EPS蜗轮蜗杆啮合性能有限元分析

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随着电动助力转向系统的应用日益广泛以及汽车用户对驾驶舒适性的要求日益增加,C-EPS系统存在的转向感问题越发不容忽视。研究发现C-EPS系统内对转向感影响最显著的是其减速机构中蜗轮蜗杆传动副的齿间摩擦。若蜗轮蜗杆传递的摩擦力矩过大会使转向手感沉重,同时摩擦力矩的波动过大也会引起转向手感的变化,影响操作的舒适性。因此,开展对EPS蜗轮蜗杆啮合摩擦力矩的研究,有重要的工程应用价值。本文首先建立了带齿隙调整机构的EPS蜗轮蜗杆有限元模型,采用考虑动静摩擦系数转变的指数衰减摩擦模型对摩擦力矩进行了计算,并与实际测试结果进行了对比,验证了模型的有效性。其次,探究了斜齿轮齿面制造误差对摩擦力矩的影响,并基于实测齿面,探究了不同摩擦系数对摩擦力矩的影响。结果表明齿面误差的存在使传动误差增大,同时使摩擦力矩的波动增大;随着摩擦系数的增大,传动误差增大,摩擦力矩及其波动增大。然后,考虑了预紧的变化对摩擦力矩的影响。由于摩擦的存在,塑料轮齿极易发生热变形,因此探究了轮齿变形带来的预紧力降低对摩擦力矩的影响。结果表明,轮齿变形会增加啮合齿数,增大传动误差、啮合刚度及其波动,同时使摩擦力矩均值降低而波动增大。因安装、制造不可避免地会带来中心距误差、偏心误差以及支架刚度误差,而不同的结构预紧方案也会对摩擦力矩带来影响,故相应探究了各类误差和不同的结构预紧参数对摩擦力矩的影响,结果表明对摩擦力矩影响最为显著的是中心距误差,且预紧力的增大会改变啮合齿数,增大接触面积,使传动误差增大,摩擦力矩及其波动增大。最后,考虑到恰当的齿面修形可以有效改善齿轮啮合性能,探究了不同的修形量以及修形曲线对EPS蜗轮蜗杆啮合摩擦力矩的影响。结果表明相较于未修形时,齿面修形虽可降低摩擦力矩波动,但极大可能使齿轮啮合刚度波动以及传动误差增大。
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