【文章內(nèi)容簡介】 對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在范圍內(nèi)變化。此外，設(shè)計時應(yīng)驗算齒輪的抗彎強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度 。正確嚙合條件：；；根據(jù)設(shè)計的要求。表32 齒輪齒條的主要參數(shù)名稱齒輪齒條齒數(shù)Z1031模數(shù)Mn壓力角螺旋角β1= β2=變位系數(shù)Xn0轉(zhuǎn)向時需要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動的阻力、轉(zhuǎn)向輪穩(wěn)定阻力（即轉(zhuǎn)向輪的回正力矩）、輪胎變形阻力以及轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦阻力矩。通常用以下的經(jīng)驗公式來計算汽車在瀝青或混泥土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩MR（Nmm）。 輪胎上的原地轉(zhuǎn)動的阻力矩由經(jīng)驗公式得： (33)式中 ——輪胎和路面間的滑動摩擦因素，[3]； ——為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷（N）；取前軸滿載950Kg； ——為輪胎氣壓（MPa）。；所以 MR = 。方向盤轉(zhuǎn)動圈數(shù)： (34)其中為初選傳動比。取齒寬系數(shù) （35）根據(jù)轉(zhuǎn)向器本身結(jié)構(gòu)特點以及中心距的要求，應(yīng)合理選取齒輪軸的變位系數(shù)。對于齒輪齒條轉(zhuǎn)向器中齒輪齒條結(jié)構(gòu)特點，齒輪一般都采用斜齒輪，對于變位齒輪，為了避免齒頂過薄，而又能滿足齒輪嚙合的要求，一般齒輪的齒頂高系數(shù)取偏小值。據(jù)此，初步選定齒輪和齒條齒頂高系數(shù)；頂隙系數(shù)；齒輪的變位系數(shù)。其基本參數(shù)如表33所示。 齒輪齒條基本參數(shù)名稱符號公式齒輪齒條齒數(shù)1031分度圓直徑—變位系數(shù)——齒頂高齒根高齒頂圓直徑—齒根圓直徑—齒輪中圓直徑—螺旋角—12176。（右旋）12176。齒寬3222 齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計本設(shè)計根據(jù)齒輪的尺寸，設(shè)計成齒輪軸形式。因為本設(shè)計采用斜齒輪結(jié)構(gòu)，在傳動的時候有軸向力存在。所以軸承方面選取角接觸球軸承，齒輪軸與轉(zhuǎn)向軸之間用萬向節(jié)連接，所以齒輪軸軸端設(shè)計花鍵。圖34 齒輪軸結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)向器材料及其他零件選擇 齒輪齒條材料選擇小齒輪：齒輪通常選用國內(nèi)常用、性能優(yōu)良的20CrMnTi合金鋼，熱處理采用表面滲碳淬火工藝，齒面硬度為HRC58～63。而齒條選用與20CrMnTi具有較好匹配性的40Cr作為嚙合副，齒條熱處理采用高頻淬火工藝，表面硬度HRC50～56。 軸承的選擇軸承1：角接觸球軸承6203(GB/T2761994) 軸承2：角接觸球軸承 6201 (GB/T2761994) 轉(zhuǎn)向器的潤滑方式和密封類型的選擇轉(zhuǎn)向器的潤滑方式：人工定期潤滑潤滑脂：石墨鈣基潤滑脂（ZBE3600288）中的ZGS潤滑脂。密封件： 旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈 FB 16 30 GB 13871—1992 步進(jìn)電機(jī)的選取進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。圖35 步進(jìn)電機(jī) 步距角的選擇電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。（五相電機(jī)）、（二、四相電機(jī)）、（三相電機(jī)）等。3. 靜力矩的選擇步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長度便能確定下來（幾何尺寸）。3. 電流的選擇靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓）。3. 力矩與功率換算步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下： (36)式中 P為功率單位為瓦，為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓?米 P=2πfM/400(半步工作） (37) 式中 f——每秒脈沖數(shù)（簡稱PPS) 。 步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（PM），反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，；反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達(dá)國家80年代已被淘汰；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。 保持轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如。步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分技術(shù)實質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)（請參考有關(guān)文獻(xiàn)），其主要目的是減弱或消除步進(jìn)電機(jī)的低頻振動，提高電機(jī)的運轉(zhuǎn)精度只是細(xì)分技術(shù)的一個附帶功能。176。的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，如果細(xì)分驅(qū)動器的細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)置為4，176。，176。，還取決于細(xì)分驅(qū)動器的細(xì)分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細(xì)分驅(qū)動器精度可能差別很大；細(xì)分?jǐn)?shù)越大精度越難控制。步進(jìn)電機(jī)選型有以下幾個步驟：（1）步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的選擇 步進(jìn)電機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩，近似于傳統(tǒng)電機(jī)所稱的“功率”。當(dāng)然，有著本質(zhì)的區(qū)別。步進(jìn)電動機(jī)的物理結(jié)構(gòu)，完全不同于交流、直流電機(jī)，電機(jī)的輸出功率是可變的。通常根據(jù)需要的轉(zhuǎn)矩大小(即所要帶動物體的扭力大小)，來選擇哪種型號的電機(jī)。大致說來，選擇23342(電機(jī)的機(jī)身直徑或方度，單位：mm)。，選擇57電機(jī)較為合適。，就要選擇81130等規(guī)格的步進(jìn)電機(jī)。（2）步過電機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇對于電機(jī)的轉(zhuǎn)速也要特別考慮。因為，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)速成反比。就是說，步進(jìn)電機(jī)在低速(每分鐘幾百轉(zhuǎn)或更低轉(zhuǎn)速，其輸出轉(zhuǎn)矩較大)，在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩(1000轉(zhuǎn)/分9000轉(zhuǎn))就很小了。當(dāng)然，有些工況環(huán)境需要高速電機(jī)，就要對步進(jìn)電動機(jī)的線圈電阻、電感等指標(biāo)進(jìn)行衡量。（3）步進(jìn)電機(jī)空載起動頻率的選擇步進(jìn)電機(jī)空載起動頻率，通常稱為“空起頻率”。這是選購電機(jī)比較重要的一項指標(biāo)。如果要求在瞬間頻繁啟動、停止，并且，轉(zhuǎn)速在1000轉(zhuǎn)/分鐘左右(或更高)，通常需要“加速啟動”。如果需要直接啟動達(dá)到高速運轉(zhuǎn)，最好選擇反應(yīng)式或永磁電機(jī)。這些電機(jī)的“空起頻率”都比較高。（4）步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)選擇 步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)選擇，這項內(nèi)容，很多客戶幾乎沒有什么重視，大多是隨便購買。其實，不同相數(shù)的電機(jī)，工作效果是不同的。相數(shù)越多，步距角就能夠做的比較小，工作時的振動就相對小一些。大多數(shù)場合，使用兩相電機(jī)比較多。在高速大力矩的工作環(huán)境，選擇三相步進(jìn)電機(jī)是比較實用的。綜上所述，本次設(shè)計中選取的步進(jìn)電機(jī)是三相的。 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的響應(yīng)時間應(yīng)盡量符合實際轎車的轉(zhuǎn)向響應(yīng)時間，駕駛員按照正常速度轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，使轉(zhuǎn)向輪達(dá)到最大轉(zhuǎn)角90176。的時間約2s，轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向阻力矩由轉(zhuǎn)向車輪相對于主銷軸線的滾動阻力矩、輪胎與地面接觸部分的摩擦阻力矩及轉(zhuǎn)向車輪的穩(wěn)定力矩或自動回正力矩所形成的阻力矩組成，本車轉(zhuǎn)向軸中心延長線在車輪的中心面上，故， (38) (39) (310) (311)式中 —— 轉(zhuǎn)向軸的載荷； —— 附著系數(shù)， ～，對于本電動車，為 ； —— 滑動摩擦力矩的力臂， ； —— 車輪的自由半徑，對于本電動車=324mm —— 滾動阻力的力臂或主銷偏移距，即由轉(zhuǎn)向節(jié)主銷軸線的延長線與支承平面的交點至車輪中心平面支承平面的交線的距離，通常貨車取40～60mm，對于本電動車，由于轉(zhuǎn)向軸中心延長線在車輪的中心面上，故=0，所以T３=0； —— 主銷內(nèi)傾角，β =8；—— 主銷后傾角，=1176。（即懸架傾角)； —— 內(nèi)轉(zhuǎn)向輪的平均轉(zhuǎn)角—— 外轉(zhuǎn)向輪的平均轉(zhuǎn)角。本電動車總車重，故 =2450N 步進(jìn)電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速 在此轉(zhuǎn)速下，要求電機(jī)的扭矩經(jīng)減速器增大后能驅(qū)動轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動。步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用，其功率是變化的，一般只用力矩來衡量。力矩與功率的換算。所以，m，綜上所述，以及查閱步進(jìn)電機(jī)各種型號取靜力矩8Nm。感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)與傳統(tǒng)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動小。感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)某種程度上可以看作是低速同步電機(jī)。一個四相電機(jī)可以作四相運行，也可以作二相運行。在步進(jìn)電機(jī)步距角不能滿足使用的條件下，可采用細(xì)分驅(qū)動器來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，細(xì)分驅(qū)動器的原理是通過改變相鄰（A，B）電流的大小，以改變合成磁場的夾角來控制步進(jìn)電機(jī)運轉(zhuǎn)的。電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。（五相電機(jī)）、（二、四相電機(jī)）、（三相電機(jī)）等。步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動時（一般由低速）時二種負(fù)載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負(fù)載，恒速運行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。步進(jìn)電機(jī)有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。本次設(shè)計中采用的是混合式步進(jìn)電機(jī)，選取的具體型號是110BYG3500，一些參數(shù)可以從下表查得：表31 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)型號相數(shù)步距角（DEG）電壓（V）電流（A）靜轉(zhuǎn)矩（Nm）空載運行頻率（KHZ）轉(zhuǎn)動慣量（Kgcm178。）110BYG35003176。/176。1203103≥256第4章 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器數(shù)據(jù)校核第4章 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器數(shù)據(jù)校核 齒條的強(qiáng)度計算 齒條受力分析 在本設(shè)計中，根據(jù)式得轉(zhuǎn)向器輸入端施加的扭矩 T= ，齒輪傳動一般均加以潤滑，嚙合齒輪間的摩擦力通常很小，計算輪齒受力時，可不予考慮。齒輪齒條的受力狀況類似于斜齒輪，圖41齒條的受力分析，作用于齒條齒面上的法向力Fn，垂直于齒面，將Fn分解成沿齒條徑向的分力（徑向力）Fr，沿齒輪周向的分力（切向力）Ft，沿齒輪軸向的分力（軸向力）Fx 。各力的大小為： Ft= (41) Fr= (42) Fx= (43) Fn = (44)式中 ——齒輪軸分度圓螺旋角； ——法面壓力角。齒輪軸受到的切向力：Ft = = 式中T——作用在輸入軸上的扭矩，； d——齒輪軸分度圓的直徑。 齒條齒面的法向力： Fn= =齒條齒部受到的切向力： = (45) 齒條齒部彎曲強(qiáng)度的計算齒條的單齒彎曲應(yīng)力： （46）式中： ——齒條齒面切向力； b—— 危險截面處沿齒長方向齒寬； ——齒條計算齒高 ； S ——危險截面齒厚；從上面條件可以計算出齒條齒根彎曲應(yīng)力： （47）上式計算中只按嚙合的情況計算的，即所有外力都作用在一個齒上了，（理論計算值），在嚙合過程中至少有2對齒同時嚙合，因此每個齒的彎曲應(yīng)力應(yīng)分別降低一倍[5]，則 = 413N/mm （48）齒條的材料是45制造，因此：抗拉強(qiáng)度 735N/mm (沒有考慮熱處理對強(qiáng)度的影響)。齒部彎曲安全系數(shù) S =