PAGEPAGE3機械工程學院畢業設計（論文）開題報告畢業設計（論文）題目：液壓助力轉向器學生：任春竹指導教師：張曉東專業班級：車輛15012019年4月9日課題名稱：液壓助力轉向器設計

2.課題研究背景：伴隨著人們生活水平的不斷提高，汽車在人們的日常生活中正變得越來越必不可缺少。2018年，我國汽車產銷量雙雙實現世界第一，汽車保有量將近2.35億輛。轉向系作為現代車輛的重要系統之一，其主要作用是保證車輛按駕駛員設想的軌跡運動。轉向器作為轉向系最為重要的組成部分，其性能的好壞不僅直接影響轉向靈敏度，而且對車輛的安全性也有重要影響。

我國的轉向器生產，除早期投產的解放牌汽車用蝸桿滾輪式轉向器，除東風汽車用蝸桿肖式轉向器之外，其它大部分車型都采用循環球式結構，并都具有一定的生產經驗。目前解放、東風也都在積極發展循環球式轉向器，并已在第二代換型車上普遍采用了循環球式轉向器。由此看出，我國的轉向器也在向大量生產循環球式轉向器發展。因此，本課題將循環球式轉向器為研究對象，闡述整體式液壓動力轉向器的設計過程。目前，動力轉向系統主要有液壓助力轉向系統、電動助力轉向系統、電液助力轉向系統和線性控制轉向系統等。由于各自性能和特點的不同，各類動力轉向系統的發展情形和使用范圍都不盡相同，而液壓助力轉向系統由于具備輸出力大、轉向平穩、安全性能高等優點，已經成為中大型噸位貨車的最佳選擇。整體式動力轉向作為目前市場上最為主要的助力轉向器，它將機械轉向器，轉向動力缸和轉向控制閥整合到一起，大大減小轉向系統所占的空間，方便轉向系統在汽車上的布置。機械轉向器和缸體形成左右兩個工作腔，它們分別通過油道和轉向控制閥相連。整體式液壓轉向器通過控制油壓的大小實現汽車的轉動。液壓系統工作時無噪音，工作滯后時間短，而且能吸收來自不平路面的沖擊。因此，液壓動力轉向器已在各類各級汽車上獲得廣泛應用。隨著科學技術的發展需要，汽車已成為人們不可缺少的代步工具，轉向器設計是汽車專業一個最重要的教學環節,是一門實踐性很強的學科，是我們對所學知識的綜合運用，通過對專業知識的綜合運用，使學生對轉向器從設計到制造的過程有個基本上的了解，為以后的工作及進一步學習深造打下了堅實的基礎。

3.課題研究意義：畢業設計作為我們在校期間一次較為系統的工程訓練，可以得到以以下方面的能力培養：調查研究中外文獻檢索和閱讀能力；(2)綜合運用專業理論和知識分析、解決實際問題的能力；(3)設計、計算與繪圖的能力，包括使用計算機的能力；(4)掌握模具設計方法和步驟,了解模具的加工工藝過程；(5)邏輯思維與形象思維相結合的文字及口頭表達能力；(6)撰寫設計說明書（論文）的能力；(7)養成嚴肅、認真、細致地從事技術工作的優良作風。

4.文獻查閱概況伴隨著我國農村購買能力的提高以及對安全高效運輸工具的需求，低速貨車在最近幾年發展尤為迅速。但是，由于低速貨車是從早期的四輪農用車發展而來，設計理念及制造工藝相對比較粗糙，車輛的整體性能相對不完善，加之駕駛員的駕駛水平參差不齊，以及低速貨車長期處于重載、惡劣路況等相對復雜的駕駛操縱環境下,使得車輛的操作穩定性顯得尤為重要。轉向系統作為直接控制汽車的行動方向的系統，其性能的惡劣直接影響汽車的操縱穩定性。汽車的操作穩定性包含兩方面的內容：操作性和穩定性。汽車操穩性主要影響汽車行駛安全性和操作復雜程度，隨著汽車行駛速度的不斷提高，為了保證行駛的安全性，汽車操作穩定性得到越來越多的關注，已經成為汽車性能優劣的重要標志之一。隨著汽車工業的發展,液壓轉向系統被廣泛運用于汽車的轉向機構中,特別是對一些重型載重汽車(尤其是如專用汽車),它以獨特的轉向輕巧靈活性,贏得廣大用戶的青睞。但由于液壓轉向系統較機械轉向系統的故障率高,且故障不易判斷,所以應加強學習這方面的知識,以便正確使用和維修液壓轉向系統,減少其故障發生率。針對分析汽車轉向系統對中型貨車操作穩定性的影響就成為了眾研究單位和汽車廠商一致追求的目標。汽車轉向器作為轉向系統中能夠精確傳遞駕駛員意志的關鍵部件，其性能好壞會直接影響整個轉向系統的執行能力。可以說，一個合格的轉向器是汽車擁有良好轉向性能的前提。據了解，在世界范圍內，汽車循環球式轉向器占45％左右，齒條齒輪式轉向器占40％左右，蝸桿滾輪式轉向器占10％左右，其它型式的轉向器占5％。循環球式轉向器一直在穩步發展。在西歐小客車中，齒條齒輪式轉向器有很大的發展。日本汽車轉向器的特點是循環球式轉向器占的比重越來越大，日本裝備不同類型發動機的各類型汽車，采用不同類型轉向器，在公共汽車中使用的循環球式轉向器，已由60年代的62．5％，發展到現今的100％了(蝸桿滾輪式轉向器在公共汽車上已經被淘汰)。大、小型貨車大都采用循環球式轉向器，但齒條齒輪式轉向器也有所發展。微型貨車用循環球式轉向器占65％，齒條齒輪式占35％。循環球式轉向器的特點效率高，操縱輕便，有一條平滑的操縱力特性曲線。

布置方便。特別適合大、中型車輛和動力轉向系統配合使用；易于傳遞駕駛員操縱信號；逆效率高、回位好，與液壓助力裝置的動作配合得好。

可以實現變速比的特性，滿足了操縱輕便性的要求。中間位置轉向力小、且經常使用，要求轉向靈敏，因此希望中間位置附近速比小，以提高靈敏性。大角度轉向位置轉向阻力大，但使用次數少，因此希望大角度位置速比大一些，以減小轉向力。由于循環球式轉向器可實現變速比，應用正日益廣泛。

通過大量鋼球的滾動接觸來傳遞轉向力，具有較大的強度和較好的耐磨性。并且該轉向器可以被設計成具有等強度結構，這也是它應用廣泛的原因之一。

變速比結構具有較高的剛度，特別適宜高速車輛車速的提高。高速車輛需要在高速時有較好的轉向穩定性，必須保證轉向器具有較高的剛度。

間隙可調。齒條齒扇副磨損后可以重新調整間隙，使之具有合適的轉向器傳動間隙，從而提高轉向器壽命，也是這種轉向器的優點之一。汽車行駛系統的性能安全與否取決于其中的動力轉向體系,而動力轉向器是汽車行駛系統的關鍵構件。所以動力轉向器的性能研究成為開發出良好汽車駕駛系統的重中之重。本文是以杭州世寶汽車方向機有限公司生產的動力轉向器為研究對象,該轉向器屬于循環球式液壓動力轉向器,主要用于重型貨車上。文章對其功能特性和回正特性進行系統建模與仿真分析,并通過轉向器特性試驗驗證仿真模型,得出部分結構參數對轉向器特性的影響規律。同時根據現場環境搭建轉向器測試臺。然后基于LabVIEW的多通道數據采集方式設計出轉向器性能檢測系統,根據良好的人機交互界面顯示的數據和試驗曲線來判斷轉向器性能能否滿足出廠設計要求。動力轉向器是汽車轉向系統的關鍵部件,其性能直接影響汽車的轉向性能,為達到研究分析轉向器結構參數對整車操作穩定性影響,以及優化轉向器結構參數的目的,本文以某廠產的低速貨車上配備的循環球式液壓動力轉向器為研究對象,在仿真平臺Dymola中采用Modelica語言首先建立了轉向器靜態特性模型,并借助轉向器特性試驗驗證模型的正確性,然后仿真分析各結構參數對轉向器特性的影響,確定影響性較大的結構參數。 其次,利用Modelica語言建立實車液壓助力轉向系統模型,搭建實車整體動力學模型,并借助汽車轉向輕便性試驗和蛇形試驗驗證整車動力學模型的正確性。轉向系統是任何車輛都不可或缺的組成部分,其設計制造質量的優劣直接關系到車輛的操縱穩定性、安全性等技術性能。闡述了汽車轉向系統技術發展的狀況,指出了各種轉向系統的結構特點、工作原理及優缺點,并展望了汽車轉向系統未來的發展方向。從50年代開始動力轉向就被廣泛采用了,目前大型載重汽車幾乎都采用動力轉向,一些小轎車、中型載重汽車及叉車等工程車輛也普遍采用動力轉向。所謂動力轉向是在普通的轉向系中設置動力裝置,由動力裝置提供一部分或全部轉向操作力。采用動力轉向不僅可以減輕駕駛員的勞動強度,而且可以提高車輛的靈活性和確保安全。動力轉向系統一旦出現故障,駕駛車輛時就會感到費力甚至影響行車安全發生交通事故,因此,應經常對該系統進行維護,減少故障發生及延長使用壽命。液壓動力轉向系統的結構為了減輕駕駛員操作的疲勞強度,并減少路面對方向盤的振動響應,目前在載貨汽車和轎車上已普遍應用動力轉向裝置。動力轉向裝置的動力源可來自壓縮空氣、電力和液壓。液壓動力轉向裝置由于工作壓力較高、外廓尺寸較小、油液對路面有吸振作用等優點而被廣泛采用。液壓動力轉向系統主要由液壓油泵、轉向器總成、貯油箱和油管等組成。目前在中國乃至全球汽車市場上仍是主要配置。與過去的純機械轉向系統相比,它能夠解決一直存在“輕”與“靈”的矛盾。與目前正在熱興的電動助力轉向系統(EPS)以及正在萌芽發展的線控轉向系統(SBW)相比,它略顯落伍；由于始終寄存在發動機上工作,提高了燃油消耗；需要加注轉向液存在環境污染；部件多,造成布置、裝配、售后維修等不便。但它也具有技術成熟,成本低廉的優勢。 世界汽車工業發展到現階段,已經經歷一百多個年頭。我國也一躍成為全球最大的汽車生產市場和消費市場。但與我國汽車企業的自主研發能力仍然很薄弱形成鮮明的反差。目前我國真正自主研發汽車產品的企業屈指可數。近年來隨著我國汽車工業的迅猛發展以及人們對于舒適、安全性能要求的不斷提高,作為汽車的重要安全部件之一的汽車轉向器的生產水平也有了很大提高。目前液壓助力轉向器在各種助力轉向器中占據主導地位,而作為液壓助力轉向器之一的轉閥式液壓助力轉向器更是應用廣泛。現在許多車型所采用的動力轉向器多為轉閥式液壓助力轉向器,循環球轉閥式動力轉向器由于其結構簡單緊湊,軸向尺寸短,且零件數目少,靈敏性能高等優點,成為當前動力轉向器的發展趨勢。它具有如下一些優點： (1)具有固定的自潤滑特性。 (2)壓力高、輸出扭矩大。 (3)液體的不可壓縮性使得可以精確的控制運動。 (4)它是一種封閉的系統,可以防止異物入侵。參考文獻[1]劉帆.汽車循環球式轉向器動力特性分析與檢測設備開發[D].導師：孟愛華.杭州電子科技大學,2018.[2]孫麗娟,胡雄杰.汽車液壓動力轉向系統故障的檢修方法[J].汽車與駕駛維修(維修版),2017,(12):84.[3]孫洋洋.循環球式液壓動力轉向器的建模仿真與優化分析[D].導師：莫以為.廣西大學,2014.[4]劉忠偵.某乘用車液壓轉向系統助力匹配研究[D].導師：李守成;江天保.南京理工大學,2013.[5]王愛榮.汽車循環球動力轉向器研發[D].導師：徐小兵;毛元祥.長江大學,2012.[6]黃安華,卜憲衛.淺談汽車的轉向系統[J].農業裝備與車輛工程,2010,(01):7-10.[7]李洪飛,劉志慧.淺談汽車液壓動力轉向系統[J].裝備制造,2009,(08):174.[8]黃亞玲,賈紅紅.汽車轉向技術發展綜述[J].民營科技,2009,(06):1+120.[9]楊忠敏.重卡液壓轉向系統常見故障及檢修[J].建筑,2008,(14):72-73.[10]朱華.發展中的現代汽車轉向系統[J].城市車輛,2008,(07):53-55.[11]劉賢忠.整體式動力轉向系統轉向沉重的排除方法[J].汽車維修,2008,(05):6-7.[12]應艷杰,戴安佳.汽車助力轉向技術的發展[J].安徽電子信息職業技術學院學報,2006,(05):91-92.[13]施國標,林逸,張昕.動力轉向技術及其發展[J].農業機械學報,2006,(10):173-176.[14]劉錄秀.ZF轉閥式動力轉向器[J].國外汽車,1989,(03):10-14.[15]韓鶴年.介紹國內外幾種動力轉向裝置[J].液壓與氣動,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,