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SY-025-BY-3 畢業(yè)設計（論文）開題報告 學生姓名 陳 賀 系部 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 B07- 8班 指導教師姓名 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 東風越野平板運輸車轉向機構設計 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起步早，專業(yè)化程度高，其技術已很成熟。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。國內有上海電力環(huán)保設備總廠有限公司、鄭州大方橋梁機械有限公司等。目前國內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，全跨預注、逐跨架設的簡支箱梁及小跨度連續(xù)梁將成為橋梁建設的主體，而平板車是預制梁的最好運輸工具。因此平板車在國內有著極大的發(fā)展空間和市場潛力， 尤其是大型平板車。隨著平板車設計、制造技術的不斷優(yōu)化和平板車功能的延伸。平板車的技術日趨先進和復雜。 （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，整車轉向不用回轉支承，而是拉桿，相比成品回轉支承轉向來說，拉桿平板車運行中更穩(wěn)固、安全；拉桿系統(tǒng)設計和其轉向潤滑機構設計是此類平板車設計的技術核心及發(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，液壓制動應盡量采用多回路設計，避免制動滯后和回路動力損失；氣壓制動設計技術核心在于其與發(fā)動機及制動橋的匹配銜接； （3）自帶動力源平板車的設計開發(fā)，采用交流控制、交流再生制動、液壓馬達驅動齒輪轉向技術等，滿足特殊場合極小轉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計制造技術，它的設計技術代表了平板車技術發(fā)展的趨勢，同時也反映了平板車生產(chǎn)企業(yè)的技術含金量。 2. 轉向器研究和制造現(xiàn)狀 汽車轉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)模和質量已成為衡量汽車工業(yè)發(fā)展水平的重要標志之一。在重型汽車、大型客車等載重量較大的汽車中，通常用動力轉向器來操縱汽車行駛方向。由于動力轉向系統(tǒng)有著傳統(tǒng)機械式轉向系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點，例如：轉向輕便靈敏，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向。因此目前國內外生產(chǎn)的汽車越來越多地配置了動力轉向系統(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。自上世紀四十年代起，為減輕駕駛員體力負擔，在機械轉向系統(tǒng)基礎上增加了液壓助力系統(tǒng)它是建立在機械系統(tǒng)的基礎之上的，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、技術成熟至今仍被廣泛應用?，F(xiàn)在液壓助力轉向系統(tǒng)在實際中應用的最多。在當時這個助力轉向系統(tǒng)最重要的新功能是液力支持轉向的運動，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，廣泛地應用了各種高新技術，并且還在發(fā)生更深刻的變革。轉向系統(tǒng)作為汽車底盤中的獨立分系統(tǒng)，在汽車技術發(fā)展的過程中也經(jīng)歷了深刻的變革。轉向技術的發(fā)展基本上經(jīng)歷了機械轉向、液壓(氣壓)動力轉向、電子控制液壓動力轉向、電動轉向、電子線控轉向和主動轉向幾個階段，它們分別代表了轉向技術的過去、現(xiàn)在和將來。 （1）機械轉向機構 幾十年來，各種汽車都使用循環(huán)球式轉向器。由于這種轉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，廣泛應用于載貨車上。從70 年代起轎車興起了齒輪齒條轉向器，這種轉向機構由方向盤、轉向軸、萬向節(jié)、轉動軸、轉向器、轉向傳動桿和轉向輪(前輪)等組成。方向盤操縱轉向器內的齒輪轉動，齒輪與齒條緊密嚙合，推動齒條左移動或右移動，帶動轉向輪擺動，從而改變轎車行駛的方向。這種轉向機構與循環(huán)球式等其它類型的轉向機構比較，省略了轉向搖臂和轉向主拉桿，具有構件簡單，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車輪的自動回正，駕駛者的路感性強。 （2）動力轉向系統(tǒng) 現(xiàn)代轎車馬力大、速度快，為了操縱的輕便和靈敏，中高檔轎車的轉向器都普遍應用動力轉向系統(tǒng)。采用動力轉向的最直接的目的是減小手動轉向力矩，改善轉向輕便性，同時也可以改善轉向的平穩(wěn)性及汽車的操縱穩(wěn)定性。動力轉向根據(jù)工作介質的不同，可以分為氣壓式和液壓式。氣壓式動力轉向系統(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，液壓動力轉向系統(tǒng)的工作壓力可高達10MPa 以上，液壓動力轉向系統(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，所以液壓動力轉向系統(tǒng)在各級各類汽車上獲得了廣泛的應用。 （3）電動動力轉向系統(tǒng) 電動動力轉向系統(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)生出相應的電壓信號， 由此電動助力轉向系統(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?shù)霓D向助力，提高操縱的輕便性。 （4）電子線控轉向系統(tǒng) 電動轉向系統(tǒng)零部件少、結構緊湊、所占空間較少、重量輕，其重量可比液壓動力轉向系統(tǒng)輕25%；由于電動機只是在轉向時才接通，故可節(jié)約燃油約2.5%；電動轉向還可有各種安全保護措施和故障自診斷功能; 且電動轉向系統(tǒng)與汽車上其它電氣設備相連接，有助于四輪轉向的實現(xiàn)，并能促進懸掛系統(tǒng)的發(fā)展。汽車電子轉向系統(tǒng)是一種全新概念的轉向系統(tǒng)，其取消了方向盤和轉向車輪之間的機械連接，通過軟件協(xié)調它們之間的運動關系，可以實現(xiàn)一系列傳統(tǒng)轉向系統(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、汽車動力學控制、防碰撞、單個車輪轉向、軌道跟蹤、自動側向導航等功能相結合，實現(xiàn)對汽車的整體控制。電子轉向系統(tǒng)由于取消了方向盤和轉向輪之間的機械連接，完全擺脫了傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)的各種限制，不但可以自由設計汽車轉向的力傳遞特性，而且可以設計汽車轉向的角傳遞特性，給汽車轉向特性的設計帶來無限的空間，是汽車轉向系統(tǒng)的重大革新。 （5）主動轉向系統(tǒng) 主動前輪動力轉向AFS（Active Front Steering）的出色性能主要歸功于先進的轉向動力學技術，其性能與采用電子傳控轉向系統(tǒng)相類似。電子控制的動力轉向系統(tǒng)使車輪轉向角能夠大于或小于駕駛員操縱方向盤的轉向角。主動轉向系統(tǒng)的基礎是行星齒輪系統(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，內齒與行星齒輪嚙合。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。當電機不轉時，轉向速比被固定，一旦電機按指令作出動作后，轉速比就會改變。 （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)所運設備的具體情況和路面條件進行不同形式的組合以適應各種運輸要求。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)權的國產(chǎn)高性能牽引車。 目前自行式牽引車的轉向系統(tǒng)采用液壓獨立轉向，其轉向角度可達到 47°以上。本設計的牽引車它的轉向行駛模式有:直行、斜行、橫行，正常轉向行駛。轉向靈活，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)一種新型的動力轉向系統(tǒng)，即電子控制電動動力轉向系統(tǒng)。電子控制電動動力轉向系統(tǒng)是在機械轉向系統(tǒng)的基礎上，根據(jù)作用在轉向盤上的轉矩信號和車速信號，通過電子控制裝置使電機產(chǎn)生相應大小和方向的輔助力，協(xié)助駕駛員進行轉向操縱，并獲得最佳轉向特性的伺服系統(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含量看，專用汽車技術含量比普通載貨汽車高，而重型專用汽車屬于高技術、高附加值產(chǎn)品，其附加值達40%以上。 本設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)球式轉向器，并在重型汽車的轉向系統(tǒng)、轉向裝置、動力轉向裝置等底盤轉向部件上進行重點探討。要求設計方法簡單、可靠、使用，設計出的底盤具有較高的安全性、可靠性、實用性、經(jīng)濟性，滿足當前重型車輛使用中對轉向系統(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、設計（論文）的基本內容、擬解決的主要問題 基本內容： （1）行式平板運輸車獨立轉向機構總體設計方案分析確定； （2）確定機械轉向器部分的性能參數(shù) （3）行式平板運輸車獨立轉向器結構的選擇與設計； 解決問題： 轉向機構結構的設計，選型，尺寸參數(shù)的確定:由于齒輪齒條式轉向器逆效率高（60%～70%），汽車在不平路面上行駛時發(fā)生在轉向輪與路面間沖擊力的大部分能傳至轉向盤，反沖現(xiàn)象會使駕駛員緊張，并難以控制汽車行駛方向，轉向盤突然轉動又會造成“打手”，同時對駕駛員造成傷害。 蝸桿滾輪式轉向器正效率低，工作齒面磨損后調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向器結構簡單，制造容易，但因銷不能自轉，指銷工作部位基本不變，所以磨損快、工作效率低。旋轉銷式轉向器的效率高、磨損小，但是結構復雜。雙銷式的結構較單銷式復雜，尺寸及質量也較大，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、技術路線（研究方法） 收集資料、可行性分析 總體傳動方案確定 轉向器的運動和受力分析計算 轉向器的設計計算 轉向器裝配草圖設計設計 零件圖設計、液壓系統(tǒng)設計 零件圖、正式裝配圖設計 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)設計計算 （4）第 7～ 9周（2011年4月11日~2011年5月 1日） 轉向器裝配草圖設計 （5）第10～11周（2011年5月 2日~2011年5月15日） 轉向器正式裝配圖設計 （6）第12～13周（2011年5月16日~2011年5月29日） 零件圖設計、液壓系統(tǒng)設計 （7）第14～15周（2011年5月30日~2011年6月12日） 編寫設計說明書 （8）第16周（2011年6月13日～2011年6月19日） 設計審核、修改 （9）第17周（2011年6月20日～2011年6月26日） 畢業(yè)設計答辯準備及答辯 五、參考文獻 [01] 陳燎，田晉躍，殷金鑒，趙煦。130t升降平臺運輸車轉向系統(tǒng)設計. 工程機械，2001年 第32卷 第01期 [02] 丁禮燈，楊家軍，劉照。廖道訓等.汽車動力轉向器轉向力矩的分析與計算.三峽大學學報(自然科學版)，2001，3. 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