2022年多轴低速车辆液压转向系统设计方案.docx

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1、精品学习资源SHANDONG毕 业 论 文多轴低速车辆液压转向系统设计学院：交通与车辆工程学院专业：交通运输同学姓名：王洪康学 号：0712101471指导老师：秦华2021年 6 月欢迎下载精品学习资源摘要汽车转向系统是掌握其行驶路线和方向的主要装置，其性能好坏直接影响汽车的操纵性和稳固性；自行式平板运输车的转向系统是集机械、电子、液压为一体的协同工作的掌握系统，其转向机构的设计好坏直接影响转向掌握系统的实现及转向性能的优劣；本文依据车架结构特点及转向要求设计了液压马达驱动齿轮转向机构的转向方案，要求采纳原先的悬架结构且保持低平板的优势将原先的从动式拉杆转 向改成独立转向机构，工作时要求平板

2、车的每个轮组独立转向，转向角度可达 到 180，即可以正负转向90，实现横向行驶；它的转向行驶模式有：直行、斜行、横行，原地转向及行车转向等；由于车轮转向速度较慢，液压马达 应选用低速大扭矩变量马达，并要满意方案中所需扭矩条件；液压马达驱动齿轮转向机构采纳的是行星外啮合齿轮传动；第一依据转向要求初步确定齿轮传动的主要参数，然后进行强度校核运算，最终确定了齿轮的全部参数，并选取了合适的润滑方式；该齿轮转向机构优缺点：转向平稳、速度匀称一样易掌握，不仅具有反应速度快、随动性好和转向角度大等特点, 而且可实现轮胎的纯滚动 , 减小轮胎磨损和完成不同模式的转向 , 使平板车具有较强的敏捷性；但成本高、

3、不宜锁定；关 键 词 ： 平 板 车 ， 转 向 机 构 ， 行 星 齿 轮 ， 优 化 设 计 ， 变 量欢迎下载精品学习资源AbstractThe automobiles steering system is the main device that controls its drive routes and directions, whose performance willinfluencethe yarage and stabilityof automobile directly. The steering system of self-propelled flat transpor

4、ter is a control system which integrates mechanics, electronics and hydraulic pressure into a whole. How to design its steering mechanism will directly influence the realization and the quality of steering control system.According to the structure characteristics and the steering requests of automob

5、ile,A steering projects that a gear steering mechanism which is driven by hydraulic motor is designed. Required by using the original suspension structure and keeping low flat advantages of original ,we willturn followertype rod into independent steering mechanism, the work requirement each wheel of

6、 flat transporter steer independently, and steering angle can be reached 180 , that is, plus or minus steering angle can bereached 90 ,and realize straight moving. Its driving mode include straight moving,oblique, spin and driving steering, etc. Due to the wheel steering slower, variable hydraulic m

7、otor with big torque and low speed should be chosen, and it will meet the torque requirement in this work.The steering mechanism of Motor driven gear uses the planetary external gearingto drive. First, the main parameters of the gear drive are chosen .Then the strength is checked and the concrete ge

8、ar structure is designed.The project has its advantages.The gear steering mechanism enjoys steady in steering, easy to control in speed,not only has the quick responsespeed, good with large Angle and steering,but also can realize the pure rolling tires, reduce tire wear and complete different patter

9、ns of steering, which make the flat transporter has strong flexibility.Butthe cost is high, unsuitable to lock.Keywords:Flattransporter,Steeringmechanism,Planetarygear,Variablemotor欢迎下载精品学习资源目 录摘要 I ABSTRACTII目录 III第一章引言 11.1 课题提出的的背景、目的和意义11.2 专用车概述 21.2.1 专用汽车的概念 21.2.2 专用汽车国内外进展简况31.3 自行式平板运输车简介

10、41.3.1 自行式平板车国内外进展简况41.3.2 自行式平板车的特点61.3.3 自行式平板运输车的主要参数10其次章齿轮机构设计 122.1 液压马达驱动行星外啮合齿轮转向机构122.1.1 行星齿轮传动比的推导运算122.1.2 齿轮基本参数的确定142.2 强度校核 162.3 大小齿轮最终参数的确定 172.3.1 大小齿轮相关参数172.3.2 马达行星齿轮的装配192.3.3 重合度的运算 212.4 齿轮转向机构的润滑 212.4.1 齿轮传动润滑的意义222.4.2 齿轮的润滑方式 222.4.3 齿轮转向机构润滑方式的挑选242.5 本章小结 24第三章液压转向系统 26

11、3.1 变量泵与变量马达的选取 26欢迎下载精品学习资源3.2 液压转向系统设计原理273.3 自行式重型平板车多转向工作模式293.4 多转向模式的掌握实现30结论 32参考文献 33致谢 354 / 42欢迎下载精品学习资源第一章引 言1.1 课题提出的的背景、目的和意义随着世界各国国民经济的增长，大路交通状况不断改善，对汽车的专业化、高速化、重型化的要求越开越明显，世界各国对专用汽车的需求逐年增 加，近年来，专用汽车增长率均大于载货车增长率，各国专用车的产量占载货车市场的半壁江山；从世界各国专用汽车的技术含量看，专用汽车技术含量比一般载货汽车高，而重型专用汽车属于高技术、高附加值产品，其

12、附加值达40%以上；近年来我国专用车辆相伴着汽车工业的进步得到快速进展；国民经济的进展对专用车辆的专用工作装置的要求越来越高，专用工作装置出现功能多样 化、掌握自动化、产品系列化等技术进展趋势；另一方面随着社会的进步和经济的进展，建设性行业及运输业也随之进展，人们对车辆的使用性能要求越来越高，特殊对专用汽车提出了越来越高的要求；一般的运输车已不能满意社会的需求，因此专用车厂家快速进展起来，世界上大多数商用车辆为专用汽车， 由于专用汽车生产量较大；而基型载货车产量所占比重较小；在一些发达国 家，由于高速大路特别发达，铁路运输逐步萎缩，专用汽车成了商用运输及各种特殊用途运输的主力，并正在朝着大型化

13、方向进展，特殊是专用半挂、专用运输车，其发动机功率越来越大，车速越来越高，性能也越来越完善1-2 ；相伴经济的增长和工程技术的进展，专用汽车市场已经进入了快速成长时期，城市化进程不仅会拉动经济进展，也会拉动专用车行业的进展，企业开头重视产品质量的提高、性能的完善、技术的不断进步；人们关注车辆有用性的同时，更加关注其安全牢靠性和操作舒服性等特性；汽车转向系统是掌握其行驶路线和方向的主要装置，它直接影响汽车的操作性和稳固性；采纳液压动力转向取代传统的液压助力转向或机械转向代表了当今工程专用汽车和其他重型车辆转向机构或系统的进展方向；正确合理地设计和使用液压转向系统，对于提高各类液压机械设备及装备的

14、工作品质和技术经济性能都具有重要的意义3 ；自行式重型平板运输车采纳可拼接、模块化组合方式，可以依据所运设备和路面条件进行不同形式的的组合以适应运输要求，被广泛应用于建筑、矿业欢迎下载精品学习资源生产、钢铁冶炼、船舶制造、石油化工等行业，国际上大型的液压平板车的品牌主要有德国索埃勒、法国尼古拉斯、国内有上海环保设备总厂有限公司、郑州大方桥梁机械有限公司等；本文设计的自行式平板运输车载重200 吨，自身重量为45 吨，轴距1500mm，轮距 1780mm，共 6 轴线；其转向系统是集机械、电子、液压为一体的协同工作掌握系统；工作时要求平板车每个轮组独立转向，转向角度达到180，即可以正负转向90

15、，实现横向行驶；它的转向行驶模式有：直行、 斜行、横行、正常转向行驶；整车采纳液压驱动、液压制动、液压升降平台高度，所以转向机构可以采纳液压缸或液压马达驱动；本文对液压转向机构进行了设计讨论，并依据车架结构设计出了满意转向要求的液压马达行星齿轮转向机构，并对设计出的机构进行运动仿真和强度分析验证，从而为自行式平板车独立转向机构的设计制造做出了牢靠的分析依据和试验结果；1.2 专用车概述1.2.1 专用汽车的概念目前，关于“专用汽车”术语世界各国尚无统一的标准，各国对“专用汽车”这一术语的懂得也不尽相同；在美国和英国的汽车资料中称为“特种汽车”Special Type of Vehicle），

16、它包括客车、平头货车、柴油货车、市政送货车、三轮、大型货车、抢救车和殡仪车等；也有称为“专用汽车”Special Purpose of Vehicle），主要指消防车、抢救车、机场用车和银行用车等；日本在 JIS日本工业标准）的 D0101-19671973 年批准）汽车术语中把汽车上装有专用设备，由汽车本身动力或专用发动机驱动的汽车称为特殊装备车 特装车），它包括自卸车、液罐车、消防车、混凝土搅拌车和垃圾车等；把普通汽车底盘上安装特种车身的汽车称为特种用途汽车特用车），它包括抢救车、宣扬车和邮政车等；把特地为特殊作业使用而制造的具有特殊结构的汽车称为特种汽车 特殊车），如履带车、农耕作业车和

17、超重车等；日本运输性的公路车辆运输法中将汽车分为三类：货车运输车，包括长头货车、平头货车、自欢迎下载精品学习资源卸车、厢式货车、三轮货车、全挂车、半挂车等；特殊用途车，包括消防车、警车、救护车、医疗防疫车、冷冻车、冷藏车、宣扬车、液罐车、洒水车、工程车、叉车、沥青车、长途运输车、农用拖拉机等；综上所述，国外所谓的专用汽车或专用车辆是一种在很多特点上不同于基本型汽车或经过特殊改装之后才能用于运输货物或人员的车辆，以及只用于完成特定任务的车辆；在我国，专用汽车一般是指装有专用设备，具有专用功能，用于承担特地任务或专项作业以及其他专项用途的汽车或汽车列车；GB-9417-88 标准仍将国产汽车划分为

18、厢式汽车、罐式汽车、专用自卸汽车、超重举升汽车、仓栅汽车、特种结构汽车和汽车列车等；1.2.2 专用汽车国内外进展简况世界工业发达国家生产专用汽车的共同特点是：在系列化得基础上按用户订单进行设计和生产，具有极强的市场应变才能；因此，工业发达国家的专用汽车具有多品质、小批量、更新快的特点；随着工业化进程的推动，经济的增长带动了交通事业的快速进展，货运运输量增加，极大的刺激了厢式专用汽车的进展，特殊是重型专用汽车的需求量急剧增长；目前，欧洲二轴式和三轴式鞍式牵引车成为主力军；在发达国家，专用汽车公司为提高专用汽车的性能与质量，在专业汽车产品上应用现代化微机、电子、自动化技术越来越广泛；特殊是目前对

19、环境污染治理的要求不断提高，发动机的排放法规要求越来越严格，很多发达国家采纳了电控燃油技术和电控排放微处理技术来满意法规要求；近年来我国专用在新产品开发方面较过去有了较大进步，但是由于我国正处于进展中国家向发达国家转变的进程中，基础设施建设仍处于高峰期，所以我国对专用汽车市场的需求仍是以运输物资、满意基础设施建设为主的车型， 加上我国劳动力资源比较丰富，该市场外形打算了我国专用汽车现阶段出现结构形式单一、功能单一、低附加值产品过多的状况；从总体上讲我国专用汽车大部分处于较低水平，并且技术雷同现象也比较突出；与国外产品相比，差距欢迎下载精品学习资源主要表达在电子技术、机电气液一体化技术、自动化及

20、智能化技术的应用等方面；同时在加工工艺、材料性能等方面也存在肯定的差距4 ；1.3 自行式平板运输车简介1.3.1 自行式平板车国内外进展简况自行式平板运输车属于专用汽车的一种，其采纳可拼接、模块化组合方式，可以依据所运设备和路面条件进行不同形式的组合以适应运输条件；这种自行式模块化平板车辆可以运输任意外形和尺寸的设备，所运设备的重量可达15000 吨，载重与自重比可达到 9:1；空载时最大速度可达 12km/h；国际上大型的液压平板车的品牌主要有德国的索埃勒、歌德浩夫，法国的尼古拉斯，意大利科 M 托挂车公司；国内有上海电力环保设备厂有限公司、郑州大方桥梁机械有限公司、秦皇岛通联特种车辆有限

21、公司等；德国索埃勒制造的运输车辆运输量达到15000 吨；索埃勒自行式液压运输车辆主要有两种模块， 4 轴线和 6 轴线；单个模块的车宽为 2430mm，高为1500350mm，轴距为 1400mm，6 轴线模块的总体长度为 8400mm，两模块横向拼接时，中间加一纵梁，总宽度为 5330mm；4 轴线和 6 轴线模块总重分别为160 吨和 240 吨；歌德浩夫的重载模块车能够运输有效载荷的范畴为70 到 10000 吨；为运输大型的重心高的货物，平台挂车可以在纵向和横向连接起来；重载模块车架的中间梁是箱型截面，储气缸和储油缸及转向系统在转向架中链接为一体以防止破坏；带液压轴悬架的摇摆车桥是与

22、液压帮助回路 设计，满意不同承载才能承载才能匹配要求，降低生产成本；秦皇岛通联特种车辆有限公司拥有TLC500、300、200、180、150、100、60 等型号动力运输车；技术特点 :全液压驱动，各轮组独立回转；液压悬挂，具有匀载、调平与整车升降功能；工业级运算机掌握系统实现整机的精确动作和实时监测检控； 单端或双端驾驶室可选；直线驾驶、斜行与横行、原地旋转、头部摇摆、调平与整车升降；目前自行式动力平板车的技术已经普及，国内专用车厂家通过与国外合作、自行研发等方式进行讨论生产；本文所讨论的平板车主要通过查阅国内外自行式动力平板车的主要厂家，明白他们的技术进呈现状及实现的功能特点， 并通过相

23、关的文献资料把握自行式平板车的设计方法；1.3.2 自行式平板车的特点本文讨论的自行式平板车是在某挂车的基础上进行结构改进设计，使其具有独立转向功能，可实现横向行使；整车采纳液压驱动、液压制动、液压升降平台高度，无驾驶室，整车的掌握可通过动力模块来实现；操作人员可以在简易的驾驶台上进行遥控操作，也可以跟随车辆步行操作；不管车辆组合有多少轴线，只需一名操作人员通过遥控装置即可使车辆载着巨大的物体前进、倒车并实现同步转向完成移位目的；欢迎下载精品学习资源图 1.1 意大利科 M托自行式动力平板车自行式动力模块平板车的特点主要有以下几点：1）独立掌握转向系统转向系统性能的好坏直接影响了车辆的敏捷性，

24、操纵稳固性、经济性和轮胎的使用寿命；传统的拉杆式转向系统实际上是机械式转向，对于多轴线的平板车来说，存在着无法达到抱负转弯半径的问题，致使转向不敏捷，轮胎磨损严峻等缺点；对于重型平板车转向性能是一个特别重要的指标，其性能的好 坏，直接关系到转弯半径的大小和转向所需的空间大小5 ；自行式平板运输车为了改善机车的转向性能，实现全轮任意角度转向，可 以使用变量泵 - 变量马达闭式液压系统，通过微电掌握程序掌握液压系统驱动全轮，每个悬架上都装有转角传感器 或编码器），来反馈悬架的转向信息给掌握系统，掌握系统通过微电脑运算，然后发送指令给变量泵或电磁多路阀等掌握 液压油的流量使每个车轮旋转适当的角度，从

25、而达到使各轮胎轴线交于一点的 目的，实现轮胎的纯滚动，减小轮胎磨损；该转向系统转向角度大，马达驱动 行星齿轮转向系统，转向角度可大于90，不仅可以实现精确的行驶转向， 而且在微电脑系统的掌握下能实现不同模式的转向，例如横行、斜行、原地转 向等各种模式，使平板车在小空间内具备更大的敏捷性6-7 ；这种微电脑掌握的独立转向系统可以精确的实现在转向时车轮的轴线相交于一点，使转向更精确、灵敏，而且有效地减小转弯半径和轮胎的磨损，使车辆可以在更小空间内敏捷转向；这种转向系统不仅在对轮胎的磨损上大大优于拉杆转向，而且转向角度大，可以实现多种模式的转向，使平板车的敏捷性在很大程度上得到提高；自行式动力平板车

26、采纳可编程的电子自由掌握、多方位转向系统；可选的 多种转向模式：直行、横行、斜行和沿长轴上一点弧形旋转等；整个设备的精 确定位可以至毫M 级；在短距离内可以实现模块之间的复合同步转向；便携式遥控装置一个人就可以完成操作；可以实现无线遥控；欢迎下载精品学习资源索埃勒的自行走式运输车转向通过齿轮传动，转向角可达130；哥德浩夫自行走运输车运用电子多向转向装置，转向角可达110；意大利科 M 托的 5 轴线的自行走式挂车，电子掌握的转向系统答应每个轴旋转220；2）液压悬架系统液压悬架是利用液压缸来实现传力和减振功能的，各个悬挂通过油路相连，以适应路面的不平度和坡度，实现载荷均衡；液压悬挂的采纳，除

27、了供应整车升降和调平的功能外，更重要的是液压油缸的伸缩补偿功能保证了运行过程中轮组匀称承载，防止打滑，以适应路面不平的情形，爱护运行的安全可 靠；在部分轴线的车轮上安装驱动装置以驱动整个平板车，在多轴线超重型平板车上采纳独立可升降液压悬挂系统；该系统的悬架系统和车轮为同一总成， 采纳焊接工艺代替原先的铸造工艺，使结构、工艺趋于更合理；并且利用车架的三点支撑技术，让组合同一支承点的液压油缸的油路相互连通，在车辆运行时，该组形成一个封闭的液压系统，使车辆在不平路面上行驶时，通过油缸的伸缩运动以适应凹凸不平的路面，且同支点组的每一个悬挂承载匀称；该系统的特点是通过液压掌握系统可以使车架以平稳位置为基

28、准在肯定范畴内升降， 这样可以便利装卸货物，同时也有利于通过桥涵、路面障碍物等，这样在很大程度上增强了车辆的通过性 8-9 ；悬架系统主要包括：悬架悬臂、悬架摆臂、油缸、车轮组件、连接轴体和 立轴等；假如作为驱动轴，车轮组件里仍要有液压驱动装置；对于两纵式单挂 车架模块每轴线包括两个短轴，每根短轴装有四个车轮；重型平板车的行走速 度很低，一般不超过10km/h，因此极少显现紧急制动工况，各关键部件的设计强度安全系数分别为：悬架悬臂和摆臂大于2.2；立轴大于 1.5，连接轴体大于1.8，完全可以满意使用要求；德国索埃勒的悬架系统是通过动力组合模块实现平台的液压升降的，有完备的自我诊断、错误代码、

29、内容报告与故障诊断手册相结合的数字电子设备，有液压油缸支撑系统、其悬架伸缩范畴可达 700mm；法国尼古拉斯模块系统也采纳液压悬架，且行程为 650mm 到 720mm；意大利科 M 托的自行走平板车、英国 Broshuis 和德国哥德浩夫的平板车也都是使用的液压悬架；3）液压式驱动自行走式车辆的驱动系统多采纳静液压传动系统；该系统可分为桥驱动型和轮驱动型两大类；桥驱动方式保留了车辆原有的驱动桥，车辆的转向、四轮欢迎下载精品学习资源接地平稳等方式不变；这种驱动方式的优点是结构简洁，无级变速才能加强， 功率利用程度提高，与传统车辆部件互换性强，适用于机械传动或液力传动产品的系列化；但缺点是未能从

30、根本上转变车辆的结构布置，车辆的性能和牵引特性也未有质的转变，是一种介于真正意义上的液压驱动车辆与传统车辆之间的液压-机械车辆 10；而现代的自行式运输车更趋向于采纳车轮独立驱动方式，该驱动方式的突出特点是每一个驱动轮都由单独的液压马达驱动，以液压方式实现各驱动轮之间的同步和差速功能；现代技术已研制出体积和重量小到足以直接安装到驱动轮轮辋内的车轮液压马达，这使得轮边驱动技术得以快速普及；采纳车轮独立驱动方式是一种真正意义上的液压驱动；这种驱动系统的驱动轮和非驱动轮具备良好的互换性，很好地满意了模块化的设计和制造理念；4）微电脑掌握系统自行式平板车的微电脑液压掌握系统主要由以下几部分组成：行走驱

31、动系统、制动掌握系统、转向掌握系统、悬挂系统、发动机监控系统、防滑差速差力系统、自动调平系统、重心载重显示系统、智能故障诊断系统以及遥控技术等；此外掌握系统之间数据的传输采纳了当前最为流行的车载 CAN 总线技术， 为实现各节点之间实时、牢靠的数据通信供应了强有力的技术支持；工业级运算机技术在特种车辆及机械设备上的应用越来越广泛，其掌握系统的精确性、牢靠性和安全性可以实现发动机监控，车速掌握，制动和谐掌握以及转向系统的抱负转弯半径，任意角度转向和多辆机车之间和谐一样；同时特地配备的车辆故障自动诊断系统可以对车辆的各种故障进行提示和预警，该系统极大的便利了车辆的检修，同时保证车辆的安全性；发动机

32、监控系统实时监控发动机的运行，使得驾驶员可以随时明白发动机的工作工况；车速掌握系统通过对变量泵和变量马达的调整使得驾驶员可以便利地转变行车速度，同时很好地解决了车辆行驶过程中的打滑以及差速差力问题；制动和谐掌握系统使得车辆在行驶过程中可以特别稳固地停车；转向掌握系统使得整车可以实现多种转向模式，运行特别机动、敏捷，在较小的场合，可实现无滑移或少滑移行驶；整车的掌握系统均通过工业级运算机来实现掌握，同时仍配备了无线遥控系统，操作人员可以携带轻巧遥控模块，自由走动并挑选正确安全）视觉位置实行操作，排除以往由于视线不清、环境恶劣或指挥协作不当等因素造成的事故隐患、既保证安全操作又大幅度提高生产效率1

33、0-11；欢迎下载精品学习资源5）模块化与拼接的组合模块化拼接组合技术多用于重型平板运输车特殊是动力平板运输车，动力平板运输车属于重型运输车的一种，多用于港口运输、船舶制造，以及一些大型物件的运输中；在船舶制造中，需要大型重载的动力平板车来完成船体分段和大型构件的陆上运输与平移工作；由于工作空间相对狭小，要求体积巨大的平板车在工作过程中保持车身平稳，能够敏捷精确转向以及纵、横行驶，以靠近各个工序现场或避让其它设备，另外对平板车的安全性和牢靠性要求也比较高， 以适应恶劣的现场环境；传统的平板运输车多采纳机械拉杆转向方式，由于摩擦、机械力的传递不畅等因素的存在，使得转向不敏捷，轮胎磨损严峻，角度受

34、限等问题的显现，并且传动误差带来的磨损和冲击也降低了其自身的安全性和使用寿命 12 ；当今重型平板车的进展趋势是向重型化、模块化、智能化方向进展，其 中，模块化是一个不行防止的趋势；模块化不但可以使平板运输车辆实现任意的拼接2.1.2 齿轮基本参数的确定为了减小克服转向阻力矩所需马达的最大扭矩，即增大传动比，在满意车架结构的条件下要求小齿轮齿数尽量少，大齿轮齿数尽量多；由机械设计手册知标准圆柱齿轮不产生根切的最小齿数是17，略有根切时可取为 14，在设计中为提高小齿轮强度可采纳正变位，最终小齿轮齿数取为14；齿轮机构采纳高度变位：小齿轮采纳正变位x = +0.2mm ；大齿轮采纳负变位 x = -0.2mm ，总的变位和为 0；依据车架结构和中心距的值定传动比：=9；就= -8设行星架的旋转角速度为 ，小齿轮角速度为 ，小齿轮轴即马达产生的转矩为 T ，需要克服的转向阻力矩为 T，T为 20012N .m；依据行星齿轮机构的传动特性有下式成立：2-2就液压马达产生的扭矩为：2-3）欢迎下载精品学习资源齿轮模数的确定：小齿轮采纳 40Cr采纳表面淬火热处理使其硬度值达到48 55HRC）；大齿轮采纳 45 钢表面淬火使其硬度值达到4050HRC）；对于开式齿轮传动可