畢業(yè)設(shè)計（論文）-教練車輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計（全套圖紙）

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1、 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 畢業(yè)設(shè)計報告(論文) 報告(論文)題目： 教練車輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計 作者所在系部： 機(jī)電工程學(xué)院 作者所在專業(yè)： 車輛工程 作者所在班級： B13141 作 者 姓 名 ： 作 者 學(xué) 號 ： 指導(dǎo)教師

2、姓名： 完 成 時 間 ： 北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制 教練車輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計 摘要 本文首先闡述了教練車的現(xiàn)狀以及開發(fā)副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的必要性及其重要意義，然后在根據(jù)分析出的教練車副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)功能要求的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的確定教練車副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，并以轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為參考來設(shè)計教練車的副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 通過對于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展的研究以及汽車副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并在參考電動轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上，建立了正、副兩個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分別控制汽車轉(zhuǎn)

3、向的理論模型。并根據(jù)理論模型的要求進(jìn)行選擇，確立了以電磁離合器作為控制正、副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主從關(guān)系的主要裝置。通過理論分析，教練員通過掌控副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，可以直接控制教練車的前進(jìn)方向。 關(guān)鍵詞：副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)；電動轉(zhuǎn)向；理論模型 全套圖紙加153893706 Abstract This paper first describes the status quo and the development of coach car side to the neces

4、sity and importance of the system, then according to the analysis of the coach car based vice steering system functional requirements on the structure of coach car to determine further vice steering system and steering system, as a reference to design the coach car vice steering system. Through th

5、e system research and development of automobile auxiliary steering research status at home and abroad were analyzed on the basis of vehicle steering and electric power steering system, was established, two deputy steering system of automobile steering control theory model respectively. According to

6、the requirements of the theoretical model, the electromagnetic clutch is used as the main device to control the master-slave relationship between the positive and the secondary impact steering systems. Through theoretical analysis, coaches can control the direction of the coaches directly by control

7、ling the auxiliary steering system. Key words: auxiliary steering system; structure; electric steering; theoretical model 目 錄 教練車輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計 1 摘要 1 Abstract 1 目 錄 1 第1章 緒論 1 1.1 課題的背景意義 1 1.2 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡介 2 1.3 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 4 1.4 本課題的主要研究內(nèi)容 5

8、1.4.1 研發(fā)教練車副轉(zhuǎn)向的渠道 5 1.4.2 主要研究內(nèi)容和研究方法 5 第2章 教練車副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體設(shè)計 7 2.1 教練車副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)和工作原理 7 2.2 副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要組成部件的設(shè)計與選擇 7 2.2.1 副轉(zhuǎn)向盤的設(shè)計 7 2.2.2 副轉(zhuǎn)向軸的設(shè)計 8 2.2.3 轉(zhuǎn)向系安全裝置的設(shè)計 9 2.2.4 電磁離合器的選擇 9 第3章 雙轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主從關(guān)系設(shè)計 12 3.1電磁離合器的設(shè)計 12 3.2轉(zhuǎn)向器的選擇 12 3.3 雙輸入端設(shè)計 12 3.3.1工作原理 12 3.3.2 齒輪設(shè)計 13 第4章 總結(jié)與展望 16 4.1

9、課題總結(jié) 16 4.2展望發(fā)展 16 致 謝 17 參考文獻(xiàn) 18 第1章 緒論 1.1 課題的背景意義 隨著人們的生活水平的不斷提高，家家戶戶基本上都有了一定的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，尤其是在最近幾年，人們對于汽車的需求量不斷加大。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會的專家估算：目前我國汽車的存有量大約有4000多萬輛，其中私人汽車大約占據(jù)了總存量的三分之二左右，這樣的數(shù)據(jù)直接表明，中國的汽車消費正處于以私人消費為主的發(fā)展階段。伴隨著人們的生活水平的提高，經(jīng)濟(jì)條件越來越好，私人汽車的數(shù)量不斷的增加，學(xué)習(xí)駕駛已經(jīng)逐漸成為社會中的一個熱潮?，F(xiàn)在隨著家家戶戶都有汽車，汽車駕駛已經(jīng)不再是一種謀生的手段，現(xiàn)

10、如今不論是工作還是出去游玩亦或者是其他的一些事項，有一輛汽車無疑使得生活變得方便了很多，這已經(jīng)逐漸的成為了大多數(shù)人們內(nèi)心深處的共識。根據(jù)有關(guān)部門的數(shù)據(jù)統(tǒng)計表示，在2003年一年的時間里，我國新增的機(jī)動車駕駛?cè)藛T就超過了1200多萬人。伴隨著學(xué)車熱潮的興起，在很大的程度上直接促進(jìn)了機(jī)動車駕駛學(xué)校的發(fā)展，拉動了教練車的銷售。在2013年，僅僅大連市就已經(jīng)具備機(jī)動車駕駛學(xué)校73所，教練車超過了2200多輛，與2008年相比，整個城市的機(jī)動車駕駛院校的數(shù)量增加了40%，教練車的數(shù)量直接提升了88%。 在實際生活中，對于剛剛接觸機(jī)動車的駕校學(xué)員來說，他們的駕駛操作尚不成熟，難免的就可能會在學(xué)習(xí)過程中因

11、為不當(dāng)?shù)牟僮鲗?dǎo)致各種可能對機(jī)動車或者是駕駛?cè)说陌踩a(chǎn)生影響的事故發(fā)生。而與此同時，教練車的設(shè)計者出于對機(jī)動車以及學(xué)員的人身安全考慮，在現(xiàn)有的教練車上已經(jīng)配備了副后視鏡、副制動踏板、滅火器、副加速踏板、副離合器踏板以及其他的一些安全防護(hù)裝置，但目前我國國內(nèi)的教練車除了極少數(shù)的大型教練用客車外，教練車基本上都沒有配備副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。以這樣的教練車現(xiàn)狀，很有可能在緊急情況下，由于學(xué)員經(jīng)驗不足，不能及時的進(jìn)行正確的操作，導(dǎo)致即便是跟車教練能夠及時的對教練車采取緊急制動，但卻仍不能控制汽車的行駛方向，這樣的狀況下很有可能仍然無法避免交通事故的發(fā)生，對機(jī)動車以及車內(nèi)人員造成安全問題。 基于以上可能會出現(xiàn)的安

12、全隱患，對于教練車能夠在學(xué)員駕駛學(xué)習(xí)過程中，在緊急狀況下，機(jī)動車駕駛教練員除了能夠?qū)叹氒嚥扇【o急制動外，教練員也能快速有效的掌控機(jī)動車的前進(jìn)方向，已經(jīng)引起了越來越多的人的關(guān)注。 本文正是針對于可能出現(xiàn)的這種情況，在教練車上安裝副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，以確保在安全情況下，學(xué)員能夠獨立控制機(jī)動車進(jìn)行練習(xí)，但當(dāng)遇到緊急狀況時，學(xué)員由于慌張或其他原因而不能及時的采取正確的操作時，跟車教練能夠在第一時間內(nèi)取得對教練車的掌控權(quán)，避免更加嚴(yán)重的危險狀況的發(fā)生。 1.2 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡介 本文的研究內(nèi)容是教練車的副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的開發(fā)與研究，屬于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)這個范疇，汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常見的大約可以分為兩種類型，即動力轉(zhuǎn)向

13、系統(tǒng)以及非動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。顧名思義，非動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就是不依靠其他動力，以人的體力作為動力源，又稱為機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其工作原理均是依靠機(jī)械構(gòu)件來進(jìn)行動力傳遞，主要包含轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器以及轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)三個主要部分，其中轉(zhuǎn)向器性能的好壞將會直接影響到汽車行駛以及汽車轉(zhuǎn)向的安全性以及可靠性，是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的重要零部件。汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是以機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，在這個基礎(chǔ)上增加了一套助力轉(zhuǎn)向裝置所構(gòu)成的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在駕駛員的控制下，依靠助力裝置來完成機(jī)動車的轉(zhuǎn)向。 動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)助力提供方式的不同又有所不同，現(xiàn)在應(yīng)用比較廣的主要包含液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

14、又分為機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向以及電子液壓助力轉(zhuǎn)向兩種形式。其中機(jī)械液壓助力形式是最為常見的一種，此種助力形式最早記錄是在1902年2月，由英國人Frederick W.Lanchester發(fā)明了“液壓驅(qū)動轉(zhuǎn)向”的系統(tǒng)，最早的商品化應(yīng)用是在半個世紀(jì)之后，1951年克萊斯勒將已經(jīng)發(fā)展成熟的液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)應(yīng)用在了Imperial車系上。機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要包含液壓泵、油管、圧力流體控制閥、V型傳動皮帶以及儲油罐等部分。其工作原理是將一部分發(fā)動機(jī)動力輸出轉(zhuǎn)化為液壓泵壓力，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)世家輔助作用，從而使輪胎轉(zhuǎn)向。同時因為其有了百年的歷史，技術(shù)成熟可靠，而且成本較低，等優(yōu)點得以被廣泛的應(yīng)用。但由于依靠發(fā)動

15、機(jī)來驅(qū)動油泵，能耗較高，因此車輛的行駛動力無形中被消耗了一部分，且液壓系統(tǒng)管路復(fù)雜，保養(yǎng)成本較高，這些都是機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的缺點所在。針對于機(jī)械液壓助力大幅消耗發(fā)動機(jī)動力的情況，人們在此基礎(chǔ)上開發(fā)出了更加節(jié)省能耗的電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)利用電動機(jī)來替代發(fā)動機(jī)對轉(zhuǎn)向油泵進(jìn)行驅(qū)動，并在機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上安裝了電控系統(tǒng)（主要包含車速傳感器、電磁閥以及轉(zhuǎn)向ECU等），使得轉(zhuǎn)向輔助力的大小與轉(zhuǎn)向角度以及車速都有所關(guān)聯(lián)。在機(jī)械結(jié)構(gòu)上也增加了液壓反應(yīng)裝置和液流分配閥。 圖1-1 電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 與機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比較，電子液壓

16、助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在保留了機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的大部分的優(yōu)點，同時降低了機(jī)動車行駛動力的損耗，并且反應(yīng)更加的靈敏，轉(zhuǎn)向助力的大小也能夠根據(jù)轉(zhuǎn)角以及汽車的行駛速度等相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，更加人性化，其結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。但由于該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)引入了很多的電子元件，其在制造以及維修等方面的成本相對的都有所提升，使用穩(wěn)定性不如機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)牢靠。但隨著技術(shù)的進(jìn)步，這些問題正在逐漸的被解決，電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)成為很多家用車型的選擇。 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以其提供的轉(zhuǎn)向力大、工作滯后時間短以及可以吸收來自不平路面的沖擊等優(yōu)點而獲得了廣泛的應(yīng)用，至今為止，液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍然是主要的動力轉(zhuǎn)向的助力方式。但

17、是金無足赤，該助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也存在著液壓回路噪聲大、液壓有關(guān)泄露、管路進(jìn)氣導(dǎo)致轉(zhuǎn)向困難以及維修保養(yǎng)費用較高且需要經(jīng)常進(jìn)行保養(yǎng)等不足之處。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric Power Steering System 簡稱EPS)是近幾年出現(xiàn)的新型動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)構(gòu)成主要包含轉(zhuǎn)矩傳感器、車速傳感器、電子控制單元ECU、電動機(jī)、離合器以及減速機(jī)等多個機(jī)構(gòu)。在電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，電子線路與設(shè)備直接替代液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的油夜、管路，不再存在消耗機(jī)動車行駛動力的狀況，再也不會有油泵被憋壞的情況發(fā)生，省卻了人們的一大煩惱。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其工作原理簡單明了，通過傳感器將采集到的車速、轉(zhuǎn)角等相關(guān)

18、的信息傳遞給電子控制單元ECU，然后由電子控制單元ECU決定電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向以及助力電流的大小，再將指令傳遞給電動機(jī)，最后由電動機(jī)將輔助動力施加到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，從而使得實時調(diào)整的轉(zhuǎn)向助力得以實現(xiàn)。不論是在結(jié)構(gòu)還是在原理上來看，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)勢都是非常顯著的：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、精煉，質(zhì)量小、體積小；只消耗電能，對機(jī)動車的行駛動力幾乎沒有損耗，且電子系統(tǒng)反應(yīng)要更加的靈敏，反應(yīng)動作迅速、直接。但是電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也有其不足之處，首先，其助力強(qiáng)度較弱，無法在大型車輛上進(jìn)行推廣；其次，電子部件占據(jù)的比重較大，穩(wěn)定性與可靠性相對于機(jī)械式部件來說都比較差；然后，無論是制造還是維修，對于技術(shù)以及成本的要求都比

19、較高。 通過對于動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的了解可以知道，似乎電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將會成為將來發(fā)展的趨勢所在，但目前階段，由于其在駕駛層面的劣勢不能夠在短期內(nèi)得到很好的彌補(bǔ)，所以機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍然擁有著較大的市場。 1.3 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 正如前文所描述的那樣，目前，人們將汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展定位于汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，現(xiàn)階段對于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究也正是著眼于此。而本系統(tǒng)正是基于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為基礎(chǔ)來進(jìn)行研發(fā)與設(shè)計的，所以有必要對于國內(nèi)外對于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究進(jìn)行分析與探討。 國外汽車公司對于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究最早出現(xiàn)在上世紀(jì)80年代，距今已經(jīng)有著30多年的時間，

20、但是由于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研發(fā)成本較高，在研發(fā)初期一直沒有什么顯著的進(jìn)展。直到近些年來，隨著科技的進(jìn)步，對于電子技術(shù)的掌握程度有了大大的提升，這在很大程度上直接降低了電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研發(fā)成本，這一情況直接導(dǎo)致人們對于汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研發(fā)成功看到了可能。 EPS最早出現(xiàn)在日本的微型車上，隨后在其他國家的汽車生產(chǎn)基地有了較為廣泛的應(yīng)用，隨著此項科技的成熟應(yīng)用，一些高級轎車對于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能方面有了更高的要求，也因此國外在近幾年開發(fā)出了更為成熟的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，用于某些高檔汽車上。隨著電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)的越累越成熟，汽車動力轉(zhuǎn)向已經(jīng)出現(xiàn)了向線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的趨勢。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其工作原

21、理是通過轉(zhuǎn)角傳感器與轉(zhuǎn)矩傳感器分別測出駕駛員施加在轉(zhuǎn)向盤上的信號，并經(jīng)過合適的傳動比轉(zhuǎn)換后作為一個控制車輪轉(zhuǎn)向的參考轉(zhuǎn)角以及轉(zhuǎn)向車輪上所受到的轉(zhuǎn)向阻力矩，并將所測得的阻力矩反饋給轉(zhuǎn)向盤下方的電機(jī)，使之產(chǎn)生一個合適的返反力矩，使得駕駛員獲得滿意的操縱感。目前來說，線性控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)代表了EPS目前發(fā)展的最高水平。但類似的相關(guān)應(yīng)用基本上都是用在汽車的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，即由司機(jī)控制的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，在教練車副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研發(fā)方面，目前只有英國出現(xiàn)了配備有兩套駕駛操作系統(tǒng)的教練車，其他的很難見到相關(guān)的研究。 相比較而言，我國對于機(jī)動車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用基本上還處在液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的階段，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究

22、與開發(fā)尚處在初級階段，在國產(chǎn)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方面基本上還是一張白卷，相對應(yīng)的一些關(guān)于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的文獻(xiàn)基本上也只是對于國外電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的狀況以及電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本組成和特點進(jìn)行了簡單地介紹。但隨著國外對于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的推廣以及越來越廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)對于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重視程度 越來越高，相對應(yīng)的從事這方面的研究的相關(guān)單位也在逐漸增多，只是由于市場的需求量較少等原因，對于教練車副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究依然是很少的。 1.4 本課題的主要研究內(nèi)容 1.4.1 研發(fā)教練車副轉(zhuǎn)向的渠道 以普通機(jī)動車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式作為參考，教練車副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研發(fā)渠道主要包含以下幾種方式，分別

23、是純機(jī)械形式的副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力形式的副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及電動助力形式的副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 1.4.1.1 純機(jī)械形式 這種類型的機(jī)動車的副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，在我國國內(nèi)的某些大型客車上已經(jīng)有了應(yīng)用的先例，其構(gòu)造主要是利用鏈齒輪將機(jī)動車的主、副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行連接，在進(jìn)行設(shè)計時，在副轉(zhuǎn)向柱上設(shè)計了一段上粗下細(xì)的錐形槽。安全的情況下，副轉(zhuǎn)向柱的之輪在錐形槽較細(xì)的一端處進(jìn)行滑動，但當(dāng)出現(xiàn)緊急狀況時，教練員可以將齒輪拉向錐形槽較粗的一端，從而齒輪與轉(zhuǎn)向柱連為一體，這個時候教練員通過操縱副方向盤，就能通過齒輪以及鏈條將力傳遞到主轉(zhuǎn)向柱上，從而掌控汽車的前進(jìn)方向。 1.4.1.2 液壓助力形式 液壓助力形式的副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

24、是通過在主、副轉(zhuǎn)向柱之間安裝一套液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)的，與機(jī)械轉(zhuǎn)向相比要更具優(yōu)勢，但仍然存在較多的不足：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對于密封性的要求相對較高，另外還會出現(xiàn)對于機(jī)動車行駛動力的損耗，且噪音較大。 1.4.1.3 電動助力形式 電動助力形式的副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在原有的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了信號檢測、信號處理以及控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。利用電控單元控制可以提供最佳的助力，提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，減少了能耗，且結(jié)構(gòu)簡單，反應(yīng)靈敏，更是比較環(huán)保。 1.4.2 主要研究內(nèi)容和研究方法 本課題的主要研究內(nèi)容是利用電磁離合器來控制教練車正、副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主從關(guān)系。主要包括對汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理的探討，對教練車的

25、正、副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主從關(guān)系的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分析等等。 本課題的基本思路是在教練車輛原有的機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，安裝另一套轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)，構(gòu)成基本上與主轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)成相同，并在主、副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向軸部分安裝電磁離合器，從而來控制住、副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主從關(guān)系。 第2章 教練車副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體設(shè)計 2.1 教練車副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)和工作原理 教練車副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體設(shè)計教練車的副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在原始機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在教練車上設(shè)置了另一個

26、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。系統(tǒng)具體主要包含：副轉(zhuǎn)向盤、副轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向安全裝置以及電磁離合器。此外在主轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上安裝另外一個電磁離合器，并將此離合器與副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的離合器進(jìn)行連接，以此來控制主、副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主從關(guān)系。 系統(tǒng)的基本工作原理如下：當(dāng)車輛啟動以后，控制教練車主轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上的電磁離合器連通，教練車副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上的電磁離合器保持?jǐn)嚅_，此時教練車的副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不工作，教練車的主轉(zhuǎn)向系統(tǒng)保持正常工作。在學(xué)員能夠自行對教練車采取正常操作的前提下，教練員不對轉(zhuǎn)向盤采取任何動作，副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不工作，這時機(jī)動車有學(xué)員控制，教練車的主轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行工作。當(dāng)路面出現(xiàn)某些突發(fā)的緊急狀況，而學(xué)員可能由于慌亂或者是其他的某

27、些原因，不能及時的對教練車采取正確的轉(zhuǎn)向操作時，教練員踩下電磁離合器的按鈕，使得主轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上的電磁離合器斷開，主轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失效，不能再控制教練車的轉(zhuǎn)向。此時，副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上的電磁離合器連通，教練車的副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正常工作，控制教練車的轉(zhuǎn)向，從而跟車教練員控制教練車按照正確的方向轉(zhuǎn)彎，避免交通事故的發(fā)生。 2.2 副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要組成部件的設(shè)計與選擇 教練車副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要構(gòu)成部件主要包含：副轉(zhuǎn)向盤、副轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向安全裝置以及電磁離合器等，其中電磁離合器一個安裝在副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上，另一個安裝在主轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上。對于這些部件的設(shè)計以及選擇的主要原則是在滿足使用要求的前提下，考慮成本節(jié)約以及安裝調(diào)試的方便性等等

28、。 2.2.1 副轉(zhuǎn)向盤的設(shè)計 考慮到司機(jī)的駕駛習(xí)慣以及在實際應(yīng)用中，教練員對教練車進(jìn)行控制是通過轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)向盤來實現(xiàn)的，應(yīng)教練車副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計要求，選用輕型車的方向盤來扮演教練車副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的副轉(zhuǎn)向盤。轉(zhuǎn)向盤的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，主要包含輪圈1、輪輻2以及輪轂3三個部分。輪輻和輪圈的心部有鋼、鋁或者是鎂制合金的骨架，外表部分利用注塑方法包裹具備一定形狀的塑料外層或者是合成橡膠，從而提升操縱方向盤的手感以及相對應(yīng)的安全性。通常利用花鍵或者是帶錐度的細(xì)花鍵將轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向軸進(jìn)行連接，端部通過螺母軸向壓緊固定。 圖2-1 汽車轉(zhuǎn)向盤結(jié)構(gòu) 1--轉(zhuǎn)向圈 2--輪輞 3--輪轂 2.2.2

29、副轉(zhuǎn)向軸的設(shè)計 轉(zhuǎn)向軸是將轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向操縱力矩傳給轉(zhuǎn)向器的傳力軸。轉(zhuǎn)向軸的上部分與轉(zhuǎn)向盤固定連接，下端部分裝有轉(zhuǎn)向器。 現(xiàn)在的一般汽車上的轉(zhuǎn)向軸有的是裝有柔性萬向節(jié)，有的還裝有可以對轉(zhuǎn)向盤的角度以及高度進(jìn)行調(diào)整的機(jī)構(gòu)裝置，從而能夠滿足不同身高、不同體型的駕駛員進(jìn)行操作。轉(zhuǎn)向管柱的上下兩段分別通過傾斜的調(diào)整支架和下托架與車身相連，且整個轉(zhuǎn)向管柱由整個傾斜支架夾持并進(jìn)行固定。傾斜調(diào)整可通過鎖緊螺栓穿過調(diào)整支架上的長孔和轉(zhuǎn)向管柱來實現(xiàn)，螺栓左端為逆向螺紋，調(diào)整手柄通過螺紋旋轉(zhuǎn)安裝在上面，如圖2-2所示。 圖2-2 轉(zhuǎn)向軸傾斜調(diào)整機(jī)構(gòu) 1--樞軸 2--轉(zhuǎn)向管柱 3--長孔 4--調(diào)整手柄

30、 5-鎖緊螺栓 6--下托架 7--傾斜調(diào)整機(jī)構(gòu) 2.2.3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安全裝置的設(shè)計 當(dāng)遇到車禍等交通事故時，駕駛員受傷主要是由轉(zhuǎn)向盤以及轉(zhuǎn)向柱管等裝置引起的，考慮到這方面的因素，在設(shè)計轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)時添加相對應(yīng)的安全裝置，如安裝安全轉(zhuǎn)向柱、安全聯(lián)軸節(jié)以及能量吸收等裝置，從而在遇到交通事故時能夠減輕對于駕駛員的人身傷害。 以奧迪100轎車為例，如圖2-3所示，其安全裝置就是采用了安全轉(zhuǎn)向柱。在正常行駛時，上下兩個轉(zhuǎn)向軸利用銷釘來實現(xiàn)傳遞轉(zhuǎn)向力矩。當(dāng)發(fā)生意外交通事故時，上下兩個轉(zhuǎn)向軸能夠及時的分開，實現(xiàn)了汽車方向盤不會隨著車身后移，從而保證了駕駛員的人身安全。

31、 圖2-3 奧迪100轎車安全轉(zhuǎn)向裝置 2.2.4 電磁離合器的選擇 電磁離合器是依靠線圈的通斷電來控制離合器的接合與分離。電磁離合器主要包含干式單片電磁離合器、干式多片電磁離合器、濕式多片電磁離合器、磁粉離合器以及轉(zhuǎn)差式電磁離合器等幾種類型的電磁離合器。電磁離合器工作的方式又可以分為通電結(jié)合與斷電結(jié)合兩種。根據(jù)教練車副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計要求并參考表2-2-4，最終決定選擇用干式單片電磁離合器，工作方式為通電結(jié)合。 干式單片離合器工作原理是通過線圈通電來產(chǎn)生電磁力，之后在電磁力的作用下，使得相對應(yīng)的銜鐵的彈簧片產(chǎn)生對應(yīng)的變形，從而動盤與銜鐵吸合在一起

32、，離合器處于接合狀態(tài)，開始進(jìn)行工作；當(dāng)線圈斷電時，電磁力消失，銜鐵在彈簧片的彈力作用下復(fù)位，電磁離合器處于分離狀態(tài)，離合器停止工作。其工作特點主要包含一下幾種：高速響應(yīng)（因是干式，所以扭力的傳達(dá)很快，可以達(dá)到便捷的動作）、耐久性強(qiáng)（散熱情況良好，且材料比較高級）、組裝維護(hù)容易、動作確實（因使用的是板狀彈片，所以即便是有著強(qiáng)烈的振動也不會因此而產(chǎn)生任何的松動）。 表2-2-4 規(guī)格型號 DLD5-5 DLD5-15 DLD5-25 DLD5-40 DLD5-80 額定電壓（Ｖ） ＤＣ２４ 額定功率（Ｗ） １１ １５ ２０ ２５ ３５ 額定扭矩（

33、Ｎ·ｍ） ５ １５ ２５ ４０ ８０ 徑 向 尺 寸 Ｄ１ 135 200 266 338 424 Ｄ２ 126 170 250 320 400 Ｄ３ 92 164 190 240 316 Ｄ４ 70 84 124 160 200 Ｄ５ 46 62 84 104 130 Ｄ６ 70 84 124 160 200 Y 10 12 14 16 E 13 17 22 27.5 33 G 8~15 15~35 35~60 60

34、~85 85~150 軸 向 尺 寸 L1 62 102 125 155 180 L2 25 32 41 52 66 L3 17 21 27 35 44 L4 11.5 16 21 28.5 37 L5 36 59 82 112 141 X 1.5 3 4 5.5 7.5 T 2.7 4 5.6 7.7 9 O 4.2 8.6 10.3 N 2.3 5.2 6.7 K 33.5 47.4 55.7 67.3 80.5 S 23 36

35、 43 55 64 t M5 M8 M10 M12 M16 W 0.2 0.4 0.5 第3章 雙轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主從關(guān)系設(shè)計 3.1電磁離合器的設(shè)計 根據(jù)前文可知，設(shè)計后的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中包含兩個電磁離合器，一個用來與主轉(zhuǎn)向系統(tǒng)連接來控制其工作與否，另一個電磁離合器則是與副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相連倆控制副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是否工作。根據(jù)教練車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主從關(guān)系的要求，將教練車主、副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上的兩個電磁離合器并聯(lián)，利用一個雙向開關(guān)來控制兩個電磁離合器的接合與斷開。當(dāng)路面狀況安全時，與主轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相連的電磁離合器接通，主轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作，此時學(xué)員

36、掌控教練車的前進(jìn)方向；當(dāng)遇到突發(fā)狀況，學(xué)員不能夠及時正確的對教練車進(jìn)行操縱時，跟車教練可以通過控制雙向開關(guān)，直接將主轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電磁離合器斷開，副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電磁離合器接合并開始工作，從而使得主轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失效，學(xué)員失去對教練車的掌控，教練員通過操縱副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方向盤進(jìn)而掌控教練車的前進(jìn)方向。 3.2轉(zhuǎn)向器的選擇 轉(zhuǎn)向器的功用是將駕駛員加在轉(zhuǎn)向盤上的力矩進(jìn)行放大、改變傳動方向，并降低速度，然后在將放大后的力矩傳遞給轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)。按照結(jié)構(gòu)劃分可將轉(zhuǎn)向器分為齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器以及蝸桿曲柄指銷式傳感器。根據(jù)設(shè)計要求，將循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器作為教練車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用對象，其結(jié)構(gòu)上主要包含轉(zhuǎn)向螺桿、轉(zhuǎn)

37、向搖臂、轉(zhuǎn)向搖臂軸、側(cè)蓋、以及殼體等部分，工作原理為當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)向軸帶動轉(zhuǎn)向螺桿旋轉(zhuǎn)，通過滾珠將力傳給轉(zhuǎn)向螺母，從而使得轉(zhuǎn)向螺母沿軸向移動，通過螺母上的齒條帶動扇形齒輪軸的轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動轉(zhuǎn)向搖臂轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)了車輪的轉(zhuǎn)向。 3.3 雙輸入端設(shè)計 3.3.1工作原理 根據(jù)教練車輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計要求，我們決定選擇利用齒輪傳動的方式來設(shè)計教練車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的雙向設(shè)計。其主要原理是在主、副轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)下端的轉(zhuǎn)向軸上以及轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向螺桿處分別裝配上一個齒輪，并使得兩個轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)上的齒輪均與轉(zhuǎn)向螺桿上的齒輪嚙合，當(dāng)控制主轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電磁離合器工作，副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電磁離合器斷開時，通過操縱主轉(zhuǎn)向盤，主轉(zhuǎn)

38、向系統(tǒng)齒輪作為主動輪，轉(zhuǎn)向器齒輪作為從動輪運轉(zhuǎn)，副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)齒輪空轉(zhuǎn)；當(dāng)控制副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電磁離合器工作，主轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電磁離合器斷開時，通過操縱副轉(zhuǎn)向盤，副轉(zhuǎn)向系統(tǒng)齒輪作為主動輪，轉(zhuǎn)向器齒輪作為從動輪運轉(zhuǎn)，主轉(zhuǎn)向系統(tǒng)齒輪空轉(zhuǎn)。 3.3.2 齒輪設(shè)計 3.3.2.1 選定齒輪類型、精度等級、材料以及齒數(shù) （1）根據(jù)設(shè)計要求選用直齒圓柱齒輪傳動，壓力角取為20°。 （2）參考“各類機(jī)器所用齒輪傳動的精度等級范圍”表格（《機(jī)械設(shè)計》第九版P205）精度等級選為7級精度。 表3-3-2-1 各類機(jī)器所用齒輪傳動的精度等級范圍 機(jī)器類型 精度等級范圍 機(jī)器類型

39、 精度等級范圍 汽輪機(jī) 3~6 拖拉機(jī) 6~8 金屬切削機(jī)床 3~8 通用減速器 6~8 航空發(fā)動機(jī) 4~8 鍛壓機(jī)床 6~9 輕型汽車 5~8 起重機(jī) 7~11 載重汽車 7~9 農(nóng)用機(jī)器 8~11 （3）通過查閱常用齒輪材料用表等資料，將齒輪材料選為40Cr，齒面強(qiáng)度260HBS。 因轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向螺桿與轉(zhuǎn)向螺母間的傳動比已經(jīng)滿足設(shè)計需要，所以根據(jù)其他的相關(guān)數(shù)據(jù)，取齒輪1齒數(shù)z1=26，齒輪2齒數(shù)z2=21 3.3.2.2 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計 （1）計算齒輪模數(shù) （）

40、 90 式中：--齒輪模數(shù)； --彎曲疲勞強(qiáng)度計算的載荷系數(shù)； --齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩； --彎曲疲勞計算的重合度系數(shù)； --齒寬系數(shù)； --齒輪齒數(shù)； --齒形系數(shù)； --載荷作用于齒頂時的應(yīng)力修正系數(shù)； --齒根產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。 1）確定公式中的各參數(shù)值 ?選 ?根據(jù)公式計算彎曲疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)

41、 ?計算 由外齒輪齒形系數(shù)圖（《機(jī)械設(shè)計》P200）查得=2.65、=2.23 由外齒輪應(yīng)力修正系數(shù)圖（《機(jī)械設(shè)計》P201）查得=1.58、=1.76 通過查閱資料，查得齒輪1、齒輪2的齒根彎曲疲勞極限分別為1=500MPa、2=380MPa 由彎曲疲勞壽命系數(shù)圖查得、 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，根據(jù)公式 得： 因為齒輪1的大于齒輪2，所以取 2）計算模數(shù) 取m=2mm。 （2）齒輪相關(guān)尺寸計算 齒頂圓直徑 分度圓直徑 齒頂高 齒根高 齒全高 齒根圓直徑 根據(jù)以上齒輪尺寸計算公式，從而獲得齒輪設(shè)計的參數(shù)：D1=56mm、D2=46mm、d1=52mm、d2=42mm、、、、、 、。 東理工大學(xué)，2007 19