轉(zhuǎn)向柱式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)【齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器】,齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器,轉(zhuǎn)向柱式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)【齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器】,轉(zhuǎn)向,電動(dòng),助力,系統(tǒng),設(shè)計(jì),齒輪,齒條,轉(zhuǎn)向器 SY-025-BY-5 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表 填表日期 2011年 4月20 日 迄今已進(jìn)行 8 周剩余 8 周 學(xué)生姓名 李東輝 院系 車(chē)輛與交通工程 專(zhuān)業(yè)、班級(jí) 車(chē)輛工程07-6班 指導(dǎo)教師姓名 安永東 職稱(chēng) 副教授 從事 專(zhuān)業(yè) 車(chē)輛工程 是否外聘 □是否 題目名稱(chēng) 轉(zhuǎn)向柱式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 生 填 寫(xiě) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度 已完成主要內(nèi)容 待完成主要內(nèi)容 1、電動(dòng)機(jī)、電磁離合器、扭轉(zhuǎn)傳感器都選擇完畢。 2、減速機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)以計(jì)算完畢。 3、 減速機(jī)構(gòu)的裝配圖繪制已完畢。 4、 助力系統(tǒng)布置圖繪制完畢。 1、齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器基本參數(shù)的設(shè)計(jì)。 2、齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器裝配圖的繪制。 3、說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě) 存在問(wèn)題及努力方向 存在問(wèn)題：在對(duì)角接觸球軸承的校核過(guò)程中純?cè)谝恍﹩?wèn)題，將其與深溝球軸承的校核方式弄混了，導(dǎo)致結(jié)果錯(cuò)誤。 努力方向：通過(guò)細(xì)心查閱資料上述問(wèn)題已經(jīng)解決，但通過(guò)該問(wèn)題使我了解到我對(duì)該方面的認(rèn)識(shí)還有些不足，我以后會(huì)多收集，多學(xué)習(xí)有關(guān)該方面的書(shū)。 學(xué)生簽字： 李東輝 指導(dǎo)教師 意 見(jiàn) 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 教研室 意 見(jiàn) 教研室主任簽字： 年 月 日 SY-025-BY-2 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 學(xué)生姓名 李東輝 系部 汽車(chē)與交通工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)、班級(jí) 車(chē)輛07-6班 指導(dǎo)教師姓名 安永東 職稱(chēng) 副教授 從事 專(zhuān)業(yè) 車(chē)輛工程 是否外聘 否 題目名稱(chēng) 轉(zhuǎn)向柱式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)（論文）目的、意義 1、目的：本設(shè)計(jì)根據(jù)汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作過(guò)程和工作要求，設(shè)計(jì)一套汽車(chē)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，此電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用電機(jī)帶動(dòng)油泵，根據(jù)車(chē)速信號(hào)、轉(zhuǎn)向盤(pán)信號(hào)控制泵油量，達(dá)到變助力的轉(zhuǎn)向。 2、意義：本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，可以為設(shè)計(jì)研制一種汽車(chē)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供一種途徑，對(duì)生產(chǎn)實(shí)際具有一定的實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用前景，也可通過(guò)本設(shè)計(jì)進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，培養(yǎng)其分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，增強(qiáng)工程設(shè)計(jì)能力。 二、設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法） 1、設(shè)計(jì)內(nèi)容： 設(shè)計(jì)汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。通過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)構(gòu)上，產(chǎn)生助動(dòng)力施加到轉(zhuǎn)向柱上，協(xié)助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向。具體完成扭轉(zhuǎn)傳感器、助力電機(jī)、電磁離合器的選取和減速機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)。 2、主要技術(shù)指標(biāo) 主要技術(shù)指標(biāo)：前軸載荷：650kg；齒條力：6000N；轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比：40 確定轉(zhuǎn)向盤(pán)平均作用力和轉(zhuǎn)向盤(pán)最大作用力，據(jù)此計(jì)算出性能參數(shù)，并對(duì)各部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。減速機(jī)構(gòu)為渦輪蝸桿式，轉(zhuǎn)向器為齒輪齒條式。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)要完整，計(jì)算過(guò)程要準(zhǔn)確，公式、符號(hào)等書(shū)寫(xiě)要規(guī)范。圖紙繪制要依據(jù)機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)來(lái)完成。 三、設(shè)計(jì)（論文）完成后應(yīng)提交的成果 1、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，約為1.5萬(wàn)字。 2、轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)裝配圖一張、減速機(jī)構(gòu)裝配圖一張、助力系統(tǒng)布置圖一張、零件圖若干張、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，折合三張A0圖紙。 四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排 1、進(jìn)行文獻(xiàn)檢索查，查看相關(guān)資料，對(duì)課題的基本內(nèi)容有一定的認(rèn)識(shí)和了解。完成開(kāi)題報(bào)告。第1-2周（2月28日～3月11日） 2、初步確定設(shè)計(jì)的總體方案，討論確定方案；對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的選用件進(jìn)行計(jì)算選取。。第3-6周（3月14日～4月8日） 3、提交設(shè)計(jì)草稿，進(jìn)行討論，修定。第7周（4月11日～4月15日） 4、完善轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；完成轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)，繪制裝配圖及相應(yīng)零件圖。第8-12周（4月18日～5月20日） 5、提交正式設(shè)計(jì)，教師審核。第13-14周（5月23日～6月3日） 6、按照審核意見(jiàn)進(jìn)行修改。第15周（6月6日～6月10日） 7、整理所有材料，裝訂成冊(cè)，準(zhǔn)備答辯。第16周（6月13日～6月17日） 五、主要參考資料 [1]林逸，施國(guó)標(biāo).汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì).公路交通科技，2006.18(3) [2]龔培康，萬(wàn)沛霖.汽車(chē)電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng).重慶工業(yè)管理學(xué)院學(xué)報(bào)，2005.10(4) [3]楊通順.ZF電子助力轉(zhuǎn)向器.汽車(chē)與配件2005.4 [4]汽車(chē)工程手冊(cè)編委會(huì).《汽車(chē)工程手冊(cè)一設(shè)計(jì)篇》.人民交通出版社.北京.2001 [5]GB1589一2004，道路車(chē)輛外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值 [6]GB7258一2004，機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件 [7]QC/T530一2000，汽車(chē)動(dòng)力轉(zhuǎn)向器總成技術(shù)條件 六、備注 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 教研室主任簽字： 年 月 日 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)向柱式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院部名稱(chēng)： 汽車(chē)與交通工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 車(chē)輛工程07-6班 學(xué)生姓名： 李東輝 指導(dǎo)教師： 安永東 職 稱(chēng)： 副教授 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二○一一年六月  The Graduation Design for Bachelor's Degree Design of The Steering Type Electric Power Steering System Candidate：LiDongHui Specialty：Vehicle engineering Class：B07-6 Supervisor：Associate Prof. AnYongDong Heilongjiang Institute of Technology 2011-06·Harbin 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 設(shè)計(jì)（論文）題目: 轉(zhuǎn)向柱式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院 系 名 稱(chēng): 汽車(chē)與交通工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí): 車(chē)輛07-6班 學(xué) 生 姓 名: 李東輝 導(dǎo) 師 姓 名: 安永東 開(kāi) 題 時(shí) 間: 2011年2月28日 指導(dǎo)委員會(huì)審查意見(jiàn)： 簽字： 年 月 日 開(kāi)題報(bào)告撰寫(xiě)要求 一、“開(kāi)題報(bào)告”參考提綱 1. 課題研究目的和意義； 2. 文獻(xiàn)綜述（課題研究現(xiàn)狀及分析）； 3. 基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題； 4. 技術(shù)路線或研究方法； 5. 進(jìn)度安排； 6. 主要參考文獻(xiàn)。 二、“開(kāi)題報(bào)告”撰寫(xiě)規(guī)范 請(qǐng)參照《黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及畢業(yè)論文撰寫(xiě)規(guī)范》要求。字?jǐn)?shù)應(yīng)在4000字以上，文字要精練通順，條理分明，文字圖表要工整清楚。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 學(xué)生姓名 李東輝 系部 汽車(chē)工程系 專(zhuān)業(yè)、班級(jí) 車(chē)輛工程 07-6班 指導(dǎo)教師姓名 安永東 職稱(chēng) 副教授 從事 專(zhuān)業(yè) 車(chē)輛工程 是否外聘 □是□否 題目名稱(chēng) 轉(zhuǎn)向柱式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 1、研究現(xiàn)狀 1988 年2 月日本鈴木公司首次在其Cervo 車(chē)上裝備EPS , 隨后還用在了其Alto 車(chē)上。在此之后, 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)如雨后春筍般得到迅速發(fā)展。日本的大發(fā)汽車(chē)公司、三菱汽車(chē)公司、本田汽車(chē)公司, 美國(guó)的Delphi 汽車(chē)系統(tǒng)公司、TRW公司, 德國(guó)的ZF 公司, 都相繼研制出各自的EPS。比如: 大發(fā)汽車(chē)公司在其Mi2ra 車(chē)上裝備了EPS , 三菱汽車(chē)公司則在其Minica 車(chē)上裝備了EPS ; 本田汽車(chē)公司的Accord 車(chē)目前已經(jīng)選裝EPS , S2000 轎車(chē)的動(dòng)力轉(zhuǎn)向也將傾向于選擇EPS ;Delphi 汽車(chē)系統(tǒng)公司已經(jīng)為大眾的Polo 、歐寶的318i以及菲亞特的Punto 開(kāi)發(fā)出EPS 。 TRW從1998 年開(kāi)始, 便投入了大量人力、物力和財(cái)力用于EPS 的開(kāi)發(fā)。他們最初針對(duì)客車(chē)開(kāi)發(fā)出轉(zhuǎn)向柱助力式EPS , 如今小齒輪助力式EPS 開(kāi)發(fā)也已獲成功。1999 年3 月, 他們的EPS 已經(jīng)裝備在轎車(chē)上, 如Ford Fiesta 和Mazda 323F 等 。Mercedes OBenz 和Siemens Automotive 兩大公司共同投資6 500 萬(wàn)英鎊用于開(kāi)發(fā)EPS , 他們的目標(biāo)是到2002 年裝車(chē), 年產(chǎn)300 萬(wàn)套, 成為全球EPS 制造商。他們計(jì)劃開(kāi)發(fā)出適用于汽車(chē)前橋負(fù)荷超過(guò)1200kg的EPS，因此貨車(chē)也將可能成為EPS的裝備目標(biāo)。而我國(guó)在2002 年才開(kāi)始研制開(kāi)發(fā)汽車(chē)EPS 產(chǎn)品, 目前已經(jīng)知道的有13 家企業(yè)和科研院校正在研制中。其中南摩股份有限公司( 生產(chǎn)轉(zhuǎn)向柱式的EPS 產(chǎn)品) 在2003 年開(kāi)始進(jìn)入小批量生產(chǎn)階段, 其他廠家和科研院校均在開(kāi)發(fā)階段中。 經(jīng)過(guò)20 幾年的發(fā)展, EPS 技術(shù)日趨完善。其應(yīng)用范圍已經(jīng)從最初的微型轎車(chē)向更大型轎車(chē)和商用客車(chē)方向發(fā)展, 如本田的Accord 和菲亞特的Punto 等中型轎車(chē)已經(jīng)安裝EPS ,本田甚至還在其Acura NSX賽車(chē)上裝備了EPS 。EPS 的助力型式也從低速范圍助力型向全速范圍力型發(fā)展, 并且其控制形式與功能也進(jìn)一步加強(qiáng)。日本早期的EPS 僅僅在低速和停車(chē)時(shí)提供助力, 高速時(shí)EPS 將停止工作。新一代的EPS 則不僅在低速和停車(chē)時(shí)提供助力, 而且還能在高速時(shí)提高汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性。如鈴木公司裝備在Wagon R + 車(chē)上的EPS 是一個(gè)負(fù)載-路面-車(chē)速感應(yīng)型助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 。由Delphi 為Punto 車(chē)開(kāi)發(fā)的EPS 屬全速范圍助力型, 并且首次設(shè)置了兩個(gè)開(kāi)關(guān), 其中一個(gè)用于郊區(qū), 另一個(gè)用于市區(qū)和停車(chē)。當(dāng)車(chē)速大于70km/ h 后, 這兩種開(kāi)關(guān)設(shè)置的程序則是一樣的, 以保證汽車(chē)在高速時(shí)有合適的路感。這樣即使汽車(chē)行駛到高速公路時(shí)駕駛員忘記切換開(kāi)關(guān)也不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)。市區(qū)型開(kāi)關(guān)還與油門(mén)相關(guān),使得在踩油門(mén)加速和松油門(mén)減速時(shí), 轉(zhuǎn)向更平滑。隨著直流電機(jī)性能的改進(jìn), EPS 助力能力的提高, 其應(yīng)用范圍將進(jìn)一步拓寬, 現(xiàn)在3 升級(jí)的運(yùn)動(dòng)型跑車(chē)也有安裝EPS。EPS 代表未來(lái)動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展方向, 將作為標(biāo)準(zhǔn)件裝備到汽車(chē)上, 并將在動(dòng)力轉(zhuǎn)向領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。據(jù)TRW公司預(yù)測(cè), 到2010 年全世界生產(chǎn)的每3 輛轎車(chē)中就有1 輛裝備EPS。特別是低排放汽車(chē)(LEV) 、混合動(dòng)力汽車(chē)(HEV) 、燃料電池汽車(chē)( FCEV) 、電動(dòng)汽車(chē)(EV) 四大EV 汽車(chē)將構(gòu)成未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的主體，這給EPS 帶來(lái)了更加廣闊的應(yīng)用前景。 盡管EPS 已達(dá)到了其最初的設(shè)計(jì)目的, 但仍然存在一些問(wèn)題需要解決, 其中, 進(jìn)一步改善電動(dòng)機(jī)的性能是關(guān)鍵問(wèn)題。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的性能是影響控制系統(tǒng)性能的主要因素, 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。概括地說(shuō), 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展方向主要為: 改進(jìn)控制系統(tǒng)性能和降低控制系統(tǒng)的制造成本。只有進(jìn)一步改進(jìn)控制系統(tǒng)性能, 才能滿足更高檔轎車(chē)的使用要求。另外, EPS 的控制信號(hào)將不再僅僅依靠車(chē)速與扭矩, 而是根據(jù)轉(zhuǎn)向角、轉(zhuǎn)向速度、橫向加速度、前軸重力等多種信號(hào)進(jìn)行與汽車(chē)特性相吻合的綜合控制, 以獲得更好的轉(zhuǎn)向路感。未來(lái)的EPS 將朝著電子四輪轉(zhuǎn)向的方向發(fā)展, 并與電子懸架統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制。 2、目的、依據(jù)和意義 隨著汽車(chē)行業(yè)的蓬勃發(fā)展，人們對(duì)于汽車(chē)功能的要求變得越來(lái)越高，EPS系統(tǒng)也迎來(lái)了巨大的市場(chǎng)需求，許多廠商都以EPS系統(tǒng)作為一個(gè)賣(mài)點(diǎn)，來(lái)吸引顧客買(mǎi)車(chē)。所謂電動(dòng)轉(zhuǎn)向( EPS) , 就是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中,用電池作為能源, 電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力, 以轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩以及車(chē)速為輸入信號(hào), 通過(guò)電子控制裝置, 協(xié)助人力轉(zhuǎn)向, 并獲得最佳轉(zhuǎn)向力特性的伺服系統(tǒng)。EPS汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能直接影響到汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性, 對(duì)于確保車(chē)輛的安全行駛、減少交通事故以及保護(hù)駕駛員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要的作用。特別是EPS用電動(dòng)機(jī)直接提供助力，助力大小由電子控制單元（ECU）控制。它能在汽車(chē)低速行駛轉(zhuǎn)向時(shí)減輕轉(zhuǎn)向力使轉(zhuǎn)向輕便、靈活; 在汽車(chē)高速行駛轉(zhuǎn)向時(shí), 適當(dāng)加重轉(zhuǎn)向力, 從而提高了高速行駛時(shí)的操縱穩(wěn)定性, 增強(qiáng)了路感 。不僅如此,EPS的能耗是HPS能耗的1 /3以下, 且前者比后者使整車(chē)油耗下降可達(dá)3% - 5%, 因而, 它能節(jié)約燃料，提高主動(dòng)安全性，且有利于環(huán)保。 二、設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題 1、研究的基本內(nèi)容 （1）分析轉(zhuǎn)向柱式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式及工作原理。 （2）分析助力電機(jī)與電磁離合器的工作原理，選取合適的助力電機(jī)和電磁離合器。 （3）分析減速機(jī)構(gòu)蝸輪蝸桿式的工作原理 ，確定具體的參數(shù)。 （4）齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)。 （5）聯(lián)軸器的選擇。 （6）扭轉(zhuǎn)傳感器的選擇。 2、擬解決的主要問(wèn)題 （1）利用Autocad完成蝸輪蝸桿與轉(zhuǎn)向器裝配圖的繪制。 （2）利用強(qiáng)度校核公式對(duì)蝸輪蝸桿及轉(zhuǎn)向器各部件進(jìn)行校核，確保符合實(shí)際應(yīng)用。 （3）繪制助力系統(tǒng)分布圖。 （4）確定蝸桿相對(duì)蝸輪的布置方式。 三、技術(shù)路線（研究方法） 調(diào)研、收集資料及總體方案論證 分析轉(zhuǎn)向柱式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理 助力電機(jī)的選擇 電磁離合器的選擇 扭轉(zhuǎn)傳感器的選擇擇選擇 減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì) 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 蝸桿軸徑向、軸向尺寸確定 蝸輪軸徑向、軸向尺寸確定 四、進(jìn)度安排 （1）調(diào)研、資料收集，完成開(kāi)題報(bào)告 第4周（3月24日～3月30日） （2）助力電動(dòng)機(jī)、電磁離合器、扭轉(zhuǎn)傳感器的選擇 第4～5周（3月21～4月1日） （3）減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及校核 第5～7周（4月1日～4月19日） （4）轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)第8～12周（4月20～5月24日） （5）撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)第13～14周（5月25～6月7日） （6）設(shè)計(jì)審核、修改 第15、16周（6月9日～6月22日） （7）畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯準(zhǔn)備及答辯 第17周（6月23日～6月 29日） 五、參考文獻(xiàn) [1]馮櫻等.電子控制式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)前景[J].汽車(chē)科技,2001(3) : 4- 6. [2]卓敏等.汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)分析[J].機(jī)電工程技術(shù),200231(5):17- 19. [3] NakayamaT,Suda E.The Present and Future of Electric Power Steer2. ing.Int.J1 of Vehicle Design,1994, 15(3,4,5): 243 - 254. [4]Ken Rogers , William Kimberley. Turning Steering to Electric. Automo2. tive Engineer , 2000 , 108 (2) : 39 - 41. [5]Kami Buchholz.TRW Demonstrates Electrically Powered Steering and Active Roll Control . Automotive Engineer , 1996 , 104 (12) : 42. [6]林逸，施國(guó)標(biāo).汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì).公路交通科技，2006.18（3）. [7]龔培康萬(wàn)沛霖，汽車(chē)電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。重慶工業(yè)管理學(xué)院，2005.10（4）. [8]楊通順ZF 電子助力轉(zhuǎn)向器，汽車(chē)與配件2005.4. [9]王望予.汽車(chē)設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：78-111. [10]馬秋生.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：150-221. [11]周松鶴.工程力學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：209-222. [12]王豪等.電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其發(fā)展現(xiàn)狀[J] .汽車(chē)運(yùn)用,2002(8) : 9- 11. [13]張松林.最新軸承手冊(cè)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007：374-378. [14]苗立東等.汽車(chē)電動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展綜述[J] .長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào),2004,24(1) : 79- 84. [15]汽車(chē)工程手冊(cè)編委會(huì)?！镀?chē)工程手冊(cè)-設(shè)計(jì)篇》.人民交通出版社.北京.2001. 六、備注 指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 簽字： 年 月 日 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘 要 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中,用電池作為能源, 電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力, 以轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩以及車(chē)速為輸入信號(hào), 通過(guò)電子控制裝置, 協(xié)助人力轉(zhuǎn)向, 并獲得最佳轉(zhuǎn)向力特性的伺服系統(tǒng)。EPS汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能直接影響到汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性, 對(duì)于確保車(chē)輛的安全行駛、減少交通事故以及保護(hù)駕駛員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要的作用。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由減速機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)組成，減速機(jī)構(gòu)把電動(dòng)機(jī)的輸出經(jīng)過(guò)減速增扭傳遞到動(dòng)力輔助單元，實(shí)現(xiàn)助力。由于蝸輪蝸桿傳動(dòng)比大，傳動(dòng)平穩(wěn)噪聲低故減速機(jī)構(gòu)選為蝸輪蝸桿式。由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單故轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)選為齒輪齒條式。 本文設(shè)計(jì)研究了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，對(duì)其工作原理做了闡述，對(duì)蝸輪蝸桿減速器中的蝸輪與蝸桿做了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，并進(jìn)行了選型。同時(shí)對(duì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并對(duì)其重要零件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算與強(qiáng)度校核。 關(guān)鍵字：減速器；轉(zhuǎn)向器；設(shè)計(jì)；齒輪；軸；校核 ABSTRACT Electric power steering system is in mechanical steering system, use battery as energy, motor as a driving force, the steering dish speed and torque and speed of the input signal, through the electronic control unit, to help the human steering, and get the best to force characteristics of servo system. EPS automobile steering system performance directly influence to the car's steering stability, to ensure that the vehicle's safety driving, reduce the number of traffic accidents and protecting the personal safety of the driver, improve the working conditions of the driver plays an important role. Electric power steering system mainly consists of deceleration institutions and steering mechanism composition, slowing institutions to increase the output after slowing motor relay to the power auxiliary units twisted, realize the power. Because worm transmission large and stable transmission low noise so slow institutions elected worm type. Because rack-and pinion steering gear-component with simple structure, stable transmission, is steering mechanism selected for rack-and pinion type. The paper presents the design of electric power steering system was studied, the principle of work of worm gear and worm reducer elaboration, the worm gear and worm to do a detailed design calculation, and a selection. Meanwhile to the structure of rack-and pinion steering gear-component are analyzed, and the important parts of the design calculation and strength check. Keywords : reducer; steering gear; Design; Gear; Axis;Checking II 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 摘要………………………………………………………………………………………………I ABSTRACT………………………………………………………………………………II 第1章 緒 論…………………………………………………………………………1 1.1汽車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)……………………………………………………………………1 1.2汽車(chē)轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展………………………………………………………………1 1.3電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究的狀況及發(fā)展趨勢(shì)……………………………………2 1.4電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的和意義…………………………………………3 1.5 研究的主要內(nèi)容……………………………………………………………………3 第2章 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要參數(shù)的確定……………………………………4 2.1電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分析…………………………………………………………4 2.1.1電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理…………………………………………4 2.1.2電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類(lèi)型………………………………………………4 2.2 助力電動(dòng)機(jī)的選擇………………………………………………………………6 2.2.1電動(dòng)機(jī)的概述………………………………………………………… 6 2.2.2電動(dòng)機(jī)的參數(shù)計(jì)算…………………………………………………………7 2.3 電磁離合器的選擇………………………………………………………………8 2.4 扭矩傳感器的選擇………………………………………………………………9 2.5 本章小結(jié)………………………………………………………………………………9 第3章 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)減速機(jī)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)…………………………10 3.1減速機(jī)構(gòu)的分析及布置形式的確定…………………………………………10 3.2蝸輪蝸桿材料的選擇………………………………………………………………11 3.3普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算………………………………11 3.3.1設(shè)計(jì)要求……………………………………………………………………11 3.3.2選擇蝸桿傳動(dòng)類(lèi)型…………………………………………………………11 3.3.3蝸桿模數(shù)及分度圓直徑的確定…………………………………………11 3.3.4蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)及幾何尺寸的確定…………………………13 3.4蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的校核……………………………………………………15 3.5本章小結(jié)………………………………………………………………………………17 第4章 減速機(jī)構(gòu)軸和軸承的設(shè)計(jì)及校核……………………………………18 4.1軸的概述………………………………………………………………………………18 4.2轉(zhuǎn)向軸的設(shè)計(jì)與校核………………………………………………………………18 4.2.1轉(zhuǎn)向軸的設(shè)計(jì)……………………………………………………18 4.2.2轉(zhuǎn)向軸的校核……………………………………………………20 4.3蝸桿軸的設(shè)計(jì)及校核………………………………………………………………23 4.3.1蝸桿軸的設(shè)計(jì)……………………………………………………23 4.3.2蝸桿軸鍵的選取……………………………………………………23 4.3.3蝸桿軸的校核……………………………………………………23 4.4軸承的選取與校核………………………………………………………………26 4.4.1軸承的選取…………………………………………………………26 4.4.2軸承的校核…………………………………………………………26 4.5 本章小結(jié)…………………………………………………………………………28 第5章 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)………………………………………………29 5.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的概述…………………………………………………………29 5.1.1齒條的概述……………………………………………………………………29 5.1.2齒輪的概述……………………………………………………………………29 5.1.3設(shè)計(jì)要求……………………………………………………………………29 5.2齒輪齒條材料的選擇與參數(shù)的確定…………………………………………29 5.2.1材料的選擇……………………………………………………………………29 5.2.2計(jì)算許用應(yīng)力………………………………………………………………29 5.2.3初步確定齒輪的基本參數(shù)的主要尺寸………………………………30 5.2.4確定齒輪傳動(dòng)主要參數(shù)的幾何尺寸……………………………………31 5.2.5齒輪強(qiáng)度校核………………………………………………………………32 5.3軸設(shè)計(jì)與軸承的選擇………………………………………………………………34 5.3.1軸的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………34 5.3.2軸的校核……………………………………………………………………34 5.3.3軸承的選取……………………………………………………………………35 5.4 本章小結(jié)…………………………………………………………………………36 結(jié)論…………………………………………………………………………………………37 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………38 致謝……………………………………………………………………………………39 附錄……………………………………………………………………………………40 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第1章 緒 論 1.1 汽車(chē)的發(fā)展趨勢(shì) 自1886年德國(guó)人卡爾.本茨(CarlBenZ)研制成功世界上第一臺(tái)單缸兩沖程汽油三輪汽車(chē)以來(lái)，汽車(chē)工業(yè)已經(jīng)走過(guò)了一個(gè)多世紀(jì)曲折而輝煌的歷程。上個(gè)世紀(jì)二十年代汽車(chē)工業(yè)已經(jīng)開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)，隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，特別是在第二次世界大戰(zhàn)中的技術(shù)更新，進(jìn)一步促進(jìn)了汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展和進(jìn)步。今天，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)在世界上大多數(shù)國(guó)家的國(guó)民經(jīng)濟(jì)中都成為了支柱產(chǎn)業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年世界汽車(chē)產(chǎn)量己達(dá)到5733萬(wàn)輛，比1999年增長(zhǎng)2.8%。我國(guó)2000年生產(chǎn)汽車(chē)206.82萬(wàn)輛，2003年生產(chǎn)汽車(chē)444萬(wàn)輛，目前已成為美國(guó)、日本、德國(guó)之后的世界第四大汽車(chē)生產(chǎn)國(guó)。不久前，商務(wù)部公布中國(guó)汽車(chē)近三年來(lái)的年產(chǎn)量正以50%的速度增長(zhǎng)。由于中國(guó)及其他發(fā)展中國(guó)家汽車(chē)市場(chǎng)的擴(kuò)大，全球汽車(chē)這種增長(zhǎng)趨勢(shì)還會(huì)持續(xù)下去。但是，這種快速增長(zhǎng)也帶來(lái)了一些負(fù)面影響，如空氣污染、交通事故和能源緊張等問(wèn)題。隨著人們對(duì)汽車(chē)特別是轎車(chē)的經(jīng)濟(jì)性、舒適性、環(huán)保性和安全性的日益重視，低排放汽車(chē)(LEV)、混合動(dòng)力汽車(chē)(HEv)、燃料電池汽車(chē)(FCEV)、電動(dòng)汽車(chē)(EV)這四大類(lèi)型汽車(chē)將構(gòu)成未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的主體。 1.2 汽車(chē)轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展 汽車(chē)在行駛過(guò)程中，經(jīng)常需要改變行駛的方向，稱(chēng)為轉(zhuǎn)向。輪式汽車(chē)行駛是通過(guò)轉(zhuǎn)向輪(一般是前輪)相對(duì)于汽車(chē)縱向軸線偏轉(zhuǎn)一定的角度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用于改變或保持汽車(chē)行駛方向的專(zhuān)用機(jī)構(gòu)。其作用是使汽車(chē)在行駛過(guò)程中能按照駕駛員的操縱要求而適時(shí)地改變其行駛方向，并在受到路面?zhèn)鱽?lái)的偶然沖擊及汽車(chē)意外偏離行駛方向時(shí)，能與行駛系統(tǒng)配合共同保持汽車(chē)?yán)^續(xù)穩(wěn)定行駛。因此，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能直接影響著操縱穩(wěn)定性和安全性。按轉(zhuǎn)向動(dòng)力能源不同，汽車(chē)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(lèi)。機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是以人的體力為轉(zhuǎn)向能源的，其中所有的傳力件都是機(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(chē)轉(zhuǎn)向器作為汽車(chē)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(chē)行駛的安全性和可靠性。汽車(chē)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(如液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向油罐、油泵、控制閥、動(dòng)力缸等)，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(chē)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)向失效時(shí)，駕駛員仍能通過(guò)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的轉(zhuǎn)向操縱。長(zhǎng)期以來(lái)，汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一直存在著“輕”與“靈”的矛盾。為緩和這一矛盾，過(guò)去人們常將轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)成可變速比，在轉(zhuǎn)向盤(pán)小轉(zhuǎn)角時(shí)以“靈”為主，在轉(zhuǎn)向盤(pán)大轉(zhuǎn)角時(shí)以“輕”為主。但“靈”的范圍只在轉(zhuǎn)向盤(pán)中間位置附近，僅對(duì)高速行駛有意義，并且傳動(dòng)比不能隨車(chē)速變化，所以不能根本解決這一矛盾。隨著動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的產(chǎn)生，液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(HPS)以其具有的轉(zhuǎn)向操縱靈活、輕便，設(shè)計(jì)汽車(chē)時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式的選擇靈活性增大，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(chē)上得到普遍采用。但傳統(tǒng)的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需消耗一定的能量，增加了汽車(chē)的燃油消耗量，液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所引起的燃油消耗量約占整車(chē)燃油消耗量的約30%。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)(EHPS)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)法根除液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的固有缺憾。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)系困難。低速轉(zhuǎn)向力小時(shí)，高速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向力往往過(guò)輕、“路感”差，甚至感覺(jué)汽車(chē)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)轉(zhuǎn)向力往往過(guò)大。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Power Steering System，簡(jiǎn)稱(chēng)EPS)，是繼液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)后產(chǎn)生的一種新的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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，可以較好地解決上述液壓動(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)。 1.3 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究的狀況及發(fā)展趨勢(shì) 1988 年2 月日本鈴木公司首次在其Cervo 車(chē)上裝備EPS , 隨后還用在了其Alto 車(chē)上。在此之后, 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)如雨后春筍般得到迅速發(fā)展。日本的大發(fā)汽車(chē)公司、三菱汽車(chē)公司、本田汽車(chē)公司, 美國(guó)的Delphi 汽車(chē)系統(tǒng)公司、TRW公司, 德國(guó)的ZF 公司, 都相繼研制出各自的EPS。比如: 大發(fā)汽車(chē)公司在其Mi2ra 車(chē)上裝備了EPS , 三菱汽車(chē)公司則在其Minica 車(chē)上裝備了EPS ; 本田汽車(chē)公司的Accord 車(chē)目前已經(jīng)選裝EPS , S2000 轎車(chē)的動(dòng)力轉(zhuǎn)向也將傾向于選擇EPS ;Delphi 汽車(chē)系統(tǒng)公司已經(jīng)為大眾的Polo 、歐寶的318i以及菲亞特的Punto 開(kāi)發(fā)出EPS 。 TRW從1998 年開(kāi)始, 便投入了大量人力、物力和財(cái)力用于EPS 的開(kāi)發(fā)。他們最初針對(duì)客車(chē)開(kāi)發(fā)出轉(zhuǎn)向柱助力式EPS , 如今小齒輪助力式EPS 開(kāi)發(fā)也已獲成功。1999 年3 月, 他們的EPS 已經(jīng)裝備在轎車(chē)上, 如Ford Fiesta 和Mazda 323F 等 。Mercedes OBenz 和Siemens Automotive 兩大公司共同投資6500萬(wàn)英鎊用于開(kāi)發(fā)EPS , 他們的目標(biāo)是到2002 年裝車(chē), 年產(chǎn)300 萬(wàn)套, 成為全球EPS 制造商。他們計(jì)劃開(kāi)發(fā)出適用于汽車(chē)前橋負(fù)荷超過(guò)1200kg的EPS，因此貨車(chē)也將可能成為EPS的裝備目標(biāo)。而我國(guó)在2002 年才開(kāi)始研制開(kāi)發(fā)汽車(chē)EPS 產(chǎn)品, 目前已經(jīng)知道的有13 家企業(yè)和科研院校正在研制中。其中南摩股份有限公司( 生產(chǎn)轉(zhuǎn)向柱式的EPS 產(chǎn)品) 在2003 年開(kāi)始進(jìn)入小批量生產(chǎn)階段, 其他廠家和科研院校均在開(kāi)發(fā)階段中。 EPS當(dāng)前已經(jīng)較多應(yīng)用在排量在1.3L-1.6L(含MMPV 微型多功能車(chē)) 的各類(lèi)輕型轎車(chē)上,其性能已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)可。隨著直流電機(jī)性能的提高和42V電源在汽車(chē)組件上的應(yīng)用,其應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)寬,并逐漸向微型車(chē)、輕型車(chē)和中型車(chē)擴(kuò)展。另外EPS 的控制信號(hào)將不再僅僅依靠車(chē)速與扭矩, 而是根據(jù)轉(zhuǎn)向角、轉(zhuǎn)向速度、橫向加速度、前軸重力等多種信號(hào)進(jìn)行與汽車(chē)特性相吻合的綜合控制, 以獲得更好的轉(zhuǎn)向路感。未來(lái)的EPS將朝著電子四輪轉(zhuǎn)向的方向發(fā)展, 并與電子懸架統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制。 1.4 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的和意義 隨著汽車(chē)行業(yè)的蓬勃發(fā)展，人們對(duì)于汽車(chē)功能的要求變得越來(lái)越高，EPS系統(tǒng)也迎來(lái)了巨大的市場(chǎng)需求，許多廠商都以EPS系統(tǒng)作為一個(gè)賣(mài)點(diǎn)，來(lái)吸引顧客買(mǎi)車(chē)。所謂電動(dòng)轉(zhuǎn)向( EPS) , 就是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中,用電池作為能源, 電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力, 以轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩以及車(chē)速為輸入信號(hào), 通過(guò)電子控制裝置, 協(xié)助人力轉(zhuǎn)向, 并獲得最佳轉(zhuǎn)向力特性的伺服系統(tǒng)。EPS汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能直接影響到汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性, 對(duì)于確保車(chē)輛的安全行駛、減少交通事故以及保護(hù)駕駛員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要的作用。特別是EPS用電動(dòng)機(jī)直接提供助力，助力大小由電子控制單元（ECU）控制。它能在汽車(chē)低速行駛轉(zhuǎn)向時(shí)減輕轉(zhuǎn)向力使轉(zhuǎn)向輕便、靈活; 在汽車(chē)高速行駛轉(zhuǎn)向時(shí), 適當(dāng)加重轉(zhuǎn)向力, 從而提高了高速行駛時(shí)的操縱穩(wěn)定性, 增強(qiáng)了路感 。不僅如此,EPS的能耗是HPS能耗的1 /3以下, 且前者比后者使整車(chē)油耗下降可達(dá)3% - 5%, 因而, 它能節(jié)約燃料，提高主動(dòng)安全性，且有利于環(huán)保。 1.5 研究的主要內(nèi)容 1、對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行分析確定其布置形式。 2、電動(dòng)機(jī)、電磁離合器、扭距傳感器的選取。 3、在對(duì)EPS系統(tǒng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套減速機(jī)構(gòu)。 4、設(shè)計(jì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 第2章 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要參數(shù)的確定 2.1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分析 2.1.1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理 EPS 主要由扭矩傳感器、車(chē)速傳感器、電子控制單元( ECU) 、電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)組成。其主要工作原理是: 汽車(chē)在轉(zhuǎn)向時(shí), 扭矩傳感器會(huì)“ 感覺(jué)”到轉(zhuǎn)向盤(pán)的力矩和擬轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。這些信號(hào)會(huì)通過(guò)數(shù)據(jù)總線發(fā)給電子控制單元, 電控單元會(huì)根據(jù)傳動(dòng)力矩、擬轉(zhuǎn)的方向和車(chē)輛速度等數(shù)據(jù)信號(hào), 向電動(dòng)機(jī)控制器發(fā)出動(dòng)作指令。電動(dòng)機(jī)就會(huì)根據(jù)具體的需要輸出相應(yīng)大小的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩以產(chǎn)生助動(dòng)力, 從而實(shí)現(xiàn)了助力轉(zhuǎn)向的實(shí)時(shí)控制。如果不轉(zhuǎn)向, 則本套系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)等待調(diào)用。由于它不轉(zhuǎn)向時(shí)不工作, 所以也節(jié)省了能源。 圖2.1 EPS結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖 2.1.2 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類(lèi)型 EPS的類(lèi)型通?？梢园雌潆妱?dòng)機(jī)的減速機(jī)構(gòu)的形式不同或電動(dòng)機(jī)的布置位置不同進(jìn)行分類(lèi)。 EPS系統(tǒng)一般都有減速機(jī)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)減速增矩對(duì)EPS進(jìn)行助力。根據(jù)汽車(chē)上轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式不同，EPS可分為:循環(huán)球螺母式(圖2.2)、蝸輪蝸桿式(圖2.3)、齒輪齒條式(圖2.4)三種。循環(huán)球螺母式EPS電動(dòng)機(jī)力矩的傳遞路線為:電動(dòng)機(jī)—循環(huán)球螺母—齒輪條。蝸輪蝸桿式EPS電動(dòng)機(jī)力矩的傳遞路線為:電動(dòng)機(jī)—蝸輪一齒輪條。齒輪齒條式EPS的電動(dòng)機(jī)力矩的傳遞路線為:電動(dòng)機(jī)—行星齒輪副—另設(shè)齒輪—齒條。 1——力矩傳感器 1——電磁離合器 2——循環(huán)球螺母 2——電動(dòng)機(jī) 3——功率放大器 3——扭矩傳感器 4——電控單元 4——轉(zhuǎn)向軸 5——齒條 5——蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu) 6——轉(zhuǎn)向盤(pán) 6——齒輪齒條機(jī)構(gòu) 7——電動(dòng)機(jī) 8——轉(zhuǎn)向減速機(jī)構(gòu) 圖2.2 循環(huán)球螺母式 圖2.3 蝸輪蝸桿式 1——扭矩傳感器 2——轉(zhuǎn)接盤(pán) 3——電動(dòng)機(jī) 4——電磁離合器 5——齒輪齒條機(jī)構(gòu) 圖2.4 齒輪齒條式 根據(jù)電動(dòng)機(jī)布置位置不同，EPS可分為:轉(zhuǎn)向軸助力式、齒輪助力式、齒條助力式三種，如圖2.5所示。轉(zhuǎn)向軸助力式EPS的電動(dòng)機(jī)固定在轉(zhuǎn)向柱一側(cè)，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向軸相近，直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向軸助力轉(zhuǎn)向。齒輪助力式EPS的電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)與小齒輪相近，直接驅(qū)動(dòng)齒輪助力轉(zhuǎn)向。齒條助力式EPS的電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)則直接驅(qū)動(dòng)齒條提供助力。 圖2.5 電動(dòng)機(jī)布置位置不同的EPS的類(lèi)型 2.2 助力電動(dòng)機(jī)的選擇 2.2.1 電動(dòng)機(jī)的概述 助力電動(dòng)機(jī)是EPS 系統(tǒng)的動(dòng)力源, 它根據(jù)ECU 輸出的控制指令, 在不同的工況下輸出不同的助力轉(zhuǎn)矩, 對(duì)整個(gè)EPS 性能影響很大, 因此需要具備良好的動(dòng)態(tài)特性、調(diào)速特性和隨動(dòng)特性并易于控制, 而且要求輸出波動(dòng)小、低轉(zhuǎn)大轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、尺寸小質(zhì)量輕等, 因此, 常采用無(wú)刷式永磁直流電動(dòng)機(jī)。為改善操縱感、降低噪音和減少振動(dòng), 在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子外表面開(kāi)出斜槽或螺旋槽, 而改變定子磁鐵的中心處或端部厚度, 將定子磁鐵設(shè)計(jì)成不等厚。 2.2.2 電動(dòng)機(jī)的參數(shù)計(jì)算 根據(jù)任務(wù)書(shū)上的基本參數(shù)可知 式中 f——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； P——輪胎氣壓，單位為； ——原地轉(zhuǎn)向阻力矩； 作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)的手力矩為 式中 ——轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng), 單位為mm； ——原地轉(zhuǎn)向阻力矩, 單位為N·mm ——轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng), 單位為mm； ——為轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑,單位為mm； Iw——轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比； η+——轉(zhuǎn)向器正效率； 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、不代入數(shù)值。 從而可知，人所需用的轉(zhuǎn)矩為 T=Fh=103.847200=20769.4N·mm 設(shè)此力矩完全由電動(dòng)機(jī)提供可得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。 蝸桿=1 蝸輪 =30 T2==T1300.7 故選電動(dòng)機(jī)為：無(wú)刷永磁直流電動(dòng)機(jī)。 額定電壓（V）12 額定扭矩（N.m）1.76 額定電流（A）30 額定轉(zhuǎn)速（V/min）1210 最大外形尺寸（mm）60115 根據(jù)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩可知蝸輪 T2=1.761000300.7=36N.m 2.3 電磁離合器的選擇 電動(dòng)式EPS轉(zhuǎn)向助力一般都是工作在一個(gè)設(shè)定的范圍。當(dāng)車(chē)速低于某一設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)向助力，保證轉(zhuǎn)向的輕便性; 當(dāng)車(chē)速高于某一設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)提供阻尼控制，保證轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性；而當(dāng)車(chē)速處于兩個(gè)設(shè)定值之間時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止工作，系統(tǒng)處于Standy狀態(tài)，此時(shí)為了不使電動(dòng)機(jī)和電磁離合器的慣性影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作，離合器應(yīng)及時(shí)分離，以切斷輔助動(dòng)力。另外，當(dāng)EPS系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，離合器應(yīng)自動(dòng)分離，此時(shí)仍可利用手動(dòng)控制轉(zhuǎn)向，保障系統(tǒng)的安全性。 EPS系統(tǒng)中電磁離合器應(yīng)用較多的為單片干式電磁離合器，其工作原理如圖所示 圖2.6 電磁離合器 離合器 類(lèi)型 干式單片電磁式 額定電壓（V）12v 額定傳遞扭矩15/12v 繞阻（）19.5/20 c 2.4 扭矩傳感器的選擇 扭矩傳感器的功能是測(cè)量駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的力矩大小與方向，以及轉(zhuǎn)向盤(pán)的大小和方向。目前采用較多的是在轉(zhuǎn)向軸位置加以扭桿，通過(guò)測(cè)量扭桿的變形得到扭矩。另外也有采用非接觸式扭距傳感器。圖2.7所示的非接觸式扭矩傳感器中有一對(duì)磁極環(huán)，其原理是：當(dāng)輸入軸與輸出軸之間發(fā)生相對(duì)扭轉(zhuǎn)位移時(shí)，磁極環(huán)之間的空氣間隙發(fā)生變化，從而引起電磁感應(yīng)系數(shù)變化。非接觸式扭矩傳感器的優(yōu)點(diǎn)是體積小精度高，缺點(diǎn)是成本高。 圖2.7 非接觸式扭距傳感器 扭矩傳感器 額定電壓 5V 額定輸出電壓 2.5 最大阻抗 2.180.66 2.5 本章小結(jié) 本章主要對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了分析，并對(duì)其結(jié)構(gòu)組成有了深入的了解。同時(shí)還進(jìn)行了電動(dòng)機(jī)電磁離合器扭矩傳感的選取，并對(duì)其工作原理進(jìn)行了分析。 第3章 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)減速機(jī)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì) 3.1 減速機(jī)構(gòu)的分析及布置形式的確定 電動(dòng)助動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)部分是該系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分，其減速機(jī)構(gòu)把電動(dòng)機(jī)的輸出，經(jīng)過(guò)減速增扭傳遞到動(dòng)力輔助單元，實(shí)現(xiàn)助力。因此，減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是EPS系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前常用的減速機(jī)構(gòu)有多種結(jié)構(gòu)形式，主要分為蝸輪蝸桿式、行星齒輪式和循環(huán)球螺母式等三種。而我選用了蝸輪蝸桿式減速機(jī)構(gòu)。 采用蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)，見(jiàn)圖3.1，其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有如下兩大優(yōu)點(diǎn)： （1）實(shí)現(xiàn)大的傳動(dòng)比。在動(dòng)力傳動(dòng)中，一般傳動(dòng)比i=5~80;在分度機(jī)構(gòu)或手動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)中，傳動(dòng)比可達(dá)300；若只傳遞運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)比可達(dá)1000由于傳動(dòng)比大，零件數(shù)目又少，因而結(jié)構(gòu)很緊湊。 （2）在蝸桿傳動(dòng)中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它的蝸輪是逐漸進(jìn)入嚙合逐漸退出嚙合的，同時(shí)嚙合的齒對(duì)數(shù)較多，故沖擊載荷小，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音低。 圖3.1 減速機(jī)構(gòu) 3.2 蝸輪蝸桿材料的選擇 考慮到蝸桿傳動(dòng)傳遞的功率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號(hào)鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸輪螺旋面要求淬火并且調(diào)質(zhì)處理，硬度為45~55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZcuSn10Pb，金屬模鑄造。這種材料耐磨性好，但價(jià)格較高，用于滑動(dòng)速度3m/s的重要傳動(dòng)。為了盡量節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用鑄鐵HT150制造。為了防止變形，常對(duì)蝸輪進(jìn)行時(shí)效處理。 3.3 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算 3.3.1 設(shè)計(jì)要求 普通圓柱蝸桿閉式傳動(dòng)（用于EPS系統(tǒng)中電機(jī)輸出到轉(zhuǎn)向軸），蝸桿轉(zhuǎn)速=1210r/min，扭矩=1760N·mm，傳動(dòng)比i=30.雙側(cè)工作，工作載荷較穩(wěn)定，沖擊不大。要求壽命為5年（按每年365天，每天8小時(shí)），則使用壽命=53658=14600h 3.3.2 選擇蝸桿傳動(dòng)類(lèi)型 根據(jù)GB10085-88的推薦，采用漸開(kāi)線蝸桿（ZI）。傳動(dòng)比i介于5~80之間，由表3.1可確定蝸桿頭數(shù)=1。 表3.1 蝸桿頭數(shù) 蝸輪齒數(shù)推薦值 傳動(dòng)比i=z1/z2 5~8 7~16 15~32 30~83 蝸桿頭數(shù)z1 6 4 2 1 渦輪齒數(shù)z2 30~48 28~64 30~64 30~83 單頭蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比大，但效率低，發(fā)熱量大，易自鎖。不過(guò)，蝸桿頭數(shù)過(guò)多，導(dǎo)程角大，制造困難。蝸輪的齒數(shù)=i。當(dāng)傳遞動(dòng)力時(shí)，為保證傳動(dòng)平穩(wěn)性，應(yīng)不少于28。但過(guò)過(guò)大將使蝸輪尺寸增大，蝸桿跨距隨之增大，降低蝸桿的剛度，影響嚙合精度。通常取=28~80，一般不大于100。故取=30 3.3.3 蝸桿模數(shù)及分度圓直徑的確定 蝸桿頭數(shù)=1 蝸輪=30 因載荷平穩(wěn)載荷系數(shù)K=1.1—1.3之間取 故K=1.2 表3.2 錫青銅蝸輪許用接觸應(yīng)力[] 錫青銅制造的蝸輪，其[]值可查表2。 蝸輪材料 鑄造方法 適用的滑動(dòng)速度V/(m.s) 蝸桿齒面硬度 45HRC >45HRC ZCuSn10Pb1 砂型 金屬型 12 25 150 220 180 268 ZCuSn5Pb5Zn5 砂型 金屬型 10 12 113 128 135 140 MK () （3.1） M1.236960() M171.5304 經(jīng)查表3.3可知m=2.5 q=11.2 =28 表3.3 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的基本尺寸和參數(shù) 模數(shù)m/mm 分度圓直徑d/mm 直徑系數(shù)q 蝸桿頭數(shù) Md/mm 模 數(shù) m/mm 分度圓直徑d/mm 直徑系數(shù)q 蝸桿頭數(shù) Md/mm 1 18 18.000 1 18 6.3 (80) 12.698 1,2,4 3175 1.25 20 16.000 1 31.25 112 17.778 1 4445 22.4 17.920 1 35 8 (63) 7.875 1,2,4 4032 1.6 20 12.500 1,2,4 51.2 80 10.000 1,2,4,6 5376 28 17.500 1 71.68 (100) 12.500 1,2,4 6400 2 (18) 9.000 1,2,4 72 140 17.500 1 8960 22.4 11.200 1,2,4,6 89.6 10 (71) 7.100 1,2,4 7100 (28) 14.000 1,2,4 112 90 9.000 1,2,4,6 9000 35.5 17.750 1 142 (112) 11.200 1,2,4 11200 2.5 (22.4) 8.960 1,2,4 140 160 16.000 1 16000 28 11.200 1,2,4,6 175 12.5 (90) 7.200 1,2,4 14062 (35.5) 14.000 1,2,4 221.9 112 8.960 1,2,4 17500 45 18.000 1 281 (140) 11.200 1,2,4 21875 3.15 (28) 8.889 1,2,4 278 200 16.000 1 31250 35.5 11.270 1,2,4,6 352 16 (112) 7.000 1,2,4 28672 45 14.286 1,2,4 447.5 140 8.750 1,2,4 35840 56 17.778 1 556 (180) 11.250 1,2,4 46080 4 (31.5) 7.875 1,2,4 504 250 15.625 1 56000 40 10.000 1,2,4,6 640 20 (140) 7.000 1,2,4 56000 (50) 12.500 1,2,4 800 160 8.000 1,2,4 64000 71 17.740 1 1136 (224) 11.200 1,2,4 89600 5 (40) 8.000 1,2,4 1000 315 15.750 1 126000 50 10.000 1,2,4,6 1250 25 (180) 7.200 1,2,4 112500 (63) 12.600 1,2,4 1575 200 8.000 1,2,4 125000 90 18.000 1 2250 (280) 11.200 1,2,4 175000 6.3 (50) 7.936 1,2,4 1985 400 16.000 1 250000 63 10.000 1,2,4,6 2500 3.3.4 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)及幾何尺寸的確定 蝸桿 蝸桿分度圓直徑 =2.8 齒頂圓直徑 =m(q+2)= 2.5(11.2+2) =33 =m(q-2.4) =2.5(11.2-2.4) =22 齒頂高 =m=2.5 齒根高 =1.2m=1.22.5=3 頂隙 C=0.2m=0.242.5=0.5 蝸輪分度圓柱的導(dǎo)程角 r=arctan=arctan5.1 中心距 a=m(q+) = 2.5(11.2+30) =51.5 蝸桿齒寬 （11+0.06）m (11+0.00630)2.5 32 =32 蝸輪 蝸輪分度圓直徑 =mz=2.530=75 齒頂圓直徑 d=m(z+2) =2.5(30+2) =80 齒根圓直徑 d=m(z-2.4) =2.5(30-2.4) =69 齒頂高 h=m=2.5 齒根高 h=1.2m=3 蝸輪齒寬 z3時(shí) b0.75 0.7533 24.75 b=20 3.4 蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的校核 =YY[] （3.2） Y ——螺旋角影響系數(shù),Y=1-； Y ——蝸輪齒形系數(shù)，按當(dāng)量齒數(shù)z=z/cos查??； []——蝸輪的許用彎曲應(yīng)力，單位為MPa。 Y=1-=1-=0.94 z==30.35914403 經(jīng)查表3-4可知，Y=2.52 表3.4 齒形系數(shù)及應(yīng)力修正系數(shù) z 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 Y 2.97 2.91 2.85 2.8 2.76 2.72 2.69 2.65 2.62 2.6 2.57 2.55 2.53 Y 1.52 1.53 1.54 1.55 1.56 1.57 1.575 1.58 1.59 1.595 1.6 1.61 1.62 z 30 35 40 45 50 60 70 80 90 100 150 200 Y 2.52 2.45 2.4 2.35 2.32 2.28 2.24 2.22 2.2 2.18 2.14 2.12 2.06 Y 1.625 1.65 1.67 1.68 1.7 1.73 1.75 1.77 1.78 1.79 1.83 1.865 1.97 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N==60114600=35332000 壽命系數(shù) K==0.85 由表3.5查得 []=40MPa []=[]K =0.8540 =34 表3.5 蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力[] 蝸輪材料 鑄錫磷青銅ZCu5nlOP1 鑄錫鉛鋅青銅ZCuSn5Pb5Zn5 鑄造鋁鐵青銅ZCuAlloFe3 灰鑄鐵 HT150 HT200 鑄造方法 砂模鑄造 金屬模制造 砂模鑄造 金屬模鑄造 砂模鑄造 金屬模鑄造 砂模鑄造 單側(cè)工作 40 56 26 32 80 90 40 48 雙側(cè)工作 29 40 22 26 57 64 28 34 =YY （3.3） =2.520.964=31.39 <[] 3.5 本章小結(jié) 本章主要對(duì)減速機(jī)構(gòu)的布置形式進(jìn)行了確定，蝸輪蝸桿材料選取，對(duì)蝸輪蝸桿主要參數(shù)進(jìn)行了選取與計(jì)算，確定了蝸桿與蝸輪的幾何尺寸，并進(jìn)行了蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。 第4章 減速機(jī)構(gòu)軸和軸承的設(shè)計(jì)及校核 4.1 軸的概述 軸的主要功用是支承機(jī)器中的旋轉(zhuǎn)零件（如齒輪、帶輪、鏈輪、銑刀等），保證旋轉(zhuǎn)零件有確定的工作位置，并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。根據(jù)軸的受載情況不同，軸可以分為心軸，轉(zhuǎn)軸和傳動(dòng)軸。心軸是工作中只承受彎矩作用，不傳遞動(dòng)力的軸。根據(jù)心軸是否轉(zhuǎn)動(dòng)，心軸又分為固定心軸和轉(zhuǎn)動(dòng)心軸。轉(zhuǎn)動(dòng)心軸工作時(shí)，彎曲應(yīng)力一般是對(duì)稱(chēng)循環(huán)變化的，而固定心軸工作時(shí)，其彎曲應(yīng)力的方向一般不變。轉(zhuǎn)軸既支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件又傳遞動(dòng)力，它是既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩作用的軸。傳動(dòng)軸是只承受轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩作用或彎曲作用很小的軸。 4.2 轉(zhuǎn)向軸的設(shè)計(jì)與校核 4.2.1 轉(zhuǎn)向軸的設(shè)計(jì) 由材料力學(xué)可知，實(shí)心圓軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為 ==[] （4.1） 由此得軸的基本直徑的估算式 d=C （4.2） 式中 d ——軸的估算基本直徑（mm） ——軸的扭矩切應(yīng)力（MPa） T ——軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（N.mm） P ——軸傳遞的功率（KW） n ——軸的轉(zhuǎn)速（r/min） W——軸的抗扭截面系數(shù)（mm）。對(duì)實(shí)心圓軸，W=d/160.2d []——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（MPa） C ——計(jì)算常數(shù)，取決于軸的材料及受載情況，見(jiàn)表4.1。. 表4.1 軸常用材料的C值 軸的材料 Q235.20 Q275.35 45 40Cr.35SiMn C 126-149 112-135 103-126 97-112 i== 30= n=40.3r/min P===0.155KW 轉(zhuǎn)向軸選用45鋼，正火處理，估計(jì)直徑d<100mm,由表4.2查的=600MPa，查表4.1，取C=118。 dC=118=18.48mm 表4.2 軸的常用材料及主要力學(xué) 材料及熱處理 毛坯直徑/mm 硬度 （HBS） 抗拉強(qiáng)度 屈服點(diǎn) 彎曲疲勞極限 應(yīng)用說(shuō)明 MPa Q235-A 430 235 175 用于不重要或載荷不大的軸 35正火 100 143-187 520 270 250 有好的塑性和適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，可做一般曲軸.轉(zhuǎn)軸等 35調(diào)質(zhì) 100 163-207 560 300 265 45正火 100 170-217 600 355 260 用于較重要的軸，應(yīng)用最廣泛 45調(diào)質(zhì) 200 217-225 650 360 270 40Cr調(diào)質(zhì) 25 241-286 980 785 480 用于載荷較大而無(wú)很大沖擊的重要的軸 100 735 540 350 >100-300 680 490 320 40MnB調(diào)質(zhì) 25 207 980 785 480 性能接近于40Cr，用于重要的軸 200 241-286 750 500 335 35CrMo調(diào)質(zhì) 100 207-269 735 540 350 用于重載荷的軸 20Cr滲碳淬火回火 15 表面50-60HRC 835 540 370 用于要求強(qiáng)度.韌性及耐磨性均較高的軸 60 635 390 280 第一軸段 軸徑為20，軸長(zhǎng)為38 第二軸段 放軸承軸徑為25，軸長(zhǎng)為16 第三軸段 軸徑為25，軸長(zhǎng)為12 第四軸段 軸徑為26，軸長(zhǎng)為38 第五軸段 軸徑為25，軸長(zhǎng)為12 第六軸段 放軸承軸徑為25，軸長(zhǎng)為18 4.2.2 轉(zhuǎn)向軸的校核 F=-F=125.71 F=-F=985.6 F=-F=358.729 (1) 繪制軸承受力簡(jiǎn)圖（圖a） (2) 繪制垂直面彎矩圖（圖b） 軸承支反力： F===118.142 F=F+F=-358.729+118.142=-240.587 截面C右側(cè)彎矩 M=F.=240.587=9262.5995 截面C左側(cè)彎矩 M=F.=118.142=4548.467 （3）繪制水平彎矩圖（圖C） 軸承支反力： F=F===492.8 截面C處的彎矩： M=F=492.8=18972.8 (4)繪制合成彎矩圖（圖d） M===21113.09758 M===19510.39958 (5)繪制轉(zhuǎn)矩圖（圖e） (6)繪制當(dāng)量彎矩圖（圖f） 轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化，取a=0.16截面C處的當(dāng)量彎矩力 M===30619.24012 校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度 ===9.34<55MPa 強(qiáng)度足夠 圖4.1 轉(zhuǎn)向軸的受力圖和彎矩圖 4.3 蝸桿軸的設(shè)計(jì)及校核 4.3.1 蝸桿軸的設(shè)計(jì) 蝸桿用45號(hào)鋼，正火處理硬度為170-217HBS。蝸桿軸的基本直徑估計(jì)<100mm由表4.2查得=600mm查表4.1取C=118 D=C=118=6.715mm P===0.223KW 因蝸桿齒根圓直徑d大于軸徑d故選用車(chē)制蝸桿 軸徑d= d-(2—4)mm=22-(2—4)= 20—18mm 所求d為最小軸徑，因?yàn)樵撎庨_(kāi)一鍵槽應(yīng)將該軸段直接增大3%—7%即d=6.7151.19=8mm 放軸承位置的軸徑定為20，退刀槽徑為20，退刀槽長(zhǎng)度為12，蝸桿齒寬為32。 4.3.2 蝸桿軸鍵的選取 選取A型鍵公稱(chēng)尺寸bh=44 []=120MPa =[] （4.3） l==1.833 式中 T——傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位N.mm d——軸的直徑，單位mm l——鍵的接觸長(zhǎng)度，單位mm K——鍵與輪轂接觸高度，Kh/2,單位mm ——許用擠壓應(yīng)力，單位為MPa 故l=6,L=10 4.3.3 蝸桿軸的校核 F===125.71 F===985.6 F=Ftan=985.6tan20=358.729 (1) 繪制軸受力簡(jiǎn)圖（圖a） (2) 繪制垂面彎矩圖（圖b） 軸承支反力 F===-11.09 F=F- F=358.729-11.09=347.639 計(jì)算彎矩： 截面C右側(cè)彎矩 M= F=247.639=1453.199 M= F=11.09=454.69 (3) 繪制水平面彎矩圖（圖c） 軸承支反力： F=F===62.855 截面C處的彎矩 M= F=62.855=2577.005 (4) 繪制合成彎矩圖（圖d） M===14484.29819N.mm M===2616.8598 (5) 繪制轉(zhuǎn)矩圖（圖e） (6) 繪制當(dāng)量彎矩圖（圖f） 轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化，取=0.6，截面C處的當(dāng)量彎矩為 M====14522.74182 （7）校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度 == =4.04<55MPa 強(qiáng)度足夠 圖4-2 蝸桿軸的受力圖和彎矩圖 4.4 軸承的選取與校核 4.4.1 軸承的選取 球軸承的抗沖擊能力弱，極限轉(zhuǎn)速較高，價(jià)格便宜，故當(dāng)軸承的工作載荷較小.轉(zhuǎn)速較高.載荷較平穩(wěn)時(shí)，選用球軸承較為合適。滾子軸承的承載能力和抗沖擊能力較強(qiáng)，但極限轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)精度不如球軸承，適合于兩軸孔能?chē)?yán)格對(duì)中，載荷較大或受沖擊載荷的中低速軸。根據(jù)載荷方向選擇軸承時(shí)，除只承受徑向或軸向載荷而分別選擇徑向接觸軸承和軸向接觸軸承之外，對(duì)于既有徑向載荷又有軸向載荷軸承來(lái)說(shuō)，如以徑向載荷為主則可選用深溝球軸承；若徑向載荷和軸向載荷和軸向載荷均較大時(shí)，可選用向心角接觸軸承；而當(dāng)徑向載荷比軸向載荷大很多或要求軸向變形小時(shí)，可先用軸向接觸軸承和徑向接觸軸承組合形式，分別承受軸向和徑向載荷較為合理。故選軸承為7204AC對(duì)稱(chēng)布置。 4.4.2 軸承的校核 軸傳送的轉(zhuǎn)矩 T=1.761000=1760N.mm 求軸上力 F===125.71429 F===985.6 F=Ftan=985.6tan20=358.7290629 根據(jù)豎直方向力的平衡公式以及合力矩為0，可知 F=F+F -42F+84 F=0 F=179.36 F=179.36 表4.3 角接觸軸承的內(nèi)部軸向力F 軸承類(lèi)型 角接觸球軸承 圓錐滾子軸承 70000C(=15) 70000AC(=25) 70000B(=40) 7000 F eF 0.63F 1.14F F/(2Y) 由表4.3可得： 70000AC軸承的內(nèi)部軸向力F=0.63F F=0.63F=0.63179.36=112.9968 F=0.63F=0.63179.36=112.9968 計(jì)算軸向載荷F和F 因F+F=112.9968+985.6=1098.5968> F 故可判定軸承2為壓緊端，軸承1為放松端。兩端軸承的軸向載荷 F= F=112.9968 F=F+ F=1098.5968 求系數(shù)X和Y F/ F==0.63 F/ F==6.125 F/ Fe時(shí)X=1，Y=0 而F/ F>e時(shí) X=0.41，Y=0.87 由表4.4可知載荷系數(shù) f=1.3 表4.4 載荷系數(shù)f 載荷性質(zhì) 及其舉例 f 無(wú)沖擊或輕微沖擊 電機(jī)，汽輪機(jī)，水泵，通風(fēng)機(jī) 1.0—1.2 中等沖擊振動(dòng) 車(chē)輛，機(jī)床，傳動(dòng)裝置，起重機(jī)，內(nèi)燃機(jī)，減速器 1.2—1.8 強(qiáng)大沖擊振動(dòng) 破碎機(jī)，軋鋼機(jī)，石油鉆機(jī)，振動(dòng)篩 1.8—3.0 P=f(xF+YF)=1.3(1179.36+0112.9968)=233.168 p= f(xF+YF)=1.3(0.41179.36+0.891098.5968)=1338.11 因p> P取p=p=1338.11N.球軸承=3 軸承C=14000N L=（）=（）=15778.22h>14600h 故該對(duì)軸承滿足預(yù)期壽命要求。 4.5 本章小結(jié) 本章主要進(jìn)行了軸與蝸桿軸的設(shè)計(jì)，確定了各軸的長(zhǎng)度與軸徑，并對(duì)其進(jìn)行了校核，同時(shí)還對(duì)鍵進(jìn)行了設(shè)計(jì)，以及軸承的選取，經(jīng)過(guò)對(duì)軸的受力分析確定軸承為角接觸球軸承，并對(duì)其進(jìn)行校核，確保其使用壽命在規(guī)定年限當(dāng)中。 第5章 齒輪齒條式轉(zhuǎn)回器的設(shè)計(jì) 5.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的概述 5.1.1 齒條的概述 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懸架下擺臂平衡。齒條可以比作是梯形轉(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。 5.1.2 齒輪的概述 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(pán)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撐。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)趨于平衡，并能傳遞更大的動(dòng)力。 5.1.3 設(shè)計(jì)要求 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2～3mm之間。主動(dòng)小齒輪齒數(shù)多數(shù)在5～7個(gè)齒范圍變化，壓力角取20°，齒輪螺旋角取值范圍多為9°～15°。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(lái)確定。變速比的齒條壓力角，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。 5.2 齒輪齒條材料的選擇與參數(shù)的確定 5.2.1 材料的選擇 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。故小齒輪16MnCr5 滲碳淬火，齒面硬度56-62HRC。大齒輪 45鋼 表面淬火，齒面硬度56-56HRC。 5.2.2 計(jì)算許用應(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) 5.2.3 初步確定齒輪的基本參數(shù)的主要尺寸 根據(jù)齒輪傳動(dòng)的工作條件，選用斜齒圓柱齒輪與斜齒條嚙合傳動(dòng)。選擇齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)為7級(jí)精度。 初選K=1.4 B=14 Z=7 Z=10 傳動(dòng)比=1.4 =1.2 Y=0.89 Y=0.7 Z=17cos=17cos14=15 由于Z=7 Z=10均小于15 發(fā)生根切故對(duì)其進(jìn)行變位 X==0.55 X==0.33 tant===0.375112684 =20.56 inv=tan+inv=0.054855624 Y=(-1)=0.7 =Ym=21.9+0.72.5=23.65 Y=X-Y=0.88-0.7=0.18 = (5.1) 2.1195 =2.5 5.2.4 確定齒輪傳動(dòng)主要參數(shù)的幾何尺寸 主動(dòng)齒輪 分度圓直徑 =18.03 節(jié)圓直徑 d===19.708 齒頂圓直徑 =18.03+2（1+0.55-0.18）2.5 =24.88 齒根圓直徑 =18.03-2（1+0.25-0.55）2.5 =14.53 齒頂高 齒根高 = 全齒高 h=h+h=5.175 齒寬 b=d=1.218.03=21.636 因?yàn)橄嗷Ш淆X輪的基圓齒矩必須相等 既P=P 齒輪法面基圓齒矩為P=mcos 齒條法面基圓齒矩為P=mcos 取齒條法相模數(shù)為 m=2.5 從動(dòng)齒輪（齒條） 節(jié)圓 =u=1.419.708=27.59 齒條齒頂高 齒條齒根高 法面齒矩 S=（+2Xtan）m=4.525 5.2.5 齒輪強(qiáng)度校核 =ZZZZ (5.2) tan=tan/cos=tan20/cos14=0.375112684 Z= Z==2.433 =0.318dZtan=0.318=0.444 =[1.88-3.2()]cos14=1.07 Z= (5.3) Z==0.978764495 Z==0.985 由表5.1可知Z=189.8 表5.1 彈性影響系數(shù) 彈性模量 /MPa 齒輪 材料 配對(duì)齒輪材料 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 鑄鐵 鍛鋼 夾布膠木 11.8 17.3 20.2 20.6 0.785 鍛鋼 162.0 181.4 188.9 189.8 56.4 鑄鋼 161.0 180.5 188.0 -- -- 球墨鑄鐵 156.6 173.9 -- 灰鑄鐵 143.7 -- = =111.7083902MPa 齒面接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求。 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。 =0.25+0.75/=0.25+0.7=0.95 = (5.4) = =206.3136<[] 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足要求 5.3 軸設(shè)計(jì)與軸承的選擇 5.3.1 軸的設(shè)計(jì) =97=11.5mm 取最小軸徑d=12mm 第一軸段軸徑12，軸長(zhǎng)12 第二軸段軸徑24.88，軸長(zhǎng)35 第三軸段軸徑20，軸長(zhǎng)22 第四軸段軸徑16，軸長(zhǎng)15 第五軸段軸徑14，軸長(zhǎng)10 5.3.2 軸的校核 ===4099.833611 （1）繪制軸受力簡(jiǎn)圖（圖a） （2）繪制垂直彎矩圖（圖b） 軸承支反力： =-574.94.9461306 計(jì)算彎矩 截面C右側(cè)彎矩 截面C左側(cè)彎矩 (3) 繪制水平彎矩圖（圖c） 軸承支反力 截面C處的彎矩 (4) 繪制合成彎矩圖（圖d） =53789.62116 (5) 繪制轉(zhuǎn)矩圖（圖e） (6) 繪制當(dāng)量彎矩圖（圖f） 轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生扭剪應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化，取a=0.6,截面C處的當(dāng)量彎矩為 （7）校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度 強(qiáng)度足夠 5.3.3 軸承的選取 軸承1 深溝球軸承6004 軸承2 滾針軸承 NA4901 圖5.1 軸的受力圖和彎矩圖 5.4 本章小結(jié) 本章主要進(jìn)行了齒輪齒條材料的選取，對(duì)其基本參數(shù)及幾何尺寸進(jìn)行了計(jì)算與確定，并對(duì)齒輪進(jìn)行了強(qiáng)度校核，同時(shí)對(duì)軸進(jìn)行了設(shè)計(jì)與校核，軸承選取為滾針軸承。 結(jié) 論 對(duì)于本次設(shè)計(jì)的電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其特點(diǎn)是：扭矩變化范圍大可以滿足不同的工況要求，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于生產(chǎn)，使用和維修，價(jià)格低廉。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由減速機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)組成。減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比為30，采用蝸輪蝸桿式，其傳動(dòng)比大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，轉(zhuǎn)彎時(shí)可以提供大的轉(zhuǎn)矩，使駕駛者感覺(jué)轉(zhuǎn)向非常輕便，維修方便，大部分汽車(chē)都采用此結(jié)構(gòu)。 減速器設(shè)計(jì)計(jì)算中，蝸輪的破壞形式主要是蝸輪輪齒表面產(chǎn)生膠合。點(diǎn)蝕和磨損，在對(duì)蝸輪強(qiáng)度計(jì)算中，齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和輪齒接觸應(yīng)力都符合了要求。 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我學(xué)到了很多東西，首先在軟件方面使我對(duì)CAD當(dāng)中的二維繪圖，圖層管理，文本輸入，圖形標(biāo)注，這些命令有了更深一步的認(rèn)識(shí)，同時(shí)還使我學(xué)會(huì)了許多快捷方式。其次，使我對(duì)蝸輪蝸桿減速器當(dāng)中的一些部件有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，使我對(duì)減速器設(shè)計(jì)的思路變的更加清晰。再次，再對(duì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)當(dāng)中使我學(xué)會(huì)如何變位來(lái)防止根切，同時(shí)對(duì)齒輪轉(zhuǎn)向器工作原理有了進(jìn)一步的了解。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是車(chē)輛不可或缺的一部分，其技術(shù)已經(jīng)成熟，但對(duì)于我們還沒(méi)有踏出校門(mén)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，其中的設(shè)計(jì)理念還是很值得我們?nèi)ヌ接?，學(xué)習(xí)的。 參考文獻(xiàn) [1] 劉惟信.汽車(chē)設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001 [2] 王望予.汽車(chē)設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000 [3] 李風(fēng)平.機(jī)械圖學(xué)[M].沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社 2003 [4] 陳家瑞.汽車(chē)構(gòu)造[M].下冊(cè).第三版.北京.人民交通出版社，2007 [5] 余志生.汽車(chē)?yán)碚揫M].第2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008 [6] 鐘建國(guó) 廖耘 劉宏.汽車(chē)構(gòu)造與駕駛[M].長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社，2002 [7] 梁治明 材料力學(xué)[M]. 遼寧：高等教育出版社出版，2005 [8] 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 [9] 楊可楨 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2006 [10] 劉品 機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測(cè)基礎(chǔ)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，20