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转向柱式电动助力转向系统设计【汽车类】【10张CAD图纸】【优秀】

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关键词：: 转向柱式电动助力转向系统设计汽车 cad图纸

资源描述：

转向柱式电动助力转向系统设计

46页 17000字数+说明书+任务书+开题报告+10张CAD图纸【详情如下】

中期检查表.doc

任务书.doc

助力系统布置图.dwg

封皮.doc

摘要1.doc

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目录2.doc

答辩相关材料.doc

蜗轮.dwg

蜗轮蜗杆减速器装配图.dwg

转向器装配图.dwg

转向柱式电动助力转向系统设计开题报告.doc

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助力系统布置图.gif

转向柱式电动助力转向系统设计.gif

摘要………………………………………………………………………………………………I

ABSTRACT………………………………………………………………………………II

第1章绪论…………………………………………………………………………1

1.1汽车的发展趋势……………………………………………………………………1

1.2汽车转向技术的发展………………………………………………………………1

1.3电动助力转向系统研究的状况及发展趋势……………………………………2

1.4电动助力转向系统设计的目的和意义…………………………………………3

1.5 研究的主要内容……………………………………………………………………3

第2章电动助力转向系统主要参数的确定……………………………………4

2.1电动助力转向系统的分析…………………………………………………………4

2.1.1电动助力转向系统的工作原理…………………………………………4

2.1.2电动助力转向系统的类型………………………………………………4

2.2 助力电动机的选择………………………………………………………………6

2.2.1电动机的概述………………………………………………………… 6

2.2.2电动机的参数计算…………………………………………………………7

2.3 电磁离合器的选择………………………………………………………………8

2.4 扭矩传感器的选择………………………………………………………………9

2.5 本章小结………………………………………………………………………………9

第3章电动助力转向系统减速机构参数的设计…………………………10

3.1减速机构的分析及布置形式的确定…………………………………………10

3.2蜗轮蜗杆材料的选择………………………………………………………………11

3.3普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算………………………………11

3.3.1设计要求……………………………………………………………………11

3.3.2选择蜗杆传动类型…………………………………………………………11

3.3.3蜗杆模数及分度圆直径的确定…………………………………………11

3.3.4蜗杆与蜗轮的主要参数及几何尺寸的确定…………………………13

3.4蜗轮齿根弯曲疲劳强度的校核……………………………………………………15

3.5本章小结………………………………………………………………………………17

第4章减速机构轴和轴承的设计及校核……………………………………18

4.1轴的概述………………………………………………………………………………18

4.2转向轴的设计与校核………………………………………………………………18

4.2.1转向轴的设计……………………………………………………18

4.2.2转向轴的校核……………………………………………………20

4.3蜗杆轴的设计及校核………………………………………………………………23

4.3.1蜗杆轴的设计……………………………………………………23

4.3.2蜗杆轴键的选取……………………………………………………23

4.3.3蜗杆轴的校核……………………………………………………23

4.4轴承的选取与校核………………………………………………………………26

4.4.1轴承的选取…………………………………………………………26

4.4.2轴承的校核…………………………………………………………26

4.5 本章小结…………………………………………………………………………28

第5章齿轮齿条式转向器的设计………………………………………………29

5.1齿轮齿条式转向器的概述…………………………………………………………29

5.1.1齿条的概述……………………………………………………………………29

5.1.2齿轮的概述……………………………………………………………………29

5.1.3设计要求……………………………………………………………………29

5.2齿轮齿条材料的选择与参数的确定…………………………………………29

5.2.1材料的选择……………………………………………………………………29

5.2.2计算许用应力………………………………………………………………29

5.2.3初步确定齿轮的基本参数的主要尺寸………………………………30

5.2.4确定齿轮传动主要参数的几何尺寸……………………………………31

5.2.5齿轮强度校核………………………………………………………………32

5.3轴设计与轴承的选择………………………………………………………………34

5.3.1轴的设计……………………………………………………………………34

5.3.2轴的校核……………………………………………………………………34

5.3.3轴承的选取……………………………………………………………………35

5.4 本章小结…………………………………………………………………………36

结论…………………………………………………………………………………………37

参考文献……………………………………………………………………………………38

致谢……………………………………………………………………………………39

附录……………………………………………………………………………………40

摘要

电动助力转向系统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。

电动助力转向系统主要由减速机构和转向机构组成，减速机构把电动机的输出经过减速增扭传递到动力辅助单元，实现助力。由于蜗轮蜗杆传动比大，传动平稳噪声低故减速机构选为蜗轮蜗杆式。由于齿轮齿条式转向器，传动平稳，结构简单故转向机构选为齿轮齿条式。

本文设计研究了电动助力转向系统，对其工作原理做了阐述，对蜗轮蜗杆减速器中的蜗轮与蜗杆做了详细的设计计算，并进行了选型。同时对齿轮齿条式转向器的结构进行分析，并对其重要零件进行了设计计算与强度校核。

关键字：减速器；转向器；设计；齿轮；轴；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

1.4 电动助力转向系统设计的目的和意义

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。

1.5 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，设计了一套减速机构。

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( ECU) 、电动机和减速机构组成。其主要工作原理是: 汽车在转向时, 扭矩传感器会“ 感觉”到转向盘的力矩和拟转动的方向。这些信号会通过数据总线发给电子控制单元, 电控单元会根据传动力矩、拟转的方向和车辆速度等数据信号, 向电动机控制器发出动作指令。电动机就会根据具体的需要输出相应大小的转动力矩以产生助动力, 从而实现了助力转向的实时控制。如果不转向, 则本套系统处于休眠状态等待调用。由于它不转向时不工作, 所以也节省了能源。

结论

对于本次设计的电动转向系统来说，其特点是：扭矩变化范围大可以满足不同的工况要求，结构简单，易于生产，使用和维修，价格低廉。电动助力转向系统主要由减速机构和转向机构组成。减速机构的传动比为30，采用蜗轮蜗杆式，其传动比大，传动平稳，噪声小，转弯时可以提供大的转矩，使驾驶者感觉转向非常轻便，维修方便，大部分汽车都采用此结构。

减速器设计计算中，蜗轮的破坏形式主要是蜗轮轮齿表面产生胶合。点蚀和磨损，在对蜗轮强度计算中，齿根弯曲疲劳强度和轮齿接触应力都符合了要求。

通过这次毕业设计，使我学到了很多东西，首先在软件方面使我对CAD当中的二维绘图，图层管理，文本输入，图形标注，这些命令有了更深一步的认识，同时还使我学会了许多快捷方式。其次，使我对蜗轮蜗杆减速器当中的一些部件有了进一步的认识，使我对减速器设计的思路变的更加清晰。再次，再对齿轮齿条式转向器设计当中使我学会如何变位来防止根切，同时对齿轮转向器工作原理有了进一步的了解。

电动助力转向系统是车辆不可或缺的一部分，其技术已经成熟，但对于我们还没有踏出校门的学生来说，其中的设计理念还是很值得我们去探讨，学习的。

参考文献

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[2] 王望予.汽车设计[M].北京：机械工业出版社，2000

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[7] 梁治明材料力学[M]. 辽宁：高等教育出版社出版，2005

[8] 成大先机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002

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[11] 李华敏齿轮机构设计与应用[M].北京：机械工业出版社，2007

[12] 张金柱汽车工程专业英语[M].北京：化学工业出版社，2005

[13] 龚培康，万沛霖，汽车电子转向系统。重庆工业管理学院，2005.10（4）

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ing. Int . J1 of Vehicle Design , 1994 , 15 (3 , 4 , 5) : 243 - 254.

[16] Ken Rogers , William Kimberley. Turning Steering to Electric. Automo2

tive Engineer , 2000 , 108 (2) : 39 - 41.

内容简介：: SY-025-BY-5毕业设计（论文）中期检查表填表日期2011年 4月20 日迄今已进行 8 周剩余 8 周学生姓名李东辉院系车辆与交通工程专业、班级车辆工程07-6班指导教师姓名安永东职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称转向柱式电动助力转向系统设计学生填写毕业设计（论文）工作进度已完成主要内容待完成主要内容1、电动机、电磁离合器、扭转传感器都选择完毕。2、减速机构的基本参数以计算完毕。3、减速机构的装配图绘制已完毕。4、助力系统布置图绘制完毕。1、齿轮齿条式转向器基本参数的设计。2、齿轮齿条式转向器装配图的绘制。3、说明书的撰写存在问题及努力方向存在问题：在对角接触球轴承的校核过程中纯在一些问题，将其与深沟球轴承的校核方式弄混了，导致结果错误。努力方向：通过细心查阅资料上述问题已经解决，但通过该问题使我了解到我对该方面的认识还有些不足，我以后会多收集，多学习有关该方面的书。学生签字：李东辉指导教师意见指导教师签字：年月日教研室意见教研室主任签字：年月日SY-025-BY-2毕业设计（论文）任务书学生姓名李东辉系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆07-6班指导教师姓名安永东职称副教授从事专业车辆工程是否外聘否题目名称转向柱式电动助力转向系统设计一、设计（论文）目的、意义1、目的：本设计根据汽车转向系统的工作过程和工作要求，设计一套汽车动力转向系统，此电动助力转向系统采用电机带动油泵，根据车速信号、转向盘信号控制泵油量，达到变助力的转向。2、意义：本设计所设计的动力转向系统，可以为设计研制一种汽车助力转向系统提供一种途径，对生产实际具有一定的实用价值和应用前景，也可通过本设计进一步培养学生综合运用知识的能力，培养其分析问题和解决问题的能力，增强工程设计能力。二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）1、设计内容：设计汽车电动助力转向系统。通过电动机带动减速机构上，产生助动力施加到转向柱上，协助驾驶员进行转向。具体完成扭转传感器、助力电机、电磁离合器的选取和减速机构、转向器的设计。2、主要技术指标主要技术指标：前轴载荷：650kg；齿条力：6000N；转向传动比：40确定转向盘平均作用力和转向盘最大作用力，据此计算出性能参数，并对各部件进行设计计算。减速机构为涡轮蜗杆式，转向器为齿轮齿条式。设计说明书要完整，计算过程要准确，公式、符号等书写要规范。图纸绘制要依据机械制图标准来完成。三、设计（论文）完成后应提交的成果1、设计说明书一份，约为1.5万字。2、转向器结构装配图一张、减速机构装配图一张、助力系统布置图一张、零件图若干张、设计说明书一份，折合三张A0图纸。四、设计（论文）进度安排1、进行文献检索查，查看相关资料，对课题的基本内容有一定的认识和了解。完成开题报告。第1-2周（2月28日3月11日）2、初步确定设计的总体方案，讨论确定方案；对动力转向系统的选用件进行计算选取。第3-6周（3月14日4月8日）3、提交设计草稿，进行讨论，修定。第7周（4月11日4月15日）4、完善转向系统的设计；完成转向器的设计，绘制装配图及相应零件图。第8-12周（4月18日5月20日）5、提交正式设计，教师审核。第13-14周（5月23日6月3日）6、按照审核意见进行修改。第15周（6月6日6月10日）7、整理所有材料，装订成册，准备答辩。第16周（6月13日6月17日）五、主要参考资料1林逸，施国标.汽车电动助力转向技术的发展现状和趋势.公路交通科技，2006.18(3)2龚培康，万沛霖.汽车电子转向系统.重庆工业管理学院学报，2005.10(4)3杨通顺.ZF电子助力转向器.汽车与配件2005.4 4汽车工程手册编委会.汽车工程手册一设计篇.人民交通出版社.北京.20015GB1589一2004，道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值6GB7258一2004，机动车运行安全技术条件7QC/T530一2000，汽车动力转向器总成技术条件六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日本科学生毕业设计转向柱式电动助力转向系统设计院部名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程07-6班学生姓名：李东辉指导教师：安永东职称：副教授黑龙江工程学院二一一年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeDesign of The Steering Type Electric Power Steering System Candidate：LiDongHuiSpecialty：Vehicle engineeringClass：B07-6Supervisor：Associate Prof. AnYongDongHeilongjiang Institute of Technology2011-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计摘要电动助力转向系统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。电动助力转向系统主要由减速机构和转向机构组成，减速机构把电动机的输出经过减速增扭传递到动力辅助单元，实现助力。由于蜗轮蜗杆传动比大，传动平稳噪声低故减速机构选为蜗轮蜗杆式。由于齿轮齿条式转向器，传动平稳，结构简单故转向机构选为齿轮齿条式。本文设计研究了电动助力转向系统，对其工作原理做了阐述，对蜗轮蜗杆减速器中的蜗轮与蜗杆做了详细的设计计算，并进行了选型。同时对齿轮齿条式转向器的结构进行分析，并对其重要零件进行了设计计算与强度校核。关键字：减速器；转向器；设计；齿轮；轴；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;CheckingII黑龙江工程学院本科生毕业设计目录摘要IABSTRACTII第1章绪论11.1汽车的发展趋势11.2汽车转向技术的发展11.3电动助力转向系统研究的状况及发展趋势21.4电动助力转向系统设计的目的和意义31.5 研究的主要内容3第2章电动助力转向系统主要参数的确定42.1电动助力转向系统的分析42.1.1电动助力转向系统的工作原理42.1.2电动助力转向系统的类型42.2 助力电动机的选择62.2.1电动机的概述 62.2.2电动机的参数计算72.3 电磁离合器的选择82.4 扭矩传感器的选择92.5 本章小结9第3章电动助力转向系统减速机构参数的设计103.1减速机构的分析及布置形式的确定103.2蜗轮蜗杆材料的选择113.3普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算113.3.1设计要求113.3.2选择蜗杆传动类型113.3.3蜗杆模数及分度圆直径的确定113.3.4蜗杆与蜗轮的主要参数及几何尺寸的确定133.4蜗轮齿根弯曲疲劳强度的校核153.5本章小结17第4章减速机构轴和轴承的设计及校核184.1轴的概述184.2转向轴的设计与校核184.2.1转向轴的设计184.2.2转向轴的校核204.3蜗杆轴的设计及校核234.3.1蜗杆轴的设计234.3.2蜗杆轴键的选取234.3.3蜗杆轴的校核234.4轴承的选取与校核264.4.1轴承的选取264.4.2轴承的校核264.5 本章小结28第5章齿轮齿条式转向器的设计295.1齿轮齿条式转向器的概述295.1.1齿条的概述295.1.2齿轮的概述295.1.3设计要求295.2齿轮齿条材料的选择与参数的确定295.2.1材料的选择295.2.2计算许用应力295.2.3初步确定齿轮的基本参数的主要尺寸305.2.4确定齿轮传动主要参数的几何尺寸315.2.5齿轮强度校核325.3轴设计与轴承的选择345.3.1轴的设计345.3.2轴的校核345.3.3轴承的选取355.4 本章小结36结论37参考文献38致谢39附录40毕业论文指导教师评分表学生姓名李东辉院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆07-6班指导教师姓名安永东职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称转向柱式电动助力转向系统设计序号评价项目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度102题目工作量；选题的理论意义或实际价值103查阅文献资料能力；综合运用知识能力154研究方案的设计能力；研究方法和手段的运用能力；外文应用能力255文题相符程度；写作水平156写作规范性；篇幅；成果的理论或实际价值；创新性157科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度10得分 X= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）工作态度：好较好一般较差很差研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少规范性：好较好一般较差很差成果质量（研究方案、研究方法、正确性）：好较好一般较差很差其他：指导教师签字：年月日毕业设计指导教师评分表学生姓名李东辉院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆07-6班指导教师姓名安永东职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称转向柱式电动助力转向系统设计序号评价项目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度102题目工作量；题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度103综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力154设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力205计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力）106插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性207设计规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）58科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度10得分 X= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）工作态度：好较好一般较差很差研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少说明书规范性：好较好一般较差很差图纸规范性：好较好一般较差很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好较好一般较差很差其他：指导教师签字：年月日毕业论文评阅人评分表学生姓名李东辉专业班级车辆07-6班指导教师姓名安永东职称副教授题目转向柱式电动助力转向系统设计评阅组或预答辩组成员姓名出席人数序号评价项目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度152题目工作量；选题的理论意义或实际价值103查阅文献资料能力；综合运用知识能力204研究方案的设计能力；研究方法和手段的运用能力；外文应用能力255文题相符程度；写作水平156写作规范性；篇幅；成果的理论或实际价值；创新性15得分 Y= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）回答问题：正确基本正确基本不正确不能回答所提问题研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少规范性：好较好一般较差很差成果质量（研究方案、研究方法、正确性）：好较好一般较差很差其他：评阅人或预答辩组长签字：年月日注：毕业设计（论文）评阅可以采用2名评阅教师评阅或集体评阅或预答辩等形式。毕业设计评阅人评分表学生姓名李东辉专业班级车辆07-6班指导教师姓名安永东职称副教授题目转向柱式电动助力转向系统设计评阅组或预答辩组成员姓名出席人数序号评价项目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度102题目工作量；题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度103综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力154设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力255计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力）156插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性207设计规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）5得分 Y= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）回答问题：正确基本正确基本不正确不能回答所提问题研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少说明书规范性：好较好一般较差很差图纸规范性：好较好一般较差很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好较好一般较差很差其他：评阅人或预答辩组长签字：年月日注：毕业设计（论文）评阅可以采用2名评阅教师评阅或集体评阅或预答辩等形式。毕业论文答辩评分表学生姓名李东辉专业班级车辆07-6班指导教师安永东职称副教授题目转向柱式电动助力转向系统设计答辩时间月日时答辩组成员姓名出席人数序号评审指标满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、理论意义或价值102研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力、综合运用知识的能力、应用文献资料和外文的能力203论文撰写水平、文题相符程度、写作规范化程度、篇幅、成果的理论或实际价值、创新性154毕业论文答辩准备情况55毕业论文自述情况206毕业论文答辩回答问题情况30总分 Z= 答辩过程记录、评语：自述思路与表达能力：好较好一般较差很差回答问题：正确基本正确基本不正确不能回答所提问题研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少规范性：好较好一般较差很差成果质量（研究方案、研究方法、正确性）：好较好一般较差很差其他：答辩组长签字：年月日毕业设计答辩评分表学生姓名李东辉专业班级车辆07-6班指导教师安永东职称副教授题目转向柱式电动助力转向系统设计答辩时间月日时答辩组成员姓名出席人数序号评审指标满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、与实际的结合程度102设计（实验）能力、对实验结果的分析能力、计算能力、综合运用知识能力103应用文献资料、计算机、外文的能力104设计说明书撰写水平、图纸质量，设计的规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）、实用性、科学性和创新性155毕业设计答辩准备情况56毕业设计自述情况207毕业设计答辩回答问题情况30总分 Z= 答辩过程记录、评语：自述思路与表达能力：好较好一般较差很差回答问题：正确基本正确基本不正确不能回答所提问题研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少说明书规范性：好较好一般较差很差图纸规范性：好较好一般较差很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好较好一般较差很差其他：答辩组长签字：年月日毕业设计（论文）成绩评定表学生姓名李东辉性别男院系汽车与交通工程学院专业车辆工程班级07-6设计（论文）题目转向柱式电动助力转向系统设计平时成绩评分（开题、中检、出勤）指导教师姓名职称指导教师评分（X）评阅教师姓名职称评阅教师评分（Y）答辩组组长职称答辩组评分（Z）毕业设计（论文）成绩百分制五级分制答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）：院系公章：年月日注：1、平时成绩（开题、中检、出勤）评分按十分制填写，指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写，毕业设计（论文）成绩百分制=W+0.2X+0.2Y+0.5Z 2、评语中应当包括学生毕业设计（论文）选题质量、能力水平、设计（论文）水平、设计（论文）撰写质量、学生在毕业设计（论文）实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。优秀毕业设计（论文）推荐表题目转向柱式电动助力转向系统设计类别毕业设计学生姓名李东辉院（系）、专业、班级汽车与交通工程学院车辆工程07-6班指导教师安永东职称副教授设计成果明细：答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）：院、系公章：年月日备注：注：“类别”栏填写毕业论文、毕业设计、其它毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目: 转向柱式电动助力转向系统设计院系名称: 汽车与交通工程学院专业班级: 车辆07-6班学生姓名: 李东辉导师姓名: 安永东开题时间: 2011年2月28日指导委员会审查意见：签字：年月日开题报告撰写要求一、“开题报告”参考提纲1. 课题研究目的和意义；2. 文献综述（课题研究现状及分析）；3. 基本内容、拟解决的主要问题；4. 技术路线或研究方法；5. 进度安排；6. 主要参考文献。二、“开题报告”撰写规范请参照黑龙江工程学院本科生毕业设计说明书及毕业论文撰写规范要求。字数应在4000字以上，文字要精练通顺，条理分明，文字图表要工整清楚。毕业设计（论文）开题报告学生姓名李东辉系部汽车工程系专业、班级车辆工程 07-6班指导教师姓名安永东职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称转向柱式电动助力转向系统设计一、课题研究现状、选题目的和意义1、研究现状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。2、目的、依据和意义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、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题1、研究的基本内容（1）分析转向柱式电动助力转向系统的结构形式及工作原理。（2）分析助力电机与电磁离合器的工作原理，选取合适的助力电机和电磁离合器。（3）分析减速机构蜗轮蜗杆式的工作原理，确定具体的参数。（4）齿轮齿条式转向器的设计。（5）联轴器的选择。（6）扭转传感器的选择。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。三、技术路线（研究方法）调研、收集资料及总体方案论证分析转向柱式电动助力转向器内部结构及工作原理助力电机的选择电磁离合器的选择扭转传感器的选择择选择减速机构设计转向器设计撰写设计说明书蜗杆轴径向、轴向尺寸确定蜗轮轴径向、轴向尺寸确定四、进度安排（1）调研、资料收集，完成开题报告第4周（3月24日3月30日）（2）助力电动机、电磁离合器、扭转传感器的选择第45周（3月214月1日）（3）减速机构的设计及校核第57周（4月1日4月19日）（4）转向器的设计第812周（4月205月24日）（5）撰写说明书第1314周（5月256月7日）（6）设计审核、修改第15、16周（6月9日6月22日）（7）毕业设计答辩准备及答辩第17周（6月23日6月 29日）五、参考文献1冯樱等.电子控制式电动助力转向系统的开发前景J.汽车科技,2001(3) : 4- 6.2卓敏等.汽车电动助力转向技术分析J.机电工程技术,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 - 254.4Ken Rogers , William Kimberley. Turning Steering to Electric. Automo2.tive Engineer , 2000 , 108 (2) : 39 - 41.5Kami Buchholz.TRW Demonstrates Electrically Powered Steering and Active Roll Control . Automotive Engineer , 1996 , 104 (12) : 42.6林逸，施国标.汽车电动助力转向技术的发展现状和趋势.公路交通科技，2006.18（3）.7龚培康万沛霖，汽车电子转向系统。重庆工业管理学院，2005.10（4）.8杨通顺ZF 电子助力转向器，汽车与配件2005.4.9王望予.汽车设计M.北京：机械工业出版社，2004：78-111. 10马秋生.机械设计基础M.北京：机械工业出版社，2003：150-221.11周松鹤.工程力学M.北京：机械工业出版社，2005：209-222.12王豪等.电动转向系统及其发展现状J .汽车运用,2002(8) : 9- 11.13张松林.最新轴承手册M.北京：电子工业出版社，2007：374-378.14苗立东等.汽车电动转向技术发展综述J .长安大学学报,2004,24(1) : 79- 84.15汽车工程手册编委会。汽车工程手册-设计篇.人民交通出版社.北京.2001. 六、备注指导教师意见：签字：年月日黑龙江工程学院本科生毕业设计目录摘要IABSTRACTII第1章绪论11.1汽车的发展趋势11.2汽车转向技术的发展11.3电动助力转向系统研究的状况及发展趋势21.4电动助力转向系统设计的目的和意义31.5 研究的主要内容3第2章电动助力转向系统主要参数的确定42.1电动助力转向系统的分析42.1.1电动助力转向系统的工作原理42.1.2电动助力转向系统的类型42.2 助力电动机的选择62.2.1电动机的概述 62.2.2电动机的参数计算72.3 电磁离合器的选择82.4 扭矩传感器的选择92.5 本章小结9第3章电动助力转向系统减速机构参数的设计103.1减速机构的分析及布置形式的确定103.2蜗轮蜗杆材料的选择113.3普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算113.3.1设计要求113.3.2选择蜗杆传动类型113.3.3蜗杆模数及分度圆直径的确定113.3.4蜗杆与蜗轮的主要参数及几何尺寸的确定133.4蜗轮齿根弯曲疲劳强度的校核153.5本章小结17第4章减速机构轴和轴承的设计及校核184.1轴的概述184.2转向轴的设计与校核184.2.1转向轴的设计184.2.2转向轴的校核204.3蜗杆轴的设计及校核234.3.1蜗杆轴的设计234.3.2蜗杆轴键的选取234.3.3蜗杆轴的校核234.4轴承的选取与校核264.4.1轴承的选取264.4.2轴承的校核264.5 本章小结28第5章齿轮齿条式转向器的设计295.1齿轮齿条式转向器的概述295.1.1齿条的概述295.1.2齿轮的概述295.1.3设计要求295.2齿轮齿条材料的选择与参数的确定295.2.1材料的选择295.2.2计算许用应力295.2.3初步确定齿轮的基本参数的主要尺寸305.2.4确定齿轮传动主要参数的几何尺寸315.2.5齿轮强度校核325.3轴设计与轴承的选择345.3.1轴的设计345.3.2轴的校核345.3.3轴承的选取355.4 本章小结36结论37参考文献38致谢39附录40摘要电动助力转向系统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。电动助力转向系统主要由减速机构和转向机构组成，减速机构把电动机的输出经过减速增扭传递到动力辅助单元，实现助力。由于蜗轮蜗杆传动比大，传动平稳噪声低故减速机构选为蜗轮蜗杆式。由于齿轮齿条式转向器，传动平稳，结构简单故转向机构选为齿轮齿条式。本文设计研究了电动助力转向系统，对其工作原理做了阐述，对蜗轮蜗杆减速器中的蜗轮与蜗杆做了详细的设计计算，并进行了选型。同时对齿轮齿条式转向器的结构进行分析，并对其重要零件进行了设计计算与强度校核。关键字：减速器；转向器；设计；齿轮；轴；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第1章绪论1.1 汽车的发展趋势自1886年德国人卡尔.本茨(CarlBenZ)研制成功世界上第一台单缸两冲程汽油三轮汽车以来，汽车工业已经走过了一个多世纪曲折而辉煌的历程。上个世纪二十年代汽车工业已经开始大规模生产，随着相关技术的发展，特别是在第二次世界大战中的技术更新，进一步促进了汽车工业的迅速发展和进步。今天，汽车产业在世界上大多数国家的国民经济中都成为了支柱产业。据统计，2000年世界汽车产量己达到5733万辆，比1999年增长2.8%。我国2000年生产汽车206.82万辆，2003年生产汽车444万辆，目前已成为美国、日本、德国之后的世界第四大汽车生产国。不久前，商务部公布中国汽车近三年来的年产量正以50%的速度增长。由于中国及其他发展中国家汽车市场的扩大，全球汽车这种增长趋势还会持续下去。但是，这种快速增长也带来了一些负面影响，如空气污染、交通事故和能源紧张等问题。随着人们对汽车特别是轿车的经济性、舒适性、环保性和安全性的日益重视，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)这四大类型汽车将构成未来汽车发展的主体。1.2 汽车转向技术的发展汽车在行驶过程中，经常需要改变行驶的方向，称为转向。轮式汽车行驶是通过转向轮(一般是前轮)相对于汽车纵向轴线偏转一定的角度来实现的。汽车转向系统是用于改变或保持汽车行驶方向的专用机构。其作用是使汽车在行驶过程中能按照驾驶员的操纵要求而适时地改变其行驶方向，并在受到路面传来的偶然冲击及汽车意外偏离行驶方向时，能与行驶系统配合共同保持汽车继续稳定行驶。因此，转向系统的性能直接影响着操纵稳定性和安全性。按转向动力能源不同，汽车转向系统可分为机械式转向系统和动力转向系统两大类。机械式转向系统是以人的体力为转向能源的，其中所有的传力件都是机械的，它主要由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三部分组成。汽车转向器作为汽车转向系统的重要零部件，其性能的好坏直接影响到汽车行驶的安全性和可靠性。汽车动力转向系统是在机械转向系的基础上增设了一套转向加力装置所构成的转向系(如液压动力转向系统中的转向油罐、油泵、控制阀、动力缸等)，它兼用驾驶员的体力和发动机动力作为转向能源。在正常的情况下，汽车转向所需的力大部分由发动机通过转向加力装置提供，只有一小部分由驾驶员提供。但在动力转向失效时，驾驶员仍能通过机械转向系统实现汽车的转向操纵。长期以来，汽车转向系统一直存在着“轻”与“灵”的矛盾。为缓和这一矛盾，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矛盾。随着动力转向系统的产生，液压动力转向系统(HPS)以其具有的转向操纵灵活、轻便，设计汽车时对转向器结构形式的选择灵活性增大，并可吸收路面对前轮产生的冲击等优点，自20世纪50年代以来，在各国汽车上得到普遍采用。但传统的液压动力转向系统需消耗一定的能量，增加了汽车的燃油消耗量，液压动力转向系统所引起的燃油消耗量约占整车燃油消耗量的约30%。随着电子技术的发展，电子控制式机械液压动力转向系统(EHPS)应运而生，该系统在某些性能方面优于传统的液压动力转向系统，但仍然无法根除液压动力转向系统的固有缺憾。此外，传统液压动力转向系统在选定参数完成设计之后，转向系统的性能就确定了，不能再对其进行调节与控制。因此，传统液压动力转向系统协调转向力与操纵“路感”的关系困难。低速转向力小时，高速行驶时转向力往往过轻、“路感”差，甚至感觉汽车发“飘”，从而影响操纵稳定性;而按高速性能要求设计转向系统时，低速时转向力往往过大。电动助力转向系统(Electric Power Steering System，简称EPS)，是继液压动力转向系统后产生的一种新的动力转向系统。电动助力转向系统由电机提供助力，助力大小由电控单元(ECU)实时调节与控制，可以较好地解决上述液压动力转向系统所不能解决的矛盾。目前，电动助力转向系统有代替液压动力转向系统的趋势。1.3 电动助力转向系统研究的状况及发展趋势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6500万英镑用于开发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。EPS当前已经较多应用在排量在1.3L-1.6L(含MMPV 微型多功能车) 的各类轻型轿车上,其性能已经得到广泛的认可。随着直流电机性能的提高和42V电源在汽车组件上的应用,其应用范围将进一步扩宽,并逐渐向微型车、轻型车和中型车扩展。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。1.4 电动助力转向系统设计的目的和意义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。1.5 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，设计了一套减速机构。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( ECU) 、电动机和减速机构组成。其主要工作原理是: 汽车在转向时, 扭矩传感器会“ 感觉”到转向盘的力矩和拟转动的方向。这些信号会通过数据总线发给电子控制单元, 电控单元会根据传动力矩、拟转的方向和车辆速度等数据信号, 向电动机控制器发出动作指令。电动机就会根据具体的需要输出相应大小的转动力矩以产生助动力, 从而实现了助力转向的实时控制。如果不转向, 则本套系统处于休眠状态等待调用。由于它不转向时不工作, 所以也节省了能源。图2.1 EPS结构系统图2.1.2 电动助力转向系统的类型EPS的类型通常可以按其电动机的减速机构的形式不同或电动机的布置位置不同进行分类。EPS系统一般都有减速机构，电动机转矩输出经过减速机构减速增矩对EPS进行助力。根据汽车上转向器结构形式不同，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转接盘3电动机 4电磁离合器5齿轮齿条机构图2.4 齿轮齿条式根据电动机布置位置不同，EPS可分为:转向轴助力式、齿轮助力式、齿条助力式三种，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 电动机的概述助力电动机是EPS 系统的动力源, 它根据ECU 输出的控制指令, 在不同的工况下输出不同的助力转矩, 对整个EPS 性能影响很大, 因此需要具备良好的动态特性、调速特性和随动特性并易于控制, 而且要求输出波动小、低转大转矩、转动惯量小、尺寸小质量轻等, 因此, 常采用无刷式永磁直流电动机。为改善操纵感、降低噪音和减少振动, 在电动机转子外表面开出斜槽或螺旋槽, 而改变定子磁铁的中心处或端部厚度, 将定子磁铁设计成不等厚。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 f轮胎和路面间的滑动摩擦因数；转向轴负荷，单位为N；P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；Iw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T=Fh=103.847200=20769.4Nmm设此力矩完全由电动机提供可得电动机转矩。蜗杆=1 蜗轮 =30T2=T1300.7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T2=1.761000300.7=36N.m2.3 电磁离合器的选择电动式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Standy状态，此时为了不使电动机和电磁离合器的惯性影响转向系统的工作，离合器应及时分离，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，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 扭矩传感器的选择扭矩传感器的功能是测量驾驶员作用在转向盘上的力矩大小与方向，以及转向盘的大小和方向。目前采用较多的是在转向轴位置加以扭杆，通过测量扭杆的变形得到扭矩。另外也有采用非接触式扭距传感器。图2.7所示的非接触式扭矩传感器中有一对磁极环，其原理是：当输入轴与输出轴之间发生相对扭转位移时，磁极环之间的空气间隙发生变化，从而引起电磁感应系数变化。非接触式扭矩传感器的优点是体积小精度高，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 本章小结本章主要对电动助力转向系统进行了分析，并对其结构组成有了深入的了解。同时还进行了电动机电磁离合器扭矩传感的选取，并对其工作原理进行了分析。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电动助动转向系统的机构部分是该系统不可缺少的重要组成部分，其减速机构把电动机的输出，经过减速增扭传递到动力辅助单元，实现助力。因此，减速机构的设计是EPS系统的关键技术之一。目前常用的减速机构有多种结构形式，主要分为蜗轮蜗杆式、行星齿轮式和循环球螺母式等三种。而我选用了蜗轮蜗杆式减速机构。采用蜗轮蜗杆减速机构，见图3.1，其传动机构有如下两大优点：（1）实现大的传动比。在动力传动中，一般传动比i=580;在分度机构或手动机构的传动中，传动比可达300；若只传递运动，传动比可达1000由于传动比大，零件数目又少，因而结构很紧凑。（2）在蜗杆传动中，由于蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它的蜗轮是逐渐进入啮合逐渐退出啮合的，同时啮合的齿对数较多，故冲击载荷小，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动传递的功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45号钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗轮螺旋面要求淬火并且调质处理，硬度为4555HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZcuSn10Pb，金属模铸造。这种材料耐磨性好，但价格较高，用于滑动速度3m/s的重要传动。为了尽量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。为了防止变形，常对蜗轮进行时效处理。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系统中电机输出到转向轴），蜗杆转速=1210r/min，扭矩=1760Nmm，传动比i=30.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=53658=14600h3.3.2 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=1。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，发热量大，易自锁。不过，蜗杆头数过多，导程角大，制造困难。蜗轮的齿数=i。当传递动力时，为保证传动平稳性，应不少于28。但过过大将使蜗轮尺寸增大，蜗杆跨距随之增大，降低蜗杆的刚度，影响啮合精度。通常取=2880，一般不大于100。故取=303.3.3 蜗杆模数及分度圆直径的确定蜗杆头数=1 蜗轮=30因载荷平稳载荷系数K=1.11.3之间取故K=1.2表3.2 锡青铜蜗轮许用接触应力锡青铜制造的蜗轮，其值可查表2。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 MK () （3.1）M1.236960()M171.5304经查表3.3可知m=2.5 q=11.2 =28 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 18 6.3(80)12.6981,2,431751.252016.000 1 31.2511217.7781444522.417.920 1 35 8(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 7214017.5001896022.411.2001,2,4,689.6 10(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) 8.8891,2,427820016.00013125035.511.2701,2,4,6352 16(112)7.0001,2,4286724514.2861,2,4447.51408.7501,2,4358405617.778 1556(180)11.2501,2,446080 4(31.5) 7.8751,2,450425015.6251560004010.0001,2,4,6640 20(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 3.3.4 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=2.8齿顶圆直径=m(q+2)= 2.5(11.2+2) =33=m(q-2.4) =2.5(11.2-2.4) =22齿顶高=m=2.5齿根高=1.2m=1.22.5=3顶隙C=0.2m=0.242.5=0.5蜗轮分度圆柱的导程角r=arctan=arctan5.1中心距a=m(q+) = 2.5(11.2+30) =51.5蜗杆齿宽（11+0.06）m(11+0.00630)2.532=32蜗轮蜗轮分度圆直径=mz=2.530=75齿顶圆直径d=m(z+2) =2.5(30+2) =80齿根圆直径d=m(z-2.4) =2.5(30-2.4) =69齿顶高h=m=2.5齿根高h=1.2m=3蜗轮齿宽z3时 b0.75 0.7533 24.75b=203.4 蜗轮齿根弯曲疲劳强度的校核=YY （3.2）Y 螺旋角影响系数,Y=1-；Y 蜗轮齿形系数，按当量齿数z=z/cos查取；蜗轮的许用弯曲应力，单位为MPa。Y=1-=1-=0.94z=30.35914403经查表3-4可知，Y=2.52表3.4 齿形系数及应力修正系数z17181920212223242526272829Y2.972.912.852.82.762.722.692.652.622.62.572.552.53Y1.521.531.541.551.561.571.5751.581.591.5951.61.611.62z303540455060708090100150200Y2.522.452.42.352.322.222.06Y1.6251.651.671.681.71.731.751.771.781.791.831.8651.97 应力循环次数N=60114600=35332000寿命系数K=0.85由表3.5查得 =40MPa =K =0.8540 =34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=YY （3.3）=2.520.964=31.393.5 本章小结本章主要对减速机构的布置形式进行了确定，蜗轮蜗杆材料选取，对蜗轮蜗杆主要参数进行了选取与计算，确定了蜗杆与蜗轮的几何尺寸，并进行了蜗轮齿根弯曲疲劳强度校核。第4章减速机构轴和轴承的设计及校核4.1 轴的概述轴的主要功用是支承机器中的旋转零件（如齿轮、带轮、链轮、铣刀等），保证旋转零件有确定的工作位置，并传递运动和动力。根据轴的受载情况不同，轴可以分为心轴，转轴和传动轴。心轴是工作中只承受弯矩作用，不传递动力的轴。根据心轴是否转动，心轴又分为固定心轴和转动心轴。转动心轴工作时，弯曲应力一般是对称循环变化的，而固定心轴工作时，其弯曲应力的方向一般不变。转轴既支撑转动零件又传递动力，它是既承受弯矩又承受转矩作用的轴。传动轴是只承受转矩而不承受弯矩作用或弯曲作用很小的轴。4.2 转向轴的设计与校核4.2.1 转向轴的设计由材料力学可知，实心圆轴的扭转强度条件为 = （4.1）由此得轴的基本直径的估算式 d=C （4.2）式中 d 轴的估算基本直径（mm）轴的扭矩切应力（MPa） T 轴传递的转矩（N.mm） P 轴传递的功率（KW） n 轴的转速（r/min） W轴的抗扭截面系数（mm）。对实心圆轴，W=d/160.2d 许用扭转切应力（MPa） C 计算常数，取决于轴的材料及受载情况，见表4.1。.表4.1 轴常用材料的C值轴的材料Q235.20Q275.354540Cr.35SiMnC126-149112-135103-12697-112 i=30=n=40.3r/minP=0.155KW转向轴选用45钢，正火处理，估计直径d100-30068049032040MnB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F=-F=125.71F=-F=985.6F=-F=358.729(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=118.142 F=F+F=-358.729+118.142=-240.587截面C右侧弯矩M=F.=240.587=9262.5995截面C左侧弯矩M=F.=118.142=4548.467（3）绘制水平弯矩图（图C）轴承支反力：F=F=492.8截面C处的弯矩：M=F=492.8=18972.8(4)绘制合成弯矩图（图d）M=21113.09758M=19510.39958(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M=30619.24012校核危险截面C的强度=9.3455MPa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100mm由表4.2查得=600mm查表4.1取C=118D=C=118=6.715mmP=0.223KW因蜗杆齿根圆直径d大于轴径d故选用车制蜗杆轴径d= d-(24)mm=22-(24)= 2018mm所求d为最小轴径，因为该处开一键槽应将该轴段直接增大3%7%即d=6.7151.19=8mm放轴承位置的轴径定为20，退刀槽径为20，退刀槽长度为12，蜗杆齿宽为32。4.3.2 蜗杆轴键的选取选取A型键公称尺寸bh=44=120MPa= （4.3）l=1.833式中 T传递的转矩，单位N.mm d轴的直径，单位mm l键的接触长度，单位mm K键与轮毂接触高度，Kh/2,单位mm 许用挤压应力，单位为MPa故l=6,L=104.3.3 蜗杆轴的校核F=125.71F=985.6F=Ftan=985.6tan20=358.729(1) 绘制轴受力简图（图a）(2) 绘制垂面弯矩图（图b）轴承支反力F=-11.09F=F- F=358.729-11.09=347.639计算弯矩：截面C右侧弯矩 M= F=247.639=1453.199 M= F=11.09=454.69(3) 绘制水平面弯矩图（图c）轴承支反力：F=F=62.855截面C处的弯矩M= F=62.855=2577.005(4) 绘制合成弯矩图（图d） M=14484.29819N.mm M=2616.8598(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=0.6，截面C处的当量弯矩为M=14522.74182（7）校核危险截面C的强度= =4.04 F故可判定轴承2为压紧端，轴承1为放松端。两端轴承的轴向载荷F= F=112.9968F=F+ F=1098.5968求系数X和YF/ F=0.63F/ F=6.125F/ Fe时X=1，Y=0 而F/ Fe时 X=0.41，Y=0.87由表4.4可知载荷系数 f=1.3表4.4 载荷系数f载荷性质及其举例f无冲击或轻微冲击电机，汽轮机，水泵，通风机1.01.2中等冲击振动车辆，机床，传动装置，起重机，内燃机，减速器1.21.8强大冲击振动破碎机，轧钢机，石油钻机，振动筛1.83.0 P=f(xF+YF)=1.3(1179.36+0112.9968)=233.168p= f(xF+YF)=1.3(0.41179.36+0.891098.5968)=1338.11因p P取p=p=1338.11N.球轴承=3轴承C=14000NL=（）=（）=15778.22h14600h故该对轴承满足预期寿命要求。4.5 本章小结本章主要进行了轴与蜗杆轴的设计，确定了各轴的长度与轴径，并对其进行了校核，同时还对键进行了设计，以及轴承的选取，经过对轴的受力分析确定轴承为角接触球轴承，并对其进行校核，确保其使用寿命在规定年限当中。第5章齿轮齿条式转回器的设计5.1齿轮齿条式转向器的概述5.1.1 齿条的概述齿条是在金属壳体内来回滑动的，加工有齿形的金属条。转向器壳体是安装在前横梁或前围板的固定位置上的。齿条代替梯形转向杆系的摇杆和转向摇臂，并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只切有齿形的轴。它安装在转向器壳体上并使其齿与齿条上的齿相啮合。齿轮齿条上的齿可以是直齿也可以是斜齿。齿轮轴上端与转向柱内的转向轴相连。因此，转向盘的旋转使齿条横向移动以操纵前轮。齿轮轴由安装在转向器壳体上的球轴承支撑。斜齿的弯曲增加了一对啮合齿轮参与啮合的齿数。相对直齿而言，斜齿的运转趋于平衡，并能传递更大的动力。5.1.3 设计要求齿轮齿条式转向器的设计要求。齿轮齿条式转向器的齿轮多数采用斜齿圆柱齿轮。齿轮模数取值范围多在23mm之间。主动小齿轮齿数多数在57个齿范围变化，压力角取20，齿轮螺旋角取值范围多为915。齿条齿数应根据转向轮达到最大偏转角时，相应的齿条移动行程应达到的值来确定。变速比的齿条压力角，对现有结构在1235范围内变化。此外，设计时应验算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选用16MnCr5或15CrNi6材料制造，而齿条常采用45钢制造。为减轻质量，壳体用铝合金压铸。故小齿轮16MnCr5 渗碳淬火，齿面硬度56-62HRC。大齿轮 45钢表面淬火，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传动的工作条件，选用斜齿圆柱齿轮与斜齿条啮合传动。选择齿轮传动精度等级为7级精度。初选K=1.4 B=14 Z=7 Z=10传动比=1.4 =1.2 Y=0.89 Y=0.7Z=17cos=17cos14=15由于Z=7 Z=10均小于15发生根切故对其进行变位X=0.55X=0.33tant=0.375112684=20.56inv=tan+inv=0.054855624Y=(-1)=0.7=Ym=21.9+0.72.5=23.65Y=X-Y=0.88-0.7=0.18= (5.1)2.1195= 确定齿轮传动主要参数的几何尺寸主动齿轮分度圆直径 =18.03节圆直径 d=19.708齿顶圆直径 =18.03+2（1+0.55-0.18）2.5 =24.88 齿根圆直径 =18.03-2（1+0.25-0.55）2.5 =14.53 齿顶高齿根高 = 全齿高 h=h+h=5.175 齿宽 b=d=1.218.03=21.636 因为相互啮合齿轮的基圆齿矩必须相等既P=P 齿轮法面基圆齿矩为P=mcos 齿条法面基圆齿矩为P=mcos 取齿条法相模数为 m=2.5 从动齿轮（齿条）节圆 =u=1.419.708=27.59 齿条齿顶高齿条齿根高法面齿矩 S=（+2Xtan）m=4.5255.2.5 齿轮强度校核=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 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11.817.385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- = =111.7083902MPa 齿面接触疲劳强度满足要求。齿根弯曲疲劳强度计算。=0.25+0.75/=0.25+0.7=0.95= (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=97=11.5mm取最小轴径d=12mm第一轴段轴径12，轴长12第二

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