【正文】 輪嚙合相當(dāng)于它們的當(dāng)量直齒輪嚙合，利用赫茲公式，代入當(dāng)量直齒輪的有關(guān)參數(shù)后，得到斜齒圓柱齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核公式[5] ： (418) = 式中 Z ——彈性系數(shù) (419)主動(dòng)小齒輪選用材料40Cr合金鋼制造，根據(jù)材料選取， E，E都為合金鋼 ， MPa－－節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) （420）可根據(jù)螺旋角查得，Z = 。即Pca=KP=K （411）式中K——載荷系數(shù)。此外，在同時(shí)嚙合的齒對(duì)間，載荷的分配不是均勻的，即使在一對(duì)齒上，載荷也不可能沿接觸線均勻分布。沿齒面接觸線單位長(zhǎng)度上的平均載荷P（單位為N/mm）為P = （410）式中Fn ——作用在齒面接觸線上的法向載荷；L ——沿齒面的接觸線長(zhǎng)，單位mm。 小齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的接觸應(yīng)力時(shí)，推導(dǎo)計(jì)算公式的出發(fā)點(diǎn)和直齒圓柱齒輪相似，但要考慮其以下特點(diǎn)：嚙合的接觸線是傾斜的，有利于提高接觸強(qiáng)度；重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)。齒部彎曲安全系數(shù) S = / = （49）因此，齒條設(shè)計(jì)滿足彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。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 。/176。cm178。本次設(shè)計(jì)中采用的是混合式步進(jìn)電機(jī)，選取的具體型號(hào)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(hào)相數(shù)步距角（DEG）電壓（V）電流（A）靜轉(zhuǎn)矩（N在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。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。（五相電機(jī)）、（二、四相電機(jī)）、（三相電機(jī)）等。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(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。一個(gè)四相電機(jī)可以作四相運(yùn)行，也可以作二相運(yùn)行。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢(shì)，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動(dòng)小。m。所以，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(lái)衡量。（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。 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)盡量符合實(shí)際轎車的轉(zhuǎn)向響應(yīng)時(shí)間，駕駛員按照正常速度轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤，使轉(zhuǎn)向輪達(dá)到最大轉(zhuǎn)角90176。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(shí)用的。相數(shù)越多，步距角就能夠做的比較小，工作時(shí)的振動(dòng)就相對(duì)小一些。（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(xiàng)內(nèi)容，很多客戶幾乎沒有什么重視，大多是隨便購(gòu)買。如果需要直接啟動(dòng)達(dá)到高速運(yùn)轉(zhuǎn)，最好選擇反應(yīng)式或永磁電機(jī)。這是選購(gòu)電機(jī)比較重要的一項(xiàng)指標(biāo)。當(dāng)然，有些工況環(huán)境需要高速電機(jī)，就要對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的線圈電阻、電感等指標(biāo)進(jìn)行衡量。因?yàn)?，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)速成反比。就要選擇81130等規(guī)格的步進(jìn)電機(jī)。大致說(shuō)來(lái)，選擇23342(電機(jī)的機(jī)身直徑或方度，單位：mm)。步進(jìn)電動(dòng)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。步進(jìn)電機(jī)選型有以下幾個(gè)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”。還取決于細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分電流控制精度等其它因素。的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，如果細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)置為4，176。步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)（請(qǐng)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(dòng)，提高電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)精度只是細(xì)分技術(shù)的一個(gè)附帶功能。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。 保持轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它又分為兩相和五相：。 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(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，但噪聲和振動(dòng)都很大。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(yùn)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(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓）。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。3. 靜力矩的選擇步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)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。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。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(hào)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。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。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(wàn)向節(jié)連接，所以齒輪軸軸端設(shè)計(jì)花鍵。齒寬3222 齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)根據(jù)齒輪的尺寸，設(shè)計(jì)成齒輪軸形式。 齒輪齒條基本參數(shù)名稱符號(hào)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。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)。取齒寬系數(shù) （35）根據(jù)轉(zhuǎn)向器本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及中心距的要求，應(yīng)合理選取齒輪軸的變位系數(shù)。；所以 MR = 。mm）。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(shí)需要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)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。此外，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算齒輪的抗彎強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度 。齒條齒數(shù)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向輪達(dá)到最大偏轉(zhuǎn)角時(shí)，相應(yīng)的齒條移動(dòng)行程應(yīng)達(dá)到的值來(lái)確定。本設(shè)計(jì)軸距為L(zhǎng)=2350mm 圖33轉(zhuǎn)角圖可以得到外輪最大轉(zhuǎn)角 (32)于是得轉(zhuǎn)向輪內(nèi)輪轉(zhuǎn)角 轉(zhuǎn)向器參數(shù)選取與計(jì)算齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的齒輪多數(shù)采用斜齒輪。此輕型車的軸距為2350mm，并盡量取小值以保證良好的機(jī)動(dòng)性， 。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種布置形式現(xiàn)階段大多數(shù)轎車都采用第一種布置方式：轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形，本設(shè)計(jì)也采用轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形的布置方式。本設(shè)計(jì)采用圓形端面齒條。在齒條與托座之間通常裝有用減磨材料（如聚四氟乙烯）做的墊片，以減少滑動(dòng)摩擦。圓形斷面齒條的制作工藝比較簡(jiǎn)單。本設(shè)計(jì)采用斜齒輪式方案。采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，重合度增加，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊與工作噪聲均下降，而且齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角易于滿足總體設(shè)計(jì)的要求。 齒輪形式選擇采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器采用直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合，則運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)降低，沖擊大，工作噪聲增加。側(cè)面輸入，一端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，常用在平頭貨車上。但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省材料的同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)向精度較中間輸出形式高。拉桿與齒條用螺栓固定連接，因此，兩拉桿會(huì)與齒條同時(shí)向左或右移動(dòng)，為此在轉(zhuǎn)向器殼體上開有軸向的長(zhǎng)槽，從而降低了它的強(qiáng)度。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的基本設(shè)計(jì) 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)選擇 輸入輸出形式選擇根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點(diǎn)不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有四種形式[3]：中間輸入，兩端輸出（圖31a）；側(cè)面輸入，兩端輸出（圖31b）；側(cè)面輸入，中間輸出（圖31c）；側(cè)面輸入，一端輸出（圖31d）圖31 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種形式采用側(cè)面輸入，中間輸出方案時(shí)，與齒條相連的左、右拉桿延伸到接近汽車縱向?qū)ΨQ平面附近。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器安裝助力機(jī)構(gòu)方便且轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合于轎車。對(duì)轉(zhuǎn)向其結(jié)構(gòu)形式的選擇，主要是根據(jù)汽車的類型、前軸負(fù)荷、使用條件等來(lái)決定，并要考慮其效率特性、角傳動(dòng)比變化特性等對(duì)使用條件的適應(yīng)性以及轉(zhuǎn)向器的其他性能、壽命、制造工藝等。指銷式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)副以轉(zhuǎn)向蝸桿為主動(dòng)件，裝在搖臂軸曲柄端的指銷為從動(dòng)件。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率很高（最高可達(dá)90%～95%）[4]，操作輕便，使用壽命長(zhǎng)。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的第一級(jí)傳動(dòng)副是螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)副。其自動(dòng)回正能力強(qiáng)。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的齒輪齒條直接嚙合，可安裝助力機(jī)構(gòu)。按照轉(zhuǎn)向能源不同，可以將汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩大類。兩軸汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)，若不考慮輪胎的側(cè)向偏離，則為了滿足上述對(duì)轉(zhuǎn)向系的第(2)條要求，其內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪理想的轉(zhuǎn)角關(guān)系如圖33所示，由下式?jīng)Q定： （21） 式中 ——外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角； ——內(nèi)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角； ——兩轉(zhuǎn)向主銷中心線與地面交點(diǎn)間的距離； ——軸距 本章小結(jié) 本章通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各部分進(jìn)行介紹，講述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參考依據(jù)和實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，對(duì)所設(shè)計(jì)內(nèi)容做出簡(jiǎn)單概括。 轉(zhuǎn)角及最小轉(zhuǎn)彎半徑[5]汽車的機(jī)動(dòng)性，常用最小轉(zhuǎn)彎半徑來(lái)衡量，但汽車的高機(jī)動(dòng)性則應(yīng)由兩個(gè)條件保證。為了緩和來(lái)自路面的沖擊、衰減轉(zhuǎn)向輪的擺振和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的震動(dòng)，有的還裝有轉(zhuǎn)向減振器。采用液力式動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)，由于液體的阻尼作用，吸收了路面上的沖擊載荷，故可采用可逆程度大、正效率又高的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)。機(jī)械轉(zhuǎn)向器與動(dòng)力系統(tǒng)相結(jié)合，構(gòu)成動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用于把轉(zhuǎn)向器輸出的力和運(yùn)動(dòng)傳給轉(zhuǎn)向節(jié)并使轉(zhuǎn)向輪按一定關(guān)系進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。采用柔性萬(wàn)向節(jié)可減少傳至轉(zhuǎn)向軸上的振動(dòng)，但柔性萬(wàn)向節(jié)如果過(guò)軟，則會(huì)影響轉(zhuǎn)向系的剛度。 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱、馬盤及傳感器。使得在回正力矩控制方面可以從信號(hào)中提出最能夠反映汽車實(shí)際行駛狀態(tài)和路面狀況的信息，作為轉(zhuǎn)向盤回正力矩的控制變量，使轉(zhuǎn)向盤僅僅向駕駛員提供有用信息，從而為駕駛員提供更為真實(shí)的“路感”。（4） 改善駕駛員的“路感”。（3） 提高了汽車的操縱性。 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(diǎn)（1） 取消了方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的機(jī)械連接，通過(guò)軟件協(xié)調(diào)它們之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，因而消除了機(jī)械約束和轉(zhuǎn)向干涉問(wèn)題，可以根據(jù)車速和駕駛員喜好由程序根據(jù)汽車的行駛工況實(shí)時(shí)設(shè)置傳動(dòng)比。主控制器控制轉(zhuǎn)向盤模塊和轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊的協(xié)調(diào)工作。轉(zhuǎn)向盤模塊包括路感電機(jī)和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器等，轉(zhuǎn)向盤模塊向駕駛員提供合適的轉(zhuǎn)向感覺（ 也稱為路感） 并為前輪轉(zhuǎn)角提供參考信號(hào)。它是繼EPS 后發(fā)展起來(lái)的新一代轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，具有比EPS 操縱穩(wěn)定性更好的特點(diǎn)，它取消轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接，完全由電能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，徹底擺脫傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所固有的限制，提高了汽車的安全性和駕駛的方便性。 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SBW）在車輛高速化、駕駛?cè)藛T大眾化、車流密集化的今天，針對(duì)更多不同水平的駕駛?cè)巳?，汽車的易操縱性設(shè)計(jì)顯得尤為重要。(4)安全可靠。傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向由于不能很好地對(duì)助力進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)與控制，所以協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向力與路感的能力較差，特別是汽車高速行駛時(shí)，仍然會(huì)提供較大助力，使駕駛員缺乏路感，甚至感覺汽車發(fā)飄，從而影響操縱穩(wěn)定性。(3)提高了操縱穩(wěn)定性。通過(guò)靈活的軟件編程，容易得到電機(jī)在不同車速及不同車況下的轉(zhuǎn)矩特性，這些轉(zhuǎn)矩特性使得該系統(tǒng)能顯著地提高轉(zhuǎn)向能力，提供了與車輛動(dòng)態(tài)性能相匹配的轉(zhuǎn)向回正特性。 當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤一角度然后松開時(shí)，EPS 系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)整使車輪回到正中。該系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了“按需供能”，是真正的“按需供能型”（ondemand）系統(tǒng)，在各種行駛條件下可節(jié)能80%左右。而且，EPS系統(tǒng)能量的消耗與轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向及當(dāng)前的車速有關(guān)。液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓油泵，使液壓油不停地流動(dòng)，再加上存在管流損失等因素，浪費(fèi)了部分能量。 與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，沒有系統(tǒng)要求的常運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向油泵，且電動(dòng)機(jī)只是在需要轉(zhuǎn)向時(shí)才接通電源，所以動(dòng)力消耗和燃油消耗均可降到最低。這樣，助力扭矩就傳到了轉(zhuǎn)向柱并最終完成了助力轉(zhuǎn)向。扭矩和方向盤位置信息經(jīng)過(guò)控制單元處理，連同傳入控制單元的車速信號(hào)，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序產(chǎn)生助力指令。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作過(guò)程其工作過(guò)程為：扭矩傳感器檢測(cè)駕駛員打方向盤的扭矩，然后根據(jù)這個(gè)扭矩給控制單元一個(gè)信號(hào)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在本田飛度、思域以及豐田新皇冠、奔馳新Aclass等車型上紛紛被采用。1990 年日本Honda 公司也在運(yùn)動(dòng)型轎車NSX 上采用了自主研發(fā)的齒條助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，從此揭開了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向在汽車上應(yīng)用的歷史。電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的過(guò)渡。高壓油經(jīng)轉(zhuǎn)向控制閥進(jìn)入齒條上的動(dòng)力缸，推動(dòng)活塞以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)闹?，協(xié)助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作，從而獲得理想的轉(zhuǎn)向效果。簡(jiǎn)單地說(shuō)，在低速大轉(zhuǎn)向時(shí)，電子控制單