FSAE汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計0512

1、成都學院學士學位論文（設(shè)計） 本科畢業(yè)設(shè)設(shè)計題 目 FSAAE汽車轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)設(shè)計 學 院 工業(yè)制造造學院 專 業(yè) 車輛輛工程 學生姓名 樊睿睿 學 號 200101001151107 年年級 22010級級 指導教師 牛牛釗文 職稱 講師 2014年年4月299日成都學院學士學位論文（設(shè)計）FSAE汽汽車轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)設(shè)計專 業(yè)：車輛輛工程 學 號號：201101011151007學 生：樊睿睿 指導教師師：牛釗文文摘要：本設(shè)設(shè)計的題目目是FSAAE（大學學生方程式式汽車）汽汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計。根據(jù)賽事事主辦方對對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)的要求、結(jié)合所學學知識、綜綜合類似汽汽車轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)的特點點，設(shè)計出出該汽車

2、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。設(shè)計內(nèi)容容主要包括括FSAEE汽車轉(zhuǎn)向向器選型、設(shè)計和計計算，轉(zhuǎn)向向操縱機構(gòu)構(gòu)設(shè)計，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向傳動機機構(gòu)和轉(zhuǎn)向向梯形的設(shè)設(shè)計。選擇擇合適的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器類型型，并設(shè)計計出滿足轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要要求的轉(zhuǎn)向向器，保證證汽車轉(zhuǎn)向向操作的輕輕便、并提提供很好的的操控。并并對相應(yīng)的的操縱機構(gòu)構(gòu)和傳動機機構(gòu)進行設(shè)設(shè)計。并且且本設(shè)計在在考慮上述述要求和因因素的基礎(chǔ)礎(chǔ)上對相應(yīng)應(yīng)機構(gòu)進行行優(yōu)化設(shè)計計。從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)構(gòu)簡單緊湊湊，軸向尺尺寸短，且且零件數(shù)目目少的優(yōu)點點，從而保保證了汽車車轉(zhuǎn)向的穩(wěn)穩(wěn)定性、靈敏性和操操作的輕便便性。在本本文中主要要進行了轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器齒輪輪、齒條、拉桿桿和節(jié)臂的的校核，其其結(jié)果滿足足FS

3、AEE汽車轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)強度度要求。本本文主要方方法和理論論采用汽車車設(shè)計等相相關(guān)資料，并并運用CAATIA進進行設(shè)計與與裝配。關(guān)鍵詞：FFSAE；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；齒輪齒條條轉(zhuǎn)向器；轉(zhuǎn)向梯形形The SSteerring Systeem Desiggn off FSAAE Car Speccialtty：Veehiclle Enginneeriing SStudeent NNumbeer：200101001151107Studeent：FFan RRui SSuperrvisoor： NNiu ZZhaowwenAbstrract：Thiss dessign is eentittled FSAEE (F

4、oormulla SAAE ) raciing ssteerring systtem ddesiggn . Accoordinng too eveent oorgannizerrs, tthe ssteerring systtem rrequiiremeents, commbineed wiith tthe kknowlledgee, coompreehenssive raciing ssteerring systtem ssimillar ccharaacterristiics , thee carr steeerinng syystemm dessign . Deesignn eleeme

5、ntts inncludde FSSAE rracinng stteeriing sselecctionn, deesignn andd callculaationn , ssteerring mechhanissm deesignn , ssteerring rotaationn mecchaniism aand ssteerring trappezoiid deesignn. Seelectt thee appproprriatee typpe off steeerinng geear aand ssteerring systtems desiignedd to meett thee re

6、qquireementts off thee steeerinng geear tto ennsuree ligghtweeightt raccing steeeringg opeeratiions and provvide goodd conntroll . AAnd tto deesignn appproprriatee conntrolls annd rootatiing mmechaanismm . IIn coonsidderattion of tthe aabovee , aand tthe ddesiggn reequirremennts aand tthe ffactoors

7、oon thhe baasis of aapproopriaate iinstiitutiions to ooptimmize the desiign . In ordeer too achhievee steeerinng siimplee andd commpactt strructuure , shoort aaxiall dimmensiion , andd thee advvantaages of tthe ssmalll nummber of ppartss , tthus ensuuringg thee staabiliity oof thhe raacingg steeerin

8、ng , agillity and operratioonal porttabillity . Inn thiis paaper condducteed a checck off thee maiin stteeriing ggear, racck, ttie rrods and knucckle arm , thhe reesultt FSAAE caar stteeriing ssysteems mmeet the streengthh reqquireementts . In tthis papeer, tthe uuse oof caar deesignn metthodss andd

9、 theeoriees annd otther relaated infoormattion , annd thhe usse off CATTIA ffor ddesiggn annd asssembbly .Keywoords：FSAEE; Steeerinng Syystemm; Racck annd piinionn steeerinng; Steeerinng trrapezzoid III I目 錄TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc387750591 緒論 PAGEREF _Toc387750591 h 1 HYPERLINK l _Toc387750

10、592 1 汽車車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)總述 PAGEREF _Toc387750592 h 2 HYPERLINK l _Toc387750593 1.1 汽車轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)概述述 PAGEREF _Toc387750593 h 2 HYPERLINK l _Toc387750594 1.2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)類型與發(fā)發(fā)展趨勢 PAGEREF _Toc387750594 h 2 HYPERLINK l _Toc387750595 1.3 FSAEE汽車轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)的要要求 PAGEREF _Toc387750595 h 3 HYPERLINK l _Toc387750596 2 轉(zhuǎn)向向系主要性性能參數(shù) PAGEREF

11、 _Toc387750596 h 5 HYPERLINK l _Toc387750597 2.1 轉(zhuǎn)向系的的效率 PAGEREF _Toc387750597 h 5 HYPERLINK l _Toc387750598 2.1.11 轉(zhuǎn)向向器的正效效率 PAGEREF _Toc387750598 h 5 HYPERLINK l _Toc387750599 2.1.22 轉(zhuǎn)向向器的逆效效率 PAGEREF _Toc387750599 h 6 HYPERLINK l _Toc387750600 2.2 傳動比變變化特性 PAGEREF _Toc387750600 h 7 HYPERLINK l _T

12、oc387750601 2.2.11 轉(zhuǎn)向向系傳動比比 PAGEREF _Toc387750601 h 7 HYPERLINK l _Toc387750602 2.2.22 力傳傳動比與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系角傳傳動比的關(guān)關(guān)系 PAGEREF _Toc387750602 h 7 HYPERLINK l _Toc387750603 2.2.33 轉(zhuǎn)向向器角傳動動比的選擇擇 PAGEREF _Toc387750603 h 8 HYPERLINK l _Toc387750604 2.3 轉(zhuǎn)向器傳傳動副的傳傳動間隙 PAGEREF _Toc387750604 h 9 HYPERLINK l _Toc38775060

13、5 2.4 轉(zhuǎn)向盤的的總轉(zhuǎn)動圈圈數(shù) PAGEREF _Toc387750605 h 9 HYPERLINK l _Tocc38777506006 3 FSAAE汽車轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總總體機構(gòu)設(shè)設(shè)計 PAGEREF _Toc387750606 h 10 HYPERLINK l _Toc387750607 3.1 參考數(shù)據(jù)據(jù)的確定 PAGEREF _Toc387750607 h 10 HYPERLINK l _Toc387750608 3.2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)類型選擇擇 PAGEREF _Toc387750608 h 10 HYPERLINK l _Toc38777506009 3.2.1 機機械轉(zhuǎn)向系系 P

14、AGEREF _Toc387750609 h 10 HYPERLINK l _Toc387750610 3.2.22 動力力轉(zhuǎn)向系 PAGEREF _Toc387750610 h 11 HYPERLINK l _Toc387750611 3.3 轉(zhuǎn)向器類類型選擇 PAGEREF _Toc387750611 h 13 HYPERLINK l _Toc387750612 3.3.11 齒輪輪齒條轉(zhuǎn)向向器 PAGEREF _Toc387750612 h 13 HYPERLINK l _Toc387750613 3.3.22 循環(huán)環(huán)球式轉(zhuǎn)向向器 PAGEREF _Toc387750613 h 13 H

15、YPERLINK l _Toc387750614 3.3.33 蝸桿桿滾輪式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器 PAGEREF _Toc387750614 h 14 HYPERLINK l _Toc387750615 3.3.44 蝸桿桿指銷式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器 PAGEREF _Toc387750615 h 15 HYPERLINK l _Toc387750616 3.4 轉(zhuǎn)向輪側(cè)側(cè)偏角計算算 PAGEREF _Toc387750616 h 15 HYPERLINK l _Toc387750617 4 轉(zhuǎn)向向器設(shè)計 PAGEREF _Toc387750617 h 17 HYPERLINK l _Toc387750618 4.1

16、 齒輪齒條條式轉(zhuǎn)向器器的結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc387750618 h 17 HYPERLINK l _Toc387750619 4.2 齒輪齒條條式轉(zhuǎn)向器器形式 PAGEREF _Toc387750619 h 17 HYPERLINK l _Toc387750620 4.3 齒輪齒條條式轉(zhuǎn)向器器的布置形形式 PAGEREF _Toc387750620 h 18 HYPERLINK l _Toc387750621 4.4 齒輪齒條條嚙合傳動動的特點 PAGEREF _Toc387750621 h 19 HYPERLINK l _Toc387750622 4.5 轉(zhuǎn)向器參參數(shù)選取 PAGE

17、REF _Toc387750622 h 21 HYPERLINK l _Toc387750623 4.6 選擇齒輪輪齒條材料料 PAGEREF _Toc387750623 h 25 HYPERLINK l _Toc387750624 4.7 齒輪的強強度計算 PAGEREF _Toc387750624 h 25 HYPERLINK l _Toc387750625 4.7.11 齒輪輪齒條傳動動的載荷計計算 PAGEREF _Toc387750625 h 25 HYPERLINK l _Toc387750626 4.7.22 齒輪輪的受力分分析 PAGEREF _Toc387750626 h 2

18、6 HYPERLINK l _Toc387750627 4.7.33 齒面面接觸強度度計算 PAGEREF _Toc387750627 h 27 HYPERLINK l _Toc387750628 4.7.44 齒根根彎曲強度度計算 PAGEREF _Toc387750628 h 29 HYPERLINK l _Toc387750629 4.8 齒條的強強度計算 PAGEREF _Toc387750629 h 30 HYPERLINK l _Toc387750630 4.8.11 齒條條的受力分分析 PAGEREF _Toc387750630 h 30 HYPERLINK l _Toc3877

19、50631 4.8.22 齒條條桿部受拉拉壓的強度度計算 PAGEREF _Toc387750631 h 31 HYPERLINK l _Toc387750632 4.9 齒輪軸的的結(jié)構(gòu)設(shè)計計 PAGEREF _Toc387750632 h 32 HYPERLINK l _Toc387750633 4.10 軸承的的選擇 PAGEREF _Toc387750633 h 32 HYPERLINK l _Toc38777506334 4.111 轉(zhuǎn)向向器的潤滑滑方式和密密封類型的的選擇 PAGEREF _Toc387750634 h 32 HYPERLINK l _Toc387750635 5 轉(zhuǎn)

20、向向操縱與傳傳動機構(gòu)設(shè)設(shè)計 PAGEREF _Toc387750635 h 33 HYPERLINK l _Toc387750636 5.1 方向盤設(shè)設(shè)計 PAGEREF _Toc387750636 h 33 HYPERLINK l _Toc387750637 5.1.1 FFSAE汽汽車方向盤盤設(shè)計要求求： PAGEREF _Toc387750637 h 33 HYPERLINK l _Toc387750638 5.1.22 結(jié)構(gòu)構(gòu)形式 PAGEREF _Toc387750638 h 33 HYPERLINK l _Toc387750639 5.2 轉(zhuǎn)向軸設(shè)設(shè)計 PAGEREF _Toc38

21、7750639 h 34 HYPERLINK l _Toc387750640 5.3 轉(zhuǎn)向管柱柱設(shè)計 PAGEREF _Toc387750640 h 36 HYPERLINK l _Toc387750641 5.4 轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)設(shè)計 PAGEREF _Toc387750641 h 36 HYPERLINK l _Toc387750642 5.5 轉(zhuǎn)向橫拉拉桿與球頭頭銷 PAGEREF _Toc387750642 h 37 HYPERLINK l _Toc387750643 6 轉(zhuǎn)向向梯形機構(gòu)構(gòu)優(yōu)化 PAGEREF _Toc387750643 h 38 HYPERLINK l _Toc3877506

22、44 6.1 轉(zhuǎn)向梯形形機構(gòu)概述述 PAGEREF _Toc387750644 h 38 HYPERLINK l _Toc387750645 6.2 整體式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向梯形結(jié)結(jié)構(gòu)方案分分析 PAGEREF _Toc387750645 h 38 HYPERLINK l _Toc387750646 6.3 整體式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向梯形機機構(gòu)優(yōu)化分分析 PAGEREF _Toc387750646 h 39 HYPERLINK l _Toc387750647 6.4 整體式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向梯形機機構(gòu)優(yōu)化設(shè)設(shè)計 PAGEREF _Toc387750647 h 42 HYPERLINK l _Toc387750648 6.4.11

23、優(yōu)化化方法介紹紹 PAGEREF _Toc387750648 h 42 HYPERLINK l _Toc387750649 6.4.22 優(yōu)化化設(shè)計計算算 PAGEREF _Toc387750649 h 43 HYPERLINK l _Toc387750650 7 結(jié)論論 PAGEREF _Toc387750650 h 45 HYPERLINK l _Toc387750651 參考文獻 PAGEREF _Toc387750651 h 47 HYPERLINK l _Toc387750652 致謝 PAGEREF _Toc387750652 h 488成都學院學士學位論文（設(shè)計） 緒論 中國大學

24、生生方程式汽汽車大賽（以以下簡稱FSAEE）是中中國汽車工工程學會及及其合作會會員單位，在在學習和總總結(jié)美、日日、德等國國家相關(guān)經(jīng)經(jīng)驗的基礎(chǔ)礎(chǔ)上，結(jié)合合中國國情情，精心打打造的一項項全新賽事事。FSAE活活動由各高高等院校汽汽車工程或或與汽車相相關(guān)專業(yè)的的在校學生生組隊參加加。FSAAE要求各各參賽隊按按照賽事規(guī)規(guī)則和汽車車制造標準準，自行設(shè)設(shè)計和制造造方程式類類型的小型型單人座休休閑汽車，并并攜該車參參加全部或或部分賽事事環(huán)節(jié)。比比賽過程中中，參賽隊隊不僅要闡闡述設(shè)計理理念，還要要由評審裁裁判對該車車進行若干干項性能測測試項目。在比賽過程程中，參賽賽隊員能充充分將所學學的理論知知識運用于于實

25、踐中。同時，還還學習到組組織管理、市場營銷銷、物流運運輸、 HYPERLINK /view/858616.htm 汽車車運動等多多方面知識識，培養(yǎng)了了良好的人人際溝通能能力和 HYPERLINK /view/1004561.htm 團隊隊合作精神神，成為符符合社會需需求的全面面人才。目前，中國國汽車工業(yè)業(yè)已處于大大國地位，但但還不是強強國。從制制造業(yè)大國國邁向產(chǎn)業(yè)業(yè)強國已成成為中國汽汽車人的首首要目標，而而人才的培培養(yǎng)是實現(xiàn)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)強國國目標的基基礎(chǔ)保障之之一。大學生方程程式汽車活活動將以院院校為單位位組織學生生參與，賽賽事組織的的目的主要要有：一是重點培培養(yǎng)學生的的設(shè)計、制制造能力、成本控制制

26、能力和團團隊溝通協(xié)協(xié)作能力，使使學生能夠夠盡快適應(yīng)應(yīng)企業(yè)需求求，為企業(yè)業(yè)挑選優(yōu)秀秀適用人才才提供平臺臺；二是通過活活動創(chuàng)造學學術(shù)競爭氛氛圍，為院院校間提供供交流平臺臺，進而推推動學科建建設(shè)的提升升；大賽在提高高和檢驗汽汽車行業(yè)院院校學生的的綜合素質(zhì)質(zhì)，為汽車車工業(yè)健康康、快速和和可持續(xù)發(fā)發(fā)展積蓄人人才,增進進產(chǎn)、學、研三方的的交流與互互動合作等等方面具有有十分廣泛泛的意義。毫無疑問，對對于對汽車車的了解僅僅限于書本本和個人駕駕乘體驗的的大學生而而言，組成成一個團隊隊設(shè)計一輛輛純粹而高高性能的汽汽車并將它它制造出來來，是一段段極具挑戰(zhàn)戰(zhàn)，同時也也受益頗豐豐的過程。本次100級車輛工工程的畢業(yè)業(yè)設(shè)

27、計一部部分同學的的設(shè)計便是是與FSAAE汽車相相關(guān)的各系系統(tǒng)的設(shè)計計，本文則則主要研究究設(shè)計FSSAE汽車車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)的設(shè)計。1 汽車車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)總述1.1 汽車轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)概述述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是是用來保持持或者改變變汽車行駛駛方向的機機構(gòu)，在汽汽車轉(zhuǎn)向行行駛時，保保證各轉(zhuǎn)向向輪之間有有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角關(guān)系。在轉(zhuǎn)向技技術(shù)方面汽汽車和普通通汽車一樣，只只是由于汽汽車的速度快，對對轉(zhuǎn)向性的的靈敏度要要求高，要要求響應(yīng)要要足夠快。但該汽車的轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)和通通常汽車在轉(zhuǎn)向向原理，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向要求和和轉(zhuǎn)向效果果上都是基基本相通的的。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是是汽車底盤的的重要組成成部分，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性性能的好壞壞直接影響響到汽車行駛的的安全

28、性、操縱穩(wěn)定定性和駕駛駛舒適性，它它對于確保保車輛的行行駛安全、減少交通通事故以及及保護駕駛駛員的人身身安全、改改善駕駛員員的工作條條件起著重重要作用。1.2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)類型與發(fā)發(fā)展趨勢汽車轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)的發(fā)展展經(jīng)歷了33個基本階階段，分別別為純機械械式轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)、液壓壓助力轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)和電電動助力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，而而線控轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)成為為其發(fā)展趨趨勢。純機械式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械式的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)， 由于產(chǎn)生生轉(zhuǎn)動所需需要的轉(zhuǎn)矩矩完全由機機械力來提提供， 所所以為施加加足夠的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩而不得得不適用大大直徑的方方向盤，因因此占用了了很大的駕駕駛空間而而使轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)顯得很很 笨拙，而而且駕駛?cè)巳藛T操作起起來也比較較吃力

29、，故故適用范圍圍有很大局局限性。但但是由于其其結(jié)構(gòu) 簡簡單、造價價低廉、故故障率低，目目前在一部部分轉(zhuǎn)向操操縱力不大大、對操控控性能要求求不高的微微型轎車、農(nóng)用機械械上仍有使使用。2、液壓助助力轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)首首次使用于于19533年通用汽汽車公司。上世紀880年代后后期，液壓壓助力轉(zhuǎn)向向系得到進進一步優(yōu)化化，出現(xiàn)了了變流量泵泵液壓動力力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)(Varriablle Diisplaace- mentt Powwer SSteerring Pumpp) 和電電動液壓助助力轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)(Ellectrric HHydraaulicc Powwer SSteerring，簡簡稱 EH

30、HPS)。變流量泵泵助力轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)的工工作原理是是在汽車處處于不需要要轉(zhuǎn)向或者者比較高的的行駛速度度的情況下下，泵的流流量將會相相應(yīng)地減少少，有利于于減少不必必要的功耗耗。電動液液壓轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向向泵由電動動機驅(qū)動，與與直接由發(fā)發(fā)動機驅(qū)動動轉(zhuǎn)向泵相相比，電機機的轉(zhuǎn)速可可調(diào)，也可可以隨時關(guān)關(guān)閉，所以以也能夠起起到降低功功耗的功效效。液壓助助力轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)降低了了轉(zhuǎn)向盤操操縱力，方方向盤的直直徑可以做做的較小，大大大減少了了方向盤所所占用的駕駕駛室空間間，同時也也使轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)變得更更加靈敏。由于液壓壓助力轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)技術(shù)術(shù)已經(jīng)很成成熟、能提提供大的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向操縱助助力，目前前在大部分分商用車、部分乘用用

31、車，特別別是重型車車輛上應(yīng)用用廣泛。但但是，液壓壓助力轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)在系系統(tǒng)安裝、密封性、布置、操操縱靈敏度度、磨損能能量、噪聲聲與消耗等等方面存在在一定不足足。 汽車電動助助力轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)(EPPS)EPS由日日本鈴木公公司在 11988 年首次開開發(fā)出來，此此后，電動動助力轉(zhuǎn)向向技術(shù)得到到迅速發(fā)展展，其應(yīng)用用范圍已經(jīng)經(jīng)從微型轎轎車向大型型轎車和客客車方向發(fā)發(fā)展。電動動助力轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩傳感器器、車速傳傳感器、電電子控制器器、電動機機、電磁離離合器和減減速機構(gòu)等等組成，汽汽車處于起起動或者低低速行駛狀狀態(tài)操作轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向時， 轉(zhuǎn)矩傳感感器通過不不斷檢測駕駕駛者作用用于轉(zhuǎn)向柱柱上的扭矩矩，并將車車速信

32、號與與此信號同同時輸入EECU，EECU對輸輸入的信號號進行處理理運算，確確定助力扭扭矩輸出的的大小與方方向，從而而控制電動動機的電流流與轉(zhuǎn)向，電電動機將轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩傳遞給給轉(zhuǎn)向操作作機構(gòu)中的的橫拉桿。最終，起起到為駕駛駛?cè)藛T提供供輔助轉(zhuǎn)向向力的功效效，當車速速達到一定定的臨界車車速時或出出現(xiàn)故障時時，為保證證汽車高速速時具有良良好操控穩(wěn)穩(wěn)定性，EEPS 系系統(tǒng)將退出出助力工作作模式，電電動機將停停止工作，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)切切換到機械械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)。當然，不不轉(zhuǎn)向的情情況下，電電動機就不不工作。汽車線控轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)線控轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)由方向向盤模塊、轉(zhuǎn)向執(zhí)行行模塊和主主控制器 3個主要要部分以及及自動防故故障系統(tǒng)、

33、電源等輔輔助模塊組組成。它是是一種全新新概念的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由由于其取消消了方向盤盤與轉(zhuǎn)向車車輪間的機機械連接，通通過軟件協(xié)協(xié)調(diào)它們之之間的運動動關(guān)系，可可以實現(xiàn)一一系列傳統(tǒng)統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)無法實現(xiàn)現(xiàn)的特殊功功能。汽車車線控轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)能夠夠減輕駕駛駛員的負擔擔、提高整整車主動安安全性，使使汽車性能能適應(yīng)更 多非職業(yè)業(yè)駕駛員的的需求，對對廣大消費費者有著巨巨大的吸引引力。但是是由于可靠靠性要求及及制造成本本較高，該該系統(tǒng)距離離普及仍有有一段距離離。1.3 FSAEE汽車轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)的要要求1、汽車轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎行駛時時，全部車車輪都應(yīng)繞瞬時時轉(zhuǎn)向中心心旋轉(zhuǎn)，任任何車輪不不應(yīng)有側(cè)滑滑。不滿足足這項要求求會加速輪輪

34、胎磨損，并并降低汽車車的行駛穩(wěn)穩(wěn)定性；2、汽車轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向行駛時時，在駕駛駛員松開轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤的條條件下，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向輪能自自動返回到到直線行駛駛位置，并并穩(wěn)定行駛駛；3、汽車在在任何行駛駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向輪都不不得產(chǎn)生自自振，轉(zhuǎn)向向盤沒有擺擺動；4、轉(zhuǎn)向傳傳動機構(gòu)和和懸架導向向裝置共同同工作時，由由于運動不不協(xié)調(diào)使車車輪產(chǎn)生的的擺動應(yīng)最最小；5、操縱輕輕便，保證轎車車有較高的的機動性，具具有迅速和和小轉(zhuǎn)彎行行駛能力；6、轉(zhuǎn)向輪輪碰撞到障障礙物以后后，傳給轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤的反反沖力要盡盡可能?。?、轉(zhuǎn)向器器和轉(zhuǎn)向傳傳動機構(gòu)的的球頭處，有有消除因磨磨損而產(chǎn)生生間隙的調(diào)調(diào)整機構(gòu)；9、在車禍禍中當轉(zhuǎn)向向軸和轉(zhuǎn)向向盤由于車車架

35、或車身身變形而共共同后移時時，轉(zhuǎn)向系系應(yīng)有能使使駕駛員免免遭或減輕輕傷害的防防傷裝置；10、方向向盤必須與與前輪機械械連接，禁禁止使用線線控轉(zhuǎn)向；11、轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)必須須安裝有效效的轉(zhuǎn)向限限位塊，以以防止轉(zhuǎn)向向連桿結(jié)構(gòu)構(gòu)反轉(zhuǎn)（四四桿機構(gòu)在在一個節(jié)點點處發(fā)生反反轉(zhuǎn)）。限限位塊可安安裝在轉(zhuǎn)向向立柱或齒齒條上，并并且必須防防止輪胎在在轉(zhuǎn)向行駛駛時接觸懸懸架、車身身或車架部部件； 12、轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)的自自由行程不不得超過 7（在方向向盤上測量量）； 13、方向向盤必須安安裝在快拆拆器上， 必須保證證車手在正正常駕駛坐坐姿并配戴戴手套時可可以操作快快拆器；14、方向向盤輪廓必必須為連續(xù)續(xù)閉合的近近圓形或近近

36、橢圓形，例例如：外輪輪廓可以有有一些部分分趨向直線線，不能有有內(nèi)凹的部部分。禁止止使用 HH 形、88 型或分分開式方向向盤； 15、在任任何角度，方方向盤上端端必須低于于前環(huán)的上上端；16、進行行運動校核核，保證轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動動方向一致致；正確設(shè)計轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向梯形機機構(gòu)，可以以使第1項要求得得到保證。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)中設(shè)置有有轉(zhuǎn)向減振振器時，能能夠防止轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生生自振，同同時又能使使傳到轉(zhuǎn)向向盤上的反反沖力明顯顯降低。為為了使汽車車具有良好好的機動性性，必須使使轉(zhuǎn)向輪有有盡可能大大的轉(zhuǎn)角，并并要達到按按前外輪車車輪軌跡計計算，其最最小轉(zhuǎn)彎半半徑能達到到汽車軸距的的22.5倍。通通常用轉(zhuǎn)向向時駕

37、駛員員作用在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤上的的切向力大大小和轉(zhuǎn)動動圈數(shù)多少少兩項指標標來評價操操縱輕便性性。沒有裝裝置動力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向的轎車車，在行駛駛中轉(zhuǎn)向，此此力應(yīng)為5501000N；有有動力轉(zhuǎn)向向時，此力力在2050N。轎車轉(zhuǎn)向向盤從中間間位置轉(zhuǎn)到到每一端的的圈數(shù)不得得超過2.0圈。2 轉(zhuǎn)向向系主要性性能參數(shù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主主要參數(shù)包包括轉(zhuǎn)向系系效率、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系傳動動比、傳動動副的傳動動間隙和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動圈速。2.1 轉(zhuǎn)向系的的效率功率從轉(zhuǎn)向向軸輸入，經(jīng)經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂臂軸（或橫橫拉桿）輸輸出所求得得的效率稱稱為轉(zhuǎn)向器器的正效率率，用符號號表示，；反之稱為為逆效率，用用符號表示示。正效率計算算公式： （22-1）逆效率計算

38、算公式： （2-2） 式中，為作作用在轉(zhuǎn)向向軸上的功功率；為轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器中的的磨擦功率率；為作用用在轉(zhuǎn)向搖搖臂軸上的的功率。正正效率高，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向輕便；轉(zhuǎn)向器應(yīng)應(yīng)具有一定定逆效率，以以保證轉(zhuǎn)向向輪和轉(zhuǎn)向向盤的自動動返回能力力。但為了了減小傳至至轉(zhuǎn)向盤上上的路面沖沖擊力，防防止打手，又又要求此逆逆效率盡可可能低。影響轉(zhuǎn)向器器正效率的的因素有轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器的類類型、結(jié)構(gòu)構(gòu)特點、結(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)和和制造質(zhì)量量等。2.1.11 轉(zhuǎn)向器的的正效率影響轉(zhuǎn)向器器正效率的的因素有轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器的類類型、結(jié)構(gòu)構(gòu)特點、結(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)和和制造質(zhì)量量等。1、轉(zhuǎn)向器器類型、結(jié)結(jié)構(gòu)特點與與效率在四種轉(zhuǎn)向向器中，齒齒輪齒條式式、循環(huán)球球式轉(zhuǎn)向器器的正效

39、率率比較高，而而蝸桿指銷銷式特別是是固定銷和和蝸桿滾輪輪式轉(zhuǎn)向器器的正效率率要明顯的的低些。同一類型轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器，因因結(jié)構(gòu)不同同效率也不不一樣。如如蝸桿滾輪輪式轉(zhuǎn)向器器的滾輪與與支持軸之之間的軸承承可以選用用滾針軸承承、圓錐滾滾子軸承和和球軸承。選用滾針針軸承時，除除滾輪與滾滾針之間有有摩擦損失失外，滾輪輪側(cè)翼與墊墊片之間還還存在滑動動摩擦損失失，故這種種軸向器的的效率+僅有544%。另外外兩種結(jié)構(gòu)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器器效率分別別為70%和75%。轉(zhuǎn)向搖臂軸軸的軸承采采用滾針軸軸承比采用用滑動軸承承可使正或或逆效率提提高約100%。2、轉(zhuǎn)向器器的結(jié)構(gòu)參參數(shù)與效率率如果忽略軸軸承和其經(jīng)經(jīng)地方的摩摩擦損失，只只

40、考慮嚙合合副的摩擦擦損失，對對于蝸桿類類轉(zhuǎn)向器，其其效率可用用下式計算算： （2-33）式中，a00為蝸桿（或或螺桿）的的螺線導程程角；為為摩擦角，=arcctanff；f為磨磨擦因數(shù)。2.1.22 轉(zhuǎn)向器的的逆效率根據(jù)逆效率率不同，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器有可可逆式、極極限可逆式式和不可逆逆式之分。路面作用在在車輪上的的力，經(jīng)過過轉(zhuǎn)向系可可大部分傳傳遞到轉(zhuǎn)向向盤，這種種逆效率較較高的轉(zhuǎn)向向器屬于可可逆式。它它能保證轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤自動動回正，既既可以減輕輕駕駛員的的疲勞，又又可以提高高行駛安全全性。但是是，在不平平路面上行行駛時，傳傳至轉(zhuǎn)向盤盤上的車輪輪沖擊力，易易使駕駛員員疲勞，影影響安全行行駕駛。屬于

41、可逆式式的轉(zhuǎn)向器器有齒輪齒齒條式和循循環(huán)球式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器。不可逆式和和極限可逆逆式轉(zhuǎn)向器器。不可逆逆式轉(zhuǎn)向器器，是指車車輪受到的的沖擊力不不能傳到轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器。該該沖擊力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向傳動機機構(gòu)的零件件承受，因因而這些零零件容易損損壞。同時時，它既不不能保證車車輪自動回回正，駕駛駛員又缺乏乏路面感覺覺，因此，現(xiàn)現(xiàn)代汽車不不采用這種種轉(zhuǎn)向器。極限可逆逆式轉(zhuǎn)向器器介于可逆逆式與不可可逆式轉(zhuǎn)向向器兩者之之間。在車車輪受到?jīng)_沖擊力作用用時，此力力只有較小小一部分傳傳至轉(zhuǎn)向盤盤。如果忽略軸軸承和其它它地方的磨磨擦損失，只只考慮嚙合合副的磨擦擦損失，則則逆效率可可用下式計計算（22-4）式（2-33）和式（22

42、-4）表表明：增加加導程角，正正、逆效率率均增大。受增大的的影響，不不宜取得過過大。當導導程角小于于或等于磨磨擦角時，逆逆效率為負負值或者為為零，此時時表明該轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器是不不可逆式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器。為為此，導程程角必須大大于磨擦角角。2.2 傳動比變變化特性轉(zhuǎn)向系的傳傳動比包括括轉(zhuǎn)向系的的角傳動比比和轉(zhuǎn)向系系的力傳動動比iP，兩者之之間的關(guān)系系對轉(zhuǎn)向的的整體性能能有很大影影響。2.2.11 轉(zhuǎn)向系系傳動比傳動系的力力傳動比：（2-55）轉(zhuǎn)向系的角角傳動比: （2-66）轉(zhuǎn)向系的角角傳動比由由轉(zhuǎn)向器角角傳動比和和轉(zhuǎn)向傳動動機構(gòu)角傳傳動組成，即即：（2-7）轉(zhuǎn)向器的角角傳動比: （2-8） 轉(zhuǎn)向傳動機機構(gòu)的

43、角傳傳動比: （2-99）2.2.22 力傳動比比與轉(zhuǎn)向系系角傳動比比的關(guān)系轉(zhuǎn)向阻力與與轉(zhuǎn)向阻力力矩的關(guān)系系式：（2-110）作用在轉(zhuǎn)向向盤上的手手力與作用用在轉(zhuǎn)向盤盤上的力矩矩的關(guān)系式式：（2-111）將式（2-10）、式（2-11）代代入 后得得到：（22-12）如果忽略磨磨擦損失，根根據(jù)能量守守恒原理，22Mr/MMh可用下式式表示 （2-13）將式（2-10）代代入式（22-11）后后得到：（22-14）當a和Dssw不變時時，力傳動動比越大，雖雖然轉(zhuǎn)向越越輕，但也也越大，表表明轉(zhuǎn)向不不靈敏。2.2.33 轉(zhuǎn)向器器角傳動比比的選擇轉(zhuǎn)向器角傳傳動比可以以設(shè)計成減減小、增大大或保持不不變的

44、。影影響選取角角傳動比變變化規(guī)律的的主要因素素是轉(zhuǎn)向軸軸負荷大小小和對汽車車機動能力力的要求。若轉(zhuǎn)向軸負負荷小或采采用動力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向的汽車車，不存在在轉(zhuǎn)向沉重重問題，應(yīng)應(yīng)取較小的的轉(zhuǎn)向器角角傳動比，以以提高汽車車的機動能能力。若轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向軸負荷荷大，汽車車低速急轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎時的操操縱輕便性性問題突出出，應(yīng)選用用大些的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器角傳傳動比。汽車以較高高車速轉(zhuǎn)向向行駛時，要要求轉(zhuǎn)向輪輪反應(yīng)靈敏敏，轉(zhuǎn)向器器角傳動比比應(yīng)當小些些。汽車高高速直線行行駛時，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤在中中間位置的的轉(zhuǎn)向器角角傳動比不不宜過小。否則轉(zhuǎn)向向過分敏感感，使駕駛駛員精確控控制轉(zhuǎn)向輪輪的運動有有困難。轉(zhuǎn)向器角傳傳動比變化化曲線應(yīng)選選用大致呈呈中間小

45、兩兩端大些的的下凹形曲曲線，如圖圖2-1所示。圖2-1 轉(zhuǎn)向器器角傳動比比變化特性性曲線2.3 轉(zhuǎn)向器傳傳動副的傳傳動間隙傳動間隙是是指各種轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器中傳傳動副之間間的間隙。該間隙隨隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角的大小小不同而改改變，并把把這種變化化關(guān)系稱為為轉(zhuǎn)向器傳傳動副傳動動間隙特性性（圖2-2）。研究該特性性的意義在在于它與直直線行駛的的穩(wěn)定性和和轉(zhuǎn)向器的的使用壽命命有關(guān)。傳動副的傳傳動間隙在在轉(zhuǎn)向盤處處于中間位位置及其附附近位置時時要很小，最好好無間隙。若轉(zhuǎn)向器器傳動副存存在的傳動間隙隙很大時，當轉(zhuǎn)向輪受受到較大的的側(cè)向力作作用，車輪輪將很有可可能偏離原原行駛路線線，使車輛失去穩(wěn)穩(wěn)定。傳動副在中中間位置

46、及其附附近位置因因使用頻繁繁，磨損速速度要比兩兩端快。在在中間位置置及附近位位置因磨損損造成的間間隙過大時時，必須經(jīng)經(jīng)調(diào)整消除除該處間隙隙。圖2-2 轉(zhuǎn)向器器傳動副傳傳動間隙特特性轉(zhuǎn)向器傳動動副傳動間間隙特性 圖中曲線線1表明轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器在磨磨損前的間間隙變化特特性；曲線線2表明使使用并磨損損后的間隙隙變化特性性，并且在在中間位置置處已出現(xiàn)現(xiàn)較大間隙隙；曲線33表明調(diào)整整后并消除除中間位置置處間隙的的轉(zhuǎn)向器傳傳動間隙變變化特性。2.4 轉(zhuǎn)向盤的的總轉(zhuǎn)動圈圈數(shù)轉(zhuǎn)向盤從一一個極端位位置轉(zhuǎn)到另另一個極端端位置時所所轉(zhuǎn)過的圈圈數(shù)稱為轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤的總總轉(zhuǎn)動圈數(shù)數(shù)。它與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向輪的最最大轉(zhuǎn)角及及轉(zhuǎn)向系的的角傳動比比

47、有關(guān)，并并影響轉(zhuǎn)向向的操縱輕輕便性和靈靈敏性。轎轎車轉(zhuǎn)向盤盤的總轉(zhuǎn)動動圈數(shù)較少少，一般約約在3.66圈以內(nèi)。而對于方方程式汽車車而言，過過多的轉(zhuǎn)動動圈速不利利于提高轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向的靈敏敏度。本文文的設(shè)計參參考Forrmulaa 1汽車車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)，轉(zhuǎn)動圈圈速為2/3圈，及及左右各1120。3 FSSAE汽車車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總總體機構(gòu)設(shè)設(shè)計FSAE汽汽車屬于小小型賽車，其其整備質(zhì)量量很輕，整整體尺寸也也很小，本本章將確定定轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)的主要參參數(shù)，并根根據(jù)確定的的參數(shù)進行行轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)類型的選選擇。3.1 參考數(shù)據(jù)據(jù)的確定表3-1 FSAAE汽車轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)前輪距B111250mmm后輪距B221200mmm軸

48、距L1650mmm滿載軸荷分分配：前/后169.22/190.8(kgg)輪胎223/5533R114主銷偏移距距a100mmm輪胎壓力pp/MPaa0.45方向盤直徑徑DSW300mmm最小轉(zhuǎn)彎半半徑R3.5m轉(zhuǎn)向節(jié)臂LL190mm3.2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)類型選擇擇汽車轉(zhuǎn)向系系可按轉(zhuǎn)向向能源的不不同分為機機械轉(zhuǎn)向系系和動力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系兩大大類。3.2.11 機械械轉(zhuǎn)向系機械轉(zhuǎn)向系系中轉(zhuǎn)向能能源是來自自駕駛員的的體力，其其中所有傳傳力件都是是機械的。機械轉(zhuǎn)向向系由轉(zhuǎn)向向器、轉(zhuǎn)向向操縱機構(gòu)構(gòu)和轉(zhuǎn)向傳傳動機構(gòu)三三大部分組組成。圖3-1所所示的機械械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)。當汽車車轉(zhuǎn)向時，駕駕駛員對轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤施加加一個轉(zhuǎn)向

49、向力矩。該該力矩通過過轉(zhuǎn)向軸和和柔性聯(lián)軸軸節(jié)輸入轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器再將將力經(jīng)左，右右橫拉桿,將力傳給給固定于兩兩側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)節(jié)上的左、右轉(zhuǎn)向節(jié)節(jié)臂，使轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向節(jié)和它它所支撐的的轉(zhuǎn)向輪繞繞主銷軸線線偏移一定定角度，實實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。目前，許多多國內(nèi)外生生產(chǎn)的新車車型在轉(zhuǎn)向向操縱機構(gòu)構(gòu)中轉(zhuǎn)向軸軸采用了萬萬向傳動裝裝置（轉(zhuǎn)向向萬向節(jié)和和轉(zhuǎn)向傳動動軸）。這這有助于轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器等部部件和組件件的通用化化和系列化化。只要適適當改變轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向萬向傳傳動裝置的的幾何參數(shù)數(shù)，便可以以滿足各種種變型車的的總布置要要求。即使使在轉(zhuǎn)向器器與轉(zhuǎn)向盤盤同軸線的的情況下，其其間也可以以采用萬向向傳動裝置置，以補償償由于部件件在車上的

50、的安裝基體體和安裝誤誤差（駕駛駛室、車架架）的變形形所造成的的二者軸線線實際上的的不重合。 圖3-1 機械轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)3.2.22 動力力轉(zhuǎn)向系為了減輕轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向時駕駛駛員作用到到轉(zhuǎn)向盤上上的手力和和提高行駛駛安全，在在有些汽車車上裝設(shè)了了動力轉(zhuǎn)向向機構(gòu)。動動力轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)主要分分為液壓助助力轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)、電動動助力轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)。如如圖（3-2、3-3）。圖3-2液液壓助力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)圖3-3 電動助力力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)示意圖發(fā)動機排量量在2.55L以上的的乘用車，由由與對其操操縱輕便性性的要求越越來越高，采采用或者可可供選裝動動力轉(zhuǎn)向器器的逐漸增增多。轉(zhuǎn)向向軸軸載質(zhì)質(zhì)量超過22.5t的的貨車，可可以采用動動力轉(zhuǎn)

51、向；當超過44t時，應(yīng)應(yīng)該采用動動力轉(zhuǎn)向。動力轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)是一種種轉(zhuǎn)向能源源是來自于于發(fā)動機（或或電動機）的的動力和駕駕駛員體力力的轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)。在機機械轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)的基礎(chǔ)礎(chǔ)上加設(shè)一一套轉(zhuǎn)向助助力裝置就就形成的動動力轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)。在正常情況況下，汽車車所需轉(zhuǎn)向向能量，大大部分是由由發(fā)動機所所驅(qū)動的動動力轉(zhuǎn)向裝裝置提供的的其中只有有一小部分分由駕駛員員來提供，如如果動力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向裝置出出現(xiàn)故障無無法提供助助力時，此此時駕駛員員能獨立承承擔汽車轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向所需的的能量。所所以在機械械轉(zhuǎn)向系的的基礎(chǔ)上加加設(shè)一套動動力轉(zhuǎn)向裝裝置就形成成了動力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。對較輕的汽汽車人力勉勉強可以實實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，但但對于最大大總質(zhì)量大大于

52、等于550噸的重重型汽車而而言，動力力轉(zhuǎn)向裝置置一旦失效效，轉(zhuǎn)向輪輪在駕駛員員通過機械械傳動系加加于萬向節(jié)節(jié)的力的作作用下遠不不足發(fā)生偏偏轉(zhuǎn)從而實實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。動力轉(zhuǎn)向向裝置穩(wěn)定定可靠程度度對這種汽汽車尤為重重要。FSAE汽汽車屬于小小型車輛，整整備質(zhì)量盡盡為3000kg左右右，所以本本設(shè)計選用用的機械轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。3.3 轉(zhuǎn)向器類類型選擇轉(zhuǎn)向器是整整個轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)的核心心部分，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器的設(shè)設(shè)計也就是是整個轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)的關(guān)關(guān)鍵所在。根據(jù)所采采用的轉(zhuǎn)向向傳動副的的不同，常常見轉(zhuǎn)向器器的結(jié)構(gòu)型型式有四種。分別有齒輪輪齒條式、循環(huán)球式式、球面蝸蝸桿滾輪式式和蝸桿指銷銷式等。3.3.11 齒輪輪齒條轉(zhuǎn)向向器齒輪

53、齒條式式轉(zhuǎn)向器（圖圖3-4）由由與轉(zhuǎn)向軸軸做成一體體的轉(zhuǎn)向齒齒輪和常與與轉(zhuǎn)向橫拉拉桿做成一一體的齒條條組成。齒齒輪齒條式式轉(zhuǎn)向器與與其他形式式的轉(zhuǎn)向器器相比，其其最主要的的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單單，緊湊，殼殼體壓鑄而而成材質(zhì)多多選用鋁合合金或者鎂鎂合金，其其的質(zhì)量相相對比較少少；轉(zhuǎn)向器器占用的體體積?。粋鱾鲃有室惨哺哌_900%，沒有有轉(zhuǎn)向搖臂臂和直拉桿桿，所以轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角角可以增大大；制造成成本低。齒輪齒條條轉(zhuǎn)向器最最主要的缺缺點是：因因逆效率高高（60%70%），汽車車在不平路路面上行駛駛時，發(fā)生生在轉(zhuǎn)向輪輪與路面之之間沖擊力力的大部分分能轉(zhuǎn)至轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤，稱稱之為反沖沖。反沖現(xiàn)現(xiàn)象會使駕駕駛員精神

54、神緊張，并并難以準確確控制汽車車行駛方向向，轉(zhuǎn)向盤盤突然轉(zhuǎn)動動又會造成成打手，同同時對駕駛駛員造成傷傷害。圖3-4 齒輪齒齒條式轉(zhuǎn)向向器3.3.22 循環(huán)環(huán)球式轉(zhuǎn)向向器循環(huán)球式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器由螺螺桿和螺母母共同形成成的螺旋槽槽內(nèi)裝鋼球球構(gòu)成的傳傳動副，以以及螺母上上齒條與搖搖臂軸上齒齒扇構(gòu)成的的傳動副組組成，如圖圖（3-55）。圖3-5 循環(huán)球球式轉(zhuǎn)向器器循環(huán)球式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器的優(yōu)優(yōu)點是：因因為可以循循環(huán)流動的的鋼球在螺螺桿和螺母母之間滾動動，上滑動動摩擦轉(zhuǎn)變變成滾動摩摩擦，其傳傳動效率高高達到755%855%；另外外在結(jié)構(gòu)與與工藝方面面進行改良良，例如降降低工作表表面的粗糙糙度和提高高螺桿螺母母制造精度

55、度。螺桿螺螺母上的螺螺紋經(jīng)磨削削加工和淬淬火，硬度度和耐磨損損性能都等等到很大提提升，保證證螺桿螺母母的使用壽壽命得意提提升；工作作平穩(wěn)可靠靠；并且轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器的傳傳動比也是是可以變化化。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器的缺缺點是：逆逆效率高，結(jié)結(jié)構(gòu)復雜，制制造困難，制制造精度要要求高,循循環(huán)球式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器主要要用于商用用車上。3.3.33 蝸桿桿滾輪式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器蝸桿滾輪式式轉(zhuǎn)向器（如如圖3-66）主要由由蝸桿和滾滾輪相互嚙嚙合而構(gòu)成成。此類轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器的優(yōu)優(yōu)點主要是是：結(jié)構(gòu)較較簡單；易易加工；由由于蝸桿上上的螺紋和和滾輪的齒齒面屬于面面接觸，所所以強度較較高，工作作穩(wěn)定可靠靠，使用壽壽命長，不不易磨損；其逆效率率較低

56、。蝸桿滾輪式式轉(zhuǎn)向器缺缺點主要是是：正效率率較低；當當工作齒面面發(fā)生磨損損之后，嚙嚙合間隙的的調(diào)整比較較困難；另另外蝸桿滾滾輪式轉(zhuǎn)向向器的傳動動比是不能能改變。曾經(jīng)在汽車車上也廣泛泛使用過這這種轉(zhuǎn)向器器。圖3-6 蝸桿滾輪輪式轉(zhuǎn)向器器3.3.44 蝸桿桿指銷式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器蝸桿指銷式式轉(zhuǎn)向器（如如圖3-77）主要由由蝸桿和一一端帶有銷銷子搖臂軸軸構(gòu)成。按按銷子能否否轉(zhuǎn)動分成成旋轉(zhuǎn)銷式式和固定銷銷式。如果果銷子除隨隨同搖臂軸軸轉(zhuǎn)動外，還還能繞自身身軸線轉(zhuǎn)動動的，稱子子為旋轉(zhuǎn)銷銷式轉(zhuǎn)向器器；如果銷銷子不能自自轉(zhuǎn)，則稱稱之為固定定銷式蝸桿桿指銷式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器。根根據(jù)銷子數(shù)數(shù)量的不同同又可以分分為單銷和和雙銷。

57、蝸桿指銷式式轉(zhuǎn)向器的的優(yōu)點是:當蝸桿的的導程不變變時，其傳傳動比也是是不變的。如果要的的到可以變變傳動比的的轉(zhuǎn)向器，將將螺桿的導導程做成變變化的即可可。當蝸桿桿和指銷之之間的工作作面磨損之之后，間隙隙的調(diào)整工工作也比較較容易。固定銷蝸桿桿指銷式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器的結(jié)結(jié)構(gòu)簡單，易易加工；但但是因銷子子本身無法法自轉(zhuǎn)，銷銷子的工作作部位基本本保持不變變，所以磨磨損快，工工作效率低低。旋轉(zhuǎn)銷銷式轉(zhuǎn)向器器的效率高高，磨損慢慢，但結(jié)構(gòu)構(gòu)復雜。蝸桿指銷銷式轉(zhuǎn)向器器應(yīng)有較少少圖3-7 蝸桿指銷銷式轉(zhuǎn)向器器根據(jù)FSAAE轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)要求，結(jié)結(jié)合上述幾幾種轉(zhuǎn)向器器的特點，本本設(shè)計中選選用的是齒齒輪齒條式式轉(zhuǎn)向器。3.4 轉(zhuǎn)

58、向輪側(cè)側(cè)偏角計算算如上圖3-8所示：左、右轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向車輪繞繞其轉(zhuǎn)向主主銷的偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，并使它它們偏轉(zhuǎn)到到繞同一瞬瞬時轉(zhuǎn)向中中心的不同同軌跡圓上上，實現(xiàn)車車輪無滑動動地滾動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向。為了了使左、右右轉(zhuǎn)向車輪輪偏轉(zhuǎn)角之之間的關(guān)系系能滿足這這一汽車轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向運動學學的要求，兩車輪見側(cè)片角會有一下關(guān)系，這要由轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)中的轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)的精確設(shè)計來保證。汽車轉(zhuǎn)向時時，將圍繞繞其彎心轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，兩車車輪離轉(zhuǎn)彎彎中心的距距離并不相相等，其內(nèi)內(nèi)側(cè)車輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角位，外外側(cè)為，最最大轉(zhuǎn)彎半半徑R，軸軸距L，為為兩主銷中中心線延長長線到地面面交點之間間的距離，則則左右車輪輪側(cè)片角如如下。圖3.8 車輪位位置簡圖 （33-1） （33-

59、2）4 轉(zhuǎn)向向器設(shè)計齒輪齒條式式轉(zhuǎn)向器結(jié)結(jié)構(gòu)以其結(jié)結(jié)構(gòu)簡單緊緊湊；質(zhì)量量相對比較較少；轉(zhuǎn)向向器占用的的體積小；傳動效率率也高達990%；沒沒有轉(zhuǎn)向搖搖臂和直拉拉桿；制造造成本低等等優(yōu)點被普普遍應(yīng)用在在小型汽車車上。其結(jié)結(jié)構(gòu)簡單和和質(zhì)量少等等特點也非非常適合在在FSAEE汽車上使使用。本章章將詳細的的闡述本設(shè)設(shè)計中的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器的設(shè)設(shè)計要點。4.1 齒輪齒條條式轉(zhuǎn)向器器的結(jié)構(gòu) 本設(shè)計中在在3.2節(jié)節(jié)中已經(jīng)確確定了FSSAE汽車車將選用與與圖4-11類似的齒齒輪齒條式式轉(zhuǎn)向器，本本節(jié)主要是是設(shè)計符合合該轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)要求的的轉(zhuǎn)向器。圖4-1 典型齒輪輪齒條轉(zhuǎn)向向器4.2 齒輪齒條條式轉(zhuǎn)向器器形式根據(jù)輸入齒

60、齒輪位置和和輸出特點點不同，齒齒輪齒條式式轉(zhuǎn)向器有有四種形式式：中間輸輸入，兩端端輸入（圖圖4-2aa）；側(cè)面面輸入，兩兩端輸出（圖圖4-2bb）；側(cè)面輸輸入，中間間輸出（圖圖4-2cc）；側(cè)面面輸入，一一端輸出（圖圖4-2dd）。采用側(cè)面輸輸入、中間間輸出方案案時，其橫橫拉桿長度度增長，車車輪上、下下跳動時位位桿擺角減減小，有利利于減少車車輪上、下下跳動時轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系與懸懸架系的運運動干涉。而采用兩兩側(cè)輸出方方案時，容容易與懸架架系統(tǒng)導向向機構(gòu)產(chǎn)生生運動干涉涉。 拉桿桿與齒條用用螺栓固定定連接，因因此兩拉桿桿與齒條同同時向左或或者向右移移動，為此此在轉(zhuǎn)向器器殼體上開開有軸向的的長槽， 從而降低低