汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、WOR格式汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第1章緒論1.1 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡(jiǎn)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(shí)，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(dòng)機(jī)構(gòu)組成。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為汽車的一個(gè)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(dòng)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)(EPS)、四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)(4WS、主動(dòng)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(chǎng)上以 HPS ECHPS EPS應(yīng)用為 三。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)

2、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)。1.1.1 轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)要求(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。不滿足這項(xiàng)要求會(huì)加速輪胎磨損，并降低汽車的行駛穩(wěn)定性。(2) 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(dòng)返回到 直線行駛位置，并穩(wěn)定行駛。(3) 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(dòng)。(4) 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置共同工作時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生 的擺動(dòng)應(yīng)最小。(5) 保證汽車有較高的機(jī)動(dòng)性，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能

3、力。(6) 操縱輕便。(7) 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。(8) 轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)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)。(9) 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(shí)，轉(zhuǎn)向 系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。(10) 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核，保證轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。1.2 EPS的特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1 EPS 與其他系統(tǒng)比較對(duì)于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(EPS)，電動(dòng)機(jī)僅在汽車轉(zhuǎn)向時(shí)才工作并消耗蓄電 池能量；而對(duì)于常流式液壓動(dòng)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向的燃料消耗率僅為 液壓

4、動(dòng)力轉(zhuǎn)向的16%20%。液壓動(dòng)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(duì)環(huán)境造成污染。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障停止工作 時(shí)，液壓泵也不工作，結(jié)果也會(huì)喪失助力效能，這就降低了工作可靠性。電 動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)不存在漏油的問題，只要蓄電池內(nèi)有電提供給電動(dòng)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(dòng)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(shí)將產(chǎn)生較大噪聲，在排除氣體之前會(huì)影響助 力效果；而電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向僅在電動(dòng)機(jī)工作時(shí)有輕微的噪聲。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向與液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向比較，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)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(dòng)助力

5、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(dòng)力轉(zhuǎn)向約輕20%25%以及汽車上容易布置等優(yōu)點(diǎn)。1.2.2 EPS 的特點(diǎn)(1 ) EPS節(jié)能環(huán)保。由于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，液壓泵始終處于工作狀態(tài)，液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使整個(gè)發(fā)動(dòng)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(dòng)力元件，可獨(dú) 立于發(fā)動(dòng)機(jī)工作，EPS幾乎不直接消耗發(fā)動(dòng)機(jī)燃油。 EPS不存在液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)的燃油泄漏問題，EPS通過電子控制，對(duì)環(huán)境幾乎沒有污染。(2 ) 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(dòng)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(chǔ)油罐

6、等，原 件數(shù)目少，裝配方便，節(jié)約時(shí)間。(3 ) EPS效率高。液壓動(dòng)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。(4 ) EPS路感好。傳統(tǒng)純液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系大多采用固定放大倍數(shù)，工作驅(qū)動(dòng)力大，但卻不能實(shí)現(xiàn)汽車在各種車速下駕駛時(shí)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滿意的轉(zhuǎn)向助力。(5)EPS回正性好。EPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不僅操作簡(jiǎn)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。(6 )動(dòng)力性。EPS系統(tǒng)可隨車速的高低主動(dòng)分配轉(zhuǎn)向力，不直接消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率，只在轉(zhuǎn)向時(shí)才

7、起助力作用，保障發(fā)動(dòng)機(jī)充足動(dòng)力。(不像HPS液壓系統(tǒng)，即使在不轉(zhuǎn)向時(shí)，油泵也一直運(yùn)轉(zhuǎn)處于工作狀態(tài)，降低了使用壽命)1.2.3 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(dòng)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(duì)EPS進(jìn)行了開發(fā)和研究。雖然比日本晚了十年

8、時(shí)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(duì)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)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(duì)滯后，但是，隨看汽

9、車對(duì)環(huán)保、節(jié)能-3-專業(yè)資料整理WOR格式和安全性要求的進(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(dòng)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)品級(jí)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(tái)階了，相信很快 就可以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。EPS系統(tǒng)是未來動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。1.3 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(shí)的提高，汽車轉(zhuǎn)

10、向助力肯定 會(huì)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(gè)方向?qū)ζ?車的轉(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(dòng)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(duì)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(duì)于推動(dòng)該系統(tǒng)的發(fā)展和最終的產(chǎn)品化應(yīng)用，對(duì)于推動(dòng)機(jī)械、傳感 器技術(shù)和電子器件制造等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車領(lǐng)域必定會(huì)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(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和液壓 助

11、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(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體組成2.1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)理及類型近年來，電動(dòng)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，除去應(yīng)當(dāng)滿足對(duì)液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的一些相似要 求以外，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)滿足：具有故障自診斷和報(bào)警功能；有良好的抗振動(dòng)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(shí)，電動(dòng)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(dòng)；在過載使用條件下有過載保護(hù)功能等。2.1.1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)理電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)由機(jī)械轉(zhuǎn)向器與電動(dòng)助力部分相結(jié)合構(gòu)成。電動(dòng)助力 部分包括電動(dòng)機(jī)、電池、傳感器和控制器（ ECU）

12、及線束，有的還有減速機(jī)構(gòu)和 電磁離合器等（圖2-1）圖2-1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)示意圖目前用于乘用車的電動(dòng)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(dòng)以外，還有增扭、 降速作用 轉(zhuǎn)向過程中，電動(dòng)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(dòng)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、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(dòng)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(shí)，離合器分離，并暫時(shí)停止 電動(dòng)機(jī)的助力作用。與此同時(shí)，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)也暫時(shí)轉(zhuǎn)

13、為機(jī)械式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。當(dāng)電 動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，離合器也自動(dòng)分離。離合器分離后再行轉(zhuǎn)向時(shí)，可不必因 帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)而消耗駕駛員體力。單片式電磁離合器包括主動(dòng)輪、從動(dòng)軸、壓 盤、磁化線圈和滑環(huán)等。1.主動(dòng)輪2.磁化線圈3.壓盤4.花鍵5.從動(dòng)軸6軸承7滑環(huán)8電動(dòng)機(jī)圖2-2電磁離合器工作原理簡(jiǎn)圖其工作原理如圖所示， 裝有磁化線圈2的主動(dòng)輪1與電動(dòng)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(dòng)輪產(chǎn)生電磁吸力，將壓 盤3吸到主動(dòng)輪上，然后電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)主動(dòng)輪、壓盤及壓盤轂上的花鍵傳給從 動(dòng)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(shí)

14、可設(shè)定： 達(dá)到此車速時(shí)， 電磁離合器停止工作。 還有, 在電動(dòng)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(dòng)分離。此后，在進(jìn)行再進(jìn)行轉(zhuǎn)向?qū)⒉淮嬖谥ψ饔?，直至電?dòng)機(jī)恢復(fù)工作為止電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的工作原理如下：當(dāng)駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)向盤施力并轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)，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(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角位移信 號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)傳至控制器，在同一時(shí)刻車速信號(hào)也傳至控制器。根據(jù)以上 兩信號(hào)，控制器確定電動(dòng)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(dòng)機(jī)電

15、流的實(shí)際值進(jìn)行比較后生成 一個(gè)差值信號(hào)，同時(shí)將此信號(hào)送往電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，該電路驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，并 向電動(dòng)機(jī)提供控制電流，完成助力轉(zhuǎn)向作用。2.1.2 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型EPS系統(tǒng)依據(jù)電動(dòng)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(gè)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2-3 EPS系統(tǒng)的類型（1）轉(zhuǎn)向軸助力式轉(zhuǎn)向軸助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)布置在靠近轉(zhuǎn)向盤下方，并經(jīng)蝸輪蝸桿機(jī)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向的電動(dòng)機(jī)布置在駕駛室內(nèi)，所以有良好的工作條件；因電動(dòng)機(jī)輸出的助力轉(zhuǎn)矩經(jīng)過

16、減速機(jī)構(gòu)增大后傳給轉(zhuǎn)向軸，所 以電動(dòng)機(jī)輸出的助力轉(zhuǎn)矩相對(duì)小些，電動(dòng)機(jī)尺寸也小，這又有利于在車上布 置和減輕質(zhì)量；電動(dòng)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(dòng)機(jī)距駕駛員和轉(zhuǎn)向盤 近，電動(dòng)機(jī)的工作噪聲和振動(dòng)直接影響駕駛員；轉(zhuǎn)向軸等零件也要承受來自 電動(dòng)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(dòng)機(jī)的尺寸不大，但因這種布置方案的電動(dòng)機(jī)靠近方向盤，為了不影 響駕駛員腿部的動(dòng)作，在布置時(shí)仍然有一定的困難。(2) 齒輪助力式 齒輪助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的

17、電動(dòng)機(jī)布置在與轉(zhuǎn)向器主 動(dòng)齒輪相連接的位置(圖2-3b )，并通過驅(qū)動(dòng)主動(dòng)齒輪實(shí)現(xiàn)助力。這種布置方 案的特點(diǎn)是：電動(dòng)機(jī)布置在地板下方、轉(zhuǎn)向器上部，工作條件比較差對(duì)密封要求較高；電動(dòng)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(dòng)機(jī)尺 寸小，同時(shí)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(dòng)齒輪以上的零部件，不 承受電動(dòng)機(jī)輸出的助力轉(zhuǎn)矩的作用，故尺寸可以小些；電動(dòng)機(jī)距駕駛員遠(yuǎn)些，它的動(dòng)作噪聲對(duì)駕駛員影響不大，但震動(dòng)仍然會(huì)傳到轉(zhuǎn)向盤；電動(dòng)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(dòng)齒輪裝在一個(gè)總成內(nèi)，拆裝 時(shí)會(huì)因相互影響而

18、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(jì)、制造。(3) 齒條助力式 齒條助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的電動(dòng)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(dòng)齒條實(shí)現(xiàn)助力。這種布置方案的特點(diǎn)是：電動(dòng)機(jī)位于地板下方，相比之下，工作噪聲和振動(dòng)對(duì)駕駛員的影響都小 些；電動(dòng)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(dòng)作不會(huì)受到它們的干擾；轉(zhuǎn)向軸直至轉(zhuǎn)向器主動(dòng)齒輪 均不承受來自電動(dòng)機(jī)的助力轉(zhuǎn)矩作用，故他們的尺寸能小些；電動(dòng)機(jī)、減速 機(jī)構(gòu)等工作在地板下方，條件較差，對(duì)密封要求良好；電動(dòng)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

19、大電動(dòng)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(dòng)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(jì)制造；采用滾珠螺桿螺母減速 機(jī)構(gòu)時(shí)，會(huì)增加制造難度與成本；電動(dòng)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(duì)寬松一些的乘用車上不是十分突出的問題。-9-專業(yè)資料整理WOR格式2.2 電動(dòng)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(dòng)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(cè)扭轉(zhuǎn)桿扭轉(zhuǎn)變形，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘?hào)并輸出至電子控制單元，是電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(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

20、組成（如圖2-4 ）。創(chuàng)E曙單元飾主軸分相器里元1 俗子盼輸匕軸,幷相聽單元2分相器單元2圖2-4 扭距傳 感器2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固定于轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸。扭轉(zhuǎn)桿扭轉(zhuǎn)后，使兩個(gè)分相器單元產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)角度，電 子控制單元根據(jù)兩個(gè)分相器的相對(duì)位置決定對(duì)EPS電動(dòng)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(cè)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(hào)。2.2.3 電動(dòng)機(jī)2-電動(dòng)機(jī)由轉(zhuǎn)角傳感器、定子及轉(zhuǎn)子組成（如圖5）。將電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)布置在齒條處，并直接驅(qū)動(dòng)齒條實(shí)現(xiàn)助力。通過轉(zhuǎn)角傳感器檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度防止扭矩波動(dòng)

21、圖2-5電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)224減速機(jī)構(gòu)減速機(jī)構(gòu)米用滾珠式減速齒輪機(jī)構(gòu)，將其固定在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上。電動(dòng) 機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)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)。Ppi1暫1西杲用總亡l u 1PLJst :二jIHI尸1 葉 T|押j i *L首 、. F -111： r jf-莒即b |:l ai darTL-I j | i 1 HMf !鼬吳二半丿fV底KSm|,=41T1 It rmhiwm HMtr 71 *raM iirB a jjgEtHMrJJL xBl IS-.fcBI J-,wk LRjh|，! KS jEJHt-3liL. _ njjj- .UEnMLa

22、SFfSiKl .孑 IM夕卜丈IS賂電兗朗亢轉(zhuǎn)問至統(tǒng)（含口怎ffcgtfBrgijpjLmlJ -T3TKii%Wl_U；：f Ff 11 Ff 1 .,1-if vrrWp4_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(hào)，進(jìn)行分析和計(jì)算后，發(fā)出指令，控制電動(dòng)機(jī)的動(dòng)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(dòng)機(jī)的電流、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等信號(hào)判斷系統(tǒng)工 作是否正常，一旦系統(tǒng)工作異常，電動(dòng)助力被切斷；同時(shí)ECU將進(jìn)行故障診斷分析，故障指示燈亮，并以故障所對(duì)應(yīng)的模式閃爍。2.3 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的助力特性電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的助力特性由軟件設(shè)定。通常將助力

23、特性曲線設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)，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(shí)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的組成、工作原理，以及對(duì)電動(dòng)助 力轉(zhuǎn)向的三種布置形式進(jìn)行了分析對(duì)比。還有分析了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各主要部件的結(jié)構(gòu)

24、及工作過程和助力特性。第3章 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的要求（1）運(yùn)動(dòng)學(xué)上應(yīng)保持轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角和駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)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（或減小），稱之為“路感”。（3） 當(dāng)作用在轉(zhuǎn)向盤上的切向力Fh 0.025 0.190kN 時(shí)（因汽車形式不同而異），動(dòng)力轉(zhuǎn)向器就開始工作。（4）轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向盤應(yīng)自動(dòng)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(dòng)力轉(zhuǎn)向失靈時(shí)，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(jì)與計(jì)算齒輪齒條轉(zhuǎn)向器最主要的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、質(zhì)量輕、剛性好

25、、使用可靠；傳動(dòng)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3-1b ）;側(cè)面輸入，中間輸出（圖 3-1c ）;側(cè)面輸入，一端輸出圖（圖 3-1d ）。圖3-1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種形式-15-專業(yè)資料整理WOR格式321轉(zhuǎn)向系計(jì)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(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

26、 擦阻力等。精確地計(jì)算出這些力是困難的。為此用足夠精確的半經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算汽 車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩 MR(N mm)式中 fGP1 233二 f G=*0.7 : 8100 M r3 P 30.24輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)； -轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷，單位為N;輪胎氣壓，單位為MPaFh 為：+mm347215.2N(3-1)作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力2LiM r,Fh L2 D svi式中Li轉(zhuǎn)向搖臂長，Mr原地轉(zhuǎn)向阻力矩L2轉(zhuǎn)向節(jié)臂長，D*sw為轉(zhuǎn)向盤直徑i 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比；轉(zhuǎn)向器正效率。2 347215.2122.5N350 18 0.9單位為mm;, 單位為N mm單位為mm;,單位

27、為mm(3-2)-17-專業(yè)資料整理對(duì)給定的因齒輪齒條式轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)無轉(zhuǎn)向搖臂，故 L1、L2不代入數(shù)值 汽車，用上式計(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。梯形臂長度的計(jì)算L2 : 輪輞直徑 Rlw = 16in=16 X 25.4=406.4mm梯形臂長度 L 2 =Rlw X 0.8/2= 406.4 X 0.8/2=162.6mmWOR格式專業(yè)資料整理取 L2 =160mm輪胎直徑的計(jì)算RT :Rt Rw 0.55205=406.4+0.55 X 225=530.2mm(3-4)取 RT =530mm轉(zhuǎn)向橫拉桿直徑的確定：-F4M(4 I st-=,d 3 - 1 :

28、10 m 3.578mmr a ”0.16 3.14 216a = L白;-=匚216MPa; M r 347.2 N m因此取 d min =15mm(3-5)初步估算主動(dòng)齒輪軸的直徑:16 122.530.16-m 8.935mm3.14140(3-6)=140MPa所以取 d min =18mm上述的計(jì)算只是初步對(duì)所研究的轉(zhuǎn)向系載荷的確定。3.2.2齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)（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(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?/p>

29、使他們與懸架下擺臂平行。 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)向器殼上。齒條的勺橫向運(yùn)動(dòng)拉動(dòng)或推動(dòng)轉(zhuǎn)向橫拉桿使前輪轉(zhuǎn)向。.表3-1齒條育的尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)尺寸參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)(mm )體1總長L7302 直徑3 齒數(shù)2520-14-WOR格式4法向模數(shù)Mn 23(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(dòng)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(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)

30、，并能傳遞更大的動(dòng)力。表3-2 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)1r總長L19821齒寬B603齒數(shù)Zi64法向模數(shù)Mn351螺旋角P14 6螺旋方向左旋(3)轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部5 67891.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8.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(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

31、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(dòng)。（4）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1和與殼體螺紋連接的調(diào)節(jié)螺塞3之間連有一個(gè)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(huì)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形和丫形三種，本設(shè)計(jì)采用 V形斷面，V形和丫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(dòng)。在齒條與托座之間裝有用減磨材料（聚四氟乙烯）做的

32、墊片，以減少滑動(dòng)摩擦。當(dāng)車輪跳動(dòng)、 轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向器工作時(shí)，如在齒條上作用有能使齒條旋轉(zhuǎn)的力矩時(shí)，V形斷面齒條能防止因齒條旋轉(zhuǎn)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(dòng)比當(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)大約 60 。若傳動(dòng)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(dòng)30。將使其前輪從鎖點(diǎn)轉(zhuǎn)向 鎖點(diǎn)。這種傳動(dòng)比過于小，因而轉(zhuǎn)向盤最輕微的運(yùn)動(dòng)將會(huì)使車輛突然改變方向。轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比必須使前輪轉(zhuǎn)動(dòng)同樣角度時(shí)需要更大的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角。對(duì)乘用車，推薦轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比在 1725范圍內(nèi)選?。粚?duì)商用車，在23 32范圍內(nèi)選取，

33、這里選傳動(dòng)比為18:1 。即在這樣的傳動(dòng)比下，轉(zhuǎn)向盤每轉(zhuǎn)動(dòng) 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發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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

34、 前圍板上。轉(zhuǎn)向器的正確安裝對(duì)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。-17-專業(yè)資料整理WOR格式-1&專業(yè)資料整理端鈿/豔靄 蹄和堅(jiān)圈厲成俚 髓譲轉(zhuǎn)向欄拉桿接頭（刃I NRl 128 47 j75/ J障仗）開翊安裝架圖3-4轉(zhuǎn)向器的安裝位置（四）齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)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(dòng)小齒輪齒數(shù)多數(shù)在57個(gè)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(shí)，相應(yīng)的齒條移動(dòng)行程應(yīng)達(dá)到的值 來確定。變速比的

35、齒條壓力角，對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在12 35 范圍內(nèi)變化。 此外，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算齒輪的抗彎強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度。主動(dòng)小齒輪選用 16MnCr5或15CrNi6材料制造，而齒條常采用 45鋼制造為減輕質(zhì)量，殼體用鋁合金壓鑄。（五）齒輪軸和齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算1.選擇齒輪材料、熱處理方式及計(jì)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 52-56HRCWOR格式(3-9)專業(yè)資料整理（2）確定許用應(yīng)力-H H Z NSHminF lim yST y NcS_ Fmina)確定二H lim 廠和F lim- H1500 MPaHlima-425M

36、Palimo121300MPa375MPaF lim 1Flim2 -b）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N，確定壽命系數(shù)Z NYN、 。N 60naLh60 1 18 10 8 300 2.59 10N( 3-7)式中 n齒輪轉(zhuǎn)速（r/min ）;a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）;Zni 1.32Y N1 1YN2c)計(jì)算許用應(yīng)力O S1 S取 H min , F min1.4-H lim 1Z -N11500 1.321980MPaSHmin1(3-8)口H lim 2-HZN2 二一1茅22 1716MPaSHmin1應(yīng)力修正系數(shù)YST 2WOR格式F lim 1 yST

37、 yN1425 21F1 607.14MPaSFmin1.4(3-10 )-19-專業(yè)資料整理cr F lim 2x 興F 一 YST YN2 一375212 535.7MPaSFmin1.42.初步確定齒輪的基本參數(shù)和主要尺寸(1) 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(2) 選擇齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)選用7級(jí)精度-,=E =三=呂R ;(3-11)(3) 初選參數(shù)- JJ -S d 0.8 丫 0.7 丫初選 Kt 1.420 Z i6乙200.896/cos 3按當(dāng)量齒數(shù)zv Z / cos 3207.23YFs 15.6(4) 初步計(jì)算齒輪模數(shù)m nRa

38、s f 0.175 血0035N 總雖000 N mmAi 4、 or轉(zhuǎn)矩T閉式硬齒面?zhèn)鲃?dòng)，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。-fi(3-12)Bt2K tT1 cos 2 丫 丫 YFS3d乙2_ 321.435000 cos2 200.7_0.895.60% 62x卩607.14=2.309 丫確定載荷系數(shù)K_mnt z1n1K A1,由 Vt0.0116m / s ,(3-13)60 1000 cosvZ1 / 1001.060.000696,Kv1 ;對(duì)稱布置，取 K ； 取 K 1.3-20-則 K - KaKvK, K . 1 1 1.06 1.3 - 1.378(6)修正法向模數(shù)3 * (

39、3m =mt3jK = 2.39631.378/ 二 2.29714 )K_ t1.4圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，取 m 3mmd丈一 Jm z 12.5 6(3-d116mm15 )coscos20da11: p2 16 2 ( *)=16+2 X2.5(1+0)=21(3-16 )hamn han X nmmd_f3.確定齒輪傳動(dòng)主要參數(shù)和幾何尺寸(2)齒頂圓直徑d1d1(3) 齒根圓直徑d f 1d 12hf(4) 齒寬b16 2m n (h an C17 )d匕bd10.816 12.8mm，CL(3-18 )P P 因?yàn)橄嗷Ш淆X輪的基圓齒距必須相等，即b1b2。X n ) =16-2 X 2.5

40、 X 1.25=9.75 mm ( 3-(1) 分度圓直徑Pb1 =兀 m1 cos。1齒輪法面基圓齒距為Pb2m2 cos 2齒條法面基圓齒距為取齒條法向模數(shù)為中2 2.5(5) 齒條齒頂高h(yuǎn) a2-21-WOR格式(319 )齒條齒根高h(yuǎn)f 2m hn anG Xn 2.50.25(1 0)3.125mm(3-20 )4.法面齒距Sn 2Sn 2校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度+2 Xn tan/ 2 nm 3.9mm(3-21)ZhZeZ z-2KT u 1bd2查表，得Ze189.8 MPaha2 = m (n 牛中n Xn 2.5 (1d)= 2.5mm-23-專業(yè)資料整理查圖，得Z H取 Z

41、.8，zcos0.969所以x2 1.37824960H 189.8 2.450.8 0.969220 162MPa =1677.6 MPa1所以齒面接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求。3.2.3 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向橫拉桿的運(yùn)動(dòng)分析當(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OC繞圓心O轉(zhuǎn)至OA時(shí)，齒條左端點(diǎn)E移至EA的距離為I1 OD OA cos 30 =160X cos30 =138.564 mmDC OC OD =160-138.564=21.436 mm=AD OA sin 30 =80 mmAA DC AEA

42、CE BEB 340mm -A C AD 二 二 二二A E a - AE a2 - AA 2 =3402 21.4362 =339.3 mmCE aA EaA C =339380=259.32 mm -l i CE CE a =340-259.32=80.7 mm_-圖3.4轉(zhuǎn)向橫拉桿的運(yùn)動(dòng)分析簡(jiǎn)圖同理計(jì)算轉(zhuǎn)向輪左轉(zhuǎn)30,轉(zhuǎn)向節(jié)由OC繞圓心O轉(zhuǎn)至OB時(shí)，齒條左端點(diǎn)E移至Eb的距離為I 2DB DA =80mm DC BB-B Eb 二、BE b2-BB 2 二，3402 21.4362 =339.3 mmI 2 EEb CB B Eb CE =80+339.3-340=79.3 mm 齒輪齒

43、條嚙合長度應(yīng)大于I 1 I 2即L 11 I 2 =80.7+79.3=160 mm取 L=200 mm3.2.4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。Ft 二 2Ti / d i =2 X 35000/16=4375 N三 耳 孵4375 tan 20 / cos14 =1641.12FrFt tan n / cos NFa 一 F tan4375 tan 14 =1090.8 N3.2.5齒輪軸的強(qiáng)度校核1.軸的受力分析(1)畫軸的受力簡(jiǎn)圖(2) 計(jì)算支承反力在垂直面上川1 對(duì)jFtfaTI

44、P,35Fa1 2 二 39 164110918二FRAV932N1_1 1 278fRBV Fr1fRAV1641 932 709 N在水平面上尸 壬aFt14375FRAHfRBH2187.5N2 2(3) 畫彎矩圖在水平面上，a-a剖面左側(cè)、右側(cè)*曲 M aH M aH F rah I 12187 .5 3985312 .5 N mm在垂直面上，a-a剖面左側(cè)二=M av F rav I 1932 3936348 N mma-a剖面右側(cè)一一M av F rbv I 2 709 3927651 N mmWOR格式合成彎矩，a-a剖面左側(cè)J 2222M a二M aH2 M av2二 8531

45、2.5363482二92732 .9Nmma-a剖面右側(cè)M a-MafM av2汙汁85312.52276512-89681.7 Nmm(4) 畫轉(zhuǎn)矩圖專業(yè)資料整理轉(zhuǎn)矩；T Ft 1 d / 2 =4375X 16/2=46636.4 N mm2.判斷危險(xiǎn)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(xiǎn)剖面。3.軸的彎扭合成強(qiáng)度校核由機(jī)械設(shè)計(jì) 60MPa， : rri 0 =?b b100MPa，ba = cj4查得1a =-/0 b =60/100=0.6。a-a截面左側(cè)jrjr Kd 3 24.73 331484 .8m m322 2M ( T)3280564 20.6

46、 46636.42 MPa云S，故a-a剖面安全。-26-WOR格式-29-專業(yè)資料整理M H厶岀土矍15氐*血NSX6US * 曲 /LGS36, Jin fl圖3.3-6齒輪軸校核分析圖本章小結(jié)本章是電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容如下：(1) 介紹了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一種設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì)方法是有其可行性的，能夠設(shè)計(jì)出符合助力要求的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該設(shè)計(jì)方法在現(xiàn)實(shí)中是比較合適的。(2) 對(duì)電動(dòng)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)的介紹，并且給出了一些參考的轉(zhuǎn)向系參數(shù)。(3) 根據(jù)已知條件，對(duì)電動(dòng)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(jì)計(jì)算。第4章4.1結(jié)構(gòu)與布置轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、制造工藝簡(jiǎn)便等優(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(dòng)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