捷達(dá)轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過(guò))

買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 摘要 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的法杖經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單的純機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、機(jī)械液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，到電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，知道更為節(jié)能、操縱性能更好的電子控制式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ EPS）等幾個(gè)階段。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向采用電動(dòng)機(jī)直接提供助力，助力大小由電控單元控制，具有助力大小可調(diào)、路感良好、環(huán)保、耗能低和維修方便等優(yōu)點(diǎn)。 本論文在對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需求分析的基礎(chǔ)上，提出了轉(zhuǎn)向軸助力式 EPS系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，應(yīng)用 CAD軟件對(duì)機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并給出了主要零部件的強(qiáng)度校核。而對(duì)于 EPS的電動(dòng)助力部分，則主要是對(duì)其控 制原理進(jìn)行分析，給出了總體的控制方案。 關(guān)鍵詞 : 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向器，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 Abstract The automobile has turned to the sustematic experience and turned from simple pure machinery system ,mechanical hydraulic pressure power system ,get auromatically controlled hydraulic pressure power the system ,it is the energy-conservation even more ,handle performance fine electron who control electronic power steering adopts the motor to offer helping hand directly ,the size of helping hands is controlled by the automatically controlled untit have helping hand size adjustable ,way sense good ,environmental protection ,consume energy low maintaining advantaging such as being convenient . This thesis on electric power steering system based on the analysis of the demand, puts forward the steering shaft power type EPS system, overall design scheme of mechanical CAD software used the structure design of steering mechanism, and gives the main components strength check. And for EPS of electric power, the main part of the control principle is analyzed, given the overall control scheme . Key words: Electric power steering, Steering gear,Structural design 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 第 1張 緒論 1 1.1 汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn) 2 1.2 EPS國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 3 1.3 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 4 1.4 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理及結(jié)構(gòu) 5 第 2章 EPS方案設(shè)計(jì) 6 2.1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)選型 6 2.2 機(jī)械部分系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 6 2.2.1設(shè)計(jì)要求 6 2.2.2機(jī)械式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)形式及比較 7 2.2.3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器布置和結(jié)構(gòu)形式的選擇 9 2.3 控制部分系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 10 2.3.1 控制部分性能要求分析 10 2.3.2 控制部分方案設(shè)計(jì) 12 第 3章 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì) 13 3.1 整車性能參數(shù) 13 3.2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)和計(jì)算 13 3.2.1 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器計(jì)算載荷的確定 13 3.2.2 轉(zhuǎn)向器基本部件設(shè)計(jì) 16 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 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 26 3.2.5 齒輪齒條傳動(dòng)受力分析 27 3.2.6 間隙調(diào)整彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 27 3.2.7 齒輪軸軸承的校核 29 3.2.8 鍵的計(jì)算30 第 4章 EPS的關(guān)鍵部件和控制策略 31 4.1 EPS 的 關(guān) 鍵 部 件 選型 31 4.1.1 電動(dòng)機(jī) 31 4.1.2 電磁離 合器 31 4.1.3 減速機(jī)構(gòu) 32 4.1.4 扭 矩傳感器 32 4.1.5 電流傳感器 34 4.2 EPS 的電流控制 34 4.3 助力控制 35 4.4 阻尼控制 35 4.5 回正控制 36 結(jié)論 37 致謝 38 參考文獻(xiàn) 39 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 全套 資料 ， 扣扣 加 414951605 第 1 章 緒論 隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)汽車轉(zhuǎn)向操縱性能得要求也日益提高。為了保證車輛在任何工況下轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，都有較理想的操縱穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向輕便性，即使在停車情況下轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤也能輕便靈敏，而高速行駛時(shí)又不會(huì)感到輕飄不穩(wěn)，人們對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了不斷地改進(jìn)。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單的純機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)到機(jī)械液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，到電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，直到更為節(jié) 能、操縱性能更好的電子控制式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ EPS）等幾個(gè)階段。 汽車操縱穩(wěn)定性是指汽車確切地響應(yīng)操縱輸入與抵抗外界擾動(dòng)的能力，其中操縱性指汽車系統(tǒng)作為隨動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)駕駛員轉(zhuǎn)向輸入產(chǎn)生跟隨響應(yīng)的能力；穩(wěn)定性指抵抗外界路面或陣風(fēng)擾動(dòng)的能力，兩方面難以皆然分開(kāi)，統(tǒng)稱操縱穩(wěn)定性。 按轉(zhuǎn)向動(dòng)力能源不同，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可分為機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩大類。機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是以人的體力為轉(zhuǎn)向能源的，其中所有的傳動(dòng)件都是機(jī)械的，它主要由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三部分組成。汽車轉(zhuǎn)向器作為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要零部件，其性 能的好壞直接影響到汽車行駛的安全性和可靠性。汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系的基礎(chǔ)上增設(shè)了一套轉(zhuǎn)向加力裝置所構(gòu)成的轉(zhuǎn)向系，它兼用駕駛員的體力和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力作為轉(zhuǎn)向能源。在正常的情況下，汽車轉(zhuǎn)向所需的力大部分由發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)向加力裝置提供，只有一小部分由駕駛員提供。但在動(dòng)力轉(zhuǎn)買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 向?qū)嵭r(shí)，駕駛員仍能通過(guò)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向操縱。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子控制式機(jī)械 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，該系統(tǒng)在某些性能方面優(yōu)于傳統(tǒng)的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，但仍然無(wú)法徹底解決液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的固有缺陷。此外，傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在選定參數(shù)完成設(shè)計(jì)之后，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能就確定了，不能再對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制。因此傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向力與操縱“路感”的關(guān)系比較困難。當(dāng)安汽車低速轉(zhuǎn)向力小時(shí)設(shè)計(jì)，則高速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向力往往過(guò)小、即“路感”差，甚至感覺(jué)汽車發(fā)“飄”，從而影響操縱穩(wěn)定性，而按高速性能要求設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時(shí)，低速時(shí)須轉(zhuǎn)向力往往過(guò)大。 汽車電子化是當(dāng)前汽車技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。繼電子技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、制動(dòng)器和懸架等系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用之后， EPS 在轎車和輕型汽車領(lǐng)域正逐步取代傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)并向更大型轎車和商務(wù)客車方向發(fā)展，它已成為世界汽 車技術(shù)發(fā)展的研究熱點(diǎn)和前沿技術(shù)之一，具有廣泛的應(yīng)用前景。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ EPS），是繼液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)后產(chǎn)生的一種動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，是世界汽車技術(shù)發(fā)展的研究熱點(diǎn)和前沿技術(shù)之一，它屬于與傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不同的另一種動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。它直接依靠電動(dòng)機(jī)提供輔助扭矩，通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)電流的幅值和方向，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向器電動(dòng)助力的要求，這種系統(tǒng)是汽車在低速時(shí)能減輕操縱力，從而提高操縱的輕便型；而當(dāng)汽車在告訴行駛時(shí)，電子控制系統(tǒng)保證提供最優(yōu)控制傳動(dòng)比和穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向手感，從而提高高速行駛時(shí)的操縱穩(wěn)定性。因此它可以較好地解決液壓動(dòng) 力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所不能解決的矛盾。目前，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有代替液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的趨勢(shì)。 1.1 汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn) 目前，液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車上得到了廣泛應(yīng)用，它能明顯降低轉(zhuǎn)向盤的操舵力，但存在工作效率低、體積大、液壓油易泄露污染環(huán)境等缺點(diǎn)。為了克服液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的確定，采用電機(jī)助力的電動(dòng)助力系統(tǒng)（ EPS） 成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由控制單元和動(dòng)力單元組成，控制單元根據(jù)車速信號(hào)、扭矩傳感器信號(hào)確定轉(zhuǎn)向助力扭矩值，并向動(dòng)力單元發(fā)送相應(yīng)的控制信號(hào)，通過(guò)動(dòng)力單元對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的 助力控制。 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 由于動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)向操縱靈活、輕便、并可吸收路面對(duì)前輪產(chǎn)生的沖擊等優(yōu)點(diǎn)，自 20世紀(jì) 50 年代以來(lái)在各國(guó)汽車上開(kāi)始普遍應(yīng)用。 20世紀(jì) 80年代開(kāi)始研究的汽車上以電能為動(dòng)力的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。和液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，它具有更為突出的優(yōu)點(diǎn)： 1、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(wèn)題， EPS 通過(guò)電子控制 ，對(duì)環(huán)境幾乎沒(méi)有污染，更降低了油耗。 2、安裝方便 EPS 的主要部件可以配集成在一起，易于布置，與液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比減少了許多元件，沒(méi)有液壓系統(tǒng)所需要的油泵、油管、壓力流量控制閥、儲(chǔ)油罐等，元件數(shù)目少，裝配方便，節(jié)約時(shí)間。 3、效率高 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)效率一般在 60%-70%，而 EPS 的效率較高，可高達(dá) 90以上。 4、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)的滯后特性可以通過(guò) EPS 控制器的軟件加以補(bǔ)償，使汽車在各種 速度下都能得到滿意的轉(zhuǎn)向助力。 5、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(guò)調(diào)整 EPS控制器的軟件，得到最佳的回正性，從而改善汽車操縱的穩(wěn)定性和舒適性。 由此可見(jiàn)， EPS 和 HIP 相比，是一項(xiàng)緊扣現(xiàn)代汽車時(shí)代發(fā)展主題的高興技術(shù)，必將逐步取代現(xiàn)有的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 1.2 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外發(fā)展研究現(xiàn)狀 目前國(guó)外的研究主要集中于細(xì)節(jié)上對(duì)助力特性 ,操縱性能等的進(jìn)一步優(yōu)化 ， 考慮的影響因素比國(guó)內(nèi)多 ,并且設(shè)計(jì)出了操作模擬器對(duì) EPS 的控制策略進(jìn)行評(píng)估。在對(duì) 控制策略的研究上國(guó)外側(cè)重于選擇基于 PID 的補(bǔ)償和回正控制策略 ,對(duì)于單獨(dú)使用的模糊控制 ,H控制也有研究 ,暫時(shí)還未見(jiàn)對(duì)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究。 國(guó)外的研究通常都是在基于 PID 的回正補(bǔ)償控制基礎(chǔ)上對(duì)回正性能進(jìn)一步優(yōu)化 ,控制把持、轉(zhuǎn)向、加載過(guò)程中的電流擾動(dòng) ,以及在特殊的路面條買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 件下對(duì)汽車的操控等。例如三菱公司提出的一種新的 EPS控制策略將在低附著的路面上提供更高的轉(zhuǎn)向盤回正性和路感。這種方法是只有當(dāng)轉(zhuǎn)向軸上的反應(yīng)力矩達(dá)到預(yù)定力矩時(shí)才提高回正性 ,采用了 2種控制策略 :第 1種策略是基于轉(zhuǎn)向角反饋 ,而第 2種是基于估計(jì)校正力矩 反饋。而三菱公司的另外一種新的電機(jī)電流控制策略是基于對(duì)干擾電壓的估計(jì)和補(bǔ)償 ,在仍然使用普通的微處理器的情況下 ,電機(jī)的電流波動(dòng)也可得到顯著的減少 ,從而減少了不必要的轉(zhuǎn)向力矩的波動(dòng)和噪聲。這種新的控制器是基于對(duì)電壓波動(dòng)的估計(jì)和補(bǔ)償 ,包括 2個(gè)模塊。一個(gè)模塊是估計(jì)由于電池電壓等的改變引起的電壓波動(dòng) ,另一個(gè)模塊補(bǔ)償為電機(jī)提供的電壓以消除電壓的波動(dòng)。 從整體上來(lái)講國(guó)內(nèi)近年來(lái)對(duì)于 EPS 的研究發(fā)展很快 ,尤其是在控制策略的研究上 ,已經(jīng)將不同的控制方法引入 ECU 中 ,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)和分析不斷地完善和改進(jìn) ,但是在對(duì)于細(xì)節(jié)的優(yōu)化上 距離國(guó)外還有相當(dāng)?shù)牟罹?,而且目前國(guó)內(nèi)除了吉利汽車 ,還尚未自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 EPS ,距離 EPS 的批量化生產(chǎn)也還有很長(zhǎng)的一段路要走。 1.3 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一項(xiàng)綜合了現(xiàn)代控制技術(shù)、機(jī)電一體化及現(xiàn)代化電子技術(shù)等技術(shù)的高新技術(shù)，與傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向相比有許多優(yōu)點(diǎn)，其發(fā)展前景非常好。 首先， EPS 的應(yīng)用范圍將會(huì)進(jìn)一步拓展，將作為標(biāo)準(zhǔn)件裝備在汽車上，并將在動(dòng)力轉(zhuǎn)向領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。目前，在全世界汽車行業(yè)中，電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)每年正以 9% 10%的增長(zhǎng)速度發(fā)展，年增長(zhǎng)量以 130 萬(wàn) 150 萬(wàn)套，估計(jì)直 2005 年，該產(chǎn)品的產(chǎn)量將由目前的 150 萬(wàn)套增長(zhǎng)到 800 萬(wàn)套， 2006年達(dá)到 1140 萬(wàn)套。按此速度發(fā)展，用不了幾年的時(shí)間，電動(dòng)轉(zhuǎn)向?qū)?huì)完全占領(lǐng)轎車市場(chǎng)。 其次，盡管 EPS 已達(dá)到了其最初的設(shè)計(jì)目的，但仍然存在一些急待解決的問(wèn)題，比如提高現(xiàn)在應(yīng)用的 EPS 系統(tǒng)性能的可靠性、降低生產(chǎn)的成本等，另外，電動(dòng)機(jī)本身的性能及其與電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的匹配都將影響到轉(zhuǎn)向操縱力、轉(zhuǎn)向路感等問(wèn)題，因此進(jìn)一步改善電動(dòng)機(jī)的性能是下一步努力的一個(gè)主要方向。 第三，未來(lái)的 EPS 將向電子四輪轉(zhuǎn)向的方向發(fā)展，并于通過(guò)總線技術(shù)電子 懸架。發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制等一起統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制汽車的運(yùn)動(dòng)。隨著電子技買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 術(shù)的發(fā)展，今后有可能取消轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)械部分而采用所謂的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 概括地說(shuō)，今后電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展方向主要是：改進(jìn)控制系統(tǒng)的性能、提高系統(tǒng)可靠性和降低控制系統(tǒng)的制造成本。只有進(jìn)一步改進(jìn)控制系統(tǒng)的性能，才能滿足更高檔車的使用要求，只有降低成本才能在大多數(shù)汽車上得到廣泛應(yīng)用。 對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，由于在這方面和國(guó)外的差距很大，所以在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段間內(nèi)，仍須集中精力解決好傳感器、電動(dòng)機(jī)和電子控制器 ECU 等方面的研究開(kāi)發(fā)工作。 1.4 電動(dòng)助力 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理及 EPS 的機(jī)械部分有多種型式，其中較常見(jiàn)的是齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，助力裝置則由電動(dòng)機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的液壓缸，電動(dòng)機(jī)從汽車蓄電池中獲得電源。根據(jù)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部位的不同， EPS 分為轉(zhuǎn)向軸助力式、轉(zhuǎn)向器小齒輪助力式和齒條助力式三中。典型的電動(dòng)助力機(jī)構(gòu)為轉(zhuǎn)向軸助力式，即助力電機(jī)被固定在轉(zhuǎn)向軸上，從電動(dòng)機(jī)輸出軸上輸出的助力矩經(jīng)減速及離合機(jī)構(gòu)傳遞到轉(zhuǎn)向軸。但無(wú)論是哪一種形式的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其構(gòu)成和工作原理都是大致相同的。 EPS 的轉(zhuǎn)向合奏由靠扭桿相連的輸入軸和輸出軸組成，輸出軸通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向拉桿使車輪轉(zhuǎn)向。輸出軸除通過(guò)扭桿與輸入軸相連外，還經(jīng)行星齒輪減速機(jī)構(gòu) 離合器與助力電機(jī)相連。駕駛者在操作方向盤時(shí)，給輸入軸輸入了角位移 ，輸入軸和輸出軸之間的相對(duì)角位移是扭桿受扭，扭矩傳感器將扭桿所受到的扭矩 m轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)輸入控制裝置并控制電機(jī)的助力和方向。與此同時(shí)，車速傳感器檢測(cè)到的車速信號(hào)也輸入控制裝置，在車速低于設(shè)定值時(shí)，離合器接合，系統(tǒng)提供助力；在車速超過(guò)設(shè)定值（ 30 40km/h）時(shí)，停止對(duì)電機(jī)提供，系統(tǒng)不提供助力，同時(shí)，離合器切斷，以避免轉(zhuǎn)向系統(tǒng)受電機(jī)慣性力矩的影響。 EPS 多采 用永磁直流電機(jī)。為了改善電機(jī)的操作穩(wěn)定性，降低震動(dòng)和噪聲，常在電機(jī)轉(zhuǎn)子周緣開(kāi)設(shè)斜槽或不對(duì)稱環(huán)槽。扭矩傳感器采用由雙電位器構(gòu)成的電橋，電位器的轉(zhuǎn)動(dòng)由扭桿和相應(yīng)的機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)。 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 EPS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1-1 圖 1-1 EPS 結(jié)構(gòu)示意圖 第 2 章 EPS 方案設(shè)計(jì) 2.1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)選型 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、齒輪助力式、齒條助力式 3種。 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(guò)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。這種形式的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、易于安裝。現(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。 齒輪助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器 (P EPS)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。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，以提供較大的助力。 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。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 C EPS 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。 轉(zhuǎn)向軸式 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)雖然提供的助力沒(méi)有其它兩種方式提供買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 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)轎車來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的， 轎車 空間相對(duì)較小，空間問(wèn)題是我們要考慮的重點(diǎn) 問(wèn)題。轉(zhuǎn)向軸式對(duì)空間緊湊的經(jīng)濟(jì)型轎車很適合。 所以我選擇轉(zhuǎn)向軸助力式 (C-EPS)。 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 設(shè)計(jì)要求 轉(zhuǎn)向系是用來(lái)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)滿足如下基本要求： （ 1）保證汽車有較高的機(jī)動(dòng)性，在有限的場(chǎng)地面積內(nèi)，具有迅速小轉(zhuǎn)彎的能力； （ 2）內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角間的匹配硬保證當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，全部車輪繞同一瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心 旋轉(zhuǎn)，任何車輪只有滾動(dòng)而無(wú)側(cè)滑； （ 3）當(dāng)轉(zhuǎn)向輪收到地面沖擊時(shí)，轉(zhuǎn)向系傳到轉(zhuǎn)向盤的逆向沖擊要??； （ 4）汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪都不得產(chǎn)生自激振動(dòng)，轉(zhuǎn)向盤沒(méi)有擺動(dòng)； （ 5）操縱輕便：轉(zhuǎn)向時(shí)加在轉(zhuǎn)向盤上的力，對(duì)轎車不應(yīng)超過(guò) 150200N，對(duì)中型貨車不應(yīng)超過(guò) 360N，對(duì)重型貨車不應(yīng)超過(guò) 450N，否則應(yīng)考慮動(dòng)力轉(zhuǎn)向；同時(shí)轉(zhuǎn)向盤的回轉(zhuǎn)圈數(shù)要少； （ 6）轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置的運(yùn)動(dòng)干涉應(yīng)最??； （ 7） 轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向盤應(yīng)自動(dòng)匯整，并能使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài)； （ 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）當(dāng)汽車發(fā)生碰撞轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向軸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?cè)嗣庠饣驕p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。 2.2.2 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)形式及比較 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 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 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%；可自動(dòng)消除齒間間隙；沒(méi)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：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）。 （ a） （ b） （ c） （ d） 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，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形，見(jiàn)圖 2-2。 (a) (b) 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 (c) (d) 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(lái)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，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(lái)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，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：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。所以我選用齒輪齒條式轉(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)的中立位買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 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。 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 2.3 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)： （ 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(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性，高速行駛時(shí)的操縱穩(wěn)定性。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(guò)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。 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 圖 2-6 助力特性曲線 （ 2） 應(yīng)具有良好的操縱穩(wěn)定性 所謂穩(wěn)定性主要是指汽車在行駛過(guò)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)操縱穩(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(guò)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(jué)汽車有飄的感覺(jué)，影響操縱穩(wěn)定性，危機(jī)汽車高速行駛時(shí)的安全。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(wèn)題十分重要。所謂跟隨性問(wèn)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(guò)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。如買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 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(guò)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，可得到一組回正特性曲線，而傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是無(wú)法做到這一點(diǎn)的。 （ 5） 適合的轉(zhuǎn)向路感 對(duì)于 EPS 來(lái)說(shuō)，其助力大小可根據(jù)不同車速、通過(guò)軟件的方式來(lái)控制電機(jī)電流來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)與控制，通過(guò)采用優(yōu)良的控制策略，來(lái)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：當(dāng)車輛點(diǎn)火開(kāi)關(guān)接通，發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)后，電動(dòng)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(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)， EPS系統(tǒng)停止工作。 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 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(guò)齒輪箱與轉(zhuǎn)向柱連接，而在中型汽車上，電機(jī)則是通過(guò)法蘭交叉或縱向安裝在齒條上，并通過(guò)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(guò)齒輪箱安裝在轉(zhuǎn)向柱上。 第 3 章 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 L 2472 mm 前輪距 L1 1429 mm 后輪距 L2 1422 mm 最小轉(zhuǎn)彎半徑 Rmin 10600 mm 車長(zhǎng) 4415 mm 車寬 1674 mm 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 車高 1415 mm 整車整備質(zhì)量 1095 kg 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 R15 3.2 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。 精確地計(jì)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(lái)計(jì)算汽車在瀝青或者混泥土路面上的原轉(zhuǎn)向阻力矩 rM (N mm)，即 pGfMr313 2.04.855537.0 3 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+60 6) 9.8 60%=8555.4N P 取 0.2MPa。 （ 2） 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比 wi 的計(jì)算 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 圖 3-1 轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)角關(guān)系圖 51.04 9 4 02 5 0 0s in RL（ 3-2） 50.30 式中： L 汽車軸距， 2472mm； R 汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑， 10600mm。 804.0142950.30c o s1 0 6 0 0 2472c o st a n BR L 38.12。 式中： L 汽車軸距， 2472mm； R 汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑， 10600mm； B 前輪輪距， 1429mm。 設(shè)計(jì)取方向盤總?cè)?shù)為 3.5，則 87.1462.72 3 6 03 KWw wwi（ 3-4） 式中 ： w 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角（速度）， 3360 。 ； K 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 40.171%9087.1436050.4 1 2 8 7 82221 wSWRh iDL MLFN （ 3-5） 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 式中 ： 1L 轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)； 2L 轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)； SWD 轉(zhuǎn)向盤直徑，設(shè)計(jì)為 360mm； wi 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(wú)轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向節(jié)臂，故 1L 和 2L 不代入數(shù)值。 對(duì)于給定的汽車，用式（ 3-5）計(jì)算出來(lái)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 mmNDFT SWhZ .3 0 8 5 223 6 040.1 7 12 （ 3-6） 式中：hF 轉(zhuǎn)向盤上的手力， 171.40N； SWD 轉(zhuǎn)向盤直徑，設(shè)計(jì)為 360mm。 （ 5）梯形臂長(zhǎng)度 L2 的計(jì)算 前輪輪胎規(guī)格為前輪 185/60 R14 ，則輪輞直徑LWR=14in=14 25.4=355.6mm。 梯形臂長(zhǎng)度 2/8.06.3 5 52/8.02 LWRL142.24，取 L=140mm。 （ 6）輪胎直徑的計(jì)算 輪胎直徑 mmRRLWT 35.4 6 82 0 555.06.3 5 52 0 555.0 ， 取mmRT 500 。 （ 7）轉(zhuǎn)向橫拉桿直徑的計(jì)算： 3.1216142950.412878441 L Md R mm （ 3-7） 式中： RM 原地轉(zhuǎn) 向阻力矩， 412878.50N.mm； 1L 前輪距 1429mm； 材料許用應(yīng)力 216MPa； 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 取 mmd 10min 。 （ 8）主動(dòng)齒輪軸的計(jì)算： mmmMnd 1.1410140852.30163m a x163 2 （ 3-8） 式中：nM 方向盤扭矩， 30852 N.mm； 材料許用切應(yīng)力， 140MPa； 取 mmd 15min 3.2.2 轉(zhuǎn)向器基本部件設(shè)計(jì) （ 1）技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表 3-2 表 3-2 技術(shù)參數(shù)表 名稱 數(shù)值 單位 線角傳動(dòng)比 47.6 mm/rad 齒輪法向模數(shù) 2.5 方向盤總?cè)?shù) 3 齒條行程 160 mm （ 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 20，齒輪螺旋角多為 9 -15 。 取齒輪模數(shù) mn1=2.5，齒輪齒數(shù) z1=6，齒輪壓力角 1=20 ，齒輪螺旋角取為 15 、左旋，齒輪軸總長(zhǎng) L=160mm， 故斜齒圓柱齒輪直徑根據(jù)公式 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 d1=mn1z1/cos=15.53mm （ 3-9） 取齒寬系數(shù) 1.2d ， 則齒條寬度 mmdbd 636.1853.152.112 （ 3-10） 圓整取 mmb 202 ，則取齒輪齒寬 mmbb 301021 。 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) L 160 2 齒寬 1B 30 3 齒數(shù) 1Z 6 4 法向模數(shù) 1Mn 2.5 5 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(lái)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111 cos nmP 和齒條的齒距222 cos nmP 必須相等。 即：2211 c o sc o s nn mm 取齒條的模數(shù)： 2nm =2.5，計(jì)算出齒條的壓力角為： 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(jì)參數(shù) 序號(hào) 項(xiàng)目 符號(hào) 尺寸參數(shù) (mm ) 1 總長(zhǎng) L 735 2 直徑 30 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 3 齒數(shù) 2Z 21 4 法向模數(shù) 2Mn2.5 （ 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(guò)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)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) aL257 2 橫拉桿直徑 La10 3 螺紋長(zhǎng)度 ML 48 4 外接頭總長(zhǎng) WL100 5 球頭銷總長(zhǎng) QXL52 6 球頭銷螺紋公稱直徑 qxd M8 1 7 外接頭螺紋公稱直徑 wd M10 1 8 內(nèi)接頭總長(zhǎng) NL 60 9 內(nèi)接頭螺紋公稱直徑 nd M12 1 （ 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)向座買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 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)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 L 40 2 導(dǎo)向座高度 1B 30 3 彈簧總?cè)?shù) n 6.5 4 彈簧節(jié)距 t 8.25 5 彈簧外徑 D 30 6 彈簧安裝高度 2H 37 7 螺塞螺紋公稱直徑 sd M44 2 8 螺塞高度 sH 30 9 鎖止螺塞高度 ssH 10 10 轉(zhuǎn)向器殼體總長(zhǎng) /高 kk HL / 600/150 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，咨詢 QQ414951605 11 轉(zhuǎn)向器殼體內(nèi) /外徑 wknk /40/56 （ 6）齒輪