1、1毕业论文开题报告机械设计制造及其自动化电动搬运车转向控制实验台设计（机械部分）1选题的背景与意义近几年来，随着物流仓储业的飞快发展，企业的技术改造投入加大，老库房的改造和新库房的建立大量增加，各个城市超市的数量急剧增加。这使得各种类型的搬运、装卸、堆垛、牵引的工业车辆的市场需求量也大量增加，如手动托盘搬运、手动叉车、电动托盘搬运车、半电动和全电动叉车、电动堆高机及电动牵引车等。由于这些工业车辆产品要进入车间、库房、超市等，因此不仅要求车辆结构轻巧，无污染、低噪音，同时对车辆的性能和搬运的效率也提出了更高的要求1。转向环节是搬运车辆的性能指标之一，转向系统的类型主要包括机械转向、液压助力转向和
2、电动助力转向。现代电瓶类搬运车普遍采用电动助力转向（EPS）和电动液压助力转向（EHPS），这两种转向均由电脑控制，如图1和图2。EPS是在EHPS的基础上发展起来的，其结构简单，零件数量大大减少，纯粹依靠电动机通过减速机构直接驱动转向机构，增强了可靠性。图1电动助力转向（EPS）21转向盘2转向阀3扭杆4进、出油管路5限压阀6电动机7液压泵8储油罐9转向节臂10液压动力缸11齿轮齿条转向器12车轮13转速传感器14车速传感器图2电动液压助力转向（EHPS）到目前为止，国内外关于电动转向系统的研究也取得了一些成果。早在20世纪80年代中期，美国TRW公司就开始了对电动转向系统的研究，并取得了一
3、些成果。日本于20世纪90年代初制造出了真正意义上的电动转向系统，当时只装用于小型汽车上，如SUZUKI。此后，欧洲、日本、美国的许多汽车零部件供应商都开发出了自己的电动转向系统，装于不同的车辆中。国内方面，浙江杭叉采用DC它励、AC交流控制器、EHPS动力转向等先进技术，外观造型与现代轿车相媲美的新一代叉车，已经陆续投放市场2。转向系统是电动搬运车的重要组成部分，其性能直接关系到电动搬运车的操纵稳定性和舒适性。针对搬运车复杂的工作环境，良好的转向系统能够很大的提高搬运车的工作效率，减轻工作人员的劳动强度，保证驾驶员的人身安全。目前基于转向控制系统的研究基本上应用于汽车领域，针对电动车转向控制
4、系统的研究除了上文中提到的一些技术，也非常少。本课题的目的是结合目前国内电动搬运车转向系统的技术现状，利用电动助力转向（EPS）技术完成转向试验台的设计。2研究的基本内容与拟解决的主要问题21转向系统这一部分包括三个环节驱动系统、传动系统和执行系统。211驱动系统3电机作为转向环节的驱动装置，在转向时通过输出扭矩为驾驶员提供助力，提高转向的操纵稳定性和舒适性。212传动系统在该系统中，减速器作为传动系统，作用是实现由电机的转速向搬运车转向速度的转化。考虑到实际所需的速比较大，因此采用一个2级减速器。在高速级采用斜齿轮传动，低速级采用蜗轮蜗杆传动。213执行系统转向轴和转向轮是该转向系统的执行机
5、构。通过在转向轴上施加扭矩，从而带动转向轮完成转向。22转向实验台架实验台架对转向系统起支撑作用，并设计有加载装置，模拟实际的转向环境进行分析研究。23主要问题1根据要求确定转向系统的减速器的速比。2结合搬运车实际的工作环境进行设计，确保机构的合理性和可靠性。3研究的方法与技术路线31本课题研究的方法先根据搬运车的发展现状进行转向系统的总体方案设计。再根据实验台所要实现的性能指标，完成具体的机械结构部分的设计，进行具体零部件的选取。具体的方法如下1查阅相关资料和文献，结合目前市场上已有的电动搬运车的转向结构，提出自己的转向设计方案。2根据初步的设计方案，考虑实际的路面情况和受到的载荷对转向的影
6、响，进行一定的分析计算，完成转向系统的结构设计和主要零件的选取。3根据转向系统的具体结构，完成实验台架的结构设计。4画出转向系统的零件图和装配图，完成设计说明书。32技术路线4技术路线示意图如图3。321转向系统总体方案设计结合目前国内电动搬运车转向系统的技术现状，利用电动助力转向（EPS）技术完成转向实验台的设计。选取电机作为转向的动力系统，输出转速和转矩。设计一个减速器作为传动系统，使电机的转速与转向轴的转速形成一定的比例关系。最后，通过机械转向系统实现转向。本课题的最终目的是设计一个转向系统实验台，模拟电动搬运车的转向系统，进行实验研究。322转向系统的结构设计1受力分析考虑到搬运车实际
7、的工作情况（包括厂房的路面情况、电动搬运车自身的重量和最大的载重量），分析转向系统各个部分的受力情况。2选取驱动系统（电机）根据搬运车转向系统受力分析的结果选取电机，保证电机能在搬运车转向时提供足够的助力。3设计传动系统（减速器）根据所选用的电机的转速和搬运车的转向速度计算出减速器的速比。实际传动比的大小确定减速器的传动方式。最后，完成减速器中的输入、输出轴的设计和齿轮、蜗轮、蜗杆的设计。4设计执行系统根据搬运车的性能指标设计转向轮和转向轴部分，使搬运车能够按一定的转向速度和转向半径完成转向。323转向实验台架的结构设计根据上文设计的转向系统，设计实验台架的具体结构。这里要求转向机构在实验台上
8、布局合理，并保证实验台能够实现加载等功能。324画装配图和零件图，完成设计说明书根据设计的转向实验台的具体结构，画出装配图和零件图，最终完成详细的设计说明书。5图3技术路线示意图4研究的总体安排与进度12011年2月前完成开题报告,文献综述和外文翻译。22011年3月完成课题的方案设计。32011年4月完成课题的装配图设计。42011年5月完成设计说明书。参考文献1苏恩一轻小型搬运车辆现状及其发展J叉车技术，2003228302陆刚现代电动叉车的结构及技术特点J工程机械与维修，200721501513叶道军国内叉车的现状及发展趋势J制造工程设计，2008792954瞿锐叉车的分类综述J科技创新
9、导报，200721845陈慧电动转向和主动转向的发展趋势J技术与应用，2009714166郁强，张金华电动转向系统开发与研究J轻型汽车技术，20028497邱明汽车可变转向比电动助力转向系统原理与仿真J机电工程，2004847508ZAREMBAA，DAVISRIDYNAMICANALYSISANDSTABILITYOFAPOWERASSISTSTEERINGSYSTEM6CPROCACC，1995425342579JEONGHOONSONG，KWANGSUCKBOO，HEUNGSEOBKIM，JONGILLEE，SUNYOUNGHONGMODELDEVELOPMENTANDCONTROLME
10、THODOLOGYOFANEWELECTRICPOWERSTEERINGSYSTEMCPROCINSTNMECHENGRSVOL218PARTDJAUTOMOBILEENGINEERING,200496797510JIHOONKIM，JAEBOKSONGCONTROLLOGICFORANELECTRICPOWERSTEERINGSYSTEMUSINGASSISTMOTORCMECHATRONICS，200244474597毕业论文文献综述机械设计制造及其自动化电动搬运车转向控制实验台设计（机械部分）1研究背景及意义近几年来，随着物流仓储业的飞快发展，企业的技术改造投入加大，老库房的改造和新库房
11、的建立大量增加，各个城市超市的数量急剧增加。这使得各种类型的搬运、装卸、堆垛、牵引的工业车辆的市场需求量也大量增加，如手动托盘搬运车、手动叉车、电动托盘搬运车、半电动和全电动叉车、电动堆高机及电动牵引车等。由于这些工业车辆产品要进入车间、库房、超市等，因此不仅要求车辆结构轻巧，无污染、低噪音，同时对车辆的性能和搬运效率也提出了更高的要求1。转向环节是搬运车辆的性能指标之一，转向系统的类型主要包括机械转向、液压助力转向和电动助力转向。现代电瓶类搬运车普遍采用电动助力转向（EPS）和电动液压助力转向（EHPS）。EPS是在EHPS的基础上发展起来的，其结构简单，零件数量大大减少，纯粹依靠电动机通过
12、减速机构直接驱动转向机构，增强了可靠性。针对搬运车复杂的工作环境，良好的转向系统能够很大的提高搬运车的工作效率，减轻工作人员的劳动强度，保证驾驶员的人身安全。目前基于转向控制系统的研究基本上应用于汽车领域，针对电动车转向控制系统的研究除了上文中提到的一些技术，也非常少。本课题的目的是结合目前国内电动搬运车转向系统的技术现状，结合指导教师的科研经验，利用电动助力转向（EPS）技术完成转向实验台的设计。2液压助力转向系统（HPS）21HPS的组成、工作原理及分类液压常流式动力转向系统的组成如图1所示，转向液压泵2安装在发动机上，由曲轴通过皮带驱动。转向油箱1通过油管和管接头分别与转向液压泵2和转向
13、控制阀联接。车辆的转向系统由方向盘、转向轴、转向摇臂、转向纵拉杆、转向节臂、转向梯形臂以及转向横拉杆等构成2。8HPS一般根据液流的形式分为常流式和常压式两种。常流式是指汽车在行驶中，当转向盘保持不动时，控制阀中的滑阀在中间位置时油路保持畅通，使油液由油罐被吸入油泵，又被油泵排出，经控制阀回到油罐，始终处于一种常流的循环状态。常压式是指当汽车在行驶中，无论转向盘转动与否，整个液压系统都一直保持高压状态。当汽车转向时，方向盘通过转向摇臂带动控制阀中的滑阀进行移动，使高压油进入动力缸的一腔，以推动动力缸活塞起加力作用。1转向油箱2转向液压泵3转向油管4转向中间轴5转向轴6方向盘7转向节臂8转向横拉
14、杆9转向摇臂10整体式转向器11转向直拉杆12转向减振器图1液压助力转向系统22HPS的性能特点及研究现状HPS在汽车上的革命性应用，极大地解放了驾驶者的劳动力，提高了汽车运行时的稳定性和转向灵敏性、轻便性。但它也存在着以下诸多的不足1在车辆设计制造完成后，车辆转向的助力特性不能改变。2低速转弯时，方向较沉，又因液压泵的压力很大，易损害助力系统再因液压系统必须在发动机的带动下保持高压工作状态，浪费了能量。3存在着液压油泄漏和异响问题3。HPS系统自上世纪50年代发展以来，其技术已日趋成熟，得到广泛应用，至2000年其利用率已接近85。3电动液压助力转向系统（EHPS）931EHPS的组成及工作
15、原理在传统液压助力转向系统的基础上,增加电子控制部分对系统流量或转阀的相关参数进行调节,改变助力转向系统的助力特性,达到随车速的提高降低系统的助力,可以提高汽车高速时的操纵性能和路感。EHPS系统结构如图2所示由如下4部分组成1机械转向系统，主要包括转向盘，转向柱，扭杆，齿轮齿条；2电动液压助力部分，包括助力缸和转向阀；3液压能量供给部分，包括电动机，液压泵和限压阀；4电子控制单元ECU和车速传感器，转向盘转速传感器。当驾驶员转动转向盘时，电子控制单元依据车速和转向盘转速信号，计算并控制电机的转速，使电机驱动的液压泵的输出流量发生改变，从而改变助力大小。当汽车在低速转向行驶等一些需要大转矩工况
16、下，提供大助力，保证转向轻便。当汽车在高速转向行驶等一些只要很小转矩的工况下，提供小助力，保证转向手感，达到在不降低转向平顺性和路感的情况下减轻驾驶员转向操纵力的目的4。1转向盘2转向阀3扭杆4进、出油管路5限压阀6电动机7液压泵8储油罐9转向节臂10液压动力缸11齿轮齿条转向器12车轮13转速传感器14车速传感器图2EHPS系统结构图32EHPS的性能特点1电动液压动力转向系统是在原有的液压式动力转向系统上发展起来的，原系统可以利用，不需要更改布置。2低速时转向效果不变，高速时可以自动根据车速逐步减小助力，增大路感，提高车辆行驶稳定性。103采用电动机驱动油泵可以节省能量。4具有失效保护功能
17、，电子元件失灵后仍可依靠原转向系统安全工作。电动液压动力转向系统在传统液压动力转向系统的基础上有了较大改进，但液压装置的存在使得该系统仍有难以克服的缺点，如存在渗油的问题，不便于安装维修及检测等。虽然如此，由于EHPS技术较为成熟，可以实现整车电控系统一体化，作为传统液压动力转向系统和电动助力转向系统的过渡技术，在一定时期内还有市场空间，并且还将继续得到改进和发展5。33EHPS的应用及研究现状文献6研究了一种恒压变量泵，通过流量自动调节来满足不同数量矫形缸的工作需要。上海大众P0LO轿车装备了TRY/天台公司生产的电控液压动力转向系统，国内引进生产的中高级轿车、中级轿车、经济型轿车都没有采用
18、EPHS，POLO轿车在转向系统方面处于领先地位7。文献8介绍了林肯CONTINENTAL1988可变助力转向系统，JOHNBAXTER等9介绍了BISHOP公司推出的电控可变助力转向器。4电动助力转向系统（EPS）41EPS基本结构、工作原理及分类EPS是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统,其系统框图如图3所示。不同类型的EPS基本原理是相同的扭矩传感器与转向轴小齿轮轴连接一起,当转向轴转动时,扭矩传感器开始工作,把输入轴和输出轴在扭杆作用下产生的相对转动位移变成电信号传给ECU,ECU根据车速传感器和扭矩传感器的信号决定电动机的旋转方向和助力电流的大小,从而完成实时控制助力转向。因
19、此它可以很容易地实现在车速不同时提供电动机不同的助力效果,保证汽车在低速行驶时轻便灵活,高速行驶时稳定可靠。因此EPS转向特性的设置具有较高的自由度。11图3电动助力转向系统框图根据电动机布置位置不同,EPS可分为转向柱助力式、齿轮助力式、齿条助力式3种,如图4所示。转向柱助力式EPS的电动机固定在转向柱一侧,通过减速机构与转向轴相连,直接驱动转向轴助力转向。齿轮助力式EPS的电动机和减速机构与小齿轮相连,直接驱动齿轮助力转向。齿条助力式EPS的电动机和减速机构则直接驱动齿条提供助力10。图4EPS电动机助力位置布置型式42EPS的性能特点1降低了燃油消耗。电动转向系统仅在需要转向操作时才需要
20、电机提供的能量,该能量既可以来自蓄电池,也可以来自发电机。而且,能量的消耗与转向盘的转向及当前的车速有关。当转向盘不转向时,电机不工作需要转向时,电机在控制单元的作用下开始工作,输出相应大小及方向的转矩以产生助力。2提供可变转向力矩。电动转向系统提供的转向助力不仅与转向盘提供的力矩大小有关,而且与汽车的状态有很大关系。电机提供的力大小即转向机构获得的力的大小,不仅与转向盘传递的力矩有关,也与车速有关,能在不同的车速12时提供不同的转向助力。3改善了转向路感。在电动转向系统中,电动机与助力机构直接相连可以使电机提供的能量直接用于车轮转向。该系统利用惯性减震器的作用,使车轮的反转和转向前轮摆振得以
21、大大减小,因此转向系统的抗扰动能力大大增强。4“绿色能源”适应现代工业汽车的要求。由于电动转向系统应用“最干净”的电力作为转向能源,完全取消了液压装置,不存在液压助力转向系统中的液态油泄露问题,因此可以说电动转向系统顺应了“绿色化”的时代趋势11。43EPS的应用及研究现状电动助力转向最先应用在日本的微型轿车上。1988年2月日本铃木公司首次在其CERVO车上装备EPS,随后还用在了其ALTO车上。在此之后,日本的大发汽车公司、三菱汽车公司、本田汽车公司,美国的DELPHI汽车系统公司、TRW公司,德国的ZF公司,都相继研制出各自的EPS10。TRW针对客车开发出转向柱助力式EPS,如今小齿轮
22、助力式EPS开发也已获成功。1999年3月,他们的EPS已经装备在轿车上,如FORDFIESTA和MAZDA323F等10。美国DELPHI汽车系统公司推出了EOSTEERTM系统，采用一体化设计，增强了燃油经济性，缩短了系统响应时间，同时增强了转向装置的独立性和安全性，即使在发动机怠速状态下也可实现动力转向12。在中国，1992年清华大学开始涉及EPS的相关研究工作，随后吉林大学、武汉理工大学、华中科技大学等院校和科研单位纷纷展开了EPS的研究，并取得了一定的进展。中国南方航空动力机械公司的DFL系列已进入小批量生产，吉利汽车集团开发的具有自主知识产权的EPS产品也已经装备其吉利豪情等系列轿
23、车上12。文献13,14构建了一种柱类电动助力转向（EPSTT）系统，它能够减小司机的转向扭矩，实现不同的转向操纵感，提高回正性能。5线控转向系统（SBW）51SBW的系统结构如图5所示，线控转向系统的总体结构分为三部分转向盘总成、控制器和13前轮转向总成。其中转向盘系统包括转向盘、转矩传感器、转向角传感器、转矩反馈电动机和机械传动装置；电子控制系统包括车速传感器，也可以增加横摆角速度传感器、加速度传感器和电子控制单元以提高车辆的操纵稳定性；转向系统包括角位移传感器、转向电动机、齿轮齿条转向机构和其他机械转向装置等（见图5）15。图5线控助力转向系统52SBW的特点1柔性转向能消除转向干涉问题
24、，为实现多功能全方位的自动控制，以及汽车动态控制系统和汽车平顺性控制系统的系统集成提供了显著的先决条件。2对前轮驱动轿车，在安装发动机时需要考虑刚性转向轴占用空间，转向轴必须依据汽车是左侧驾驶还是右侧驾驶安装在发动机附近，设计人员必须协调处理各种需要安排部件。而柔性转向去掉了原来转向系各个功能模块之间的刚性机械连接，大大方便了系统的总布置。3舒适性得到提高。在刚性转向系统中，路面不平和转向轮的不平衡，可以回传到转向轴，而柔性系统不会。4转向回正力矩能够通过软件依据驾驶员的要求进行调整。因此在不改变设计的情况下，可以个性化地适合特定的驾驶者和驾驶员环境，与转向有关的驾驶行为都可以通过软件来实现。
25、5消除了碰撞事故中转向柱引起伤害驾驶员的可能性，不必设置转向防扭机构。6增加驾驶员腿部活动空间，出入更方便自由16。1453SBW的应用及研究现状在2001年的第71届日内瓦国际汽车展览会上意大利的BERTONE汽车设计及开发公司展示了新型概念车“FILO”。“FILO”采用了“DRIVEBYWIRE”系统，所有的驾驶动作都通过信号传递16。德国奔驰公司在1900年开始了前轮线控转向的研究，并将它开发的线控转向系统应用于概念车F400CARVING上。日本KOYO也开发了线控转向系统。意大利BERTONE设计开发的概念车FILO，雪铁龙越野车CCROSSER，戴克概念车R129，都采用了线控转
26、向系统16。福特和沃尔沃等汽车公司、博世等线控公司和CHALMERS、VIENNA等大学联合发起了“BRITEEURAMXBYWIRE计划”进行线控转向系统的实现以及可靠性方面的研究17。在欧目前国内对该技术的研究主要集中在各高校同济大学利用DSPACEAUTOBOX为四轮驱动电动汽车开发了线控转向试验台架以及四轮驱动、四轮转向电动汽车18。6转向系统的发展趋势液压转向系统（包括电控液压助力转向系统）由于存在液压装置，不易于模块化设计和安装。油泵处于长时间不间断的工作状态，造成了能源的浪费。而且一般的装置还存在渗油的问题。随着电子技术的发展，有逐步被EPS取代的可能。当前EPS已在轿车上得到应
27、用,其性能已得到人们的普遍认可。随着直流电机性能的改进,EPS助力能力的提高,其应用范围将进一步拓宽。EPS代表未来动力转向技术的发展方向,将作为标准件装备到汽车上,并将在动力转向领域占据主导地位。对于SBW系统，虽然目前还只是在概念车上应用，但随着电子产品成本的降低将有更大的产品竞争空间。参考文献1金志号，徐翔电动叉车的现状及发展趋势J工程机械，20041037382张群生，周运金，覃群基于MATLABSIMULINK的液压常流式动力转向系统特性分析J机床与液压，200871171193陈金根汽车转向系统百年演变及今后的发展方向J科学论坛，2004252534夏长高，陈松，贺建军，金永利电动
28、液压助力转向系统的控制算法研究J拖拉机与15农用运输车,2009373785王民电动液压动力转向控制技术J科技与经济,2007463646程飞，邓飞，吴健，欧家福，李玉琴，马田动力转向液压泵噪声分析研究J液压与气动，2008575777豪彦POLO轿车电控液压动力转向系统J汽车与配件，20022020218DUFFYJJLINCOLNCONTINENTALVARIABLEASSISTEDPOWERSTEERINGSYSTEMCSAEPAPER880707,19889JOHNBAXTER，GEOFFREYPDYERBISHOPVARIATRONICTMPOWERSTEERINGSYSTEMCSA
29、EPAPER880708,198810林逸，施国标汽车电动助力转向技术的发展现状与趋势J公路交通科技，20016808711电动转向系统及其发展现状J汽车运用，2002891112胡烽，赵燕电动转向系统技术研究现状与展望J机械工程师，20062192113JEONGHOONSONG，KWANGSUCKBOO，HEUNGSEOBKIM，JONGILLEE，SUNYOUNGHONGMODELDEVELOPMENTANDCONTROLMETHODOLOGYOFANEWELECTRICPOWERSTEERINGSYSTEMCPROCINSTNMECHENGRSVOL218PARTDJAUTOMOBIL
30、EENGINEERING，200496797514JIHOONKIM，JAEBOKSONGCONTROLLOGICFORANELECTRICPOWERSTEERINGSYSTEMUSINGASSISTMOTORCMECHATRONICS，2002444745915于蕾艳，林逸，施国标汽车线控转向技术概述J农业装备与车辆工程，200753616周鑫，刘洲辉汽车线控转向技术的分析与研究J北京汽车，200911417王菊，左建令汽车线控转向技术的研究现状及发展前景J汽车研究与开发，20055303518于蕾艳，林逸，施国标汽车线控转向技术概述J农业装备与车辆工程，200753616本科毕业论文（20
31、届）电动搬运车转向控制实验台设计17摘要随着物流仓储业的发展，电动搬运车的需求量也在增加。转向环节是搬运车辆的重要组成部分，也是衡量搬运车辆的性能指标之一。现代电瓶类搬运车普遍采用电动助力转向和电动液压助力转向。本此毕业设计的最终目的是利用电动助力转向技术设计一个转向系统实验台，模拟电动搬运车的转向系统，进行实验研究。转向系统和驱动系统是该实验台的主要部分。其中，转向系统由动力系统、传动系统和执行系统组成。其工作原理为动力系统作为动力源，输出转矩和转矩。传动系统将转速和转矩传递给执行系统。最后，由执行系统完成转向。驱动系统则由动力系统和传动系统组成，它的作用是驱动转向轮转动。本论文的主要工作和
32、内容有1介绍了转向系统的研究背景、现状和发展趋势。2研究了电动助力转向系统的工作原理，完成了转向系统总体方案的设计。3分析了各种动力系统的特点，决定选取电机作为动力系统。同时对各类电机的性能进行了比较，最后选择直流无刷电机作为助力电机，选择驱动用电机为转向轮转动提供所需的动力。4分析了各种传动系统的特点，选取了齿轮传动和蜗轮蜗杆传动形式，对传动系统中的零件进行了理论分析和设计计算。5完成了实验台的结构设计。关键词电动助力转向；驱动系统；传动系统；实验台。18ABSTRACTWITHTHEDEVELOPMENTOFLOGISTICSANDWAREHOUSING,THEDEMANDOFELECTR
33、ICTRANSPORTATIONVEHICLESISALSOINCREASESTEERINGSYSTEMISANIMPORTANTPARTOFTHEELECTRICPALLETTRUCK,ANDALSOONEOFTHESTANDARDSVALUINGITSQUALITYNOWADAYS,ELECTRICPALLETTRUCKSCOMMONLYUSEDELECTRICPOWERSTEERINGANDELECTRICHYDRAULICPOWERSTEERINGTECHNOLOGYTHEPURPOSEOFTHISPAPERISUSINGELECTRICPOWERSTEERINGTECHNOLOGYT
34、ODESIGNASTEERINGEXPERIMENTTABLEBYSIMULATINGTHESTEERINGSYSTEMOFTHEELECTRICPALLETTRUCK,WECANDOTHEEXPERIMENTALRESEARCHTHESTEERINGSYSTEMANDTHEDRIVESYSTEMARETHEMAINPARTOFTHISEXPERIMENTTABLETHESTEERINGSYSTEMINCLUDESPOWERSYSTEMS,TRANSMISSIONSYSTEMSANDEXECUTIONSYSTEMTHEPOWERSYSTEMSWORKASPOWERSOURCE,OUTPUTTI
35、NGTHESPEEDANDTHETORQUETHEN,TRANSMISSIONSYSTEMSDELIVERTHESPEEDANDTHETORQUETOTHEEXECUTIONSYSTEMATLAST,THEEXECUTIONSYSTEMFINISHESTHESTEERINGCOURSETHEDRIVESYSTEMCONTAINSPOWERSYSTEMANDTRANSMISSIONSYSTEMTHEFUNCTIONISDRIVINGTHEWHEELROTATINGTHEMAINWORKSANDCONTENTSINTHISPAPERCONTAINFIVEPARTSASFOLLOWS1THEBACK
36、GROUND,THEPRESENTSITUATIONANDTHEDEVELOPMENTTRENDOFSTEERINGSYSTEMAREINTRODUCED2THEWORKPRINCIPLEOFSTEERINGSYSTEMISANALYZED,ANDTHEOVERALLPROGRAMOFSTEERINGSYSTEMISFINISHED3THECHARACTERISTICOFVARIOUSPOWERSYSTEMSISANALYZED,ANDTHEMOTORSARECHOSEASTHEPOWERSYSTEMSATTHESAMETIME,THEPERFORMANCEOFVARIOUSMOTORSISA
37、LSOCOMPAREDATLAST,ABRUSHLESSDCMOTORISCHOSEASTHESTEERINGASSISTEDMOTORANDADRIVEMOTORISCHOSETOPROVIDENECESSARYPOWERTOMAKETHEWHEELROTATING4THECHARACTERISTICOFTHETRANSMISSIONSYSTEMSISANALYZED,GEARDRIVESANDWORMDRIVESAREUSEDINTHESESYSTEMSTHEN,ATHEORETICALANALYSISISALSOMADEANDCALCULATIONONPARTSOFTRANSMISSIO
38、NSYSTEMSISDESIGNED5THESTRUCTUREOFTHEEXPERIMENTTABLEISALSODESIGNEDKEYWORDSELECTRICPOWERSTEERINGPOWERSYSTEMTRANSMISSIONSYSTEMEXPERIMENTTABLE19目录摘要17目录191绪论2111研究背景及意义2112国内外研究现状21121液压助力转向系统21122电动液压助力转向系统23123电动助力转向系统25124线控转向系统2713车辆转向系统的发展趋势2914本设计的内容及方法292实验台运动方案设计3121转向系统总体方案设计31211转向系统总体结构的类型312
39、12具体设计方案3222驱动系统总体方案设计33221驱动系统的总体结构33222具体设计方案3323实验台动力系统的设计34231常用动力系统及其特点34232具体设计方案3524实验台传动系统的设计35241传动系统设计应注意的问题35242常用的传动机构形式36243转向系统的传动具体设计方案36244驱动系统的传动具体设计方案3725实验台执行系统的设计39251执行系统的设计要求39252具体设计方案39203实验台的零部件设计4131转向系统的传动设计计算41311齿轮传动设计计算41312蜗轮蜗杆传动设计计算47313输入轴设计计算52314传动轴设计计算55315输出轴设计计算
40、5932驱动系统的传动设计计算62321齿轮传动设计计算62322输入轴设计计算66323输出轴设计计算694其他零部件设计7341电机选型73411助力电机的选型75412驱动电机的选型7542实验台结构件的设计76421实验台结构件的设计要求76422具体设计方案765结论及展望8051结论8052存在的问题及展望80参考文献81附录错误未定义书签。211绪论11研究背景及意义近几年来，随着物流仓储业的飞快发展，企业的技术改造投入加大，老库房的改造和新库房的建立大量增加，各个城市超市的数量急剧增加。这使得各种类型的搬运、装卸、堆垛、牵引的工业车辆的市场需求量也大量增加，如手动托盘搬运、手动
41、叉车、电动托盘搬运车、半电动和全电动叉车、电动堆高机及电动牵引车等。由于这些工业车辆产品要进入车间、库房、超市等，因此不仅要求车辆结构轻巧，无污染、低噪音，同时对车辆的性能和搬运的效率也提出了更高的要求1。转向环节是搬运车辆的性能指标之一，转向系统的类型主要包括机械转向、液压助力转向和电动助力转向。现代电瓶类搬运车普遍采用电动助力转向（ELECTRICPOWERSTEERING）和电动液压助力转向（ELECTRICHYDRAULICPOWERSTEERING）。EPS是在EHPS的基础上发展起来的，其结构简单，零件数量大大减少，纯粹依靠电动机通过减速机构直接驱动转向机构，增强了可靠性2。转向系
42、统是电动搬运车的重要组成部分，其性能直接关系到电动搬运车的操纵稳定性和舒适性。针对搬运车复杂的工作环境，良好的转向系统能够很大的提高搬运车的工作效率，减轻工作人员的劳动强度，保证驾驶员的人身安全。目前基于转向控制系统的研究基本上应用于汽车领域，针对电动车转向控制系统的研究除了上文中提到的一些技术，也非常少。本课题的目的是结合目前国内电动搬运车转向系统的技术现状，利用电动助力转向（EPS）技术完成转向试验台的设计。12国内外研究现状关于汽车领域的转向系统研究经历了机械转向系统、液压助力转向系统、电动液压助力转向系统、电动助力转向系统和线控转向系统。机械转向系统因对驾驶员的体力消耗太大，已逐步被淘
43、汰，这里就不做分析。121液压助力转向系统液压助力转向（HYDRAULICPOWERSTEERING）系统的结构如图1所示，曲轴通过皮带传动，最终可以驱动安装在发动机上的转向液压泵。转向油箱通过油管和管22接头分别与转向液压泵和转向控制阀联接。其中转向系统的机械部分由方向盘、转向轴、转向摇臂、转向纵拉杆、转向节臂、转向梯形臂以及转向横拉杆等构成3。图1液压助力转向系统3HPS一般根据液流的形式分为常流式和常压式两种，如图2和图3所示。图2常流式液压助力转向系统423图3常压式液压助力转向系统4常流式是指汽车在行驶中，当转向盘保持不动时，控制阀中的滑阀在中间位置时油路保持畅通，使油液由油罐被吸入
44、油泵，又被油泵排出，经控制阀回到油罐，始终处于一种常流的循环状态4。常压式是指当汽车在行驶中，无论转向盘转动与否，整个液压系统都一直保持高压状态。当汽车转向时，方向盘通过转向摇臂带动控制阀中的滑阀进行移动，使高压油进入动力缸的一腔，以推动动力缸活塞起加力作用4。相比于传统的纯机械转向，HPS已广泛应用于车辆中。它不仅可以节省驾驶员的体力，而且增加了车辆在行驶过程中的稳定性和转向灵敏性、轻便性。但同时，它也存在着以下诸多的不足1在车辆设计制造完成后，车辆转向的助力特性不能改变4。2低速转弯时，方向较沉，又因液压泵的压力很大，易损害助力系统再因液压系统必须在发动机的带动下保持高压工作状态，浪费了能
45、量4。3存在着液压油泄漏和异响问题4。HPS系统自上世纪50年代发展以来，其技术已日趋成熟，得到广泛应用，至2000年其利用率已接近85。122电动液压助力转向系统相比于传统的液压助力转向系统，电动液压助力转向（ELECTRICHYDRAULICPOWERSTEERING）系统增加了传感器和电子控制部分。传感器可以将车辆的行驶速度和转向角速度传递给电子控制部分，通过分析后，可以实现对车辆转向系统的助力特性的调节。EHPS系统结构如图4所示由如下4部分组成1机械转向系统，主要包24括转向盘，转向柱，扭杆，齿轮齿条；2电动液压助力部分，包括助力缸和转向阀；3液压能量供给部分，包括电动机，液压泵和限
46、压阀；4电子控制单元ECU和车速传感器，转向盘转速传感器5。车辆转向时，电子控制单元根据传感器接收的车速和转向盘转速信号，计算并控制电机的转速。转向液压泵是由电机驱动的，其输出流量随电机转速的变化而变化，从而改变助力的大小。这样就确保了汽车在低速行驶时，获得大助力，使转向轻便；汽车在高速行驶时，获得小助力，使驾驶员有良好的转向手感。1转向盘2转向阀3扭杆4进、出油管路5限压阀6电动机7液压泵8储油罐9转向节臂10液压动力缸11齿轮齿条转向器12车轮13转速传感器14车速传感器图4EHPS系统结构图5电动液压助力转向系统具有下列特点1电动液压助力转向系统是在原有的液压式动力转向系统上发展起来的，
47、原系统可以利用，不需要更改布置6。2低速时转向效果不变，高速时可以自动根据车速逐步减小助力，增大路感，提高车辆行驶稳定性6。3采用电动机驱动油泵可以节省能量6。4具有失效保护功能，电子元件失灵后仍可依靠原转向系统安全工作6。电动液压转向系统和传统的液压转向系统相比，在结构和性能方面都有了很大的改进。但该系统仍然有着液压装置共有的问题，如存在渗油的问题，不便于安装维修及检测等6。尽管如此，EHPS技术已经实现了车辆的电控系统一体化，作为传统液压动力转向系统和电动助力转向系统的过渡技术，目前还是有一定的市场空间和使用价值，而且仍具有进一步发展和改进的潜力6。25文献7研究了一种恒压变量泵，通过流量
48、自动调节来满足不同数量矫形缸的工作需要。上海大众POLO轿车装备了TRY/天台公司生产的电控液压动力转向系统，国内引进生产的中高级轿车、中级轿车、经济型轿车都没有采用EPHS，POLO轿车在转向系统方面处于领先地位8。文献9介绍了林肯CONTINENTAL1988可变助力转向系统，JOHNBAXTER等10介绍了BISHOP公司推出的电控可变助力转向器。123电动助力转向系统电动助力转向（ELECTRICPOWERSTEERING）系统由电机提供辅助扭矩，作为转向的动力，其系统结构如图5所示。当车辆转向时，驾驶员通过施加扭矩，使转向轴开始转动。在扭杆的作用下，输入轴和输出轴会产生相对的转动位移
49、。这时，扭矩传感器将产生的相对转动位移转变成电信号传给电子控制单元，后者对车速传感器和扭矩传感器的信号进行分析，最后决定电动机的旋转方向和助力电流的大小。因此它可以根据车速的不同来控制电动机，使它提供不同的转向助力。和上文提到的几种转向系统相比，EPS同样可以保证汽车在低速行驶时轻便灵活，高速行驶时稳定可靠。图5电动助力转向系统框图11根据电动机布置位置不同，EPS可分为转向柱助力式、齿轮助力式、齿条助力式3种，如图6所示。转向柱助力式EPS的电动机固定在转向柱一侧，通26过减速机构与转向轴相连，直接驱动转向轴助力转向。齿轮助力式EPS的电动机和减速机构与小齿轮相连，直接驱动齿轮助力转向。齿条助力式EPS的电动机和减速机构则直接驱动齿条提供助力11。图6EPS电动机助力位置布置型式11电动助力转向系统的优势有1降低了燃油消耗。电动转向系统仅在车辆转向时才需要电机提供的能量。而且，所消耗的能量取决于转向盘的转向角度及当前的车速。当转向盘不转动时，电机不工作12。2提供可变转向力矩。上文已提到，该转向系统会根据驾驶员施加到转向盘的扭矩和目前汽车的行驶状态，来控制电机提供的转向助力的大小12。3改善了转向路感。在该转向系统中，电动机与助力机构采取直接相连的结构，这样可以使电机提供的能量直接用于车轮转向。该系统还配有减震装置，很大程度的减小了行驶过程中车轮的摆动，因此转向系统的抗扰
