566 方程式賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計（轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）,566,方程式賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計（轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）,方程式賽車,轉(zhuǎn)向,系統(tǒng),設(shè)計 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 （學(xué)生填表） 學(xué)院： 車輛與動力工程學(xué)院 2013年 4月 15日 課題名稱 大學(xué)生方程式賽車設(shè)計（轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計） 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 課題類型 論文 指導(dǎo)教師 職稱 課題來源 生產(chǎn) 文獻(xiàn)綜述 1. 課題研究的背景 大學(xué)生方程式賽車活動以院校為單位組織學(xué)生參與，賽事組織的目的主要有：一是重點培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計、制造能力、成本控制能力和團(tuán)隊溝通協(xié)作能力，使學(xué)生能夠盡快適應(yīng)企業(yè)需求，為企業(yè)挑選優(yōu)秀適用人才提供平臺； 二是通過活動創(chuàng)造學(xué)術(shù)競爭氛圍，為院校間提供交流平臺，進(jìn)而推動學(xué)科建設(shè)的提升； 大賽在提高和檢驗汽車行業(yè)院校學(xué)生的綜合素質(zhì)，為汽車工業(yè)健康、快速和可持續(xù)發(fā)展積蓄人才,增進(jìn)產(chǎn)、學(xué)、研三方的交流與互動合作等方面具有十分廣泛的意義。 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，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。 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)計是如此重要。通過對轉(zhuǎn)向系的優(yōu)化設(shè)計，來為賽車其他零部件分析優(yōu)化提供思路，以達(dá)到對賽車的結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化。 2. 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展歷程 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)3個基本階段，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為其發(fā)展趨勢。[5] 2.1、純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 機(jī)械式的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)， 由于產(chǎn)生轉(zhuǎn)動所需要的轉(zhuǎn)矩完全由機(jī)械力來提供， 所以為施加足 夠的轉(zhuǎn)矩而不得不適用大直徑的方向盤， 因此占用了很大的駕駛空間而使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)顯得很 笨拙，而且駕駛?cè)藛T操作起來也比較吃力，故適用范圍有很大局限性[6]。但是由于其結(jié)構(gòu) 簡單、造價低廉、故障率低，目前在一部分轉(zhuǎn)向操縱力不大、對操控性能要求不高的微型 轎車、農(nóng)用機(jī)械上仍有使用。 2.2、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)于 1953 年通用汽車公司首次使用。80 年代后期，這一系統(tǒng)進(jìn)一步 得到優(yōu)化，出現(xiàn)了變流量泵液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Variable Displacement Power Steering Pump) 和電動液壓助力轉(zhuǎn)向(Electric Hydraulic Power Steering，簡稱 EHPS)系統(tǒng)[7]。變流量泵助力 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車處于比較高的行駛速度或者不需要轉(zhuǎn)向的情況下，泵的流量會相應(yīng)地減 少，從而有利于減少不必要的功耗。電動液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用電動機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)向泵，由于電機(jī) 的轉(zhuǎn)速可調(diào)，可以即時關(guān)閉，所以也能夠起到降低功耗的功效。 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)降低了轉(zhuǎn)向操縱力，從而大大減少了方向盤所占用的駕駛室空間， 同時也使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變得更加靈敏[8]。由于該類轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)成熟、能提供大的轉(zhuǎn)向操縱助 力，目前在部分乘用車、大部分商用車特別是重型車輛上廣泛應(yīng)用。但是該系統(tǒng)在系統(tǒng)布 置、安裝、密封性、操縱靈敏度、能量消耗、磨損與噪聲等方面存在不足。 2.3、汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS) EPS 在 1988 年由日本鈴木公司首次開發(fā)出來，此后，電動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)得到迅速發(fā) 展，其應(yīng)用范圍已經(jīng)從微型轎車向大型轎車和客車方向發(fā)展。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)矩傳感器、車速傳感器、電子控制器、電動機(jī)、電磁離合器和 減速機(jī)構(gòu)等組成， 汽車處于起動或者低速行駛狀態(tài)操作轉(zhuǎn)向時， 轉(zhuǎn)矩傳感器不斷檢測作用 于轉(zhuǎn)向柱扭桿上的扭矩， 并將此信號與車速信號同時輸入電子控制器， 處理器對輸入信號 進(jìn)行運算處理，確定助力扭矩的大小和方向，從而控制電動機(jī)的電流和轉(zhuǎn)向，電動機(jī)將轉(zhuǎn) 矩傳遞給牽引前輪轉(zhuǎn)向的橫拉桿，最終起到為駕駛?cè)藛T提供輔助轉(zhuǎn)向力的功效[9]；當(dāng)車速 超過一定的臨界值或者出現(xiàn)故障時， 為保持汽車高速時的操控穩(wěn)定性， EPS 系統(tǒng)退出助力 工作模式，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)入手動轉(zhuǎn)向模式。不轉(zhuǎn)向的情況下，電動機(jī)不工作。 2.4、汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由方向盤模塊、 轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊和主控制器 3 個主要部分以及自動防故障 系統(tǒng)、電源等輔助模塊組成。它是一種全新概念的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由于其取消了方向盤與轉(zhuǎn)向 車輪間的機(jī)械連接， 通過軟件協(xié)調(diào)它們之間的運動關(guān)系， 可以實現(xiàn)一系列傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無 法實現(xiàn)的特殊功能。 汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)、 提高整車主動安全性， 使汽車性能適應(yīng)更 多非職業(yè)駕駛員的需求，對廣大消費者有著巨大的吸引力[10]。但是由于可靠性要求及制造 成本較高，該系統(tǒng)距離普及仍有一段距離。 3. 賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點概述 轉(zhuǎn)向系是用來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，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。 轉(zhuǎn)向系由轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)組成。轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)又包括方向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱。轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向橫拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂。 3.1.賽車轉(zhuǎn)向系設(shè)計的具體要求 (1) 汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，全部車輪應(yīng)繞瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，任何車輪不應(yīng)有側(cè)滑。 (2) 汽車轉(zhuǎn)向行駛后，在駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤的條件下，轉(zhuǎn)向輪能自動返回到直線行駛位置，并穩(wěn)定行駛。 (3) 汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動。 (4) 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置共同工作時，由運動不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生的擺動應(yīng)最小。 (5) 保證汽車有較高的機(jī)動性，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力。 (6) 同時兼顧操縱輕便性和靈敏性。 (7) 轉(zhuǎn)向輪碰撞到障礙物以后，轉(zhuǎn)給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。 (8) 轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。 (9) 在車禍中，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤由于車架或車身變形而共同后移時，轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。 (10) 進(jìn)行運動校核，保證轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動方向一致。 4. 設(shè)計思路 本課題在綜合考慮眾多因素的基礎(chǔ)上先從轉(zhuǎn)向系最基本的原理入手，經(jīng)過對汽車的轉(zhuǎn)向系原理的認(rèn)真學(xué)習(xí)，來摸索著設(shè)計賽車的轉(zhuǎn)向系。 設(shè)計過程中，先是比較各個類型轉(zhuǎn)向系的優(yōu)缺點，并結(jié)合賽車對轉(zhuǎn)向系的一些特殊要求，最后決定采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系。因為目前梯形結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向系的轉(zhuǎn)角關(guān)系較接近理想的轉(zhuǎn)角關(guān)系，又鑒于賽車采用獨立懸架結(jié)構(gòu)，因此采用斷開式梯形結(jié)構(gòu)。 斷開點的選擇以及內(nèi)、外轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線的優(yōu)化方面，不但要考慮轉(zhuǎn)向本身的需要，同時還要考慮轉(zhuǎn)向與車架的配合，首先斷開點應(yīng)該設(shè)在車架的兩側(cè)，并且轉(zhuǎn)向 過程中斷開點應(yīng)一直都在車架的外側(cè)，這樣便限定了橫拉桿的長度，與轉(zhuǎn)向設(shè)計有關(guān)的主銷距K由懸架設(shè)計時確定，軸距由車架來確定。這樣一來，轉(zhuǎn)向系的優(yōu)化過程中只需優(yōu)化梯形臂長m，梯形底角和主銷連線到橫拉桿的水平距離h。h 值越大 ，轉(zhuǎn)向越省力，但又考慮到安裝的空間問題，h值不能過大。對梯形臂長m 和梯形底角的優(yōu)化時，采用曲線比擬的方法，將實際內(nèi)、外轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線和理想的內(nèi)、外轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線畫在同一張圖上，比較兩個曲線的接近程度，優(yōu)化出兩個變量的最好組合值。 各個桿件的參數(shù)變量確定以后，要開始設(shè)計轉(zhuǎn)向器，首先，根據(jù)最小半徑的要求計算出車輪的最大轉(zhuǎn)角，然后綜合各種因素確定轉(zhuǎn)向器的傳動比，之后根據(jù)以上參數(shù)確定轉(zhuǎn)向器齒輪齒條的參數(shù)。 轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，首先考慮到轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，首先考慮到轉(zhuǎn)向器的安裝空間問題，根據(jù)空間確定了滿足功能的轉(zhuǎn)向器的總體尺寸模型的大小，再在這個模型的基礎(chǔ)上分割出各個零件的尺寸要求，在保證各個功能要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計出轉(zhuǎn)向器的各個部件。 研究目標(biāo) 運用所學(xué)的設(shè)計、結(jié)構(gòu)、理論等專業(yè)知識和基礎(chǔ)知識，通過查找相關(guān)資料，熟悉了解現(xiàn)有車型結(jié)構(gòu)，結(jié)合自己的構(gòu)思，設(shè)計出符合題目要求的賽車及其零部件，達(dá)到提高畢業(yè)生綜合能力的目的。 論文要求20000字左右，繪制平面布置和工藝布局圖一張（A0）；中文摘要300~500字。附英文摘要，計算機(jī)打印；外文翻譯10000字符以上；查詢資料20篇以上，附資料名稱。 研究內(nèi)容 根據(jù)大學(xué)生方程式賽車的比賽規(guī)則及大學(xué)生方程式賽車設(shè)計具體參數(shù)要求，進(jìn)行轉(zhuǎn)向系方案分析；轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)確定；轉(zhuǎn)向器機(jī)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計；轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)設(shè)計，繪制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)裝配及零件圖 5. 實施計劃 4.1 ——4.12 調(diào)研，收集資料。 4.13——4.26 確定方案。 4.27——6.9 完成零、部件圖、總裝圖設(shè)計，并完成機(jī)繪圖。 6.10——6.18 撰寫說明書、整理圖紙。 6.19——6.26 互評、答辯。 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 教研室意見 教研室主任簽字： 年 月 日