1、目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 摘要IAbstractII第1章緒論1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡介1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.1.1轉(zhuǎn)向系的設(shè)計要求1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document EPS的特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀2 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document EPS與其他系統(tǒng)比較2 HYPERLI

2、NK l bookmark14 o Current Document EPS的特點(diǎn)2 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document EPS在國內(nèi)外的應(yīng)用狀況3 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 1.3本課題的研究意義4 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 第2章電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體組成5 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 2.1電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)理及類型5 HYPERLINK l bookmark32 o

3、Current Document 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)理5 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 2.1.2電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型7 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 2.2電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵部件9 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 扭矩傳感器9 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 車速傳感器9 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 電動機(jī)9 HYPER

4、LINK l bookmark44 o Current Document 減速機(jī)構(gòu)10 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 電子控制單元10 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 電動助力轉(zhuǎn)向的助力特性11 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 第3章電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計12 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 對動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的要求12 HYPERLINK l bookmark56 o Current Do

5、cument 3.2齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計與計算12 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 3.2.1轉(zhuǎn)向系計算載荷的確定13 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 3.2.2齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計14 HYPERLINK l bookmark146 o Current Document 3.2.3齒輪齒條轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向橫拉桿的運(yùn)動分析22齒輪齒條傳動受力分析24 HYPERLINK l bookmark158 o Current Document 齒輪軸的強(qiáng)度校核24 HYPERLINK l bookmar

6、k218 o Current Document 第4章轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計29 HYPERLINK l bookmark220 o Current Document 結(jié)構(gòu)與布置29 HYPERLINK l bookmark224 o Current Document 4.2用解析法求內(nèi)、外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系30 HYPERLINK l bookmark250 o Current Document 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計32 HYPERLINK l bookmark252 o Current Document 4.3.1目標(biāo)函數(shù)的建立32 HYPERLINK l bookmark270 o Curre

7、nt Document 4.3.2設(shè)計變量與約束條件33 HYPERLINK l bookmark274 o Current Document 研究結(jié)論36 HYPERLINK l bookmark278 o Current Document 結(jié)論37 HYPERLINK l bookmark280 o Current Document 致謝39 HYPERLINK l bookmark282 o Current Document 參考文獻(xiàn)40 HYPERLINK l bookmark284 o Current Document 附錄141 HYPERLINK l bookmark294 o

8、Current Document 附錄246哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-I-I-摘要汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可按轉(zhuǎn)向的能源不同分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩類。汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種新型的汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，與傳統(tǒng)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，采用電動機(jī)直接提供助力，具有多方面優(yōu)越性。近年來已有很多中高檔汽車配備了動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)裝置，EPS研究也成為汽車工業(yè)的熱門課題之一，具有重要研究價值和巨大潛在應(yīng)用前景。在本文中重點(diǎn)進(jìn)行齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計計算和對轉(zhuǎn)向齒輪軸的校核，及轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。主要方法和理論采用汽車設(shè)計的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)和大學(xué)所學(xué)機(jī)械設(shè)計的

9、課程內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計，并做了歸納和總結(jié)。關(guān)鍵詞轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；齒輪齒條轉(zhuǎn)向器；優(yōu)化設(shè)計AbstractThesteeringsystemcanbedividedintomechanicalenergyandpowersteeringsystem.Electricpowersteeringsystemisanewtypeofvehiclepowersteeringsystem,comparedwithtraditionalhydraulicsteeringsystems,directlywiththemotorpower,hasmanyadvantages.Inrecentyears,m

10、anyintheluxurycarhavebeenequippedwithapowersteeringsystemdevice,EPSstudieshavebecomeahottopicinautomotiveindustry,greatresearchvalueandgreatpotentialapplications.Thisarticlefocusonthedesignoftherackandpinionsteeringgearshaftcalculationandverification,andoptimizationofsteeringlinkage.Themainmethodsan

11、dtheoriesofexperiencewithautomotivedesignparametersandtheuniversitycurriculuminmechanicaldesigntodesign,andmadeandsummarized.KeywordsSteeringSystem；ElectricPowerSteering；Rackandpinionsteering；Optimization哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)-I-I-第1章緒論汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡介汽車轉(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

12、，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。它由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)組成。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為汽車的一個重要組成部分，其性能的好壞將直接影響到汽車的轉(zhuǎn)向特性、穩(wěn)定性、和行駛安全性。目前汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)主要有七大類：手動轉(zhuǎn)向技術(shù)(MS)、液壓助力轉(zhuǎn)向技術(shù)(HPS)、電控液壓助力轉(zhuǎn)向技術(shù)(ECHPS)、電動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)(EPS)、四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)(4WS)、主動前輪轉(zhuǎn)向技術(shù)(AFS)和線控轉(zhuǎn)向技術(shù)(SBW)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)市場上以HPS、ECHPS、EPS應(yīng)用為主。電動助力轉(zhuǎn)向具有節(jié)約燃料、有利于環(huán)境、可變力轉(zhuǎn)向、易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品模塊化等優(yōu)點(diǎn)，是一項(xiàng)緊扣當(dāng)今汽車發(fā)展主題的新技術(shù)，他是目前國內(nèi)轉(zhuǎn)向技術(shù)的研究熱點(diǎn)。轉(zhuǎn)向系的

13、設(shè)計要求汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，全部車輪應(yīng)繞瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，任何車輪不應(yīng)有側(cè)滑。不滿足這項(xiàng)要求會加速輪胎磨損，并降低汽車的行駛穩(wěn)定性。汽車轉(zhuǎn)型行駛后，在駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤的條件下，轉(zhuǎn)向輪能自動返回到直線行駛位置，并穩(wěn)定行駛。汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪都不得產(chǎn)生共振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動。轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置共同工作時，由于運(yùn)動不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生的擺動應(yīng)最小。保證汽車有較高的機(jī)動性，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力。操縱輕便。轉(zhuǎn)向輪碰撞到障礙物以后，傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(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)。在車禍中，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤由于車架或車身變形而共同后移時，轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能

14、使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。進(jìn)行運(yùn)動校核，保證轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動方向一致。1.2EPS的特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀EPS與其他系統(tǒng)比較對于電動助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(EPS),電動機(jī)僅在汽車轉(zhuǎn)向時才工作并消耗蓄電池能量；而對于常流式液壓動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，因液壓泵處于長期工作狀態(tài)和內(nèi)泄漏等原因要消耗較多的能量。兩者比較,電動助力轉(zhuǎn)向的燃料消耗率僅為液壓動力轉(zhuǎn)向的16%20%。液壓動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的工作介質(zhì)是油,任何部位出現(xiàn)漏油,油壓將建立不起來,不僅失去助力效能,并對環(huán)境造成污染。當(dāng)發(fā)動機(jī)出現(xiàn)故障停止工作時,液壓泵也不工作,結(jié)果也會喪失助力效能,這就降低了工作可靠性。電動助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)不存在漏油的問題,只要蓄電池內(nèi)有電提

15、供給電動助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu),就能有助力作用,所以工作可靠。若液壓動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的油路進(jìn)入空氣或者貯油罐油面過低,工作時將產(chǎn)生較大噪聲,在排除氣體之前會影響助力效果；而電動助力轉(zhuǎn)向僅在電動機(jī)工作時有輕微的噪聲。電動助力轉(zhuǎn)向與液壓動力轉(zhuǎn)向比較,轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時僅需克服轉(zhuǎn)向器的摩擦阻力,不存在回位彈簧阻力和反映路感的油壓阻力。電動助力轉(zhuǎn)向還有整體結(jié)構(gòu)緊湊、部件少、占用的空間尺寸小、質(zhì)量比液壓動力轉(zhuǎn)向約輕20%25%以及汽車上容易布置等優(yōu)點(diǎn)。EPS的特點(diǎn)EPS節(jié)能環(huán)保。由于發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時,液壓泵始終處于工作狀態(tài),液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使整個發(fā)動機(jī)燃油消耗量增加了3%5%,而EPS以蓄電池為能源,以電機(jī)為動力元件,可獨(dú)立于發(fā)動

16、機(jī)工作,EPS幾乎不直接消耗發(fā)動機(jī)燃油。EPS不存在液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的燃油泄漏問題,EPS通過電子控制,對環(huán)境幾乎沒有污染。EPS裝配方便。EPS的主要部件可以集成在一起,易于布置,與液壓動力轉(zhuǎn)向相比減少了許多原件,沒有液壓系統(tǒng)所需要的油泵、油管、壓力流量控制閥、儲油罐等,原件數(shù)目少,裝配方便,節(jié)約時間。EPS效率高。液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)效率一般在60%70%,而EPS得效率較高,可高達(dá)90%以上。EPS路感好。傳統(tǒng)純液壓動力轉(zhuǎn)向系大多采用固定放大倍數(shù)，工作驅(qū)動力大，但卻不能實(shí)現(xiàn)汽車在各種車速下駕駛時的輕便性和路感。而EPS系統(tǒng)的滯后性可以通過EPS控制器的軟件加以補(bǔ)償，是汽車在各種速度下都能得到

17、滿意的轉(zhuǎn)向助力。EPS回正性好。EPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，不僅操作簡便，還可以通過調(diào)整EPS控制器的軟件，得到最佳的回正性，從而改善汽車的操縱穩(wěn)定性和舒適性。動力性。EPS系統(tǒng)可隨車速的高低主動分配轉(zhuǎn)向力，不直接消耗發(fā)動機(jī)功率，只在轉(zhuǎn)向時才起助力作用，保障發(fā)動機(jī)充足動力。(不像HPS液壓系統(tǒng)，即使在不轉(zhuǎn)向時，油泵也一直運(yùn)轉(zhuǎn)處于工作狀態(tài)，降低了使用壽命)EPS在國內(nèi)外的應(yīng)用狀況國外EPS的發(fā)展之路：因?yàn)槲⑿娃I車上狹小的發(fā)動機(jī)艙空間給液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安裝帶來了很大的麻煩，而EPS原件比較少，重量輕，裝配方便，比較適合在微型轎車上安裝。因此在國外，EPS系統(tǒng)首先是在微型轎車上發(fā)展起來的。上世紀(jì)80年代初

18、期，日本鈴木公司首次在其Cervo轎車上安裝了EPS系統(tǒng)，隨后還應(yīng)用在其Alto車上。此后，EPS在日本得到迅速發(fā)展。出于節(jié)能環(huán)保的考慮，歐、美等國的汽車公司也相繼對EPS進(jìn)行了開發(fā)和研究。雖然比日本晚了十年時間，但是歐美國家的開發(fā)力度比較大，所選擇的產(chǎn)品類型也有所不同。日本起初選擇了技術(shù)相對成熟的有刷電機(jī)。有刷電機(jī)比較成熟，在汽車上的應(yīng)用較廣，比如雨刷、車窗等部分，稍作改進(jìn)就適應(yīng)了EPS的要求，因此研發(fā)周期較短，上世紀(jì)80年代末期就開始產(chǎn)業(yè)化，主要裝配在微型車上。而歐美則選擇了難度較大的無刷電機(jī)，但是電子控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，延長了研發(fā)周期。直到90年代中期歐美才開始量產(chǎn)。從長遠(yuǎn)發(fā)展看，有刷電機(jī)

19、存在一定弊端，比如電機(jī)產(chǎn)生的噪聲較難克服，磨損較嚴(yán)重，存在電磁干擾等問題。因此，日本現(xiàn)在國內(nèi)裝配的EPS也逐漸轉(zhuǎn)向無刷電機(jī)了。國內(nèi)EPS的發(fā)展現(xiàn)狀：我國汽車電子行業(yè)的總體發(fā)展相對滯后，但是，隨著汽車對環(huán)保、節(jié)能哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-I-I-和安全性要求的進(jìn)一步提高，代表著現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向的EPS電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已被我國列為高新科技產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目之一，國內(nèi)各大院校、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)在進(jìn)行EPS技術(shù)的研究，也有少數(shù)供應(yīng)商能批量提供轉(zhuǎn)向軸式的EPS系統(tǒng)。但總的來講目前國內(nèi)EPS技術(shù)還不成熟；供應(yīng)商所提供的EPS系統(tǒng)還未達(dá)到產(chǎn)品

20、級的要求，且類型單一，還不能滿足整車廠需要。據(jù)悉，自主品牌研發(fā)的EPS系統(tǒng)離產(chǎn)業(yè)化就差整車廠批量裝車認(rèn)可這一臺階了，相信很快就可以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。EPS系統(tǒng)是未來動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一個發(fā)展趨勢。本課題的研究意義隨著科技的發(fā)展和人們生活水平及環(huán)保意識的提高，汽車轉(zhuǎn)向助力肯定會向更輕便、更節(jié)能、更安全的方向發(fā)展，而本課題正是沿著這個方向?qū)ζ嚨霓D(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了研究?，F(xiàn)存的汽車，大部分都是傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，甚至沒有助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能提供比其更安全、更舒適的轉(zhuǎn)向操控性和節(jié)能效果。本課題對該系統(tǒng)的進(jìn)行了深入的研究，并將其應(yīng)用于實(shí)踐，這對于推動該系統(tǒng)的發(fā)展和最終的產(chǎn)品化應(yīng)用，對于推動機(jī)械、傳感器技術(shù)

21、和電子器件制造等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對于提高我國汽車電子化水平和加快轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有十分重要的意義。在可預(yù)見的將來，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車領(lǐng)域必定會有廣泛的應(yīng)用。本章小結(jié)這一章介紹了現(xiàn)在應(yīng)用的汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)，并對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了分析比較。還闡述了EPS的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r。第2章電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體組成電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)理及類型近年來，電動助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)在乘用車上得到應(yīng)用，并有良好的發(fā)展前景。電動助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，除去應(yīng)當(dāng)滿足對液壓式動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的一些相似要求以外，同時還應(yīng)當(dāng)滿足：具有故障自診斷和報警功能；有良好的抗振動和抗干擾能力等；當(dāng)?shù)孛媾c車輪之間有反向沖擊力作用時，

22、電動助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)應(yīng)迅速反應(yīng)，制止轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動；在過載使用條件下有過載保護(hù)功能等。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)理電動助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)由機(jī)械轉(zhuǎn)向器與電動助力部分相結(jié)合構(gòu)成。電動助力部分包括電動機(jī)、電池、傳感器和控制器（ECU）及線束，有的還有減速機(jī)構(gòu)和電磁離合器等（圖2-1）轉(zhuǎn)矩傳感器圖2-1電動助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)示意圖目前用于乘用車的電動助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器，均采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。其功能除用來傳遞來自轉(zhuǎn)向盤的力矩與運(yùn)動以外，還有增扭、降速作用轉(zhuǎn)向過程中，電動機(jī)將來自蓄電池的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能向轉(zhuǎn)向系輸出而構(gòu)成轉(zhuǎn)向助力矩，并完成助力作用。與電動機(jī)連接的減速機(jī)構(gòu)有蝸輪蝸桿、滾珠螺桿螺母或行星齒輪機(jī)構(gòu)等，其作用也是降速、

23、增扭。裝在減速機(jī)構(gòu)附近的離合器（通常為電磁離合器）是為了保證電動助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)只在預(yù)先設(shè)定的行駛速度范圍內(nèi)工作。在車速達(dá)到某一設(shè)定值時，離合器分離，并暫時停止電動機(jī)的助力作用。與此同時，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)也暫時轉(zhuǎn)為機(jī)械式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。當(dāng)電動機(jī)發(fā)生故障時，離合器也自動分離。離合器分離后再行轉(zhuǎn)向時，可不必因帶動電動機(jī)而消耗駕駛員體力。單片式電磁離合器包括主動輪、從動軸、壓盤、磁化線圈和滑環(huán)等。1.主動輪2.磁化線圈3.壓盤4.花鍵5.從動軸6軸承7滑環(huán)8電動機(jī)圖2-2電磁離合器工作原理簡圖其工作原理如圖所示，裝有磁化線圈2的主動輪1與電動機(jī)軸固定連接,來自控制器的控制電流經(jīng)滑環(huán)7輸入磁化線圈，于是主動輪產(chǎn)生電磁吸

24、力，將壓盤3吸到主動輪上，然后電動機(jī)的動力經(jīng)主動輪、壓盤及壓盤轂上的花鍵傳給從動軸5,實(shí)現(xiàn)助力作用。汽車以較高車速轉(zhuǎn)向行駛，作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩將減小，以至于達(dá)到無需助力的程度，此時可設(shè)定：達(dá)到此車速時，電磁離合器停止工作。還有，在電動機(jī)停止工作以后，電磁離合器在控制器的控制下也要分離或者自動分離。此后，在進(jìn)行再進(jìn)行轉(zhuǎn)向?qū)⒉淮嬖谥ψ饔茫敝岭妱訖C(jī)恢復(fù)工作為止。電動助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的工作原理如下：當(dāng)駕駛員對轉(zhuǎn)向盤施力并轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時，位于轉(zhuǎn)向盤下方與轉(zhuǎn)向軸連接的轉(zhuǎn)矩傳感器將經(jīng)扭桿彈簧連接在一起的上、下轉(zhuǎn)向軸的相對轉(zhuǎn)動角位移信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘杺髦量刂破?，在同一時刻車速信號也傳至控制器。根據(jù)以上兩信號，控

25、制器確定電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和助力轉(zhuǎn)矩的大小。之后，控制器將輸出的數(shù)字量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為模擬量，并將其輸入電流控制電路。電流控制電路將來自微機(jī)的電流命令值同電動機(jī)電流的實(shí)際值進(jìn)行比較后生成一個差值信號，同時將此信號送往電動機(jī)驅(qū)動電路，該電路驅(qū)動電動機(jī)，并向電動機(jī)提供控制電流，完成助力轉(zhuǎn)向作用。2.1.2電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型EPS系統(tǒng)依據(jù)電動機(jī)布置位置的不同可分為轉(zhuǎn)向軸助力式、小齒輪助力式、齒條助力式三個基本類型（圖2-3）a）b）c）a）轉(zhuǎn)向軸助力式b）齒輪助力式c）齒條助力式圖2-3EPS系統(tǒng)的類型（1）轉(zhuǎn)向軸助力式轉(zhuǎn)向軸助力式電動助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的電動機(jī)布置在靠近轉(zhuǎn)向盤下方，并經(jīng)蝸輪蝸桿機(jī)

26、構(gòu)與轉(zhuǎn)向軸連接（圖2-3a）。這種布置方案的特點(diǎn)是：由于轉(zhuǎn)向軸助力式電動助力轉(zhuǎn)向的電動機(jī)布置在駕駛室內(nèi)，所以有良好的工作條件；因電動機(jī)輸出的助力轉(zhuǎn)矩經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)增大后傳給轉(zhuǎn)向軸，所以電動機(jī)輸出的助力轉(zhuǎn)矩相對小些，電動機(jī)尺寸也小，這又有利于在車上布置和減輕質(zhì)量；電動機(jī)、轉(zhuǎn)矩傳感器、減速機(jī)構(gòu)、電磁離合器等裝為一體是結(jié)構(gòu)緊湊，上述部件又與轉(zhuǎn)向器分開，故拆裝與維修工作容易進(jìn)行；轉(zhuǎn)向器仍然可以采用通用的典型結(jié)構(gòu)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器；電動機(jī)距駕駛員和轉(zhuǎn)向盤近，電動機(jī)的工作噪聲和振動直接影響駕駛員；轉(zhuǎn)向軸等零件也要承受來自電動機(jī)輸出的助力轉(zhuǎn)矩的作用，為使其強(qiáng)度足夠，必須增大受載件的尺寸；盡管電動機(jī)的尺寸不大，但

27、因這種布置方案的電動機(jī)靠近方向盤，為了不影響駕駛員腿部的動作，在布置時仍然有一定的困難。（2）齒輪助力式齒輪助力式電動助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的電動機(jī)布置在與轉(zhuǎn)向器主動齒輪相連接的位置（圖2-3b）,并通過驅(qū)動主動齒輪實(shí)現(xiàn)助力。這種布置方案的特點(diǎn)是：電動機(jī)布置在地板下方、轉(zhuǎn)向器上部，工作條件比較差對密封要求較高；電動機(jī)的助力轉(zhuǎn)矩基于與轉(zhuǎn)向軸助力式相同的原因可以小些，因而電動機(jī)尺寸小，同時轉(zhuǎn)矩傳感器、減速機(jī)構(gòu)等的結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸也小，這將有利于在整車上的布置和減小質(zhì)量；轉(zhuǎn)向軸等位于轉(zhuǎn)向器主動齒輪以上的零部件，不承受電動機(jī)輸出的助力轉(zhuǎn)矩的作用，故尺寸可以小些；電動機(jī)距駕駛員遠(yuǎn)些，它的動作噪聲對駕駛員影響不大，但

28、震動仍然會傳到轉(zhuǎn)向盤；電動機(jī)、轉(zhuǎn)矩傳感器、電磁離合器、減速機(jī)構(gòu)等與轉(zhuǎn)向器主動齒輪裝在一個總成內(nèi)，拆裝時會因相互影響而出現(xiàn)一定的困難；轉(zhuǎn)向器與典型的轉(zhuǎn)向器不能通用，需要單獨(dú)設(shè)計、制造。（3）齒條助力式齒條助力式電動助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的電動機(jī)與減速機(jī)構(gòu)等布置在齒條處（圖2-3c）,并直接驅(qū)動齒條實(shí)現(xiàn)助力。這種布置方案的特點(diǎn)是：電動機(jī)位于地板下方，相比之下，工作噪聲和振動對駕駛員的影響都小些；電動機(jī)減速機(jī)構(gòu)等不占據(jù)轉(zhuǎn)向盤至地板這段空間，因而有利于轉(zhuǎn)向軸的布置，駕駛員腿部的動作不會受到它們的干擾；轉(zhuǎn)向軸直至轉(zhuǎn)向器主動齒輪均不承受來自電動機(jī)的助力轉(zhuǎn)矩作用，故他們的尺寸能小些；電動機(jī)、減速機(jī)構(gòu)等工作在地板下方，

29、條件較差，對密封要求良好；電動機(jī)輸出的助力轉(zhuǎn)矩只經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)增扭，沒有經(jīng)過轉(zhuǎn)向器增扭，因而必須增大電動機(jī)輸出的助力轉(zhuǎn)矩才能有良好的助力效果，隨之而來的是電動機(jī)尺寸增大、質(zhì)量增加；轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)與典型的相差很多，必須單獨(dú)設(shè)計制造；采用滾珠螺桿螺母減速機(jī)構(gòu)時，會增加制造難度與成本；電動機(jī)、轉(zhuǎn)向器占用的空間雖然大一些，但用于前軸負(fù)荷大，前部空間相對寬松一些的乘用車上不是十分突出的問題。2.2電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵部件EPS主要由扭矩傳感器、車速傳感器、電動機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和電子控制單元ECU組成。2.2.1扭矩傳感器扭矩傳感器檢測扭轉(zhuǎn)桿扭轉(zhuǎn)變形，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘柌⑤敵鲋岭娮涌刂茊卧请妱又D(zhuǎn)向系統(tǒng)的

30、關(guān)鍵部件之一。扭距傳感器由分相器單元1、分相器單元2及扭桿組成（如圖2-4）。芳相器單元2（轉(zhuǎn)孑部分轉(zhuǎn)向王軸（輸匾軸辱相器單元I徒睜分）分相器單元2（宦子部分）圖2-4扭距傳感器轉(zhuǎn)子部分的分相器單元1固定于轉(zhuǎn)向主軸，轉(zhuǎn)子部分的分相器單元2固定于轉(zhuǎn)向傳動軸。扭轉(zhuǎn)桿扭轉(zhuǎn)后，使兩個分相器單元產(chǎn)生一個相對角度，電子控制單元根據(jù)兩個分相器的相對位置決定對EPS電動機(jī)提供多少電壓。2.2.2車速傳感器車速傳感器的功能是測量汽車的行駛速度。目前，轎車EPS控制器一般都從整車CAN總線中提取車速信號。2.2.3電動機(jī)電動機(jī)由轉(zhuǎn)角傳感器、定子及轉(zhuǎn)子組成（如圖2-5）。將電動機(jī)和減速機(jī)構(gòu)布置在齒條處，并直接驅(qū)動齒

31、條實(shí)現(xiàn)助力。通過轉(zhuǎn)角傳感器檢測電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度防止扭矩波動。圖2-5電動機(jī)結(jié)構(gòu)2.2.4減速機(jī)構(gòu)減速機(jī)構(gòu)采用滾珠式減速齒輪機(jī)構(gòu)，將其固定在電動機(jī)的轉(zhuǎn)子上。電動機(jī)的轉(zhuǎn)動傳到減速機(jī)構(gòu)，經(jīng)過滾珠及蝸桿傳到齒條軸上。滾珠在機(jī)構(gòu)內(nèi)部經(jīng)過導(dǎo)向進(jìn)行循環(huán)。2.2.5電子控制單元電子控制單元（ECU）的功能是依據(jù)扭矩傳感器和車速傳感器的信號，進(jìn)行分析和計算后，發(fā)出指令，控制電動機(jī)的動作。此外，ECU還有安全保護(hù)和自我診斷的功能，ECU通過采集電動機(jī)的電流、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速等信號判斷系統(tǒng)工作是否正常，一旦系統(tǒng)工作異常，電動助力被切斷；同時ECU將進(jìn)行故障診斷分析，故障指示燈亮，并以故障所對應(yīng)的模式閃爍。電動助力轉(zhuǎn)向的助

32、力特性電動助力轉(zhuǎn)向的助力特性由軟件設(shè)定。通常將助力特性曲線設(shè)計成隨著汽車行駛速度Va的變化而變化，并將這種助力特性稱之為車速感應(yīng)型。圖2-6示出的車速感應(yīng)型助力特性曲線表明，助力既是作用到轉(zhuǎn)向盤上的力矩的函數(shù)，同時也是車速的函數(shù)。圖2-6車速感應(yīng)型助力特性當(dāng)車速Va=0時，相當(dāng)于汽車在原地轉(zhuǎn)向，助力特性曲線的位置居其他各條曲線之上，助力強(qiáng)度達(dá)到最大。隨著車速Va不斷升高，助力特性曲線的位置也逐漸降低，直至車速Va達(dá)到最高車速Vamax為止，此時的助力強(qiáng)度已為最小而路感強(qiáng)度達(dá)到最大。本章小結(jié)本章主要是介紹了電動助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的組成、工作原理，以及對電動助力轉(zhuǎn)向的三種布置形式進(jìn)行了分析對比。還有分析

33、了電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各主要部件的結(jié)構(gòu)及工作過程和助力特性。第3章電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計3.1對動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的要求（1）運(yùn)動學(xué)上應(yīng)保持轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角和駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角之間保持一定的比例關(guān)系。（2）隨著轉(zhuǎn)向輪阻力的增大（或減?。?，作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力必須增大（或減?。Q之為“路感”。（3）當(dāng)作用在轉(zhuǎn)向盤上的切向力Fh0.0250.190kN時（因汽車形式不同而異），動力轉(zhuǎn)向器就開始工作。（4）轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向盤應(yīng)自動回正，并使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài)。（5）工作靈敏。（6）動力轉(zhuǎn)向失靈時，仍能用機(jī)械系統(tǒng)操縱車輪轉(zhuǎn)向。3.2齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計與計算齒輪齒條轉(zhuǎn)向器最主要的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉

34、、質(zhì)量輕、剛性好、使用可靠；傳動效率高達(dá)90%；根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點(diǎn)不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有四種形式：中間輸入，兩端輸出（圖3-1a）；側(cè)面輸入，兩端輸出（圖3-lb）；側(cè)面輸入，中間輸出（圖3-lc）；側(cè)面輸入，一端輸出圖（圖3-ld）。圖3-1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種形式轉(zhuǎn)向系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(yàn)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。精確地計算出這些力是困難的。為

35、此用足夠精確的半經(jīng)驗(yàn)公式來計算汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩MR（Nmm）。m=f3=凹：匝R3P30.24=347215.2Nmm(3-1)式中f輪胎和路面間的滑動摩擦因數(shù)；G轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷，單位為N；1P輪胎氣壓，單位為MPa。作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力Fh為：(3-2)廠2LM2x347215.2F二1RhLDin+350 x18x0.92SWW式中L1轉(zhuǎn)向搖臂長，單位為mm；M原地轉(zhuǎn)向阻力矩，單位為NmmRL轉(zhuǎn)向節(jié)臂長，單位為mm；2D為轉(zhuǎn)向盤直徑，單位為mm；SWi轉(zhuǎn)向器角傳動比；Wn+轉(zhuǎn)向器正效率。因齒輪齒條式轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)無轉(zhuǎn)向搖臂，故L、L2不代入數(shù)值。對給定的汽車，用上式計算

36、出來的作用力是最大值。因此，可以用此值作為計算載荷。梯形臂長度的計算L:2輪輞直徑R=16in=16X25.4=406.4mmLW梯形臂長度L=RX0.8/2二406.4X0.8/2=162.6mm(3-3)2LW取L=160mm2輪胎直徑的計算rt：R二R+0.55x205=406.4+0.55X225=530.2mmTLW取R=530mm轉(zhuǎn)向橫拉桿直徑的確定：4_I4x347.23；a兀I?_：0.16x3.14x216x10-3m_3.578mm3-5)a=L;0_216MPa;M_347.2N-m2R因此取d=15mmmin初步估算主動齒輪軸的直徑：丿、，W.16x122.5x0.16

37、d3nmax_3m_8.935mm兀33.14x1403-4)3-6)?=140MPa所以取d=18mmmin上述的計算只是初步對所研究的轉(zhuǎn)向系載荷的確定。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計（一）EPS系統(tǒng)齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的主要元件（1）齒條是在金屬殼體內(nèi)來回滑動的，加工有齒形的金屬條。轉(zhuǎn)向器殼體是安裝在前橫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(yùn)動拉動或推動轉(zhuǎn)向橫拉桿，使前輪轉(zhuǎn)向。表3-1齒條的尺寸設(shè)計參數(shù)序號項(xiàng)目符號尺寸參數(shù)（mm）1總長L73

38、02直徑253齒數(shù)Z220哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)-I-I-I-4法向模數(shù)Mn32(2)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)向軸相連。因此，轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)使齒條橫向移動以操縱前輪。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(yùn)轉(zhuǎn)趨于平穩(wěn)，并能傳遞更大的動力。表3-2齒輪軸的尺寸設(shè)計參數(shù)序號項(xiàng)目符號尺寸參數(shù)(mm)1總長L1982

39、齒寬B1603齒數(shù)Z164法向模數(shù)Mn135螺旋角146螺旋方向左旋(3)轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部5-67H91.橫拉桿2.鎖緊螺母3.外接頭殼體4.球頭銷5.六角開槽螺母6.球碗7.端蓋&梯形臂9.開口銷圖3-2轉(zhuǎn)向橫拉桿外接頭轉(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。防塵套夾在轉(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)入球銷及齒條中。轉(zhuǎn)向橫拉桿端部與外端用螺紋聯(lián)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（見圖3-2）。注：轉(zhuǎn)向反饋是由前輪遇到不平路面而引起的轉(zhuǎn)向盤的運(yùn)動。（4）齒條調(diào)

40、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1和與殼體螺紋連接的調(diào)節(jié)螺塞3之間連有一個彈簧2。此調(diào)節(jié)螺塞由鎖緊螺母固定4。齒條導(dǎo)向座的調(diào)節(jié)使齒輪、齒條間有一定預(yù)緊力，此預(yù)緊力會影響轉(zhuǎn)向沖擊、噪聲及反饋（見圖3-3）。圖3-3齒條間隙調(diào)整裝置齒條斷面形狀有圓形、V形和Y形三種，本設(shè)計采用V形斷面，V形和Y形斷面齒條與圓形斷面比較，消耗的材料少，約節(jié)省20%,故質(zhì)量??；位于齒下面的兩斜面與齒條托座接觸，可用來防止齒條繞軸線轉(zhuǎn)動。在齒條與托座之間裝有用減磨材料（聚四氟乙烯）做的墊片，以減少滑動摩擦。當(dāng)車輪跳動、轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向器工作時，如在齒條上作用有能使齒條旋轉(zhuǎn)的力矩時，V形斷面齒條能防止因齒條旋轉(zhuǎn)

41、而破壞齒輪、齒條的齒不能正確嚙合的情況出現(xiàn)。（二）轉(zhuǎn)向傳動比當(dāng)轉(zhuǎn)向盤從鎖點(diǎn)向鎖點(diǎn)轉(zhuǎn)動，每只前輪大約從其正前方開始轉(zhuǎn)動30，因而前輪從左到右總共轉(zhuǎn)動大約60。若傳動比是1:1，轉(zhuǎn)向盤旋轉(zhuǎn)1，前輪將轉(zhuǎn)向1，轉(zhuǎn)向盤向任一方向轉(zhuǎn)動30將使其前輪從鎖點(diǎn)轉(zhuǎn)向鎖點(diǎn)。這種傳動比過于小，因而轉(zhuǎn)向盤最輕微的運(yùn)動將會使車輛突然改變方向。轉(zhuǎn)向角傳動比必須使前輪轉(zhuǎn)動同樣角度時需要更大的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角。對乘用車，推薦轉(zhuǎn)向器角傳動比在1725范圍內(nèi)選??；對商用車，在23亠32范圍內(nèi)選取，這里選傳動比為18:1。即在這樣的傳動比下，轉(zhuǎn)向盤每轉(zhuǎn)動18，前輪轉(zhuǎn)向1。（三）EPS系統(tǒng)齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的安裝齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器可安在前橫梁上或

42、發(fā)動機(jī)后部的前圍板上（見圖3-4）。橡膠隔振套包在轉(zhuǎn)向器外，并固定在橫梁上或前圍板上。齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的正確安裝高度，使轉(zhuǎn)向橫拉桿和懸架下擺臂可平行安置。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中磨擦點(diǎn)的數(shù)目減少了，因此這種系統(tǒng)輕便緊湊。大多數(shù)承載式車身的前輪驅(qū)動汽車用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。由于齒條直接連著梯形臂，這種轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)可提供好的路感。在轉(zhuǎn)向器與支承托架之間裝有大的橡膠隔振墊，這些襯墊有助于減少路面的噪聲、振動從轉(zhuǎn)向器傳到底盤和客艙。齒輪齒條轉(zhuǎn)向器裝在前橫梁上或前圍板上。轉(zhuǎn)向器的正確安裝對保證轉(zhuǎn)向橫拉桿與懸架下擺臂的平行關(guān)系有重要作用。為保持轉(zhuǎn)向器處在正確的位置，在轉(zhuǎn)向器安裝的位置處，前圍板有所加固。字母N-ms

43、e4775r轉(zhuǎn)向蹟拉稈接頭（欝囿2覘1*1圖3-4轉(zhuǎn)向器的安裝位置/轉(zhuǎn)向描拉桿_黑栓和里、轉(zhuǎn)向平啟）澗幕煉辟図甥檢和整圈總璉圈總成輕）ffrjffi(2)轉(zhuǎn)向器*（四）齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計要求齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的齒輪多數(shù)采用斜齒圓柱齒輪。齒輪模數(shù)取值范圍多在23mm之間。主動小齒輪齒數(shù)多數(shù)在57個齒范圍變化，壓力角取20，齒輪螺旋角取值范圍多為915。齒條齒數(shù)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向輪達(dá)到最大偏轉(zhuǎn)角時，相應(yīng)的齒條移動行程應(yīng)達(dá)到的值來確定。變速比的齒條壓力角，對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在1235。范圍內(nèi)變化。此外,設(shè)計時應(yīng)驗(yàn)算齒輪的抗彎強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度。主動小齒輪選用16MnCr5或15CrNi6材料制造，而齒條常采用45鋼制

44、造。為減輕質(zhì)量，殼體用鋁合金壓鑄。（五）齒輪軸和齒條的設(shè)計計算選擇齒輪材料、熱處理方式及計算許用應(yīng)力（1）選擇材料及熱處理方式小齒輪16MnCr5滲碳淬火，齒面硬度56-62HRC大齒輪45鋼表面淬火，齒面硬度52-56HRC（2）確定許用應(yīng)力QZQ=H4im_NHSHminQYY-F4im_ST_NSFmina)確定Qhlim和QFlimHlim1Flim1二425MPa二1500MPaq二1300MPaHlim2q=375MPaFlim2b）計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N,確定壽命系數(shù)ZYN、N。3-7)N二60naL二60 x1x18x(10 x8x300)=2.59x107二N1h式中n齒輪轉(zhuǎn)速（

45、r/min）；齒輪轉(zhuǎn)一周,同一側(cè)齒面嚙合的次數(shù)Lh齒輪的工作壽命（h）；c）計算許用應(yīng)力ZN1=1.32Y=1=YN1N2取SHmin二1,SFmin二1.4二1500 x心二1980MPa3-8)QZQ二一Hlim1N1H1SHminQZHlim2SHminN2=1300 x二1716MPa3-9)應(yīng)力修正系數(shù)YST2QQ=Flim1F1SFmin二氣存=607-14MPa3-10)哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)-I-cYYQ二*F2SFmin375x2x114二535.7MPa3-11)初步確定齒輪的基本參數(shù)和主要尺寸選擇齒輪類

46、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K二1.4t初選參數(shù)0=20Z=6Z=20=0.812d按當(dāng)量齒數(shù)Z=Z/cos30=6/cos320=7.23Y=5.6FS1初步計算齒輪模數(shù)mn3-12)3-13)轉(zhuǎn)矩T=Rasxf=0.175x200=35N-m=35000N-mm閉式硬齒面?zhèn)鲃?，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計。,2KTcos20YY_YTOC o 1-5 h zm=3-fsnt39Z2Cd1F HYPERLINK l bookmark106 o Current Document =i2x1.4x35000 xcos220 x0.

47、7x0.8956=0.8x62607.14=2.309mm確定載荷系數(shù)KK=1，由v=nt11=0.0116m/s,At60 x1000 xcos0vZ/100=0.000696,K=1；對稱布置，取K=1.061V0取K=1.3a則K=KKKK=1x1x1.06x1.3=1.378AV0a修正法向模數(shù)=mnt=2.396x3，-1-37814=2.2973-14)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，取m=3mmn確定齒輪傳動主要參數(shù)和幾何尺寸分度圓直徑d3-15)mz25x6d=n-=cosBcos20齒頂圓直徑da1d=d+2h=16+2m(h*+X)=16+2X2.5(1+0)=21mm(316)11anan

48、n齒根圓直徑dfd=d2h=162m(h*+C*X)=162X2.5X1.25=9.75mm(317)f11fnannn齒寬bb二d=0.8x16=12.8mm(318)d1因?yàn)橄嗷Ш淆X輪的基圓齒距必須相等，即Pb1=Pb2。齒輪法面基圓齒距為Pb1=Kmn1C0S1齒條法面基圓齒距為Pb2=Kmn2C0S2取齒條法向模數(shù)為m=2.5n2齒條齒頂高h(yuǎn)a2ha=mCi*+Xn)=2.5x(1+0)=2.5mm(319)2nan齒條齒根高h(yuǎn)f2h=m%+C*一Xn=2.5x(1+0.25-0)=3.125mm(320)f2nann法面齒距Sn2S=G/2+2Xntana=3.9mm(3-21)n

49、2nn校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度=ZH；2KTyu+1卩：bdfu查表，得Ze=1898*MPa查圖，得Z=2.45H取Ze=0.8,Zp=fcosB=0.969所以o=189.8x2.45x0.8x0.969x.；2X1.378X24960 x2MPa=1677.6MPal+1=80.7+79.3=160mm12取L=200mm3.2.4齒輪齒條傳動受力分析若略去齒面間的摩擦力，則作用于節(jié)點(diǎn)P的法向力Fn可分解為徑向力Fr和分力F,分力F又可分解為圓周力Ft和軸向力Fa。F二2T/d=2X35000/16=4375Nt11F=Ftana/cos4375tan20/cosl4=1641.12Nrtn

50、F二Ftan0二4375tan14=1090.8Nat3.2.5齒輪軸的強(qiáng)度校核軸的受力分析畫軸的受力簡圖計算支承反力在垂直面上RAVIF+Fr1a1239x1641+1091x878=932NRBV=F-F=1641-932二709Nr1RAV在水平面上RAHRBH4375=2187.5N在垂直面上,a-a剖面左側(cè)M=F-1=932x39=36348N-mmaVRAV1a-a剖面右側(cè)M=F-1=709x39=27651N-mmaVRBV2合成彎矩，a-a剖面左側(cè)畫彎矩圖在水平面上,a-a剖面左側(cè)、右側(cè)M=M=F-1=2187.5x39=85312.5N-mmaHaHRAH1M=2+M2=85

51、312.52+363482=92732.9N-mmaaHaVa-a剖面右側(cè)M=M2+M2=85312.52+276512=89681.7N-mma*aHaV畫轉(zhuǎn)矩圖轉(zhuǎn)矩T=F-d/2=4375X16/2=46636.4N-mmt1判斷危險剖面顯然，a-a截面左側(cè)合成彎矩最大、扭矩為T,該截面左側(cè)可能是危險剖面。軸的彎扭合成強(qiáng)度校核由機(jī)械設(shè)計4查得Q二Q二60MPa,0二100MPa,TOC o 1-5 h z-1b0ba=Q/Q=60/100=0.6。-1b0ba-a截面左側(cè)=1484.8mm3w兀d3兀x24.733W沁二32322+(aT)2805642+(0-6X46636-4)2MPa

52、=57.4MPaS,故a-a剖面安全。本章小結(jié)本章是電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計，主要內(nèi)容如下：介紹了電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一種設(shè)計方法，這種設(shè)計方法是有其可行性的，能夠設(shè)計出符合助力要求的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該設(shè)計方法在現(xiàn)實(shí)中是比較合適的。對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的主要元件進(jìn)行的詳細(xì)的哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-I-I-介紹，并且給出了一些參考的轉(zhuǎn)向系參數(shù)。根據(jù)已知條件，對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器進(jìn)行了齒輪軸和齒條的設(shè)計計算。第4章轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計4.1結(jié)構(gòu)與布置齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器因結(jié)構(gòu)簡單緊湊、制造工藝簡便等

53、優(yōu)點(diǎn)，既適用于整體式前軸，也適用于采用獨(dú)立懸架的斷開式前軸，被廣泛地應(yīng)用在轎車、輕型客貨車、微型汽車等車輛上。其中，與之配用的轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)同傳統(tǒng)的整體式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)相比有其特殊之處。一般來說，這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大多如圖4-1所示。轉(zhuǎn)向軸1的末端與轉(zhuǎn)向器的齒輪軸2直接相連或通過萬向節(jié)軸相連，齒輪2與裝于同一殼體的齒條3嚙合，外殼則固定于車身或車架上。齒條通過兩端的球鉸接頭與兩根分開的橫拉桿4、7相連，兩橫拉桿又通過球頭銷與左右車輪上的梯形臂5、6相連。因此，齒條3既是轉(zhuǎn)向器的傳動件又是轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)中三段式橫拉桿的一部分。絕大多數(shù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器都布置在軸前后方，這樣既可避讓開發(fā)動機(jī)的下部，又便于

54、與轉(zhuǎn)向軸下端連接。安裝時，齒條軸線應(yīng)與汽車縱向?qū)ΨQ軸垂直，而且當(dāng)轉(zhuǎn)向器處于中立位置時，齒條兩端球鉸中心應(yīng)對稱地處于汽車縱向?qū)ΨQ軸的兩側(cè)。1.轉(zhuǎn)向軸2.齒輪3.齒條4.左橫拉桿5左梯形臂6右梯形臂7右橫拉桿圖4-1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖對于給定的汽車，其軸距L、主銷后傾角B以及左右兩主銷軸線延長線與地面交點(diǎn)之間的距離K均為已知定值。對于選定的轉(zhuǎn)向器，其齒條兩端球鉸中心距也為已知定值。因而在設(shè)計轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)時，需要確定的參數(shù)為梯形底角Y、梯形臂長l以及齒條軸線到梯形底邊的安裝距離h。而橫拉桿長l則可12由轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的上述參數(shù)以及已知的汽車參數(shù)K和轉(zhuǎn)向器參數(shù)M來確定。其關(guān)系式為：=、(_M-1cosy)

55、2+(lsiny-h)2(41)2114.2用解析法求內(nèi)、外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時，齒條便向左或向右移動，使左右兩邊的桿系產(chǎn)生不同的運(yùn)動，從而使左右車輪分別獲得一個轉(zhuǎn)角。以汽車左轉(zhuǎn)彎為例，此時右輪為外輪，外輪一側(cè)的桿系運(yùn)動如圖4-2所示。設(shè)齒條向右移過某一行程S，通過右橫拉桿推動右梯形臂，使之轉(zhuǎn)過0。圖4-2外輪一側(cè)桿系運(yùn)動情況取梯形右底角頂點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn)，X、Y軸方向如圖5-2所示，則可導(dǎo)出齒條行程S與外輪轉(zhuǎn)角0的關(guān)系：S=lCOS(y+B),l2l2sin(y+0o)h2(42)22另外，由圖42可知：0二甲+0-y2h申=arctgKM2Sl2+OE2l20=arccosT22-2l-O

56、E211哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)-I-I-OE二；(KM_s)2+h212K_M2hl2+(S)2+h2_l2(4-3)Q122/B小=arccos+arctg()V0“KM心KM2S丿Z21S)2+h2而內(nèi)輪一側(cè)的運(yùn)動則如圖4-3所示，齒條右移了相同的行程S,通過左橫拉桿拉動左梯形臂轉(zhuǎn)過0。ia.圖4-3內(nèi)輪一側(cè)桿系運(yùn)動情況取梯形左底角頂點(diǎn)O1為坐標(biāo)原點(diǎn)，X、Y軸方向如圖5-3所示，則同樣可導(dǎo)出齒條行程S與內(nèi)輪轉(zhuǎn)角0的關(guān)系，即：iS=11cos(v0i)+.7211sin(Y0.)h2KM(4-4)2h12+(KM+S)2+

57、h2120i=Varctg一arccos2-(4-5)KM+2S21i212蘋-M-；(2+S)2+h2因此，利用公式(4-2)便可求出對應(yīng)于任一外輪轉(zhuǎn)角0的齒條行程S,再0將S代入公式(4-5)即可求出相應(yīng)的內(nèi)輪轉(zhuǎn)0i角。把公式(4-2)和(4-5)結(jié)合起來便可將0.表示為0的函數(shù)，記作：i00i=F(0o)反之，也可利用公式(4-4)求出對應(yīng)于任一內(nèi)輪轉(zhuǎn)角0.的齒條行程S,再將S代入公式(4-3)即可求出相應(yīng)的外輪轉(zhuǎn)角0。將公式(4-4)和(4-5)結(jié)合起0來可將e0表示為6i的函數(shù)，記作：eo)轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計4.3.1目標(biāo)函數(shù)的建立眾所周知,在不計輪胎側(cè)偏時,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向輪純滾動、無

58、側(cè)滑轉(zhuǎn)向的條件是內(nèi)、外輪轉(zhuǎn)角具有如圖4-4所示的理想的關(guān)系,即:(4-6)ctgeo_ctg6it二K式中T計及主銷后傾角0時的計算軸距T=L+r-tg0L汽車軸距r車輪滾動半徑由式(4-6)可將理想的內(nèi)輪轉(zhuǎn)角6，t表示為6的函數(shù)，即it0(4-7)6it=f(6o)=arcctS(ctS60-K)反之，取內(nèi)輪轉(zhuǎn)角6i為自變量時，理想的外輪轉(zhuǎn)角6ot也可表示為e,的函數(shù)，即:6ot=申(6,)=arcctg(ctg6i+K)(4-8)而由轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)所提供的內(nèi)、外實(shí)際轉(zhuǎn)角關(guān)系為前述的ei=F(0o)或00=0(9i),因此，轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)就是要在規(guī)定的轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)使實(shí)際的內(nèi)或外輪轉(zhuǎn)角

59、盡量地接近對應(yīng)的理想的內(nèi)或外輪轉(zhuǎn)角。為了綜合評價在全部轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)兩者接近的精確程度，并考慮到在最常使用的中小轉(zhuǎn)角時希望兩者盡量接近，因此建議用兩函數(shù)的加權(quán)均方根誤差b作為評價指標(biāo)。即：4-9)4-10)=Swf(6)-f(6)1i6oooomax6=1,2o6Exwh(6)申(6)10iiiimax6=1,2。i哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-I-I-兩式中的加權(quán)因子W0、Wi為:1.5(0。910。)o=W=1.0(10。920o)io0.5(20。90式中Aoy梯形臂球頭銷中心的Y坐標(biāo)值（見圖4-3）Aymin車輪上可能與梯形臂

60、干涉部位的Y坐標(biāo)值因1cosy-A0，所以可知當(dāng)1、選定時丫的可取值上限為：1yminA/、yarccosy（4-11）11第二，要保證有足夠的齒條行程來實(shí)現(xiàn)要求的最大轉(zhuǎn)角。即有：Sma齊S式中Smax最大轉(zhuǎn)角0或0.所對應(yīng)的齒條行程omaximaxS轉(zhuǎn)向器的許用齒條行程因K_M_/os丫+；12-(llsiny-h)222所以由公式或可知：;1Smax_l1cosy-cos(y+0Omax)+l2-(lsin丫-h)2-：l2lsin(y+0Omax)-h2212一般來說內(nèi)的數(shù)值很小，故在估算齒條行程時可略去不計，即可粗略地認(rèn)為：TOC o 1-5 h zS沁l,cosy-cos(y+0)1