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方程式赛车转向系统设计【优秀含2张CAD图纸+汽车车辆全套毕业设计】

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方程式赛车 转向 系统 设计 优秀 优良 cad 图纸 汽车 车辆 全套 毕业设计
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设计说明书.doc[18000字,52页]

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方程式赛车转向系统设计(转向系统)

摘 要

赛车转向系的设计对赛车转向行驶性能、操纵稳定性等性能都有较大影响。在赛车转向系设计过程中首先通过转向系统受力计算和UG草图功能进行运动分析,确定转向系的传动比,确定了方向盘转角输入与轮胎转角输出之间的角传动比为3.67;运用空间机构运动学的原理,采用Matlab软件编制转向梯形断开点的通用优化计算程序,确定汽车转向梯形断开点的最佳位置,从而将悬架导向机构与转向杆系的运动干涉减至最小;然后采用UG运动分析的方法,分析转向系在转向时的运动,求解内外轮转角、拉杆与转向器及转向节臂的传动角、转向器的行程的对应关系,为转向梯形设计及优化提供数据依据。

完成结构设计与优化后我们对转向纵拉杆与横拉杆计算球铰的强度与耐磨性校核以及对一些易断的杆件进行了校核计算,确保赛车有足够的强度与寿命。完成了对转向轻便性的计算,我们计算了转向轮的转向力矩M转,转向盘上作用力p手以及转向盘回转总圈数n,以确认是否达到赛车规则中所规定的要求以及转向的灵活性与轻便性。最后我们建立三维模型数据进行预装配,在软件上检查我们设计的转向系是否存在干涉等现象以及检查我们的转向系是否满足我们的设计要求,对我们的设计进行改进。

关键词:赛车,转向,UG,转向梯形,运动分析,齿轮齿条


The design of Formula front and rear suspension and steering system (steering system)

ABSTRACT

Steering System Design of a car has a significant impact of driving performance, steering stability. In the car design process, first through the steering force calculations and the UG kinetic analysis we determine the ratio of steering system, the relationship between the wheel angle input and output; The principles of spatial mechanism kinetics and a related optimization program by using Matlab are applied to the calculation of the spatial motion of the ackerman steering linkage. By using the method,the interference between suspension guiding mechanism and steering linkage is minimized; then UG kinetic analysis is used to analysis the motion of steering system when turning and calculating the corresponding relation between the turning angle of inside and outside wheels, the transmission angle of steering linkage and steering box or steering linkage and track-rod, and steering box stroke. And it provides a theoretical basis for designing and optimizing the steering trapezoidal mechanism.

After the work we calculate the ball joints tie rod strength and wear resistance, and some calculations was made on some dangerous bars, to ensure the car has enough strength and life. After carrying out a complete calculation of the portability, we calculate the  torque of the wheel, the force of steering wheel on the hands and the total number of turns , to meet the requirements in the car rules. Finally, we set up pre-assembled three-dimensional model data, checking the steering we designed whether there is interference phenomena and to examine whether our steering meet our design requirements, to improve our design.

KEY WORDS:FSAE,UG, steering trapezoid, motion analysis, rack and pinion

目 录

第一章 绪 论1

§1.1 Formula SAE 概述1

§1.1.1 背景1

§1.1.2 发展和现状2

§1.2 中国FSAE发展概况2

§1.3 任务和目标3

第二章 转向系设计方案分析4

§2.1 赛车转向系概述4

§2.2 转向系的基本构成4

§2.3 转向操纵机构4

§2.4 转向传动机构6

§2.5 机械式转向器方案分析6

§2.5.1 齿轮齿条式转向器6

§2.5.2 其他形式的转向器8

§2.5.3 转向器形式的选择9

§2.6 赛车转向系统传动比分析9

§2.7 转向梯形机构的分析与选择10

§2.7.1 转向梯形机构的选择10

§2.7.2 断开式转向梯形参数的确定10

§2.7.3 转向系内外轮转角的关系的确定12

§2.7.4 MATLAB内外轮转角关系曲线部分程序14

第三章 转向系主要性能参数16

§3.1 转向器的效率16

§3.1.1 转向器的正效率η+16

§3.1.2 转向器的逆效率η-17

§3.2 传动比的变化特性17

§3.2.1 转向系传动比17

§3.2.2 力传动比与转向系角传动比的关系18

§3.2.3 转向系的角传动比19

§3.2.4 转向器角传动比及其变化规律19

§3.3 转向器传动副的传动间隙Δt20

§3.3.1 转向器传动间隙特性20

§3.3.2如何获得传动间隙特性21

§3.4 转向系传动比的确定22

第四章 齿轮齿条式转向器设计与计算23

§4.1 转向系计算载荷的确定23

§4.1.1 原地转向阻力矩MR的计算23

§4.1.2 作用在转向盘上的手力Fh23

§4.1.3转向横拉杆直径的确定24

§4.1.4初步估算主动齿轮轴的直径24

§4.2 齿轮齿条式转向器的设计25

§4.2.1 齿条的设计25

§4.2.2 齿轮的设计25

§4.2.3 转向横拉杆及其端部的设计25

§4.2.4齿条调整26

§4.2.5转向传动比27

§4.3 齿轮轴和齿条的设计计算28

§4.3.1 选择齿轮材料、热处理方式及计算许用应力28

§4.3.2 初步确定齿轮的基本参数和主要尺寸29

§4.3.3确定齿轮传动主要参数和几何尺寸30

§4.4 齿轮齿条转向器转向横拉杆的运动分析31

§4.5 齿轮齿条传动受力分析32

§4.6 齿轮轴的强度校核32

§4.6.1轴的受力分析32

§4.6.2判断危险剖面33

§4.6.3轴的弯扭合成强度校核33

§4.6.4轴的疲劳强度安全系数校核33

第五章 转向梯形的优化设计36

§5.1 目标函数的建立36

§5.2 设计变量与约束条件37

§5.2.1 保证梯形臂不与车轮上的零部件发生干涉37

§5.2.2保证有足够的齿条行程来实现要求的最大转角38

§5.2.3保证有足够大的传动角α38

第六章 基于UG运动仿真的转向梯形设计与优化41

§6.1 建立UG三维模型41

§6.2 基于UG工程图模块的转向机动图42

§6.3 UG模型以及基于UG高级仿真的零部件校核42

§6.4 UG装配模型检查干涉问题43

第七章 结论45

参考文献46

致 谢47

参考文献

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[2] 王望予.汽车设计(第三版). 北京:机械工业出版社,2000

[3] 陈家瑞.汽车构造(下册). 北京:机械工业出版社,2005

[4] 张文春.汽车理论 北京:机械工业出版社,2005

[5] 王文斌.机械设计手册(新版). 北京:机械工业出版社,2004

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[21] David Tremayne. The Science of Formula1 Design,2004


内容简介:
通用网络现实系统测试平台:无线传感器导航的无人驾驶汽车摘要网络现实系统(CPSs)整合了虚拟的网络世界和现实世界。如今CPSs在应用和理论方面仍面临巨大的挑战。为了更好地促进这一新兴领域的发展,一种低价的,利用无线网络行驶的智能车辆实验平台被设计出来用以验证相关方法和理论。我们简单的回顾了CPSs,WSNs和无人驾驶车辆的研究历程,藉由深度分析了测试平台和WSNs航行原则,硬件和软件都得到了改进。实验表明行驶精度高于0.67m。根据这些,概略的提出未来发展方向,以及面临的挑战。1.介绍CPSs系统通过计算、通信和控制整合现实世界。CPSs系统应用于包 和 , , 通 , 进 车系统,程 控制,能 , 表 , 控制, 系统,制 ,控制 程,人 智能, 系统以及通信 方面。 这一领域的应用 人,仍面临currency1的挑战为了“这一新兴领域的发展,设计出一通用测试平台 fifl 的。以无线网络行驶车辆为,我们设计了软件和硬件, 一台低价的智能车辆。这平台的CPSs系统,于验证理论测试新方法,这系统fi”大(1)车辆和 WSNs 被设计,价 低(2)平台能测试大分 ,分 fi表。2.WSNs和CPSsWSNs一 的 网络更fi 。 制和 的 能 的 用法和计算的 过在 的 网络 5-7 一 的大的 。如今,WSNs 在和 地被用。CPSs 今 的 网络, 们 WSNs 更 。在 CPSs , 的能一控制回 一关。WSNs 出现于90 ,在诸如军事目标的和侦测,灾害的预警 学,危险环境探测,地震预警 领域。在这些应用 ,都 即时系统如今,许领域的应用已熟,但仍面临currency1 ,这些 主 包 拓扑学结构、通信 、 的实施,fi 池容 、 能 、能 回收、靠的通信和服务,质 数据处理,及其方面 8。近几 来, CPSs 已被美国政府当做一新发展策略。CPSs 研究程 的目标将深深地整合现实的和网络设计。一些研究员在 CPSweek 和在CPSs主 9 上的国际的会 上从相关的研究学会和大学讨论对相关的观念、技术、应用提出挑战。nts3.无人 车在近 ,智能 车已为一人的领域,更的来世界各地的关注。在这些无人驾驶的车辆,视觉导航系统 起重 的 用检测的 理环境。 GPS和其一些传 子公司的 位和导航。如今,许实际应用 已付诸实施。 2getthere人速发展 通(PRT)提供 ,按需马 停蹄的 通运输方 。该系统由一些 的 车辆构11。同样,ParkShuttle的旅客捷运系统连接”城市12。13此外,蛇 RobuRide系统无人驾驶车辆为一整体,无人车辆现在 能推 用,因为一些技术上的局 。M. Li14提出了在紧急情况利用无线传 网络基础设施 为CPS用于航行内用户。在这系统 ,主 来于无线传 网络的位置信息, GPS和观测系统提供配套基准面。这种 下的无线传 网络导航和上段提出的方法 同无人驾驶车辆集智能道 ,一 的征。4.CPSs一无人驾驶车辆导航与无线传 网络图1 测试平台结构图 图2 无线传感器智能车辆4.1平台架构对于大数的研究,一般及低价CPSs测试平台进行理论和实际的实验。我们现fi的技术,如无线传 网络,嵌入 系统和软件设计的基础上,进行了分析和讨论了拟 的测试平台,从以下三方面平台架构,导航原理和高速公 的应用,这其 就包 许挑战。图1 了测试平台架构,这主 由无线传 网络和无人驾驶车辆。许传 (如IEEE802.15.4/ZigBee),其构 无线网络 重。与传 连接无人驾驶车辆基准无线传 网络和进一 处理的信息,以 车辆的 。一无人驾驶车辆包 GPS和视觉系统,视觉系统, 位系统, 体主 为 位, 无人驾驶车辆主 于无线传 网络实现导航。图 无线传 的”智能车辆。 2。 无人驾驶车辆无视觉系统 通过无线传网络和GPS 位和导航。 Linux平台的 系统。4.2 导航原理无人驾驶车辆的导航原理 的。如图3 ,这制 的车辆 的无线传 网络。通过无线传 网络导航,无人驾驶车辆以 地方的平nts 表面上。 设从起到 的无人驾驶车辆 。实验, 的位置信息应该被发 到无人驾驶车辆进行 , 一 的 。在运行的过程 无线传 实时 无人驾驶车辆与无线传 网络的数据。以这种方 ,用 到一合理的 。据无人驾驶车辆的当位置,无线传 通信 合。如一传 出,即重新配置无线传 网络重和。图 的currency1线。 3 了“ 的运 。4.3 应用集智能道 无人驾驶车辆无线传 网络,嵌入 系统, 的发展,一些新的 方,以应用到无人驾驶车辆。fi用 fl提出的测试平台,我们 在运行一程 ,图4出的情况下公 ” 许无线传 的无线传 网络,提供导航通过相关信息的 和处理。测试平台的 ,无线传 导航的分于无线传 网络的 位精度、实时能、控制算法。实验结表明,无线传导航的分于0.67。图3 无人车的导航原理 图4 集成智能道路的无人驾驶车辆5.从 同的度研究研究从 同的度 于图 5这平台的基础上,如系统 分配,能 控制, 控制,传输和理 方面,基于 的软件设计,系统 ,控制技术 进行测试和验证。”合大数的相关研究人员。在过的 ,许研究都于无线传 网络。大 已 在这一领域。 ,CPSs”将虚拟的网络世界与“实的 理世界结合的出,为”入了许新的挑战如实时能,和控制方法。图5 从不同角度研究nts6.挑战CPSs一 的新领域,需 各种 ,在 同的体系结构和系统设计从 同的度,来 发,于连接的 理和网络世界1。 CPSs”的挑战,了上提到的挑战, 包 ,基于 的 发,控制系统和合系统,传 网络和 网络,用,靠, 方面fi 验证4。高能无人驾驶 车仍面临一些关 。此外,如 实现新的方法和理论, 一关 的挑战。车辆的速度与系统的能 相关。速度的 “,我们fl 实时能 。 ,fi许因 ,如硬件平台,设计方法, 系统的 应速度。此外,无人驾驶车辆fl 出 和靠,这 CPSs更 的。因此,应 一 新的方法,以证系统的 ,无人驾驶车辆导航与无线传 网络的应用一 在进行通过 样 的测试。7.结论CPSs在过的几 ,这一新兴领域已了 的利 ,将 为未来的 速发展。 速发展,我们仍面临新的 和 的挑战。在这fl ,我们 论无线传 网络和CPSs系统, 设计通用,低价的测试平台。该平台包 无线传 网络的智能导航车辆,这被 应用于测试和验证相关理论。在此基础上,一 的应用程 ,集智能道 无人驾驶车辆,出 好的应用。 ,我们 结几研究 , 更深入的研究这一领域。 国 学基 (20090460769), 大学, 理 大学( 2011ZM0070),国 基础研究基 国 学基 (50905063), 省 学基 会, 国(S2011010001155)的鼎支研究。nts参考料1E. Lee, “Syber Physical Systems: Deisgn Challenges,” In Proc. of 11th IEEE Intl Symposium on Object Oriented Real-timeDistributed Computing, May 2008, pp. 363-369.2B. H. Krogh, “Cyber Physical Systems: The need for new models and design paradigms,” Presentation Report, CarnegieMellon University.3B. X. Huang, “Cyber Physical Systems: A survey,” Presentation Report, Jun. 2008.4J. H. Shi, J. F. Wan, H. H Yan and H. Suo, “A survey of cyber-physical systems,” in Proc. of the Int. Conf. on WirelessCommunications and Signal Processing, November 9-11, 2011.5H. Karl and A.Willig, “A short survey of wireless sensor networks,” Technical Reports, Berlin, Oct. 2003.6J. Yick, B. Mukherjee, and D. Ghosal, “Wireless sensor network survey,” Computer Networks, vol. 52, 2008, pp. 2292-2330.7I. Khemapech, A. Miller, and I. Duncan, “Simulating wireless sensor networks,” Technical Reports, School of ComputerScience, University of St Andrews, 2005.8E. B. S. Kaler and E. M. K. Kaler, “Challenges in wireless sensor networks,” In Proc. of ISCET 2010. Available at:www.rimtengg. com/iscet/proceedings/pdfs/misc/176.pdf.9Available at: /.10J. Z. Li, H. Gao, and B. Yu, “Concepts, features, challenges, and research progresses of CPSs,” Development Report ofChina Computer Science, 2009, pp. 1-17.11Available at: http:/www.2getthere.eu/Personal_Transit/.12Available at: http:/connectedcities.eu
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