摘 要

按照的转向的主要动力来源的不同，汽车转向系统可以分为机械转向系统和动力转向系统两类。由于电控、电动助力转向可以实现在各种行驶条件下都转向轻便，因此近年来，电控、电动助力转向器得到了较为广泛的应用。

本文研究了电动助力转向系统分类及发展，基于卡丁车的设计要求，对系统各个机构的尺寸和外形进行详细地设计计算，对零部件进行模块化安装设计，最后合理地装配到卡丁车三维模型中。

关键字：电动助力转向；catia辅助设计；三维模型；

Abstract

According to the difficult energy, Automotive steering system divided into two categories, mechanical steering system and power steering system. Due to the electrical control, electric power steering can make it increasingly turning to the light under various driving conditions, so in recent years, electric control, electric power steering has been widely used.
This paper studies the classification and development of electric power steering system, designs the detail of size and shape of every agencies of the system based the requirement of the karting, designs the ways making all parts can be modularly installed and finally be assembled into karting three-dimensional model.

Key Words：EPS; catia computer-aided design;three-dimensional model

目录

第1章 绪论 1

1.1 汽车转向系统概述 1

1.2 电动助力转向工作原理 1

1.3 国内外发展情况 3

第2章 助力电机基本参数的确定 4

2.1 助力电机概述 4

2.2 基本参数选定 4

（一） 根据半经验公式，计算出汽车在良好沥青路面上的原地转向力矩 4

第3章 齿轮齿条转向器设计 7

3.1 齿轮齿条转向器概述 8

3.2 斜齿轮轴的设计 8

3.2.1 斜齿轮尺寸参数的计算 8

3.2.2 齿轮轴轴承设计 11

3.3 齿条设计 12

3.4 齿轮齿条间隙调整装置设计 14

3.5 转向器壳体 15

第4章 蜗轮蜗杆减速机构设计 16

4.1 蜗轮蜗杆减速机构概述 17

4.2 尺寸参数确定 17

4.3 蜗杆轴轴承选取 21

4.4 蜗轮轴平键设计和轴承的选取 22

4.4.1 减速机构各参数的计算 23

4.4.2 蜗轮轴 23

4.5 减速机构壳体设计 25

第5章 万向联轴器及刚性联轴器设计 27

第6章 转向横拉杆及梯形结构设计 28

6.1 转向横拉杆 28

第七章 总装配 33

小结 37

参考文献 38

致谢 39

第1章 绪论

1.1 汽车转向系统概述

在汽车中的转向系统是用来保持汽车的行驶方向或者用来改变汽车的行驶方向的机构，通常在汽车转向行驶的时候，汽车的转向系统是用来保证各转向轮之间有着协调的转角关系。接下来会介绍转向系统的分类，按照转向系统转向能源的不同，汽车转向系统分为机械式转向系统以及动力转向系统。机械转向系统是依靠驾驶员的手力来实现转动转向盘这一个动作，在转向系统中，经转向器以及转向传动机构来使转向轮发生一定的偏转；在采用动力转向的汽车中，通常还装有动力系统，这样汽车就可以借助此系统来很好的减轻驾驶员的手力，从而轻松驾驶员的操作，减少一定的时间和力气保证安全驾驶。

在汽车的动力转向系统中，按照动力的来源不同，又分为液压助力和电动直接助力，液压助力转向技术已经发展有半个世纪之多，技术的发展已经相当成熟了，但是随着汽车电子技术的发展，对汽车节能性和环保的要求不断提高，该系统存在着耗能，污染环境等问题，相比之下，电动助力转向技术是汽车发展的热点。电动助力转向具有显著降低油耗、能兼顾低速时的转向轻便性和高速时的操纵稳定性、结构紧凑、质量轻、安装方便、安全可靠性强、生产与开发周期短等多个优点。

1.2 电动助力转向工作原理

电动助力转向系统主要包括机械式转向器、转矩传感器、减速机构、离合器、电动机、电子控制单元ECU和车速传感器等。本次设计电动机直接助力式转向系统，它是一种直接依靠电动机提供辅助转矩的动力转向系统，可以根据不用的使用工况控制电动机提供不用的辅助动力。直接助力式电动转向系统中没有液压元件，而且只在转向时功能，工作时间约占行驶时间的5%，汽车燃油消耗率仅增加0.5左右，能源消耗显著降低。

1.2.1 各种直接助力式电动转向系统分析

直接助力式电动转向系统按电动式转向助力机构的位置不同分为转向轴助力式、转向器小齿轮助力式和齿条助力式等几种形式。

（1）转向轴助力式

转向助力机构安装在转向轴上，与方向盘的距离比较靠近，在运作时对汽车的隔音、防震要求很高，同时，由于距离方向盘近，逆效率较高，容易出现打手现象，不过它工作环境十分好。

（2）转向器小齿轮助力式

电机及减速机构安装在转向器上，为转向器齿轮轴直接提供助力，对电机的最大输出力矩要求相对要小一些，但是这个装置安装在下方，工作环境太差，对密封性要求也极高

（3）齿条助力式

电机和减速机构安装在齿条上，直接将电机的旋转运动驱动齿条作

横向的往返运动。助力机构同样安装在下方，与齿轮齿条助力式一样，工作环境很差，对密封性要求十分的高。

经过对比，本次设计中我采用的是转向器小齿轮助力式，这种结构使得电机与减速机构等结构紧凑，而且非常有利于整车的安装布置。

其工作原理图如下

图1.1 电动助力转向系统工作示意图

操作者将转向系统所需的信号输入到控制单元ECU，ECU经过信息处理将电流信号发送给电动机及离合器，电动机开始运作向转向轴输送转向助力，经过减速机构进行减速增矩，再经过万向联轴器传到转向器，转向器将电动机的旋转运动转换为齿条的水平横向运动，推动拉杆左右运动，拉杆推动车轮绕主销作旋转运动，实现汽车转向。

1.3 国内外发展情况

在五十年代左右，首次使用液压动力转向系统的是美国著名的通用汽车公司，它的这一个有标志性的行动，果不其然在汽车行业中注入了一股新鲜的血液，在汽车这个行业给，带来了巨大的变化，在历经了几十年的技术上的经验积累之后，HPS的技术已经发展地非常成熟了，这种技术的创新程度随着时间的发展越来越高。后来，开发了一种叫电控式液压助力转向系统----EHPS。这种新的技术给人耳目一新的感觉，电动助力让人们看到了汽车未来发展的方向。在1988年，本田汽车公司尝试使用这种电控式液压助力转向系统，装备在爱克跑车上，市场效应非常好。随后，在1999年，奔驰公司和西门子公司发现了这种技术的发展潜力，陆续投入巨资开发。从此之后，各大汽车公司相应地投入资金开发属于自己的EPS，可以想象，在当时拥有一项高新技术的电动助力转向，可以取得很好的市场份额。在EHPS被推出之后，TRW公司经过研发，开发了带传动EPS和转向柱。

第2章 助力电机基本参数的确定

卡丁车的基本参数如下表2.1

表2.1 卡丁车基本参数

2.1 助力电机概述

助力电机是电动助力转向的直接动力来源，它提供绝大部分的力矩克服转向阻力矩实现汽车转向，在汽车中，助力电机需要满足质量小，尺寸小，输出波动小，转动惯量小，转速小，转矩大等特点。在本次设计中，我采用的是无刷直流电动机。

2.2 基本参数选定

（一） 我们可以利用半经验公式计算转向系统的大致输出力矩，在良好沥青路面上，汽车的原地转向阻力矩为

式中，f为轮胎与地面间的滑动阻力系数，取0.7

G1为转向轴负荷，N