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黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計
附錄A
How Car Steering Works
by Karim Nice
You know that when you turn the steering wheel in your car, the wheels turn. Cause and effect, right? But a lot of interesting stuff goes on between the steering wheel and the tires to make this happen.
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In this article, we'll see how the two most common types of c ar steering systems work: rack-and-pinion and recirculating-ball steering. Then we'll examine power steering and find out about some interesting future developments in steering systems, driven mostly by the need to increase the fuel efficiency of cars. But first, let's see what you have to do turn a car. It's not quite as simple as you might think!
When it comes to crucial automotive systems, steering is right up there with the engine and the brakes. The inner workings of this important component are pretty cool.
Turning the Car
You might be surprised to learn that when you turn your car, your front wheels are not pointing in the same direction.
For a car to turn smoothly, each wheel must follow a different circle. Since the inside wheel is following a circle with a smaller radius, it is actually making a tighter turn than the outside wheel. If you draw a line perpendicular to each wheel, the lines will intersect at the center point of the turn. The geometry of the steering linkage makes the inside wheel turn more than the outside wheel.
There are a couple different types of steering gears. The most common are rack-and-pinion and recirculating ball.
Rack-and-pinion Steering
Rack-and-pinion steering is quickly becoming the most common type of steering on cars, small trucks and SUVs. It is actually a pretty simple mechanism. A rack-and-pinion gearset is enclosed in a metal tube, with each end of the rack protruding from the tube. A rod, called a tie rod, connects to each end of the rack.
The pinion gear is attached to the steering shaft. When you turn the steering wheel, the gear spins, moving the rack. The tie rod at each end of the rack connects to the steering arm on the spindle (see diagram above).
The rack-and-pinion gearset does two things:
· It converts the rotational motion of the steering wheel into the linear motion needed to turn the wheels.
· It provides a gear reduction, making it easier to turn the wheels.
On most cars, it takes three to four complete revolutions of the steering wheel to make the wheels turn from lock to lock (from far left to far right).
The steering ratio is the ratio of how far you turn the steering wheel to how far the wheels turn. For instance, if one complete revolution (360 degrees) of the steering wheel results in the wheels of the car turning 20 degrees, then the steering ratio is 360 divided by 20, or 18:1. A higher ratio means that you have to turn the steering wheel more to get the wheels to turn a given distance. However, less effort is required because of the higher gear ratio.
Generally, lighter, sportier cars have lower steering ratios than larger cars and trucks. The lower ratio gives the steering a quicker response -- you don't have to turn the steering wheel as much to get the wheels to turn a given distance -- which is a desirable trait in sports cars. These smaller cars are light enough that even with the lower ratio, the effort required to turn the steering wheel is not excessive.
Some cars have variable-ratio steering, which uses a rack-and-pinion gearset that has a different tooth pitch (number of teeth per inch) in the center than it has on the outside. This makes the car respond quickly when starting a turn (the rack is near the center), and also reduces effort near the wheel's turning limits.
Power Rack-and-pinion
When the rack-and-pinion is in a power-steering system, the rack has a slightly different design.
Part of the rack contains a cylinder with a piston in the middle. The piston is connected to the rack. There are two fluid ports, one on either side of the piston. Supplying higher-pressure fluid to one side of the piston forces the piston to move, which in turn moves the rack, providing the power assist.
We'll check out the components that provide the high-pressure fluid, as well as decide which side of the rack to supply it to, later in the article. First, let's take a look at another type of steering.
Recirculating-ball Steering
Recirculating-ball steering is used on many trucks and SUVs today. The linkage that turns the wheels is slightly different than on a rack-and-pinion system.
The recirculating-ball steering gear contains a worm gear. You can image the gear in two parts. The first part is a block of metal with a threaded hole in it. This block has gear teeth cut into the outside of it, which engage a gear that moves the pitman arm (see diagram above). The steering wheel connects to a threaded rod, similar to a bolt, that sticks into the hole in the block. When the steering wheel turns, it turns the bolt. Instead of twisting further into the block the way a regular bolt would, this bolt is held fixed so that when it spins, it moves the block, which moves the gear that turns the wheels.
Instead of the bolt directly engaging the threads in the block, all of the threads are filled with ball bearings that recirculate through the gear as it turns. The balls actually serve two purposes: First, they reduce friction and wear in the gear; second, they reduce slop in the gear. Slop would be felt when you change the direction of the steering wheel -- without the balls in the steering gear, the teeth would come out of contact with each other for a moment, making the steering wheel feel loose.
Power steering in a recirculating-ball system works similarly to a rack-and-pinion system. Assist is provided by supplying higher-pressure fluid to one side of the block.
Now let's take a look at the other components that make up a power-steering system.
Power Steering
There are a couple of key components in power steering in addition to the rack-and-pinion or recirculating-ball mechanism.
Pump
The hydraulic power for the steering is provided by a rotary-vane pump (see diagram below). This pump is driven by the car's engine via a belt and pulley. It contains a set of retractable vanes that spin inside an oval chamber.
As the vanes spin, they pull hydraulic fluid from the return line at low pressure and force it into the outlet at high pressure. The amount of flow provided by the pump depends on the car's engine speed. The pump must be designed to provide adequate flow when the engine is idling. As a result, the pump moves much more fluid than necessary when the engine is running at faster speeds.
The pump contains a pressure-relief valve to make sure that the pressure does not get too high, especially at high engine speeds when so much fluid is being pumped.
附錄B
汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原路介紹
Karim Nice 著
顯而易見，當你坐在車里轉(zhuǎn)動方向盤時。車輪會跟著運動。像一對因果關系，是吧？但是其中是有很多令人感興趣的部件在方向盤和輪胎之間運動才構(gòu)成了我們以上看的原因和結(jié)果。
在這篇文章中，我們將看到兩種最常見的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是如何工作的：齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。然后我們會研究一下動力轉(zhuǎn)向并發(fā)現(xiàn)些令人欣喜的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)未來發(fā)展動向，其中大部分是由提高汽車燃油效率驅(qū)使產(chǎn)生的。但是首先，讓我們看看你想讓一輛汽車轉(zhuǎn)向都需要做些什么。其中的過程可能并不像你想象的那么簡單。
當說到汽車行駛的關鍵系統(tǒng)時，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)當然地成為和發(fā)動機系統(tǒng)，制動系統(tǒng)處于同樣重要的地位。這個至關重要的部分內(nèi)部的工作過程也是相當激動人心的。
汽車的轉(zhuǎn)向
當你控制汽車轉(zhuǎn)彎的時候你車的前輪并沒有只指向同一個方向，在了解到這些的時候你可能會很奇怪。
要想讓汽車轉(zhuǎn)向平順，每個車輪就必須沿著不同的軌跡運動。因為內(nèi)側(cè)輪胎是沿著較小半徑的圓周軌跡運動的。如果沿著每個車輪做一條垂直線，這些線會相交于轉(zhuǎn)向軌跡的中心點。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)聯(lián)動裝置的幾何學特性使得內(nèi)側(cè)車輪轉(zhuǎn)向角度比外側(cè)車輪大些。
通常是有好幾種不同類型的轉(zhuǎn)向齒輪。最常見的就是齒輪齒條式和循環(huán)球式。
齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器
齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器迅速成為轎車，小型卡車以及多功能越野車轉(zhuǎn)向器中最普遍的型式。
它確實是一種比較簡單的機構(gòu)。一套出輪齒條嚙合裝置被封裝在一根金屬管子里，齒條分別從管子末端深處。有根干，叫做轉(zhuǎn)向拉桿，分別連在管架的末端。
齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的齒輪是連在轉(zhuǎn)向軸上的。當轉(zhuǎn)動方向盤時，齒輪轉(zhuǎn)動推動齒條移動。齒條末端的橫拉桿連接于轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向臂上。
齒輪齒條轉(zhuǎn)系機構(gòu)做完成兩件事：
它將方向盤的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)動車輪所需要的直線運動。
在大多數(shù)汽車上，一般需要轉(zhuǎn)動三到四圈方向盤才能使車輪從左止點到右止點。
轉(zhuǎn)向系傳動比是指轉(zhuǎn)動方向盤角度和車輪轉(zhuǎn)動角度的比率。具體說就是，如果轉(zhuǎn)動方向盤一周車輪隨之轉(zhuǎn)動二十度，實際上轉(zhuǎn)向傳動比是360除以20，也就是18：1。跟高的轉(zhuǎn)向傳動比意味著你需要更大的方向盤轉(zhuǎn)角才能達到同樣的車輪轉(zhuǎn)角。當然，高傳動比也意味著更小的力量。
大體說來，質(zhì)量小，更為運動型的汽車相比大型轎車和卡車擁有更小的轉(zhuǎn)向比。小傳動比意味著更快的轉(zhuǎn)向反應--你無需再費力的轉(zhuǎn)動方向盤才能達到指定的車輪轉(zhuǎn)角—這就是跑車所要求的理想特性。這些小型汽車可以用更小的轉(zhuǎn)向比，因為在質(zhì)量上足夠輕，轉(zhuǎn)動車輪所需的轉(zhuǎn)向力并沒超過要求。
一部分汽車使用可變轉(zhuǎn)向比，它使用一種在中間和兩邊具有不同的齒間距的齒輪齒條嚙合裝置。這使得汽車在剛開始轉(zhuǎn)彎后能迅速做出反應（齒條在中間位置附近），同時也降低了轉(zhuǎn)向力限制位置時的轉(zhuǎn)向力。
動力齒輪齒條轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
當齒輪齒條在動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中時，齒條的設計略有不同。
齒條中間位置包含有一個氣缸與活塞?；钊B接到齒條上。在活塞兩端各有一個液壓缸。在活塞的一端提供高壓油液以推動活塞移動，繼而推動齒條移動，提供轉(zhuǎn)向助力。?在接下來的段落里，我們將詳細了解一下提供高壓油液的組件，然后決定向齒條的哪一方提供高壓油液。首先，讓我們來看看另一種類型的轉(zhuǎn)向器。
循環(huán)球轉(zhuǎn)向
現(xiàn)在循許多卡車和SUV使用的是循環(huán)球轉(zhuǎn)向器。它使車輪轉(zhuǎn)動的聯(lián)動裝置與齒輪齒條轉(zhuǎn)向系統(tǒng)略有不同。
循環(huán)球轉(zhuǎn)向機構(gòu)內(nèi)包含有一個蝸輪。您可以把這個齒輪想象成兩部分。第一部分是一塊帶有內(nèi)螺紋孔的金屬塊。這個金屬塊外側(cè)有切好的齒形，齒形是專門用來嚙合一個使轉(zhuǎn)向拉桿移動的齒輪。方向盤連接到螺紋桿上，類似于一個連接到金屬塊上的螺桿。當方向盤轉(zhuǎn)動時它推動螺桿運動。與一般的螺桿隨著旋入螺母的加深不同，這種螺桿在旋轉(zhuǎn)時是固定不動的，并推動螺母移動，螺母使嚙合的齒輪轉(zhuǎn)動最終轉(zhuǎn)動車輪。
與螺桿直接嚙合轉(zhuǎn)向螺母不同，所有嚙合螺紋都充滿了滾珠球軸承環(huán)繞著，齒輪嚙合副轉(zhuǎn)動時能繞著螺紋圓周轉(zhuǎn)動的鋼球。鋼球?qū)嶋H上兩個功能：首先，它們減少齒輪嚙合副的摩擦和磨損；第二，它們減小齒間間隙。當改變向方向盤轉(zhuǎn)動方向的時候你就會感覺間隙，轉(zhuǎn)向時好像感覺不到鋼球，齒型將脫離彼此接觸了一會兒，使方向盤感覺松曠。?
動力轉(zhuǎn)向的循環(huán)球轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的運動方式類似于齒輪齒條系統(tǒng)。所提供的助力是高壓力液體推動轉(zhuǎn)向螺母的一側(cè)產(chǎn)生的。?
現(xiàn)在讓我們來看看動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的其他組成部分。
動力轉(zhuǎn)向
無論循環(huán)球轉(zhuǎn)向器還是齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中都有幾個重要組成部分。
泵
液壓動力轉(zhuǎn)向是由旋轉(zhuǎn)葉片泵提供的（如下圖） 。這種泵的動力是汽車的發(fā)動機通過皮帶和帶輪驅(qū)動的。它包含了一套可移動的葉片，附帶一個橢圓形的內(nèi)腔。
隨著葉片旋轉(zhuǎn)，葉片從回油道中吸進低壓油并將其變成高壓油擠壓出去，并迫使它變成出口高壓。泵所提供的油液總量取決于轎車的引擎轉(zhuǎn)速。該泵的設計必須使發(fā)動機空轉(zhuǎn)時也能提供充足的液體。因此，在發(fā)動機以更高的轉(zhuǎn)速運行時該泵產(chǎn)生的高壓油液超過正常需要。
泵包含一個壓力安全閥，以確保壓力不會太高，尤其是在發(fā)動機轉(zhuǎn)速高時，產(chǎn)生大量的高壓油液。
16
SY-025-BY-2
畢業(yè)設計（論文）任務書
學生姓名
陳 賀
系部
汽車工程系
專業(yè)、班級
車輛工程B07-8
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(zhuǎn)向機構(gòu)設計
一、設計（論文）目的、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(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(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(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、設計（論文）內(nèi)容、技術要求（研究方法）
1．研究的基本內(nèi)容
（1）行式平板運輸車獨立轉(zhuǎn)向機構(gòu)總體設計方案分析確定；
（2）行式平板運輸車獨立轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)的選擇與設計；
（3）確定機械轉(zhuǎn)向器部分的性能參數(shù)
2. 技術要求
主要技術參數(shù)：
發(fā)動機最大功率
99kw
發(fā)動機型號
EQ6100-1B
最小轉(zhuǎn)彎直徑(m)
5m
最大功率時轉(zhuǎn)速
6000r/min
最大轉(zhuǎn)矩時轉(zhuǎn)速
3800r/min
最高車速
88km/h
掛車總質(zhì)量
4390kg
整備質(zhì)量
6100kg
3. 擬解決的主要問題
（1）重型運輸車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系的總體方案確定
（2）轉(zhuǎn)向機構(gòu)結(jié)構(gòu)的設計，選型，尺寸參數(shù)的確定
三、設計（論文）完成后應提交的成果
1、計算說明部分
1.5萬字設計計算說明書一份
2、圖紙部分
（1）傳動系統(tǒng)整體裝配圖，0號1張；
（2）轉(zhuǎn)向器零件圖，0號4張；
四、設計（論文）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、主要參考資料
[1] 劉惟信．汽車設計[J]．清華大學出版社，2001，7
[2] 汽車工程師手冊．《汽車工程師手冊》編輯委員會[J]．人民交通出版社，2001，5
[3] 陳家瑞．汽車構(gòu)造（下）[J]．機械工業(yè)出版社，2005，8
[4] 濮良貴，紀名剛．機械設計[J] ．高等教育出版社：2001，6
[5]郭正康．現(xiàn)代汽車列車設計與使用[J]．北京理工大學出版社，2006，6
[6]中外汽車構(gòu)造圖冊(底盤分冊) [M] ．吉林科學技術出版社，1995，1
[7]王寶璽．汽車拖拉機制造工藝學[M]．機械工業(yè)出版社，2005，9
[8] 陳燎, 田晉躍, 殷金鑒, 趙煦．130t升降平臺運輸車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設計. 工程機械，2001，2
[9] 丁禮燈.楊家軍，劉照，廖道訓等．汽車動力轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向力矩的分析與計算.三峽大學學報(自然科學版)，2001，3
[10] 張高升 ?鄭紹春 ?魏艷．WTW90型重型平板運輸車非線性轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制方法研究。武漢理工大學學報（交通科學與工程版），2008、4
[11]Daniel A.Mantaras, Pablo Luque and Carlos Vera.Development and validation of a three-dimensional kinematec model for the McPherson steering and suspension meehanisms. Meehanism and Machine Theory, Volume39, Issue6, June 2004, Pages603-619
[12]Jaehyung Lee, D.J.Thompson, Hong Hee Yoo.et al.Vibration analysis of a vehicle body and suspensionInternational Journal of Vehicle system Design a substructure synthesis method.Vol.24, No.4, 2000, Pages471-477
六、備注
指導教師簽字：
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
SY-025-BY-1
畢業(yè)設計（論文）題目審定表
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
否
題目名稱
東風越野平板運輸車轉(zhuǎn)向機構(gòu)設計
課題適用專業(yè)
車輛工程
課題類型
Z
課題簡介：（主要內(nèi)容、意義、現(xiàn)有條件、預期成果及表現(xiàn)形式。）
一、 主要內(nèi)容
1.行式平板運輸車獨立轉(zhuǎn)向機構(gòu)總體設計方案分析確定；2.行式平板運輸車獨立轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)的選擇與設計；3.確定機械轉(zhuǎn)向器部分的性能參數(shù)4.完成設計說明書的撰寫。
二、選題意義
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(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(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。
三、現(xiàn)有條件
學校現(xiàn)有圖書館、實驗室、計算機資源，相關的設計參考資料和設計簡圖。
四、預期成果及表現(xiàn)形式
設計東風越野平板運輸車轉(zhuǎn)向機構(gòu)。完成總裝圖1張，零件圖5張。設計說明書1.5萬字，應對設備的結(jié)構(gòu)、操作及注意事項等作詳細說明，并完成相應的外文翻譯量。
指導教師簽字： 年 月 日
教
研
室
意
見
1
選題與專業(yè)培養(yǎng)目標的符合度
□好
□較好
□一般
□較差
2
對學生能力培養(yǎng)及全面訓練的程度
□好
□較好
□一般
□較差
3
選題與生產(chǎn)、科研、實驗室建設等實際的結(jié)合程度
□好
□較好
□一般
□較差
4
論文選題的理論意義或?qū)嶋H價值
□好
□較好
□一般
□較差
5
課題預計工作量
□較大
□適中
□較小
6
課題預計難易程度
□較難
□一般
□較易
教研室主任簽字： 年 月 日
系（部）教學指導委員會意見：
負責人簽字： 年 月 日
注：課題類型填寫 W.科研項目；X.生產(chǎn)（社會）實際；Y.實驗室建設；Z.其它。
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(zhuǎn)向機構(gòu)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(nèi)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(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(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(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)設計和其轉(zhuǎn)向潤滑機構(gòu)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(qū)動齒輪轉(zhuǎn)向技術等，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(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。自上世紀四十年代起，為減輕駕駛員體力負擔，在機械轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向系統(tǒng)在實際中應用的最多。在當時這個助力轉(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。現(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(zhuǎn)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(zhuǎn)向技術的發(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)鲃有室哺撸谲囕v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小；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(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(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，不但可以自由設計汽車轉(zhuǎn)向的力傳遞特性，而且可以設計汽車轉(zhuǎn)向的角傳遞特性，給汽車轉(zhuǎn)向特性的設計帶來無限的空間，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)向動力學技術，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(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(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(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)的選擇與設計；
解決問題：
轉(zhuǎn)向機構(gòu)結(jié)構(gòu)的設計，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)復雜。雙銷式的結(jié)構(gòu)較單銷式復雜，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)向器的設計計算
轉(zhuǎn)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(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
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六、備注
七、指導教師意見：
簽字： 年 月 日