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说明书1份，共52页，约17000字左右

外文翻译一份

开题报告一份

 

 

CAD版本本图纸，共2张

UG三维图一份

 

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

 

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Δt 20

§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Fh 23

§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α 38

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