开题报告-循环球液压动力转向器设计

PAGEPAGE3机械工程学院毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）题目：液压助力转向器学生：任春竹指导教师：张晓东专业班级：车辆15012019年4月9日课题名称：液压助力转向器设计

2.课题研究背景：伴随着人们生活水平的不断提高，汽车在人们的日常生活中正变得越来越必不可缺少。2018年，我国汽车产销量双双实现世界第一，汽车保有量将近2.35亿辆。转向系作为现代车辆的重要系统之一，其主要作用是保证车辆按驾驶员设想的轨迹运动。转向器作为转向系最为重要的组成部分，其性能的好坏不仅直接影响转向灵敏度，而且对车辆的安全性也有重要影响。

我国的转向器生产，除早期投产的解放牌汽车用蜗杆滚轮式转向器，除东风汽车用蜗杆肖式转向器之外，其它大部分车型都采用循环球式结构，并都具有一定的生产经验。目前解放、东风也都在积极发展循环球式转向器，并已在第二代换型车上普遍采用了循环球式转向器。由此看出，我国的转向器也在向大量生产循环球式转向器发展。因此，本课题将循环球式转向器为研究对象，阐述整体式液压动力转向器的设计过程。目前，动力转向系统主要有液压助力转向系统、电动助力转向系统、电液助力转向系统和线性控制转向系统等。由于各自性能和特点的不同，各类动力转向系统的发展情形和使用范围都不尽相同，而液压助力转向系统由于具备输出力大、转向平稳、安全性能高等优点，已经成为中大型吨位货车的最佳选择。整体式动力转向作为目前市场上最为主要的助力转向器，它将机械转向器，转向动力缸和转向控制阀整合到一起，大大减小转向系统所占的空间，方便转向系统在汽车上的布置。机械转向器和缸体形成左右两个工作腔，它们分别通过油道和转向控制阀相连。整体式液压转向器通过控制油压的大小实现汽车的转动。液压系统工作时无噪音，工作滞后时间短，而且能吸收来自不平路面的冲击。因此，液压动力转向器已在各类各级汽车上获得广泛应用。随着科学技术的发展需要，汽车已成为人们不可缺少的代步工具，转向器设计是汽车专业一个最重要的教学环节,是一门实践性很强的学科，是我们对所学知识的综合运用，通过对专业知识的综合运用，使学生对转向器从设计到制造的过程有个基本上的了解，为以后的工作及进一步学习深造打下了坚实的基础。

3.课题研究意义：毕业设计作为我们在校期间一次较为系统的工程训练，可以得到以以下方面的能力培养：调查研究中外文献检索和阅读能力；(2)综合运用专业理论和知识分析、解决实际问题的能力；(3)设计、计算与绘图的能力，包括使用计算机的能力；(4)掌握模具设计方法和步骤,了解模具的加工工艺过程；(5)逻辑思维与形象思维相结合的文字及口头表达能力；(6)撰写设计说明书（论文）的能力；(7)养成严肃、认真、细致地从事技术工作的优良作风。

4.文献查阅概况伴随着我国农村购买能力的提高以及对安全高效运输工具的需求，低速货车在最近几年发展尤为迅速。但是，由于低速货车是从早期的四轮农用车发展而来，设计理念及制造工艺相对比较粗糙，车辆的整体性能相对不完善，加之驾驶员的驾驶水平参差不齐，以及低速货车长期处于重载、恶劣路况等相对复杂的驾驶操纵环境下,使得车辆的操作稳定性显得尤为重要。转向系统作为直接控制汽车的行动方向的系统，其性能的恶劣直接影响汽车的操纵稳定性。汽车的操作稳定性包含两方面的内容：操作性和稳定性。汽车操稳性主要影响汽车行驶安全性和操作复杂程度，随着汽车行驶速度的不断提高，为了保证行驶的安全性，汽车操作稳定性得到越来越多的关注，已经成为汽车性能优劣的重要标志之一。随着汽车工业的发展,液压转向系统被广泛运用于汽车的转向机构中,特别是对一些重型载重汽车(尤其是如专用汽车),它以独特的转向轻巧灵活性,赢得广大用户的青睐。但由于液压转向系统较机械转向系统的故障率高,且故障不易判断,所以应加强学习这方面的知识,以便正确使用和维修液压转向系统,减少其故障发生率。针对分析汽车转向系统对中型货车操作稳定性的影响就成为了众研究单位和汽车厂商一致追求的目标。汽车转向器作为转向系统中能够精确传递驾驶员意志的关键部件，其性能好坏会直接影响整个转向系统的执行能力。可以说，一个合格的转向器是汽车拥有良好转向性能的前提。据了解，在世界范围内，汽车循环球式转向器占45％左右，齿条齿轮式转向器占40％左右，蜗杆滚轮式转向器占10％左右，其它型式的转向器占5％。循环球式转向器一直在稳步发展。在西欧小客车中，齿条齿轮式转向器有很大的发展。日本汽车转向器的特点是循环球式转向器占的比重越来越大，日本装备不同类型发动机的各类型汽车，采用不同类型转向器，在公共汽车中使用的循环球式转向器，已由60年代的62．5％，发展到现今的100％了(蜗杆滚轮式转向器在公共汽车上已经被淘汰)。大、小型货车大都采用循环球式转向器，但齿条齿轮式转向器也有所发展。微型货车用循环球式转向器占65％，齿条齿轮式占35％。循环球式转向器的特点效率高，操纵轻便，有一条平滑的操纵力特性曲线。

布置方便。特别适合大、中型车辆和动力转向系统配合使用；易于传递驾驶员操纵信号；逆效率高、回位好，与液压助力装置的动作配合得好。

可以实现变速比的特性，满足了操纵轻便性的要求。中间位置转向力小、且经常使用，要求转向灵敏，因此希望中间位置附近速比小，以提高灵敏性。大角度转向位置转向阻力大，但使用次数少，因此希望大角度位置速比大一些，以减小转向力。由于循环球式转向器可实现变速比，应用正日益广泛。

通过大量钢球的滚动接触来传递转向力，具有较大的强度和较好的耐磨性。并且该转向器可以被设计成具有等强度结构，这也是它应用广泛的原因之一。

变速比结构具有较高的刚度，特别适宜高速车辆车速的提高。高速车辆需要在高速时有较好的转向稳定性，必须保证转向器具有较高的刚度。

间隙可调。齿条齿扇副磨损后可以重新调整间隙，使之具有合适的转向器传动间隙，从而提高转向器寿命，也是这种转向器的优点之一。汽车行驶系统的性能安全与否取决于其中的动力转向体系,而动力转向器是汽车行驶系统的关键构件。所以动力转向器的性能研究成为开发出良好汽车驾驶系统的重中之重。本文是以杭州世宝汽车方向机有限公司生产的动力转向器为研究对象,该转向器属于循环球式液压动力转向器,主要用于重型货车上。文章对其功能特性和回正特性进行系统建模与仿真分析,并通过转向器特性试验验证仿真模型,得出部分结构参数对转向器特性的影响规律。同时根据现场环境搭建转向器测试台。然后基于LabVIEW的多通道数据采集方式设计出转向器性能检测系统,根据良好的人机交互界面显示的数据和试验曲线来判断转向器性能能否满足出厂设计要求。动力转向器是汽车转向系统的关键部件,其性能直接影响汽车的转向性能,为达到研究分析转向器结构参数对整车操作稳定性影响,以及优化转向器结构参数的目的,本文以某厂产的低速货车上配备的循环球式液压动力转向器为研究对象,在仿真平台Dymola中采用Modelica语言首先建立了转向器静态特性模型,并借助转向器特性试验验证模型的正确性,然后仿真分析各结构参数对转向器特性的影响,确定影响性较大的结构参数。 其次,利用Modelica语言建立实车液压助力转向系统模型,搭建实车整体动力学模型,并借助汽车转向轻便性试验和蛇形试验验证整车动力学模型的正确性。转向系统是任何车辆都不可或缺的组成部分,其设计制造质量的优劣直接关系到车辆的操纵稳定性、安全性等技术性能。阐述了汽车转向系统技术发展的状况,指出了各种转向系统的结构特点、工作原理及优缺点,并展望了汽车转向系统未来的发展方向。从50年代开始动力转向就被广泛采用了,目前大型载重汽车几乎都采用动力转向,一些小轿车、中型载重汽车及叉车等工程车辆也普遍采用动力转向。所谓动力转向是在普通的转向系中设置动力装置,由动力装置提供一部分或全部转向操作力。采用动力转向不仅可以减轻驾驶员的劳动强度,而且可以提高车辆的灵活性和确保安全。动力转向系统一旦出现故障,驾驶车辆时就会感到费力甚至影响行车安全发生交通事故,因此,应经常对该系统进行维护,减少故障发生及延长使用寿命。液压动力转向系统的结构为了减轻驾驶员操作的疲劳强度,并减少路面对方向盘的振动响应,目前在载货汽车和轿车上已普遍应用动力转向装置。动力转向装置的动力源可来自压缩空气、电力和液压。液压动力转向装置由于工作压力较高、外廓尺寸较小、油液对路面有吸振作用等优点而被广泛采用。液压动力转向系统主要由液压油泵、转向器总成、贮油箱和油管等组成。目前在中国乃至全球汽车市场上仍是主要配置。与过去的纯机械转向系统相比,它能够解决一直存在“轻”与“灵”的矛盾。与目前正在热兴的电动助力转向系统(EPS)以及正在萌芽发展的线控转向系统(SBW)相比,它略显落伍；由于始终寄存在发动机上工作,提高了燃油消耗；需要加注转向液存在环境污染；部件多,造成布置、装配、售后维修等不便。但它也具有技术成熟,成本低廉的优势。 世界汽车工业发展到现阶段,已经经历一百多个年头。我国也一跃成为全球最大的汽车生产市场和消费市场。但与我国汽车企业的自主研发能力仍然很薄弱形成鲜明的反差。目前我国真正自主研发汽车产品的企业屈指可数。近年来随着我国汽车工业的迅猛发展以及人们对于舒适、安全性能要求的不断提高,作为汽车的重要安全部件之一的汽车转向器的生产水平也有了很大提高。目前液压助力转向器在各种助力转向器中占据主导地位,而作为液压助力转向器之一的转阀式液压助力转向器更是应用广泛。现在许多车型所采用的动力转向器多为转阀式液压助力转向器,循环球转阀式动力转向器由于其结构简单紧凑,轴向尺寸短,且零件数目少,灵敏性能高等优点,成为当前动力转向器的发展趋势。它具有如下一些优点： (1)具有固定的自润滑特性。 (2)压力高、输出扭矩大。 (3)液体的不可压缩性使得可以精确的控制运动。 (4)它是一种封闭的系统,可以防止异物入侵。参考文献[1]刘帆.汽车循环球式转向器动力特性分析与检测设备开发[D].导师：孟爱华.杭州电子科技大学,2018.[2]孙丽娟,胡雄杰.汽车液压动力转向系统故障的检修方法[J].汽车与驾驶维修(维修版),2017,(12):84.[3]孙洋洋.循环球式液压动力转向器的建模仿真与优化分析[D].导师：莫以为.广西大学,2014.[4]刘忠侦.某乘用车液压转向系统助力匹配研究[D].导师：李守成;江天保.南京理工大学,2013.[5]王爱荣.汽车循环球动力转向器研发[D].导师：徐小兵;毛元祥.长江大学,2012.[6]黄安华,卜宪卫.浅谈汽车的转向系统[J].农业装备与车辆工程,2010,(01):7-10.[7]李洪飞,刘志慧.浅谈汽车液压动力转向系统[J].装备制造,2009,(08):174.[8]黄亚玲,贾红红.汽车转向技术发展综述[J].民营科技,2009,(06):1+120.[9]杨忠敏.重卡液压转向系统常见故障及检修[J].建筑,2008,(14):72-73.[10]朱华.发展中的现代汽车转向系统[J].城市车辆,2008,(07):53-55.[11]刘贤忠.整体式动力转向系统转向沉重的排除方法[J].汽车维修,2008,(05):6-7.[12]应艳杰,戴安佳.汽车助力转向技术的发展[J].安徽电子信息职业技术学院学报,2006,(05):91-92.[13]施国标,林逸,张昕.动力转向技术及其发展[J].农业机械学报,2006,(10):173-176.[14]刘录秀.ZF转阀式动力转向器[J].国外汽车,1989,(03):10-14.[15]韩鹤年.介绍国内外几种动力转向装置[J].液压与气动,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,