1、目錄摘要AbstractH1緒論11.1 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類11.2 EPS系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展研究現(xiàn)狀11.3 EPS的分類11.3.1 轉(zhuǎn)向軸助力式11.3.2轉(zhuǎn)向小齒輪助力式21.3.3轉(zhuǎn)向齒條助力式21.4 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點32 1.5電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理3EPS方案設(shè)計52.1電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)選型52.2機(jī)械部分系統(tǒng)方案設(shè)計52.2.1機(jī)械部分設(shè)計要求分析52.2.2 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析52.2.3齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器布置和結(jié)構(gòu)形式的選擇72.2.4 轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)方案分析82.3控制部分系統(tǒng)方案設(shè)計82.3.1控制部分性能要求分析83 2.3.2控制部分方案設(shè)計10齒輪齒條式轉(zhuǎn)向

2、器設(shè)計143.1整車性能參數(shù)123.2齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計和計算123.2.1齒輪齒條轉(zhuǎn)向器計算載荷的確定123.2.2 轉(zhuǎn)向器基本部件設(shè)計153.2.3齒輪軸和齒條的材料選擇及強(qiáng)度校核213.2.4齒輪齒條轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向橫拉桿的運動分析243.2.5齒輪齒條傳動受力分析253.2.6間隙調(diào)整彈簧的設(shè)計計算253.2.7齒輪軸軸承的校核273.2.8鍵的計算28EPS的關(guān)鍵部件和控制策略35EPS的關(guān)鍵部件選型29293.1.1 電動機(jī)4.1.2電磁離合器294.1.3減速機(jī)構(gòu)304.1.4扭矩傳感器304.1.5電流傳感器31EPS的電流控制314.3助力控制324.4阻尼控制324.5回正控

3、制33EPS電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計415.1微控制器的選擇345.2硬件電路總體框架345.3電機(jī)控制電路設(shè)計35H橋上側(cè)橋臂MOSFET功率管驅(qū)動電路設(shè)計355.3.2橋臂的功率MOSFET管驅(qū)動電路365.4蓄電池倍壓工作電源37395.5電機(jī)驅(qū)動電路臺架試驗376結(jié)論致謝40參考文獻(xiàn)41電動助力轉(zhuǎn)向(ElectricPowerSteering,簡稱EPS)系統(tǒng)，是繼液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)后出現(xiàn)的一種新型動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，具有液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢，它不僅能節(jié)約能源，提高安全性，還有利于環(huán)境保護(hù)，是一項緊扣現(xiàn)代汽車發(fā)展主題的高新技術(shù)，是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)可解決

4、小型汽車轉(zhuǎn)向輕便性和靈敏性的矛盾，使駕駛員在汽車低速行駛時獲得較大助力，高速行駛時獲得較強(qiáng)的路感。由ECU根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號控制電動機(jī)離合器，使電動機(jī)在不需要助力時停止工作，降低了能量消耗，該系統(tǒng)能滿足不同車速下獲得不同助力特性的要求。本論文為汽車電動助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計，首先對EPS的發(fā)展歷程、發(fā)展現(xiàn)狀、原理、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了闡述，然后確定了以齒輪齒條式轉(zhuǎn)向為例進(jìn)行設(shè)計，對齒輪、齒條、轉(zhuǎn)向器等進(jìn)行了設(shè)計與計算，并對齒輪齒條的齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度進(jìn)行校核，最后利用AUTOCAD軟件繪制了齒輪、齒條及裝配圖。關(guān)鍵詞：汽車，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向器，齒輪齒條，計算AbstractElectricP

5、owerSteering(EPS)Systemisanewtypesteeringsystem,whichcansaveenergy,improvevehiclesafety,andbenefitenvironmentprotection.It'sanew-high-techthatfollowsmodernvehicledevelopmenttopicclosely.EPSismuchsuperiortohydraulicpowersteeringsystem.Itwillbetheinevitabledevelopingdirectionforautomobilepowerstee

6、ring.Theelectricpowersteering(EPS)systemcansolvethecontradictionbetweensteeringhandinessanddelicacythatexistsinsmalltypeofcars.Itenablethedrivertoobtainstrongerroadsensewhendriveinhighspeedandbiggerassistwhendriveinslowspeed.AccordingtobyECUtodishtorquesignalcontrolmotorclutch,makethemotorwheninneed

7、notstopworking,reduceboostofenergyconsumption,thissystemcansatisfydifferentspeedsgetdifferentdynamicalcharacteristicsrequirement.Thethesisisforthedesignofautoelectricpowersteering.First,itdiscusseddevelopmenthistory,EPSdevelopmentpresentsituation,theprinciple,andthestructure.Thendeterminerackandpini

8、ontypesteeringwithdesign.Designandcalculatesteeringgearandrack,andtestrackandpiniongearsurfacecontactstrengthandtoothrootbendingstrength.Finally,makedthepinionandrackandassemblydrawingbyusingAUTOCADsoftware.Keywords:automobile,EPS,steeringgear,rackandpinion,calculate1.緒論隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸追求安全、舒適、輕便的駕駛環(huán)境

9、，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由普通轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展。1.1助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按照提供動力的形式大致可以分為3類：液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(HydraulicPoweredSteering,HPS)，電動液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(ElectricallyHydraulicPoweredSteering,EHPS)，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(ElectricPowerSteering,EPS)。1.2 EPS系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展研究現(xiàn)狀在國外，從1979年開始研究電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，至今已有30多年的歷史。1988年日本鈴木公司首次開發(fā)出一種全新的電子控制式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并裝在其生產(chǎn)的Cervo車上，隨后乂配備在Alto

10、上。此后，其應(yīng)用范圍從微型轎車向大型轎車和客車方向發(fā)展。日本的大發(fā)汽車公司、三菱汽車公司、本田汽車公司，美國的Delphi公司，英國的Lucas公司，德國的ZF公司，都研制出了各自的EPS。在國外，EPS已經(jīng)進(jìn)入了批量生產(chǎn)階段。在國內(nèi)，EPS技術(shù)大多還處于實驗室開發(fā)研究階段，部分科研院所已經(jīng)進(jìn)入了裝車實驗。國內(nèi)的活華大學(xué)早在1992年就開始了EPS研究。2002年，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)國內(nèi)至少13家企業(yè)和科研院所正在研制中，如活華大學(xué)、吉林大學(xué)、7工蘇大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)以及南摩股份有限公司等。目前21個國內(nèi)汽車廠家的43種品種均可裝配EPS產(chǎn)品,其中六個廠家8個車型具有裝配EPS的潛力，其中有重慶長安的奧拓

11、、羚羊，吉利的美日、豪情，奇瑞的QQ,天津豐田的威馳，悅達(dá)起業(yè)的千里馬，東南汽車的菱帥，廣州本田的飛度等。1.3 EPS的分類電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按照電動機(jī)布置位置的不同，可以分為：轉(zhuǎn)向軸助力式(Column-assisttypeEPS)、齒輪助力式(Pinion-assisttypeEPS)、齒條助力式(RackassisttypeEPS)3種。1.3.1轉(zhuǎn)向軸助力式轉(zhuǎn)向軸助力式電動助力轉(zhuǎn)向器(C-EPS)的助力電機(jī)固定在轉(zhuǎn)向柱的一側(cè)，通過減速增扭機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向軸相連，直接驅(qū)動轉(zhuǎn)向軸助力轉(zhuǎn)向(圖1-1)。這種形式的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單緊湊、易丁安裝?，F(xiàn)在多數(shù)EPS就是采用這種形式。此外，C-EP

12、S的助力提供裝置可以設(shè)計成適用丁各種轉(zhuǎn)向柱，如固定式轉(zhuǎn)向柱、斜度可調(diào)式轉(zhuǎn)向柱以及其它形式的轉(zhuǎn)向柱。但由丁助力電機(jī)安裝在駕駛艙內(nèi)，受到空間布置和噪聲的影響，電機(jī)的體積較小，輸出扭矩不大，一般只用在小型及緊湊型車輛上。.速器扭矩傳贍肆電機(jī)電控單元圖1-1C-EPS1.3.2轉(zhuǎn)向小齒輪助力式齒輪助力式電動助力轉(zhuǎn)向器(PEPS)的助力電機(jī)和減速增扭機(jī)構(gòu)與小齒輪相連，直接驅(qū)動齒輪實現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向(圖1-2)。由丁助力電機(jī)不是安裝在乘客艙內(nèi)，因此可以使用較大的電機(jī)以獲得較高的助力扭矩，而不必?fù)?dān)心電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量太大產(chǎn)生的噪聲。該類型轉(zhuǎn)向器可用丁中型車輛，以提供較大的助力。減速器麟傳感器圖1-2P-EPS1.3.3

13、轉(zhuǎn)向齒條助力式齒條助力式電動助力轉(zhuǎn)向器(R-EPS)的助力電機(jī)和減速增扭機(jī)構(gòu)則直接驅(qū)動齒條提供助力(圖1-3)。由丁助力電機(jī)安裝丁齒條上的位置比較自由，因此在汽車的底盤布置時非常方便。同時，同CEPS和P-EPS相比，可以提供更大的助力值，所以一般用丁大型車輛上。圖1-3R-EPS1.4電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點1(1) 液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的油泵，不轉(zhuǎn)向時也工作，加大了能量消耗。而EPS系統(tǒng)只在轉(zhuǎn)向時電動機(jī)才提供助力，因而能減少能量消耗，并能在各種行駛工況下提供最佳的轉(zhuǎn)向助力。(2) 減小了由丁路面不平所引起的對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的干擾，改善了汽車的轉(zhuǎn)向性能，減輕了汽車低速行駛時的轉(zhuǎn)向操縱力，提高了汽車高速行

14、駛時的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，進(jìn)而提高汽車的主動安全性。由丁不需要加注液壓油和安裝液壓油管，所以系統(tǒng)的安裝簡便，自由度大，而且成本低，無漏油故障的發(fā)生，它比常規(guī)的液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)具有更好的通用性。1.5電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、轉(zhuǎn)矩傳感器、車速傳感器、控制單元(ECU)、離合器、助力電動機(jī)及減速機(jī)構(gòu)等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-4。圖1-4EPS結(jié)構(gòu)示意圖工作原理：汽車在運行過程中，扭矩傳感器、車速傳感器會產(chǎn)生各自的電信號，這些信號經(jīng)過濾波、信號電平調(diào)整后傳給ECU,ECU經(jīng)過分析處理后輸出控制信號給電機(jī)驅(qū)動模塊，實現(xiàn)對助力電機(jī)扭矩控制2。2 EPS方案設(shè)計2.1電動助

15、力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)選型緒論中已經(jīng)提到轉(zhuǎn)向軸式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)雖然提供的助力沒有其它兩種方式提供的助力大，但在安裝方面要方便的多。再者，這次設(shè)計的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要是針對經(jīng)濟(jì)型轎車來進(jìn)行開發(fā)的，其空間相對較小，空間問題是要考慮的重點問題。轉(zhuǎn)向軸式對空間緊湊的經(jīng)濟(jì)型轎車很適合。綜合以上原因，選擇轉(zhuǎn)向軸助力式。2.2機(jī)械部分系統(tǒng)方案設(shè)計機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)三大部分組成。2.2.1機(jī)械部分設(shè)計要求分析轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)，在汽車轉(zhuǎn)向行駛時，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。轉(zhuǎn)向系應(yīng)滿足如下基本要求4:(1) 汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，全部車輪應(yīng)繞瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，任何

16、車輪不應(yīng)有側(cè)滑。(2) 汽車在轉(zhuǎn)向行駛后，在駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤的條件下，轉(zhuǎn)向輪有自動回正作用。(3) 汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪都不得產(chǎn)生自振。(4) 保證汽車有較高的機(jī)動性，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎能力。(5) 轉(zhuǎn)向輪碰到障礙物以后，傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。(6) 操縱輕便。(7) 轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。2.2.2機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析目前汽車上廣泛使用的是齒輪齒條式及循環(huán)球式。（1）齒輪齒條式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、體積小、質(zhì)量輕；傳動效率高達(dá)90%;可自動消除齒問間隙；沒有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角可以增大；制造成本低。齒輪齒條式轉(zhuǎn)

17、向器的主要缺點是：逆效率高達(dá)60%70%。因此，汽車在不平路面上行駛時，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間的沖擊力，大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤。根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有四種形式4:中間輸入，兩端輸出（圖2-1a）;側(cè)面輸入，兩端輸出（圖2-1b）;側(cè)面輸入，中間輸出（圖2-1c）;側(cè)面輸入，一端輸出（圖2-1d）。圖2-1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的形式根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對前軸位置的不同，在汽車上有四種布置形式：轉(zhuǎn)向器位丁前軸后方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位丁前軸后方，前置梯形；轉(zhuǎn)向器位丁前軸前方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位丁前軸前方，前置梯形，見圖2-2。Hi駛?cè)f向圖2-2齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的布置形

18、式齒條斷面有圓形、V形和Y形三種。圓形斷面制造簡單；V形和Y形節(jié)約材料,質(zhì)量小而且位丁齒條下面的兩斜面與齒條托坐接觸，可以用來防止齒條繞軸線轉(zhuǎn)動。(2) 循環(huán)球式以及循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由螺桿和螺母共同形成的螺旋槽內(nèi)裝有鋼球構(gòu)成的傳動副,螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動副組成3,如圖2-3所示。圖2-3循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點是：傳動效率可達(dá)到75%85%;轉(zhuǎn)向器的傳動比可以變化；工作平穩(wěn)可靠；齒條和齒扇之間的間隙調(diào)整容易；適合用來做整體式動力轉(zhuǎn)向器。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：逆效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，制造精度要求高。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要用丁貨車和客車上。由丁齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器與循環(huán)球

19、式轉(zhuǎn)向器相比4:結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率高，操縱輕便，質(zhì)量輕；且不需要轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向直拉桿，使轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)得以簡化。針對本次設(shè)計，應(yīng)該選用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。2.2.3齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器布置和結(jié)構(gòu)形式的選擇在前橋僅為轉(zhuǎn)向橋的情況下，由轉(zhuǎn)向橫拉桿和左、右梯形臂組成的轉(zhuǎn)向梯形一般布置在前橋之后。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪處丁與汽車直線行駛相應(yīng)的中立位置時，梯形臂與橫拉桿在與道路平行的平面（水平面）內(nèi)的交角90°。在發(fā)動機(jī)位置較低或轉(zhuǎn)向橋兼充驅(qū)動橋的情況下，為避免運動干涉，往往將轉(zhuǎn)向梯形布置在前橋之前，此時上述交角900。本次設(shè)計是發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動，故采用如圖2-4所示的布置形式。圖2-4轉(zhuǎn)向梯形前置同時考慮到發(fā)動

20、機(jī)前置前驅(qū)故采用如圖2-5所示的側(cè)面輸入兩端輸出的結(jié)構(gòu)形式。圖2-5齒輪齒條位置布置2.2.4轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)方案分析轉(zhuǎn)向梯形有整體式和斷開式兩種。選擇該轉(zhuǎn)向梯形的方案時與懸架采用何種方案有關(guān)4?？紤]到本次設(shè)計中采用獨立懸架，故設(shè)計中采用斷開式轉(zhuǎn)向梯形。2.3控制部分系統(tǒng)方案設(shè)計2.3.1控制部分性能要求分析電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)除必須滿足車輛對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一切性能要求外，還應(yīng)滿足控制、控制系統(tǒng)、傳感器等性能要求，具體有以下幾點11:(1)具有良好的轉(zhuǎn)向助力特性轉(zhuǎn)向盤力是駕駛者輸入轉(zhuǎn)向盤用以操縱汽車的力。EPS的基本目標(biāo)是提高汽車停車泊位和低速行駛時的轉(zhuǎn)向輕便性，高速行駛時的操縱穩(wěn)定性6。在低車速、低側(cè)向

21、加速度行駛工況下，汽車應(yīng)具有適度的轉(zhuǎn)向盤力與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，還應(yīng)有良好的回正性能。在高車速和低側(cè)向加速度范圍內(nèi)，汽車應(yīng)具有良好的橫擺角速度頻率響應(yīng)特性，直線行駛能力和回正性能。轉(zhuǎn)向盤力的大小要適度，特別是隨著車速的提高，轉(zhuǎn)向盤力不宜過輕而要保持一定的數(shù)值；采用隨行駛車速而改變轉(zhuǎn)向盤操作力特性的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，可以顯著地改善高速行駛時轉(zhuǎn)向盤力的品質(zhì)。因此，EPS系統(tǒng)的助力特性曲線是一族隨車速變化的曲線，如圖2-6。右左轉(zhuǎn)向盆（撩縱）力圖2-6助力特性曲線（2）應(yīng)具有良好的操縱穩(wěn)定性汽車行駛穩(wěn)定性的影響因素很多，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是其重要影響因素之一。所謂穩(wěn)定性主要是指汽車在行駛過程中，當(dāng)突然受到外界橫向力作

22、用而發(fā)生自動轉(zhuǎn)向等不穩(wěn)定現(xiàn)象時，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)該具有使車輛在相當(dāng)短的時間內(nèi)迅速地回復(fù)正常行駛狀態(tài)的能力。轉(zhuǎn)向系一直存在著輕與靈的矛盾，在不同的工況下，對操作穩(wěn)定性要求的側(cè)重面是不一樣的。一般轉(zhuǎn)向力與路感是相互制約的，轉(zhuǎn)向力小意味著轉(zhuǎn)向輕便，能減小駕駛員的體力消耗；但轉(zhuǎn)向力過小，就缺乏路感。傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向由丁不能對助力進(jìn)行實時調(diào)節(jié)與控制。所以協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向力和路感的關(guān)系困難，特別是汽車高速行駛時，仍k會提供較大助力，使駕駛員缺乏路感，甚至感覺汽車發(fā)飆，影響操縱穩(wěn)定性，危機(jī)|汽車高速行駛時的安全。由丁EPS由電機(jī)提供助力，助力大小由電控單元（ECU）實時調(diào)節(jié)與控制。EPS可以根據(jù)車速不同工況，制定不同的控

23、制策略，自動地削弱或吸收擺振、維持轉(zhuǎn)向盤具有良好的穩(wěn)定感的能力，較好地解決上述矛盾。|（3）應(yīng)具有良好的跟隨性EPS是一種電子控制電動助力轉(zhuǎn)向伺服系統(tǒng)，跟隨性問題十分重要78。所謂跟隨性問題是指當(dāng)轉(zhuǎn)向盤有轉(zhuǎn)向輸入時，系統(tǒng)中的各個元件（如電機(jī)等）及其他相關(guān)元k（如車輪等）均具有快速、協(xié)調(diào)和準(zhǔn)確的響應(yīng)性或跟隨性。例如，當(dāng)在方向盤上輸入一個偏轉(zhuǎn)角位移時，下部輸出軸要在直流電機(jī)的帶動下，按照給定的輸入角位移穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速地跟蹤上輸入偏轉(zhuǎn)角的位移。(3) 具有良好的回正特性駕駛員轉(zhuǎn)向時，回正力矩是使轉(zhuǎn)向車輪自動返回到直線行駛位置的主要恢復(fù)力矩之一。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)作用到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，電

24、動機(jī)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中不僅存在著摩擦損失轉(zhuǎn)矩，還有彈性和間隙。如果輪胎的回正力矩比總的摩擦損失力矩小，轉(zhuǎn)向盤將不可能恢復(fù)到中間位置，汽車將偏離預(yù)期的行駛路線，直到駕駛員通過轉(zhuǎn)向盤用力使它返回到中間位置。而在高速行駛時，為此，需要在常規(guī)轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上增加回正控制功能。高速行駛時，輪胎的側(cè)向力較大，為防止回正超調(diào)，則利用電機(jī)的轉(zhuǎn)矩對系統(tǒng)的阻尼作用，使回正處丁受控狀態(tài)。由丁在EPS中采用了微電子技術(shù)，利用軟件控制電動機(jī)的動作，在最大限度內(nèi)調(diào)整設(shè)計參數(shù)以獲得最佳的回正特性。從最低車速到最高車速，可得到一族回正特性曲線，而傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是無法做到這一點的。(4) 適合的轉(zhuǎn)向路感對丁EPS來說，其助力大小

25、可根據(jù)不同車速、通過軟件的方式來控制電機(jī)電流來實現(xiàn)實時調(diào)節(jié)與控制，通過采用優(yōu)良的控制策略，來調(diào)整轉(zhuǎn)向路感，獲得滿意的轉(zhuǎn)向輕便性和操縱穩(wěn)定性，并保證駕駛員有足夠的路感，實現(xiàn)路感的優(yōu)化。(5) 具有在版故障診斷功能(6) EPS系統(tǒng)應(yīng)具有碰撞能量吸收功能對丁EPS系統(tǒng)，當(dāng)汽車發(fā)生正面沖撞時，轉(zhuǎn)向盤的壓迫是導(dǎo)致駕駛員受傷的一個主要原因，因此要求EPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)必須設(shè)置各種緩沖式的安全裝置。2.3.2控制部分方案設(shè)計EPS具體的工作流程是5:當(dāng)車輛點火開關(guān)接通，發(fā)動機(jī)開始運轉(zhuǎn)后，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的ECU發(fā)出指令使電源繼電器和故障保護(hù)繼電器閉合，讓整個EPS系統(tǒng)啟動,EPS程序一直監(jiān)控車速傳感器與

26、轉(zhuǎn)矩傳感器輸入的車速和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號，其中，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號體現(xiàn)了轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)矩大小及該時刻轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向和位置，從而能夠判斷轉(zhuǎn)向盤是順時針轉(zhuǎn)動還是逆時針轉(zhuǎn)動還是在中間位置保持不動，由車速與轉(zhuǎn)矩信號實時輸出相應(yīng)的控制電流驅(qū)動電機(jī)，實現(xiàn)不同大小不同方向的助力，當(dāng)點火開關(guān)斷開時，EPS系統(tǒng)停止工作。圖2-7EPS系統(tǒng)工作流程圖電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要部件有：轉(zhuǎn)矩傳感器、車速傳感器、電流傳感器、電動機(jī)與減速機(jī)構(gòu)、電子控制單元（ECU）o轉(zhuǎn)矩傳感器一般安裝在轉(zhuǎn)向小齒輪軸上，有的與電動機(jī)集成制造成一體；車速傳感器安裝在變速器輸出軸上；電流傳感器安裝在電動機(jī)里；電子控制單元安裝在轉(zhuǎn)向器上方或者安裝在駕駛員左側(cè)的儀表

27、盤背板上；電動機(jī)與減速機(jī)構(gòu)集成制造在一起，一般根據(jù)不同的要求安裝在轉(zhuǎn)向柱、轉(zhuǎn)向小齒輪或者轉(zhuǎn)向齒條上。在小型車輛上，電機(jī)是通過齒輪箱與轉(zhuǎn)向柱連接，而在中型汽車上，電機(jī)則是通過法蘭交義或縱向安裝在齒條上，并通過齒輪箱操作。本次設(shè)計中，由丁選用的車型是小型車,故將電動機(jī)與減速機(jī)構(gòu)集成通過齒輪箱安裝在轉(zhuǎn)向柱上3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計3.1整車性能參數(shù)本次設(shè)計以某微型轎車為模型，采用前置前驅(qū)的驅(qū)動方式，其基本參數(shù)如表3-1所示：表3-1某微型車基本參數(shù)名稱數(shù)值單位軸距L2500mm前輪距L11490mm后輪距L21475mm最小轉(zhuǎn)彎半徑Rmin4940mm車長3900mm車寬1695mm車高1525mm

28、整車整備質(zhì)量1095kg前輪負(fù)荷率60%載客數(shù)5人輪胎規(guī)格前輪175/65R15后輪175/65R15(1) 3.2齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計和計算3.2.1齒輪齒條轉(zhuǎn)向器計算載荷的確定為了保證行駛安全，組成轉(zhuǎn)向系的各零件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。欲驗算轉(zhuǎn)向系零件的強(qiáng)度，需首先確定作用在各零件上的力。影響這些力的主要因素有轉(zhuǎn)向軸的負(fù)荷，路面阻力和輪胎氣壓等為轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動的阻力、車輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦阻力等4精確地計算這些力是困難的，為此推薦用足夠精確的半經(jīng)驗公式來計算汽車在瀝宵或者混泥土路面上的原轉(zhuǎn)向阻力矩Mr(Nmm),即0.78555.4330.2=

29、412878.50(3-1)式中，f為輪胎和路面間的滑動摩擦因數(shù)，一般取0.7;Gi為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷(N);P為輪胎氣壓(MPa)該車整車整備質(zhì)量為1095kg,所載人數(shù)為6人每人質(zhì)量約60kg；前置前驅(qū)轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷率為60%故Gi=(1095+60x6)x9.8x60%=8555.4NP取0.2MPa轉(zhuǎn)向器角傳動比iw的計算(3-2)L2500sin-=一=0.51R4940"=30.50式中:L一汽車軸距，2500mm;R一汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑，4940mm。ta/=L=25、=0.904(3-3)Rcos：-B4940cos30.50-1490E=42.12。式中：L一汽車軸距，2500

30、mm;R一汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑，4940mm;B一前輪輪距，1490mm。設(shè)計取方向盤總?cè)?shù)為3,則lwWw=空°=14.87wK72.62(3-4)式中:Ow一轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角（速度），3X360°Ok一轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角（速度），a+6=72.62（3）作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力為Fh2LiMr2412878.50L2DswIw35014.8790%=176.29N(3-5)式中：Li-轉(zhuǎn)向搖臂長；L2一轉(zhuǎn)向節(jié)臂長；Dsw一轉(zhuǎn)向盤直徑，設(shè)計為350mm；lw一轉(zhuǎn)向器角傳動比；轉(zhuǎn)向器正效率，90%。因齒輪齒條式轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)無轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向節(jié)臂，故L1和L2不代入數(shù)值。對丁給定

31、的汽車，用式(3-5)計算出來的作用力是最大值。因此，可以用此值作為計算載荷。(4)轉(zhuǎn)向盤扭力矩Tz亍FhDSW176.29350Tz=30850.75N.mm2(3-6)式中:Fh一轉(zhuǎn)向盤上的手力，176.29N;Dsw一轉(zhuǎn)向盤直徑，設(shè)計為350mm。(5)梯形臂長度L2的計算前輪輪胎規(guī)格為前輪175/65R15，則輪物直徑RLw=15in=15x25.4=381mm梯形臂長度L2=Rlwx0.8/2=381K0.8/2=152.4，取L150mmo(6)輪胎直徑的計算輪胎直徑Rt=Rlw+0.55X205=381+0.55X205=493.75mm,取Rt=500mm。(7)轉(zhuǎn)向橫拉桿直徑

32、的計算:4Mr4412878-50=4.04mmL"二,1490二216(3-7)取dmin=10mm式中:Mr原地轉(zhuǎn)向阻力矩，412878.50N.mm;Li前輪距1490mm;b一材料許用應(yīng)力216MPa。(8)主動齒輪軸的計算:d_316Mnmax.以c1630.85075“2=3：10_二140m=10.4mm(3-8)取dmin=15mm式中：Mn方向盤扭矩，30850.75Nmm；r一材料許用切應(yīng)力，140MPa3.2.2轉(zhuǎn)向器基本部件設(shè)計(1) 技術(shù)參數(shù)：表3-2技術(shù)參數(shù)表名稱數(shù)值單位線角傳動比47.6mm/rad齒輪法向模數(shù)2.5方向盤總?cè)?shù)3齒條行程160mm(2)

33、 齒輪齒輪是一只切有齒形的軸。它安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上并使其齒與齒條上的齒相嚙合。齒輪齒條上的齒可以是直齒也可以是斜齒。齒輪軸上端與轉(zhuǎn)向柱內(nèi)的轉(zhuǎn)向軸相互連接。因此，轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)使齒條橫向移動以操作前輪。齒輪軸由安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上的球軸承支承。斜齒的彎曲增加了一對嚙合齒輪參與嚙合的齒數(shù)。相對直齒而言，斜齒的運轉(zhuǎn)趨丁平穩(wěn)，并能傳遞更大的動力。故齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的齒輪多采用斜齒圓柱齒輪。齒輪的模數(shù)取值范圍在2-3mm之間。主動小齒輪齒數(shù)在5-7個范圍變化，壓力角取值200，齒輪螺旋角多為9°-15°。取齒輪模數(shù)mni=2.5，齒輪齒數(shù)zi=6,齒輪壓力角a1=20°,齒輪螺

34、旋角取為15°、左旋，齒輪軸總長L=16°mm,故斜齒圓柱齒輪直徑根據(jù)公式d1=mn1z1/cos6=15.53mm(3-9)取齒寬系數(shù)氣=1.2,則齒條寬度b2=dd=1.2K15.53=18.636mm(3-1°)圓整取b2=2°mm，則取齒輪齒寬b1=b2+1°=3°mm。表3-3齒輪軸的尺寸設(shè)計參數(shù)序號項目符號尺寸參數(shù)(mm)1總長L16°2齒寬B13°3齒數(shù)乙64法向模數(shù)Mn12.55螺旋角P15°6螺旋方向左旋(3) 齒條齒條是在金屆殼體內(nèi)來回滑動的，加工有齒形的金屆條。轉(zhuǎn)向器殼體是安裝在前橫

35、梁或前圍板的固定位置上的。齒條代替梯形轉(zhuǎn)向桿系的搖桿和轉(zhuǎn)向搖臂，并保證轉(zhuǎn)向橫拉桿在適當(dāng)?shù)母叨纫允顾麄兣c懸架的下擺臂平行。齒條可以比作是梯形轉(zhuǎn)向桿系的轉(zhuǎn)向直拉桿。導(dǎo)向座將齒條支持在轉(zhuǎn)向器殼體上。齒條的橫向運動拉動或推動轉(zhuǎn)向橫拉桿，使前輪轉(zhuǎn)向。相互嚙合的齒輪的齒距p=umnicosa1和齒條的齒距P2=兀mn2cosc(2必須相等。即：mn1cos-mn2cos：2取齒條的模數(shù)：mn2=2.5，計算出齒條的壓力角為：c(2=20°,取齒條的總廠L為735mm，直徑30mm，齒條行程為160mm表3-4齒條的尺寸設(shè)計參數(shù)序號項目符號尺寸參數(shù)(mm)1總長L7352直徑中303齒數(shù)Z2214

36、法向模數(shù)Mn22.5(4)轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部轉(zhuǎn)向橫拉桿與梯形轉(zhuǎn)向桿系的相似。球頭銷通過螺紋與齒條連接。當(dāng)這些球頭銷依制造廠的規(guī)范擰緊時，在球頭銷上就作用了一個預(yù)載荷。防塵套火在轉(zhuǎn)向器兩側(cè)的殼體和轉(zhuǎn)向橫拉桿上，這些防塵套阻止雜物進(jìn)入球銷和齒條中。轉(zhuǎn)向橫拉桿端部與外端用螺紋連接。這些端部與梯形轉(zhuǎn)向桿系的相似。側(cè)面螺母將橫拉桿外端與橫拉桿鎖緊表3-5轉(zhuǎn)向橫拉桿及接頭的尺寸設(shè)計參數(shù)序號項目符號尺寸參數(shù)(mm)1橫拉桿總長La2572橫拉桿直徑La103螺紋長度Lm484外接頭總長LW1005球頭銷總長Lqx526球頭銷螺紋公稱直徑dqxM8x17外接頭螺紋公稱直徑dwM10x18內(nèi)接頭總長Ln609內(nèi)

37、接頭螺紋公稱直徑dnM12x1(5)齒條調(diào)整一個齒條導(dǎo)向座安裝在齒條光滑的一面。齒條導(dǎo)向座和殼體螺紋連接的調(diào)整螺塞之間連有一個彈簧。此調(diào)節(jié)螺塞由鎖緊螺母固定。齒條導(dǎo)向座的調(diào)節(jié)使齒輪、齒條之間有一定的預(yù)緊力，此預(yù)緊力會影響轉(zhuǎn)向沖擊、噪聲和反饋。圖3-2自動消除間隙裝置表3-6齒條調(diào)整裝置的尺寸設(shè)計參數(shù)序號項目符號尺寸參數(shù)(mm)1導(dǎo)向座外徑L402導(dǎo)向座局度B1303彈簧總?cè)?shù)n6.54彈簧廿距t8.255彈簧外徑D306彈簧安裝高度H2377螺塞螺紋公稱直徑dsM44K28螺塞局度Hs309鎖止螺塞局度Hss1010轉(zhuǎn)向器殼體總長/高Lk/Hk600/15011轉(zhuǎn)向器殼體內(nèi)/外徑中nk/wk4

38、0/56(6)齒輪齒條的綜合分析設(shè)計及計算轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向盤的單位轉(zhuǎn)角增量與齒條位移增量的反比定義為齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的線角傳動比。假設(shè)齒輪有足夠的嚙合長度，且齒輪在齒條上滾動而齒條不動的嚙合情況，當(dāng)齒輪嚙合一周時，齒輪中心線由O-O位置移動到O-O位置，如圖3-3示。圖3-3齒條嚙合長度計算圖這時可以知道AB=兀d,齒輪在齒條上移動了AC距離：AC=ABcoB=兀dcose一齒輪安裝角，(°);d一齒輪分度圓直徑(mm)。齒輪在垂直丁齒條中心線MM的方向上移動了BC距離：BC=ABsin=Esin；在齒條實際工作中是運動的，齒輪只是繞軸承中心線轉(zhuǎn)動，并不移動。只能是齒條沿其軸線移動，可見BC

39、在實際工作中不存在，從中可知：CD=BCtanE；在齒輪轉(zhuǎn)動一周，齒條實際移動距離AD為：AD=AC-CD=二dcos。-二dsintan-r。艮一齒條傾角(°)。AD就是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的線角傳動比，即:dcosI=JidcoSirdsintanr=(3-11)coSr將設(shè)計數(shù)據(jù)：i=47.6mm/rad;mn=2.5;乙=6;d=mniZi/cosE代入上式，得Pr=8.3114°。齒條的齒數(shù)計算Z2，2=信噫(3-12)式中：L一齒條行程，16°mm;mn2一齒條模數(shù)，2.5；»2齒條壓力角，®2=2°°o將數(shù)據(jù)代入(

40、3-12)式，得Z2=21.68，取整數(shù)值Z2=21。3.2.3齒輪軸和齒條的材料選擇及強(qiáng)度校核表3-7齒輪軸和齒條的設(shè)計計算計算結(jié)果設(shè)計計算和說明選擇齒輪材料、熱處理方式及計算許用應(yīng)力選擇材料及熱處理方式小齒輪16MnCr5滲碳淬火，齒面硬度56-62HRC齒條45鋼表面淬火，齒面硬度56-56HRC確定許用應(yīng)力HlimZNFlimYSTYN；h；f=SHmin.SFmin(a)確定cr禾no-.-.HlimFlim；一響1=1500MPaHlim1=1500MPa.bHlim2=1300MPa二Hlim2=1300MPaJFlim1=425MPa."血2=375MPa:了Flim

41、1=425MPa(b)計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N,確定壽命系數(shù)ZN、YN。"im2=375MPa(=603%=60115108300=2.16107=N2N1=N2=2.16107Zn1=1.32%=1=Yn2Zni=1.32(c)計算許用應(yīng)力Yn1=1=Yn2取Shmin=1,Sfmin=1.4H1EHlimSHmin15001.32=1980MPa二H1=1980MPar-Hlim2ZN213001.32；H2=1716MPa二H2=1716MPaSHmin應(yīng)力修正系數(shù)YSt=2FlimiYstYN142521"=607.14MPaSFmin1.4"=607.14MP

42、arr-Flim2YSTYN237521；F2=Flim2STN2=535.7MPaSFmin1.4初步確定齒輪的基本參數(shù)和主要尺寸3f2=535.7MPa選擇齒輪類型根據(jù)齒輪傳動的工作條件，選用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合傳動方案選擇齒輪傳動精度等級選用7級精度初選參數(shù)初選Kt=1.41=15Z1=6Z2=21'，d=1.2Y；=0.7Y:=0.89按當(dāng)量齒數(shù)ZV=Z/cos3=7/cos315=7.77Yfsi=5.6斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合傳動7級精度初步計算齒輪模數(shù)mn轉(zhuǎn)矩T1=176.29X0.175=30.85Nm=30850Nmm閉式硬齒面?zhèn)鲃?，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計。m

43、nt=32Ktcos2：YY：Yfs；Zi2；、T1=46510Nmm21.430850cos2150.70.895.61.26260714=2.205mm確定載荷系數(shù)KKa=1一.mtZin1,由日=0.0108m/s,601000cos：vZ1/100=0.000648,KV=1;對稱布置，取K=1.06;取Ka=1.3,則K=KaKvKpKz=1X1X1.06X1.3=1.378修正法向模數(shù)mn=mntS%t=2.205xv，1.37814=2.193圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，取mn=2.5mm確定齒輪傳動主要參數(shù)和幾何尺寸 分度圓直徑d,mnZ12.56cd1=15.53mmcos：cos15 齒

44、頂圓直徑da1da1=d2ha=15.53+2mnhanXn=15.53+2>2.5(1+0)=20.53mm 齒根圓直徑dfdf1=d-2hf=15.53-2mnhanCn-Xn=15.53-2X2.5刈.25=9.28mm 齒寬bb=dd1=1.2X15.53=18.636mm因為相互嚙合齒輪的基圓齒距必須相等，即Pb1=Pb2。齒輪法面基圓齒距為R1=二mn1cos；1齒條法面基圓齒距為Pb：mn2cos2K=1.378mn=2.5mmd1=15.53mmda1=20.53mmdf1=9.28mm取齒條法向模數(shù)為mn2=2.5取b2=20mm 齒條齒頂高h(yuǎn)a2ha2=mn(h$+X

45、n片2.5沖+。)=2.5mm 齒條齒根高h(yuǎn)f2hf2=mnhanCn-Xn=2.5(1+0.25-0)=3.125mm 法面齒距Sn2Sn2=抄工/22Xntan：nmn=3.925mm校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度rrrr2KT1U二1_,以=zhzezz：2-；hha2=2.5mm-.bd1u2查表得，Ze=189.8VMPa;查圖得，Zh=2.45取Zz=0.8,ZP=<cosE=0.985所以Bh=189.8X2.45X0.8>0.985hf2=3.125mm21.3783085022MPa,2015.5321=1512.8MPa:oH2Sn2=3.925mmf=1512.8MPa

46、齒面接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求3.2.4齒輪齒條轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向橫拉桿的運動分析圖3-3轉(zhuǎn)向橫拉桿的運動分析簡圖11 當(dāng)轉(zhuǎn)向盤從鎖點向鎖點轉(zhuǎn)動，每只前輪大約從其正前方開始轉(zhuǎn)動300,因而前輪從左到右總共轉(zhuǎn)動約60。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪右轉(zhuǎn)300，即梯形臂或轉(zhuǎn)向節(jié)由OC繞圓心O轉(zhuǎn)至OA時，齒條左端點E移至EA的距離為11OD=OAcos300=150Xcos30°=129.904mmDC=OC-OD=150-129.904=20.096mmAD=OAsin30=75mmAA=DCAEa=CE=BEb=305mmAC=ADAEA=；AeA-AA'2=.3052-20.0962=304.34mmCEa=A

47、Ea-AC=304.3-75=229.3mm=CE-CEa=305-229.3=75.712 同理計算轉(zhuǎn)向輪左轉(zhuǎn)300,轉(zhuǎn)向節(jié)由OC繞圓心。轉(zhuǎn)至OB時，齒條左端點E移至Eb的距離為l2DB=DA=75mmDC=BBBEB=JbeBBB'2=t305220.0962=304.34mm=EEb=CBBEb-CE=75+304.3-305=74.3mm齒輪齒條嚙合長度應(yīng)大丁1il2即L11l2=75.7+74.3=150mm取L=160mm。3.2.5齒輪齒條傳動受力分析若略去齒面間的摩擦力，則作用丁節(jié)點P的法向力Fn可分解為徑向力Fr和分力F,分力F乂可分解為圓周力Ft和軸向力Fa。Ft=

48、21/6=2X30851/15.53=3973.0Fr=Fttan：n/cos=3973.08tan20/cos15=1497.13NFa=Fttan!=3973.08tan15=1064.58N3.2.6間隙調(diào)整彈簧的設(shè)計計算設(shè)計要求：設(shè)計一圓柱形壓縮螺旋彈簧，載荷平穩(wěn)，要求Fmax=1400N時，兀max<10mm,彈簧總的工作次數(shù)小丁104,彈簧中要能寬松地穿過一根直徑為418mm的軸；彈簧兩端固定；外徑D壬30mm,自由高度兒345mm。(1) 選擇材料由彈簧工作條件可知，對材料無特殊要求，選用C組碳素彈黃鋼絲。因彈簧的工作次數(shù)小丁104，載荷性質(zhì)屆II類，句=0.454。計算彈

49、簧絲直徑d表3-8彈簧絲直徑d的計算計算項目計算依據(jù)和內(nèi)容計算結(jié)果選擇旋繞比C取C=4取C=4估D2按D壬30mm、Da18mm,取D2=25mmD2=25mm初算彈簧絲直徑dd'=D2/C=6.25mmd'=6.25mm4C-10.615K=1.404計算曲度系數(shù)KK=+=1.4044C4C計算彈簧絲的許用切應(yīng)力司=0.45erB=0.45X1700=765MPai=765MPa司dA.6jKCFmax/7計算彈簧絲直徑d=1.6丁1.404尺4尺1400/765=5.129mm取d=5mm計算彈簧圈數(shù)和彈簧的自由高度表3-9彈簧圈數(shù)和自由高度的計算計算項目計算依據(jù)和內(nèi)容計算

50、結(jié)果 工作圈數(shù)n 總?cè)?shù)n1 節(jié)距t 自由高度H03n=Gd入max/(8FmaxC)80000X58=3=4.46"400X4各端死圈取1,故n1=n+2=6.5t=D2tana,則t=兀x25Ktan6*=8.25mm,取a=6°H°&nt+1.5d=4.46X8.25+1.5X5=44.29mmn=4.46n1=6.5t=8.25mmH0=44.29mm(4)穩(wěn)定性驗算高徑比b=H0/D2=44.29/25=1.77<5.3，滿足穩(wěn)定性要求。(5)檢查a及a1鄰圈間隙a=t-d=8.25-5=3.25mm彈簧單圈的最大變形量入max/n=8/4

51、.46=1.79mm故在最大載荷作用下仍留有間隙a1,a1=3.25-1.79=1.46>0.1d(6)幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸的確定彈簧外徑D=D2+d=25+5=30mm彈簧內(nèi)徑D1=D2-d=25-5=20mm(7)彈簧工作圖Ts=1.25T=1.25X765=956.25MPa彈簧的極限載荷Fiim="d's=3.14X52X956.25/(8X4X1.4)=1670N8CK彈簧的安裝載荷Fmin=0.9Fmax=0.9X1400=1260NCs=Gd/(8C3n)=80000X5/(8X43x4.46)=175.17N/mm入min=Fmin/Cs=1260/175

52、.17=7.19mm最大變形量入max=Fmax/Cs=1400/175.17=7.99mm入lim=Flim/Cs=1670/175.17=9.53mm安裝局度Hi=Ho-入min=44.29-7.19=37.10mm工作高度H2=Ho-入max=44.29-7.99=36.3mm極限高度H3=Ho-入lim=44.29-9.53=34.76mm3.2.7齒輪軸軸承的校核校核30203圓錐滾子軸承，軸承問距60mm，軸承極限轉(zhuǎn)速n=9000r/min，采用脂潤滑，預(yù)期壽命L'h=12000h初步計算當(dāng)量動負(fù)荷1064.581497.13=0.711>eX=0.56,暫選一近似中

53、間值Y=1.5。另查表得fp=1.2P'=fp(XFR+YFA)=1.2X(0.56X698.5+1.5X432.3)=1247.53N計算軸承應(yīng)有的基本額定動負(fù)荷C'r查表彳,ft=1,乂£=3C；=E再=1247.533ft,106601512000=2757.6N106初選軸承型號查機(jī)械工程及自動化簡明設(shè)計手冊，選擇6202軸承,Cr=7.65KN,其基本額定靜負(fù)荷Cor=3.72KN驗算并確定軸承型號 FA/Cor=432.3/3720=0.116,e為0.30,軸向載荷系數(shù)Y應(yīng)為1.45計算當(dāng)量動載荷Pr=fp(XFR+YFA)=1.2X0.56刈497沁5

54、/60+1.45>32)=1338.5N驗算6204軸承的壽命；3=207209h>12000h16667ftCr166671乂7650=nPr,一151339)即高丁預(yù)期壽命，能滿足要求。上軸承選擇比下軸承稍大的型號6203，同樣滿足要求。3.2.8鍵的計算2Tcp=-dlk=12.85mm2T230851>=dK；p162.5120式中:T傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為N-mm；D一軸的直徑，單位為mm；L一鍵的接觸長度，單位為mm；K一鍵與輪轂接觸高度，Kh/2,單位為mm;Sp一許用擠壓應(yīng)力，單位為MPa。選用A型鍵，公稱尺寸bxh=5X5;鍵的接觸長度L應(yīng)該大丁15mm，則L&

55、gt;15+6=21mm;圓頭普通平鍵（A型）的尺寸參考GB1096-79;鍵和鍵槽的斷面尺寸參考GB1095-79。4 EPS的關(guān)鍵部件和控制策略EPS的關(guān)鍵部件選型4.1.1電動機(jī)電動機(jī)根據(jù)ECU的指令輸出適宜的轉(zhuǎn)矩，一般采用無刷永磁直流電動機(jī)9，無刷永磁電動機(jī)具有無激勵損耗、效率較高、體積較小等特點。電機(jī)是EPS的關(guān)鍵部件之一，對EPS的性能有很大的影響。由丁控制系統(tǒng)需要根據(jù)不同的工況產(chǎn)生不同的助力轉(zhuǎn)矩，具有良好的動態(tài)特性并容易控制，這些都要求助力電機(jī)具有線性的機(jī)械特性和調(diào)速特性。此外還要求電機(jī)低轉(zhuǎn)速大扭矩、波動小、轉(zhuǎn)動慣量小、尺寸小、質(zhì)量輕、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。我們采用的永磁直流電機(jī)，主要參數(shù)如下表：表4-1EPS電動機(jī)基本參數(shù)型式永磁式直流電動機(jī)額定時間S22分鐘標(biāo)稱輸出150W額定轉(zhuǎn)速1200r/min/DC額定轉(zhuǎn)矩1.2Nm/30A額定電流30A旋轉(zhuǎn)方向正反轉(zhuǎn)允許取大電流35A4.1.2電磁離合器電磁離合器是保證電動助力只在預(yù)定的范圍內(nèi)起作用。當(dāng)車速、電流超過限定的最大值或轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)生故障時，離合器便自動地切斷電動機(jī)的電源，恢復(fù)手動控制轉(zhuǎn)向10。此外，在不助力