助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)齒輪齒條式機械結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計說明書

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1、 中文摘要 為了減輕駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤的操作力，利用動力產(chǎn)生輔助動力的裝置稱為轉(zhuǎn)向動力機構(gòu)?，F(xiàn)代汽車都采用動力轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng)，使駕駛員的轉(zhuǎn)向操作變得方便、省力。本文主要介紹了齒輪齒條式動力轉(zhuǎn)向器的設(shè)計計算以及結(jié)構(gòu)設(shè)計。對轉(zhuǎn)向系的要求,轉(zhuǎn)向系的主要參數(shù)，動力轉(zhuǎn)向系的要求,動力轉(zhuǎn)向的組成和工作原理，以及動力轉(zhuǎn)向系布置方案的選擇和確定等作了詳細的介紹。并且對所需要的輔助油泵作了計算和選擇。 關(guān)鍵字：齒輪齒條式，動力轉(zhuǎn)向，設(shè)計計算 Abstract In order to reduce the driver turned the steering wheel op

2、erating force, the use of power auxiliary power produced the device is called to the motor. It made the driver change direction conveniently and save his labouring. This text mostly introduced the design and the count of the integery type of circulating rack and pinion steering along with the desi

3、gn of structure. And it particularly introduced the need of steering system, the main parameters of steering system, the need of power steering system , the make-up and the principle of power steering system ,and how to select and ascertain the established scheme of power steering system,It is em

4、phasized the design and the count, also reckon and select the pump. Keywords: Rack and pinion steering,power steering,design and count 目 錄 中文摘 要 I Abstract II 前 言 1 第一章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計方案論證 2 1－1 轉(zhuǎn)向系的概述 2 1－2 動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述 4 1－3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器與其它型式轉(zhuǎn)向器的比較 6 1－4 電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作特性 7 第二章

5、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計及校核 10 2—1 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器種類的選擇 10 2—2 前軸負荷的確定 12 2—3 轉(zhuǎn)向系的主要性能參數(shù)計算 13 2—4　齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的計算及校核 16 第三章 電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計及驗證 25 3—1 EHPS系統(tǒng)設(shè)計方案選擇 25 3—2 EHPS系統(tǒng)的設(shè)計計算 28 3—3 動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案校核 36 第四章 畢業(yè)設(shè)計結(jié)論與小結(jié) 39 致 謝 40 參考文獻 41 42 42 前 言 本次畢業(yè)設(shè)計在高曉宏老師的指導(dǎo)下進行。主要內(nèi)容是齒輪齒條式的設(shè)計及其計算、轉(zhuǎn)向系的主要性

6、能參數(shù)選擇與確定、電子液壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計。 老師在三月初向我介紹了我將要完成的任務(wù)，并提供了大量的資料，我自己也借了很多參考書籍來學(xué)習(xí)，并且在網(wǎng)上、雜志上查閱了大量的相關(guān)文獻。我的課題是：小排量汽車轉(zhuǎn)向系設(shè)計。在今后的二個多月的時間里，我要完成的任務(wù)有： 1.由給定條件確定基本參數(shù)，然后由基本參數(shù)確定動力轉(zhuǎn)向器的其他主要參數(shù)； 2.進行方案論證設(shè)、計算、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、方案校驗等； 3.繪制轉(zhuǎn)向系裝配圖以及其零件圖； 4.編寫設(shè)計說明書； 5.進行相關(guān)技術(shù)文獻資料翻譯； 6.分析、總結(jié)、撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書。 本次設(shè)計要達到以下要求： 1) 在考慮安全、可靠、動力性、經(jīng)濟

7、性良好，又具備舒適、方便、高效的基礎(chǔ)上，盡量利用成熟的主要零部件并考慮其通用性，以減少投產(chǎn)準備工作量，以此提高經(jīng)濟效益并方便用戶維修。 2) 充分采用引進的車型的先進技術(shù)和先進結(jié)構(gòu)，并確保各選用總成、零部件的技術(shù)水平達 到或接近國內(nèi)先進水平，以提高整車性能，增強本系列車型在國內(nèi)外市場的競爭力。 3) 考慮系列化設(shè)計，在基本車型基礎(chǔ)上通過局部改動能派生成系列產(chǎn)品。 4) 設(shè)計時還考慮能裝配成各種中型專用車的可能性。 5) 遵循“三化”原則，貫徹有關(guān)國家標準和汽車行業(yè)標準，以及汽車技術(shù)法規(guī)。 6) 運行安全，排放和噪聲應(yīng)符合國內(nèi)及國際相應(yīng)法規(guī)的要求，以確保行車的安全和降低對 環(huán)境的污染。

8、 第一章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計方案論證 1－1 轉(zhuǎn)向系的概述 　 轉(zhuǎn)向系是通過對左、右轉(zhuǎn)向車輪不同轉(zhuǎn)角之間的合理匹配來保證汽車能沿著設(shè)想的軌跡運動的機構(gòu)。它由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)組成。 1. 轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu) 轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)是指轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向器之間的所有零部件總稱。轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱。其作用是將駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的操縱力傳給轉(zhuǎn)向器。有時為了布置方便，減少由于裝置位置誤差及部件相對運動所引起的附加載荷，提高汽車正面碰撞的安全性以及便于拆裝，在轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向器的輸入端之間安裝萬向節(jié)。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)

9、向系的剛度。 2. 轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系中最重要的部件，它是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的減速傳動裝置。其作用是：增大轉(zhuǎn)向盤傳到轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的力和改變力的傳遞方向。轉(zhuǎn)向器按結(jié)構(gòu)形式可分為多種類型，目前較常用的有齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器等。如果按照助力形式，又可以分為機械式（無助力），和動力式（有助力）兩種，其中動力轉(zhuǎn)向器又可以分為液壓動力式、電動助力式、電液助力式等。 3. 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu) 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)是指從轉(zhuǎn)向器到轉(zhuǎn)向輪之間的所有傳動桿件。轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)由轉(zhuǎn)向搖臂（把轉(zhuǎn)向器輸出的力和運動傳給直拉桿或橫拉桿，進而推動轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)）、轉(zhuǎn)向直拉桿（將轉(zhuǎn)向搖臂傳來的力和運動傳

10、給轉(zhuǎn)向梯形臂）、轉(zhuǎn)向節(jié)臂和轉(zhuǎn)向梯形等零部件共同組成，其中轉(zhuǎn)向梯形由梯形臂、轉(zhuǎn)向橫拉桿和前梁共同構(gòu)成。轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)用于把轉(zhuǎn)向器輸出的力和運動傳到轉(zhuǎn)向橋兩側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)，使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，并使兩轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角按一定關(guān)系變化，以保證汽車轉(zhuǎn)向時車輪與地面的相對滑動盡可能小。 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)是將司機對轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動變?yōu)檗D(zhuǎn)向搖臂的擺動（或齒條沿轉(zhuǎn)向車軸軸向的移動），并按一定的角傳動比和力傳動比進行傳遞的機構(gòu)。 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)和動力系統(tǒng)結(jié)合，構(gòu)成動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。為了使轉(zhuǎn)向輕便，現(xiàn)在的汽車多采用動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 4. 對轉(zhuǎn)向系的要求 轉(zhuǎn)向系應(yīng)滿足下述要求： （1） 保證汽車具有高的機動性； （2） 內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪

11、轉(zhuǎn)角間的匹配應(yīng)保證當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，全部車輪繞同一瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，各車輪只有滾動而無側(cè)滑； （3） 在轉(zhuǎn)向盤和各轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角間應(yīng)保證在運動學(xué)關(guān)系和力學(xué)關(guān)系方面的協(xié)調(diào)； （4） 操縱輕便。轉(zhuǎn)向時加在轉(zhuǎn)向盤上的切向力，對轎車不應(yīng)大于150~200N;對中型貨車不應(yīng)大于360N；對重型貨車不應(yīng)大于450N，否則應(yīng)考慮動力轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向盤的回轉(zhuǎn)圈數(shù)要少； （5） 轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向盤應(yīng)能自動回正，并能使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛工況； （6） 當(dāng)轉(zhuǎn)向輪受到地面沖擊時，轉(zhuǎn)向系傳遞到轉(zhuǎn)向盤上的反向沖擊要??； （7） 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)與懸架導(dǎo)向裝置的干涉應(yīng)最小； （8） 轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)因磨損產(chǎn)生間隙時，應(yīng)

12、能調(diào)整而消除之； 1－2 動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述 1.動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的定義及組成 動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是將發(fā)動機輸出的部分機械能轉(zhuǎn)化為壓力能（或電能），并在駕駛員控制下，對轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)或轉(zhuǎn)向器中某一傳動件施加輔助作用力，使轉(zhuǎn)向輪偏擺，以實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向的一系列裝置。 2.對動力轉(zhuǎn)向系的要求 1）既要保證轉(zhuǎn)向輕便勝利，又要能夠很好的反饋地面作用力，即“路感”。 2）在轉(zhuǎn)向結(jié)束時，轉(zhuǎn)向盤能平順地自動回正，使車輪回到直線行駛的位置上。 3）當(dāng)動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)生故障時，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍能依靠人力進行轉(zhuǎn)向。 4）在保證轉(zhuǎn)向性能的前提下，盡可能降低轉(zhuǎn)向的動力消耗。 3．汽車上裝置動力轉(zhuǎn)

13、向系統(tǒng)的目的 汽車轉(zhuǎn)向時要求操縱輕便，即以較小的轉(zhuǎn)向盤操縱力獲得較大的轉(zhuǎn)向力矩；同時又要求轉(zhuǎn)向靈敏，即以較小的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向角獲得較大的轉(zhuǎn)向角。使用機械轉(zhuǎn)向裝置可以實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸負荷較大時，僅靠駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源則難以順利轉(zhuǎn)向。動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)減輕了駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤的作用力。轉(zhuǎn)向能源來自駕駛員的體力和發(fā)動機(或電動機)，其中發(fā)動機(或電動機)占主要部分，通過轉(zhuǎn)向加力裝置提供。正常情況下，駕駛員能輕松地控制轉(zhuǎn)向。 圖1-1 三種適應(yīng)不同行駛條件的轉(zhuǎn)向力特性曲線 圖1-2 汽車急轉(zhuǎn)彎時的轉(zhuǎn)向力特性曲線 4．動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類 目前，轎車上配置的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)大致分為三類：機

14、械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 １）機械式液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 機械式的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般由液壓泵、油管、壓力流量控制閥體、V型傳動皮帶、儲油罐等部件構(gòu)成。液壓泵靠發(fā)動機皮帶直接驅(qū)動，無論車是否轉(zhuǎn)向，這套系統(tǒng)都要工作，而且在大轉(zhuǎn)向車速上浪費了能量。駕駛這類車，尤其是低速轉(zhuǎn)彎時，覺得方向比較沉，發(fā)動機也比較費力氣。又由于液壓泵的壓力較低時，需要液壓泵輸出更大的功率以獲得比較大的助力，在一定程度很大，也比較容易損害助力系統(tǒng)。 ２）電控式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 主要由儲油罐、助力轉(zhuǎn)向控制單元、電動泵、轉(zhuǎn)向機、助力轉(zhuǎn)向傳感器（用來檢測轉(zhuǎn)向時方向盤的角度和汽車轉(zhuǎn)向的方向，

15、為防側(cè)傾控制提供轉(zhuǎn)向信息）等構(gòu)成，其中助力轉(zhuǎn)向控制單元和電動泵是一個整體結(jié)構(gòu)。電子液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的缺點。它所采用的液壓泵不再靠發(fā)動機皮帶直接驅(qū)動，而是采用一個電動泵，動力來自于蓄電池。它所有的工作的狀態(tài)都是由電子控制單元根據(jù)車輛的行駛速度、轉(zhuǎn)向角度等信號計算出的最理想狀態(tài)。簡單地說，在低速大轉(zhuǎn)向時，電子控制單元驅(qū)動電子液壓泵以高速運轉(zhuǎn)輸出較大功率，使駕駛員打方向省力；汽車在高速行駛時，液壓控制單元驅(qū)動電子液壓泵以較低的速度運轉(zhuǎn)，在不至于影響高速打轉(zhuǎn)向的需要同時，節(jié)省一部分發(fā)動機功率。電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是目前采用較為普遍的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 ３）電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

16、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electronic Power Steering)，簡稱EPS，它利用電動機產(chǎn)生的動力協(xié)助駕車者進行動力轉(zhuǎn)向。EPS的構(gòu)成，不同的車盡管結(jié)構(gòu)部件不一樣，但大體是雷同。一般是由轉(zhuǎn)向傳感器、電子控制單元、電動機、減速器、機械轉(zhuǎn)向器、以及畜電池電源所構(gòu)成。汽車在轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)向傳感器會“感覺”到轉(zhuǎn)向盤的力矩和擬轉(zhuǎn)動的方向，這些信號會通過數(shù)據(jù)總線發(fā)給電子控制單元，電控單元會根據(jù)傳動力矩、擬轉(zhuǎn)的方向等數(shù)據(jù)信號，向電動機控制器發(fā)出動作指令，從而電動機就會根據(jù)具體的需要輸出相應(yīng)大小的轉(zhuǎn)動力矩，從而產(chǎn)生了助力轉(zhuǎn)向。在電子控制單元控制下，汽車能容易地實現(xiàn)可變助力功能，即在車速較低的時候助力能量大

17、，方向盤輕，車速高時助力能量小，方向盤重，這樣給安全行車帶來好處。如果不轉(zhuǎn)向，則本套系統(tǒng)就不工作，處于休眠狀態(tài)等待調(diào)用。一般高檔轎車使用這樣的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的比較多。 1－3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器與其它型式轉(zhuǎn)向器的比較 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器以齒輪和齒條傳動作為傳動機構(gòu)，適合與麥弗遜式獨立懸架配用。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊（無轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向直拉桿），質(zhì)量輕，剛性大，因而制作容易，成本低，便于布置，正逆效率均高。為了防止和緩和方向沖擊傳給方向盤，應(yīng)裝有能吸振的減振器，或者在小齒輪和轉(zhuǎn)向軸之間裝橡膠聯(lián)軸節(jié)。這種轉(zhuǎn)向器近年來在轎車和微型貨車上得到較廣泛的應(yīng)用。本次設(shè)計選擇使用齒輪齒條

18、轉(zhuǎn)向器。 圖1-3 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的傳動效率高、工作平穩(wěn)、可靠，螺桿和螺母上的螺旋槽經(jīng)淬火和磨削加工后，既耐磨而壽命又長。但循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，對主要零件的加工精度要求較高，但目前在SUV，MPV等車型上仍得到廣泛的應(yīng)用。 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器，主要由蝸桿和滾輪相嚙合而構(gòu)成。滾輪的齒面和蝸桿上的螺紋齒呈面接觸，強度比較高，制造簡單，工作可靠，磨損較小，壽命較長。當(dāng)要求搖臂軸有較大轉(zhuǎn)角時，蝸桿直徑要做的大些，因而轉(zhuǎn)向器的外形尺寸和質(zhì)量都將相應(yīng)增加。這種轉(zhuǎn)向器曾在輕型和中型汽車上廣泛使用過。 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器，能夠根據(jù)使用要求將角傳動比作成不變或可變的。搖臂軸

19、轉(zhuǎn)角較大時，可以采用雙銷式結(jié)構(gòu)。雙銷式轉(zhuǎn)向器在直線行駛區(qū)域附近，兩個銷子同時工作，可降低銷子上的負荷，減少磨損。這種轉(zhuǎn)向器制造較復(fù)雜，曾在一些小排量的轎車上直至重型汽車上采用過，目前應(yīng)用較少。 1－4 電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作特性 圖1-4 動力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng) 圖1-5 POLO轎車電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖 從廣泛意義上講，電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為2種。一種是為了實現(xiàn)車速感應(yīng)式轉(zhuǎn)向功能，而在機械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了控制液體流量的電磁閥、車速傳感器以及轉(zhuǎn)向控制單元等，轉(zhuǎn)向控制單元根據(jù)車速信號控制電磁閥，從而通過控制液體流量實現(xiàn)了助力作用隨

20、車速的變化。另一種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用由電動機驅(qū)動的液壓泵代替了機械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的機械液壓泵，而且增加了車速傳感器、轉(zhuǎn)向角速度傳感器以及轉(zhuǎn)向控制單元等部件。從性能上講，采用電動液壓泵的電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有更好的性能。根據(jù)控制方式的不同，液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又可分為流量控制式、反力控制式和閥靈敏度控制式三種形式。本次設(shè)計采用流量控制式。 圖1-6 流量控制式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)成 1.工作過程 在傳統(tǒng)的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)了控制液體流量的電磁閥、車速傳感器和電子控制單元等，電子控制單元根據(jù)檢測到的車速信號，控制電磁閥，使轉(zhuǎn)向動力放大倍率實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，從而滿足高、

21、低速時的轉(zhuǎn)向助力要求。轉(zhuǎn)向控制單元根據(jù)車輛的行駛速度和轉(zhuǎn)向角度等輸入信號計算出理想的輸出信號，然后控制電動機輸出適當(dāng)?shù)墓β省ｋ娍匾簤褐D(zhuǎn)向系統(tǒng)中的電動液壓泵工作，通過液壓油為轉(zhuǎn)向機提供助力當(dāng)汽車高速行駛時，轉(zhuǎn)向控制單元控制電動機輸出較小的功率，這樣駕駛者在操縱轉(zhuǎn)向盤時就比較穩(wěn)定，也就實現(xiàn)了車速感應(yīng)式轉(zhuǎn)向。 2.系統(tǒng)組成 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡稱為EHPAS(Electro-Hydraulic Power Assist Steering)，系統(tǒng)部件主要包括電動機、液壓泵、轉(zhuǎn)向機、轉(zhuǎn)向角速度傳感器、轉(zhuǎn)向控制單元、EHPAS警告燈以及助力油儲液罐等，其中轉(zhuǎn)向控制單元和電動機及液壓泵通常安裝

22、在一起。 3.特點（相對于液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)） 1)優(yōu)點 ①由于電子控制助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用了電動機代替發(fā)動機驅(qū)動機械液壓泵，這在一定程度上降低了發(fā)動機的負荷，從而降低了燃油消耗。 ②由于采用了轉(zhuǎn)向控制單元，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時可以使用故障診斷儀輔助故障的檢修。 2)缺點 ①雖然采用了電能作為動力源，但是仍然保留有液壓動力傳遞系統(tǒng)，因此電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍然具有一些機械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)缺點，例如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以及液壓管路有泄漏的可能等問題。 ②電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和機械式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相同，都帶有液壓管路和儲油罐等，系統(tǒng)不能實現(xiàn)模塊化設(shè)計，各部件在車身上的布置仍然有一定的局限性。

23、 第二章 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計及校核 2—1 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器種類的選擇 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：中間輸入，兩端輸出（圖2-1a）、側(cè)面輸入，兩端輸出（圖2-1b）、側(cè)面輸入，中間輸出(圖2-1c)、側(cè)面輸入，一端輸出(圖2-1d)。 圖2-1齒輪齒條轉(zhuǎn)向系 采用側(cè)面輸入，中間輸出方案時，由圖2－2可見，與齒條固連的左、右拉桿延伸到接近汽車縱向?qū)ΨQ平面附近。由于拉桿長度增加，車輪上、下跳動時拉桿擺角減小，有利于減少車輪上下跳動時轉(zhuǎn)向系與懸架系的運動干涉。拉桿與齒條用螺栓固定連接，因此，兩拉桿與齒條同時向左或向右移動，為此在轉(zhuǎn)向器殼體上開有軸向的

24、長槽，從而降低了它的強度。 圖2-2 采用兩端輸出方案時，由于轉(zhuǎn)向拉桿長度受限制，容易與懸架系統(tǒng)導(dǎo)向機構(gòu)產(chǎn)生運動干涉。但其結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，且成本低等特點，常用于小型車輛上。 采用側(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。 如果齒輪齒條式轉(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)性降低，沖擊力大，工作噪聲增加。此外，齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角只能是直角，為此，因與總體布置不適應(yīng)而遭淘汰。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)，沖擊與噪聲均降低，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。因為斜齒工作時有軸向力作

25、用，所以轉(zhuǎn)向器應(yīng)該采用推力軸承，是軸承壽命降低，還有斜齒輪的滑磨比較大事它的缺點。根據(jù)對四種不同類型轉(zhuǎn)向器的對比選擇，選用側(cè)面輸入兩端輸出的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。 齒條斷面形狀有圓形（圖2－3）、V形（圖2－4）和Y形（圖2－5）三種。圓形斷面齒條的制作工藝比較簡單。V形和Y形斷面齒條與圓形斷面比較，消耗的材料少，約節(jié)約20%，故質(zhì)量?。晃挥邶X下面的兩斜面與齒條托座接觸，可用來防止齒條繞軸線轉(zhuǎn)動；Y形的斷面齒條的齒寬可以做的寬一些，因而強度得到增加。在齒條與托座之間通常裝有堿性材料（如聚四氟乙烯）做的墊片，以減少滑動摩擦。當(dāng)車輪跳動、轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向器工作時，如在齒條上作用有能使齒條旋轉(zhuǎn)的力矩時，應(yīng)選用

26、V形和Y形斷面齒條，用來防止因齒條旋轉(zhuǎn)而破壞齒條、齒輪的齒不能正確嚙合的情況出現(xiàn)。 圖2-4 圖2-5 根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對前軸位置的不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在汽車上有四種布置形式：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。如圖2-6。 圖2-6 2—2 前軸負荷的確定 對于轎車，汽車總質(zhì)量 = 整備質(zhì)量 + 駕駛員及乘員質(zhì)量 + 行李質(zhì)量 由《汽車設(shè)計》表2—10,知汽車載質(zhì)量利用系數(shù),選取=1.2;由公式

27、 = 得=1.536kg; 3)輪胎的選擇 由《汽車設(shè)計》表2—20,根據(jù)條件初選輪胎規(guī)格為175/60R14 胎寬-----------------------175mm 胎厚與胎寬的百分比為-------60% 即胎厚=105mm, 輪轂直徑-------------------14英寸 4）前軸負荷的確定 理論上理想的軸荷分配比例50%:50%，這個軸荷分配比例有利于輪胎的均勻磨損，保證汽車擁有較好的過彎特性和行駛穩(wěn)定性。前置前驅(qū)（FF）的轎車，前軸軸荷最好占55%以上，以保證上坡時有足夠的驅(qū)動力。一般前置發(fā)

28、動機、前輪驅(qū)動的車，前后重量為前70％，后30％。 綜上所述，前軸負荷為8595N 2—3 　轉(zhuǎn)向系的主要性能參數(shù)計算 1.汽車方向盤（轉(zhuǎn)向盤） 轉(zhuǎn)向盤的直徑有一系列尺寸。選用大的直徑尺寸時，會使駕駛員進出駕駛室感到困難。若選用小的直徑尺寸，轉(zhuǎn)向時，駕駛員要施加較大的力量，老師給定的尺寸＝mm則 由作用方向盤上的力矩　　 得作用在方向盤上的力 2.轉(zhuǎn)向阻力矩　 [1] 　　　式中：　---滑動摩擦系數(shù)，一般取０.７ 　　　　　　?。?--輪胎氣壓，P=0.45Mpa 　　　　　　　---前軸載荷，G=8595N 則　＝277.1N.m

29、 3.轉(zhuǎn)向系的效率 功率P1從轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出所求得的效率稱為正效率，用符號η+表示；反之稱為逆效率，用符號η-表示。 轉(zhuǎn)向系的效率η0由轉(zhuǎn)向器的效率η和轉(zhuǎn)向操縱及傳動機構(gòu)的效率η9決定。 轉(zhuǎn)向器的效率η又有正效率η+和逆效率η-之分。轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出的功率（P1-P2）與轉(zhuǎn)向軸輸入功率P1之比，稱為轉(zhuǎn)向器的正效率： η+=（P1-P2）/P1 式中 P2——轉(zhuǎn)向器的摩擦功率。 反之，經(jīng)轉(zhuǎn)向軸輸出的功率（P3-P2）與轉(zhuǎn)向搖臂軸

30、輸入的功率P3之比，稱為轉(zhuǎn)向器的逆效率： η-=（P3-P2）/P3 正效率愈大，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向輪時轉(zhuǎn)向器的摩擦損失就愈小，轉(zhuǎn)向操縱就愈容易。轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等是影響轉(zhuǎn)向器正效率的主要因素。 為了保證轉(zhuǎn)向時駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤輕便，要求正效率高；為了保證汽車轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤能自動返回到直線行駛位置，又需要有一定的逆效率。為了減輕在不平路面上行駛時駕駛員的疲勞，車輪與路面之間的作用力傳至轉(zhuǎn)向盤上要盡可能小，防止打手，這又要求此逆效率盡可能低。 逆效率表

31、示轉(zhuǎn)向器的可逆性。根據(jù)逆效率值的大小，轉(zhuǎn)向器又可分為可逆式、極限可逆式與不可逆式三種。 可逆式轉(zhuǎn)向器的逆效率較高，這種轉(zhuǎn)向器將路面作用在轉(zhuǎn)向輪上的反力很容易的傳遞到轉(zhuǎn)向盤上，使司機的路感好。在汽車轉(zhuǎn)向后也能保證轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤的自動回正，使轉(zhuǎn)向輪行駛平穩(wěn)。但在壞路面上，當(dāng)轉(zhuǎn)向輪上作用有側(cè)向力時，轉(zhuǎn)向輪受到的沖擊大部分會傳給轉(zhuǎn)向盤，容易產(chǎn)生“打手”現(xiàn)象，同時轉(zhuǎn)向輪容易產(chǎn)生擺振。因此，可逆式轉(zhuǎn)向器宜用于在良好路面上行駛的汽車。目前主要應(yīng)用于轎車、客車和貨車上。齒輪齒條式和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器均屬于這一類。 不可逆式轉(zhuǎn)向器不會將轉(zhuǎn)向輪受到的沖擊力傳到轉(zhuǎn)向盤。由于他既使司機沒有路感，又不能保證轉(zhuǎn)向輪的自動

32、回正，現(xiàn)代汽車已不采用。 極限可逆式轉(zhuǎn)向器其反向傳力性能介于可逆式和不可逆式之間，接近于不可逆式。駕駛員有一定路感，能實現(xiàn)轉(zhuǎn)向輪自動回正，當(dāng)路面沖擊力很大時，才能部分地傳到轉(zhuǎn)向盤。其逆效率較低，適用于在壞路面上行駛的汽車。目前主要應(yīng)用于越野車和礦用自卸汽車。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪受到?jīng)_擊力時，其中只有較小的一部分傳遞給轉(zhuǎn)向盤。 4.轉(zhuǎn)向系的角傳動比和力傳動比 轉(zhuǎn)向系的傳動比由轉(zhuǎn)向系的角傳動比和轉(zhuǎn)向系的力傳動比組成． 從輪胎接觸地面中心作用在兩個轉(zhuǎn)向輪上的合力2與作用在方向盤上的手力Ｆ之比稱為力傳動比i . 方向盤的轉(zhuǎn)角和駕駛員同側(cè)的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角之比稱為轉(zhuǎn)向系角傳動比i.它又由轉(zhuǎn)向器傳動比i轉(zhuǎn)向傳

33、動裝置角傳動比i所組成． 　　力傳動比與轉(zhuǎn)向系角傳動比的關(guān)系 　　　　　i= 而Ｆ和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩Ｍ有以下關(guān)系 　　　　?。疲? 作用在方向盤上的手力Ｆ可由下式表示 　　?。疲健　　t 　　　i= 若忽略磨擦損失則 　　　 由此 　　式中　a－車輪節(jié)臂 　　由式可知，力傳動比與．和有關(guān)，愈小，愈大，轉(zhuǎn)向愈輕便． 由以上過程可計算出結(jié)果如下： １） 角傳動比　　 則　　 　　　　　　　?。?2.17 　　　 ２）力傳動比　　 　　　　　　　　　式中a=50mm 　　　　　　則　　　=68.1 2—4　齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的計算及校核 1.

34、齒輪參數(shù)的選擇 齒輪模數(shù)值取值為m=，主動齒輪齒數(shù)為z=6，壓力角取α=20，齒輪螺旋角為β=，齒條齒數(shù)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向輪達到的值來確定。齒輪的轉(zhuǎn)速為n=10r/min，齒輪傳動力矩25Ｎ，轉(zhuǎn)向器每天工作8小時，使用期限不低于5年． 主動小齒輪選用20MnCr5材料制造并經(jīng)滲碳淬火，而齒條常采用45號鋼或41Cr4制造并經(jīng)高頻淬火，表面硬度均應(yīng)在56HRC以上。為減輕質(zhì)量，殼體用鋁合金壓鑄。 2.齒輪幾何尺寸確定 齒頂高 ha = 齒根高 hf 齒高 h = ha+ hf = 分度圓直徑 d =mz/cosβ= 齒頂圓直

35、徑 da =d+2ha = 齒根圓直徑 df =d-2hf = 基圓直徑　　　 法向齒厚為　　　　 　　　　　　　　　　 端面齒厚為　　　　 　　　　　　　　　　 分度圓直徑與齒條運動速度的關(guān)系 d=60000v/πn10.001m/s 齒距 p=πm=3.14 齒輪中心到齒條基準線距離 H=d/2+xm=（） 3．齒根彎曲疲勞強度計算 （1）齒輪精度等級、材料及參數(shù)的選擇 1）由于轉(zhuǎn)向器齒輪轉(zhuǎn)速低，是一般的機械，故選擇8級精度。 2）齒輪模數(shù)值取值為m=，主動齒輪齒數(shù)為z=6，壓力角取α=20. 3）主動小齒輪選用20Mn

36、Cr5或15CrNi6材料制造并經(jīng)滲碳淬火，硬度在56-62HRC之間，取值60HRC. 4）齒輪螺旋角初選為β= （2）齒輪的齒根彎曲強度設(shè)計 1）試取K= 2）斜齒輪的轉(zhuǎn)矩 T=25Nm 3）取齒寬系數(shù) 4）齒輪齒數(shù) 5）復(fù)合齒形系數(shù) = 6）許用彎曲應(yīng)力 =0.7=0.7920=644N/ 為齒輪材料的彎曲疲勞強度的基本值。 試取=mm 7）圓周速度 d=mm b= d= 取b=mm 8）計算載荷系數(shù) 1） 查表得 使用系數(shù)

37、=1 2） 根據(jù)和8級精度，查表得 3） 查表得　　齒向載荷分布系數(shù) 4） 查表得　　齒間載荷分布系數(shù) 　　　　　　　 5） 修正值計算模數(shù)＝，故前取mm不變． （3）齒面接觸疲勞強度校核 校核公式為　 1）許用接觸應(yīng)力 　 查表得 由圖得 安全系數(shù)　 2）查表得　彈性系數(shù)?。? 3）查表得　區(qū)域系數(shù)　． 4）重合度系數(shù)　?。? 5）螺旋角系數(shù)　?。? MPa1650MPa 　由以上計算可知齒輪滿足齒面接觸疲勞強度，即以上設(shè)計滿足設(shè)計要求。 4.齒條的設(shè)計 根據(jù)齒輪齒條的嚙合特點: (1) 齒輪的分度圓永遠與其節(jié)圓相重合,而齒條的中線只有當(dāng)標準齒

38、輪正確安裝時才與其節(jié)圓相重合. (2) 齒輪與齒條的嚙合角永遠等于壓力角. 因此,齒條模數(shù)m=,壓力角 齒條斷面形狀選取圓形 選取齒數(shù)z＝28，螺旋角 端面模數(shù)　　　 端面壓力角　　 法面齒距　　　π 端面齒距　　　 齒頂高系數(shù)　　　 法面頂隙系數(shù)　　 齒頂高　　　　　 齒根高　　　　　　 齒高 　 h = ha+ hf = 法面齒厚　　　　 端面齒厚　　 5.齒輪軸的設(shè)計 由于齒輪的基圓直徑14.412，數(shù)值較小，若齒輪與軸之間采用鍵連接必將對軸和齒輪的強度大大降低，因此，將其設(shè)計為齒輪軸．由于主動小齒輪選用20MnCr5材料制造并經(jīng)滲碳

39、淬火，因此軸的材料也選用20MnCr5材料制造并經(jīng)滲碳淬火． 查表得：20MnCr5材料的硬度為60HRC，抗拉強度極限，屈服極限，彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限，轉(zhuǎn)速n=10r/min 根據(jù)公式[5] 忽略磨損，根據(jù)能量守衡，作用在齒輪齒條上的阻力矩為Mr=283.2N.m，作用在齒輪上的軸向力為F=12.64KN 作用在齒輪上的切向力為 F=34.74KN 彎曲疲勞強度校核 ＝Ｆ／＝34.74/3.14277MPa< 抗拉強度校核 滿載時的阻力矩為Mr=283.2N.m 齒輪軸的最小直徑為d=10mm，在此截面上的軸向抗拉強度為 ＝Ｆ／=12.64/3.145

40、=100MPa<1100Mpa 本設(shè)計選擇齒輪軸直徑最小處D=10 mm 6.其他零件的選擇 （1）六角螺栓的選擇 根據(jù)GB5780-2000 選取螺紋規(guī)格d=M6 （2）彈簧的選擇 根據(jù) GB1358--93 選擇代號為Y1的冷卷壓縮彈簧 總?cè)?shù) n1=12 有效圈數(shù) n=10 材料直徑 d=5 節(jié)距 t=10

41、自由高度取＝105 彈簧中徑 D=42 彈簧內(nèi)徑 彈簧外徑 具體的數(shù)據(jù)如下圖 （3）墊圈的選擇 根據(jù)GB848-85,選擇相配合的螺紋規(guī)格為d=8,具體數(shù)據(jù)如下圖: （4）油封的選擇 根據(jù)JB/ZQ4606-86和軸徑選取氈圈油封,主要參數(shù)如下:

42、 油 封 滾針軸承 （5）滾動軸承的選擇 根據(jù)GB/T5801-1994 選取滾針承的型號為NKI 10/12，主要參數(shù)如右上圖 （6）推力軸承的選擇 根據(jù) 選取推力軸承的型號為51102，主要參數(shù)如下圖 (7) 止推螺母參數(shù)的確定，如下圖  第三章 電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計及驗證 當(dāng)今汽車技

43、術(shù)的發(fā)展趨勢是節(jié)能、安全和環(huán)保。近年來，隨著助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在車輛上的廣泛應(yīng)用，如何提高助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作性能，減少系統(tǒng)的能耗已經(jīng)成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題。電子控制助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要有兩大類，即電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS（Electric Power Steering）和電子控制液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EHPS（Electro-hydraulic Power Steering，包括電磁閥控制式和電動泵控制式）。其中電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為中間產(chǎn)品起著承前啟后的作用，能提高轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的工作性能、降低系統(tǒng)的能耗，而且可以提供較大的轉(zhuǎn)向助力，滯后時間短，可吸收來自路面的沖擊，充分利用成熟的液壓動力轉(zhuǎn)向和控制技術(shù)的基礎(chǔ)

44、，具有較好的市場前景。因此，為了提高汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能，減少系統(tǒng)的能耗，本次設(shè)計采用電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。以下將對該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理，并對其功能進行分析。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能要求，應(yīng)用汽車設(shè)計和液壓傳動理論，提出了電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計方案，對小排量轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按此方案進行設(shè)計計算，并與國外同類產(chǎn)品進行對比，證明了此種匹配設(shè)計方法的正確性和有效性。 3—1 EHPS系統(tǒng)設(shè)計方案選擇 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

45、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3-1 EHPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖 圖3-2 日產(chǎn)藍鳥汽車流量控制式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 1— 動力轉(zhuǎn)向油罐；2—轉(zhuǎn)向管柱；3—轉(zhuǎn)向角速度傳感器；4—ECU；5—轉(zhuǎn)向角速度傳感器增幅器；6—旁通流量控制閥；7—電磁線圈；8—轉(zhuǎn)向齒輪聯(lián)動機構(gòu)；9—油泵 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)

46、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。 EHPS的工作原理如圖3-3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

47、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3-4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?，來協(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

48、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3-3 EHPS系統(tǒng)的原理圖 圖3-4 體積流量的通用特性場 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0.2L/100Km;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。 3—2

49、 EHPS系統(tǒng)的設(shè)計計算 1.動力缸的設(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=0.32—0.63,硬度為HB241-285，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 = P—供油壓力MPa 取P=13 MPa d—活塞桿直徑

50、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 = =40.2 mm 取D = 50 mm 此時 d = ， 符合 d = 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0.6——1.0 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： 圖3-5 活塞的外徑配合一般采用的配合公差帶，外徑和內(nèi)徑的同軸度公差不大于0.02，端面與軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm 外表面的圓度和圓柱度一般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

51、活塞相同的材料45#。 （3）活塞行程的計算 圖3-6 S= 2e1 +S1 + B e1—導(dǎo)向間隙 0.5—0.6D 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。 p—缸內(nèi)壓力 取Pmax=13Mpa D

52、c—動力缸直徑 50mm t—動力缸殼體厚度 n —安全系數(shù) n=3.5——5.0 取n=5.0 —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 t t 取 t = 10 mm。 (5)活塞桿的設(shè)計 活塞桿的直徑為 φ30mm , 設(shè)轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角為20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0.03——0.05 mm 并進行表面拋光。 (6)導(dǎo)向套的設(shè)計計

53、算 圖3-7 導(dǎo)向套 其中 S—活塞工作行程 S =130mm D — 動力缸直徑 D=50mm 取 H= 20mm ，取B =10mm 導(dǎo)向套外圓與端蓋孔的配合多為，內(nèi)孔與活塞桿的配合多為，外圓與內(nèi)孔的同軸度公差不大于0.03 圓度和圓柱度公差不大于直徑公差的一半。 2．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 ==6419=6.42 式中 ――油泵的計算排量； ——扭桿彈簧直徑； ――油泵的容積效率，計算時

54、一般取了＝0．75～0 ．85,根據(jù)同類汽車設(shè)計參數(shù)取=0.8； ――漏泄系數(shù)，＝0．05――0．10，根據(jù)同類汽車設(shè)計參數(shù)取=0.10； ――轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動的最大可能頻率，計算時對轎車取=1.5～ 1.7 ；對貨車取=0.5～1.2 ，取=1.5 （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

55、實現(xiàn)13--15Mpa，容積效率高； ③容易實現(xiàn)流量系列化，一般為每分鐘2.5、4、6.3、10、12、16、20和25L； 葉片泵一般分為單作用式葉片泵和雙作用式葉片泵兩大類，前者多制成變量泵，后者則為雙作用泵，而雙作用泵可組成雙級泵雙作用泵、雙聯(lián)泵、與多聯(lián)泵。我設(shè)計的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用的是雙作用式葉片泵，其工作原理及主要特點有：葉片在轉(zhuǎn)子的葉片槽內(nèi)滑動，由葉片、定子、轉(zhuǎn)子和配流盤間密封腔容積的變化輸出壓力油，每轉(zhuǎn)每一密封腔吸、排油各二次。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊。尺寸小，自吸能力較好，噪聲低，壓力和流量脈動小，價格較低。 缺點：對油液清潔度要求較高，抗污染能力比齒輪泵差，轉(zhuǎn)速范圍受到一定的限制

56、。根據(jù)計算部分得到的流量，由液壓元件手冊及工作情況選擇葉片泵，型號為YB—D10,其主要參數(shù)有：排量　10；額定壓力10；額定轉(zhuǎn)速1000,最高轉(zhuǎn)速2000r/min；驅(qū)動功率2.2；外形尺寸； （3）油罐的確定 轉(zhuǎn)向油罐的功能主要是：儲存油液，向油泵及系統(tǒng)供油；散熱、降低油液的工作溫度；濾清油液雜質(zhì)，保證工作油液清潔度。如典型轉(zhuǎn)向油箱剖面圖。 轉(zhuǎn)向油罐一般是單獨安裝,也有直接安裝在轉(zhuǎn)向油泵上。 油箱形狀可根據(jù)安裝位置而定，—般做成圓筒形．油箱的高度—般近似等于其內(nèi)徑。 油箱內(nèi)應(yīng)裝濾網(wǎng)，濾網(wǎng)可用銅絲布。濾網(wǎng)裝在回油口上，不要裝在出油口上，以免增加油泵的吸油阻力。 油箱

57、的油平面應(yīng)比油泵的入口高。為降低油溫．油箱應(yīng)裝在風(fēng)扇來風(fēng)的通道上、以保證油溫低于70 oC。 油箱的容積不宜太小，否則會使高壓油中容易產(chǎn)生氣泡，從而影響動力轉(zhuǎn)向的效果。一般油箱容積可取油泵在溢流閥限制下最大排量U的15一20％。 3.管路的設(shè)計 動力轉(zhuǎn)向系各元件的連接管路應(yīng)盡量短，拐彎要盡量少，以減少沿程和局離力轉(zhuǎn)向系的效率。 （1）油管內(nèi)徑的計算 油管的內(nèi)徑d可按下式計算： 式中：Q——通過管道的最大流量，即加力油缸所需工作油液的最大流量，L/min； v——允許流速，m／s。 推薦流速的許用值為： 油泵吸入管：v＝1.0一1.5m／s； 油泵

58、排油管：v＝2.5—3.5m／s； 回油管路：v＜3m/s； 短管或局部收縮處：v＝5.0一5.5m/s。 （2）油管的壁厚 為保證油管有足夠的強度，管壁厚度按薄壁筒的強度計算公式進行計算： 式中：p—工作壓力，N／ 　　d—油管內(nèi)徑，mm ［］—許用應(yīng)力，N／ 對鋼管： 式中：—抗拉強度 　　 n—安全系數(shù) 當(dāng)p＜7N／mm2時，n=8 p＜l 7．5 N／時．n＝6 p＞17．5 N／ 時，n＝4 對銅管：≤25N／ 油管內(nèi)徑和壁厚算

59、出以后，即可根據(jù)液壓手冊管材品種規(guī)格表選擇標準管徑和壁厚。 油泵吸入管內(nèi)徑的計算： =1.296.5mm =1.295.3 mm 所以根據(jù)以上數(shù)據(jù)取油泵吸入管內(nèi)徑為=6 mm。 油泵排油管內(nèi)徑的計算: =1.294.11 mm =1.23.48mm ， 所以根據(jù)以上數(shù)據(jù)取油泵排油管內(nèi)徑為4mm。 回油管路內(nèi)徑的計算： =1.293.75 mm 所以根據(jù)以上數(shù)據(jù)取回油管路內(nèi)徑為=4mm。 短管或局部收縮處油管路內(nèi)徑的計算： =1.293mm =1.292.8 mm 所以根據(jù)以上數(shù)據(jù)取短管或局部收縮處油管路內(nèi)徑為=3 mm。 4.電動機的功率的確定

60、 因為電動機和泵之間的扭矩傳遞損失很小，所以可以認為扭矩值非常接近于根據(jù)提供足夠助力需求所計算得到的扭矩值。首先，取一個安全系數(shù)n(1~1.2),可以得到電動機的額定輸出扭矩，則電動機的額定功率為 =2.4KW 3—3 動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案校核 1.活塞桿的校核 強度的計算： 由上面在計算缸徑的時候得出活塞桿的直徑為d=30mm，現(xiàn)對活塞桿的強度進行校核，活塞桿的材料采用的是優(yōu)質(zhì)碳素鋼45#，由此可知其 —許用應(yīng)力 MPa —屈服應(yīng)力 MPa n —安全系數(shù) n

61、=3.5~5 根據(jù)要設(shè)計的貨車，取該安全系數(shù)為5 活塞桿的強度計算： 其中F—液壓缸的載荷 d—活塞桿的直徑 所以，活塞桿的強度可以達到。 2.扭桿彈簧的校核 由上面可知，扭桿彈簧的理論鋼度可達。 扭杠彈簧實際需要的鋼度為： —方向盤駕駛員最大用的手力 —方向盤直徑 —扭桿彈簧最大轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)角 可見 且 n—安全系數(shù) 由上面可知，扭桿彈簧的最大剪應(yīng)力為 扭桿彈簧的材料采用40Cr ，，

62、 ，合乎最大剪應(yīng)力的要求。 第四章 畢業(yè)設(shè)計結(jié)論與小結(jié) 我們可以發(fā)現(xiàn)普通液壓助力設(shè)備麻煩，壇壇罐罐的液壓裝置比較多，能耗損失相對較大。電子液壓可以看作是液壓助力的升級，省卻了一些復(fù)雜的液壓裝置，直接采用電動泵來實現(xiàn)方向助力，一方面降低了液壓的設(shè)備繁雜和能耗損失，另一方面液壓的工作可靠性仍然保持，而且能夠隨低速高速自動助力大小。電動助力就更直接，這是助力發(fā)展的趨勢，他完全不用復(fù)雜的液壓設(shè)備，直接用電機給方向柱提供助力調(diào)節(jié)。 以前電動助力最大不足，就是汽車發(fā)電機發(fā)電功率有限，那么能提供的轉(zhuǎn)向動能也很有限，如果車身較重，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要提供較大的助力能量，那么電子

63、助力轉(zhuǎn)向就顯得力不從心。所以電子助力轉(zhuǎn)向多用于小排量車上。現(xiàn)在連奧迪A6L這樣中大型車都可以采用電動助力，可見人類技術(shù)進步還是比較快的。 電子液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)雖然采用了電能作為動力源，但是仍然保留有液壓動力傳遞系統(tǒng)，因此電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍然具有一些機械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)缺點，例如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以及液壓管路有泄漏的可能等問題。 綜上所述，總結(jié)出電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：由電動機直接帶動液壓泵工作。 工作順序：蓄電池-----電動機-------液壓泵-----助力到轉(zhuǎn)向機構(gòu) 特點：有液壓泵，液壓油，無皮帶，結(jié)構(gòu)緊湊，壓力穩(wěn)定，助力力矩好控制，較容易實現(xiàn)低速方向輕，高速時方向重。

64、 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計雖然僅僅經(jīng)歷了短暫的三個月，但是它濃縮了大學(xué)四年學(xué)習(xí)的全過程，體現(xiàn)了我們對所學(xué)知識的掌握和領(lǐng)悟程度。由于我們是第一次進行整體性地設(shè)計，不可避免地碰到了許多困難，有時甚至?xí)械綗o法下手。無論碰到什么樣的業(yè)設(shè)計期間，老師給予了極大的關(guān)心和幫助：無論是在轉(zhuǎn)向器實物尋找和拆裝、疑難解答還是在圖紙繪制方面，指導(dǎo)老師以嚴謹求實的治學(xué)態(tài)度給我們留困難，我都沒有退縮，憑借著一股求知的熱情，再加上指導(dǎo)老師的幫助，然后再回到書本攻克一個又一個的難題，最終圓滿地完成了本次設(shè)計。 首先我要向指導(dǎo)老師致以最誠摯的謝意！畢下了深刻的印象，成為我們現(xiàn)在以至將來走上工作崗

65、位學(xué)習(xí)的楷模。 其次，我要感謝實驗室老師所提供的物質(zhì)條件，保證了畢業(yè)設(shè)計的順利進行。在畢業(yè)設(shè)計過程中，有很多同學(xué)給的大力支持，為我們提供的良好的畢業(yè)設(shè)計環(huán)境。在汽車實驗室的畢業(yè)設(shè)計期間，我們充分使用了實驗室予了我寶貴意見，在此一并感謝！ 通過這次設(shè)計，我學(xué)到了很多有用的東西，首先從大的方面來講，設(shè)計過程就是把四年所學(xué)知識作了全面的串接和溫習(xí)過程，對以前許多模糊之處有了重新的認識。 我的畢業(yè)設(shè)計課題是汽車動力轉(zhuǎn)向系的設(shè)計，開始做時走了不少彎路，鑒于動力轉(zhuǎn)向這塊，大體上相同，都是泛泛而談，涉及到的細節(jié)不多，甚至有許多錯誤，不同的人編寫的書，有許多地方出入很大，不知信誰的，又沒有標準，導(dǎo)致盲目

66、地摸索，費了許多時間。 這次我的最大收獲是明白了無論做什么事件，多要有一個好的可行性思路，按照大體框架，做起來才比較得手，對“良好的開端是成功的一半”有了深刻理解。它對我以后的工作也墊定了良好的基礎(chǔ)，對其有著很多的啟示和借鑒作用。 最后再次感謝身邊的老師和同學(xué)，在我大學(xué)四年的求學(xué)生涯以及此時畢業(yè)設(shè)計之際所給予的一貫支持和鼓勵！在我結(jié)束畢業(yè)設(shè)計的同時，也結(jié)束了我的大學(xué)生活。這意味著我進入了人生新的起點，我會用我在學(xué)校所學(xué)到的知識在嶄新的生活中不斷進取，發(fā)奮圖強。用我的事業(yè)成就來報答學(xué)校和老師對我的栽培，回報社會對我的關(guān)愛！ 參 考 文 獻 [1] 關(guān)文達.汽車構(gòu)造[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009. [2] 胡建軍，李彤.汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)進展分析[J].液壓與氣動，2006.12. [3] 高建春，朱賢達.齒輪式轉(zhuǎn)向機構(gòu)[J].上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2003.1. [4] 新浪汽車.淺談汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)[OL].，2005.05. [5]