C200汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及懸架統(tǒng)設(shè)計(jì)【雙橫臂式獨(dú)立懸架】（含CAD圖紙?jiān)次募?/h1>
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C200汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
及懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)
作 者 姓 名：
指 導(dǎo) 教 師：
單 位 名 稱：
專 業(yè) 名 稱：
Design of the steering and suspension system of C200-type automobile
by Liu Dan
Supervisor:
Northeastern University
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：
設(shè)計(jì)(論文)的基本內(nèi)容：
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專題部分：
題目：
設(shè)計(jì)或論文專題的基本內(nèi)容：
學(xué)生接受畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目日期
第 周
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
摘要
C200型號汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)。其主要部件由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)組成。其中轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向管柱、轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向萬向節(jié)；轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)主要由電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和電磁離合器組成，它起著轉(zhuǎn)向輔助動力的產(chǎn)生，傳遞和中斷的作用；C200型號汽車采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器；轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)包括橫拉桿和轉(zhuǎn)向節(jié)臂。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由電動助力電機(jī)直接提供轉(zhuǎn)向助力，與傳統(tǒng)的機(jī)械、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比具有轉(zhuǎn)向靈敏、能耗低、與環(huán)境的兼容性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。
同時(shí)，為了增加汽車的舒適度，C200型號汽車采用了雙橫臂式獨(dú)立懸架。雙橫臂式獨(dú)立懸架主要由彈性元件，減振器，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成，三部分分別起到緩沖、減振和導(dǎo)向的作用。雙橫臂獨(dú)立懸架使兩車輪單獨(dú)運(yùn)動，互不影響，有助于消除轉(zhuǎn)向輪不斷偏擺的不良現(xiàn)象。當(dāng)擺臂不等長時(shí)，適當(dāng)?shù)纳舷聶M臂長度，可以使車輪和主銷的角度以及輪距的變化都不太大。不大的輪距變化可以由輪胎變形來適應(yīng)。因此，不等長的雙橫臂式獨(dú)立懸架在汽車的前輪上應(yīng)用的較廣泛。
關(guān)鍵詞：電動 轉(zhuǎn)向系 轉(zhuǎn)向器 減震器 齒輪齒條 獨(dú)立懸架
Abstract
The steering system of C200-type automobile (for short: C200A) utilize electric power steering system (for short: EPSS), which mainly comprises the steering control mechanism, the steering mechanism, the redirector and the steering transmission mechanism. The steering control mechanism encompasses the steering wheel，the steering pipes, the steering shaft and the steering gimbal. The steering mechanism includes motor, retarding mechanism and magnetclutch, which facilitates in generating, transmitting and discontinuing power when steering. C200A adopts rack-and-pinion steering-gear, while the steering transmission mechanism consists of steering knuckle tie rod and steering knuckle arm. EPSS, driven directly by motor, owns advantages such as sensitive, low energy consumption, environmental compatibility, and low cost compared with traditional mechanical and hydraulic power steering systems and is future’s developing directions.
Concurrently, C200A adopts double-wishbone-type independent suspension which facilitates in reducing steering wheel’s continuously swing by making two wheels move independently mainly involving elastic element (act as a cushion), shock absorber (helps in reducing vibration) and guide mechanism (helps in guiding) so as to enhance the comfort level of automobiles.
By choosing the length of the top xarm and bottom xarm appropriately, the angle of wheel and master pin and the variation of talking point will be smaller. Small tread is accommodated by the tire deformation. As such, double-wishbone-type independent suspension in unequal length is widely used in contemporary society.
Key words: electric power, steering system, redirector, shock absorber, gear and rack, independent suspension
目錄
目錄
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 i
摘要 ii
Abstract iii
目錄 iv
第1章 緒論 - 1 -
1.1課題背景 - 1 -
1.1.1電動助力轉(zhuǎn)向背景介紹 - 1 -
1.1.2汽車懸架系統(tǒng)研究背景 - 2 -
1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 - 3 -
1.2.1汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 - 3 -
1.2.2汽車懸架系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 - 3 -
第2章 機(jī)械系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案 - 5 -
2.1 確定設(shè)計(jì)參數(shù) - 5 -
2.2 電動助力系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 - 5 -
2.3轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)方案 - 6 -
2.4 懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 - 7 -
第3章 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 - 11 -
3.1轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定 - 11 -
3.2 電動助力元件的選型 - 12 -
3.2.1 直流電機(jī)的選擇 - 12 -
3.2.2 減速機(jī)的選型 - 13 -
3.2.3 電磁離合器的選型 - 14 -
3.2.4 扭矩傳感器的選型 - 15 -
3.3 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) - 15 -
3.3.1選擇齒輪材料、熱處理方式及計(jì)算許用應(yīng)力 - 15 -
3.3.2 初步確定齒輪的基本參數(shù)和主要尺寸 - 16 -
3.3.3 確定齒輪傳動主要參數(shù)和幾何尺寸 - 17 -
3.3.4. 校核齒輪 - 18 -
3.3.5齒輪齒條轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向橫拉桿的運(yùn)動分析 - 19 -
3.3.6 齒輪軸的校核 - 20 -
3.3.7 齒輪軸軸承的校核 - 22 -
3.3.8 花鍵的校核 - 23 -
3.3.9 其他尺寸計(jì)算 - 24 -
第4章 雙橫臂式獨(dú)立懸架的設(shè)計(jì)計(jì)算 - 25 -
4.1 懸架主要參數(shù)的確定 - 25 -
4.1.1懸架頻率的選擇 - 25 -
4.1.2懸架的工作行程 - 25 -
4.2彈性元件的選擇 - 25 -
4.2.1懸架剛度計(jì)算 - 25 -
4.2.2選擇彈簧材料 - 26 -
4.2.3彈簧參數(shù)選擇 - 26 -
4.2.4校核彈簧 - 26 -
4.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) - 26 -
4.4 減震器計(jì)算 - 28 -
4.4.1 減震器工作原理 - 28 -
4.4.2 相對阻尼系數(shù) - 29 -
4.4.3 減震器阻尼的確定 - 29 -
4.4.4 減震器最大卸荷力的確定 - 30 -
4.4.5 減震器工作缸直徑的確定 - 30 -
第5章 制動器的設(shè)計(jì)計(jì)算 - 31 -
5.1 概述及設(shè)計(jì)要求 - 31 -
5.2 制動器的選擇及結(jié)構(gòu)方案分析 - 31 -
5.3 制動器主要參數(shù)的確定 - 32 -
5.4 制動器設(shè)計(jì)計(jì)算 - 34 -
第6章 經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性分析 - 36 -
第7章 結(jié)論 - 37 -
參考文獻(xiàn) - 38 -
結(jié)束語 - 39 -
附錄 - 40 -
第1章 緒論
第1章 緒論
1.1課題背景
1.1.1電動助力轉(zhuǎn)向背景介紹
電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric Power Steering）是一種直接依靠電機(jī)提供輔助扭矩的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Hydraulic Power Steering）相比，EPS系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)。EPS主要由扭矩傳感器、車速傳感器、電動機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和電子控制單元（ECU）等組成。
電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。該系統(tǒng)由電動助力機(jī)直接提供轉(zhuǎn)向助力，省去了液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必需的動力轉(zhuǎn)向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于發(fā)動機(jī)上的皮帶輪，既節(jié)省能量，又保護(hù)了環(huán)境。另外，還具有調(diào)整簡單、裝配靈活以及在多種狀況下都能提供轉(zhuǎn)向助力的特點(diǎn)。正是有了這些優(yōu)點(diǎn)，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為一種新的轉(zhuǎn)向技術(shù)，將挑戰(zhàn)大家都非常熟知的、已具有50多年歷史的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
駕駛員在操縱方向盤進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)矩的大小，將電壓信號輸送到電子控制單元，電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到的轉(zhuǎn)矩電壓信號、轉(zhuǎn)動方向和車速信號等，向電動機(jī)控制器發(fā)出指令，使電動機(jī)輸出相應(yīng)大小和方向的轉(zhuǎn)向助力轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生輔助動力。汽車不轉(zhuǎn)向時(shí)，電子控制單元不向電動機(jī)控制器發(fā)出指令，電動機(jī)不工作。
相比傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、只在轉(zhuǎn)向時(shí)電機(jī)才提供助力，可以顯著降低燃油消耗
傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有發(fā)動機(jī)帶動轉(zhuǎn)向油泵，不管轉(zhuǎn)向或者不轉(zhuǎn)向都要消耗發(fā)動機(jī)部分動力。而電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)只是在轉(zhuǎn)向時(shí)才由電機(jī)提供助力，不轉(zhuǎn)向時(shí)不消耗能量。因此，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以降低車輛的燃油消耗。與液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對比試驗(yàn)表明：在不轉(zhuǎn)向時(shí)，電動助力轉(zhuǎn)向可以降低燃油消耗2.5%；在轉(zhuǎn)向時(shí)，可以降低5.5%。
2、轉(zhuǎn)向助力大小可以通過軟件調(diào)整，能夠兼顧低速時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時(shí)的操縱穩(wěn)定性，回正性能好。 傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所提供的轉(zhuǎn)向助力大小不能隨車速的提高而改變。這樣就使得車輛雖然在低速時(shí)具有良好的轉(zhuǎn)向輕便性，但是在高速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向盤太輕，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向“發(fā)飄”的現(xiàn)象，駕駛員缺少顯著的“路感”，降低了高速行駛時(shí)的車輛穩(wěn)定性和駕駛員的安全感。
電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供的助力大小可以通過軟件方便的調(diào)整。在低速時(shí)，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以提供較大的轉(zhuǎn)向助力，提供車輛的轉(zhuǎn)向輕便性；隨著車速的提高，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供的轉(zhuǎn)向助力可以逐漸減小，轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員所需提供的轉(zhuǎn)向力將逐漸增大，這樣駕駛員就感受到明顯的“路感”，提高了車輛穩(wěn)定性。
電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還可以施加一定的附加回正力矩或阻尼力矩，使得低速時(shí)轉(zhuǎn)向盤能夠精確的回到中間位置，而且可以抑制高速回正過程中轉(zhuǎn)向盤的振蕩和超調(diào)，兼顧了車輛高、低速時(shí)的回正性能。
3、結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，生產(chǎn)線裝配好，易于維護(hù)保養(yǎng)
電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取消了液壓轉(zhuǎn)向油泵、油缸、液壓管路、油罐等部件，而且電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)可以和轉(zhuǎn)向柱、轉(zhuǎn)向器做成一個(gè)整體，使得整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，在生產(chǎn)線上的裝配性好，節(jié)省裝配時(shí)間，易于維護(hù)保養(yǎng)。
4、通過程序的設(shè)置，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)容易與不同車型匹配，可以縮短生產(chǎn)和開發(fā)的周期。
1.1.2汽車懸架系統(tǒng)研究背景
懸架是車架(或承載式車身)與車轎(或車輪)之間的一切傳力連接裝置的總稱。它的功用是把路面作用于車輪上的垂直反力(支承力)、縱向反力(牽引力和制動力)和側(cè)向反力以及這些反力所造成的力矩都要傳遞到車架(或承載式車身)上，以保證汽車的正常行駛。汽車懸架系統(tǒng)基本上是由彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三大部分組成。這三部分分別起緩沖、減振和導(dǎo)向作用，共同承擔(dān)傳遞輪胎與車身之間的各種力和力矩的任務(wù)。汽車行駛中路面的不平坦、凸起和凹坑使車身在車輪的垂直作用力下起伏波動，產(chǎn)生振動與沖擊；在加減速及轉(zhuǎn)彎和制動時(shí)的傾覆力和側(cè)傾力可使車身產(chǎn)生俯仰和側(cè)傾振動。這些振動與沖擊會嚴(yán)重影響車輛的平順性和操縱穩(wěn)定性等重要性能。懸架作為上述各種力和力矩的傳動裝置，其傳遞特性的好壞是影響汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性最重要、最直接的因素。
1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.1汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀
自1953年美國通用汽車公司在別克轎車上使用液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以來, HPS給汽車帶來了巨大的變化,幾十年來的技術(shù)革新使液壓動力轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展異常迅速, 出現(xiàn)了電控式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Hydraulic Power Steering,簡稱EHPS) 。1988年3月，日木鈴木公司開發(fā)出一種全新的電子控制式EPS，真正擺脫了液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的束縛。首先在其Cervo車上裝備EPS , 隨后又應(yīng)用在Alto汽車上；1993年，本田汽車公司首次將EPS裝備于大批量生產(chǎn)的、在國際市場上同法拉利和波爾舍競爭的愛克NSX跑車。TRW公司繼推出EHPS后也迅速推出了技術(shù)上比較成熟的帶傳動EPS和轉(zhuǎn)向柱助力式EPS,并裝配在Ford Fiesta和Mazda 323F等車上, 此后EPS技術(shù)便得到了飛速的發(fā)展，如本田最新推出的Insight轎車上就是其中的—例。在國外, EPS已進(jìn)入批量生產(chǎn)階段, 并成為汽車零部件的高新技術(shù)產(chǎn)品。
我國動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)目前絕大部分采用機(jī)械轉(zhuǎn)向或液壓助力轉(zhuǎn)向,EPS的研究開發(fā)目前還處于起步階段, 其產(chǎn)品在2002年才有國內(nèi)企業(yè)進(jìn)行研制開發(fā)。目前已經(jīng)知道的有13家企業(yè)和科研院校正在研制中，其中南摩股份有限公司(生產(chǎn)轉(zhuǎn)向柱式的EPS產(chǎn)品)在2003年開始進(jìn)入小批量生產(chǎn)階段，在昌河公司產(chǎn)的愛迪爾轎車、南京菲亞特公司生產(chǎn)的新雅途轎車上使用。吉利汽車集團(tuán)開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的EPS產(chǎn)品也已經(jīng)裝備其吉利豪情等系列轎車上。
1.2.2汽車懸架系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀
在馬車出現(xiàn)的時(shí)候，為了乘坐更舒適，人類就開始對馬車的懸架—葉片彈簧進(jìn)行孜孜不倦的探索。在 1776 年，馬車用的葉片彈簧取得了專利，并且一直使用到 20 世紀(jì) 30 年代，葉片彈簧才逐漸被螺旋彈簧代替。汽車誕生后，隨著對懸架研究的深入，相繼出現(xiàn)了扭桿彈簧、氣體彈簧、橡膠彈簧、鋼板彈簧等彈性件。1934 年世界上出現(xiàn)了第一個(gè)由螺旋彈簧組成的被動懸架。被動懸架的參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法確定，在行駛過程中保持不變。它是一系列路況的折中，很難適應(yīng)各種復(fù)雜路況，減振的效果較差。為了克服這種缺陷，采用了非線性剛度彈簧和車身高度調(diào)節(jié)的方法，雖然有一定成效，但無法根除被動懸架的弊端。被動懸架主要應(yīng)用于中低檔轎車上，現(xiàn)代轎車的前懸架一般采用帶有橫向穩(wěn)定桿的雙橫臂式懸架，比如桑塔納、夏利、賽歐等車，后懸架的選擇較多，主要有復(fù)合式縱擺臂懸架和多連桿懸架等。
半主動懸架的研究工作開始于 1973 年，由 D.A.Crosby和 D.C.Karnopp 首先提出。半主動懸架以改變懸架的阻尼為主，一般較少考慮改變懸架的剛度。由于半主動懸架結(jié)構(gòu)較簡單，工作時(shí)不需要消耗車輛的動力，而且可取得與主動懸架相近的性能，具有廣闊的發(fā)展空間。
隨著道路交通的不斷發(fā)展，汽車車速有了很大的提高，被動懸架的缺陷逐漸成為提高汽車性能的瓶頸，為此人們開發(fā)了能兼顧舒適和操縱穩(wěn)定的主動懸架。主動懸架的概念是1954 年美國通用汽車公司在懸架設(shè)計(jì)中率先提出的。它在被動懸架的基礎(chǔ)上，增加可調(diào)節(jié)剛度和阻尼的控制裝置，使汽車的懸架在任何路面上保持最佳的運(yùn)行狀態(tài)?？刂蒲b置通常由測量系統(tǒng)、反饋控制系統(tǒng)、能源系統(tǒng)等組成。20 世紀(jì) 80 年代，世界各大著名的汽車公司和生產(chǎn)廠家競相研制開發(fā)這種懸架。奔馳、沃爾沃、洛特斯、豐田等在汽車上進(jìn)行了較為成功的試驗(yàn)。裝備主動懸架的汽車，在不良路面高速行駛時(shí)，車身非常平穩(wěn)，輪胎的噪音小，轉(zhuǎn)向和制動時(shí)車身保持水平。其特點(diǎn)是乘坐非常舒服，但不同程度存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗高、成本昂貴、可靠性問題。
由于種種原因，我國的汽車絕大部分采用被動懸架。在半主動和主動懸架的研究方面起步晚，與國外的差距大。在西方發(fā)達(dá)國家，半主動懸架在 20 世紀(jì) 80 年代后期趨于成熟，福特公司和日產(chǎn)公司首先在轎車上應(yīng)用，取得了較好的效果。主動懸架雖然提出早，但由于控制復(fù)雜，并且牽涉到許多學(xué)科，一直很難有大的突破。
- 54 -
第2章 機(jī)械系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案
第2章 機(jī)械系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案
2.1 確定設(shè)計(jì)參數(shù)
本設(shè)計(jì)參考某品牌C200型號汽車的基本參數(shù)：
長/寬/高（mm）：4601/1770/1459
發(fā)動機(jī)形式： 4缸4氣門
發(fā)動機(jī)排量（毫升）：2773
最大功率（KW）：135/5250
最大扭矩（N·m）：270/1800-4600
軸距（mm）：2760
前輪距（mm）：1480
后輪距（mm）: 1460
滿載質(zhì)量（kg）：1632
驅(qū)動方式：前置后驅(qū)
2.2 電動助力系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般都由轉(zhuǎn)向傳感器、車速傳感器、微電腦控制單元、電機(jī)和離合器及助力機(jī)構(gòu)等部分組成。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)驅(qū)動部位不同，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可分為轉(zhuǎn)向軸助力式、齒輪助力式和齒條助力式。
圖2.1 電動助力轉(zhuǎn)向分類
轉(zhuǎn)向軸助力式電動助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的電動機(jī)布置在靠近轉(zhuǎn)向盤下方，并經(jīng)錐齒輪與轉(zhuǎn)向軸連接，由于轉(zhuǎn)向軸助力方式電動助力轉(zhuǎn)向的電動機(jī)布置在駕駛室內(nèi)，所以又良好的工作條件；因電動機(jī)輸出的助力轉(zhuǎn)矩經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)增大后傳給轉(zhuǎn)向軸，所以電動機(jī)輸出的助力轉(zhuǎn)矩相對小些，電動機(jī)尺寸夜宵，這又有利于在車上布置和減輕質(zhì)量；電動機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、電磁離合器等裝為一體時(shí)結(jié)構(gòu)緊湊，上述不見又與轉(zhuǎn)向器分開，故拆裝與維修工作容易進(jìn)行。因此，本設(shè)計(jì)選用轉(zhuǎn)向軸式電動助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，其工作原理為：
電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要是通過單片機(jī)來控制電機(jī)的電流大小以及電池離合器的閉合與斷開來實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)向系的助力。電機(jī)電流的大小主要受到轉(zhuǎn)矩信號和車速信號的影響，當(dāng)車速一定，轉(zhuǎn)矩信號所代表的轉(zhuǎn)矩值較低時(shí)，流經(jīng)電機(jī)的電流較小，電機(jī)助力較小，反之，則流過電機(jī)的電流較大，電機(jī)助力較大。當(dāng)轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，車速越大，流經(jīng)電機(jī)的電流越小，助力越小。車速越低，流經(jīng)電機(jī)的電流越大，助力越大。當(dāng)車速大于某個(gè)值或者轉(zhuǎn)向力矩小于某個(gè)值時(shí)，電磁離合器斷開，系統(tǒng)停止工作。
圖2.2 轉(zhuǎn)向軸助力式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
2.3轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)方案
汽車轉(zhuǎn)向器有齒輪齒條式、循環(huán)球式、球面蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式等數(shù)種。微型轎車載荷小，前軸負(fù)荷不大，整車結(jié)構(gòu)力求簡單，且一般行駛在良好里面上， 所以，微型轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向器采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。
齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的傳動副為齒輪與齒條，其機(jī)構(gòu)簡單、布置方便，制造容易，但轉(zhuǎn)向傳動比較小，一般不大于15，且齒條沿其長度方向磨損不均勻，故廣泛應(yīng)用于微型汽車和轎車上。下圖為其在轉(zhuǎn)向橋上的布置簡圖，通常均勻布置在前輪軸線之后。轉(zhuǎn)向傳動副的主動件是一斜齒圓柱小齒輪，它和裝在外殼中的從動件——齒條相嚙合，外殼固定在車身或車架上。齒條利用兩個(gè)球接頭直接和兩根分開的左右橫拉桿相連。橫拉桿再經(jīng)球接頭于梯形臂相接。
1，齒輪；2，齒條；3，齒條與橫拉桿連接得球接頭；4，轉(zhuǎn)向梯形臂
圖2.3 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在轉(zhuǎn)向橋上的布置簡圖
1-齒輪軸 2-齒條 3-彈簧 4-調(diào)整螺釘 5-螺母
6-壓板 7-防塵套 8-油封 9-軸承
圖2.4齒輪齒條轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)圖
2.4 懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案
隨著高速公路網(wǎng)的發(fā)展，促使汽車速度的不斷提高，使得非獨(dú)立懸架已不能滿足汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性等方面的要求。因此，獨(dú)立懸架得到了很大程度的發(fā)展，主要包括橫臂式獨(dú)立懸架和縱臂式獨(dú)立懸架。
雙橫臂獨(dú)立懸架的兩個(gè)擺臂長度可以相等，也可以不相等，如圖2.5。圖2.5a表明兩擺臂等長的懸架，當(dāng)車輪上下跳動時(shí)，車輪平面沒有傾斜，但輪距卻發(fā)生了較大的變化，這將增加車輪側(cè)向滑移的可能性。在擺臂不等長的獨(dú)立懸架中，如圖2.5b，如將兩臂長度選擇適當(dāng)，可以使車輪和主銷的角度以及輪距的變化都不大。不大的輪距變化在輪胎較軟時(shí)可以由輪胎變形來適應(yīng)，目前轎車的輪胎可容許輪距的改變在每個(gè)車輪上達(dá)到4~5mm而不致使車輪沿路面滑移。因此不等長的雙橫臂式獨(dú)立懸架在轎車前輪上應(yīng)用的較廣泛。
圖2.5 雙橫臂式懸架結(jié)構(gòu)簡圖
下擺臂軸 2-墊片 3-下球頭銷 4-下擺臂 5-螺旋彈簧 6-筒式減震器
7-橡膠墊圈 8-下緩沖塊 9-轉(zhuǎn)向節(jié) 10-上緩沖塊 11-上擺臂 12-調(diào)整墊片
13-彈簧 14-上球頭銷 15-上擺臂軸 16-車架橫梁
圖2.6 雙橫臂獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)圖
圖2.6為雙橫臂式懸架結(jié)構(gòu)圖，上擺臂11和下擺臂4的內(nèi)端分別通過擺臂軸15和1與車架做鉸鏈連接，二者的外端則分別通過上球頭銷14和下球頭銷3與轉(zhuǎn)向節(jié)9相連。螺旋彈簧5的上、下端分別通過橡膠墊圈7支撐與車架橫梁上的支撐座和下擺臂上的支撐盤內(nèi)。雙向作用筒式減震器6的上、下兩端同樣分別通過橡膠襯墊與車架和下擺臂上的支撐盤相連。
上擺臂與上球頭銷式鉚接不可拆卸式，其中裝有彈簧13，保證當(dāng)球頭銷與銷座有磨損時(shí)，自動消除二者之間的間隙。下擺臂與下球頭銷是是可拆的。下球頭銷如有松動出現(xiàn)間隙時(shí)，可以拆開球頭銷，適當(dāng)減少墊片2以消除間隙。
該轎車采用球頭結(jié)構(gòu)代替主銷，屬于無主銷式，即上、下球頭銷的連心線相當(dāng)于主銷軸線，轉(zhuǎn)向時(shí)車輪即圍繞此軸線偏轉(zhuǎn)。
主銷后傾角有移動上擺臂在擺臂軸上的位置來調(diào)整，而上擺臂的移動是通過上擺臂的轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)的。前輪外傾角由加在上擺臂軸與固定支架間的調(diào)整墊片12調(diào)整。主銷內(nèi)傾角和車輪外傾角的關(guān)系已被轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)所確定，故調(diào)整車輪外傾角以后，主銷內(nèi)傾角自然正確。
路面對車輪的垂直力一次通過轉(zhuǎn)向節(jié)、下球頭銷、下擺臂和螺旋彈簧傳到車架?？v向力、側(cè)向力機(jī)器力矩均由轉(zhuǎn)向節(jié)及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)—上、下擺臂及上、下球頭銷來傳遞縱向力、側(cè)向力及其力矩，必須使懸架具有足夠的縱向和側(cè)向剛度。為此，上、下兩擺臂都是叉形的剛性構(gòu)架，其內(nèi)端為寬端。外端為窄端。
第3章 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
第3章 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定
為了汽車的行駛安全，必須保證轉(zhuǎn)向器有足夠的強(qiáng)度，計(jì)算轉(zhuǎn)向器零件強(qiáng)度之前必須確定其所售的負(fù)載。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器利用鋼珠將滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦，大大減小了轉(zhuǎn)向器的內(nèi)摩擦，這樣轉(zhuǎn)向器承受的載荷就主要是轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動的阻力，車輪穩(wěn)定阻力和輪胎變形阻力。由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算汽車在路面上的園地轉(zhuǎn)向阻力矩Mr。
式中：f-------------------輪胎與地面的摩擦系數(shù)，一般取0.7；
-----------------轉(zhuǎn)向阻力矩，N·mm；
------------------轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷；
P-------------------輪胎氣壓，這里取。
作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力為：
式中 ——轉(zhuǎn)向搖臂長，單位為mm；
——原地轉(zhuǎn)向阻力矩， 單位為N·mm
——轉(zhuǎn)向節(jié)臂長，單位為mm；
——為轉(zhuǎn)向盤直徑，單位為mm，取400mm；
——轉(zhuǎn)向器角傳動比，取15；
——轉(zhuǎn)向器正效率，取90%。
因?yàn)辇X輪齒條式轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)無轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向節(jié)臂，故、不代入數(shù)值。
3.2 電動助力元件的選型
3.2.1 直流電機(jī)的選擇
初步計(jì)算直流電機(jī)的功率：
則
則
因此，
本設(shè)計(jì)所選用直流電機(jī)型號為110ZYT105，生產(chǎn)廠家為山東博山電機(jī)有限公司。該電機(jī)的基本參數(shù)為：
表3.1 110ZYT105電機(jī)基本參數(shù)
轉(zhuǎn)矩mN·m
轉(zhuǎn)速r/min
功率W
電壓V
電流A
允許順逆轉(zhuǎn)速差r/min
1274
3000
400
24
不大于22.5
100
電機(jī)的外形尺寸：
圖3.1 電機(jī)外形尺寸
電機(jī)的特性曲線：
圖3.2電機(jī)的特性曲線
由電機(jī)特性曲線可知，電機(jī)轉(zhuǎn)矩與電流近視成正比，轉(zhuǎn)速增加，電流減小，轉(zhuǎn)矩減小。而電機(jī)轉(zhuǎn)矩與電流的關(guān)系為：
直流電機(jī)的特性決定了在低速時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出很大，這正好適合于汽車原地轉(zhuǎn)向的要求。剛開始轉(zhuǎn)向的時(shí)候，由于靜摩擦力的緣故使得轉(zhuǎn)向力需求很大，因此轉(zhuǎn)矩傳感器測量到的轉(zhuǎn)矩也很大，ECU控制電路對電機(jī)輸出大電流，電機(jī)輸出很大的力矩，因此，使轉(zhuǎn)向輕便。當(dāng)轉(zhuǎn)向力要求不大時(shí)，轉(zhuǎn)矩傳感器測量到的轉(zhuǎn)矩很小，ECU控制電路對電機(jī)輸出小電流，這時(shí)電機(jī)提供較小的電流和較快的轉(zhuǎn)速，使轉(zhuǎn)向輕便靈敏。由直流電機(jī)的特性圖我們很清楚的知道，要控制電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，只需要控制流過電機(jī)的電流，而電流控制對于采用單片機(jī)的控制系統(tǒng)來說相對比較簡單。
3.2.2 減速機(jī)的選型
在本次設(shè)計(jì)中，我們選擇的電機(jī)的轉(zhuǎn)速為3000r/min，而方向盤的轉(zhuǎn)速大概在50r/min。因此，要求助力部分的總減速比為60。按照這個(gè)傳動比做出來的減速機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)很大，因此我們設(shè)計(jì)的減速器的傳動比為30，在轉(zhuǎn)向軸與助力部分銜接處錐齒輪傳動的傳動比為2，這樣我們就保證了助力部分的總傳動比為60。
通過以上分析，我們選擇上海柯雄精密機(jī)械有限公司生產(chǎn)的FB60精密行星減速機(jī)。其安裝尺寸為：
圖3.3 FB60精密行星減速器安裝尺寸
3.2.3 電磁離合器的選型
電磁離合器的主要作用是控制輔助電機(jī)發(fā)出的輔助力矩的通斷。目前，電磁離合器主要有摩擦片式和牙嵌式兩種。按照不通電時(shí)電磁離合器的開閉情況又分為常開式和常閉式兩種。摩擦片式電磁離合器又分為干式和濕式兩種。不管干式還是濕式，摩擦片都存在相對滑動的情況，不適合用于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中。因?yàn)槿绻l(fā)生相對滑動會使傳動滯后，造成失真，使轉(zhuǎn)向靈敏度下降。汽車大部分的時(shí)間時(shí)速都超過40Km/h，而大于此速度是不需要助力的，因此離合器應(yīng)該斷開。為了滿足轉(zhuǎn)向靈敏和電機(jī)不助力時(shí)斷開助力部分的要求，此次設(shè)計(jì)選用牙嵌常開式電磁離合器，型號為DLY0-5，其基本參數(shù)為：
表3.2 DLY0-5電磁離合器基本參數(shù)
額定傳遞力矩N·m
額定電壓DCV
線圈功率消耗（）W
允許最高結(jié)合轉(zhuǎn)速r/min
允許最高轉(zhuǎn)速r/min
重量kg
50
24
16
50
4500
1.42
在安裝時(shí)要注意間隙δ的調(diào)整，δ過大，反應(yīng)滯后，δ過小，電磁離合器不容易斷開。
該電磁離合器的工作原理為當(dāng)電磁離合器斷電時(shí)，兩牙嵌片在彈簧力的作用下分開，斷開動力專遞；通電后，感應(yīng)線圈產(chǎn)生磁場，吸引銜鐵使牙嵌片相互結(jié)合，從而傳遞了動力。斷電后，彈簧又將兩牙嵌片分開斷開動力。在傳動過程中，線圈不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，支撐在軸承外圈上面，軸承內(nèi)圈轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)主動件的旋轉(zhuǎn)的傳遞。
3.2.4 扭矩傳感器的選型
電感式轉(zhuǎn)矩傳感器主要有扭桿、檢測環(huán)、檢測線圈、補(bǔ)償線圈、殼體組成。當(dāng)輸入軸有轉(zhuǎn)矩輸入時(shí)，扭桿發(fā)生變形，檢測環(huán)齒輪正對面積發(fā)生變化，輸入力矩越大，扭桿變形越大，正對面積變化越大。其工作過程如圖3.2所示：
圖3.4 扭矩傳感器工作原理流程圖
本次設(shè)計(jì)采用電感式轉(zhuǎn)矩傳感器，0170MS系列具有很好的動態(tài)監(jiān)測性能，響應(yīng)快，能夠準(zhǔn)確迅速的測量出轉(zhuǎn)向力矩。其型號為：0170MS 50R。
3.3 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)
3.3.1選擇齒輪材料、熱處理方式及計(jì)算許用應(yīng)力
1.選擇材料及熱處理方式
齒輪軸 16MnCr5 滲碳淬火，齒面硬度56-62HRC
齒條 45鋼 表面淬火，齒面硬度56-56HRC
2. 確定許用應(yīng)力
(1) 確定和
(2) 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N，確定壽命系數(shù)、。
c)計(jì)算許用應(yīng)力
取,
=
=
應(yīng)力修正系數(shù)
=
=
3.3.2 初步確定齒輪的基本參數(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 =6 =31 =1.2
=0.7 =0.89
按當(dāng)量齒數(shù)
取
(4) 初步計(jì)算齒輪模數(shù)
轉(zhuǎn)矩107.8×160=17248
閉式硬齒面?zhèn)鲃?，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。
=1.82
(5) 確定載荷系數(shù)
=1，由,
/100=0.00124,=1；對稱布置，取=1.06；
取=1.3
則=1×1×1.06×1.3=1.378
(6) 修正法向模數(shù)
=2.396×=1.79
圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，取=2.5
3.3.3 確定齒輪傳動主要參數(shù)和幾何尺寸
(1) 分度圓直徑
==15.231
(2) 齒頂圓直徑
=15.231+2
=15.231+2×2.5×(1+1)=25.231
(3) 齒根圓直徑
=15.231-2
=15.231-2×2.5×0.25=13.981
(4) 齒寬
齒條齒寬為：=1.2×15.231=18.28
圓整取值為20mm，則齒輪軸齒寬為20+10=30mm
因?yàn)橄嗷Ш淆X輪的基圓齒距必須相等，即。
齒輪法面基圓齒距為
齒條法面基圓齒距為
取齒條法向模數(shù)為=2.5
(5) 齒條齒頂高
=2.5×(1+0)=2.5
(6) 齒條齒根高
=2.5×(1+0.25-0)=3.125
(7) 法面齒距
=5.74
3.3.4. 校核齒輪
（1）校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度
由表7-5，=189.8
由圖7-15，=2.45
取=0.8，==0.99
所以 =
（2）校核齒根彎曲強(qiáng)度
3.3.5齒輪齒條轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向橫拉桿的運(yùn)動分析
圖3.5齒輪齒條轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向橫拉桿的運(yùn)動分析
當(dāng)轉(zhuǎn)向盤從鎖點(diǎn)向鎖點(diǎn)轉(zhuǎn)動，每只前輪大約從其正前方開始轉(zhuǎn)動30°，因而前輪從左到右總共轉(zhuǎn)動約60°。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪右轉(zhuǎn)30°，即梯形臂或轉(zhuǎn)向節(jié)由OC繞圓心O轉(zhuǎn)至OA時(shí)，齒條左端點(diǎn)E移至EA的距離為
同理計(jì)算轉(zhuǎn)向輪左轉(zhuǎn)30°，轉(zhuǎn)向節(jié)由OC繞圓心O轉(zhuǎn)至OB時(shí)，齒條左端點(diǎn)E移至的距離為
齒輪齒條嚙合長度應(yīng)大于
即
取L=200mm
3.3.6 齒輪軸的校核
（1）齒輪齒條傳動受力分析
若略去齒面間的摩擦力，則作用于節(jié)點(diǎn)P的法向力Fn可分解為徑向力Fr和分力F，分力F又可分解為圓周力Ft和軸向力Fa。
（2） 齒輪軸的強(qiáng)度校核
1.軸的受力分析
(a) 畫軸的受力簡圖。
圖3.6 軸的受力簡圖
(b) 計(jì)算支承反力
在垂直面上
在水平面上
(c) 畫彎矩圖
在水平面上，a-a剖面左側(cè)、右側(cè)
在垂直面上，a-a剖面左側(cè)
a-a剖面右側(cè)
合成彎矩，a-a剖面左側(cè)
a-a剖面右側(cè)
(d) 畫轉(zhuǎn)矩圖
轉(zhuǎn)矩
圖3.7 軸的彎矩轉(zhuǎn)矩圖
2.判斷危險(xiǎn)剖面
顯然，a-a截面左側(cè)合成彎矩最大、扭矩為T，該截面左側(cè)可能是危險(xiǎn)剖面。
3.軸的彎扭合成強(qiáng)度校核
a-a截面左側(cè)
4.軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核
查得，，；
a-a截面左側(cè)
查得，；由表查得絕對尺寸系數(shù)
，；軸經(jīng)磨削加工，查得質(zhì)量系數(shù)β=1.0。則
彎曲應(yīng)力
應(yīng)力幅
平均應(yīng)力
切應(yīng)力
安全系數(shù)
查得許用安全系數(shù)[S]=1.3～1.5，顯然S>[S]，故a-a剖面安全。
3.3.7 齒輪軸軸承的校核
選軸承型號為6203的深溝球軸承，查得，C=3350N，
由，所以
查得，
所以，
校核軸承壽命
因，故按照計(jì)算
3.3.8 花鍵的校核
選用花鍵規(guī)格為中系列
式中 T——傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為N?mm；
——載荷分配不均勻系數(shù)，這里取0.8；
z——花鍵的齒數(shù)，這里為6；
l——齒的工作長度，這里為30mm；
花鍵齒側(cè)面的工作高度，這里為2mm；
——花鍵的平均直徑，
——許用擠壓應(yīng)力，單位為MPa。
3.3.9 其他尺寸計(jì)算
梯形臂長度的計(jì)算：
輪轂直徑取標(biāo)準(zhǔn)為304mm
梯形臂長度
取
轉(zhuǎn)向橫拉桿直徑的確定：
式中：
;
因此，取
初步估算主動齒輪軸的直徑：
式中：
所以取
第4章 雙橫臂式獨(dú)立懸架的設(shè)計(jì)計(jì)算
第4章 雙橫臂式獨(dú)立懸架的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 懸架主要參數(shù)的確定
4.1.1懸架頻率的選擇
對于大多數(shù)汽車而言，其懸掛質(zhì)量分配系數(shù)，即前后橋上方車身部分的集中質(zhì)量的垂直振動是相互獨(dú)立的，并用偏頻，表示各自的自由振動頻率，偏頻越小，則汽車的平順性越好。一般對于鋼制彈簧的轎車，約為11.3Hz，
約為1.171.5Hz，非常接近人體步行時(shí)的自然頻率，取n=1.2Hz。
4.1.2懸架的工作行程
懸架的工作行程由靜撓度與動撓度之和組成。
由
式中----------------------------------懸架靜撓度
得懸架靜撓度：
則懸架動撓度：
取
為了得到良好的平順性，應(yīng)當(dāng)采用較軟的懸架以降低偏頻，但軟的懸架在一定載荷下其變形量也大，低于一般轎車而言，懸架總工作行程應(yīng)當(dāng)不小于160mm。
而 符合要求
4.2彈性元件的選擇
4.2.1懸架剛度計(jì)算
已知整車裝備質(zhì)量：，取簧上質(zhì)量為1540kg；取簧下質(zhì)量為92kg，則：
空載前軸單輪軸荷取45%：
滿載前軸單輪軸荷取45%：（滿載時(shí)車上5名成員，60kg/名）。
懸架剛度,初取
4.2.2選擇彈簧材料
選彈簧材料為，切變模量，彈性模量，抗拉強(qiáng)度，許用應(yīng)力
4.2.3彈簧參數(shù)選擇
初選旋繞比C=
則曲度系數(shù)
有公式，得mm，圓整為12mm
由彈簧中徑，得，取
此時(shí)，
由彈簧有效圈數(shù)，取
4.2.4校核彈簧
曲度系數(shù)
則
則彈簧表面剪切應(yīng)力，合格
4.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
前輪定位參數(shù)隨車輪上下跳動的變化特性，通常是指從滿載靜平衡位置到車輪跳動范圍內(nèi)的特性。在討論前輪定位參數(shù)變化時(shí)，應(yīng)首先考慮車輪外傾角和主銷后傾角的變化特性。下面著重分析前輪外傾角的變化特點(diǎn)。
車輪在跳動時(shí)，外傾角的變化包括由車身側(cè)傾產(chǎn)生的車輪外傾變化和車輪相對車身的跳動而引起的外傾變化兩部分。在雙橫臂式獨(dú)立懸架中，前者使車輪向車身側(cè)傾方向傾斜，即外傾角增大，增加不足轉(zhuǎn)向；后者引起的外傾角變化情況，取決于懸架上、下臂運(yùn)動的幾何關(guān)系。
在雙橫臂結(jié)構(gòu)中，往往是外傾角隨彈簧壓縮行程的增大而減小。這種變化與車身側(cè)傾引起的外傾角變化相反，產(chǎn)生過多轉(zhuǎn)向趨勢，所以應(yīng)盡量減少車輪相對車身跳動時(shí)外傾角變化。一般希望在所確定的車輪跳動范圍內(nèi)，車輪相對車身跳動所引起的外傾角的變化量在以內(nèi)。外傾角變化與上、下橫臂尺寸參數(shù)的關(guān)系，如下圖所示。
如圖所示，轉(zhuǎn)向節(jié)上、下球銷中心距保持不變且等于0.6倍下臂長r，上臂長在（0.6~1.0）倍下臂長r范圍內(nèi)變化時(shí)的外傾角變動情況。
如圖所示，上臂長保持不變且等于下臂長r，轉(zhuǎn)向節(jié)上、下球銷中心距在（0.6~1.0）倍下臂長r范圍內(nèi)變動時(shí)的外傾角變動情況。
同時(shí)，參考奔馳600球銷距為256mm，下擺臂長479mm，上擺臂長330mm。本設(shè)計(jì)取球銷距B=270mm，下擺臂長r=430mm，上擺臂長A=300mm。此時(shí)，A/r=0.7，B/r=0.63，符合設(shè)計(jì)要求。
4.4 減震器計(jì)算
4.4.1 減震器工作原理
1. 活塞桿；2. 工作缸筒；3. 活塞；4. 伸張閥；5. 儲油缸筒； 6. 壓縮閥；7. 補(bǔ)償閥；8. 流通閥；9. 導(dǎo)向座；10. 防塵罩；11. 油封
圖4.1雙向作用筒式減振器示意圖
在壓縮行程時(shí)，指汽車車輪移近車身，減振器受壓縮，此時(shí)減振器內(nèi)活塞3向下移動?；钊虑皇业娜莘e減少，油壓升高，油液流經(jīng)流通閥8流到活塞上面的腔室（上腔）。上腔被活塞桿1占去了一部分空間，因而上腔增加的容積小于下腔減小的容積，一部分油液于是就推開壓縮閥6，流回貯油缸5。這些閥對油的節(jié)約形成懸架受壓縮運(yùn)動的阻尼力。減振器在伸張行程時(shí)，車輪相當(dāng)于遠(yuǎn)離車身，減振器受拉伸。這時(shí)減振器的活塞向上移動?；钊锨挥蛪荷?，流通閥8關(guān)閉，上腔內(nèi)的油液推開伸張閥4流入下腔。由于活塞桿的存在，自上腔流來的油液不足以充滿下腔增加的容積，主使下腔產(chǎn)生一真空度，這時(shí)儲油缸中的油液推開補(bǔ)償閥7流進(jìn)下腔進(jìn)行補(bǔ)充。由于這些閥的節(jié)流作用對懸架在伸張運(yùn)動時(shí)起到阻尼作用。
由于伸張閥彈簧的剛度和預(yù)緊力設(shè)計(jì)的大于壓縮閥，在同樣壓力作用下，伸張閥及相應(yīng)的常通縫隙的通道載面積總和小于壓縮閥及相應(yīng)常通縫隙通道截面積總和。這使得減振器的伸張行程產(chǎn)生的阻尼力大于壓縮行程的阻尼力，達(dá)到迅速減振的要求。
4.4.2 相對阻尼系數(shù)
相對阻尼系數(shù)的物理意義是：減震器的阻尼作用在于不同剛度c和不同簧上質(zhì)量的懸架系統(tǒng)匹配時(shí)，會產(chǎn)生不同的阻尼效果，值大，振動能迅速衰減，同時(shí)又能將較大的路面沖擊力傳到車身；值小則反之。通常情況下，將壓縮行程時(shí)的相對阻尼系數(shù)取得小些，伸張行程時(shí)的相對阻尼系數(shù)取得大些，兩者之間保持的關(guān)系。設(shè)計(jì)時(shí)，先選取的平均值。相對無摩擦的彈性元件懸架，取對有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，值取的小些。為避免懸架碰撞車架，取。取，則有：
4.4.3 減震器阻尼的確定
減震器的阻尼系數(shù)。因懸架系統(tǒng)固有頻率。實(shí)際上，應(yīng)根據(jù)減震器的布置特點(diǎn)確定減震器的阻尼系數(shù)。
本設(shè)計(jì)中，阻尼系數(shù)
根據(jù)公式
代入數(shù)據(jù)得：
按滿載計(jì)算有：簧上質(zhì)量
代入數(shù)據(jù)得減震器的阻尼系數(shù)為：
4.4.4 減震器最大卸荷力的確定
為減小化到車身上的沖擊力，當(dāng)減震器活塞振動速度達(dá)到一定值時(shí)，減震器打開卸荷閥，此時(shí)活塞速度成為卸荷速度，按上圖安裝形式時(shí)有：
式中：為卸荷速度，一般為
A為車身振幅,?。?
為懸架振動固有頻率。
代入數(shù)據(jù)計(jì)算的卸載速度為：,符合
根據(jù)伸張行程最大卸荷力公式：
代入數(shù)據(jù)可得最大卸荷力
4.4.5 減震器工作缸直徑的確定
根據(jù)伸張行程的最大卸荷力計(jì)算工作缸直徑D為：
式中：為工作缸最大壓力，取
為連桿直徑與工作缸直徑比值，取
代入計(jì)算得工作缸直徑D為
減震器的工作缸直徑的選取要和國標(biāo)（JB 1459-1985）對照，選用標(biāo)準(zhǔn)尺寸，因此確定工作剛直徑為30mm。一般取貯油缸直徑為：
這里取為42mm，壁厚通常取為2mm。
第5章 制動器的設(shè)計(jì)計(jì)算
第5章 制動器的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1 概述及設(shè)計(jì)要求
制動器的功能是使汽車以適當(dāng)?shù)乃俣葴p速直至停車；在下坡時(shí)保證穩(wěn)定的車速；是汽車原地停放或停放在坡道上。制動裝置包括四種：行車、駐車、應(yīng)急、輔助制動。
另外，包括制動器和制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
本文所設(shè)計(jì)的主要是制動器，它包括制動蹄，以及制動輪缸以及其他的輔助機(jī)構(gòu)。制動器設(shè)計(jì)的基本要求是：
1） 足夠的制動能力，包括行車制動能力和駐坡能力。行車制動能力主要由制動減速度和制動距離兩項(xiàng)指標(biāo)來衡量。國外法規(guī)中規(guī)定：進(jìn)行效能實(shí)驗(yàn)時(shí)的最低減速度對交車為5.8~7m/s2。相應(yīng)的最大停車距離為
（6-1）
式中，av表示空駛距離，為經(jīng)驗(yàn)值，一般取0.1，s為制動距離，v為制動初速度，j為制動減速度。
2）在任何情況下制動，汽車的都不應(yīng)當(dāng)喪失操縱性和方向穩(wěn)定性。
3) 制動能力的水穩(wěn)定性好，能防止水和污泥進(jìn)入制動器工作表面，摩擦片浸水后恢復(fù)摩擦因數(shù)的能力要好。
4）制動能力的熱穩(wěn)定性好。
5） 操縱輕便，具有良好的隨動性。
5.2 制動器的選擇及結(jié)構(gòu)方案分析
制動器主要有摩擦式、電磁式、液壓式等幾種形式。電磁式制動器滯后性好、易于連接，但成本太高，一般用于質(zhì)量較大的商用車上作為車輪制動器或緩速器；液壓式一般只用作緩速器。目前使用最廣泛的是摩擦式制動器。
摩擦式制動器按其摩擦副的結(jié)構(gòu)形式不同又分為盤式、鼓式和帶式三種。帶式制動器只用作中央制動器。而盤式制動器由于其結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，制造成本較高故本設(shè)計(jì)中不采用。鼓式制動器散熱性差，且剎車性能沒有盤式制動器好，其制動不夠靈敏。但作為一般家用小轎車的制動器足夠應(yīng)付大部分場合。鼓式制動器包括制動輪缸和剎車蹄片。本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是確定制動輪缸的直徑以及剎車蹄片的尺寸。
5.3 制動器主要參數(shù)的確定
1） 制動鼓直徑D
在輸入力F一定的情況下，制動鼓直徑越大其產(chǎn)生的制動力矩越大，其剎車性能越好，散熱性也越強(qiáng)。但是，制動鼓直徑D受到輪輞直徑的限制，而且制動鼓與輪輞之間應(yīng)保持足夠的間隙，否則，制動鼓散熱不良溫度過高就會導(dǎo)致摩擦因素降低，從而導(dǎo)致剎車性能降低。制動鼓的各參數(shù)示意圖如圖6.1所示，
5.1 制動鼓參數(shù)示意圖
制動鼓直徑D與輪輞直徑d的比例一般在0.64~0.74之間。根據(jù)輪輞國家標(biāo)準(zhǔn)選取的輪輞直徑為304.8mm，則
mm
選取制動鼓直徑D=200mm。
2） 摩擦襯片寬度b和包角α
制動鼓直徑確定后，摩擦襯片的寬度b和包角決定了襯片得摩擦面積A，即
A= （6-2）
制動器各蹄片襯片總的摩擦面積越大，則制動時(shí)單位壓力越小，抗磨損性越好，根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，摩擦襯片得包角α=90°~100°時(shí)，磨損最小，制動鼓溫度最低，且制動效能最好。α角小雖然有利于散熱，但是單位壓力過高將導(dǎo)致磨損加劇，實(shí)際上包角兩段的單位壓力最小，因此過分延伸襯片的兩端以加大包角對減小單位壓力作用并不大，而且將使制動作用不平順，容易使制動器自鎖。因此，包角選擇為90°。
襯片寬度b較大可以減小磨損，但是過大將不易保證與制動鼓的全面接觸。本設(shè)計(jì)綜合各方面考慮初步選擇b=40mm。
則 A=100×π/2×40=628000
3） 摩擦襯片起始角θ
由圖6.1所示，θ=90－α/2 =45
4） 制動器中心到張開力的作用線的距離e
在結(jié)構(gòu)允許的情況下應(yīng)該盡可能的大，這樣可以提高制動效能。一般e=0.4D，則
e=0.4D=0.4×200=80mm。
5） 制動蹄支承點(diǎn)位置坐標(biāo)a和c
在保證兩蹄支承端面不致干涉的條件下，使a盡可能大，c盡可能小，一般a=0.4D
故a=80mm，初取c=15mm。
6） 制動輪缸直徑
根據(jù)GB 7524-87標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的輪缸直徑系列，初選輪缸直徑為16mm。則制動輪缸對襯片的作用力根據(jù)如下公式：
(6-3)
式中，p為考慮制動力調(diào)節(jié)裝置作用下的輪缸或管路液壓，p=8~12MPa。則，
F=10×3.14×16×16/4=2009.6N
5.4 制動器設(shè)計(jì)計(jì)算
根據(jù)所給初始數(shù)據(jù)以及以上所求的參數(shù)：
整車質(zhì)量=1632kg
載荷分配
前橋45% 后橋55%
軸距 L=2600mm
輪距 l=1300mm
質(zhì)心高度 =800mm
輪胎滾動半徑 =273mm
制動鼓直徑 D=200mm
包角α=90°
張力至中心的距離 e=80mm
支點(diǎn)至中心的距離 a=80mm
支點(diǎn)到推力的距離 h=a+e=160mm
兩支點(diǎn)間的距離 c=30mm
1 效能因數(shù)的計(jì)算
效能因數(shù)表示單位壓力作用下輸出的力或者力矩。
領(lǐng)蹄效能因數(shù)：
（6-4）
式中，f為襯片和剎車鼓間的摩擦因數(shù)取為0.4.
從蹄效能因數(shù)
（6-5）
則整個(gè)鼓式制動器的效能因數(shù)為K==1.6+0.533=2.133
2 車輪制動器制動力矩計(jì)算
=2×2.133×2009.6×0.1=857.3N·m （6-6）
3 襯片磨損特性計(jì)算
襯片磨損特性常用能量耗散率來衡量，對鼓式制動器，比能量耗散率小于1.8
（6-7）
式中，前后輪制動力的比值β一般為0.4，t制動反應(yīng)時(shí)間一般取3，v制動初速度一般為18m/s，A襯片面積，則
小于1.8，故其選擇是合格的。
第6章 經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性分析
液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要發(fā)動機(jī)帶動液壓油泵，使液壓油不停地流動，浪費(fèi)了部分能量。相反電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）僅在需要轉(zhuǎn)向操作時(shí)才需要電機(jī)提供的能量，該能量可以來自蓄電池，也可來自發(fā)動機(jī)。而且，能量的消耗與轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向及當(dāng)前的車速有關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤不轉(zhuǎn)向時(shí)，電機(jī)不工作，需要轉(zhuǎn)向時(shí)，電機(jī)在控制模塊的作用下開始工作,輸出相應(yīng)大小及方向的轉(zhuǎn)矩以產(chǎn)生助動轉(zhuǎn)向力矩，而且，該系統(tǒng)在汽車原地轉(zhuǎn)向時(shí)輸出最大轉(zhuǎn)向力矩，隨著汽車速度的改變，輸出的力矩也跟隨改變。該系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了"按需供能"，是真正的"按需供能型"（on-demand）系統(tǒng)，減少了能源消耗。汽車在較冷的冬季起動時(shí)，傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)反應(yīng)緩慢，直至液壓油預(yù)熱后才能正常工作。由于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)不依賴于發(fā)動機(jī)而且沒有液壓油管，對冷天氣不敏感，系統(tǒng)即使在-40℃時(shí)也能工作，所以提供了快速的冷起動。由于該系統(tǒng)沒有起動時(shí)的預(yù)熱，節(jié)省了能量。不使用液壓泵，避免了發(fā)動機(jī)的寄生能量損失，提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，裝有電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛和裝有液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛對比實(shí)驗(yàn)表明，在不轉(zhuǎn)向情況下，裝有電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的國輛燃油消耗降低2.5%，在使用轉(zhuǎn)向情況下，燃油消耗降低了5.5%。
第7章 結(jié)論
本設(shè)計(jì)基于C200汽車基本參數(shù)，設(shè)計(jì)該汽車的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)，通過分析利弊，并參考國內(nèi)外汽車該部分的機(jī)構(gòu)后設(shè)計(jì)而成。
具體設(shè)計(jì)內(nèi)容主要圍繞以下三點(diǎn)展開：
一．電動助力機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要為電機(jī)，減速機(jī)構(gòu)，電磁離合器和扭矩傳感器的選型與裝配。
二．齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)。主要為轉(zhuǎn)向齒輪軸、齒條和轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計(jì)。
三．雙橫臂獨(dú)立懸架的設(shè)計(jì)。主要為彈簧、減震器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
并對上述三點(diǎn)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，使之成為一能實(shí)現(xiàn)特定功能動作的機(jī)械實(shí)體。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，無論是時(shí)間方面還是設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)方面均有很大的欠缺，設(shè)計(jì)內(nèi)容亦不甚完善，較之國內(nèi)外主流類似產(chǎn)品有很大差距。亦望本設(shè)計(jì)中失誤之處能得到師長或同行的不吝指正，甚為感謝。
參考文獻(xiàn)
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