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北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文
畢業(yè)設計報告(論文)
報告(論文)題目： 教練車輔助轉向系統(tǒng)設計
作者所在系部： 機電工程學院
作者所在專業(yè)： 車輛工程
作者所在班級： B13141
作 者 姓 名 ： 肖鎮(zhèn)
作 者 學 號 ： 201322304
指導教師姓名： 何濤
完 成 時 間 ：
北華航天工業(yè)學院教務處制
教練車輔助轉向系統(tǒng)設計
摘要
本文首先闡述了教練車的現(xiàn)狀以及開發(fā)副轉向系統(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向系統(tǒng)功能要求的基礎上，進一步的確定教練車副轉向系統(tǒng)的結構形式，并以轉向系統(tǒng)作為參考來設計教練車的副轉向系統(tǒng)。
通過對于汽車轉向系統(tǒng)的發(fā)展的研究以及汽車副轉向系統(tǒng)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進行分析，并在參考電動轉向的基礎上，建立了正、副兩個轉向系統(tǒng)分別控制汽車轉向的理論模型。并根據(jù)理論模型的要求進行選擇，確立了以電磁離合器作為控制正、副轉向系統(tǒng)主從關系的主要裝置。通過理論分析，教練員通過掌控副轉向系統(tǒng)，可以直接控制教練車的前進方向。
關鍵詞：副轉向系統(tǒng)；結構；電動轉向；理論模型
Abstract
This paper first describes the status quo and the development of coach car side to the necessity 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 the 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 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 controlling the auxiliary steering system.
Key words: auxiliary steering system; structure; electric steering; theoretical model
目 錄
教練車輔助轉向系統(tǒng)設計 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
1.4.1 研發(fā)教練車副轉向的渠道 5
1.4.2 主要研究內(nèi)容和研究方法 5
第2章 教練車副轉向系統(tǒng)的總體設計 7
2.1 教練車副轉向系統(tǒng)的主要結構和工作原理 7
2.2 副轉向系統(tǒng)的主要組成部件的設計與選擇 7
2.2.1 副轉向盤的設計 7
2.2.2 副轉向軸的設計 8
2.2.3 轉向系安全裝置的設計 9
2.2.4 電磁離合器的選擇 9
第3章 雙轉向系統(tǒng)的主從關系設計 12
3.1電磁離合器的設計 12
3.2轉向器的選擇 12
3.3 雙輸入端設計 12
3.3.1工作原理 12
3.3.2 齒輪設計 13
第4章 總結與展望 16
4.1 課題總結 16
4.2展望發(fā)展 16
致 謝 17
參考文獻 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)濟基礎，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)濟條件越來越好，私人汽車的數(shù)量不斷的增加，學習駕駛已經(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)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，我國新增的機動車駕駛人員就超過了1200多萬人。伴隨著學車熱潮的興起，在很大的程度上直接促進了機動車駕駛學校的發(fā)展，拉動了教練車的銷售。在2013年，僅僅大連市就已經(jīng)具備機動車駕駛學校73所，教練車超過了2200多輛，與2008年相比，整個城市的機動車駕駛院校的數(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，對于剛剛接觸機動車的駕校學員來說，他們的駕駛操作尚不成熟，難免的就可能會在學習過程中因為不當?shù)牟僮鲗е赂鞣N可能對機動車或者是駕駛人的安全產(chǎn)生影響的事故發(fā)生。而與此同時，教練車的設計者出于對機動車以及學員的人身安全考慮，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，由于學員經(jīng)驗不足，不能及時的進行正確的操作，導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)的安全隱患，對于教練車能夠在學員駕駛學習過程中，在緊急狀況下，機動車駕駛教練員除了能夠對教練車采取緊急制動外，教練員也能快速有效的掌控機動車的前進方向，已經(jīng)引起了越來越多的人的關注。
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向系統(tǒng)，以確保在安全情況下，學員能夠獨立控制機動車進行練習，但當遇到緊急狀況時，學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，避免更加嚴重的危險狀況的發(fā)生。
1.2 汽車轉向系統(tǒng)簡介
本文的研究內(nèi)容是教練車的副轉向系統(tǒng)的開發(fā)與研究，屬于汽車轉向系統(tǒng)這個范疇，汽車的轉向系統(tǒng)常見的大約可以分為兩種類型，即動力轉向系統(tǒng)以及非動力轉向系統(tǒng)。顧名思義，非動力轉向系統(tǒng)就是不依靠其他動力，以人的體力作為動力源，又稱為機械轉向系統(tǒng)，其工作原理均是依靠機械構件來進行動力傳遞，主要包含轉向操縱機構、轉向器以及轉向傳動機構三個主要部分，其中轉向器性能的好壞將會直接影響到汽車行駛以及汽車轉向的安全性以及可靠性，是汽車轉向系統(tǒng)中的重要零部件。汽車動力轉向系統(tǒng)是以機械轉向系統(tǒng)作為基礎，在這個基礎上增加了一套助力轉向裝置所構成的轉向系統(tǒng)。動力轉向系統(tǒng)是在駕駛員的控制下，依靠助力裝置來完成機動車的轉向。
動力轉向系統(tǒng)根據(jù)助力提供方式的不同又有所不同，現(xiàn)在應用比較廣的主要包含液壓助力轉向系統(tǒng)以及電動助力轉向系統(tǒng)，液壓助力轉向系統(tǒng)又分為機械液壓助力轉向以及電子液壓助力轉向兩種形式。其中機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“液壓驅動轉向”的系統(tǒng)，最早的商品化應用是在半個世紀之后，1951年克萊斯勒將已經(jīng)發(fā)展成熟的液壓轉向助力系統(tǒng)應用在了Imperial車系上。機械液壓助力轉向系統(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)動機動力輸出轉化為液壓泵壓力，對轉向系統(tǒng)世家輔助作用，從而使輪胎轉向。同時因為其有了百年的歷史，技術成熟可靠，而且成本較低，等優(yōu)點得以被廣泛的應用。但由于依靠發(fā)動機來驅動油泵，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)管路復雜，保養(yǎng)成本較高，這些都是機械液壓助力轉向系統(tǒng)的缺點所在。針對于機械液壓助力大幅消耗發(fā)動機動力的情況，人們在此基礎上開發(fā)出了更加節(jié)省能耗的電子液壓助力轉向系統(tǒng)。電子液壓助力轉向系統(tǒng)利用電動機來替代發(fā)動機對轉向油泵進行驅動，并在機械液壓助力轉向系統(tǒng)的基礎上安裝了電控系統(tǒng)（主要包含車速傳感器、電磁閥以及轉向ECU等），使得轉向輔助力的大小與轉向角度以及車速都有所關聯(lián)。在機械結構上也增加了液壓反應裝置和液流分配閥。
圖1-1 電子液壓助力轉向系統(tǒng)
與機械液壓助力轉向系統(tǒng)相比較，電子液壓助力轉向系統(tǒng)在保留了機械液壓助力轉向系統(tǒng)的大部分的優(yōu)點，同時降低了機動車行駛動力的損耗，并且反應更加的靈敏，轉向助力的大小也能夠根據(jù)轉角以及汽車的行駛速度等相關的參數(shù)進行自我調節(jié)，更加人性化，其結構如圖1-1所示。但由于該轉向系統(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)定性不如機械液壓助力轉向系統(tǒng)牢靠。但隨著技術的進步，這些問題正在逐漸的被解決，電子液壓助力轉向系統(tǒng)已經(jīng)成為很多家用車型的選擇。
液壓助力轉向系統(tǒng)以其提供的轉向力大、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用，至今為止，液壓助力轉向系統(tǒng)仍然是主要的動力轉向的助力方式。但是金無足赤，該助力轉向系統(tǒng)也存在著液壓回路噪聲大、液壓有關泄露、管路進氣導致轉向困難以及維修保養(yǎng)費用較高且需要經(jīng)常進行保養(yǎng)等不足之處。
電動助力轉向系統(tǒng)（Electric Power Steering System 簡稱EPS)是近幾年出現(xiàn)的新型動力轉向系統(tǒng)，其結構構成主要包含轉矩傳感器、車速傳感器、電子控制單元ECU、電動機、離合器以及減速機等多個機構。在電動助力轉向系統(tǒng)中，電子線路與設備直接替代液壓助力轉向系統(tǒng)中的油夜、管路，不再存在消耗機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、轉角等相關的信息傳遞給電子控制單元ECU，然后由電子控制單元ECU決定電動機的旋轉方向以及助力電流的大小，再將指令傳遞給電動機，最后由電動機將輔助動力施加到轉向系統(tǒng)中，從而使得實時調整的轉向助力得以實現(xiàn)。不論是在結構還是在原理上來看，電動助力轉向系統(tǒng)的優(yōu)勢都是非常顯著的：系統(tǒng)結構簡單、精煉，質量小、體積?。恢幌碾娔?，對機動車的行駛動力幾乎沒有損耗，且電子系統(tǒng)反應要更加的靈敏，反應動作迅速、直接。但是電動助力轉向系統(tǒng)也有其不足之處，首先，其助力強度較弱，無法在大型車輛上進行推廣；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，對于技術以及成本的要求都比較高。
通過對于動力轉向系統(tǒng)的了解可以知道，似乎電動助力轉向系統(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，所以機械液壓助力轉向系統(tǒng)以及電子液壓助力轉向系統(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，人們將汽車轉向系統(tǒng)的發(fā)展定位于汽車電動助力轉向系統(tǒng)，現(xiàn)階段對于汽車轉向系統(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向系統(tǒng)為基礎來進行研發(fā)與設計的，所以有必要對于國內(nèi)外對于電動助力轉向系統(tǒng)的研究進行分析與探討。
國外汽車公司對于電動助力轉向系統(tǒng)的研究最早出現(xiàn)在上世紀80年代，距今已經(jīng)有著30多年的時間，但是由于電動助力轉向系統(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展。直到近些年來，隨著科技的進步，對于電子技術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向系統(tǒng)的研發(fā)成本，這一情況直接導致人們對于汽車電動助力轉向系統(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用，隨著此項科技的成熟應用，一些高級轎車對于轉向系統(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向系統(tǒng)，用于某些高檔汽車上。隨著電動助力轉向系統(tǒng)技術的越累越成熟，汽車動力轉向已經(jīng)出現(xiàn)了向線控轉向系統(tǒng)轉變的趨勢。線控轉向系統(tǒng)，其工作原理是通過轉角傳感器與轉矩傳感器分別測出駕駛員施加在轉向盤上的信號，并經(jīng)過合適的傳動比轉換后作為一個控制車輪轉向的參考轉角以及轉向車輪上所受到的轉向阻力矩，并將所測得的阻力矩反饋給轉向盤下方的電機，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，線性控制轉向系統(tǒng)代表了EPS目前發(fā)展的最高水平。但類似的相關應用基本上都是用在汽車的電動助力轉向系統(tǒng)，即由司機控制的轉向系統(tǒng)，在教練車副轉向系統(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的研究。
相比較而言，我國對于機動車動力轉向系統(tǒng)的應用基本上還處在液壓動力轉向系統(tǒng)的階段，電動助力轉向系統(tǒng)的研究與開發(fā)尚處在初級階段，在國產(chǎn)電動助力轉向系統(tǒng)方面基本上還是一張白卷，相對應的一些關于電動助力轉向系統(tǒng)的文獻基本上也只是對于國外電動助力轉向系統(tǒng)的狀況以及電動助力轉向系統(tǒng)的基本組成和特點進行了簡單地介紹。但隨著國外對于電動助力轉向系統(tǒng)的推廣以及越來越廣泛的應用，國內(nèi)對于電動助力轉向系統(tǒng)的重視程度
越來越高，相對應的從事這方面的研究的相關單位也在逐漸增多，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)教練車副轉向的渠道
以普通機動車的轉向系統(tǒng)的結構形式作為參考，教練車副轉向系統(tǒng)的研發(fā)渠道主要包含以下幾種方式，分別是純機械形式的副轉向系統(tǒng)、液壓助力形式的副轉向系統(tǒng)以及電動助力形式的副轉向系統(tǒng)。
1.4.1.1 純機械形式
這種類型的機動車的副轉向系統(tǒng)，在我國國內(nèi)的某些大型客車上已經(jīng)有了應用的先例，其構造主要是利用鏈齒輪將機動車的主、副轉向系統(tǒng)進行連接，在進行設計時，在副轉向柱上設計了一段上粗下細的錐形槽。安全的情況下，副轉向柱的之輪在錐形槽較細的一端處進行滑動，但當出現(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向柱上，從而掌控汽車的前進方向。
1.4.1.2 液壓助力形式
液壓助力形式的副轉向系統(tǒng)是通過在主、副轉向柱之間安裝一套液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)的，與機械轉向相比要更具優(yōu)勢，但仍然存在較多的不足：結構復雜，對于密封性的要求相對較高，另外還會出現(xiàn)對于機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向系統(tǒng)是在原有的電動助力轉向系統(tǒng)的基礎上增加了信號檢測、信號處理以及控制執(zhí)行機構。利用電控單元控制可以提供最佳的助力，提高了燃油經(jīng)濟性，減少了能耗，且結構簡單，反應靈敏，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、副轉向系統(tǒng)的主從關系。主要包括對汽車的轉向系統(tǒng)以及機械轉向系統(tǒng)原理的探討，對教練車的正、副轉向系統(tǒng)的主從關系的結構形式進行分析等等。
本課題的基本思路是在教練車輛原有的機械式轉向系統(tǒng)的基礎上，安裝另一套轉向操縱機構，構成基本上與主轉向系統(tǒng)的構成相同，并在主、副轉向系統(tǒng)的轉向軸部分安裝電磁離合器，從而來控制住、副轉向系統(tǒng)的主從關系。
第2章 教練車副轉向系統(tǒng)的總體設計
2.1 教練車副轉向系統(tǒng)的主要結構和工作原理
教練車副轉向系統(tǒng)的總體設計教練車的副轉向系統(tǒng)是在原始機械式轉向系統(tǒng)的基礎上，在教練車上設置了另一個轉向系統(tǒng)作為副轉向系統(tǒng)。系統(tǒng)具體主要包含：副轉向盤、副轉向軸、轉向安全裝置以及電磁離合器。此外在主轉向系統(tǒng)上安裝另外一個電磁離合器，并將此離合器與副轉向系統(tǒng)的離合器進行連接，以此來控制主、副轉向系統(tǒng)的主從關系。
系統(tǒng)的基本工作原理如下：當車輛啟動以后，控制教練車主轉向系統(tǒng)上的電磁離合器連通，教練車副轉向系統(tǒng)上的電磁離合器保持斷開，此時教練車的副轉向系統(tǒng)不工作，教練車的主轉向系統(tǒng)保持正常工作。在學員能夠自行對教練車采取正常操作的前提下，教練員不對轉向盤采取任何動作，副轉向系統(tǒng)不工作，這時機動車有學員控制，教練車的主轉向系統(tǒng)進行工作。當路面出現(xiàn)某些突發(fā)的緊急狀況，而學員可能由于慌亂或者是其他的某些原因，不能及時的對教練車采取正確的轉向操作時，教練員踩下電磁離合器的按鈕，使得主轉向系統(tǒng)上的電磁離合器斷開，主轉向系統(tǒng)失效，不能再控制教練車的轉向。此時，副轉向系統(tǒng)上的電磁離合器連通，教練車的副轉向系統(tǒng)正常工作，控制教練車的轉向，從而跟車教練員控制教練車按照正確的方向轉彎，避免交通事故的發(fā)生。
2.2 副轉向系統(tǒng)的主要組成部件的設計與選擇
教練車副轉向系統(tǒng)的主要構成部件主要包含：副轉向盤、副轉向軸、轉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向系統(tǒng)上，另一個安裝在主轉向系統(tǒng)上。對于這些部件的設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)約以及安裝調試的方便性等等。
2.2.1 副轉向盤的設計
考慮到司機的駕駛習慣以及在實際應用中，教練員對教練車進行控制是通過轉動副轉向盤來實現(xiàn)的，應教練車副轉向系統(tǒng)的設計要求，選用輕型車的方向盤來扮演教練車副轉向系統(tǒng)的副轉向盤。轉向盤的結構如圖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的安全性。通常利用花鍵或者是帶錐度的細花鍵將轉向盤與轉向軸進行連接，端部通過螺母軸向壓緊固定。
圖2-1 汽車轉向盤結構
1--轉向圈 2--輪輞 3--輪轂
2.2.2 副轉向軸的設計
轉向軸是將轉向盤的轉向操縱力矩傳給轉向器的傳力軸。轉向軸的上部分與轉向盤固定連接，下端部分裝有轉向器。
現(xiàn)在的一般汽車上的轉向軸有的是裝有柔性萬向節(jié)，有的還裝有可以對轉向盤的角度以及高度進行調整的機構裝置，從而能夠滿足不同身高、不同體型的駕駛員進行操作。轉向管柱的上下兩段分別通過傾斜的調整支架和下托架與車身相連，且整個轉向管柱由整個傾斜支架夾持并進行固定。傾斜調整可通過鎖緊螺栓穿過調整支架上的長孔和轉向管柱來實現(xiàn)，螺栓左端為逆向螺紋，調整手柄通過螺紋旋轉安裝在上面，如圖2-2所示。
圖2-2 轉向軸傾斜調整機構
1--樞軸 2--轉向管柱 3--長孔 4--調整手柄
5-鎖緊螺栓 6--下托架 7--傾斜調整機構
2.2.3 轉向系統(tǒng)安全裝置的設計
當遇到車禍等交通事故時，駕駛員受傷主要是由轉向盤以及轉向柱管等裝置引起的，考慮到這方面的因素，在設計轉向操縱機構時添加相對應的安全裝置，如安裝安全轉向柱、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向柱。在正常行駛時，上下兩個轉向軸利用銷釘來實現(xiàn)傳遞轉向力矩。當發(fā)生意外交通事故時，上下兩個轉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。
圖2-3 奧迪100轎車安全轉向裝置
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合與斷電結合兩種。根據(jù)教練車副轉向系統(tǒng)的設計要求并參考表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，使得相對應的銜鐵的彈簧片產(chǎn)生對應的變形，從而動盤與銜鐵吸合在一起，離合器處于接合狀態(tài)，開始進行工作；當線圈斷電時，電磁力消失，銜鐵在彈簧片的彈力作用下復位，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（因是干式，所以扭力的傳達很快，可以達到便捷的動作）、耐久性強（散熱情況良好，且材料比較高級）、組裝維護容易、動作確實（因使用的是板狀彈片，所以即便是有著強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（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
60~85
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
43
55
64
t
M5
M8
M10
M12
M16
W
0.2
0.4
0.5
第3章 雙轉向系統(tǒng)的主從關系設計
3.1電磁離合器的設計
根據(jù)前文可知，設計后的轉向系統(tǒng)中包含兩個電磁離合器，一個用來與主轉向系統(tǒng)連接來控制其工作與否，另一個電磁離合器則是與副轉向系統(tǒng)相連倆控制副轉向系統(tǒng)是否工作。根據(jù)教練車轉向系統(tǒng)主從關系的要求，將教練車主、副轉向系統(tǒng)上的兩個電磁離合器并聯(lián)，利用一個雙向開關來控制兩個電磁離合器的接合與斷開。當路面狀況安全時，與主轉向系統(tǒng)相連的電磁離合器接通，主轉向系統(tǒng)工作，此時學員掌控教練車的前進方向；當遇到突發(fā)狀況，學員不能夠及時正確的對教練車進行操縱時，跟車教練可以通過控制雙向開關，直接將主轉向系統(tǒng)的電磁離合器斷開，副轉向系統(tǒng)的電磁離合器接合并開始工作，從而使得主轉向系統(tǒng)失效，學員失去對教練車的掌控，教練員通過操縱副轉向系統(tǒng)的方向盤進而掌控教練車的前進方向。
3.2轉向器的選擇
轉向器的功用是將駕駛員加在轉向盤上的力矩進行放大、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向傳動機構。按照結構劃分可將轉向器分為齒輪齒條式轉向器、循環(huán)球式轉向器以及蝸桿曲柄指銷式傳感器。根據(jù)設計要求，將循環(huán)球式轉向器作為教練車轉向系統(tǒng)的應用對象，其結構上主要包含轉向螺桿、轉向搖臂、轉向搖臂軸、側蓋、以及殼體等部分，工作原理為當轉向盤轉動時，轉向軸帶動轉向螺桿旋轉，通過滾珠將力傳給轉向螺母，從而使得轉向螺母沿軸向移動，通過螺母上的齒條帶動扇形齒輪軸的轉動，進而帶動轉向搖臂轉動，從而實現(xiàn)了車輪的轉向。
3.3 雙輸入端設計
3.3.1工作原理
根據(jù)教練車輔助轉向系統(tǒng)的設計要求，我們決定選擇利用齒輪傳動的方式來設計教練車轉向系統(tǒng)的雙向設計。其主要原理是在主、副轉向操縱機構下端的轉向軸上以及轉向器的轉向螺桿處分別裝配上一個齒輪，并使得兩個轉向操縱機構上的齒輪均與轉向螺桿上的齒輪嚙合，當控制主轉向系統(tǒng)電磁離合器工作，副轉向系統(tǒng)電磁離合器斷開時，通過操縱主轉向盤，主轉向系統(tǒng)齒輪作為主動輪，轉向器齒輪作為從動輪運轉，副轉向系統(tǒng)齒輪空轉；當控制副轉向系統(tǒng)電磁離合器工作，主轉向系統(tǒng)電磁離合器斷開時，通過操縱副轉向盤，副轉向系統(tǒng)齒輪作為主動輪，轉向器齒輪作為從動輪運轉，主轉向系統(tǒng)齒輪空轉。
3.3.2 齒輪設計
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“各類機器所用齒輪傳動的精度等級范圍”表格（《機械設計》第九版P205）精度等級選為7級精度。
表3-3-2-1 各類機器所用齒輪傳動的精度等級范圍
機器類型
精度等級范圍
機器類型
精度等級范圍
汽輪機
3~6
拖拉機
6~8
金屬切削機床
3~8
通用減速器
6~8
航空發(fā)動機
4~8
鍛壓機床
6~9
輕型汽車
5~8
起重機
7~11
載重汽車
7~9
農(nóng)用機器
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，齒面強度260HBS。 因轉向器的轉向螺桿與轉向螺母間的傳動比已經(jīng)滿足設計需要，所以根據(jù)其他的相關數(shù)據(jù)，取齒輪1齒數(shù)z1=26，齒輪2齒數(shù)z2=21
3.3.2.2 按齒根彎曲疲勞強度設計
（1）計算齒輪模數(shù)
（） 90
式中：--齒輪模數(shù)；
--彎曲疲勞強度計算的載荷系數(shù)；
--齒輪傳遞的轉矩；
--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力修正系數(shù)；
--齒根產(chǎn)生的彎曲應力。
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度用重合度系數(shù)
?計算
由外齒輪齒形系數(shù)圖（《機械設計》P200）查得=2.65、=2.23
由外齒輪應力修正系數(shù)圖（《機械設計》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，從而獲得齒輪設計的參數(shù)：D1=56mm、D2=46mm、d1=52mm、d2=42mm、、、、、
、。
第4章 總結與展望
4.1 課題總結
本文首先介紹了本課題的研究背景以及開發(fā)設計教練車副轉向系統(tǒng)的意義，然后又介紹了機動車轉向系統(tǒng)方面的知識以及轉向系統(tǒng)的分類，隨后又講解了國內(nèi)外對于轉向系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀。在經(jīng)過對于機動車轉向系統(tǒng)方面的知識的學習以及資料的整理，確定出了教練車副轉向系統(tǒng)的設計方案，隨后又經(jīng)過對副轉向系統(tǒng)各部件的選擇以及設計工作之后，本文初步完成了對于教練車副轉向系統(tǒng)的設計任務，此過程中做的工作主要包括：
（1）在分析了教練車副轉向系統(tǒng)的設計要求的基礎之上，初步確定了以機械轉向系統(tǒng)為基礎的教練車用副轉向系統(tǒng)的結構，并對所需的機構、部件進行選擇。
（2）在機械轉向系統(tǒng)的基礎上，基于教練車對于主、副轉向系統(tǒng)的主從關系的要求，決定選擇用電磁離合器來解決。
（3）根據(jù)教練車主、副轉向系統(tǒng)的主從關系的要求，設計電路，選擇利用雙向開關來控制兩個電磁離合器的接合與斷開，從而保證了主、副轉向系統(tǒng)工作的獨立性。
（4）在滿足教練車副轉向系統(tǒng)的要求的基礎上，查閱與汽車的轉向系統(tǒng)相關的資料，從而設計出相關的圖紙。
4.2展望發(fā)展
本文雖然在理論上初步完成了對于教練車副轉向系統(tǒng)的設計，但由于時間有限以及其他的一些原因，尚有很多不完善的地方，在某些方面還存在著很多不足之處，相信隨著更多的人來研究相應的課題，更加完善、便捷的教練車副轉向系統(tǒng)總有一天會展現(xiàn)在人們的眼前。
致 謝
首先要感謝我的畢業(yè)設計的指導老師何濤教授，從論文的選題、課題的研究方向以及在設計過程中遇到的問題，都得到了何老師的悉心指導，在完成畢業(yè)設計的過程中，曾多次就遇到的困難與何老師探討，何老師不耐其煩的一次次的進行教導，對此著實令我感動。大學四年一晃而過，在何老師給我們?nèi)握n期間，對于何老師教學的嚴謹態(tài)度、腳踏實地的工作作風以及對于學生的諄諄善誘，都讓我為之深深的感動與由衷的敬佩。在學習上，何老師為我們及時解惑；在生活方面，何老師也是對我們不時的關懷，我們能夠順利的畢業(yè)，與老師們的關懷與幫助是密不可分的。
衷心的感謝趙秋芳老師、趙逸智老師、許文娟老師、孟立新老師、白亞雙老師、焦運景老師、劉志強老師、臧繼高老師在知識上對我的悉心教導，在生活上對我的關懷與幫助。有了各位老師的存在，使得我的大學變得更加豐富多彩，更加溫暖與心安。面對各位老師的幫助與關懷，我想不僅僅只是感謝所能表達的，愿各位老師天天開心快樂。
感謝大學四年來一直圍繞在身邊的朋友們，你們的存在構成了我的大學。在此大學即將結束之際，祝愿各位小伙伴們能夠一直向前，功成名就。
要感謝的人有太多，但篇幅有限，情誼無限，很榮幸，與你相遇。
17
參考文獻
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理工科類
本科生畢業(yè)設計（論文）開題報告
論文(設計)題目
教練車副轉向系統(tǒng)的設計
作者所在系別
機電工程學院
作者所在專業(yè)
車輛工程
作者所在班級
B13141
作 者 姓 名
肖鎮(zhèn)
作 者 學 號
201322304
指導教師姓名
何濤
指導教師職稱
教授
完 成 時 間
2017
年
3
月
北華航天工業(yè)學院教務處制
說 明
1．根據(jù)學?！懂厴I(yè)設計(論文)工作暫行規(guī)定》，學生必須撰寫《畢業(yè)設計（論文）開題報告》。開題報告作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。
2．開題報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導教師簽署意見及所在專業(yè)教研室論證審查后生效。開題報告不合格者需重做。
3．畢業(yè)設計開題報告各項內(nèi)容要實事求是，逐條認真填寫。其中的文字表達要明確、嚴謹，語言通順，外來語要同時用原文和中文表達。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。
4．開題報告中除最后一頁外均由學生填寫，填寫各欄目時可根據(jù)內(nèi)容另加附頁。
5．閱讀的主要參考文獻應在10篇以上（土建類專業(yè)文獻篇數(shù)可酌減），其中外文資料應占一定比例。本學科的基礎和專業(yè)課教材一般不應列為參考資料。
6．參考文獻的書寫應遵循畢業(yè)設計（論文）撰寫規(guī)范要求。
7．開題報告應與文獻綜述、一篇外文譯文和外文原文復印件同時提交，文獻綜述的撰寫格式按畢業(yè)設計（論文）撰寫規(guī)范的要求，字數(shù)在2000字左右。
畢業(yè)設計(論文)開題報告
學生姓名
肖鎮(zhèn)
專 業(yè)
機電工程學院
班 級
B13141
指導教師姓名
何濤
職 稱
教授
工作單位
機電工程學院
課題來源
教師自擬課題
課題性質
應用設計
課題名稱
教練車的副轉向系統(tǒng)的設計
本設計的科學依據(jù)
（科學意義和應用前景，國內(nèi)外研究概況，目前技術現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢等）
作為汽車的一個重要組成部分，毫無疑問，汽車的轉向系統(tǒng)是決定汽車主動安全性的關鍵總成。如何能夠確保這個主動安全性的關鍵總成能夠萬無一失，使得汽車能夠具有良好的操縱性能，這始終都是各個汽車的生產(chǎn)廠家以及相關的科研部門的重要關注部分。
隨著現(xiàn)如今車輛高速化、車流密集化，針對于駕駛技術不是特別成熟的人群，副轉向系統(tǒng)的重要性不言而喻。隨著現(xiàn)如今車輛的不斷增多，安全性得到了人們越來越大的關注，尤其是對于那些剛剛拿到駕駛證或者是即將要拿到駕駛證的人。經(jīng)過簡單地調查以及訪問，了解到大部分人在開始考駕駛證之前幾乎都沒有什么駕駛的經(jīng)驗，這無疑在考駕照練車的環(huán)節(jié)就會有著巨大的危險性，即便在練車時學員的身旁常常有著教練的存在，但這并不能夠避免在一些緊急時刻因為學員的不正確或者是不正規(guī)的的操作而引起的意外狀況的發(fā)生。因此在教練車上設置副轉向系統(tǒng)無疑是能夠在很大的程度上及時的彌補一些學員的不正當?shù)牟僮鳌?
汽車的轉向系統(tǒng)是汽車的一個重要組成部分，主要經(jīng)歷了純機械式轉向系統(tǒng)、液壓助力轉向系統(tǒng)以及電動助力轉向系統(tǒng)3個基本的發(fā)展階段。其中純機械式轉向系統(tǒng)占用空間大，機構笨拙，增加了駕駛員的負擔，限制了其使用范圍。但同時因為其結構簡單，經(jīng)濟性好，常用于一些轉向操縱力不大，對操縱性能要求不高的微型轎車和農(nóng)用車。液壓助力轉向系統(tǒng)最早是在1953年由通用汽車公司使用。此后該技術迅速發(fā)展，使得動力轉向系統(tǒng)在體積、功率消耗和價格等方面取得了很大的進步。汽車電動助力轉向系統(tǒng)最早在日本獲得實際應用，1988年日本鈴木公司首次開發(fā)出一種全新的電子控制式的電動助力轉向系統(tǒng)，并裝在其生產(chǎn)的Cervo車上。此后，電動助力轉向技術得到了巨大的發(fā)展。
設計內(nèi)容和預期成果
（具體設計內(nèi)容和重點解決的技術問題、預期成果和提供的形式）
一、工作內(nèi)容
1、 進行課題調研，消化課題設計所需的理論知識。
2、 查閱相關資料，完成開題、外文資料翻譯、文獻綜述。
3、進行理論分析，完成副轉向系統(tǒng)的功能實現(xiàn)的構想。
4、根據(jù)查閱相關資料，完成語言命令編程。
5、撰寫副轉向系統(tǒng)的使用說明書。
6、撰寫畢業(yè)論文，進行畢業(yè)答辯。
二、最終成果
1、轉向系統(tǒng)機構圖。
2、副轉向系統(tǒng)的工作原理。
3、計算機編程語言。
4、副轉向系統(tǒng)成品圖。
5、畢業(yè)設計論文。
擬采取設計方法和技術支持
（設計方案、技術要求、實驗方法和步驟、可能遇到的問題和解決辦法等）
汽車副轉向系統(tǒng)的結構比較復雜，組成機構和零件較多，在通過電子元件控制的部分難度較大。汽車的副轉向系統(tǒng)是以汽車的轉向系統(tǒng)為主要部分，通過計算機編程語言以及電子元件來實現(xiàn)汽車的副轉向系統(tǒng)的運轉。在汽車的轉向系統(tǒng)的結構以及工作原理方面難度不大，通過查閱相關的資料便可了解，而難度比較高的是計算機語言以及電子元件與轉向系統(tǒng)的連接，以及副轉向系統(tǒng)與主轉向系統(tǒng)的主從問題。在整個設計過程中，應該將如何保證主轉向系統(tǒng)與副轉向系統(tǒng)的主從以及副轉向系統(tǒng)的靈敏性作為重點來考慮。在設計開始的過程中，我們必須要認真分析汽車轉向系統(tǒng)的結構組成與工作原理，特別是要注意汽車轉向的傳動過程，弄清每一個傳動步驟。
技術要求：
(1)根據(jù)要求，編寫計算機語言。要求語言編寫正確、合理，工作效率高，盡量降低成本和制造難度，并對技術經(jīng)濟性進行分析。
(2)設計并繪制汽車副轉向系統(tǒng)的工作流程圖。
實現(xiàn)本項目預期目標和已具備的條件
（包括過去學習、研究工作基礎，現(xiàn)有主要儀器設備、設計環(huán)境及協(xié)作條件等）
一、預期目標：
1．完成汽車撞向系統(tǒng)零件圖的繪制，確定各個零部件的作用。
2．編寫副轉向系統(tǒng)所需計算機語言，撰寫畢業(yè)設計說明書。
3．通過本次設計,了解汽車轉向系統(tǒng)的組成結構與工作原理。
二、已具備條件：
1．通過大學期間的學習，對汽車結構以及計算機編程方面的知識有了一定的儲備，學習過《汽車結構》、《機械原理》、《單片機原理》等課程，多次的課程設計也讓我們具有了一定的設計經(jīng)驗。
2．掌握solidworks，CAXA等三維設計軟件的使用方法。
3.在圖書館及網(wǎng)上查閱的相關文獻。
各環(huán)節(jié)擬定階段性工作進度
(以周為單位)
第七學期
第10周～第13周：查閱資料，撰寫文獻綜述，外文資料翻譯；
第14周～第16周：開題報告撰寫、修改，完成開題。
第八學期
第 1 周～第 3 周：理論分析，設計方案可行性評價，方案確定；
第 4 周～第12周：計算機語言編寫，結構設計，圖紙繪制，使用說明書撰寫；
第13周～第16周：畢業(yè)論文撰寫，畢業(yè)答辯。
開 題 報 告 審 定 紀 要
時 間
地點
主持人
參
會
教
師
姓 名
職 務（職 稱）
姓 名
職 務（職 稱）
論
證
情
況
摘
要
記錄人：
指
導
教
師
意
見
指導教師簽名： 年 月 日
教
研
室
意
見
教研室主任簽名： 年 月 日
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