论文总字数：29500字

摘 要

汽车转向系统是现代汽车上重要的组成部分，其性能在很大程度上决定了整车的性能，转向系统的设计一直都是整车设计过程中最为重要的一部分。本论文以2.0L凯美瑞轿车为目标车型，完成了2.0L凯美瑞轿车转向系统的设计。在查阅大量文献基础上，通过借鉴国内外汽车转向系统的研究与设计方法，深入了解电动助力转向系统的结构及其工作原理，在查阅2.0L凯美瑞轿车相关参数后，对转向系统进行了总体设计，对EPS系统中助力电机的相关参数进行了计算选型，对电磁离合器、扭矩传感器等规格进行了设计，对减速机构、转向器的类型进行了比较并确定选型，对ECU进行了选择，之后结合车型参数完成了对EPS系统减速机构、转向器、轴等的设计，包括选择使用的材料，齿轮等设计与校核等。本论文设计校核中主要使用的公式、参数选取来自于汽车设计过程中常用的经验参数以及大学本科期间所学的机械原理与设计。

关键词：转向系统；电动助力；齿轮齿条；减速机构；

Abstract

Automobile steering system is the most important part of modern vehicles. To a large extent, The performance of the steering system determined the performance of the vehicle. Automotive design engineers have always believed that the design of the steering system is the most principle part of the vehicle design process. The 2.0L Camry sedan was chosen as the target model for completing the design of the steering system. The vehicle steeling system of 2.0L Camry car was successfully completed in this design. On the basis of reviewing lots of literature, the research history of some cars’ electric power steering (EPC) systems at home and abroad were summarized. Simultaneously, the development trend of electric power steering systems was prospected combined with the development requirements of the times, and the research significance of this design was expounded. The protruding advantages of the electric power steering system were described in detail compared with the hydraulic power steering （HPS）system , and the operating principle of the electric power steering system was reviewed by presenting the structure of the electric power steering system. On the basis of the lots of preliminary work, the detailed design of EPS system of Camry car was performed. After reviewing the related parameters of 2.0L Camry car, the relevant parameters of the power assisted motor in the EPS system were calculated and selected in this article, the specifications of electromagnetic clutch and torque sensor were designed , the types of steering gear and the reduction mechanism were compared and determined combined the model parameters to the reduction mechanism, rack and pinion steering gear of the EPS system The steering shaft was designed, including the selection of related materials, calculation for the design and verification of gear and shaft. The main methods and theories were derived from the empirical parameters of automotive design and the contents of mechanical design courses learned in the university, and these methods and theories were summarized in the paper.

Key Words：steering system; electric power steering; rack and pinion; deceleration mechanism

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1转向系统的简介 1

1.2电动助力转向系统（EPS）的特点及发展现状 1

1.2.1 EPS的特点 1

1.2.2 电动助力转向系统（EPS）的研究现状和未来趋势展望 2

1.3研究的意义 3

1.4 研究的主要内容 4

第2章 电动助力转向系统的总体设计 5

2.1 电动助力转向系统的工作原理 5

2.2电动转向系统的设计要求 6

2.3 电动助力转向系统的分类 6

2.4电动助力转向系统的主要部件的选定 8

2.4.1 助力电动机的设计与选型 8

2.4.2 电磁离合器的选择 10

2.4.3 扭矩传感器的选择 11

2.4.4减速机构的选择 12

2.4.5电子控制单元（ECU）的选择 13

2.4.6转向器的选择 13

第3章 电动助力转向系统减速机构参数的设计 14

3.1蜗轮蜗杆的选材与依据 14

3.2普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算 14

3.2.1 设计要求 14

3.2.2 选择蜗杆传动类型 14

3.2.3按齿面接触疲劳强度进行设计 15

3.3.4 蜗杆与蜗轮的主要参数及几何尺寸的确定 17

3.3 蜗轮齿根弯曲疲劳强度的校核 19

第4章 减速机构轴的设计及校核 22

4.1 转向轴的设计与校核 22

4.1.1 转向轴的设计 22

4.1.2 转向轴的校核 23

4.2 蜗杆轴的设计及校核 25

4.2.1 蜗杆轴的设计 25

4.2.2 蜗杆轴键的选取 26

4.2.3 蜗杆轴的校核 26

第5章 齿轮齿条式转向器的设计 29

5.1 齿轮齿条的设计计算 29

5.1.1 设计要求及材料的选取 29

5.1.2 计算许用应力 29

5.1.3 初步确定齿轮的基本参数的主要尺寸 30

5.1.4 确定齿轮传动主要参数的几何尺寸 31

5.1.5 齿轮强度校核 32

5.2轴设计与轴承的选择 33

5.2.1 轴的设计 33

5.2.2 轴的校核 33

第6章 结论 36

参考文献 37

致谢 38

附 录 39

第1章 绪论

1.1转向系统的简介

汽车转向系统的功能是保持或者改变汽车行驶方向。当汽车转弯时，或者汽车因路面的意外撞击而发生意外偏离时，汽车转向系统首先通过配合汽车的驾驶系统，二者共同作用来保持汽车的稳定运行^[1]。其次汽车转向系统通过保持汽车转向轮与目标的角度一致的关系，这样可以使汽车运行更加安全与稳定。转向系统具体由三个部分组成，分别是转向操纵机构、转向传动机构以及转向器。当前，世界汽车转向技术主要经历了六次转变；首先是手动转向技术（MS），这也是全世界最先投入使用的转向技术；手动转向技术之后发展起来的是液压动力转向技术（HPS），这项技术较前者而言减少驾驶员手动转向的力矩；之后在液压动力转向技术的基础上升级为电控液压动力转向技术（ECHPS），在性能上有了很大的提高；接着出现一种突破性的转向技术电动助力转向技术（EPS），它取消了原有转向系统中的液压装置，不仅提高了操作的稳定性，又能够提高资源利用效率，降低能源损耗；在电动助力转向技术的基础上发展出更先进的电动助力转向技术，主要两种，线控转向技术（SBW）和四轮转向技术（4WS），在原有技术基础上进一步发展创新。当前在市场上比较流行的发展前景较好的转向技术主要有HPS技术、ECHPS技术和EPS技术。电动助力系统是未来汽车发展主流，既使用便利又节能环保，成为当下世界范围内转向技术的热点研究方向。

1.2电动助力转向系统（EPS）的特点及发展现状

1.2.1 EPS的特点

与液压助力转向系统、电控液压助力转向系统等其他系统相比，EPS系统具有以下明显优点：

1、EPS系统节省油耗。液压动力转向系统要求发动机始终驱动液压油泵产生液压油流，也就是说不管汽车是否进行转向操作，发动机始终在耗油，浪费资源的同时也不利于保护环境。与液压动力转向系统相比，电动助力转向系统只在需要转向操作时使用燃油，真正做到能量按需求多少来供应。将电动助力系统与液压助力系统的耗油量对比，我们发现如果车辆没有发生转向，此时液压动力转向系统的耗油量高于EPS系统耗油量的2.5%，而在转弯的状态下，液压动力转向系统的耗油量高于EPS系统耗油量的5.5%。

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