液壓式轉(zhuǎn)向機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

液壓式轉(zhuǎn)向機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì),液壓式轉(zhuǎn)向機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì),液壓式,轉(zhuǎn)向,實(shí)驗(yàn),試驗(yàn),系統(tǒng),設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì) 開(kāi)題報(bào)告 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 班 級(jí)： 專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械工程及自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 開(kāi) 題 報(bào) 告 一、 課題介紹 1 課題名稱(chēng)：液壓式轉(zhuǎn)向機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 課題背景： 近年來(lái)，隨著電子技術(shù)和液壓技術(shù)的不斷發(fā)展，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中愈來(lái)愈多的采用電子器件。相應(yīng)的就出現(xiàn)了電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電液助力轉(zhuǎn)向可以分為兩大類(lèi)：電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EHPS(electro-hydraulic power steering)、電控液壓助力轉(zhuǎn)向ECHPS(electronically controlled hydraulic power steering)。 在現(xiàn)代汽車(chē)上，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是必不可少的最基本的系統(tǒng)之一，它也是決定汽車(chē)主動(dòng)安全性的關(guān)鍵總成，如何設(shè)計(jì)汽車(chē)的轉(zhuǎn)向特性，使汽車(chē)具有良好的操縱性能，始終是各汽車(chē)廠(chǎng)家和科研機(jī)構(gòu)的重要課題。特別是在車(chē)輛高速化、駕駛?cè)藛T非職業(yè)化、車(chē)流密集化的今天，針對(duì)更多不同的駕駛?cè)巳海?chē)的操縱性設(shè)計(jì)顯得尤為重要。 從上世紀(jì)四十年代起，為減輕駕駛員體力負(fù)擔(dān)，在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了液壓助力系統(tǒng)HPS(hydraulic power steering)，它是建立在機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上的，額外增加了一個(gè)液壓系統(tǒng)，一般有油泵、V形帶輪、油管、供油裝置、助力裝置和控制閥。由于其工作可靠、技術(shù)成熟至今仍被廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在實(shí)際中應(yīng)用的最多，根據(jù)控制閥形式有轉(zhuǎn)閥式和滑閥式之分。這個(gè)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(yùn)動(dòng)，因此可以減少駕駛員作用在方向盤(pán)上的力。EHPS是在液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其特點(diǎn)是原來(lái)有發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的液壓助力泵改由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，取代了由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式，節(jié)省了燃油消耗。ECHPS是在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了電控裝置構(gòu)成的。電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性可根據(jù)轉(zhuǎn)向速率、車(chē)速等參數(shù)設(shè)計(jì)為可變助力特性，使駕駛員能夠更輕松便捷的操縱汽車(chē)。 由此就應(yīng)運(yùn)而生的就是如何對(duì)轉(zhuǎn)向機(jī)進(jìn)行檢測(cè)和控制，從而使轉(zhuǎn)向機(jī)的性能達(dá)到最優(yōu)化，更好地適合現(xiàn)代汽車(chē)以及工程機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。目前汽車(chē)工業(yè)，機(jī)械工業(yè)早已成為世界上各個(gè)國(guó)家關(guān)系到國(guó)際名聲的頭等大事。我國(guó)正處于社會(huì)主義的初級(jí)階段，尚屬于第三世界國(guó)家，發(fā)展中國(guó)家；無(wú)論在經(jīng)濟(jì)上還是科技上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家；尤其在機(jī)械工業(yè)上，世界上許多發(fā)達(dá)國(guó)家的機(jī)械工業(yè)都已達(dá)到了很好的程度，中華民族的復(fù)興都在于此。 3 工作內(nèi)容和要求： 設(shè)計(jì)并建立一個(gè)液壓轉(zhuǎn)向機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，該試驗(yàn)臺(tái)用于對(duì)液壓助力式轉(zhuǎn)向機(jī)總成和閥體總成進(jìn)行一般性能試驗(yàn)，從而得到轉(zhuǎn)向機(jī)的各個(gè)性能參數(shù)的準(zhǔn)確值，更好地設(shè)計(jì)或改進(jìn)液壓轉(zhuǎn)向機(jī)，并使轉(zhuǎn)向機(jī)的性能達(dá)到最優(yōu)化，以適合當(dāng)代汽車(chē)工業(yè)和機(jī)械工業(yè)的發(fā)展要求。其中需要檢測(cè)的性能包括QC/T529-2000規(guī)定的部分性能試驗(yàn)項(xiàng)目以及用戶(hù)提出的其它試驗(yàn)項(xiàng)目。 具體如下所示： 1. 轉(zhuǎn)向器總?cè)?shù)測(cè)定 2. 輸入端轉(zhuǎn)動(dòng)力矩測(cè)定 3. 輸出端自由行程測(cè)定 4. 轉(zhuǎn)向力特性試驗(yàn) 5. 轉(zhuǎn)向靈敏度特性試驗(yàn) 6. 傳動(dòng)效率試驗(yàn) 7. 線(xiàn)角傳動(dòng)比試驗(yàn) 3.1 本設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求： 3.1.1 原轉(zhuǎn)向機(jī)存在的問(wèn)題與不足: 傳統(tǒng)的汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是機(jī)械系統(tǒng)，汽車(chē)的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)是由駕駛員操縱方向盤(pán)，通過(guò)轉(zhuǎn)向器和一系列的桿件傳遞到轉(zhuǎn)向車(chē)輪而實(shí)現(xiàn)的。普通的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建立在機(jī)械轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上，通常根據(jù)機(jī)械式轉(zhuǎn)向器形式可以分為：齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷(xiāo)式。常用的有兩種是齒輪齒條式和循環(huán)球式(用于需要較大的轉(zhuǎn)向力時(shí))。這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是我們最常見(jiàn)的，目前大部分低端轎車(chē)采用的就是齒輪齒條式機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 雖然傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作最可靠，但是也存在很多固有的缺點(diǎn)，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于方向盤(pán)和轉(zhuǎn)向車(chē)輪之間的機(jī)械連接而產(chǎn)生一些自身無(wú)法避免的缺陷：①汽車(chē)的轉(zhuǎn)向特性受駕駛員駕駛技術(shù)的影響嚴(yán)重；②轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比固定，使汽車(chē)轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性隨車(chē)速、側(cè)向加速度等變化而變化，駕駛員必須提前針對(duì)汽車(chē)轉(zhuǎn)向特性幅值和相位的變化進(jìn)行一定的操作補(bǔ)償，從而控制汽車(chē)按其意愿行駛。這就變相地增加了駕駛員的操縱負(fù)擔(dān)，使汽車(chē)轉(zhuǎn)向行駛存在很大的不安全隱患；③液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性差，一般轎車(chē)每行駛一百公里要多消耗0.3~0.4升的燃料。 3.1.2 本設(shè)計(jì)的要求： 本實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要測(cè)量轉(zhuǎn)向機(jī)型號(hào)有：捷達(dá)10C1051、金杯海獅20C1051、現(xiàn)代H1、江淮瑞風(fēng)20C1055等型號(hào)的轉(zhuǎn)向機(jī)。 具體技術(shù)指標(biāo)要求如下： （1）輸出端液壓檢測(cè)系統(tǒng) 最大輸出負(fù)荷：6150—10000N 要求勻速施加驅(qū)動(dòng)力（靜壓力），驅(qū)動(dòng)速度為：0.1m/s 液壓缸的活塞桿所承受的載荷為轉(zhuǎn)向機(jī)輸出負(fù)荷的1/3 油箱容積（有效）：80 L （2）液壓助力系統(tǒng) 工作壓力：1.0-10 MPa 連續(xù)可調(diào)，程序設(shè)定，示值精度±1% 設(shè)定值 工作流量：1.0-8.0 L / min，連續(xù)可調(diào)（手動(dòng)）， 油箱容積（有效）：100 L （3）轉(zhuǎn)向器輸入輸出端 最大輸入轉(zhuǎn)矩：±5Nm，示值精度 0.5 % FS 最大輸入轉(zhuǎn)角：雙向無(wú)限，示值精度 ±0.05° 最大輸入轉(zhuǎn)速：20—30r/ min 輸出端最大加載力 ：±6150—10000N，示值精度 0.5 % FS 輸出端要求勻速施加驅(qū)動(dòng)力（靜壓力），驅(qū)動(dòng)速度為：0.1m/s 最大輸出位移：±100 mm，示值精度 0.5 % FS 3.1.3 總體設(shè)計(jì)方案： 3.1.3.1機(jī)械系統(tǒng)組成： 1.試驗(yàn)臺(tái)的基本組成如圖1所示，可分為如下5個(gè)組成部分： (1)主機(jī)臺(tái)架。包括被試轉(zhuǎn)向機(jī)總成、被控閥體總成、轉(zhuǎn)向機(jī)輸入軸電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)向機(jī)輸出齒條液壓加載裝置、輸入軸轉(zhuǎn)矩傳感器、輸入軸轉(zhuǎn)角傳感器、輸出端壓力傳感器、輸出端位移傳感器、各個(gè)儀表、以及安裝這些總成的基礎(chǔ)平臺(tái)和安裝夾具。 (2)泵站。包括助力油泵及電機(jī)總成、檢測(cè)輸出端油泵及電機(jī)總成、油箱、恒壓控制裝置、調(diào)壓調(diào)速回路。 圖1 系統(tǒng)總體圖 3.1.3.2 液壓系統(tǒng)： 包括液壓助立系統(tǒng)和輸出端液壓檢測(cè)系統(tǒng)。 圖2 液壓系統(tǒng)原理圖 液壓系統(tǒng)原理圖 如圖2: 3.1.3.3 控制及檢測(cè)系統(tǒng)的組成如圖3 所示: 控制及檢測(cè)系統(tǒng)可分為如下幾個(gè)組成部分： 包括單片機(jī)（8051、74L138、74L377、2764、6264、8255、A/D 0809、D/A0832）測(cè)量接口板、顯示器、鍵盤(pán)等。 4 課題的重點(diǎn)和難點(diǎn)： 1.試驗(yàn)臺(tái)本身的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，相互之間的傳動(dòng)關(guān)系，尺寸配合。 2. 輸出端檢測(cè)液壓系統(tǒng)，助力液壓系統(tǒng)的選擇和計(jì)算。 3.電氣原理部分的設(shè)計(jì)，即各種傳感器的選擇。 4.轉(zhuǎn)向機(jī)輸入端裝置的設(shè)計(jì)。 5 可能用到的主要知識(shí)和技能： 機(jī)電一體化設(shè)計(jì) 單片機(jī)原理及接口技術(shù) 機(jī)電傳動(dòng)控制 機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析 典型機(jī)械（電）產(chǎn)品構(gòu)造 6 需要自學(xué)的知識(shí)和技能： 傳感器與執(zhí)行器 單片機(jī)原理及接口技術(shù) 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)等 二、 工作計(jì)劃: 第七學(xué)期（已完成）： 調(diào)研，搜集資料，了解國(guó)內(nèi)外研究狀況； 了解原有試驗(yàn)臺(tái)，閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，做英語(yǔ)翻譯，完成開(kāi)題報(bào)告。 第八學(xué)期： 1-4周 提出試驗(yàn)臺(tái)改進(jìn)方案，進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)。 5-7周 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、加工、裝配和調(diào)試。 8-9周 測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、選購(gòu)和裝配。 10-12周 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試。 13-14周 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，準(zhǔn)備答辯。 三、參考文獻(xiàn): [1].機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析. 高春甫，校內(nèi)教材. 2001.06 [2].機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ). 朱喜林，科學(xué)出版社. 2005.07 [3].MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù). 李華，北京航空航天大學(xué)出版社. 2003.10 [4].典型機(jī)械（電）產(chǎn)品構(gòu)造. 鄭玉華，科學(xué)出版社. 2004.07 [5].單片微型計(jì)算機(jī)原理、應(yīng)用及接口技術(shù).張迎新.北京:國(guó)防工業(yè)出版社 [6].汽車(chē)傳感器識(shí)別與檢修精華.吳文琳,李美生.北京:機(jī)械工業(yè)出版社 [7].機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊(cè).顧冠群,萬(wàn)德均.南京:江蘇科學(xué)技術(shù)出版社 [8].機(jī)電傳動(dòng)控制.鄧星鐘.武漢:華中科技大學(xué)出版社,2001 6