C-eps用蝸輪蝸桿的設計方法
【專利摘要】本發明提供C-EPS用蝸輪蝸桿的設計方法，1）、采用變位系數大于1的蝸輪蝸桿運動副成對設計，其中蝸輪齒厚/蝸桿齒厚≥2，減小蝸輪蝸桿整體布局空間尺寸，從而使結構更加緊湊；2）、一般齒輪運動副壓力角越小，傳遞的有效工作力矩越大，傳遞效率越高，為了提高C-EPS蝸輪蝸桿運動副傳遞效率，采用壓力角小于20°；蝸輪采用注塑尼龍材料，蝸桿采用合金鋼材料制造，能充分發揮蝸輪、蝸桿兩者的材料優勢，蝸輪蝸桿采用等強度設計方法，提高其整體使用壽命，而且還降低傳動副噪音。
【專利說明】C-EPS用蝸輪蝸桿的設計方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及蝸輪蝸桿的設計方法，具體是C-EPS用蝸輪蝸桿的設計方法。
【背景技術】
[0002]電動助力轉向系統(Electric Power Steering,縮寫EPS)是一種直接依靠電機提供輔助扭矩的動力轉向系統，與傳統的液壓助力轉向系統HPS (Hydraulic PowerSteering)相比，EPS系統具有很多優點。EPS主要由扭矩傳感器、車速傳感器、電動機、減速機構和電子控制單元(EOT)等組成。
[0003]目前C-EPS(管柱助力式電動轉向器)用蝸輪蝸桿變位系數不大于0.6 ;蝸輪蝸桿傳動副壓力角一般為20° ;蝸輪蝸桿為相同材料制造。
[0004]1、C-EPS用的蝸輪蝸桿整體布局空間尺寸較大，容易導致整車安裝時與其他部件發生干涉。
[0005]2、蝸輪蝸桿傳動副壓力角一般為20°，傳動效率較低。
[0006]3、C-EPS用蝸輪為了減噪和降低摩擦系數一般采用塑料材料制造，而塑料材料強度較低；蝸桿采用合金鋼材料制造，而合金鋼材料強度較高；為了發揮兩者的材料優勢，目前設計采用較大變位系數(如:0.1?0.6)，還不能充分發揮兩者的材料優勢，使用壽命短。
[0007]申請號:201210003625.4申請日:2012-01_07，本發明公開了一種偏置蝸桿蝸輪傳動設計與制造方法，包括如下步驟:a.根據實加工參數與蝸桿設計原理，確定蝸桿的齒面方程；b.根據蝸桿的齒面方程以及齒面嚙合理論，按照蝸輪蝸桿的安裝位置，得出蝸輪的齒面方程；c.對蝸輪進行齒向和齒廓修形，使蝸輪和蝸桿形成接觸區為橢圓形的點接觸，并且接觸區的長軸方向垂直于蝸輪和蝸桿的齒面的相對運動方向，以形成極壓潤滑的有利接觸條件。本發明在設計出相互嚙合的蝸輪和蝸桿后，對蝸輪進行了修形，使齒面嚙合成為點接觸，方便調整嚙合印痕，吸收安裝誤差，同時使蝸輪蝸桿的接觸區為橢圓形，并使接觸區的長軸垂直于蝸輪和蝸桿的齒面相對運動的方向，以便使相互嚙合的蝸輪和蝸桿得到狀態良好的潤滑狀態。
[0008]申請號:201110414345.8申請日:2011-12_13，一種蝸桿副制造方法，包括下列步驟:A、對平面二次包絡環面蝸桿副進行優化設計和仿真，其步驟為:A1、輸入蝸桿副的基本參數，中心距a、蝸桿頭數zl、蝸輪齒數z2 ;A2、將前一步驟的數據導入目標函數公式進行參數計算，在所述目標函數計算過程中，采用復合形法的迭代和逼近，得出環面蝸桿副的幾何參數以及工藝參數，所述幾何參數和工藝參數為配套設置，其中，所述目標函數公式為:其中，f(x)為目標函數，Ai為加權系數，ε為收斂系數,k為優化參數;A3、生成蝸桿的三維立體圖形，通過所述蝸桿的三維立體圖形來確認蝸桿沒有根切和齒頂變尖；B、根據上述幾何參數和工藝參數來分別加工制造所述蝸桿副的蝸桿和蝸輪。
[0009]以上兩種蝸桿蝸輪解決不了 C-EPS用蝸輪蝸桿傳動副的整體布局空間尺寸較大、提高蝸輪蝸桿傳動效率、低傳動副噪音等問題。
【發明內容】
[0010]本發明為了解決e-EPS用蝸輪蝸桿傳動副的整體布局空間尺寸較大、提高蝸輪蝸桿傳動效率低、傳動副噪音等問題，特提出C-EPS用蝸輪蝸桿的設計方法。
[0011]為此本發明的技術方案為，C-EPS用蝸輪蝸桿的設計方法，其特征在于:
1)、采用變位系數大于1的蝸輪蝸桿運動副成對設計，其中蝸輪齒厚/蝸桿齒厚>2，減小蝸輪蝸桿整體布局空間尺寸，從而使結構更加緊湊；
2)、一般齒輪運動副壓力角越小，傳遞的有效工作力矩越大，傳遞效率越高，為了提高C-EPS蝸輪蝸桿運動副傳遞效率，采用壓力角小于20°。
[0012]對上述方案的改進在于:蝸輪采用注塑尼龍材料，蝸桿采用合金鋼材料制造，能充分發揮蝸輪、蝸桿兩者的材料優勢，蝸輪蝸桿采用等強度設計方法，提高其整體使用壽命，而且還降低傳動副噪音。
[0013]有益效果:
本發明中采用變位系數大于1的蝸輪蝸桿運動副成對設計，其中蝸輪齒厚/蝸桿齒厚^ 2，減小蝸輪蝸桿整體布局空間尺寸，從而使結構更加緊湊；
蝸輪蝸桿運動副壓力角小于20°，提高了 C-EPS蝸輪蝸桿運動副傳遞效率。
[0014]蝸輪采用高強度、吸噪聲、減震、耐磨自潤滑性良好的注塑尼龍材料，蝸桿采用合金鋼材料制造，能充分發揮蝸輪、蝸桿兩者的材料優勢，蝸輪蝸桿采用等強度設計方法，提高其整體使用壽命，而且還降低傳動副噪音。
[0015]【專利附圖】
【附圖說明】:
圖1是本發明的公式示意圖。
【具體實施方式】
[0016]本發明解決了 C-EPS用蝸輪蝸桿傳動副的三個技術問題:
1、本設計C-EPS用蝸輪蝸桿運動副采用大變位系數(變位系數大于1)、等壽命設計，從而解決C-EPS用的蝸輪蝸桿整體布局空間尺寸較大，容易導致整車安裝時與其他部件發生干涉的難題。
[0017]2、采用蝸輪蝸桿傳動副壓力角為15°的設計，提高蝸輪蝸桿傳動效率。
[0018]3、蝸輪采用高強度、吸噪聲、減震、耐磨自潤滑性良好的注塑尼龍材料，蝸桿采用合金鋼材料制造，能充分發揮蝸輪、蝸桿兩者的材料優勢，蝸輪蝸桿采用等強度設計方法，提高其整體使用壽命，而且還降低傳動副噪音。
[0019]在設計時需要注意的問題:
1、普通的蝸輪蝸桿傳動副使用相同材料制造，由于蝸輪的分度圓遠大于蝸桿分度圓，導致蝸輪使用壽命遠大于蝸桿使用壽命。而C-EPS用蝸輪蝸桿傳動副要求傳動效率高、結構緊湊、使用壽命長、噪音小、摩擦系數小等。所以蝸輪一般采用塑料材料(例如注塑尼龍)制造，而塑料材料強度較低(例如注塑尼龍抗拉強度大于等于75MPa);蝸桿采用合金鋼材料(例如40Cr合金鋼)制造，而合金鋼材料強度較高(例如40Cr合金鋼調質后強度大于等于900MPa);兩者抗拉強度相差10倍以上，為了發揮兩者的材料優勢，蝸輪蝸桿采用等強度設計方法，采用大變位系數(變位系數大于1)蝸輪蝸桿運動副成對設計，可以設計出蝸輪齒厚/蝸桿齒厚> 2，減小蝸輪蝸桿整體布局空間尺寸，從而使結構更加緊湊。
[0020]2、一般齒輪運動副壓力角越小，傳遞的有效工作力矩越大，傳遞效率越高，為了提高C-EPS蝸輪蝸桿運動副傳遞效率，采用小壓力角(小于20°，例如12°、15°、18° )。但是壓力角過小，齒輪容易折斷，所以本發明綜合考慮采用了 15°的壓力角。因為15°的壓力角比18°的壓力角傳動效率高，又比12°的壓力角強度高。
[0021]3、一般蝸輪蝸桿傳動運動副采用大變位系數設計會帶來蝸輪齒頂變尖、蝸桿齒根變深、重合度降低問題。本發明蝸輪采用變位系數大于1 (正變位)，齒頂厚變得非常尖銳(甚至可能為負)，因此需要削掉一部分蝸輪齒頂，使得蝸輪齒頂高變短，減小了蝸輪齒根處應力，提高了蝸輪的強度；蝸桿采用相同變位系數(負變位)，齒根異常深且尖，因此需要蝸桿齒根相應減短，提高了蝸桿的強度；蝸桿齒根減短高度等于蝸輪齒頂減短高度，從而很好地保證了蝸輪蝸桿傳動的嚙合間隙和重合度。
[0022]4、本發明最后需驗算蝸輪齒頂高減短高度和蝸桿齒根減短高度的滿足的三個限制條件:第一蝸桿齒頂高小于蝸輪的齒根漸開線起始圓齒根高，避免漸開線齒輪過渡曲線運動干涉；第二滿足中間平面重合度大于1 ;第三驗算蝸輪蝸桿的強度。
[0023]本發明
1、充分發揮蝸輪、蝸桿兩者的材料優勢，提高蝸輪蝸桿強度，延長蝸輪蝸桿整體使用壽命(等強度設計)，同時滿足C-EPS用蝸輪蝸桿傳動副傳動效率高、噪音小、摩擦系數小的要求；
2、小壓力角設計，提高蝸輪蝸桿傳動效率；
3、大變位系數設計，減小蝸輪蝸桿整體布局空間尺寸，從而使結構更加緊湊。
[0024]如圖1所示，公式中漸開線上任意一點法向壓力的方向線(即漸開線在該點的法線)和該點速度方向之間的夾角稱為該點的壓力角，cosak=0N/0K=rb/Rk。
【權利要求】
1.C-EPS用蝸輪蝸桿的設計方法，其特征在于: 其一、采用變位系數大于I的蝸輪蝸桿運動副成對設計，其中蝸輪齒厚/蝸桿齒厚彡2 ； 其二、蝸輪蝸桿傳動副壓力角小于20°設計。
2.根據權利要求1所述的C-EPS用蝸輪蝸桿的設計方法，其特征在于:蝸輪采用注塑尼龍材料，蝸桿采用合金鋼材料制造。
【文檔編號】B23F11/00GK104384620SQ201410481658
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月22日 優先權日:2014年9月22日
【發明者】陳陽斌, 李燕云 申請人:東風汽車零部件(集團)有限公司