GWHF型汽车电动助力转向器结构设计

1、GWHF型汽车电动助力转向器结构设计摘 要近年来，中国的国家经济实力得到了快速发展，人民的生活水平普遍提高,所以汽车正成为我们生活的必须品。车辆在行驶过程中随时都要变向，而这就是通过转向器实现的，可以说，转向器对汽车来说相当于人的传出神经，是其决定着车该如何行驶，对于一个驾驶员来说，转向操作是否省力、轻便、可靠极为重要，试想每次转向都要使出很大的劲，那样一个驾驶员开车将会很痛苦，而且行驶很不安全。GWHF型汽车属于SUV，一种运动型多用途车，近年来SUV成为最受追捧的车型。目前现有的SUV车辆上所采用的转向器多是无助力或液压助力，机械式转向器因其无法兼顾操纵省力和转向灵敏这两个互相矛盾的要求，

2、其迟早将会被彻底淘汰。且电动助力转向系统采用电力而不是液压，与液压助力转向系统相比较省略了许多元件。而且无“寄生损失”和液体泄漏损失。电动式动力转向器的传动效率较高，返回性能较好，且节省能源、易于装车、操作舒适，引起了各国汽车界的重视。本设计主要是对现有的液压循环球转向器进行改进，使其实现电助力，并进行计算。关键词：汽车；电动助力转向器；转向器结构设计 The type of GWHF automotive electric power steering structural designAbstract We can see the car everywhere in our daily l

3、ife which is used to instead walking, The more and more get the favor of people。With Chinas national economic strength of rapid development，peoples living standards have common improve ，so people to the performance requirements of car is higher and higher also。Vehicles in the course of driving at an

4、y time and place may need to change direction，and this is through the steering gear to realize。We can say, steering gear is equivalent to the people of car efferent nerve, is its decision a car how to driving, for a pilot, it turned to the operation is energy, light, reliable is very important, just

5、 think every time to all want to use a lot of trouble, so a drivers will be very pain, and it was not safe to drive. GWHF type car belongs to the SUV, a sport utility vehicle, in recent years to become the most SUV more popular models. At present the existing SUV vehicle used by the steering gear is

6、 no power or hydraulic power, mechanical steering gear because it could not give consideration to the effortless manipulation and sensitive to the two conflicting requirements, it will be completely eliminated sooner or later. And electric power steering system not only power hydraulic, and hydrauli

7、c steering system compared omitted many components. And there are no parasitic loss and liquid leakage loss. Electric power steering gear transmission efficiency is higher, return to good performance, and save energy, easy to load, operation and comfortable, caused all countries aware of its accompl

8、ishments and attention. This design is mainly to the existing hydraulic steering gear ball improve circulation, make its realization electric power, and to calculate. Keywords: Car ; Electric Power Steering ; steering structure design 目 录摘要Abstract1绪论11.1选题背景11.2国内外研究现状11.3本设计的目的及意义22 转向器结构方案分析33 转向

9、器各个参数的选择与确定53.1转向系主要性能参数53.1.1 转向器的效率53.1.2转向器的角传动比i53.2主要尺寸参数的选择64转向器传动副尺寸设计与选定94.1螺杆、钢球和螺母传动副设计94.1.1钢球中心距D及螺母内径D2的确定94.1.2钢球数目的确定104.1.3滚道截面104.1.4接触角114.1.5导管内径d1的确定114.2齿条、齿扇传动副设计114.3 各轴承的选择125轴的设计计算及校核135.1转向摇臂轴（即齿形齿扇轴）的设计计算135.1.1渐开线花键的设计计算135.2.2变厚齿形齿扇的计算145.3.3齿扇齿的应力校核155.2螺杆轴设计计算及主要零件的校核1

10、55.2.1轴的主体结构设计165.2.2钢球与滚道之间的接触应力校核165.3各个零件材料的选用176转向器助力部分设计186.1助力电机的选定186.2助力部分机械结构的设计207用SolidWorks进行转向器三维设计217.1 转向器零件的绘制217.2转向器的装配247.3转向器爆炸图的生成268结论28参考文献附录致谢GWHF型汽车液压改电动助力转向器设计1绪论1.1选题背景近年来SUV在中国市场日趋火爆，国人也不再唯“小车”是瞻，而各大汽车公司也纷纷针对中国市场设计制造最适合的SUV。汽车转向器是汽车上不可或缺的部件，它是用来改变车辆转弯或保持汽车行使方向以及对车辆进行回正的结构

11、。随着我国经济的高速发展，市场上的汽车将会越来越多，从而造成交通拥堵，使驾驶员必须时时刻刻操纵转向盘转向，这就要求设计者拿出能减轻驾驶疲劳的汽车。所以，无论是为满足快速增长的轿车市场还是为给驾车者更舒适更安全的的驾车体验，都需要一种高性能、低成本的大众化的轿车转向结构。本设计主要是对循环球转向器进行改进并进行三维造型，以SolidWorks为基础，结合所学书本知识及所搜索的网络资料，分析转向器的工作原理，各个零件的具体作用，运用SolidWorks软件对其进行了零件的绘制和工程图、爆炸图、装配图的生成。1.2国内外研究现状由于现有的液压动力转向器存在着浪费能源等缺陷,各大汽车公司一直试图使用其

12、他动力转向来代替液压动力转向。在过去的几十年中,由于电子技术的快速发展,使得电动助力成为可能。许多汽车公司纷纷对电助力转向进行了投资,使得EPS得以应运而生,日本的小型汽车是最早装备电动助力系统的。在20世纪80年代,日本铃木公司首次在Alto汽车上装备电助力转向器。在这之后,电动助力转向系统得到了快速广泛的发展，尤其是在以美国为首的发达国家。经过近些年的发展, EPS的各项性能都得到了提高与完善,其应用范围也越来越广,近年来，本田雅阁和一汽大众速腾等这些汽车上已经安装上了电助力转向器。从整个世界来看,EPS的应用正以惊人的速度增加着。可以预知，EPS将会快速普及小型汽车市场,并逐步向其他车型

13、渗透。就我国来看,早在2000年国家就曾指出要将EPS列为汽车零部件的高科技和新型产品。随后,EPS步入了快速发展的轨道, 但由于国内的EPS起步还是比较晚，目前很少应用到实际生产中。由于EPS具有的巨大优势，受到了国内许多专家、学者和企业的看重。不仅如此,国内许多大学在这方面也做了一系列的研究工作,取得了一定的进展,但在实际应用中很难达到预期的要求，因而还有待进一步的改进。1.3本设计的目的及意义本设计旨在设计出能让GWHF汽车实现电助力转向的转向器。并用于锻炼个人的设计及绘图能力。转向器是汽车中对安全影响最大的部件，驾驶员控制汽车行驶的实际意义就是驾驶员控制转向器来改变行驶方向。汽车的转向

14、和制动都是汽车安全首要考虑的。而操作转向是否省力，转向灵敏与否将成为评价转向器优劣的重要标准，本设计主要是对循环球转向器进行结构改造，使其能够实现电动助力。机械式转向器操纵起来很费力，并且转向不灵敏。而液压动力转向需要耗费液压油，存在油液损失。而EPS则可以很好的克服以上缺点的，因而有必要研制出这种传动效率高且转向灵敏的转向器。2 转向器结构方案分析转向器又名转向机、方向机，它是转向系中最重要的部件，是转向系统中的执行机构，在转向系统的发展和工作中扮演一个相当重要的角色。具体的定义为：用于使汽车在运行过程中随机改变运行路线和方向的装置。汽车转向器根据转向的能源不同可以分为机械转向（无助力）和动

15、力转向两大类。机械转向系统的能量完全由司机通过一系列的机械设备提供,转向施加力的大小由司机作用在方向盘上的力控制；动力转向系统的能量则是由两部分构成，其一是由开车的驾驶员手上使劲来提供，另一部分则是由助力结构来提供。按结构形式又可将转向器分为齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、循环球曲柄指销式、蜗杆滚轮式等。到目前为止,转向系统经历了机械转向、液压助力转向、电液助力转向和电动助力转向等几个阶段，接下来还可能会向着线控动力转向发展。随着汽车工业的迅速发展以及人们对于舒适、安全性能要求的不断提高,转向系统也随着科学技术的发展而迅速发展。在中国，EPS还很少被用在汽车上，尤其是中大型汽车

16、。以前在在一些科幻电影中出现的无人飞机、无人驾驶汽车,现在已经成为现实，当然只是用于国防等重要领域。当下，摆在我们眼前的难题是如何把所有车型的转向不灵敏这一重大难点攻克，发展和研究EPS已刻不容缓。EPS工作原理可表示如下: 现今，GWHF型车所用的转向器都是采用循环球式，而现在市场上较常见的的电助力转向器电机布置情况有以下3种： 管柱助力式 小齿轮助力式 齿条助力式图2-1 常见电助力转向器显然以上三种电动助力结构并不适合于循环球助力式转向器，一般来说，循环球式转向器的电机输出轴是通过电磁离合器与涡轮蜗杆减速机构连接，而涡轮安装在一段与螺杆轴通过联轴器连接的轴上。 本次设计拟采用EPS系统如

17、图2-2所示。图2-2循环球式EPS系统结构简图3 转向器各个参数的选择与确定3.1转向系主要性能参数3.1.1 转向器的效率转向器的正效率是指功率从转向轴输入，经转向摇臂轴输出所求得的效率，用符号表示，；反之则称为逆效率，用符号表示，。式中为转向器中的摩擦功率；为转向摇臂轴上的功率。为了确保转向时满足转向轻便的这一特点, 要求其高,为了满足车辆转完方向后可以自己回到直线行驶这一状态,需要有一定的。一般地，我们将逆效率取得尽可能低。对于循环球式转向器，如果我们忽略轴承和其他地方的摩擦损失，只考虑啮合副的摩擦损失，其可用式（3-1）计算，可用式（3-2）计算。 （3-1） 其中，为螺杆的螺线导程

18、角(取8)：为摩擦角，；为摩擦因数。取为8；取0.03，； （3-2）式（3-1）和（3-2）表明：增加，则、均增大。受增大的影响，不宜取得过大。一般地，导程角必须大于磨擦角。3.1.2转向器的角传动比i对同一路面,阻力一定，传到转向器处的阻力矩就一定，即同一条件下，可以通过减少角传动比来减少开车人员需要输出的并作用在转向方面的劲力，继而达到操纵轻便的目标。但i加大后，转向轮转动对转向盘转角的变化感应将会变得迟钝，使转弯所需要的时间增加，因而汽车将不太灵敏度； 所以“轻”和“灵”构成了一对矛盾。根据转向操纵的需要，所以i在直线行驶位置附近有较小值，转向比较“灵”；在两端有较大值，转向比较“轻”

19、。所以i变化的情况将是中间低两端高这一情况，如图3-1所示。3-1 所选汽车i变化特性曲线3.2主要尺寸参数的选择通过互联网可以查到GWHF型汽车各种型号的主要技术参数，本设计中选择哈弗09款锐意版2.0的几种为设计参考。其具体数据见下表3-2。表3-1 各类汽车循环球转向器的齿扇齿模数齿扇齿模数mmm3.03.54.04.55.06.06.5乘用车发动机排量mL500100018001600200020002200前轴负荷/N3500380047007350700090008300110001000011000商用车前轴负荷N300050004500750055001850070001950

20、090002400017000370002300044000最大装载kg350100025002700350060008000表3-2哈弗 09款 H3锐意版2.0汽车的主要技术参数哈弗 09款 H3锐意版 2.0系列：豪华型精英型天窗版最高时速(km/h)：160160160长(mm)：465046504650宽(mm)：180018001800高(mm)：181018101810轴距(mm)：270027002700前轮距(mm)：151515151515后轮距(mm)：152015201520最小离地间隙(mm)：180180180整备质量(Kg)：172017201720排量(L)：2

21、.02.02.0最大马力(Ps)：122122122最大功率-功率值(kW)：909090最大功率转速(rpm)：525052505250最大扭矩(N/m)170170170最大扭矩-转速(rpm)：2500-30002500-30002500-3000驱动方式：前置后驱前置后驱前置后驱前轮胎规格：235/65 R17235/65 R17235/65 R17后轮胎规格：235/65 R17235/65 R17235/65 R17通过查阅汽车设计方面的教材，对循环球式转向器的设计规范如表3-1和表3-3。汽车的轴荷分配：质量分配为两轴各承担的空车重量。一般轴荷分配是希望满载时每个轮胎的负荷大致相

22、等。对后轴为单胎的汽车，希望前后轴的轴荷各为50%， GWHF型汽车后轮为单胎，其整备质量为1720kg，所以前轴载荷为860kg。 GWHF型汽车属于乘用车，根据其车辆的发动机排量为2000ml，前轴载荷为860kg，查表（3-1）可选齿扇齿模数为4.0。根据表（3-3）选取对应的参数为： 钢球直径：6.350mm 螺距：9.525mm 工作圈数：1.5螺杆外径：25mm 环流行数：2 螺母长度：46mm齿扇齿数：5 齿扇压力角：2230 切削角：630钢球中心距：25mm 齿扇宽：28mm 摇臂轴外径：30mm表3-3 循环球转向器的主要参数参数数值齿扇模数/mm3.03.54.04.55

23、.06.06.5摇臂轴直径/mm22263032323538404245钢球中心距/mm202325252830323540螺杆外径/mm2023252528293438钢球直径/mm5.5565.5566.3506.3507.1447.1448.000螺距/mm7.9388.7319.5259.52510.00010.00011.000工作圈数1.51.52.52.5环流行数2螺母长度/mm41455246475856596272788082齿扇齿数355齿扇整圆齿数121313131415齿扇压力角22302730切削角630630730齿扇宽/mm2225252725283028-323

24、0343835384转向器传动副尺寸设计与选定 4.1螺杆、钢球和螺母传动副设计图4-1 螺杆、钢球和螺母传动副为了形成螺母上的循环轨道，在螺母上与其齿条相反的一侧表面（通常为上表面）需钻孔与螺母的螺旋滚道打通以形成一个环路滚道的两个导孔，并分别插入钢球导管的两端导管。钢球导管是由钢板冲压成具有半圆截面的滚道，然后对接成导管，并经氰化处理使之耐磨。插入螺母螺旋滚道两个导孔的钢球的两个导管的中心线应与螺母螺旋滚道的中心线相切。由3.3节的查询结果可知：钢球直径d=6.350mm螺距t=9.525mm螺杆外径D1=25mm螺旋线导程角之前已取0=8一个环路中的钢球圈数W=1.5b=t-d=9.52

25、5-6.350=3.175,其中b2.5mm满足要求。4.1.1钢球中心距D及螺母内径D2的确定钢球中心距D是指螺杆两侧钢球中心间的距离，它是一个基本尺寸，直接影响转向器的结构尺寸和强度。在保证满足所需的强度条件下，应将将D值尽可能取小些。螺杆外径D1、螺母内径D2及钢球直径d等对钢球中心距D的大小都有影响。查表3-3可得，螺杆外径D1为25mm，钢球中心距D=26mm，由上图结构关系可知，为避免摩擦，应使,一般。所以可得出取D2=27mm，显然满足结构D2D1的要求。4.1.2钢球数目的确定对钢球的直径满足大直径的钢球其承载能力大，但同时螺杆和螺母传动副和转向器的尺寸也随之增大增大。钢球的直

26、径d应符合国家标准，一般应参考同类型汽车的转向器尺寸选取d，同时，钢球数量也影响承载能力，增多钢球能提高承载能力，但会使钢球流动的性能变差，进而使传动效率变低。经验表明在每个环路中n以不大于60为好。钢球数目（不包含环流管中）可有下式确定：式中 D钢球中心距（D=26mm）；W个环路中的钢球工作圈数， W=1.5；d-钢球直径（d=6.350mm）；螺线导程角（=8）。4.1.3滚道截面滚道有单圆弧、四段圆弧和椭圆等截面形式。目前应用较广泛的是四段圆弧滚道截面，如图4-2所示：图4-2 四段圆弧滚道截面图中滚道与钢球之间的间隙，除用来贮存润滑油之外，还能贮存磨损杂质。为了减小摩擦，螺杆和螺母沟

27、槽的半径R2应大于钢球半径d/2，一般取R2=(0.51-0.53)d。本设计取滚道半径为3.37mm,符合相应的要求。螺杆滚道应倒角，用来避免滚道尖角处被啮出毛刺而划伤钢球后降低传动效率。4.1.4接触角钢球与螺杆轨道接触点的正压力方向与螺杆轨道道法向截面轴线间的夹角称为，如图4-2所示。一般取为45，以使轴向力和径向力分配均匀。4.1.5导管内径d1的确定容纳钢球且钢球在其内部流动的导管内径d1=d+e，式中e为钢球直径d与导管内径之间的间隙。e不易过大，否则钢球流经导管时球心偏离导管中心线的距离增大，并使流动阻力增大。一般e在0.40.8之间取值，导管壁厚取为1mm。取e=0.6，则导管

28、内径d1=6.95mm，导管外径为8.95mm。4.2齿条、齿扇传动副设计齿扇有5个齿，它与摇臂轴为一体。齿扇的齿厚沿齿长方向是变化的，这样即可通过轴向移动摇臂轴来调节齿扇与齿条的啮合间隙。转向器通常是工作于中间位置，因此齿条、齿扇的中间齿的磨损最为厉害。为了消除中间齿磨损后产生的间隙而又不致在转弯时使两端齿卡住，则应增大两端齿啮合时的齿侧间隙。齿侧间隙的改变可通过设计使齿扇各齿具有不同的齿厚来达到。即齿扇由中间齿向两端齿的齿厚是逐渐减小的。为此可在齿扇的切齿过程中使毛坯绕工艺中心转动，如图4-3所示，相对于摇臂轴的中心有距离为的偏心。这样加工的齿扇在齿条的啮合中由中间齿转向两端的齿时，齿侧间

29、隙也逐渐加大，可表达为 式中径向间隙；啮合角；齿扇的分度圆半径；摇臂轴的转角。图4-3 齿侧间隙情况齿侧间隙能够适应消除中间齿最大磨损量所形成的间隙的需要。一般是将齿条(一般有4个齿)两侧的齿槽宽制成比中间齿槽大0.200.30mm即可。查表3-4有：齿扇模数m=4.0mm，齿扇齿数Z=5，齿扇压力角2230，切削角：630，齿扇宽：28mm ，螺母长度：46mm。4.3 各轴承的选择螺杆和摇臂轴都是通过轴承支撑在转向器的壳体上，其中螺杆既受到轴向力又受到径向力，其中径向受载荷较大，查阅机械设计可知，选择深沟球轴承能满足要求，且价格便宜，故本次设计选取深沟球轴承。螺杆轴应留有阶梯来固定轴承，因

30、而与轴承配合处轴径为20mm。综合考虑各种条件故选取轴承型号为6204。摇臂轴由壳体内的滚针轴承和端盖中的衬套支撑。直径为30mm，选用RNA4905滚针轴承可满足要求。5轴的设计计算及校核5.1转向摇臂轴（即齿形齿扇轴）的设计计算为保证行驶安全，组成转向系的各零件应有足够的强度。要验算转向系零件的强度，需首先确定作用在各零件上的力。查阅汽车设计方面的知识可知，汽车在混凝土路面上的原地转向阻力矩Mr满足： 式中为转向摇臂轴直径，查表3-3，可知=30mm；为扭转强度极限，取值为200MPa，k为安全系数，可取2.53.5。取k=3.5 轴结构如图5-1所示图5-1 摇臂轴结构简图轴伸出壳体的部

31、分制成锥形渐开线花键，并使用螺母紧固，这样可以保证转向摇臂能紧紧压靠到轴上，使之联结紧固、无间隙、工作可靠，花键的加工工艺与齿轮相同；由于齿扇和齿条在工作时存在摩擦力，工作一段时间后会产生间隙，为使此间隙的调整工作容易进行，故将齿扇设计成变厚齿扇。5.1.1渐开线花键的设计计算花键连接常根据被连接件的特点、尺寸、使用要求和工作条件，确定其类型、尺寸，然后进行必要的强度校核计算。本轴的采用圆柱直齿渐开线花键，并选择45花键，模数为m=1,齿数为Z=29，压力角为45。渐开线花键几何尺寸的计算 分度圆直径D=mZ=129=29mm;基圆直径Db=mZcos45=29x0.707=20.50mm;周

32、 节P=m=3.141=3.14mm;内花键大径Dei=m(Z+1.2)=1(29+1.2)=30.2mm;外花键大径Dee= m(Z+0.8)= 1(29+0.8)=29.8mm; 外花键小径Die= m(Z-1.2) =1(29-1.2)=27.8mm；渐开线花键的校核计算渐开线花键连接强度可按挤压、弯曲和剪切来计算。实践证明，挤压强度常是主要的。其计算过程如下：渐开线花键的平均直径Dm=D=29mm;渐开线花键齿的工作高度hg=m=1mm；渐开线花键齿的工作长度lg=25mm；渐开线花键齿的弯曲应力 由此可知，渐开线花键的设计满足要求。5.2.2变厚齿形齿扇的计算变厚齿形齿扇的计算，如图

33、5-2所示，一般将中间剖面I-I定义为基准平面。进行变厚齿扇计算之前，必须确定的参数有：变厚齿扇的模数m，参考表3-3选取；法向压力角0=22.5；齿顶高系数X1，一般取0.8或1.0；径向间隙系数，取0.2；正圆齿数，在1215之间选取；齿扇宽度，一般在22mm28mm。首先根据汽车的前轴负荷G1=14140N，查表,选取齿扇的模数m=4mm。然后，由变厚齿扇的模数m=4mm,由第3章知识选择确定转向器的相关尺寸。图5-2 变厚齿形齿扇的计算简图变厚齿扇的几何尺寸，计算结果如下：变厚齿扇的模数m=4mm;变厚齿扇的法向压力角0=22.5；整圆齿数为15；齿扇齿数为z=5；变位系数X1=ha*

34、(Zmin-Z)/Zmin=1.118；分度圆直径d=mz=415=60mm;分度圆齿厚S=pm/2=3.144/2=6.28mm;齿顶高 ha= X1m=14=4mm;齿根高 hf=( X1+c)=(0.8+0.2)4=4.8mm;齿顶圆直径da=d+2ha=60+24=68mm;齿扇的结构设计由于齿扇的齿顶圆直径da=68mm500mm，因此可采用锻造毛坯；又齿扇的齿根圆直径df=d-2hf=60-24.8=50.04mm，而齿扇的轴径为30mm,二者相差不大，故可制成一体的齿轮轴，轴的材料必须与齿扇齿轮相同。5.3.3齿扇齿的应力校核齿扇齿的受力情况如图5-3所示。图5-3 齿扇齿的受力

35、简图齿扇齿的弯曲应力可用下式计算式中：F作用在齿扇上的圆周力；F =N h齿扇的齿高； B齿扇的齿宽；B取 s基圆齿后。许用弯曲应力为=540MPa由此可知，齿形齿扇的设计能够满足设计要求。5.2螺杆轴设计计算及主要零件的校核轴的结构如图5-4所示图5-4 螺杆轴结构简图5.2.1轴的主体结构设计考虑轴向固定，内侧采用轴肩，又考虑角接触球轴承的标准，故左右轴径均取d=20mm；左端轴径长度为14mm，以便将轴承可靠地固定在转向螺杆轴上；为使汽车转向螺杆轴中心与转向万节的中心能保持高度一致，二者的连接采用凸缘联轴器连接。当转向盘转过3p角(即1.5圈)时，齿扇节圆应转过的弧长等于对应螺母在螺杆上

36、移动的距离S,此时，摇臂轴转过0.25p角，与此同时，转向轮转至最大转角，则则螺杆螺纹滚道的有效工作长度L等于螺母在螺杆上移动的距离的2倍，即L=2S=247.1mm=94.2mm;在此条件下，应尽量缩短滚道长度。但为安全计，在有效工作长度L之外的两端各增加0.50.75圈滚道长度。因此，螺杆螺纹滚道的实际有效工作长度LL=L+2(0.50.75)d=94.2+2(0.50.75)6.35=100.55103.725mm;取整后取L=110mm；5.2.2钢球与滚道之间的接触应力校核图5-5 螺杆受力简图受力分析图如图5-5。作用在螺杆上的轴向力F2N钢球与螺杆之间的正压力F3 钢球与滚道之间

37、的接触应力可用下式计算表5-1 系数K与A/B的关系A/B1.00.90.80.70.60.50.40.3K0.3880.4000.4100.4400.4680.4900.5360.600A/B0.20.150.10.050.020.010.007K0.7160.8000.9701.2801.82.2713.202式中K系数，根据AB查表5-1求得，其中AB用下式计算： ； 螺杆与螺母滚道截面的圆弧半径；螺杆外半径；=12.5mm；钢球半径；A/B=0.9 因此，K取0.97；E材料弹性模量，； 而许用接触应力，显然满足的要求，即强度满足要求。5.3各个零件材料的选用螺杆和螺母通常用20CrM

38、nTi制造，表面渗碳。渗碳层深度在1.051.45mm。表面硬度为HRC5863。转向器壳体采用球墨铸铁QT400-18制造。球体选用20CrMnTi制造。6转向器助力部分设计6.1助力电机的选定汽车转向正一步步想着驾驶轻松省力的方向发展，采用动力转向系统很显然满足这样的要求。本次选用电动助力类型为S-EPS（输入轴助力式）。在S-EPS中，扭矩传感器，直流电机，减速装置和循环球机械转向器通过装在相应壳体中然后用螺栓连接在一起。转向传动轴是独立的，它与机械转向器输入轴通过联轴器相连；而控制器与传感器、电机是用电线连通实现相应的控制。电机是通过控制单元的指令来提供适宜的扭矩，电动转向所能匹配的电

39、机有直流有刷电机和直流无刷电机两种。现在经常使用的电机是的是直流的有刷式；但越来越多的EPS电机都采用无刷式。本设计选用直流无刷电机。图6-1 EPS电机（直流无刷） 不同车型EPS选用电机情况可查表6-1。No.车型EPS类型前轴负荷（kg）转向力矩（Nm）电机（实际功率W）1吉利、夏利C-EPS7509001202皮卡/1吨货车S-EPS100012001703金杯海狮R-EPS140016002204猎豹S-EPS1000160022051.5升轿车R-EPS1000120017062.0升轿车R-EPS1200140022073.0升轿车DD-EPS1500170036082吨货车S-

40、EPS16001700360919座面包S-EPS16001700360103吨货车S-EPS24002100410113轴军车S-EPS35002500500表6-1 车型EPS选用电机参考表本次设计选用的车型属于SUV，显然与表3中第二种车型相仿，故电机实际功率选为170W, 目前国产EPS的无刷式电机系列如下：无刷电机No电压V功率W最大电流A最大输出扭矩Nm备注112160302.0212300403.0324300403.0表6-2 无刷电机型号查表6-2可知，本次所采用电机的参数如下：额定电压：12V 最大电流：30A最大输出扭矩：2 NM前轴转向力矩：1200NM 由额定电压和最

41、大电流查有刷电机参数表可知，电机型号可选取为R22L33 A-08A。其额定转速为4860rpm。本设计选用式的直流电机，其中连接采用电磁式离合器（见图6-2），它用于连接电机和蜗杆轴，控制单元通过车速大小来控制离合器，这样可以实现EPS在预先设定的车量行驶的速度范围工作。图6-2电磁离合器6.2助力部分机械结构的设计本设计主要包括以下零件：输入轴、传感器、螺杆、钢球、转向螺母、齿扇轴、蜗杆、蜗轮及其安装轴、助力电机等。电机输出轴通过涡轮蜗杆减速机构与螺杆一端通过电磁离合器接合，由于现在电机都已经变频，转速可以很低而不至于烧坏电机，因而此减速机构可以有一定的浮动。循环球电动转向器中的蜗轮蜗杆的

42、设计，是按照电机转速与要求的转向轴转速相关的关系做的。它们的速比应基本满足转向器6090 r/min 的要求，中重型车为下限，轻型车可以根据用户要求相对提高。 与螺杆连接部分的机械结构设计如图6-3图6-3 转向器齿扇螺母配合面剖视图联轴器选用凸缘式GY1型，具体尺寸由螺杆轴小径16确定，涡轮轴左端连在联轴器上，直接选为16，其上要安装涡轮，右边采用轴肩定位，从联轴器出来留有余量，安装时需用到套筒固定涡轮之后轴与滑块配合，滑块与传感器配合，滑块移动引起传感器反映，反馈回EUC系统，进而控制电机工作。涡轮轴另一端与输入轴（与转向盘相连的轴）相连。涡轮与蜗杆配合，蜗杆轴通过电磁离合器与电机相连。其

43、中，涡轮蜗杆减速器的速比为60，模数为m=1，蜗杆头数Z1=1，分度圆直径d1=18mm，涡轮齿数为60。7用SolidWorks进行转向器三维设计7.1 转向器零件的绘制1、螺杆的绘制 螺杆的螺距为9.525，采用四段圆弧滚道截面，经过扫描处理即可绘制出三维图形。2、导管钢球导管也是在中心线中画出轮廓，然后沿着轮廓位置进行扫掠，最后得到钢球导管的三维图形。3、螺母的绘制 螺母的内孔绘制和螺杆一样要采用扫描处理，齿条则是根据模数查用相应标准画出一个齿，然后整列并采用拉伸切除获得；螺母和齿条面相对的一面是和导管配合，应留出导管轨道，采用拉伸切出可得到，为固定导管，采用导管扣固定，则螺母上应有和导

44、管扣配合的螺孔，需用异型孔向导生成。4、导管扣导管扣采用扫描生成，在扫描的基础上切出三个螺钉空即可。5、间隙调整机构处T型槽螺栓 T型槽螺栓采用的公称直径选为M12，通过旋转切出、阵列、拉伸切除等命令可绘制出。6、摇臂轴 摇臂轴根据齿轮模数先画出齿轮，然后采用拉伸切除切除多余的部分，阶梯轴采用拉伸即可实现。7、箱体 转向器的箱体图主要采用拉伸和拉伸切除命令，其具体尺寸是考虑到内部的螺杆螺母和摇臂轴，留有适当的空间即可。7.2转向器的装配1、螺杆、钢球和螺母传动副的装配2、齿条齿轮副的配合图3、涡轮蜗杆减速机构配合图4、总装图7.3转向器爆炸图的生成1、螺杆螺母传动副爆炸视图2、 转向器机械部分

45、装配图爆炸8结论电助力转向器是汽车转向器发展的必然趋势，通过本次毕业设计，使我对转向器有了深入的了解和认识，虽然目前国内SUV车型上所用的电动助力转向器还很少，但我相信，短期内肯定会把电助力转向器应用到SUV车上。作为一个机械设计的学生，我学习过机械原理、机械设计、机械加工工艺、机械制图以及互换性等专业知识，经过本次设计，使我对这些专业知识有了进一步的理解，作为一个设计人员，必须具备强大的工艺知识，对零部件的互换有自己深入的见解，同时还应具有机械制图的能力。通过查阅相关文献并进行方案分析，本次设计首先对现有的各种转向器进行了分析比较，然后对转向进行设计计算，还采用Solidworks三维软件对

46、设计的转向器进行了三维造型。完成本次设计，得到了一些有益的结论，但由于时间和条件的限制，认为还有进一步的工作要做。设计中没有对转向器进行有限元分析，也没能参观到现有长城哈弗车转向器的安放情况，因而转向器壳体的设计没能考虑到怎样造型安放最合理。根据现行的汽车参数设计标准和参照相似类型车辆的技术状况，本论文借用GWHF型汽车相关参数完成了初步的设计，达到了设计的目的。应用AUTO CAD工程制图软件绘制了循环球式转向器的零件图和装配图；分析计算并选取了设计过程中所需要的主要参数，最终完成了自己的循环球式EPS转向器设计。通过此次对GWHF型汽车循环球式EPS转向器的设计，初步掌握了循环球式转向器设

47、计的原则，同时锻炼了自己综合解决问题的能力。参考文献1 王望予.汽车设计M.北京：机械工业出版社，2000. 2 陈家瑞.汽车构造（下册）M.北京：机械工业出版社，2005.3 闻帮春.机械设计手册M. 北京：机械工业出版社，2010.4 吕宏，王慧.机械设计M. 北京：北京大学出版社，20095 郭顺生，李益兵，杨明忠.电动动力转向器的发展与研究J.北京汽车，2001,04：1-26 张玉莹.循环球式转向器设计的几个问题J.二汽科技，1987,05：8-137 左建令，吴浩.汽车转向系统的发展及展望J.上海汽车，2005，01：37-398 王玉梅等.微型汽车循环球式转向器齿扇设计参数分析J.长春工业大学学报，2005, 02:145-1479 杨占鹏. 电动助力转向系统对汽车操纵稳定性的影响J. 拖拉机与农用运输车，2008，02：85-8610 毕大宁，康富生，马慧. 循环球电动转向器的研制J. 汽车零部件，2012，01：52-5911 张辉，唐厚君.汽车电动助力转向系统设计J.工业控制计算机，2007，10：68-7112 FAN Chang-sheng,GUO Yan-ling. Design of the Auto Electric Power Steering System Controller J. Procedia Engineering, Vo