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三维图
开题报告.doc
设计说明书.doc[18000字，52页]
翻译
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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