方程式赛车的转向系统(s)
大学生方程式赛车转向系统设计
1、概述
汽车产品的质量检测具有重大的社会意义。转向器作为汽车的一个重要部件，对其综合性能进行检测直接关系到人民的生命财产安全。根据汽车安全性统计,，全世界每年因交通事故死亡的人数超过20万，加之几倍于死者的受伤者以及物质上的损失，其直接或间接的危害是难以估计的。在我国，因为交通管理技术落后、路况差、车辆性能差，加之各类车辆混合行驶，交通事故时有发生。近年来，我国交通事故死亡人数居世界前几位，每万辆车平均事故居大国中第一位。交通事故己成为一个严重的社会问题。概括交通事故的原因，不外乎人、汽车和环境三个因素。显而易见，提高汽车的安全性能是减少交通事故的关键措施之一，因此，汽车工业发达的国家都非常重视汽车安全性的研究。目前汽车工业己成为我国的支柱产业之一，所以，为了提高汽车的质量，保证行驶的安全性，在大力发展我国的汽车工业的同时，这就要求生产厂家对每一批产品必须进行质量检测，而其中转向器是汽车维持驾驶员给定方向稳定行驶能力(即操纵稳定性)的基本保障，所以汽车转向器综合性能试验成了汽车性能测试中的一个重要项目。
因为汽车转向器属于汽车系统中的关键部件，它在汽车系统中占有重要位置，因而它的发展同时也反映了汽车工业的发展，它的规模和质量也成为了衡量汽车工业发展水平的重要标志之一。
近年来随着我过汽车工业的迅猛发展，作为汽车的重要安全部件—汽车转向器的生产水平也有了很大的提高。在汽车转向器生产行业里，70年代推广循环球转向器，80年代开发和推广了循环球变传动比转向器，到了90年代，驾驶员对汽车转向器性能的要求有了进一步的提高，要求转向更轻便，操纵更灵敏。随着汽车的高速比和超低压扁轮胎的通用化，过去的采用循环球转向器和循环球变传比转向器只能相对的解决转向轻便性和操纵灵敏性问题，现在虽然转向器以向动力转向发展，但大部分汽车还应用机械型转向器，如何改进转向器的设计，使之更加适合驾驶者，是最重要的，因此还需不断改进。
Formula SAE 赛事由美国汽车项目师协会（the Society of Automotive Engineers 简称SAE）主办。SAE 是一个拥有超过60000 名会员的世界性的项目协会，致力与海、陆、空各类交通工具的发展进步。Formula SAE 是一项面对美国汽车项目师学会学生会员组队参与的国际赛事，于1980 年在美国举办了第一届赛事。比赛的目的是设计、制造一辆小型的高性能赛车。目前美国、欧洲和澳大利亚每年都会定期举办该项赛事。
2、设计初始参数及基本要求
初始参数：
1、转向盘总圈数≤3.0；
2、转向盘直径≤200mm；
3、最大转向盘操纵力≤100N；
4、转向盘在上下方向上的最大调节量≥50mm。
赛车的一些具体参数如下：
整车装备质量：250kg
整车重量：310kg（加驾驶员）
轴距：1650mm
前轮距：1195mm
后轮距：1145 mm
最小离地间隙：50mm
整车重心高度：260mm
整车中心纵向位置：160
制动力分配系数：55/45
轮胎型号：轮辋——6×13，即轮辋名义断面宽度：152.4mm
轮辋直径名义尺寸：330.2mm
轮胎——7×13
即轮胎名义断面宽度：165.1mm
轮胎外径：533.4mm
转向系的设计要求：
(1)保证汽车有较高的机动性，在有限的场地面积内，具有迅速和小半径转弯的能力，同时操作轻便;
(2) 汽车转向时，全部车轮应绕一个瞬时转向中心旋转，不应有侧滑;
(3)传给转向盘的反冲要尽可能的小;
(4) 转向后，转向盘应自动回正，并应使汽车保持在稳定的直线行驶状态;
(5) 发生车祸时，当转向盘和转向轴因为车架和车身变形一起后移时，转向系统最好有保护机构防止伤及乘员[3].
3、转向器结构型式方案的确定
3.1机械转向机构的方案分析
3.1.1齿轮齿条式
齿轮齿条式转向器的主要优点是：结构简单、紧凑、体积小、质量轻；传动效率高达90%；可自动消除齿间间隙；没有转向摇臂和直拉杆，转向轮转角可以增大；制造成本低。
齿轮齿条式转向器的主要缺点是：逆效率高（60%~70%）。因此，汽车在不平路面上行驶时，发生在转向轮与路面之间的冲击力，大部分能传至转向盘。
齿轮齿条式转向器广泛应用于微型、普通级、中级和中高级轿车上。装载量不大、前轮采用独立悬架的货车和客车也有采用齿轮齿条式转向器。
3.1.2蜗杆滚轮式、蜗杆指销式
蜗杆滚轮式转向器由蜗杆和滚轮啮合而构成。主要优点是：结构简单；制造容易；强度比较高、工作可靠、寿命长；逆效率低。主要缺点是：正效率低；调整啮合间隙比较困难；传动比不能变化。
蜗杆指销式转向器有固定销式和旋转销式两种形式。根据销子数量不同，又有单销和双销之分。蜗杆指销式转向器的优点是：传动比可以做成不变的或者变化的；工作面间隙调整容易。固定销式转向器的结构简单、制造容易。但销子的工作部位磨损快、工作效率低。旋转销式转向器的效率高、磨损慢，但结构复杂。要求摇臂轴有较大的转角时，应采用双销式结构。双销式转向器的结构复杂、尺寸和质量大，并且对两主销间的位置精度、螺纹槽的形状及尺寸精度等要求高。此外，传动比的变化特性和传动间隙特性的变化受限制。
蜗杆滚轮式和蜗杆指销式转向器应用较少。
3.1.3循环球式转向器·
循环球式转向器由螺杆和螺母共同形成的螺旋槽内装钢球构成的传动副，以及螺母上齿条与摇臂轴上齿扇构成的传动副。
循环球式转向器的优点是：在螺杆和螺母之间因为有可以循环流动的钢球，将滑动摩擦变成滚动摩擦，因而传动效率可以达到75%—85%；在结构和工艺上采取措施后，包括提高制造精度，改善工作表面的表面粗糙度和螺母、螺杆上的螺旋槽经淬火和磨削加工，使之有足够的硬度和耐磨损性能，可保证有足够的使用寿命；转向系的传动比可以变化；齿条和齿扇之间的间隙调整工作容易进行；适合用来做整体式动力转向器。布置方便，特别适合大、中型车辆和动力转向系统配合使用，目前循环球式转向器主要是用于商用车上。
由以上分析，及设计初始条件比较可以确定，我所要设计方程式赛车将采用齿轮齿条式转向器。而因为整个赛车质量比较轻，不需要采用动力转向装置，这种转向器也十分符合方程式赛车的转向要求。
3.2机械型转向器原理
3.2.1齿轮齿条式转向器的分类
1.转向横拉杆
2.防尘套
3.球头座
4.转向齿条
5.转向器壳体
6.调整螺塞
7.
压紧弹簧 8.锁紧螺母 9.压块 10.万向节 11.转向齿轮轴 12.向心球轴承
13.滚针轴承
图3-1 两端式齿轮齿条转向器
齿轮齿条式转向器：齿轮齿条式转向器分两端输出式和中间（或单端）输出式两种。
（一）两端输出的齿轮齿条式转向器，作为传动副主动件的转向齿轮轴通过轴承和安装在转向器壳体中，其上端通过花键与万向节和转向轴连接。与转向齿轮啮合的转向齿条水平布置，两端通过球头座与转向横拉杆相连。弹簧通过压块将齿条压在齿轮上，保证无间隙啮合。弹簧的预紧力可用调整螺塞调整。当转
动转向盘时，转向器齿轮转动，使与之啮合的齿条沿轴向移动，从而使左右横拉杆带动转向节左右转动，使转向车轮偏转，从而实现汽车转向。
两端输出的齿轮齿条式转向器如图3-1所示，作为传动副主动件的转向齿轮轴11通过轴承12和13安装在转向器壳体5中，其上端通过花键与万向节*10和转向轴连接。与转向齿轮啮合的转向齿条4水平布置，两端通过球头座3与转向横拉杆1相连。弹簧7通过压块9将齿条压在齿轮上，保证无间隙啮合。弹簧的预紧力可用调整螺塞6调整。当转动转向盘时，转向器齿轮11转动，使与之啮合的齿条4沿轴向移动，从而使左右横拉杆带动转向节左右转动，使转向车轮偏转，从而实现汽车转向。中间输出的齿轮齿条式转向器如图3-2所示，其结构及工作原理与两端输出的齿轮齿条式转向器基本相同，不同之处在于它在转向齿条的中部用螺栓6与左右转向横拉杆7相连。
（二）中间输出的齿轮齿条式转向器，其结构及工作原理与两端输出的齿轮齿条式转向器基本相同，不同之处在于它在转向齿条的中部用螺栓与左右转向横拉杆相连。在单端输出的齿轮齿条式转向器上，齿条的一端通过内外托架与转向横拉杆相连。循环球式转向器循环球式转向器是目前国内外应用最广泛的结构型式之一，一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。
为了减少转向螺杆转向螺母之间的摩擦，二者的螺纹并不直接接触，其间装有多个钢球，以实现滚动摩擦。转向螺杆和螺母上都加工出断面轮廓为两段或三段不同心圆弧组成的近似半圆的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面的螺旋管状通道。螺母侧面有两对通孔，可将钢球从此孔塞入螺旋形通道内。转向螺母外有两根钢球导管，每根导管的两端分别插入螺母侧面的一对通孔中。导管内也装满了钢球。这样，两根导管和螺母内的螺旋管状通道组合成两条各自独立的封闭的钢球"流道"。转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，螺母即沿轴向移动。同时，在螺杆及螺母与钢球间的摩擦力偶作用下，所有钢球便在螺旋管状通道内滚动，形成"球流"。在转向器工作时，两列钢球只是在各自的封闭流道内循环，不会脱出。在单端输出的齿轮齿条式转向器上，齿条的一端通过内外托架与转向横拉杆相连。
1.万向节*
2.转向齿轮轴
3.调整螺母
4.向心球轴承
5.滚针轴承
6.固定螺栓
7.转向横拉杆
8.转向器壳体
9.防尘套 10.转向齿条 11.调整螺塞 12.锁紧螺
母 13.压紧弹簧 14.压块
图3-2 中间式齿轮齿条转向器
3.3转向系主要性能参数
3.3.1转向器的效率
功率P
1
从转向轴输入，经转向摇臂轴输出所求得的效率称为正效率，用符号η+表示，η+=(P1—P2)／P l；反之称为逆效率，用符号η-表示，η- =(P3—P2)／
P 3。式中，P
2
为转向器中的摩擦功率；P
3
为作用在转向摇臂轴上的功率。为了保
证转向时驾驶员转动转向盘轻便，要求正效率高。为了保证汽车转向后转向轮和转向盘能自动返回到直线行驶位置，又需要有一定的逆效率。为了减轻在不平路面上行驶时驾驶员的疲劳，车轮与路面之间的作用力传至转向盘上要尽可能小，防止打手又要求此逆效率尽可能低[1]。
1．转向器正效率η
+
影响转向器正效率的因素有：转向器的类型、结构特点、结构参数和制造质量等。
(1)转向器类型、结构特点与效率在前述四种转向器中，齿轮齿条式、循环球式转向器的正效率比较高，而蜗杆指销式特别是固定销和蜗杆滚轮式转向器的正效率要明显的低些。
同一类型转向器，因结构不同效率也不一样。如蜗杆滚轮式转向器的滚轮与支持轴之间的轴承可以选用滚针轴承、圆锥滚子轴承和球轴承等三种结构之一。第一种结构除滚轮与滚针之间有摩擦损失外，滚轮侧翼与垫片之间还存在滑动摩
擦损失，故这种转向器的效率ly+仅有54％。另外两种结构的转向器效率，根据试验结果分别为70％和75％。
转向摇臂轴轴承的形式对效率也有影响，用滚针轴承比用滑动轴承可使正或逆效率提高约10％。
(2)转向器的结构参数与效率如果忽略轴承和其它地方的摩擦损失，只考虑啮合副的摩擦损失，对于蜗杆和螺杆类转向器，其效率可用下式计算
)tan(tan 00
ρααη+=
+（2.1）
式中，αo 为蜗杆(或螺杆)的螺线导程角；ρ为摩擦角，ρ=arctanf ；f 为摩擦因数。此设计中初次选取αo=9 ρ=0.03 由公式可知η
+
=83.7％
2．转向器逆效率η-
根据逆效率大小不同，转向器又有可逆式、极限可逆式和不可逆式之分。 路面作用在车轮上的力，经过转向系可大部分传递到转向盘，这种逆效率较高的转向器属于可逆式。它能保证转向后，转向轮和转向盘自动回正。这既减轻了驾驶员的疲劳，又提高了行驶安全性。但是，在不平路面上行驶时，车轮受到的冲击力，能大部分传至转向盘，造成驾驶员“打手”，使之精神状态紧张，如果长时间在不平路面上行驶，易使驾驶员疲劳，影响安全驾驶。属于可逆式的转向器有齿轮齿条式和循环球式转向器。
不可逆式转向器，是指车轮受到的冲击力不能传到转向盘的转向器。该冲击力由转向传动机构的零件承受，因而这些零件容易损坏。同时，它既不能保证车轮自动回正，驾驶员又缺乏路面感觉；因此，现代汽车不采用这种转向器。 极限可逆式转向器介于上述两者之间。在车轮受到冲击力作用时，此力只有较小一部分传至转向盘。它的逆效率较低，在不平路面上行驶时，驾驶员并不十分紧张，同时转向传动机构的零件所承受的冲击力也比不可逆式转向器要小。 如果忽略轴承和其它地方的摩擦损失，只考虑啮合副的摩擦损失，则逆效率可用下式计算
0tan tan αραη）
（-=
-（2.2）
式(2.1)和式(2.2)表明：增加导程角αo,正、逆效率均增大。受η-增大的影响，αo 不宜取得过大。当导程角小于或等于摩擦角时，逆效率为负值或者为零，此时表明该转向器是不可逆式转向器。为此，导程角必须大于摩擦角。通常螺线导程角选在8°～10°之间。
3.3.2传动比的变化特性
1.转向系传动比
转向系的传动比包括转向系的角传动比wo i 和转向系的力传动比p i 从轮胎接地面中心作用在两个转向轮上的合力2Fw 与作用在转向盘上的手力F h 之比，称为力传动比，即 i p =2Fw ／F h 。
转向盘转动角速度ωw 与同侧转向节偏转角速度ωk 之比，称为转向系角传动比wo i ，即；k
k k w wo d d dt d dt d i β?
β?ωω=
==
式中，d φ为转向盘转角增量；d βk 为转向节转角增量；dt 为时间增量。它又由转向器角传动比iw 和转向传动机构角传动比iw ′所组成，即 iwo=iw iw ′ 。
转向盘角速度ωw 与摇臂轴转动角速度ωK 之比，称为转向器角传动比iw ′,即p
p p w w d d dt d dt d i β?
β?ωω=
==
。 式中,d βp 为摇臂轴转角增量。此定义适用于除齿轮齿条式之外的转向器。 摇臂轴转动角速度ωp 与同侧转向节偏转角速度ωk 之比，称为转向传动机构的角传动比iw ′，即k
k
k p k p w d d dt d dt d i ββββωω=
==
’。 2．力传动比与转向系角传动比的关系
轮胎与地面之间的转向阻力Fw 和作用在转向节上的转向阻力矩 Mr 之间有如下关系
a
M F r
W =
（2.3） 式中，α为主销偏移距，指从转向节主销轴线的延长线与支承平面的交点至车轮中心平面与支承平面交线间的距离。
作用在转向盘上的手力Fh 可用下式表示
SW
h
h D M F 2=
（2.4） 式中，Mh 为作用在转向盘上的力矩；Dsw 为转向盘直径。 将式(1.3)、式(1.4)代入 ip=2Fw ／Fh 后得到
a
M D M i h sw
r P =
（2.5） 分析式(2.5)可知，当主销偏移距a 小时，力传动比 ip 应取大些才能保证转向轻便。通常轿车的 a 值在0．4～0．6倍轮胎的胎面宽度尺寸范围内选取，而货车的d 值在40～60mm 范围内选取。转向盘直径 Dsw 根据车型不同在JB4505—86
转向盘尺寸标准中规定的系列内选取。
如果忽略摩擦损失，根据能量守恒原理，2Mr ／Mh 可用下式表示
wo k
h r i d d M M ==β?
2（2.6） 将式(1.6)代人式(1.5)后得到
a
D i i sw
wo P 2=
（2.7） 当α 和 Dsw 不变时，力传动比 ip 越大，虽然转向越轻，但 iwo 也越大，表明转向不灵敏。
根据相互啮合齿轮的基圆齿距必须相等，即 P bl =P b2。其中齿轮基圆齿距P bl =πm l cos α1，齿条基圆齿距 P b2=πm 2cos α2。由上述两式可知：当齿轮具有标准模数m 1和标准压力角α1与一个具有变模数m 2、变压力角α2的齿条相啮合，并始终保持 m 1coso αl =m 2coso α2时，它们就可以啮合运转。如果齿条中部(相当汽车直线行驶位置)齿的压力角最大，向两端逐渐减小(模数也随之减小)，则主动齿轮啮合半径也减小，致使转向盘每转动某同一角度时，齿条行程也随之减小。初步设计其角传动比为1:5
4 齿轮齿条的设计步骤
4.1转向系计算载荷的确定
为了保证行驶安全，组成转向系的各零件应有足够的强度。欲验算转向系零件的强度，需首先确定作用在各零件上的力。影响这些力的主要因素有转向轴的负荷、路面阻力和轮胎气压等。为转动转向轮要克服的阻力，包括转向轮绕主销转动的阻力、车轮稳定阻力、轮胎变形阻力和转向系中的内摩擦阻力等。
精确地计算出这些力是困难的。为此用足够精确的半经验公式来计算汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转向阻力矩M R (N·mm)。
表4-1 原地转向阻力矩M R 的计算 设计计算和说明
计算结果 mm N 26.388270.179
170530.7p G 3f 3
3
1?===R M
式中 f ——轮胎和路面间的滑动摩擦因数；
1G ——转向轴负荷，单位为N ；
P ——轮胎气压，单位为MPa 。
f=0.7
1G =1705N
p=0.179MPa
R M =38827.3
mm N ?
作用在转向盘上的手力F h 为：
表4-2 转向盘手力F h 的计算 设计计算和说明
计算结果
N F i
D L M L W
SW R
h 4.17%
90152656
.28889222
1=???=
+
=
η
式中 1L ——转向摇臂长, 单位为mm ；
R M ——原地转向阻力矩, 单位为N·mm
2L ——转向节臂长, 单位为mm ； SW D ——为转向盘直径,单位为mm ；
I w ——转向器角传动比；
η+——转向器正效率。
因齿轮齿条式转向传动机构无转向摇臂和转向节臂，故
1L 、2L 不代入数值。
R M =28889.6
mm N ?
SW D =265mm
i w =15
+η=83.7%
h F =17.4N
4.2 齿轮轴和齿条的设计计算 4.2.1转向齿轮设计
根据《汽车设计》中机械式转向器的设计与计算一节，转向小齿轮模数取值范围多在2～3mm 之间，设计转向系角传动比为1：4.5，车轮最大转角为30°（其后有说明），因此转向盘最大单侧转角约为150°，由转向梯形优化设计结果可得齿条单向行程约为37mm ，也即转向小齿轮转过150°齿条单向运动37mm 。 有公式：
L mz =πγ
*360
（4.1）
式中 γ=150°，L=37mm ，m=2mm 。 计算得： Z=14.14 取整得Z=15
压力角α的选取，由《机械原理》可知，增大压力角α，轮齿的齿厚及节点处的齿廓曲率半径亦皆随之增加，有利于提高齿轮传动的弯曲强度和接触强度[5]。我国对于一般用途的齿轮传动规定标准压力角为α=20°。
齿宽系数的d φ选择，由齿轮的强度计算公式可知，轮齿愈宽，承载能力也愈高，因而轮齿不宜过窄；但增大齿宽又会使齿面上的载荷分布更加不均匀，故齿宽系数应取适当。对于标准圆柱齿轮减速器，齿宽系数取)
1(5.01u d b a b a +==
φ，所以对于外啮合齿轮传动 a b u d b
φφ)1(5.01
+==。 理论齿宽 1d b d φ= 。
取8.0=d φ，则理论齿宽b=24mm ，综合考虑设计的各种因素及赛车要求，取实际齿宽为b=20mm 。
由此确定转向小齿轮的各设计参数：齿数Z=15、螺旋角=10度、模数m=2mm 、齿宽B=20mm 、齿顶高系数1=a h 、25.0=*c 。
设计计算和说明
计算结果
1.选择齿轮材料、热处理方式及计算许用应力 (1) 选择材料及热处理方式
小齿轮16MnCr5 渗碳淬火，齿面硬度56-62HRC 大齿轮 45钢 表面淬火，齿面硬度56-56HRC (2) 确定许用应力
Hmin
N
lim S Z ][H H σσ=
Fmin
N
ST lim S Y Y ][F F σσ=
a)确定lim H σ和lim F σ
MPa H 15001lim =σ
MPa H 13002lim =σ
MPa F 4251lim =σMPa F 3752lim =σ
b)计算应力循环次数N ，确定寿命系数N Z 、N Y 。
()27111016.23008101516060N t an N =?=?????== 32.11=N Z 211N N Y Y ==
c)计算许用应力
MPa H 15001lim =σ
MPa H 13002lim =σ
MPa F 4251lim =σ MPa F 3752lim =σ
7211016.2?==N N 32.11=N Z
211N N Y Y ==
MPa H 1980][1=σ MPa H 1716][2=σ MPa F 14.607][1=σ
MPa F 7.535][2=σ
斜齿圆柱齿轮与斜齿齿条啮合传动 7级精度
=1T 2784mm N ?
K =1.378
n m =2.5mm
取1min =H S ,4.1min =F S Hmin
N11lim 1S Z ][H H σσ=
=
MPa 19801
32
.11500=?
Hmin
N2
2lim 2S Z ][H H σσ=
=MPa 17161
32.11300=?
应力修正系数2=ST Y
Fmin
N1
ST 1lim 1S Y Y ][F F σσ=
=MPa 14.6074
.112425=??
Fmin
N2
ST 2lim 2S Y Y ][F F σσ=
=
MPa 7.5354
.11
2375=?? 2.初步确定齿轮的基本参数和主要尺寸 (1) 选择齿轮类型
根据齿轮传动的工作条件，选用斜齿圆柱齿轮与斜齿齿条啮合传动方案
(2) 选择齿轮传动精度等级 选用7级精度 (3) 初选参数
初选4.1=t K ?=14β1Z =8 2Z =20 d Φ=0.8
εY =0.7 βY =0.89
按当量齿数76.814cos /8cos /33=?==βZ Z V
6.51=FS Y
(4) 初步计算齿轮模数n m
转矩=1T 17.4×0.16=2.784m N ?=2784mm N ? 闭式硬齿面传动，按齿根弯曲疲劳强度设计。
3
2
121]
[cos 2F FS
d t nt Y Z Y Y T K m σφββ
ε?
= =32
2
14.6076.58
8.089.07.014cos 27844.12???????? =1.037mm
(5) 确定载荷系数K
1d =20.61mm
1a d =25.61mm
1f d =14.36mm 取2b =17mm
2ha =2.5mm
2f h =3.125mm
2n S =3.925mm
MPa H 4.410=σ 齿面接触疲劳强度满足要求
A K =1，由s m n z m nt t /0155.0cos 1000601
1=?=
β
πυ,
1vZ /100=0.00124,V K =1；对称布置，取βK =1.06；
取αK =1.3
则αβK K K K K V A ???==1×1×1.06×1.3=1.378 (6) 修正法向模数
3t
nt n K K
m m ==1.037×34.1378.1=1.031
圆整为标准值，取n m =3mm 3.确定齿轮传动主要参数和几何尺寸 (1) 分度圆直径d
βcos 11z m d n =
=?
?14cos 8
5.2=20.61mm (2) 齿顶圆直径1a d
ha d d a 21+==20.61+2()Xn h m an
n +*
=20.61+2×2.5×(1+0)=25.61mm (3) 齿根圆直径f d
f f h d d 21-==20.61-2()
Xn C h m n an n -+*
*
=20.61-2×2.5×1.25=14.36mm (4) 齿宽b
1d b d Φ==0.8×20.61=16.488mm
因为相互啮合齿轮的基圆齿距必须相等，即21b b P P =。 齿轮法面基圆齿距为111cos απn b m P = 齿条法面基圆齿距为222cos απn b m P = 取齿条法向模数为2n m =2.5 (5) 齿条齿顶高2ha
()
Xn h m ha an n +=*2=2.5×(1+0)=2.5mm
(6) 齿条齿根高2f h
()Xn C h m h n an n f -+=*
*2=2.5×
(1+0.25-0)=3.125mm (7) 法面齿距2n S
()n n n m Xn S απtan 22/2+==3.925mm
4.校核齿面接触疲劳强度
][1
221
1H E H H u u bd KT Z Z Z Z σσβ
ε≤±?= 由表7-5，E Z =189.8MPa 由图7-15，H Z =2.45
取εZ =0.8，βZ =βcos =0.985 所以 H σ=189.8×2.45×0.8×0.985
×1224.732078421.37822
????MPa =410.4][2H MPa σ< 5.结构设计和绘制零件图 详见零件图
4.3 齿轮齿条转向器转向横拉杆的运动分析
5、转向传动机构的设计
5.1 转向梯形
转向梯形有整体式和断开式两种。转向梯形方案与悬架形式密切相关。
转向梯形的设计要求： 1）正确选择转向梯形参数，保证汽车转弯时全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶。 2）满足最小转弯直径的要求，转向轮应有足够大的转角。 5.1.1、转向梯形结构方案分析 1.整体式转向梯形
整体式转向梯形是由转向横拉杆1，转向梯形臂2和汽车前轴3组成，如图5-1所示。
图5-1整体式转向梯形 1—横拉杆 2—梯形臂 3—前轴
这种方案的优点是结构简单，调整前束容易，制造成本低；主要缺点是一侧转向轮上、下跳动时，会影响另一侧转向轮。 2.断开式转向梯形
转向梯形的横拉杆做成断开的，称之为断开式转向梯形。断开式转向梯形方案之一如图7-15所示。
断开式转向梯形的主要特点：
1）能够保证一侧车轮上、下跳动时，不会影响另一侧车轮；
2）因为杆系、球头增多，所以结构复杂，制造成本高，并且调整前束比较困难。横拉杆上断开点的位置与独立悬架形式有关。采用双横臂独立悬架，常用图解法（基于三心定理）确定断开点的位置。
图5-2断开式转向梯形
基于以上分析，考虑成本及我所设计的赛车要求等因素，所以采用断开式转向梯形机构
5.1.2、断开式式转向梯形机构设计
1理想的左右转向轮转角关系
为了避免在汽车转向时产生的路面对汽车行驶的附加阻力和轮胎磨损过快，要求转向系统尽可能地保证在汽车转向时，所有的车轮均作纯滚动。显然，这只有在所有车轮的轴线都相交于一点时方能实现，此交点被称为转向中心。如图l所示，汽车左转弯时，内侧转向轮转角α应大于外侧车轮的转角β。当车轮被视为绝对刚体的假设条件下，左右转向轮转角α和β应满足Ackenmnn转向几何学要求，
式(1)
式中：α——左侧转向轮转角；
——右侧转向轮转角；
B——对侧主销轴线与地面相交点之间的距离；
L——汽车前后轴距；
R——转弯半径。
根据式(1)可得理想的右轮转角，如式(2)，
L
同理，当汽车右转向时，Ackenmnn转角关系如式(3)，
根据式(3)可得理想的右轮转角，如式(4)所示，
2实际的左右转向轮转角关系
图2是一种含有驱动滑块的常用断开式转向梯形机构。齿轮齿条转向机构将方向盘的旋转运动转化成齿条(滑块)的直线运动，继而驱动转
向梯形机构实现左右前轮转向。这与本设计的基本原理差不多，只是本设计中采用的是中间输入两端输出的结构。其大概示意图是
图中：L
1
—转向机齿条左右球铰中心的距离；
L
2
—左右横拉杆的长度；
L
3
—左右转向节臂的长度；
L
4
—厂车轮中心至转向主销的距离；
S—转向齿条从中心位置的位移量，向左移动时，取正值,反之取负值；y—转向齿条左右球铰中心连线与左右转向主销中心连线之偏距，图示位置取正值，反之取负值；
S
—直线行驶时，转向齿条左球铰中心和左转向主销的水平距离；
—转向节臂与汽车纵轴线的夹角。
运用余弦定理和三角函数变换公式，经推导可得：
A点的坐标值为：
S-表示转向齿条左(右)球铰中心和左(右)转向主销中心的动态距
离，对于直线行驶时，S=S
0；转向时对于左转向轮：S= S
-S；右转
向轮：S= S
+S；由此得到左转向轮转角随齿条运动的方程，如式(5)所示；右转向轮如式(7)所示。
当A 点位于O 1点的左侧——即Xa>2
B 时：
当A 点位于O 1点的右侧——即Xa<2
B 时：
当D 点位于O 2点的右侧——即Xa>2
B 时：
当D 点位于O 2点的左侧——即Xa<2
B 时：
因为现有的转向梯形机构并不能够完全满足Ackenmnn 转向几何学要求，实际上只能在一定的车轮转角范围内，使两侧车轮偏转角的关系大体上接近于理想关系。因此，本着最大限度地逼近理想的阿克曼转角的原则，给出了优化设计目标函数为：
()()()
∑=-=max
00ααββαωx f ×100%
()=αω 1.5，0°＜α≤10° ()=αω1，10°＜α≤20°
()=αω0.5，20°＜α≤m ax α
β——右侧转向轮的实际转角； β0——右侧转向轮的理想转角；
当()x f 取得最小值时，即车轮实际转角与理想值最为接近，优化结果最为理想。对于方程式赛车，起方向盘的最大行程不能太大，大约取
1500转向轮最大转角约为27到45度，依据该车的设计要求，初定其转向轮最大转角设计为30度左右，而齿条行程为+38mm，方向盘的总转角是300度。因为横拉杆和转向节臂之间主要是传递力的作用关系，因此，在传动过程中，两杆间应该尽可能地保持小的压力角，以保证系统效率。根据一些相关资料初步确定了一下三种初始方案：
方案一 S
0=400 L
2
=430.4 L
3
=76 y=-15
方案二 S=396 L
2=425 L
3
=72 y=-12
方案三 S
0=390 L
2
=419.7 L
3
=64 y=-20
将上述的三种方案数据代入之前说明的各项计算式中，在算出对应的优化设计目标函数可知()1x
f=51.73%，()2x f=47.72%，()3x f=59.62%
经过以上的分许可知方案二的数据最合理，则此设计的基本数据为
S=396 L
2=425 L
3
=72 y=-12 即梯形臂为72 其与主销
的夹角为73o其大概示意图为下图所示，
根据以上的优化数据，又有转向轮最大转向角约为30度，有三角形的余弦定理很容易得出转向齿条的总行程为74mm
大学生方程式赛车设计——转向系统
赛车转向系统是用于改变或保持赛车行驶方向的专门机构。起作用是使赛车在行驶过程中能按照车手的操纵要求而适时地改变其行驶方向，并在受到路面传来的偶然冲击及赛车意外地偏离行驶方向时，能与行驶系统配合共同保持赛车继续稳定行驶。因此，转向系统的性能直接影响着赛车的操纵稳定性和安全性。对赛车的行驶安全至关重要，因此赛车转向系统的零件都称为保安件。赛车转向系统和制动系统都是赛车安全必须要重视的两个系统。当转动赛车方向盘时，车轮就会转向。为了使车轮转向，方向盘和轮胎之间发生了许多复杂的运动。最常见的赛车转向系统的工作原理包括：齿条齿轮式转向系统和循环球式转向系统。当赛车转向时，两个前轮并不指向同一个方向。要让赛车顺利转向，每个车轮都必须按不同的圆圈运动。由于内车轮所经过的圆圈半径较小，因此它的转向角度比外车轮要大。如果对每个车轮都画一条垂直于它们的直线，那么线的交点便是转向的中心点。转向拉杆具有独特的几何结构，可使内车轮的转向度大于外车轮。赛车转向系统分为两大类：机械转向系 统和动力转向系统。a机械转向 系统：完全靠车手手力操纵的转 向系统。b动力转向系统：借助 动力来操纵的转向系统。动力转 向系统又可分为液压动力转向系 统和电动助力动力转向系统。机 械转向系以车手的体力作为转向 能源，其中所有传力件都是机械 的。机械转向系由转向操纵机构、 转向器和转向传动机构三大部分 组成（如图）。车手对转向盘施 加的转向力矩通过转向轴输入转 向器。从转向盘到转向传动轴这 一系列零件即属于转向操纵机构。作为减速传动装置的转向器中有级减速传动副。经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向横拉杆，再传给固定于转向节上的转向节臂，使转向节和它所支承的转向轮偏转，从而改变了赛车的行驶方向。这里，转向横拉杆和转向节属于转向传动机构。。 转向操纵机构由方向盘、转向轴、转向管柱等组成，它的作用是将车手转动转向盘的操纵力传给转向器。机械转向器(也常称为转向机)是完成由旋转运动到直线运动(或近似直线运动)的一组齿轮机构，同时也是转向系中的减速传动装置。常用的有齿轮齿条式、循环球曲柄指销式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、蜗杆滚轮式等。齿条齿轮式齿轮组被包在一个金属管中，齿条的各个齿端都突出在金属管外，并用横拉杆连在一起。小齿轮连在
大学生方程式赛车悬架系统设计
大学生方程式赛车悬架系统设计 中国大学生方程式汽车大赛，在XX年开始举办，至XX 年已举办三届，大赛目的是为了提高大学生汽车设计与团队协作等能力，而华南农业大学XX年才组队设计赛车，现在还没有派队参加比赛，本文初步探讨SAE赛车悬架设计的方案，为日后华南农业大学参赛打下基础。 本课题的重点和难点 1、根据整车的布置对FSAE赛车悬架的结构形式进行的选择。 2、对前后悬架的主要参数和导向机构进行初步的设计。 3、用Catia或Proe建立悬架三维实体模型。 4、在Adams/car中建立该悬架的虚拟样机模型，进行仿真，分析其运动学性能。 5、悬架设计方案确定后的优化改良。优化的方案一：用ADAMS/Insight进行优化，以车轮的定位参数优化目标，以上下横臂与车架的铰接点为设计变量进行优化。优化的方案二：轻量化，使用Ansys软件进行模拟悬架工作状况，进行受力分析，强度校核，优化个部件结构，受力情况。 1、查阅FSAE悬架的设计。 2、运用Pro/E或者Catia进行零件设计和仿真建模，设计出悬架的雏形。 3、在Adams/car中建立该悬架的虚拟样机模型，进行仿真，分析其运动学性能。 4、用ADAMS/Insight进行优化，改善操纵稳定性。
5、使用Ansys软件进行模拟悬架工作状况，进行受力分析，优化个部件结构及轻量化。 悬架设计流程如下： 首先要确定赛车主要框架参数，包括：外形尺寸、重量、发动机马力等等。 确定悬架系统类型，一般都会选用双横臂式，主要是决定选用拉杆还是推杆。 确定赛车的偏频和赛车前后偏频比。 估计簧上质量和簧下质量的四个车轮独立负重。 根据上面几个参数推算出赛车的悬架刚度和弹簧的弹性系数。 推算出赛车在没有安装防侧倾杆之前的悬架刚度初值，并计算车轮在最大负重情况下的轮胎变形。 计算没安装防侧倾杆时赛车的横向负载转移分布。 根据上面计算数值，选择防侧倾杆以获得预想的侧倾刚度和 LLTD。最后确定减振器阻尼率。 上面计算和选型完成后，再重新对初值进行校核。 运用Pro/E或者Catia进行零件设计和仿真建模，设计出悬架的雏形。在Adams/car中建立该悬架的虚拟样机模型，进行仿真，分析其运动学性能，并用ADAMS/Insight进行优化分析。 使用Ansys软件进行模拟悬架工作状况，进行受力分析，
大学生方程式赛车使用材料分析
大学生方程式赛车使用材料分析 摘要：本论文主要内容为大学生方程式赛车正在普及中国的高校，在参赛队伍的努力下，这项比赛正在给中国的汽车制造业注入活力。对于参赛者而言，对汽车材料知识的学习非常重要，因为通过对车架、车身、轮胎、油气系统材料选择以及优化可以极大提高赛车的整体性能下文，将会对现在的方程式赛车的整体车结构的材料进行分析以及对于参赛者材料选择重要性的论述。 Abstract: the main content of this thesis is to popularize Chinese for college students of Formula One racing college, in the team's efforts, this game is to Chinese automobile manufacturing industry infuse vigor.The contestants, to automotive materials knowledge learning is very important, because the frame, body, tires, oil and gas system in material selection and optimization can greatly improve the overall performance of the car below, will be on the present formula car integral structure material for analysis and material selection for contestants in the exposition of the importance. 中国大学生方程式汽车大赛（以下简称“FSAE”）是中国汽车工程学会及其合作会员单位在学习和总结美、日、德等国家相关经验的基础上结合中国国情精心打造的一项全新赛事。我们大学生参与其中主要意义在于通过动手实践增强理论知识，为我国的汽车工业发展输送高素质的人才。在参与FASE中，对于赛车的设计固然重要，但是对于赛车材料的选择同样是重中之重。通过对材料的准确把握，设计制造出合格的赛车，是FASE的灵魂。而灵魂的重要性值得所有参与其中的人认真研究。 首先我们从车架说起。车架是是构起赛车的基本，车架是车辆的主体结构，为其他部件，如悬架、发动机、座椅、踏板、传动装置等提供安装的位置，并承受所有部件传来的力。所以我们说，对于车架材料的选择非常重要，因为它决定了赛车的稳定性。对因为于大学生来讲，设计的赛车从简单以及可行性来考虑，多采用空间衍架结构，设计制造简单便宜，并且发生碰撞后可以很容易的检修。
大学生方程式赛车悬架设计
大学生方程式赛车悬架设计 加布里埃尔·德·波拉爱德华多 圣保罗大学摘要 独立完成一次大学生方程式赛车的悬架设计。首先分析赛规，通常，赛规会对悬架的最小行程和轴距作出限制，并且给出本次设计所要达成的最终目的，除此之外还会评判出得分最高的一个团队。本文会讨论到轮胎的运动，并详细分析前后悬架的拉杆不等长的摆臂。维度论是基于CAD的尺寸限制发展出来的。在总的力与时间的图上分析了暂态稳定、控制和操纵性能。在分析运动学和动力学时创建了多体模型。该模型能模仿侧翻，驾驶和操纵并且能进行几何调整，使得弹簧和阻尼器实现其性能。 前言 美国汽车工程师学会举办的大学生方程式汽车大赛激励学生 们去设计、制作一个小的方程式风格的赛车，并参加比赛。竞争的基础是假设一个公司集合了一个工程师团队来制造一个小的方程式赛车。第一步是分析赛事规则，赛规限制悬架系统的最小轮距为50mm，轴距大于1524mm。FSAE悬架工作在一个狭窄的车辆动力学范围，这是由于赛道尺寸决定的有限过弯速度，140公里每小时为最高速度和60公里每小时为转弯最高速度。比赛的动态部分包括15.25m的直径防滑垫，91.44m的加速项目，0.8km的越野赛，44km耐力赛。 设计目标已经给定并且会评判出得分最高的十个团队。悬架系统的几何部分集中在一些悬架设计理念和亮点的基本领域。因此，
FSAE悬架设计应该集中在竞赛的限制因素方面。例如，车辆轮距宽度和轴距是决定汽车操纵性设计成功与否的关键因素。这两个尺寸不仅影响重量传递还影响转弯半径。设计目标是首先满足赛则，其次降低系统重量，创造最大的机械抓地力，提供快速响应，准确的传输驱动程序的反馈，并能调节平衡。 轮胎和车轮 悬架设计过程中采用了“由外而内”的方法，先选择满足赛车要求的轮胎，然后设计悬架以适应轮胎参数。短的比赛时间和低速的比赛项目都要求轮胎快速达到其工作温度。轮胎对于车辆操纵性很重要，设计团队应当充分地调查轮胎尺寸及可用的化合物材料。轮胎的尺寸在这一阶段的设计中很重要，因为在确定悬架的几何结构之前，轮胎的尺寸必须已知。例如，一个给定了车轮直径的轮胎高度决定，如果轮胎内部被组装起来了，下球接头应当离地面多近。 设计者应当意识到提供对于给定车轮直径的轮胎尺寸的数量是有限的。因此，考虑到轮胎对于汽车操纵性的重要性，选择轮胎的过程应当有条不紊。由于轮胎在地面上的部分对抓地力有很大的影响，有时希望使用宽的轮胎，增加牵引力。然而，切记宽的轮胎使回转质量增加，而这又使FSAE发动机的加速受到限制。 相比较使用宽轮胎而引起的牵引力的增加，这些增加的回转质量也许会对整车的性能产生更大的损害。宽轮胎不仅增大质量，而且使受热的橡胶数量增加。因此比赛用的轮胎必须设计成在某一特定的
大学生方程式赛车制动系统设计方案分析
大学生方程式赛车制动系统设计方案分析 摘要：本文介绍了大学生方程式赛车制动的设计，首先介绍了汽车制动系统的设计意义、研究现状以及设计目标，然后对制动系统进行分析与选择，确定方案采用简单人力液压制动双回路前后盘式制动器。最后对制动性能进行了详细分析。 关键词：方程式赛车，制动，盘式制动器 Abstract：This paper mainly introduces the design of breaking system of the Formula Student.First of all,breaking system's development,structure and category are shown.Then analysis and the choice of the braking system are done.At last, the plan adopting hydroid two-back-way brake with front disc and rear disc.Finally,the paper shows analysis of brake performance. Keywords：formula car,braking,braking disc 随着社会的迅速发展和人民生活水平的不断提高，汽车越来越成为现代交通工具中用得最多、最普遍、也运用得最方便的一种。汽车制动系统是汽车底盘上的一个重要系统，它是制约汽车运动的装置。汽车的制动性能直接影响汽车的行驶安全性。现在公路业的迅速发展和车流密度的日益增大，人们对安全性、可靠性的要求越来越高，为保证人身和车辆安全，汽车配备十分可靠的制动系统显得尤为重要。 一、制动系统的设计分析 车辆在形式过程中要频繁进行制动操作，由于制动性能的好坏直接关系到交通和人身安全，因此制动性能是车辆非常重要的性能之一，改善汽车的制动性能始终是汽车设计制造和使用部门的重要任务。当车辆制动时，由于车辆受到与行驶方向相反的外力，所以才导致汽车的速度逐步减小到0，对这一过程中车辆受力情况的分析有助于制动系统的分析和设计，因此制动过程受力情况分析是车辆试验和设计的基础，由于这一过程较为复杂，因此一般在实际中只能建立简化模型分析，通常人们从三个方面来对制动系统进行分析和评价：制动效能：即制动距离与制动减速度；制动效能的恒定性：即热衰退性；制动时汽车方向的稳定性。 二、制动装置的选择分析
方程式赛车的转向系统(s)
大学生方程式赛车转向系统设计 1、概述 汽车产品的质量检测具有重大的社会意义。转向器作为汽车的一个重要部件，对其综合性能进行检测直接关系到人民的生命财产安全。根据汽车安全性统计,，全世界每年因交通事故死亡的人数超过20万，加之几倍于死者的受伤者以及物质上的损失,其直接或间接的危害是难以估计的。在我国,由于交通管理技术落后、路况差、车辆性能差，加之各类车辆混合行驶，交通事故时有发生。近年来，我国交通事故死亡人数居世界前几位,每万辆车平均事故居大国中第一位。交通事故己成为一个严重的社会问题。概括交通事故的原因，不外乎人、汽车和环境三个因素。显而易见，提高汽车的安全性能是减少交通事故的关键措施之一,因此,汽车工业发达的国家都非常重视汽车安全性的研究。目前汽车工业己成为我国的支柱产业之一,所以，为了提高汽车的质量，保证行驶的安全性,在大力发展我国的汽车工业的同时，这就要求生产厂家对每一批产品必须进行质量检测,而其中转向器是汽车维持驾驶员给定方向稳定行驶能力(即操纵稳定性）的基本保障,所以汽车转向器综合性能试验成了汽车性能测试中的一个重要项目。 由于汽车转向器属于汽车系统中的关键部件,它在汽车系统中占有重要位置,因而它的发展同时也反映了汽车工业的发展，它的规模和质量也成为了衡量汽车工业发展水平的重要标志之一。 近年来随着我过汽车工业的迅猛发展，作为汽车的重要安全部件—汽车转向器的生产水平也有了很大的提高。在汽车转向器生产行业里,70年代推广循环球转向器，80年代开发和推广了循环球变传动比转向器，到了90年代，驾驶员对汽车转向器性能的要求有了进一步的提高，要求转向更轻便，操纵更灵敏。随着汽车的高速比和超低压扁轮胎的通用化，过去的采用循环球转向器和循环球变传比转向器只能相对的解决转向轻便性和操纵灵敏性问题，现在虽然转向器以向动力转向发展,但大部分汽车还应用机械型转向器，如何改进转向器的设计，使之更加适合驾驶者，是最重要的，因此还需不断改进。 Ｆorｍｕla SＡＥ赛事由美国汽车工程师协会（the Society of Autom ｏtive Eｎgiｎeeｒs 简称SＡE）主办。SAＥ是一个拥有超过60000 名会员的世界性的工程 协会,致力与海、陆、空各类交通工具的发展进步。Foｒｍuｌa SAE 是一项面对美国汽车工程师学会学生会员组队参与的国际赛事，于1980 年在美国举办了第一届赛事。比赛的目的是设计、制造一辆小型的高性能赛车。目前美国、欧洲和澳大利亚每年都会定期举办该项赛事。 2、设计初始参数及基本要求 初始参数： 1、转向盘总圈数≤３.0； 2、转向盘直径≤2０0mｍ；
FSAE赛车转向系统设计及性能分析任务书及开题报告资料
附件一 毕业设计任务书 设计（论文）题目FSAE赛车转向系统设计及性能分析 学院名称汽车与交通工程学院 专业（班级）车辆工程 姓名（学号）胡嗣林 指导教师张代胜 系（教研室）负责人卢剑伟
一、毕业设计（论文）的主要内容及要求（任务及背景、工具环境、成果形式、着重培养的能力） 背景：中国汽车工业已处于大国地位，但还不是强国。从制造业大国迈向产业强国已成为中国汽车人的首要目标，而人才的培养是实现产业强国目标的基础保障之一。中国大学生方程式汽车大赛（以下简称"FSAE"）是中国汽车工程学会及其合作会员单位，在学习和总结美、日、德等国家相关经验的基础上，结合中国国情，精心打造的一项全新赛事。 FSAE活动由各高等院校汽车工程或与汽车相关专业的在校学生组队参加。FSAE要求各参赛队按照赛事规则和赛车制造标准，自行设计和制造方程式类型的小型单人座休闲赛车，并携该车参加全部或部分赛事环节。比赛过程中，参赛队不仅要阐述设计理念，还要由评审裁判对该车进行若干项性能测试项目。 在比赛过程中，参赛队员能充分将所学的理论知识运用于实践中。同时，还学习到组织管理、市场营销、物流运输、汽车运动等多方面知识，培养了良好的人际沟通能力和团队合作精神，成为符合社会需求的全面人才。 大学生方程式赛车活动将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。 任务： 调研国内外赛车转向系统结构及原理，遵循FSAE竞赛规则完成赛车转向系统设计，转向梯形优化，系统建模与转向性能分析。 工具环境：CATIA/UG AutoCAD ADAMS Visio MATLAB Office办公软件等成果形式：①翻译相关外文文献不少于5000字 ②优化设计说明书一份 ③赛车转向系统三维模型一份 能力培养：培养和锻炼学生搜集相关资料，综合运用所学汽车设计知识解决实际问题的能力、提高学生软件应用能力、独立完成赛车转向系统设计及相关问题的能 力，为从事本专业有关工作打下坚实基础。
首届中国大学生方程式赛车大赛的筹备介绍
首届中国大学生方程式赛车大赛的筹备介绍 一、FSAE背景 1． 赛事目的 Formula SAE比赛由美国车辆工程师学会（SAE）于1979年开办，比赛要求参赛的大学生以一年时间，开发一部排气量为610 c.c.以下的假日休闲赛车，组装必须简单，可以让小型工厂每天至少生产四部。 这项比赛重点不是在比快，而意在做出一辆安全而且容易操作的竞赛型车辆。SAE方程式（Formula SAE）系列赛将挑战本科生、研究生团队构思、设计与制造小型方程式赛车的能力。为了给予车队较高的设计弹性和自我表达创意与想象力的空间，在整车设计方面将作较小的限制。赛前车队通常需要8到12个月的时间设计、制造、测试和准备赛车。在与来自世界各地的大学代表队的交流与切磋中，赛事给了车队证明与展示其创造力和工程技术能力的机会。 Formula SAE赛事由汽车工程师协会（the Society of Automotive Engineers）赞助。SAE是一个拥有超过60000名会员的世界性的工程协会，致力与海、陆、空各类交通工具的发展进步。 Formula SAE是一项面对美国汽车工程师学会学生会员组队参与的国际赛事，于1980年在美国举办了第一届赛事。比赛的目的是设计、制造一辆小型的高性能赛车。目前美国、欧洲和澳大利亚每年都会定期举办该项赛事。 Formula SAE向年轻的工程师们提供了一个参与有意义的综合项目的机会。由参与的学生负责管理整个项目，包括时间节点的安排，做预算以及成本控制、设计、采购设备、材料、部件以及制造和测试。Formula SAE为在传统教室学习中的学生提供了一个真实世界的工程经历。Formula SAE队员经受考验，面对挑战，具有创造性思维，培养实践能力。队员们相对同龄人有专业的优势，这保证了他们与其他人合作时更高效地完成项目。 该项目的目标是由学生构思、设计、制造一辆小型方程式赛车。通过该项目重点考察和培养参与学生的知识水平、创造力和想象力。在这样一项具有非常意义的
大学生方程式赛车队员培养规划
锐狮电动方程式赛车队人员培养规划 2018.5.04 一、指导思想 社会是人才需求的提出方和最终的决定者，并长期处于市场主导地位。为了缩短毕业生的磨合期，提高学生能力，高校通过修正培养目标及培养计划、提供实践平台等方式以满足社会的需求；学生为了以后能尽快适应工作岗位，可以在在校期间，通过丰富理论知识、增加实践过程来完善自己。 大学生方程式赛车项目，是学生理论与实践相结合的平台，为培养学生的专业技能和团队协作能力奠定了基础。上海工程技术大学锐狮电动方程式赛车队提供了该项目的岗位培训与实践平台，该项目要求大学生团队在一年内完成一辆方程式赛车的设计、加工、组装、调试，并通过营销报告、设计报告、成本报告全方位锻炼学生能力，同时通过团队的管理、财务的运营、车队宣传交流及商业赞助协恰提高了学生管理、财务、交流、商务等方面能力，符合上海工程技术大学面向生产一线培养优秀人才的办学宗旨和建设现代化特色大学的办学理念，适应了我国社会、经济和工程技术发展对高等工程技术人才的需求。 二、培养目标 上海工程技术大学锐狮电动方程式车队面向全校各专业，培养具有扎实的理论基础，掌握工业设计、工程制图、工业制造、电子电工、商务营销、项目管理、财务会计等理论知识和实践能力的专才和全才。培养能够担任车队运营、发展任务的战略人才。培养具有零部件设计、生产工艺、成本控制、产品试验及质量控制等工程实践能力，具有良好的团队合作精神、创新意识和创业精神，具备适应现代行业快速发展的优良专业素养，能够在企业从事管理、财务、商务、设计、制造、研发、测试、质量控制等工作的工程应用型人才。 三、培养方案 1.各组根据各组培养规划进行组内培训，车队按期举办全体培训。 2.队员以各组培养规划为纲领，结合个人分工，自学为主，车队培训为辅。 3.通过学习完成知识体系构建，形成自主学习意识，并能够将理论与实践相结合。 四、能力要求 1. 工程知识：能够利用工程基础理论和专业知识解决一般工程问题。 2. 问题分析：能够应用自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献分析复杂工 程问题，并获得有效结论。 3. 设计/开发解决方案：能够设计针对优化问题的解决方案，设计满足方程式赛车需求的系统、 零部件，熟悉项目整套运营方案，并能够在设计环节中体现创新意识。 4. 研究：能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与 解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。 5. 使用现代工具：能够针对复杂工程问题，选择与使用恰当的技术、资源、工具和软件，包括 对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。 6. 个人和团队：能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。 7. 沟通：能够就复杂工程问题与相关负责人进行有效沟通，包括撰写设计报告和成本报告、陈 述发言或回应指令。并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。 8. 项目管理：理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。 9. 文件处理：能够按照规范编写各种文件，能够与正规公司进行邮件的接洽交流。 10.自主学习：大学不是填鸭式教育，也不可能靠督促来学习，但人与人之间的差距往往就在自 主学习中拉开，所以要具有自主学习的意识，能够根据目标快速学习并应用。
大学生方程式赛车使用材料分析
大学生方程式赛车使用材料分析 机械工程学院 1116150107 包俊 中文摘要：本篇论文介绍了大学生方程式赛车所用的材料，主要从车身材料，底盘材料以及车轮材料三个方面介绍。材料是方程式赛车的基础，必须具有优良的性能。其中，车身材料主要采用的是碳纤维，它具有轻盈，抗冲击的性能；赛车底盘则采用蜂窝铝材和碳纤维合成的复合材料，其具有机械强度高,耐温性好,耐腐蚀性好等性能；而车轮材料则比较复杂，会根据比赛赛道的不同选用不同的轮胎，有的软，有的硬，每场比赛所使用的轮胎成分差别很大，但是其外框主要是尼龙和聚酯纤维的复杂编织物。 English Abstract: This paper introduces the formula of materials used for college students, mainly from the body material, material of the chassis and wheel material is introduced from three aspects. Material is a Formula One racing based, must have excellent performance, which, the body material is the main use of carbon fiber, it has a light, shock resistant performance; racing chassis uses the titanium alloy material, which has high mechanical strength, good temperature resistance, good corrosion resistance and other properties; while the wheel material more complex, depending on the race track choose different tires, some soft, some hard, every game the used tire composition varies greatly, but the frame is mainly nylon and polyester fiber complex woven fabric. 中国大学生方程式汽车大赛（简称“中国FSAE”）是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛。各参赛车队按照赛事规则和赛车制造标准，在一年的时间内自行设计和制造出一辆在加速、制动、操控性等方面具有优异表现的小型单人座休闲赛车，能够成功完成全部或部分赛事环节的比赛。而本文则主要对其车身所用材料展开探究，赛车主要由车身，底盘和轮胎构成，下面就从这三方面来分别详细地介绍其所用材料和性能特点。 车身材料：碳纤维 车身是一辆赛车的主体部分，其重要性不言而喻，而赛车对于速度的追求则理所当然地要求车身材料必须具有轻盈的特点。而作为赛车手的屏障，其又必须具有良好的抗冲击性能，这两种看似矛盾的要求必须在一种材料中体现，似乎有些困难，而碳纤维材料则很好地符合了这两样要求。碳纤维，又称碳化纤维，泛指一些以碳纤维编织或多层复合而成的材料。因为它又轻又坚硬，所以它的用途很广泛。碳纤维在汽车领
方程式赛车转向系统设计毕业设计论文 精品
河南科技大学毕业设计（论文） 题目方程式赛车前、后悬架及 转向系统设计（转向系统）
方程式赛车前、后悬架及转向系统设计（转向系统） 摘要 赛车转向系的设计对赛车转向行驶性能、操纵稳定性等性能都有较大影响。在赛车转向系设计过程中首先通过转向系统受力计算和UG草图功能进行运动分析，确定转向系的传动比，确定了方向盘转角输入与轮胎转角输出之间的关系；运用空间机构运动学的原理,采用Matlab软件编制转向梯形断开点的通用优化计算程序,确定汽车转向梯形断开点的最佳位置,从而将悬架导向机构与转向杆系的运动干涉减至最小；然后采用UG运动分析的方法,分析转向系在转向时的运动,求解内外轮转角、拉杆与转向器及转向节臂的传动角、转向器的行程的对应关系,为转向梯形设计及优化提供数据依据。 完成结构设计与优化后我们对转向纵拉杆与横拉杆计算球铰的强度与耐磨性校核以及对一些易断的杆件进行了校核计算，确保赛车有足够的强度与寿命。完成了对转向轻便性的计算，我们计算了转向轮的转向力矩M ， 转 以及转向盘回转总圈数n，以确认是否达到赛车规则中转向盘上作用力p 手 所规定的要求以及转向的灵活性与轻便性。最后我们建立三维模型数据进行预装配，在软件上检查我们设计的转向系是否存在干涉等现象以及检查我们的转向系是否满足我们的设计要求，对我们的设计进行改进。我们还计划采用adams柔性体单元建立转向系统模型，以提高模型仿真优化的精确度。 关键词：赛车，转向，UG，转向梯形，运动分析，齿轮齿条
The design of Formula front and rear suspension and steering system (steering system) ABSTRACT Steering System Design of a car has a significant impact of driving performance, steering stability. In the car design process, first through the steering force calculations and the UG kinetic analysis we determine the ratio of steering system, the relationship between the wheel angle input and output; The principles of spatial mechanism kinetics and a related optimization program by using Matlab are applied to the calculation of the spatial motion of the ackerman steering linkage. By using the method,the interference between suspension guiding mechanism and steering linkage is minimized; then UG kinetic analysis is used to analysis the motion of steering system when turning and calculating the corresponding relation between the turning angle of inside and outside wheels, the transmission angle of steering linkage and steering box or steering linkage and track-rod, and steering box stroke. And it provides a theoretical basis for designing and optimizing the steering trapezoidal mechanism. After the work we calculate the ball joints tie rod strength and wear resistance, and some calculations was made on some dangerous bars, to ensure the car has enough strength and life. After carrying out a complete calculation of the portability, we calculate the torque of the wheel, the force of steering wheel on the hands and the total number of turns , to meet the requirements in the car ruls. Finally, we set up pre-assembled three-dimensional model data, checking the steering we designed whether there is interference phenomena and to examine whether our steering meet our design requirements, to improve our design. We also plan to use adams flexible body element to establish steering system model to improve the accuracy of simulation and optimization models. KEY WORD：FSAE，UG, steering trapezoid, motion analysis, rack and pinion
2019中国大学生方程式汽车大赛
中国大学生方程式汽车大赛 参赛确认回执
参赛免责条款 车队自愿参加年中国大学生方程式系列赛事。承诺遵守赛事规则及社会相关法律法规的要求，充分了解安全用电、用火知识和组委会相关规定，强化队员自我保护意识。在备赛及参赛的过程中，由车队队员造成的不符合各项安全准则和规定的事故、引起的纠纷及造成的一切后果由车队及学校承担。 若出现暴雨、飓风.泄洪、地震等极端气候或灾害而停止或暂停比赛，车队将以队员安全为重、服从现场管理者的指挥。
注：（以下提示文字可以删除） .只有经过审核满足要求的车队才可以进行正式报名，即只有“报名车队”才能下载到此参赛确认回执。 .请下载此参赛确认回执的车队，仔细完整地填写上方回执。第二页提示文字可以删除，并保存成文件，于年月日前上传至赛事管理系统。 .报名车队请于年月前将报名费电汇至收款账户，对公汇款请务必在汇款备注处写明：报名费。个人汇款请务必在汇款备注处写明学校，如:吉大报名费，并将汇款凭据以照片或者截图等方式留存。若在规定时间内未缴纳报名费的车队将自动失去参赛资格。（缴费时间为年月日年月日）汇款凭据文件命名为：车号学校名称赛事代码汇款凭据文件，并保存成文件（文件大小<），上传至赛事管理系统。. 组委会秘书处收到报名费后个工作日内核实车队实际的缴费情况与参赛确认回执和报名费提交凭证提交情况。实
际缴费情况为已缴费，该车队则成为年正式参赛车队。最终将以公告的形式公示正式参赛队名单。 注意：文件名称不符合规定或提交位置错误，均视为未提交。截止日期前未正确提交的相应文件的车队将自动失去参赛资格。 中国大学生方程式汽车大赛官网 赛事管理系
方程式赛车转向系统设计(转向系统)
毕业设计（论文） 题目大学生方程式赛车设计(转向器设计) 2013年 5 月 30 日
方程式赛车转向系统设计（转向系统） 摘要 赛车转向系的设计对赛车转向行驶性能、操纵稳定性等性能都有较大影响。在赛车转向系设计过程中首先通过转向系统受力计算和UG草图功能进行运动分析，确定转向系的传动比，确定了方向盘转角输入与轮胎转角输出之间的角传动比为3.67；运用空间机构运动学的原理,采用Matlab软件编制转向梯形断开点的通用优化计算程序,确定汽车转向梯形断开点的最佳位置,从而将悬架导向机构与转向杆系的运动干涉减至最小；然后采用UG运动分析的方法,分析转向系在转向时的运动,求解内外轮转角、拉杆与转向器及转向节臂的传动角、转向器的行程的对应关系,为转向梯形设计及优化提供数据依据。 完成结构设计与优化后我们对转向纵拉杆与横拉杆计算球铰的强度与耐磨性校核以及对一些易断的杆件进行了校核计算，确保赛车有足够的强度与寿命。完成了对转向轻便性的计算，我们计算了转向轮的转向力矩M转，转向盘上作用力p手以及转向盘回转总圈数n，以确认是否达到赛车规则中所规定的要求以及转向的灵活性与轻便性。最后我们建立三维模型数据进行预装配，在软件上检查我们设计的转向系是否存在干涉等现象以及检查我们的转向系是否满足我们的设计要求，对我们的设计进行改进。 关键词：赛车，转向，UG，转向梯形，运动分析，齿轮齿条
The design of Formula front and rear suspension and steering system (steering system) ABSTRACT Steering System Design of a car has a significant impact of driving performance, steering stability. In the car design process, first through the steering force calculations and the UG kinetic analysis we determine the ratio of steering system, the relationship between the wheel angle input and output; The principles of spatial mechanism kinetics and a related optimization program by using Matlab are applied to the calculation of the spatial motion of the ackerman steering linkage. By using the method,the interference between suspension guiding mechanism and steering linkage is minimized; then UG kinetic analysis is used to analysis the motion of steering system when turning and calculating the corresponding relation between the turning angle of inside and outside wheels, the transmission angle of steering linkage and steering box or steering linkage and track-rod, and steering box stroke. And it provides a theoretical basis for designing and optimizing the steering trapezoidal mechanism. After the work we calculate the ball joints tie rod strength and wear resistance, and some calculations was made on some dangerous bars, to ensure the car has enough strength and life. After carrying out a complete calculation of the portability, we calculate the torque of the wheel, the force of steering wheel on the hands and the total number of turns , to meet the requirements in the car rules. Finally, we set up pre-assembled three-dimensional model data, checking the steering we designed whether there is interference phenomena and to examine whether our steering meet our design requirements, to improve
大学生方程式赛车悬架设计
前言 1.1目的与意义 悬架通过吸收车辆振动来改善乘坐舒适度错误！未找到引用源。。悬架运动学特性是一些悬架结构参数随车轮跳动的变化规律, 与悬架的导向机构有关.。这些参数的变化会使车轮的地面附着情况及滚动趋向发生变化, 进而影响车辆的动力性、制动性和操纵稳定性等性能错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。。双横臂悬架系统常用在后轮驱动的汽车中，双横臂独立悬架是现代汽车常用的结构形式，特别是在赛车上得到了广泛的应用，其设计好坏对操纵稳定性、平顺性和安全性有着重要的影响错误！未找到引用源。。操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵方便程度, 而且也是决定汽车高速安全行驶的一个主要性能。 FSAE赛车悬架系统进行设计的目的与意义，在于探讨悬架运动学参数的变化规律，为赛车调试提供理论依据。确保赛车具有良好的操纵稳定性和行驶平顺性。确保所设计悬架在车队赛车上运用的可行性和可靠性。 1.2 赛事概述 1.2.1 赛事简介 中国大学生方程式汽车大赛（以下简称"FSAE"）是中国汽车工程学会及其合作会员单位，在学习和总结美、日、德等国家相关经验的基础上，结合中国国情，精心打造的一项全新赛事。 FSAE活动由各高等院校汽车工程或与汽车相关专业的在校学生组队参加。FSAE 要求各参赛队按照赛事规则和赛车制造标准，自行设计和制造方程式类型的小型单人座休闲赛车，并携该车参加全部或部分赛事环节。比赛过程中，参赛队不仅要阐述设计理念，还要由评审裁判对该车进行若干项性能测试项目。 在比赛过程中，参赛队员能充分将所学的理论知识运用于实践中。同时，还学习到组织管理、市场营销、物流运输、汽车运动等多方面知识，培养了良好的人际沟通能力和团队合作精神，成为符合社会需求的全面人才。 1.2.2 赛事意义 目前，中国汽车工业已处于大国地位，但还不是强国。从制造业大国迈向产业强国已成为中国汽车人的首要目标，而人才的培养是实现产业强国目标的基础保障之一。
赛车转向系统的设计方案
赛车转向系统的设计方案 李宏昌 转向系统的主要任务是：1.设计合适的断开点以使悬架跳动对转向的影响尽 可能小。 2.设计合适的转向梯形以使内外转角尽可能符合理 论阿克曼曲线。 设计过程如下： 1.确定转向机的布置形式 前置，下置,断开式梯形前置。 2.转向系角传动比的确定 由最小转弯半径确定了最大外轮转角，根据最大外轮转角与方向盘转角的关系初步确定转向系角传动比为4:1，转向系角传动比为转向器传动比与转向机构传动比的乘积，转向传动机构角传动比，除用iw′=dβp／dβk表示以外，还可以近似地用转向节臂臂长L2与摇臂臂长Ll之比来表示，即iw′=dβp／d βki≈L2／Ll 。现代汽车结构中，L2与L1的比值大约在0．85～1．1之间，取比值为1，则转向器角传动比为4：1. 3.由转向器角传动比初步确定转向节臂L1的值。 齿轮齿条装置把方向盘的转动转换成横拉杆内球头的直线运动。计算传动比时需用到齿条的c-factor和转向节臂长度（外球头到主销轴的距离）。 C-factor=齿条行程（in.）/小齿轮转过360° 一般的齿条有“1-7/8-inch 齿条”或者“2-inch 齿条”；c-factor这个尺寸是方向盘转一圈的齿条行程。 一旦齿条的c-factor知道，转向传动比可近似用下式计算： i=arcsin(c-factor/L)/360 L—转向节臂长度 本式中长度单位为英寸，角度单位为度。 系统中的压力角越小这个近似值越接近，也就是说在俯视图中横拉杆几乎要与转向节臂垂直。如果角度比较大的话，那拉杆的布置也会影响传动比。 C-factor取70，i为4，计算得L为76.67mm。 4.确定断开点的位置（得到转向机的长度和布置高度） 在车辆行驶过程中由于道路的不平会引起车轮的上下跳动，与车轮相连接的转向节及转向节臂铰链点N将随车轮上下运动（如图1），其运动规律有上下A臂和转向节臂的运动所确定，同时，N点还通过转向横拉杆，桡骨顶点F摆动，因此当N点上下运动时，其运动轨迹上的点至F的距离不能保持恒定时车轮将发生偏转，摆震，影响车辆的操纵稳定性，同时也加大轮胎磨损，使转向传动系统受到冲击。因此，在断开式梯形设计中，首先要确定断开点。