1、0毕业论文(毕业设计)电动式转向机试验台设计摘 要汽车作为现代化的交通工具已经受到大众的接受，个人拥有私人汽车的数量也在每年以迅猛的速度增加。然而随着科学技术的发展，汽车制造业的竞争也是日见激烈。如何掌握先进的汽车制造技术，研发出让大众满意的汽车，成为了众多汽车制造商的当务之急长春工业大学本科生毕业设计说明书1本文介绍了电动式转向机试验台对汽车转向器的各项性能指标测试，消除了原有试验台的不足，介绍了电动式试验台的优势及总体方案的设计。 在设计的过程中涉及到了试验台的机械部分，包括装卡和传动；模拟转向器工作环境的阻尼部分和液压助力部分；控制整个试验台正常工作的控制部分。包括了大量的硬件和软件的设
2、计。【关键词】转向器 电动式 试验台AbstractCars as modern transportation has been widely accepted, individual have the number of private cars in every year by rapid speed increase. However, with the development of science and technology, automobile manufacturing continued to fierce competition is. How to grasp the a
3、dvanced automobile manufacturing technology, research and public satisfaction car, granting numerous car manufacturers become urgent.2Steering test automobile redirector of various performance indicators testing, eliminate the original insufficient, introduces the test-bed over-bed test-bed advantag
4、es and overall scheme design. In the design process involved, including mechanical parts of the test-bed installed card and transmission; Simulation of damping parts work environment redirector and hydraulic booster parts; Control of the test bench work properly controlling part. Includes a lot of h
5、ardware and software design.Keywords：redirector over-bed test platform目 录1.绪论 11.1 课题研究的意义 .11.2 设计任务的内容和要求 31.3 总体方案设计 42试验台机械部分设计说明 .62.1 输入系统 .62.2 输出系统 .72.3 液压助力系统 .102.4 传感器的选择 .202.5 转向器夹具设计 .202.6 台上部分装配要求 .213试验台控制电路设计说明 22长春工业大学本科生毕业设计说明书33.1 设计的基本依据 223.2 试验台系统运动方式的确定 223.3 控制系统的选择 233.4
6、电气原理及接口设计 233.5 控制电气工作流程 .30结论 .35致谢 .36参考书目 .37附录 .38图 1 38第一章 绪论41.绪论1.1 课题研究的意义私人汽车，作为现代化的交通工具已经被大众接受，拥有私人汽车的人数也在每年以迅猛的速度增加着。然而随着科学技术的发展，汽车制造业的竞争也是日益激烈。如何开发先进的汽车制造技术，研发出让大众更满意的汽车，已经成为了众多汽车制造商的当务之急。在汽车行驶过程中，转向是最基本的运动。人们通过方向盘来操纵和控制汽车的行驶方向，从而实现行驶意图。汽车的转向力，在通常情况下，只有一小部分是由人提供的，而大部分转向力是由液压设备所提供的。用以将发动机
7、输出的部分的能量转变为压力能，并在驾驶人操控下，对转向机中某一传动部件施加不同方向的液压作用力，以助驾驶人施力不足的一系列零部件，总称为动力转向器。在现代的汽车上，转向机是不可或缺的，而且是最基本的，它也决定着汽车主动安全性的高低，如何提高汽车的转向特性，使车具有优良的操纵性能，一直是各汽车生产厂家的重要研究项目。特别是在汽车科技飞速发展的今天，针对更多不同的驾驶人群，汽车的操纵性能设计显得更为重要。电动式转向机综合性能实验台能够对各种汽车转向器的各项性能指标进行测试，从而让研究人员对被测试的转向机的各项指标有个直观的了解。一个功能齐全、效率高、精度准确的综合性能实验台无疑会在对汽车转向器的研
8、发中起到关键性的作用。因此这里把转向机综合性能实验台作为一个项目来研究，主要目的就是更好的服务于现代汽车工业的发展。在转向器的历史上其形式多变，目前市场上主要存在齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、循环球曲柄指销式、蜗杆滚轮式等。其中第二、第四种分别是第一、第三种的变形，而蜗杆滚轮式则很少见。在这里，我们把用于小型车辆的助力式转向机作为研究对象。 长春工业大学本科生毕业设计说明书5图 1.1 转向器的工作原理图图 1.2 被测转向器机械结构图第一章 绪论61.2 设计任务的内容和要求1.2.1 原有试验台的不足早先的汽车转向器系统是纯机械结构的。驾驶人先通过旋转方向盘，然后再通过过
9、转向器助力，最终经过各种杆件传递到转向车轮，从而实现转向运动。早先的转向器在机械系统的基础上建立起来的，机械式转向器的形式主要分为：齿轮齿条式、蜗杆滚轮式、循环球式、蜗杆指销式。有两种比较常用：齿轮齿条式转向器和循环球式转向器。这种转向系统是很常见的，目前低端轿车中的大部分类型都是采用的齿轮齿条式机械转向系统。传统转向系统工作固然可靠，但也存在着很多不能改变的缺点，传统转向系统由于方向盘和转向车轮之间的机械连接会产生很多自身无法避免的缺陷：驾驶员驾驶技术的不同会使得汽车转向的特性有很大的不同；由于转向传动比是固定的，所以汽车转向响应特性曲线受车的速度、侧向加速度等参数的影响很大，驾驶人员不得不
10、提前对汽车转向特性中的幅值变化进行相应的补偿操作，从而操控汽车按他的意愿行驶。这样就使得驾驶员驾驶汽车的难度变大，使汽车的驾驶不够舒适，更使得汽车转向时存在着非常大的危险性；液压转向系统性价比低，通常情况下轿车行驶一千公里要多损耗 3L4L 的燃油；另外，存在漏油的问题，会对环境造成污染，在环保性能被日益重视的今天，这无疑又是一个明显的劣势。1.2.2 电动式试验台的优势近些年来，随着电子技术的不断发展，助力转向系统中越来越多地采用电子器件。相应的就出现了电液助力转向系统。电液助力转向可以分为两大类：电动液压助力转向系统 EHPS、电控液压助力转向 ECHPS。EHPS是在液压助力系统的基础上
11、发展起来的，其原理是原来由发动机带动的液压泵改由电机驱动，取缔了由发动机驱动的方式，从而节省了燃油的消耗。ECHPS 则是在传统的液压助力转向系统的基础上增加了电控装置。电液助力转向系统的助力特性是可以根据转向速率、车速等参数设计为可变的助力特性的，使驾驶员能够更轻松舒地操控汽车。 长春工业大学本科生毕业设计说明书7现代的电液动力转向系统一般是通过速度传感器将车速信息传递给电子元件，或微型计算机，从而控制电液转换装置改变动力转向的助力特性，使得驾驶人的转向手力根据行驶条件和车速的变化而改变，即在低速行驶或转急弯时能以很小的转向手力进行操控，在高速行驶时能以稍重的转向手力进行稳定操控，使操控稳定
12、性和轻便性达到最适合的平衡状态。为了保证转向的轻便性，要求增大转向器的传动比。但是，增大角传动比固然可以减小方向盘上所需的手力，但同时也造成了汽车对操控的反应减慢，更甚至有可能导致驾驶人没有能力来转动方向盘进行紧急避障之类的转向操作，就是不够“灵敏” 的意思。 机械式转向器的设计目标是保证汽车在各种行驶条件下将方向盘上的所需手力控制在驾驶员能接受的合理范围内，同时必须保证其适当的转向灵敏度。但是，机械式转向器的结构特点注定了其“ 轻” 与“灵”矛盾的存在， 而电液助力转向系统则在一定程度上解决了这一问题。1.3 总体方案设计1.3.1 硬件部分本试验台的硬件组成基本可分为如下 6 个组成部分：
13、 1主机台架。包括：被测转向机总成、被测阀体总成、转向机手动输入装置、电动伺服齿轮齿条加载装置、输入轴转矩传感器、输入轴转角传感器、齿条负荷传感器、齿条位移传感器、以及安装这些总成的基础平台与专用安装夹具。2伺服电机。3助力泵站。包括：恒温控制装置、油箱、油泵电机组、调压调速回路。4电气控制柜。包括：手动操作面板、测量电路、控制电路、运行指示灯、仪表显示器、报警器等。5微机测控装置。包括：工控机、控制接口板、测量接口板、17彩显、激光打印机、键盘、鼠标、硬驱、 光驱等。第一章 绪论81.3.2 软件部分软件系统采用模块化编程方法。可分为如下 5 个组成模块：1.试验运行模块，包括：数据采集模块
14、、控制信号发生器、多通道协调模块、全数字 PID 调节器、信号实时跟踪显示模块。2.试验工况设定模块，包括：试验运行参数设定、被试件参数输入。3.输出模块，包括：试验数据的处理与曲线、报表生成。4.数据库模块：存储历史试验数据。5.帮助文件：维护保养说明，故障信息表，使用说明长春工业大学本科生毕业设计说明书92试验台机械部分设计说明试验台的机械部分分为台上和台下两个部分。台上部分包括被试转向机总成，转向机输入轴手动控制装置，转向机输出齿条电动伺服加载装置，试验台待测数据检测传感装置。台下部分主要为液压助力泵站系统。2.1 输入系统2.1.1 手动方向盘本实验的输入方式设计为手动输入方式。为了更
15、好的模拟转向机的工作情况，使用一个车用方向盘，用手动的方式输入转矩。2.1.2 联轴器方向盘的轴通过凸缘联轴器与其后的转向器轴相连。根据最小轴孔，最大轴伸长度的近似值；并且考虑到是手动输入，从而输入转矩不可能很大的原因，我选用了普通型号 YL2 型铁制的联轴器。公称转矩 16Nm，需用转速 7200r/min, 轴孔长度 52mm,轴孔直径 20mm,质量 1.5kg,转动惯量0.0035 。2mkg因为有检测输入端转矩、转角大小的任务。所以需要在输入总成和转向机总成之间加入 2 个传感器。因此在传感器和转向机总成之间还需要添加一个 YL2 型的凸缘联轴器。图 2.1 YL2 型联轴器2.2
16、输出系统2.2.1 电机选择第二章 实验台机械部分设计说明10按系统设计的要求，选用 Y 系列一般用途的三相异步电机，我选择的是Y112M-4 型电机，其额定功率为 4KW,满载转速为 1440r/min，最大转矩2.2Nm。2.2.2 减速器设计减速器是通过模数、直径不同的齿轮传动，将电动机输出的高转速减变为所需求的较低转速。在本设计中，电机转速过大，无论是为了完成检测系统工作任务（获得较大力矩）还是为了起到保护系统的作用，都需要采用减速器来降低输出转速。本次设计使用的普通圆柱齿轮减速器。根据系统的实际情况计算有：由选用电机型号，已知：输入转速为 1440r/min，输入功率为 4.0kW,
17、传动比 i=4.5,工况系数 =0.8AK=4kW 0.8=3.2KwWCP1（减速器计算输入功率）（减速器实际输入功率）1根据 ，i 和实际输入转速 1440r/min(接近的公称转速 1500r/min)CP初选减速器为 ZDZ80 型，其额定功率 =3.6kW，相对误差计算如下： 1P。%401541 nw由于相对误差未超过 4%，所以对应的额定功率 = ,可见 ZDZ80 满足1CP机械强度的要求。所以可以选用减速器型号 ZDZ80-45-I。图 2.2 减速器示意图长春工业大学本科生毕业设计说明书11且可算出减速器输出转速 。r/min3205.4r/in10ino2.2.3 齿轮齿
18、条箱设计一技术参数的设计计算电机通过减速器后输出的力依然是旋转力，但是根据设计要求，需要的是一个由轴向力来提供检测转向机的负载。所以设计了一个齿轮齿条机构，用以将减速器输出的旋转力转换为轴向力。首先是齿轮的设计。将齿轮固定在减速器的输出轴上，并与齿条配合。齿轮的技术参数如下：分度圆直径 齿顶圆直径md24mda26齿根圆直径 模数 m=1f0齿数 z=24 齿距 p齿顶高 齿根高1ah 25.1fh齿高 25.m然后是齿条的设计。由于齿条必须和转向机输出轴同轴，并且相向运动，才能通过它们之间的压力传感器来检测到转向机的输出力大小，从而本设计将齿条焊接在一根短杆上，然后再和齿轮配合。杆的下方用的
19、是一个 U 型槽支撑导向。齿条的具体技术参数如下：齿顶高 齿根高12ahmmhf25.1杆长 l70根据齿轮的分度圆直径和转速来计算齿条的移动速度：106dnv106r/in324s/4.齿轮分度园直径（mm）齿轮转速（r/mm）1二.箱体结构设计第二章 实验台机械部分设计说明12(1)箱体的设计箱体的设计是结构设计中比较重要的一个环节，它是形状比较复杂的一个零件。它对轴系零件的固定和支撑，传动件啮合精度的高低，齿轮齿条配合之间的密封和润滑等都会起到重要的作用和影响。箱体的制造有铸造和焊接两种方法。铸造箱体一般用灰铸铁(HT200 或HT150)铸造。铸造的箱体刚性好，加工也方便，尤其适合形状
20、比较复杂的箱体零件的生产，所以应用比较广泛。焊接箱体采用的是钢板焊接的方法，其重量轻，制造费时少。但是焊接时易发生变形，所以适用于单件小批量生产。总结设计箱体时应考虑以下几个问题：1) 箱体要有足够的刚度为保证箱体在正常工作时不至于发生形变，导致轴承座孔中心偏移，从而在设计箱体时，在箱座和箱盖上需制出加强筋与内加强筋。如果轴承座是剖分式结构的，还要保证其连接的刚度。所以设计时，应该使座孔两侧的连接螺栓尽量得靠近轴承孔。设计的支承螺栓用的凸台高度和凸台顶部的面积时，需考虑到装螺栓的扳手空间。但必须注意，轴承旁螺栓的螺栓孔与端盖连接螺钉的螺钉孔不能发生干涉。2) 保证具有良好的铸造工艺性(2) 减
21、速器附件的结构设计1)启盖螺钉它用于启盖时顶起机盖的螺钉，启盖螺钉通常装在箱盖两侧边的凸缘上，一般有 1 到 2 个，拧紧启盖螺钉便可以顶起箱盖。2)定位销定位销主要用来保证箱体轴承座孔的镗制与装配的精度。定位销一般有两个。需在箱体接合凸缘的对角方向各安装一个圆锥销，而且两销相距尽量远些，以提高定位精度，但尽量不要对称布置。长春工业大学本科生毕业设计说明书132.3 液压助力系统在汽车完成的转向运动的过程中，由驾驶人员提供的转向力只占一小部分，大部分的转向力是由液压或者电力系统提供的。因此，为使被试转向机能正常工作，试验台必须同样使用助力系统来帮助被试转向机来完成其转向运动。本设计被试转向机型
22、号为 3411005 配套的液压助力系统。液压助力转向系由机械转向器、油箱、溢流阀、液压油泵和限压阀等组成（见下图） 。油泵为柱塞泵，在液压泵上配有限压阀和溢流阀，以确保系统安全。其分配阀、转向器置于一个整体，分配阀和主动齿轮轴装在一起（阀芯与齿轮轴垂直布置） ，阀芯上有控制槽，阀芯通过转向轴上的拨叉拨动。转向轴用销钉与阀中的弹性扭杆相接，该扭杆决定于阀的特性，并能起到阀的中心定位作用。汽车处在直行状态时，转向盘会在居中位置，阀芯和隔套也会在中间位置。所有液流控制口均会打开，液压油很通畅地从油泵经控制阀泄回油罐。方向盘转动时，转向轴带动阀芯相对滑套运动，从而使油液通道发生变化，液压油会从油泵排
23、出，经控制阀流向动力缸的一侧，从而推动活塞带动齿条运动，通过横拉杆等使车轮偏转从而完成转向。图 2.3 液压系统结 构图第二章 实验台机械部分设计说明142.3.1 油箱的设计(1) 油箱的特点本设计中的油箱是用钢板焊接成的，大型的油箱则用型钢作为骨架，再在外表焊上钢板。油箱的形状一般是方形或者长方形，为了便于清洗油箱内壁及箱内滤油器，油箱盖板一般为可拆卸的。油箱在液压系统中除了起到储油的作用外，还有散热，将液压油中的气泡分离出来，沉淀杂质等作用。油箱中安装有很多辅件：加热器，冷却器，杂质气体过滤器及安装液位计等。油箱分为开顶式油箱和闭顶式油箱两种。开式油箱，箱中油的表面与大气相通，在油箱盖上
24、装有杂质气体过滤器。开式油箱的结构简单，安装维护都很方便，液压系统大多采用这种结构形式。闭式油箱通常用在压力油箱，内充一定压力惰性气体，充气压力可达 0.05MPa。如果按油箱的形状来分，还可以分为矩形油箱和圆罐形油箱。矩形油箱制造容易，箱上易于安放液压器件，被广泛采用；圆罐形油箱强度大，重量轻，且易于清扫，但制造较难，占地空间较大，只在大型冶金设备中经常采用。(2) 油箱设计要点设计油箱时应该考虑如下几点1) 油箱必须有足够大的容积。一方面需尽可能地满足散热要求，另一方面保证在液压系统停止工作时能够容纳系统的所有工作介质，而且工作时又能保证适当的液位。2) 抽油管以及回油管应该插入最低液面以
25、下，以防止吸入空气和回油飞溅产生气泡。油管端口与箱底，箱壁距离一般大于等于管直径的三倍。抽油管可安装 100um 左右的网式过滤器，安装时要考虑到装卸问题和清洗过滤器。返油管口要斜切 45角且要对着箱壁，以防止回油冲击油箱底部的沉积物，同时也要有利于散热。长春工业大学本科生毕业设计说明书153) 吸油管和回油管之间的距离要尽可能远点，之间应设置隔板，以加大液流循环的途径，这样就能提高散热，分离空气及沉淀杂质的效果。隔板高度为液面高度的 2/33/4。4）为了使得液压油的清洁，油箱应有周边密封的盖板，盖板上装有空气过滤器，注油及通气一般都由一个杂质气体过滤器来完成。为便于放油和清理，箱底要有一定
26、的斜度，并在最低处设置放油阀。对于不易开盖的油箱，要设置清洗孔，以便于油箱内部的清理。5) 油箱底部应距离地面 150mm 以上，以便于搬运，放油和散热。在油箱的适当位置要设吊耳，以便吊运，还要设置液位计，以监视液位。6) 对油箱内表面的防腐处理要给予充分的注意。常用的方法有： 酸洗后磷化。适用于所有介质，但受酸洗磷化槽限制，油箱不能太大。 喷丸后直接涂防锈油。适用于一般矿物油和合成液压油，不适合含水液压油，因不受处理条件限制，大型油箱较多采用此方法。 喷沙后热喷涂氧化铝。使用于除水-乙二醇外所有介质。 喷沙后进行喷塑。适用于所于介质。但受烘干设备限制，油箱不能过大。考虑油箱内表面的防锈处理，
27、不但要顾及与介质的相容性，还要考虑处理后的可加工性，制造到投入使用之间的时间间隔以及经济性，条件允许时采用不锈钢制油箱无疑是最理想的选择。(3) 油箱容量计算油箱容量与系统的流量有关，一般油箱容量为最大流量的 35 倍。故为保守起见油箱容量是流量的 5 倍。根据叶片泵 YBX-16 的型号来确定油箱容量。310nqQO第二章 实验台机械部分设计说明16式中 n额定转速； 容积效率；q理论排量； Q O流量。所以： min/4.2106430 L故油箱的容量为 V15按液压站的油箱公称容量系列(JB/T7938-1999)取 V=120L,根据设计的需要分别取长为 800mm;宽为 5mm；高为
28、 600mm。2.3.2 管路部分一、管路管路是液压系统中液压元件之间传递液体的各种油管的总称，管接头用于油管与油管之间的连接以及油管与元件之间的连接。为保证液压系统工作可靠，管路及管接头应有足够的强度，良好的密封，其压力损失要小，拆装要方便。(1) 管路的种类及材料1) 种类管路按其在液压系统中的作用可分为：主管路，包括吸油管路，压油管路，和回油管路，用来实现压力能的传送。泄油管路：将液压元件的泄漏油导入回油管或油箱的管路。控制管路：用来实现液压元件的控制和调节以及与检测仪表连接的管路。旁路管路：将通入压力油管路的部分或全部压力油旁路直接引回油箱的管路。2) 材料长春工业大学本科生毕业设计说
29、明书17根据系统要求，用户常采用的管路材料有：无缝钢管，有缝钢管，耐油橡胶软管，紫铜管，耐油塑料管及尼龙管。(2) 油管的尺寸油管的尺寸主要指内径，外径和壁厚。油管的内径大小取决于管路的种类及管内的流速值。在流量一定的条件下：内径小则流速高，压力损失大，而且可能产生噪声；内径大时虽可避免上述缺点，但难于安装，管路所占空间大，机器的重量增加，因此要选择合理的油管内径 d,一般由下式子来确定d= 式中 Q 为流经油管的流量； 为油在管内的允许速度。040一般来说，对于压油管路：当压力 p2.5MPa 时，管内油速 v=2m/s；当p=2.56MPas 时，v5m/s。金属油管的壁厚 金属油管按公式
30、计算并圆整确定内径后，再按受拉伸薄壁公式计算壁厚，即公式中 p 为油管内液体的最大工作压力；d 为油管直径；2pd 为许用拉伸应力，当 p17.5 MPa 时，取 n=4。无缝钢管的通径钢管的通径代表它的通流能力的大小，一般以 mm 为单位表示。通径仅表示管道的名义尺寸。例如，32 通径的油管的外径为 42 mm。二、管接头第二章 实验台机械部分设计说明18在液压系统中，金属管之间以及金属管与元件之间的连接，可以采用直接焊接，法兰连接和管接头连接。直接焊接时，焊接工作要在安装现场进行，需经过试装，焊接，除渣，酸洗等一系列工序，安装后拆卸不便，焊接质量不易检查，因此很少采用。法兰连接工作可靠，装
31、拆方便，但外形尺寸较大，而且要在油管上焊接或铸造法兰，因此多用于外径大于 50mm的油管连接。当油管外径小于 50mm 时，普通采用管接头连接。管接头的形式分两种，一种是焊接工艺的管接头，另一种是卡套式的管接头，扩口薄管接头以及快速管接头。软管与金属管或软管与元件之间的连接均采用软管连接，常用的形式有可拆式和扣压式。1. 焊接式管接头焊接式管接头主要由接头体，螺母和接管组成。接头体拧入机体。螺纹为细牙圆柱螺纹，接合面加密封圈防漏，接头体与接管之间用 O 型密封圈密封，接管与管路系统中的钢管通过焊接相连。焊接管接头具有结构简单，制造方便，耐高压，密封性能好等优点。工作压力可达到 31.5MPa,
32、是目前应用较广的一种接头形式。焊接管接头的缺点是对焊接质量要求高，特别是高压时焊缝往往成为它的薄弱环节。此外，焊缝处可能会残留少量焊渣或其他金属屑，它们在受到冲击或振动脱落后会影响系统的正常工作。2.卡套式管接头卡套式管接头主要由接头体，卡套和螺母等三个基本零件组成。其中卡套是接头的中的关键零件，它的质量好坏直接影响接头的密封性能，连接强度和重复使用性能。卡套是一个在内圆端部带有刃口的金属环，具有良好的刚度，硬度和韧性，卡套式接头连接性能的好坏，除与材料，制造精度和热处理质量等有关外，与装配质量的关系也较大。长春工业大学本科生毕业设计说明书192.3.3 柱塞泵的工作原理柱塞和柱塞套是一对精密
33、偶件，经配对研磨后不能互换，要求有高的精度和光洁度和好的耐磨性，其径向间隙为 0.0020.003mm 柱塞头部圆柱面上切有斜槽，并通过径向孔、轴向孔与顶部相通，其目的是改变循环供油量；柱塞套上制有进、回油孔，均与泵上体内低压油腔相通，柱塞套装入泵上体后，应用定位螺钉定位。 柱塞头部斜槽的位置不同，改变供油量的方法也不同。 出油阀和出油阀座也是一对精密偶件，配对研磨后不能互换，其配合间隙为 0.01mm。出油阀是一个单向阀，在弹簧压力作用下，阀上部圆锥面与阀座严密配合，其作用是在停供时，将高压油管与柱塞上端空腔隔绝，防止高压油管内的油倒流入喷油泵内。 出油阀的下部呈十字断面，既能导向，又能通过
34、柴油。 出油阀的锥面下有一个小的圆柱面，称为减压环带，其作用是在供油终了时，使高压油管里面的油压非常快地降低，从而使得喷孔处不会出现滴油的现象。当环带落入阀座内时则使上方容积很快增大，压力迅速减小，停喷迅速。 泵油工作原理 工作时，在油泵凸轮轴上的凸轮与柱塞的弹簧作用下，从而迫使柱塞作出上、下的往复运动，从而完成泵油任务，泵油过程被分为如下三个过程。 进油过程 首先凸轮凸起部分转过去，然后柱塞被弹簧顶着向下运动，从而使得柱塞上面的空间产生一定的真空，当柱塞套上面的进油孔被打开以后，在油泵上体油道里面的液压油经此油孔“吸入”泵油室，柱塞运动到最低点时，进油过程（吸油过程）完成。 供油过程第二章
35、实验台机械部分设计说明20当凸轮的凸起部分开始顶起滚轮的时侯，此时柱塞向上运动，柱塞上端的弹簧会被压缩，液压油受压，一部分液压油将会“被迫”经油孔流回油泵油室内。当柱塞顶面完全遮住套筒上的进油孔时，再由于柱塞和套筒的配合间隙非常的小，便会使得柱塞上面的空间成为一密闭的油室，此时柱塞继续向上运动，油腔里面的油压将很快的上升，泵油压力出油阀弹簧力+高压油管剩余压力时，将把出油阀推开，高压液压油经出油阀挤入高压油管，最后将会通过喷油器喷入燃油室。 回油过程 柱塞向上供油的过程中，当运动到柱塞上面的斜槽（停供边）与套筒上面的回油孔相通时，泵室低压油路会与柱塞头部的中孔和径向孔及斜槽沟通，上室不再密闭，
36、从而油压会迅速地下降，出油阀将在复位弹簧力的拉力作用下立即关闭，结束供油过程。此后柱塞还要向上运动，凸轮凸起部分转过最高点之后，在被压缩的弹簧的作用下，柱塞再一次向下运动。此时便开始了下一个循环。 图 2.4 柱塞泵进，出油口图2.3.4 溢流阀的工作原理为保证系统的安全运行，在叶片泵和转向机总成之间需要接入一个溢流阀来防止压力过大，损坏被测转向机。本设计中采用先导试溢流阀。先长春工业大学本科生毕业设计说明书21导试溢流阀由主阀和先导阀两部分组成。先导阀类似于直动型溢流阀，但一般多为锥阀（或球阀）形阀座式结构。主阀可分为一节同心结构、二节同心结构和三节同心结构。图 2.5、先导型溢流阀图 2.
37、5 为先导型溢流阀。由于主阀芯 6 与阀盖 3、阀体 4 与主阀座 7 等三处有同心配合要求，故属于三节同心结构。压力油自阀体 4 中部的进油口 P 进入，并通过主阀芯 6 上的阻尼孔 5 进入主阀芯上腔，在油阀盖 3 上的通道 a 和锥阀座 2 上的小孔作用与锥阀 1 上。当进油口的压力 p1小于先导阀调压弹簧 9 的调定值时，先导阀关闭，而且由于主阀芯上、下两侧有效面积比（A 2/A1）为 1.031.05，上侧稍大，作用与主阀芯上的压力差和主阀弹簧力均使主阀口闭紧，不溢流。当进油压力超过先导阀的调定压力时，先导阀被打开，造成资金油口 P 井主阀芯阻尼孔 5、先导阀口、主阀芯中心孔至阀体
38、4 下部出油口（溢流口）O 的流动。阻尼孔处的流动损失使主阀芯上、下腔中的油液产生一个随先导阀流量增加而增加的压力差，当它在主阀芯上、下作用面上产生的总压力差足以克服主阀弹簧力、主阀自重G 和摩擦力 Ff时，主阀芯开启。此时进油口 P 与出油口（溢流口）O 直接相通，造成溢流以保持系统压力。溢流阀进出口压力为 第二章 实验台机械部分设计说明22式中，A c为先导阀座孔的面积（m 2）；K y、K x分别为主阀和先导阀弹簧的刚度（N/m）；y 0、x 0分别为主阀和先导阀的预压缩量（m）；y、x 分别为主阀和先导阀阀口的开度（m）；F f为主阀与阀体间的摩擦力（N）；G 为主阀芯自重（N）。 2
39、.4 传感器的选择根据设计要求，需要检测被测转向器的输入端转矩和转角；输出端压力和位移。所以现在选用扭矩传感器型号：ACK-205；角位移传感器型号：DR-25;线位移传感器型号：ST-1-25;压力传感器型号：JYB-T0-PVG-T2Z。他们的工作电压均为+5V。2.5 转向器夹具设计根据设计要求被测转向器的型号为 3411005，它的外形图如下：图 2.6 3411005 外形根据上图在设计卡具时，设计两个带有 U 型槽的小托架，和一个带有压板的大 U 型槽托架。这样就可以控制住转向器的六个自由度，使转向器在测试时能够保持不动。三个 U 型槽托架都用六角头螺栓按照设计位置固定在转向器卡具
40、底板上，以便于更换相同型号的其他转向器。长春工业大学本科生毕业设计说明书232.6 台上部分装配要求根据设计要求并且考虑到实际工作中的合理性，在装配台上部分的配件时需要设计一个输入端支架和一个输出端支架，并且根据输入端的方向盘，转向器，输出端的电机和减速器的轴高的不同，通过调整各个支架的高度来使三个部分的轴高统一在一条直线上。这样才能顺利地装配台上部分的各个配件。考虑到需要更换的被测转向器的细微差别，两个支架的底板和卡具底板应该在边缘位置设计出足够的通孔，以便于使用螺栓紧固时能够根据实际情况来调整三个部分之间的相对位置。由于这个设计的要求，在设计台上部分的底板时，需要在上面设计出可以供螺栓紧固
41、件滑动的 T 型槽。3试验台控制电路设计说明3.1 设计的基本依据试验台系统总体方案设计内容主要包括：对试验台的机械结构进行设计，包括系统运动的方式，使用器件的型号和彼此之间的转动关系；对试验台控制电气部分的设计，包括芯片的选用和连线，运行程序的设计。然后对设计的方案进行优化。最后确定总体方案。3.2 试验台系统运动方式的确定试验台要求模拟真实小型汽车上转向器的工作环境来组成。该转向机为小型汽车的动力转向机，对输入端的输入力的要求较小，采用手动输入。输出端（测量检测）为电动系统，则应选用电机输入产生驱动力，再连接相关传感器。在输出端设计连接一个伺服电机。伺服电机也称为执行电动机，在控制系统中用
42、作执行元件，将电信号转换为轴上的转交或转速，以带动控制第二章 实验台机械部分设计说明24对象。为了在测量输出力的大小时便于改变测量电机输出力的大小，所以选用易于控制的伺服电机。为保护被测转向机，在伺服电动机之后连接一个减速器。图 3.1 系统总体图3.3 控制系统的选择控制系统由单片机部分.键盘及显示器.A/D 接口等组成。系统的测试和控制命令通过键盘操作实现。3.4 电气原理及接口设计3.4.1 Mcs-51 系列单片机的引脚及其功能本设计采用 MCS-51 系列中的 8031 单片机扩展控制系统。MCS-51 系列单片机的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强大，运算速度快，具有很高的性价比
43、。8031 与 Mcs-51 的其他型号的单片机的最大的区别在于它没有片内 ROM。所以，我认为采用 8031 单片机扩展控制系统能够很大的提高系统运行速度，准确率高，并且具有很强的性价比。以下是 8031 的引脚功能介绍：Mcs-51 系列单片机共有 40 个引脚，采用双列直插（DIP）封装形式，使用很方便。8031 各引脚功能分别如下：长春工业大学本科生毕业设计说明书25Vcc:+5V 电源电压。Vss:电路接地端。P0.0P0.7:通道 0，一般情况下它是 8 位漏极开路的双向 I/O 通道。当扩展片外存贮器时，它也是低八位地址和数据总线，在编程校验期间，它输入和输出字节代码，通道 0
44、吸收/发出二个 TTL 负载。P1.0P1.7:通道 1 是 8 位的拟双向 I/O 通道，在编程或者校验时，发出低 8 位地址。通道 1 吸收/发出一个 TTL 负载。P2.0P2.7:通道 2 是 8 位拟双向 I/O 通道，当访问片外存贮器时，用作地址总线的高八位。通道 2 能吸收/发出一个 TTL 负载。P3.0P3.7:通道 3 准双向 I/O 通道；第二功能为控制总线。图 3.2 8031 引脚图3.4.2 地址锁存器因为 MCS-51 单片机的 口所连接的是地址总线和数据总线，其中既有0P数据信号又有地址信号。因此在进行程序存储器（rom）的扩展时，必须利用地址锁存器将地址信号从
45、地址/数据总线中“提炼”出来。在本设计中，采用了 74LS373 地址锁存器这种常用的锁存器 IC。我们选择它，是因为74LS373 的连线比较简单，也不用更多的硬件辅助，并且价格很便宜。74LS373 是带有三态门的八 D 锁存器，当低电平信号送给三态门的使能端时，三态门就会处于导通状态，允许 1Q8Q 输出到 OUT ,此时处于浮OE 81P1.01 .2P1.23 .34P1.45 .56P1.67.78RST/VPD9 XD 3.010T P.1IN0 3.212IT1 P.30 3.414T1 P.55WR 3.616 D P.77XTAL218 19VS20 P2.021.1P2.
46、 23.34P2.425.56P2.627.78PSEN29ALE/ROG30A/VP 10.732P.60.534P.450.336P.270.138P. 9VC408031 8051 8751第二章 实验台机械部分设计说明26空状态。G 被称为数据打入线，当 74LS373 被用作地址锁存器时，首先应使低电平信号送给三态门的使能端 ，这时，当 G 端输入为高电平时，锁存OE器输出的状态就和输入端的状态相同；当 G 端从高电平恢复到低电平时，输入端的数据便被锁入 1Q8Q 的位锁存器中。3.4.3 扩展存储器本系统需要实时的显示测量数据，以便记录，而 8031 单片机只具有128b 的片内
47、ram，更不具有片内 rom，因此必须对存储器进行片外扩展。又考虑到系统的复杂性，从满足系统需要的角度出发，本系统选用 27256 和62256 两种芯片作为扩展存储器 IC。存储器是一种能存储大量二进制信息的半导体器件，比如可以存放各种程序、数据和资料等。存储器是数字系统中不可缺少的组成部分，半导体存储器因具有容量大、体积小、功耗低、存取速度快、使用寿命长等特点，在数字系统中得到了很广泛的应用。半导体存储器的种类很多，按照存取功能的不同，存储器可分为只读存储器（ Read-Only Memory，简称 ROM） 、随机存取存储器（Read Access Memory，简称 RAM）和可编程逻
48、辑阵列（PLD）三大类；按照制造工艺分类，存储器可分为双极型和 MOS 型两种。MOS 型存储器以功耗低及集成度高等优势在大容量存储器中应用最为广泛。数据存储器 62256： 62256 是一个静态随机读写存储器芯片，其引脚包含地址线 13 条（2 的 13 次幂=32k） ，数据线 8 条，2 个片选端cs1、cs2（CS1=0，CS2=1 才能选通芯片） ，一个写允许 WE 端和一个输出允许 OE 端。该芯片功耗极低，在未选中时仅 10w，工作时也仅 15mw，很适合用于电池供电的 RAM 电路。程序存储器 27256：这是一种可以擦去重写的只读存贮器 rom。通常用紫外线对其窗口进行照射
49、，便可把它所存贮的内容擦去。之后，又可以用电的方法对其重新编程，写入新的内容。一旦写入，其存贮的内容可以长期（几十年）地保存，即使去掉电源电压，也不会影响它所存贮的内容及其存储时间。长春工业大学本科生毕业设计说明书27图示为 27256 的引脚图.图 3.3 27256 引脚图3.4.4 8155 可编程并行 I/O 扩展接口51 系列单片机共有 4 个 8 位并行 I/O 端口，这些 I/O 端口通常情况下不能完全供用户使用。只有在不进行外部储存器扩展时才允许这 4 个 I/O 端口全部作为用户 I/O 端口使用。即使 4 个 I/O 端口可全部外用，有些情况下，也不能满足用户的要求。此时，需要对单片机应用系统进行 I/O 端口的扩展，扩展的 I/O 端口 IC 采取与存储器相同的寻址方法，所有扩展 I/O端口或相当于 I/O 端口外设，以及通过 I/O 端口连接的其他外设均与片外数据存储器统一编址。本试验中需要连接控制系统的矩阵键盘，因此采用8155 I/O 扩
