毕业设计（论文）-本田飞度电动助力转向系统机械部分的设计.doc

本科毕业设计（论文）说明书 本田飞度电动助力转向系统机械部分的设计 学 院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 提交日期 摘 要 在现代汽车上，转向系统是必不可少的最基本的系统之一，它也是决定汽车主动安全性的关键总成，如何设计汽车的转向特性，使汽车具有良好的操纵性能，始终是各汽车厂家和科研机构的重要课题。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同的驾驶人群，汽车的操纵性设计显得尤为重要。 本次毕业设计的主要内容是设计本田飞度电动助力转向系统的机械部分，首先，介绍了电动助力转向系统的国内外的发展状况和主要部件的工作原理；接着，比较详细地介绍了转向传动机构组成和转向节的一些参数的选择依据等等。然后，根据各种机械转向器的利弊和本田飞度悬挂选择适合本次毕业设计的转向器类型为齿轮齿条转向器；然后，按照飞度的参数计算出转向轮侧偏角，再通过车轮侧偏角计算出本次设计所需的传动比和汽车传动载荷；其次，确定齿轮齿条转向器的齿条齿轮的材料，相关参数和热处理方法，再根据相关参数通过公式计算出他们的基本参数，并根据使用要求进行接触和弯曲强度校核；并最后画出相关CAD图纸。 关键词:电动助力转向系统;机械部分;齿轮齿条转向器;转向传动机构;转向节2 ABSTRACTOn Hyundai Motor, changing to system is one of essential the most fundamental system , it is also the assembly deciding active security of automobile key, characteristic property how to design the automobile vergence, the automobile has a messenger fine control a function , be every automobile manufacturer and important institution for scientific research problem all the time. Especially in the high speed vehicle, non-occupational drivers, traffic crowded today, nature designs that specifically for still more different driving crowd , the automobile controlling appearing especially important. The main content of graduation design is design mechanical parts of Honda fit electric power steering system，First, introduces the development of electric power steering system at home and abroad and the overall composition.Then, roughly introduces steering transmission mechanism and Choose the basis of some parameters of the steering knuckle and so on.Then，according to the pros and cons of various mechanical steering gear and Honda fit suspension Choose to suit the type of Steering gear is Pinion and rack steering gear. Then , according to the parameters of Fit calculate the steering wheel side Angle, second to calculate Transmission ratio and Auto transmission load. In the third, determine the pinion and rack steering gear rack and gear materials and heat treatment method. According to the related parameters through the formula to calculate their basic parameters and in accordance with the requirements of verification. And finally, draw the relevant CAD drawings.Key words: Electric power steering system;Mechanical parts;Pinion and rack steering gear;Steering transmission mechanism;Steering knuckle目 录摘 要IABSTACRTII第一章 绪论11.1 汽车转向系统简介11.1.1 汽车转向技术设计要求11.2 EPS简要介绍及国内外的发展状况11.2.1 EPS简要介绍11.2.2 EPS的特点21.2.3 EPS 在国内外的应用状况21.3 本毕业设计的研究意义及内容3第二章 电动助力转向系统的总体组成42.1 电动助力转向系统的类型42.2 电动助力转向系统的关键部件52.3 机械式转向器的类型62.3.1 蜗杆滚式转向器62.3.2 齿轮齿条转向器72.3.3循环球式转向器72.3.4机械转向器的选择82.4 本章小结8第三章 电动助力转向系的总体设计93.1 对电动助力转向器的要求93.2 主要参数的确定93.3转向系的主要性能参数93.3.1 转向系的效率93.3.2转向传动比的变化特性103.3.3转向盘的总转动圈数113.3.4转向器的传动副的间隙特征113.3.5转向盘的选择133.4 转向侧偏角和传动比的计算143.5 传动系传动载荷的计算143.6 本章小结15第四章 齿轮齿条转向器的结构设计164.1 齿轮齿条转向器的安装位置164.2 转向器的主要元件和基本参数确定164.2.1 选择齿轮齿条的材料174.2.2 齿轮齿条基本参数确定184.2.3 校核齿轮疲劳强度204.3齿条的调整224.4转向器的润滑方式224.5 本章小结23第五章 转向传动机构的布置形式245.1 转向传动机构的作用245.2 与独立悬架配用的转向传动机构的组成245.2.1 转向摇臂255.2.2 转向直拉杆255.2.3 转向横拉杆265.3转向节265.3.1 主销后倾角275.2.2 主销内倾角275.4 本章小结27结 论29参考文献30致 谢31IV第一章 绪论29第一章 绪论1.1 汽车转向系统简介 汽车转向系统是用来改变汽车行驶方向的专设机构的总称。汽车转向系统的功用是保证汽车能按照驾驶员的意愿进行直线或转向行驶并保证各转向轮之间有协调的转角关系。其主要由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。 转向系统作为汽车的一个重要组成部分，其性能的好坏将直接影响到汽车的转向特性、稳定性、和行驶安全性。目前汽车转向技术主要有七大类：手动转向技术（MS ）、液压助力转向技术（HPS ）、电控液压助力转向技术（ECHPS）、电动助力转向技术（EPS）、四轮转向技术（4WS）、主动前轮转向技术（AFS）和线控转向技术（SBW）。转向系统市场上以HPS、ECHPS、EPS 应用为主。而电动助力转向系统具有节能环保、结构简单，重量轻、高度的控制性能、维修方便、好的可靠性、高性能化等优势，所以其必将成为以后汽车转向技术发展的趋势。1.2 EPS简要介绍及国内外的发展状况1.2.1 EPS简要介绍 电动助力转向系统又名EPS，是英文Electric Power Steering的缩写。是一种直接依靠电动机提供辅助转矩的动力转向系统，可以根据不同的使用工况控制电动机提供不同的辅助动力。主要由扭矩传感器、车速传感器、转向角传感器、电子控制单元（ECU）、电动机、减速机构和电磁离合器等组成。其基本工作原理是：当操作转向盘时，装在转向盘的轴上的转矩传感器不断地测量出转向轴上的转矩信号，该信号与车速信号同时输入到电子控制单元。电子控制单元根据这些输入信号，确定助力转矩的大小和方向，即选定电动机的电流和转向，调整转向辅助动力的大小1。电动机的转矩由电磁离合器通过减速器减速增距后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与汽车工况相适应的转向作用力。1.2.2 EPS的特点（1） 节能环保。 由于EPS系统中电动机只在需要时才启动，它是现有的各种动力转向系统仲能量消耗最少的转向系统。此外EPS不需要传统的油泵、动力缸等液压部件，因此也不会发生液压油泄漏及由此产生的污染问题。（2） 结构简单、重量轻。31第一章 绪论 电动机和减速机构安装在转向轴或装在转向系统内，所占空间小且重量相比液压转向系统大大降低。（3） 高度的控制性能。 EPS系统具有软件可编程的特点，一旦EPS系统的电动机、传感器和减速机构等硬件设计完成之后，设计者仅需通过变更储存在微处理器上的助力特性曲线和控制算法等软件，就可以获得新的性能。例如可设计多种控制模式存储在芯片里，通过选择不同的控制模式，可获得适用不同驾驶员需要的路感。对于传统的液压助力转向系统，若要改变其性能，几乎需要重新设计或选用整个液压系统，并且只能获得各种性能相互折中的一条曲线，费时费力而获得的性能改善效果有限。（4） 可与汽车其他电子控制系统集成使用。 现代汽车电子控制系统所占比例越来越大，EPS系统可以与主动悬架、防抱死制动及牵引力控制等系统结合，共享其电子装置的功能2。（5） 维修方便，具有很好的可靠性。 EPS不像传统的液压助力转向系统需要定期进行注油和放气等维护，使用费用低，颇受用户欢迎。EPS部件（包括传感器、控制器和电动机的电磁部分）均采用了无故障设计和失效保护设计措施，当这些部件发生故障时，系统可自动转换为无助力转向，确保系统安全可靠。（6） 高性能化。 对驾驶员的操纵力或转向盘的转角信号作出快速而柔顺的相应，从而获得较好转向感觉；具有较高的鲁棒性能可抑制路面干扰和传感器噪声；更好地吸收道路上的任何颠簸并能放映路面的信息；当汽车突然遇到横向干扰力作用而发生自动转向等不稳定现象时，能使汽车在相当短的时间内迅速恢复正常行驶状态的能力。（7） 动力性好 EPS 系统可随车速的高低主动分配转向力，不直接消耗发动机功率，只在转向时才起助力作用，保障发动机充足动力。而液压助力液压系统，即使在不转向时，油泵也一直运转处于工作状态，降低了使用寿命。（8） 路感好。 传统纯液压动力转向系大多采用固定放大倍数，工作驱动力大，但却不能实现汽车在各种车速下驾驶时的轻便性和路感。而EPS 系统的滞后性可以通过EPS 控制器的软件加以补偿，是汽车在各种速度下都能得到满意的转向助力。1.2.3 EPS 在国内外的应用状况(1)国外EPS 的发展之路： 因为微型轿车上狭小的发动机舱空间给液压助力转向系统的安装带来了，很大的麻烦，而EPS 原件比较少，重量轻，装配方便，比较适合在微型轿车上安装。因此在国外，EPS 系统首先是在微型轿车上发展起来的。 20世纪80年代，日本铃木公司首先开发出EPS产品，并装在其生产的Cervo 车上, 随后又配备在Alto 上。此后，EPS 在日本得到迅速发展。出于节能环保的考虑，欧、美等国的汽车公司也相继对EPS 进行了开发和研究。但是他们所选择的产品类型，也有所不同。日本起初选择了技术相对成熟的有刷电机。而欧美则选择了难度较大的无刷电机。有刷电机比较成熟，稍作改进就适应了EPS 的要求，因此研发周期较短，而无刷电机电子控制系统比较复杂，但从长远发展看，有刷电机存在一定弊端，比如电机产生的噪声较难克服，磨损较严重，存在电磁干扰等问题。因此，日本现在国内装配的EPS 也逐渐转向无刷电机了。经过二十多年的发展，技术日趋成熟，应用范围也逐渐扩大。目前，国外市场上EPS应用到包括商用车，乘用车，特种车等的各种车型，市场占有率达到40%以上，已经超越了传统液压助力。目前EPS供应商有：日本捷太格特JTEKT，美国天合TRW，德尔福Delphi，德国采埃孚ZF，韩国万都MANDO等。(2)国内EPS 的发展现状： 我国汽车电子行业的总体发展相对滞后，但是，随着汽车对环保、节能和安全性要求的进一步提高，代表着现代汽车转向系统的发展方向的EPS 电动助力转向系统已被我国列为高新科技产业项目之一，国内各大院校、科研机构和企业在进行EPS 技术的研究，但由于EPS为机电一体的高科技产品，传统的汽车转向器厂家缺乏控制器开发方面的电子专家；而科研院所重于理论研究，缺乏实际经验和批生产建线的能力，因而EPS研制进展较慢。目前我国生产的EPS产品主要应用在奇瑞、江淮、昌河、东风和一汽的部分小、微型车上配套，大多采用C-EPS形式，控制功能也比较简单，大部分只能实现基本的助力功能。但是。据悉，自主品牌研发的EPS 系统离产业化就差整车厂批量装车认可这一台阶了，相信很快就可以实现量产。EPS 系统是未来动力转向系统的一个发展趋势。1.3 本毕业设计的研究意义及内容 随着科技的发展和人们生活水平及环保意识的提高，汽车转向助力肯定会向更轻便、更节能、更安全的方向发展，而本课题正是沿着这个方向对汽车的转向系统进研究，现存的汽车，大部分都是传统的液压助力转向系统，甚至没有助力转向系统，只有极少部分是电动助力转向系统，而恰恰电动助力转向系统能提供比其更安全、更舒华南理工大学广州学院本科毕业设计（论文） 说明书适的转向操控性和节能效果。本设计首先电动助力转向转向系统的国内外的发展状况和总体组成；根据飞度的参数计算出转向性能从而得出传动比，然后根据题目确定转向器的结构形式，并进行转向器中齿轮齿条的结构设计，转向器的结构强度校核，及相应的转向传动机构的布置和组成介绍。第二章 电动助力转向系统的总体组成2.1 电动助力转向系统的类型EPS 系统依据电动机布置位置的不同可分为转向轴助力式、小齿轮助力式、齿条助力式三种基本类型。（1）转向轴助力式 转向轴助力式电动助力转向机构的电动机布置在靠近转向盘下方，并经蜗轮蜗杆机构与转向轴连接。这种布置方案的特点是： 由于转向轴助力式电动助力转向的电动机布置在驾驶室内，所以有良好的工作条件；因电动机输出的助力转矩经过减速机构增大后传给转向轴，所以电动机输出的助力转矩相对小些，电动机尺寸也小，这又有利于在车上布置和减轻质量；电动机、转矩传感器、减速机构、电磁离合器等装为一体是结构紧凑，上述部件又与转向器分开，故拆装与维修工作容易进行；转向器仍然可以采用通用的典型结构齿轮齿条式转向器；电动机距驾驶员和转向盘近，电动机的工作噪声和振动直接影响驾驶员；转向轴等零件也要承受来自电动机输出的助力转矩的作用，为使其强度足够，必须增大受载件的尺寸；尽管电动机的尺寸不大，但因这种布置方案的电动机靠近方向盘，为了不影响驾驶员腿部的动作，在布置时仍然有一定的困难。（2）小齿轮助力式 齿轮助力式电动助力转向机构的电动机布置在与转向器主动齿轮相连接的位置，并通过驱动主动齿轮实现助力。这种布置方案的特点是：电动机布置在地板下方、转向器上部，工作条件比较差对密封要求较高；电动机的助力转矩基于与转向轴助力式相同的原因可以小些，因而电动机尺寸小，同时转矩传感器、减速机构等的结构紧凑、尺寸也小，这将有利于在整车上的布置和减小质量；转向轴等位于转向器主动齿轮以上的零部件，不承受电动机输出的助力转矩的作用，故尺寸可以小些；电动机距驾驶员远些，它的动作噪声对驾驶员影响不大，但震动仍然会传到转向盘；电动机、转矩传感器、电磁离合器、减速机构等与转向器主动齿轮装在一个总成内，拆装时会因相互影响而出现一定的困难；转向器与典型的转向器能通用，需要单独设计、制造。（3）齿条助力式 齿条助力式电动助力转向机构的电动机与减速机构等布置在齿条处，并直接驱动齿条实现助力。这种布置方案的特点是： 电动机位于地板下方，相比之下，工作噪声和振动对驾驶员的影响都小些；电动机减速机构等不占据转向盘至地板这段空间，因而有利于转向轴的布置，驾驶员腿部的动作不会受到它们的干扰；转向轴直至转向器主动齿轮均不承受来自电动机的助力转矩作用，故他们的尺寸能小些；电动机、减速机构等工作在地板下方，条件较差，对密封要求良好；电动机输出的助力转矩只经过减速机构增扭，没有经过转向器增扭，因而必须增大电动机输出的助力转矩才能有良好的助力效果，随之而来的是电动机尺寸增大、质量增加；转向器结构与典型的相差很多，必须单独设计制造；采用滚珠螺杆螺母减速机构时，会增加制造难度与成本；电动机、转向器占用的空间虽然大一些，但用于前轴负荷大，前部空间相对宽松一些的乘用车上不是十分突出的问题。 本次设计在于完成电动助力转向系统机械本体部分的设计及适当改进。基于目前本田飞度普遍采用的方案，本次本已设计采用的助力方案是齿条助力式。2.2 电动助力转向系统的关键部件 EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构、电子控制单元、电磁离合器和机械转向器组成。（1）扭矩传感器 扭矩传感器用来检测转向盘扭矩的大小和方向，以及转向盘转角的大小和方向，它是EPS的控制信号之一。扭矩传感器主要有接触式和非接触式两种3。常用的接触式（主要是电位计式）传感器有摆臂式、双排行星齿轮式和扭杆式三种类型，而非接触式转矩传感器主要有光电式和磁电式两种。前者的成本低，但受温度与磨损影响易发生漂移、使寿命较低，需要对制造精度和扭杆刚度进行折中，难以实现绝对转角和角速度的测量。后者的体积小，精度高，抗干扰能力强、刚度相对较高，易实现绝对转角和角速度的测量，但是成本较高。因此扭转传感器类型的选取根据EPS的性能要求中和考虑。（2） 车速传感器车速传感器的输出信号可以是磁电式交流信号，也可以是霍尔式数字信号或者是光电式数字信号，车速传感器通常安装在驱动桥壳或变速器壳内，车速传感器信号线通常装在屏蔽的外套内，这是为了消除有高压电火线及车载电话或其他电子设备产生的电磁及射频干扰，用于保证电子通讯不产生中断，防止造成驾驶性能变差或其他问题，在汽车上磁电式及光电式传感器是应用最多的两种车速传感器，在欧洲、北美和亚洲的各种汽车上比较广泛采用磁电式传感器来进行车速(VSS)、曲轴转角(CKP)和凸轮轴转角(CMP)的控制。（3） 电动机 电动机由转角传感器、定子及转子组成，电动机根据ECU的指令输出适宜的转矩，一般采用无刷永磁电动机，无刷永磁电机具有无激磁损耗、效率较高、体积较小等特点。电机是EPS的关键部件之一4，对EPS的性能有很大的影响。由于控制系统需要根据不同的工况产生不同的助力转矩，具有良好的动态特性并容易控制，这些都要求助电机具有线性的机械特性和调速特性5。此外还要求电机低转速、大转矩、波动小、转动惯量小、尺寸小、质量轻、可靠性高、抗干扰能力强。（4） 减速机构减速机构用来增大电动机传递给转向器的转矩。它主要有两种形式：双行星齿轮减速机构和涡轮蜗杆减速机构。由于减速机构对系统工作性能的影响较大，因此在降低噪声，提高效率和左右转向操作的对称性方面对其提出了较高要求。装配有离合器的EPS，多采用涡轮蜗杆减速机构，装配在减速机构的一侧。而（5） 电子控制单元 电子控制单元（ECU）的功能是依据扭矩传感器和车速传感器的信号，进行分析和计算后，发出指令，控制电动机的动作。此外，ECU还有安全保护和自我诊断的功能，ECU通过采集电动机的电流、发动机转速等信号判断系统工作是否正常，一旦系统工作异常，电动助力被切断；同时ECU将进行故障诊断分析，故障指示灯亮，并以故障所对应的模式闪烁。（6） 电磁离合器电动式EPS转向助力一般都是工作在一个设定的范围。当车速低于某一设定值时，系统提供转向助力，保证转向的轻便性；当车速高于某一设定值时，系统提供阻尼控制，保证转向的稳定性；而当车速处于两个设定值之间时，电动机停止工作，系统处于停止状态，离合器分离，以切断辅助动力。另外，当EPS系统发生故障时，离合器应自动分离，此时仍可利用手动控制转向，保障系统的安全性。EPS系统中电磁离合器应用较多的为单片干式电磁离合器。2.3 机械式转向器类型的类型根据所采用的转向传动副的不同，转向器的结构型式有多种。常见的有齿轮齿条式、循环球式、球面蜗杆滚轮式、蜗杆指销式等。对转向器结构型式的选择，主要是根据汽车的类型、前轴负荷、使用条件等来决定，并要考虑其效率特性、角传动比变化特性等对使用条件的适应性以及转向器的其他性能、寿命、制造工艺等6。中、小型轿车以及前轴轴荷小于1.2t的客车、货车，多采用齿轮齿条式转向器。球面蜗杆滚轮式转向器曾广泛用于轻型和中型汽车上，循环球式转向器则是当前广泛使用的一种结构，高级轿车和轻型及以上的客车、货车均多采用。据了解，在世界范围内，汽车循环球式转向器占45%左右，齿轮齿条式转向器占40%左右，蜗杆滚轮式转向器占10%左右，其它型式的转向器占5%。2.3.1 蜗杆滚轮式转向器 蜗杆滚轮式转向器由蜗杆和滚轮啮合而构成。蜗杆滚轮式转向器的主要优点是：结构简单；制造容易；因为滚轮的齿面和蜗杆上的螺纹呈面接触，所以有比较高的强度，工作可靠，磨损小，寿命长；逆效率低。蜗杆滚轮式转向器的主要缺点是：正效率低；工作齿面磨损后，调整啮合间隙比较困难；转向器的传动比不能变化。第二章 电动助力转向系统的总体组成 蜗杆指销式转向器根据其销子能否自转分为固定销式蜗杆指销式转向器和旋转销式转向器。根据销子数量不同，又分为单销和双销之分。蜗杆指销式转向器的优点是：转向器的传动比可以做成不变的或者变化的；指销和蜗杆之间的工作面磨损后，调整间隙工作容易进行。固定销蜗杆指销式转向器的结构简单、制造容易；但是因销子不能自转，销子的工作部位基本保持不变，所以磨损快、工作效率低。旋转销式转向器的效率高、磨损慢，但结构复杂。2.3.2 齿轮齿条式转向器齿轮齿条转向器由于转向轴做成一体的转向齿轮和常与转向横拉杆做成一体的齿条组成。与其他形式的转向器比较，齿轮齿条转向器最主要的优点是：结构简单、紧凑；壳体采用铝合金或镁合金压铸而成，转向器的质量比较小；转向器占用的体积小；没有转向摇臂和直拉杆，所以转向轮转角可以增大，制造成本低7。其结构如图2-1。1-调整螺塞 2-罩盖 3-压簧 4-压簧垫块 5-转向齿条 6-齿轮轴 7-球轴承 8-转向器壳体 9-转向齿轮 10-滚柱轴承 11-转向横拉杆 12-拉杆支架 13-转向节图2-1 齿轮齿条式转向器华南理工大学广州学院本科毕业设计（论文） 说明书齿轮齿条转向器的主要缺点是：因逆效率高60%-70%面上行驶时，发生在转向轮与路面之间冲击力的大部分能传至转向盘产生反冲，反冲现象会使驾驶员精神紧张，并难以准确控制汽车行驶方向，转向盘突然转动又会造成打手，同时对驾驶员造成伤害。2.3.3 循环球式转向器循环球式转向器由齿轮机构将来自转向盘的旋转力进行减速，使转向盘的旋转运动变为涡轮蜗杆的旋转运动，滚珠螺杆和螺母夹着钢球啮合，因而滚珠螺杆的旋转运动变为直线运动，螺母再与扇形齿轮啮合，直线运动再次变为旋转运动，使连杆臂摇动，连杆臂再使连动拉杆和横拉杆做直线运动，改变车轮的方向。循环球式转向器的主要优点：在螺杆和螺母之间因为有可以循环流动的钢球，将滑动摩擦转变为滚动摩擦，因而传动效率可达到7580；在结构和工艺上采取措施后，包括提高制造精度，改善工作表面的表面粗糙度和螺杆、螺母上的螺旋槽经淬火和磨削加工，使之有足够的硬度和耐磨损性能，可保证有足够的使用寿命；转向器的传动比可以变化；工作平稳可靠；齿条与齿扇之间的间隙调整工作容易进行；适合用来做整体式动力转向器。循环球式转向器的主要缺点：逆效率高，结构复杂，制造困难，制造精度要求高。2.3.4 机械转向器的选择 转向器是转向系中的减速增扭转动装置，其功用是增大转向盘传动转向节的力并改变力的传递方向。曾经出现过的转向器结构型式很多，但有些已趋于淘汰。现代汽车的转向器已演变定型，中型和重型汽车多采用循环球式转向器，小型车多采用齿轮齿条式转向器。在循环球式转向器中，输入转向圈与输出的转向摇臂摆角是成正比的；在齿轮齿条式转向器中，输入转向圈数与输出的齿条位移是成正比的。目前大部分低端轿车采用的就是齿轮齿条式机械转向系统，本次为本田飞度微型车转向器设计，故采用齿轮齿条式转向器8。齿轮齿条式转向器而且适用于本田飞度所采用的麦弗逊式悬架配用。2.4本章小结 本章主要介绍了电动助力转向系统的三种基本类型，并对这三种布置形式进行了分析对比，其次，还分析了电动助力转向系统的主要部件。并在机械式转向系统中进行转向器的选择，对比分析各种转向器的优缺点，最终选择齿轮齿条转向器。华南理工大学广州学院本科毕业论文说明书第三章 电动助力转向器的总体设计第三章 电动助力转向系的总体设计3.1 对电动助力转向器的要求（1）运动学上应保持转向轮转角和驾驶员转动转向盘的转角之间保持一定的比例关系。（2）随着转向轮阻力的增大（或减小），作用在转向盘上的手力必须增大（或减小），称之为“路感”。（3）当作用在转向盘上的切向力0.025 0.190 时（因汽车形式不同而异），动力转向器就开始工作。（4）转向后，转向盘应自动回正，并使汽车保持在稳定的直线行驶状态。（5）工作灵敏。（6）动力转向失灵时，仍能用机械系统操纵车轮转向。3.2 主要参数的确定根据指导教师给出的题目及设计要求，将选用本田飞度2011款1.5L手动豪华版的数据作为本次设计的基础数据，主要参数为：整车质量：1120kg车长：3900mm 车宽：1695mm车高：1525mm 轴距：2500mm最小转弯半径：4900mm 方向盘直径：360mm装备质量：1120kg 总质量：1510kg轮胎规格：175/65R15 轮胎压力：0.3P/MPa前/后轮距：1490mm 方向盘圈数：3.5圈3.3 转向系的主要性能参数转向系的主要性能参数有转向系的效率、传动比的变化特性、转向器传动副的传动间隙特性、转向盘的总转动圈数以及转向盘的自由行程9。3.3.1 转向系的效率 根据效率定义，因功率输入来源不同，转向器的效率有正、逆效率之分。功率由转向轴输入，经转向摇臂输出所求得的效率称为正效率，用符号+表示，反正称为逆效率，用符号，公式。为转向器中的摩擦功率；为作用在转向轴上的功率。为了保证汽车转向后转向轮和转向盘能自动回到直线行驶的位置，又需要有一定的逆效率。为了减少驾驶员在不平的路面上行驶时的疲劳，车轮与路面之间的作用了传至转向盘的力邀尽量小，防止打手又要求逆效率尽可能低。（1）转向系的正效率+ 影响转向系的正效率的因素有：转向器的类型、结构特点、结构参数和质量制造等。同一类型的转向器因结构不同，效率也有较大的差别。在上述的四种转向器中，齿轮齿条式和循环球式的正效率比较高，而蜗杆指销式的固定销和蜗杆滚轮式的转向器的正效率要明显低一些。 对于齿轮齿条式转向器，如果只考虑啮合副的摩擦损失，忽略轴承和其它地方的摩擦损失。其效率可以用下式计算：= （3-1）式中齿轮的螺旋角（齿条的倾斜角）摩擦角，=，f为摩擦因数。（2）转向系的逆效率- 根据逆效率大小的不同，转向器又有可逆式、极限可逆式和不可逆式之分。路面作用在车轮上的里，经过转向系可大部分传递到转向盘，这种逆效率较高的转向器属于可逆式，它能保证转向后，转向盘和转向轮自动回正。它既能提高行驶的安全性，又能减轻驾驶员的疲劳，。但是，如果在不平的路面上行驶时，车子受到的冲击力会传到转向盘，容易造成打手，长期行驶也会增加驾驶员的疲劳，影响安全。齿轮齿条式和循环球式转向器属于可逆式转向器。 不可逆式转向器，是指车轮在路面上的冲击力不会传到转向盘的转向器，该冲击力由传动机构上的零件承受，所以极易造成零件损坏。同时，它并不能让车轮自动回正，使驾驶员缺乏路感，因此，现代汽车已极少采用这种转向器。而极限可逆式介于这两者之间。在不平的路面行驶时，驾驶员也不用时刻保持紧张状态，同时转向机构上的零件所承受的冲击力也比较少。 如果只考虑啮合副的摩擦损失，忽略轴承和其它地方的摩擦损失。其效率可以用下式计算：= （3-2） 从（3-1）和（3-2）可以看出，增加螺旋角，正、逆效率都会增加，由于增大的影响，不宜过大，但当螺旋角小于或等于摩擦角时，逆效率为负值或为零，此时属于不可逆转向器，为此，螺旋角必须摩擦角，通常螺旋角选在810之间。第三章 电动助力转向器的总体设计3.3.2转向传动比的变化特性转向系的传动比由转向系的角传动和转向系的力传动比所组成。从轮胎接地中心作用在两个轮上的合力和与作用在方向盘上的手力之比称为力传动比；即 = （3-3）方向盘的转动角速度和驾驶员同侧的转向轮转角之比，称为转向系的角传动比。即 = （3-4） 式中 转向盘转角增量 转向节转角增量 时间增量又由转向器角传动比和转向传动机构角传动比所组成，即 式中：转向器的角传动比； 转向传动机构的角传动比。3.3.3转向盘的总转动圈数 转向盘从一个极端位置转到另一个极端位置时所转过的圈数称为转向盘的总转动圈数。它与转向轮的最大转角及转向系的角传动比有关，并影响转向的操纵轻便性和灵敏性。轿车转向盘的总转动圈数较少，一般约在3.6圈以内；货车一般不宜超过华南理工大学广州学院本科毕业设计（论文） 说明书6圈。单从转向操纵的灵敏性而言，最好是转向盘和转向节的运动能同步开始并同步终止。然而，这在实际上是不可能实现的。因为在整个转向系统中，各传动件之间都必然存在着装配间隙，而且这些间隙将随着零件的磨损而增大。在转向盘转动过程的开始阶段，驾驶员对转向盘所施加的力矩很小，因为只是用来克服转向系统内部的摩擦的，使各传动件运动到其间的间隙完全消失，故可以认为这个阶段是转向盘空转阶段。此后，才需要对转向盘施加更大的转向力矩，以克服经车轮传到转向节上的转向阻力矩，从而实现使各转向轮的偏转。转向盘在空转阶段中的角行程称为转向盘自由行程。转向盘自由行程对于缓冲路面冲击及避免使驾驶员过度紧张是有利的，但不宜过大，以免影响灵敏性。一般来说，转向盘从相应于汽车直线行驶的中间位置向任一方向的自由行程最好不超过1015。当零件磨损严重到使转向盘自由行程超过2530时，必须进行调整。3.3.4 转向器的传动副的间隙特性转向器的传动间隙是指转向器传动副之间的间隙。该间隙随转向盘转角的改变而改变。通常将这种变化关系称为转向器的传动间隙特性。研究该传动间隙特性的意义在于它对汽车直线行驶时的稳定性和转向器的寿命都有直接影响。当转向盘处于中间位置即汽车作直线行驶时，如果转向器有传动间隙则将使转向轮在该间隙范围内偏离直线行驶位置而失去稳定性。为防止这种情况发生，要求当转向盘处于中间位置时转向器的传动副为无隙啮合。这一要求应在汽车使用的全部时间内得到保证。汽车多直行行驶，因此转向器传动副在中间部位的磨损量大于其两端。为了保证转向器传动副磨损最大的中间部位能通过调整来消除因磨损而形成的间隙，调整后当转动转向盘时又不致于使转向器传动副在其他啮合部位卡住。为此应使传动间隙从中间部位到两端逐渐增大，并在端部达到其最大值，如图3-1，利于间隙的调整及提高转向器的使用寿命。不同结构的转向器其传动间隙特性亦不同。图3-1 转向器传动副传动间隙特性循环球式转向器的齿条齿扇传动副的传动间隙特性，可通过将齿扇齿做成不同厚度来获取必要的传动间隙，既将中间齿设计成正常齿厚，从靠近中间齿的两侧齿到离开中间齿最远的齿，其厚度依次递减。齿轮齿条式转向器转向传动副的主动件是一斜齿圆柱小齿轮，它和装在外壳中的从动件齿条相啮合，齿轮齿条式转向器是依靠齿条背部靠近主动小齿轮处装置的可调节压力的弹簧来消除齿轮齿条传动副的齿间间隙的。球面蜗杆滚轮式转向器的传动副是球面蜗杆及滚轮，球面蜗杆滚轮式转向器利用轴向移动摇臂以改变滚轮与蜗杆中心距的方法来调整传动间隙。蜗杆指销式转向器的传动副为圆柱蜗杆及指销，双销型由于其结构复杂，尺寸及质量也较大，且对两指销间的位置精度、蜗杆上螺纹槽的形状及尺寸精度要求较高，角传动比的变化特性及传动间隙特性的变化也受到限制，因此应用上多为齿轮齿条和循环球式转向器所取代。本次设计中为使汽车保持一定的稳定性，要求传动副的传动间隙在转向盘处于及其附近位置时要极小，一般在1015。第三章 电动助力转向器的总体设计3.3.5 转向盘的选择转向盘即通常所说的方向盘。转向盘由轮缘、轮辐和轮毂组成。轮辐一般为三根辐条或四根辐条，也有用两根辐条的。转向盘轮毂孔具有细牙内花键，借此与转向轴连接。转向盘内部有金属制成的骨架，是用钢、铝合金或镁合金等材料制成，采用焊接或铸造等工艺制造。骨架的外侧一般包有柔软的合成橡胶或树脂，也有采用皮革包裹以及硬木制作的转向盘。转向盘外皮要求有某种程度的柔软度，这样可有良好的手感，而且能防止手心出汗时握转向盘打滑，还需要有耐热性，如图3-2。1-轮缘 2-喇叭按纽 3-轮毂 4-轮辐 图3-2 转向盘转向盘的功能：转向盘位于司机的正前方，是碰撞时最可能伤害到司机的部件，因此需要转向盘具有很高的安全性，在司机撞在转向盘上时，骨架能够产生变形，吸收冲击能，减轻对司机的伤害。转向盘的惯性力矩也是很重要的，惯性力矩小，我们就会感到“轮轻”，操做感良好，但同时也容易受到转向盘的反弹(即“打手”)的影响，为了设定适当的惯性力矩，就要调整骨架的材料或形状等。现在的转向盘与以前的看似没有太大变化，但实际上已经有了改进。由于转向助力装置的普及，转向盘外径变小了，而手握处却变粗了，采用柔软材料，使操作感得到了改善。现在有越来越多的汽车在转向盘里安装了安全气囊，也使汽车的安全性大大提高了。 现在的转向盘与以前的看似没有太大变化，但实际上已经有了改进。由于转向助力装置的普及，转向盘外径变小了，而手握处却变粗了，采用柔软材料，使操作感得到了改善。 方向盘直径有一系列尺寸。在选用大直径的方向盘时，会使驾驶员进出驾驶室感到困难，若是选用小直径方向盘，转向时则要求驾驶员施加较大的力量，从而使汽车难于操纵。华南理工大学广州学院本科毕业设计（论文） 说明书3.4 转向侧偏角和传动比的计算 图3-3 转向侧偏角 （3-5） （3-6） 传动比 = （3-7）式中 ： n方向盘圈数； 方向盘直径。3.5 传动系传动载荷的计算 为了保证汽车在道路上行驶安全，组成转向系的各零件应该有足够的强度，想要计算转向系零件的强度，需要先确定各零件所受到的力的大小。 汽车在沥青或者混凝土路面的原地转向阻力矩，可用下面的半经验公式计算： = (3-8)式中 前轴静负荷，； 轮胎和地面间的滑动摩擦系数，一般在0.7左右； 轮胎气压由于飞度满载时，前轴负荷43左右；空载时，前轴负荷为60，所以 =1120609.8=6585.6 即 = (3-9)作用在转向盘的手力为：= N (3-10)式中 原地转向阻力矩, 单位为Nmm为转向盘直径,单位为 mm；转向器角传动比；转向器正效率。作用在转向盘的力矩Mh Mh= (3-11)=19620Nmm轮毂直径D D=15in=1525.4=381 (3-12)梯形臂长度 =D（0.8/2） (3-13)=3810.8/2=152.4mm 取=150mm轮胎直径Rt Rt=17565%2+25.415 (3-14) =608.5 取Rt=610mm3.6本章小结本章主要介绍转向系统的设计要求，其次，还介绍了转向系的主要性能参数，通过对本田飞度轿车的参数的确定，对转向轮侧偏角进行了计算从而得出转向传动比，另外还对转向系统的传动载荷进行了具体计算。第四章 齿轮齿条转向器的结构设计第四章 齿轮齿条转向器的结构设计4.1 齿轮齿条转向器的安装位置齿轮齿条式转向器可安装在发动机后部的前围板上或者前横梁上（见图 4-1）。橡胶隔振套包在转向器外，并固定在前围板或横梁上。齿轮齿条转向器的正确安装高度是使悬架下摆臂和转向横拉杆可平行安置。由此原因齿轮齿条式转向系统中磨擦点的数目减少了，因此这种系统轻便紧凑10。所以大多数承载式车身的前轮驱动汽车用齿轮齿条式转向机构。而且由于齿条直接连着梯形臂，这种转向机构可提供好的路感。 另外在转向器与支承托架之间装有大的橡胶隔振垫，这些衬垫有助于减少路面的噪声、振动从转向器传到底盘和客舱。齿轮齿条转向器装在前横梁上或前围板上。转向器的正确安装对保证转向横拉杆与悬架下摆臂的平行关系有重要作用。为保持转向器处在正确的位置，在转向器安装的位置处，前围板有所加固。图4-1 转向器的安装位置4.2 转向器的主要元件设计和基本参数确定 由于所选转向器是齿轮齿条式转向器，而齿轮齿条式转向器的齿轮多数采用斜齿圆柱齿轮。其中齿