汽車四輪轉(zhuǎn)向傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文主要研究了四輪轉(zhuǎn)向傳動(dòng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并對四輪轉(zhuǎn)向傳動(dòng)路線進(jìn)行了簡要分析。以此為理論基礎(chǔ)，以某汽車的相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)了四輪轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向器。包括前輪轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)計(jì)算，后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器的設(shè)計(jì)，齒條等強(qiáng)度的計(jì)算。四輪轉(zhuǎn)向傳動(dòng)系主要是通過車速傳感器、前輪轉(zhuǎn)角傳感器、前輪轉(zhuǎn)速傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、后輪轉(zhuǎn)角傳感器、后輪轉(zhuǎn)速傳感器，發(fā)

2、送信號到四輪轉(zhuǎn)向控制器內(nèi)，信號經(jīng)過處理，得出后輪所需的轉(zhuǎn)角大小及方向，控制執(zhí)行器完成轉(zhuǎn)向。此系統(tǒng)可以改善車輛低速的轉(zhuǎn)向靈活性和高速時(shí)的操縱穩(wěn)定性，使汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)響應(yīng)快，轉(zhuǎn)向能力強(qiáng)，直線行駛穩(wěn)定。前輪轉(zhuǎn)向器是四輪轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)部件，是電機(jī)助力的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。后輪執(zhí)行器是驅(qū)動(dòng)后輪轉(zhuǎn)向的主要部件。通過對前輪轉(zhuǎn)向器和后輪執(zhí)行器的設(shè)計(jì)，為四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)整體設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。</p><p>　　關(guān)鍵詞 四輪轉(zhuǎn)向，齒輪齒條電動(dòng)助力

3、轉(zhuǎn)向器，后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This paper mainly studies is the four-wheel steering transmission system the basic structure and working principle, and the four-wheel s

4、teering transmission routes are briefly analyzed. This theory, with a car related parameters of the four-wheel steering transmission system was designed. Including front wheel steering gear design calculation, rear wheel

5、 actuator design strength calculation, rack .Four-wheel steering transmission system is primarily through speed sensor, front wheel Angle sensor</p><p>　　Key words Four-wheel steering gear rack of electric p

6、ower steering gear, rear wheel actuators</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目錄III</b></p&g

7、t;<p>　　第一章 緒論- 1 -</p><p>　　第二章 設(shè)計(jì)方案選擇- 7 -</p><p>　　2.1 各傳感器位置確定- 7 -</p><p>　　2.2 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求- 8 -</p><p>　　2.3 轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計(jì)- 9 -</p><p>　　2.4

8、 本章小結(jié)- 11 -</p><p>　　第三章 齒輪齒條電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)計(jì)算- 11 -</p><p>　　3.1 轉(zhuǎn)向器的效率- 11 -</p><p>　　3.2 轉(zhuǎn)向器正效率η+- 11 -</p><p>　　3.3 轉(zhuǎn)向器逆效率η-- 12 -</p><p>　　3.4 傳動(dòng)比

9、的變化特性- 13 -</p><p>　　3.4.1力傳動(dòng)比與角傳動(dòng)比的關(guān)系- 14 -</p><p>　　3.5 參數(shù)選擇- 16 -</p><p>　　3.5.1轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計(jì)算- 17 -</p><p>　　3.6 轉(zhuǎn)向系載荷確定- 18 -</p><p>　　3.7 轉(zhuǎn)向器的主要元件設(shè)

10、計(jì)- 21 -</p><p>　　3.7.1選擇齒輪齒條材料- 21 -</p><p>　　3.7.2齒輪齒條基本參數(shù)- 23 -</p><p>　　3.7.3轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部- 24 -</p><p>　　3.7.4齒條調(diào)整- 25 -</p><p>　　3.8 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向橫拉桿的運(yùn)動(dòng)

11、分析- 26 -</p><p>　　3.9 齒輪齒條傳動(dòng)受力分析- 27 -</p><p>　　3.10 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算- 32 -</p><p>　　3.11 齒輪軸軸承的校核- 35 -</p><p>　　3.12 電機(jī)選擇- 36 -</p><p>　　3.12.1助力轉(zhuǎn)矩的計(jì)算-

12、36 -</p><p>　　3.12.2電動(dòng)機(jī)參數(shù)的選擇和計(jì)算- 37 -</p><p>　　3.13 本章小結(jié)- 38 -</p><p>　　第四章 后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器設(shè)計(jì)計(jì)算- 39 -</p><p>　　4.1 執(zhí)行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 39 -</p><p>　　4.2 齒條設(shè)計(jì)計(jì)算- 40 -

13、</p><p>　　4.3 回位彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算- 40 -</p><p>　　4.4 電機(jī)選擇- 42 -</p><p>　　4.4.1助力轉(zhuǎn)矩的計(jì)算- 42 -</p><p>　　4.4.2電動(dòng)機(jī)參數(shù)的選擇和計(jì)算- 42 -</p><p>　　4.5 本章小結(jié)- 43 -</p>

14、<p><b>　　結(jié)論- 44 -</b></p><p><b>　　致謝- 45 -</b></p><p>　　參考文獻(xiàn)- 46 -</p><p><b>　　附錄- 47 -</b></p><p><b>　　緒論</b>

15、;</p><p>　　四輪轉(zhuǎn)向（Four Wheel Steer）控制技術(shù)就是在汽車行駛轉(zhuǎn)向時(shí)通過引入一定的后輪轉(zhuǎn)向來增強(qiáng)汽車在高速行駛或在側(cè)向風(fēng)力作用時(shí)的操縱穩(wěn)定性、行駛安全性及改善低速時(shí)汽車的機(jī)動(dòng)靈活性。我們知道普通汽車的轉(zhuǎn)向是靠駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，從而帶動(dòng)前輪的轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，前輪為轉(zhuǎn)向輪。前輪轉(zhuǎn)動(dòng)后，車身方向跟著改變，無轉(zhuǎn)向的后輪與車身的行進(jìn)方向產(chǎn)生差距，產(chǎn)生偏離角，從而發(fā)生彎力，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向。由此可見，傳統(tǒng)的

16、前輪轉(zhuǎn)向汽車有低速時(shí)轉(zhuǎn)向響應(yīng)慢，回轉(zhuǎn)半徑大，轉(zhuǎn)向不靈活；高速時(shí)方向穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。經(jīng)過二十余年的研究，4WS技術(shù)已趨于成熟，日本的日產(chǎn)公司、馬自達(dá)公司、豐田公司，美國的福特公司、通用公司的汽車產(chǎn)品上都有裝用4WS系統(tǒng)。我國開展汽車四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)研究相對較晚，80年代末和90年代初開始有文章探討4WS問題，90年代末，上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)開始進(jìn)行4WS控制方法的研究。近年來，由于電子控制技術(shù)的快速發(fā)展，以及國內(nèi)愈趨緊張的交通狀況，四輪轉(zhuǎn)向

17、控制技術(shù)越來越被汽車廠商及各高校重視，在2003年和2005年海峽連桿機(jī)構(gòu)學(xué)術(shù)研討會(huì)上臺(tái)北科技大學(xué)代表分享了后輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)以及四輪轉(zhuǎn)向控制防側(cè)滑等理論成果。通過對目前</p><p><b>　　【技術(shù)說明】</b></p><p>　　后輪轉(zhuǎn)向與前輪主要有兩個(gè)不同的相位轉(zhuǎn)角，當(dāng)車速較低時(shí)后輪與前輪轉(zhuǎn)向相反稱為逆向位轉(zhuǎn)角如圖（1-1），當(dāng)車速較高時(shí)后輪與前輪轉(zhuǎn)向相同

18、稱為同相位轉(zhuǎn)角如圖（1-2）。 </p><p>　?。╝）2WS （b）4WS</p><p>　　圖（1-1） 4WS低速時(shí)逆向位轉(zhuǎn)向</p><p>　?。╝）2WS （b）4WS</p><p>　　圖（1-2）4WS高速時(shí)同向位轉(zhuǎn)向</p>&

19、lt;p>　　四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制目標(biāo)主要包括：</p><p>　　1.減小側(cè)向加速度響應(yīng)和橫擺角速度響應(yīng)的滯后；</p><p>　　2.減小汽車的側(cè)偏角；</p><p>　　3.增強(qiáng)汽車的行進(jìn)穩(wěn)定性；</p><p>　　4.改善低速范圍汽車的操縱性；</p><p>　　5.改善汽車的轉(zhuǎn)向響應(yīng)性能；<

20、;/p><p>　　6.抵制由汽車自身參數(shù)變化因素對汽車轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性的影響，并保持所期望的汽車轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性；</p><p>　　后輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向主要采用以下幾種控制模式：</p><p>　　1.定前后輪轉(zhuǎn)向比轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；</p><p>　　2.前輪參數(shù)控制后輪轉(zhuǎn)向（前饋型）</p><p>　　3.前后輪轉(zhuǎn)向比是前輪轉(zhuǎn)角函

21、數(shù)的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；</p><p>　　4.前后輪轉(zhuǎn)向比是車速函數(shù)的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；</p><p>　　5.具有反相特性的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；</p><p>　　6.具有最優(yōu)來控制的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；</p><p>　　7.具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。</p><p>　　四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法：前饋加反饋控制即前

22、輪轉(zhuǎn)向角比例前饋加橫擺角速度比例反饋控制，控制后輪轉(zhuǎn)向，并且使汽車質(zhì)心處的側(cè)偏角始終為零。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力的控制策略，的四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)。主要工作形式是四輪轉(zhuǎn)向控制器收集各傳感器輸入的信號，通過處理信號，確定后輪所需的轉(zhuǎn)角大小及方向，將蓄電池電壓輸送到后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器完成轉(zhuǎn)向如圖（1-3）。</p><p>　　車速傳感器2-方向盤轉(zhuǎn)角傳感器3-后輪轉(zhuǎn)速傳感

23、器4-執(zhí)行器電源輸入端 5-后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器6-后輪轉(zhuǎn)角傳感器7-四輪轉(zhuǎn)向控制單元8-前輪轉(zhuǎn)角傳感器 </p><p>　　圖（1-3）四輪轉(zhuǎn)向示意圖</p><p>　　四輪轉(zhuǎn)向的工作特性：當(dāng)車速低于29km/h時(shí)，如果轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)，后輪會(huì)立即開始向與前輪相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，在車速為零時(shí)，后輪最大轉(zhuǎn)角是6度。后輪轉(zhuǎn)角減小程度隨車速變化，在車速為29km/h時(shí)后輪轉(zhuǎn)角幾乎是零。當(dāng)車速為29km/h

24、時(shí)，轉(zhuǎn)向盤在最初200°轉(zhuǎn)角內(nèi)后輪轉(zhuǎn)向與前輪方向一致。在這個(gè)車速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角大于200°時(shí)后輪會(huì)轉(zhuǎn)向相反的方向。當(dāng)車速提高到96km/h，并且轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角是100°時(shí)，那么后輪將會(huì)向前輪的方向轉(zhuǎn)動(dòng)約1°。在這個(gè)車速下，如果轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)500°，后輪將會(huì)向前輪相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)大約1°</p><p><b>　　【設(shè)計(jì)說明】</b>&l

25、t;/p><p>　　由于本項(xiàng)技術(shù)的特殊性，和時(shí)間關(guān)系，只對前輪電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向器，和后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器進(jìn)行了設(shè)計(jì)。對于懸架系統(tǒng)和和后輪轉(zhuǎn)向梯形只是提出了設(shè)計(jì)方向。（前懸架可以采用雙叉臂式懸架，后懸架系統(tǒng)可以采用多連桿式懸架，現(xiàn)有車型-寶馬七系，后輪轉(zhuǎn)向梯形可采用雙梯形，使用兩套機(jī)構(gòu)進(jìn)行切換。）</p><p>　　前輪齒輪齒條轉(zhuǎn)向器采用空心電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿助力系統(tǒng)，此系統(tǒng)具有節(jié)能、環(huán)保、高效、安全等

26、諸多優(yōu)點(diǎn)，其整體結(jié)構(gòu)如圖（1-4）所示。</p><p>　　圖（1-4）前輪轉(zhuǎn)向器</p><p>　　由電子控制單元（Electric Control Unit,簡稱ECU）轉(zhuǎn)矩傳感器（ Torque Sensor），前輪角度傳感器（ Rotation Speed sensor）電動(dòng)機(jī)（Motor）、轉(zhuǎn)向盤（Steering Wheel）等組成。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開

27、始工作，轉(zhuǎn)向盤角度和扭矩傳感器把方向盤的輸入信號（轉(zhuǎn)向力矩和旋轉(zhuǎn)角度），以電壓信號的形式送至ECU。與此同時(shí)ECU讀取汽車的車的車速信號以及車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號。ECU根據(jù)轉(zhuǎn)向力矩大小和方向、發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速、方向盤轉(zhuǎn)角、方向盤轉(zhuǎn)速等信號，判斷是否需要助力及助力的大小和方向。若需要助力，則依據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的助力特性曲線計(jì)算出必要的助力力矩，并按照一定的控制策略和算法，輸出相應(yīng)的控制信號給驅(qū)動(dòng)電路，由驅(qū)動(dòng)電路提供相應(yīng)的電流給助力電機(jī)，

28、助力電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩，由減速機(jī)構(gòu)放大后再傳送給轉(zhuǎn)向軸起助力轉(zhuǎn)向的作用，從而完成轉(zhuǎn)向助力的功能。若出現(xiàn)故障或車速超出設(shè)定值則控制助力電機(jī)停止輸出，系統(tǒng)不提供助力，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為人工手動(dòng)轉(zhuǎn)向。由于電控單元可以采集車速、方向盤的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)角信號，所以EPS提供的助力大小可以根據(jù)控制策略調(diào)整</p><p>　　轉(zhuǎn)向軸螺桿2-后輪轉(zhuǎn)角傳感器3-定子4-執(zhí)行器殼體5-回位彈簧6-換向器7-電刷8-轉(zhuǎn)子9-循環(huán)球螺桿</p>

29、;<p>　　圖（1-5）后輪執(zhí)行器</p><p>　　執(zhí)行器包含一個(gè)通過循環(huán)球螺桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向齒條的電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)向橫拉桿是從轉(zhuǎn)向執(zhí)行器連接到后輪轉(zhuǎn)向節(jié)臂和轉(zhuǎn)向節(jié)處，執(zhí)行器內(nèi)的回位彈簧在點(diǎn)火開關(guān)斷開，或四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失效時(shí)將后輪推回直線行駛位置。一個(gè)后輪轉(zhuǎn)角傳感器安裝在后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器內(nèi)。通過對前輪轉(zhuǎn)向器和后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器的設(shè)計(jì)，為四輪轉(zhuǎn)向整體設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。</p><p>　　

30、第二章 設(shè)計(jì)方案選擇</p><p>　　2.1 各傳感器位置確定</p><p>　　1．車速傳感器：安裝在變速內(nèi)。車速傳感器將與車速相關(guān)的電壓信號送到四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電子控制模塊，這個(gè)車速信號也被送到自動(dòng)變速器內(nèi)的電子控制模塊。</p><p>　　2．前/后輪轉(zhuǎn)速傳感器：安裝在車輪輪轂上，前/后輪轉(zhuǎn)速傳感器將前/后輪轉(zhuǎn)速電壓信號送到四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電子控制模塊，這

31、個(gè)車輪轉(zhuǎn)速信號也被送到ABS電子控制模塊。</p><p>　　3．前輪轉(zhuǎn)角傳感器：前輪轉(zhuǎn)角傳感器安裝在前輪電機(jī)內(nèi)這個(gè)傳感器含有一個(gè)隨循環(huán)球螺桿旋轉(zhuǎn)的脈沖環(huán)，電子霍爾傳感元件直接安裝在脈沖環(huán)上部，如圖（2-1）</p><p><b>　　圖（2-1）</b></p><p>　　當(dāng)安裝在轉(zhuǎn)子上的“轉(zhuǎn)角傳感器檢測凸臺(tái)”隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，套在轉(zhuǎn)子上的

32、轉(zhuǎn)角傳感器的霍爾傳感元件向電子控制模塊發(fā)出脈沖數(shù)字電壓信號，顯示轉(zhuǎn)角。</p><p>　　4.后輪轉(zhuǎn)角傳感器：后輪轉(zhuǎn)角傳感器安裝后輪執(zhí)行器電機(jī)內(nèi),此傳感器與前輪轉(zhuǎn)角傳感器相似，如上圖，當(dāng)安裝在轉(zhuǎn)子上的“轉(zhuǎn)角傳感器檢測凸臺(tái)”隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，套在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)角傳感器的霍爾傳感元件向電子控制模塊發(fā)出脈沖數(shù)字電壓信號，顯示后輪轉(zhuǎn)角。</p><p>　　5.方向盤轉(zhuǎn)角傳感器：安裝在組合開關(guān)下方的轉(zhuǎn)向

33、柱上。轉(zhuǎn)角傳感器采用霍爾效應(yīng)原理結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)角傳感器檢測轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)方向、轉(zhuǎn)動(dòng)速度和轉(zhuǎn)動(dòng)角度。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)角傳感器向電子控制模塊傳送前輪轉(zhuǎn)動(dòng)的信號。</p><p>　　6.轉(zhuǎn)向力矩傳感器：安裝在小齒輪內(nèi)，轉(zhuǎn)向力矩傳感器根據(jù)小齒輪桿的旋轉(zhuǎn)情況，檢測出轉(zhuǎn)向力的大小并輸送至控制單元。如圖（2-2） </p><p><b>　　圖（2-2）</b><

34、/p><p>　　2.2 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　1．運(yùn)動(dòng)學(xué)上應(yīng)保持轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角和駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的轉(zhuǎn)角之間保持一定的比例關(guān)系。</p><p>　　2．隨著轉(zhuǎn)向輪阻力增大（或減小），作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力必須增大（或減?。Q之為“路感”</p><p>　　3．當(dāng)作用在轉(zhuǎn)向盤上的切向力 0.025 0.190KN時(shí)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向器就

35、應(yīng)開始工作。</p><p>　　4．轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向盤應(yīng)自動(dòng)回正，并使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài)。</p><p>　　5．工作靈敏，即轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)后，系統(tǒng)內(nèi)壓力能很快增長到最大值。</p><p>　　6．轉(zhuǎn)向失靈時(shí)，仍能用機(jī)械系統(tǒng)操縱車輪轉(zhuǎn)向。</p><p>　　2.3 轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計(jì)</p><p>　　阿克曼原

36、理：汽車在行駛（直線行駛和轉(zhuǎn)彎行駛）過程中，每個(gè)車輪的運(yùn)動(dòng)軌跡，都必須完全符合它的自然運(yùn)動(dòng)軌跡，從而保證輪胎與地面間處于純滾動(dòng)而無滑移現(xiàn)象。</p><p>　　兩輪轉(zhuǎn)向汽車阿克曼原理如圖（2-3） </p><p>　　轉(zhuǎn)角關(guān)系 = （2.1）</p><p>　　圖（2-3）L:前后輪軸距 K:兩輪轉(zhuǎn)向主銷距離</p>

37、<p>　　但實(shí)際上的轉(zhuǎn)向中心O不再后輪延長線上，這時(shí)汽車將產(chǎn)生側(cè)傾力，將導(dǎo)致重心偏移即重心測偏角。通過四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)，后輪微小的轉(zhuǎn)角（±3°）來控制車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的側(cè)傾角，使重心側(cè)偏角減小為零。這樣車輛在高速行駛時(shí)能迅速改變車道，車身又不致產(chǎn)生大的擺動(dòng)，減少了產(chǎn)生擺尾的可能性，同時(shí)也改善了前輪轉(zhuǎn)向不足的問題。</p><p>　　四輪轉(zhuǎn)向汽車阿克曼原理如圖（2-4） 轉(zhuǎn)角關(guān)系</

38、p><p><b>　　圖（2-4）</b></p><p>　　前輪與后輪同向轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角關(guān)系： </p><p>　　- = （2.2）</p><p>　　前輪與后輪反向轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角關(guān)系：</p><p>　　+ = （2.3）</p>

39、<p><b>　　2.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章對四輪轉(zhuǎn)向的具體結(jié)構(gòu)做了詳細(xì)介紹，并且對此結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向梯形進(jìn)行分析，對前輪轉(zhuǎn)向器和后輪執(zhí)行器的設(shè)計(jì)提供了基</p><p>　　第三章 齒輪齒條電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.1 轉(zhuǎn)向器的效率</p><p>　　功率P

40、1從轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向軸輸出所求得的效率稱為正效率，用符號</p><p>　　η+表示，η+=(P1—P2)／Pl；反之稱為逆效率，用符號η-表示，η- =(P3—P2)／P3。式中，P2為轉(zhuǎn)向器中的摩擦功率；P3為作用在轉(zhuǎn)向軸上的功率。為了保證轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤輕便，要求轉(zhuǎn)向器傳遞正效率高。為了保證汽車轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤能自動(dòng)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(shí)駕駛員的疲

41、勞，車輪與路面之間的作用力傳至轉(zhuǎn)向盤上要盡可能小，防止打手又要求逆效率盡可能低。</p><p>　　3.2 轉(zhuǎn)向器正效率η+</p><p>　　影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有：轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與效率 在前述四種轉(zhuǎn)向器中，齒輪齒條式、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率比較高，而蝸桿指銷式的固定銷和蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的正效率要明顯的低些。</p>

42、;<p>　　同一類型轉(zhuǎn)向器，因結(jié)構(gòu)不同效率也不一樣。如蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的滾輪與支撐軸之間的軸承可以選用滾針軸承、圓錐滾子軸承和球軸承等三種結(jié)構(gòu)之一。第一種結(jié)構(gòu)除滾輪與滾針之間有摩擦損失外，滾輪側(cè)翼與墊片之間還存在滑動(dòng)摩擦損失，故這種轉(zhuǎn)向器的效率僅有54％。另外兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器效率，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分別為70％和75％。</p><p>　　轉(zhuǎn)向軸承的形式對效率也有影響，用滾針軸承比用滑動(dòng)軸承可使正或逆

43、效率提高約10％。</p><p>　　轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率 如果忽略軸承和其它地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，對于螺桿類轉(zhuǎn)向器，其效率可用下式計(jì)算</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　式中， 為螺桿的螺線導(dǎo)程角； 為摩擦角， ；f為摩擦因數(shù)。</p><p>　　3.3 轉(zhuǎn)

44、向器逆效率η-</p><p>　　根據(jù)逆效率大小不同，轉(zhuǎn)向器又有可逆式、極限可逆式和不可逆式之分。路面作用在車輪上的力，經(jīng)過轉(zhuǎn)向系可大部分傳遞到轉(zhuǎn)向盤，這種逆效率較高的轉(zhuǎn)向器屬于可逆式。它能保證轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動(dòng)回正。這既減輕了駕駛員的疲勞，又提高了行駛安全性。但是，在不平路面上行駛時(shí)，車輪受到的沖擊力，能大部分傳至轉(zhuǎn)向盤，造成駕駛員“打手”，使之精神狀態(tài)緊張，如果長時(shí)間在不平路面上行駛，易使駕駛員疲勞

45、，影響安全駕駛。屬于可逆式的轉(zhuǎn)向器有齒輪齒條式和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。</p><p>　　不可逆式轉(zhuǎn)向器，是指車輪受到的沖擊力不能傳到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向器。該沖擊力由轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件承受，因而這些零件容易損壞。同時(shí)，它既不能保證車輪自動(dòng)回正，駕駛員又缺乏路面感覺；因此，現(xiàn)代汽車不采用這種轉(zhuǎn)向器。極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于上述兩者之間。在車輪受到?jīng)_擊力作用時(shí)，此力只有較小一部分傳至轉(zhuǎn)向盤。它的逆效率較低，在不平路面上行駛時(shí)，駕駛

46、員并不十分緊張，同時(shí)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件所承受的沖擊力也比不可逆式轉(zhuǎn)向器要小。如果忽略軸承和其它地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，則逆效率可用下式計(jì)算</p><p>　?。?.2） </p><p>　　式(3.1)和式(3.2)表明：增加導(dǎo)程角 ,正、逆效率均增大。受η-增大的影響 不宜取得過大。當(dāng)導(dǎo)程角小于或等于摩擦角時(shí)，逆效率為負(fù)值或者為零，此時(shí)表明該轉(zhuǎn)向器是不可逆

47、式轉(zhuǎn)向器。為此，導(dǎo)程角必須大于摩擦角。通常螺線導(dǎo)程角選在8°～10°之間。</p><p>　　3.4 傳動(dòng)比的變化特性</p><p>　　轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比從輪胎接地面中心作用在兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪上的合力2Fw與作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 之比，稱為力傳動(dòng)比，即 =2Fw／

48、 （3.3）</p><p>　　轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度 之比，稱為轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比，即；式中， 為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量； 為轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量； 為時(shí)間增量。它又由轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比 和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比 所組成，即 = 。</p><p>　　轉(zhuǎn)向盤角速度 與搖臂軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 之比，稱為轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比 , </p><p><b>　　

49、即。</b></p><p>　　式中, 為搖臂軸轉(zhuǎn)角增量。此定義適用于除齒輪齒條式之外的轉(zhuǎn)向器。</p><p>　　搖臂軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度 之比，稱為轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比 ，即。</p><p>　　3.4.1力傳動(dòng)比與角傳動(dòng)比的關(guān)系</p><p>　　輪胎與地面之間的轉(zhuǎn)向阻力 和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力

50、矩 之間有如下關(guān)系</p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　式中，α為主銷偏移距，指從轉(zhuǎn)向節(jié)主銷軸線的延長線與支承平面的交點(diǎn)至車輪中心平面與支承平面交線間的距離。</p><p>　　作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 可用下式表示</p><p><b>　?。?.5）</b>&l

51、t;/p><p>　　式中， ——作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩；</p><p><b>　　——為轉(zhuǎn)向盤直徑。</b></p><p>　　將式(3.4)、式(3.5)代入式（3.3）得到</p><p><b>　　（3.6）</b></p><p>　　分析式(3.6)可知，當(dāng)主銷

52、偏移距a小時(shí)，力傳動(dòng)比 應(yīng)取大些才能保證轉(zhuǎn)向輕便。通常轎車的 a 值在0．4～0．6倍輪胎的胎面寬度尺寸范圍內(nèi)選取，而貨車的d值在40～60mm范圍內(nèi)選取。轉(zhuǎn)向盤直徑 根據(jù)車型不同在JB4505—86轉(zhuǎn)向盤尺寸標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的系列內(nèi)選取。</p><p>　　如果忽略摩擦損失，根據(jù)能量守恒原理，2 ／ 可用下式表示</p><p><b>　?。?.7）</b>&l

53、t;/p><p>　　將式(3.7)代人式(3.6)后得到</p><p><b>　　（3.8）</b></p><p>　　當(dāng) 和 不變時(shí)，力傳動(dòng)比 越大，雖然轉(zhuǎn)向越輕，但 也越大，表明轉(zhuǎn)向不靈敏。</p><p>　　根據(jù)相互嚙合齒輪的基圓齒距必須相等， 即 = 。其中齒輪基圓齒距 ，齒條基圓齒距

54、。由上述兩式可知：當(dāng)齒輪具有標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 和標(biāo)準(zhǔn)壓力角 與一個(gè)具有變模數(shù) 、變壓力角 的齒條相嚙合，并始終保持 時(shí)，它們就可以嚙合運(yùn)轉(zhuǎn)。如果齒條中部(相當(dāng)汽車直線行駛位置)齒的壓力角最大，向兩端逐漸減小(模數(shù)也隨之減小)，則主動(dòng)齒輪嚙合半徑也減小，致使轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)某同一角度時(shí)，齒條行程也隨之減小。因此，轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比是變化的。</p><p>　　隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角變化，轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比可以設(shè)計(jì)成減小、增大或保持不變的。影響

55、選取角傳動(dòng)比變化規(guī)律的因素，主要是轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大小和對汽車機(jī)動(dòng)能力的要求。若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷小，在轉(zhuǎn)向盤全轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，駕駛員不存在轉(zhuǎn)向沉重問題。裝用動(dòng)力轉(zhuǎn)向的汽車，因轉(zhuǎn)向阻力矩由動(dòng)力裝置克服，所以在上述兩種情況下，均應(yīng)取較小的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比并能減少轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的總?cè)?shù)，以提高汽車的機(jī)動(dòng)能力。</p><p>　　轉(zhuǎn)向盤在中間位置的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比不宜過小。過小則在汽車高速直線行駛時(shí)，對轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角過分敏感和使反沖效應(yīng)加大，使駕

56、駛員精確控制轉(zhuǎn)向輪的運(yùn)動(dòng)有困難。直行位置的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比不宜低于15～16。</p><p><b>　　3.5 參數(shù)選擇</b></p><p>　　1.本系統(tǒng)車型為前置前驅(qū) 2.部分參數(shù)選取國內(nèi)已有車型</p><p>　　前/后輪距K 1540/1540(mm) &

57、lt;/p><p>　　軸距L 2578(mm)</p><p>　　輪胎型號 205/55 R16</p><p>　　整備質(zhì)量 1405(kg)</p><p>　　允許總質(zhì)量M

58、 800(kg)</p><p>　　前/后軸載荷 1000/1000(kg)</p><p>　　方形盤直徑 400(mm)</p><p>　　齒條有效行程 150(mm)</

59、p><p>　　最小轉(zhuǎn)彎半徑R 6000(mm)</p><p>　　齒輪齒條轉(zhuǎn)向器正效率 90 </p><p><b>　　表3.1</b></p><p>　　3.5.1轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計(jì)算</p><p>　　說明：此四輪轉(zhuǎn)

60、向技術(shù)為主動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)，后輪微小轉(zhuǎn)角（ ）考慮當(dāng)后輪執(zhí)行器失靈時(shí)，汽車按二輪轉(zhuǎn)向技術(shù)行駛，所以轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角按二輪轉(zhuǎn)向汽車方法計(jì)算如圖（3-1）</p><p><b>　　。</b></p><p>　　Sin 0.43 （3.9） 25.470</p>

61、<p>　　tan 0.665 （3.10） 33.620 </p><p>　　3.6 轉(zhuǎn)向系載荷確定</p><p>　　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。欲驗(yàn)算轉(zhuǎn)向系零件強(qiáng)度，需首先確定作用在各零件上的

62、力。</p><p>　　線角傳動(dòng)比i </p><p>　　i= 47.58 (3.11)</p><p>　　方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)n </p><p>　　n= 3.15 (3.12)</p><p>　　角傳動(dòng)比

63、 = 19.19 (3.13)</p><p>　　原地轉(zhuǎn)向阻力距 的計(jì)算： </p><p>　　455557.72N.mm (3.14)</p><p>　　f ——輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)</p><p>　　G ——轉(zhuǎn)向前輪負(fù)荷。單位為N</p><

64、p>　　P ——輪胎氣壓，單位為MPa</p><p>　　作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 </p><p>　　= 131.89N (3.15)</p><p><b>　　——原地轉(zhuǎn)向阻力矩</b></p><p><b>　　——轉(zhuǎn)向盤直徑</b></p><

65、;p><b>　　——轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比</b></p><p><b>　　——轉(zhuǎn)向器正效率</b></p><p>　　主銷偏移距a a﹦0.5×205﹦102.5mm</p><p>　　作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩 ﹦ 26378N.mm</p>&l

66、t;p>　　力轉(zhuǎn)動(dòng)比 =6.9</p><p>　　輪輞直徑 16in﹦16×25.4﹦406.4mm</p><p>　　梯形臂長度 ×(0.8/2)</p><p>　　﹦162.56mm

67、 取162mm</p><p>　　輪胎直徑 55%×2×205</p><p>　　﹦631.9mm 取632mm </p><p>　　齒寬系數(shù) =1.2 15.46mm</p><p&g

68、t;　　齒條寬度 . 1.2×15.46﹦18.55mm</p><p>　　圓整取 ﹦20mm則取齒輪齒寬 +10=20+10=30mm</p><p>　　3.7 轉(zhuǎn)向器的主要元件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.7.1選擇齒輪齒條材料</p><p>　　小齒輪：齒輪通常選用國內(nèi)常用、性

69、能優(yōu)良的20CrMnTi合金鋼，熱處理采用表面滲碳淬火工藝，齒面硬度為HRc58 63/。齒輪是一只切有齒形的軸。它安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上并使其齒與齒條上的齒相嚙合。齒輪齒條上的齒選用斜齒。斜齒的彎曲增加了一對嚙合齒輪參與嚙合的齒數(shù)。相對直齒而言，斜齒的運(yùn)轉(zhuǎn)趨于平穩(wěn)，并能傳遞更大的動(dòng)力齒輪軸上端與轉(zhuǎn)向柱內(nèi)的轉(zhuǎn)向軸相連。因此，轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)使齒條橫向移動(dòng)以操縱前輪。齒輪軸由安裝在轉(zhuǎn)向器殼體上的球軸承支承。</p><p>

70、;　　表（3-2）齒輪軸的設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　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。齒條是在金屬殼體內(nèi)來回滑動(dòng)的，加工有齒形的金屬條。轉(zhuǎn)向器殼體是安裝在前橫梁或前圍板的固定位置上的。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懸架下擺臂平行。齒條可以比作是梯形轉(zhuǎn)向桿系的轉(zhuǎn)向直拉桿。導(dǎo)向座將齒條

71、支撐在轉(zhuǎn)向器殼體上。齒條的橫向運(yùn)動(dòng)拉動(dòng)或推動(dòng)轉(zhuǎn)向橫拉桿，使前輪轉(zhuǎn)向 （圖3.4.1）</p><p><b>　?。▓D3.1）</b></p><p>　　表（3-3）齒條尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　3.7.2齒輪齒條基本參數(shù)</p><p><b>　　齒輪：</b></p>

72、<p>　　分度圓直徑 15.46mm 齒頂高 </p><p>　　﹦1.2×15.46﹦18.55mm </p><p>　　齒頂圓直徑 </p><p>　　﹦15.46＋2×2.5﹦

73、20.46mm</p><p>　　齒根高 </p><p>　　﹦2.5×(1-0＋0.25)﹦3.125mm</p><p>　　齒根圓直徑 </p><p>　　=15.46-2×2.5(1-0＋0.25)﹦9.21mm</p><p><

74、;b>　　齒條：</b></p><p>　　齒頂高 </p><p>　　﹦2.5×(1=0)﹦2.5mm </p><p>　　齒根高 </p><p>　　﹦ 2.5×(1-0＋0.25)﹦3.125mm</p>

75、<p><b>　　——齒頂高系數(shù)取1</b></p><p>　　——頂隙系數(shù)取0.25</p><p>　　3.7.3轉(zhuǎn)向橫拉桿及其端部 </p><p>　　轉(zhuǎn)向橫拉桿與梯形轉(zhuǎn)向桿系的相似。球頭銷通過螺紋與齒條連接。當(dāng)這些球頭銷按制造廠的規(guī)范擰緊時(shí)，在球頭銷上產(chǎn)生了一個(gè)預(yù)載荷。防塵套夾在轉(zhuǎn)向器兩側(cè)的殼體和轉(zhuǎn)向橫拉桿上，防塵套阻

76、止雜物進(jìn)入球銷及齒條中。轉(zhuǎn)向橫拉桿端部與外端用螺紋聯(lián)接。這些端部與梯形轉(zhuǎn)向桿系的相似。側(cè)面螺母將橫拉桿外端與橫拉桿鎖緊如圖（3-2）。</p><p>　　橫拉桿 2—鎖緊螺母 3—外接頭殼體 4—球頭銷 5—六角開槽螺母6—球碗 7—端蓋 8—梯形臂 9—開口槽</p><p><b>　　圖（3-2）</b></p><p>　　表（3-4

77、）橫拉桿尺寸</p><p><b>　　3.7.4齒條調(diào)整</b></p><p>　　一個(gè)齒條導(dǎo)向座安裝在齒條光滑的一面。齒條導(dǎo)向座和與殼體螺紋連接的調(diào)節(jié)螺塞之間連有一個(gè)彈簧。調(diào)節(jié)螺塞由鎖緊螺母固定。齒條導(dǎo)向座的調(diào)節(jié)使齒輪、齒條間有一定預(yù)緊力，預(yù)緊力會(huì)影響轉(zhuǎn)向沖擊、噪聲及反饋。</p><p><b>　　表（3-5）導(dǎo)向座<

78、;/b></p><p>　　轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比：當(dāng)轉(zhuǎn)向盤從鎖點(diǎn)向鎖點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，每只前輪大約從其正前方開始轉(zhuǎn)動(dòng)30°，因而前輪從左到右總共轉(zhuǎn)動(dòng)大約60°。若傳動(dòng)比是1:1，轉(zhuǎn)向盤旋轉(zhuǎn)1°，前輪將轉(zhuǎn)向1°，轉(zhuǎn)向盤向任一方向轉(zhuǎn)動(dòng)30°將使前輪從鎖點(diǎn)轉(zhuǎn)向鎖點(diǎn)。這種傳動(dòng)比過于小，因?yàn)檗D(zhuǎn)向盤最輕微的運(yùn)動(dòng)將會(huì)使車輛突然改變方向。轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比必須使前輪轉(zhuǎn)動(dòng)同樣角度時(shí)需要更大的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)

79、角。</p><p>　　19.19:1的傳動(dòng)比較為合理。在這樣的傳動(dòng)比下，轉(zhuǎn)向盤每轉(zhuǎn)動(dòng)19.19°，前輪轉(zhuǎn)向1°。為了計(jì)算傳動(dòng)比，可將鎖點(diǎn)到鎖點(diǎn)過程中轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的度數(shù)除以此時(shí)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的度數(shù)。</p><p>　　3.8 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向橫拉桿的運(yùn)動(dòng)分析</p><p><b>　　圖（3-3）</b></p&g

80、t;<p>　　當(dāng)轉(zhuǎn)向盤從鎖點(diǎn)向鎖點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，每只前輪大約從其正前方開始轉(zhuǎn)動(dòng) ，因而前輪從左到右總共轉(zhuǎn)動(dòng)約60°。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪右轉(zhuǎn)30°，即梯形臂或轉(zhuǎn)向節(jié)由OC繞圓心O轉(zhuǎn)至?xí)rOA，齒條左端點(diǎn)E移至EA的距離為 </p><p>　　OD = OACOS 162 </p><p><b>　　DC = OC </b></p>&l

81、t;p>　　齒輪齒條嚙合長度應(yīng)大于 </p><p>　　A A </p><p><b>　　C A </b></p><p>　　同理計(jì)算轉(zhuǎn)向輪左轉(zhuǎn)35°，轉(zhuǎn)向節(jié)由OC繞圓心O轉(zhuǎn)至OB時(shí)，齒條左端點(diǎn)E移至 的距離為 </p><p>　　DB=DA=68.46mm DC=B

82、 </p><p><b>　　B’ </b></p><p>　　即 L =95.3+94.74=190.04 取L=200mm</p><p>　　3.9 齒輪齒條傳動(dòng)受力分析</p><p>　　軸的受力分析:若略去齒面間的摩擦力，則作用于節(jié)點(diǎn)P的法向力 可分解為徑向力

83、 和分力F，分力F又可分解為圓周力 和軸向力 。</p><p><b>　　計(jì)算支承反力</b></p><p><b>　　在垂直面上</b></p><p><b>　　在水平面上</b></p><p><b>　　畫彎矩圖</b></p&g

84、t;<p>　　在水平面上，a-a剖面左側(cè)、右側(cè)</p><p>　　在垂直面上，a-a剖面左側(cè)</p><p><b>　　a-a剖面右側(cè)</b></p><p>　　合成彎矩，a-a剖面左側(cè)</p><p><b>　　a-a剖面右側(cè)</b></p><p>

85、;<b>　　畫轉(zhuǎn)矩圖</b></p><p>　　轉(zhuǎn)矩 d/2 ﹦ 3619.96×10.82﹦39167.97N.mm </p><p><b>　　判斷危險(xiǎn)剖面</b></p><p>　　顯然，a-a截面左側(cè)合成彎矩最大、扭矩為T，該截面左側(cè)可能是危險(xiǎn)剖面。</p><p&g

86、t;　　.軸的彎扭合成強(qiáng)度校核</p><p>　　由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[3]查得，，</p><p>　　=60/100=0.6</p><p><b>　　a 截面左側(cè)</b></p><p>　　軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核</p><p><b>　　查得, ,；</b><

87、;/p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　a-a截面左側(cè)</b></p><p>　　查得 ；由表查得絕對尺寸系數(shù)</p><p>　　軸經(jīng)磨削加工，查得質(zhì)量系數(shù)β=1.0。</p><p><b>　　則彎曲應(yīng)力 </b>&l

88、t;/p><p>　　應(yīng)力幅 </p><p>　　平均應(yīng)力 </p><p><b>　　切應(yīng)力 </b></p><p><b>　　安全系數(shù)</b></p><p>　　查得許用安全系數(shù)[S]=1.3～1.5，顯然S>[S]

89、，故a-a剖面安全。</p><p>　　圖（3-4）齒輪軸受力分析圖</p><p>　　3.10 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　設(shè)計(jì)要求：圓柱形壓縮螺旋彈簧，載荷平穩(wěn)，要求 =1000N時(shí)， 彈簧總的工作次數(shù)小于 ，彈簧中要能寬松地穿過一根直徑為φ21mm的軸；彈簧兩端固定；外徑,自由高度 。</p><p>　　選擇材料：由彈

90、簧工作條件可知，對材料無特殊要求，選用C組碳素彈簧鋼絲。因彈簧的工作次數(shù)小于，載荷性質(zhì)屬Ⅱ類，。</p><p><b>　　計(jì)算彈簧絲直徑</b></p><p>　　表（3-6） 彈簧絲直徑的計(jì)算</p><p>　　表（3-7） 彈簧圈數(shù)和自由高度的計(jì)算</p><p><b>　　穩(wěn)定性驗(yàn)算 </

91、b></p><p>　　高徑比 b=H0/D2=42.59/20=2.1295<5.3</p><p><b>　　滿足穩(wěn)定性要求。</b></p><p>　　檢查δ及δ1鄰圈間隙 δ=t-d=7.92-5=2.92mm</p><

92、;p>　　彈簧單圈的最大變形量 λmax/n=8/4.43=1.81mm</p><p>　　故在最大載荷作用下仍留有間隙 δ1, δ1=2.92-1.81=1.11>0.1d</p><p>　　幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸的確定 </p><p>　　彈簧外徑 D2= D +

93、d=24+3=27mm</p><p>　　彈簧內(nèi)徑 D1=D2-d=24-3=21mm</p><p>　　彈簧的極限載荷 Flim= =3.14×52×956.25/(8×4×1.4)=1670N</p><p>　　彈簧的安裝載荷 Fmin=0.9Fmax=0

94、.9×1411=1269.9N</p><p>　　彈簧剛度 Cs=Gd/(8C3n)=80000×5/(8×43×4.43)=176.35N/mm</p><p>　　安裝變形量 λmin=Fmin/Cs=1269.9/176.35=7.20mm</p><p>　　最大變形量

95、λmax=Fmax/Cs=1411/176.35=8.00mm</p><p>　　極限變形量 λlim=Flim/Cs=1670/176.35=9.47mm</p><p>　　安裝高度 H1=H0-λmin=42.59-7.20=35.39mm</p><p>　　工作高度 H2=H0-λmax=42.59-8=

96、34.59mm</p><p>　　極限高度 H3=H0-λlim=42.59-9.47=33.12mm</p><p>　　3.11 齒輪軸軸承的校核</p><p>　　校核軸承，軸承間距75mm,軸承轉(zhuǎn)速n=15r/min,預(yù)期壽命L’h=12000h</p><p><b>　　初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷<

97、/b></p><p>　　X=0.56,選近似中間值Y=1.5。另查表得fp=1.2</p><p>　　P’=fp(XFR+YFA)=1.2×(0.56×705.5+1.5×468.9)=1318.12N</p><p>　　計(jì)算軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)負(fù)荷C’r</p><p>　　查表得,ft=1,又ε

98、=3</p><p>　　初選軸承型號查《機(jī)械工程及自動(dòng)化簡明設(shè)計(jì)手冊》,選擇6204軸承,Cr=12.8KN，其基本額定靜負(fù)荷 =6.65KN</p><p><b>　　驗(yàn)算并確定軸承型號</b></p><p>　　FA/ =469/6650=0.071,e為0.27,軸向載荷系數(shù)Y應(yīng)為1.6</p><p>&l

99、t;b>　　計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷</b></p><p>　　Pr= (XFR+YFA)=1.2×(0.56×1411×43/75+1.6×469)=1444N</p><p>　　驗(yàn)算6204軸承的壽命</p><p>　　即高于預(yù)期壽命，能滿足要求。上軸承選擇比下軸承稍大的型號6205,同樣滿足要求。</

100、p><p>　　3.12 電機(jī)選擇</p><p>　　3.12.1助力轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 </p><p>　　原地轉(zhuǎn)向阻力矩 455557.72N.mm </p><p>

101、;　　作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩 </p><p><b>　　26378N.mm</b></p><p>　　根據(jù)推薦值，轉(zhuǎn)向盤操縱力不應(yīng)大于30 50N，在10N以下則轉(zhuǎn)向很輕便。</p><p>　　﹦40×(400/2)=8000N.mm</p><p>　　——作用在轉(zhuǎn)向盤上的力，取40N</p

102、><p>　　——方向盤直徑， =400mm</p><p>　　所以作用在轉(zhuǎn)向軸上的最大助力轉(zhuǎn)矩 </p><p>　　﹦26.378-8﹦18.378N.mm</p><p>　　3.12.2電動(dòng)機(jī)參數(shù)的選擇和計(jì)算</p><p>　　采用空心電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿 電動(dòng)機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)矩為</p><p>

103、;　　﹦18.378/17﹦1.08N.m</p><p>　　G——減速器減速比 取G=17</p><p>　　電動(dòng)機(jī)的最大額定轉(zhuǎn)速 </p><p>　　﹦72×17﹦1224r/min</p><p>　　方向盤轉(zhuǎn)速 r/ming</p><p&

104、gt;　　功率 0..139kw</p><p>　　3.13 本章小結(jié)</p><p>　　本章對前輪轉(zhuǎn)向器進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用了齒輪齒條的結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，傳動(dòng)效率高達(dá)90%；齒輪齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙后，可利用裝在齒條背部靠近小齒輪的壓緊力可以調(diào)節(jié)的彈簧自動(dòng)消除齒間間隙，在提高系統(tǒng)剛度的同時(shí)也可防止工作時(shí)產(chǎn)生沖擊和噪聲

105、；轉(zhuǎn)向器占用體積??；沒有轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向橫拉桿，可以增大轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角；制造成本低，轉(zhuǎn)向助力方面采用了目前流行的新技術(shù)空心電機(jī)助力系統(tǒng)，此系統(tǒng)具有節(jié)能，反應(yīng)迅速，沖擊載荷小，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低等諸多優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　第四章 后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　4.1 執(zhí)行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　執(zhí)行器包含一個(gè)通過循環(huán)球螺桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向齒條的電動(dòng)

106、機(jī)。轉(zhuǎn)向橫拉桿是從轉(zhuǎn)向執(zhí)行器連接到后輪轉(zhuǎn)向節(jié)臂和轉(zhuǎn)向節(jié)處，執(zhí)行器內(nèi)的回位彈簧在點(diǎn)火開關(guān)斷開，或四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失效時(shí)將后輪推回直線行駛位置。一個(gè)后輪轉(zhuǎn)角主傳感器安裝在后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器內(nèi)。</p><p>　　4.2 齒條設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　后輪齒條：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。由于后輪軸荷為900Kg

107、與前輪相同，所以齒條直徑選擇30mm 總長為601mm。</p><p>　　4.3 回位彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　安裝在執(zhí)行器內(nèi)的電機(jī)考慮到電機(jī)的影響，材料選擇銅合金絲，有較好的防磁性，彈簧承受載荷循環(huán)次數(shù)在 次以上的變載荷，所以選擇Ⅰ類彈簧 =360MPa。 </p><p>　　G—切變模量 G=90000MPa</p><

108、;p>　　因d=D/C, C取7 估取d=10mm MPa</p><p>　　K—曲度系數(shù) K 1.2</p><p><b>　　最大工作載荷 N</b></p><p>　　彈簧絲直徑 d 1.6

109、﹦1.6 11.6mm</p><p>　　取銅合金絲直徑為12mm</p><p>　　表（4.1）彈簧絲直徑的計(jì)算</p><p>　　表（4.2） 彈簧圈數(shù)和自由高度的計(jì)算</p><p>　　彈簧外徑 D2 = D +d=70+10=80mm</p><p>　　彈簧內(nèi)徑

110、 D1=D2-d=70-10=60mm</p><p><b>　　4.4 電機(jī)選擇</b></p><p>　　4.4.1助力轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 </p><p>　　原地轉(zhuǎn)向阻力矩 </p><p>　　所以作用在轉(zhuǎn)向軸上的最

111、大助力轉(zhuǎn)矩 </p><p>　　4.4.2電動(dòng)機(jī)參數(shù)的選擇和計(jì)算</p><p>　　采用空心電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿 電動(dòng)機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)矩為</p><p>　　=455.6/17=26.8N.m </p><p>　　G——減速器減速比 取G=17</p><p>　　電動(dòng)機(jī)的最大額定轉(zhuǎn)速 72r

112、/min</p><p>　　功率 0.202kw</p><p><b>　　4.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　后輪執(zhí)行器是后輪轉(zhuǎn)向的主要執(zhí)行部件，隨著技術(shù)的提高，空心電機(jī)應(yīng)用在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，而且體積越來越小，本章對以有的執(zhí)行器進(jìn)行分析后，設(shè)計(jì)了執(zhí)行器結(jié)構(gòu)。并且通過對轉(zhuǎn)向力矩的計(jì)算，計(jì)算出了轉(zhuǎn)向齒條直

113、徑，從而計(jì)算出了電機(jī)所需的功率。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本文真對四輪轉(zhuǎn)向這項(xiàng)新技術(shù)展開工作，通過對四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分析，設(shè)計(jì)了符合四輪轉(zhuǎn)向工作要求的前輪轉(zhuǎn)向器和后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器。為四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。</p><p>　　1．設(shè)計(jì)了具有電動(dòng)助力的前輪轉(zhuǎn)向器，此轉(zhuǎn)向器能夠?yàn)?WS系統(tǒng)提供更精確、更穩(wěn)定

114、的控制。</p><p>　　2．后輪執(zhí)行器也是采用目前最先進(jìn)的技術(shù)而設(shè)計(jì)的，能夠符合4WS控制器的控制要求。使后輪的轉(zhuǎn)向更精確、更智能。</p><p>　　本文因?yàn)闀r(shí)間有限及本人知識能力有限，在一些方面還存在著很多不足以及欠考慮欠妥的方面，有待進(jìn)一步研究。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　

115、　本文是在導(dǎo)師王聰教授的悉心指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，從論文的選題、設(shè)計(jì)到開題報(bào)告乃至論文的最終完成，都得到了導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)，精益求精的工作作風(fēng)以及高尚的品格，為我樹立了人生的楷模，本人在王聰教授的指點(diǎn)下不僅樹立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多為人處世的道理。在此，謹(jǐn)向王聰教授表示崇高的敬意和衷心的感謝。</p><p>　　同時(shí)感謝所有在我身后默默支持我的家人，正是有了

116、他們的鼓勵(lì)與支持，才能讓我安心學(xué)習(xí)，順利完成學(xué)業(yè)，謝謝你們。</p><p>　　最后真誠的感謝評閱論文的各位專家、教授。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1 郭新華 汽車構(gòu)造 高等教育出版社 2008.9</p><p>　　2 余志

117、生 汽車?yán)碚?機(jī)械工業(yè)出版社 2009.3</p><p>　　3 王宇忘 汽車設(shè)計(jì) 機(jī)械工業(yè)出版社 2004.8</p><p>　　4 王黎欽 機(jī)械設(shè)計(jì) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2008.8</p><p>　　5 李涵武

118、 汽車電器與電子技術(shù) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2006.7</p><p>　　6 吳忠擇 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊 化學(xué)工業(yè)出版社 2004</p><p>　　7 劉品 機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測基礎(chǔ) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2007</p><p>　　8 李鉑 四輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向的而自由度魯棒控制

119、中國機(jī)械工程 2004.9</p><p>　　9 董志然 汽車操縱性優(yōu)化技術(shù)的研究 學(xué)位論文 2008</p><p>　　10 殷國棟 四輪轉(zhuǎn)向車輛操縱魯棒控制及其快速開發(fā)試驗(yàn)平臺(tái)研究</p><p>　　學(xué)位論文 2007</p><p>　　11 徐