1、 課程 汽車設計 題目 電動助力轉向系設計說明書 姓名 學號 班級 指導教師 日期 2016年6月15日 目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc453693423 一.轎車轉向系設計方案的選擇 PAGEREF _Toc453693423 h - 2 - HYPERLINK l _Toc453693424 1.轎車參數的確定 PAGEREF _Toc453693424 h - 2 - HYPERLINK l _Toc453693425 2.對轉向系的要求 PAGEREF _Toc453693425 h - 2 - HYPERLINK l _Toc453693426

2、 3.轉向系結構設計 PAGEREF _Toc453693426 h - 2 - HYPERLINK l _Toc453693427 1)轉向操縱機構 PAGEREF _Toc453693427 h - 2 - HYPERLINK l _Toc453693428 2)轉向傳動機構 PAGEREF _Toc453693428 h - 3 - HYPERLINK l _Toc453693429 3)機械轉向器 PAGEREF _Toc453693429 h - 3 - HYPERLINK l _Toc453693430 二.轉向系統的主要性能參數 PAGEREF _Toc453693430 h -

3、 4 - HYPERLINK l _Toc453693431 1.轉向系的效率 PAGEREF _Toc453693431 h - 4 - HYPERLINK l _Toc453693432 1)轉向系的正效率 PAGEREF _Toc453693432 h - 4 - HYPERLINK l _Toc453693433 2)轉向系的逆效率 PAGEREF _Toc453693433 h - 5 - HYPERLINK l _Toc453693434 2.轉向系傳動比的確定 PAGEREF _Toc453693434 h - 5 - HYPERLINK l _Toc453693435 1)轉向

4、系統傳動比的組成 PAGEREF _Toc453693435 h - 5 - HYPERLINK l _Toc453693436 2)轉向系統的力傳動比和角傳動比的關系 PAGEREF _Toc453693436 h - 6 - HYPERLINK l _Toc453693437 3)傳動系傳動比的計算 PAGEREF _Toc453693437 h - 7 - HYPERLINK l _Toc453693438 3.轉向系傳動副的嚙合間隙 PAGEREF _Toc453693438 h - 7 - HYPERLINK l _Toc453693439 1)轉向器的嚙合特征 PAGEREF _T

5、oc453693439 h - 7 - HYPERLINK l _Toc453693440 2)轉向盤的自由行程 PAGEREF _Toc453693440 h - 8 - HYPERLINK l _Toc453693441 4.齒輪齒條式轉向器的設計和計算 PAGEREF _Toc453693441 h - 8 - HYPERLINK l _Toc453693442 1)轉向輪側偏角的計算 PAGEREF _Toc453693442 h - 8 - HYPERLINK l _Toc453693443 2)轉向器參數的選取 PAGEREF _Toc453693443 h - 9 - HYPER

6、LINK l _Toc453693444 3)選擇齒輪齒條材料 PAGEREF _Toc453693444 h - 10 - HYPERLINK l _Toc453693445 4)軸承的選擇 PAGEREF _Toc453693445 h - 10 - HYPERLINK l _Toc453693446 5.轉向盤的轉動的總圈數 PAGEREF _Toc453693446 h - 10 - HYPERLINK l _Toc453693447 三.電動助力轉向系統設計 PAGEREF _Toc453693447 h - 10 - HYPERLINK l _Toc453693448 1.轉矩傳感

7、器 PAGEREF _Toc453693448 h - 10 - HYPERLINK l _Toc453693449 2.減速機構 PAGEREF _Toc453693449 h - 11 - HYPERLINK l _Toc453693450 3.電磁離合器 PAGEREF _Toc453693450 h - 11 - HYPERLINK l _Toc453693451 4.電動機 PAGEREF _Toc453693451 h - 11 - HYPERLINK l _Toc453693452 5.車速傳感器 PAGEREF _Toc453693452 h - 11 - HYPERLINK

8、l _Toc453693453 6.電子控制單元 PAGEREF _Toc453693453 h - 12 - HYPERLINK l _Toc453693454 四.轉向梯形機構的設計 PAGEREF _Toc453693454 h - 12 - HYPERLINK l _Toc453693456 1.轉向梯形理論特性 PAGEREF _Toc453693456 h - 12 - HYPERLINK l _Toc453693457 2.轉向梯形的布置 PAGEREF _Toc453693457 h - 13 - HYPERLINK l _Toc453693458 3.轉向梯形機構尺寸的初步確

9、定 PAGEREF _Toc453693458 h - 13 - HYPERLINK l _Toc453693459 4.梯形校核 PAGEREF _Toc453693459 h - 14 -轎車轉向系設計方案的選擇轎車參數的確定本次轎車轉向系設計的整車相關參數如下：表1 整車相關參數 驅動形式4x2R 軸距L/mm2471 輪距前/后mm1429/1422 整備質量m0/kg1060 空載時前軸分配負荷60% 輪胎壓力P/MPa0.3 最高車速180km/h 最大爬坡度35%制動距離（初速30km/h）5.6m最小轉彎直徑11m最大功率/轉速74kW/5800rpm最大轉矩/轉速150Nm/

10、4000rpm對轉向系的要求1）汽車轉彎行駛時，全部車輪應繞瞬時轉向中心旋轉；2）操縱輕便，作用于轉向盤上的轉向力小于200N；3）轉向系的角傳動比在1520之間，正效率在60%以上，逆效率在50%以上； 4）轉向靈敏；5）轉向器和轉向傳動機構中應有間隙調整機構； 6）轉向系應有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置轉向系結構設計轉向操縱機構轉向操縱機構包括轉向盤，轉向軸，轉向管柱。轉向盤的直徑根據JB4505-1986標準規定，設計為380mm.轉向軸采用一根無縫鋼管制成，為了布置方便，減小由于裝置位置誤差及部件相對運動引起的附加載荷，提高汽車正面碰撞的安全性以及便于拆裝，在轉向軸與轉向器的輸入

11、端之間安裝轉向萬向節。采用柔性萬向節可減少傳至轉向軸上的振動，但柔性萬向節如果過軟，則會影響轉向系的剛度。所以一般選用剛性萬向節，剛性萬向軸多是十字軸式，可采用單萬向節，也可采用雙萬向節，雙萬向節要求布置適當，達到等角速度運動。轉向傳動機構轉向傳動機構包括轉向臂、轉向操縱拉桿、轉向節臂、轉向梯形臂以及轉向橫拉桿等。轉向傳動機構用于把轉向器輸出的力和運動傳給左、右轉向輪按一定關系進行偏轉。機械轉向器機械轉向器是司機對轉向盤轉動變為轉向搖臂的擺動（或齒條沿轉向車軸軸向的移動），并按一定的角轉動比進行傳遞的機構。機械轉向器分為齒輪齒條式轉向器、循環球式轉向器、蝸桿曲柄指銷式轉向器。由于齒輪齒條式轉向

12、器具有結構簡單、緊湊；質量輕，剛性大；正 、逆效率都高以及便于布置；齒輪與齒條之間因磨損出現間隙以后，利用裝在齒條背部、靠近主動小齒輪處的壓緊力可以調節的彈簧，能自動消除齒間間隙，這不僅可以提高轉向系統的剛度，還可以防止工作時產生沖擊和噪聲；轉向器占用體積小適于在微車上采用；沒有轉向搖臂和直拉桿，轉向轉角可以增大，轉向靈敏，制造容易，成本低；而且適用于與麥弗遜式獨立懸架。所以選用齒輪齒條式轉向器。根據輸入齒輪位置和輸出特點不同，齒輪齒條式轉向器有四種形式：中間輸入，兩端輸出；側面輸入，兩端輸出；側面輸入，中間輸出；側面輸入，一端輸出。采用側面輸入，中間輸出方案時，與齒條連的左、右拉桿延伸到接近

13、汽車縱向對稱平面附近。由于拉桿長度增加，車輪上、下跳動時拉桿擺角減小，有利于減少車輪上、下跳動時轉詳細與懸架系的運動干涉。拉桿與齒條用螺栓固定連接，因此，兩拉桿與齒條同時向左或向右移動，為此在轉向器殼體上開有軸向的長槽，從而降低了他的強度。采用兩端輸出方案時，由于軸向拉桿長度受到限制，容易與懸架系統導向機構產生運動干涉。側面輸入，一端輸出的齒輪齒條式轉向器，常用在平頭貨車上。由于齒輪齒條式轉向器采用直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合，則運轉平穩降低，沖擊大，工作噪聲增加。此外，齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角只能是直角。采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉向器，重合度增加，運轉平穩，沖擊與工作噪聲

14、均下降，而且齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角易于滿足總體設計的要求。因為斜齒工作時有軸向力作用，所以轉向器應該采用推力軸承，使軸承壽命降低，還有，斜齒輪的滑磨比較大是它的缺點。齒條斷面形狀有圓形、V形和Y形三種。圓形斷面齒條的制作工藝比較簡單，V形和Y形斷面齒條與圓形斷面比較，消耗的材料少，約節省20，故質量小；位于齒下面的兩斜面與齒條托座接觸，可用來防止齒條繞軸線轉動；Y形斷面齒條的齒寬可以做的寬些，因而強度得到增加。在齒條與托座之間通常裝有用減磨材料（如聚四氟乙烯）做的墊片，以減少滑動摩擦。當車輪跳動、轉向或轉向器工作時，如在齒條上作用有能使齒條旋轉的力矩時，應選用V形和Y形斷面齒條，用來防止

15、因齒條旋轉而破壞齒輪、齒條的齒不能正確嚙合的情況出現。為了防止齒條旋轉，也有在轉向器殼體上設計導向槽，槽內鑲嵌導向塊，并將拉桿、導向塊與齒條固定在一起。齒條移動時導向塊在導向槽內隨之移動，齒條旋轉時導向塊可防止齒條旋轉。要求這種結構的導向滑塊與導向槽之間的配合要適當。配合過緊會為轉向和轉向輪回正帶來困難，配合過松齒條仍能旋轉，并伴有敲擊噪聲。根據齒輪齒條式轉向器廣泛應用于乘用車上。載荷質量不大，前輪采用獨立懸架的貨車和客車有些也用齒輪齒條式轉向器。轉向系統的主要性能參數轉向系的效率根據效率定義，因功率輸入來源不同，轉向器的效率有正、逆效率之分。功率由轉向軸輸入，經轉向搖臂輸出所求得的效率稱為正

16、效率，用符號+表示，反之稱為逆效率，用符號-表示。轉向系的正效率影響轉向系的正效率的因素有：轉向器的類型、結構特點、結構參數和質量制造等，同一類型的轉向器因結構不同，效率也有較大的差別。對于齒輪齒條式轉向器，如果只考慮嚙合副的摩擦損失，忽略軸承和其它地方的摩擦損失。其效率可以用下式計算：+= （2-1）式中齒輪的螺旋角（齒條的傾斜角）摩擦角由于該轉向器為可逆轉向器，故摩擦角 要比齒輪螺旋角小，齒輪齒條式轉向器的效率一般為7080。取+=75 ，=10 由于 = 則=4040轉向系的逆效率轉向系的逆效率影響汽車的使用性能和駕駛員的安全。對于逆效率高的轉向器而言，路面作用在車輪上的力，經過轉向系統

17、可大部分傳遞到方向盤，這種轉向器稱為可逆式的。齒輪齒條轉向器屬于可逆式的轉向器。設計的時候，為滿足操縱的方便性，希望轉向器的正逆效率要高。和計算正效率的公式一樣，如果只考慮嚙合副的摩擦，忽略軸承和其他地方的摩擦損失。逆效率可用以下的公式計算： （2-2）轉向系傳動比的確定轉向系統傳動比的組成轉向系的傳動比由轉向系的角傳動比和轉向系的力傳動比所組成。從輪胎接地中心作用在兩個輪上的合力和與作用在方向盤上的手力之比稱為力傳動比。方向盤的轉角和駕駛員同側的轉向輪轉角之比，稱為轉向系的角傳動比。轉向系統的力傳動比和角傳動比的關系如上所述，力傳動比可以用以下的式子表示： = (2-3) 輪胎和地面之間的轉

18、向阻力和作用在轉向節上的轉向阻力有以下關系：= （2-4）車輪轉臂，指主銷延長線至地面的交點到輪胎接地中心的距離。作用在方向盤上的手力可以由下面的式子來表示： = (2-5)式中 作用在方向盤上的力矩， 方向盤的作用半徑。將公式（3-4）和(3-5)代入(3-3)后，得= (2-6)如果忽略摩擦損失，可以表示：= (2-7)將(2-7)代入(2-6)之后，得到 = (2-8)由（2-8）可知，力傳動比與、和有關。車輪轉臂越小，力傳動比越大，轉向越輕便。但是a值過小的話，會由于車輪和路面的之間的表面摩擦力的增加，反而增大了轉向阻力。對于一定的車型，可以用實驗方法確定值的最小極限值。通常貨車的值在

19、4060mm之間，轎車的值取0.40.6的輪胎胎面的寬度。對于一定的汽車而言，和都是一個常值，故力傳動比與角傳動比成正比關系。傳動系傳動比的計算汽車在瀝青或者混凝土路面的原地轉向阻力矩，可用下面的半經驗公式計算： = (2-9)式中 前軸靜負荷，； 輪胎和地面間的滑動摩擦系數，一般在0.7左右； 輪胎氣壓，。 空載時前軸負荷60%，所以 =1060609.8=6233 即 =由于輪胎選用160/65R13型號，其寬度為160，那么，=0.4160=64;=因為=38.2由于=，即=38.2=12.9轉向系傳動副的嚙合間隙轉向器的嚙合特征所謂嚙合間隙是指各種轉向器中傳動副之間的間隙。嚙合間隙又稱

20、為傳動間隙。研究嚙合特性的意義，在于它與直線行駛狀態的穩定性和轉向器的使用壽命有密切關系。汽車處于直線行駛狀態時，轉向器傳動副的嚙合間隙可能有兩種情況：沒有間隙或者有間隙。在后一種情況下，一旦轉向器受到側向力的作用，就能在間隙的范圍內，允許轉向輪偏離原來的行駛位置，而使汽車失去安穩性。為了防止出現這樣的情況，要求傳動副的嚙合間隙在方向盤處于中間或附近位置上時要極小，最好無間隙，以保證汽車直線行駛的穩定性。 因為汽車用小轉彎行駛的次數多于大轉彎，所以轉向器傳動副工作表面磨損不均勻。傳動副中間位置的磨損要大于兩端的磨損。當中間位置的間隙達到一定程度的時，駕駛員將無法確保行駛的穩定性，此時要對間隙進

21、行重新調整，借以消除所產生的間隙，調整后要求方向盤能及時圓滑地從中間位置轉到兩端，而無卡住現象。如果設計的時使轉向器的傳動副各處具有均勻的間隙，就不能達到上述的要求，因為當中間位置磨損出現間隙后，經過調整，該處的間隙雖然可以消除，但是在方向盤轉到底以前必然要卡住，使之不能繼續使用。為了延長轉向器的使用壽命，應當使傳動副的嚙合間隙在離開中間位置以后逐漸增大。轉向盤的自由行程 就轉向操縱機構的靈敏度而言，最好是轉向盤和轉向節運動能同步開始并能同步結束。然而，這在實際上是不可能的，因為在整個轉向系統中，各個傳動件之間必存在著轉配間隙，而且，這些間隙將隨著零件的磨損而逐漸增大。在轉向盤轉動的開始階段，

22、駕駛員對轉向盤的轉向力矩很小，因為只用來克服轉向系的內部摩擦，稱為轉向盤的空轉階段。此后，才需要對轉向盤施加更大的力來克服從車輪傳到轉向節的阻力矩，從而實現汽車的轉向。轉向盤在空轉階段的角行程，稱為轉向盤的自由行程。轉向盤的自由行程對于緩和路面沖擊及避免使駕駛員過度緊張是有利的，但不宜過大，以免影響靈敏度，一般來說，轉向盤從相應于汽車直線行駛的中間位置向任何一方的自由行程最好也不超過1015度，當零件磨損嚴重到轉向盤的自由行程超過2530度時，必須進行調整。齒輪齒條式轉向器的設計和計算 轉向輪側偏角的計算圖1轉向側輪偏轉角計算圖 sin = o tan 36.40轉向器參數的選取齒輪齒條轉向器

23、的齒輪采用斜齒輪，齒輪模數在之間，主動小齒輪齒數在之，壓力角取，螺旋角在之間。故取小齒輪，右旋，壓力角，精度等級8級。表2 齒輪齒條參數名稱符號公式齒輪齒條齒數6 31分度圓直徑15.231 變位系數1齒頂高52.5齒根高0.6253.12齒頂圓直徑25.231齒根圓直徑13.981齒輪中圓直徑20.231螺旋角10齒寬3020選擇齒輪齒條材料小齒輪：40Cr C-N共滲淬火、回火 4353HRC齒條： 45 調質處理 229286HBS 軸承的選擇軸承1 深溝球軸承6004 (GB/T276-1994) 軸承2 滾針軸承 NA4901 (GB/T5801-1994) 轉向盤的轉動的總圈數方向

24、盤轉動總圈數與轉向輪最大轉角和有關，可通過下式初算轉向盤的轉動總圈數：n對貨車和轎車轉向盤的轉動總圈數有不同的要求。不裝動力轉向的重型汽車一般方向盤轉動的總圈數不應該超過7圈，對于轎車不宜超過3.6圈。取n=3.5,可得：i電動助力轉向系統設計轉矩傳感器 扭矩傳感器用來檢測轉向盤扭矩的大小和方向，以及轉向盤轉角的大小和方向，它是EPS的控制信號之一。扭矩傳感器主要有接觸式和非接觸式兩種。常用的接觸式（主要是電位計式）傳感器有擺臂式、雙排行星齒輪式和扭桿式三種類型，而非接觸式轉矩傳感器主要有光電式和磁電式兩種。前者的成本低，但受溫度與磨損影響易發生漂移、使壽命較低，需要對制造精度和扭桿剛度進行折

25、中，難以實現絕對轉角和角速度的測量。后者的體積小，精度高，抗干擾能力強、剛度相對較高，易實現絕對轉角和角速度的測量，但是成本較高。因此扭轉傳感器類型的選取根據EPS的性能要求中和考慮。減速機構減速機構用來增大電動機傳遞給轉向器的轉矩。它主要有兩種形式：雙行星齒輪減速機構和渦輪蝸桿減速機構。由于減速機構對系統工作性能的影響較大，因此在降低噪聲，提高效率和左右轉向操作的對稱性方面對其提出了較高要求。裝配有離合器的EPS，多采用渦輪蝸桿減速機構，裝配在減速機構的一側。電磁離合器電動式EPS轉向助力一般都是工作在一個設定的范圍。當車速低于某一設定值時，系統提供轉向助力，保證轉向的輕便性；當車速高于某一

26、設定值時，系統提供阻尼控制，保證轉向的穩定性；而當車速處于兩個設定值之間時，電動機停止工作，系統處于Standy狀態，離合器分離，以切斷輔助動力。另外，當EPS系統發生故障時，離合器應自動分離，此時仍可利用手動控制轉向，保障系統的安全性。EPS系統中電磁離合器應用較多的為單片干式電磁離合器。電動機 電動機根據ECU的指令輸出適宜的轉矩，一般采用無刷永磁電動機，無刷永磁電機具有無激磁損耗、效率較高、體積較小等特點。電機是EPS的關鍵部件之一，對EPS的性能有很大的影響。由于控制系統需要根據不同的工況產生不同的助力轉矩，具有良好的動態特性并容易控制，這些都要求助力電機具有線性的機械特性和調速特性。

27、此外還要求電機低轉速、大轉矩、波動小、轉動慣量小、尺寸小、質量輕、可靠性高、抗干擾能力強。車速傳感器車速傳感器的輸出信號可以是磁電式交流信號，也可以是霍爾式數字信號或者是光電式數字信號，車速傳感器通常安裝在驅動橋殼或變速器殼內，車速傳感器信號線通常裝在屏蔽的外套內，這是為了消除有高壓電火線及車載電話或其他電子設備產生的電磁及射頻干擾，用于保證電子通訊不產生中斷，防止造成駕駛性能變差或其他問題，在汽車上磁電式及光電式傳感器是應用最多的兩種車速傳感器，在歐洲、北美和亞洲的各種汽車上比較廣泛采用磁電式傳感器來進行車速(VSS)、曲軸轉角(CKP)和凸輪軸轉角(CMP)的控制。電子控制單元電子控制單元

28、的功能是根據轉矩傳感器和車速傳感器傳來的信號，進行邏輯分析和計算后發出指令，控制電動機和離合器的動作。轉向梯形機構的設計對汽車轉向系的要求，除了機動性、輕便性和操縱穩定性之外，還必須保證轉向軸的內外轉向輪有一定的比例關系，是汽車轉向過程中所有的車輪都是純滾動或有極小的滑移，這一要求一般由轉向梯形機構近似地實現。轉向梯形理論特性為了使汽車轉向時只有純滾動，兩轉向輪應繞后軸延長線的O點轉動，且內外輪的轉角應保證下列關系：圖2.理論上的轉向特性曲線cot式中，0是外轉向輪轉角，i是內轉向輪轉角，K是兩主銷延長線至地面交點間的距離，L是兩主銷延長線與地面交點至后軸間的距離。圖中的GD線上任何一點與A和

29、B連線所成的角分別為0進行轉向梯形設計時應要保證內、外輪轉角符合或接近純滾動關系式，目前的轉向梯形機構還不能絕對保證符合轉向梯形理論特性曲線。由于受到車輪、前軸布置的影響，梯形設計時在常用的范圍150200內偏差應盡量小，以減小汽車在高速行駛時輪胎的磨損由于彈性輪胎存在著橫向偏離問題，當汽車轉向時，所有的車輪不是繞O點轉動，而是繞O1轉動，O1點的位置取決于前輪的橫向側偏角和后輪的橫向側偏角。由于影響輪胎的橫向偏離因素太多，目前無法用簡單方法加以確定，圖3.理論與實際轉向中心轉向梯形的布置為保證汽車行駛的安全性，在一般情況下應盡量將梯形布置在前軸之后，橫拉桿的高度應在前軸下表面以上15mm處，

30、以避免障礙物的撞擊。只有在發動機的位置很低或車前軸是驅動軸時，由于梯形臂的橫拉桿難于布置時才不得不把轉向梯形放在前軸之前，此時橫拉桿應盡量高些。轉向梯形機構尺寸的初步確定轉向梯形的基本尺寸主要是梯形底角和梯形臂長m。梯形臂長主要根據布置空間而定，它直接影響到橫拉桿軸向力的大小。圖4.轉向梯形機構尺寸參數橫拉桿軸向力F式中，FQ是縱拉桿對轉向節上臂的作用力，一般可用前軸負荷G1的一般計算，l是縱拉桿作用力臂，l1是橫拉桿軸向力Fs的作用力臂。從式子可以看出，梯形臂不宜過短，因為橫拉桿軸向力與梯形臂m成反比，m減小導致F梯形底角是一個非常重要的參數，一般情況下，對整體式轉向軸后置梯形來說，兩梯形臂

31、延長線的交點約在前軸后軸距的2/3處左右。在實際設計中梯形底角是根據整車布置最后確定的，一般在700所以梯形機構的主要參數可以確定為：m=169mm，=75梯形校核在轉向梯形尺寸確定后，必須以此作出梯形的實際特性曲線，并與理論特性曲線進行比較。應當使實際特性曲線和理論特性曲線盡可能一致。這可以通過選取不同的梯形底角和梯形臂長m來達到。具體校核可采用計算法和圖解法兩種方法進行。下面以圖解法為例進行校核如圖，首先根據初步確定的梯形尺寸（梯形下地長度K=AB、梯形臂長m=AP=BQ、梯形底角）作出中間位置的轉向梯形圖APQB圖5.中間位置轉向梯形圖分別以A和B 為圓心，以梯形臂長m為半徑畫兩上弧。以

32、A點位圓心，從AP線開始每個做出A點的圓心角1，2，3，以與A點為圓心、m為半徑所畫的弧相交于P1，P2，P3，各點，再分別以P1，P2，P3，各點為圓心，以PQ長為半徑畫弧分別與以B點圓心、m為半徑畫出的弧相交于Q1，Q2，Q3，各點，將B點與Q1，Q2，Q3，各點連線，測量1，2，3，各角（即外輪轉角）。根據內外輪轉角畫出實際的特性曲線，可以選出幾組不同的梯形底角和梯形臂長，按前述方法畫出一系列的特性曲線，最接近理論特性曲線的該條曲線的和m，即為最終的梯形底角和臂長。由于要考慮到實際情況，此處不做進行詳細計算，該設計最終的梯形底角和梯形臂長以理論設計作為最后設計的結果。 圖6.實際特性曲線

33、參考書籍：王國權、龔國慶，汽車設計課程設計指導書，機械工業出版社，2015.2王望予，汽車設計，機械工業出版社，2016.1附錄資料：不需要的可以自行刪除 電機繞組的繞制與嵌線項目二 電機繞組的繞制與嵌線實現目標通過對電機繞組的繞制和嵌線拆除，進一步了解電機的基本結構與原理，掌握繞制嵌線步驟、工藝規范及注意事項，學會正確的使用專業工具。主要內容1.定子繞組展開圖的繪制。2.繞組的繞制。3.繞組的嵌放和接線。教學方法1、項目引導法2、啟發式教學3、現場教學實施場景實訓室、多媒體教室教學工具PPT、三相異步電動機、繞線嵌線工具總學時12應知繞組展開圖原理、步驟和方法；嵌線的工藝方法。應會1.繞組的

34、繞制；2.繞組展開圖的繪制；3.應用專用工具嵌線。項目評價總結能否正確繪制繞組展開圖，能否繞制繞組，能否熟練嵌線項目實施過程設計項目導入從上一節的內容可以看出電機繞組的繞制和嵌線都是按照一定的規律排布和設置的。定子繞組的這種繞制和嵌線方法能夠有利于電動機內部產生旋轉磁場，提出問題，學生思考：繞組的繞制和嵌放是按照什么規律設置的？我們是否可以重新繞制定子繞組并嵌放到電動機內部呢？從而引入本節內容。項目實施1繞線專用工具介紹（實物展示、PPT演示、視頻） (1)繞線機。在工廠中繞制線圈都采用專用的大型繞線機。對于普通小型電機的繞組，可用小型手搖繞線機。 (2)繞線模。繞制線圈必須在繞線模上進行，繞

35、線模一般用質地較硬的木質材料或硬塑料制成，不易破裂和變形。 (3)劃線板。由竹子或硬質塑料等制成，如圖3-6所示，劃線端呈鴨嘴形或匕首形，劃線板要光滑，厚薄適中，要求能劃入槽內23處。 (4)壓線板。一般用黃銅或低碳鋼制成，形狀如圖37所示，當嵌完每槽導線后，就利用壓線板將蓬松的導線壓實，使竹簽能順利打入槽內。 2定子繞組展開圖的繪制(PPT演示、模型展示、掛圖) 現以4極24槽單層繞組的三相籠式異步電機為例來說明定子繞組展開圖的繪制過程。什么是展開圖呢?設想用紙做一個圓筒來表示定子的內圓，用畫在圓筒內表面上的相互平行的直線表示定子槽內的線圈邊，用數字標明槽的號數，如圖38(a)所示。然后，沿

36、1號槽與最末一個槽之問的點劃線剪開，如圖38(b)所示。展開后就得到如圖38(c)所示的平面圖，把線圈和它們的連接方法畫在這個平面圖上，就是展開圖。 (1)定子繞組展開圖的繪制步驟。 畫槽標號。在紙上等距離地把所修電動機的定子槽畫成平行線。因電動機定子為24槽，故畫24根平行線代表槽數，并標明每個槽的序號，如圖3-9(a)所示。 定極距(分極性)。從第一槽的前半槽起，至最末一槽的后半槽畫長線，線的長度代表電動機的總電角度。再按電動機的磁極數來等分，每一等份代表一個極距，相當于180。電角度，然后依次標出極性。極性的排列為N、S、N、S，如圖3-9(b)所示。 標電流方向。按照同一極性下導線的電

37、流方向相同，不同極性下導線的電流方向相反的原則畫出電流方向。在圖3-9(b)中設N極下各線圈邊的電流方向都向上，則S極下各線圈邊的電流方向都向下。分相帶。將每一極劃分為3等份，即60度相帶，在圖3-9(b)中每一相占兩槽；假如第l槽為u相的首端，則l、2、7、8、13、14、19、20槽均屬于u相。V相首端應與u相首端相差120。電角度，即5、6、11、17、18、23、24槽均屬V相，其他槽屬于w相。最后在每一個三等份(即60度相帶)上依次重復地標出相序號u、V、w。 分別連接各相繞組。按照采用的繞組類型及線圈節距，安置和連接每相線圈組。在上圖中，先將u相的兩個線圈順著電流方向連接成線圈組，

38、再依照電流方向將U相各線圈連起來組成u相繞組，如圖3-9(c)所示。根據三相間隔120電角度的原則，U相、V相和W相繞組的首端應依次各移過l20電角度，即移過一個極距的23；如u相首端是從第一槽開始，那么，v相的首端就從第5槽開始，w相的首端就從第9槽開始，再按上述方法將V相和w相的各線圈組串接起來，組成V相和W相繞組，這樣就構成了一個完整的三相定子繞組展開圖，如圖3-9(d)所示。圖中所示為24槽4極的定子繞組展開圖，其極距P為： P=Q2P=244=6(槽) 相應的電度角為180O；U、V相問間隔l20電角度；每極下相占60O相帶。 用上述方法畫出的各相繞組在定子槽中的位置和所占的槽數清晰

39、明了，可以清楚地看出各相繞組的連接方式和端部接線的方法，因此展開圖是嵌線的重要依據。掌握上述的基本概述及繪制步驟后，就可以著手畫展開圖了。畫展開圖時，最好用3種不同顏色的筆來畫，這樣就能更清楚、更容易地區別各相繞組定子槽內的分布情況、安置位置以及連接方法。(2)繞組的連接方法。三相24槽4極電機的單鏈繞組有短節距和全節距之分。圖310為單層鏈式短節距繞組展開圖。畫圖時先將u相繞組畫出，U相繞組的有效邊分別安置在線槽l6、712、1318、1924之中，然后再將各線圈連接起來，如圖311所示。可以設定任意一個線槽為U相的首端。 圖310三相24槽4極電動機的單鏈(短節距)繞組展開圖 同理，W相和

40、V相繞組的安置和連接方法與u相是一樣的，只不過w和V相繞組的首端相對第一相繞組的首端依次移過l20的電角度，即移過一個極距的23。如果u相繞組的首端U1從第6號線槽引出，移過一個極距的23，也就是4槽(623)。因此，w相繞組的首端W1應從第2號線槽內引出，V相繞組的首端V1應從第l0號線槽內引出。注意w相繞組的各線圈的連接方向應與另外兩相繞組相反，這樣可使三相繞組的6根首尾端引出線比較集中，便于和電動機接線板連接。 線圈與線圈的連接方法有反串聯和順串聯兩種。當每相繞組中線圈組的數目等于電動機磁極數時，每相繞組中各線圈之問的連接次序就是首端接首端，尾端接尾端，即反串聯；當每相繞組中線圈組的數目

41、等于電動機磁極數的一半時，每相繞組中各線圈之間的連接次序是首端接尾端，即順串聯。這兩種方法是絕大多數電動機同一相繞組中各線圈組問的連接規律。 圖312為單層鏈式全節距繞組展開圖。圖中每兩只線圈連繞成一個線圈組，每相共有兩個線圈組，正好等于電動機磁極數的一半，因而繞組的連接為順串聯。這個規律對于任何類型的繞組、不同槽數與極數的電動機都是適用的。 圖312三相24槽4極電動機的單鏈繞組(全節距)展開圖3繞組的繞制方法（互動方法、學生參與，現場教學） (1)繞線模尺寸的確定。在線圈嵌線過程中，有時線圈嵌不下去，或嵌完后難以整形；線圈端部凸出，蓋不上端蓋，即便勉強蓋上也會使導線與端蓋相碰觸而發生接地短

42、路故障。這些都是因為繞線模的尺寸不合適造成的。繞線模的尺寸選得太小會造成嵌線困難；太大又會浪費導線，使導線難以整形且繞組電阻和端部漏抗都增大，影響了電動機的電氣性能。因此，繞線模尺寸必須合適。 選擇繞線模的方法：在拆線時應保留一個完整的舊線圈，作為選用新繞組的尺寸依據。新線圈尺寸可直接從舊線圈上測量得出。然后用一段導線按已決定的節距在定子上先測量一下，試做一個繞線模模型來決定繞線模尺寸。端部不要太長或太短，以方便嵌線為宜。 (2)繞線注意事項。 新繞組所用導線的粗細、繞制匝數以及導線面積，應按原繞組的數據選擇。 檢查一下導線有無掉漆的地方，如有，需涂絕緣漆，晾干后才可繞線。 繞線前，將繞線模正

43、確地安裝在繞線機上，用螺釘擰緊，導線放在繞線架上，將線圈始端留出的線頭纏在繞線模的小釘上。 搖動手柄，從左向右開始繞線。在繞線的過程中，導線在繞線模中要排列整齊、均勻、不得交叉或打結，并隨時注意導線的質量，如果絕緣有損壞應及時修復。 若在繞線過程中發生斷線，可在繞完后再焊接接頭，但必須把焊接點留在線圈的端接部分，而不準留在槽內，因為在嵌線時槽內部分的導線要承受機械力，容易被損壞。 將扎線放入繞線模的扎線口中，繞到規定匝數時，將線圈從繞線槽上取下，逐一清數線圈匝數，不夠的添上，多余的拆下，再用線繩扎好。然后按規定長度留出接線頭，剪斷導線，從繞線模上取下即可。 采用連繞的方法可減少繞組間的接頭。把

44、幾個同樣的繞線緊固在繞線機上，繞法同上，繞完一把用線繩扎好一把，直到全部完成。按次序把線圈從繞線模上取下，整齊地放在擱線架上，以免碰破導線絕緣層或把線圈搞臟、搞亂，影響線圈質量。 繞線機長時間使用后，齒輪嚙合不好，標度不準，一般不用于連繞；用于單把繞線時也應即時校正，繞后清數，確保匝數的準確性。4嵌線的基本方法（互動方法、學生參與，現場教學） (1)絕緣材料的裁制。為了保證電動機的質量，新繞組的絕緣必須與原繞組的絕緣相同。小型電動機定子繞組的絕緣，一般用兩層0.12mm厚的電纜紙，中間隔一層玻璃(絲)漆布或黃蠟綢。絕緣紙外端部最好用雙層，以增加強度。槽絕緣的寬度以放到槽口下角為宜，下線時另用引

45、槽紙，如圖313所示。 如果是雙層繞組，則上下層之間的絕緣一定要墊好，層間絕緣寬度為槽中間寬度的1.7倍，使上下層導線在槽內的有效邊嚴格分開。為了方便，不用引槽紙也可以，只要將絕緣紙每邊高出鐵心內徑2530mm即可，如圖314所示。我們用0.2mm厚的絕緣紙（復合紙）長度=槽長+52=90+10=100mm，寬度=槽深22=1522=60mm。 圖3-13伸出槽外的絕緣 圖3-14絕緣的大小線圈端部的相間絕緣可根據線圈節距的大小來裁制，保持相間絕緣良好。(2)嵌線方法。單鏈短節距繞組的嵌線的方法(線圈展開圖參見圖310)。 a先將第一個線圈的一個有效邊嵌入槽6中，線圈的另一個有效邊暫時還不能嵌

46、入1槽中。因為線圈的另一個有效邊要等到線圈十一和十二的一個有效邊分別嵌入槽2、槽4中之后，才能嵌到槽l中去。為了防止未嵌入槽內的線圈邊和鐵心角相磨破壞導線絕緣層，要在導線的下面墊上一塊牛皮紙或絕緣紙。嵌線示意圖如圖3-15所示。 空一槽暫暫時不嵌入槽內 時不嵌線 第l號線槽 第3號線槽 （a） （b） 圖315三相24槽4極電動機的單鏈繞組嵌線程序示意圖 b空一個槽(7號槽)暫時不下線，再將第二個線圈的一個有效邊嵌入槽8中。同樣，線圈二的另一個有效邊要等線圈十二的一個有效邊嵌入槽4以后才能嵌入槽3中，如圖315(a)所示。然后，再空一個槽(9號槽)暫不嵌線，將線圈三的一個有效邊嵌入槽l0中。這時，由于第一、二線圈的有效邊已嵌入槽6和槽8中去了，所以，第三個線圈的另一個有效邊就可以嵌入槽5中。接下來的嵌法和第三個線圈一樣，依次類推，直到全部線圈的有效邊都嵌入槽中后，才能將開始嵌線的線圈一和線圈二的另一個有效邊分別嵌入槽1和槽3中去，如圖315(b)所示。 單鏈全節距繞組的嵌線方法(線圈展開圖參見圖312)。全節距線圈的嵌線方法和上面介紹的嵌線方法基本相同，不同的是每兩只線圈連繞一起作為一個線圈組。所以在嵌線時要將第一組的兩只線圈的有效邊分別嵌入槽7和槽8中，第一組線圈的另外兩只有效邊暫時不嵌入槽l和槽2中；然后，空兩個槽(9、10)不