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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
附錄 A
The active steering system from BMW
Active steering system of control components and engine electronic parts, dynamic stability control system (DSC) and two yaw rate sensors connected mutually. On the basis of the system provided information, it with an average of 100 times per second operation speed, provide the most real-time, the most ideal steering Angle. By measuring system, can control the Angle to the driver's intentions. Dynamic stability control system based on the number of turns can calculate the speed, and yaw rate sensor can be monitor the vertical axis of the vehicle stability. For new 5 is running on a line on whether an ideal or on the road of the trend, active steering system always can sensing. When there is a special case of an emergency, such as dodge, all cars will naturally occur oversteer phenomenon. Active steering system at the beginning, and can detect in milliseconds acoordingly adjusted to Angle within. That is, the system can ride in the imperceptible in automatically reversal steering system to balance the body, so as to increase the the security of driving. And if active steering system itself wasn't enough to maintain the stable advanced vehicle route, dynamic stability control system timely intervention, reduce engine will power to impose individual wheel brake or. One thousand control software failure, how to do? BMW engineers had expected to this. In pure line control steering system, electronic control signal to the steering wheel and wheels, between the mechanical structure and not directly connected. Equipped with active steering system of new 5 department is different, even if its system problem, can still be a turn, only the action to Angle can't increase or decrease. For software obstacles and cause serious mistakes is never allowed to happen, Philip kohn doctor explained: "all the information in computer in two respectively in a different way to carry on the analysis,only active steering system
The results of the two sets of same instructions to be accepted, and if the results of conflict, the system will will be closed. "Mechanical and electronic device that clever apply bring out the best in each other, BMW to becoming the first corner flexibility and fusion in a car until stability.
When the driver removes steering wheel turned an Angle, it turned to the wheel will will deflect a fixed Angle. Drivers in turning process, need to change, according to gently road speed change and other factors, and constantly through the rotating steering wheel to adjust the Angle of steering wheel, maintain the drivers of the track to wish to turn to. The traditional steering system has its own advantages, such as reliable, low failure rate to, there exist some disadvantages, that is steering transmission ratio if is larger, vehicles in low speed to more light, but in high speed to appears too sensitive, steering stability becomes poor. If, on the other hand, turned to the transmission ratio, high speed in smaller vehicles to will appear sedate, but in low speed state, will be hard to. The characteristics of the largest active steering system, be according to the driving conditions, automatic regulation vehicles, and transmission ratio to increase or decrease the front wheel steering Angle. In the low speed, the role of the motor with drivers steering wheel rotation of the direction, steering transmission ratio increases, can reduce the demand for drivers to force. In high speed of operation, motor direction and the drivers in opposite directions, steering wheel rotation this reduced the front wheel steering Angle, to reduce the transmission ratio, steering stability improved. In addition to the more comfortable, more flexible, active steering system outside and the important thing is that the more security, which mainly embodies in the vehicle in the high-speed turned suddenly. For example in the highway a high speed suddenly to go beyond looped a car and then returned to the driveway, or in a high speed suddenly found the obstacles to a sharp turn, it is easy to appear understeer or to excessive, vehicles will deviate from the direction of his book, may lose control. In this case, usually the DSC larger superkings cars BMW system through the intervention process control vehicle braking stability, will greatly reduce traffic speed, increased energy consumption. And active steering system to start from a judge will turn to appeared after the case, through the electronic control mechanical regulation of device automatic correction to reduce the yaw Angle, intervention occurred. And DSC system in other cars don't have to like driving, ensure intervention of driving stability. However, when active steering system can not complete the control of vehicle, DSC system will participate in to work. Therefore, active steering system need and DSC system to cooperate to use.
附錄 B
來(lái)自寶馬的主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制組件與引擎的電子零件、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)(DSC)和兩只偏航率傳感器相聯(lián)相通。依據(jù)這些系統(tǒng)提供的信息，它以平均每秒100次的運(yùn)算速度，提供最實(shí)時(shí)、最理想的轉(zhuǎn)向角度。系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)向角度，可以掌握駕駛者的意圖。動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)依據(jù)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)可以計(jì)算出車速，而偏航率傳感器則可隨時(shí)監(jiān)控車輛垂直軸的穩(wěn)定性。對(duì)于新5系是否行駛在理想線路上或是有偏離路線的趨勢(shì)，主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)始終都能明察秋毫。
當(dāng)發(fā)生特別緊急的情況時(shí)，例如閃避，所有的汽車都會(huì)自然地發(fā)生轉(zhuǎn)向過(guò)度的現(xiàn)象。主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在一開始就能察覺(jué)，并于毫秒之內(nèi)相應(yīng)地調(diào)整轉(zhuǎn)向角度。也就是說(shuō)，系統(tǒng)能在駕乘者不知不覺(jué)中自動(dòng)地反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來(lái)平衡車身，從而提高了行車安全性。而如果主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自身不足以讓車輛維持穩(wěn)定的先進(jìn)路線時(shí)，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)將及時(shí)介入，降低引擎馬力或?qū)€(gè)別車輪施以剎車。
萬(wàn)一控制軟件失效了，怎么辦？寶馬工程師早已料想到這點(diǎn)。在純粹的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向由電子信號(hào)控制，方向盤與車輪之間并沒(méi)有直接的機(jī)械結(jié)構(gòu)相聯(lián)。配備主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的新5系則與其不同，即使系統(tǒng)發(fā)生故障，仍然能進(jìn)行轉(zhuǎn)向動(dòng)作，只不過(guò)其轉(zhuǎn)向角度無(wú)法增加或減少。因軟件障礙而造成嚴(yán)重的轉(zhuǎn)向失誤也是絕對(duì)不允許發(fā)生的，菲利普·孔恩博士解釋道："所有的信息分別在兩臺(tái)計(jì)算機(jī)中以不同方式進(jìn)行分析，只有兩臺(tái)的結(jié)果相同時(shí)指令才被接受，如果結(jié)果出現(xiàn)矛盾，系統(tǒng)就會(huì)自行關(guān)閉。"
機(jī)械與電子裝置的巧妙運(yùn)用相得益彰，使得寶馬成為第一家融合彎道靈活性與直道穩(wěn)定性于一車的公司。
當(dāng)駕駛者將轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，那轉(zhuǎn)向輪必然就會(huì)偏轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度。駕駛者在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中，需要根據(jù)路面彎度變化、車速變化等因素，不斷通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤來(lái)調(diào)整轉(zhuǎn)向輪的角度，維持駕駛者希望達(dá)到的轉(zhuǎn)向軌跡。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有它自身的優(yōu)點(diǎn)，如轉(zhuǎn)向可靠、故障率低等，同時(shí)也存在一定的弊病，那就是轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比如果較大，則車輛在低速下轉(zhuǎn)向比較輕便，但在高速狀態(tài)下轉(zhuǎn)向則顯得過(guò)于靈敏，轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性變差。相反，如果轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比較小，車輛在高速時(shí)轉(zhuǎn)向會(huì)顯得穩(wěn)重，但在低速狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向會(huì)比較吃力。 主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最大的特點(diǎn)，就是依據(jù)駕駛條件，自動(dòng)調(diào)節(jié)車輛轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比，從而增加或減小前輪的轉(zhuǎn)向角度。在低速時(shí)，電動(dòng)機(jī)的作用與駕駛者轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的方向一致，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比增大，可以減少駕駛者對(duì)轉(zhuǎn)向力的需求。在高速時(shí)，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向與駕駛者轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤方向相反，這減少了前輪的轉(zhuǎn)向角度，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比減小，轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性提高。 除了更舒適、更靈活之外，主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還有很重要的一點(diǎn)就是更安全，這一點(diǎn)主要體現(xiàn)在車輛高速行駛中的突然轉(zhuǎn)向。例如在公路上高速行駛時(shí)突然變線以超越另一輛車然后回到車道時(shí)，或者高速行駛中突然發(fā)現(xiàn)前方有障礙物需要急轉(zhuǎn)彎時(shí)，很容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足或者轉(zhuǎn)向過(guò)度，車輛將偏離自己預(yù)定的方向，可能失去控制。在這種情況下，通常寶馬車系的DSC系統(tǒng)通過(guò)干預(yù)制動(dòng)過(guò)程控制車輛的穩(wěn)定，行車速度將大幅度降低，增加能量的損耗。而主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從轉(zhuǎn)向一開始就會(huì)判斷轉(zhuǎn)向后出現(xiàn)的情況，通過(guò)電子控制的機(jī)械調(diào)控器自動(dòng)修正轉(zhuǎn)向角度，干預(yù)降低偏航情況的發(fā)生。而DSC系統(tǒng)不必像在其他車輛中那樣干預(yù)駕駛，保證車輛行駛的平穩(wěn)性。不過(guò)，當(dāng)主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無(wú)法完成對(duì)車輛的控制時(shí)，DSC系統(tǒng)將參與到工作中來(lái)。因此，主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要與DSC系統(tǒng)配合使用。
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SY-025-BY-2
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
學(xué)生姓名
郭天辰
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級(jí)
車輛07-3班
指導(dǎo)教師姓名
田芳
職稱
實(shí)驗(yàn)員
從事
專業(yè)
汽車運(yùn)用技術(shù)
是否外聘
□是□否
題目名稱
轎車前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
一、設(shè)計(jì)（論文）目的、意義
主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)保留了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的機(jī)械構(gòu)件，包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向柱、齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)以及轉(zhuǎn)向橫拉桿等。其最大特點(diǎn)就是在轉(zhuǎn)向盤和齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)之間的轉(zhuǎn)向柱上集成了一套雙行星齒輪機(jī)構(gòu)，用于向轉(zhuǎn)向輪提供疊加轉(zhuǎn)向角。主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過(guò)一組雙行星齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立于駕駛員的轉(zhuǎn)向疊加功能，完美地解決了低速時(shí)轉(zhuǎn)向靈活輕便與高速時(shí)保持方向穩(wěn)定性的矛盾，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)轉(zhuǎn)向干預(yù)來(lái)防止極限工況下車輛轉(zhuǎn)向過(guò)多的趨勢(shì)，進(jìn)一步提高了車輛的穩(wěn)定性。同時(shí)，該系統(tǒng)能方便地與其他動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)進(jìn)行集成控制，為今后汽車底盤一體化控制奠定了良好的基礎(chǔ)。
本設(shè)計(jì)是通過(guò)合理整合已有的設(shè)計(jì)，閱讀大量文獻(xiàn)，掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的基本步驟和要求，以及傳統(tǒng)機(jī)械制圖的步驟和規(guī)則，掌握制動(dòng)器總成的相關(guān)設(shè)計(jì)方法，以及進(jìn)一步扎實(shí)汽車設(shè)計(jì)基本知識(shí)，學(xué)會(huì)用CAD進(jìn)行基本二維制圖，同時(shí)提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
二、設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法）
對(duì)轎車前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行分析，并根據(jù)選定的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要參數(shù)的確定，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)，主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器的設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)行必要的運(yùn)動(dòng)分析和強(qiáng)度校核。
要求：1、查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)使用相關(guān)軟件。
2、計(jì)算參數(shù)，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件繪圖。
3、編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。說(shuō)明書內(nèi)容完整，格式規(guī)范。
4、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，圖面清晰。
三、設(shè)計(jì)（論文）完成后應(yīng)提交的成果
1．設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份。說(shuō)明書字?jǐn)?shù)：15000字以上。
2．圖紙：折合0號(hào)圖3張。
四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排
（1）調(diào)研、查閱參考資料，了解轉(zhuǎn)向器的功能、主要結(jié)構(gòu)。撰寫開題報(bào)告。 第2周（3月1日～3月11日）
（2）開題。第2周（3月11日）
（3）分析并確定轉(zhuǎn)向器的具體結(jié)構(gòu)形式，主要零部件及相互位置關(guān)系。根據(jù)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)，按照有關(guān)的設(shè)計(jì)要求和順序進(jìn)行具體結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)計(jì)算及其他有關(guān)參數(shù)的選配，針對(duì)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)選轉(zhuǎn)向器的總體方案。第3周（3月12日～3月20日）
（4）進(jìn)行轉(zhuǎn)向器零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。第4～5周（3月21日～4月2日）
（5）完成部分設(shè)計(jì)圖紙，折合0# 圖紙1張，完成說(shuō)明書初稿。第6周～8周（4月3日～4月22日）
（6）中期檢查。第8周（4月22日）
（7）完成轉(zhuǎn)向器裝配圖、主要零件圖，完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第9~13周（4月23日～5月27日）
（8）設(shè)計(jì)及說(shuō)明書初稿提交。第13周（5月27日）
（9）畢業(yè)設(shè)計(jì)審核、修改。 第14～16周（5月28日～6月17日）
（10）畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。 第17周（6月18日～6月 20日）
五、主要參考資料
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[1] 蔣勵(lì),余卓平,高曉杰.寶馬主動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)概述[J].汽車技術(shù),2006.4
[2] 王望予主編.汽車設(shè)計(jì),第四版[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005
[3] 陳家瑞主編.汽車構(gòu)造[M]. 北京:人民交通出版社,2002.3
[4] 劉惟信主編.汽車設(shè)計(jì)[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,2006
[5] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè),第3卷[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.8
[6] 李秀珍主編.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版,2005.1
[7] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè),齒輪傳動(dòng)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.3
[8] 陳曉南,楊培林主編.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]. 北京:科學(xué)出版社,2007.2
[9] 張策主編,機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.9
[10] 饒振鋼編著.行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[M]. 北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1994.6
六、備注
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
本科學(xué)生畢業(yè)論文
轎車前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
院系名稱： 汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)班級(jí)： 車輛工程B07-3班
學(xué)生姓名： 郭天辰
指導(dǎo)教師： 田 芳
職 稱： 實(shí)驗(yàn)師
The Graduation Design for Bachelor's Degree
Design of the Mechanical Institutions of the Front-Wheel Active Steering System
Candidate：Guo Tianchen
Specialty：Construction Machinery
Class：Vehicle engineering B07-3
Supervisor：Tian Fang
Heilongjiang Institute of Technology
2011-06·Harbin
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
設(shè)計(jì)（論文）題目:轎車前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
院 系 名 稱:汽車與交通工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級(jí): 車輛工程07-3
學(xué) 生 姓 名: 郭天辰
導(dǎo) 師 姓 名: 田芳
開 題 時(shí) 間: 2011-03-02
指導(dǎo)委員會(huì)審查意見(jiàn)：
簽字： 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
學(xué)生姓名
郭天辰
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級(jí)
車輛07-3班
指導(dǎo)教師姓名
田芳
職稱
實(shí)驗(yàn)員
從事
專業(yè)
汽車運(yùn)用技術(shù)
是否外聘
□是□否
題目名稱
轎車前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
汽車上用來(lái)改變或恢復(fù)其行駛方向的專設(shè)機(jī)構(gòu)稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來(lái)改變汽車行駛方向和保持汽車直線行駛的機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)主要由轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱等組成。轉(zhuǎn)向器將轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)檗D(zhuǎn)向搖臂的擺動(dòng)或齒條軸的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并對(duì)轉(zhuǎn)向操縱力進(jìn)行放大的機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)向器一般固定在汽車車架或車身上，轉(zhuǎn)向操縱力通過(guò)轉(zhuǎn)向器后一般還會(huì)改變傳動(dòng)方向。在汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系，機(jī)械轉(zhuǎn)向系依靠駕駛員的手力轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤，經(jīng)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)向器屬于汽車系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，它在汽車系統(tǒng)中占有重要位置，因而它的發(fā)展同時(shí)也反映了汽車工業(yè)的發(fā)展，它的規(guī)模和質(zhì)量也成為了衡量汽車工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。
作為汽車的一個(gè)重要組成部分，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是決定汽車主動(dòng)安全性的關(guān)鍵總成，如何設(shè)計(jì)汽車的轉(zhuǎn)向特性，使汽車具有良好的操縱性能，始終是各汽車生產(chǎn)廠家和科研機(jī)構(gòu)的重要研究課題。特別是在車輛高速化、駕駛?cè)藛T非職業(yè)化、車流密集化的今天，針對(duì)更多不同水平的駕駛?cè)巳?，汽車的操縱設(shè)計(jì)顯得尤為重要。
前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與其控制技術(shù)的有機(jī)結(jié)合有效的提高了汽車行駛的安全性和穩(wěn)定性，極大地提高了汽車的使用性能，二者相輔相成，缺一不可。本次設(shè)計(jì)主要是通過(guò)對(duì)主動(dòng)轉(zhuǎn)向特性的分析，熟悉主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器的工作原理，設(shè)計(jì)轎車前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)，并對(duì)其部分零件進(jìn)行有效性的校核，完成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)械部分的設(shè)計(jì)。
自從汽車發(fā)明以來(lái)，駕駛轉(zhuǎn)向的傳動(dòng)裝置通常都是固定的，方向盤與前輪的轉(zhuǎn)向角度比始終一成不變。如果采用直接轉(zhuǎn)向，駕駛者在過(guò)急彎時(shí)就不需要大幅轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，但是在高速行駛時(shí)，方向盤細(xì)微的動(dòng)作都將會(huì)影響到行駛穩(wěn)定性；反過(guò)來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)越是間接，車輛在高速公路上的行駛穩(wěn)定性就越高，但是必須犧牲過(guò)彎時(shí)的操控性。所以，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都必須在安全性與舒適性之間做出權(quán)衡。
而主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)保留了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的機(jī)械構(gòu)件，包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向柱、齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)以及轉(zhuǎn)向橫拉桿等。其最大特點(diǎn)就是在轉(zhuǎn)向盤和齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)之間的轉(zhuǎn)向柱上集成了一套雙行星齒輪機(jī)構(gòu)，用于向轉(zhuǎn)向輪提供疊加轉(zhuǎn)向角。主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過(guò)一組雙行星齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立于駕駛員的轉(zhuǎn)向疊加功能，完美地解決了低速時(shí)轉(zhuǎn)向靈活輕便與高速時(shí)保持方向穩(wěn)定性的矛盾，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)轉(zhuǎn)向干預(yù)來(lái)防止極限工況下車輛轉(zhuǎn)向過(guò)多的趨勢(shì)，進(jìn)一步提高了車輛的穩(wěn)定性。同時(shí)，該系統(tǒng)能方便地與其他動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)進(jìn)行集成控制，為今后汽車底盤一體化控制奠定了良好的基礎(chǔ)。
主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的的雙行星齒輪機(jī)構(gòu)包括左右左右兩副行星齒輪機(jī)構(gòu)，公用一個(gè)行星架進(jìn)行動(dòng)力傳遞，左側(cè)的主動(dòng)太陽(yáng)輪與轉(zhuǎn)向盤相連，將轉(zhuǎn)向盤上輸入的轉(zhuǎn)向角經(jīng)由行星架傳遞給右側(cè)的行星齒輪副，而右側(cè)的行星齒輪具有兩個(gè)轉(zhuǎn)向舒服自由度，一個(gè)是行星架傳遞的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，另一個(gè)是由伺服電機(jī)疊加轉(zhuǎn)角輸入。右側(cè)的太陽(yáng)輪作為輸出軸，其輸出的轉(zhuǎn)向角度是由轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向角度與伺服電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的行星架轉(zhuǎn)動(dòng)方向與轉(zhuǎn)向盤相同，增加了后者的實(shí)際轉(zhuǎn)向角度，高速時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的行星架與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向相反，疊加后減少了實(shí)際的轉(zhuǎn)向角度，轉(zhuǎn)向過(guò)程變得更為間接，提高了汽車的穩(wěn)定性和安全性。轉(zhuǎn)動(dòng)車輪所用的力量，并不是由電動(dòng)機(jī)決定，而是由獨(dú)立的轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向裝置一同決定的。主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的其他組成部件還包括判定當(dāng)前駕駛條件和駕駛者指令的獨(dú)立控制單元和多個(gè)傳感器。
主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)隨著汽車技術(shù)的發(fā)展受到國(guó)內(nèi)外的重視，同濟(jì)大學(xué)和北京科技大學(xué)都對(duì)主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有著深入的研究，隨著汽車技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)于汽車安全性能要求的提高，會(huì)有更多的技術(shù)運(yùn)用到主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)當(dāng)中來(lái)。在國(guó)外，上世紀(jì)60年代就已經(jīng)開始了對(duì)主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究，而近幾年這項(xiàng)技術(shù)才從理論階段應(yīng)用于實(shí)車上。比較典型的就是德國(guó)寶馬公司和ZF公司開發(fā)的一套主動(dòng)前輪系統(tǒng)，此系統(tǒng)已經(jīng)裝備于部分寶馬3系和5系車之上。寶馬的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要是主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器通過(guò)對(duì)駕駛員輸入的方向盤轉(zhuǎn)角的疊加/減的控制實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比的改變的。低速時(shí)，電動(dòng)馬達(dá)的作用與駕駛者轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的方向一致，可以減少對(duì)轉(zhuǎn)向力的需求。一直行駛至中速狀態(tài)之前，它將提供比傳統(tǒng)轎車更直接的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比，轉(zhuǎn)向操作保持輕松省力。在高速時(shí)電動(dòng)馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向與駕駛者轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤方向相反，這就減少了前輪轉(zhuǎn)向角度，使轉(zhuǎn)向更直接。此系統(tǒng)完美地解決了汽車低速轉(zhuǎn)向輕便與高速轉(zhuǎn)向穩(wěn)重的矛盾，有效地抑制側(cè)向干擾，提高了整車穩(wěn)定性。
此套主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以根據(jù)車速變化而不斷改變轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中主動(dòng)齒輪與被動(dòng)齒條的傳動(dòng)比。通常一般轎車的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比是16:1和18:1之間，例如50km/h時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤10度時(shí)，前輪即可轉(zhuǎn)動(dòng)1度，而普通轎車需要轉(zhuǎn)動(dòng)16-18度才能讓前輪轉(zhuǎn)動(dòng)1度。反之，在高速時(shí)，例如，當(dāng)車速達(dá)到200km/h時(shí)，帶有主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤20度才能讓前輪轉(zhuǎn)動(dòng)1度。
除了可變傳動(dòng)比設(shè)計(jì)外，穩(wěn)定性控制功能是寶馬主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最大的特點(diǎn)。危險(xiǎn)工況下該系統(tǒng)通過(guò)獨(dú)立于駕駛員的轉(zhuǎn)向干預(yù)來(lái)穩(wěn)定車輛，通過(guò)主動(dòng)改變駕駛員給定的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角使得車輛響應(yīng)盡可能與理想的車輛響應(yīng)特性相一致。主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還有很重要的一點(diǎn)就是更安全，這一點(diǎn)主要體現(xiàn)在車輛高速行駛中的突然轉(zhuǎn)向。例如在公路上高速行駛時(shí)突然變線以超越另一輛車然后回到車道時(shí)，或者高速行駛中突然發(fā)現(xiàn)前方有障礙物需要急轉(zhuǎn)彎時(shí)，很容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足或者轉(zhuǎn)向過(guò)度，車輛將偏離自己預(yù)定的方向，可能失去控制。在這種情況下，通常寶馬車系的主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過(guò)干預(yù)制動(dòng)過(guò)程控制車輛的穩(wěn)定，行車速度將大幅度降低，增加能量的損耗。而主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從轉(zhuǎn)向一開始就會(huì)判斷轉(zhuǎn)向后出現(xiàn)的情況，通過(guò)電子控制的機(jī)械調(diào)控器自動(dòng)修正轉(zhuǎn)向角度，干預(yù)降低偏航情況的發(fā)生。而此系統(tǒng)不必像在其他車輛中那樣干預(yù)駕駛，保證車輛行駛的平穩(wěn)性。
本設(shè)計(jì)通過(guò)整合已有的的設(shè)計(jì)，通過(guò)努力，閱讀大量的文獻(xiàn)，掌握轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)的基本步驟和要求，以及制圖的步驟和規(guī)則，掌握轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械部分的相關(guān)設(shè)計(jì)方法，以及進(jìn)一步更扎實(shí)汽車設(shè)計(jì)基本知識(shí)，學(xué)會(huì)使用CAD進(jìn)行基本二維制圖，同時(shí)提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)有利于提高汽車的整體性能，同時(shí)提高我們綜合運(yùn)用知識(shí)的能力和技能。通過(guò)課題的設(shè)計(jì)，積累相關(guān)理論知識(shí)，通過(guò)設(shè)計(jì)還可以系統(tǒng)的培養(yǎng)工程文化素養(yǎng)，有利于未來(lái)的發(fā)展。
二、設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題
設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容：
1.現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡(jiǎn)述。蝸桿滾輪式，蝸桿指銷式，齒輪齒條式等。
2.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
3.主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的現(xiàn)狀及優(yōu)點(diǎn)。主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械部分基本結(jié)構(gòu)，工作原理等。
4.轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向器的計(jì)算設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)選擇等。
5.主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)主要性能參數(shù)的計(jì)算。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的效率，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動(dòng)比，剛度等
6.進(jìn)行相關(guān)零件的校核。
7.根據(jù)計(jì)算結(jié)果，繪制CAD二維圖紙。
擬解決的主要問(wèn)題：
1.轉(zhuǎn)向系機(jī)械結(jié)構(gòu)形式的選擇。
2.主要性能參數(shù)初選。
3.主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)主要性能參數(shù)計(jì)算。
4.相關(guān)零件的強(qiáng)度校核。
三、技術(shù)路線（研究方法）
轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)選擇
基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算
主要參數(shù)選擇
校核
編寫說(shuō)明書并繪制CAD二維圖紙
根據(jù)題目查閱相關(guān)資料
否
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的效率
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動(dòng)率與傳動(dòng)比
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度
齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)
轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)
四、進(jìn)度安排
1）調(diào)研、查閱參考資料，了解轉(zhuǎn)向器的功能、主要結(jié)構(gòu)。撰寫開題報(bào)告。 第2周（3月1日～3月11日）
（2）開題。第2周（3月11日）
（3）分析并確定轉(zhuǎn)向器的具體結(jié)構(gòu)形式，主要零部件及相互位置關(guān)系。根據(jù)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)，按照有關(guān)的設(shè)計(jì)要求和順序進(jìn)行具體結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)計(jì)算及其他有關(guān)參數(shù)的選配，針對(duì)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)選轉(zhuǎn)向器的總體方案。第3周（3月12日～3月20日）
（4）進(jìn)行轉(zhuǎn)向器零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。第4～5周（3月21日～4月2日）
（5）完成部分設(shè)計(jì)圖紙，折合0# 圖紙1張，完成說(shuō)明書初稿。第6周～8周（4月3日～4月22日）
（6）中期檢查。第8周（4月22日）
（7）完成轉(zhuǎn)向器裝配圖、主要零件圖，完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第9~13周（4月23日～5月27日）
（8）設(shè)計(jì)及說(shuō)明書初稿提交。第13周（5月27日）
（9）畢業(yè)設(shè)計(jì)審核、修改。 第14～16周（5月28日～6月17日）
（10）畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。 第17周（6月18日～6月 20日）
五、參考文獻(xiàn)
[1] 蔣勵(lì),余卓平,高曉杰.寶馬主動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)概述[J].汽車技術(shù),2006.4
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六、備注
指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
簽字： 年 月 日
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
目 錄
摘要…………………………………………………………………………………………I
Abstract ………………………………………………………………………………………II
第1章 緒論…………………………………………………………………………………1
1.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)綜述 ……………………………………………………………………………1
1.2 主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(diǎn) ………………………………………………………………………2
1.3 本章小結(jié)………… ……………………………………………………………………… 3
第2章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要參數(shù)的確定……………………………………………………4
2.1轉(zhuǎn)向盤的直徑……………………………………………………………………………4
2.2轉(zhuǎn)向盤回轉(zhuǎn)的總?cè)?shù)……………………………………………………………………4
2.3轉(zhuǎn)向系的效率……………………………………………………………………………4
2.4轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比…………………………………………………………………………5
2.4.1轉(zhuǎn)向時(shí)加在轉(zhuǎn)向盤上的力………………………………………………………6
2.4.2小齒輪最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算……………………………………………………………6
2.4.3轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比…………………………………………………………………6
2.4.4轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比…………………………………………………………………7
2.5 本章小結(jié)………… ……………………………………………………………………… 7
第3章 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)…………………………………………………8
3.1齒輪齒條結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)………………………………………………………………8
3.2齒輪齒條設(shè)計(jì)及校核…………………………………………………………………8
3.3 本章小結(jié)…………………………………………………………………………………13
第4章 主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器的設(shè)計(jì)………………………………………………………14
4.1主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………14
4.2主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器行星齒輪設(shè)計(jì)…………………………………………………………15
4.3主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器行星齒輪可行性設(shè)計(jì)…………………………………………………21
4.4主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)…………………………………………………………23
4.4.1蝸輪蝸桿傳動(dòng)比的確定……………………………………………………………23
4.4.2蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………25
4.5本章小結(jié)………………………………………………………………………………… 29
結(jié)論………………………………………………………………………………………30
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………31
致謝……………………………………………………………………………………………32附錄A…………………………………………………………………………………………33
附錄B………………………………………………………………………………………35
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒 論
主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)保留了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的機(jī)械構(gòu)件，包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向柱、齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)以及轉(zhuǎn)向橫拉桿等。其最大特點(diǎn)就是在轉(zhuǎn)向盤和齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)之間的轉(zhuǎn)向柱上集成了一套雙行星齒輪機(jī)構(gòu)，用于向轉(zhuǎn)向輪提供疊加轉(zhuǎn)向角。主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過(guò)一組雙行星齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立于駕駛員的轉(zhuǎn)向疊加功能，完美地解決了低速時(shí)轉(zhuǎn)向靈活輕便與高速時(shí)保持方向穩(wěn)定性的矛盾，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)轉(zhuǎn)向干預(yù)來(lái)防止極限工況下車輛轉(zhuǎn)向過(guò)多的趨勢(shì)，進(jìn)一步提高了車輛的穩(wěn)定性。同時(shí)，該系統(tǒng)能方便地與其他動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)進(jìn)行集成控制，為今后汽車底盤一體化控制奠定了良好的基礎(chǔ)。
與常規(guī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的顯著差別在于，主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅能夠?qū)D(zhuǎn)向力矩進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且還可以對(duì)轉(zhuǎn)向角度進(jìn)行調(diào)整，使其與當(dāng)前的車速達(dá)到完美匹配。其中的總轉(zhuǎn)角等于駕駛員轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和伺服電機(jī)轉(zhuǎn)角之和。低速時(shí)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的行星架轉(zhuǎn)動(dòng)方向與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)相同，疊加后增加了實(shí)際的轉(zhuǎn)向角度，可以減少轉(zhuǎn)向力的需求。高速時(shí)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的行星架轉(zhuǎn)動(dòng)方向與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)相反，疊加后減少了實(shí)際的轉(zhuǎn)向角度，轉(zhuǎn)向過(guò)程會(huì)變得更為間接，提高了汽車的穩(wěn)定性和安全性。
1.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)綜述
1、蝸桿曲柄銷式轉(zhuǎn)向器
它是以蝸桿為主動(dòng)件，曲柄銷為從動(dòng)件的轉(zhuǎn)向器。蝸桿具有梯形螺紋，手指狀的錐形指銷用軸承支承在曲柄上，曲柄與轉(zhuǎn)向搖臂軸制成一體。轉(zhuǎn)向時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿、嵌于蝸桿螺旋槽中的錐形指銷一邊自轉(zhuǎn)，一邊繞轉(zhuǎn)向搖臂軸做圓弧運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)曲柄和轉(zhuǎn)向垂臂擺動(dòng)，再通過(guò)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。這種轉(zhuǎn)向器通常用于轉(zhuǎn)向力較大的載貨汽車上。
2、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器
循環(huán)球式：這種轉(zhuǎn)向裝置是由齒輪機(jī)構(gòu)將來(lái)自轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)力進(jìn)行減速，使轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)闇u輪蝸桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，滾珠螺桿和螺母夾著鋼球嚙合，因而滾珠螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，螺母再與扇形齒輪嚙合，直線運(yùn)動(dòng)再次變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使連桿臂搖動(dòng)，連桿臂再使連動(dòng)拉桿和橫拉桿做直線運(yùn)動(dòng)，改變車輪的方向。 這是一種古典的機(jī)構(gòu)，現(xiàn)代轎車已大多不再使用，但又被最新方式的助力轉(zhuǎn)向裝置所應(yīng)用。它的原理相當(dāng)于利用了螺母與螺栓在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的相對(duì)移動(dòng)，而在螺紋與螺紋之間夾入了鋼球以減小阻力，所有鋼球在一個(gè)首尾相連的封閉的螺旋曲線內(nèi)循環(huán)滾動(dòng)，循環(huán)球式故而得名。
3、齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器
它是一種最常見(jiàn)的轉(zhuǎn)向器。其基本結(jié)構(gòu)是一對(duì)相互嚙合的小齒輪和齒條。轉(zhuǎn)向軸帶動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒條便做直線運(yùn)動(dòng)。有時(shí)，靠齒條來(lái)直接帶動(dòng)橫拉桿，就可使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。所以，這是一種最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)向器。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，轉(zhuǎn)向靈敏，體積小，可以直接帶動(dòng)橫拉桿。在汽車上得到廣泛應(yīng)用。
1.2主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(diǎn)
自從汽車發(fā)明以來(lái)，駕駛轉(zhuǎn)向的傳動(dòng)裝置通常都是固定的，方向盤與前輪的轉(zhuǎn)向角度比始終一成不變。如果采用直接轉(zhuǎn)向，駕駛者在過(guò)急彎時(shí)就不需要大幅轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，但是在高速行駛時(shí)，方向盤細(xì)微的動(dòng)作都將會(huì)影響到行駛穩(wěn)定性；反過(guò)來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)越是間接，車輛在高速公路上的行駛穩(wěn)定性就越高，但是必須犧牲過(guò)彎時(shí)的操控性。所以，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都必須在安全性與舒適性之間做出權(quán)衡。
而主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)保留了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的機(jī)械構(gòu)件，包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向柱、齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)以及轉(zhuǎn)向橫拉桿等。其最大特點(diǎn)就是在轉(zhuǎn)向盤和齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)之間的轉(zhuǎn)向柱上集成了一套雙行星齒輪機(jī)構(gòu)，用于向轉(zhuǎn)向輪提供疊加轉(zhuǎn)向角。主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過(guò)一組雙行星齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立于駕駛員的轉(zhuǎn)向疊加功能，完美地解決了低速時(shí)轉(zhuǎn)向靈活輕便與高速時(shí)保持方向穩(wěn)定性的矛盾，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)轉(zhuǎn)向干預(yù)來(lái)防止極限工況下車輛轉(zhuǎn)向過(guò)多的趨勢(shì)，進(jìn)一步提高了車輛的穩(wěn)定性。同時(shí)，該系統(tǒng)能方便地與其他動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)進(jìn)行集成控制，為今后汽車底盤一體化控制奠定了良好的基礎(chǔ)。
主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的的雙行星齒輪機(jī)構(gòu)包括左右左右兩副行星齒輪機(jī)構(gòu)，公用一個(gè)行星架進(jìn)行動(dòng)力傳遞，左側(cè)的主動(dòng)太陽(yáng)輪與轉(zhuǎn)向盤相連，將轉(zhuǎn)向盤上輸入的轉(zhuǎn)向角經(jīng)由行星架傳遞給右側(cè)的行星齒輪副，而右側(cè)的行星齒輪具有兩個(gè)轉(zhuǎn)向舒服自由度，一個(gè)是行星架傳遞的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，另一個(gè)是由伺服電機(jī)疊加轉(zhuǎn)角輸入。右側(cè)的太陽(yáng)輪作為輸出軸，其輸出的轉(zhuǎn)向角度是由轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向角度與伺服電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的行星架轉(zhuǎn)動(dòng)方向與轉(zhuǎn)向盤相同，增加了后者的實(shí)際轉(zhuǎn)向角度，高速時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的行星架與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向相反，疊加后減少了實(shí)際的轉(zhuǎn)向角度，轉(zhuǎn)向過(guò)程變得更為間接，提高了汽車的穩(wěn)定性和安全性。轉(zhuǎn)動(dòng)車輪所用的力量，并不是由電動(dòng)機(jī)決定，而是由獨(dú)立的轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向裝置一同決定的。主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的其他組成部件還包括判定當(dāng)前駕駛條件和駕駛者指令的獨(dú)立控制單元和多個(gè)傳感器。
主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1-1所示：
圖1-1 主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
表1-1 主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)參數(shù)表
參數(shù)名稱
具體參數(shù)值
傳動(dòng)比
靜止?fàn)顟B(tài)10:1；高速狀態(tài)20:1
輪胎型號(hào)
245/45 R17W
軸距
2890㎜
風(fēng)阻系數(shù)
0.28
整車裝備質(zhì)量
1673㎏
承載質(zhì)量
382㎏
前后配重
49.7%，50.3%
最高時(shí)速
250㎞/h
轉(zhuǎn)向盤回轉(zhuǎn)總?cè)?shù)
3.5圈
最小轉(zhuǎn)彎直徑
11.5m
轉(zhuǎn)向盤直徑
379㎜
1.3本章小結(jié)
本章是對(duì)傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向器及主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的綜述，了解主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和特點(diǎn)并確定參考數(shù)據(jù)。為后面的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。
第2章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要參數(shù)的確定
2.1轉(zhuǎn)向盤的直徑
轉(zhuǎn)向盤的直徑根據(jù)車型的大小可在380～550㎜的標(biāo)準(zhǔn)系列內(nèi)選取。
取=379mm。
2.2轉(zhuǎn)向盤回轉(zhuǎn)的總?cè)?shù)
轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的總?cè)?shù)與轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比以及所要求的轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)角有關(guān)，對(duì)貨車和轎車的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)總?cè)?shù)有不同的要求。不裝動(dòng)力轉(zhuǎn)向的重型汽車的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的總?cè)?shù)一般不宜超過(guò)7圈，而對(duì)于轎車不應(yīng)超過(guò)3.6圈[2]。
取3.5圈。
2.3轉(zhuǎn)向系的效率
轉(zhuǎn)向系的效率由轉(zhuǎn)向器的效率和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率決定，即
（2-1）
轉(zhuǎn)向器的效率有正效率和逆效率兩種。
正效率
（2-2）
逆效率
（2-3）
式中：——作用在轉(zhuǎn)向盤上的功率；
——轉(zhuǎn)向器中的摩擦功率；
——作用在轉(zhuǎn)向搖臂軸上的功率。
對(duì)于蝸桿類和螺桿類轉(zhuǎn)向器，如果只考慮嚙合副的摩擦損失，忽略軸承和其他地方的摩擦損失，其效率可以用下面的公式計(jì)算：
（2-4）
（2-5）
式中：——蝸桿或螺桿的導(dǎo)程角，12°；
——摩擦角，；
——摩擦系數(shù)，取=0.04（查得淬火鋼對(duì)淬火鋼的摩擦副摩擦系數(shù)=0.03～0.05，選取=0.04）；
則： =arctan0.04
=83.45﹪
2.4轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比
2.4.1轉(zhuǎn)向時(shí)加在轉(zhuǎn)向盤上的力
為了使轉(zhuǎn)向系操縱輕便，轉(zhuǎn)向時(shí)加在轉(zhuǎn)向盤上的切向力，對(duì)轎車不應(yīng)大于150～200N。
作用于方向盤上的手力
= （2-6）
式中： ——轉(zhuǎn)向阻力矩；
——主銷偏移矩；
可用下列公式來(lái)計(jì)算汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩
=481680 N·mm
式中： ——輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)，一般取0.7；
——轉(zhuǎn)向阻力矩，N·mm；
——轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷，N，；
——汽車的滿載質(zhì)量 =(1673+382) ㎏=2055㎏；
——汽車的轉(zhuǎn)向軸載荷分配系數(shù)，轉(zhuǎn)向軸為前軸，前軸載荷分配系數(shù)為49.7﹪。
2055×9.8×49.7﹪=10213.35N
——輪胎氣壓，MPa；取2.5bar，即0.255MPa。
則：==162.1N
式中：
——為轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)；
——為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)，現(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比；比值大約在0.85～1.10之間，近似認(rèn)為1；
——為轉(zhuǎn)向盤直徑，=379 mm；
——為轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比, =18；
——為轉(zhuǎn)向器正效率, =83.45%；
2.4.2小齒輪最大轉(zhuǎn)矩
靜止?fàn)顟B(tài)下，主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器不工作，此時(shí)工作狀況相當(dāng)于傳統(tǒng)齒輪齒條轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向盤與齒輪剛性連接。
則齒輪轉(zhuǎn)矩 =·=30.8 N·m
2.4.3轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比
轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比
（2-7）
式中：——轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角增量，rad；
——齒條位移增量，mm；
對(duì)于定傳動(dòng)比的轉(zhuǎn)向器，其角轉(zhuǎn)動(dòng)比可表示為：
（2-8）
式中：——齒輪分度圓的半徑，；
——齒輪分度圓的直徑；
（2-9）
2.4.4轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比
乘用車的轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比在17～25的范圍內(nèi)選取，一般傳統(tǒng)齒輪齒條轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比為18，取=18。
2.5 本章小結(jié)
本章主要根據(jù)以選擇的數(shù)據(jù)，確定基本的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)，其中包括轉(zhuǎn)向盤的直徑
轉(zhuǎn)向盤回轉(zhuǎn)的總?cè)?shù) 轉(zhuǎn)向系的效率，轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比。
第3章 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1齒輪齒條結(jié)構(gòu)的幾何設(shè)計(jì)
主動(dòng)小齒輪采用斜齒圓柱小齒輪，采用變位齒輪。
法向模數(shù)在2～3mm之間取值，取2mm(GB/T1357—1987)。
齒數(shù)多在5～8之間取值，取=6。
由于避免根切的最小齒數(shù)為=17；主動(dòng)齒輪＜只能采用變位齒輪方案
變位系數(shù) =；=1，則=0.529。
齒輪螺旋角多在9°～15°之間取值，取=12°。
壓力角即法向齒形角取標(biāo)準(zhǔn)值20°。
轉(zhuǎn)向盤最大轉(zhuǎn)角×1.75×360°=315°。
齒條齒數(shù)待定。
主動(dòng)小齒輪選用156材料制造，硬度≥58HRC 。
齒條選用45鋼制造，均采用淬火處理。
殼體為減輕質(zhì)量采用鋁合金壓鑄。
齒輪精度初選8級(jí)。
法向齒頂高系數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值1。
法向頂隙系數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值0.25。
3.2齒輪齒條設(shè)計(jì)及校核
轉(zhuǎn)向器內(nèi)齒輪工作視為閉式傳動(dòng)失效形式主要為輪齒的折斷，因此按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按接觸強(qiáng)度校核。
1、選取齒輪材料及熱處理
對(duì)于汽車齒輪采用硬齒面設(shè)計(jì)，表面硬度均應(yīng)≥56HRC，主動(dòng)小齒輪取60HRC，淬火處理；齒條采用45鋼，表面硬度取58HRC，淬火]。
2、齒輪最大轉(zhuǎn)矩 =30.8 Nm
3、初取載荷系數(shù)
載荷有中等沖擊，斜齒輪硬齒面，=1.6～1.8范圍內(nèi)，初取=1.7。
4、選取齒寬系數(shù)及
齒輪相對(duì)軸承非對(duì)稱布置，取=0.6。
由式
= （3-1）
得對(duì)于齒條Z→∞（待定），→∞則≈0。
5、初取重合度系數(shù)及螺旋角系數(shù)
初取螺旋角β=12°，=1.8。
由式
=0.25+ （3-2）
得 =0.67
=0.91
初取 =0.91 =0.67
6、初取齒數(shù)，,齒形系數(shù)及應(yīng)力修正系數(shù)
取=8 ，待定。
由
= （3-3）
得當(dāng)量齒數(shù) =8.5
由于避免根切的最小齒數(shù)=17，故采用變位齒輪傳動(dòng)，取變位系數(shù)=0.529。
=2.45，=2.063
=1.65，=1.97
7、確定許用彎曲疲勞應(yīng)力[]
得 =450 MPa×0.7=315MPa
=430 MPa×0.7=301MPa
（雙向運(yùn)轉(zhuǎn)，數(shù)值×0.7）
由式
[]= （3-4）
齒輪失效概率≤1/100采用一般可靠度設(shè)計(jì)，取=1.25；為應(yīng)力修正系數(shù)，取=2.0假定齒輪工作壽命為5年（300天/年），單班（8h）；應(yīng)力循環(huán)次數(shù)=60nγ；γ為每轉(zhuǎn)一圈，同一齒面嚙合次數(shù)；n為轉(zhuǎn)速；為齒輪工作壽命則γ=1；n取大致為 1.75/2 r/s=0.875 r/s。
則 =60×52.5×1×12000≈3.87×
取 =0.97
于是 []= =489 MPa
[]= =467 MPa
8、按齒根彎曲疲勞應(yīng)力
==0.008267 （1）
==0.008703 （2）
9、確定齒輪模數(shù)
由式
≥ （3-5）
代入上面兩式(1)(2)兩者最大值 ≥2.43 mm
取 =2.5 mm
10、確定主要參數(shù)
分度圓直徑 ==20.45 mm
齒寬 =·=0.6×20.45 mm =12.27 mm
取 =20 ㎜，=+5～10 mm，=30 mm
使用系數(shù)，取=1.1。
11、定載荷系數(shù)
（1）動(dòng)載系數(shù)
齒輪圓周速度 ν==0.05 m/s
齒輪精度取為9級(jí)。
=1.03
（2）齒向載荷分布系數(shù)
（9級(jí)精度，淬火鋼）：
由式 ==1.45+0.325=1.78
端面重合度 =[1.88-3.2(+)]cosβ,→∞
=1.48×cos12°
=1.45
縱向重合度 =tanβ=×tan12°=0.325
從而 =1.42，=1.08
則 ==1.1×1.03×1.08 ×1.42=1.74
得 ＞ 需重新計(jì)算；
12、驗(yàn)算齒根疲勞強(qiáng)度
用準(zhǔn)確值代入式 ≥2.48 mm
仍取=2.5 ㎜，齒根疲勞強(qiáng)度足夠。
=2.5 mm
13、驗(yàn)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度
彈性系數(shù)，查得=189.8。
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，查得=2.4。
由式
= （3-6）
得 =0.89
螺旋角系數(shù) ==0.99
許用接觸疲勞應(yīng)力[]
[]= （3-7）
式中：——接觸疲勞壽命系數(shù)，查得=0.98；
——安全系數(shù)，失效概率＜1/100，取=1；
得 =1560 MPa，=1540 MPa；
[]=1529 MPa，[]=1509 MPa；
14、驗(yàn)算齒面接觸強(qiáng)度
=，μ→∞則→1；
故 =189.8×2.45×0.89×0.99×=1492 Mpa≤[]＝1509 MPa
由于＜[]（取兩齒材料較弱者進(jìn)行比較），故接觸強(qiáng)度足夠。
對(duì)于方向盤從中間位置到向左或向右轉(zhuǎn)向輪極限位置回轉(zhuǎn)總?cè)?shù)為1.75圈。
故對(duì)于齒條行程
=1.75×2×π （3-7）
= （3-8）
對(duì)于齒條，理論上
≥；（=，=π） （3-9）
≥1.75×2×
則 ≥3.5
因此，=28。
齒條長(zhǎng)
≥ （3-10）
即 ≥=225 mm
3.3 本章小結(jié)
為了配合主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)械部分，本章通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常規(guī)數(shù)據(jù)的選擇，設(shè)計(jì)齒輪齒條機(jī)，并對(duì)相關(guān)的零件進(jìn)行了強(qiáng)度校核。保證使用強(qiáng)度。
第4章 主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
控制器由一個(gè)行星齒輪組組成，簡(jiǎn)圖如圖4-1所示：
圖4-1 控制器簡(jiǎn)圖
對(duì)于左邊的主動(dòng)太陽(yáng)輪為1，行星輪為a(初設(shè)行星齒輪數(shù)目為=4)；大齒圈c固定在轉(zhuǎn)向柱上，系桿H；右邊太陽(yáng)輪為3，齒圈b內(nèi)齒與行星輪a嚙合；外齒與電機(jī)帶動(dòng)的
蝸桿2組成渦輪蝸桿傳動(dòng)。
該系統(tǒng)中活動(dòng)構(gòu)件為=6；高副數(shù)目為=5；低副數(shù)目為=5，則系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的自由度為 =3-2-=3×6-2×5-5=3
其中包括電機(jī)方向的輸入和方向盤方向的輸入及太陽(yáng)輪的輸出。
通過(guò)計(jì)算，最終從太陽(yáng)輪輸出的轉(zhuǎn)速為和的疊加。設(shè)轉(zhuǎn)速方向向左：
=
式中，方向向左時(shí)取“－”，反之則取“+”。
其中，；。
當(dāng)=0時(shí)，=，即電機(jī)未工作時(shí)，輸出即為方向盤的輸入；
當(dāng)=0時(shí)，=，此時(shí)，轉(zhuǎn)向角度由電機(jī)控制。
對(duì)行星齒輪組進(jìn)行設(shè)計(jì)，左右為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)一組即可，選擇對(duì)左邊行星輪系進(jìn)行設(shè)計(jì)。
4.2主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器行星齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算
參考普通圓柱齒輪設(shè)計(jì)方案，轉(zhuǎn)向控制器采用閉式硬齒面設(shè)計(jì)方案，失效形式主要為輪齒的折斷，因此按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，接觸強(qiáng)度校核。
齒輪采用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，初設(shè)螺旋角=10°，在8°～15°范圍內(nèi)選。
初取模數(shù)=2 mm。
為了盡量不使用變位齒輪，行星輪和主動(dòng)太陽(yáng)輪齒數(shù)＞=17。
初取主動(dòng)太陽(yáng)齒數(shù)=14；行星輪齒數(shù)=10。
1、選取齒輪材料及熱處理方法
采用硬齒面，大小齒輪均采用合金滲碳鋼20，滲碳淬火。
2、齒面硬度
太陽(yáng)輪 60～63HRC
行星輪 58～63HRC
3、太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)矩
根據(jù)行星齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，行星輪齒數(shù)小于太陽(yáng)輪時(shí)即<則，
計(jì)算轉(zhuǎn)矩
（4-1）
式中：——為輸入軸轉(zhuǎn)矩；
——為行星輪數(shù)目；
——為齒數(shù)比；
且
== （4-2）
式中為內(nèi)傳動(dòng)比，=（ b為大齒圈）。
對(duì)于主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器，為使其結(jié)構(gòu)尺寸不至于過(guò)大，且加工方便簡(jiǎn)單，初設(shè)主動(dòng)太陽(yáng)輪齒數(shù)=14；行星輪齒數(shù)=10。
對(duì)于太陽(yáng)輪分度圓直徑 =28.4 mm
行星輪 =20.3 mm
則大齒圈分度圓直徑 =+2=28.4+2×20.3=69 mm
于是齒數(shù) ==34
從而得出 =1.4
取行星輪數(shù)目 =4
則 =4.81 N?M
為輸入軸轉(zhuǎn)矩，即為方向盤轉(zhuǎn)矩 =30.8 N?M
4、初取載荷系數(shù) =1.6～1.8范圍內(nèi)，取=1.7
5、選取齒寬系數(shù)及
齒輪相對(duì)軸承非對(duì)稱布置，取=0.5。
由式
= （4-3）
得 =0.4
6、初取重合度系數(shù)及螺旋角系數(shù)
初設(shè)螺旋角 =10°，=1.8
由式
=0.25+ （4-4）
得 =0.67
得 =0.93
7、齒形修正系數(shù)及應(yīng)力修正系數(shù)
由 =Z/
得 =15；=10
由于Z＜=17，兩者均采用變位齒輪， 取
=2.75，=2.55
=1.58，=1.64
8、確定許用彎曲疲勞應(yīng)力[]
得 =460 MPa×0.7=322MPa
=420 MPa×0.7=294MPa
（由于齒輪雙向運(yùn)轉(zhuǎn)，故乘以系數(shù)0.7）
由式
[]= （4-5）
式中：——為應(yīng)力修正系數(shù)，=2.0；
——為彎曲疲勞應(yīng)力壽命系數(shù)；
接觸應(yīng)力變化總次數(shù) =60nγ
式中：γ——為每轉(zhuǎn)一圈，同一齒面嚙合次數(shù)；
——為轉(zhuǎn)速，取大致為1r/s；
——為齒輪工作壽命；
假定齒輪工作壽命為5年，（每年300個(gè)工作日）單班制（8h），
則 =60nγ=60×60×3×12000=1.296×
=60×12×2×12000=1.728×
可由
計(jì)算得
彎曲疲勞壽命系數(shù)，取=0.95 ，=0.98。
最小安全系數(shù)，失效概率低于1/100，=1.25；
可得 []=489 MPa，[]=446 MPa
9、按齒根彎曲疲勞極限應(yīng)力確定模數(shù)
==0.008885 （1）
==0.009377 （2）
由式
≥ （4-6）
代入上面兩式（1）（2）兩者最大值
得 ≥1.00 mm
取=1.5 mm。
10、確定主要參數(shù)
=18.28 mm
取整數(shù) =19 mm（便于計(jì)算）
由
（4-7）
得 =7.6 mm，取=8 mm。
一般 =+5～10 mm ，=；
則 =13 mm
對(duì)于變位齒輪 =0.18 ，=0.41
由式
（4-8）
查表=25°40′
其行星齒輪的實(shí)際中心距 ，=18.28 mm
則 =19.05 ㎜ 取整數(shù)=19 mm
則 =18°40′12″
11、定載荷系數(shù)
（1）使用系數(shù)
查表 =1.1
（2）動(dòng)載系數(shù)
齒輪圓周速度 ν==0.067 m/s
齒輪精度取為9級(jí)。
查表 =1.03
（3）齒向載荷分布系數(shù)
硬齒面，非對(duì)稱布置，取=0.5，=1.06。
（4）齒向載荷分布系數(shù)
齒輪材料為9級(jí)精度，淬火鋼。
由式
= （4-9）
端面重合度 =[1.88-3.2(+)]cosβ,
=1.33×cos18.67°
=1.26
縱向重合度 =tanβ=×tan18.67°=0.753
得 =1.5
于是 ==1.1×1.03×1.06 ×1.5=1.8
＞ 需重新計(jì)算；
12、驗(yàn)算齒根疲勞強(qiáng)度
用準(zhǔn)確值代入式（1）（=0.62，=0.91）
得 ≥0.97 mm
仍取=2.5 mm，齒根疲勞強(qiáng)度足夠。
13、驗(yàn)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度
（1）彈性系數(shù)，查得，=189.8。
（2）節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，查得，=2.11。
（3）重合度系數(shù)，因< 1
故 ==0.91
（4）螺旋角系數(shù) ==0.97
14、許用接觸疲勞應(yīng)力[]
根據(jù)公式
[]= （4-10）
式中：——接觸疲勞壽命系數(shù)，查得=0.95；
失效概率＜1/100, 取=1。
得 =1550 MPa，=1500 MPa；
[] =1472 MPa ，[]=1500 MPa；
15、驗(yàn)算齒面接觸強(qiáng)度
按式
= （4-11）
==1360MPa≤[]
由于＜[]（取兩齒材料較弱者進(jìn)行比較），故接觸強(qiáng)度足夠。
4．3主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器行星齒輪可行性設(shè)計(jì)
主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器行星齒輪必須滿足同心條件即要求行星輪系的三個(gè)基本構(gòu)件得回轉(zhuǎn)軸必須在同一軸線上，對(duì)于所研究的行星輪系1和2的中心距應(yīng)等于輪3和輪2的中心距，即=，
得
（4-12）
式中：——為齒輪節(jié)圓半徑。
對(duì)于變位齒輪（斜齒）
= （4-13）
節(jié)圓直徑
（4-14）式中：——為嚙合角。
前面已求得 =25°40′
則 =23.11 mm
mm
mm
于是 =19.81 mm
符合同心條件。
行星齒輪結(jié)構(gòu)還必須滿足裝配條件，現(xiàn)假設(shè)為均勻分布的行星輪數(shù)，則相鄰的兩個(gè)行星齒輪和所夾的中心角為，現(xiàn)將第一個(gè)行星齒輪在位置Ⅰ裝入，當(dāng)裝好后，太陽(yáng)輪1與3的輪齒之間的相對(duì)位置已通過(guò)行星齒輪產(chǎn)生了聯(lián)系。為了在相隔處裝入第二個(gè)行星齒輪，設(shè)輪3固定，系桿沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)=達(dá)到位置Ⅱ，計(jì)算這時(shí)太陽(yáng)輪1轉(zhuǎn)過(guò)角度。
由于
==1+ （4-15）
則
= （4-16）
要求角所對(duì)弧是其齒距的整數(shù)倍，即要求太陽(yáng)輪1正好轉(zhuǎn)過(guò)整數(shù)個(gè)齒，設(shè)對(duì)應(yīng)于個(gè)齒，因每個(gè)齒距所對(duì)的的中心角為，所以
= （4-17）
（4-18）
=12
裝入第二個(gè)行星齒輪后，將系桿轉(zhuǎn)過(guò)，太陽(yáng)輪1會(huì)相應(yīng)地轉(zhuǎn)過(guò)故可
裝入第三個(gè)行星輪。依次類推直至裝入第個(gè)行星輪。
所以，這種行星輪的裝配條件是，兩太陽(yáng)輪齒數(shù)和能被行星輪數(shù)整除。
行星輪數(shù)量選擇不當(dāng)，還會(huì)造成相鄰兩行星輪齒廓發(fā)生干涉而無(wú)法裝入，應(yīng)使兩行星輪中心距大于兩行星輪齒頂圓半徑之和，即>,從而滿足裝配條件。
對(duì)于變位齒輪傳動(dòng)有
2>2 （4-19）
即
> （4-20）
式中： ==4；
變位齒輪中心距變動(dòng)系數(shù)
（4-21）
則 =0.51
齒高變動(dòng)系數(shù)
⊿ （4-22）
且，
故 ⊿0.08
齒頂高
（4-23）故 =（1+0.41-0.08）×1.5
=1.995 mm
齒頂圓直徑
（4-24）
=15.83+1.995×2
=19.82 mm
于是 2=
=（22.17+15.83）sin45°
=26.87 mm > =19.82 mm
即 >
滿足鄰接條件[10]。
由于大齒圈工作條件不如主動(dòng)齒輪與行星齒輪嚙合惡劣，當(dāng)采用同種材料，同樣的熱處理方法時(shí)，主動(dòng)齒輪與行星齒輪嚙合滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，其肯定也同樣符合要求，故此處略去其校核步驟。
4.4主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)計(jì)算
4.4.1蝸輪蝸桿傳動(dòng)比的確定
為保證蝸輪蝸桿有合適的傳動(dòng)比，從而匹配驅(qū)動(dòng)電機(jī)，需估算轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度。
假設(shè)方向盤轉(zhuǎn)速為零時(shí)，此時(shí)轉(zhuǎn)向角度由驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制，若在此時(shí)主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器滿足可變化傳動(dòng)比的變化范圍要求，由前面章節(jié)所述，方向盤轉(zhuǎn)速為零時(shí)，即時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為，太陽(yáng)輪輸出轉(zhuǎn)速為，由式
= （4-25）
設(shè)蝸輪轉(zhuǎn)速為，則應(yīng)有
（4-26）
故
= （4-27）
在理想狀況下，最小轉(zhuǎn)彎半徑與轉(zhuǎn)向輪外輪最大偏轉(zhuǎn)角度的關(guān)系為：
= （4-28）
在車輪為絕對(duì)剛體的假設(shè)條件下，內(nèi)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角與外轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系式為：
（4-29）
式中：——兩側(cè)主銷軸線與地面相交點(diǎn)之間的距離；
——汽車軸距[11]；
車型各項(xiàng)參數(shù)值：
軸距 L=2890 mm ；輪距（前）=1560 mm ；最小轉(zhuǎn)彎半徑 =11.5/2=5.75 m
于是，代入（4-19）式可求得
sin=75
.
5
890
.
2
=0.5026
=30.01°
則可由（4-20）式求得
=40.2°
考慮到駕駛員的操縱能力將方向盤轉(zhuǎn)速取為1r/s;方向盤回轉(zhuǎn)總?cè)?shù)為3.5圈的情況下，方向盤由中間位置轉(zhuǎn)至左右極限位置時(shí)歷時(shí)1.75s。
則可粗略認(rèn)為轉(zhuǎn)向輪最大偏轉(zhuǎn)角速度為：
=(°/s)=22.98(°/s)
主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器輸出角速度即為齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)輸入角速度，則它與轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度之比即為齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)傳動(dòng)比，=18，
即 ；
求得 =413.64(°/s)
=68.94(°/s)
則蝸輪轉(zhuǎn)速
（4-30）
已知機(jī)構(gòu)中；
故 r/min=28.39 r/min
取電機(jī)最大轉(zhuǎn)速位250 r/min，一般工況下，電機(jī)轉(zhuǎn)速為200 r/min。
當(dāng)=200 r/min時(shí)
由式
= （4-31）
知 ==16
取蝸輪蝸桿傳動(dòng)比為 =18
4.4.2蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算
1、選擇材料
蝸桿選用40表面淬火，表面硬度（45-55）HRC，蝸輪選用砂型鑄造，MPa；=140MPa。
2。、確定，，
由表19-3確定蝸桿頭數(shù)=2；
則由式
= （4-32）
得 =18×2=36
==18×11.73 r/min=211 r/min
3、確定蝸輪轉(zhuǎn)矩
最惡劣工況下，駕駛員需克服地面最大阻力矩施加在方向盤上的最大轉(zhuǎn)矩為=30.8 N?M。
當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)速為零時(shí)，考慮在同樣的工況下，則蝸輪的轉(zhuǎn)矩應(yīng)為==30.8 N?M。
4、確定載荷系數(shù)
查取，工作情況系數(shù)=1。
初設(shè)蝸輪圓周速度≤3m/s，取動(dòng)載荷系數(shù)=1；因載荷平穩(wěn)取齒向載荷分布系數(shù)=1；
故 ==1；
5、確定蝸輪許用接觸應(yīng)力[]
查得蝸輪材料，離心鑄造，蝸桿齒面硬度＞45HRC,得[]為261MPa；＜300 MPa，[]=261MPa。
6、接觸疲勞應(yīng)力計(jì)算
由式
(4-33)
取=0.45，得=2.7。
查得彈性系數(shù)=155。
將各參數(shù)代入上式得
=42.9 mm
由式
（4-34）
得 =0.4×42.9㎜=17.2 mm
=1.91 mm
選?。?2 mm；=22.4 mm；=11.2。
7、計(jì)算圓周速度與滑動(dòng)速度
= （4-35）
m/s
=0.04 m/s
蝸桿分度圓導(dǎo)程角
（4-36）
=10°7′29″
由公式
= （4-37）
=m/s
=0.23 m/s
由于＜3 m/s，故選取=1可用；＜12 m/s，蝸輪材料選取砂型鑄造可用。
8、傳動(dòng)效率計(jì)算
=0.23 m/s時(shí)，當(dāng)量摩擦角=3°37′。
據(jù)式（2-4）嚙合效率
則 =0.73
9、蝸桿傳動(dòng)主要尺寸計(jì)算
中心距
（4-38）
=47.2 mm
分度圓直徑，
=22.4 mm；==0.47與初設(shè)基本相符；
==2×36 mm =72 mm
蝸桿頂圓直徑；蝸輪喉圓直徑
=㎜=26.4 mm
=㎜=76 mm
10、彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算
由式
≤ （4-39）
蝸輪當(dāng)量齒數(shù)
（4-40）
=37.74
選取蝸輪齒形系數(shù)=1.81。
螺旋角系數(shù) =0.93
故
=MPa
=21.19 MPa
確定許用彎曲應(yīng)力；
蝸輪材料為，雙側(cè)工作，離心鑄造，取=58 MPa；
則 ＜
符合強(qiáng)度要求，可用。
11、熱平衡計(jì)算
由式
（4-41）
控制器通風(fēng)條件適中，取表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)
按下式估算殼體散熱面積
=
=0.089㎡
故 ℃
KW
＞（60～70）℃
可采用其他冷卻散熱措施，加強(qiáng)冷卻。
考慮到主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器為間歇工作，工作條件不如計(jì)算時(shí)惡劣，通風(fēng)散熱良好，因此可考慮將熱平衡計(jì)算略去不計(jì)。
4.5本章小結(jié)
本章根據(jù)前面各章所得數(shù)據(jù)及校核情況，設(shè)計(jì)整個(gè)主動(dòng)轉(zhuǎn)向器的機(jī)械部分，其中包括主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器行星齒輪設(shè)計(jì)，主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器行星齒輪可行性設(shè)計(jì)及主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)。并進(jìn)行強(qiáng)度校核。
結(jié) 論
本設(shè)計(jì)是依據(jù)駕駛條件，調(diào)節(jié)車輛轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比，從而增加或減小前輪的轉(zhuǎn)向角度。在低速時(shí)，電動(dòng)機(jī)的作用與駕駛者轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的方向一致，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比增大，可以減少駕駛者對(duì)轉(zhuǎn)向力的需求。在高速時(shí)，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向與駕駛者轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤方向相反，這減少了前輪的轉(zhuǎn)向角度，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比減小，轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性提高。傳動(dòng)比低速時(shí)10：1，高速時(shí)為20：1，結(jié)合傳統(tǒng)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，兩者組合即為具有主動(dòng)轉(zhuǎn)向功能的主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠確保最佳的駕乘舒適性，在車輛靜止?fàn)顟B(tài)下，方向盤止點(diǎn)間的操作比常規(guī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的三圈多減少到了不足兩圈。因此可以更加方便地操作方向盤上的按鈕。保證了車輛的穩(wěn)定性，給駕駛員提供舒適，安全的駕駛環(huán)境。
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致 謝
在本文即將完成之際，首先感謝田芳老師對(duì)我的耐心指導(dǎo)，幫助我一步一步的完善圖紙和說(shuō)明書，給了我無(wú)微不至的關(guān)懷。還要感謝我的家人多年來(lái)對(duì)我無(wú)微不至的關(guān)懷、始終如一的支持，感謝他們對(duì)我的鼓勵(lì)和生活上的諸多照顧，感謝他們督促我接受良好的教育。同時(shí)感謝宿舍的朋友一直以來(lái)對(duì)我的關(guān)心和支持。感謝汽車系所有老師和同學(xué)的幫助和勉勵(lì)。
通過(guò)這次的設(shè)計(jì)，我更深刻地了解了機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造的各方面知識(shí)，對(duì)汽車設(shè)計(jì)有了全新且比較全面的深刻認(rèn)識(shí)，達(dá)到了前所未有的高度，并鍛煉了獨(dú)立思考解決問(wèn)題的能力。再次向田老師表示衷心的感謝！
最后，向參加論文審閱、答辯的專家和老師表示感謝。
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