汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)46頁

1、 汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)目 錄摘 要Abstract1 緒論1 1.1 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類1 1.2 EPS系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外發(fā)展研究現(xiàn)狀1 1.3 EPS的分類1 1.3.1 轉(zhuǎn)向軸助力式1 1.3.2 轉(zhuǎn)向小齒輪助力式2 1.3.3 轉(zhuǎn)向齒條助力式2 1.4 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 3 1.5 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理32 EPS方案設(shè)計(jì)5 2.1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)選型5 2.2 機(jī)械部分系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)5 2.2.1 機(jī)械部分設(shè)計(jì)要求分析5 2.2.2 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析5 2.2.3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器布置和結(jié)構(gòu)形式的選擇7 2.2.4 轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)方案分析8 2.3 控制部分系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)8

2、 2.3.1 控制部分性能要求分析8 2.3.2 控制部分方案設(shè)計(jì)103 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)12 3.1 整車性能參數(shù)12 3.2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)和計(jì)算12 3.2.1 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器計(jì)算載荷的確定12 3.2.2 轉(zhuǎn)向器基本部件設(shè)計(jì)15 3.2.3 齒輪軸和齒條的材料選擇及強(qiáng)度校核21 3.2.4 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向橫拉桿的運(yùn)動(dòng)分析24 3.2.5 齒輪齒條傳動(dòng)受力分析25 3.2.6 間隙調(diào)整彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算25 3.2.7 齒輪軸軸承的校核27 3.2.8 鍵的計(jì)算284 EPS的關(guān)鍵部件和控制策略29 4.1 EPS的關(guān)鍵部件選型29 4.1.1 電動(dòng)機(jī)29 4.1.2 電磁離

3、合器29 4.1.3 減速機(jī)構(gòu)30 4.1.4 扭矩傳感器30 4.1.5 電流傳感器31 4.2 EPS的電流控制31 4.3 助力控制32 4.4 阻尼控制32 4.5 回正控制335 EPS電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)34 5.1 微控制器的選擇34 5.2 硬件電路總體框架34 5.3 電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)35 5.3.1 H橋上側(cè)橋臂MOSFET功率管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)35 5.3.2 橋臂的功率MOSFET管驅(qū)動(dòng)電路36 5.4 蓄電池倍壓工作電源37 5.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路臺(tái)架試驗(yàn)376 結(jié)論39致謝40參考文獻(xiàn)41摘 要電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向 (Electric Power Steering,簡(jiǎn)稱EPS)系統(tǒng)

4、,是繼液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)后出現(xiàn)的一種新型動(dòng)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(shì),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(xiàng)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(shì)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS) 可解決小型汽車轉(zhuǎn)向輕便性和靈敏性的矛盾, 使駕駛員在汽車低速行駛時(shí)獲得較大助力, 高速行駛時(shí)獲得較強(qiáng)的路感。由ECU根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)離合器, 使電動(dòng)機(jī)在不需要助力時(shí)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),首先對(duì)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)

5、向?yàn)槔M(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)齒輪、齒條、轉(zhuǎn)向器等進(jìn)行了設(shè)計(jì)與計(jì)算，并對(duì)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向器，齒輪齒條,計(jì)算AbstractElectric Power Steering（EPS）System is a new type steering system, which can save energy, improve vehicle safety, and benefit environment protection. Its a new-high-tech that follows mode

6、rn vehicle development topic closely. EPS is much superior to hydraulic power steering system. It will be the inevitable developing direction for automobile power steering.The electric power steering (EPS) system can solve the contradiction between steering handiness and delicacy that exists in smal

7、l type of cars. It enable the driver to obtain stronger road sense when drive in high speed and bigger assist when drive in slow speed. According to by ECU to dish torque signal control motor clutch, make the motor when in need not stop working, reduce boost of energy consumption, this system can sa

8、tisfy different speeds get different dynamical characteristics requirement.The thesis is for the design of auto electric power steering. First, it discussed development history, EPS development present situation, the principle, and the structure. Then determine rack and pinion type steering with des

9、ign. Design and calculate steering gear and rack, and test rack and pinion gear surface contact strength and tooth root bending strength.Finally, maked the pinion and rack and assembly drawing by using AUTOCAD software.Keywords: automobile，EPS, steering gear, rack and pinion,calculateI1. 緒論隨著汽車技術(shù)的發(fā)展

10、，人們逐漸追求安全、舒適、輕便的駕駛環(huán)境，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由普通轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向動(dòng)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(dòng)力的形式大致可以分為3類：液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Hydraulic Powered Steering, HPS)，電動(dòng)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electrically Hydraulic Powered Steering, EHPS)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric Power Steering, EPS)。1.2 EPS系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外發(fā)展研究現(xiàn)狀 在國(guó)外，從1979年開始研究電動(dòng)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

11、動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并裝在其生產(chǎn)的Cervo車上，隨后又配備在Alto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(guó)的Delphi公司，英國(guó)的Lucas公司，德國(guó)的ZF公司，都研制出了各自的EPS。在國(guó)外，EPS已經(jīng)進(jìn)入了批量生產(chǎn)階段。在國(guó)內(nèi)，EPS技術(shù)大多還處于實(shí)驗(yàn)室開發(fā)研究階段，部分科研院所已經(jīng)進(jìn)入了裝車實(shí)驗(yàn)。國(guó)內(nèi)的清華大學(xué)早在1992年就開始了EPS研究。2002年，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)至少13家企業(yè)和科研院所正在研制中，如清華大學(xué)、吉林大學(xué)、江蘇大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)以及南摩股份有限公司等。目前21個(gè)國(guó)內(nèi)汽車廠家的43種品種均可裝配EPS產(chǎn)品

12、，其中六個(gè)廠家8個(gè)車型具有裝配EPS的潛力，其中有重慶長(zhǎng)安的奧拓、羚羊，吉利的美日、豪情，奇瑞的QQ，天津豐田的威馳，悅達(dá)起亞的千里馬，東南汽車的菱帥，廣州本田的飛度等。1.3 EPS的分類電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按照電動(dòng)機(jī)布置位置的不同，可以分為：轉(zhuǎn)向軸助力式(Column-assisttype EPS)、齒輪助力式(Pinion-assisttype EPS)、齒條助力式(Rackassisttype EPS)3種。1.3.1 轉(zhuǎn)向軸助力式 轉(zhuǎn)向軸助力式電動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)向軸助力轉(zhuǎn)向(圖1-1)。這種形式的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向

13、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、易于安裝?，F(xiàn)在多數(shù)EPS就是采用這種形式。此外，C-EPS的助力提供裝置可以設(shè)計(jì)成適用于各種轉(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。但由于助力電機(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。圖1-1 C-EPS1.3.2 轉(zhuǎn)向小齒輪助力式 齒輪助力式電動(dòng)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(dòng)齒輪實(shí)現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向(圖1-2)。由于助力電機(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(dòng)慣量太大產(chǎn)生的噪聲。該類型轉(zhuǎn)向器可用于中型車輛，以提供較

14、大的助力。圖1-2 P-EPS1.3.3 轉(zhuǎn)向齒條助力式 齒條助力式電動(dòng)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(dòng)齒條提供助力(圖1-3)。由于助力電機(jī)安裝于齒條上的位置比較自由，因此在汽車的底盤布置時(shí)非常方便。同時(shí)，同CEPS和P-EPS相比，可以提供更大的助力值，所以一般用于大型車輛上。圖1-3 R-EPS1.4 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)1 （1）液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的油泵，不轉(zhuǎn)向時(shí)也工作，加大了能量消耗。而EPS系統(tǒng)只在轉(zhuǎn)向時(shí)電動(dòng)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）減小了由于路面不平所引起的對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的干擾，改善了汽車的轉(zhuǎn)向性能，減

15、輕了汽車低速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向操縱力，提高了汽車高速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，進(jìn)而提高汽車的主動(dòng)安全性。 （3）由于不需要加注液壓油和安裝液壓油管，所以系統(tǒng)的安裝簡(jiǎn)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理 電動(dòng)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(dòng)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1-4 EPS結(jié)構(gòu)示意圖 工作原理：汽車在運(yùn)行過程中，扭矩傳感器、車速傳感器會(huì)產(chǎn)生各自的電信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過濾波、信號(hào)電平調(diào)整后傳給ECU，ECU經(jīng)過分析處理后輸出控制信號(hào)給電機(jī)驅(qū)

16、動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)助力電機(jī)扭矩控制2。2 EPS方案設(shè)計(jì)2.1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)選型 緒論中已經(jīng)提到轉(zhuǎn)向軸式電動(dòng)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(jì)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要是針對(duì)經(jīng)濟(jì)型轎車來進(jìn)行開發(fā)的，其空間相對(duì)較小，空間問題是要考慮的重點(diǎn)問題。轉(zhuǎn)向軸式對(duì)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(jì) 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(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。2.2.1 機(jī)械部分設(shè)計(jì)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(shí)，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)

17、滿足如下基本要求4： （1）汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，全部車輪應(yīng)繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，任何車輪不應(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(dòng)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(dòng)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、體積小、質(zhì)量輕；傳動(dòng)效率高達(dá)90%；

18、可自動(dòng)消除齒間間隙；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)向器的主要缺點(diǎn)是：逆效率高達(dá)60%70%。因此，汽車在不平路面上行駛時(shí)，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(diǎn)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(duì)前軸位置的不同，在汽車上有四種布置形式：轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后

19、置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形，見圖2-2。圖2-2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的布置形式 齒條斷面有圓形、V形和Y形三種。圓形斷面制造簡(jiǎn)單；V形和Y形節(jié)約材料，質(zhì)量小而且位于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(dòng)。 （2）循環(huán)球式循環(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(dòng)副，以及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動(dòng)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(diǎn)是：傳動(dòng)效率可達(dá)到75%85%；轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)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(dòng)力轉(zhuǎn)向器。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：逆效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜

20、，制造困難，制造精度要求高。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要用于貨車和客車上。 由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器與循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器相比4：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)得以簡(jiǎn)化。針對(duì)本次設(shè)計(jì)，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)向輪處于與汽車直線行駛相應(yīng)的中立位置時(shí)，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(dòng)機(jī)位置較低或轉(zhuǎn)向橋兼充驅(qū)動(dòng)橋的情況下，為避免運(yùn)動(dòng)干涉，往往將轉(zhuǎn)向梯形布置在前橋之前，此時(shí)上述交角90

21、°。 本次設(shè)計(jì)是發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)，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(shí)考慮到發(fā)動(dòng)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(shí)與懸架采用何種方案有關(guān)4?？紤]到本次設(shè)計(jì)中采用獨(dú)立懸架，故設(shè)計(jì)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(jì)2.3.1 控制部分性能要求分析電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)除必須滿足車輛對(duì)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(diǎn)11： （1）具有良好的轉(zhuǎn)向助力特性轉(zhuǎn)向盤力是駕駛者

22、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(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性，高速行駛時(shí)的操縱穩(wěn)定性6。在低車速、低側(cè)向加速度行駛工況下，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(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，可以顯著地改善高速行駛時(shí)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。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

23、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用而發(fā)生自動(dòng)轉(zhuǎn)向等不穩(wěn)定現(xiàn)象時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)該具有使車輛在相當(dāng)短的時(shí)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(duì)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)向由于不能對(duì)助力進(jìn)行實(shí)時(shí)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(shí)，仍然會(huì)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(shí)的安全。

24、由于EPS由電機(jī)提供助力，助力大小由電控單元（ECU）實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)與控制。EPS可以根據(jù)車速不同工況，制定不同的控制策略，自動(dòng)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(dòng)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(shí)，系統(tǒng)中的各個(gè)元件（如電機(jī)等）及其他相關(guān)元件（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(gè)偏轉(zhuǎn)角位移時(shí)，下部輸出軸要在直流電機(jī)的帶動(dòng)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。（4）具有良好的回正特性 駕駛員轉(zhuǎn)向時(shí)，回正力

25、矩是使轉(zhuǎn)向車輪自動(dòng)返回到直線行駛位置的主要恢復(fù)力矩之一。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)作用到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，電動(dòng)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(shí)，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(shí)，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(duì)系統(tǒng)的阻尼作用，使回正處于受控狀態(tài)。由于在EPS中采用了微電子技術(shù)，利用軟件控制電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作，在最大限度內(nèi)調(diào)整設(shè)計(jì)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

26、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(diǎn)的。 （5）適合的轉(zhuǎn)向路感 對(duì)于EPS來說，其助力大小可根據(jù)不同車速、通過軟件的方式來控制電機(jī)電流來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)路感的優(yōu)化。 （6）具有在版故障診斷功能 （7）EPS系統(tǒng)應(yīng)具有碰撞能量吸收功能對(duì)于EPS系統(tǒng)，當(dāng)汽車發(fā)生正面沖撞時(shí)，轉(zhuǎn)向盤的壓迫是導(dǎo)致駕駛員受傷的一個(gè)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(jì)EPS具體的工作流程是5：當(dāng)車輛點(diǎn)火開關(guān)接通，發(fā)動(dòng)機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)后，電動(dòng)

27、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(gè)EPS系統(tǒng)啟動(dòng)，EPS程序一直監(jiān)控車速傳感器與轉(zhuǎn)矩傳感器輸入的車速和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號(hào)，其中，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號(hào)體現(xiàn)了轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)矩大小及該時(shí)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(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)還是逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)還是在中間位置保持不動(dòng)，由車速與轉(zhuǎn)矩信號(hào)實(shí)時(shí)輸出相應(yīng)的控制電流驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)不同大小不同方向的助力，當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)斷開時(shí)，EPS系統(tǒng)停止工作。圖2-7 EPS系統(tǒng)工作流程圖電動(dòng)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(dòng)機(jī)與減速機(jī)構(gòu)、電子控制單元（ECU)。轉(zhuǎn)矩傳感器一般安裝在轉(zhuǎn)向小齒輪軸上，有的與電動(dòng)機(jī)集成制造成一

28、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(dòng)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)的儀表盤背板上；電動(dòng)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)則是通過法蘭交叉或縱向安裝在齒條上，并通過齒輪箱操作。本次設(shè)計(jì)中，由于所選用的車型是小型車，故將電動(dòng)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(jì)3.1 整車性能參數(shù) 本次設(shè)計(jì)以某微型轎車為模型，采用前置前驅(qū)的驅(qū)動(dòng)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L2500

29、mm前輪距L11490mm后輪距L21475mm最小轉(zhuǎn)彎半徑Rmin4940mm車長(zhǎng)3900mm車寬1695mm車高1525mm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175/65 R15 后輪175/65 R153.2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)和計(jì)算3.2.1 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器計(jì)算載荷的確定 （1）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(dòng)轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)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(jì)

30、算這些力是困難的，為此推薦用足夠精確的半經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算汽車在瀝青或者混泥土路面上的原轉(zhuǎn)向阻力矩(Nmm)，即 412878.50 （3-1） 式中，f為輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)，一般取0.7；G1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G1=（1095+606)9.860%=8555.4N P取0.2MPa （2）轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的計(jì)算圖3-1 轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)角關(guān)系圖 （3-2） 式中：L汽車軸距，2500mm；R汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑，4940mm。 （3-3） 42.12。 式中：L汽車軸距，2

31、500mm；R汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑，4940mm；B前輪輪距，1490mm。 設(shè)計(jì)取方向盤總?cè)?shù)為3，則 （3-4） 式中：轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角（速度），3×360°；轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角（速度），+=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 N （3-5） 式中：轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)；轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)；轉(zhuǎn)向盤直徑，設(shè)計(jì)為350mm；轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比；轉(zhuǎn)向器正效率，90%。 因齒輪齒條式轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)無轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向節(jié)臂，故和不代入數(shù)值。 對(duì)于給定的汽車，用式（3-5）計(jì)算出來的作用力是最大值。因此，可以用此值作為計(jì)算載荷。 （4）轉(zhuǎn)向盤扭力矩Tz （3-6） 式中：轉(zhuǎn)向盤上的手力，176.2

32、9N；轉(zhuǎn)向盤直徑，設(shè)計(jì)為350mm。 （5）梯形臂長(zhǎng)度L2的計(jì)算 前輪輪胎規(guī)格為前輪175/65 R15，則輪輞直徑=15in=1525.4=381mm。 梯形臂長(zhǎng)度152.4，取。 （6）輪胎直徑的計(jì)算 輪胎直徑，取。 （7）轉(zhuǎn)向橫拉桿直徑的計(jì)算： mm （3-7） 取 式中：原地轉(zhuǎn)向阻力矩，412878.50N.mm；前輪距1490mm；材料許用應(yīng)力216MPa。 （8）主動(dòng)齒輪軸的計(jì)算： （3-8） 取 式中：方向盤扭矩，30850.75 N·mm；材料許用切應(yīng)力，140MPa。3.2.2 轉(zhuǎn)向器基本部件設(shè)計(jì) （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(dòng)比47.6m

33、m/rad 齒輪法向模數(shù)2.5方向盤總?cè)?shù)3齒條行程160mm （2）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(dòng)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(duì)嚙合齒輪參與嚙合的齒數(shù)。相對(duì)直齒而言，斜齒的運(yùn)轉(zhuǎn)趨于平穩(wěn)，并能傳遞更大的動(dòng)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(dòng)小齒輪齒數(shù)在5-7個(gè)范圍變化，壓力角取值200，齒輪螺旋角多為90-150。 取齒輪模數(shù)mn1=2.5，齒輪齒

34、數(shù)z1=6，齒輪壓力角1=200，齒輪螺旋角取為150、左旋，齒輪軸總長(zhǎng)L=160mm，故斜齒圓柱齒輪直徑根據(jù)公式 d1=mn1z1/cos=15.53mm （3-9） 取齒寬系數(shù)， 則齒條寬度 （3-10） 圓整取 ，則取齒輪齒寬。表3-3 齒輪軸的尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)尺寸參數(shù)(mm)1總長(zhǎng)1602齒寬303齒數(shù)64法向模數(shù)2.55螺旋角15°6螺旋方向左旋 （3）齒條 齒條是在金屬殼體內(nèi)來回滑動(dòng)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懸架的下擺臂平行。齒條可以比作是梯形

35、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(dòng)拉動(dòng)或推動(dòng)轉(zhuǎn)向橫拉桿，使前輪轉(zhuǎn)向。相互嚙合的齒輪的齒距和齒條的齒距必須相等。即： 取齒條的模數(shù)：=2.5，計(jì)算出齒條的壓力角為：=200， 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(jì)參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)尺寸參數(shù)()1總長(zhǎng)7352直徑303齒數(shù)214法向模數(shù)2.5（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(shí)，在球頭銷上就作用了一個(gè)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)入球銷和齒條中。轉(zhuǎn)

36、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(jì)參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)尺寸參數(shù)（mm)1橫拉桿總長(zhǎng)2572橫拉桿直徑103螺紋長(zhǎng)度484外接頭總長(zhǎng)1005球頭銷總長(zhǎng)526球頭銷螺紋公稱直徑M817外接頭螺紋公稱直徑M1018內(nèi)接頭總長(zhǎng)609內(nèi)接頭螺紋公稱直徑M121 （5）齒條調(diào)整一個(gè)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(gè)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(huì)影響轉(zhuǎn)向沖擊、噪聲和反饋。圖3-2 自動(dòng)消除間隙裝置 表3-6 齒條調(diào)

37、整裝置的尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)尺寸參數(shù)（mm)1導(dǎo)向座外徑402導(dǎo)向座高度303彈簧總?cè)?shù)6.54彈簧節(jié)距8.255彈簧外徑306彈簧安裝高度377螺塞螺紋公稱直徑M4428螺塞高度309鎖止螺塞高度1010轉(zhuǎn)向器殼體總長(zhǎng)/高600/15011轉(zhuǎn)向器殼體內(nèi)/外徑40/56 （6）齒輪齒條的綜合分析設(shè)計(jì)及計(jì)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(dòng)比。假設(shè)齒輪有足夠的嚙合長(zhǎng)度，且齒輪在齒條上滾動(dòng)而齒條不動(dòng)的嚙合情況，當(dāng)齒輪嚙合一周時(shí)，齒輪中心線由O-O位置移動(dòng)到O-O位置，如圖3-3示。圖3-3 齒條嚙合長(zhǎng)度計(jì)算圖 這時(shí)可以知道AB=d，齒輪在齒條上移動(dòng)了A

38、C距離：式中：齒輪安裝角，（0）；齒輪分度圓直徑（mm）。齒輪在垂直于齒條中心線MM的方向上移動(dòng)了BC距離：；在齒條實(shí)際工作中是運(yùn)動(dòng)的，齒輪只是繞軸承中心線轉(zhuǎn)動(dòng)，并不移動(dòng)。只能是齒條沿其軸線移動(dòng)，可見BC在實(shí)際工作中不存在，從中可知：；在齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周，齒條實(shí)際移動(dòng)距離AD為：。式中：齒條傾角（0）。AD就是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的線角傳動(dòng)比，即 （3-11） 將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：；代入上式，得=8.31140。 齒條的齒數(shù)計(jì)算Z2 （3-12） 式中：齒條行程，160mm；齒條模數(shù)，2.5；齒條壓力角，=200。將數(shù)據(jù)代入（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

39、選擇及強(qiáng)度校核表3-7 齒輪軸和齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算和說明計(jì)算結(jié)果 選擇齒輪材料、熱處理方式及計(jì)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 ； (a)確定和 ； ； (b)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N，確定壽命系數(shù)、。 (c)計(jì)算許用應(yīng)力 取, = = 應(yīng)力修正系數(shù) = = 初步確定齒輪的基本參數(shù)和主要尺寸 選擇齒輪類型 根據(jù)齒輪傳動(dòng)的工作條件，選用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合傳動(dòng)方案 選擇齒輪傳動(dòng)精度等級(jí) 選用7級(jí)精度 初選參數(shù) 初選 =6 =21 =1.2 =0.7 =0.89 按當(dāng)量齒數(shù)

40、 初步計(jì)算齒輪模數(shù) 轉(zhuǎn)矩176.29×0.175=30.85=30850閉式硬齒面?zhèn)鲃?dòng)，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。 =2.205 確定載荷系數(shù) =1，由, /100=0.000648,=1；對(duì)稱布置，取=1.06；取=1.3，則=1×1×1.06×1.3=1.378 修正法向模數(shù) =2.205×=2.193 圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，取=2.5 確定齒輪傳動(dòng)主要參數(shù)和幾何尺寸 分度圓直徑 =15.53 齒頂圓直徑 =15.53+2 =15.53+2×2.5(1+0)=20.53 齒根圓直徑 =15.53-2 =15.53-2×2.5

41、15;1.25=9.28 齒寬 =1.2×15.53=18.636 因?yàn)橄嗷Ш淆X輪的基圓齒距必須相等，即。 齒輪法面基圓齒距為 齒條法面基圓齒距為 取齒條法向模數(shù)為=2.5 齒條齒頂高 =2.5×(1+0)=2.5 齒條齒根高 =2.5(1+0.25-0)=3.125 法面齒距 =3.925 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 查表得，=189.8；查圖得，=2.45 取=0.8，=0.985 所以 =189.8×2.45×0.8×0.985×=1512.8斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合傳動(dòng)7級(jí)精度46510=1.378=2.5=15.53=20.5

42、3=9.28取=20=2.5=3.125=3.925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(yùn)動(dòng)分析圖3-3 轉(zhuǎn)向橫拉桿的運(yùn)動(dòng)分析簡(jiǎn)圖當(dāng)轉(zhuǎn)向盤從鎖點(diǎn)向鎖點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，每只前輪大約從其正前方開始轉(zhuǎn)動(dòng)30°，因而前輪從左到右總共轉(zhuǎn)動(dòng)約60°。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪右轉(zhuǎn)30°，即梯形臂或轉(zhuǎn)向節(jié)由繞圓心轉(zhuǎn)至?xí)r，齒條左端點(diǎn)移至的距離為30°=150×cos30°=129.904=150-129.904=20.09630°=75 =304.34=304.3-75=229.3=305-229.3=75.7 同理計(jì)算轉(zhuǎn)向輪左轉(zhuǎn)30

43、6;，轉(zhuǎn)向節(jié)由繞圓心轉(zhuǎn)至?xí)r，齒條左端點(diǎn)E移至的距離為=75 =304.34=75+304.3-305=74.3齒輪齒條嚙合長(zhǎng)度應(yīng)大于即 =75.7+74.3=150取L=160。3.2.5 齒輪齒條傳動(dòng)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。=2×30851/15.53=3973.0=1497.13=1064.58N3.2.6 間隙調(diào)整彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一圓柱形壓縮螺旋彈簧，載荷平穩(wěn)，要求=1400N時(shí)，<10mm,彈簧總的工作次數(shù)小于，彈簧中要能寬松地穿過一根直徑為18mm的軸；彈簧

44、兩端固定；外徑,自由高度。(1) 選擇材料 由彈簧工作條件可知，對(duì)材料無特殊要求，選用C組碳素彈簧鋼絲。因彈簧的工作次數(shù)小于，載荷性質(zhì)屬類，。(2) 計(jì)算彈簧絲直徑表3-8 彈簧絲直徑的計(jì)算計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算依據(jù)和內(nèi)容計(jì)算結(jié)果選擇旋繞比估初算彈簧絲直徑計(jì)算曲度系數(shù)計(jì)算彈簧絲的許用切應(yīng)力計(jì)算彈簧絲直徑取=4按30mm、18mm,取=6.25=1.404=0.45=0.45×1700=765=5.129取=4=1.404=765取=5計(jì)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(jì)算計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算依據(jù)和內(nèi)容計(jì)算結(jié)果工作圈數(shù)總?cè)?shù)節(jié)距自由高度=4.46各端死圈取1，故,則,取=4.46

45、×8.25+1.5×5=44.29=4.46=6.5=8.25=44.29(4) 穩(wěn)定性驗(yàn)算 高徑比b=H0/D2=44.29/25=1.77<5.3，滿足穩(wěn)定性要求。(5) 檢查及1 鄰圈間隙 =t-d=8.25-5=3.25mm 彈簧單圈的最大變形量 max/n=8/4.46=1.79mm 故在最大載荷作用下仍留有間隙1，1=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 s=1.25=1.25×765=956.25M

46、Pa 彈簧的極限載荷 Flim=3.14×52×956.25/(8×4×1.4)=1670N 彈簧的安裝載荷 Fmin=0.9Fmax=0.9×1400=1260N 彈簧剛度 Cs=Gd/(8C3n)=80000×5/(8×43×4.46)=175.17N/mm 安裝變形量 min=Fmin/Cs=1260/175.17=7.19mm 最大變形量 max=Fmax/Cs=1400/175.17=7.99mm 極限變形量 lim=Flim/Cs=1670/175.17=9.53mm 安裝高度 H1=H0-min=44.29-7.19=37.10mm 工作高度 H2=H0-max=44.29-7.99=36.3mm極限高度 H3=H0-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，軸承間距60mm,軸承極限轉(zhuǎn)速n=9000r/min,采用脂潤(rùn)滑，預(yù)期壽命Lh=12000h初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷=0.711>e X=0.56,暫選一近似中間值Y=1.5。另查表得fp=1.2P=fp(XFR+YFA)=1.2×(0.56×698.5+1.5×432.3)=1247.53N計(jì)算