轎車前輪主動轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計【全套cad圖紙+畢業(yè)論文答辯資料】

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）</p><p>　　設(shè)計（論文）題目：轎車前輪主動轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計 </p><p>　　學 院 名 稱： 機械工程學院 </p><p>　　專 業(yè)：

2、 車輛工程 </p><p>　　班 級： 車輛121班 </p><p>　　姓 名： ****** 學 號： ******* </p><p>　　指 導 教 師： ****** 職 稱

3、： ****** </p><p>　　定稿日期 ： 2016 年 1 月 20 日</p><p><b>　　誠 信 承 諾</b></p><p>　　我謹在此承諾：本人所寫的畢業(yè)論文《轎車前輪主動轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計》均系本人獨立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點和材料，均作了注釋，若有不實，后果由本

4、人承擔。</p><p>　　承諾人（簽名）： </p><p>　　年 月 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　轎車前輪主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以在任何速度下都能確保為車輛提供較為理想的操控效果，主動轉(zhuǎn)向裝置不僅能滿足車輛在低速狀態(tài)下大轉(zhuǎn)角的需求，而且可以在轎車高速行駛狀態(tài)

5、下得到較高的安全性能，提高了司機在駕駛汽車時候的靈活性安全性，而且相比于傳統(tǒng)的轎車機械轉(zhuǎn)向器，主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有著更加可靠、安全，故障率更低的完美優(yōu)勢。</p><p>　　本文以現(xiàn)有常規(guī)的主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)裝置為參考設(shè)計基礎(chǔ)，借鑒現(xiàn)今優(yōu)秀的主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理和市場在售汽車的相關(guān)數(shù)據(jù)，重新對齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器以及相匹配的主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械部分進行詳細的設(shè)計，并對設(shè)計中重要部件進行強度的校核。設(shè)計的主要內(nèi)容包括：轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主參

6、數(shù)的確定，齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計，雙行星排主動轉(zhuǎn)向控制器的設(shè)計。其中主動轉(zhuǎn)向器的設(shè)計是設(shè)計中的難點，它是采用兩列行星齒輪機構(gòu)來實現(xiàn)疊加的主動轉(zhuǎn)向控制，最后分別運用Auto CAD和PRO/E軟件進行二維工程圖紙和三維實體的繪制。</p><p>　　關(guān)鍵詞：主動轉(zhuǎn)向控制；前輪；齒輪齒條；行星齒輪</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p>

7、<p>　　Active steering system can ensure vehicles in any speed can provide the ideal steering control, while strengthening the cars in the safety of high-speed condition, improved driver when driving a car the flexi

8、bility and comfort, and compared with conventional methods, active steering system more reliable, failure to even lower．</p><p>　　This design is based on the front-wheel existing active steering system, refe

9、rence information of advanced active steering system and related data of some cars, redesign the theory of steering system with gear and rack and matching active steering system structure scheme of mechanical part． Desig

10、n of the main content includes: the main steering system of parameters, the design of steering gear rack, active steering the controller design, including active steering is the difficulty in the design,</p><p

11、>　　Key Words：active steering; front wheel; Rack and pinion; planetary gear</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒 論1</b></p><p>　　1.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)綜述1</p><

12、;p>　　1.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能2</p><p>　　1.3主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點2</p><p>　　1.4主動轉(zhuǎn)向研究現(xiàn)狀4</p><p>　　1.4.1 國外研究現(xiàn)狀4</p><p>　　1.4.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀4</p><p><b>　　1.5本章小結(jié)5</b><

13、;/p><p>　　2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要參數(shù)的確定6</p><p>　　2.1轉(zhuǎn)向盤的直徑6</p><p>　　2.2轉(zhuǎn)向盤回轉(zhuǎn)的總?cè)?shù)6</p><p>　　2.3轉(zhuǎn)向系的效率6</p><p>　　2.4轉(zhuǎn)向系的傳動比7</p><p>　　2.4.1轉(zhuǎn)向時加在轉(zhuǎn)向盤上的力7<

14、/p><p>　　2.4.2小齒輪最大轉(zhuǎn)矩8</p><p>　　2.4.3轉(zhuǎn)向系的角傳動比8</p><p>　　2.4.4轉(zhuǎn)向器的角傳動比9</p><p>　　2.5 本章小結(jié)9</p><p>　　3 主動轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計10</p><p>　　3.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計計算

15、10</p><p>　　3.1.1齒輪齒條結(jié)構(gòu)的幾何設(shè)計10</p><p>　　3.1.2齒輪齒條設(shè)計及校核11</p><p>　　3.2主動轉(zhuǎn)向控制器幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計16</p><p>　　3.3主動轉(zhuǎn)向控制器行星齒輪設(shè)計計算18</p><p>　　3.4主動轉(zhuǎn)向控制器行星齒輪可行性設(shè)計24<

16、/p><p>　　3.5主動轉(zhuǎn)向控制器蝸輪蝸桿設(shè)計計算27</p><p>　　3.5.1蝸輪蝸桿傳動比的確定27</p><p>　　3.5.2蝸輪蝸桿的設(shè)計計算29</p><p>　　4 主動轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)三維模型繪制35</p><p>　　4.1執(zhí)行機構(gòu)三維建模35</p><p>

17、;　　4.2本章小節(jié)37</p><p><b>　　結(jié) 論38</b></p><p><b>　　致 謝39</b></p><p><b>　　參考文獻40</b></p><p><b>　　附 錄42</b></p>&l

18、t;p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　從18世紀60年代，法國人N.J在紐芬蘭制成了世界上第一輛蒸汽機驅(qū)動的三輛汽車到現(xiàn)在，從整個汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展歷史我們可以看到，汽車的主動轉(zhuǎn)向技術(shù)已漸漸成為今后車輛轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展的主要趨勢[1]。</p><p>　　最早的汽車上使用的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為機械式轉(zhuǎn)向，到后來發(fā)展到現(xiàn)在常用在實車上的液壓方式的助力轉(zhuǎn)向

19、方式、以及基于電動電機傳動理論的助力轉(zhuǎn)向形式，另外還包含未在實車上進行應(yīng)用的線控轉(zhuǎn)向方式?；谝陨蠋追N助力轉(zhuǎn)向方式，逐漸發(fā)展起來一種主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。主動前輪轉(zhuǎn)向技術(shù)是通過對汽車前輪轉(zhuǎn)向角的調(diào)節(jié)，改變前輪轉(zhuǎn)向的作用力和力矩分布，從而提高車輛的操縱穩(wěn)定性，這樣，特別是在特殊的粘合系數(shù)道路行駛和在強側(cè)風或路面不平時，車輛不需要制動系統(tǒng)以及車輛驅(qū)動系統(tǒng)參與，僅通過主動前輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行裝置的介入就能較好的改善車輛的操控性和穩(wěn)定性，另外主動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)還

20、可針對具體的情況，對駕駛員的轉(zhuǎn)向誤操作進行適當?shù)男拚齕2,3]。</p><p>　　轎車主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)繼續(xù)沿用了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的基礎(chǔ)的機械構(gòu)件，包括方向盤、轉(zhuǎn)向中間軸、齒輪和齒條嚙合的轉(zhuǎn)向機構(gòu)以等相關(guān)的機構(gòu)。獨創(chuàng)的方面在于在傳統(tǒng)的方向盤之后的結(jié)構(gòu)中，增加了一種新的轉(zhuǎn)向控制器，即轎車的主動轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)，該機械結(jié)構(gòu)包含著一套雙排行星齒輪構(gòu)件結(jié)構(gòu)。由于存在伺服控制電機的存在，該機構(gòu)能更加方便地與其他類型的控制系統(tǒng)進行集

21、成控制，為后來的汽車在轉(zhuǎn)彎方面的集成系統(tǒng)理論原理控制奠定了良好的基礎(chǔ)[4]。</p><p><b>　　1.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)綜述</b></p><p>　　下面介紹三種基礎(chǔ)的機械轉(zhuǎn)向器形式。</p><p><b>　　1、蝸桿轉(zhuǎn)向器</b></p><p>　　曲柄銷的轉(zhuǎn)向裝置是由一個蝸桿傳動的。該

22、蝸桿具有梯形形式的螺紋，并在曲柄上設(shè)置一個手指銷，曲柄和轉(zhuǎn)向搖臂軸被零件所連接成到一個整體中。轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)向輪通過錐形螺旋蝸桿嵌在周圍的電弧運動的轉(zhuǎn)向臂軸側(cè)的旋轉(zhuǎn)手指側(cè)槽。這種轉(zhuǎn)向裝置通常用在一個需要較大轉(zhuǎn)向動力來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的卡車上面。 </p><p><b>　　2、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器</b></p><p>　　這種轉(zhuǎn)向裝置是通過增加一組齒輪機構(gòu)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向盤的減速，然后

23、將使轉(zhuǎn)向盤的圓周運動轉(zhuǎn)變變?yōu)槲佪單仐U的不同方向的旋轉(zhuǎn)運動，再通過其他一些較為復雜的機械方式進行轉(zhuǎn)換運動形式，最后轉(zhuǎn)換成為直線運動，最后由執(zhí)行的橫拉桿進行最終的轉(zhuǎn)向控制。這種機構(gòu)比較古老，目前大部分的現(xiàn)有的轎車已經(jīng)不再繼續(xù)的使用。目前較新的機構(gòu)是閉式絲杠形式，因此這種機構(gòu)才被命名為滾珠循環(huán)球式。</p><p>　　3、齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器</p><p>　　它是最普通的轉(zhuǎn)向裝置之一?；窘Y(jié)構(gòu)

24、是一對小齒輪和一個機架所組成的，這是與彼此嚙合。當我們將欲轉(zhuǎn)向軸所連接的小齒輪進行旋轉(zhuǎn)運動的時候，與他相嚙合的另一根齒條便轉(zhuǎn)化為直線的運動。齒條連接轉(zhuǎn)向設(shè)置的橫拉轉(zhuǎn)向桿，進而帶動汽車的前方轉(zhuǎn)向輪進行轉(zhuǎn)向運動。所以，這是一種最簡單的轉(zhuǎn)向器 [14,18]。 </p><p>　　1.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能</p><p>　　轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是將駕駛員的轉(zhuǎn)向操作轉(zhuǎn)化為對轉(zhuǎn)向輪的控制上，其功能是將轉(zhuǎn)向盤

25、所接受到的的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)向拉桿的水平運動，實現(xiàn)轎車的轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向。</p><p>　　1.3主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點</p><p>　　自從第一臺的汽車的發(fā)明到現(xiàn)在，轉(zhuǎn)向盤的驅(qū)動裝置通常是固定連接在一起的的，轉(zhuǎn)向盤和前輪之間的轉(zhuǎn)向角度的比例總是一成不變的。如果汽車轉(zhuǎn)向方式采用于直接轉(zhuǎn)向方式，駕駛者在低速狀態(tài)下通過比較急的彎道時就需要旋轉(zhuǎn)方向盤很大的大角度來保證轉(zhuǎn)彎的正確性，但在汽車高速行駛

26、的過程中，轉(zhuǎn)向盤的微妙的動作就會和明顯的影響到駕駛的穩(wěn)定性；因此，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須權(quán)衡安全性和舒適性[21,22,23]。</p><p>　　本文設(shè)計的一種包含有雙行星齒輪機構(gòu)的主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，主要包括一左一右兩側(cè)的行星齒輪、還有一個公共動力傳動的行星齒輪、用于輸入轉(zhuǎn)向動力的轉(zhuǎn)向輪左側(cè)的驅(qū)動太陽齒輪，轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向盤輸入是通過行星齒輪傳動的行星齒輪副右側(cè)，而右側(cè)的行星齒輪具有2個轉(zhuǎn)向舒適度的自由度，一個是轉(zhuǎn)向輪

27、角度的行星傳動機構(gòu)，另一個是由伺服電機疊加轉(zhuǎn)角輸入。汽車以高速狀態(tài)行駛在路上時，由伺服電機驅(qū)動的大齒圈的轉(zhuǎn)動方向與轉(zhuǎn)向盤所轉(zhuǎn)動方向恰好相反，器轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)向盤運動相互疊加后減少了了實際的轉(zhuǎn)向角度，汽車的轉(zhuǎn)向執(zhí)行過程會變得更加間接和沉穩(wěn)，大大的提高了汽車在高速狀態(tài)行使下的行駛穩(wěn)定性能和安全性能。</p><p>　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1-1所示：</p><p>　　圖1-1 主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)<

28、/p><p>　　1-齒輪齒條機構(gòu) 2-聯(lián)軸器 3-伺服控制電機 4-主動轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)</p><p>　　表1-1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)初始參數(shù)表</p><p>　　1.4主動轉(zhuǎn)向研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.4.1 國外研究現(xiàn)狀</p><p>　　自主動轉(zhuǎn)向的概念提出以來，這么多年以來，國外的一些機構(gòu)和學者對主動轉(zhuǎn)向系

29、統(tǒng)及其控制做了許許多多的研究，并且很多學者都取得了豐碩的成果。</p><p>　　Yoshiki Kawaguchi設(shè)計了一種新型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方式，它是基于無源自適應(yīng)非線性控制器，，提高了對汽車轉(zhuǎn)向輪的非線性影響。</p><p>　　Fukao.T.等同時考慮了汽車輪胎滑移率、側(cè)偏角與輪胎側(cè)偏力之間的相互關(guān)系以及各種不同的路面附著系數(shù)的可知性，并基于參考模型，開發(fā)了一種非線性自適應(yīng)控制的

30、主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并證明了其有效性。</p><p>　　BingZheng 等人基于橫擺角速度反饋控制，探索轉(zhuǎn)向車輛的側(cè)向力和橫擺力矩的關(guān)系，建立理想的橫擺角速度和偏航力矩，證明該控制改善了車輛的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，但并沒有考慮車輛行駛狀態(tài)。</p><p>　　Mokhiamar 等人通過對二自由度車輛模型進行分析研究，同時考慮了R接橫擺力矩和側(cè)向力，在此基礎(chǔ)上并進行了聯(lián)合控制。結(jié)果驗證了該控制對

31、車輛操縱穩(wěn)定性的影響。</p><p>　　1.4.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　相對于國外學者所開展的研究，國內(nèi)的機構(gòu)在對該系統(tǒng)及其轉(zhuǎn)向控制理論的研究也逐漸蓬勃開展。</p><p>　　同濟大學余卓平教授，對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理都進行了大量的研究，分析了系統(tǒng)的角速度相互關(guān)系，功能，并對系統(tǒng)的其它功能進行了分析，驗證了系統(tǒng)對車輛操縱穩(wěn)定性的影響。</

32、p><p>　　高曉杰在其論文中明確的提出了AFS與DYC的聯(lián)合控制的策略，這些都是基于滑模結(jié)構(gòu)相關(guān)的控制理論進行的進一步研究的。在對雙控制模型的性能進行深入分析的基礎(chǔ)上，提出了協(xié)調(diào)控制理論，并在一些典型的道路條件下進行了相應(yīng)的實驗結(jié)果，最后驗證了所提出的控制策略的有效性是優(yōu)越的。</p><p>　　合肥工業(yè)大學王啟東研究系統(tǒng)和主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)威脅可調(diào)控制器，其威脅控制能充分發(fā)揮系統(tǒng)的作用，

33、以及最小系統(tǒng)干擾。</p><p><b>　　1.5本章小結(jié)</b></p><p>　　本章是簡單的綜述了如今傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向器及新興的主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點及現(xiàn)今國內(nèi)外的主要研究趨勢，并且對主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的國內(nèi)外現(xiàn)狀進行敘述，并詳細確定了本次設(shè)計的參考性數(shù)據(jù)，為本文接下來幾個部分的設(shè)計打好基礎(chǔ)。</p><p>　　2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要參數(shù)的確定</

34、p><p><b>　　2.1轉(zhuǎn)向盤的直徑</b></p><p>　　根據(jù)車輛型號的可以選擇380至550毫米的直徑。</p><p><b>　　取 =380mm。</b></p><p>　　2.2轉(zhuǎn)向盤極限位置轉(zhuǎn)動總?cè)?shù)</p><p>　　轉(zhuǎn)向盤的圈數(shù)在與轉(zhuǎn)向角的工作時

35、，還與所需的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角有關(guān)。對于重型卡車和汽車，由于轉(zhuǎn)向燈的數(shù)量不同，方向盤和相應(yīng)的線圈總數(shù)有不同的要求。重型載貨汽車少于6圈，對于小型車少于3.6圈 [2]。</p><p><b>　　取3.5圈。</b></p><p><b>　　2.3轉(zhuǎn)向系的效率</b></p><p><b>　　， 即</b

36、></p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　和逆效率。</b></p><p><b>　　正效率</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>

37、　　逆效率</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中：——轉(zhuǎn)向盤上被作用的功率；</p><p>　　——轉(zhuǎn)向器中的摩擦功率；</p><p>　　——作用在轉(zhuǎn)向搖臂軸上的功率。</p><p>　　對于蝸桿和螺旋式轉(zhuǎn)向機構(gòu)，軸承所造成的摩擦損失

38、可以不計，： </p><p><b>　　（2-4）</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　式中：——蝸桿或螺桿的導程角，12°；</p><p><b>　　——摩擦角，；</b></p><p>　　

39、——摩擦系數(shù)，取=0.04；</p><p>　　則： =arctan0.04</p><p><b>　　=83.45﹪</b></p><p>　　2.4轉(zhuǎn)向系的傳動比</p><p>　　2.4.1轉(zhuǎn)向時加在轉(zhuǎn)向盤上的力</p><p><

40、;b>　　150～200N。</b></p><p>　　作用于方向盤上的手力</p><p>　　= （2-6）</p><p>　　式中： ——轉(zhuǎn)向阻力矩；</p><p><b>　　——主銷偏移矩；</b></p><p>&

41、lt;b>　　：</b></p><p>　　=415442.46 N·mm</p><p>　　式中： ——，取0.7；</p><p>　　——轉(zhuǎn)向阻力矩，N·mm；</p><p>　　——轉(zhuǎn)向軸負荷，N，；</p><p>　　——汽車的滿載質(zhì)量 =(1500+5×

42、;80) ㎏=1900㎏；</p><p>　　——取值49.7﹪。</p><p>　　1900×9.8×49.7﹪=9254.14N</p><p>　　——輪胎氣壓，MPa；取2.5bar，即0.25MPa。</p><p>　　則： ==152.4N</p><p>

43、;<b>　　式中：</b></p><p><b>　　——為轉(zhuǎn)向搖臂長；</b></p><p>　　——轉(zhuǎn)向節(jié)臂得長度，轉(zhuǎn)向傳動比 ；比值大約在0.85～1.10之間，近似認為1；</p><p>　　——為轉(zhuǎn)向盤直徑，=380 mm；</p><p>　　——為轉(zhuǎn)向器角傳動比, =18；&l

44、t;/p><p>　　——為轉(zhuǎn)向器正效率, =83.45%；</p><p>　　2.4.2小齒輪最大轉(zhuǎn)矩</p><p>　　在車輛低速或停止狀態(tài)下，控制器不工作，此時同于機械式齒輪齒條機構(gòu)轉(zhuǎn)向器模式，轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向齒輪是由剛性結(jié)構(gòu)相連接。</p><p>　　則齒輪轉(zhuǎn)矩 =·=28.96 N·m&

45、lt;/p><p>　　2.4.3轉(zhuǎn)向系的角傳動比</p><p><b>　　轉(zhuǎn)向系的角傳動比</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　式中：——轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角增量，rad；</p><p>　　——齒條位移增量，mm；</p>

46、<p><b>　　，旋轉(zhuǎn)角度為：</b></p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　式中：——齒輪分度圓的半徑，；</p><p>　　——齒輪分度圓的直徑；</p><p><b>　　（2-9）</b></p><p

47、>　　2.4.4轉(zhuǎn)向器的角傳動比</p><p><b>　　，取=18。</b></p><p><b>　　2.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要內(nèi)容是，確定了基本的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)，對后面齒輪齒條，行星傳動以及蝸輪蝸桿傳動設(shè)計提供參數(shù)支撐。 </p><p>　　3 主動轉(zhuǎn)向

48、執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計</p><p>　　3.1齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計</p><p>　　3.1.1齒輪齒條結(jié)構(gòu)的幾何設(shè)計</p><p>　　主動小齒輪采用斜齒面圓柱齒輪，</p><p>　　在2～3mm之間取值，</p><p>　　取 =3mm(GB/T1357—1987)。</p>&

49、lt;p><b>　　取=10。</b></p><p>　　=17，若主動齒輪＜ </p><p>　　變位系數(shù) =；=1，</p><p>　　則 =0.412。</p><p><b>　　取=12°。</b></p>

50、;<p><b>　　壓力角20°。</b></p><p>　　轉(zhuǎn)向盤最大轉(zhuǎn)角 ×1.75×360°=315°</p><p><b>　　齒條齒數(shù)待定。</b></p><p>　　主動小齒輪選用20CrMnTi，調(diào)質(zhì)，硬度≥58H

51、RC 。</p><p>　　齒條選用45#鋼，調(diào)質(zhì)。</p><p>　　殼體采用鋁合金鑄造。</p><p><b>　　齒輪精度初選8級。</b></p><p><b>　　法向齒頂高系數(shù)1。</b></p><p>　　齒輪法向頂隙系數(shù)0.25。</p>

52、<p>　　3.1.2齒輪齒條設(shè)計及校核</p><p>　　轉(zhuǎn)向器按齒輪設(shè)計，按接觸強度校核。</p><p>　　1、選取齒輪材料及熱處理</p><p>　　56HRC，主動小齒輪取60HRC， ，淬火。</p><p>　　2、齒輪最大轉(zhuǎn)矩 =28.96 Nm</p><

53、p><b>　　3、初取載荷系數(shù)</b></p><p>　　斜齒輪硬齒面，=1.6～1.8，初取=1.7。</p><p><b>　　4、選取齒寬系數(shù)及</b></p><p><b>　　取=0.6。</b></p><p><b>　　由式 </

54、b></p><p>　　= （3-1）</p><p>　　得對于齒條Z→∞，→∞則≈0。</p><p><b>　　5、 及螺旋角系數(shù)</b></p><p>　　初取螺旋角 =12°，=1.8。</p><p>　　由式

55、 </p><p>　　=0.25+ （3-2）</p><p>　　得 =0.67</p><p><b>　　=0.91</b></p><p>　　初取

56、 =0.91 =0.67</p><p>　　6、齒數(shù)，,齒形系數(shù)及應(yīng)力修正系數(shù)</p><p><b>　　取=10 ，待定。</b></p><p>　　由 = （3-3）</p><p>　　得當量齒數(shù)

57、 =10.7</p><p>　　由于齒輪不發(fā)生根切的最小齒數(shù)=17，采用變位，</p><p>　　取變位系數(shù) =0.412。</p><p>　　=2.45，=2.063</p><p>　　=1.65，=1.97</p><p>　　7、確定許用彎曲疲勞應(yīng)

58、力[]</p><p>　　得 =450 MPa×0.7=315MPa</p><p>　　=430 MPa×0.7=301MPa</p><p>　?。p向運轉(zhuǎn)，數(shù)值×0.7）</p><p>　　由式 </p&g

59、t;<p>　　[]= （3-4）</p><p>　　設(shè)計時要求齒輪失效的概率小于百分之一，因此選取取=1.25；</p><p>　　為應(yīng)力修正系數(shù)，取=2.0</p><p>　　假定齒輪工作壽命為5年（300天/year），單班（8小時）；</p><p>　　應(yīng)力循環(huán)次數(shù)=60nγ

60、； 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。</p><p>　　則 =60×52.5×1×12000≈3.87×</p><p>　　取 =0.97</p><p>　　于是 [

61、]= =489 MPa</p><p>　　[]= =467 MPa</p><p>　　8、按齒根彎曲疲勞應(yīng)力 </p><p>　　==0.008267</p><p>　　==0.008703</p><p><b>　　9、確定齒輪模數(shù)</b></p

62、><p>　　由式 </p><p>　　≥ （3-5）</p><p>　　代入上面兩式(1)(2)兩者最大值 ≥2.76 mm</p><p>　　取 =3 mm</p><p><b>　　10

63、、確定主要參數(shù)</b></p><p>　　分度圓直徑 ==30.67 mm</p><p>　　齒寬 =·=0.6×30.67 mm =18.4 mm</p><p>　　取 =24 ㎜，=+5～10 mm，=30 mm&l

64、t;/p><p>　　使用系數(shù)，取=1.1。</p><p><b>　　11、定載荷系數(shù)</b></p><p><b>　　（1）動載系數(shù)</b></p><p>　　齒輪圓周速度 ν==0.05 m/s</p><p><b>　　齒

65、輪精度取為9級。</b></p><p><b>　　=1.03</b></p><p>　?。?）齒向載荷分布系數(shù)</p><p>　　（9級精度，淬火鋼）：</p><p>　　由式 ==1.45+0.325=1.78</p><p>　　端面重

66、合度 =[1.88-3.2(+)] ,→∞</p><p>　　=1.48×cos12°</p><p><b>　　=1.45</b></p><p>　　縱向重合度 =tanβ=×tan12°=0.325</p><p>　　從而

67、 =1.42，=1.08</p><p>　　則 ==1.1×1.03×1.08 ×1.42=1.74</p><p>　　得 ＞ 需重新計算；</p><p>　　12、驗算齒根疲勞強度</p><p&

68、gt;　　用準確值代入式 ≥2.88 mm</p><p>　　仍取=3 ㎜，齒根疲勞強度足夠。</p><p><b>　　=3 mm </b></p><p>　　13、驗算齒面接觸疲勞強度</p><p>　　彈性系數(shù)，查得=189.8。</p><p>　　

69、節(jié)點區(qū)域系數(shù)，查得=2.4。</p><p>　　由式 </p><p>　　= （3-6）</p><p>　　得 =0.89</p><p>　　螺旋角系數(shù) ==0.99</p&g

70、t;<p>　　許用接觸疲勞應(yīng)力[]</p><p>　　[]= （3-7）</p><p>　　式中：——接觸疲勞壽命系數(shù)，查得=0.98；</p><p>　　——安全系數(shù)，失效概率＜1/100，取=1；</p><p>　　得 =1560

71、MPa，=1540 MPa；</p><p>　　[]=1529 MPa，[]=1509 MPa；</p><p>　　14、驗算齒面接觸強度</p><p><b>　　=，μ→∞則→1；</b></p><p><b>　　故 </b></p><p>　　=189.

72、8×2.45×0.89×0.99×=1492 Mpa≤[]＝1509 MPa</p><p>　　由于＜[]，故接觸強度足夠。</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　故對于齒條行程</b></p><p>　　=

73、 （3-8）</p><p>　　= （3-9）</p><p><b>　　對于齒條，理論上</b></p><p>　　≥；（=，=π） （3-10）</p><p><b>　　≥1.75×2×

74、</b></p><p>　　則 ≥3.5 </p><p><b>　　因此，=36。</b></p><p><b>　　齒條長 </b></p><p>　　≥ （3-11）<

75、;/p><p>　　即 ≥=340 mm </p><p>　　3.2主動轉(zhuǎn)向控制器幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　控制器由兩組行星齒輪系統(tǒng)組成，如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 控制器簡圖</p><p><b>　??；外齒與電機帶動的</b

76、></p><p>　　蝸桿2組成渦輪蝸桿傳動。</p><p>　　該系統(tǒng)中活動構(gòu)件為=6；高副數(shù)目為=5；低副數(shù)目為=5，則系統(tǒng)機構(gòu)的自由度為 </p><p>　　=3-2-=3×6-2×5-5=3</p><p><b>　　設(shè)轉(zhuǎn)速方向向左：</b></p><p&g

77、t;<b>　　=</b></p><p>　　式中，方向向左時取“－”，反之則取“+”。 </p><p><b>　　其中，；。</b></p><p><b>　　當=0時，=；</b></p><p>　　當=0時，=，此時，轉(zhuǎn)向角度由電機控制。</p>

78、<p>　　由于行星輪執(zhí)行機構(gòu)左右為完全對稱，故只需要設(shè)計一組即可。 </p><p>　　3.3主動轉(zhuǎn)向控制器行星齒輪設(shè)計計算</p><p>　　齒輪采用斜齒圓柱齒輪， =10°，</p><p>　　初取模數(shù)=2 mm。</p><p><b>　　齒數(shù)＞=17。</b></p>

79、<p>　　初取主動太陽齒數(shù)=18；行星輪齒數(shù)=14。</p><p>　　1、選取齒輪材料及熱處理方法</p><p><b>　　20，滲碳淬火。</b></p><p><b>　　2、齒面硬度</b></p><p>　　太陽輪 60～63

80、HRC</p><p>　　行星輪 58～63HRC</p><p><b>　　3、太陽輪轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　計算轉(zhuǎn)矩 </p><p><b>　?。?-12）</b></p><

81、p>　　式中：——為輸入軸轉(zhuǎn)矩；</p><p><b>　　——為行星輪數(shù)目；</b></p><p><b>　　——為齒數(shù)比；</b></p><p>　　且 </p><p>　　==

82、 （3-13）</p><p>　　式中為內(nèi)傳動比，=（ b為大齒圈）。</p><p>　　初設(shè)太陽輪的齒數(shù)=17；行星輪齒數(shù)=14。</p><p>　　對于太陽輪分度圓直徑 =36.5 mm </p><p>　　行星輪 =28.4mm</p><p

83、>　　則大齒圈分度圓直徑 =+2=28.4+2×20.3=91.3 mm</p><p>　　于是齒數(shù) ==45</p><p>　　從而得出 =1.05</p><p>　　取行星輪數(shù)目 =4</p>

84、<p>　　則 =4.53 N?M</p><p>　　為輸入軸轉(zhuǎn)矩， =28.96 N?M</p><p>　　4、初取載荷系數(shù) =1.6～1.8范圍內(nèi)，取=1.7</p><p><b>　　5、選取齒寬系數(shù)及</b></p><p>　　

85、取=0.5。 </p><p>　　由式 </p><p>　　= （3-14）</p><p>　　得 =0.4</p><p>　　6、初取重合度系數(shù)及螺旋角系數(shù)</p>

86、<p>　　初設(shè)螺旋角 =10°，=1.8</p><p>　　由式 =0.25+ （3-15）</p><p>　　得 =0.67</p><p>　　得 =0.93</p><p&

87、gt;　　7、齒形修正系數(shù)及應(yīng)力修正系數(shù)</p><p>　　由 =Z/</p><p>　　得 =19；=15</p><p>　　由于＜=17，故，變位， </p><p>　　=2.67，=2.95</p><p&g

88、t;　　=1.58，=1.64</p><p>　　8、確定許用彎曲疲勞應(yīng)力[]</p><p>　　得 =460 MPa×0.7=322MPa </p><p>　　=420 MPa×0.7=294MPa</p><p>　　由式

89、</p><p>　　[]= （3-16）</p><p>　　式中：——為應(yīng)力修正系數(shù)，=2.0；</p><p>　　——為彎曲疲勞應(yīng)力壽命系數(shù)；</p><p>　　接觸應(yīng)力變化總次數(shù) =60nγ</p><p><b>　　式中：γ—— ；

90、</b></p><p>　　——為轉(zhuǎn)速，取大致為1r/s；</p><p>　　——為齒輪工作壽命；</p><p><b>　　，</b></p><p>　　則 =60nγ=60×60×3×12000=1.296×</p&g

91、t;<p>　　=60×12×2×12000=1.728×</p><p>　　可由 </p><p>　　計算得 </p><p>　　彎曲疲勞壽命系數(shù)，取=0.95 ，=0.98。</p><p>　　最

92、小安全系數(shù)，失效概率低于1/100，=1.25；</p><p>　　可得 []=489 MPa，[]=446 MPa</p><p>　　9、按齒根彎曲疲勞極限應(yīng)力確定模數(shù)</p><p>　　= =0.009531 （1）</p><p>　　==0.009818

93、 （2）</p><p><b>　　由式</b></p><p>　　≥ （3-17） </p><p>　　得 ≥1.60 mm</p><p><b>　　取=1.5

94、mm。</b></p><p>　　10、確定主要參數(shù) </p><p><b>　　32.5 mm </b></p><p>　　取整數(shù) =32 mm（便于計算）</p><p>　　由 （3-18）</

95、p><p>　　得 =12.8 mm，取=12 mm。</p><p>　　一般 =+5～10 mm ，=；</p><p>　　則 =18 mm</p><p>　　對于變位齒輪 =0 ，=0.41</p&

96、gt;<p>　　由式 </p><p><b>　?。?-19）</b></p><p><b>　　查表=21°40′</b></p><p>　　其行星齒輪的實際中心距 ，=32.5mm</p><p>　　則

97、 =32.8 ㎜ 取整數(shù)=33 mm</p><p>　　則 =18°40′12″</p><p>　　11、定載荷系數(shù) </p><p><b>　?。?）使用系數(shù) </b></p>

98、<p>　　查表 =1.1</p><p><b>　?。?）動載系數(shù)</b></p><p>　　齒輪圓周速度 ν==0.071 m/s</p><p><b>　　齒輪精度取為9級。</b></p><p>　　查表

99、 =1.03</p><p>　?。?）齒向載荷分布系數(shù)</p><p>　　硬齒面，非對稱布置，取=0.5，=1.06。</p><p>　?。?）齒向載荷分布系數(shù)</p><p>　　齒輪材料為8級精度，淬火鋼。</p><p>　　由式 </p><

100、;p>　　= （3-20）</p><p>　　端面重合度 =[1.88-3.2(+)]cosβ,</p><p>　　=1.46×cos18.67°</p><p><b>　　=1.39</b></p><p>　　

101、縱向重合度 =tanβ= ×tan18.67°=0.944</p><p>　　得 =1.5</p><p>　　于是 ==1.1×1.03×1.06 ×1.5=1.8</p><p><

102、b>　?。?需重新計算；</b></p><p>　　12、驗算齒根疲勞強度</p><p>　　用準確值代入式（1）（=0.62，=0.91）</p><p>　　得 ≥0.97 mm </p><p>　　仍取=2 mm，齒根疲勞強度足夠

103、。</p><p>　　13、驗算齒面接觸疲勞強度 </p><p>　?。?）彈性系數(shù)，查得，=189.8。</p><p>　?。?）節(jié)點區(qū)域系數(shù)，查得，=2.11。</p><p>　?。?）重合度系數(shù)，因< 1</p><p>　　故

104、 ==0.91</p><p>　　（4）螺旋角系數(shù) ==0.97</p><p>　　14、許用接觸疲勞應(yīng)力[] </p><p><b>　　根據(jù)公式 </b></p><p>　　[]= （3-21）</p><p&

105、gt;　　式中：——接觸疲勞壽命系數(shù)，查得=0.95；</p><p>　　失效概率＜1/100, 取=1。</p><p>　　得 =1550 MPa，=1500 MPa；</p><p>　　[] =1472 MPa ，[]=1500 MPa；</p><p>　　15、驗算齒面接觸強度</p

106、><p>　　按式 </p><p>　　= （3-22）</p><p>　　==1360MPa≤[]</p><p>　　由于＜[]（取兩齒材料較弱者進行比較），故接觸強度足夠。</p><p>　　3.4主動轉(zhuǎn)向控制器行星齒輪可行性設(shè)計</p&

107、gt;<p>　　應(yīng)等于輪3和輪2的中心距，即=，</p><p>　　得 </p><p><b>　?。?-23）</b></p><p>　　式中：——為齒輪節(jié)圓半徑。</p><p>　　對于變位齒輪（斜齒） </p&g

108、t;<p>　　= （3-24）</p><p>　　節(jié)圓直徑 </p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　式中：——為嚙合角。</p><p>　　前面已求得 =25

109、6;40′</p><p>　　則 =39.6mm</p><p><b>　　30.8mm</b></p><p><b>　　101.2mm</b></p><p>　　于是 =35.2 mm</p>

110、<p><b>　　符合同心條件。</b></p><p>　　由于 </p><p>　　==1+ （3-25）</p><p>　　則 </p><p>　　=

111、 （3-26）</p><p>　　要求對應(yīng)于個齒，中心角為，所以</p><p>　　= （3-27）</p><p><b>　　（3-28）</b></p><p><b>　　=16</b></p><p><b

112、>　　，太陽輪轉(zhuǎn)過故可</b></p><p><b>　　整除。</b></p><p><b>　　對于變位齒輪傳動有</b></p><p>　　2>2 （3-29）</p><p>　　即 <

113、/p><p>　　> （3-30）</p><p><b>　　式中： ==4；</b></p><p>　　變位齒輪中心距變動系數(shù)</p><p><b>　?。?-31）</b></p><p>　　則

114、 =0.68</p><p>　　齒高變動系數(shù) </p><p>　　⊿ （3-32）</p><p><b>　　且，</b></p><p>　　故 ⊿0.08</p><p>　　

115、齒頂高 </p><p><b>　?。?-33）</b></p><p>　　故 =（1+0.41-0.08）×2</p><p><b>　　=2.66 mm</b></p><p>　　齒頂圓直徑

116、 </p><p><b>　?。?-34）</b></p><p>　　=28.4+2.66×2</p><p><b>　　=33.72 mm</b></p><p>　　于是 2=</p><p>　　=（36

117、.5+33.72）sin45°</p><p>　　=49.66mm > =33.72 mm</p><p>　　即 ></p><p>　　滿足鄰接條件[10]。</p><p>　　3.5主動轉(zhuǎn)向控制器蝸輪蝸桿設(shè)計計算</p><p>　　3.5.1蝸輪蝸

118、桿傳動比的確定</p><p>　　為了保證蝸桿傳動比的正確性，因此，對驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)向角進行估算，對轉(zhuǎn)向盤的速度進行研究。</p><p>　　假定方向盤轉(zhuǎn)速為零，則轉(zhuǎn)向角由驅(qū)動電機控制，如果此時主動轉(zhuǎn)向控制器滿足變速率的變化范圍，所描述的前幾章，轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)速為零，即時，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速為，太陽輪輸出轉(zhuǎn)速為，由式</p><p>　　=

119、 （3-35）</p><p>　　設(shè)蝸輪轉(zhuǎn)速為，則應(yīng)有</p><p><b>　　（3-36）</b></p><p>　　故 </p><p>　　= （3-37）</p><p&

120、gt;　　在理想狀況下，最小轉(zhuǎn)彎半徑與外輪角度的關(guān)系為：</p><p>　　= （3-38）</p><p>　　假設(shè)齒輪為不發(fā)生變形的剛體，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：</p><p><b>　?。?-39）</b></p><p>　　式中：——兩側(cè)主銷軸

121、線與地面相交點之間的距離；</p><p>　　——汽車軸距[11]；</p><p><b>　　車型各項參數(shù)值：</b></p><p>　　軸距 L=2700 mm ；輪距（前）=1500 mm ；最小轉(zhuǎn)彎半徑 =11/2=5.5 m</p><p>　　于是，代入（4-19）式可求得</p><

122、;p>　　sin= =0.491</p><p><b>　　=29.4° </b></p><p><b>　　則可求得</b></p><p><b>　　=40.2°</b></p><p>　　考慮到駕駛員的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速為1r/s;方向盤回轉(zhuǎn)總

123、圈數(shù)為3.5圈的情況下，方向盤由中間位置轉(zhuǎn)至左右極限位置時歷時1.75s。</p><p><b>　　則可認為角速度為：</b></p><p>　　=(°/s)=22.98(°/s)</p><p>　　主動轉(zhuǎn)向控制器輸出角速度即為齒輪齒條轉(zhuǎn)向機輸入角速度，則它與轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度之比即為齒輪齒條轉(zhuǎn)向機傳動比，=18，&l

124、t;/p><p>　　即 ；</p><p>　　求得 =413.64(°/s)</p><p>　　=68.94 r/min</p><p>　　則蝸輪轉(zhuǎn)速 </p><p><

125、;b>　　（3-40）</b></p><p>　　已知機構(gòu)中18；46</p><p>　　r/min=26.97 r/min</p><p>　　一般工況下，電機轉(zhuǎn)速為480 r/min。</p><p>　　當=480 r/min時</p><p><b>　　由式</b>

126、</p><p>　　= （3-41）</p><p>　　知 ==17.79</p><p>　　查表，取蝸輪蝸桿傳動比為 =19.5</p><p>　　3.5.2蝸輪蝸桿的設(shè)計計算</p><p>

127、<b>　　1、選擇材料</b></p><p>　　蝸桿選用40表面滲碳，表面硬度（45-55）HRC，蝸輪選用砂型鑄造，MPa；=140MPa。</p><p><b>　　2、確定，，</b></p><p><b>　　確定蝸桿頭數(shù)=2；</b></p><p>　　則

128、由式 </p><p>　　= （3-42）</p><p>　　得 =19.5×2=39</p><p>　　==19.2×26.97 r/min=517 r/min</p><p>

129、;<b>　　3、確定蝸輪轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　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=28.96 N?M。</p><p>　　當方向盤轉(zhuǎn)速為零時，考慮在同樣的工況下，則蝸輪的轉(zhuǎn)矩應(yīng)為==28.96 N?M。</p><p><b>　　4、確定載荷系數(shù)</b></p>

130、<p>　　查取，工作情況系數(shù)=1。</p><p>　　初設(shè)蝸輪圓周速度≤3m/s，取動載荷系數(shù)=1 =1；</p><p>　　故 ==1；</p><p>　　5、確定蝸輪許用接觸應(yīng)力[]</p><p>　　查得蝸輪材料，離心鑄造，蝸桿齒面硬度＞45HRC,得[]為261