|
Разработка электромеханического усилителя руля для автомобил
|
|
| engineerklub | Дата: Пятница, 09.05.2025, 10:27 | Сообщение # 1 |
 Генералиссимус
Группа: Администраторы
Сообщений: 33442
Статус: Offline
| Разработка электромеханического усилителя руля для автомобиля Шевроле Нива
Тип работы: Диплом и связанное с ним
Форматы файлов: КОМПАС, Microsoft Word
Описание:
Дипломный проект на тему "Разработка электромеханического усилителя руля для автомобиля Шевроле Нива"
В проекте предложена модернизация электромеханического усилите-ля рулевого управления автомобиля «Шевроле-Нива». Предлагаемая си-стема отличается повышенной надежностью и простотой конструкции.
Проект содержит: патентные исследования, анализ существующих кон-струкций и технических решений, описание предлагаемой конструкции элек-тромеханического усилителя, прочностные расчёты деталей, технологический процесс монтажа рулевой колонки с ЭУР, инструкцию по технике безопасно-сти водителя автомобиля, расчёт себестоимости изготовления электроусили-теля, расчёт основных технико-экономических показателей производства.
В первом разделе проекта представлен обзор конструкций электроуси-лителей рулевого управления и датчиков крутящего момента. На основании данного обзора предложена модернизация ЭУР, предназначенного для авто-мобиля «Шевроле-Нива».
Во втором разделе проекта производится описание принципа работы модернизированного электроусилителя рулевого управления, производятся необходимые инженерно-технические расчеты элементов предлагаемой кон-струкции.
В третьем разделе проекта проводится разработка технологического процесса монтажа на автомобиль рулевой колонки с электроусилителем, раз-рабатывается монтажная схема подключения ЭУР к бортовой сети автомоби-ля
В четвертом разделе разработаны мероприятия по охране труда и эко-логической безопасности, позволяющие сделать эксплуатационный процесс более безопасным для здоровья человека. Произведены необходимые расчеты инженерных систем, а также лимитированы нормы выбросов вредных веществ автомобилем.
В пятом разделе проводится расчет экономической эффективности внед-рения разработанного ЭУР и расчет общей экономической эффективности проекта.
Содержание
Аннотация
Введение…
1. Обзор конструкций рулевых механизмов и усилителей рулевого управления автомобилей
1.1Анализ конструкций червячных рулевых механизмов
1.2 Анализ конструкций усилителей рулевого управления
1.3 Устройство и принцип работы электроусилителя рулевого управ-ления автомобилей ВАЗ…
1.4 Патентный обзор конструкций электроусилителей рулевого управления
1.5 Выводы по разделу…
2. Разработка электроусилителя рулевого управления…
2.1 Устройство и принцип работы модернизированного электроусилителя…
2.2 Расчет параметров проектируемого электроусилителя руля
2.3 Расчеты на прочность деталей электроусилителя руля
2.4 Выводы по разделу…
3. Технология монтажа эур на автомобиль
3.1 Общее описание и работа системы
3.2 Схема подключения ЭУР к бортовой сети автомобиля
4. Безопасность жизнедеятельности
4.1 Инструкция по охране труда для водителей автомобиля «Шевроле-Нива»
4.2 Экологическая безопасность
4.3 Пожарная безопасность
5. Экономическое обоснование проекта
5.1 Сравнительная оценка рулевого управления базового и модернизированного автомобилей
5.2 Расчет себестоимости проектируемого усилителя ру-ля…
5.3 Экономическая эффективность применения электроусилителя ру-левого управления
Общие выводы
Литература
Содержание
СКАЧАТЬ
|
| |
| |
| engineerklub | Дата: Пятница, 09.05.2025, 10:27 | Сообщение # 2 |
|
Генералиссимус
Группа: Администраторы
Сообщений: 33442
Статус: Offline
| 1.3 Устройство и принцип работы электроусилителя рулевого управления автомобилей ВАЗ
На заводы ОАО «АвтоВАЗ» и СП «GM-АвтоВАЗ» поставляется элек-тромеханический усилитель рулевого управления, который является сов-местной разработкой АО \'\'Авиаагрегат" (г. Махачкала) и НПК(О) "Энер-гия" (г. Воронеж) – авторское свидетельство РФ № 2158692 [8].
Электроусилитель руля автомобиля, структурная схема которого по-казана на рисунке 1.8, состоит из датчика момента 11, измеряющего при-ложенный к рулю 14 момент и формирующего соответствующие выход-ные сигналы, датчика скорости 2 автомобиля, измеряющего скорость дви-жения автомобиля и формирующего соответствующие выходные сигналы, электродвигателя 10, связанного с рулем 14 через червячный редуктор 12, датчика положения ротора ДПР 9, регистрирующего положение ротора относительно статора и формирующего соответствующие выходные сиг-налы, датчика режима работы автомобиля 1, регистрирующего режим ра-боты автомобиля и обеспечивающего соответствующий выходной сигнал, блока управления электродвигателем, включающего в себя формировате-ли 3, 4, процессор 5, драйверы ключей 6, 3-х фазный мостовой инвертор, реле 8 и формирующего силовые сигналы на обмотках электродвигателя с учетом сигналов датчиков момента 11, скорости автомобиля 2, датчика положения ротора 9, датчика режима работы автомобиля 1.
Рисунок 1.8 – Структурная схема электроусилителя
Компоновка электроусилителя показана на рисунке 1.9. Датчик мо-мента размещен внутри корпуса электроусилителя и состоит из индуктив-ной катушки 1, перфорированных электропроводящих цилиндров 2 и 3 и торсионного вала 4. Торсионный вал 4 является упругим элементом, рабо-тающим на скручивание и служит для преобразования момента, прило-женного к рулю, в угловое перемещение цилиндров 2 и 3 относительно друг друга. Угловое перемещение регистрируется посредством измерения параметров катушки. Электродвигатель состоит из зубчатого безобмоточ-ного ротора 5 и зубчатого статора 6 с обмотками 7. Внутри электродвига-теля установлен датчик положения ротора, состоящий из перфорирован-ного диска 8 и смещенных на 120 электрических градусов датчиков 9. Вал ротора соединен шлицевым соединением с червяком 10 редуктора 11. Вращающий момент электродвигателя передается червяком 10 на зубча-тое колесо 11 редуктора и далее на торсионный вал 4 и рулевую колонку 12.
Рисунок 1.9 – Компоновка электроусилителя (базовый вариант)
Электродвигатель выполняется трехфазным с числом зубцов на ста-торе - 12, на роторе - 8. Зубцовая зона выполнена с разной шириной ко-ронок зубцов статора 13 и ротора 14: для зубцов статора - bz1 = (0,31...0,35)t2, зубцов ротора - bz2 = (0,41...0,44)t2. На роторе выполнен скос зубцов ротора относительно зубцов статора на величину β= (0,075....0,15)t2.
Основной алгоритм работы электроусилителя подчинен реализации характеристик, показанных на рисунке 1.10 и связывающих момент на ру-ле Mp с требуемым моментом компенсации Mk, который должен быть обеспечен электроусилителем, при разных значениях скорости движения автомобиля.
По мере роста момента на руле Mp увеличивается момент компенса-ции Mk со стороны электроусилителя. В то же время при увеличении ско-рости движения автомобиля эффективность работы электроусилителя должна быть снижена в соответствии с заданной характеристикой, то есть необходимый момент компенсации Mk снижается. Это связано с тем, что наибольшие усилия к рулю прикладываются водителем при неподвижном автомобиле и во время движения с малой скоростью.
СКАЧАТЬ
|
| |
| |
| engineerklub | Дата: Пятница, 09.05.2025, 10:28 | Сообщение # 3 |
|
Генералиссимус
Группа: Администраторы
Сообщений: 33442
Статус: Offline
| Рисунок 1.10 – Связь крутящего момента вала и момента компенсации
При возникновении момента на руле Mp, превышающего заданный минималь-ный момент Mmin, блок управления электродвигателем вырабатывает силовой управляющий сигнал, приложенный к обмоткам электродвигателя, для создания на рулевой колонке требуемого компенсирующего момента Mk в соответствии с харак-теристиками. При этом величина сигнала на обмотке формируется с учетом сигнала датчика скорости автомобиля, а также сигналов датчика положения ротора и датчи-ка момента на руле Mp. Для защиты аккумулятора от разряда электроусилитель не включается при неработающем двигателе автомобиля. Для этого в блок управления введен сигнал датчика режима работы автомобиля. Электроусилитель выполняется реверсивным в соответствии с требуемыми характеристиками. Приведенные харак-теристики реализуются с помощью программного обеспечения процессора (см. ри-сунок 1.7).
Датчик положения имеет наиболее простое исполнение в виде сдвину-тых друг относительно друга на 120 электрических градусов трех датчи-ков на основе эффекта Холла и перфорированного цилиндра с числом перфораций, равным числу зубцов ротора, в данном случае - 8. При вра-щении ротора датчик положения выдает три сигнала d-A, d-B и d-C, сдви-нутые также на 120 электрических градусов или 1/3 периода.
В соответствии с сигналами ДПР блоком управления подается сило-вой управляющий сигнал на обмотку и по фазным катушкам протекает ток. Причем при работе в области малых частот вращения двигателя ток в фазную катушку подается в положении для данной фазы "зубец-паз", а от-ключается в положении "зубец-зубец". Таким образом, длительность токо-вого импульса составляет 180 электрических градусов или 1/2 периода, форма импульса - прямоугольная. По мере роста частоты вращения кру-тизна фронтов фазного тока уменьшается. Для обеспечения при указанной форме импульса тока, минимального уровня пульсаций момента на валу электродвигателя и, соответственно, на руле специально сформирована геометрия зубцовой зоны. Ширина коронки зубцов статора - bz1 = (0,31. ..0,35)t2, ротора - bz2 = (0,41...0,44)t2. Помимо минимального уровня пуль-саций выполнение зубцов с разной шириной коронок обеспечивает такую зависимость момента от угла, у которой производная момента по углу в зонах включения ("зубец-паз") и отключения тока ("зубец-зубец") наименьшая по абсолютному значению. Это обеспечивает снижение чув-ствительности пульсаций момента как к неточности включения и отключе-ния тока в указанных положениях ротора, так и к заваливанию нарастаю-щего и спадающего фронтов тока по мере увеличения частоты вращения. Положительное влияние на снижение пульсаций имеет выполнение взаим-ного скоса зубцов статора и ротора на величину β= (0,075...0,15)t2.
Для снижения акустического шума, вызванного деформациями стато-ра электродвигателя от действия магнитных сжимающих сил, предлагается применить конструкцию магнитопровода статора повышенной жесткости за счет увеличения порядка деформаций: с число зубцов на статоре - 12, на роторе - 8.
Таким образом, выполнение электродвигателя в трехфазном варианте с предложенными размерами коронок зубцов статора и ротора, а также применение скоса зубцов позволяет обеспечить низкий уровень пульсаций момента электродвигателя и, тем самым, высокое качество работы элект-роусилителя в целом. При этом следует отметить, что для обеспечения низкого уровня пульсаций момента в предлагаемом техническом решении достаточно применения датчика положения ротора простейшей конструк-ции. Кроме того, не требуется использования датчика скорости вращения электродвигателя для построения системы управления, демпфирующей пульсации момента на руле с помощью соответствующей обратной связи.
СКАЧАТЬ
|
| |
| |
| engineerklub | Дата: Пятница, 09.05.2025, 10:28 | Сообщение # 4 |
|
Генералиссимус
Группа: Администраторы
Сообщений: 33442
Статус: Offline
| Однако в ходе эксплуатации автомобилей, оснащенных ЭУР рассмот-ренной конструкции, было выявлено несколько случаев отказов усилителя, иногда приводивших к аварии. Причиной отказов является исчезновение сигнала, поступающего с датчика крутящего момента рулевого вала при повороте руля. Поэтому необходимо провести патентный поиск техниче-ских решений, способствующих повышению эксплуатационной надежно-сти электроусилителя, а также упрощению конструкции и повышению тех-нологичности.
1.4 Патентный обзор конструкций электроусилителей рулевого управления
Известен электроусилитель рулевого управления (ЭУР), встраивае-мый в рулевую колонку автомобиля по а.с. РФ № 2216473 [9] (рисунок 1.11), который содержит корпус 1, датчик момента в составе торсиона 2 и измерителя 3 угла скручивания торсиона, вал, состоящий из входного ва-ла 4 и выходного вала 5, электромеханизм компенсирующего момента в составе электродвигателя 6 с полым ротором 7, связанным с выходным валом 5 и установленным на двух подшипниках 8, 9. Выходной вал 5 охвачен установленным на нем полым ротором 7. Корпус 1 выполнен со-стоящим из двух объемов 10, 11 с разновеликими радиальными размера-ми относительно оси рулевого вала. В первом объеме 10, являющимся корпусом электродвигателя 6, размещаются частично входной вал 4 с по-лым участком 12, торсион 2 и частично выходной вал 5 с полым участком 13, на котором закреплен охватывающий его ротор 7, а во втором объеме 11 - измеритель 3 угла скручивания торсиона 2 и, частично, входной и вы-ходной валы 4, 5. Первый объем 10 содержит две торцевые стенки 14, 15. сверху, как правило, содержащие продольные цилиндрические участки 16, 17 с основаниями в виде сегмента круга, как наиболее оптимальные по га-баритным размерам.
Торсион 2 размещается в полых участках 12, 13 входного и выходно-го валов 4, 5. При парковке или во время движения автомобиля при пово-роте входного вала 4 скручивается торсион 2. Угол скручивания торсиона 2 определяется измерителем 3 угла скручивания торсиона 2. Сигнал о ве-личине скручивания, а также другие сигналы, например, о скорости дви-жения автомобиля и т.д. передаются в блок управления (не показан) элект-роусилителя рулевого управления, который, при необходимости, включа-ет и выключает электромеханизм компенсирующего момента, помогая, та-ким образом, вращению выходного вала 5.
Рисунок 1.11 − Электроусилитель рулевого управления, встраиваемый в рулевую колонку автомобиля
Технический результат заключается в снижении габаритных размеров электроусилителя рулевого управления для расширения его компоновоч-ных возможностей, повышении надежности работы и комфортности в ав-томобиле.
Известна конструкция датчика крутящего момента вала по а.с. РФ № 2244274 [10] (рисунок 1.12), который содержит торсионный вал 3, корпус 4, внутри которого размещен каркас 5 катушек индуктивности с обмотка-ми 6, 7 и экраны 8, 9 с перфорированными в них окнами 10, 11. Первая часть 1 вала и вторая часть 2 вала соединены торсионным валом 3, у об-ращенных друг к другу торцов частей вала 1, 2 установлены экраны 8, 9, выполненные в виде дисков. Первый экран 8 установлен на первой части 1 контролируемого вала посредством втулки 12, а второй экран 9 жестко закреплен на второй части 2 контролируемого вала, например, винтами 13. Окна 10 в рядах первого экрана 8 выполнены в два ряда со смещени-ем, как правило окна одного ряда расположены напротив межоконных пе-ремычек другого ряда. Ряд окон 11 второго экрана 9 захватывает по ши-рине оба ряда окон 10 первого экрана 8, наиболее предпочтителен вари-ант, когда ряд окон 11 охватывает оба ряда окон 10.
При отсутствии крутящего момента напротив каждого окна 11 второ-го экрана 9 симметрично устанавливают части окон 10 обоих рядов пер-вого экрана 8. При этом напротив каждой катушки индуктивности распо-ложение окон 10, 11 одинаково, соответственно равны длины просветов совместного окна напротив каждой катушки. В результате индуктивности катушек одинаковы и мостовая измерительная цепь переменного тока находится в состоянии баланса.
СКАЧАТЬ
|
| |
| |
| engineerklub | Дата: Пятница, 09.05.2025, 10:29 | Сообщение # 5 |
|
Генералиссимус
Группа: Администраторы
Сообщений: 33442
Статус: Offline
| Рисунок 1.12 – Датчик крутящего момента вала по а.с. РФ № 2244274
При приложении между частями контролируемого вала 1, 2 крутяще-го момента окна 10, 11 экранов 8, 9 взаимно смещаются , длина просвета совместного окна напротив одной катушки увеличивается , а напротив другой уменьшается. Индуктивности катушек изменяются в противопо-ложных направлениях, что приводит к дисбалансу мостовой измеритель-ной цепи переменного тока и генерации сигнала, величина которого про-порциональна моменту скручивания. При этом, меняя конфигурацию окон 10, 11, можно получить различные виды характеристик выходного сигнала.
В случае приложения к контролируемому валу крутящего момента противоположного направления мостовая измерительная цепь разбалан-сируется и выходной сигнал оказывается сдвинутым по фазе на
180 электрических градусов. Таким образом, с помощью заявляемого устройства определяется направление и величина крутящего момента ва-ла.
В состав ЭУР, известного по а.с. РФ № 2278797 [11], входят корпус 1 (рисунок 1.13), входной 2 и выходной 3 валы, соединенные между собой посредством торсиона 4, который является чувствительным элементом датчика 5 момента, измеряющего приложенный к рулю момент и форми-рующего соответствующие выходные сигналы. Имеются также электро-двигатель 6, ротор которого установлен на выходном валу 3, управляе-мый источник питания трехфазной обмотки статора электродвигателя, датчик 7 положения ротора электродвигателя и блок управления.
Входы блока управления соединены с выходами датчика 5 момента и датчика 7 положения ротора электродвигателя 6, а выход подключен к управляющему входу источника питания. Электродвигатель 6 состоит из статора с магнитопроводом 8 и ротора 9, установленного на выходном валу 3 усилителя руля.
При появлении сигнала на датчике 5 момента блок управления элек-тродвигателем 6 вырабатывает силовой управляющий сигнал, приложен-ный к обмоткам электродвигателя 6, для создания на рулевом механизме требуемого компенсирующего момента. При этом величина сигнала на обмотке 12 формируется с учетом сигналов датчика 7 положения ротора. В блоке управления 6 в соответствии с сигналом задания формируется ток синусоидальной формы, который, протекая по обмоткам 12 статора 10, создает электромагнитный момент, приложенный непосредственно к выходному валу 3 усилителя руля.
Рисунок 1.13 - Электромеханический усилитель руля автомобиля
Датчик крутящего момента вала 1, 2 (рисунок 1.14), известный по а.с. РФ № 2244907 [12], содержит торсионный вал 3, выполненный в виде втулки, на внешней цилиндрической поверхности которой жестко закреп-лен чувствительный элемент 4 в форме цилиндра из магнитоупругого ма-териала со спиральными прорезями 5, материал 6 между которыми обра-зует части витка спирали. Прорези 5 в одной половине цилиндра образу-ют угол +45 градусов с его образующей, а в другой половине -45 граду-сов. Соответственно материал 6 между прорезями образует части витка левовинтовой и правовинтовой спирали в разных половинах цилиндра. Торсионный вал 3 с чувствительным элементом 4 установлен концентриче-ски внутри двух цилиндрических катушек индуктивности 7, закрепленных на неподвижном относительно контролируемого вала 1, 2 корпусе 8. Кон-цы торсионного 3 и контролируемого 1, 2 валов крепятся между собой при помощи штифов 9.
На рисунке 1.14, б показан внешний вид цилиндра чувствительного элемента с контролируемым валом без корпуса и катушек индуктивности
На рисунке 1.14, в показан вариант исполнения , когда участок кон-тролируемого вала сам является торсионным валом, на котором жестко закреплен чувствительный элемент 4.
На рисунке 1.14, г показан вариант исполнения торсионного вала 3, выполненного из магнитоупругого материала в виде цилиндрической втулки со спиральными прорезями, который сам является чувствитель-ным элементом.
СКАЧАТЬ
|
| |
| |
