Разработка электромеханического усилителя руля для автомобиля шевроле нива

Разработка электромеханического усилителя руля для автомобиля Шевроле Нива

Пензенская государственная сельскохозяйственная академия
кафедра тракторы, автомобили и теплоэнергетика
Дипломный проект на тему «Разработка электромеханического усилителя руля для автомобиля Шевроле Нива»
Пенза 2014

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………………………………………………………..………..…5
1. Обзор конструкций рулевых механизмов и усилителей рулевого управления автомобилей ….……………………………………………………7
1.1Анализ конструкций червячных рулевых механизмов ………..…….8
1.2 Анализ конструкций усилителей рулевого управления …………. 10
1.3 Устройство и принцип работы электроусилителя рулевого управ-ления автомобилей ВАЗ…………………………………………………………..17
1.4 Патентный обзор конструкций электроусилителей рулевого управле-ния………………………………………………………………………………. 23
1.5 Выводы по разде-лу………………………………………………….…29
2. Разработка электроусилителя рулевого управле-ния…………………30
2.1 Устройство и принцип работы модернизированного электроуси-лите-ля………………………………………………………………………………….30
2.2 Расчет параметров проектируемого электроусилителя руля ……….33
2.3 Расчеты на прочность деталей электроусилителя руля …………….35
2.4 Выводы по разде-лу………………. …………………………………..43
3. Технология монтажа эур на автомобиль ……………….……….……44
3.1 Общее описание и работа системы ……………………………….…44
3.2 Схема подключения ЭУР к бортовой сети автомобиля ………….…47
4. Безопасность жизнедеятельности ……………………………………..50
4.1 Инструкция по охране труда для водителей автомобиля «Шевро-ле-Ни-ва»………………………………………..………..…………………………. 52
4.2 Экологическая безопасность …………. 55
4.3 Пожарная безопасность……. …………………………….……. …..58
5. Экономическое обоснование проекта …………………………. ….62
5.1 Сравнительная оценка рулевого управления базового и модерни-зированного автомобилей …………………………………….…..…………….…62
5.2 Расчет себестоимости проектируемого усилителя ру-ля……………..63
5.3 Экономическая эффективность применения электроусилителя ру-левого управле-ния…………………………………………….…………….….….68
Общие выво-ды……………………………………………………………..72
Литерату-ра………………….…………………………………….……..…73
Содержание графической части:
1 Общий вид автомобиля
2 Обзор конструкций электроусилителей руля и датчиков крутящего момента
3 Общий вид рулевого управления автомобиля
4 Рулевая колонка с ЭУР
5 Рулевая колонка с ЭУР
6 Усилитель электромеханический
7 Рабочие чертежи деталей
8 Монтажная схема подключения ЭУР
9 Экономическая эффективность проекта

Состав: Общий вид автомобиля (ВО), Обзор конструкций электроусилителей руля и датчиков крутящего момента (ТС), Общий вид рулевого управления автомобиля (ТС), Рулевая колонка с ЭУР (ВО), Усилитель электромеханический (СБ), деталировка (вал, вал в сборе, корпус), Монтажная схема подключения ЭУР (ТС), Экономическая эффективность проекта (ТС), спецификации, ПЗ

Источник

Разработка электромеханического усилителя руля для автомобиля Шевроле Нива

Принцип работы

Вся система включает в себя следящий привод, электродвижок, датчики момента и угла поворота руля, блок управления. В качестве опции может устанавливаться и датчик скорости поворота руля. В зависимости от конкретного типа авто, строение следящего привода может быть разным, но об этом расскажем чуть позже. Электродвигатель устанавливается современный, бесщеточный. Датчик момента являет собой базу всей системы. В рулевой вал монтируется торсион. Компоненты датчика ставятся на концах вала. Принцип его действия также может быть разнообразным.

Во время поворота руля происходит закручивание торсионного вала. И чем больше усиление, тем сильнее затягивается торсион. Вся эта информация передается через датчик крутящего момента в блок управления. Последний считывает и анализирует данные, сравнивает их с данными других датчиков и рассчитывает усилие, которое нужно приложить, дабы помочь водителю развернуть колеса. Электродвигатель получает команду и начинает действовать либо на рулевую рейку, либо на вал рулевой колонки.

Электроусилитель рулевого управления (в обиходе называемый элетроусилителем руля) — это конструктивный элемент в рулевом управлении автомобиля, который создает дополнительное усилие во время поворота рулевого колеса при помощи электрического привода. В современном автомобилестроении происходит постепенная замена гидроусилителя руля электроусилителем рулевого управления.

Основное преимущество электроусилителя руля по сравнению с гидроусилителем складывается из нескольких факторов:

— удобное регулирование характеристик управления;

— высокая информативность управления;

— надежность из-за отсутствия гидравлической системы;

— экономия топлива из-за экономного расходования энергии.

Имеется две схемы электроусилителя руля: усилие электродвигателя поступает на вал рулевого механизма, либо оно может передаваться на рейку рулевого колеса.

Электромеханический усилитель — это наиболее совершенная конструкция, с точки зрения инженерного решения. Имеется две конструкции этого усилителя: с двумя шестернями или с параллельным приводом.

Электромеханический усилитель состоит из следующих составных частей:

1) система управления;

3) механическая передача.

Рисунок 3.18-Электроусилитель руля (схема)

Электромеханический усилитель c двумя шестернями

Электроусилитель руля объединяется с рулевым механизмом в едином блоке. В усилителе устанавливается обычно асинхронный электродвигатель. Передача крутящего момента от электродвигателя на рейку рулевого механизма обеспечивается механической передачей.

Одна шестерня служит для передачи крутящего момента к рейке рулевого механизма собственно от рулевого колеса, а еще одна – от электродвигателя усилителя. На рейке имеется два участка специальных зубьев. Один из них и является приводом усилителя.

Электрический усилитель руля c параллельным приводом

В таком электроусилителе усилие от электродвигателя переходит на рулевой механизм при помощи ременной передачи, а также установлен специальный шариковинтовой механизм.

Рисунок 3.19-Электрический усилитель рулю с параллельным приводом

При этой схеме усиление может передаваться как на рейку рулевого колеса, так и на вал управления рулевым механизмом. Принципиального значения для управления автомобилем во время движения это не имеет. Обе схемы зарекомендовали себя одинаково надежными.

Рисунок 3.20-Электроусилитель ZF Servolectric в зависимости от полной массы и компоновки автомобиля может встраиваться в различные звенья рулевого управления.

1 — рулевая колонка; 2 — электроусилитель с червячной передачей и электронным блоком управления; 3 — промежуточный вал; 4 — реечный рулевой механизм; 5 — следящее устройство с торсионом; 6 — блок управления; 7 — электропривод с механизмом винт—шариковая гайка—рейка

Электромеханический усилитель активно поддерживает воз­врат управляемых колес в среднее положение. Эта функция назы­вается «активной самоустановкой» колес. Благодаря ее действию водитель лучше чувствует среднее положение рулевого управле­ния, она облегчает также вождение автомобиля по прямой при воздействии на него различных внешних сил.

Если при движении по прямой на автомобиль действует боко­вой ветер или поперечное усилие, вызываемое уклоном дорожно­го полотна, усилитель обеспечивает постоянный поддерживаю­щий момент, который освобождает водителя от необходимости создавать реактивные усилия на рулевом колесе.

Общее расположение агрегатов рулевого управления с элек­троусилителем показано на (рис. 3.21) на примере автомобиля Ореl Согsа.

— электроусилитель;
2
— карданный вал рулевого управления; 3 — рейка привода рулевого управления

Общее расположение агрегатов рулевого управления с электроусилителем

Электроусилитель руля или ЭУР, имеет много преимуществ по сравнению с гидравликой.

Во-первых, экономия топлива: усилитель включается в работу только в том случае, когда водителю требуется помощь в повороте руля.

Во-вторых, надежность. Как ни крути, но в текущем обслуживании электроусилители куда менее прихотливы, чем ГУР и белее дешевы.

В-третьих, адаптивность. ЭУР легче настроить так, чтобы усиление зависело от скорости авто, усилия на руле и угла поворота.

В четвертых, у ЭУР большие возможности компоновок, что, для производителя немаловажно. Электродвигатель может передавать усилие на вал рулевого колеса, вал шестерни рейки, саму рейку. Словом, четвертый плюс электроусилителя – вариативность его установки.

Есть, и свои недостатки у ЭУРа. Они, в основном, потребительского толка. Владельцу такого автомобиля следует помнить, что грамотно диагностировать ЭУР собственными силами невозможно. Любые вопросы следует решать в авторизованном сервисе. Электроусилитель руля – деталь неремонтопригодная. Меняется единым сборным узлом. Отсюда логично следует дороговизна ремонта.

Чтобы устройство рулевого управления автомобиля служило долго, необходимо уделять внимание его профилактике. Тщательная проверка деталей и механизмов рулевого управления сможет уберечь от поломок, требующих длительного и дорогостоящего ремонта. Помимо профилактики, большое значение имеет стиль вождения.

Предупредить возникновение неисправностей может своевременное техническое обслуживание, включающее в себя диагностику состояния рулевого механизма и других важных деталей и элементов автомобиля.

Строение конструкции

Вариантов строения электроусилителя много, поэтому для наглядности рассмотрим продукцию лидера в этом производстве, в лице компании ZF — электроусилитель марки Servolectric. ЭУР подбирается и «ставится» с учетом конкретного типа автомобиля. На миниатюрных легковушках электроусилитель ставится на рулевой вал, среди авто второго класса передача вспомогательного усиления происходит через установленную шестерню, а в случае с легкими коммерческими автомобилями и внедорожниками отмечается использование параллельноосевой конструкции.

Так как легковым автомобилям большое воздействие от ЭУРа не требуется, следящий привод и электродвижок на такие машины устанавливаются настолько миниатюрные, что все оборудование без проблем помещается под рулем в самом салоне авто. Вместе с этим, там же размещаются и все датчики. Такое расположение очень удачно даже потому, что вся конструкция качественно оберегается от воздействия высоких температур и загрязнения.

Среднеразмерные авто оснащаются электроусилителем с парой шестерней. Через одну из них на рейку поступает усиление от руля, а через вторую дополнительное усиление от электрического мотора.

Дабы создать большее усиление, используется параллельноосевая конструкция. Здесь, для придания линейного движения ролевой рейке задействуется зубчатоременчатый привод и специальный механизм.

Вне зависимости от того, какой принцип конструкции использовался, в случае неисправности водитель сможет и дальше безопасно перемещаться на своем автомобиле, благодаря присутствию прямого механического контакта между колесом и рулем.

Возможности и сильные стороны

Основная сильная сторона электроусилитея в сравнении с ГУРом заключается в надежности и экономичности первого. Такая конструкция не отнимает энергию у двигателя, и только это позволяет экономить на топливе порядка 0,4-0,8 литров на каждые 100 км (конкретный показатель зависит от режима движения). Как следствие, падает количество вредных выбросов, от 10 до 20 г/км.

Электроусилитель подключается только в моменты поворота руля, во время прямого движения энергии он не потребляет. Конструкция ЭУРа компактнее и занимает гораздо меньше места по сравнению с гидроусилителем, а также он не требует обслуживания.

Работа ЭУР происходит тише и стоимость его намного ниже, но в то же время в случае его поломки ремонтные работы обойдутся дороже. Высокая стоимость обусловлена тем, что в случае неисправности недееспособные узлы нужно менять целиком.

ЭУР можно настраивать в зависимости от вида ТС и конкретных условий движения. Водитель с помощью кнопки на панели имеет возможность отключить устройство от датчика скорости, что обеспечит «легкость» руля и, как следствие, комфортное передвижение в условиях города.

Одну и туже модель ЭУРа можно с помощью программы настроить под разные модели авто. Электроусилитель имеет возможность возвращать руль в «ноль», а также автоматически удерживать колеса в среднем положении (например, в случае разного давления в шинах).

Сообщение ЭУР с другими электронными системами в транспортном средстве позволяет использовать первый:

Если вам понравилось, пожалуйста, поделитесь с друзьями!

Плюсы и минусы разных усилителей

Применение гидравлики для облегчения управления автомобилем обусловлено следующими достоинствами ГУРа:

Основной недостаток гидравлической системы – необходимость контроля уровня жидкости и периодического обслуживания. Нужно следить, чтобы не протекали сальники поршневого механизма, распределителя и насоса, вовремя менять и подтягивать ремень, смазывать подшипники.

Прочие минусы не столь существенны:

В противовес гидравлике ЭУР отличается такими преимуществами:

Рекомендуем: Сравнение KIA Rio и Chevrolet Cruze

Еще одна особенность электроусилителя руля – возможность изменения настроек работы в зависимости от условий езды и искусственное создание «тяжести» в баранке на большой скорости. Вдобавок ЭУР способен «рулить» машиной самостоятельно при движении по прямой, что реализовано на многих автомобилях премиум-класса.

Слабая сторона электрического усилителя — высокая цена. А чем больше стоимость узла, тем дороже обойдется его ремонт, а зачастую вышедший из строя ЭУР приходится менять целиком.

Второй недостаток – малая мощность привода, поэтому подобные усилители не ставятся на большегрузные авто и микроавтобусы.

Источник

Разработка электромеханического усилителя руля для автомобиля шевроле нива

Электрическая мобильность – это будущее

Независимо от того, насколько сильна ваша приверженность двигателям внутреннего сгорания, вы должны признать, что придет день, когда транспортные средства нового поколения будут иметь подобные электрические оси. Немцы в ZF уверены в таком исходе и в этом году основали новое подразделение «E-Mobility», в котором они прорабатывают будущую концепцию по строительству и развитию запатентованной технологии, описанной выше.

Когда такая большая компания, как ZF, инвестирует в подобные технологии, это явный признак того, что автомобильная промышленность находится в фазе трансформации, которая в итоге принесет больше электромобилей и гибридов на дороги.

4 весомых преимущества электропривода от ZF

Подумайте о возможности того, что ваш следующий автомобиль сможет получить до 204 лошадиных сил только на задней оси, а передние колеса дополнительно смогут обзавестись точно таким же отдельным электрическим силовым агрегатом. Итого – более 400 лошадей в общей сложности. Звучит потрясающе, и вот почему:

1. Это приведет к идеальному соотношению мощности к весу транспортного средства, которые ранее не были доступны широкому кругу разнообразных автомобилей, от вполне бюджетных до спортивных суперкаров. Такой подход позволит обеспечить еще более высокую мощность и крутящий момент как для электрокаров, так и для гибридов со вспомогательным ДВС или автомобилей с топливными элементами.

2. Другой изюминкой этой системы является максимальный крутящий момент в 380 Нм, который способен обеспечить такой электрический двигатель. Чрезвычайно достойный результат с учетом малого веса интегрированной схемы привода.

3. Кстати, о весе. Масса привода составляет всего 113 килограммов, а также она может быть интегрирована в разнообразные автомобильные архитектуры. Все, что нужно, это аккумулятор для питания силовой системы. Поскольку e-axle имеет компактные размеры, батарею можно разместить над осью с внешней стороны кузова или внутри пассажирского салона.

4. Другим значительным прорывом, достигнутым компанией ZF с этой новой системой, является использование асинхронного двигателя (ASM). Этот мотор не требует использования магнитных материалов, таким образом, уменьшается потребность в использовании редкоземельных материалов, таких как неодим или диспрозий. Благодаря этому решению система будет более дешевой, а ее производство не будет наносить вред окружающей среде, как создание других распространенных электродвигателей, к примеру синхронных двигателей с возбуждением от постоянных магнитов (PSM).

Возможности и сильные стороны

Основная сильная сторона электроусилитея в сравнении с ГУРом заключается в надежности и экономичности первого. Такая конструкция не отнимает энергию у двигателя, и только это позволяет экономить на топливе порядка 0,4-0,8 литров на каждые 100 км (конкретный показатель зависит от режима движения). Как следствие, падает количество вредных выбросов, от 10 до 20 г/км.

Электроусилитель подключается только в моменты поворота руля, во время прямого движения энергии он не потребляет. Конструкция ЭУРа компактнее и занимает гораздо меньше места по сравнению с гидроусилителем, а также он не требует обслуживания.

Работа ЭУР происходит тише и стоимость его намного ниже, но в то же время в случае его поломки ремонтные работы обойдутся дороже. Высокая стоимость обусловлена тем, что в случае неисправности недееспособные узлы нужно менять целиком.

ЭУР можно настраивать в зависимости от вида ТС и конкретных условий движения. Водитель с помощью кнопки на панели имеет возможность отключить устройство от датчика скорости, что обеспечит «легкость» руля и, как следствие, комфортное передвижение в условиях города.

Одну и туже модель ЭУРа можно с помощью программы настроить под разные модели авто. Электроусилитель имеет возможность возвращать руль в «ноль», а также автоматически удерживать колеса в среднем положении (например, в случае разного давления в шинах).

Сообщение ЭУР с другими электронными системами в транспортном средстве позволяет использовать первый:

Строение конструкции

Вариантов строения электроусилителя много, поэтому для наглядности рассмотрим продукцию лидера в этом производстве, в лице компании ZF — электроусилитель марки Servolectric. ЭУР подбирается и «ставится» с учетом конкретного типа автомобиля. На миниатюрных легковушках электроусилитель ставится на рулевой вал, среди авто второго класса передача вспомогательного усиления происходит через установленную шестерню, а в случае с легкими коммерческими автомобилями и внедорожниками отмечается использование параллельноосевой конструкции.

Так как легковым автомобилям большое воздействие от ЭУРа не требуется, следящий привод и электродвижок на такие машины устанавливаются настолько миниатюрные, что все оборудование без проблем помещается под рулем в самом салоне авто. Вместе с этим, там же размещаются и все датчики. Такое расположение очень удачно даже потому, что вся конструкция качественно оберегается от воздействия высоких температур и загрязнения.

Среднеразмерные авто оснащаются электроусилителем с парой шестерней. Через одну из них на рейку поступает усиление от руля, а через вторую дополнительное усиление от электрического мотора.

Дабы создать большее усиление, используется параллельноосевая конструкция. Здесь, для придания линейного движения ролевой рейке задействуется зубчатоременчатый привод и специальный механизм.

Вне зависимости от того, какой принцип конструкции использовался, в случае неисправности водитель сможет и дальше безопасно перемещаться на своем автомобиле, благодаря присутствию прямого механического контакта между колесом и рулем.

Электрический привод от ZF будет интегрирован в новые автомобили в 2019 году

В начале месяца ZF представила свою новую систему электропривода и объявила, что ее производство начинается уже в 2018 году.

Модульная технология электрического привода – новое решение от компании ZF – подходит для электромобилей, гибридов и автомобилей на топливных элементах.

Немецкая компания-поставщик автомобильного оборудования уточнила, что их новое техническое решение обеспечивает мощность до 204 л. с. (150 кВт) и полностью интегрировано в ведущую ось таким образом, чтобы его можно было разместить как в передне-, так и в заднеприводных вариантах автомобилей.

Вы задались вопросом: зачем нужно знать об этой новой технологии? Все на самом деле просто – эта система в конечном итоге очень скоро будет интегрирована в целый ряд моделей широкого спектра автопроизводителей, и она имеет практически бесконечный потенциал для очередного технологического скачка в гибридных и электрических автомоделях.

Производительность и размер

Новый модуль от ZF интегрирует электрический двигатель и двухступенчатую трансмиссию в одном корпусе. В нем же установлен дифференциал и специальный охладительный агрегат. Все компоненты оборудуются силовой электроникой и специальным программным обеспечением. Такой подход может значительно уменьшить траты на производство и дальнейшее развитие технологии с прицелом на будущие поколения электрических автомобилей.

Длина блока вдоль оси – 45 сантиметров, ширина – 38 см. Его высота составляет около 51 см. Крепиться силовая часть электропривода будет по схеме, представленной на фото выше.

Электродвигатель развивает скорости до 13.000 об/мин, а встроенная коробка передач получила передаточное число 9,6: 1. ZF использует две ступени в КПП для уменьшения уровня шума и обеспечения динамического разгона без включения большего количества шестерен.

Возможное применение (какая автокомпания станет первой обладательницей технологии)

За счет перечисленных выше преимуществ (небольшой вес, компактность, высокая производительность) новая разработка немецкого поставщика сможет легко прижиться на автомобилях немецких производителей уже в ближайшие годы. С ней электромобили и гибриды будут весить меньше, а стоимость их производства снизится.

Несмотря на то что ZF не уточнила, с какими автопроизводителями она проводила переговоры, на карандаш можно поставить сразу несколько крупнейших европейских компаний. Есть сугубо личное предположение, что для Volkswagen это был бы идеальный вариант выбраться из репутационной ямы.

Подход будет выгоден для всех. ZF подсадит на свою продукцию концерны, а вторым, в свою очередь, не придется вкладывать огромные деньги в разработку собственных альтернатив.

Плюсы и минусы разных усилителей

Применение гидравлики для облегчения управления автомобилем обусловлено следующими достоинствами ГУРа:

Основной недостаток гидравлической системы – необходимость контроля уровня жидкости и периодического обслуживания. Нужно следить, чтобы не протекали сальники поршневого механизма, распределителя и насоса, вовремя менять и подтягивать ремень, смазывать подшипники.

Прочие минусы не столь существенны:

В противовес гидравлике ЭУР отличается такими преимуществами:

Рекомендуем: Сравнение KIA Rio и Chevrolet Cruze

Еще одна особенность электроусилителя руля – возможность изменения настроек работы в зависимости от условий езды и искусственное создание «тяжести» в баранке на большой скорости. Вдобавок ЭУР способен «рулить» машиной самостоятельно при движении по прямой, что реализовано на многих автомобилях премиум-класса.

Слабая сторона электрического усилителя — высокая цена. А чем больше стоимость узла, тем дороже обойдется его ремонт, а зачастую вышедший из строя ЭУР приходится менять целиком.

Второй недостаток – малая мощность привода, поэтому подобные усилители не ставятся на большегрузные авто и микроавтобусы.

Источник