畢業(yè)論文：方程式賽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

1、畢業(yè)論文：方程式賽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算畢業(yè)論文：方程式賽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算畢業(yè)論文：方程式賽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算:2013-9-16 6:46:54畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論文)題 目方程式賽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 院(系)別機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院專 業(yè)機(jī)械工程及自動(dòng)化摘 要fsae活動(dòng)由各高等院校汽車工程或與汽車相關(guān)專業(yè)的在校學(xué)生組隊(duì)參加。fsae要求各參賽隊(duì)按照賽事規(guī)則和賽車制造標(biāo)準(zhǔn)，自行設(shè)計(jì)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(duì)不僅要闡述設(shè)計(jì)理念，還要由評(píng)審裁判對(duì)該車進(jìn)行若干項(xiàng)性能測(cè)試項(xiàng)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

2、的組成部分,其設(shè)計(jì)制造質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到車輛的操縱穩(wěn)定性、安全性等技術(shù)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(shè)計(jì)是如此重要。通過對(duì)轉(zhuǎn)向系的優(yōu)化設(shè)計(jì)，來為賽車其他零部件分析優(yōu)化提供思路，以達(dá)到對(duì)賽車的結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)主要完成總成各個(gè)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算及它們之間的連接固定。關(guān)鍵詞：fsae；賽車；轉(zhuǎn)向；穩(wěn)定性；總成設(shè)計(jì) abstract formula sae is the activity by the higher institutions and automotive en

3、gineering 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, and with the car participate in all or part of the event link.

4、 during the event, the team not only expounds the design concept, but also by the jury for the car to the several performance testing project. in the car steering system has important position. steering system is any vehicles are an indispensable part of the design and manufacture the quality fit an

5、d unfit qua活動(dòng)由各高等院校汽車工程或與汽車相關(guān)專業(yè)的在校學(xué)生組隊(duì)參加。fsae要求各參賽隊(duì)按照賽事規(guī)則和賽車制造標(biāo)準(zhǔn)，自行設(shè)計(jì)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(duì)不僅要闡述設(shè)計(jì)理念，還要由評(píng)審裁判對(duì)該車進(jìn)行若干項(xiàng)性能測(cè)試項(xiàng)目。 1.2 課題簡(jiǎn)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(shè)計(jì)制造質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到車輛的操縱穩(wěn)定性、安全性等技術(shù)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(shè)計(jì)是如此重要。通過對(duì)轉(zhuǎn)向系的優(yōu)化設(shè)計(jì)，來為賽車其他零部件分析優(yōu)化提供思路，以達(dá)到對(duì)賽車的結(jié)

6、構(gòu)整體優(yōu)化。 目前，國(guó)內(nèi)外大學(xué)生車隊(duì)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，因?yàn)橘愂乱?guī)則要求，國(guó)內(nèi)車隊(duì)的賽車上沒有見到助力轉(zhuǎn)向等輔助系統(tǒng)。機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)向操作機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。它的作用：保持或者改變汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)，在汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。課題目的：在于研究滿足中國(guó)fsc大學(xué)生方程式賽車規(guī)則和技術(shù)要求的賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相關(guān)結(jié)構(gòu)零件的使用情況及趨勢(shì)，并選擇某個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步的設(shè)計(jì)，完成總體設(shè)計(jì)報(bào)告，相關(guān)的裝配圖，并可以對(duì)部分零件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)與相關(guān)性能校核。1.3 課題意義綜合運(yùn)用本科階段相關(guān)知識(shí)，完成某個(gè)總成件或者零件的設(shè)計(jì)。1）鞏固和擴(kuò)大專業(yè)理論知

7、識(shí)，并把所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去；2）培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)能力，及運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)和查閱有關(guān)技術(shù)資料和編寫技術(shù)文件等能力；3）培養(yǎng)觀察、分析、研究、解決實(shí)際生產(chǎn)問題的能力；4）同時(shí)鍛煉自己制定并執(zhí)行相關(guān)計(jì)劃的能力；5）可以了解國(guó)內(nèi)外大學(xué)生方程式賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主流技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)。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(gòu)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1-3fsae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(xiàng)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

8、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(jìn)行轉(zhuǎn)向行駛。1.5 設(shè)計(jì)軟件本次設(shè)計(jì)中主要采用了autocad2004、ug7.0等計(jì)算機(jī)輔助軟件進(jìn)行賽車轉(zhuǎn)向的設(shè)計(jì)計(jì)算。 autocad（auto computer aided design）是美國(guó)autodesk公司首次于1982年生產(chǎn)的自動(dòng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，用于二維繪圖、詳細(xì)繪制、設(shè)計(jì)文檔和基本三維設(shè)計(jì)?，F(xiàn)已經(jīng)成為國(guó)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(shí)標(biāo)準(zhǔn)格式。具有易于掌握、使用方便、體系結(jié)構(gòu)開放等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、建筑、電子、航天、造船、石油化

9、工、土木工程、冶金、農(nóng)業(yè)、氣象、紡織、輕工業(yè)等領(lǐng)域。 ug從cam發(fā)展而來。20世紀(jì)70年代，美國(guó)麥道飛機(jī)公司成立了解決自動(dòng)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(wù)。2007年5月正式被西門子收購(gòu)；因此，ug有著美國(guó)航空和汽車兩大產(chǎn)業(yè)的背景。 是一個(gè)比較強(qiáng)大的三維建模軟件。 第2章 賽事規(guī)則對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求及總成布置2.1 賽事規(guī)則對(duì)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(gè)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(gòu)反轉(zhuǎn)（四桿機(jī)構(gòu)在一 個(gè)節(jié)點(diǎn)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

10、防止輪胎在轉(zhuǎn)向行駛時(shí)接觸懸架、車身或車架部件。3)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的自由行程不得超過7 度（在方向盤上測(cè)量）。4)允許使用后輪轉(zhuǎn)向，但其轉(zhuǎn)向角必須機(jī)械限位在3 度（從正前方測(cè)量）。5)方向盤必須與前輪機(jī)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(shí)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：方向盤的外輪廓可以有一些部分趨向直線，但不可以有內(nèi)凹的部分。禁止使用h 形，8 型或分開式方向盤。8)方向盤最高點(diǎn)不能超過前圈最高點(diǎn)2.2轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)要求： 1) 保證汽車有較高的機(jī)動(dòng)性，在有限的場(chǎng)地面積內(nèi)，具有迅速和小半徑轉(zhuǎn)彎的能力， 同

11、時(shí)操作輕便2) 汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，全部車輪應(yīng)繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，不應(yīng)有側(cè)滑3) 傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖要盡可能的小4) 轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向盤應(yīng)自動(dòng)回正，并應(yīng)使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài)5) 發(fā)生車禍時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向軸由于車架和車身變形一起后移時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最好 有保護(hù)機(jī)構(gòu)防止傷及乘員. 2.3賽車的一些具體參數(shù)如下：長(zhǎng)/寬/高：2700/1300/1100軸距：1550mm輪距：1200mm整備質(zhì)量：180kg 發(fā)動(dòng)機(jī)：亞翔ld450發(fā)動(dòng)機(jī)排量：450cc最大功率：32kw/7500r最大扭矩：42.5nm/6500r懸架：不等長(zhǎng)雙橫臂獨(dú)立懸架制動(dòng)：四輪盤式制動(dòng)轉(zhuǎn)向：斜齒齒輪齒條式2.4轉(zhuǎn)向總成的布置：圖

12、2-1主銷定位參數(shù)根據(jù)主銷定位參數(shù)，采用前置梯形設(shè)計(jì),轉(zhuǎn)向總成布置圖如圖2-1。 圖2-1 賽車整體布置 第3章 轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)3.1轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式方案的確定3.1.1齒輪齒條式 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、體積小、質(zhì)量輕；傳動(dòng)效率高達(dá)90%；可自動(dòng)消除齒間間隙；沒有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角可以增大；制造成本低。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：逆效率高（60%70%）。因此，汽車在不平路面上行駛時(shí)，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間的沖擊力，大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于微型、普通級(jí)、中級(jí)和中高級(jí)轎車上。裝載量不大、前輪采用獨(dú)立懸架的貨車和客車也有采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器

13、。 3.1.2蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器由蝸桿和滾輪嚙合而構(gòu)成。主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；制造容易；強(qiáng)度比較高、工作可靠、壽命長(zhǎng)；逆效率低。主要缺點(diǎn)是：正效率低；調(diào)整嚙合間隙比較困難；傳動(dòng)比不能變化。 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器有固定銷式和旋轉(zhuǎn)銷式兩種形式。根據(jù)銷子數(shù)量不同，又有單銷和雙銷之分。蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是：傳動(dòng)比可以做成不變的或者變化的；工作面間隙調(diào)整容易。固定銷式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易。但銷子的工作部位磨損快、工作效率低。旋轉(zhuǎn)銷式轉(zhuǎn)向器的效率高、磨損慢，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。要求搖臂軸有較大的轉(zhuǎn)角時(shí)，應(yīng)采用雙銷式結(jié)構(gòu)。雙銷式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸和質(zhì)量大，并且對(duì)兩主銷間的位置精度、螺

14、紋槽的形狀及尺寸精度等要求高。此外，傳動(dòng)比的變化特性和傳動(dòng)間隙特性的變化受限制。蝸桿滾輪式和蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器應(yīng)用較少。3.1.3循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由螺桿和螺母共同形成的螺旋槽內(nèi)裝鋼球構(gòu)成的傳動(dòng)副，以及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動(dòng)副。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是：在螺桿和螺母之間因?yàn)橛锌梢匝h(huán)流動(dòng)的鋼球，將滑動(dòng)摩擦變成滾動(dòng)摩擦，因而傳動(dòng)效率可以達(dá)到75%85%；在結(jié)構(gòu)和工藝上采取措施后，包括提高制造精度，改善工作表面的表面粗糙度和螺母、螺桿上的螺旋槽經(jīng)淬火和磨削加工，使之有足夠的硬度和耐磨損性能，可保證有足夠的使用壽命；轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比可以變化；齒條和齒扇之間的間隙調(diào)整工作容易進(jìn)行；適合

15、用來做整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向 器。布置方便，特別適合大、中型車輛和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配合使用，目前循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要是用于商用車上。 由以上分析，及設(shè)計(jì)初始條件比較可以確定，我所要設(shè)計(jì)方程式賽車將采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。而由于整個(gè)賽車質(zhì)量比較輕，不需要采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置，這種轉(zhuǎn)向器也十分符合方程式賽車的轉(zhuǎn)向要求。 3.2齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的介紹齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器： 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器分兩端輸出式和中間（或單端）輸出式兩種。圖3-1 兩端式齒輪齒條轉(zhuǎn)向器1.轉(zhuǎn)向橫拉桿 2.防塵套 3.球頭座 4.轉(zhuǎn)向齒條 5.轉(zhuǎn)向器殼體 6.調(diào)整螺塞 7.壓緊彈簧 8.鎖緊螺母 9.壓塊 10.萬(wàn)向節(jié) 11.轉(zhuǎn)向齒輪軸 12.向心球軸承 13.滾針軸承（一）兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器如圖3-1所示，作為傳動(dòng)副主動(dòng)件的轉(zhuǎn)向齒輪軸11通過軸承12和13安裝在轉(zhuǎn)向器殼體5中，其上端通過花鍵與萬(wàn)向節(jié)*10和轉(zhuǎn)向軸連接。與轉(zhuǎn)向齒輪嚙合的轉(zhuǎn)向齒條4水平布置，兩端通過球頭座3與轉(zhuǎn)向橫拉桿1相連。彈簧7通過壓塊9將齒條壓在齒輪上，保證無(wú)間隙嚙合。彈簧的預(yù)緊力可用調(diào)整螺塞6調(diào)整。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)，轉(zhuǎn)向器齒輪11轉(zhuǎn)