【正文】 56HRC ② 確定許用應(yīng)力 ； (a)確定和 ； ； (b)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N，確定壽命系數(shù)、。 齒條的齒數(shù)計(jì)算Z2 （312） 式中：—齒條行程，160mm；—齒條模數(shù)，；—齒條壓力角，=200。式中：—齒條傾角（0）。齒輪在垂直于齒條中心線(xiàn)MM的方向上移動(dòng)了BC距離：；在齒條實(shí)際工作中是運(yùn)動(dòng)的，齒輪只是繞軸承中心線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，并不移動(dòng)。假設(shè)齒輪有足夠的嚙合長(zhǎng)度，且齒輪在齒條上滾動(dòng)而齒條不動(dòng)的嚙合情況，當(dāng)齒輪嚙合一周時(shí)，齒輪中心線(xiàn)由OO位置移動(dòng)到O’O’位置，如圖33示。齒條導(dǎo)向座的調(diào)節(jié)使齒輪、齒條之間有一定的預(yù)緊力，此預(yù)緊力會(huì)影響轉(zhuǎn)向沖擊、噪聲和反饋。齒條導(dǎo)向座和殼體螺紋連接的調(diào)整螺塞之間連有一個(gè)彈簧。側(cè)面螺母將橫拉桿外端與橫拉桿鎖緊。轉(zhuǎn)向橫拉桿端部與外端用螺紋連接。當(dāng)這些球頭銷(xiāo)依制造廠(chǎng)的規(guī)范擰緊時(shí)，在球頭銷(xiāo)上就作用了一個(gè)預(yù)載荷。表34 齒條的尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)尺寸參數(shù)()1總長(zhǎng)7352直徑303齒數(shù)214法向模數(shù)（4）轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部 轉(zhuǎn)向橫拉桿與梯形轉(zhuǎn)向桿系的相似。相互嚙合的齒輪的齒距和齒條的齒距必須相等。導(dǎo)向座將齒條支持在轉(zhuǎn)向器殼體上。齒條代替梯形轉(zhuǎn)向桿系的搖桿和轉(zhuǎn)向搖臂，并保證轉(zhuǎn)向橫拉桿在適當(dāng)?shù)母叨纫允顾麄兣c懸架的下擺臂平行。6螺旋方向左旋 （3）齒條 齒條是在金屬殼體內(nèi)來(lái)回滑動(dòng)的，加工有齒形的金屬條。 取齒輪模數(shù)mn1=，齒輪齒數(shù)z1=6，齒輪壓力角α1=200，齒輪螺旋角取為150、左旋，齒輪軸總長(zhǎng)L=160mm，故斜齒圓柱齒輪直徑根據(jù)公式 d1=mn1z1/cosβ= （39） 取齒寬系數(shù)， 則齒條寬度 （310） 圓整取 ，則取齒輪齒寬。齒輪的模數(shù)取值范圍在23mm之間。相對(duì)直齒而言，斜齒的運(yùn)轉(zhuǎn)趨于平穩(wěn)，并能傳遞更大的動(dòng)力。齒輪軸由安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上的球軸承支承。齒輪軸上端與轉(zhuǎn)向柱內(nèi)的轉(zhuǎn)向軸相互連接。它安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上并使其齒與齒條上的齒相嚙合。mm；[τ]—材料許用切應(yīng)力，140MPa。 （7）轉(zhuǎn)向橫拉桿直徑的計(jì)算： mm （37） 取 式中：—原地轉(zhuǎn)向阻力矩，；—前輪距1490mm；[σ]—材料許用應(yīng)力216MPa。 ，取。 （4）轉(zhuǎn)向盤(pán)扭力矩Tz （36） 式中：—轉(zhuǎn)向盤(pán)上的手力，；—轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑，設(shè)計(jì)為350mm。 對(duì)于給定的汽車(chē)，用式（35）計(jì)算出來(lái)的作用力是最大值。 （3）作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的手力 作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的手力為 N （35） 式中：—轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)；—轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)；—轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑，設(shè)計(jì)為350mm；—轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比；—轉(zhuǎn)向器正效率，90%。 設(shè)計(jì)取方向盤(pán)總?cè)?shù)為3，則 （34） 式中：—轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角（速度），3360176。 （33） 。精確地計(jì)算這些力是困難的，為此推薦用足夠精確的半經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算汽車(chē)在瀝青或者混泥土路面上的原轉(zhuǎn)向阻力矩(Nmm)，即 （31） 式中，f為輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)，；G1為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷（N)； P為輪胎氣壓（MPa)。影響這些力的主要因素有轉(zhuǎn)向軸的負(fù)荷，路面阻力和輪胎氣壓等。3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì) 整車(chē)性能參數(shù) 本次設(shè)計(jì)以某微型轎車(chē)為模型，采用前置前驅(qū)的驅(qū)動(dòng)方式，其基本參數(shù)如表31所示： 表31 某微型車(chē)基本參數(shù)名稱(chēng)數(shù)值單位軸距L2500mm前輪距L11490mm后輪距L21475mm最小轉(zhuǎn)彎半徑Rmin4940mm車(chē)長(zhǎng)3900mm車(chē)寬1695mm車(chē)高1525mm整車(chē)整備質(zhì)量1095kg前輪負(fù)荷率60%載客數(shù)5人輪胎規(guī)格前輪175/65 R15 后輪175/65 R15 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)和計(jì)算 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器計(jì)算載荷的確定 （1）為了保證行駛安全，組成轉(zhuǎn)向系的各零件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。在小型車(chē)輛上，電機(jī)是通過(guò)齒輪箱與轉(zhuǎn)向柱連接，而在中型汽車(chē)上，電機(jī)則是通過(guò)法蘭交叉或縱向安裝在齒條上，并通過(guò)齒輪箱操作。圖27 EPS系統(tǒng)工作流程圖電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要部件有：轉(zhuǎn)矩傳感器、車(chē)速傳感器、電流傳感器、電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)構(gòu)、電子控制單元（ECU)。 （6）具有在版故障診斷功能 （7）EPS系統(tǒng)應(yīng)具有碰撞能量吸收功能對(duì)于EPS系統(tǒng)，當(dāng)汽車(chē)發(fā)生正面沖撞時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)的壓迫是導(dǎo)致駕駛員受傷的一個(gè)主要原因，因此要求EPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)必須設(shè)置各種緩沖式的安全裝置。從最低車(chē)速到最高車(chē)速，可得到一族回正特性曲線(xiàn)，而傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是無(wú)法做到這一點(diǎn)的。高速行駛時(shí)，輪胎的側(cè)向力較大，為防止回正超調(diào)，則利用電機(jī)的轉(zhuǎn)矩對(duì)系統(tǒng)的阻尼作用，使回正處于受控狀態(tài)。如果輪胎的回正力矩比總的摩擦損失力矩小，轉(zhuǎn)向盤(pán)將不可能恢復(fù)到中間位置，汽車(chē)將偏離預(yù)期的行駛路線(xiàn)，直到駕駛員通過(guò)轉(zhuǎn)向盤(pán)用力使它返回到中間位置。（4）具有良好的回正特性 駕駛員轉(zhuǎn)向時(shí)，回正力矩是使轉(zhuǎn)向車(chē)輪自動(dòng)返回到直線(xiàn)行駛位置的主要恢復(fù)力矩之一。所謂跟隨性問(wèn)題是指當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)有轉(zhuǎn)向輸入時(shí)，系統(tǒng)中的各個(gè)元件（如電機(jī)等）及其他相關(guān)元件（如車(chē)輪等）均具有快速、協(xié)調(diào)和準(zhǔn)確的響應(yīng)性或跟隨性。EPS可以根據(jù)車(chē)速不同工況，制定不同的控制策略，自動(dòng)地削弱或吸收擺振、維持轉(zhuǎn)向盤(pán)具有良好的穩(wěn)定感的能力，較好地解決上述矛盾。所以協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向力和路感的關(guān)系困難，特別是汽車(chē)高速行駛時(shí)，仍然會(huì)提供較大助力，使駕駛員缺乏路感，甚至感覺(jué)汽車(chē)發(fā)飆，影響操縱穩(wěn)定性，危機(jī)汽車(chē)高速行駛時(shí)的安全。一般轉(zhuǎn)向力與路感是相互制約的，轉(zhuǎn)向力小意味著轉(zhuǎn)向輕便，能減小駕駛員的體力消耗；但轉(zhuǎn)向力過(guò)小，就缺乏路感。所謂穩(wěn)定性主要是指汽車(chē)在行駛過(guò)程中，當(dāng)突然受到外界橫向力作用而發(fā)生自動(dòng)轉(zhuǎn)向等不穩(wěn)定現(xiàn)象時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)該具有使車(chē)輛在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)迅速地回復(fù)正常行駛狀態(tài)的能力。因此，EPS系統(tǒng)的助力特性曲線(xiàn)是一族隨車(chē)速變化的曲線(xiàn)，如圖26。在高車(chē)速和低側(cè)向加速度范圍內(nèi)，汽車(chē)應(yīng)具有良好的橫擺角速度頻率響應(yīng)特性，直線(xiàn)行駛能力和回正性能。EPS的基本目標(biāo)是提高汽車(chē)停車(chē)泊位和低速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性，高速行駛時(shí)的操縱穩(wěn)定性[6]?？紤]到本次設(shè)計(jì)中采用獨(dú)立懸架，故設(shè)計(jì)中采用斷開(kāi)式轉(zhuǎn)向梯形。 圖25 齒輪齒條位置布置 轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)方案分析轉(zhuǎn)向梯形有整體式和斷開(kāi)式兩種。 本次設(shè)計(jì)是發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)，故采用如圖24所示的布置形式。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪處于與汽車(chē)直線(xiàn)行駛相應(yīng)的中立位置時(shí)，梯形臂與橫拉桿在與道路平行的平面(水平面)內(nèi)的交角＞90176。針對(duì)本次設(shè)計(jì)，應(yīng)該選用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要用于貨車(chē)和客車(chē)上。 圖23 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是：傳動(dòng)效率可達(dá)到75%~85%；轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比可以變化；工作平穩(wěn)可靠；齒條和齒扇之間的間隙調(diào)整容易；適合用來(lái)做整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。圓形斷面制造簡(jiǎn)單；V形和Y形節(jié)約材料，質(zhì)量小而且位于齒條下面的兩斜面與齒條托坐接觸，可以用來(lái)防止齒條繞軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖21 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的形式 根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對(duì)前軸位置的不同，在汽車(chē)上有四種布置形式：轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形，見(jiàn)圖22。因此，汽車(chē)在不平路面上行駛時(shí)，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間的沖擊力，大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤(pán)。 （1）齒輪齒條式 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、體積小、質(zhì)量輕；傳動(dòng)效率高達(dá)90%；可自動(dòng)消除齒間間隙；沒(méi)有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角可以增大；制造成本低。 （7）轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。 （5）轉(zhuǎn)向輪碰到障礙物以后，傳給轉(zhuǎn)向盤(pán)的反沖力要盡可能小。 （3）汽車(chē)在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪都不得產(chǎn)生自振。 轉(zhuǎn)向系應(yīng)滿(mǎn)足如下基本要求[4]： （1）汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，全部車(chē)輪應(yīng)繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，任何車(chē)輪不應(yīng)有側(cè)滑。 機(jī)械部分系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。轉(zhuǎn)向軸式對(duì)空間緊湊的經(jīng)濟(jì)型轎車(chē)很適合。2 EPS方案設(shè)計(jì) 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)選型 緒論中已經(jīng)提到轉(zhuǎn)向軸式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)雖然提供的助力沒(méi)有其它兩種方式提供的助力大，但在安裝方面要方便的多。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖14。 （3）由于不需要加注液壓油和安裝液壓油管，所以系統(tǒng)的安裝簡(jiǎn)便，自由度大，而且成本低，無(wú)漏油故障的發(fā)生，它比常規(guī)的液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)具有更好的通用性。而EPS系統(tǒng)只在轉(zhuǎn)向時(shí)電動(dòng)機(jī)才提供助力，因而能減少能量消耗，并能在各種行駛工況下提供最佳的轉(zhuǎn)向助力。同時(shí)，同C—EPS和PEPS相比，可以提供更大的助力值，所以一般用于大型車(chē)輛上。圖12 PEPS 轉(zhuǎn)向齒條助力式 齒條助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器(REPS)的助力電機(jī)和減速增扭機(jī)構(gòu)則直接驅(qū)動(dòng)齒條提供助力(圖13)。由于助力電機(jī)不是安裝在乘客艙內(nèi)，因此可以使用較大的電機(jī)以獲得較高的助力扭矩，而不必?fù)?dān)心電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量太大產(chǎn)生的噪聲。但由于助力電機(jī)安裝在駕駛艙內(nèi)，受到空間布置和噪聲的影響，電機(jī)的體積較小，輸出扭矩不大，一般只用在小型及緊湊型車(chē)輛上。現(xiàn)在多數(shù)EPS就是采用這種形式。 轉(zhuǎn)向軸助力式 轉(zhuǎn)向軸助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器(CEPS)的助力電機(jī)固定在轉(zhuǎn)向柱的一側(cè)，通過(guò)減速增扭機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向軸相連，直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向軸助力轉(zhuǎn)向(圖11)。目前21個(gè)國(guó)內(nèi)汽車(chē)廠(chǎng)家的43種品種均可裝配EPS產(chǎn)品，其中六個(gè)廠(chǎng)家8個(gè)車(chē)型具有裝配EPS的潛力，其中有重慶長(zhǎng)安的奧拓、羚羊，吉利的美日、豪情，奇瑞的，天津豐田的威馳，悅達(dá)起亞的千里馬，東南汽車(chē)的菱帥，廣州本田的飛度等。國(guó)內(nèi)的清華大學(xué)早在1992年就開(kāi)始了EPS研究。在國(guó)外，EPS已經(jīng)進(jìn)入了批量生產(chǎn)階段。此后，其應(yīng)用范圍從微型轎車(chē)向大型轎車(chē)和客車(chē)方向發(fā)展。 EPS系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外發(fā)展研究現(xiàn)狀 在國(guó)外，從1979年開(kāi)始研究電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，至今已