尹爱霞

(安徽江淮汽车集团股份有限公司 技术中心， 合肥 230601)

近年来，电动助力转向系统(EPS)在各车型中的应用已越来越广泛，尤其C-EPS(助力电机在转向管柱上)的装车量飞速上升，覆盖了大多数轿车及中小型SUV市场[1]。相对液压助力转向系统(HPS)，EPS具有节约能源以及综合操控性能更好的优点[2]。但由于C-EPS转向系统管柱内部集成的零部件数量较多，结构较复杂，因此，对自身及其安装支架的强度要求更严格。本文通过对转向管柱内部结构及受力情况分析分解，结合HyperMesh分析软件，总结出一种C-EPS转向管柱及其安装支架的强度分析方法，为设计提供依据。

1 转向管柱内部受力情况剖析

1.1 转向管柱关键结构分析

由于电机输出的扭矩不足以直接驱动转向轴，需要设计减速增扭机构将电机的助力放大以驱动管柱输出轴，C-EPS系统常用的减速机构是蜗轮蜗杆结构[3]。

电机通过联轴器带动蜗杆转动，经过蜗轮蜗杆啮合并减速增扭，将助力扭矩传递给输出轴，蜗轮蜗杆受到的力通过各自轴承作用到减速机构壳体上，再经壳体传递给管梁及其安装支架[4]，C-EPS结构如图1所示。

图1 C-EPS结构图

1.2 蜗轮蜗杆受力分析

进行蜗杆传动受力分析时，通常不考虑摩擦力的影响[5]。该车型蜗杆右旋，蜗杆主动，蜗轮从动。作用于蜗轮蜗杆啮合点的力可分解为3个互相垂直的分力，即圆周力Ft，径向力Fr和轴向力Fa，如图2所示。

图2 蜗轮蜗杆受力图

根据以下公式可计算出蜗轮蜗杆分力大小：

Ft2=2·T2/D2=8/0.014 619=547.2 N

Fa2=Ft2/tanγ=547.2/tan 14.5=1 503 N

Fr2=Fa2·tanαt=Fa2·tanαn/cosγ=

1 503·tan 14.5/cos 20=414 N

Ft1=Fa2=1 503 N；Fa1=Ft2=547.2 N；Fr1=Fr2=414 N

其中，电机额定扭矩T2=4 N·m，蜗杆分度圆直径D2=14.619 mm，蜗杆导程角γ=14.5°，蜗杆压力角αn=20°。……