【正文】 輪嚙合相當于它們的當量直齒輪嚙合，利用赫茲公式，代入當量直齒輪的有關(guān)參數(shù)后，得到斜齒圓柱齒輪的齒面接觸疲勞強度校核公式[5] ： (418) = 式中 Z ——彈性系數(shù) (419)主動小齒輪選用材料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，在同時嚙合的齒對間，載荷的分配不是均勻的，即使在一對齒上，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，單位mm。 小齒輪的強度計算 齒面接觸疲勞強度計算計算斜齒圓柱齒輪傳動的接觸應(yīng)力時，推導(dǎo)計算公式的出發(fā)點和直齒圓柱齒輪相似，但要考慮其以下特點：嚙合的接觸線是傾斜的，有利于提高接觸強度；重合度大，傳動平穩(wěn)。齒部彎曲安全系數(shù) S = / = （49）因此，齒條設(shè)計滿足彎曲疲勞強度設(shè)計要求。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)計中采用的是混合式步進電機，選取的具體型號是110BYG3500，一些參數(shù)可以從下表查得：表31 步進電機參數(shù)型號相數(shù)步距角（DEG）電壓（V）電流（A）靜轉(zhuǎn)矩（N在有負載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。直接起動時（一般由低速）時二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。（五相電機）、（二、四相電機）、（三相電機）等。電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應(yīng)走多少角度（包括減速）。一個四相電機可以作四相運行，也可以作二相運行。因永磁體的存在，該電機具有較強的反電勢，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。m。所以，步進電機一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用，其功率是變化的，一般只用力矩來衡量。（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，選擇三相步進電機是比較實用的。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。（4）步進電機的相數(shù)選擇 步進電機的相數(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。如果需要直接啟動達到高速運轉(zhuǎn)，最好選擇反應(yīng)式或永磁電機。這是選購電機比較重要的一項指標。當然，有些工況環(huán)境需要高速電機，就要對步進電動機的線圈電阻、電感等指標進行衡量。因為，電機的輸出轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)速成反比。就要選擇81130等規(guī)格的步進電機。大致說來，選擇23342(電機的機身直徑或方度，單位：mm)。步進電動機的物理結(jié)構(gòu)，完全不同于交流、直流電機，電機的輸出功率是可變的。步進電機選型有以下幾個步驟：（1）步進電機轉(zhuǎn)矩的選擇 步進電機的保持轉(zhuǎn)矩，近似于傳統(tǒng)電機所稱的“功率”。還取決于細分驅(qū)動器的細分電流控制精度等其它因素。的兩相混合式步進電機，如果細分驅(qū)動器的細分數(shù)設(shè)置為4，176。步進電機的細分技術(shù)實質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)（請參考有關(guān)文獻），其主要目的是減弱或消除步進電機的低頻振動，提高電機的運轉(zhuǎn)精度只是細分技術(shù)的一個附帶功能。由于步進電機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電機最重要的參數(shù)之一。 保持轉(zhuǎn)矩是指步進電機通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它又分為兩相和五相：。 步進電機分三種：永磁式（PM），反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）永磁式步進一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，；反應(yīng)式步進一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，但噪聲和振動都很大。3. 電流的選擇靜力矩一樣的電機，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，判斷電機的電流（參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓）。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。3. 靜力矩的選擇步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。電機的步距角應(yīng)等于或小于此角度?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。密封件： 旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈 FB 16 30 GB 13871—1992 步進電機的選取進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。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)向軸之間用萬向節(jié)連接，所以齒輪軸軸端設(shè)計花鍵。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。 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。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。此外，設(shè)計時應(yīng)驗算齒輪的抗彎強度和接觸強度 。齒條齒數(shù)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向輪達到最大偏轉(zhuǎn)角時，相應(yīng)的齒條移動行程應(yīng)達到的值來確定。本設(shè)計軸距為L=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動性， 。 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，以減少滑動摩擦。圓形斷面齒條的制作工藝比較簡單。本設(shè)計采用斜齒輪式方案。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)簡單，節(jié)省材料的同時對轉(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，兩拉桿會與齒條同時向左或右移動，為此在轉(zhuǎn)向器殼體上開有軸向的長槽，從而降低了它的強度。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的基本設(shè)計 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，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)向器安裝助力機構(gòu)方便且轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡單，適合于轎車。對轉(zhuǎn)向其結(jié)構(gòu)形式的選擇，主要是根據(jù)汽車的類型、前軸負荷、使用條件等來決定，并要考慮其效率特性、角傳動比變化特性等對使用條件的適應(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)向器的傳動副以轉(zhuǎn)向蝸桿為主動件，裝在搖臂軸曲柄端的指銷為從動件。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率很高（最高可達90%～95%）[4]，操作輕便，使用壽命長。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的第一級傳動副是螺桿螺母傳動副。其自動回正能力強。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的齒輪齒條直接嚙合，可安裝助力機構(gòu)。按照轉(zhuǎn)向能源不同，可以將汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩大類。兩軸汽車在轉(zhuǎn)向時，若不考慮輪胎的側(cè)向偏離，則為了滿足上述對轉(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間的距離； ——軸距 本章小結(jié) 本章通過對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各部分進行介紹，講述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計的參考依據(jù)和實現(xiàn)目標，對所設(shè)計內(nèi)容做出簡單概括。 轉(zhuǎn)角及最小轉(zhuǎn)彎半徑[5]汽車的機動性，常用最小轉(zhuǎn)彎半徑來衡量，但汽車的高機動性則應(yīng)由兩個條件保證。為了緩和來自路面的沖擊、衰減轉(zhuǎn)向輪的擺振和轉(zhuǎn)向機構(gòu)的震動，有的還裝有轉(zhuǎn)向減振器。采用液力式動力轉(zhuǎn)向時，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)。機械轉(zhuǎn)向器與動力系統(tǒng)相結(jié)合，構(gòu)成動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)用于把轉(zhuǎn)向器輸出的力和運動傳給轉(zhuǎn)向節(jié)并使轉(zhuǎn)向輪按一定關(guān)系進行偏轉(zhuǎn)。采用柔性萬向節(jié)可減少傳至轉(zhuǎn)向軸上的振動，但柔性萬向節(jié)如果過軟，則會影響轉(zhuǎn)向系的剛度。 轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)轉(zhuǎn)向操縱機構(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中提出最能夠反映汽車實際行駛狀態(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（1） 取消了方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的機械連接，通過軟件協(xié)調(diào)它們之間的運動關(guān)系，因而消除了機械約束和轉(zhuǎn)向干涉問題，可以根據(jù)車速和駕駛員喜好由程序根據(jù)汽車的行駛工況實時設(shè)置傳動比。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。它是繼EPS 后發(fā)展起來的新一代轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，具有比EPS 操縱穩(wěn)定性更好的特點，它取消轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機械連接，完全由電能實現(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，針對更多不同水平的駕駛?cè)巳?，汽車的易操縱性設(shè)計顯得尤為重要。(4)安全可靠。傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向由于不能很好地對助力進行實時調(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，仍然會提供較大助力，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。通過靈活的軟件編程，容易得到電機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，提供了與車輛動態(tài)性能相匹配的轉(zhuǎn)向回正特性。 當駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤一角度然后松開時，EPS 系統(tǒng)能夠自動調(diào)整使車輪回到正中。該系統(tǒng)真正實現(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)向及當前的車速有關(guān)。液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要發(fā)動機帶動液壓油泵，使液壓油不停地流動，再加上存在管流損失等因素，浪費了部分能量。 與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，沒有系統(tǒng)要求的常運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向油泵，且電動機只是在需要轉(zhuǎn)向時才接通電源，所以動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)過控制單元處理，連同傳入控制單元的車速信號，根據(jù)預(yù)先設(shè)計好的程序產(chǎn)生助力指令。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作過程其工作過程為：扭矩傳感器檢測駕駛員打方向盤的扭矩，然后根據(jù)這個扭矩給控制單元一個信號。電動助力轉(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 公司也在運動型轎車NSX 上采用了自主研發(fā)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。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)向電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的過渡。高壓油經(jīng)轉(zhuǎn)向控制閥進入齒條上的動力缸，推動活塞以產(chǎn)生適當?shù)闹?，協(xié)助駕駛員進行轉(zhuǎn)向操作，從而獲得理想的轉(zhuǎn)向效果。簡單地說，在低速大轉(zhuǎn)向時，電子控制單