电动助力转向系统的齿轮齿条转向器的设计案例综述
目录
TOC\o1-2\h\u507电动助力转向系统的齿轮齿条转向器的设计案例综述 1
129601.1起亚K3参数表 1
114891.2齿轮齿条转向器计算轴荷的确定 1
15341.2.1汽车原地转向阻力矩 1
76111.2.2转向器角传动比的选取 2
156751.2.3转向盘手力的计算 2
314321.3齿轮齿条的设计计算 3
157211.1.1齿轮齿条的参数选择 3
218501.1.2齿轮的设计 3
145811.1.3齿条的设计 5
274021.4齿轮齿条的强度校核 6
247131.4.1齿轮的疲劳强度校核 6
136971.4.2齿轮接触疲劳强度校核 7
1.1起亚K3参数表
在对起亚K3进行EPS的设计时，为了保证设计的合理性与准确性，起亚K3的汽车参数如表3-1所示：
表3-1起亚K3参数表
汽车整备质量：1230kg
前/后轮距：1555mm/1568mm
轮胎规格：225/45R17
前/后轴荷：860kg/780kg
最小转弯只直径：1060mm
方向盘直径：400mm
扭杆旋转刚度：84.33N/m
方向盘转动惯量：0.0012kg/m2
转向柱粘性阻尼系数：0.261N·s/m
电磁转矩常数：0.04N·m/A
电机刚性系数：125N/mm
电机的转动惯量：0.00018kg/m2
1.2齿轮齿条转向器计算轴荷的确定
1.2.1汽车原地转向阻力矩
为了安全的驾驶，每个构成转向系统的部件都要满足各自相应的设计强度。要想明确转向器各部件的强度，首先要确认对各个部件起作用的力量。影响这种力量的主要原因是轮胎的气压、有旋转轴的负载和路面的阻力等，为了转动转向轮，需要克服包括车轮的稳定阻力、转向轮需要绕主销旋转运动的阻力、转向系中各类内摩擦的阻力和轮胎变形阻力等阻力因素。
由于很难准确地计算出这些复杂的力，为此经过一系列的查找书籍与文献REF_Ref1435\r\h[5]，汽车的转向阻力矩公式Mr为：
（3-1）
在公式中，f表示的是汽车的车轮与地面之间产生的滑动摩擦阻力因数；在综合各种路面工况下通常为其赋值0.7；G1表示的是汽车转向轴负荷；p表示的是汽车的胎压，为0.22MPa。
由参数表可得G1=860×9.8=8428N
将以上参数代入可得：
（3-2）
经过以上计算，汽车原地转向阻力矩为384901.8N。
1.2.2转向器角传动比的选取
转向器的角传动比在设计的过程中有着重要的作用，对于汽车的转向性能这一模块中，数据的稍微变化就能带来极大不同的设计结果。为了增大力传动比，可以选择较大的角传动比进行设计。因此转向器的角传动比不仅对转向灵敏性和稳定性有直接的影响，而且也影响着汽车的操纵轻便性。现代汽车转向器的角传动比一般来讲取iw为14~22，本次设计将选取角传动比i
1.2.3转向盘手力的计算
轮胎与地面之间的转向阻力Fw和作用在转向节上的转向阻力距M
（3-3）
公式中a是主销偏移距，根据车型参数取值为90。
作用在转向盘上的手力可用下式表示：
（3-4）
公式中Mh为作用在转向盘上的力矩；Dsw
从地面作用在汽车两个的轮向轮上的合力2Fw与作用在方向盘上的手力Fh之比为力传动比
（3-5）
将式（3-4）、式（3-5）代入上式后得到：
（3-6）
将摩擦所造的损失忽略掉，可得到新的关系式：
（3-7）
由式(3-7)和式(3-8)得：
（3-8）
综合以上公式可得：
经过以上的计算，输入转向盘的力为118.79N。
1.3齿轮齿条的设计计算
1.1.1齿轮齿条的参数选择
齿轮齿条的模数通常的选择范围为2~ 3mm。对于主动小齿轮的齿数也有一定的规定范围，通常的情况是5~7个，它们的压力角一般取标准值α=20°，齿轮的螺旋角β取值范围则在9°~15°之间REF_Ref1853\r\h[6]。在本文的设计中，首先根据基本参数的选择范围进行选取，然后进行设计，之后对其材料强度进行校核计算，使得其满足所需求的安全标准。
在材料的选择过程中，齿轮的材料常见的有调质钢、渗氮钢和40。齿条现