教练车辅助转向系统设计【优秀课程毕业设计含12张CAD图纸+带开题报告+文献综述+外文翻译】-clsj06

教练车辅助转向系统设计【优秀课程毕业设计含12张CAD图纸+带开题报告+文献综述+外文翻译】-clsj06教练车辅助转向系统设计摘要本文首先阐述了教练车的现状以及开发副转向系统的必要性及其重要意义，然后在根据分析出的教练车副转向系统功能要求的基础上，进一步的确定教练车副转向系统的结构形式，并以转向系统作为参考来设计教练车的副转向系统。通过对于汽车转向系统的发展的研究以及汽车副转向系统国内外的研究现状进行分析，并在参考电动转向的基础上，建立了正、副两个转向系统分别控制汽车转向的理论模型。并根据理论模型的要求进行选择，确立了以电磁离合器作为控制正、副转向系统主从关系的主要装置。通过理论分析，教练员通过掌控副转向系统，可以直接控制教练车的前进方向。关键词：副转向系统；结构；电动转向；理论模型AbstractThis 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  录教练车辅助转向系统设计1摘要1Abstract1目  录1第1章 绪论11.1 课题的背景意义11.2 汽车转向系统简介21.3 国内外的研究现状41.4 本课题的主要研究内容51.4.1 研发教练车副转向的渠道51.4.2 主要研究内容和研究方法5第2章 教练车副转向系统的总体设计72.1 教练车副转向系统的主要结构和工作原理72.2 副转向系统的主要组成部件的设计与选择72.2.1 副转向盘的设计72.2.2 副转向轴的设计82.2.3 转向系安全装置的设计92.2.4 电磁离合器的选择9第3章 双转向系统的主从关系设计123.1电磁离合器的设计123.2转向器的选择123.3 双输入端设计123.3.1工作原理123.3.2 齿轮设计13第4章 总结与展望164.1 课题总结164.2展望发展16致 谢17参考文献18【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】A0-转向操纵机构.dwgA4-电磁离合器.dwgCAXA副本万向节总成-A3.dwg外文翻译.wps教练车辅助转向系统设计开题报告.doc教练车辅助转向系统设计文献综述.wps教练车辅助转向系统设计说明书.doc文件清单.txt电路图-A4.dwg螺杆螺母组合件-A3.dwg转向器装配图A0.dwg转向摇臂-A3.dwg转向摇臂轴-A3.dwg转向螺杆-A3.dwg转向螺母.dwg齿轮1-A4.dwg齿轮2-A4.dwg 27 开题报告 学生姓名 专 业 班 级 指导教师姓名 职 称 工作单位 机电工程学院 课题来源 教师自拟课题 课题性质 应用设计 课题名称 教练车的副转向系统的设计 本设计的科学依据 （科学意义和应用前景，国内外研究概况，目前技术现状、水平和发展趋势等） 作为汽车的一个重要组成部分，毫无疑问，汽车的转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成。如何能够确保这个主动安全性的关键总成能够万无一失，使得汽车能够具有良好的操纵性能，这始终都是各个汽车的生产厂家以及相关的科研部门的重要关注部分。 随着现如今车辆高速化、车流密集化，针对于驾驶技术不是特别成熟的人群，副转向系统的重要性不言而喻。随着现如今车辆的不断增多，安全性得到了人们越来越大的关注，尤其是对于那些刚刚拿到驾驶证或者是即将要拿到驾驶证的人。经过简单地调查以及访问，了解到大部分人在开始考驾驶证之前几乎都没有什么驾驶的经验，这无疑在考驾照练车的环节就会有着巨大的危险性，即便在练车时学员的身旁常常有着教练的存在，但这并不能够避免在一些紧急时刻因为学员的不正确或者是不正规的的操作而引起的意外状况的发生。因此在教练车上设置副转向系统无疑是能够在 很大的程度上及时的弥补一些学员的不正当的操作。 汽车的转向系统是汽车的一个重要组成部分，主要经历了纯机械式转向系统、液压助力转向系统以及电动助力转向系统 3个基本的发展阶段。其中纯机械式转向系统占用空间大，机构笨拙，增加了驾驶员的负担，限制了其使用范围。但同时因为其结构简单，经济性好，常用于一些转向操纵力不大，对操纵性能要求不高的微型轿车和农用车。液压助力转向系统最早是在 1953年由通用汽车公司使用。此后该技术迅速发展，使得动力转向系统在体积、功率消耗和价格等方面取得了很大的进步。汽车电动助力转向系统最 早在日本获得实际应用， 1988年日本铃木公司首次开发出一种全新的电子控制式的电动助力转向系统，并装在其生产的上。此后，电动助力转向技术得到了巨大的发展。 28 设计内容和预期成果 （具体设计内容和重点解决的技术问题、预期成果和提供的 形式） 一、工作内容 1、 进行课题调研，消化课题设计所需的理论知识。 2、 查阅相关资料，完成开题、外文资料翻译、文献综述。 3、进行理论分析，完成 副转向系统的功能实现的构想 。 4、 根据查阅相关资料，完成语言命令编程。 5、撰写 副转向系统的 使用说明书。 6、撰 写毕业论文，进行毕业答辩。 二、最终成果 1、 转向系统机构图 。 2、 副转向系统的工作原理 。 3、 计算机编程语言 。 4、 副转向系统成品图 。 5、毕业设计论文。 拟采取设计方法和技术支持 （设计方案、技术要求、实验方法和步骤、可能遇到的问题和解决办法等） 汽车副转向系统 的结构比较复杂， 组成机构和零件较 多 ，在通过电子元件控制的部分难度较大 。 汽车的副转向系统是以汽车的转向系统为主要部分， 通 过计算机编程语言以及电子元件来实现汽车的副转向系统的运转。在汽车的转向系统的结构以及工作原理方面难度不大 ，通过查阅相关的资料便可了解 ，而 难度 比较高的 是计算机语言以及电子元件与转向系统的连接，以及副转向系统与主转向系统的主从问题 。在 整个设计 过程 中 ，应该将如何保证 主转向系统与副转向系统的主从以及副转向系统的灵敏性 作为重点来考虑。在设计开始的过程中，我们必须要认真分析 汽车转向系统的结构组成与工作原理 ，特别是要注意 汽车转向的传动过程， 弄清 每一个传动步骤。 技术要 求 ： (1)根据要求， 编写计算机语言 。要求 语言编写正确、 合理，工作效率高，尽量降低成本和制造难度，并对技术经济性进行分析。 (2)设计并绘制 汽车副转向系统 的工作流程图。 29 实现本项目预期目标和已具备的条件 （包括过去 学习、研究工作基础，现有主要仪器设备、设计环境及协作条 件等） 一、 预期目标： 1完成 汽车撞向系统 零件图的绘制，确定 各个零部件的作用 。 2 编写副转向系统所需计算机语言， 撰写毕业设计说明书。 3通过本次设计 ,了解 汽车转向系统的组成结构与工作原理 。 二、 已具备条件： 1通过大学期间的学习，对 汽车结构以及计算机编程 方面的知识有了一定的储备，学习过 汽车结构 、机械原理、 单片机原理 等课程，多次的课程设计也让我们具有了一定的设 计经验。 2掌握 三维设计软件的使用方法。 书馆及网上查阅的相关文献。 各环节拟定阶段性工作进度 (以周为单位 ) 第七学期 第 10 周第 13 周：查阅资料，撰写文献综述，外文资料翻译； 第 14 周第 16 周：开题报告撰写、修改，完成开题。 第八学期 第 1 周第 3 周：理论分析， 设计方案 可行性评价，方案确定； 第 4 周第 12 周： 计算机语言编写 ， 结构设计 ， 图纸绘制 ，使用说明书撰写； 第 13 周第 16 周：毕业论文撰写，毕业答辩。 开 题 报 告 审 定 纪 要 时 间 地点 主持人 30 参 会 教 师 姓 名 职 务（职 称） 姓 名 职 务（职 称） 论 证 情 况 摘 要 记录人： 指 导 教 师 意 见 指导教师签名： 年 月 日 教 研 室 意 见 教研室主任签名： 年 月 日 文 献 综 述教练车副转向系统的设计文献综述摘要：计算机语言的编写是否准确无误、合情合理，这直接关系到副转向系统最终能否达到预期的效果。副转向系统与主转向系统的主动性与从动性的设计也是不可缺少的一部分，它关系到能否保证副转向系统如理论构想中那般正常工作的问题。因此这两者在整个的设计环节当中是至关重要的环节。本文主要讲述了有关汽车转向系统的作用和结构，汽车转向系统的原理，转向系统的现状及发展趋势。关键词：计算机语言；副转向系统；主动性；从动性of is is to of of is an of is to of to of of in of of of 要经常改变行驶方向，改变行驶方向的方法是通过转向车轮（一般是前轮）相对于汽车纵 转一 的 现的。汽车在直 行驶 ，转向车轮也 到 向 的作用， 动的 转改变行驶方向。因此，汽车的转向系统的 用 是改变和保 汽车的行驶方向。驶 需要通过一 机构 改变 者 汽车的行驶方向，这 设的机构 汽车的转向系统。汽车的转向系统转向动 的不分 机转向系统和动转向系统两。机转向系统是 驶 的作 转向动 ，主要是转向“纵机构、转向和动机构 车机转向系统 ，主要 是转向、”转向、转向、 和转向动 转向系统是用 驶 发动机动 作 转向动 的转向系统。动 转向系统是在机转向系统的 ，设了一 转向 构 。转向 ， 驶 转动转向，通过转向 、转向 向节和转向动，转向 转向。经转向 的 动和 到转向 ，通过转向直 在转向节 的转向节 ， 转向节及 于 的转向车轮 主 转。、 的一 分 在、 转向节 ， 一 与转向 接。当转向节 转 ，经 、 和 的， 转向节及 于 的 转向车轮 主 向 转相 。 的 ， 经发展 的转向系统，对于汽车 的发展作 了重要 献。从转向系统的发展 ，前 有 汽车转向系统， 经 了机 、 、 动 。 现 言，人们在汽车转向系统方 的研究主要集中云 动 转向的这一主题 。国外汽车公司对于 动 转向系统的研究最早 现于 世纪 8 代，距今 经有 3 的 。但是在前期，一直没有取得，主要是因 动 转向系统的 本较高。近 着 子技术的发展， 动 转向系统的 本降低，在教练车 ” 动 转向系统 的副转向系统 可能。 动 转向系统最早用于日本微 车 ， 在世界各有了推广用 。 子伺服前轮转向控制系统，取消了 驶 和汽车前轮的机接，取消了统的转向系统的结构的部分零部件，但仍采用方向， 设有“纵手柄，通过 动机向 驶 提供 反馈。该转向系统前处于 动转向系统的发展前沿。但这些相关用都是用在司机所“纵的汽车转向系统。与相不，在国内，前动 转向的用本 还处于 动 转向 ，动 转向系统的开发还处于不算太 熟的 。 着国外 动 转向系统的广泛用，国内对于 动主 转向系统的研究也是越 越重视，从事相关研究的汽车 越 越 ，但是对于教练车副转向系统的研究还是 少，这主要归因于市场对于教练车的需求较少。在这一方 ，仅是在部分用于 驶培训的位置 有一个机 的方向。这 结构的可靠性较低，且在紧急情况下可能 因 学 与教练 的相反意图，但作用 却情况下， 得转向失效 造交通事故。 着 动 转向系统越 越广泛的研究与用，毫无疑问，在原有副制动、副油门踏板、副离合踏板及副 视镜的 ，教练 直接控制的副转向系统 教练车的发展趋势。参考文献1搜狐汽车频道 并举解决练车难题【 ,20102杨仁法，改 【 J】 ，2001,（ 9）： 40邱峰，汽车转向系统的发展趋势与关键技术【 J】 2003,17（ 4）： 286 ， 国 ，汽车 动 转向系统技术的发展与趋势【 J】 2008，（ 4）： 79 ， ，汽车 动 转向技术分 【 J】 . 汽车 2）： 36 ， ， ， . 动 转向系统发展趋势【 J】汽车技术，2005（ 9）： 1 ，中国汽车 人汽车消 代【 /0078of J007,1(7):283J003,1(4):2960 ， ，车用转 的发展现状 【 J】 2005,11:4 设 计（论 文）文 献 综 述指导教师意见教 ： 日专业教研室审查意见人： 日 教练车辅助转向系统设计 摘要 本文首先阐述了教练车的现状以及开发副转向系统的必要性及其重要意义，然后在根据分析出的教练车副转向系统功能要求的基础上，进一步的确定教练车副转向系统的结构形式，并以转向系统作为参考来设计教练车的副转向系统。 通过对于汽车转向系统的发展的研究以及汽车副转向系统国内外的研究现状进行分析，并在参考电动转向的基础上，建立了正、副两个转向系统分别控制汽车转向的理论模型。并根据理论模型的要求进行选择，确立了以电磁离合器作为控制正、副转向系统主从关系的主要装置。通过理论分析，教练员通过掌控副转 向系统，可以直接控制教练车的前进方向。 关键词：副转向系统；结构；电动转向；理论模型 of to of to of on of to as a to of at on of of to of is as to of by 目 录 教练车辅助转向系统设计 . 1 摘要 . 1 . 1 目 录 . 1 第 1 章 绪论 . 1 题的背景意义 . 1 车转向系统简介 . 2 内外的研究现状 . 4 课题的主要研究内容 . 5 发教练车副转向的渠道 . 5 要研究内容和研究方法 . 5 第 2 章 教练车副转向系统的总体设计 . 7 练车副转向系统的主要结构和工作原理 . 7 转向系统的主要组成部件的设计与选择 . 7 转向盘的设计 . 7 转向轴的设计 . 8 向系安全装置的设计 . 9 磁离合器的选择 . 9 第 3 章 双转向系统的主从关系设计 . 12 磁离合器的设计 . 12 向器的选择 . 12 输入端设计 . 12 作原理 . 12 轮设计 . 13 第 4 章 总结与展望 . 16 题总结 . 16 望发展 . 16 致 谢 . 17 参考文献 . 18 1 第 1 章 绪论 题的背景意义 随着人们的生活水平的不断提高，家家户户基本上都有了一定的经济基础，尤其是在最近几年，人们对于汽车的需求量不断加大。根据中国汽车工业协会的专家估算：目前我国汽 车的存有量大约有 4000 多万辆，其中私人汽车大约占据了总存量的三分之二左右，这样的数据直接表明，中国的汽车消费正处于以私人消费为主的发展阶段。伴随着人们的生活水平的提高，经济条件越来越好，私人汽车的数量不断的增加，学习驾驶已经逐渐成为社会中的一个热潮。现在随着家家户户都有汽车，汽车驾驶已经不再是一种谋生的手段，现如今不论是工作还是出去游玩亦或者是其他的一些事项，有一辆汽车无疑使得生活变得方便了很多，这已经逐渐的成为了大多数人们内心深处的共识。根据有关部门的数据统计表示，在 2003 年一年的时间里，我国新增的机 动车驾驶人员就超过了1200 多万人。伴随着学车热潮的兴起，在很大的程度上直接促进了机动车驾驶学校的发展，拉动了教练车的销售。在 2013 年，仅仅大连市就已经具备机动车驾驶学校 73 所，教练车超过了 2200 多辆，与 2008 年相比，整个城市的机动车驾驶院校的数量增加了 40%，教练车的数量直接提升了 88%。 在实际生活中，对于刚刚接触机动车的驾校学员来说，他们的驾驶操作尚不成熟，难免的就可能会在学习过程中因为不当的操作导致各种可能对机动车或者是驾驶人的安全产生影响的事故发生。而与此同时，教练车的设计者出于对机动车以及 学员的人身安全考虑，在现有的教练车上已经配备了副后视镜、副制动踏板、灭火器、副加速踏板、副离合器踏板以及其他的一些安全防护装置，但目前我国国内的教练车除了极少数的大型教练用客车外，教练车基本上都没有配备副转向系统。以这样的教练车现状，很有可能在紧急情况下，由于学员经验不足，不能及时的进行正确的操作，导致即便是跟车教练能够及时的对教练车采取紧急制动，但却仍不能控制汽车的行驶方向，这样的状况下很有可能仍然无法避免交通事故的发生，对机动车以及车内人员造成安全问题。 基于以上可能会出现的安全隐患，对于教练车能够在学 员驾驶学习过程中，在紧急状况下，机动车驾驶教练员除了能够对教练车采取紧急制动外，教练员也能快速有效的掌控机动车的前进方向，已经引起了越来越多的人的关注。 本文正是针对于可能出现的这种情况，在教练车上安装副转向系统，以确保在安全情况下，学员能够独立控制机动车进行练习，但当遇到紧急状况时，学员由于慌张或其他原因而不能及时的采取正确的操作时，跟车教练能够在第一时间内取得对教练车的掌控权，避免更加严重的危险状况的发生。 2 车转向系统简介 本文的研究内容是教练车的副转向系统的开发与研究，属于汽车转向系统这个范 畴，汽车的转向系统常见的大约可以分为两种类型，即动力转向系统以及非动力转向系统。顾名思义，非动力转向系统就是不依靠其他动力，以人的体力作为动力源，又称为机械转向系统，其工作原理均是依靠机械构件来进行动力传递，主要包含转向操纵机构、转向器以及转向传动机构三个主要部分，其中转向器性能的好坏将会直接影响到汽车行驶以及汽车转向的安全性以及可靠性，是汽车转向系统中的重要零部件。汽车动力转向系统是以机械转向系统作为基础，在这个基础上增加了一套助力转向装置所构成的转向系统。动力转向系统是在驾驶员的控制下，依靠助力装置来完 成机动车的转向。 动力转向系统根据助力提供方式的不同又有所不同，现在应用比较广的主要包含液压助力转向系统以及电动助力转向系统，液压助力转向系统又分为机械液压助力转向以及电子液压助力转向两种形式。其中机械液压助力形式是最为常见的一种，此种助力形式最早记录是在 1902 年 2 月，由英国人 明了“液压驱动转向”的系统，最早的商品化应用是在半个世纪之后， 1951 年克莱斯勒将已经发展成熟的液压转向助力系统应用在了 系上。机械液压助力转向系统主要包含液压泵、油管、圧力流体控制阀、 V 型传动皮带以及储油罐等部分。其工作原理是将一部分发动机动力输出转化为液压泵压力，对转向系统世家辅助作用，从而使轮胎转向。同时因为其有了百年的历史，技术成熟可靠，而且成本较低，等优点得以被广泛的应用。但由于依靠发动机来驱动油泵，能耗较高，因此车辆的行驶动力无形中被消耗了一部分，且液压系统管路复杂，保养成本较高，这些都是机械液压助力转向系统的缺点所在。针对于机械液压助力大幅消耗发动机动力的情况，人们在此基础上开发出了更加节省能耗的电子液压助力转向系统。电子液压助力转向系统利用电动机来替代发动机 对转向油泵进行驱动，并在机械液压助力转向系统的基础上安装了电控系统（主要包含车速传感器、电磁阀以及转向 ），使得转向辅助力的大小与转向角度以及车速都有所关联。在机械结构上也增加了液压反应装置和液流分配阀。 3 图 1子液压助力转向系统 与机械液压助力转向系统相比较，电子液压助力转向系统在保留了机械液压助力转向系统的大部分的优点，同时降低了机动车行驶动力的损耗，并且反应更加的灵敏，转向助力的大小也能够根据转角以及汽车的行驶速度等相关的参数进行自我调节，更加人性化，其结构如图 1示 。但由于该转向系统引入了很多的电子元件，其在制造以及维修等方面的成本相对的都有所提升，使用稳定性不如机械液压助力转向系统牢靠。但随着技术的进步，这些问题正在逐渐的被解决，电子液压助力转向系统已经成为很多家用车型的选择。 液压助力转向系统以其提供的转向力大、工作滞后时间短以及可以吸收来自不平路面的冲击等优点而获得了广泛的应用，至今为止，液压助力转向系统仍然是主要的动力转向的助力方式。但是金无足赤，该助力转向系统也存在着液压回路噪声大、液压有关泄露、管路进气导致转向困难以及维修保养费用较高且需要经常进行保养等不 足之处。 电动助力转向系统（ 简称 近几年出现的新型动力转向系统，其结构构成主要包含转矩传感器、车速传感器、电子控制单元 动机、离合器以及减速机等多个机构。在电动助力转向系统中，电子线路与设备直接替代液压助力转向系统中的油夜、管路，不再存在消耗机动车行驶动力的状况，再也不会有油泵被憋坏的情况发生，省却了人们的一大烦恼。电动助力转向系统，其工作原理简单明了，通过传感器将采集到的车速、转角等相关的信息传递给电子控制单元 后 4 由电 子控制单元 定电动机的旋转方向以及助力电流的大小，再将指令传递给电动机，最后由电动机将辅助动力施加到转向系统中，从而使得实时调整的转向助力得以实现。不论是在结构还是在原理上来看，电动助力转向系统的优势都是非常显著的：系统结构简单、精炼，质量小、体积小；只消耗电能，对机动车的行驶动力几乎没有损耗，且电子系统反应要更加的灵敏，反应动作迅速、直接。但是电动助力转向系统也有其不足之处，首先，其助力强度较弱，无法在大型车辆上进行推广；其次，电子部件占据的比重较大，稳定性与可靠性相对于机械式部件来说都比较差；然后 ，无论是制造还是维修，对于技术以及成本的要求都比较高。 通过对于动力转向系统的了解可以知道，似乎电动助力转向系统将会成为将来发展的趋势所在，但目前阶段，由于其在驾驶层面的劣势不能够在短期内得到很好的弥补，所以机械液压助力转向系统以及电子液压助力转向系统仍然拥有着较大的市场。 内外的研究现状 正如前文所描述的那样，目前，人们将汽车转向系统的发展定位于汽车电动助力转向系统，现阶段对于汽车转向系统的研究也正是着眼于此。而本系统正是基于电动助力转向系统为基础来进行研发与设计的，所以有必要对于国内外对于电动 助力转向系统的研究进行分析与探讨。 国外汽车公司对于电动助力转向系统的研究最早出现在上世纪 80 年代，距今已经有着 30 多年的时间，但是由于电动助力转向系统的研发成本较高，在研发初期一直没有什么显著的进展。直到近些年来，随着科技的进步，对于电子技术的掌握程度有了大大的提升，这在很大程度上直接降低了电动助力转向系统的研发成本，这一情况直接导致人们对于汽车电动助力转向系统的研发成功看到了可能。 早出现在日本的微型车上，随后在其他国家的汽车生产基地有了较为广泛的应用，随着此项科技的成熟应用，一些高级轿车对于转 向系统的性能方面有了更高的要求，也因此国外在近几年开发出了更为成熟的电动助力转向系统，用于某些高档汽车上。随着电动助力转向系统技术的越累越成熟，汽车动力转向已经出现了向线控转向系统转变的趋势。线控转向系统，其工作原理是通过转角传感器与转矩传感器分别测出驾驶员施加在转向盘上的信号，并经过合适的传动比转换后作为一个控制车轮转向的参考转角以及转向车轮上所受到的转向阻力矩，并将所测得的阻力矩反馈给转向盘下方的电机，使之产生一个合适的返反力矩，使得驾驶员获得满意的操纵感。目前来说，线性控制转向系统代表了 前发展 的最高水平。但类似的相关应用基本上都是用在汽车的电动助力转向系统，即由司机控制的转向系统，在教练车副转向系统的研发方面，目前只有英国出现了配备有两套驾驶操作系统的教练车，其他的很难见到相关的研究。 相比较而言，我国对于机动车动力转向系统的应用基本上还处在液压动力转向系统 5 的阶段，电动助力转向系统的研究与开发尚处在初级阶段，在国产电动助力转向系统方面基本上还是一张白卷，相对应的一些关于电动助力转向系统的文献基本上也只是对于国外电动助力转向系统的状况以及电动助力转向系统的基本组成和特点进行了简单地介绍。但随着国外 对于电动助力转向系统的推广以及越来越广泛的应用，国内对于电动助力转向系统的重视程度 越来越高，相对应的从事这方面的研究的相关单位也在逐渐增多，只是由于市场的需求量较少等原因，对于教练车副转向系统的研究依然是很少的。 课题的主要研究内容 发教练车副转向的渠道 以普通机动车的转向系统的结构形式作为参考，教练车副转向系统的研发渠道主要包含以下几种方式，分别是纯机械形式的副转向系统、液压助力形式的副转向系统以及电动助力形式的副转向系统。 机械形式 这种类型的机动车的副转向 系统，在我国国内的某些大型客车上已经有了应用的先例，其构造主要是利用链齿轮将机动车的主、副转向系统进行连接，在进行设计时，在副转向柱上设计了一段上粗下细的锥形槽。安全的情况下，副转向柱的之轮在锥形槽较细的一端处进行滑动，但当出现紧急状况时，教练员可以将齿轮拉向锥形槽较粗的一端，从而齿轮与转向柱连为一体，这个时候教练员通过操纵副方向盘，就能通过齿轮以及链条将力传递到主转向柱上，从而掌控汽车的前进方向。 压助力形式 液压助力形式的副转向系统是通过在主、副转向柱之间安装一套液压系统来实现的，与机 械转向相比要更具优势，但仍然存在较多的不足：结构复杂，对于密封性的要求相对较高，另外还会出现对于机动车行驶动力的损耗，且噪音较大。 动助力形式 电动助力形式的副转向系统是在原有的电动助力转向系统的基础上增加了信号检测、信号处理以及控制执行机构。利用电控单元控制可以提供最佳的助力，提高了燃油经济性，减少了能耗，且结构简单，反应灵敏，更是比较环保。 要研究内容和研究方法 本课题的主要研究内容是利用电磁离合器来控制教练车正、副转向系统的主从关系。 6 主要包括对汽车的转向系统以及机械转向 系统原理的探讨，对教练车的正、副转向系统的主从关系的结构形式进行分析等等。 本课题的基本思路是在教练车辆原有的机械式转向系统的基础上，安装另一套转向操纵机构，构成基本上与主转向系统的构成相同，并在主、副转向系统的转向轴部分安装电磁离合器，从而来控制住、副转向系统的主从关系。 7 第 2 章 教练车副转向系统的总体设计 练车副转向系统的主要结构和工作原理 教练车副转向系统 的总体设计教练车的副转向系统是在原始机械式转向系统的基础上，在教练车上设置了另一个转向系统作为副转向系统。系统具体主要包含：副转向盘、副转向轴、转向安全装置以及电磁离合器。此外在主转向系统上安装另外一个电磁离合器，并将此离合器与副转向系统的离合器进行连接，以此来控制主、副转向系统的主从关系。 系统的基本工作原理如下：当车辆启动以后，控制教练车主转向系统上的电磁离合器连通，教练车副转向系统上的电磁离合器保持断开，此时教练车的副转向系统不工作，教练车的主转向系统保持正常工作。在学员能够自行对教练车采取正常操作的 前提下，教练员不对转向盘采取任何动作，副转向系统不工作，这时机动车有学员控制，教练车的主转向系统进行工作。当路面出现某些突发的紧急状况，而学员可能由于慌乱或者是其他的某些原因，不能及时的对教练车采取正确的转向操作时，教练员踩下电磁离合器的按钮，使得主转向系统上的电磁离合器断开，主转向系统失效，不能再控制教练车的转向。此时，副转向系统上的电磁离合器连通，教练车的副转向系统正常工作，控制教练车的转向，从而跟车教练员控制教练车按照正确的方向转弯，避免交通事故的发生。 转向系统的主要组成部件的设计与选择 教练车副转向系统的主要构成部件主要包含：副转向盘、副转向轴、转向安全装置以及电磁离合器等，其中电磁离合器一个安装在副转向系统上，另一个安装在主转向系统上。对于这些部件的设计以及选择的主要原则是在满足使用要求的前提下，考虑成本节约以及安装调试的方便性等等。 转向盘的设计 考虑到司机的驾驶习惯以及在实际应用中，教练员对教练车进行控制是通过转动副转向盘来实现的，应教练车副转向系统的设计要求，选用轻型车的方向盘来扮演教练车副转向系统的副转向盘。转向盘的结构如图 2示，主要包含轮圈 1、轮辐 2 以及轮毂3 三个部分。轮辐和轮圈的心部有钢、铝或者是镁制合金的骨架，外表部分利用注塑方法包裹具备一定形状的塑料外层或者是合成橡胶，从而提升操纵方向盘的手感以及相对应的安全性。通常利用花键或者是带锥度的细花键将转向盘与转向轴进行连接，端部通过螺母轴向压紧固定。 8 图 2车转向盘结构 123转向轴的设计 转向轴是将转向盘的转向操纵力矩传给转向器的传力轴。转向轴的上部分与转向盘固定连接，下端部分装有转向器。 现在的一般汽车上的转向轴有的是装有柔性万向节，有的还装有可以对 转向盘的角度以及高度进行调整的机构装置，从而能够满足不同身高、不同体型的驾驶员进行操作。转向管柱的上下两段分别通过倾斜的调整支架和下托架与车身相连，且整个转向管柱由整个倾斜支架夹持并进行固定。倾斜调整可通过锁紧螺栓穿过调整支架上的长孔和转向管柱来实现，螺栓左端为逆向螺纹，调整手柄通过螺纹旋转安装在上面，如图 2示。 图 2向轴倾斜调整机构 1234 5 6 7 9 向系统安全装置的设计 当遇 到车祸等交通事故时，驾驶员受伤主要是由转向盘以及转向柱管等装置引起的，考虑到这方面的因素，在设计转向操纵机构时添加相对应的安全装置，如安装安全转向柱、安全联轴节以及能量吸收等装置，从而在遇到交通事故时能够减轻对于驾驶员的人身伤害。 以奥迪 100 轿车为例，如图 2示，其安全装置就是采用了安全转向柱。在正常行驶时，上下两个转向轴利用销钉来实现传递转向力矩。当发生意外交通事故时，上下两个转向轴能够及时的分开，实现了汽车方向盘不会随着车身后移，从而保证了驾驶员的人身安全。 图 2迪 100 轿车安全转向装置 磁离合器的选择 电磁离合器是依靠线圈的通断电来控制离合器的接合与分离。电磁离合器主要包含干式单片电磁离合器、干式多片电磁离合器、湿式多片电磁离合器、磁粉离合器以及转差式电磁离合器等几种类型的电磁离合器。电磁离合器工作的方式又可以分为通电结合与断电结合两种。根据教练车副转向系统的设计要求并参考表 2终决定选择用干式单片电磁离合器，工作方式为通电结合。 干式单片离合器工作原理是通过线圈通电来产生电磁力，之后在电磁力的作用下，使得相对应的衔铁的弹簧片产生对应的变 形，从而动盘与衔铁吸合在一起，离合器处于接合状态，开始进行工作；当线圈断电时，电磁力消失，衔铁在弹簧片的弹力作用下复 10 位，电磁离合器处于分离状态，离合器停止工作。其工作特点主要包含一下几种：高速响应（因是干式，所以扭力的传达很快，可以达到便捷的动作）、耐久性强（散热情况良好，且材料比较高级）、组装维护容易、动作确实（因使用的是板状弹片，所以即便是有着强烈的振动也不会因此而产生任何的松动）。 表 2格型号 定电压（） 额定功率（） 额定扭矩（） 径 向 尺 寸 135 200 266 338 424 126 170 250 320 400 92 164 190 240 316 70 84 124 160 200 46 62 84 104 130 70 84 124 160 200 Y 10 12 14 16 E 13 17 22 3 G 815 1535 3560 6085 85150 2 102 125 155 180 5 32 41 52 66 7 21 27 35 44 11 轴 向 尺 寸 6 21 7 6 59 82 112 141 X 4 O 23 36 43 55 64 t 8 12 12 第 3章 双转向系统的主从关系设计 磁离合器的设计 根据前文可知，设计后的转向系统中包含两个电磁离合器，一个用来与主转向系统连接来控制其工作与否，另一个电磁离合器则是与副转向系统相连俩控制副转向系统是否工作。根据教练车转向系统主从关系的要求，将教练车主、副转向系统上的两个电磁离合器并联，利用一个双向开关来控制两个电磁离合器的接 合与断开。当路面状况安全时，与主转向系统相连的电磁离合器接通，主转向系统工作，此时学员掌控教练车的前进方向；当遇到突发状况，学员不能够及时正确的对教练车进行操纵时，跟车教练可以通过控制双向开关，直接将主转向系统的电磁离合器断开，副转向系统的电磁离合器接合并开始工作，从而使得主转向系统失效，学员失去对教练车的掌控，教练员通过操纵副转向系统的方向盘进而掌控教练车的前进方向。 向器的选择 转向器的功用是将驾驶员加在转向盘上的力矩进行放大、改变传动方向，并降低速度，然后在将放大后的力矩传递给转向传动机构。按 照结构划分可将转向器分为齿轮齿条式转向器、循环球式转向器以及蜗杆曲柄指销式传感器。根据设计要求，将循环球式转向器作为教练车转向系统的应用对象，其结构上主要包含转向螺杆、转向摇臂、转向摇臂轴、侧盖、以及壳体等部分，工作原理为当转向盘转动时，转向轴带动转向螺杆旋转，通过滚珠将力传给转向螺母，从而使得转向螺母沿轴向移动，通过螺母上的齿条带动扇形齿轮轴的转动，进而带动转向摇臂转动，从而实现了车轮的转向。 输入端设计 作原理 根据教练车辅助转向系统的设计要求，我们决定选择利用齿轮传动的方式来设计 教练车转向系统的双向设计。其主要原理是在主、副转向操纵机构下端的转向轴上以及转向器的转向螺杆处分别装配上一个齿轮，并使得两个转向操纵机构上的齿轮均与转向螺杆上的齿轮啮合，当控制主转向系统电磁离合器工作，副转向系统电磁离合器断开时，通过操纵主转向盘，主转向系统齿轮作为主动轮，转向器齿轮作为从动轮运转，副转向系统齿轮空转；当控制副转向系统电磁离合器工作，主转向系统电磁离合器断开时，通过操纵副转向盘，副转向系统齿轮作为主动轮，转向器齿轮作为从动轮运转，主转向系 13 统齿轮空转。 轮设计 定齿轮类型、精度等级、材料以及齿数 （ 1）根据设计要求选用直齿圆柱齿轮传动，压力角取为 20。 （ 2）参考“各类机器所用齿轮传动的精度等级范围”表格（机械设计第九版 度等级选为 7 级精度。 表 3类机器所用齿轮传动的精度等级范围 机器类型 精度等级范围 机器类型 精度等级范围 汽轮机 36 拖拉机 68 金属切削机床 38 通用减速器 68 航空发动机 48 锻压机床 69 轻型汽车 58 起重机 711 载重汽车 79 农用机器 811 （ 3）通过查阅常用齿轮材料用表等资料，将齿轮材料选为 40面强度 260 因转向器的转向螺杆与转向螺母间的传动比已经满足设计需要，所以根据其他的相关数据，取齿轮 1 齿数 6，齿轮 2 齿数 1 齿根弯曲疲劳强度设计 （ 1）计算齿轮模数 （） 90 式中： m T Y d z F 曲应力。 1）确定公式中的各参数值 选 232F F a s Y Y 14 根据公式计算弯曲疲劳强度用重合度系数 计算 由外齿轮齿形系数图（机械设计 得 12外齿轮 应力修正系数图（机械设计 得 12过查阅资料，查得齿轮 1、齿轮 2 的齿根弯曲疲劳极限分别为 1=5002=380弯曲疲劳寿命系数图 查得 1 、 2 取弯曲疲劳安全系数 S=据公式 得： 因为齿轮 1 的 于齿轮 2，所以取 222 0 6 4F a S a F a S Y Y2）计算模数 0 . 7 5 0 . 2 5 0 . 7 5 / 1 . 7 1 1 0 . 6 8 8Y 1 l i m 11 0 . 8 5 5 0 0 3 0 3 . 5 71 . 4F N M P 2 l i m 22 0 . 8 8 3 8 0 2 3 8 . 8 61 . 4F N M P 111 2 . 6 5 1 . 5 8 0 . 0 1 3 83 0 3 . 5 7F a S 222 2 . 2 3 1 . 5 8 0 . 0 1 6 42 3 8 . 8 6F a S 42 2 1 . 3 9 . 9 4 8 1 0 0 . 6 8 833 0 . 0 1 6 4 1 . 7 1 9221 2 4F F a S Y Y Ym m 15 取 m=2 （ 2）齿轮相关尺寸计算 齿顶圆直径 2D m z 分度圆直径 d m z 齿顶高 齿根高 齿全高 p ap h h 齿根圆直径 2 z m 根据以上齿轮尺寸计算公式，从而获得齿轮设计的参数： 66mm、221 2、 2 2、 1 、 2 、 124 h m m 1 47fd 、 2 37fd 。 16 第 4 章 总结与展望 题总结 本文首先介绍了本课题的 研 究背景以及 开 发设计教练车副转向系统的意义，然后 又介绍了机动车转向系统方面的知识以及转向系统的分类，随后又讲解了国内外对于转向系统的研究现状。在经过对于机动车转向系统方面的知识的学习以及资料的整理，确定出了教练车副转向系统的设计方案，随后又经过对副转向系统各部件的选择以及设计工作之后，本文初步完成了对于教练车副转向系统的设计任务，此过程中做的工作主要包括： （ 1） 在分析了教练车副转向系统的设计要求的基础之上，初步确定了以机械转向系统为基础的教练车用副转向系统的结构，并对所需的机构、部件进行选择。 （ 2） 在机械转向系统的基础上，基于教练车对于主、副 转向系统的主从关系的要求，决定选择用电磁离合器来解决。 （ 3） 根据教练车主、副转向系统的主从关系的要求，设计电路，选择利用双向开关来控制两个电磁离合器的接合与断开，从而保证了主、副转向系统工作的独立性。 （ 4） 在满足教练车副转向系统的要求的基础上，查阅与汽车的转向系统相关的资料，从而设计出相关的图纸。 望发展 本文虽然在理论上初步完成了对于教练车副转向系统的设计，但由于时间有限以及其他的一些原因，尚有很多不完善的地方，在某些方面还存在着很多不足之处，相信随着更多的人来研究相应的课题，更加完善 、便捷的教练车副转向系统总有一天会展现在人们的眼前。 17 致 谢 首先要感谢我的毕业设计的指导老师何涛教授，从论文的选题、课题的研究方向以及在设计过程中遇到的问题，都得到了何老师的悉心指导，在完成毕业设计的过程中，曾多次就遇到的困难与何老师探讨，何老师不耐其烦的一次次的进行教导，对此着实令我感动。大学四年一晃而过，在何老师给我们任课期间，对于何老师教学的严谨态度、脚踏实地的工作作风以及对于学生的谆谆善诱，都让我为之深深的感动与由衷的敬佩。在学习上，何老师为我们及时解惑；在生活方面，何老师也是 对我们不时的关怀，我们能够顺利的毕业，与老师们的关怀与帮助是密不可分的。 衷心的感谢赵秋芳老师、赵逸智老师、许文娟老师、孟立新老师、白亚双老师、焦运景老师、刘志强老师、臧继高老师在知识上对我的悉心教导，在生活上对我的关怀与帮助。有了各位老师的存在，使得我的大学变得更加丰富多彩，更加温暖与心安。面对各位老师的帮助与关怀，我想不仅仅只是感谢所能表达的，愿各位老师天天开心快乐。 感谢大学四年来一直围绕在身边的朋友们，你们的存在构成了我的大学。在此大学即将结束之际，祝愿各位小伙伴们能够一直向前，功成名就。 要感谢的 人有太多，但篇幅有限，情谊无限，很荣幸，与你相遇。 18 参考文献 1杨文畅 【 J】 7）： 562杨仁法，大客车教练车副转向方向盘的改装 001,（ 9）： 403邱峰，汽车转向系统的发展趋势与关键技术【 J】 2003,17（ 4）： 2864林逸，施国标，汽车转向系统技术的发展与趋势【 J】 2008，（ 4）： 795朱孝录 化学工业出版社， 2010 6许洪基 机械工 业出版社， 2001 7张毅，中国汽车进入私人汽车消费时代【 ,2007 8of J007,1(7):2839J003,1(4):29610裴京礼 山东：山东理工大学， 2007 27 开题报告 学生姓名 专 业 班 级 指导教师姓名 职 称 工作单位 机电工程学院 课题来源 教师自拟课题 课题性质 应用设计 课题名称 教练车的副转向系统的设计 本设计的科学依据 （科学意义和应用前景，国内外研究概况，目前技术现状、水平和发展趋势等） 作为汽车的一个重要组成部分，毫无疑问，汽车的转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成。如何能够确保这个主动安全性的关键总成能够万无一失，使得汽车能够具有良好的操纵性能，这始终都是各个汽车的生产厂家以及相关的科研部门的重要关注部分。 随着现如今车辆高速化、车流密集化，针对于驾驶技术不是特别成熟的人群，副转向系统的重要性不言而喻。随着现如今车辆的不断增多，安全性得到了人们越来越大的关注，尤其是对于那些刚刚拿到驾驶证或者是即将要拿到驾驶证的人。经过简单地调查以及访问，了解到大部分人在开始考驾驶证之前几乎都没有什么驾驶的经验，这无疑在考驾照练车的环节就会有着巨大的危险性，即便在练车时学员的身旁常常有着教练的存在，但这并不能够避免在一些紧急时刻因为学员的不正确或者是不正规的的操作而引起的意外状况的发生。因此在教练车上设置副转向系统无疑是能够在 很大的程度上及时的弥补一些学员的不正当的操作。 汽车的转向系统是汽车的一个重要组成部分，主要经历了纯机械式转向系统、液压助力转向系统以及电动助力转向系统 3个基本的发展阶段。其中纯机械式转向系统占用空间大，机构笨拙，增加了驾驶员的负担，限制了其使用范围。但同时因为其结构简单，经济性好，常用于一些转向操纵力不大，对操纵性能要求不高的微型轿车和农用车。液压助力转向系统最早是在 1953年由通用汽车公司使用。此后该技术迅速发展，使得动力转向系统在体积、功率消耗和价格等方面取得了很大的进步。汽车电动助力转向系统最 早在日本获得实际应用， 1988年日本铃木公司首次开发出一种全新的电子控制式的电动助力转向系统，并装在其生产的上。此后，电动助力转向技术得到了巨大的发展。 28 设计内容和预期成果 （具体设计内容和重点解决的技术问题、预期成果和提供的 形式） 一、工作内容 1、 进行课题调研，消化课题设计所需的理论知识。 2、 查阅相关资料，完成开题、外文资料翻译、文献综述。 3、进行理论分析，完成 副转向系统的功能实现的构想 。 4、 根据查阅相关资料，完成语言命令编程。 5、撰写 副转向系统的 使用说明书。 6、撰 写毕业论文，进行毕业答辩。 二、最终成果 1、 转向系统机构图 。 2、 副转向系统的工作原理 。 3、 计算机编程语言 。 4、 副转向系统成品图 。 5、毕业设计论文。 拟采取设计方法和技术支持 （设计方案、技术要求、实验方法和步骤、可能遇到的问题和解决办法等） 汽车副转向系统 的结构比较复杂， 组成机构和零件较 多 ，在通过电子元件控制的部分难度较大 。 汽车的副转向系统是以汽车的转向系统为主要部分， 通 过计算机编程语言以及电子元件来实现汽车的副转向系统的运转。在汽车的转向系统的结构以及工作原理方面难度不大 ，通过查阅相关的资料便可了解 ，而 难度 比较高的 是计算机语言以及电子元件与转向系统的连接，以及副转向系统与主转向系统的主从问题 。在 整个设计 过程 中 ，应该将如何保证 主转向系统与副转向系统的主从以及副转向系统的灵敏性 作为重点来考虑。在设计开始的过程中，我们必须要认真分析 汽车转向系统的结构组成与工作原理 ，特别是要注意 汽车转向的传动过程， 弄清 每一个传动步骤。 技术要 求 ： (1)根据要求， 编写计算机语言 。要求 语言编写正确、 合理，工作效率高，尽量降低成本和制造难度，并对技术经济性进行分析。 (2)设计并绘制 汽车副转向系统 的工作流程图。 29 实现本项目预期目标和已具备的条件 （包括过去 学习、研究工作基础，现有主要仪器设备、设计环境及协作条 件等） 一、 预期目标： 1完成 汽车撞向系统 零件图的绘制，确定 各个零部件的作用 。 2 编写副转向系统所需计算机语言， 撰写毕业设计说明书。 3通过本次设计 ,了解 汽车转向系统的组成结构与工作原理 。 二、 已具备条件： 1通过大学期间的学习，对 汽车结构以及计算机编程 方面的知识有了一定的储备，学习过 汽车结构 、机械原理、 单片机原理 等课程，多次的课程设计也让我们具有了一定的设 计经验。 2掌握 三维设计软件的使用方法。 书馆及网上查阅的相关文献。 各环节拟定阶段性工作进度 (以周为单位 ) 第七学期 第 10 周第 13 周：查阅资料，撰写文献综述，外文资料翻译； 第 14 周第 16 周：开题报告撰写、修改，完成开题。 第八学期 第 1 周第 3 周：理论分析， 设计方案 可行性评价，方案确定； 第 4 周第 12 周： 计算机语言编写 ， 结构设计 ， 图纸绘制 ，使用说明书撰写； 第 13 周第 16 周：毕业论文撰写，毕业答辩。 开 题 报 告 审 定 纪 要 时 间 地点 主持人 30 参 会 教 师 姓 名 职 务（职 称） 姓 名 职 务（职 称） 论 证 情 况 摘 要 记录人： 指 导 教 师 意 见 指导教师签名： 年 月 日 教 研 室 意 见 教研室主任签名： 年 月 日