WJ090-集成式液压助力转向缸设计【原创设计】
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In of a in of be it is to be of of is to of as as an at of as as in of is to in on to be of of of of no of of of of it is to of of as a is of of be to to or in to of to be is a of be is a in a of t is of a or in is a if a in on s to to of 1, a in on 1. a on is p=1, be in to of a . If of 2, by on in 2=is a of a on be in to as to in to of in of of a to in of a a a in on an to as to as to as by a in is to in a in to on a is to or As on in as of of it is by to of In be by to of a is a of of to be is of is by an is is of be as as to of of of be by of to at is by a of by By of a by be in be of as of to a a a is by a to a is as in on As to of of in of is in in so as as of be to a In a is in a be by on of be by or a is 。 to us in to in to in up as it is to a as to be in It mm as to a mm A on a 1500 to on A in mm 0% in to a in 500 00 If of is to is a of in a a as (a)A 20 in to a in 0% . (b)of to It is is to of it is of or to We of on of a us of a as by in in in to of in on is As it is is a of on 000 to in to at 000 is of to It is in of in of we in is as In as a a on an or s in is of in if % by of so a to to of in we in is by of in or of It is of As a of in of in to a of be to of As to of in a It to to it is an us in in by or in of in to of a of of in by a of to be be at as it to in in A is of of a at An is a of a to as in is as in of a is It it is or of of is to or of is a It to as of is 0 . be to is at 0 . of It is to in is in to of is at of of If of in is If in of a of in of is 0% of be to In of in in of is by in a of a to by in in of of In as as 00 00 in of a of to in in of by of a to by of of of of of of on as of of of at or in a of a s , of of to of of as It of a of as of of of by To of a or in of as a is in of by of as to as as of in a of of of in a of an s s an of of a in a s at of is of be to 850 A to of as a in a in to be to of of on of a in of I , of developI 武汉理工大学 本科生毕业设计任务书 学院： 物流工程学院 专业班级： 机设 1206 姓名： 李 轶 鸣 学号： 毕业设计题目： 集成式液压助力转向缸 设计 一 、 设计 主要内容 设计一 种 新型的集成式液压 助力转向油缸 ， 该油缸实际集成了 主动转向油缸和助力转向油缸，由一个两级伸缩式双杆活塞油缸和转向齿轮齿条机构组合而成，在两级伸缩式双杆活塞油缸中，其第一级为主动转向油缸，第二级为助 力转向油缸，详见推荐参考文献 1： 1320，相关设计参数参见文献 1中表 二、 完成的主要任务 及要求 1. 主要任务 1) 开题报告 在毕业设计环节开始后两周内独立完成。内容应包括： 目的和意义：根据毕业实习积累的资料、检索的国内外资料， 阐述 所选题目的目的和意义 ， 语言应精练。 基本内容和技术方案：根据现有条件，确定研究 的 内容和技术路线。应实事求是，思路清晰，内容翔实。 进度安排：至少应分 3 个以上时间段安排上述 研究 内容。 参考文献 2) 英文文献翻译 要求完成不 少于 2 万印刷符或 5000 汉字，且与选题相关的文献翻译工作。 3) 设计 任务 根 据转向系统的 工作要求，完成以下设计内容： 集成式液压助力转向缸的结构原理设计 ； 集成式液压助力转向缸 的 详细计算与结构设计 ； 绘制集成式 液压 助力转向缸装配图和零件图。 2. 工作量要求 1) 开题报告； 2) 设计计算说明书 (论文 )不少于 1 万字； ) 设计图纸 不少于 3 张 12 号图纸 ； 4) 设计计算说明书 中 涉及的 参考文献不少于 15篇，其中 近五年 外文文献不少于 3篇； 5) 英文翻译不少于 2 万印刷符或 5000 汉字。 三、 完成 任务 的 时间节点 1 收集资料进行整体方案设计 3 完成开题报告和 英文文献翻译 5 集成式液压助力转向缸原理和结构设计 8 集成式液压助力转向缸的详细计算与设计 10 绘制 集成式液压助力转向缸的装配图和零件图 14 周 撰写设计说明书 15 周 上传毕业论文进行答辩 四 、 推荐 参考 文献 1 落领 . 新型电动液压转向集成系统设计与研究 . 江西理工大学硕士学位论文， 2015. 2 臧克江 . 液压缸 . 化学工业出版社， 2010. 3 张 仁杰 . 液压缸的设计制造和维修 . 机械工业出版社， 1989. 4 贾培起 . 液压缸 . 北京科学技术 出版社， 1987. 5 雷天觉 . 新编液压工程手册 . 北京理工大学出版社 ,1998. 指导教师签名： 2016 年 2 月 22 日 系主任签名： 2016 年 2 月 22 日 院长签名（章）： 2016 年 2 月 22 日 开题报告 1 武汉理工大学本科学生毕业设计 （论文）开题报告 1、 目的及意义（含国内外的研究现状分析） 随着社会信息化的不断加快，汽车已经成为越来越多人出行的重要交通工具，道路交通安全问题也成为了世界性的社会问题。每年全世界大概有 130 万人因交通事故死亡，其中 20 万左右的事故发生在中国。据美国公路安全局的统计数据表明，美国每年因交通事故死亡的人数超过 人，并且在所有交通事故中，由于汽车侧翻引起的事故仅次于汽车碰撞造成的事故，高达 22700 起，而在欧洲，交通伤亡事故中 20%的人员伤亡是由车辆侧翻引起的。造成车辆 侧翻的原因有很多种，转向操作引起的最为常见。汽车在转弯、超车、变换车道以及紧急壁障等行驶状况下，由于驾驶员急转或者操作不当容易产生过度转向，如果不能保证车身转弯时曲线行驶的稳定性，则会引起甩尾、侧滑，严重时会发生侧翻、转向失控，从而导致交通事故的发生。 汽车转向系统的性能是车辆操作轻便性和行驶稳定性以及舒适性的重要指标之一。其作用是通过驾驶员操纵方向盘控制转向轮的转角，从而改变或保持车辆行驶方向，保证车辆能够按照驾驶员期望路线行驶，同时转向系统性能也决定了驾驶员能否轻便地实现车辆转向，以及在遇到紧急转弯等特 殊工况下能否实现车辆的转向行驶稳定性。转向系统的性能很大程度上影响着驾驶员的操作舒适性以及整车行驶安全性，是汽车结构中非常重要的一个部分。纯机械式转向就是整个车辆的转向，从驾驶员转向盘将力传递给车轮都是通过手力来完成的，因此转向过程会非常沉重，尤其在低速和原地转向的时候，会使得驾驶员操作疲劳，甚至会引起安全问题。为了节省体力并在不同的行驶工况下都有很好的转向灵敏性跟随性以及较高的车辆稳定性和安全性，汽车在原有的机械转向系统上增加了助力转向系统和主动转向系统，以此来改善车辆的行驶操作性和安全性，满足人们对车辆 驾驶高品质的需求，从汽车转向系统的发展来看，助力转向系统经历了纯机械式转向和动力转向，主动转向有机械式前轮转向以及线控转向等 。 目前汽车大都采用动力转向，动力转向系统是兼具驾驶员体力和其他动力为一开题报告 2 体的转向系统。其中只有很小一部分转向力是需要通过驾驶员操作方向盘传递，大部分力都是通过动力能源实现助力转向。在汽车发展过程中，动力转向系统经历了由发动机提供动力的纯液压助力转向系统（ 电子调节回路流量的电控液压助力转向系统（ 电动机驱动的电动助力转向系统（ 向着电子集成化线控助力转向（ 方向发展，进一步实现高能效，无污染，低成本汽车转向。 2、基本内容和技术方案 采取液压系统实现助力转向并同时实现主动转向控制对于大部分轿车仍然是较好的选择。如何选择最优的转向系统配置来来实现车辆的转向稳定性是当前汽车转向系统研究急需解决的问题。 本次设计 设计一种新型的集成式液压助力转向油缸，该油缸实际集成了主动转向油缸和助力转向油缸，由一个两级伸缩式双杆活塞油缸和转向齿轮齿条机构组合而成，在两级伸缩式双杆活塞油缸中，其第一级为主动转向油缸，第二级为助力转向油缸，具体设计参数如下： 整车参数 参数名 称 参数值 整车质量 /550 轮胎型号 215/55/轮轮胎气压 /轮轮胎气压 /轴载荷 /40 车轮最大转角（内 /外轮） /（） 2 转向盘直径 400 总圈数 齿轮半径 /m 传动比 20 转向正效率 80% 线传动比 /mm/r 次设计 首先根据新型转向器的结构，结合转向系统的工作原理设计了新型转向系统方案，并分析其中重要元件的结构及工作原理；其次 可拟定一组 车辆 的 相关开题报告 3 参数设计集成式液压助力转向缸中一些重要元件的参数 。对助力转向缸中一级缸筒二级缸筒的缸径及材料进行计算选择；活塞杆的设计计算；转向缸的设计计算等。 3、进度安排 1 收集资料进行整体方案设计 3 完成开题报告和英文文献翻译 5 集成式液压助力转向缸原理和结构设计 8 集成式液压助力转向缸的详细计算与设计 10 绘制 集成式液压助力转向缸的装配图和零件图 14 周 撰写设计说明书 15 周 上传毕业论文进行答辩 4、指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日 本科毕业设计（论文） 集成式液压助力转向缸设计 年 级： 学 号： 姓 名： 专 业： 物流工程学院 指导老师： 2016 年 04 月 毕业设计说明书（论文） I 摘 要 本 此设计的题目为集成式液压助力转向缸设计 。汽车转向系统是用来改变车辆的行驶轨迹，同时保持车辆行驶稳定性。转向系统需要满足良好的转向轻便性和操作稳定性 。 不同结构的转向系统对整车性能的影响也不同，目前动力转向系统应用最为广泛。本文在分析电动液压助力转向系统特性的基础上，提出一种新型 集成式 液压助力主动转向 缸 ， 主要 目的是 设计一 种 新型的集成式液压助力转向油缸。该油缸实际集成了主动转向油缸和助力转向油缸，由一个两级伸缩式双杆活塞油缸和转向齿轮齿条机构组合而成，在两级伸缩式双杆活塞油缸中。其第一级为主动转向油缸，第二级为助力转向油缸。 此次设计不仅可以 了 汽车转向 液压系统的组成、工作原理 。还可以 对液压系统的基本理论有更深入的理解。 可使自身 巩固学生的专业知识，熟悉液压系统的设计步骤、内容和相关计算，掌握工程图的设计与绘制，提高综合利用所学知识解决生产实际问题的能力。 关键词 ： 转向系统、转向缸、集成式、液压助力 毕业设计说明书（论文） he of is of is to s of to of of on of is is On of of a of is to a of is is of a a is is a of of to of of to in 毕业设计说明书（论文） 录 摘 要 . I . 1 章 绪 论 . 1 题研究意义 . 1 内外发展状况 . 1 压传动技术 . 2 文研究内容和目的 . 2 究的主要内容 . 2 计目的与要求 . 2 第 2 章 总体方案设计 . 4 案分析 . 4 力转向系统原理分析 . 4 力转向系统控制阀分析 . 5 动转向系统原理分析 . 5 集成式液压助力转向缸系统的分析 . 6 第 3 章 转向缸参数计算 . 8 成式液压助力转向缸有效工作面积计算 . 8 第 4 章 转向缸设计计算 . 12 4. 1 集成式转向缸的类型和安装方式的选择 . 12 型选择 . 12 毕业设计说明书（论文） 集成式液压缸的安装方式 . 12 4. 2 集成式转向缸的缸筒壁厚计算 . 12 动缸筒参数设计计算 . 12 力缸筒参数设计计算 . 14 向缸主要零件的结构和材料及技术要求 . 15 塞 . 15 盖 . 16 塞杆 . 17 塞杆的导向、密封和防尘 . 17 结论 . 19 致 谢 . 20 参考文献 . 21 毕业设计说明书（论文） 1 第 1 章 绪 论 题研究 意义 随着社会信息化的不断加快，汽车已经成为越来越多人出行的重要交通工具，道路交通安全问题也成为了世界性的社会问题。每年全世界大概有 130 万人因交通事故死亡，其中 20 万左右的事故发生在中国。据美国公路安全局 的统计数据表明，美国每年因交通事故死亡的人数超过 人，并且在所有交通事故中，由于汽车侧翻引起的事故仅次于汽车碰撞造成的事故，高达 22700 起，而在欧洲，交通伤亡事故中 20%的人员伤亡是由车辆侧翻引起的。造成车辆侧翻的原因有很多种，转向操作引起的最为常见。汽车在转弯、超车、变换车道以及紧急壁障等行驶状况下，由于驾驶员急转或者操作不当容易产生过度转向，如果不能保证车身转弯时曲线行驶的稳定性，则会引起甩尾、侧滑，严重时会发生侧翻、转向失控，从而导致交通事故的发生 。 汽车转向系统的性能 。 是车辆操作轻便性和 行驶稳定性以及舒适性的重要指标之一。其作用是通过驾驶员操纵方向盘控制转向轮的转角 。 从而改变或保持车辆行驶方向 。 保证车辆能够按照驾驶员期望路线行驶 。 同时转向系统性能也决定了驾驶员能否轻便地实现车辆转向 。 以及在遇到紧急转弯等特殊工况下 。 能否实现车辆的转向行驶稳定性。转向系统的性能很大程度上影响着 。 驾驶员的操作舒适性以及整车行驶安全性 。 是汽车结构中非常重要的一个部分。纯机械式转向就是整个车辆的转向，从驾驶员转向盘将力传递给车轮都是通过手力来完成的，因此转向过程会非常沉重，尤其在低速和原地转向的时候，会使得驾驶员操 作疲劳，甚至会引起安全问题。为了节省体力并在不同的行驶工况下都有很好的转向灵敏性跟随性以及较高的车辆稳定性和安全性，汽车在原有的机械转向系统上增加了助力转向系统和主动转向系统，以此来改善车辆的行驶操作性和安全性，满足人们对车辆驾驶高品质的需求，从汽车转向系统的发展来看，助力转向系统经历了纯机械式转向和动力转向，主动转向有机械式前轮转向以及线控转向等。 内外发展状况 传统的机械式转向系统转向能源直接由驾驶员手力提供，通过各种机械部件将力从方向盘传递给转向轮，主要由三部分组成，分别是连接方向盘的转 向操作机构，传递和放大力的转向器和连接车轮的转向传动机构。转向操作机构是从方向盘到转向器之间的机械传输部件，包括转向轴、转向万向节、转向传动轴；转向器是将转向传动轴传递过来的力矩放大的增力装置；转向传动机构是从转向器输出端到车轮之间的机 毕业设计说明书（论文） 2 械部件，包括转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂、梯形臂、转向横拉杆和左右转向节。当车辆需要转向时，驾驶员通过操作方向盘带动转向横拉杆左右移动实现车辆转向。 机械式转向系统结构简单，工作可靠性高，生产成本较低，但转向力全部由驾驶员提供，车辆越重车速越高，转向操作越费力，可以通过增大 转向器角传动比解决这一问题，但同时会降低车辆转向灵敏度。另外，从转向盘到车轮之间的机械结构固定，因此车辆转向传动比固定，驾驶员无法掌握车辆随车速变化的转向特性，车辆行驶过程中驾驶员容易产生疲劳，影响车辆行驶安全性。动力转向系统是在传统转向系统上增加了一套动力供给装置，可以提供转向助力有效实现车辆转向轻便性，且逐渐应用于各种车辆。 压 传动技术 液压技术是 关于 液体流动和液体压力规律的 研究 。 现如今，随着工业的迅速发展，液压技术也得到了空前绝后的快速发展，涉及的领域几乎包涵了各个工业生产部门。特别是在机床 行业中，液压传动可以实现无级调速，并在往复运动中实现频繁换向，所以其应用在不断扩大和改进。 液压传动相比于机械传动有着机械传动无法比拟的优势，它是靠着液体传递动力，轻而易举的可实现非常大的力和力矩，并且传动的功率大，可无级调速，并且可使执行机构运动更加平稳，操作还简单。对操作者的要求不高，结构形式简单维护保养方便，元件使用寿命长等等的优点。 文研究内容 和目的 究的 主要内容 本文研究的 主要任务是 设计一 种 新型的集成式液压助力转向油缸。该油缸实际集成了主动转向油缸和助力转向油缸。由一个两级 伸缩式双杆活塞油缸和转向齿轮齿条机构组合而成。在两级伸缩式双杆活塞油缸中。其第一级为主动转向油缸，第二级为助力转向油缸 。 完成集成式液压助力转向缸的结构原理设计 ； 集成式液压助力转向缸的 详细计算与结构设计 ； 以及绘制集成式 液压 助力转向缸装配图和零件图。 计目的与要求 1设计的目的 毕业设计是一个综合性很强的任务。要求我们毕业生完成并达到以下目标： 过学习和查阅相关书籍和资料。达到熟练完成设计。并了解相关的计算步 毕业设计说明书（论文） 3 骤。培养我们设计的能力； 定执行系统的准确、合理的实施，标准元件正确的 选择； 悉并使用相关国家标准及机械设计标准、设计说明书等技术资料及产品样品。提高学习的计算能力以及 图制图的能力，提高自己基本的专业技能水平。 设计的要求 计必须从实际出发。必须考虑设备的可实用性的问题，还有经济成本必须考虑。再者就是设备的操控和保养维护一定方便简易。还有一点是考虑设备产品的安全性。在设计计算时，应考虑选用一些性能优质、成本较低的元件，最好是通用件，这样不仅保证了设备产品的质量还方便了日后的维修。 立完成设计。收集和参考类似的机械设计，但一定要了解，学会运用其中 的原理。 毕业设计的过程中，要对所涉及的课本，资料，公式，原理，系统，画图软件都十分熟悉。 毕业设计说明书（论文） 4 第 2 章 总体方案设计 目前大部分车辆的转向系统，都只有助力转向系统没有主动转向系统。当车辆高速行驶遇到急转弯、换道或者避障等行车状态时，会产生过度转向，如果不能及时地调整前轮转向角，则很难保持车身正确的行驶方向，容易发生侧倾，甚至是侧翻等交通事故。转向系统的动力能源，可以采用电机驱动的方式，但车辆长时间驾驶，会出现供电不足的情况，所以采取液压系统实现助力转向，并同时实现主动转向控制 对于大部分轿车仍然是较好的选择。如何选择最优的转向系统配置，来来实现车辆的转向稳定性，是当前汽车转向系统研究急需解决的问题。将助力转向系统主动转向系统结合到一起，需用到一种 集成式液压助力转向油缸来到达目的。 案分析 力转向系统原理分析 电动液压助力转向系统是系统通过采集车辆行驶参数，包括转向盘角速度，车速等，然后通过控制单元 据系统设定的助力特性曲线实时控制电动机转速，控制进入助力转向油缸的流量，以此来调节车辆前轮转角。电动液压助力转向系统由方向盘，转向轴，扭杆，转阀，助力 转向油缸，油泵，储油罐，转向横拉杆，连杆还有车轮等组成，如图 示。 图 电动液压助力转向系统原理简图 电动液压助力转向系统是通过无刷直流电机 ， 带动直接带动齿轮泵 。 完成转向系 毕业设计说明书（论文） 5 统动力的提供 。 这里需要转向系统 通过采集来自车辆行过程中的转向角度 。转向角速度，车速以及车辆其他行驶信号 ， 来根据预先设定的电动机期望变化转速 ，来调节齿轮泵输出的流量 。 然后将油液输送给和转向扭杆固结在一起的转阀 。 当转阀口发生变化时 ， 通过转阀的油液压力 ， 会随着给定的阀口参数调节系统所需的压力 。之后油液 进入助力转向油缸 。 使助力油缸俩边腔室产生压力差 。 从而产生助力带动活塞杆移动一个位移 。 此时低压腔的油液通过转阀流回到储油罐 。 在方向盘没有转角输入的情况下，转阀处于不工作状态，油泵排的油液直接流回到储油罐。 力转向系统控制阀分析 电动液压助力转向系统可以根据转阀的开口形式分为，中位开式和中位闭式，中位开式转向系统在车辆直线行驶过程中，转阀不工作，阀口留有余量开口，此时由转向油泵输出的油液会通过转阀开口间隙返回到油箱中，且助力油缸两腔室相同，无压力差不产生助力，车辆能耗小，并且这种阀结构简单转向手 感好 。 受到系统阻力，连接转向轴的扭杆发生变形，产生一个角度，此时带动固连在一起的阀芯一起旋转一个角度，并相对于固定的阀体使得转阀开启一个比较大的阀口。因为是左转，所以通向助力油腔左腔的阀口面积大于回油腔油液返回储油罐的阀口面积，从而使得助力油缸两腔油液产生压力差，推动转向横拉杆向左移动，完成转向车轮左转。当阀芯发套处于极限位置时，也是助力极限，系统压力最大。 动转向系统原理分析 助力转向系统是通过应用比较成熟的转阀控制系统，利用的是节流原理，但不可避免的会造成节流损失，较低的能量利用率。主动转 向系统需要高精度的控制的，快速响应性，电动机和齿轮泵为一起的直驱式液压控制系统具有节能，高效，低噪声，控制精度高等优点，因此本文新型转向系统采用直驱式电机融合泵控制主动转向系统需要的流量和压力。另外通过高精度电磁换向阀实现回路的换向作用，其工作原理如图 示。 毕业设计说明书（论文） 6 图 动转向结构原理图 集成式液压助力转向缸 系统的分析 集成式 液压助力主动转向系统集成了助力转向系统和主动转向系统。其转向部分是由一个两级双伸缩活塞油缸和齿轮齿条机构组合在一起组成的，第一级双活塞杆油缸为主动转向油缸 ，第二级双活塞杆油缸为助力转向油缸，通过控制转向器连接的横向拉杆位移实现汽车前轮转向角的改变，使得转向系统既具有 能，又具有 能。根据转向功能要求并设计转向系统工作原理图，如图 示。 图 成式 转向系统工作原理 毕业设计说明书（论文） 7 910111213141516171819202122,23工作原理 ： 如果 单独转动方向盘 9，通过传动轴 10 驱动助力转阀 11 和转向器 12 的转向齿轮 4，助力转阀 11 首先打开，油液进入助力油缸的腔室，驱动活塞杆 5 并带动活塞杆 1、连杆 13、摆臂 14、车轮 15 运动，此时为液压助力转向操作；如果单独打开控制阀 16 到左位或右位，油泵 17 泵出的油液经控制阀 16，调节速率推动活塞杆 1 左移或右移，此时为主动转向操作；如果同时转动方向盘 9 和打开控制阀 16，这时两种转向操作合成，连杆 13 的位移是两种操作位移的叠加，实现助力转向和主动转向功能。 毕业设计说明书（论文） 8 第 3 章 转向缸 参数 计算 本次设计 以某一轿车作为研究对象，其车型参数如表 汽车电动液压助力转向系统以原地转向系统油压最高，一般轿车液压转向系统工作压力为 105文设计转向系统最高油压为 10面初步计算拟定系统重要元件参数。 表 车参数 参数名称 参数值 整车质量 /550 轮胎型号 215/55/轮轮胎气压 /轮轮胎气压 /轴载荷 /40 车轮最大转角（内 /外 轮） /（） 2 转向盘直径 400 总圈数 齿轮半径 /m 传动比 20 转向正效率 80% 线传动比 /mm/r 成式液压助力转向缸有效工作面积计算 集成式液压助力转向系统将助力和主动转向的转向器合为一体，形成集成式的双活塞伸缩缸，主动转向系统的油缸缸体恰好为助力转向油缸的活塞杆，因此助力转向系统最终提供的助力还需要通过主动转向油缸活的塞杆传递到转向横拉杆上，并通过连杆带动车轮转向。所以，这里油缸的有效面积。 毕业设计说明书（论文） 9 根据汽车转向系 统工作原理，转向器油缸有效面积必须满足转向系统可提供的最大助力，系统工作最大负载是在车辆原地转向，此时轮胎阻力可产生最大阻力矩，通常情况下很难通过实验的方法获得这一参数，这里采用转向系统设计常用的半经验公式来初步估计原地转向车轮受到地面的最大阻力矩，假设路面是混泥土路面，采用半经验公式： 31=3 （ 式中：1G 前轴载荷（ N） 轮胎摩擦系数，一般取 P 转向轮胎气压（ 30 . 7=3 0 . 2 2T（ 6 4 0 1 0）= （ 考虑到轿车的转向传动比和转向效率： h=（ 式中： i 转向角传动比； 转向系正效率； 转向盘所需转矩（ 。 此时可以得到实际转向盘所需转矩为： h 0 =16 （ 表 不同车速和侧向加速度下，期望方向盘转矩，一半转向操作力在 30N50在 10N 以下则转向很轻便。 毕业设计说明书（论文） 10 表 不同侧向加速度和车速我国驾驶员所偏爱的平均方向盘力矩 侧向加速度 车速 40KM/h 60KM/h 80KM/h 100KM/h 120KM/h s s s s s 地转向需要满足驾 驶员转向轻便型，这里取原地转向作用在放心盘上的最小操作力0N，则驾驶员作用在方向盘上可以提供的转矩为： h h 0 h= / 2T F D（ 式中：转向盘直径（ m）； 方向盘转矩（ h h 0 h= / 2 = 1 0 0 . 4 / 2 = 2 D N由此可得转向系统可提供的最大助力转矩 N ）为： am ax h T T=（ 164此可以得到齿条上的最大作用力 F（ N）为： a m a x g/ 0 . 5 r = 1 4 / 0 . 0 0 3 = 4 6 6 6F T N N 毕业设计说明书（论文） 11 式中：小齿轮半径（ m）。 根据动力转向系统实验。取电动液压系统的最高工作压力 10计算出助力油缸活塞实际作用面积为： 2m a F / P = 4 6 6 6 / 1 0 = 4 6 6 . 6 m m 设计主动转向活塞杆的直径取 16力转向活塞杆直径为 40 则此时可通过下式求得一级和二级油缸内径： 22S = / 4 d （ （ 经计算，下表 6动转向油缸内径为 30力转向系统油缸活塞杆直径为 40缸内径为 50 表 压缸内径尺寸系列 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （ 90） 100 （ 110） 125 （ 140） 160 （ 180） 200 （ 220） 250 （ 280） 320 （ 360） 400 （ 450） 500 注：圆括号内的尺寸为非优先选用尺寸。 表 压缸活塞杆外径尺寸系列 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 毕业设计说明书（论文） 12 第 4 章 转向缸设计计算 4. 1 集成式转向 缸的类型和安装方式的选择 型选择 液压缸作为系统中最常用的执行元件，其被分为三大类：单作用液压缸、双作用液压缸和组 合式液压缸。单作用液压缸又分为三类：活塞式液压缸、柱塞式液压缸、伸缩式液压缸。 双作用液压缸分为三大类：单活塞杆（包括无缓冲式、不可调缓冲式、可调缓冲式和差动式）、双活塞杆（包括等速等行程式和双向式）和伸缩式套筒液压缸。组合式液压缸分为五大类：串联式、增压式、多位式、齿条传动活塞液压缸和齿条传动柱塞液压缸。 根据条件， 本次设计集成式液压助力转向缸，集多种液压缸的类型为一体，主动转向缸与助力转向缸都为双出杆双作用液压缸，与转向齿轮共同结合成双级双伸缩式双作用齿轮转向液压缸。 成式 液压缸的安装方式 液压缸按照合实际工作需要选择合适的安装连接。 常用的液压缸连接方式有五大类，分别为：法兰型、销轴型、耳环型、底座型和球头型。 法兰型分为头部法兰和尾部法兰； 销轴型分为头部销轴、中间销轴和尾部销轴； 耳环型分为头部耳环和尾部耳环； 底座型分为径向底座、切向底座和轴向底座； 球头型只有一种连接方式尾部球头。 本文设计的集成式转向液压缸安装方式采用前后耳环连接方式。 4. 2 集成式转向 缸的 缸筒壁厚计算 动 缸筒参数设计计算 据文献 5第 4 篇第 11 章可知当圆筒承受内压力时 。 其内应 力分布变化因壁的厚薄而不同。计算时有薄壁圆筒也有厚壁圆筒。薄壁缸体是要缸体壁厚与内径之比小于 毕业设计说明书（论文） 13 。厚壁缸体就是要，体壁厚与内径之比大于 。由文献 5式 10 10 薄壁缸体壁厚计算 公式 ： 2 4 厚壁缸体壁厚计算 公式： )(2 （ 4 P 液压缸的最大工作压力。据前面知其工作压力最大为 10 即此时P=10 D 缸筒内径。前面计算得知。 主动 缸缸筒内径为 30 D=30 缸筒材料的许用拉应力。据 8第 10 章知其计算公式为： 。 b 缸筒材料的抗拉强度极限。单位： n 安全系数。据 1表 20 5n 。 据 5第 5 篇第 11 章知 在考虑缸体材料时 6低压系统中 。 液压缸应采用无缝钢管 。 且选其材料为最普通的 20 号钢调质处理。据 1表 2010。 取 10 。则缸筒材料的许用应力为： M p aM p an b 1225610 则由式 4 4别计算其壁厚为： 按薄壁缸体计算时壁厚 为： 1 0 3 0 1 . 2 3 m 2 1 2 2 又 1 . 2 3 0 . 0 4 0 . 130mm ， 符合前提条件。 毕业设计说明书（论文） 14 按厚壁缸体计算时壁厚 为： 0 . 4 3 0 1 2 2 0 . 4 1 0( 1 ) ( 1 ) 1 . 1 3 m 1 . 3 2 1 2 2 1 . 3 1 0 又 1 . 1 3 0 . 0 3 8 0 . 130mm ，不符合前提条件。 则由上式计算易知考虑工作缸的壁厚时应按薄壁缸体计算，据 文献 5中资料可知， 壁厚 的取值范围应该为： 1 1 0 m m （ ） 。考虑到加工工艺的问题， 外径适当加厚，取整。 力 缸筒参数设计计算 据文献 5第 4 篇第 11 章可知当圆筒承受内压力时 。 其内应力分布变化因壁的厚薄而不同。计算时有薄壁圆 筒也有厚壁圆筒。厚壁缸体就是要，体壁厚与内径之比大于 。由文献 5式 10 10 薄壁缸体壁厚计算 公式 ： 2 4 厚壁缸体壁厚计算 公式： )(2 （ 4 P 液压缸的最大工作压力。据前面 知其工作压力最大为 10 即此时P=10 D 缸筒内径。前面计算得知。 助力 缸缸筒内径为 50 D=50 缸筒材料的许用拉应力。据 8第 10 章知其计算公式为： 。 b 缸筒材料的抗拉强度极限。单位： 毕业设计说明书（论文） 15 n 安全系数。据 1表 20 5n 。 据 5第 5 篇第 11 章知在考虑缸体材料时 6低压系统中 。 液压缸应采用无缝钢管 。 且选其材料为最普通的 20 号钢调质处理。据 1表 2010。 取 10 。则缸筒材料的许用应力为： M p aM p an b 1225610 则由式 4 4别计算其壁厚为： 按薄壁缸体计算时壁厚 为： 1 0 5 0 2 m 2 1 2 2 又 2 0 . 0 4 0 . 150mm ， 符合前提条件。 按厚壁缸体计算时壁厚 为： 0 . 4 5 0 1 2 2 0 . 4 1 0( 1 ) ( 1 ) 1 . 9 m 1 . 3 2 1 2 2 1 . 3 1 0 又 1 . 9 0 . 0 3 8 0 . 150mm ，不符合前提条件。 则由上式计算易知考虑工作缸的壁厚时应按薄壁缸体计算，据 文献 5中资料可知， 壁厚 的取值范围应该为： 1 1 0 m m （ ） 。考虑到加工工艺的问题， 外径适当加厚，取整。 向 缸主要零件的结构和材料及技术要求 塞 (1) 活塞材料选取 液压缸活塞常用的材料为耐磨铸铁、灰铸铁（ 钢及 2 铝合金等。 毕业设计说明书（论文） 16 根据需求选择 为活塞材料。 (2) 确定活塞的技术要求 活塞外径 D 对内孔 跳动公差值按 7、 8 级精度选取，确定为 端面 T 对内孔 垂直度公差值按 7 级精度标准选取，确定为 外径 D 的圆柱度公差值按 9、 10、 11 级精度选取，确定为 活塞与活塞杆的来接方式分为四类：整体结构、螺纹联接、半环联接和销轴联接 。 确定采用 普通方便维修的连接方式，螺纹 联接； (4) 活塞与缸体的密封结构 活塞与缸体之间既有相对运动 。 又需要使液压缸两腔之间不漏油 。 因 此在结构 上应慎重考虑 。 一般常用的密封结构有：间隙密封、活塞环密封和密封圈密封。 密封圈密封又分为： O 形密封圈、 Y 形密封圈、 密封圈、 V 形密封圈和 据需求选择 0 形密封圈。该密封圈性能好，摩擦系数小，安装空间小 ，维修方便 。 盖 缸盖分为前缸盖和后缸盖。 （ 1）缸盖材料选择 液压缸的缸盖可选用 35、 45 号锻钢或 钢或 根据需要选取 45 号锻钢作为后缸盖的材料与缸筒焊接，选取 45 号钢 作为液压缸前缸盖的材料。 （ 2）确定缸盖的技 术要求 a. 前缸盖基本尺寸 d 、活塞杆缓冲孔 、基本尺寸同活塞杆密封圈外径3。 b. 2d 的同轴度公差值为 c. 与缸体接触断各垂直平面与直径 d 轴心线的垂直度公差值，应按 7 级精度选取。 毕业设计说明书（论文） 17 塞杆 （ 1） 活塞杆端部结构 活塞杆端部结构分为：外螺纹、内螺纹、单耳环、双耳环、球头、销轴、柱销、锥销和法兰这九种结构。根据需求选择外螺纹作为设计结构。 （ 2） 活塞杆结构 活塞杆有实心杆和空心杆两种。空心活塞杆的一端 。 要留出焊接和热处理时用的通气孔 本次选用实心杆。 （ 3） 活塞杆材料选择 实心活塞杆材料为 35、 45 钢；空心活塞杆材料为 35、 45 无缝钢管。 根据需要选择 45 钢管作为活塞杆材料。 （ 4） 确定活塞杆 技术要求 a. 活塞杆的热处理：初加工后调质到硬度为 229 285要时，再经高频淬火，硬度达 45 55 b. 活塞杆 d 和 圆度公差值，按 9、 10 和 11 级精度选取，确定为 c. 活塞杆 d 的圆柱度公差值，应按 8 级精度选取，确定为 d. 活塞杆 d 对 径向跳动公差值，应为 e. 端面 T 的垂直度公差值，则应按 7 级精度选取； f. 活塞杆上的螺纹，一般应按 6 级精度加工，如载荷较小，机械振动也较小时，允许按 7 级或 8 级精度制造； g. 活塞杆上工作表面的粗糙度为 m，必要时，可以镀铬，镀层厚度 后抛光。 塞杆的导向、密封和防尘 （ 1） 导向套 a. 导向套结构 常见导向套结构有缸盖导向、普通导向套、可拆导向套和球面导向套。 b. 导向套材料 导向套常用材料为铸造青铜或耐
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