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Thisdesignthroughbasicstructureoftheexistingelectricpowersteeringsystemontheanalysisoftheelectricpowersteeringsystemselectionprinciplesandmethodsofthevariousstructuralcomponentshasbeendescribed,themotor,electromagneticclutch,therelevantsensorselectionandtheoreticalverificationforselection.Themechanicalpartofthereductionmechanismusingwormtypereductionmechanism,forsteeringrackandpinionsteering,whichincreasessystemreliabilityandenablestransmissionsmoothtransmission,lownoise.Specificallydesignedtocalculatetheworm'
ssizeparametersandrelatedpartstobechecked,therelevantparametersdiverterdesigncalculations,assemblyneedstoselecttherelevantparts.Finally,softwaresoftwaretomapoutthesteeringsystemassemblydrawings,thespeedreductionmechanism,steeringgearandotherrelatedpartsdiagram.
Keywords:
electricpower;
reducer;
steeringgear;
目录
1引言1
1.1电动助力转向系统的发展历史及现状1
1.2汽车助力转向系统的分类1
1.3电动助力转向系统的优点2
1.4本课题研究的目的与意义3
1.5研究的主要内容3
2电动助力转向系统的结构及主要参数的确定4
2.1电动助力转向系统的机理4
2.2EPS转向系统的分类4
2.2.1转向轴助力式4
2.2.2转向小齿轮助力式5
2.2.3转向齿条助力式5
2.3助力电动机的选择6
2.3.1电动机的概述6
2.3.2电动机选择6
2.3.3电动机的参数计算7
2.4传感器的类别及选取原则9
2.4.1转矩传感器9
2.4.2转矩传感器的选择9
2.4.3车速传感器9
2.5电磁离合器10
2.6电磁离合器选型11
2.7电子控制单元ECU11
3电动助力转向系统机械部分结构选型12
3.1机械式转向器方案分析12
3.2齿轮齿条式转向器布置和结构形式的选择12
3.3
转向梯形结构方案分析13
4电动助力转向系统减速机构参数的设计14
4.1减速机构14
4.2蜗轮蜗杆材料的选择15
4.3普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算15
4.3.1选择蜗杆传动类型15
4.3.2蜗杆模数及分度圆直径的确定16
4.4蜗轮弯曲疲劳强度的校核18
4.4.1蜗轮齿面疲劳接触强度的校核18
4.4.2蜗轮齿根弯曲疲劳强度的校核18
5减速机构轴的设计及校核20
5.1转向轴的设计20
5.1.1转向轴的设计20
5.2确定转向轴各部分的轴径及长度21
5.3蜗杆轴的设计21
5.3.1蜗杆轴的设计21
5.3.2蜗杆轴的校核21
5.3.3蜗杆轴键的选取23
5.4轴承的选取24
6电动助力转向系统齿轮齿条式转向器的设计25
6.1转向系载荷的确定25
6.2
转向器基本部件设计27
6.3齿轮齿条的设计计算28
6.3.1选择齿轮材料、热处理方式及计算许用应力28
6.3.2初步确定齿轮的基本参数和主要尺寸29
6.3.3确定齿轮传动主要参数和几何尺寸30
6.3.4轴的设计31
6.4校核齿面接触疲劳强度31
6.4.1齿轮齿条传动受力分析31
6.4.2齿轮轴的强度校核32
6.5轴承的选择34
结束语35
参考文献36
感谢37
1引言
1.1电动助力转向系统的发展历史及现状
自1988年2月日本铃木公司首先在其Cervo车上装备电动助力系统以来,电动助力转向系统在汽车上的应用取得飞速发展。
近年来,为顺应汽车节能环保的发展趋势,电动助力转向系统的发展更加迅猛,应用范围也越来越广:
从最初的微型轿车,到更大型的轿车和商用客车的方向发展。
电动助力转向从低速范围助力型向全速范围助力型发展,并且其控制形式与功能也进一步加强。
日本早期的电动助力仅仅在低速和停车时提供助力,高速时的电动助力将停止工作。
新一代的电动助力则不仅在低速和停车时提供助力,而且还能在高速时提高汽车的操纵稳定性。
电动助力转向简称EPS系统,是继液压助力转向系统后出现的一种新型动力转向系统,具有液压助力转向系统无法比拟的优势,它不仅能节约能源,提高安全性,还有利于环境保护,是一项紧扣现代汽车发展主题的高新技术,是汽车转向系统发展的必然趋势。
电动助力转向系统可解决小型汽车转向轻便性和灵敏性的矛盾,使驾驶员在汽车低速行驶时获得较大助力,高速行驶时获得较强的路感。
ECU根据转向盘转矩信号控制电磁离合器,使电动机在不需要助力时停止工作,降低了能量消耗,该系统能满足不同车速下获得不同助力特性的要求。
1.2汽车助力转向系统的分类
汽车助力转向系统主要是减小驾驶员的操作强度,大大减轻驾驶员打方向盘的用力强度。
另外,助力转向系统在汽车行驶的安全性、经济性上也有一定的作用。
按照提供动力的形式差异,目前汽车上配置的助力转向系统大致可以分为三类
第一类:
液压助力转向系统
图1.1液压助力转向系统
液压助力系统如图1.1,它主要包括齿轮齿条转向结构和液压系统两部分。
工作原理是通过液压泵提供油压推动活塞,进而产生辅助力推动转向拉杆,辅助车轮转向。
第二类:
电子式液压助力转向系统
电子式液压助力转向系统(图1.2)的结构原理与液压助力转向系统大体相同,最大的区别在于提供油压油泵的驱动方式不同。
机械式液压助力的液压泵直接是通过发动机皮带驱动的,而电子式液压助力采用的是由电力驱动的电子泵。
图1.2电子式液压助力转向系统
第三类:
电动助力转向系统
电动助力转向系统主要由传感器、控制单元和助力电机构成,没有了液压助力系统的液压泵、液压管路、转向柱阀体等结构,结构非常简单。
结构如图1.3。
主要工作原理,方向盘转动时,位于转向柱位置的转矩传感器将转动信号传到控制器,控制器通过运算修正给电机提供适当的电压,驱动电机转动。
而电动机输出的扭矩经减速机构放大后推动转向柱或转向拉杆,从而提供转向助力。
电动助力转向系统可以根据速度改变助力的大小,能够让方向盘在低速时更轻盈,而在高速时更稳定。
图1.3电动助力转向系统
1.3电动助力转向系统的优点
电动助力转向系统将最新的电力电子技术和高性能的电机控制技术应用于汽车转向系统,能显著改善汽车动态性能和静态性能、提高行驶中驾驶员的舒适性和安全性、减少环境的污染等。
因此,该系统一经提出,就受到许多大汽车公司的重视,并进行开发和研究,未来的转向系统中电动助力转向将成为转向系统主流,与其它转向系统相比,该系统突出的优势体现在:
(1)降低了燃油消耗;
(2)增强了转向跟随性;
(3)改善了转向回正特性;
(4)提高了操纵稳定性;
(5)提供可变的转向助力;
(6)采用"
绿色能源"
,适应现代汽车的要求;
(7)系统结构简单,占用空间小,布置方便,性能优越
;
(8)生产线装配性好;
1.4本课题研究的目的与意义
随着近年来电子控制技术的成熟和成本的降低,EPS越来越受到人们的重视,并以其具有传统动力转向系统不可比拟的优点,迅速迈向了应用领域,部分取代了传统液压动力转向系统(Hydraulic
Power
Steering,简称HPS)。
实践证明电动助力转向系统(EPS)具有节能、成本低和便于控制,易于装车,提高操纵稳定性和轻便性以及符合机电一体化的要求等优点,正迎合了时代的要求。
经济高速发展,轿车的普及率将会越来越高,轿车的驾驶转向的轻便性将成为购车者考虑因素之一。
因此该系统的研制与开发对汽车技术发展进程,具有十分重要的意义。
1.5研究的主要内容
(1)对电动助力转向系统进行分析并确定其布置形式。
(2)对电动机、电磁离合器、扭距传感器的选取设计。
(3)对电动助力转向系统机械部分进行选型。
(4)对减速机构、齿轮齿条进行设计验证。
2电动助力转向系统的结构及主要参数的确定
2.1电动助力转向系统的机理
EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电子控制单元(ECU)、电动机和减速机构相结合构成。
其主要工作原理是:
汽车在转向时,扭矩传感器检测到转向盘的力矩和拟转动的方向。
这些信号会通过数据总线发给电子控制单元,电控单元会根据传动力矩、拟转的方向和车辆速度等数据信号,向电动机控制器发出动作指令。
电动机就会根据具体的需要输出相应大小的转动力矩以产生助动力,从而实现助力转向的实时控制。
如果不转向,则系统不工作。
所以可以减少动力损耗,如图2.1。
图2.1电动助力转向机构示意图
2.2EPS转向系统的分类
2.2.1转向轴助力式
转向轴助力式电动助力转向器(C-EPS)图2.2的助力电机固定在转向柱的一侧,通过减速增扭机构与转向轴相连,直接驱动转向轴助力转向。
这种形式的电动助力转向系统结构简单紧凑、易于安装。
现在多数EPS就是采用这种形式。
此外,C-EPS的助力提供装置可以设计成适用于各种转向柱,如固定式转向柱、斜度可调式转向柱以及其它形式的转向柱。
但由于助力电机安装在驾驶舱内,受到空间布置和噪声的影响,电机的体积较小,输出扭矩不大,一般只用在小型及紧凑型车辆上。
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- 电动 助力 转向