方程式赛车转向系统设计

河南科技大学毕业设计（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）学生姓名林祖栋专业班级车辆091课题类型论文指导教师牛毅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需要全套设计请联系QQ1537693694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]2.1、纯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。2.2、液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(VariableDisplacementPowerSteeringPump)和电动液压助力转向(ElectricHydraulicPowerSteering，简称EHPS)系统[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。电需要全套设计请联系QQ1537693694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。2.3、汽车电动助力转向系统(EPS)EPS在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，EPS系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。2.4、汽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。3.1.赛车转向系设计的具体要求(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，转向越省需要全套设计请联系QQ1537693694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（A0）；中文摘要300~500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4.1——4.12调研，收集资料。4.13——4.26确定方案。4.27——6.9完成零、部件图、总装图设计，并完成机绘图。6.10——6.18撰写说明书、整理图纸。6.19——6.26互评、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