畢業(yè)論文：方程式賽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設計計算

畢 業(yè) 設 計 (論文)

題 目 方程式賽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設計計算
院(系)別 機電及自動化學院
專 業(yè) 機械工程及自動化

摘 要
FSAE活動由各高等院校汽車工程或與汽車相關專業(yè)的在校學生組隊參加。FSAE要求各參賽隊按照賽事規(guī)則和賽車制造標準，自行設計和制造方程式類型的小型單人座休閑賽車，并攜該車參加全部或部分賽事環(huán)節(jié)。比賽過程中，參賽隊不僅要闡述設計理念，還要由評審裁判對該車進行若干項性能測試項目。
在賽車中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)占有重要的地位。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是任何車輛都不可或缺的組成部分,其設計制造質(zhì)量的優(yōu)劣直接關系到車輛的操縱穩(wěn)定性、安全性等技術性能。汽車操縱穩(wěn)定性又被人們稱為“高速車輛的生命線”。由此，轉(zhuǎn)向系的設計是如此重要。通過對轉(zhuǎn)向系的優(yōu)化設計，來為賽車其他零部件分析優(yōu)化提供思路，以達到對賽車的結(jié)構整體優(yōu)化。
FSAE賽車的轉(zhuǎn)向總成包括：方向盤，快拆器，轉(zhuǎn)向柱，齒輪齒條轉(zhuǎn)向器，橫拉桿，轉(zhuǎn)向節(jié)臂。此次設計主要完成總成各個部分的設計計算及它們之間的連接固定。

關鍵詞：FSAE；賽車；轉(zhuǎn)向；穩(wěn)定性；總成設計
Abstract
Formula SAE is the activity by the higher institutions and automotive engineering or related professional car team at school students. FSAE requirements in accordance with the rules of every team event and the car manufacturing standard, to design and manufacture equations type of small single a leisure car, a
……（新文秘網(wǎng)http://www.jey722.cn省略1271字，正式會員可完整閱讀）……　

2.4 總成布置 6
第3章 轉(zhuǎn)向器的設計 8
3.1 轉(zhuǎn)向器結(jié)構形式方案的確定 8
3.2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的介紹 9
3.3 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù) 10
3.4 齒輪齒條的設計 13
3.5 轉(zhuǎn)向器外殼的設計 19
第4章 橫拉桿的設計 20
4.1 轉(zhuǎn)向梯形的設計要求 20
4.2 轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構方案確定 20
4.3 斷開式轉(zhuǎn)向梯形設計 22
4.4 橫拉桿的設計 27
第5章 轉(zhuǎn)向節(jié)臂的設計 30
5.1轉(zhuǎn)向節(jié)臂的設計要求 30
5.2方案分析確定 17
5.3設計步驟 19
第6章 轉(zhuǎn)向柱的設計 32
6.1 轉(zhuǎn)向柱的設計要求 32
6.2 方案分析確定 33
6.3 設計步驟 34
第7章 快拆器的選型 35
7.1 方案比較 35
7.2 方案確定 36
第8章 方向盤的設計 37
8.1方向盤的設計要求 38
8.2方向盤的設計 38
第9章 轉(zhuǎn)向總成的固定連接設計 39
9.1 轉(zhuǎn)向器的固定 39
9.2 拉桿與齒條的連接 39
9.3 轉(zhuǎn)向柱的固定連接 40
9.4 快拆器的固定連接 41
第10章 結(jié)束語 43
致 謝 44
參 考 文 獻 45
附 錄 46
附錄1：各個零件設計圖紙 46
附錄2：3D裝配圖 46


第1章 緒論
1.1 課題來源
Formula SAE ---------中國大學生方程式賽車賽事
圖1-1 2011賽季fsc中國大學生方程式賽車大賽

Formula SAE，是由各國SAE，即汽車工程師協(xié)會舉辦的面向在讀或畢業(yè)7個月以內(nèi)的本科生或研究生舉辦的一項學生方程式賽車比賽，要求在一年的時間內(nèi)制造出一輛在加速、剎車、操控性方面有優(yōu)異的表現(xiàn)并且足夠穩(wěn)定耐久，能夠成功完成規(guī)則中列舉的所有項目業(yè)余休閑賽車。自1981年創(chuàng)辦以來，F(xiàn)SAE已發(fā)展成為每年由7個國家舉辦的9場賽事所組成，并有數(shù)百支來自全球頂級高校的車隊參與的青年工程師盛會�！�
中國大學生方程式汽車大賽（以下簡稱"FSAE"）是中國汽車工程學會及其合作會員單位，在學習和總結(jié)美、日、德等國家相關經(jīng)驗的基礎上，結(jié)合中國國情，精心打造的一項全新賽事。 　　
FSAE活動由各高等院校汽車工程或與汽車相關專業(yè)的在校學生組隊參加。FSAE要求各參賽隊按照賽事規(guī)則和賽車制造標準，自行設計和制造方程式類型的小型單人座休閑賽車，并攜該車參加全部或部分賽事環(huán)節(jié)。比賽過程中，參賽隊不僅要闡述設計理念，還要由評審裁判對該車進行若干項性能測試項目。

1.2 課題簡介
在賽車中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)占有重要的地位。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是任何車輛都不可或缺的組成部分,其設計制造質(zhì)量的優(yōu)劣直接關系到車輛的操縱穩(wěn)定性、安全性等技術性能。汽車操縱穩(wěn)定性又被人們稱為“高速車輛的生命線”。由此，轉(zhuǎn)向系的設計是如此重要。通過對轉(zhuǎn)向系的優(yōu)化設計，來為賽車其他零部件分析優(yōu)化提供思路，以達到對賽車的結(jié)構整體優(yōu)化。
目前，國內(nèi)外大學生車隊的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，因為賽事規(guī)則要求，國內(nèi)車隊的賽車上沒有見到助力轉(zhuǎn)向等輔助系統(tǒng)。
機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)向操作機構、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構三大部分組成。它的作用：保持或者改變汽車行駛方向的機構，在汽車轉(zhuǎn)向行駛時，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關系。
課題目的：在于研究滿足中國FSC大學生方程式賽車規(guī)則和技術要求的賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相關結(jié)構零件的使用情況及趨勢，并選擇某個結(jié)構進行初步的設計，完成總體設計報告，相關的裝配圖，并可以對部分零件進行詳細設計與相關性能校核。
1.3 課題意義
綜合運用本科階段相關知識，完成某個總成件或者零件的設計。
1）鞏固和擴大專業(yè)理論知識，并把所學的理論知識應用到實踐中去；
2）培養(yǎng)機械設計能力，及運用標準、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關技術資料和編寫技術文件等能力；
3）培養(yǎng)觀察、分析、研究、解決實際生產(chǎn)問題的能力；
4）同時鍛煉自己制定并執(zhí)行相關計劃的能力；
5）可以了解國內(nèi)外大學生方程式賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主流技術及發(fā)展趨勢。

1.4 賽車中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本情況

圖1-2
上圖是傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向總成結(jié)構圖，其中包括：1—方向盤，2—轉(zhuǎn)向柱，7、8—齒輪齒條轉(zhuǎn)向器，6—橫拉桿，5—轉(zhuǎn)向節(jié)臂。

圖1-3
FSAE賽車的轉(zhuǎn)向總成基本和傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向總成相似，由于有逃生項目的比賽要求，賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)多了快拆器。如上圖，包括：1—方向盤，2—快拆器，3—轉(zhuǎn)向柱，4—齒輪齒條轉(zhuǎn)向器，5—橫拉桿，6—轉(zhuǎn)向節(jié)臂。
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的作用是改變汽車的行駛方向和使汽車保持穩(wěn)定的直線行駛，保證汽車能按駕駛員的意志而進行轉(zhuǎn)向行駛。
1.5 設計軟件
本次設計中主要采用了AutoCAD2004、UG7.0等計算機輔助軟件進行賽車轉(zhuǎn)向的設計計算。
AutoCAD（Auto Computer Aided Design）是美國Autodesk公司首次于1982年生產(chǎn)的自動計算機輔助設計軟件，用于二維繪圖、詳細繪制、設計文檔和基本三維設計。現(xiàn)已經(jīng)成為國際上廣為流行的繪圖工具。.dwg文件格式成為二維繪圖的事實標準格式。具有易于掌握、使用方便、體系結(jié)構開放等特點，廣泛應用于機械、建筑、電子、航天、造船、石油化工、土木工程、冶金、農(nóng)業(yè)、氣象、紡織、輕工業(yè)等領域。
UG從CAM發(fā)展而來。20世紀70年代，美國麥道飛機公司成立了解決自動編程系統(tǒng)的數(shù)控小組，后來發(fā)展成為CAD/CAM一體化的UG1軟件。90年代被EDS公司收并，為通用汽車公司服務。2007年5月正式被西門子收購；因此，UG有著美國航空和汽車兩大產(chǎn)業(yè)的背景。 是一個比較強大的三維建模軟件。
















第2章 賽事規(guī)則對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求及總成布置
2.1 賽事規(guī)則對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求
1) 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須至少能作用在兩個車輪上。
2) 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須安裝有效的轉(zhuǎn)向限位塊，以防止轉(zhuǎn)向連桿結(jié)構反轉(zhuǎn)（四桿機構在一 個節(jié)點處發(fā)生反轉(zhuǎn)）。限位塊可安裝在轉(zhuǎn)向立柱或齒條上，并且必須防止輪胎在轉(zhuǎn)向行駛時接觸懸架、車身或車架部件。
3) 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的_行程不得超過7 度（在方向盤上測量）。
4) 允許使用后輪轉(zhuǎn)向，但其轉(zhuǎn)向角必須機械限位在±3 度（從正前方測量）。
5) 方向盤必須與前輪機械連接。禁止使用線控轉(zhuǎn)向。
6) 方向盤必須安裝在快拆器上，必須保證車手在正常駕駛坐姿并配戴手套時可以操作快拆器。
7) 方向盤輪廓必須為連續(xù)閉合的近圓形或近橢圓形。例如 ……（未完，全文共19848字，當前僅顯示3570字，請閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文：方程式賽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設計計算》）