東風(fēng)越野平板運輸車轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計【循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器】

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SY-025-BY-3 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 學(xué)生姓名 陳 賀 系部 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)、班級 B07- 8班 指導(dǎo)教師姓名 王慧文 職稱 教授 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 東風(fēng)越野平板運輸車轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計 一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 （一）研究現(xiàn)狀 1. 平板運輸車應(yīng)用現(xiàn)狀 隨著我國造船業(yè)和橋梁建筑業(yè)的發(fā)展，各大運輸企業(yè)陸續(xù)從國外引入了一些大型自行式平板車來滿足生產(chǎn)要求，但存在成本高、維護不及時等問題。針對這種情況，有必要研制擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)高性能自行式動力平板運輸車。國外自行式動力平板車的技術(shù)起步早，專業(yè)化程度高，其技術(shù)已很成熟。目前國際上大型的液壓平板車的品牌主要有Cometto（科米托）、Goldhofer（歌德浩夫）、Nicolas（尼古拉斯）和Scheuerle（索愛勒）等。國內(nèi)有上海電力環(huán)保設(shè)備總廠有限公司、鄭州大方橋梁機械有限公司等。目前國內(nèi)各工程項目的不斷開展， 帶動了平板車市場強勁的籍求， 尤其是大噸位平板車。以運梁車為例，運梁車是高速鐵路施工中的重要設(shè)備，擬建中的京滬高速鐵路線路全長的60%以上將建在橋上，全跨預(yù)注、逐跨架設(shè)的簡支箱梁及小跨度連續(xù)梁將成為橋梁建設(shè)的主體，而平板車是預(yù)制梁的最好運輸工具。因此平板車在國內(nèi)有著極大的發(fā)展空間和市場潛力， 尤其是大型平板車。隨著平板車設(shè)計、制造技術(shù)的不斷優(yōu)化和平板車功能的延伸。平板車的技術(shù)日趨先進和復(fù)雜。 （1）平板車的噸位不斷增加(額定載重量達100t)，長度很長（L≥20 米），寬度很寬(B≥4米)等，在長度較長時，如何使主梁在滿足強度的前提下，主梁還有略有上弓要求；在臺面寬度較寬時，整車轉(zhuǎn)向不用回轉(zhuǎn)支承，而是拉桿，相比成品回轉(zhuǎn)支承轉(zhuǎn)向來說，拉桿平板車運行中更穩(wěn)固、安全；拉桿系統(tǒng)設(shè)計和其轉(zhuǎn)向潤滑機構(gòu)設(shè)計是此類平板車設(shè)計的技術(shù)核心及發(fā)展趨勢。 （2）對于部分客戶需求的中大噸位平板拖車，要求自帶停車制動和行車制動，行車制動有液壓制動和氣壓制動，液壓制動應(yīng)盡量采用多回路設(shè)計，避免制動滯后和回路動力損失；氣壓制動設(shè)計技術(shù)核心在于其與發(fā)動機及制動橋的匹配銜接； （3）自帶動力源平板車的設(shè)計開發(fā)，采用交流控制、交流再生制動、液壓馬達驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)向技術(shù)等，滿足特殊場合極小轉(zhuǎn)彎半徑下的使用需求。上述平板車中的特殊要求大大超出了普通平板車的設(shè)計制造技術(shù)，它的設(shè)計技術(shù)代表了平板車技術(shù)發(fā)展的趨勢，同時也反映了平板車生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)含金量。 2. 轉(zhuǎn)向器研究和制造現(xiàn)狀 汽車轉(zhuǎn)向器屬于對行駛安全影響較大的零部件，在汽車系統(tǒng)中占據(jù)了一個重要的位置，其規(guī)模和質(zhì)量已成為衡量汽車工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。在重型汽車、大型客車等載重量較大的汽車中，通常用動力轉(zhuǎn)向器來操縱汽車行駛方向。由于動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有著傳統(tǒng)機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點，例如：轉(zhuǎn)向輕便靈敏，回位性能及手感良好，極大的減輕了汽車駕駛員的工作強度，特別適用于汽車在高速行駛時的轉(zhuǎn)向。因此目前國內(nèi)外生產(chǎn)的汽車越來越多地配置了動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。從世界上第一輛汽車問世至今，汽車工業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了百年的發(fā)展歷程。自上世紀(jì)四十年代起，為減輕駕駛員體力負(fù)擔(dān)，在機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了液壓助力系統(tǒng)它是建立在機械系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上的，額外增加了一個液壓系統(tǒng)HPS(hydraulic power steering)，一般有油泵、V形帶輪、油管、供油裝置、助力裝置和控制閥。它具有工作無噪聲，其靈觸度高、體積小，能夠吸收來自不平路面的沖擊力等方面的優(yōu)點并且其工作可靠、技術(shù)成熟至今仍被廣泛應(yīng)用。現(xiàn)在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在實際中應(yīng)用的最多。在當(dāng)時這個助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最重要的新功能是液力支持轉(zhuǎn)向的運動，因此可以減少駕駛員作用在方向盤上的力?，F(xiàn)代的汽車與發(fā)展初期相比，廣泛地應(yīng)用了各種高新技術(shù)，并且還在發(fā)生更深刻的變革。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為汽車底盤中的獨立分系統(tǒng)，在汽車技術(shù)發(fā)展的過程中也經(jīng)歷了深刻的變革。轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展基本上經(jīng)歷了機械轉(zhuǎn)向、液壓(氣壓)動力轉(zhuǎn)向、電子控制液壓動力轉(zhuǎn)向、電動轉(zhuǎn)向、電子線控轉(zhuǎn)向和主動轉(zhuǎn)向幾個階段，它們分別代表了轉(zhuǎn)向技術(shù)的過去、現(xiàn)在和將來。 （1）機械轉(zhuǎn)向機構(gòu) 幾十年來，各種汽車都使用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。由于這種轉(zhuǎn)向器是滾動摩擦形式，因而正傳動效率很高，操作方便且使用壽命長，而且承載能力大，廣泛應(yīng)用于載貨車上。從70 年代起轎車興起了齒輪齒條轉(zhuǎn)向器，這種轉(zhuǎn)向機構(gòu)由方向盤、轉(zhuǎn)向軸、萬向節(jié)、轉(zhuǎn)動軸、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動桿和轉(zhuǎn)向輪(前輪)等組成。方向盤操縱轉(zhuǎn)向器內(nèi)的齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪與齒條緊密嚙合，推動齒條左移動或右移動，帶動轉(zhuǎn)向輪擺動，從而改變轎車行駛的方向。這種轉(zhuǎn)向機構(gòu)與循環(huán)球式等其它類型的轉(zhuǎn)向機構(gòu)比較，省略了轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向主拉桿，具有構(gòu)件簡單，傳動效率高的優(yōu)點。而且它的逆?zhèn)鲃有室哺?，在車輛行駛時可以保證偏轉(zhuǎn)車輪的自動回正，駕駛者的路感性強。 （2）動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 現(xiàn)代轎車馬力大、速度快，為了操縱的輕便和靈敏，中高檔轎車的轉(zhuǎn)向器都普遍應(yīng)用動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。采用動力轉(zhuǎn)向的最直接的目的是減小手動轉(zhuǎn)向力矩，改善轉(zhuǎn)向輕便性，同時也可以改善轉(zhuǎn)向的平穩(wěn)性及汽車的操縱穩(wěn)定性。動力轉(zhuǎn)向根據(jù)工作介質(zhì)的不同，可以分為氣壓式和液壓式。氣壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作壓力比較低，一般不高于0.7MPa，對于需要較大助力的汽車，氣壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的尺寸將過于龐大，所以已經(jīng)很少采用。相比之下，液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作壓力可高達10MPa 以上，液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的部件尺寸也很小，并且工作時噪聲極低，工作滯后時間短，能夠吸收來自不平路面的沖擊，所以液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在各級各類汽車上獲得了廣泛的應(yīng)用。 （3）電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以電動機為動力源，電動機由汽車電源供電。在操縱方向盤時，扭矩傳感器根據(jù)力的大小產(chǎn)生出相應(yīng)的電壓信號， 由此電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就可以檢測出操縱力的大??；同時根據(jù)車速傳感器產(chǎn)生的脈沖信號又可測出車速、再控制電動機的電流大小，從而形成適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向助力，提高操縱的輕便性。 （4）電子線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零部件少、結(jié)構(gòu)緊湊、所占空間較少、重量輕，其重量可比液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)輕25%；由于電動機只是在轉(zhuǎn)向時才接通，故可節(jié)約燃油約2.5%；電動轉(zhuǎn)向還可有各種安全保護措施和故障自診斷功能; 且電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與汽車上其它電氣設(shè)備相連接，有助于四輪轉(zhuǎn)向的實現(xiàn)，并能促進懸掛系統(tǒng)的發(fā)展。汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種全新概念的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其取消了方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的機械連接，通過軟件協(xié)調(diào)它們之間的運動關(guān)系，可以實現(xiàn)一系列傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無法實現(xiàn)的特殊功能。它可以實現(xiàn)傳動比的任意設(shè)置，并對隨車速變化的參數(shù)進行補償。并且可以和ABS、汽車動力學(xué)控制、防碰撞、單個車輪轉(zhuǎn)向、軌道跟蹤、自動側(cè)向?qū)Ш降裙δ芟嘟Y(jié)合，實現(xiàn)對汽車的整體控制。電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于取消了方向盤和轉(zhuǎn)向輪之間的機械連接，完全擺脫了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各種限制，不但可以自由設(shè)計汽車轉(zhuǎn)向的力傳遞特性，而且可以設(shè)計汽車轉(zhuǎn)向的角傳遞特性，給汽車轉(zhuǎn)向特性的設(shè)計帶來無限的空間，是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重大革新。 （5）主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 主動前輪動力轉(zhuǎn)向AFS（Active Front Steering）的出色性能主要歸功于先進的轉(zhuǎn)向動力學(xué)技術(shù)，其性能與采用電子傳控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相類似。電子控制的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使車輪轉(zhuǎn)向角能夠大于或小于駕駛員操縱方向盤的轉(zhuǎn)向角。主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)是行星齒輪系統(tǒng)，它由3 個主要部分組成：太陽輪在中心，一套行星齒輪圍繞著太陽輪，大齒輪環(huán)在最外側(cè)，內(nèi)齒與行星齒輪嚙合。太陽輪和行星齒輪分別是輸入和輸出端，大齒圈與電控電機在外部嚙合。當(dāng)電機不轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)向速比被固定，一旦電機按指令作出動作后，轉(zhuǎn)速比就會改變。 （二）目的和意義 牽引車屬于專用汽車，采用可拼接、模塊化組合方式，可以根據(jù)所運設(shè)備的具體情況和路面條件進行不同形式的組合以適應(yīng)各種運輸要求。但現(xiàn)有的運輸車存在成本高、維護不及時等問題。針對這種情況，有必要研制擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)高性能牽引車。 目前自行式牽引車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用液壓獨立轉(zhuǎn)向，其轉(zhuǎn)向角度可達到 47°以上。本設(shè)計的牽引車它的轉(zhuǎn)向行駛模式有:直行、斜行、橫行，正常轉(zhuǎn)向行駛。轉(zhuǎn)向靈活，成本低。 現(xiàn)在，世界各國著名零件廠商正在大力研究開發(fā)一種新型的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，即電子控制電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電子控制電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)作用在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)矩信號和車速信號，通過電子控制裝置使電機產(chǎn)生相應(yīng)大小和方向的輔助力，協(xié)助駕駛員進行轉(zhuǎn)向操縱，并獲得最佳轉(zhuǎn)向特性的伺服系統(tǒng)。 隨著世界各國國民經(jīng)濟的增長，公路交通狀況不斷改善，對汽車的專業(yè)化、高速化、重型化的要求越來越明顯，世界各國對專用汽車的需求逐年增加。近年來，專用汽車增長率均大于載貨車增長率，各國專用車的產(chǎn)量占載貨車產(chǎn)量的比率逐年遞增，發(fā)達國家盡量以專用車替代載貨汽車。目前專用汽車占載貨汽車市場的半壁江山。從世界各國專用汽車的技術(shù)含量看，專用汽車技術(shù)含量比普通載貨汽車高，而重型專用汽車屬于高技術(shù)、高附加值產(chǎn)品，其附加值達40%以上。 本設(shè)計的目的就是以我國現(xiàn)今發(fā)展情況探討開發(fā)一種適合我國國情、滿足未來市場需求的牽引車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，并在重型汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向裝置、動力轉(zhuǎn)向裝置等底盤轉(zhuǎn)向部件上進行重點探討。要求設(shè)計方法簡單、可靠、使用，設(shè)計出的底盤具有較高的安全性、可靠性、實用性、經(jīng)濟性，滿足當(dāng)前重型車輛使用中對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本的使用性能要求，并在方案實施上具有一定的可行性。 二、設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題 基本內(nèi)容： （1）行式平板運輸車獨立轉(zhuǎn)向機構(gòu)總體設(shè)計方案分析確定； （2）確定機械轉(zhuǎn)向器部分的性能參數(shù) （3）行式平板運輸車獨立轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)的選擇與設(shè)計； 解決問題： 轉(zhuǎn)向機構(gòu)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，選型，尺寸參數(shù)的確定:由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器逆效率高（60%～70%），汽車在不平路面上行駛時發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面間沖擊力的大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤，反沖現(xiàn)象會使駕駛員緊張，并難以控制汽車行駛方向，轉(zhuǎn)向盤突然轉(zhuǎn)動又會造成“打手”，同時對駕駛員造成傷害。 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器正效率低，工作齒面磨損后調(diào)整嚙合間隙比較困難，傳動比不能變化。固定銷蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但因銷不能自轉(zhuǎn)，指銷工作部位基本不變，所以磨損快、工作效率低。旋轉(zhuǎn)銷式轉(zhuǎn)向器的效率高、磨損小，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。雙銷式的結(jié)構(gòu)較單銷式復(fù)雜，尺寸及質(zhì)量也較大，且對兩指銷間的位置精度、蝸桿上螺紋槽的形狀及尺寸精度要求較高，角傳動比的變化特性及傳動間隙特性的變化也受到限制。根據(jù)原始數(shù)據(jù)確定各項參數(shù)。 三、技術(shù)路線（研究方法） 收集資料、可行性分析 總體傳動方案確定 轉(zhuǎn)向器的運動和受力分析計算 轉(zhuǎn)向器的設(shè)計計算 轉(zhuǎn)向器裝配草圖設(shè)計設(shè)計 零件圖設(shè)計、液壓系統(tǒng)設(shè)計 零件圖、正式裝配圖設(shè)計 計算說明書 四、進度安排 （1）第 1～ 2周（2011年2月28日~2011年3月13日） 調(diào)研、開題報告，開題答辯 （2）第 3～ 4周（2014年3月14日~2011年3月27日） 總體傳動方案確定 （3）第 5～ 6周（2011年3月28日~2011年4月10日） 傳動參數(shù)設(shè)計計算 （4）第 7～ 9周（2011年4月11日~2011年5月 1日） 轉(zhuǎn)向器裝配草圖設(shè)計 （5）第10～11周（2011年5月 2日~2011年5月15日） 轉(zhuǎn)向器正式裝配圖設(shè)計 （6）第12～13周（2011年5月16日~2011年5月29日） 零件圖設(shè)計、液壓系統(tǒng)設(shè)計 （7）第14～15周（2011年5月30日~2011年6月12日） 編寫設(shè)計說明書 （8）第16周（2011年6月13日～2011年6月19日） 設(shè)計審核、修改 （9）第17周（2011年6月20日～2011年6月26日） 畢業(yè)設(shè)計答辯準(zhǔn)備及答辯 五、參考文獻 [01] 陳燎，田晉躍，殷金鑒，趙煦。130t升降平臺運輸車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計. 工程機械，2001年 第32卷 第01期 [02] 丁禮燈，楊家軍，劉照。廖道訓(xùn)等.汽車動力轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向力矩的分析與計算.三峽大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2001，3. 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