程序控制，控制器主要通过程序（即软件）根据设计的控制规律计算和处理数字信息。 如果更改了控制法则，则只需要软件。在模拟控制系统内，元件精度水平决定了控制器的精度水平，字长决定了是数字控制器的精度水平；系统非常稳定，系统的软件常用只需要保证硬件环境相同就能够完全实现。数控的核心是控制程序，编程好相关子程序就能够完成模型建设，并且达到控制目的。能够轻松连接多个功能，达到系统设计目标。当前大部分制造商制造四轮转向控制器时，选择的控制元件主要是单片机和PLC，这两种元件都能够基本实现各项功能。DSP软件因为具有强大的处理数字信号的能力，所以从各方面性能都比其他处理器要优越得多。DSP是21世纪数字革命的重要成果。这一元件支持编程，而且能够实现实时运行，同时运行速度远远快于普通微处理器。这一软件最突出的优势在于处理速度极快同时具有极强处理数据和信息的能力。 DSP芯片尤其是用于处理数字信号，这一元件强调处理操作的实时性，所以不仅具备较好的控制功能和快速操作能力，同时非常灵敏、准确、可靠，不仅能耗低而且体积小，支持大规模模集成。1.3 设计的基本内容1.4 设计解决的主要问题1. 分析四轮转向系统2. 对比多种设计方案，最终得到本次设计的最优方案3. 设计转向液压缸4. 计算选定液压元件5. 完成液压系统和回路图的设计和绘制第2章 全地形车四轮转向汽车转向系统分析2.1 前轮转向汽车与全地形四轮转向汽车车轮运动学分析对比2.1.1 前轮转向汽车车轮运动学分析图2.1 前轮转向示意图如图2.1所示，点O是车辆的转向轴或中心。 转向轴线O到车辆的纵向对称平面的距离是R，这里被称为汽车的转弯半径。 如图所示，当轮式车辆转向的时侯，内外转向轮不等于车辆本身，即a和b。两个角度之间的对应关系如下： （2-1） （2-2）M - 两侧主销中心之间的距离;L - 前后轮间距;从上面的公式可以得出结论，当内轮转向外轮角度时，外轮转角 （2-3）2.1.2 全地形四轮转向汽车车轮运动学分析如图2.2所示，如若前桥主销间的距离等于后轮两主销间的距离时，即 （2.4）图2.2 四轮转向示意图则： （2-5） （2-6） （2-7）式中 、两个主销中心之间的距离；、 从车后轮到转向的中心线之间的轴向距离；当前桥与后桥两主销之间的距离不等时，时，要满足通过每个车轮几何轴线的垂直平面都应该相交于同一直线上，则 （2-8）由公式可以得出：与的差值越大，与也越大。当方向盘偏转的角度相对较大时，前后轮的瞬时转向中心点不会重合，差值也会随着与差值的增大而增大，使机械在转向半径较小的时侯，转向轮产生一定的滑移。因此应尽量减小与的差值，最好是相等的。通过这个选择两个相等的，由此可得： （2-9） （2-10） （2-11）2.2 全地形车四轮转向汽车受力分析图2.3 四轮转向汽车车体受力分析图车辆在行驶中的受力图如图2.3所示。图中x，y为车体的坐标；X，Y为路面的坐标；上面是车体俯视图；左下角是车体侧面图；右下角是车轮路面对轮胎的横向力和，纵向力是和，垂直方向力是和。这里下标f和r分别代表的是前后轮，车体的动力学方程为： （2-12） （2-13） （2-14）式中 车身质量；、车身沿x，y轴速度；r车身旋转角速度；、一前后轮转角；、一车身质点到前后轮的距离；转动惯量；当车辆在原地转向时，它的系统质心不变；故和以及r均等于0，此时系统可简化为一单自由度模型。动力学方程为： （2-15）即： （2.16）式中 转动惯量；转角加速度；转向力矩；摩阻力距；2.3 本章小结本章分析了全地形四轮转向车辆的转向系统，比较了前轮转向车辆和四轮转向车辆的运动学分析，并对全地形四轮转向车辆进行了力分析。第3章 全地形四轮转向汽车转向液压系统方案的确定3.1 全地形四轮转向汽车转向液压系统方案图3.1 全地形四轮转向汽车转向液压系统图如图3.1所示， 全地形四轮液压转向汽车转向液压系统方案的结构组成和工作原理如下:结构组成：油箱，过滤器，液压泵，电机，先导式电磁溢流阀，调速阀，压力表，压力表开关，蓄能器（以上均是使用一个），两个三通四通电液比例换向阀 ，八个单向阀，四个同步阀，四个液压缸。工作原理：同步阀和一对转向液压缸构成前后轮转向执行器。两个电液比例换向阀控制前后轮转向执行器，实现车轮转向。前后轮转向机构使用同步阀来实现两个转向液压缸的同步。当电液比例换向阀处于左侧位置时，液压泵通过电液比例换向阀和导流阀将油供给两个没有杆腔的液压缸，两个液压缸活塞杆一起向外延伸带有杆腔的油通过单向阀和电液比例换向阀流回油箱;当电液比例换向阀工作在正确位置时，液压泵通过电液比例换向阀供油并转向油。阀门将相同数量的油输入液压缸的杆腔。两个气缸的活塞杆同步向内缩回。没有杆室的油通过单向阀和电液比例换向阀流回到油箱里。先导式电磁安全阀设定系统的供油压力（基本上保证泵的出口压力在工作状态下保持恒定）。当方向盘发出转向指令的时侯，电压信号通过电位传感器来输入控制器。经过计算和分析，控制器将电信号施加到电液比例换向阀组。放大电信号以控制电液比例换向阀的开度。流入转向液压缸的流量与通过电液比例换向阀的阀门的开度成比例，从而控制转向液压缸。活塞杆的伸长间接达到控制每个方向盘偏转角度的目的。为了使控制精度增加，四个方向盘配备了非接触式霍尔效应传感器，每个车轮的实际旋转角度通过传感器反馈给控制器。在计算和分析之后，控制器重新发送命令信号以校正所需角度和实际角度之间的偏差。3.2 全地形四轮转向汽车转向液压系统方案的确定在上述方案中，同步阀以及液压缸（1对）组成了前后轮执行转向动作的主体装置。前后轮转向执行器由两个流量比例控制阀控制的。前后轮执行转向动作的主体装置应用分流阀（1个）实现两个液压缸的控制。本次设计使用的执行转向动作的执行主体为单活塞杆转向液压缸。杆腔的面积与单活塞杆转向液压缸的杆腔不相等，因而单活塞杆双作用缸的工作特性在伸缩时存在差别，两者并不相同。他们的需求，从而使车辆能够实现各种驾驶模式，如纵向驾驶，横向驾驶，45度纵向驾驶和45度横向驾驶。因此，这一种方案具有更多的转向模式，实用性更加突出，控制精度更高同时响应也更快，所以此方案作为本次设计的系统方案。第4章 转向液压缸的设计与计算4.1 设计的主要技术指标和要求1.车辆自重和总重分别为17t和 30t；2.液压缸荷载F以及行程L分别为24000N、250mm、供油压取值20MPa。4.2 转向液压缸的主要尺寸的确定4.2.1 转向液压缸内径D及活塞杆直径d的确定 图4.1 如图4.1可得：当主工作腔设计选择无杆腔情况下： （4-1）当主工作腔设计选择有杆腔情况下： （4-2） （4-3） （4-4）式中、分别为主工作腔以及回油腔的相应压力，Pa； 、分别为无杆腔以及有杆腔活塞面积有效大小，；d 、D分别为活塞杆和活塞直径，m；液压缸元件荷载最大值，N；元件机械效率，通常取值区间为0.90,0.97；一般情况下，主工作腔均设计为无杆腔形式，也就是说活塞杆运行过程中受压，活塞面积用下述方程式计算： （4-5）表4.1 根据工作压力大小来确定杆径比因为本次设计中设备供油压力大小，因此从上表4.1对应取值 因此D 计算用下述方程式： （4-6）假定回油口没有承受任何压力，所以有： （4-7）用上述方程式计算就能够获得内径D： （4-8）同时可以计算得到： （4-9）表4.2 液压缸内径系列和活塞杆直径系列液压缸内径以及活塞杆直径两个参数D和d的取值通过上表，近圆取整，作为设计标准值，这样能够选出标准缸或者是独立设计过程中密封件标准选择设定，因此本设计从表4.2中对比取值如下： 4.2.2 转向液压缸外径及缸筒壁厚的确定表4.3 液压缸缸筒外径与缸筒内径和额定压力的关系 16 MPa20 MPa25 MPa32 MPa已知P、D分别为20 MPa、63mm，因此从表4.3查到=76mm此时可得到缸筒壁厚 （4-10）同时结合表4.3中选型标准也能够根据本次选用的液压缸设备尺寸确定45钢为主要材料4.2.3 转向液压缸导向长度H、活塞宽度B和导向套滑动面长度A的确定H44mm，因此初定取值为44mm，因此初定取值为50mm，因此初定取值为63mm4.2.4 转向液压缸所受压力的确定单位面积油液压强计算如下： （4-11）式中：F和A分别为活塞上承受的载荷及其工作运行的有效面积，单位分别为N和；其中 1.86 F取值为24000N因此 （4-12）允许承受的最大压力，即为动态试压，也就是瞬间液压缸能够承受的最大压力。现行规范通常为：试验耐压，也就是对液压缸进行品质测验过程中施加的压力，是不会出现形变、破裂或者出现裂缝的最大压力。现行规范通常为：因此计算分析可知，本次设计液压缸受压情况与规范相符。4.2.5 转向液压缸最大流量和最大速度的确定液压缸流量最大值： （4-13）式中和分别为液压缸速度最大值和及其有效面积，单位分别为和；其中1.86 （4-14）液压缸流量的最大值估算为5.1.2内求解得到的液压泵流量最大值，也就有=3.6或0.06 （4-15）因此有： （4-16）4.2.6 液压缸缸筒底部厚度的确定缸筒如果为平底设计，厚度能够根据周边入嵌的圆盘强度方程式开展近似计算 （4-17）式中筒内运行压力最大值，MPa； 筒底部分所用材料应力允许值，MPa；=，即为抗拉强度，n安全系数取值5；厚度外径大小，m；也就是液压泵的液压油供应工作压力，也就有 =20 MPa考虑到液压缸应用45钢制造，查表可知其抗拉强度大小为600 MPa，因此=600 MPa，因此有= MPa （4-18）mm （4-19）式中D、d液压缸活塞直径、活塞杆直径，m；因此有： （4-20）所以选定 =10mm （4-21）4.2.7 液压缸活塞往复运动时的速度之比的确定缸内活塞运行往复速度比 （4-22）式中 和分别为活塞杆伸缩速度，单位为；D、d分别为缸内活塞以及活塞缸直径，；因此有 （4-23）4.2.8 液压缸活塞行程时间的确定伸出运动时间 （4-24）缩回运动时间 （4-25）式中Q、S分别为流量和行程，单位分别为、m；D和d分别为缸筒和活塞缸直径，单位均为m；其中 S=250mm Q =3.6因此有： （4-26） （4-27）4.2.9 液压缸所做的功和功率的确定功： （4-28）功率 （4-29）式中F、S分别为缸体荷载力以及活塞行程，单位为N、m； t为活塞运行时长，s；其中 两个参数分别取值24000N和250mm t=0.46+0.78=1.24s所以 （4-30） （4-31）4.3 液压缸强度的校核4.3.1 缸筒壁厚强度校核考虑到10 因此以厚壁为核心校核 （4-32）式中 试验压力。如果缸体压力额定值16MPa时，=1.5；如果16MPa，取值1.25；D 缸筒内径；缸筒材料许用应力，=，为材料抗拉强度，n为安全系数， 一般取n=5；考虑到=20MPa16 MPa，所以取=1.25=1.2520=25 MPa因为液压缸选用了45钢，因此查表有其抗拉强度大小为600 MPa，因此有：=600 MPa， 所以= MPa 因此有： 6.5= （4-33）因此有：缸筒壁厚设计与规范强度要求相符4.3.2 活塞杆强度校核 （4-34）式中 F荷载； 活塞杆材料许用应力，=，为材料抗拉强度，n为安全系数，一般取n=1.4； 基于前文方程有：=428.57 MPa因此有 40=d （4.35）因此有分析可知本次设计的活塞杆达到了强度要求4.4 本章小结本部分完成了转向液压缸的设计，着重分析了主要尺寸，具体有缸内D、活塞杆直径D；明确液压缸缸壁以及外径厚度；明确液压缸转向长H，活塞宽度B以及滑动长度A缸底厚;力的决定;确定转向油缸的最大流量和最大转速;液压缸往复运动中活塞与活塞速比、活塞行程时间、液压缸要求动力。同时对液压缸的壁厚、活塞杆两部分强度进行校核检查。第5章 液压元件的选取5.1 液压泵的选择5.1.1 计算液压泵的最大工作压力 （5-1）式中 液压缸运行压力的最大值，MPa； 进油路压力损失，经验估算，本文根据设计的简单系统取值如下：=（0.20.5）Pa；已知=20MPa所以 =20 +0.5 =20.5 MPa （5-2）5.1.2 计算液压泵的最大流量考虑到本次设计使用了3个液压缸，因此液压泵流量最大有： （5-3）式中系统流量需求，； K泄漏系数通常取值介于1.1-1.3区间； 同步工作的液压缸流量最大值，取值23 ； 初取1.2 =3 或0.05因此有=1.23=3.6 或0.06 （5-4）5.1.3 液压泵规格的选择为能够保证系统稳定运行，本次选型液压泵最大功率、总效率以及容积效率指标应该较大，结合其流量和运行压力的最大值，参考设计手册卷四21-5-4，选定了内啮合楔块式齿轮泵。5.1.4 计算液压泵的驱动功率并选择电动机考虑到循环过程中，液压泵流量及压力相对恒定，因此其驱动功率计算方程如下 （5-5）式中、分别为液压泵流量和工作压力最大值，单位分别为，MPa，本次设计齿轮泵总效率即通常取值90%；因此有 82 W （5-6）电动机选型：三相异步Y801-25.2 液压执行元件的选择5.2.1液压缸的选择基于前文中关于液压缸部分的设计以及计算，再结合经验完成部件选择：5.2.2 液压马达的选择结合运行经验和设计要求，选型如下：四只额定压力为1625MPa、排量为525mL、转速为5004000r、输出转矩为1764Nm、型号为CM5，由天津液压机械集团公司生产的齿轮式液压马达。5.3 液压控制阀的选择分析图3.3可知，本系统控制阀包括先导电磁溢流阀（1个）、调速阀（1个）、三通四通电液比例换向阀（2个）、溢流阀（2个），四通换向阀（4个）。液压控制阀均为标准阀。5.4 液压辅助元件的选择5.4.1 油箱的选择本次设计选用应用最普遍的独立油箱。其容量计算的经验方程如下 （5-7）式中V有效容积，L；液压泵的总额定流量，；经验系数，对低压、中压和高压系统取值区间分别为24， 57和612；初取 =4 所以 43.6=14.4L （5-8）表5.1 液压泵站油箱公称容量系列（JB/T 7938-1999）2.5 4.0 6.3 10 16 有效容积根据上表就近圆整，根据表5.1选定取值16L。5.4.2 油管和油管接头的选择通常尽可能使用硬管，本次设计用钢管。管道内径、壁厚计算方程式如下： （5.9） （5.10）式中q、分别为油管内流量最大值和允许值，高压管允许值取值2.5、分别为油管内径和壁厚，；为管内工作压力最大值，MPa； 管材抗压性能，MPa；（45钢取值600 MPa）安全系数；（最高工作压力20 MPa比17.5 MPa大，因此取值4）所以 （5-11） （5-12）表5.2 液压系统用硬管外径系列（GB/T 2351-1993）硬管外径有效容积根据上表就近圆整，根据表5.2选定钢制油管取值6mm，接头设计卡套式。5.4.3 蓄能器的选择等温运行期间，充气压力计算方程式如下： （5-13）式中、分别为充气压力和系统工作压力最大值，单位均为MPa；因此有 =0.520=10 MPa （5-14）蓄能器选型气体加载隔离型皮囊式，皮囊使用丁清橡胶，工作介质为水以及石油基液压液。5.4.4 液压工作介质、过滤器和压力表的选择本次设计系统含伺服系统，工作介质高粘度指数液压油。本次设计系统应用电液比例阀，过滤器和压力表分别选择精滤器以及电接点压力表。5.5 本章小结本章完成了设计液压系统元件的选型，涉及取液压泵、执行元件、控制阀、辅助元件等。结论未来汽车科技还会进一步发展，随着道路交通密度进一步提高，车速也变得更快，四轮转向也是主动安全实现的一种重要方法，因此备受国人的重视和关注。本研究着重探讨了全地形车用四轮转向液压系统。本文的工作和结论如下：1. 搜集并整理了全地形车用四轮转向液压的信息和关联数据，了解当前很多公司采用四轮转向技术，其中大部分用于大型车辆。它适应汽车发展的趋势，具有广阔的发展前景。2. 前轮和四轮转向车辆的对比后可知后者有许多优势，如提高车辆高速或侧风力的操纵稳定性，提高了低处理的便携性。转速，因此车辆的转弯半径就能够明显缩小。本研究设计了车用四轮转向系统，同时针对其响应速度、控制以及同步精度、可行性和复杂性等展开了分析对比。最终，选定了本次设计的方案。本次分析了所选方案基本原理以及实现机制。3. 完成了液压缸装配图设计并且完成了元件的选型和参数计算。本次分析所得参数都符合系统使用和功能需求。本次设计的液压系统完全可行。参考文献1黄滢.液压同步系统.北京:化学工业出版社,2010.2宋薇,程树珍.液压传动设计指南. 北京:化学工业出版社,2009.3邓英剑,刘志勇.液压与气压传动. 北京:国防工业出版社,2007.4张利平.液压与气压技术. 北京:化学工业出版社,2007.5刘彩志,陈思思.多轮转向汽车电液控制系统的研究与开发.交通科技,2002.6汪东明,陈南.电控电动式四轮转向系统的研究与发展.汽车电器,2004.7周名,余卓平,赵志国.动力转向技术的发展.汽车研究与开发,2004.8郭北涛,王淑莲等.电液比例速度系统的