【導(dǎo)讀】駛員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要作用。隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的迅速發(fā)展，按轉(zhuǎn)向力能源的不同，可將轉(zhuǎn)向系分為機械轉(zhuǎn)向系和動力轉(zhuǎn)向系。轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三大部分組成。其中轉(zhuǎn)向器是將操縱機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃訖C。構(gòu)的直線運動的機構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件[2]。動力轉(zhuǎn)向系除具有以上三大部件外，其最主要的動力來源是轉(zhuǎn)向助力裝置。們分別相當(dāng)于電路系統(tǒng)中的電池、導(dǎo)線、開關(guān)、電機和地線的作用。保證汽車有較高的機動性，在有限的場地面積內(nèi)，具有迅速和小半徑轉(zhuǎn)彎的能力，轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向盤應(yīng)自動回正，并應(yīng)使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài);大限制了其使用范圍。為確保系統(tǒng)安全，在液壓泵上裝有限壓閥和溢。相對滑套運動，使油液通道發(fā)生變化，液壓油從油泵排出，經(jīng)控制閥流向動力缸的一側(cè)，為保證汽車原地轉(zhuǎn)向或者低速轉(zhuǎn)向時的輕便性，液壓泵的排量是以發(fā)動。的齒條助力式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，從此揭開了電動助力轉(zhuǎn)向在汽車上應(yīng)用的歷史。

　　

【正文】 K K K K???? ? ， ? ， ? ? ， ?10?? 則 cos 9Z ? ???， ? 揚州大學(xué) 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 33 頁 1212 1 4 8 3 . 4 4H H E H pKT uZ Z Z Z M P ab d k u?????? ? ? ? (511) 齒輪接觸疲勞強度合格 （ 2）、校核齒輪彎曲疲勞強度 選取參數(shù)，按 ME級質(zhì)量要求取值 lim1 500F MPa? ? ； lim 2 280F MPa? ? ； lim1 ? ；lim2 ? ； 121NNYY??； ? lim2 lim1FF??? 故以 lim2F? 計算 Fp? l im 2 2l im 2280 2 1 373. STF p NFY Y M P aS?? ?? ? ? ? (512) 據(jù)齒數(shù)查表有： ? ； ? ； ?? ； ?? 。則 1 1112 2 8 3 .7 2 3F F a sa F pnKT Y Y Y Y M P ab d m ????? ? ? (513) 齒輪彎曲疲勞強度合格 齒輪齒條的基本參數(shù)如下表所示 : 表 52 名稱 符號 公式 齒輪 齒 條 齒數(shù) z z 6 31 分度圓直徑 d cosnmzd ?? — 變位系數(shù) nx — 1 — 齒頂高 ah ()a an n nh h x m??? 5 齒根高 fh *()f an n n nh h x c m?? ? ? 齒頂圓直徑 ad aa hdd 2?? — 揚州大學(xué) 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 34 頁 齒根圓直徑 fd ff hdd 2?? — 齒輪中圓直徑 md 2m n nd d x m?? — 螺旋角 ? — 10176。 齒寬 b 1db d?? 30 20 齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 圖 56 齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸承的選擇 軸承 1 深溝球軸承 6004 (GB/T2761994) 軸承 2 滾針軸承 NA4901 (GB/T58011994) 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。 密封類型的選擇 密封件： 旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈 FB 16 30 GB 13871— 1992 揚州大學(xué) 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 35 頁 對動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的要求 。 （或減?。饔迷谵D(zhuǎn)向盤上的手力必須增大（或減?。?，稱之為“路感”。 切向力 Fh ≥ ～ 時，動力轉(zhuǎn)向器就應(yīng)開始工作。 ,轉(zhuǎn)向盤應(yīng)自動回正，并使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài)。 ，即轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動后，系統(tǒng)內(nèi)壓力能很快增長到最大值。 ，仍能用機械系統(tǒng)操縱車輪轉(zhuǎn)向。 ，內(nèi)、外泄漏少。 動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)布置方案 采用電動泵式的 EHPS 系統(tǒng)一般由電氣裝置和機械裝置兩部分組成，如圖所示，電氣部分由車速傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器和電子控制單元 ECU 組成；機械裝置包括齒輪齒條轉(zhuǎn)向器（包括 轉(zhuǎn)子閥和助力缸）、控制閥及管路、電動泵。電動泵把齒輪泵（或葉片泵）、 ECU、低慣量、高功率的直流電機和油管集成在一起，構(gòu)成集成的電動泵，使得整個總成結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量變得更輕，安裝的柔性也大大增強。 圖 61 EHPS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖 揚州大學(xué) 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 36 頁 圖 62 1動力轉(zhuǎn)向回油管總成； 2— 動力轉(zhuǎn)向液油罐總成； 3— 動力轉(zhuǎn)向液油罐蓋； 4— 動力轉(zhuǎn)向泵皮帶輪； 5— 動力轉(zhuǎn)向泵； 6— 動力轉(zhuǎn)向壓力管總成； 7— 油罐到泵的油管總成； 8—轉(zhuǎn)向盤總成； 9— 綜合開關(guān)操縱桿總成； 10轉(zhuǎn)向管柱總成 11動力轉(zhuǎn)向中間軸總成；12轉(zhuǎn)向搖臂； 13動力轉(zhuǎn)向器總成； 14轉(zhuǎn)向減震器； 15轉(zhuǎn)向拉桿和橫拉桿總成 流量控制式液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是根據(jù)車速傳感器信號，調(diào)節(jié)液壓動力轉(zhuǎn)向裝置中油液的輸入、輸出流量和壓力，來控制液壓助力的大小，一般是在液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上再增加流量控制電磁閥、車速傳感器、電子控制單元和控制開關(guān)等元件。 電磁閥安裝在轉(zhuǎn)向油泵和轉(zhuǎn)向機體（含有轉(zhuǎn)向動力缸）之間的油路中，根據(jù)車速傳感器和控制開關(guān)等信號，電控單元向電磁閥發(fā)出控制信號，改變電磁閥的開度，調(diào)整通向轉(zhuǎn)向動力缸的流量。汽車原地轉(zhuǎn)向時，電磁閥的開度最大，進入動力缸的油液流 量最大，以減少駕駛員的體力消耗。高速轉(zhuǎn)向時，電控電源使電磁閥的開度減小，進入動力缸的油液流量較小，轉(zhuǎn)向助力較小，確保駕駛員有很好的路感，使轉(zhuǎn)向靈敏性和輕便性得到很好的兼顧。 揚州大學(xué) 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 37 頁 EHPS 的工作原理如圖 63所示。汽車直線行駛時，方向盤不轉(zhuǎn)動，泵以很低的速度運轉(zhuǎn)，大部分工作油經(jīng)過轉(zhuǎn)向閥流回油罐，少部分經(jīng)液控閥直接流回油罐；當(dāng)駕駛員開始轉(zhuǎn)動方向盤時，電子控制單元根據(jù)檢測到的轉(zhuǎn)角、車速以及電動機的反饋信號等，判斷汽車的轉(zhuǎn)向狀態(tài)，向驅(qū)動單元發(fā)出控制指令，使電動機產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)速以驅(qū)動泵，進而輸出相應(yīng)流量和壓力的高壓油（瞬 時流量從 ECU中儲存的流量通用特性場中讀取，如圖 64所示）。壓力油經(jīng)轉(zhuǎn)閥進入齒條上的液壓缸，推動活塞以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)闹Γ瑏韰f(xié)助駕駛員進行轉(zhuǎn)向操縱，從而獲得理想的轉(zhuǎn)向效果。因為助力特性曲線可以通過軟件來調(diào)節(jié)，所以該系統(tǒng)可以適合多種車型。在電子控制單元中，還有安全保護措施和故障診斷功能。當(dāng)電動機電流過大或者溫度過高時，系統(tǒng)將會閑置或者切斷電動機的電流，避免故障的發(fā)生；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障（如蓄電池電壓過低、轉(zhuǎn)角傳感器失效等）時，系統(tǒng)仍然可以依靠機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)向操縱，同時顯示并存儲其故障代碼。 圖 63 EHPS 系統(tǒng)的原理圖 圖 64 體積流量的通用特性場 揚州大學(xué) 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 38 頁 EHPS 系統(tǒng)有如下特點：一是節(jié)能，高速時最多能節(jié)約 85%的能源（相對于傳統(tǒng)的由發(fā)動機驅(qū)動泵的系統(tǒng)），實際行駛過程中能節(jié)約燃油 。二是結(jié)構(gòu)緊湊，主要部件（電動機、油泵和電子控制單元）均可以組合在一起，具有很好的模塊化設(shè)計，所以整體外形尺寸比傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要小，質(zhì)量要輕，這就為整車布置帶來了方便；三是 根據(jù)車型的不同和轉(zhuǎn)向工況的不同，提供不同的助力，有舒適的轉(zhuǎn)向路感。 EHPS 系統(tǒng)的設(shè)計計算 動力缸殼體采用 ZL105 鑄造而成，缸內(nèi)表面應(yīng)光潔，粗糙度為 Ra=— ,硬度為HB241285，活塞采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼 45；活塞與缸筒之間的間隙采用橡膠密封圈。 在動力缸的計算中需確定其缸徑 Dc、活塞行程 S、活塞桿直徑 d 以及缸筒壁厚 t。 (1)缸徑尺寸 Dc 的計算 由上面可知，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要求動力缸所提供的動力為 F = 163N 動力缸的缸徑尺寸 Dc可由作用在活塞上的 力的平衡計算，得： D = 2 4 dPF ?? (61) P— 供油壓力 MPa 取 P=13 MPa。d— 活塞桿直徑 。 F— 液壓缸理論推力 根據(jù)液壓設(shè)計手冊中推薦的活塞桿直徑系列 初選 d = 30mm D = 26 1 6 34 ???? = mm (62) 取 D = 50 mm 此時 d = D85 ， 符合 d = D8531 ?? 的范圍。 (2)活塞的設(shè)計計算 活塞的寬度一般為活塞外徑的 —— 倍 ，但本次設(shè)計采用一道密封環(huán)形在所選厚度滿足強度的條件下，可以放窄一點。初取 b = 7mm 設(shè)計草圖如下： 揚州大學(xué) 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 39 頁 圖 65 活塞的外徑配合一般采用 97fH 的配合公差帶，外徑和內(nèi)徑的同軸度公差不大于，端面與軸線的垂直度公差不大于 外徑公差之半，表面粗糙度視結(jié)構(gòu)不同而各異，材料用和活塞相同的材料 45。 (3)活塞行程的計算 圖 66 S= 2e1 +S1 + B (63) e1— 導(dǎo)向間隙 — S1 — 活塞桿行程 B — 活塞寬度 S1 的取值可根據(jù)同類汽車的活塞桿行程 取 S1=130mm。 (4)動力缸殼體壁厚 t 的設(shè)計計算 根據(jù)缸體在橫斷平面內(nèi)的拉伸強度條件和在軸向平面內(nèi)的拉伸強度條件，計算出缸的壁厚，取計算結(jié)果大的一個。 揚州大學(xué) 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 40 頁 ? ? nttDDp sCCr ?? ????????? ???? 12 22 (64) ? ? nttDDp sC Cz ?? ??????? ?? 224 (65) p— 缸內(nèi)壓力 取 Pmax=13Mpa。Dc— 動力缸直徑 50mm。t— 動力缸殼體厚度 n — 安全系數(shù) n=—— 取 n=。 s? — 殼體的屈服點 殼體采用 鑄造鋁合金 ZL105，抗拉強度為 500Mpa,屈服點為 160— 230Mpa ? ?2301502501322 ??????? ????? ttr? t ? (66) ? ? 5013 22 ??????? ?? ttz? t ? (67) 取 t = 10 mm。 (5)活塞桿的設(shè)計 活塞桿的直徑為 φ 30mm , 設(shè)轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角為 20186。則活塞桿的長度取為 600mm。 活塞桿在導(dǎo)向套中移動，一般采用 78hH 的配合，圓度和圓柱度公差不大于直徑公差的一半 ，為了提高活塞桿的耐磨性和防銹性，活塞桿的表面需進行鍍鉻處理 鍍層厚—— mm 并進行表面拋光。 (6)導(dǎo)向套的設(shè)計計算 圖 67 導(dǎo)向套 揚州大學(xué) 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 41 頁 420 DsH ?? (68) 其中 S— 活塞工作行程 S =130mm。D — 動力缸直徑 D=50mm mmH 1945020210 ??? (69) 取 H= 20mm mmdB 103303 ??? ，取 B =10mm 導(dǎo)向套外圓與端蓋孔的配合多為 98fH ，內(nèi)孔與活塞桿的配合多為 79hH ，外圓與內(nèi)孔的同軸度公差不大于 圓度和圓柱度公差不大于直徑公差的一半。 ．油泵與油罐容積的計算和選擇 (1)油泵排量與油管容積的計算 vhsc ndDQ ?? )1(4 ??? =)(4 22 ??? ?????=6419 min/mL = min/L (610) 式中 Q ――油泵的計算排量； sd —— 扭桿彈簧直徑； v? ――油泵的容積效率，計算時一般取了 v? ＝ 0． 75～ 0 ． 85,根據(jù)同類汽車設(shè)計參數(shù)取 v? =； ? ――漏泄系數(shù)， ? ＝ 0． 05―― 0． 10，根據(jù)同類汽車設(shè)計參數(shù)取 ? =； hn ――轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動的最大可能頻率，計算時對轎車取 hn =～ 1?s ；對貨車取hn =～ 1?s ，取 hn = 揚州大學(xué) 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 42 頁 （ 2） 油泵的選擇 動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用 的轉(zhuǎn)向油泵的類型很多，如齒輪泵、葉片泵、柱塞泵。也有少量車型采用滾子油泵。近年來國內(nèi)外汽車采用葉片泵的越來越多，當(dāng)然仍有部分車型采用齒輪泵。葉片式轉(zhuǎn)向油泵之所以使用越來越廣泛。主要有以下幾個方面原因： ①尺寸小，它比同樣排量的齒輪泵尺寸小 20％ — 30％，因此結(jié)構(gòu)緊湊，容易布置； ②工作壓力高．可以實現(xiàn) 1315Mpa，容積效