方程式赛车转向系统设计（转向系统）（有exb图+三维图）.doc
566 方程式赛车转向系统设计（转向系统）（全套CAD图+说明书+翻译）
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共52页)
编号：835025
类型：共享资源
大小：4.19MB
格式：RAR
上传时间：2016-10-11
上传人：hon****an
认证信息
个人认证
丁**（实名认证）
江苏
IP属地：江苏
25
积分
- 关 键 词：
-
方程式赛车
转向
系统
设计
cad
三维
- 资源描述：
-
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
- 内容简介：
-
4 (2011) 123 1271877 2011 at 00 (2011) 000b, , In to a is to We in By of SN of of is On of to is 2011 or 1. 2 of to of it is to a as +an et (2011) 123 1272 0 (2011) 000000we a is a is to (1) SN be by or 2) of in it is a of ad of a in ad 5 in s of is to in 990s, in as 6. In of At of 8as a to PS 9. in 4, 10. is in to a In a in to is a to on a of of a of 11. is an 1213. As a in of of as a M. Li et 14 to SN as a In PS is in is a A a to On of 25an et (2011) 123 1270 (2011) 000000 3we 1 is up of so as to of An PS as 2. by is as : 1. 2. of is as 3, is a to an be to so as to an In of In a to of If a is by 3 be to in we a in 4 a of to of on of is 26 an et (2011) 123 1274 0 (2011) 000000: : on 3. of 4. A 5. On of It is of of in as : 5. as a a of to be at of of to to of 1. 4. to is a is As we as 27an et (2011) 123 1270 (2011) 000000 5is an to be of by of on to In of we In we a is to On a is to we to 20090460769), 2011 50905063), in E. “ 12008, 3632B. H. “ 3B. X. “A 2008.4J. H. J. F. H. H . “A of of 2011.5H. “A of 2003.6J. B. . “ 52, 2008, 22927I. A. . “ t 2005.8E. B. S. . M. K. “in 010. at:910J. Z. H. . “ 2009, 111121314M. Y. H. J. L. . “ 009, 2009, 2419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（合了虚拟的网络世界和现实世界。如今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。我们简单的回顾了由深度分析了测试平台和件和软件都得到了改进。据这些，概略的提出未来发展方向，以及面临的挑战。信和控制整合现实世界。 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，仍面临挑战为了“这一新兴领域的发展，设计出一通用测试平台 。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。这平台的于验证理论测试新方法，这系统（1）车辆和 被设计，价 低（2）平台能测试大分 ，分 。一 的 网络更。 制和 的 能 的 用法和计算的 过在 的 网络 5一 的大的 。如今，和 地被用。今 的 网络， 们 。在 的能一控制回 一关。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，这些 主 包 拓扑学结构、通信 、 的实施，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， 被美国政府当做一新发展策略。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 在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。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。 子公司的 位和导航。如今，许实际应用 已付诸实施。 2速发展 通（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，城市12。13此外，蛇 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. 4提出了在紧急情况利用无线传 网络基础设施 为户。在这系统 ，主 来于无线传 网络的位置信息， 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。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 的研究，一般及低价们现无线传 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 （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 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 通过无线传网络和和导航。 系统。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 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3 了“ 的运 。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。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，无线传导航的分图3 无人车的导航原理 图4 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。 ，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 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。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 “，我们实时能 。 ， ，如硬件平台，设计方法， 系统的 应速度。此外，无人驾驶车辆出 和靠，这 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。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。在这我们 论无线传 网络和设计通用，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（ 2011国 基础研究基 国 学基 （50905063）， 省 学基 会， 国（鼎支研究。参考料1E. “ 1008, 3632B. H. “3B. X. “A 2008.4J. H. J. F. H. H . “A of of 2011.5H. “A of 2003.6J. B. . “ 52, 2008, 22927I. A. . “ t 2005.8E. B. S. . M. K. “in at:910J. Z. H. . “ 2009, 111121314M. Y. H. J. L. . “ 2009, 2419大学毕业设计（论文）开题报告 （学生填表） 学院： 车辆与动力工程学院 2013 年 4 月 15 日 课题名称 大学生方程式赛车设计（转向系统设计） 学生姓名 专业班级 课题类型 论文 指导教师 职称 课题来源 生产 文献综述 1. 课题研究的背景 大学生方程式赛车活动以院校为单位组织学生参与，赛事组织的目的主要有：一是重点培养学生的设计、制造能力、成本控制能力和团队沟通协作能力，使学生能够尽快适应企业需求，为企业挑选优秀适用人才提供平台； 二是通 过活动创造学术竞争氛围，为院校间提供交流平台，进而推动学科建设的提升； 大赛在提高和检验汽车行业院校学生的综合素质，为汽车工业健康、快速和可持续发展积蓄人才 ,增进产、学、研三方的交流与互动合作等方面具有十分广泛的意义。 机械转向系统主要由转向操作机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。它的作用：保持或者改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。 在赛车中转向系统占有重要的地位。 转向系统是任何车辆都不可或缺的组成部分 ,其设计制造质量的优劣直接关系到车辆的操纵稳定性、安全性等技 术性能。汽车操纵稳定性又被人们称为“高速车辆的生命线”。由此，转向系的设计是如此重要。 通过对转向系的优化设计，来为赛车其他零部件分析优化提供思路，以达到对赛车的结构整体优化。 2. 转向系统的发展历程 汽车转向系统的发展经历了纯机械式转向系统、液压助力转向系统、电动助力转向系统 3 个基本阶段，线控转向系统为其发展趋势。 5 机械式转向系统 机械式的转向系统， 由于产生转动所需要的转矩完全由机械力来提供， 所以为施加足 够的转矩而不得不适用大直径的方向盘， 因此占用了很大的驾驶空间而使转向系统显得很 笨 拙，而且驾驶人员操作起来也比较吃力，故适用范围有很大局限性 6。但是由于其结构 简单、造价低廉、故障率低，目前在一部分转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型 轿车、农用机械上仍有使用。 压助力转向系统 液压助力转向系统于 1953 年通用汽车公司首次使用。 80 年代后期，这一系统进一步 得到优化，出现了变流量泵液压动力转向系统 (和电动液压助力转向 (称 统 7。变流量泵助力 转向系统在汽车处于比较高的行驶速度或者不需要转向的情况下，泵的流量会相应地减 少，从而有利于减少不必要的功耗。电动液压转向系统采用电动机驱动转向泵，由于电机 的转速可调，可以即时关闭，所以也能够起到降低功耗的功效。 液压助力转向系统降低了转向操纵力，从而大大减少了方向盘所占用的驾驶室空间， 同时也使转向系统变得更加灵敏 8。由于该类转向系统技术成熟、能提供大的转向操纵助 力，目前在部分乘用车、大部分商用车特别是重型车辆上广泛应用。但是该系统在系统布 置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面存在不足。 车电动助力转向系统 ( 1988 年由日本铃木公司首次开发出来，此后，电动助力转向技术得到迅速发 展，其应用范围已经从微型轿车向大型轿车和客车方向发展。 电动助力转向系统由转矩传感器、车速传感器、电子控制器、电动机、电磁离合器和 减速机构等组成， 汽车处于起动或者低速行驶状态操作转向时， 转矩传感器不断检测作用 于转向柱扭杆上的扭矩， 并将此信号与车速信号同时输入电子控制器， 处理器对输入信号 进行运算处理，确 定助力扭矩的大小和方向，从而控制电动机的电流和转向，电动机将转 矩传递给牵引前轮转向的横拉杆，最终起到为驾驶人员提供辅助转向力的功效 9；当车速 超过一定的临界值或者出现故障时， 为保持汽车高速时的操控稳定性， 统退出助力 工作模式，转向系统转入手动转向模式。不转向的情况下，电动机不工作。 车线控转向系统 线控转向系统由方向盘模块、 转向执行模块和主控制器 3 个主要部分以及自动防故障 系统、电源等辅助模块组成。它是一种全新概念的转向系统，由于其取消了方向盘与转向 车轮间的机械 连接， 通过软件协调它们之间的运动关系， 可以实现一系列传统转向系统无 法实现的特殊功能。 汽车线控转向系统能够减轻驾驶员的负担、 提高整车主动安全性， 使汽车性能适应更 多非职业驾驶员的需求，对广大消费者有着巨大的吸引力 10。但是由于可靠性要求及制造 成本较高，该系统距离普及仍有一段距离。 3. 赛车转向系统特点概述 转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。 转向系由转向器、转向操纵机构和转向传动机构组成。转向操纵机构 又包括方向盘、转向轴、转向管柱。转向传动机构包括转向摇臂、转向横拉杆、转向节臂。 (1)汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转，任何车轮不应有侧滑。 (2)汽车转向行驶后，在驾驶员松开转向盘的条件下，转向轮能自动返回到直线行驶位置，并稳定行驶。 (3)汽车在任何行驶状态下，转向轮不得产生自振，转向盘没有摆动。 (4)转向传动机构和悬架导向装置共同工作时，由运动不协调使车轮产生的摆动应最小。 (5)保证汽车有较高的机动性，具有迅速和小转弯行驶能力。 (6)同时兼顾操纵轻便性和灵敏性。 (7)转向轮碰撞到障碍物以 后，转给转向盘的反冲力要尽可能小。 (8)转向器和转向传动机构的球头处，有消除因磨损而产生间隙的调整机构。 (9)在车祸中，当转向轴和转向盘由于车架或车身变形而共同后移时，转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。 (10)进行运动校核，保证转向盘和转向轮转动方向一致。 4. 设计思路 本课题在综合考虑众多因素的基础上先从转向系最基本的原理入手，经过对汽车的转向系原理的认真学习，来摸索着设计赛车的转向系。 设计过程中，先是比较各个类型转向系的优缺点，并结合赛车对转向系的一些特殊要求，最后决定采用齿轮齿条式转向系。 因为目前梯形结构的转向系的转角关系较接近理想的转角关系，又鉴于赛车采用独立悬架结构，因此采用断开式梯形结构。 断开点的选择以及内、外转角关系曲线的优化方面，不但要考虑转向本身的需要，同时还要考虑转向与车架的配合，首先断开点应该设在车架的两侧，并且转向 过程中断开点应一直都在车架的外侧，这样便限定了横拉杆的长度，与转向设计有关的主销距 K 由悬架设计时确定，轴距由车架来确定。这样一来，转向系的优化过程中只需优化梯形臂长 m，梯形底角和主销连线到横拉杆的水平距离 h。h 值越大 ，转向越省力，但又考虑到安装的空间问题， h 值不能过大。对梯形臂长 m 和梯形底角的优化时，采用曲线比拟的方法，将实际内、外转角的关系曲线和理想的内、外转角的关系曲线画在同一张图上，比较两个曲线的接近程度，优化出两个变量的最好组合值。 各个杆件的参数变量确定以后，要开始设计转向器，首先，根据最小半径的要求计算出车轮的最大转角，然后综合各种因素确定转向器的传动比，之后根据以上参数确定转向器齿轮齿条的参数。 转向器的结构设计，首先考虑到转向器的结构设计，首先考虑到转向器的安装空间问题，根据空间确定了满足功能的转向器的总体尺寸模型的大小，再在这个模型的基础 上分割出各个零件的尺寸要求，在保证各个功能要求的基础上，设计出转向器的各个部件。 研究目标 运用所学的设计、结构、理论等专业知识和基础知识，通过查找相关资料，熟悉了解现有车型结构，结合自己的构思，设计出符合题目要求的赛车及其零部件，达到提高毕业生综合能力的目的。 论文要求 20000 字左右，绘制平面布置和工艺布局图一张（ 中文摘要300500 字。附英文摘要，计算机打印；外文翻译 10000 字符以上；查询资料 20篇以上，附资料名称。 研究内容 根据大学生方程式赛车的比赛规则及大 学生方程式赛车设计具体参数要求，进行转向系方案分析；转向系主要性能参数确定；转向器机构强度设计；转向梯形机构设计，绘制转向系统装配及零件图 5. 实施计划 研，收集资料。 定方案。 完成零、部件图、总装图设计，并完成机绘图。 写说明书、整理图纸。 评、答辩。 指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日 教研室意见 教研室主任签字： 年 月 日 毕 业 设 计（论 文） 题目 大学生方程式赛车设计 (转向器设计 ) 2013 年 5 月 30 日 I 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 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 用空间机构运动学的原理 ,采用 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 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， 向梯形，运动分析，齿轮齿条 he of a a of In G we of of a by to of of By is G is to of of of or it a we on to a of we of of on of to in we up we is to to 录 第一章 绪 论 . 1 述 . 1 景 . 1 展和现状 . 2 国 展概况 . 2 务和目标 . 3 第二章 转向系设计方案分析 . 4 车转向系概述 . 4 向系的基本构成 . 4 向操纵机构 . 4 向传动机构 . 6 械式转向器方案分析 . 6 轮齿条式转向器 . 6 他形式的转向器 . 8 向器形式的选择 . 9 车转向系统传动比分析 . 9 向梯形机构的分析与选择 . 10 向梯形机构的选择 . 10 开式转向梯形参数的确定 . 10 向系内外轮转角的关系的确定 . 12 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 向器的效率 . 16 向器的正效率 + . 16 向器的逆效率 - . 17 动比的变化特性 . 17 向系传动比 . 17 传动比与转向系角传动比的关系 . 18 向系的角传动比 . 19 向器角传动比及其变化规律 . 19 向器传动副的传动间隙 t . 20 向器传动间隙特性 . 20 何获得传动间隙特性 . 21 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 向系计算载荷的确定 . 23 地转向阻力矩 计算 . 23 用在转向盘上的手力 . 23 向横拉杆直径的确定 . 24 步估算主动齿轮轴的直径 . 24 轮齿条式转向器的设计 . 25 条的设计 . 25 轮的设计 . 25 向横拉杆及其端部的设计 . 25 条调整 . 26 向传动比 . 27 轮轴和齿条的设计计算 . 28 择齿轮材料、热处理方式及计算许用应力 . 28 步确定齿轮的基本参数和主要尺寸 . 29 定齿轮传动主要参数和几何尺寸 . 30 轮齿条转向器转向横拉杆的运动分析 . 31 轮齿条传动受力分析 . 32 轮轴的强度校核 . 32 的受力分析 . 32 断危险剖面 . 33 的弯扭合成强度校核 . 33 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 标函数的建立 . 36 V 计变量与约束条件 . 37 证梯形臂不与车轮上的零部件发生干涉 . 37 证有足够的 齿条行程来实现要求的最大转角 . 38 证有足够大的传动角 . 38 第六章 基于 动仿真的转向梯形设计与优化 . 41 立 维模型 . 41 于 程图模块的转向机动图 . 42 G 模型以及基于 级仿真的零部件校核 . 42 G 装配模型检查干涉问题 . 43 第七章 结论 . 44 参考文献 . 45 致 谢 . 46 1 第一章 绪 论 述 景 事由美国汽车工程师协会（ 称 办。 一个拥有超过 60000 名会员的世界性的工程协会，致力与海、陆、空各类交通工具的发展进步。 一项面对美国汽车工程师学会学生会员组队参与的国际赛事，于 1980 年在美国举办了第一届赛事。比赛的目的是设计、制造一辆小型的高性能赛车。目前美国、欧洲和澳大利亚每年都会定期举办该项赛事。比赛由三个主要部分组成：工程设计、成本以及静态评比；多项单独的性能试验；高性能耐久性测试。 展的初衷是想创立一个小型的道路赛车比赛，而现在已经发展成为一个拥有大约 20 个竞赛因素的大型比赛，参与者包括赛车和 车队。 年轻的工程师们提供了一个参与有意义的综合项目的机会。由参与的学生负责管理整个项目，包括时间节点的安排，做预算以及成本控制、设计、采购设备、材料、部件以及制造和测试。 在传统教室学习中的学生提供了一个现实的工程经历。 员在这个过程中将会经受考验，面对挑战，培养创造性思维和实践能力。出于此项比赛的宗旨，参赛学生们是被一个假象的制造公司雇佣，让他们制造一辆原型车，用于量产前的各项评估。目标市场就是那些会在周末去参加高速穿障比赛（ 非专业车手。因此，这些赛车在加速、制动、和操控性方面要有非常好的表现。它们要造价低廉、便于维修并且足够可靠。另外，这些赛车的市场竞争力会因为一些附加因素，比如美观、舒适性和零件的兼容性而得到提升。制造公司日产能力要达到 4 辆，并且原型车的造价要低于 25,000 美元。对于设计团队来说，挑战在于要在一定的时间和一定的资金限制下，设计和制造出最能满足这些目的的原型车。每一项设计将会与其他的设计一起参与比较和评估从而决出最佳整车。 2 展和现状 从世界范围来看，当今有三个地区有 学生竞赛，即美国、欧洲、澳洲。 70 年代中期，几个美国大学开始主办当地的学生设计竞赛赛车。 名称沿袭了著名的墨西哥 000 汽车比赛。第一届 赛于 1976 年举办，并且迅速成为一个地区性的年度比赛。比赛由三个评判标准组成，即一天的静态比赛 设计、成本、陈述 接着一天是各自的性能竞赛 2 项目。 赛重点强调了地盘的设计，因为每个队伍都使用一个 8 匹马力的引擎，这一点无法改变。在过去的 20 多年里， 成功超乎了每个人的预期。在 成功获得各界认同的同时， 合美国三大汽车公司开始推广一项技术水平更高的工程类学生竞赛，这就是 比 着许多进步和发展，引擎的限制也已经大大放宽，允许参赛车队使用 610下的发动机，这极大地提升了赛车的性能表现。 在发达国家，很多高校已经从事 过 20 年时间，拥有大量资金和试验基础的情况下，他们的作品已经基本达到了专业水平，最高 时速可达到甚至超过 200km/h， 0 到 100km/h 加速时间一般都在 内。 从原先在 赛中的 8动机到现今 已经超过 100大功率发动机， 多方面都取得了惊人的成绩，并且该项比赛一直保持了发展的态势。 国 展概况 外国该类项目起步较早，经验较丰富，而国内才刚刚起步，只有同济大学、湖南大学等极少数的知名院校参加过此类赛事，具有参赛经验。其中湖南大学已经两次赴美国参赛，已有两代车型。其中第二 代比第一代质量轻了许多，悬架采用了阻尼可调的减震器，增加了前后横向稳定杆，增加了悬架刚度和侧倾刚度；转向梯形转至座舱顶部，改善座舱内部空间，并减小最小转弯半径是赛车更加灵活；制动方面使用双制动总泵和平衡杆结构，是赛车前后轴制动力分配比例可调，以适应不同的路面情况；车身造型方面保证空气动力学要求的同时，使赛车更加美观，添加两侧冷却风气道，改善冷却系统。厦门理工车队的车在北美获得 “燃油经济性 ”和 “新秀奖 ”两个单项亚军。 3 他们的赛车进行过发动机进气系统改进设计及流场特性分析、 车进气系统改进设计、 车悬架安装座三维定位尺寸算法与 析、车悬架仿真分析及操纵稳定性虚拟试验、基于有限元的 车车架的强度及刚度计算与分析等分析设计。 仔细分析湖大转向系采用齿轮齿条式转向器横置在赛车上，经齿条两端的球头与左右横拉杆连接，当齿条移动时推动或拉动横拉杆，是转向轮偏转，实现转向。他的转向器上还没有设置齿轮齿条游隙调节机构，齿轮齿条磨损后会严重影响转向性能。并且湖大的转向系设计中只进行了运动学分析，而没有涉及到动力学，转向系刚度对系统优化的影响也没有考虑，在赛车车身侧倾转向时还不满足阿克曼转向理论 ，与国际赛车还存在较大差距。我们此次设计旨在设计出结构更合理，转向性能更好的赛车转向系统，以缩小与外国车队的差距。 务和目标 任务和目标主要分成两个部分： 1、 设计一个达到一定性能并符合 赛相关规定的方程式赛车的专项系统。 2、 立足国内的采购条件以及目前项目可以达到的加工条件，通过购买可以通用的部件、改装符合条件的通用部件以及制造所有其他部件，完成赛车转向系统的制造、装配和调试。 在这个过程中必须兼顾成本、性能和可靠性三个方面。 4 第二章 转向系设计方案分析 车转向系概述 赛 车转向系统是关系到赛车性能的主要系统，它是用来保持或者改变赛车行驶方向的机构，在赛车行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。 我们转向系统设计的主要任务是：学习大学生方程式赛车规则，根据相关车型的国内外资料，以及一些相关调查和报告，对设计任务进行分析研究，形成具体的技术方案，完成转向系各主要方面的设想，为进一步具体设计计算提供依据。如所设计的汽车具有什么样的性能，采用何种形式的转向器，何种形式的转向梯形，怎么布置转向系的各部件，采用什么新结构、新技术，以及为满足各方面的要求需要采取什么措施等，从而保证所设 计的汽车不仅在预定的使用条件下具有良好的使用性能、重量轻、寿命长、结构简单、使用方便、经济性好等，综合指标方面上要不断缩小与世界先进水平的差距。 向系的基本构成 图 2向系统的组成 1、转向器 2、转向摇臂 3、转向直拉杆 4、转向节臂 5、转向梯形 6、转向横拉杆 向操纵机构 5 转向操纵机构包括转向盘、转向轴、转向管柱。其总体设计如图 2示。 图 2向操纵机构 图 2向万向节 有时为了布置方便，减小由于装置位置误差及不见相对 运动所引起的附加载荷，提高汽车正面碰撞的安全性以及便于拆装，在转向轴与转向器的输入端之间安装有转向万向节，如上图 2示。采用柔性万向节可减少传至传动轴的振动，但柔性万向节如果过软，则会影响转向系的刚度。 根据交通事故统计资料和对汽车碰撞试验结果的分析表明：汽车正面碰撞时，转向盘、转向管柱是使驾驶员受伤的主要元件。因此，要求汽车在以48km/h 的速度、正面同其他物体碰撞的试验中，转向管柱和转向轴在水平方向上的后移量不得大于 127台架试验中，s 的速度碰撞转向盘时，作用在转 向盘上的水平力不得超过 1123N，见998。为此，需在转向系中设计并安装能防止或者减轻驾驶员受伤的机构。 图 2伤机构 图 2向传动机构 本文所采用的机构如上左图 2，当转向传动轴中采用万向节连接时，只要布置合理即可在汽车正面碰撞时防止转向轴等向乘客舱或驾驶室内移 6 动，这种结构虽然不能吸收碰撞能量，但其结构简单，只要万向节连接的两轴之间存在夹角正面碰撞后转向传动轴和转向盘就会错位，转向盘没有后移便不会危及驾驶员安全。转向轴上设置有万向 节不仅能提高安全性，而且有利于使转向盘和转向器在汽车上得到合理布置，提高操纵方便性并且拆装容易。 向传动机构 转向传动机构包括转向摇臂、转向纵拉杆、转向节臂、转向梯形臂以及转向横拉杆等。转向传动机构用于把转向器输出的力和运动传给左、右转向节并使左、右转向轮按一定关系进行偏转。 由于我们赛车采用齿轮齿条式转向器， 并且转向齿条横向布置，因此该车转向传动机构非常简单紧凑，不需要转向摇臂和转向拉杆。转向传动机构即为横拉杆及相应接头，其结构如上右图 2示。 械式转向器方案分析 轮齿条式转向器 图 2动消除间隙装置 齿轮齿条式转向器由与转向轴做成一体的转向齿轮和常与转向横拉杆做成一体的齿条组成。与其他形式的转向器比较，齿轮齿条式转向器最主要的优点是：结构简单、紧凑；壳体采用铝合金或镁合金压铸而成，转向器的 7 质量比较小；传动效率高达 90%；齿轮与齿条之间因磨损出现间隙以后，利用装在齿条背部、靠近主动小齿轮处的压紧力可以调节的弹簧，能自动消除齿间间隙（如图 2示），这不仅可以提高转向系统的刚度，还可以防止 冲击和噪声；转向器体积小； 1没有转向摇臂和直拉杆，所以转 向轮转角可以增大；制造成本低。 齿轮齿条式转向器的主要缺点是：因逆效率高（ 60% 70%），汽车在不平路面上行驶时，发生在转向轮与路面之间冲击力的大部分能传至转向盘，称之为反冲。反冲现象会使驾驶员精神紧张，并难以准确控制汽车行驶方向，转向盘突然转动又会照成打手，同时对驾驶员造成伤害。 1根据输入齿轮位置和输出特点不同，齿轮齿条式转向器有四种形式：中间输入，两端输出（图 a）；侧面输入，两端输出（图 b）；侧面输入，中间输出（图 c）；侧面输入，一端输出（图 d）。 2轮齿条式转向器的四种形式 根据齿轮齿条式转向器和转向梯形相对前轴位置的不同，齿轮齿条是转向器在汽车上有四种布置形式：转向器位于前轴后方，后置梯形；转向器位于前轴后方，前置梯形；转向器位于前轴前方，后置梯形；转向器位于前轴前方，前置梯形，如图 2示。 8 图 2轮齿条式转向器的四种布置形式 他形式的转向器 其他形式的转向器主要还有循环球式转向器、蜗杆滚轮式转向器、蜗杆指销式等形式的转向器。 循环球式转向器由螺杆和螺母共同形成的螺旋槽内装钢球构成的传动副，以及螺母上齿条与摇臂轴上齿扇构成的传动副组成，如图 2示。 循环球式转向器的优点是：在螺杆和螺母之间因为有可以循环流动的钢球，将滑动摩擦转变为滚动摩擦，因而传动效率可达到 75%85%；在结构和工艺上采取措施后，包括提高制造精度，改善工作表面的粗糙度和螺杆、螺母上的螺旋槽经淬火和磨削加工，使之有足够的硬度和耐磨损性能，可保证有足够的使用寿命；转向器的传动比可以变化；工作可靠平稳。 循环球式转向器的缺点是：逆效率高，结构复杂，制造困难，制造进度要求高。 9 图 2环球式转向器 向器形式的选择 由上述分析综合考虑学校的实际情况，比如考虑到我 们的加工精度等因素，我们选择了齿轮齿条是转向器。 车转向系统传动比分析 由于赛车比赛比较激烈，方向盘转角与商用车相差较大，一般汽车方向盘转角一般大于三圈，而 车方向盘转角都比较小，考虑到我们赛车的整体参数与卡丁车比较相似，我们参考卡丁车初选转向系角传动比为 1:1，方向盘转 40 度，转向内轮转 40 度。 赛车静止状态与转向系有关的力如图 2 2示。 图 2虑主销后倾角时受力 21*%47* 式中 ：赛道阻尼系数 G：赛车质量 s * 轮r 图 2考虑主销内倾时受力 10 考虑到本次设计赛车主销内倾角后倾角均为零。 考虑到方向盘上的力 大，在减小方向盘力的同时，考虑到传动比太小转向灵敏度太高，不适于赛车手操作，故将传动比改为 向盘转 110 度，内轮转 30 度。 按选定传动比再次计算方向盘力为 60N，满足要求。 图 2虑主销后倾角是受力 图 2虑主销内倾时受力 向梯形机构的分 析与选择 向梯形机构的选择 转向梯形有整体式和断开式两种，选择整体式或断开式转向梯形方案与悬架采用何种方案有关。无论采用那一种方案，都必须正确选择转向梯形参数，做到汽车转弯时，保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶，使在不同圆周上运动的车轮，作无滑动的纯滚动运动。同时，为达到总体布置要求的最小转弯直径值，转向轮应有足够大的转角。 由于我们赛车采用的是独立悬架，所以转向梯形需采用与此对应的断开式转向梯形，其主要优点是它与前轮采用独立悬架相配合，能够保证一侧车轮上、下跳动时，不会影响另一侧车轮。 开式转向梯形参数的确定 横拉杆上断开点的位置与独立悬架形式有关。采用双横臂独立悬架时，常用图解法（基于三心定理）确定断开点的位置。求法如 211 图 2开点的确定 1、 延长 于立柱 瞬心 P 点，由 P 点作直线 点为转向节臂球销中心在悬架杆件（双横臂）所在平面上的投影。当悬架摇臂的轴线斜置时，应以垂直于摇臂轴的平面作为当量平面进行投影和运动分析 ; 2、 延长直线 于 ，连 线 ; 3、 连接 S 和 B 点，延长直线 4、 作直线 直线 夹角等于直线 S 点低于 A 点时， 应低于 ; 5、 延长 交于 D 点，此 D 点便是横拉杆铰接点（断开点）的理想位置。 以上是在前轮没有转向的情况下，确定断开点 D 的位置的方法。此外，还要对车轮向左转和向右转的几种不同工况惊进行校核。图解方法同上，但S 点的位置变了；当车轮转向时，可以认为 S 点沿垂直于主销中心线 平面上画弧（不计主销后倾角）。如果这种方法所得到的横拉杆长度在不同转角下都相同或十分接近，则不仅在汽车直线行驶是，而且在转向时， 车轮的跳动都不会对转向产生影响。双横臂互相平行的悬架能满足此要求，如图2c 所示。 2 12 向系内外轮转角的关系的确定 齿轮齿条式转向系的结构如图 2示，转向轴 1 的末端与转向器的齿轮轴 2 直接相连或通过万向节轴相连，齿轮 2 与装于同一壳体的齿条 3 啮合，外壳则固定于车身或车架上。齿条通过两端的球铰接头与两根分开的横拉杆 4、 7 相连，两横拉杆又通过球头销与左右车轮上的梯形臂 5、 6 相连。因此，齿条 3 既是转向器的传动件又是转向梯形机构中三段式横拉杆的一部分。 图 2向系统结构简图 1、转向轴 2、齿轮 3、齿条 4、左横拉杆 5、左梯形臂 6、右梯形臂 7、右横拉杆 我们的齿轮齿条式转向器布置在前轴后方，安装时，齿条轴线与汽车纵向对称轴垂直，而且当转向器处于中立位置时，齿条两端球铰中心应对称的处于汽车纵向对称轴的两侧。 我们赛车，轴距 L、主销后倾角 以及左右两主销轴线延长线与地面交点之间的距离 K，齿条两端球铰中心距 M，梯形底角 ，梯形臂长 及齿条 轴 线到梯形底边的安装距离 h。则横拉杆长度 由下式计算 21212 )s co 转动转向盘时，齿条便向左或向右移动，使左右两边的杆系产生不同 而使左右车轮分别获得一个转角。以汽车左转弯为例，此时右轮为外轮，外轮一侧的杆系运动如图 2示。设齿条向右移动某一行程 S， 13 通过右横拉杆推动右梯形臂，使之转角o。 取梯形右底角顶点 O 为坐标原点， X、 Y 轴方向如图 2 所示，则可导出齿条行程 S 与外轮转角o的关系： 2)s i n()c 21221 （ 2 图 2轮一侧杆系运动情况 图 2轮一侧杆系运动情 另外，由图 2知： o 而 2 2112221212ar cc o s 221 )2( 221222221)2(2)2(a r c s i n)22(r c t 2 而内轮一侧的运动则如图 2示，齿条右移了相同的行程 S，通过左横拉杆拉动右梯形臂转过 i，取梯形左底角顶点 坐标原点， X、 Y 轴方向如 2示，则同样可导出齿条行程 S 与内轮转角 i 的关系，即： 14 2)s i n()c 21221 (2221222221)2(2)2(a r c s i n)22(r c t (2因此，利用公式（ 2可求出对应于任一外轮转角 0 的齿条行程 S，再将 S 代人公式（ 2可求出相应的内轮转角 i。把公式（ 2（ 2合起来便可将 i 表示为 0 的函数，记作： )( 0 反之，也可利用公式（ 2出对应任一内轮转角 i 的齿条行程 S，再将 S 代入公式（ 2可求出相应的外轮转角 0 。将公式（ 2（ 2合起来可将 0 表示为 i 的函数，记作： )(0 通过计算得： r c t 2212211222212212121221)s i n ()c o s (2)s i n ()c o s (a r c c o s)s i n ()c o s (2(22外轮转角关系曲线部分程序 i=1:50 80 (1/1200/1650) i,1)=2R i,2)=2R 2R ,1),2) 0 30 0 30) ) 15 ) on r=66*80 h=50 k=1100 M=730 0 (2r)2+(L1*r)2)2R=80 i=1:50 2R ,1),2) 0 30 0 30) ) ) 图 2制的内外论转角关系曲线 16 第三章 转向系主要性能参数 向器的效率 功率 转向轴输入，经转向摇臂轴输出所求得的效率称为正效率，用符号 +表示， +=(2) 之称为逆效率，用符号 - =(2) 中， 转向器中的摩擦功率； 作用在转向摇臂轴上的功率。为了保证转向时驾驶员转动转向盘轻便，要求正效率高。为了保证汽车转向后转向轮和转向盘能自动返回到直线行驶位置，又需要有一定的逆效率。为了减轻在不平路面上行驶时驾驶员的疲劳，车轮与 路面之间的作用力传至转向盘上要尽可能小，防止打手又要求此逆效率尽可能低。 向器的正效率 + 影响转向器正效率的因素有：转向器的类型、结构特点、结构参数和制造质量等。 1、 转向器类型、结构特点与效率 在前述四种转向器中，齿轮齿条式、循环球式转向器的正效率比较高，而蜗杆指销式特别是固定销和蜗杆滚轮式转向器的正效率要明显的低些。 同一类型转向器，因结构不同效率也不一样。如蜗杆滚轮式转向器的滚轮与支持轴之间的轴承可以选用滚针轴承、圆锥滚子轴承和球轴承等三种结构之一。第一种结构除滚轮与滚针之间 有摩擦损失外，滚轮侧翼与垫片之间还存在滑动摩擦损失，故这种转向器的效率 有 54。另外两种结构的转向器效率，根据试验结果分别为 70和 75。 转向摇臂轴轴承的形式对效率也有影响，用滚针轴承比用滑动轴承可使正或逆效率提高约 10。 2、 转向器的结构参数与效率 如果忽略轴承和其它地方的摩擦损失，只考虑啮合副的摩擦损失，对于蜗杆和螺杆类转向器，其效率可用下式计算 )0 （ 3 式中， 或螺杆 )的螺线导程角； 为摩擦角， =f 为摩擦因 17 数。 向器的逆效率 - 根据逆效率大小不同，转向器又有可逆式、极限可逆式和不可逆式之分。 路面作用在车轮上的力，经过转向系可大部分传递到转向盘，这种逆效率较高的转向器属于可逆式。它能保证转向后，转向轮和转向盘自动回正。这既减轻了驾驶员的疲劳，又提高了行驶安全性。但是，在不平路面上行驶时，车轮受到的冲击力，能大部分传至转向盘，造成驾驶员 “打手 ”，使之精神状态紧张，如果长时间在不平路面上行驶，易使驾驶员疲劳，影响安 全驾驶。属于可逆式的转向器有齿轮齿条式和循环球式转向器。 不可逆式转向器，是指车轮受到的冲击力不能传到转向盘的转向器。该冲击力由转向传动机构的零件承受，因而这些零件容易损坏。同时，它既不能保证车轮自动回正，驾驶员又缺乏路面感觉；因此，现代汽车不采用这种转向器。 极限可逆式转向器介于上述两者之间。在
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
|
2:不支持迅雷下载,请使用浏览器下载
3:不支持QQ浏览器下载,请用其他浏览器
4:下载后的文档和图纸-无水印
5:文档经过压缩，下载后原文更清晰
|
川公网安备: 51019002004831号