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JX17-07 【JX17-07】汽车转向系统的设计二维+论文

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【JX17-07】汽车转向系统的设计（二维+论文）,JX17-07,【JX17-07】汽车转向系统的设计二维+论文

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安徽科技学院本科生毕业论文（设计）开题报告书题目学生姓名指导教师职称研究目的意义及国内外研究状况和应用前景（附参考文献）：一、研究（调查）目的意义（小四、宋体，加粗、行间距1.25）随着汽车行业的蓬勃发展，人们对于汽车功能的要求变得越来越高，EPS系统也迎来了巨大的市场需求，许多厂商都以EPS系统作为一个卖点，来吸引顾客买车。所谓电动转向( EPS) , 就是在机械转向系统中,用电池作为能源, 电动机为动力, 以转向盘的转速和转矩以及车速为输入信号, 通过电子控制装置, 协助人力转向, 并获得最佳转向力特性的伺服系统。EPS汽车转向系统的性能直接影响到汽车的操纵稳定性, 对于确保车辆的安全行驶、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件起着重要的作用。特别是EPS用电动机直接提供助力，助力大小由电子控制单元（ECU）控制。它能在汽车低速行驶转向时减轻转向力使转向轻便、灵活; 在汽车高速行驶转向时, 适当加重转向力, 从而提高了高速行驶时的操纵稳定性, 增强了路感 。不仅如此,EPS的能耗是HPS能耗的1 /3以下, 且前者比后者使整车油耗下降可达3% - 5%, 因而, 它能节约燃料，提高主动安全性，且有利于环保。二、国内、外研究概况和应用前景（小四、宋体，加粗、行间距1.25）1988 年2 月日本铃木公司首次在其Cervo 车上装备EPS , 随后还用在了其Alto 车上。在此之后, 电动助力转向技术如雨后春笋般得到迅速发展。日本的大发汽车公司、三菱汽车公司、本田汽车公司, 美国的Delphi 汽车系统公司、TRW公司, 德国的ZF 公司, 都相继研制出各自的EPS。比如: 大发汽车公司在其Mi2ra 车上装备了EPS , 三菱汽车公司则在其Minica 车上装备了EPS ; 本田汽车公司的Accord 车目前已经选装EPS , S2000 轿车的动力转向也将倾向于选择EPS ;Delphi 汽车系统公司已经为大众的Polo 、欧宝的318i以及菲亚特的Punto 开发出EPS 。TRW从1998 年开始, 便投入了大量人力、物力和财力用于EPS 的开发。他们最初针对客车开发出转向柱助力式EPS , 如今小齿轮助力式EPS 开发也已获成功。1999 年3 月, 他们的EPS 已经装备在轿车上, 如Ford Fiesta 和Mazda 323F 等 。Mercedes OBenz 和Siemens Automotive 两大公司共同投资6 500 万英镑用于开发EPS , 他们的目标是到2002 年装车, 年产300 万套, 成为全球EPS 制造商。他们计划开发出适用于汽车前桥负荷超过1200kg的EPS，因此货车也将可能成为EPS的装备目标。而我国在2002 年才开始研制开发汽车EPS 产品, 目前已经知道的有13 家企业和科研院校正在研制中。其中南摩股份有限公司( 生产转向柱式的EPS 产品) 在2003 年开始进入小批量生产阶段, 其他厂家和科研院校均在开发阶段中。经过20 几年的发展, EPS 技术日趋完善。其应用范围已经从最初的微型轿车向更大型轿车和商用客车方向发展, 如本田的Accord 和菲亚特的Punto 等中型轿车已经安装EPS ,本田甚至还在其Acura NSX赛车上装备了EPS 。EPS 的助力型式也从低速范围助力型向全速范围力型发展, 并且其控制形式与功能也进一步加强。日本早期的EPS 仅仅在低速和停车时提供助力, 高速时EPS 将停止工作。新一代的EPS 则不仅在低速和停车时提供助力, 而且还能在高速时提高汽车的操纵稳定性。如铃木公司装备在Wagon R + 车上的EPS 是一个负载-路面-车速感应型助力转向系统 。由Delphi 为Punto 车开发的EPS 属全速范围助力型, 并且首次设置了两个开关, 其中一个用于郊区, 另一个用于市区和停车。当车速大于70km/ h 后, 这两种开关设置的程序则是一样的, 以保证汽车在高速时有合适的路感。这样即使汽车行驶到高速公路时驾驶员忘记切换开关也不会发生危险。市区型开关还与油门相关,使得在踩油门加速和松油门减速时, 转向更平滑。随着直流电机性能的改进, EPS 助力能力的提高, 其应用范围将进一步拓宽, 现在3 升级的运动型跑车也有安装EPS。EPS 代表未来动力转向技术的发展方向, 将作为标准件装备到汽车上, 并将在动力转向领域占据主导地位。据TRW公司预测, 到2010 年全世界生产的每3 辆轿车中就有1 辆装备EPS。特别是低排放汽车(LEV) 、混合动力汽车(HEV) 、燃料电池汽车( FCEV) 、电动汽车(EV) 四大EV 汽车将构成未来汽车发展的主体，这给EPS 带来了更加广阔的应用前景。尽管EPS 已达到了其最初的设计目的, 但仍然存在一些问题需要解决, 其中, 进一步改善电动机的性能是关键问题。因为电动机的性能是影响控制系统性能的主要因素, 电动机本身的性能及其与电动助力转向系统的匹配都将影响到转向操纵力、转向路感等问题。概括地说, 电动助力转向技术的发展方向主要为: 改进控制系统性能和降低控制系统的制造成本。只有进一步改进控制系统性能, 才能满足更高档轿车的使用要求。另外, EPS 的控制信号将不再仅仅依靠车速与扭矩, 而是根据转向角、转向速度、横向加速度、前轴重力等多种信号进行与汽车特性相吻合的综合控制, 以获得更好的转向路感。未来的EPS 将朝着电子四轮转向的方向发展, 并与电子悬架统一协调控制。参考文献：（小四、宋体，加粗、行间距1.25）1 林慕移，张福生. 车辆底盘构造与设计M.北京：冶金工业出版社，20072 周聪, 肖建. 汽车线控转向系统的研究现状与发展 J. 控制工程，2012,19（5）：827-8313 陈家瑞，马天飞. 汽车构造 M. 北京：人民交通出版社，20064 石美玉. 转向系统M. 北京：化学工业出版社，20055 齐晓杰. 汽车液压、液力与气压传动M. 北京：化学工业出版社，20076 Chen X., Yang T.B., Chen X.Q., A generic model-based advanced control of electric power assisted steering systemJ. IEEE Transactions on Control Systems Technology 2008,16(6): 1289 13007 Chen D.L., Yin C.L., Zhang J.W., Controller design for a new active front steering system, WSEAS Transactions on System. 2008,7:10-12 主要内容、研究方法和思路：1、研究的基本内容（1）检索查阅相关文献资料，实地调研，掌握行电动汽车工作原理。（2）对转向系统进行总体结构和布局设计。（3）计算转向系统各部件的动力分配。（4）绘制转向系统图纸。（5）整理相关计算、说明以及参考的资料，撰写并完成论文及相关文件。2、拟解决的主要问题（1）利用Autocad完成蜗轮蜗杆与转向器装配图的绘制。 （2）利用强度校核公式对蜗轮蜗杆及转向器各部件进行校核，确保符合实际应用。（3）绘制助力系统分布图。（4）确定蜗杆相对蜗轮的布置方式。总体安排和进度（包括阶段性工作内容及完成日期）：2017/3/4 2017/3/18 调研、收集相关资料；完成外文资料翻译；2017/3/19 2017/3/30 完成总体结构和布局设计；2017/4/1 2017/4/15 传动系统各部件的动力分配计算，选型；2017/4/16 2017/4/30 绘制传动系统图纸；2017/5/1 2017/5/15 完成论文初稿；2017/5/16 2017/6/15 修改，论文定稿；2017/6/162017/7/3 论文装订，制作ppt，准备论文答辩。指导教师意见（研究的意义、创新点、前期基础工作、存在的难点和困难、建议等）：指导教师签名： 年月日时间接点：2008.12.26-2009.2.15前学院领导组意见：签名： 年月日时间接点：2009.2.15-2009.2.165机械工程学院毕业设计（论文）题 目： 汽车转向系统设计 专 业： 汽车服务工程 班 级： 132 姓 名： 季智明 学 号： 1672130210 指导教师： 苑凤霞 日 期： 2016.9.242016.12.30 目 录摘 要4ABSTRACT5第1章 绪 论71.1汽车转向技术的发展71.2 电动助力转向系统研究的状况及发展趋势81.3电动助力转向系统设计的目的和意义81.4 研究的主要内容9第2章 电动助力转向系统主要参数的确定92.1 电动助力转向系统的分析102.1.1 电动助力转向系统的工作原理102.1.2 电动助力转向系统的类型102.2 助力电动机的选择122.2.1 电动机的概述132.2.2 电动机的参数计算132.3 电磁离合器的选择142.4 扭矩传感器的选择152.5 本章小结16第3章 电动助力转向系统减速机构参数的设计163.1 减速机构的分析及布置形式的确定173.2 蜗轮蜗杆材料的选择173.3 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算183.3.1 设计要求183.3.2 选择蜗杆传动类型183.3.3 蜗杆模数及分度圆直径的确定183.3.4 蜗杆与蜗轮的主要参数及几何尺寸的确定203.4 蜗轮齿根弯曲疲劳强度的校核223.5 本章小结23第4章 减速机构轴和轴承的设计及校核244.1 轴的概述254.2 转向轴的设计与校核254.2.1 转向轴的设计254.2.2 转向轴的校核274.3 蜗杆轴的设计及校核284.3.1 蜗杆轴的设计294.3.2 蜗杆轴键的选取294.3.3 蜗杆轴的校核294.4 轴承的选取与校核314.4.1 轴承的选取314.4.2 轴承的校核324.5 本章小结33第5章 齿轮齿条式转向器的设计345.1齿轮齿条式转向器的概述355.1.1 齿条的概述355.1.2 齿轮的概述355.1.3 设计要求355.2 齿轮齿条材料的选择与参数的确定355.2.1 材料的选择365.2.2 计算许用应力365.2.3 初步确定齿轮的基本参数的主要尺寸375.2.4 确定齿轮传动主要参数的几何尺寸385.2.5 齿轮强度校核385.3 轴设计与轴承的选择405.3.1 轴的设计405.3.2 轴的校核405.3.3 轴承的选取415.4 本章小结42结 论42参考文献43致 谢45附 件.46汽车转向系统的设计摘 要电动助力转向系统是电子继液压动力转向系统之后新设计的转向系统，以电池作为能源，电动转向系统的助力是由电机提供的，电控单元（ECU）实时调节与控制助力的大小。可以较好的解决传统的液压转向系统的油耗大、低速转向力大和高速转向力小等缺点。电助力转向系统将替代传统的液压转向力系统成为汽车转向系统技术新的发展趋势。电动助力转向系统（EPS）主要由扭矩传感器、车速传感器、电子控制单元( ECU) 、电动机和减速机构组成。本文介绍了电动助力转向系统的设计，阐述了它的工作原理，对扭转传感器的选择进行分析，对减速器的各个部件做了详细的设计计算，并做了材料的选择，同时对转向器的齿条和齿轮结构，以及重要部件进行设计计算和强度校核。关键字：电动助力转向系统；扭转器；减速器；转向器；设计；校核ABSTRACTElectric 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 cars steering stability，to ensure that the vehicles 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; EPS第1章 绪 论1.1汽车转向技术的发展汽车在行驶过程中，经常需要改变行驶方向，称为转向。汽车转向系统是一种特殊的机制来改变或保持汽车行驶方向。它的作用是使汽车在行驶过程中方便驾驶员实时改变行驶方向，并在出现路面事故和汽车事故的影响前偏离行驶方向。因此，转向系统的性能直接影响到汽车操纵的安全性和操纵稳定性。根据不同的动力能源，汽车转向系统可分为机械式转向系统和动力式转向系统两类。机械转向系统是基于人的精力体力作为能源，它主要由转向器，转向器操纵机构和转向传动机构三部分组成。汽车转向器是汽车转向系统的重要部件，其性能的优劣对车辆行驶的安全性和可靠性有直接影响。汽车动力转向系统是基于机械式转向系统加装了转向加力装置的转向系统。其动力能源包括驾驶员的体力和发动机的动力。正常情况下，大部分转向动力由发动机的动力提供，而驾驶员只提供一小部分。但在动力转向失灵的情况下，司机仍然可以操纵机械转向系统使汽车转向。长期以来汽车转向系统一直存在低速转向力大，高速转向力小的问题。为解决这一问题，过去人们常将转向器设计成可变速比，在转向盘小转角时以“灵”为主，在转向盘大转角时以“轻”为主。但“灵”的范围只在转向盘中间位置附近，仅对高速行驶有意义，并且传动比不能随车速变化，所以不能根本解决这一问题。随着动力转向系统的发展，液压动力转向系统（HPS）以其转向灵活、轻便，并能吸收路面对前轮产生的冲击的能量等优点，自第二十世纪50年代，已被广泛应用于各国汽车。但传统的液压动力转向系统的能量消耗大将增加车辆的燃油消耗。随着电子技术的发展，电子控制式机械液压转向系统（EHPS）应运而生，从而减少了传统液压动力转向系统的能量消耗，但仍无法根除传统液压动力转向系统的固有缺陷。此外，传统的液压动力转向系统的参数设计完成后，转向系统的性能是确定的，不会对其作出控制与调整。因此，传统的液压动力转向系统的转向力很难协调操纵转向力，从而影响操纵稳定性。电动助力转向系统，是液压动力转向系统之后发明的一种新型动力转向系统。该系统的助力由电机提供，通过控制单元实时调节和控制助力大小，可以更好地解决液压动力转向系统无法解决燃料消耗大的问题。目前，电动助力转向系统将取代液压动力转向系统的成为汽车转向系统技术新的发展趋势。1.2 电动助力转向系统研究的状况及发展趋势在1988年2月，日本铃木公司首次搭载了EPS在自己品牌的汽车上。在此之后，电动助力转向技术如雨后竹笋般快速发展。日本大发汽车公司，三菱汽车公司，本田汽车公司，美国德尔福汽车系统公司，TRW公司，德国ZF公司，开发了自己的EPS系统。例如：大发汽车公司配备了EPS在mi2ra车上，配备了EPS的三菱汽车 MiniCA；本田汽车也选用了EPS，S2000的汽车动力转向也倾向于选择EPS；Delphi 汽车系统公司已经为大众的Polo 、欧宝的318i以及菲亚特的Punto 开发出自己的EPS 。TRW公司从1998年初，开始投入了大量的人力、物质和财政资源，发展EPS。他们最初开发了转向柱助力型EPS，现在小齿轮助力式EPS的发展也取得了成功。1999三月，EPS已经装备在他们的汽车，如福特嘉年华和马自达323 F等。奔驰、西门子汽车公司共同投资65000000英镑用于EPS的发展，他们的目标是2002年生产配备EPS的汽车3000000台，成为全球生产EPS的领头羊。他们计划开发汽车前轴负荷超过1200公斤EPS，所以货车很可能成为装备EPS下一个目标。中国在2002开始研发EPS产品。目前配置EPS的汽车大多为各类轻型汽车排量在1.3L-1.6L之间，其性能已得到汽车生产商广泛的认可。为了配合汽车装配性能更高的直流电动机和42V电源组件，将进一步拓宽其应用范围，并逐渐延伸到微型车，轻型卡车和SUV。此外，EPS的控制信号将不再仅仅依靠车速和扭矩，也可以根据转向角，转向速度，侧向加速度，前轮轴重力和其他信号进行调控。未来的EPS将向电子四轮转向式的方向发展，和电子悬架统一协调控制。1.3电动助力转向系统设计的目的和意义随着汽车工业的迅猛发展，人们对汽车功能的要求越来越高，EPS系统也迎来了巨大的市场需求，许多厂家都采用EPS系统作为卖点，吸引顾客购买汽车。电动助力转向系统相比与其它转向系统具有巨大的优势。电动助力转向系统使用电池作为能源，电动机作为动力，方向盘的转速和转矩以及汽车行驶速度作为输入信号，通过电子控制装置实现调控，来帮助人力转向，并获得伺服系统最佳的转向力特性。汽车EPS转向系统的优化直接影响到汽车的操纵稳定性能，保证车辆的安全行驶，减少交通事故，保护驾驶员的人身安全，对改善驾驶员的工作条件起着重要作用。特别是EPS电动机提供助力，通过电子控制单元控制助力的大小，使转向灵活。在高速行驶时使车辆的转向力增大，低速行驶时转向力减小，从而提高汽车的操纵稳定性。不仅如此，EPS的能耗低于HPS能耗的13，前者比后者的车辆燃料消耗低了3%5%，因此，它可以节省燃料，并且提高主动安全性，更加环保。1.4 研究的主要内容1、对电动助力转向系统进行分析确定其布置形式。2、电动机、电磁离合器、扭距传感器的选取。3、在对EPS系统机构进行分析的基础上，设计出一套减速机构。4、设计齿轮齿条式转向器。第2章 电动助力转向系统主要参数的确定2.1 电动助力转向系统的分析2.1.1 电动助力转向系统的工作原理EPS主要由扭矩传感器，车速传感器，电子控制单元，电机和减速器组成。其主要原理是：汽车转向时，扭矩传感器会感应到转向盘的力矩和拟转方向。这些信号通过数据总线传到电子控制单元，控制单元根据转矩大小、拟转方向和车速等信号发出指令使电动机控制器工作。此时电动机就会根据信号产生汽车转向所需要的助力，从而实现助力转向的实时控制。如果转向盘的转矩和拟转方向不改变，那么EPS系统处于休眠状态，因此节约能源。图2.1 EPS结构系统图2.1.2 电动助力转向系统的类型 EPS通常按照减速机构的形式和电动机的布置位置不同进行分类。 EPS系统一般都装配减速器，减速机构将电动机输出的转矩减速增矩后对EPS助力。按照汽车上转向器结构形式分类，EPS可分为:循环球螺母式(图2.2)、蜗轮蜗杆式(图2.3)、齿轮齿条式(图2.4)三种。循环球螺母式EPS电动机力矩的传递路线为:电动机循环球螺母齿轮条。蜗轮蜗杆式EPS电动机力矩的传递路线为:电动机蜗轮一齿轮条。齿轮齿条式EPS的电动机力矩的传递路线为:电动机行星齿轮副另设齿轮齿条。 1力矩传感器 1电磁离合器 2循环球螺母 2电动机 3功率放大器 3扭矩传感器 4电控单元 4转向轴 5齿条 5蜗轮蜗杆机构 6转向盘 6齿轮齿条机构 7电动机 8转向减速机构图2.2 循环球螺母式 图2.3 蜗轮蜗杆式1扭矩传感器 2转接 3电动机 4电磁离合器 5齿轮齿条机构图2.4 齿轮齿条式按照电机的不同位置分类，可以分为：转向轴助力式、齿轮助力式和齿条助力式三型，如图2.5所示。转向轴助力式EPS的电动机固定在转向柱一侧，通过减速机构与转向轴相近，直接驱动转向轴助力转向。齿轮助力式EPS的电动机和减速机构与小齿轮相近，直接驱动齿轮助力转向。齿条助力式EPS的电动机和减速机构则直接驱动齿条提供助力。图2.5 电动机布置位置不同的EPS的类型2.2 助力电动机的选择2.2.1 电动机的概述EPS的电动机是系统的动力源，根据ECU输出的控制命令信号，在不同工况下输出汽车所需要的助力，对EPS的整体性能有很大的影响，所以需要有良好的动态特性、变速特性和易于控制特性，并且要求输出波动小、低转大转矩、转动惯量小、尺寸小质量轻等, 所以, 通常采用无刷式永磁直流电动机。为了提高操纵感、降低工作噪音和减少工作时的振动, 通常采用在电动机转子外表面开出斜槽或螺旋槽的方法, 用来改变定子磁铁的中心处或端部厚度, 将定子磁铁设计成不同厚度。2.2.2 电动机的参数计算根据任务书上的基本参数可知 式中 轮胎和路面间的滑动摩擦因数； 转向轴负荷，单位为N；轮胎气压，单位为； 原地转向阻力矩；作用在转向盘的手力矩为 式中 转向摇臂长， 单位为mm；原地转向阻力矩， 单位为Nmm转向节臂长， 单位为mm；为转向盘直径，单位为mm；转向器角传动比；转向器正效率；因齿轮齿条式转向传动机构无转向摇臂和转向节臂，故、不代入数值。从而可知，人所需用的转矩为设此力矩完全由电动机提供可得电动机转矩。蜗杆 蜗轮 故选电动机为：无刷永磁直流电动机。额定电压（V）12额定扭矩（N.m）1.76额定电流（A）30额定转速（V/min）1210最大外形尺寸（mm）60115根据电动机额定转矩可知蜗轮2.3 电磁离合器的选择EPS型电动助力转向系统一般是在设定的范围内工作。当车速低于最低设定值，系统提供转向助力，确保转向缓和；当车速高于最高设定值，系统提供的阻尼减小转向助力，保证了转向的稳定性；当车辆速度在设定值之间，电机停止工作，系统处于待机状态，此时为了不使电动助力转向系统受到电动机和电磁离合器和电动机的惯性影响，离合器应分离，切断辅助力。此外，当EPS系统故障时，应自动断开离合器，使用手动控制转向，保证系统的安全性。EPS系统的中电磁离合器为干式单片电磁离合器，其工作原理如图所示：图2.6 电磁离合器离合器 类型 干式单片电磁式额定电压（V）12v额定传递扭矩15/12v绕阻（）19.5/20 c2.4 扭矩传感器的选择转矩传感器是测量方向盘转向中所承受的转矩和转向的角度。其中非接触式扭转传感器最受欢迎如图2.7所示，其原理是：当扭杆受方向盘的转动力矩作用发生扭转时，输入轴上的花键和输出轴上的键槽之间相对位置就被改变了。花键和键槽的相对位移该变量等于扭转杆的扭转量，使得花键上的磁感强度改变，磁感强度的变化通过线圈转化为电压信号。非接触式扭矩传感器的优点是磨损少，尺寸精度高，寿命长，可靠性高，有更小的延时，受轴的偏转和轴向偏移的影响更小。缺点是成本高。图2.7 非接触式扭距传感器扭矩传感器额定电压 5V额定输出电压 2.5最大阻抗 2.180.662.5 本章小结本章主要是对电动助力转向系统进行了分析，并就其结构有深刻的理解。同时对电机和电磁离合器扭矩传感器进行选型，并分析了它的工作原理。第3章 电动助力转向系统减速机构参数的设计3.1 减速机构的分析及布置形式的确定减速器是EPS系统不可缺少的一部分，其作用是将电动机输出的助力减速并且增大扭矩后传递给动力辅助单元。因此，减速机构的设计是EPS系统的关键技术。减速机构有多种形式，主要分为蜗轮蜗杆，行星齿轮和循环球螺母三型。我选择使用蜗轮蜗杆式减速机构。蜗轮蜗杆减速机构，如图3.1所示，传导机制主要有以下两个优点：（1）实现高传动比。在动力传动中，一般传动比i=580；在分度机构或手动机构传动中，传动比可以达到300；如果只有运动的传动，传动比可以达到1000，由于传动比大，零件数目少，结构紧凑所以更受欢迎。（2）在蜗杆工作时，由于蜗杆是连续的螺旋齿，蜗轮是逐渐进入啮合逐渐退出啮合的，所以同时啮合齿数多，冲击载荷小，传动平稳，噪音低。图3.1 减速机构3.2 蜗轮蜗杆材料的选择考虑到蜗杆传递的功率小，速度中等，所以用45号钢蜗杆；由于需要更高的效率，更好的耐磨性，故蜗杆螺旋面要求淬火和调质处理，硬度为45 55HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZcuSn10Pb，金属模铸造。因为这种材料耐磨性好，价格较高，通常用于滑动速度3m/s的重要传动。所以为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用铸铁HT150制造。常对蜗轮进行时效处理防止变形。3.3 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算3.3.1 设计要求普通圆柱蜗杆闭式传动（用于EPS系统中电机输出轴到转向轴），蜗杆转速，扭矩，传动比。双侧工作，工作载荷较稳定，冲击不大。要求寿命为5年（按每年365天，每天8小时），则使用寿命。3.3.2 选择蜗杆传动类型根据GB10085-88的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）。传动比i介于580之间，由表3.1可确定蜗杆头数。表3.1 蜗杆头数 蜗轮齿数推荐值传动比i=z1/z25871615323083蜗杆头数z16421涡轮齿数z23048286430643083单头蜗杆传动的传动比大，但效率低，热量高，容易自锁。然而，蜗杆头数太多，导程角大，制造困难。蜗轮的齿数。当传递动力时，为保证传动平稳性，应不少于28。但过大会增大蜗轮蜗杆尺寸，使蜗轮蜗杆的跨度增大，减少蜗轮蜗杆刚度，影响蜗轮蜗杆的精度。通常取，通常小于100。故取。3.3.3 蜗杆模数及分度圆直径的确定蜗杆头数 蜗轮因载荷平稳载荷系数K=1.11.3之间故取K=1.2表3.2 锡青铜蜗轮许用接触应力 蜗轮材料铸造方法适用的滑动速度V/(m.s)蜗杆齿面硬度45HRC45HRCZCuSn10Pb1砂型金属型1225150220180268ZCuSn5Pb5Zn5砂型金属型1012113128135140 锡青铜制造的蜗轮，其值可查表3.2。 （3.1） 表3.3 普通圆柱蜗杆传动的基本尺寸和参数模数m/mm分度圆直径d/mm直径系数q蜗杆头数Md/mm模 数m/mm分度圆直径d/mm直径系数q蜗杆头数Md/mm 11818.000 1 186.3(80)12.6981，2，431751.252016.000 1 31.2511217.7781444522.417.920 1 358(63)7.8751，2，440321.62012.5001，2，451.28010.0001，2，4，653762817.500 171.68(100)12.5001，2，46400 2(18) 9.0001，2，4 7214017.5001896022.411.2001，2，4，689.610(71)7.1001，2，47100(28)14.0001，2，4112909.0001，2，4，6900035.517.750 1 142(112)11.2001，2，411200 2.5(22.4) 8.9601，2，414016016.0001160002811.2001，2，4，617512.5(90)7.2001，2，414062(35.5)14.0001，2，4221.91128.9601，2，4175004518.000 1281(140)11.2001，2，421875 3.15(28) 8.8891，2，427820016.00013125035.511.2701，2，4，635216(112)7.0001，2，4286724514.2861，2，4447.51408.7501，2，4358405617.778 1556(180)11.2501，2，446080 4(31.5) 7.8751，2，450425015.6251560004010.0001，2，4，664020(140)7.0001，2，456000(50)12.5001，2，48001608.0001，2，4640007117.740 11136(224)11.2001，2，489600 5(40) 8.0001，2，4100031515.75011260005010.0001，2，4，61250 25(180)7.2001，2，4112500(63)12.6001，2，415752008.0001，2，41250009018.000 12250(280)11.2001，2，41750006.3(50) 7.9361，2，4198540016.00012500006310.0001，2，4，62500 经查表3.3可知mm mm3.3.4 蜗杆与蜗轮的主要参数及几何尺寸的确定蜗杆：蜗杆分度圆直径mm齿顶圆直径齿顶高齿根高顶隙蜗轮分度圆柱的导程角中心距蜗杆齿宽蜗轮:蜗轮分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿顶高齿根高蜗轮齿宽时 3.4 蜗轮齿根弯曲疲劳强度的校核 （3.2） 螺旋角影响系数，；蜗轮齿形系数，按当量齿数查取；蜗轮的许用弯曲应力，单位为MPa。表3.4 齿形系数及应力修正系数z17181920212223242526272829Y2.972.912.852.82.762.722.692.652.622.62.572.552.53Y1.521.531.541.551.561.571.5751.581.591.5951.61.611.62z303540455060708090100150200Y2.522.452.42.352.322.282.242.222.22.182.142.122.06Y1.6251.651.671.681.71.731.751.771.781.791.831.8651.97经查表3-4可知，应力循环次数寿命系数表3.5 蜗轮的基本许用弯曲应力 蜗轮材料铸锡磷青铜ZCu5nlOP1铸锡铅锌青铜ZCuSn5Pb5Zn5铸造铝铁青铜ZCuAlloFe3灰铸铁HT150HT200铸造方法砂模铸造金属模制造砂模铸造金属模铸造砂模铸造金属模铸造砂模铸造单侧工作4056263280904048双侧工作2940222657642834由表3.5查得 = （3.3）=100-30068049032040MnB调质25207980785480性能接近于40Cr，用于重要的轴200241-28675050033535CrMo调质100207-269735540350用于重载荷的轴20Cr渗碳淬火回火 15表面50-60HRC835540370用于要求强度.韧性及耐磨性均较高的轴60635390280第一轴段 轴径为20，轴长为38第二轴段 放轴承轴径为25，轴长为16第三轴段 轴径为25，轴长为12第四轴段 轴径为26，轴长为38第五轴段 轴径为25，轴长为12第六轴段 放轴承轴径为25，轴长为184.2.2 转向轴的校核(1) 绘制轴承受力简图（图a）(2) 绘制垂直面弯矩图（图b） 轴承支反力： F= 截面C右侧弯矩截面C左侧弯矩（3）绘制水平弯矩图（图C）轴承支反力：截面C处的弯矩：(4)绘制合成弯矩图（图d）M=(5)绘制转矩图（图e）(6)绘制当量弯矩图（图f）转矩产生的扭剪应力按脉动循环变化，取a=0.16截面C处的当量弯矩力=校核危险截面C的强度=强度足够。图4.1 转向轴的受力图和弯矩图4.3 蜗杆轴的设计及校核4.3.1 蜗杆轴的设计蜗杆用45号钢，正火处理硬度为170-217HBS。蜗杆轴的基本直径估计 P取。球轴承=3轴承C=14000NL=（）=（）故该对轴承满足预期寿命要求。4.5 本章小结本章主要是对轴和蜗杆轴分别进行设计，对各轴的长度和直径进行测定，并且分别进行校核，同时对键进行设计，选取轴承，通过分析来确定轴承采用角接触球轴承，通过校核确定其使用寿命符合规定年限。第5章 齿轮齿条式转向器的设计5.1齿轮齿条式转向器的概述5.1.1 齿条的概述齿条是加工有齿形的金属条，在金属壳体内来回滑动。转向器壳体安装在前梁或前围板的特定位置上。齿条代替梯形转向杆系的摇杆和转向摇臂，以及保证转向横拉杆在适当的高度以使他们与悬架下摆臂平衡。齿条可以比作是梯形转向直拉杆。导向座将齿条支持在转向器壳体上。齿条的横向运动拉动或推动转向横拉杆，使前轮转向。5.1.2 齿轮的概述齿轮是一种切有齿形的轴。它安装在转向器壳体上与齿条相互啮合。齿轮齿条上的齿通常为直齿或斜齿。齿轮轴上端与转向柱内的转向轴相连。所以，当转向盘旋转时带动齿条横向移动使前轮转向。转向壳体上的球轴承支撑齿轮轴。因为斜齿的齿面是弯曲的所以增加了一对啮合齿轮使啮合的齿数增加。相比直齿，斜齿的运转更加平稳，能够传递更大的动力。5.1.3 设计要求齿轮齿条式转向装置的设计要求。齿轮齿条式转向器最常用的斜齿圆柱齿轮作为齿轮。齿轮模数范围一般在23mm。主动小齿轮齿数通常为57个，采用20压力角，齿轮螺旋角的取值范围是915。根据转向轮为最大偏转角时相应齿条移动的行程来确定齿条齿数。根据现有的机构齿条压力角在1235范围内变化。另外，设计时应校核齿轮的抗弯强度和接触强度。5.2 齿轮齿条材料的选择与参数的确定5.2.1 材料的选择 主动小齿轮由16MnCr5或15crni6材料制造，齿条一般用45钢。为了使质量更轻，用压铸的铝合金作为壳体。16MnCr5小齿轮淬火渗碳，齿面硬度56-62HRC。45钢大齿轮 表面淬火，齿面硬度56-56HRC。5.2.2 计算许用应力a)确定和 b)计算应力循环次数N，确定寿命系数、。 c)计算许用应力取，应力修正系数5.2.3 初步确定齿轮的基本参数的主要尺寸根据齿轮的工作条件，斜齿轮齿条传动电缆。齿轮精度等级的选择是7的准确率。初选 传动比 =17cos=17cos14=15由于 均小于15发生根切故对其进行变位()=0.7= (5.1)5.2.4 确定齿轮传动主要参数的几何尺寸主动齿轮分度圆直径 节圆直径 =19.708齿顶圆直径 齿根圆直径 齿顶高 齿根高 全齿高 齿宽 因为相互啮合齿轮的基圆齿矩必须相等 既 齿轮法面基圆齿矩为 齿条法面基圆齿矩为 取齿条法相模数为 从动齿轮（齿条） 节圆 齿条齿顶高 齿条齿根高 法面齿矩 5.2.5 齿轮强度校核=ZZZZ (5.2) Z= Z= Z= (5.3) Z=0.978764495 Z=0.985 表5.1 弹性影响系数 弹性模量/MPa 齿轮材料配对齿轮材料灰铸铁球墨铸铁铸铁锻钢夹布胶木11.817.320.220.60.785锻钢162.0181.4188.9189.856.4铸钢161.0180.5188.0-球墨铸铁156.6173.9-灰铸铁143.7- 由表5.1可知Z=189.8= 齿面接触疲劳强度满足要求。齿根弯曲疲劳强度计算。= (5.4) = =206.3136 齿根弯曲疲劳强度满足要求5.3 轴设计与轴承的选择5.3.1 轴的设计取最小轴径第一轴段轴径12，轴长12第二轴段轴