節(jié)能賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計【獨家畢業(yè)課程設(shè)計含任務(wù)書+開題報告+外文翻譯+中期報告+答辯PPT】,節(jié)能,賽車,轉(zhuǎn)向,系統(tǒng),設(shè)計,獨家,畢業(yè),課程設(shè)計,任務(wù)書,開題,報告,講演,呈文,外文,翻譯,中期,答辯,ppt 1 to of on of is of he of a is of of a a a is a to a to to is of is is to is by by on as of to be in it is to on on of to of of be as of In to to to To of is in a of as of is a of is on to so of 2 to in of of in to up of In to is to to up of of of of a to of on of of In of in to a in he of is of is to be in to to of of a of is to at of on by be he of is a a a a a is a In it a to In 3 of by to of is by so of he or of of is to as a in a is as a on an to in of to a he of is to of to to of of in a is as as of is of a of of as as is a it a to n of to of be on of a is of 4 at of f to up of of of or a is so be as In of of be in of to a to of on of of to In of of of a of to of of of to or of to to of of is to of of is of 0 to of of 30 in is In to of to of of to to to to 4 he of of of 5 In a in of of at to to in to he ou to to of be to of It is in of of of 0, of 0, of is is no to of of to of 6 節(jié)能車轉(zhuǎn)向裝置設(shè)計 1 節(jié)能車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)介紹 節(jié)能競技車輕量化、易操控的特點 ,使得其轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與現(xiàn)有汽車上使用的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)有很大的區(qū)別 ,但是現(xiàn)有的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計原理和方法對于節(jié)能賽車的設(shè)計具有很大的借鑒意義。傳統(tǒng)汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu) 3個部分組成 ,需要轉(zhuǎn)向時 ,駕駛員對轉(zhuǎn)向盤施加操縱力 ,轉(zhuǎn)向盤對轉(zhuǎn)向軸產(chǎn)生一個力矩 ,該力矩通過轉(zhuǎn)向傳動軸輸入給轉(zhuǎn)向器。經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大和改變運動方向后 ,該力矩傳到轉(zhuǎn)向直拉桿 ,再通過轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)使左右轉(zhuǎn)向節(jié)及由它所支承的轉(zhuǎn)向輪發(fā)生偏轉(zhuǎn) ,從而改變汽車的行駛方向。傳統(tǒng)汽車上的轉(zhuǎn)向技術(shù) ,例如多種形式的轉(zhuǎn)向器 與轉(zhuǎn)向助力技術(shù)等 ,都已經(jīng)在實踐中證明了是非常合理的 ,但是節(jié)能競技車上直接使用這些現(xiàn)有的技術(shù)并不可行 ,而應(yīng)該借鑒現(xiàn)有汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計原理和方法 ,以指導(dǎo)節(jié)能車轉(zhuǎn)向裝置的研究?？梢越梃b的原理和方法有下述幾點 :淤轉(zhuǎn)向系統(tǒng)保留一般轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu) 3 個組成部分 ;于為了使汽車轉(zhuǎn)向前兩輪滿足一定的關(guān)系 ,要通過轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)來保證 ,現(xiàn)代汽車大部分采用的就是“阿克曼式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) ;現(xiàn)代轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計 ,已經(jīng)大規(guī)模采用計算機(jī)作為輔助設(shè)計工具 ,利用三維軟件對轉(zhuǎn)向梯形進(jìn)行運動學(xué)分析和優(yōu)化設(shè)計現(xiàn)在已經(jīng)較為廣泛地被采用 ;現(xiàn)代 汽車強(qiáng)調(diào)的輕量化設(shè)計理念對于節(jié)能車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義 . 2 節(jié)能車轉(zhuǎn)向總成布置方案的確定 節(jié)能車轉(zhuǎn)向設(shè)計是依據(jù)所選擇的車架方案來確定的 ,所以車輪配置的情況直接影響到轉(zhuǎn)向方案的制定。節(jié)能賽車可以自由選擇車輪配置及轉(zhuǎn)向方法 ,現(xiàn)有的車輪配置方式主要有以下三種 :前兩輪后一輪采用后輪驅(qū)動前輪轉(zhuǎn)向 ,前一輪后兩輪采用后輪驅(qū)動前輪轉(zhuǎn) ,前后各兩輪采用后輪驅(qū)動在考慮車輪布置的時候 ,首先放棄了四輪布置的方案 ,因為整車裝備質(zhì)量增加 ,輪胎滾動阻力增大 ,節(jié)能效果不理想 ;為了使機(jī)構(gòu)布置簡單 ,提高傳動效率 ,放棄了前一輪后兩 輪采用后輪差速驅(qū)動的方案 ;最后考慮前兩輪后一輪方案 ,具有構(gòu)造簡單、容易制作、穩(wěn)定性好、行駛阻力小的優(yōu)點。綜上考慮重點放在車輪定位準(zhǔn)確、操縱的輕便性及機(jī)構(gòu)的輕量化的研究上。在節(jié)能車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計上 ,一般采用阿克曼式結(jié)構(gòu) ,車輛轉(zhuǎn)向時 ,為了減少阻力 ,必須沿著一定的圓弧軌跡行駛 ,轉(zhuǎn)向輪的延長線落在無操縱性后輪軸的延長線上 ,內(nèi)側(cè)車輪的轉(zhuǎn)角要比外側(cè)輪大 ,采用這樣的操作轉(zhuǎn)向時 ,為了讓車輪轉(zhuǎn)動來操縱方向 ,就需要配置轉(zhuǎn)向 7 臂結(jié)構(gòu)。前兩輪操控轉(zhuǎn)向時 ,車輪的轉(zhuǎn)向軸和橫向拉桿的支點連線形成梯形結(jié)構(gòu)。將后輪車軸的中心部與前輪轉(zhuǎn)向軸相連 ,在兩條繪圖線上找到橫拉桿兩端的支點 ,然后通過設(shè)計轉(zhuǎn)向臂 ,就可以在設(shè)計過程中實現(xiàn)梯形的形狀。 3 節(jié)能車轉(zhuǎn)向總成的分析與計算 節(jié)能車轉(zhuǎn)向裝置包括三大總成 :轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)。節(jié)能車轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向車把、轉(zhuǎn)向軸、支承轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)向軸承 ;轉(zhuǎn)向器即為轉(zhuǎn)向搖臂 ;轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向橫拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂三部分。此外 ,還包括連接轉(zhuǎn)向車輪和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向節(jié)總成。根據(jù)經(jīng)驗 ,轉(zhuǎn)向車把直接采用現(xiàn)用的自行車操縱桿 ,強(qiáng)度和剛度均能滿足要求。在節(jié)能競技車中 ,轉(zhuǎn)向軸承受轉(zhuǎn)向操縱桿的轉(zhuǎn)矩 ,傳遞給轉(zhuǎn)向直拉 桿 ,上端與操縱桿焊接 ,下端通過滑動軸承固定在車架上 ,繞滑動軸承旋轉(zhuǎn) ,下端用開口銷防松。轉(zhuǎn)向軸軸承外圈通過焊接與車架相連接 ,內(nèi)壁與轉(zhuǎn)向軸采用過盈配合 ,并采用潤滑脂潤滑 ,以使轉(zhuǎn)向輕便 ,同時還起到支承轉(zhuǎn)向軸和操作桿的作用。 轉(zhuǎn)向器 用來放大或改變駕駛員的轉(zhuǎn)向操舵力和操縱動作方向的裝置在現(xiàn)代汽車上稱為轉(zhuǎn)向器 ,在節(jié)能車上簡化為轉(zhuǎn)向搖臂。轉(zhuǎn)向搖臂采用不銹鋼薄片加工 ,為滿足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度 ,適當(dāng)增加其厚度。上端有半圓與轉(zhuǎn)向軸相連 ,下端開有圓孔 ,采用螺栓與轉(zhuǎn)向直拉桿相連 ; 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的作用是將轉(zhuǎn)向搖臂輸 出的力和運動傳到轉(zhuǎn)向節(jié) ,使兩側(cè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn) ,且使兩轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)的角度按一定關(guān)系變化 (內(nèi)輪的轉(zhuǎn)角大于外輪 ),以保證汽車轉(zhuǎn)向車輪盡可能做到純滾動。轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)上最重要的組成部分是聯(lián)系左右車輪的梯形機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)向橫拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂和車架部分構(gòu)成轉(zhuǎn)向梯形 ,直拉桿連接轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向節(jié)臂。 轉(zhuǎn)向節(jié)總成 目前節(jié)能大賽中有一半以上的賽車采用焊接一體式轉(zhuǎn)向節(jié) ,在焊接成型之后 ,轉(zhuǎn)向節(jié)的各項參數(shù) (主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、車輪外傾角 、前輪前束 )中只要出現(xiàn)一項不合格 ,就會成為廢品而需要再次加工。在后期的賽車調(diào)試階段 ,根據(jù)賽車的情 況也無法對車輪的定位參數(shù)作進(jìn)一步的改進(jìn)。本文的設(shè)計較之以前的方案有一個比較 8 大的改進(jìn)之處 ,就是將一體式轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計改進(jìn)為一體式活塞桿端轉(zhuǎn)向節(jié) ,可以通過調(diào)整轉(zhuǎn)向節(jié)兩端的活節(jié)螺栓的長度來實現(xiàn)定位參數(shù)的微量修改 ,也能夠彌補(bǔ)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)零件出現(xiàn)的微小的彎曲變形。 3節(jié) 能車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)零件的校核 對于給定的汽車 ,用上述公式計算出來的作用力是最大值 ,因此 ,可以用此值作為計算載荷進(jìn)行下一步的計算。在零件的設(shè)計中 ,各零件必須首先滿足強(qiáng)度的要求 ,不能在賽車的行駛過程中發(fā)生斷裂及壓潰 ;其次 ,在滿足強(qiáng)度要求的前提之下還應(yīng)具有較大的剛度 ,避 免產(chǎn)生過大的彎曲變形 ,影響車輪定位參數(shù)的可靠性 ,依據(jù)以前的參賽經(jīng)驗 ,首先設(shè)計零件的各項參數(shù)、所用材料、加工工藝等 ,然后利用力學(xué)的知識對其強(qiáng)度與剛度進(jìn)行校核。在計算校核的過程中 ,大部分的零件均能合格并能保證一定的安全系數(shù) ,個別零件出現(xiàn)強(qiáng)度滿足但剛度不足的情況 ,可選用彈性模量更大的材料來加工 ,或從另一個角度 ,對零件進(jìn)行熱處理工藝來提高其剛性 ,使得剛度也能滿足要求。按照上述的方法 ,完成轉(zhuǎn)向裝置各零件的設(shè)計。 根據(jù)賽道的最小彎道的半徑設(shè)定轉(zhuǎn)向輪的極限轉(zhuǎn)角為 30 在進(jìn)行運動模擬的過程中 ,利用文獻(xiàn)中介紹的最小轉(zhuǎn)彎半 徑的計算方法進(jìn)行計算。精度得到保證。為了使得設(shè)計結(jié)果更加直觀清晰 ,利用三維軟件 現(xiàn)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)三維模型的建立并進(jìn)行運動模擬。按照由總體到局部零件的順序 ,在 零件功能模塊之下依次畫出了車架部分、轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) (包括轉(zhuǎn)向操縱桿、轉(zhuǎn)向軸、支承轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)向軸承 )、轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu) (包括轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向橫拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂 )的模型 . 4 轉(zhuǎn)向裝置運動模擬 上面已經(jīng)完成了對轉(zhuǎn)向裝置總成及各部分零件的分析與設(shè)計 ,對重要的受載零件利用材料力學(xué)知識進(jìn)行了受力分析、強(qiáng)度以及剛度的計算校核。在計算過程中力學(xué)性能 均能保證較為充裕的余量 ,在實現(xiàn)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)各項功能的同時 ,保證機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度及剛度滿足要求 ,同時也使得各項車輪位參數(shù)的在裝配過程中設(shè)置相互轉(zhuǎn)動的零件之間的約束為“銷釘冶約束 ,可以在完成裝配圖之后 ,操縱桿施加轉(zhuǎn)矩 ,來模擬真實的轉(zhuǎn)向工作過程 ,運動過程中觀察可以對轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動模擬 ,以觀察各部件的實際運動狀況 ,發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計中的運動干涉及是否存在零件設(shè)計的不合理 ,已經(jīng)設(shè)定轉(zhuǎn)向車輪的最大轉(zhuǎn)角為 30 再通過三維軟件的模擬 ,設(shè)定轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)角為 30 時 ,比較直觀地觀察了轉(zhuǎn)向裝置的運動過程 ,轉(zhuǎn)向裝置機(jī)構(gòu)設(shè)計合理 ,各機(jī)構(gòu)之間未發(fā)生運動 干涉 9 至此完成了對轉(zhuǎn)向裝置的三維建模以及運動分析 ,利用現(xiàn)代的設(shè)計方法模擬實際工作狀態(tài) ,通過這個過程對前面的各參數(shù)進(jìn)行了檢查與確認(rèn) ,最終完成了轉(zhuǎn)向裝置的設(shè)計。 I 節(jié)能賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計 摘要： 現(xiàn)在 的 能源 短缺 問題已 然成為了全球 經(jīng)濟(jì)、 全球 政治 以及 公共決策 最嚴(yán)峻 的挑戰(zhàn)之一 。 中國 的 節(jié)能競技大賽 就是 在這 情況下產(chǎn)生的 。 需要參考 節(jié)能賽車 有關(guān) 易操控、輕量化 的 特點 。從而 對節(jié)能賽車的轉(zhuǎn)向裝置進(jìn)行 分析 研究設(shè)計。轉(zhuǎn)向裝置 是由 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向器 三部分組成 。確定轉(zhuǎn)向裝置總成方案、設(shè)計轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向梯形的結(jié)構(gòu)尺寸 。通過 增加輕量化材 料 的使用 。以達(dá)到 實現(xiàn)減輕賽車質(zhì)量 從而 最終降低油耗的目的。本文 將 對參加節(jié)能競技大賽的 有關(guān) 車隊 起到 一定的指導(dǎo) 作用 。 關(guān)鍵詞： 節(jié)能 賽車 ； 轉(zhuǎn)向裝置 ； 轉(zhuǎn)向 梯形 ； 輕量化 ； 降低油耗 of s of of s is in to to of of of of In to of of In a in 錄 摘要 ................................................................. I ........................................................... 錄 ............................................... 錯誤 !未定義書簽。 1 緒論 ................................................................. 1 究背景 ........................................................... 1 能競技大賽的背景及規(guī)則 ..................................... 1 賽環(huán)境 .......................................................... 2 能競技大賽在國內(nèi)的發(fā)展 ..................................... 3 題研究的意義 ..................................................... 4 2 節(jié)能車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)總成的分析與計算 ..................................... 5 能車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)介紹 ................................................ 6 能車輛轉(zhuǎn)向總成裝配方案的確定 ..................................... 8 能車轉(zhuǎn)向總成的分析與計算 ....................................... 10 克曼轉(zhuǎn)向系設(shè)計 ................................................. 11 3 節(jié)能車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)零件的計算與校核 .................................... 14 4 轉(zhuǎn)向裝置運動模擬 .................................................. 16 5 結(jié)論 .............................................................. 18 參考文獻(xiàn) ............................................................ 19 致謝 ................................................................ 20 1 1 緒論 究背景 在當(dāng)今世界，石油資 源 干涸 ，石油 儲藏 飛快 下滑，中國的汽車數(shù)量年增加率卻達(dá)到了 使得中國的燃油消費需要呈快速增長態(tài)勢，然而燃油卻嚴(yán)重依賴進(jìn)口。因而，汽車節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)問題十分重要，面對定量的石油資源與國家能源戰(zhàn)略碰到的威脅和需求，汽車節(jié)約能源與環(huán)境保護(hù)已變成汽車技術(shù)范圍的研究重點 [1]。 因為 能源 問題 日趨 惡化 ,節(jié)約能源減少排放 已 變成了 影響世界 全球 各國可持續(xù)發(fā)展的重要 難題 。 所以要 抓住 機(jī)會增加 創(chuàng)新 水平 和研發(fā)實力， 把握 節(jié)能汽車市場，研究和開發(fā)高效節(jié)能 的 汽車。 能競技大賽的背景及規(guī)則 在二十世 紀(jì)九十年代 ,本田公司在日本東京 資助舉行 第一屆“本田宗一郎杯”燃油 消耗 競技 比 賽。這個比賽的目的是利用現(xiàn) 在 的技術(shù) 與水平，尋找對付 能源 不斷減少與 環(huán)境 惡化 的 好 辦法 ， 提醒 我們 節(jié)約能源與環(huán)境保護(hù) 的重要性 。 競賽要求依靠相同的本田低油耗汽油發(fā)動機(jī)（ 125 毫升），而框架部分由各自隊伍自己制作，比賽時在規(guī)定的場地內(nèi)跑完全程，比賽中使用燃油最少的隊伍獲勝 [4]。在日本，有從初中和高中與大學(xué)的學(xué)校隊伍、企業(yè)隊伍，與來自社會中的一共 500 個隊伍，制造出擁有獨特特點的賽車加入競賽。 2 式各樣的競技賽車 賽環(huán)境 比賽 位于 廣東國際賽車場，比賽時間是 2017 年 10 月 27 日，根據(jù)歷史氣象資料，平均氣溫 20° C 到 25° C。 3 圖 東國際賽車場 廣東國際賽車場 是一所頂級的賽車場 。 擁有數(shù) 個 不同速度的 彎道，使 的 賽道用最少的面積 通過賽道線行的 不同組合變化 ， 從而 滿足賽道 對于于可靠性和 運動性的 相關(guān)需要 。 無論 是對于 高 手 或菜鳥 都是一個不小的挑戰(zhàn)。廣東國際賽車場 面積為 550 多 畝， 比賽場地 長 約 米 ， 寬度 最 少為 12m，最 多為 15m， 它的 最大 速 度大約是 250km/h，可 以 容納 22 輛車同時發(fā)車。 擁有 13 處彎道，包括有 4個 左彎 賽 道 和 7 個 右彎 賽 道， 15 處 裁判點。 二三十 間維修車間 可以滿足 車隊 的大部分要求 。 二圈賽道長度： 5277m 四圈賽道長度： 10917m 直道長度： 718m 彎道最小曲線半徑： R=10m 彎角： 13 個 賽道落差： 3 米 平均速度： 25km/h 最高允許時速： 250km/h 賽道寬度： 12能競技大賽在國內(nèi)的發(fā)展 本田節(jié)能競技比賽到目前為止已經(jīng)有超過 34 年的歷史了，它在日本進(jìn)行了 4 28 屆，在泰國進(jìn)行了 8 屆，在中國舉辦 10 屆。 2007 年 11 月 11 日，在上海 舉辦了第一屆 中國 節(jié)能競技比賽。來自中國不同省市的三十多所院校 的隊伍、 體隊伍，和來自泰國與日本的特邀隊伍共七十七只車隊參與了這屆比賽。最終東風(fēng)本田的隊伍獲得了冠軍。 2009 年 9 月 24— 26 日，第三次本田中國節(jié)能競技比賽的總決賽在上海 球賽場勝利舉行。有 130 支車隊參加了比賽，最終 首都 理工大學(xué)的隊伍奪得大學(xué)組冠軍，使汽車 用 一升油行駛 1331千米。 獎的賽車 題研究的意義 本田節(jié)能競技大賽旨在發(fā) 揚 節(jié)能減排的 好 風(fēng)氣，它結(jié)合了如發(fā)動機(jī)的裝配和坐標(biāo)變換， 汽車 設(shè)計，機(jī)械構(gòu)造，材料力學(xué)的對應(yīng)學(xué)識，讓隊伍經(jīng)過努力提升一升汽油的潛力。同時，賽事給予了參與者設(shè)計經(jīng)驗與生產(chǎn)賽車的快樂的機(jī)遇，增 5 加了動手水平。 隊合作 節(jié)能競技 比 賽 希望人們保持節(jié)約能源的思想 ，參 加比賽體會挑戰(zhàn)極限的 樂趣 ，知道保護(hù)環(huán)境 的 實際價值 。 一 立方分米 汽油 可以開 多少 如果 直接 按 百公里 行駛 油耗 計算 ，每百公里5 升， 算少了吧 ？ 所以 一升油能跑 二十千米 。但那樣， 你 就太 小瞧 賽車的潛力了，它的 最高記錄是 3435 公里！ 相當(dāng)于 從太原至重慶 的 距離 。 車 輛節(jié)約能源減少排放十分 重要， 因為 當(dāng)前我國 在 汽車 節(jié)約能源 上十分落后 。 所以 要努力開展 先進(jìn)的混 合動力車和燃料電池車、 先進(jìn) 柴油、乙醇 為標(biāo)志 的新能源技術(shù)的開發(fā)和推廣 ，需要努力設(shè)計 和 制作 是汽車行業(yè)在當(dāng)前技術(shù) 領(lǐng)域 的現(xiàn)狀，對 于 車輛的使用 需要很多具有 高 性價比 的 節(jié)能產(chǎn)品 【 6】 。 依靠材料 的 相關(guān)領(lǐng)域 知識 同時把握 節(jié)能競技賽車 關(guān)于的 易操縱、 重量輕的特點。將選用機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)作為思考與借鑒對象，對節(jié)能汽車轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向梯形展開對應(yīng)設(shè)計，使用輕質(zhì)材料，來減少汽車重量，增加可操控性和降低燃料消耗量。 2 節(jié)能車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)總成的分析與計算 6 能車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)介紹 因為 節(jié)能競技 賽 車易操控 ， 輕量化的特點 。從而讓 其轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 和如 今的 汽 車 上 使用的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 擁有明顯不同，然而這些 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的 制造 方法 與 設(shè)計原理 給予 節(jié)能競技賽車的 有關(guān) 設(shè)計 以很大幫助 。 現(xiàn)在 汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 都由 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 與 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu) 與 轉(zhuǎn)向器 構(gòu) 成 。當(dāng)要 轉(zhuǎn)向時 ，就給予 轉(zhuǎn)向 桿一定的 操舵力 ，轉(zhuǎn)向 桿就會給予 轉(zhuǎn)向軸 相應(yīng)的 力矩 。這種 力矩 從 轉(zhuǎn)向傳動軸輸入 到 轉(zhuǎn)向器 里 。 再經(jīng) 過 轉(zhuǎn)向器 的 放大 與 改變力矩 的 運動方向 ， 力矩傳 送到 轉(zhuǎn)向直拉桿 中讓 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu) 的 左右轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)向輪 發(fā)生改變，讓 汽車 的轉(zhuǎn)動 方向 變化 。 一般 汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)包括各 種形式的轉(zhuǎn)向器 和 轉(zhuǎn)向助力技術(shù) ，這些技術(shù) 都已經(jīng)在 現(xiàn)實生活 中 有所體現(xiàn)。然而 節(jié)能競技 賽 車上使用 的 這些現(xiàn)有技術(shù) 都 是不可行的 。它只是借鑒了 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計 思路與 方法 ，用來幫助 節(jié)能 賽 車轉(zhuǎn)向裝置的 相關(guān) 研究。方法和原理有 以下 幾點 ；第一， 轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 需要留下 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 與 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu) 與 轉(zhuǎn)向器三部分。第二，讓 汽車 的 2 個 轉(zhuǎn)向前輪 滿足 一定 要求，就 要 由 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)來 確保。 阿克曼轉(zhuǎn)向廣泛的用于斜躺自行車，賽 車的重量和設(shè)計與斜倚自行車的重量和設(shè)計相似，因此許多部件可以直接從 斜躺 自行車上取出來。 阿克曼轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以在轉(zhuǎn)動時讓內(nèi)輪胎比外輪胎轉(zhuǎn)角大。這種現(xiàn)象會使?jié)L動摩擦力最小化。滾動摩擦使輪胎轉(zhuǎn)彎減慢，這對節(jié)能運 動等事件非常不利。現(xiàn)在 轉(zhuǎn)向梯形 都 用 電腦來設(shè)計， 利用 件對轉(zhuǎn)向梯形 的 進(jìn)行分析 ， 優(yōu)化 ， 設(shè)計 。當(dāng)今 汽車的輕 型 設(shè)計 思想 對節(jié)能 賽 車 的 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計有 一定 的 幫助 。 7 2 工具圖 8 2 加工過程 能車輛轉(zhuǎn)向總成裝配方案的確定 節(jié)能 賽車 車轉(zhuǎn)向的設(shè)計是基于所選擇的框架方案來 確定的 ，使得車輪配置狀況 會左右 轉(zhuǎn) 向 制定方案。節(jié)能 賽車 可 以 自由 的 選擇車輪配置 與 轉(zhuǎn)向方式。現(xiàn)有車輪配置主要是接下來的三個 。前面兩個輪后面一個輪是用后輪來驅(qū)動前輪轉(zhuǎn)向的，如 圖 面一個輪后面兩個輪是用后輪來驅(qū)動前輪轉(zhuǎn)向的 ，如 圖 后各兩輪是用后輪驅(qū)動的如圖 當(dāng)我們考慮車輪安排時，我們先放棄四輪安排是由于車輛設(shè)備質(zhì)量的提高 ， 輪胎滾動阻力增加 ， 節(jié)能效果不理想。 因為要提高 傳動 比，所以不用 前一后兩 的 差速驅(qū)動的 方法 ； 最后考慮前兩輪后一輪方案 ，它有 結(jié)構(gòu) 不復(fù)雜 ，穩(wěn)定 良 好，易生產(chǎn)， 行駛阻力小 的好處 。 所以 采用圖 方案 ，認(rèn)真對待 車輪 的 定位準(zhǔn)確性 與 操縱的輕 巧 性 以 及機(jī)構(gòu)的輕量化的研究。 9 圖 輪轉(zhuǎn)向圖 圖 輪驅(qū)動 圖 輪設(shè)計 圖 克曼轉(zhuǎn)向原理 如今選擇的 節(jié)能車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 大多是 阿克曼式結(jié)構(gòu)如圖 示。 當(dāng)車輛轉(zhuǎn)動時，為了減小阻力，它必須沿著一定的弧線軌跡行進(jìn)。方向盤的延伸部位在非機(jī)動后橋的延伸部上，內(nèi)輪的轉(zhuǎn)角大于外輪的轉(zhuǎn)角。 因為需要 車輪旋轉(zhuǎn)以 控制轉(zhuǎn)向 ，所以須要 轉(zhuǎn)向臂結(jié)構(gòu)。 10 當(dāng)前兩輪控制轉(zhuǎn)向時，車輪的轉(zhuǎn)向軸與側(cè)桿 的支點形成了梯形結(jié)構(gòu)。通過設(shè)計轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向臂可以在設(shè)計中 達(dá)到 梯形形狀。 能車轉(zhuǎn)向總成的分析與計算 節(jié)能賽車轉(zhuǎn)向裝置由 3 個總成構(gòu)成 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)以及轉(zhuǎn)向器。轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)向車把和轉(zhuǎn)向軸以及支承轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)向軸承組成。轉(zhuǎn)向器可以簡化為轉(zhuǎn)向搖臂，轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向橫拉桿以及轉(zhuǎn)向節(jié)臂構(gòu)成。此外，還有連接轉(zhuǎn)向車輪與轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向節(jié)總成。 ① 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 見圖 圖 把受力圖 按照規(guī)定 ，使用現(xiàn)有的自行車 的 把手 就可以 直接 代替 轉(zhuǎn)動車把， 而 強(qiáng)度和剛度 都 滿足 了相關(guān)規(guī)定 要求。在節(jié)能競爭 賽 車中，轉(zhuǎn)向軸軸承 的 外圈 與 框架 連在一起 ，內(nèi)壁 和 轉(zhuǎn)向軸 需要 用過盈配合，并 且用油 潤滑 ，使 的 轉(zhuǎn)向 光滑，還有 支撐轉(zhuǎn)向軸 與 車把的 效果 。 ②轉(zhuǎn)向器 可以影響 駕駛員的轉(zhuǎn)向力和轉(zhuǎn)向動作方向的裝置 ， 在車 中叫做 轉(zhuǎn)向器，在節(jié)能車中 叫做 轉(zhuǎn)向 搖 臂。轉(zhuǎn)向搖桿 用 不銹鋼板 來進(jìn)行制造 ， 改變 厚度以 達(dá)到 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。上 部用 半圓與轉(zhuǎn)向軸 相接， 下 部則轉(zhuǎn)出小 孔 ， 用螺栓 和 轉(zhuǎn)向直拉桿相連 ， 圖 。 11 ③轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的目的是將轉(zhuǎn)向搖臂上的力矩轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)向節(jié)上去，用來改變方向桿的兩邊，使得兩個方向桿的角 度根據(jù)相應(yīng)的關(guān)系（內(nèi)輪角度大于外圓）偏轉(zhuǎn)，以確保汽車方向桿可以進(jìn)行純粹的滾動。 見圖 圖 向節(jié)總成 圖 體轉(zhuǎn)向節(jié) 現(xiàn)在，許多節(jié)能車用焊接整體式轉(zhuǎn)向節(jié)，見圖 型以后轉(zhuǎn)向節(jié)的相關(guān)數(shù)據(jù)（主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角、前輪前束、車輪外傾角）只要有存在不達(dá)標(biāo)，就會浪費并需要再次制造，在之后的階段，不能對車輪定位參數(shù)進(jìn)行修改。本的設(shè)計比之前的設(shè)計有很大不同，那就是將整 體轉(zhuǎn)向節(jié)改進(jìn) 成整 體式活塞 桿端轉(zhuǎn)向節(jié) ，能調(diào)整轉(zhuǎn)向節(jié)兩端的長度來達(dá)到實現(xiàn)少量的定位參數(shù)的改變 ,同時可以修正轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)部件的彎曲變形。 克曼轉(zhuǎn)向系設(shè)計 在互聯(lián)網(wǎng)上有一個阿克曼 速算表 ，它記載了許多 三輪車阿克曼轉(zhuǎn)向幾何 ，這有助于阿克曼轉(zhuǎn)移到關(guān)鍵的參數(shù)確定和設(shè)計，將使用它來設(shè)計賽車的阿克曼轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。由兩個部分組成：一部分是輸入系統(tǒng)參數(shù)，另一部分則為精準(zhǔn)的阿克曼幾何計算情況。首先，確定常量和變量。 圖表中的紅色標(biāo)記是不變的。常數(shù) 底盤尺寸和車輪尺寸決定其他尺寸。當(dāng)前變量為 d， f 和 j。 然 12 后，輸入變量值減小了 理想的阿克曼轉(zhuǎn)向誤差，導(dǎo)致阿克曼轉(zhuǎn)向適合 2的不同轉(zhuǎn)向半徑。圖 示了誤差范圍內(nèi) 5轉(zhuǎn)向半徑的不同軸距。 圖 克曼轉(zhuǎn)向系速算表 13 圖 距的計算結(jié)果 14 3 節(jié)能車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)零件的計算與校核 15 要確保開車的安全性，構(gòu)成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的部件要有一定 的強(qiáng)度，在設(shè)計零件的結(jié)構(gòu)時，要確保在低重量的條件下讓部件滿足保證強(qiáng)度與剛度需求。使用公式計算汽車轉(zhuǎn)向阻力矩 )。 即 313?(3F 滑動摩擦因數(shù)，是為 轉(zhuǎn)向軸載荷，等于和車把手上的變速、剎車以及駕駛員給予的力。駕駛員是 40向軸負(fù)荷為 100N(10P 為輪胎的氣壓 ,氣壓范圍是 27060于高胎壓會減小車輪滾動阻力，所以 P 是400? ? （ N* 車把上的手力等于轉(zhuǎn)向盤上手力的公式 ; ?? (3 式中 , 1L 為轉(zhuǎn)向搖臂的長 =65 2L 為轉(zhuǎn)向節(jié)臂的長 =75 為轉(zhuǎn)向盤直徑 ,現(xiàn)為轉(zhuǎn)向車把的長度為 450 ?I 為轉(zhuǎn)向角的傳動比 ,用轉(zhuǎn)向節(jié)臂長 2L 與搖臂臂長 1L 之比進(jìn)行表示 ,即 12 2L 1L 的比值在 看作 1； ?? 是 轉(zhuǎn)向器角的傳動比，節(jié)能車不用轉(zhuǎn)向器，所以取 ?? =入公式； *45 0*70 *65*2 ?? 在車輛一定的條件下，以上的力是最大值。因此，該值可以用作計算加載下一步計算。在進(jìn)行設(shè)計制作時，構(gòu)件要滿足強(qiáng)度需求。不能在賽車的運動中產(chǎn)生了斷裂與破碎。接下來，在達(dá)到 強(qiáng)度要求的情況后，應(yīng)當(dāng)有更大的剛性。防止產(chǎn)生過度的彎曲變形，從而影響車輪定位參數(shù)的可靠性，根據(jù)以往的零件初始設(shè)計經(jīng)驗，首先需要設(shè)計零件的各項參數(shù)，如所用材料，加工工藝等然后利用力學(xué)的相關(guān)知識對它的強(qiáng)度以及剛度進(jìn)行考察。在檢查的過程中，大多數(shù)部件都是合格的，可以保證一定的安全系數(shù)。一些零件發(fā)生強(qiáng)度達(dá)到要求然而剛度不達(dá)標(biāo)時， 16 要用彈性模量更大的材料進(jìn)行制造，或者是，通過對零件進(jìn)行熱處理的辦法來增加它的剛性，使得剛度也能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。用這種辦法，對轉(zhuǎn)向裝置進(jìn)行設(shè)計。根據(jù)曲線的最小曲線半徑，參見圖 定方向盤極限角 度 30°，根據(jù)移動模式在計算過程中，使用文獻(xiàn)中描述的最小轉(zhuǎn)彎半徑的計算。 最大轉(zhuǎn)角 ? =30°， 長度是 160車架決定），在三角形 2 030s 0s ?? ?, 向系參數(shù) 參數(shù)名稱 轉(zhuǎn)向系角傳動比 最大轉(zhuǎn)角 最小轉(zhuǎn)彎半徑 數(shù)值 30° 轉(zhuǎn)向裝置運動模擬 上文 已經(jīng)完成 了 轉(zhuǎn)向裝置總成 以及 各部分零件的 計算 與設(shè)計 過程 ,關(guān)于 受載 17 零件 要用 材料力學(xué) 的資料 進(jìn)行受力分析、強(qiáng)度以及剛度的計算。在計算 中 力學(xué)性能 要 保 持 超額余量，在實現(xiàn)各種功能的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的同時，確保強(qiáng)度和剛度達(dá)到要求，從而保證車輪定位參數(shù)的 精準(zhǔn) 。 要讓 設(shè)計結(jié)果 合理 ，用三維軟件 作了三維模型的轉(zhuǎn)向和運動仿真。 ①從整體到部分，在 件 中繪出車架部分，轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)（包 括轉(zhuǎn)向手柄，轉(zhuǎn)向軸，支承轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)向軸承 ），轉(zhuǎn)向臂，轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)（包括轉(zhuǎn)向直拉桿，轉(zhuǎn)向橫拉桿，轉(zhuǎn)向節(jié)）型號，見圖 ②在第一步完成后，利用 組件模塊，參見圖 作出轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)各部③ 用三維模型 來進(jìn)行 模擬轉(zhuǎn)向裝置的工 況 ，觀察 對應(yīng) 機(jī)構(gòu)的運動是否 有 干 涉、轉(zhuǎn)向角 卡死 的 現(xiàn)象 ， 擴(kuò)展 了各 部分 的設(shè)計 進(jìn)程 。 圖 節(jié)螺栓三維圖 片 圖 向節(jié)總成三維圖 在進(jìn)行加工時設(shè)定相互轉(zhuǎn)動的零件的約束是“銷 釘”約束，能在完成加工圖后，對圖 車把給予轉(zhuǎn)矩，可以模擬真實的轉(zhuǎn)向過程，在察看轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行的運動模擬，以便察看各部件的實際運動狀況，就可以知道機(jī)構(gòu)設(shè)計里運動干涉有無零件設(shè)計不合理。 依靠在以上運算，轉(zhuǎn)向車輪的最大轉(zhuǎn)角是 30°，依靠三維軟件進(jìn)行模擬，設(shè)置 30°為轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角，可以更直觀的看見轉(zhuǎn)向過程，轉(zhuǎn)向裝置設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)構(gòu)間無干涉，見圖 18 圖 向裝置運動模擬 此時，完成了轉(zhuǎn)向裝置的三維建模和運動分析，并 且用 現(xiàn)代設(shè)計 的 方法模擬 了 真實 工 的 作狀態(tài)。 查看 過程，確 定 以上 參數(shù)， 完成轉(zhuǎn)向設(shè)計。 5 結(jié)論 （ 1） 節(jié)能 賽 車 在 轉(zhuǎn)向裝置總成 中 的分析與計算 過程 。 可以 選 擇 的轉(zhuǎn)向總成方案 有不少，通過了解 節(jié)能賽車 框架 的設(shè)計 和 整 體規(guī)劃從而 確定轉(zhuǎn)向裝置的總成 可以對接下來的 工作 起到 指導(dǎo) 作用 。 19 （ 2）節(jié)能賽車在轉(zhuǎn)向裝置的各 部分 零件中 的 參數(shù)計算 過程 和強(qiáng)度和 強(qiáng) 度分析 經(jīng)過 。關(guān)于車輪定位參數(shù)的相關(guān)計算，它將對節(jié)能競技賽車的滑行效果和駕駛員行駛的輕巧和舒適度有一定影響。 （ 3） a 轉(zhuǎn)向裝置在三維模型中的建立和工作情況的模擬。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)在所有零件中的相互連接的選擇獨一無二，恰當(dāng)?shù)南嗷ミB接會利于 實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)。轉(zhuǎn)向裝置的輕型化可以減少汽車的重量減少油耗。 參 考 文 獻(xiàn) [1]發(fā)改委 .“十二五”規(guī)劃綱要發(fā)布 [J]2011(4):24. 20 [2]黃金陵 M]機(jī)械工業(yè)出版社 ,2011:52. [3]陳家瑞 [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2012:13. [4]張啟明 J]2013， 25(8):43 [5]方國浩 ,范明志 ,盛利平 與趨勢 [J]汽 車 ,2008(10):94[6] 喬軍奎 . 能競技大賽 [J]2012,2(2):146 [7]李江濤 .《節(jié)能賽車設(shè)計及其 析優(yōu)化》 [J]2014(3). [8]姚喜貴 能競技大賽車的分析 與研制 [J]2010(4):18～ 19. [9]穆能伶 M]機(jī)械工業(yè)出版社 ,2011:167[10] A 225[11]of a 51～ 257 [12]趙聰 .《 節(jié)能 賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計及性能分析 》 [J]. 太原科技大學(xué)學(xué)報 ,2012(1). [13]邵志剛 [J] 2010(6): 68～ 70. [14]f ]. 10): 910] [15]劉濤 M]．北京：北京大學(xué)出版社， 2012:10. [16]張文春 M]．北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 ,2010:3. 致 謝 21 在這次設(shè)計完成之時，四年緊張而又充實的大學(xué)生活就要畫上句號了。大學(xué)的時光對我而言是一個非常美好的回憶，在這四年中，我學(xué)會了很多東西，我相信通過這四年的洗禮， 我在以后的工作和生活中可以走得更遠(yuǎn)更好 ! 首先，感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師。從論文的選題、提綱的議定、研究方法、篇章結(jié)構(gòu)、理論指導(dǎo)、修改直至最后的各個環(huán)節(jié)都給予了極大的支持和幫助。 其次，在做設(shè)計的過程中，要感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計的同學(xué)。同學(xué)之間的相互學(xué)習(xí)和相互幫助最終克服了許多困難，我才能順利的完成此次畢業(yè)設(shè)計。 最后，感謝所有課程的授課老師。在四年的學(xué)習(xí)中，是他們的悉心教導(dǎo)才使我對專業(yè)的認(rèn)識不斷加深，并最終完成我的大學(xué)四年求學(xué)生涯。在此，對所有老師表達(dá)最由衷的感謝。 中 期 報 告 系名 專業(yè) 學(xué)生姓名 班級 學(xué)號 論文（設(shè)計）題目： 節(jié)能賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計 本人在該論文（設(shè)計）中具體 應(yīng)完成的工作： 研究包括轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計。確定轉(zhuǎn)向裝置總成的方案、設(shè)計轉(zhuǎn)向梯形、轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)尺寸 。 計）開始以來所做的具體工作和取得的進(jìn)展（要詳細(xì)內(nèi)容） 一、具體工作 通過學(xué)習(xí)、調(diào)查、上網(wǎng)以及文獻(xiàn)檢索等多種有效方法，系統(tǒng)地收集有關(guān) 能競技大賽 的 背景及規(guī)則和 節(jié)能 賽車 轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 的研究成果及 各構(gòu)件參數(shù)； 在對國內(nèi)外 節(jié)能 賽車 轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 設(shè)計發(fā)展的技術(shù)現(xiàn)狀及研究方向，進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上確定設(shè)計策略，作為構(gòu)思設(shè)計方案的指導(dǎo)思想； 查找與論文相關(guān)的英文文獻(xiàn)，完成外文翻譯工作； 根據(jù)上面所述，并結(jié)合指導(dǎo)老師的講解和要求，完成本 畢業(yè)設(shè)計 的中期報告 二、課題進(jìn)展情況 對其展開了分析與研究 。 設(shè)計轉(zhuǎn)向梯 形、轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)尺寸 以及 研究包括轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計。 向系統(tǒng) 的受力情況 ,并進(jìn)行簡單分析 。 向系統(tǒng) 的具體尺寸 ,學(xué)習(xí)并繪制三維圖 。 中 期 報 告 一步的主要研究任務(wù)，具體設(shè)想與安排（要詳細(xì)內(nèi)容） 一、 目前存在的問題 件的使用還不太熟練，有待加強(qiáng)練習(xí)。 相關(guān)知識掌握還不夠全面，需要繼續(xù)學(xué)習(xí)。 稿有待繼續(xù)完善，將所做工作完整的展現(xiàn)出來。 據(jù)分析不夠，有些問題支撐不了。 可能錯一個地方就出不來結(jié)果，很難控制。 二 、 下一步的主要研究任務(wù)，具體 設(shè)想與安排 下一步的 主要研究任務(wù)是在已完成的基礎(chǔ)上給予完善，具體的方法是參 閱更多的相關(guān)研究文章，尤其是研究較為完整系統(tǒng)的書籍，深度提取其成果， 與自己的 研究方向 相結(jié)合 。 安排如下 真軟件，將已建立的模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分； 模型展開分析與計算； 業(yè)設(shè)計 答辯。 中 期 報 告 該學(xué)生前期研究工作的評價（是否同意繼續(xù)研究工作） 指導(dǎo)教師 親筆簽字 ： 年 月 日 備注： 1、本表由學(xué)生填寫，指導(dǎo)教師親筆簽署意見。 2、以上各項句間距可以根據(jù)實際內(nèi)容需要調(diào)整。 任 務(wù) 書 一、畢業(yè)設(shè)計課題的任務(wù)和要求： 根據(jù) 第 11屆 賽 賽事規(guī)則和賽車制造標(biāo)準(zhǔn)要求 ， 結(jié)合節(jié)能賽車輕量化、易操控的特點 ， 對賽車的轉(zhuǎn)向裝置進(jìn)行研究設(shè)計。研究內(nèi)容包括轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計。確定轉(zhuǎn)向裝置總成的方案、設(shè)計轉(zhuǎn)向梯形、轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)尺寸 ， 實現(xiàn)減輕賽車質(zhì)量最終降低油耗的目的。 二、畢業(yè)設(shè)計課題的具體工作內(nèi)容（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 1、了解課題相關(guān)背景，熟悉 、 掌握汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的 組成及工作原理； 2、查閱相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn) 15 篇以上，其中至少有 2 篇外文相關(guān)文獻(xiàn)，并將其中 1 篇不少于 2000 詞的外文資料翻譯成漢語 ； 3、確定轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的布置方案（轉(zhuǎn)向梯形、轉(zhuǎn)向拉桿的布置，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的選擇）； 4、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)部件的選型與匹配（轉(zhuǎn)向機(jī)、傳動軸、方向盤、橫拉桿）； 5、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的加工制作； 6、制作 節(jié)能 賽車、 撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書 1 篇 ； 7、 論文答辯。 任 務(wù) 書 三、對畢業(yè)設(shè)計課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計、圖紙、實物樣品等 )： 1、 節(jié)能 賽車一輛 ； 2、 畢業(yè)設(shè)計論文、論文電子文稿、答辯 一份； 3、外文翻譯一份。 四、畢業(yè)設(shè)計課題工作進(jìn)度計劃： 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 2017 年 2 月 13 日 ~ 3 月 3 日 3 月 4 日 ~ 5 月 10 日 5 月 11 日 ~5 月 19 日 調(diào)研、文獻(xiàn)檢索、制定方案，撰寫開題報告 組裝 節(jié)能 賽車 、 撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書 準(zhǔn)備和進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計 論文 答辯 學(xué)生所在 系 審查意見： 系主任 ： 年 月 日 開 題 報 告 文 獻(xiàn) 綜 述 題研究背景 在石油資源日益枯竭、全球石油儲藏量急劇下降的背景下，我國汽車保有量卻以平均每年 速度增加，使得我國對燃油的消費需求以驚人的快速度增長， 但 有很大一部分依賴進(jìn)口。一方面，我國汽車節(jié)油技術(shù)的應(yīng)用有限，燃油的使用效率普遍不高，汽車百公里耗油約比發(fā)達(dá)國家高 20%；另一方面，機(jī)動車排放污染已經(jīng)成為我國污染物的主要來源之一 [1]。因此，汽車節(jié)油和環(huán)保問題日益突出，面對有限的石油資源和國家能源戰(zhàn)略遇到的威脅與挑戰(zhàn)，汽車節(jié)能與環(huán)保技術(shù)已成為汽車技術(shù)領(lǐng)域 的研發(fā)熱點 [2]。 隨著能源危機(jī)日趨嚴(yán)重 ,節(jié)能減排已成為影響當(dāng)今世界各國可持續(xù)發(fā)展的重要課題。同時“十二五”規(guī)劃中 ,節(jié)能減排是經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重點 ,因此 ,應(yīng)該抓住這個機(jī)遇 ,不斷提高創(chuàng)新能力和自身研發(fā)實力 ,把握節(jié)能車市場 ,研究和開發(fā)高效、節(jié)能、環(huán)保的節(jié)能車 ,具有重要的理論意義和廣闊的應(yīng)用前景 [3]。 能競技大賽 的 背景及規(guī)則 1981年 ,本田公司在日本東京贊助舉辦了第一屆“本田宗一郎杯”燃油耗費競技大賽。（ 賽以本田公司創(chuàng)始人本田宗一郎的名字 命名。大賽的宗旨是利用現(xiàn)有的技術(shù)和能力，尋找應(yīng)對能源危機(jī)和環(huán)境污染 的最佳途徑，喚醒人們的節(jié)能和環(huán)保意識， “大家行動起來，充分利用有限的地 球資源是參賽人員的一致心愿 ” [4]。 比賽要求參賽車輛使用統(tǒng)一的本田低油耗汽油發(fā)動機(jī)（ 125而車架和車身等部件完全由各車隊獨自創(chuàng)作，賽車在指定的賽道內(nèi)跑完賽程，比賽消耗燃油最少 的獲勝 [5]。在日本，每年都有來自初中、高中和大學(xué)等的學(xué)校代表隊、企業(yè)代表隊，以及來自社會上的共約 500 支車隊，創(chuàng)作出具有新穎構(gòu)思和創(chuàng)意的賽車參加比賽。同時，這項比賽也逐漸向海外擴(kuò)展， 泰國、巴基斯坦、俄羅斯、韓國等的參賽者相繼參加了日本的比賽 [6]。 能競技大賽在國內(nèi)的發(fā)展 4年歷史，在日本已經(jīng)舉辦了 2屆，在泰國也已 經(jīng)舉辦了 9屆。在中國已經(jīng)成功舉辦 3屆 (包括一次試行 )[7]。 2007年 11月 11日，第一屆 國節(jié)能競技大賽在上海國際賽車場勝利舉辦。來自全國各地 30所高校的大學(xué)代表隊、 關(guān)企業(yè)代表隊、媒體代表隊，以及來自泰國和日本的特邀代表隊等共 77只車隊參加了本屆大賽。最終來自東風(fēng)本田發(fā)動機(jī)有限公司的 成績獲得了本屆 能競技大賽的總冠軍 [8]。而最佳設(shè)計獎和最佳技術(shù)獎分別被中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的“農(nóng)之魂代表隊”和汽車導(dǎo)報深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院的“汽車導(dǎo)報高職院代表隊”獲得。 2009 年 9月 25— 27日，第三屆 1國際賽場成功舉辦。參賽的 120支節(jié)能車隊的激烈角逐，最終北京理工大學(xué)翼升車隊以 1279 的成績打破 了 由同濟(jì)大學(xué)創(chuàng)造的 966的中國記錄，奪得大學(xué)組冠軍寶座，即一升油使自造節(jié)能汽車行駛 1279 公里。 題研究的意義 結(jié)合了關(guān)于發(fā)動機(jī)總成改造、車架和機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計、車身空氣動力學(xué)、材料應(yīng)用等的相關(guān)知識，讓參賽車隊通過各項技術(shù)挖掘一升汽油的無限潛能 [9]。同時，比賽也為參賽者提供體驗親手設(shè)計和制作賽車的樂趣的機(jī)會，提高實踐能力。 能競技大賽的宗旨在于“讓肩負(fù)著人類未來的年輕人通過思考和實踐來體會如何更有效地利用資源，如何把我們生存的這個星球更完好地傳遞給下一代。” [10]。 參與者秉持“用最少的能源行駛更遠(yuǎn)的距離”的想法，親身參與賽事感受“挑戰(zhàn)節(jié)能極限”樂趣、體驗“減排即是環(huán)保”的理念、認(rèn)知“環(huán)保從我做起”的實際意義 [11]。自 2007年在中國舉辦首屆賽事以來，賽事在向社會廣泛普及環(huán)境保護(hù)理念和知識的同時，也喚起了中國年輕一代對節(jié)能環(huán)保事業(yè)的關(guān)注，吸引了越來越多的人參與到環(huán)保行動中 。 三十多年前殼牌（ 司向全世界的工程師提出挑戰(zhàn)：開發(fā)和研制用 1 公升汽油跑 100 公里的低消耗的節(jié)能車，這個提議讓所有的人都興奮不已 [12]。一升汽油能行駛多少公里？按照慣性思維， 您可能會直接根據(jù)百公里油耗換算，比如每百公里 5升，夠低了吧？如果您估計一升油能跑 20 公里，那您就太低估賽車的油耗潛力了，“本田節(jié)能大賽”目前的最高記錄是 3435 公里！相當(dāng)于北京到重慶高速公路的往返里程 [13]。 汽車節(jié)能減排的重要性不言而喻，考慮到當(dāng)前我國的汽車節(jié)能技術(shù)發(fā)展的實際情況 [14]。 除了要積極推進(jìn)以混合動力、燃料電池、 先 進(jìn)柴油 ,醇類汽車等為代表 的新能源汽車技術(shù)的發(fā)展外 ，另一個推進(jìn)汽車節(jié)能減排工作的措施就是大力研究開發(fā)適合我國現(xiàn)階段汽車行業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀，并適合大量在用汽車的高性能節(jié)能產(chǎn)品 [15]【 16】 。 參考文獻(xiàn) ： [1]發(fā)改委 .“十二五”規(guī)劃綱要發(fā)布 [J]2011(4):24. [2]黃金陵 M]機(jī)械工業(yè)出版社 ,2011:52. [3]陳家瑞 [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2012:13. [4]張啟明 J]2013， 25(8):43 [5]方國浩 ,范明志 ,盛利平 J]汽 車 ,2008(10):94[6] 喬軍奎 . 能競技大賽 [J]2012,2(2):146 [7]李江濤 .《節(jié)能賽車設(shè)計及其 [J]2014(3). [8]姚喜貴 能競技大賽車的分析與研制 [J]2010(4):18～ 19. [9]穆能伶 M]機(jī)械工業(yè)出版社 ,2011:167[10] A 225[11] in a 1; 19712]趙聰 .《 節(jié)能 賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計及性能分析 》 [J]. 太原科技大學(xué)學(xué)報 ,2012(1). [13]邵志剛 [J] 2010(6): 68～ 70. [14]f ]. 10): 910] [15]劉濤 M]．北京：北京大學(xué)出版社， 2012:10. [16]張文春 M]．北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 ,2010:3. 開 題 報 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 傳統(tǒng)的汽車的轉(zhuǎn)向裝置包括轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)三大部分組成。由于該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適用于前兩輪的節(jié)能車。節(jié)能 賽車 是前一輪的配置形式 ,采用自行車的前叉來進(jìn)行直接轉(zhuǎn)向，這樣不 僅構(gòu)造簡單而且大大減輕了整車重量。 由于節(jié)能 賽車和賽道特殊的特點， 節(jié)能 賽車的操控性輪胎的單側(cè)偏磨 問 題一直困擾著參賽者 ,賽車的操控性和轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性問題非常重要。賽道的摩擦系數(shù)可以達(dá)到 f=就意味著輪胎的溫度會很高，若出現(xiàn)單側(cè)偏磨現(xiàn)象，將會是一個很大的安全隱患。因此，提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)操作穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向穩(wěn) 定 十分重要 。 為了更好的了解所作題目，查閱已有文獻(xiàn)資料是十分重要的，由于資料很少。因此，在設(shè)計過程中，廣泛的搜集資料，并借鑒了 賽車 的一些數(shù)據(jù)資料對我的設(shè)計工作起了很大的幫助。在這些文獻(xiàn) 綜述中，詳細(xì)的介紹了 節(jié)能 賽車 的一般設(shè)計思路，如外形的設(shè)計，驅(qū)動方式如何，具體結(jié)構(gòu)等等，都對我即將所作的設(shè)計提供了很大的幫助，此外，為了更好的設(shè)計 節(jié)能 賽車 ，在軸、帶、齒輪等重要元件的設(shè)計過程中保證其結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性，又對機(jī)械設(shè)計等專業(yè)課本進(jìn)行了系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，但還是有很多關(guān)鍵技術(shù)是專利項目，不會公布在資料之中的。所以，我參考用的資料并不能解決我在設(shè)計過程中所遇到的所有難點，有許多的問題是根據(jù)我自己的想法來做的。因為我的這些想法并不成熟，沒有太多的實踐性，所以，在解決一些棘手問題時并不能夠很好的解決。在今后的設(shè)計中，還 需要通過實踐，對其一步一步的進(jìn)行改進(jìn)。 賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總體方案的確定 1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案的選型 大賽規(guī)定轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，目前應(yīng)用較廣泛的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有齒輪條 式轉(zhuǎn)向器、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器、蝸桿曲柄銷式轉(zhuǎn)向器?？紤]到比賽賽車體積較為緊湊 的 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安裝位置有限，對于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的靈敏性要求較高，而賽道道路條件較好，路 面不會對于車輪產(chǎn)生較大的沖擊等因素 ， 決定選擇該賽車的轉(zhuǎn)向系為齒輪齒條式轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)。 2 齒輪齒條轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體布置形式 1）輸入輸出型式：中間輸入兩端輸出 ( 結(jié)構(gòu)簡單、制造 方便、成本低 )。 2）齒輪齒條選擇：斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合（重合度增加，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊與 噪聲均降低，而且齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角易于滿足總體設(shè)計 要 求）。 3）齒條斷面形狀：圓形（制造簡便）。最終的布置為：采用中間輸入兩端輸出的輸出形式，齒輪齒條采用斜齒，齒條斷面采用圓形斷面。 3 與齒輪齒條轉(zhuǎn)向器配用的傳動機(jī)構(gòu) 一般來說，這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動結(jié)構(gòu)大多 如圖 所示。轉(zhuǎn)向軸的末端與轉(zhuǎn)向器的齒輪 軸 1 直接相連或通過萬向節(jié)軸相連，齒輪與裝于同一殼體的齒條 2 嚙合，外殼則固 定于車身或車 架上。齒條通過兩端的轉(zhuǎn)向節(jié) 3、 4 與分開的橫拉桿 5、 6 相連，因 此，齒條 2 既是轉(zhuǎn)向器的傳動件，又是轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)中三段式橫拉桿的一部分。 4 齒輪軸的確定 1）齒輪齒條傳動受力分析。若不考慮齒面之間的摩擦力，則節(jié)點 P 受法向力 分解為徑向力 F，分力 F 又可分解為軸向力 圓周力 2）齒輪軸最小軸徑確定。由于齒輪的基圓直徑 ，數(shù)值較小，若齒輪與軸之間采用 鍵連接必將對軸和齒輪的強(qiáng)度大大降低，因此，將其設(shè)計為齒輪軸。 5 轉(zhuǎn)向傳 動機(jī)構(gòu) 1）轉(zhuǎn)向橫拉桿。轉(zhuǎn)向橫拉桿是轉(zhuǎn)向梯形的底邊。一般由橫拉桿體和旋裝在兩端的 橫拉桿接頭組成。橫拉桿接頭通過球頭銷與左右轉(zhuǎn)向梯形臂連接。兩接頭通過螺紋與 橫拉桿連接，接頭螺紋與橫拉桿體連接，接頭螺紋部分有切口，具有彈性。橫拉桿體 旋裝到接頭上后，用螺栓通過沖壓制成的卡箍將橫拉桿夾緊。橫拉桿兩端的螺紋一端 左旋，一端右旋。因此，在旋松卡箍上的螺栓后，轉(zhuǎn)動橫拉桿體，即可改變橫拉桿的 長度，從而可調(diào)整轉(zhuǎn)向輪前束。 2）球頭銷。球頭銷是聯(lián)接轉(zhuǎn)向橫拉桿和轉(zhuǎn)向梯形臂的重要零件。球頭銷的外形尺寸 是成比例的 ，所以在選定球頭直徑后可安比例確定其他尺寸。 6 結(jié)論 1賽 車車架的設(shè)計以及整車布局合理確定轉(zhuǎn)向裝置的總成對于下一步工作具有指導(dǎo)意義。 2定 位參數(shù)的合理確定，這對于節(jié)能競技車的滑行效果及車手操縱的輕便與舒適性影響較大。 3選 定較重要，合理的連接關(guān)系的選擇有利于達(dá)到設(shè)計目標(biāo)。轉(zhuǎn)向 裝置的輕量化對于減少 整車質(zhì)量，降低油耗有幫助。 開 題 報 告 指導(dǎo)教師意見 ： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 所在系審查意見： 系主任： 年 月 日