電動液壓助力轉向系統(tǒng)的設計與分析

《電動液壓助力轉向系統(tǒng)的設計與分析》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《電動液壓助力轉向系統(tǒng)的設計與分析（61頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 電動液壓助力轉向系統(tǒng)的設計與分析 摘要 電動液壓助力轉向系統(tǒng)(ElectroHydraulic Power Steering System簡稱EHPS)是集液壓助力轉向和電動助力轉向的于一體，采用直流電機驅(qū)動液壓助力轉向油泵，就算轉向助力與發(fā)動機轉速無關，也可根據(jù)汽車的轉向需要提供動力，又發(fā)揮液壓驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)勢，由于有液壓系統(tǒng)的存在，提高了轉向平順感覺，衰減道路沖擊，提高了駕駛的舒適性和安全性。目前國內(nèi)外小型汽車上主要用的都是齒輪齒條式轉向器。齒輪齒條式轉向器轉向器式是將司機對轉向盤的轉動變?yōu)榛螨X條沿轉向車軸軸向的移動，并按照一定的角傳動比和力傳動比進行傳遞的機構。其基本結構是一對相互嚙合的

2、小齒輪和齒條。轉向軸帶動小齒輪旋轉時，齒條便做直線運動。有時，靠齒條來直接帶動橫拉桿，就可使轉向輪轉向。所以，這是一種最簡單的轉向器。它具有結構簡單、緊湊、質(zhì)量輕、剛度大、轉向靈敏、制造容易。成本低，正、逆效率都高一級便于布置等優(yōu)點，而且特別適合于在、燭式和麥弗遜式懸架配用，因此，目前它在轎車和微型、輕型貨車上得到了廣泛的應用。本文在前人研究的基礎上，對電動液壓助力轉向系統(tǒng)進行了簡單的設計，并對主要傳向機構-齒輪齒條傳動機構進行了詳細的設計與分析，在此基礎上，對其進行了優(yōu)化分析。關鍵詞：電動液壓助力轉向 直流電機 液壓系統(tǒng) 齒輪齒條Design and analysis of electro-

3、hydraulic power steering system【Abstract】 Electro hydraulic power steering system(EHPS)，which uses DC motor to drive oil pump，sets the advantages of hydraulic power steering system and electric power steering system(EPS)inoneIt not only makes steering assist power have nothing to do with vehicle spe

4、ed and provides assist power according to the steering requirements but also make full use of advantage of hydraulic driving system great energy densityDue to the existence of HPS steering feel is improved and the impact of the road attenuated SO that comfor of steering feel and safety are improvedR

5、ack and pinion steering gear steering gear type is the driver of the steering wheel or the rack into the rotation axial movement along the steering axle and gear ratio in accordance with a certain angle and the force transmission ratio for delivery institutions.Its basic structure is a pair of small

6、 gears meshing with each other and the rack. Rotating shaft driven pinion steering, the rack will do linear motion. Low cost, and inverse efficiency of all the advantages of a high level of ease of layout, but is especially good at, candle, and McPherson suspension with use, therefore, present it in

7、 the car and micro, light goods vehicle which has been widely aplied.Based on the previous research,combination of the electric power steering system and hydraulic steering system，make a simple design for the electric hydraulic power steering system ,then designed and analyzed in detail for the main

8、 spread to the body - gear rack mechanism,on this basis, has carried on the optimization analysis.【Key Words】：electro-hydraulic power steering DC motor hydraulic system rack and pinion目錄1 緒論61.1 汽車助力轉向系統(tǒng)簡介61.2 電動液壓助力轉向系統(tǒng)的工作原理81.3 電動液壓助力轉向系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀91.3.1電動液壓助力轉向系統(tǒng)國外研究進展91.3.2國內(nèi)發(fā)展電動液壓助力轉向系統(tǒng)所開展的工作101.4

9、 本課題研究的目的和意義102 電動液壓助力轉向系統(tǒng)的總體組成122.1 電動液壓助力轉向系統(tǒng)的機理及類型122.1.1 電動液壓助力轉向系統(tǒng)的機理122.1.2 電動液壓助力轉向系統(tǒng)的分類122.2 電動液壓助力轉向系統(tǒng)的總體框架142.3 電動液壓助力轉向系統(tǒng)組成部件的選取142.3.1 電動機152.3.2 齒輪泵152.3.3 轉向角速度傳感器162.3.4 轉向控制單元163 電動液壓助力轉向系統(tǒng)的設計173.1 EHPS系統(tǒng)的設計方法173.2 轉向器的介紹183.3 齒輪齒條式式轉向器設計計算203.3.1參數(shù)選擇203.3.2齒輪齒條式轉向器的設計與計算203.3.3轉向系計算

10、載荷的確定20 3.3.4 齒輪齒條式轉向器的設計21 3.4 本章小結364 EHPS 系統(tǒng)電動機控制策略的研究174.1 永磁無刷直流電機的工作原理374.2 EHPS 永磁無刷直流電機的結構374.3 電機的驅(qū)動電路及續(xù)流原理374.4 EHPS 系統(tǒng)無刷直流電機控制策略分析384.4.1 換相控制原理384.4.2 調(diào)速控制原理394.5 數(shù)字 PID 控制的實現(xiàn)404.5.1 電流的檢測和計算404.5.2 速度的檢測和計算404.5.3 雙閉環(huán)系統(tǒng)具有較好的動態(tài)性能414.6 本章小結415 轉向傳動機構的優(yōu)化分析435.1 結構與布置435.2 用解析法求內(nèi)、外輪轉角關系435.

11、3 轉向傳動機構的優(yōu)化設計455.3.1 目標函數(shù)的建立455.3.2 設計變量與約束條件465.4 本章小結486 總結48致 謝49參考文獻511 緒論1.1汽車助力轉向系統(tǒng)簡介 Francis WDavis在1920年發(fā)明了第一個助力轉向單元，1951年被應用在乘用車上。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，市場上目前有幾種不同的助力轉向系統(tǒng)。最常用的是液壓助力轉向系統(tǒng)(HPS)，最近微型車越來越多采用的電動助力轉向系統(tǒng)(EPS)以及僅僅出現(xiàn)在概念車上的線控轉向系(SteeringByWire)。在I-IPS系統(tǒng)向EPS發(fā)展的過程中，出現(xiàn)了在現(xiàn)有成熟的HPS系統(tǒng)的基礎上借助用電機代替發(fā)動機驅(qū)動轉向油泵

12、工作的助力轉向系統(tǒng)，即電動液壓助力轉向系統(tǒng)(EHPS)。以上四種助力轉向系統(tǒng)的特點如下：液壓助力轉向系統(tǒng)是利用發(fā)動機帶動轉向油泵工作，油泵的流量隨著發(fā)動機轉速的增加而增加，液壓油流入其中的一個缸，另一個缸則有一部分液壓油回流，利用助力缸兩腔之間產(chǎn)生了壓力差，從而產(chǎn)生助力。對于車輛來說，HPS系統(tǒng)存在三個方面的不足：HPS系統(tǒng)是按轉向阻力最大的泊車工況設計的，而汽車高速行駛時轉向阻力顯著下降，需要操縱力變小，易出現(xiàn)駕駛員路感下降的現(xiàn)象，降低高速行駛操縱仕能；95以上的汽車行駛里程是直線行駛，直線行駛時不需要轉向系統(tǒng)工作，而HPS系統(tǒng)的油泵始終在發(fā)動機驅(qū)動下輸出液壓能，白白消耗能量。另外，HPS系

13、統(tǒng)主要是按照克服低速泊車時的最大轉向阻力，保證輕便轉向設計的。低速泊車時發(fā)動機轉速在500-一800rmin范圍，而當汽車中、高速行駛時，發(fā)動機以怠速的3-一8倍轉速運轉，但此時，所需要的轉向阻力下降，發(fā)動機卻驅(qū)動油泵高速運轉，輸出流量數(shù)倍于泊車工況，輸出液壓能遠遠超出需要，浪費了許多能量。HPS系統(tǒng)由發(fā)動機驅(qū)動油泵提供動力，液壓管路會引起振動噪聲以及響應滯后等動力學問題。電動液壓助力轉向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的基礎上使用電機代替發(fā)動機驅(qū)動轉向油泵工作。它通過ECU控制電機轉速，電機轉速越高，油泵的流量和壓力越大，提供的助力就越大。這樣通過調(diào)節(jié)電機的轉速就可以實現(xiàn)可變助力。電動助力轉向系統(tǒng)則是取

14、消了液壓部分，由獨立于發(fā)動機的蓄電池提供動力帶動電機，根據(jù)不同行駛條件通過ECU傳送給電動機一個合適的電流以產(chǎn)生適合工況的轉向助力。目前EPS是最節(jié)能的，但是目前使用的是有刷直流電機，壽命相對較短，僅僅適用于輕型轎車，并且由于其取消了液壓部分，在轉向感覺平順以及衰減道路沖擊方面存在不足。線控轉向系統(tǒng)取消方向盤與轉向輪之間的機械連接，用電能實現(xiàn)全動力轉向，但現(xiàn)行標準出于可靠性和安全性的考慮，不允許采用全動力轉向系統(tǒng)，所以沒有批量生產(chǎn)。駕駛一輛車實際上是一個閉環(huán)系統(tǒng)，駕駛員是控制器而轉向單元是激勵。轉向系統(tǒng)將轉向盤轉角轉換到車輪轉角，此操作改變了車輛的行進方向。作為主要的參考，駕駛員采用視覺信息將

15、車?？吭诼愤?，駕駛員也通過轉向盤反饋的橫向加速度和橫擺力偶矩來保證轉向是按照要求來實現(xiàn)。 LSegel在1960年代研究了反饋轉矩并且發(fā)現(xiàn)橫向加速度和轉向盤力矩的關系在安全停車時扮演了重要的角色。這項工作在1970年代由FJaksch，在1980年代由FJAdams和ICDNorman繼續(xù)研究下去。車輛制造商今天采用他們研究的結論去設計助力轉向系統(tǒng)。擁有轉向盤力矩和橫向加速度的內(nèi)在的具體的關系對于駕駛員來說變得很重要，可以使得反饋到駕駛員的路感連續(xù)不斷。圖11所示為橫向加速度和轉向盤力矩的關系。注意到轉向盤力矩在橫向加速度較低時的陡坡，這是用來保證在方向盤中心位置剛近時有個很好的反饋力矩。為了

16、獲得橫向加速度和轉向盤力矩之間的具體的關系，助力轉向的傳動比和前輪懸掛的布置形式一起被用于研究。但是這種助力轉向的傳動比是根據(jù)不同的要求折衷處理的。正常的駕駛要求轉向盤的力矩是02Nm。助力轉向單元最重要的特征是駕駛員作用的力矩和由助力單元提供的輔助力矩之間的關系，通常叫做助力曲線。助力曲線表明了助力轉向單元的穩(wěn)態(tài)特性。穩(wěn)態(tài)特性的形狀是關于助力大小和路感關系的折衷。折衷處理的原因是由系統(tǒng)的固有特性決定的，即車輛應用于不同的駕駛工況。圖12中表示了三種不同的駕駛工況：高速公路駕駛，城市駕駛和泊車，得出不同的駕駛工況下特性曲線，轉向盤力矩和載荷的穩(wěn)態(tài)的特征關系。高速路面城市路面怠速負荷壓力（Mpa

17、）轉向盤力矩（Nm）轉向盤力矩橫向加速度 圖1.1橫向加速度和轉向盤力矩的關系 圖12不同工況下的特性圖由于助力曲線的形狀，駕駛員作用的力矩和助力矩之間的平衡隨著作用力矩的大小而改變。在圖14中，助力矩和駕駛員作用的力矩之間的關系作為總力矩的一個因素顯示出來了，見方程1-1。 （1-1）如圖13所示，在力矩較小的時候，駕駛員作用的力矩起著主導作用以保證良好的路感。在力矩較大的時候，助力矩是增加的，這也導致了較小的路面的觸覺干涉。但是，在低速轉向的時候這不是很關鍵。在圖14中，路面擾動采用在兩個不同的工作點的正弦曲線輸入來模擬。擾動在兩個工作點處都保持固定值?？梢钥吹?，觸覺反饋的改變?nèi)Q于哪一個

18、工作點的擾動先開始。在之前的論述中，比較大的力矩區(qū)域在泊車和低速城市駕駛時給著駕駛員助力而觸覺反饋不重要。不幸的是，高性能駕駛在較高的區(qū)域里減輕轉向盤力矩的要求。這表明，在較大的轉向盤力矩的工作點時駕駛員不能夠感到路感，無觸覺反饋。轉向盤力矩（Nm）負荷壓力（Mpa）力分布轉向盤力矩（Nm）圖13轉向盤力矩和助力矩之間的力矩分配與 圖14兩個不同的工作點時 轉向盤力矩的關系 干擾力的傳播1.2電動液壓助力轉向系統(tǒng)的工作原理1-轉向齒輪；2-閥套；3-活塞；4-彈簧；5-擋片；6-閥芯；7-油泵；8-電磁閥；9-儲油罐；10-安全閥；11-鋼球；12-轉向助力缸；P-進油環(huán)槽；Q-反力腔（a）

19、控制閥結構；（b）工作原理圖1.5 液壓助力轉向系統(tǒng)結構及工作原理圖 1.5 為一種反力控制式液壓助力轉向器的結構及原理圖。閥芯 6 的下部裝有由彈簧 4、活塞 3 和鋼球 11 組成的反力機構?；钊?3 可相對閥芯 6 軸向移動，但二者不可相對轉動。活塞 3 的下端及閥套 2 的上端有 V 型槽，鋼球 11 置于 V型槽中。這樣，活塞 3 上的軸向力對閥芯 6 和閥套 2 的相對轉動起阻礙作用。反力機構位于反力腔 Q 中，而在進油環(huán)槽 P 和反力腔 Q 的通道上安裝有電磁閥 8。該系統(tǒng)的工作過程為：轉向電控單元(圖中未繪出)根據(jù)采集到的車速信號，對電磁閥電流進行控制，以改變反作用腔中的油壓，

20、從而使閥芯附加的轉動阻力產(chǎn)生變化，獲得所需要的路感。汽車行駛速度低時，流經(jīng)電磁閥線圈的電流大，反力腔與進油腔間的通道被堵塞，反力腔中無法建立油壓，這與普通液壓助力轉向系統(tǒng)相同，轉向操舵力較小。隨著車速的增加，流過電磁閥線圈的電流減小，反作用腔與進油腔之間的節(jié)流面積增大，油液的壓力損失減小，反作用腔中壓力升高，轉動閥芯的阻力增大，轉向操舵力增加。 1.3 電動液壓助力轉向系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1電動液壓助力轉向系統(tǒng)國外研究進展國外汽車公司對EHPS系統(tǒng)的研究已有20多年歷史。1989年，歐洲H公司首先在液壓動力汽車中使用電子單元作為第一代EHPS系統(tǒng)。由于人們對EHPS系統(tǒng)節(jié)能的要求日益強烈

21、，到了90年代，該系統(tǒng)發(fā)展到第代，一個獨立的電子控制單元(ECU)首次產(chǎn)生。該系統(tǒng)對電機的速度進行控制，當沒有轉動轉向盤時，減少液壓油流量，從而降低能耗。隨著電子控制技術的發(fā)展，由KOYO，71州推出了第三代EHPS系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了ECU與無刷電機，提高了電機的效率，并根據(jù)轉向角速度傳感器和車速傳感器的信號，使得對電機速度的控制更加精確。由此，進一步降低了能耗，同時在轉向輕便性和路感方面能夠很好地調(diào)和，另外，無刷電機的采用使得轉向系統(tǒng)的可靠性大大改善。在EHPS系統(tǒng)發(fā)展的20多年歷程中，國外學者對該系統(tǒng)的性能與能耗方面也進行了大量研究。Hirotsug Yamaguchi等采用在常流量系統(tǒng)的

22、高壓油路和低壓回路之間加上一個旁通電磁閥，電控單元控制電磁閥的可變閥口大小來控制流量，從而使流向轉閥的流量得到調(diào)節(jié)。該方法雖然提高了駕駛的路感，卻急劇降低了轉向系剛度，高速時低剛度會引起從方向盤傳動到車輪的運動滯后和損失。1995年同本ToyodaMachine Works公司研制了一種低能耗的電液動力轉向系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠在非轉向情況下停止動力泵的工作，轉向時根據(jù)轉向情況提供動力。上述功能主要依靠一個中位閉式伺服換向閥，一個附加的壓力檢測裝置，一個蓄能器及一個電控單元來控制，動力泵由一個附加的電動機帶動。通過減壓閥根據(jù)泵的出口壓力來控制泵的流量控制閥，從而降低動力泵在非轉向時的輸出轉矩，來達到

23、節(jié)能的目的。實現(xiàn)表明，這種動力泵比傳統(tǒng)的動力泵在非轉向工況下節(jié)能30。但是泵的流量特性不理想，沒有能夠轉向時根據(jù)車速情況提供流量的問題。1996年日本ToyodaMachine Works公司的Yos”haru Inaguma等人研發(fā)了一種用于電液動力轉向系統(tǒng)的節(jié)能技術。這一技術用于中位閉式轉向系統(tǒng)，通過一個有著特殊結構的壓力檢測裝置和一個電控單元，控制泵的動力電機在非轉向情況下以很低的速度轉動，達到節(jié)能的目的，此時產(chǎn)生的少量流量從液壓元件的間隙中泄漏掉。為進一步提高能源利用率，KeqiSuzuki等設計了基于閉心伺服閥的EHPS系統(tǒng)，通過對中位開式和中位閉式EHPS進行仿真分析，得出開式系統(tǒng)

24、具有傳統(tǒng)液壓助力所擁有的手感好、變助力及改造容易等優(yōu)點，但節(jié)能效果不如閉式系統(tǒng)；而閉式系統(tǒng)輸出流量變化大，手感較差，且由于增加了蓄能器使得系統(tǒng)的復雜性增加。Vladimk V Kokotovic等提出采用自適應控制方法對電機進行控制，同時將車速、車輛側向加速度及偏移速度等車輛狀態(tài)參數(shù)考慮進去，采用多參數(shù)綜合反饋控制提高車輛操縱性能，實現(xiàn)對助力的精確控制，該方法由于增加了過多控制參數(shù)，導致實現(xiàn)比較困難，同時增加了成本。韓國的Se-hyun Rhyu，Yong-Kyoun Kim，JunHyukChoi and Jill Hur在2007年分析了用于42V車輛上的EHPS系統(tǒng)電動泵的發(fā)展狀況，并采

25、用等效磁路方法分析并設計了永磁同步電動機，該電機通過了實驗驗證。1.3.2國內(nèi)發(fā)展電動液壓助力轉向系統(tǒng)所開展的工作由于EHPS系統(tǒng)涉及電子、機械、液壓等諸多領域，面臨的難題較多，再加上國外對此方面的技術非常保密，故國內(nèi)對該系統(tǒng)的研究還處于探索階段，主要是高校在進行一些探討。其中清華大學為完成863燃料電池大客車項目，而開發(fā)的第一代電動轉向油泵并己成功地應用于863燃料電池大客車項目的數(shù)輛試驗樣車上，但在一些關鍵技術上還沒突破性進展，總體性能還不理想。其他高校和科研機構進行了一些研究，1998年同濟大學的周俊龍對動力轉向器電液伺服控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應進行了分析，并結合響應曲線給出了不同參變量下的具

26、體響應數(shù)據(jù)，從而找出了影響系統(tǒng)響應性能的重要參數(shù)，指出轉向系統(tǒng)要獲得滿意的瞬態(tài)響應曲線，阻尼比最好在0.3-0.7之間。北京航空航天大學的高峰等對EHPS進行了初步匹計算，得出了轉閥參數(shù)對操舵力特性的影響。同濟大學的周名等對電控液壓助力轉向系統(tǒng)的機理進行了研究，得出EHPS比HPS具有更好的轉向手感和節(jié)能效果。南京工程學院羅紹新等對EHPS設計了基于ARM芯片的控制器并進行了相關的試驗驗證。江蘇大學的耿國慶等對電動液壓助力轉向系統(tǒng)設計方法進行了研究，對系統(tǒng)各部件的參數(shù)進行了定量的分析。天津大學的許陽坡對EHPS系統(tǒng)的控制算法與實現(xiàn)進行了研究，得出一種根據(jù)轉向盤角速度和車速控制電機轉速來調(diào)節(jié)助力

27、的控制算法，并進行了相關的試驗驗證。以上研究只是對EHPS系統(tǒng)的部分特性和系統(tǒng)匹配進行了分析或采用簡單的控制方法對助力特性進行粗略實現(xiàn)，并沒有在全面分析系統(tǒng)特性的基礎上，采用先進的控制方法進行精確的控制。此外還有一些廠家對EHPS項目處于探索階段，如浙江恒隆萬安泵業(yè)有限公司成立了電機、油泵技術研究所，產(chǎn)品結構將向電磁閥控制的液壓助力和由電機驅(qū)動的電動液壓助力方向發(fā)展，但目前尚未有成熟的技術產(chǎn)品投向市場。EHPS的優(yōu)點以及它不斷擴大的市場正使得國內(nèi)的專家學者以及相關企業(yè)對EHPS系統(tǒng)產(chǎn)生越來越濃厚的興趣，已經(jīng)成為國內(nèi)汽車技術發(fā)展的另一熱點。從國內(nèi)的發(fā)展狀況來看，近幾年轉向系統(tǒng)的研究比較集中在轉向

28、系統(tǒng)節(jié)能、電動力轉向系統(tǒng)的改進和實用化、人車系統(tǒng)的各種分析和研究等問題上。1.4本課題研究的目的和意義當今汽車技術的發(fā)展趨勢是節(jié)能、安全和環(huán)保。隨著助力轉向系統(tǒng)在汽車上的廣泛應用，如何提高助力轉向系統(tǒng)的工作性能、減少系統(tǒng)的能耗己成為人們?nèi)找骊P注的問題。本課題通過對電動液壓助力轉向系統(tǒng)轉向特性分析和控制策略的研究，為開發(fā)研制電動液壓助力轉向系統(tǒng)提供相關知識和技術儲備。在這基礎上，進行了臺架試驗來驗證助力特性的合理性和控制策略的可行性，進而為研制適合轎車的電動液壓助力轉向系統(tǒng)的樣機奠定基礎。所研究的電動液壓助力轉向系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：EHPS系統(tǒng)通過ECU控制直流電機轉速來帶動電動泵工作，可根據(jù)轉向

29、需求提供不同的助力，改變了傳統(tǒng)液壓助力轉向系統(tǒng)單一助力特性的缺點。EHPS系統(tǒng)采用液壓提供助力，使助力比較平滑，手感好，解決了現(xiàn)有電動助力轉向系統(tǒng)中存在的方向盤擺振問題。對于以前的HPS可以經(jīng)過相對簡單的改裝即可成為EHPS系統(tǒng)，適用于各種車型，而且比HPS更節(jié)能、省油。所以，EHPS能提供比其它轉向系統(tǒng)更安全、更舒適的轉向操控性的同時還具有較好的節(jié)能效果?？梢岳矛F(xiàn)有的，成熟的液壓動力轉向系統(tǒng)的基礎上借助先進的控制技術可以兼顧液壓助力和電動助力兩者的優(yōu)點。因此，開發(fā)電動液壓助力轉向系統(tǒng)具有很好的發(fā)展前景。2 電動液壓助力轉向系統(tǒng)的總體組成2.1 電動液壓助力轉向系統(tǒng)的機理及類型2.1.1 電

30、動液壓助力轉向系統(tǒng)的機理EHPS 的工作原理如圖2.1所示。當汽車直線行駛時，方向盤不動，液壓泵以低速運轉，大部分工作油經(jīng)轉向閥流回油罐，小部分經(jīng)液控閥直接流回油罐；當駕駛員開始轉動方向盤時，電子控制單元根據(jù)檢測到的車速、轉角以及電動機的反饋信號等，判斷汽車的轉向狀態(tài)，向驅(qū)動單元發(fā)出控制命令，使電動機產(chǎn)生相應的轉速并驅(qū)動液壓泵，進而輸出相應流量和壓力的高壓油。壓力油經(jīng)轉閥進入齒條上的液壓缸，并推動活塞以產(chǎn)生適當?shù)牧?，幫助駕駛員進行轉向操縱，從而獲得較好的轉向效果。助力特性曲線可以通過軟件來調(diào)節(jié)，所以該系統(tǒng)可以應用于多種車型。在電子控制單元中，還有安全保護措施和故障診斷功能。當電動機電流過大或溫

31、度過高時，系統(tǒng)將會限制或者切斷電流，避免發(fā)生故障；當系統(tǒng)發(fā)生故障時，系統(tǒng)仍可依靠機械轉向系統(tǒng)進行轉向操作，同時顯示并存儲故障代碼。1.動力缸 2.轉向閥 3.ECU 4.電機5.液壓泵 6.液控閥 7.限壓閥圖2.1電動液壓助力轉向系統(tǒng)工作原理圖EHPS 系統(tǒng)以下特點：一是結構緊湊，主要部件都可以組合在一起，具有良好的模塊化設計，所以整體外形尺寸比傳統(tǒng)液壓助力轉向系統(tǒng)小，質(zhì)量輕，這就為整車的布置帶來了很大的方便；二是節(jié)能，實際行駛過程中能節(jié)約燃油0.2L/100km；三是根據(jù)車型和轉向工況的不同，提供不同的助力，有舒適的轉向路感。2.1.2 電動液壓助力轉向系統(tǒng)的分類由于助力轉向系統(tǒng)具有響應性

32、好、轉向輕便等優(yōu)點，已經(jīng)在汽車上得到廣泛使用。但，固定助力效果的助力轉向系統(tǒng)具有明顯的不足，雖然這種系統(tǒng)的助力效果在車速低時能夠起到很好的作用，但當車速不斷升高時，固定的助力效果會使轉向盤過于靈敏，不利于駕駛者對方向進行控制?；谶@種原因，設計人員通過電子控制技術在助力轉向系統(tǒng)上增加了車速感應式的轉向功能，以實現(xiàn)車輛低速行駛時助力力矩大和高速行駛時助力力矩小的效果，這就出現(xiàn)了電子控制助力轉向系統(tǒng)。在此需要說明的是，有些車型配置的助力轉向系統(tǒng)并不是通過感應車速來改變助力力矩的大小，而是通過感應發(fā)動機的轉速來改變助力力矩的大小，但是這種助力轉向系統(tǒng)應用較少。隨著人們對車輛舒適性能和安全性能要求的不

33、斷提高，目前的電動助力轉向系統(tǒng)已經(jīng)不僅僅具有車速感應式轉向功能，例如有些車型還具有“一般轉向模式”和“運動轉向模式”，并可以在2種轉向模式之間自由切換。從廣泛意義上講，電動液壓助力轉向系統(tǒng)分為2種。一種是為了實現(xiàn)車速感應式轉向功能，而在機械液壓助力轉向系統(tǒng)的基礎上增加了控制液體流量的電磁閥、轉向控制單元以及車速傳感器等，轉向控制單元根據(jù)車速信號控制電磁閥，從而實現(xiàn)了通過控制液體流量來使助力作用隨車速的變化而變化。另一種助力轉向系統(tǒng)是用由電動機驅(qū)動的液壓泵代替了機械液壓助力轉向系統(tǒng)中的機械液壓泵，而且增加了車速傳感器、轉向角速度傳感器和轉向控制單元等部件。通過比較，采用電動液壓泵的電動液壓助力轉

34、向系統(tǒng)具有更好的性能。電動液壓助力轉向系統(tǒng)根據(jù)轉閥的不同可分為中位開式和中位閉式。中位開式工作系統(tǒng)的組成如圖2.2所示。轉向閥中位有預開量，不轉向時，來自轉向液壓泵的液壓油經(jīng)過槽和槽脊之間的間隙(預開口),閥芯上的徑向孔流回油箱，因此也被稱為常流式轉向助力系統(tǒng)。轉向液壓泵通常由發(fā)動機驅(qū)動(亦可由電動機驅(qū)動)。中位開式轉向助力系統(tǒng)的優(yōu)點是結構簡單，液壓泵壽命長和轉向手感好。1. 內(nèi)燃機；2. 液壓泵；3. 液壓缸；4. 車輪；5. 轉閥；6. 流量調(diào)節(jié)閥；7. 溢流閥圖2.2中位開式EHPS系統(tǒng)中位閉式轉向系統(tǒng)如圖2.3所示。當方向盤處于不轉向的中間位置時，轉向閥的進出油口關閉。液壓回路中裝有蓄

35、能器，當蓄能器中的壓力低于某一時，卸荷閥關閉，液壓泵向蓄能器供油;當蓄能器中的壓力達幾到另一較高值時，卸荷閥打開，液壓泵停止向蓄能器供油、由于蓄能器中總保持一定的工作壓力，所以也被稱為常壓式轉向助力系統(tǒng)。中位閉式轉向系統(tǒng)最大的優(yōu)勢在于，在非轉向工況下，系統(tǒng)幾乎不消耗原電動機的能量，在液壓泵不運轉的倩況下，系統(tǒng)保持一定的轉向能力。但是中位閉式轉向助力系統(tǒng)轉向流量和壓力由蓄能器提供，在各種工況下輸出不容易調(diào)整，轉向助力不能隨轉向負荷做出相應的變化，降低了駕駛的可靠性和舒適性。另外，它的密封和結構都比較復雜，所以目前車輛中常用的仍是傳統(tǒng)的中位開式轉向助力系統(tǒng)。 1. 壓力繼電器；2. 電動機；3.

36、液壓泵；4. 蓄能器；5. 液壓缸；6. 車輪；7. 轉向閥；8. 單向閥；9. 卸荷閥；10. 內(nèi)燃機；11. 溢流閥；圖2.3 EHPS中位閉式系統(tǒng)2.2 電動液壓助力轉向系統(tǒng)的總體框架采用電動泵式的EHPS系統(tǒng)一般由電氣裝置和機械裝置兩部分組成，電氣部分由車速傳感器、轉角傳感器和電子控制單元ECU組成；機械裝置由齒輪齒條轉向器（包括轉子閥和助力缸）、控制閥及管路、電動泵組成。而比較先進的電動泵把齒輪泵（或葉片泵）、ECU、低慣量、高功率的直流電機和油罐集成在一起，構成集成的電動泵，使得整個總成結構緊湊，質(zhì)量變得更輕，安裝的柔性也大大增強。2.3 電動液壓助力轉向系統(tǒng)組成部件的選取電動液壓

37、助力轉向系統(tǒng)簡稱為EHPS，系統(tǒng)部件主要包括電動機、液壓泵、轉向機、轉向角速度傳感器、轉向控制單元、EHPS警告燈以及助力油儲液罐等，其中轉向控制單元和電動機及液壓泵通常安裝在一起。ECU發(fā)動機轉速信號車速信號齒輪泵角速度信號1. 轉角傳感器；2. 動力轉向傳動裝置；3. 儲油罐；4. 限壓閥；圖2.4 EHPS系統(tǒng)結構簡圖2.3.1 電動機 電動機分為無刷和有刷電動機，通常采用免維護無碳刷式電動機。這種電動機利用電子方式實現(xiàn)整流，而且沒有碳刷的磨損，因此具有很好的可靠性和較長的使用壽命。當不需要提供轉向助力時，電動機在很小的電流驅(qū)動下轉動，這樣當需要較大的轉向助力時，電動機就可以立即提高轉速

38、來提供所需要的助力。2.3.2 齒輪泵電動液壓助力轉向系統(tǒng)所用的齒輪泵為外嚙合齒輪泵，主要由主動齒輪、從動齒輪、泵體、泵蓋等組成。齒輪泵靠兩端的密封面密封，主動齒輪和從動齒輪各自由兩端軸承支撐。泵體、泵蓋和齒輪的各個齒間槽形成密封的工作空間。電機驅(qū)動主動齒輪，主動齒輪靠嚙合帶動從動齒輪旋轉。當兩齒逐漸分開，工作空間的容積逐漸增大，形成部分真空，儲油罐內(nèi)的液壓油在大氣壓作用下，經(jīng)進口被吸入，吸入的液壓油沿泵體被齒輪擠壓推入高壓油腔。當主動、從動齒輪不斷旋轉時，泵便能不斷吸入和排出液壓油，提供助力。外嚙合齒輪泵結構簡單、質(zhì)量輕，造價低、工作可靠，較葉輪泵容積效率和機械效率都要高。圖2.5為齒輪泵的

39、結構簡圖。圖2.5齒輪泵的結構簡圖2.3.3 轉向角速度傳感器 通常是霍爾式傳感器，內(nèi)置于轉向盤內(nèi)或轉向機內(nèi)，持續(xù)監(jiān)控轉動角速度，以作為轉向控制單元控制助力的參考依據(jù)。例如，當車輛高速行駛時，在車速感應式轉向功能的作用下，助力轉向系統(tǒng)提供的助力作用會減小，但是行駛中有可能出現(xiàn)需要緊急轉向的突發(fā)情況。當駕駛者猛打轉向盤時，轉向角速度傳感器會感知這一變化并會向轉向控制單元發(fā)出信號，轉向控制單元控制電動機的轉速迅速提高，助力作用會瞬間增大，以便車輛順利的完成轉向動作。在拆卸和安裝轉向角速度傳感器時，應注意將轉向盤置于正中間位置。2.3.4 轉向控制單元轉向控制單元具有接收和處理各個傳感器信號、輸出執(zhí)

40、行信號和監(jiān)控系統(tǒng)工作狀態(tài)等功能。轉向控制單元接收來自發(fā)動機控制單元的車速信號或發(fā)動機的轉速信號，以及來自轉向角速度傳感器的角速度信號，然后計算出理想的控制電流輸出給電動機，來控制助力力矩的大小和方向。當系統(tǒng)存在故障時，轉向控制單元會存儲故障碼并點亮儀表板上的EHPAS警告燈或EPAS警告燈。當監(jiān)測到系統(tǒng)內(nèi)電動機等部件出現(xiàn)故障時，轉向控制單元會切斷助力轉向系統(tǒng)，此時的機械轉向系統(tǒng)仍然正常。為了保護電動機等部件，轉向控制單元在適當?shù)臅r候會起動臨界狀態(tài)控制程序。例如當轉向機轉動至極限位置時，由于此時助力轉向系統(tǒng)的電動機不能轉動，所以通過電動機的電流就會達到最大值，為了避免持續(xù)大電流導致電動機和控制單

41、元損壞，所以當較大電流通過連續(xù)30 s后，轉向控制單元就會控制電流逐漸減小。當這種狀態(tài)消失后，轉向控制單元就會根據(jù)需要控制電流逐漸增大直到達到正常工作電流值。3 電動液壓助力轉向系統(tǒng)的設計3.1 EHPS系統(tǒng)的設計方法在研究電動液壓助力轉向系統(tǒng)功能的基礎上，對該系統(tǒng)的設計方法做了探討。汽車的最大轉向力矩發(fā)生在汽車原地轉向時，助力轉向必須滿足此時轉向輕便性的要求。汽車原地轉向阻力矩Tw（Nm）為 （3-1）式中 f輪胎和路面間的滑動摩擦因數(shù)；一般取f=0.7；轉向軸負荷，單位為N；P輪胎氣壓，單位為。此公式是經(jīng)驗公式。為安全起見，取安全系數(shù)為1.52。此時，轉向盤所需轉矩Th（Nm）為 （3-2

42、）式中 轉向系角傳動比，一般情況下，輕型車為1523；轉向系正效率，對齒輪齒條式轉向器，一般為70%85%。根據(jù)推薦值，轉向盤操縱力不應大于3050N,在10N 以下則轉向很輕便。因此，駕駛員作用在轉向盤上的轉矩Th0（Nm）為 （3-3）式中 Fh0作用在轉向盤上的力（N）；Dh轉向盤直徑（m）。所以，最大助力轉矩Tamax（Nm）為：由此可以得到齒條上的最大作用力F（N）為：F=Tamax/rg式中 rg 小齒輪半徑（m）。根據(jù)液壓泵的壓力標準系列，初步選定需要的最高工作壓力Pmax（MPa），并計算出助力缸活塞實際作用面積為S= F / Pmax由式上式得到助力缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的初步值

43、。根據(jù)現(xiàn)有的助力缸內(nèi)徑和活塞桿直徑常用系列值來，進一步確定合適內(nèi)徑和直徑。在確定了轉向器的相關參數(shù)后，下面根據(jù)這些參數(shù)設計出符合要求的電動泵的相關參數(shù)。對于油泵，一般要求當油泵輸出最大流量時，要能夠滿足求方向盤轉速不低于1r/s，轎車最大取1.5r/s。近年來，國內(nèi)普遍采用1.25r/s 計算。則活塞速度為： （3-4）式中 d1小齒輪直徑（mm）。轉向器所需的流量一般由動力缸活塞的有效作用面積和最大轉向速度決定。它可以近似為動力缸容積隨時間變化的函數(shù)加上傳動裝置及轉向器內(nèi)的泄流量Q2 (泄流量一般取0.9L/min)。則泵實際需要提供的最大流量Q1 (L/min)為：Q1 =（1.52）Q0

44、 + Q2 （3-5）然后，對泵的結構、泵腔的尺寸進行優(yōu)化設計，使之符合常用的排量系列中的值。在此基礎上，確定泵的最高轉速nmax（r/min），則泵的最高轉速可由最大流量和排量得出：nmax = Q1 / q （3-6）通過對以上參數(shù)的計算，可以得到所需要的液壓功率Py （W）為：Py = Q1 Pmax （3-7）泵的輸入扭矩Ti（Nm）為： （3-8）式中 m 泵與電機之間的機械效率，一般?。?.91）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（11.2）1，可以得到電動機的額定輸出扭矩Te，則電動機的

45、額定功率Pe 為： （3-9）上述設計方法的是可行的，能夠設計出符合助力要求的電動液壓轉向系統(tǒng)，該設計方法是比較合適的。3.2 轉向器的介紹轉向器是轉向系統(tǒng)中的重要總成部分，其作用主要有以下三方面：一是增大來自轉向盤的轉矩，使之達到足以克服轉向輪與路面之間的轉向阻力矩；二是減低轉向傳動軸的轉速，并使轉向搖臂軸傳動，帶動搖臂擺動使其末端獲得所需的位移，或者是將與其轉向傳動軸連接在一起的主動齒輪的傳動，轉換成齒條的直線運動而獲得所需的位移；三是通過選取不統(tǒng)的螺（蝸）桿上的螺紋螺旋方向，達到使轉向盤的轉動方向與轉向輪轉動方向協(xié)調(diào)一致的目的。汽車工業(yè)發(fā)達的國家，早期主要是圍繞減小轉向器的摩擦阻力、提高

46、效率和增大剛度等問題從事研究并開發(fā)出新產(chǎn)品。齒輪齒條式轉向器很早便在奔馳汽車上得到了應用，在1920年以前，許多牌號汽車都用這種轉向器，因此這種轉向器是應用最早的轉向器之一，已有100多年的歷史。早期使用的齒輪齒條式轉向器，由一個直齒圓柱齒輪與一個直齒齒輪相嚙合組成，不僅運動平穩(wěn)性差，而且沖擊和噪聲又大。而且，小齒輪軸線與齒條軸線間的夾角只能是直角，很難滿足總體布置要求。隨著汽車工業(yè)在現(xiàn)在的不斷發(fā)展，其結構得到不斷的完善。開發(fā)出了斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的轉向器，克服了采用直齒時所形成的缺點。如圖3-1。圖3.1 齒輪齒條式轉向器 目前齒輪齒條式轉向器在各級別轎車上都得到廣泛的應用，而且隨著

47、發(fā)動機前置前輪驅(qū)動轎車的生產(chǎn)不斷擴大，齒輪齒條式轉向器應用的前景將十分廣闊，因為這會使轉向系變得特別簡單。進入80年代初，我國生產(chǎn)的微型貨車開始應用齒輪齒條式轉向器，目前國產(chǎn)轎車絕大多數(shù)采用的都是這種形式的轉向器。齒輪齒條式轉向器主要由小齒輪、齒條、消除間隙機構及容納上述各件的殼體組成。其中小齒輪與齒條作無間隙嚙合并形成齒輪齒條傳動副。工作時，轉向盤帶動小齒輪作旋轉運動，便推動齒條作直線運動，在改變嚙合副運動方向的同時增大了傳動比。在齒條與小齒輪嚙合處的背部，設置有消除間隙機構。該機構由預緊彈簧、托座等零件組成，在齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙時能自動消除此間隙。在齒條與托座之間裝有用減磨材料聚

48、四氯乙烯制的墊片，齒條通過托座和轉向器殼中的支承來支承。根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點，齒輪齒條式轉向器有四種形式，即中間輸入、兩端輸出；側面輸入、兩端輸出；側面輸入、中間輸出；側面輸入、一端輸出。如圖3-2。a) 中間輸入、兩端輸出；b) 側面輸入、兩端輸出；c) 側面輸入、中間輸出；d) 側面輸入、一端輸出；圖 3.2 齒輪齒條式轉向器輸入輸出形式 今后一段時間內(nèi)，汽車主要采用的將是齒輪齒條式轉向器和循環(huán)球式轉向器。本文主要研究的是齒輪齒條式轉向器。3.3齒輪齒條式式轉向器設計計算3.3.1 參數(shù)選擇由汽車類型齒輪齒條式轉向器的齒輪模數(shù)為：m=3mm，齒數(shù)為z=7，壓力角為=20，螺旋角=14

49、齒條模數(shù):m=3mm,齒數(shù)為 z=21，壓力角=20，螺旋角為=14。3.3.2齒輪齒條式轉向器的設計與計算3.3.2.1 轉向系計算載荷的確定為了確保行駛安全，組成轉向系的各零件應有足夠的強度。欲驗算轉向系零件的強度，需首先確定作用在各零件上的力。影響這些力的主要因素有轉向軸的負荷、路面阻力和輪胎氣壓等。為轉動轉向輪要克服的阻力，包括轉向輪繞主銷轉動的阻力、車輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉向系中的內(nèi)摩擦阻力等。精確地計算出這些力是比較困難的。為此用足夠精確的半經(jīng)驗公式來計算汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉向阻力矩MR(Nmm)。表3-1 原地轉向阻力矩MR的計算設計計算和說明計算結果式中 f

50、輪胎和路面間的滑動摩擦因數(shù)；轉向軸負荷，單位為N；P輪胎氣壓，單位為。f=0.7=10902.5Np=0.179=627826.2作用在轉向盤上的手力Fh為：表3-2 轉向盤手力Fh的計算設計計算和說明計算結果 式中 轉向搖臂長, 單位為mm；原地轉向阻力矩, 單位為Nmm轉向節(jié)臂長, 單位為mm；為轉向盤直徑,單位為mm；Iw轉向器角傳動比；+轉向器正效率。因齒輪齒條式轉向傳動機構無轉向搖臂和轉向節(jié)臂，故、不代入數(shù)值。=627826.2=380mmiw=15=90%=244.8N對于給定的汽車，用上式計算出來的作用力是最大值。因此，可以用此值作為計算載荷。梯形臂長度的計算：表3-3 梯形臂長

51、度L2的計算設計計算和說明計算結果輪輞直徑= 15in=1525.4=381mm梯形臂長度 =0.8/2=3810.8/2=152.4mm,取=150mm=150mm輪胎直徑的計算RT：表3-4 輪胎直徑RT的計算設計計算和說明計算結果=381+0.55205=493.75mm 取=500mm=500mm轉向橫拉桿直徑的確定：表3-5 轉向橫拉桿直徑的計算設計計算和說明計算結果=;取=18mm初步估算主動齒輪軸的直徑：表3-6 主動齒輪軸的計算設計計算和說明計算結果=140MPa取=16mm3.3.2.2 齒輪齒條式轉向器的設計1. EPS系統(tǒng)齒輪齒條轉向器的主要元件1) 齒條 齒條是在金屬殼

52、體內(nèi)來回滑動的，加工有齒形的金屬條。轉向器殼體是安裝在前橫梁或前圍板的固定位置上的。齒條代替梯形轉向桿系的搖桿和轉向搖臂，并保證轉向橫拉桿在適當?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向桿系的轉向直拉桿。導向座將齒條支持在轉向器殼體上。齒條的橫向運動拉動或推動轉向橫拉桿，使前輪轉向(圖3.3）。圖3.3齒條表3-7 齒條的尺寸設計參數(shù)序號項目符號尺寸參數(shù)()1總長7672直徑303齒數(shù)214法向模數(shù)32) 齒輪 齒輪是一只切有齒形的軸。它安裝在轉向器殼體上并使其齒與齒條上的齒相嚙合。齒輪齒條上的齒可以是直齒也可以是斜齒。齒輪軸上端與轉向柱內(nèi)的轉向軸相連。因此，轉向盤的旋轉使齒條橫向

53、移動以操縱前輪。齒輪軸由安裝在轉向器殼體上的球軸承支承。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，斜齒的運轉趨于平穩(wěn)，并能傳遞更大的動力。表3-8 齒輪軸的尺寸設計參數(shù)序號項目符號尺寸參數(shù)(mm)1總長1302齒寬553齒數(shù)74法向模數(shù)35螺旋角146螺旋方向左旋3) 轉向橫拉桿及其端部 轉向橫拉桿與梯形轉向桿系的相似。球頭銷通過螺紋與齒條連接。當這些球頭銷依制造廠的規(guī)范擰緊時，在球頭銷上就作用了一個預載荷。防塵套夾在轉向器兩側的殼體和轉向橫拉桿上，這些防塵套阻止雜物進入球銷及齒條中。轉向橫拉桿端部與外端用螺紋聯(lián)接。這些端部與梯形轉向桿系的相似。側面螺母將橫拉桿外端與橫拉桿鎖緊

54、（見圖3.4）。圖3.4轉向橫拉桿外接頭1-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-開口銷表3-9 轉向橫拉桿及接頭的尺寸設計參數(shù)序號項目符號尺寸參數(shù)()1橫拉桿總長239.522橫拉桿直徑153螺紋長度604外接頭總長1205球頭銷總長626球頭銷螺紋公稱直徑M1017外接頭螺紋公稱直徑M121.58內(nèi)接頭總長65.39內(nèi)接頭螺紋公稱直徑M161.5圖3.5齒條間隙調(diào)整裝置4) 齒條調(diào)整 一個齒條導向座安裝在齒條光滑的一面。齒條導向座1和與殼體螺紋連接的調(diào)節(jié)螺塞3之間連有一個彈簧2。此調(diào)節(jié)螺塞由鎖緊螺母固定4。齒條導向座的調(diào)節(jié)使齒

55、輪、齒條間有一定預緊力，此預緊力會影響轉向沖擊、噪聲及反饋（見圖3.5）。表3-10 齒條調(diào)整裝置的尺寸設計參數(shù)序號項目符號尺寸參數(shù)(mm)1導向座外徑402導向座高度293彈簧總圈數(shù)6.434彈簧節(jié)距7.925彈簧外徑296彈簧工作高度34.597螺塞螺紋公稱直徑M4428螺塞高度289鎖止螺塞高度1010轉向器殼體總長/高615/146.511轉向器殼體內(nèi)/外徑40/562. 轉向傳動比 當轉向盤從鎖點向鎖點轉動，每只前輪大約從其正前方開始轉動30，因而前輪從左到右總共轉動大約60。若傳動比是1:1，轉向盤旋轉1，前輪將轉向1，轉向盤向任一方向轉動30將使前輪從鎖點轉向鎖點。這種傳動比過于

56、小，因為轉向盤最輕微的運動將會使車輛突然改變方向。轉向角傳動比必須使前輪轉動同樣角度時需要更大的轉向盤轉角。15:1的傳動比較為合理。在這樣的傳動比下，轉向盤每轉動15，前輪轉向1。為了計算傳動比，可將鎖點到鎖點過程中轉向盤轉角的度數(shù)除以此時轉向輪轉角的度數(shù)。3. EPS系統(tǒng)齒輪齒條轉向器的安裝 齒輪齒條式轉向器可安在前橫梁上或發(fā)動機后部的前圍板上（見圖3.6）。橡膠隔振套包在轉向器外，并固定在橫梁上或前圍板上。齒輪齒條轉向器的正確安裝高度，使轉向橫拉桿和懸架下擺臂可平行安置。齒輪齒條式轉向系統(tǒng)中磨擦點的數(shù)目減少了，因此這種系統(tǒng)輕便緊湊。大多數(shù)承載式車身的前輪驅(qū)動汽車用齒輪齒條式轉向機構。由于

57、齒條直接連著梯形臂，這種轉向機構可提供好的路感。在轉向器與支承托架之間裝有大的橡膠隔振墊，這些襯墊有利于減少路面的噪聲、振動從轉向圖3.6 轉向器的安裝位置器傳到底盤和客艙。齒輪齒條轉向器裝在前橫梁上或前圍板上。轉向器的正確安裝對保證轉向橫拉桿與懸架下擺臂的平行關系有重要作用。為保持轉向器處在正確的位置，在轉向器安裝的位置處，前圍板有所加固。4. 齒輪齒條式轉向器的設計要求 齒輪齒條式轉向器的齒輪多數(shù)采用斜齒圓柱齒輪。齒輪模數(shù)取值范圍多在23mm之間。主動小齒輪齒數(shù)多數(shù)在57個齒范圍變化，壓力角取20，齒輪螺旋角取值范圍多為915。齒條齒數(shù)應根據(jù)轉向輪達到最大偏轉角時，相應的齒條移動行程應達到

58、的值來確定。變速比的齒條壓力角，對現(xiàn)有結構在1235范圍內(nèi)變化。此外，設計時應驗算齒輪的抗彎強度和接觸強度。主動小齒輪選用16MnCr5或15CrNi6材料制造，而齒條常采用45鋼制造。為減輕質(zhì)量，殼體用鋁合金壓鑄。5. 齒輪軸和齒條的設計計算表3-11 齒輪軸和齒條的設計計算設計計算和說明計算結果1.選擇齒輪材料、熱處理方式及計算許用應力(1) 選擇材料及熱處理方式小齒輪16MnCr5 滲碳淬火，齒面硬度56-62HRC大齒輪 45鋼 表面淬火，齒面硬度56-56HRC(2) 確定許用應力a)確定和 b)計算應力循環(huán)次數(shù)N，確定壽命系數(shù)、。 c)計算許用應力取,=應力修正系數(shù)=2.初步確定齒

59、輪的基本參數(shù)和主要尺寸(1) 選擇齒輪類型根據(jù)齒輪傳動的工作條件，選用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合傳動方案(2) 選擇齒輪傳動精度等級選用7級精度(3) 初選參數(shù)初選 =7 =21 =0.8 =0.7 =0.89按當量齒數(shù)(4) 初步計算齒輪模數(shù)轉矩290.70.16=46.51=39168閉式硬齒面?zhèn)鲃?，按齒根彎曲疲勞強度設計。=2.474(5) 確定載荷系數(shù)=1，由,/100=0.000896,=1；對稱布置，取=1.06；取=1.3則=111.061.3=1.378(6) 修正法向模數(shù)=2.474=2.461mm圓整為標準值，取=33.確定齒輪傳動主要參數(shù)和幾何尺寸(1) 分度圓直徑=21.64(2) 齒頂圓直徑=21