摘 要

汽车转向系统是汽车的重要一部分，它对汽车的舒适性和稳定性有很大的影响。通过对转向系统的优化设计可以改善汽车的转向特性，有利于增加汽车轮胎寿命、改善汽车的平顺性和通过性。由于具有操纵轻便、结构简单等特点，电动助力转向系统被轿车广泛使用。

本文着重于对汽车电动助力转向系统结构设计。通过设计计算完成转向系统的齿轮齿条转向器、转向轴、转向拉杆等总成的结构设计和转向梯形设计，并通过计算机软件Adams对设计出的系统进行运动学仿真，验证该系统的左右轮转角之间是否符合设计的转向梯形关系。

关键词：转向系统；优化设计；EPS。

Abstract

Automobile steering system is an important part of automobile, which has a great influence on the comfort and stability of automobile. Through the optimization design of the steering system, the steering characteristics of the vehicle can be improved, which is conducive to increasing the tire life, improving the smoothness and traffic-ability of the vehicle. Because of its light operation and simple structure, electric power steering system is widely used in cars.

This paper focuses on the structural design of electric power steering system. Through the design and calculation, the structure design and steering trapezoid design of gear rack steering gear, steering shaft, steering rod and other assemblies of the steering system are completed, and the kinematic simulation of the designed system is carried out through the computer software ADAMS to verify whether the rotation angles of the left and right wheels of the system conform to the designed steering trapezoid relationship.

Key Words： steering system, optimal design, EPS.

目录

第一章 绪论 1

1.1. 转向系统简介 1

1.2. 转向系统的发展现状 1

1.3. 课题研究目的及意义 2

1.4. 研究技术路线 2

第2章 转向系统设计方案 4

2.1. 转向系统类型的确定 4

2.2. 电动助力转向系统的工作原理和分类 4

2.2.1. 电动助力转向系统的工作原理 4

2.2.2. 电动转向系统的类型 5

本章小结 6

第3章 转向梯形设计 7

3.1. 理想的左右车轮转角关系 7

3.2. 内外车轮实际转角关系 8

3.3. 转向梯形参数的设计 10

3.3.1. 转向梯形设计方法介绍 10

3.3.2. 转向梯形参数计算 10

本章小结 11

第4章 齿轮齿条转向器设计 12

4.1. 转向系计算载荷的确定 12

4.2. 齿轮齿条的设计 12

4.2.1. 齿轮齿条参数选择 12

4.2.2. 齿轮许用应力计算 13

4.2.3. 齿轮齿条的其他尺寸 14

4.2.4. 齿轮强度校核 15

4.3. 齿轮轴的设计 17

4.4. 轴承的选取 17

4.5. 齿轮齿条的建模与仿真 17

4.5.1. 齿轮齿条的三维建模 17

4.5.2. 齿轮轴的静力学分析 18

本章小结 19

第5章 电动助力部分设计 20

5.1. 电动机的选择 20

5.1.1. 助力电机类型选择 20

5.1.2. 电机参数的选择 20

5.2. 电磁离合器的选择 20

5.3. 减速机构的设计 21

5.3.1. 减速机构概述及布置形式 21

5.3.2. 蜗杆模数及分度圆直径的确定 21

5.3.3. 蜗轮蜗杆尺寸参数确定 22

5.3.4. 蜗轮弯曲疲劳强度校核 23

本章小结 24

第6章 转向系统的建模与仿真 25

6.1. 转向系统的建模 25

6.2. 转向系的运动学仿真 25

6.2.1. ADAMS软件概述 25

6.2.2. ADAMS模型的建立 25

6.2.3. 运动约束和驱动的建立 26

6.2.4. 仿真分析 27

本章小结 28

结论 29

参考文献 30

致谢 31

绪论

• 1. 转向系统简介

转向系统是汽车不可缺少的一部分，汽车通过转向系统来实现转向以控制汽车的行驶路线。转向系统包括转向器、转向拉杆、转向轴、方向盘等部分组成。驾驶员施加手力到方向盘上并以转矩的形式经转向轴的传递到转向器中，最后转向器控制拉杆拉动轮胎实现转向。汽车转向轮转向时，为了减少转向轮内、外车轮的磨损，会将内外车轮转角设计成转角不同，使转向特性符合阿克曼几何转向，所以转向系统设计时，转向梯形的设计和优化极其重要。

• 1. 转向系的发展历程

从1886年四轮汽车被发明至今，汽车从最初简单的机械组成发展到如今极度复杂的电子与机械的组合体。转向系统在此期间得到了极大的发展，它主要有以下四种类型。

1）纯机械式转向系统

机械式转向系统是最早出现的一类汽车转向系统，结构简单、安全可靠，但同时由于转向完全靠驾驶员的体力完成，操纵费力，所以随着科学技术的进步，纯机械式转向系统逐渐被淘汰^[1]。

2）液压助力转向系统

液压助力转向系统通过输入发动机或电机的扭矩，然后将油泵中的液压油传送到动力缸中，然后液压油的压力向转向系统输入助力实现助力转向。该系统适用于各种汽车，能提供较大的助力，使操纵起来更方便。经过几十年的发展，液压助力转向系统在结构、体积、功率消耗上取得了很大进步，但在布置、安装、操纵灵敏度、噪声等方面存在不足。为了充分发挥液压助力转向系统的助力能力，降低其缺陷带来的影响，许多研究学者对传统的液压助力转向系统进行改进。如张峰、侯银鹰的研究^[2]，在传统液压转换基础上增加了一个频率-电流转换器，将车速传感器的频率信号转化为电流信号来控制比例溢流阀的调节压力，从而随车速改变助力大小。这样可以克服HPS系统助力不协调、效率低、能耗大的问题。

3）电动助力转向系统（EPS）