【正文】 第 1 頁 共 36 頁 摘 要 此次設(shè)計是基于 FUNAC Serise 0i MateMD 的典型零件的編程與加工。 轉(zhuǎn)向助力泵作為汽車轉(zhuǎn)向的動力源，是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的 “心臟 ”部位。在發(fā)達(dá)國家中，大小汽車的動力轉(zhuǎn)向裝車率已接近 100%，目前，國內(nèi)的許多車型已開始采用動力轉(zhuǎn)向。因此在推廣和使用轉(zhuǎn)向泵的過程中，必須了解和掌握其性能、原理，才能做到正確使用和維護(hù)。 一、工作原理 轉(zhuǎn)向泵主要有葉片、齒輪式、柱塞式等幾種。從目前國內(nèi)發(fā)展來看，推廣使用最多的為葉片泵。主要零件有定子、轉(zhuǎn)子、配油盤、葉片、泵體及后蓋等。泵 體內(nèi)裝有流量控制閥和安全閥。當(dāng)泵工作時滑閥有一定開度，使流量達(dá)到規(guī)定要求，多余的流量又回到泵的吸煙腔內(nèi)。若油路發(fā)生堵塞或意外事故，使系統(tǒng)壓力超過泵的最大工作壓力時，安全閥打開，滑閥全部開啟，所有壓力油均回到吸油腔，對系統(tǒng)起安全保護(hù)作用。 二、使用與維護(hù)注意事項 正確選擇所用液壓油的牌號，否則會影響泵的效率及壽命。 所用液壓油必須清潔，經(jīng)常檢查，定期更換油泵吸油路上的濾油網(wǎng)。司機(jī)在加油時，必須備有過濾裝置，確保油液的清潔度。并經(jīng)常檢查、清洗或更換過濾裝置，保持油路暢通。 若較長時間不使用轉(zhuǎn)向泵，重 新起動時，不得立即滿負(fù)荷工作，至少應(yīng)有十分鐘的空載運(yùn)轉(zhuǎn)時間。 使用時應(yīng)經(jīng)常檢查轉(zhuǎn)向泵有無滲漏現(xiàn)象，運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，有無沖擊或異常噪音，以便及時發(fā)現(xiàn)并排除故障。 第 2 頁 共 36 頁 目 錄 第一章： 緒論 ………………………………………………………………………… 汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述 ． 1 汽車轉(zhuǎn)向助力泵的類型及工作原理 汽車助力轉(zhuǎn)向泵簡介 國內(nèi)外對葉片泵的研究 本課題研究的意義與價值 本文研究目標(biāo)及內(nèi)容 第二章： 泵體及定子曲線的設(shè)計及優(yōu)化 …………………………………… 現(xiàn)有雙作用葉片泵的定子曲線及其優(yōu)缺點 雙作用葉片泵的工作原理 雙作用葉片泵的定子曲線 常見雙作用葉片泵的定子曲線及其優(yōu)缺點 定子曲線的設(shè)計及優(yōu)化 無沖擊、低噪聲定子曲線的特性 定子曲線的設(shè)計及優(yōu)化 定子曲線的評估 理論曲線的評估 第 3 頁 共 36 頁 零件的材料與技術(shù)要求 第三章 ：零件的加工……………………………………………………………… 零件特征分析 零件圖樣分析 加工方法選擇 工序劃分 加 工路線確定 工件裝夾與夾具選擇 編程尺寸確定 選擇機(jī)床、工藝裝備等 機(jī)床選擇 刀具選擇 量具選擇 工藝參數(shù)確定 確定切削用量 填寫工藝文件 第四章：編制加工程序單…………………………………………………………… 結(jié)語 第 4 頁 共 36 頁 致謝 參考文獻(xiàn) 第 5 頁 共 36 頁 第一章 ： 緒論 近幾十年來，我國的汽車工業(yè)得到了迅速發(fā)展，為滿足對舒適性和安全性的更高要求，越來越多的汽車車型采用轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作壓力高、結(jié)構(gòu)緊湊，動力缸的尺寸 小、重量輕；油液具有不可壓縮性、靈敏度高；油液的阻尼作用可以用來吸收路面沖擊；動力裝置無需潤滑。故液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有利于節(jié)能、降噪以及轉(zhuǎn)向盤操作力控制。但也有其不可忽視的缺點，如能耗較大、噪聲較高等。 ． 1汽車轉(zhuǎn)向助力泵的類型及工作原理 轉(zhuǎn)向助力是協(xié)助駕駛員作汽車方向調(diào)整，為駕駛員減輕打方向盤的用力強(qiáng)度，當(dāng)然，助力轉(zhuǎn)向在汽車行駛的安全性、經(jīng)濟(jì)性上也一定的作用。 就目前汽車上配置的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和我能看到的資料，大致可以分為三類： 第一， 機(jī)械式液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)； 第二， 電子液壓助力轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)； 第三， 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 機(jī)械式液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 機(jī)械式的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般由液壓泵、油管、壓力流量控制閥體、 V型傳動皮帶、儲油罐等部件構(gòu)成。 無論車是否轉(zhuǎn)向，這套系統(tǒng)都要工作，而且在大轉(zhuǎn)向車速較低時，需要液壓泵輸出更大的功率以獲得比較大的助力。所以，也在一定程度上浪費(fèi)了資源?？梢曰貞浺幌拢洪_這樣的車，尤其 是 低速轉(zhuǎn)彎的時候，覺得方向比較沉，發(fā)動機(jī)也比較費(fèi)力氣。又由于液壓泵的壓力很大，也比較容易損害助力系統(tǒng)。 還有，機(jī)械式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由液壓泵及管路和油缸組成，為保持壓力， 不論是否需要轉(zhuǎn)向助力，系統(tǒng)總要處于工作狀態(tài)，能耗較高，這也是耗資源的一個原因所在。 一般經(jīng)濟(jì)型轎車使用機(jī)械液壓助力系統(tǒng)的比較多。 電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 主要構(gòu)件：儲油罐、助力轉(zhuǎn)向控制單元、電動泵、轉(zhuǎn)向機(jī)、助力轉(zhuǎn)向傳感器等，其中助力轉(zhuǎn)向控制單元和電動泵是一個整體結(jié)構(gòu)。 工作原理：電子液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的缺點。它所采用的液壓泵不再靠發(fā)動機(jī)皮帶直接驅(qū)動，而是采用一個電動泵，它所有的工作的狀態(tài)都是由電子控制單元根據(jù)車輛的行駛速度、轉(zhuǎn)向角度等信號計算出的最理想狀態(tài)。簡單地說 ，在低速大轉(zhuǎn)向時，電子控制單元驅(qū)動電子液壓泵以高速運(yùn)轉(zhuǎn)輸出較大功率，使駕駛員打方向省力；汽車在高速行駛時，液壓控制單元驅(qū)動電子液壓泵以較低的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，在不至于影響高速打轉(zhuǎn)向的需要同時，節(jié)省一部分發(fā)動機(jī)功率。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) (EPS) 英文全稱是 Electronic Power Steering，簡稱 EPS，它利用電動機(jī)產(chǎn)生的動力協(xié)助駕車者進(jìn)行動力轉(zhuǎn)向。 EPS 的構(gòu)成，不同的車盡管結(jié)構(gòu)部件不一樣，但大體是雷同。一般是由轉(zhuǎn)矩 (轉(zhuǎn)向 )傳感器、電子控制單元、電動機(jī)、減速器、機(jī)械轉(zhuǎn)向器、以及畜電池電源所構(gòu)成。 主要工作原理：汽車在轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)矩 (轉(zhuǎn)向 )傳感器會“感覺”到轉(zhuǎn)向盤的力矩和擬轉(zhuǎn)動的方向，這些信號會通過數(shù)據(jù)總線發(fā)給電子控制單元，電控單元會根據(jù)傳動 第 6 頁 共 36 頁 力矩、擬轉(zhuǎn)的方向等數(shù)據(jù)信號，向電動機(jī)控制器發(fā)出動作指令，從而電動機(jī)就會根據(jù)具體的需要輸出相應(yīng)大小的轉(zhuǎn)動力矩，從而產(chǎn)生了助力轉(zhuǎn)向。如果不轉(zhuǎn)向，則本套系統(tǒng)就不工作，處于 standby(休眠 )狀態(tài)等待調(diào)用。由于電動電動助力轉(zhuǎn)向的工作特性，你會感覺到開這樣的車，方向感更好，高速時更穩(wěn)，俗話說方向不發(fā)飄。又由于它不轉(zhuǎn)向時不工作，所以，也多少程度上節(jié)省了能源。一般高檔轎車使用 這樣的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的比較多 汽車助力轉(zhuǎn)向泵簡介 在動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向助力泵作為其心臟部件，直接影響到汽車的轉(zhuǎn)向和操作穩(wěn)定性。汽車動力轉(zhuǎn)向泵具有小排量、高轉(zhuǎn)速的特點。絕大多數(shù)轉(zhuǎn)向泵采用雙作用葉片泵，雙作用片泵也稱為平衡式葉片泵，與齒輪泵、柱塞泵相比，葉片泵由于具有尺寸小、重量輕、流量均勻、噪聲低的突出特點，在各種類型的汽車上獲得了廣泛的應(yīng)用。除了液壓泵外，轉(zhuǎn)向泵內(nèi)部一般還包括控制流量、壓力的閥件，這些閥件和液壓泵一起構(gòu)成了轉(zhuǎn)向泵的液壓回路。目前開式液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用比閉式系統(tǒng)更為廣泛，其能耗問題 也比較突出，因此本文選擇了開式液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中常用的雙作用葉片式轉(zhuǎn)向泵作為研究對象。 國內(nèi)外對葉片泵的研究 （參考文獻(xiàn) [14]） 葉片泵是目前中高壓液壓系統(tǒng)中使用較廣的一種泵。隨著液壓技術(shù)的不斷發(fā)展，葉片泵的高壓化導(dǎo)致了葉片泵頂部與定子內(nèi)表面接觸應(yīng)力的急劇升高 ,加劇了磨損 ,一旦受力不平衡 ,會引起葉片與定子內(nèi)表面的撞擊振動，從而激發(fā)噪聲。 50 年代后期，國外出現(xiàn)壓力等級為 的葉片泵時，其噪聲值為 75dB(A)，噪聲值過高成了一個急需解決的問題。從 1960 年起國外開始重視葉片泵噪聲問題，不斷 進(jìn)行降噪研究，到 70 年代末和 80年代中期，一系列性能優(yōu)良的低噪聲葉片泵相繼問世，噪聲值一般可控制在 65dB(A)以下，其中日本油研公司研制的 PV2R 系列葉片泵，噪聲值甚至低至 5162dB(A)，已達(dá)到低于同等功率電動機(jī)噪聲的水平。另外，像美國的 Denison“ T6”系列葉片泵，都較好的控制了葉片泵的噪聲值，屬于性能優(yōu)良的低噪聲葉片泵。 隨著國產(chǎn)汽車工業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)許多廠家進(jìn)行了汽車動力轉(zhuǎn)向泵的國產(chǎn)代開發(fā)。目前為止，已有許多種動力轉(zhuǎn)向泵實現(xiàn)了國產(chǎn)代。國內(nèi)的許多廠家通常采用 “ 反靠 ”靠模的加工方法加工定子內(nèi)曲線 條件好些的廠家使用精密測會儀器對定子樣品尺寸進(jìn)行較高精度的測繪，然后在數(shù)控機(jī)床上加工定子內(nèi)曲線。這些加工方法雖然能較好地仿制出國外定子內(nèi)曲線的形狀，但因在加工過程中不可避免地帶入了誤差。這種誤差為系統(tǒng)誤差，導(dǎo)致最終所得的定子內(nèi)曲線與實際的最佳過渡曲線形狀不符，同時，又由于國內(nèi)當(dāng)前的生產(chǎn)加工條件差，定子內(nèi)曲線加工精度難以滿足要求，存在加工誤差。 本課題研究的意義與價值 與齒輪泵或軸向柱塞泵等其他形式的液壓泵不同，雙作用式葉片泵使用壽命不是取決于軸承的壽命，而主要取決于定子內(nèi)表面與葉頂?shù)哪p程度。葉片泵 是目前中高壓液壓系統(tǒng)中使用較廣的一種泵。葉片泵的高壓化會引起葉片與定子內(nèi)表面的撞 第 7 頁 共 36 頁 擊振動，從而激發(fā)噪聲。噪聲不僅給環(huán)境帶來污染，而且大大影響了泵的使用性能，降低了泵的使用壽命。因此，葉片泵的噪聲控制成了一個急待解決的問題。 在葉片泵的低噪聲研究中，定子內(nèi)曲線一直被有關(guān)專家視為關(guān)鍵因素。為了解決這一問題，有必要對葉片泵定子內(nèi)曲線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，進(jìn)一步降低葉片泵工作時的噪聲，提高其工作效率。 本文研究目標(biāo)及內(nèi)容 本文對汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行了簡單分析，對汽車助力轉(zhuǎn)向泵，主要是雙作用葉片泵進(jìn)行了介紹。 通過對葉片泵的定子曲線進(jìn)行分析對比，高次型曲線能充分滿足葉片泵對定子曲線徑向速度、加速度和躍動等特性的要求，尤其在控制葉片振動，降低噪聲方面具有出的優(yōu)越性。本文主要對高次型定子曲線進(jìn)行了分析。 雙作用葉片泵的結(jié)構(gòu)特點 (1)配油盤。雙作用葉片泵的配油盤 ,在盤上有兩個吸油窗口 4和兩個壓油窗口 3,窗口之間為封油區(qū) ,通常應(yīng)使封油區(qū)對應(yīng)的中心角β稍大于或等于兩個葉片之間的夾角，否則會使吸油腔和壓油腔連通，造成泄漏，當(dāng)兩個葉片間密封油液從吸油區(qū)過渡到封油區(qū) (長半徑圓弧處 )時 ,其 壓力基本上與吸油壓力相同 ,但當(dāng)轉(zhuǎn)子再繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一個微小角度時，使該密封腔突然與壓油腔相通，使其中油液壓力突然升高 ,油液的體積突然收縮 ,壓油腔中的油倒流進(jìn)該腔 ,使液壓泵的瞬時流量突然減小 ,引起液壓泵的流量脈動、壓力脈動和噪聲 ,為此在配油盤的壓油窗口靠葉片從封油區(qū)進(jìn)入壓油區(qū)的一邊開有一個截面形狀為三角形的三角槽 (又稱眉毛槽 ),使兩葉片之間的封閉油液在未進(jìn)入壓油區(qū)之前就通過該三角槽與壓力油相連 ,其壓力逐漸上升 ,因而緩減了流量和壓力脈動，并降低了噪聲。環(huán)形槽 c 與壓油腔相通并與轉(zhuǎn)子葉片槽底部相通 ,使葉片的底部作用有壓力 油。 (2)定子曲線。定子曲線是由四段圓弧和四段過渡曲線組成的。過渡曲線應(yīng)保證葉片貼緊在定子內(nèi)表面上 ,保證葉片在轉(zhuǎn)子槽中徑向運(yùn)動時速度和加速度的變化均勻 ,使葉片對定子的內(nèi)表面的沖擊盡可能小。 過渡曲線如采用阿基米德螺旋線 ,則葉片泵的流量理論上沒有脈動 ,可是葉片在大、小圓弧和過渡曲線的連接點處產(chǎn)生很大的徑向加速度 ,對定子產(chǎn)生沖擊 ,造成連接點處嚴(yán)重磨損 ,并發(fā)生噪聲。在連接點處用小圓弧進(jìn)行修正 ,可以改善這種情況 ,在較為新式的泵中采用“等加速一等減速”曲線 ,如圖 315(a)所示。這種曲線的極坐標(biāo)方程為： ρ =r+ θ 2 (0＜θ＜ a/2 ρ =2rR+ (θ ) (a/2＜θ＜ a (321) 式中符號見圖 315 所示。 第 8 頁 共 36 頁 圖 1 定子過渡曲線 由式 (321)可求出葉片的徑向速度 dp/dt和徑向加速度 d2p/dt2,可知 :當(dāng) 0＜θ＜α /2 時 ,葉片的徑向加速度為等加速度 ,當(dāng)α /2＜θ＜α?xí)r等減速。由于葉片的速度變化均勻 ,故不會對定子內(nèi)表面產(chǎn)生很大的沖擊 ,但是 ,在θ =0、θ =α /2 和θ =α處 ,葉片的徑向加速度仍有突變 ,還會產(chǎn)生一些沖擊 ,如圖 215(b)所示。所以在國外有些葉片泵上采用了三次以上的高次曲線作為過渡曲 線。 (3)葉片的傾角。葉片在工作過程中 ,受離心力和葉片根部壓力油的作用 ,使葉片和定子緊密接觸。當(dāng)葉片轉(zhuǎn)至壓油區(qū)時 ,定子內(nèi)表面迫使葉片推向轉(zhuǎn)子中心 ,它的工作情況和凸輪相似 ,葉片與定子內(nèi)表面接觸有一壓力角為β ,且大小是變化的 ,其變化規(guī)律與葉片徑向速度變化規(guī)律相同 ,即從零逐漸增加到最大 ,又從最大逐漸減小到零 ,因而在雙作用葉片泵中 ,將葉片順著轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)方向前傾一個θ角，使壓力角減小到β′ ,這樣就可以減小側(cè)向力 FT,使葉片在槽中移動靈活 ,并可減少磨損 ,如圖 316所示 ,