畢業(yè)論文：方程式賽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論文)

題 目 方程式賽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算
院(系)別 機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院
專 業(yè) 機(jī)械工程及自動(dòng)化

摘 要
FSAE活動(dòng)由各高等院校汽車工程或與汽車相關(guān)專業(yè)的在校學(xué)生組隊(duì)參加。FSAE要求各參賽隊(duì)按照賽事規(guī)則和賽車制造標(biāo)準(zhǔn)，自行設(shè)計(jì)和制造方程式類型的小型單人座休閑賽車，并攜該車參加全部或部分賽事環(huán)節(jié)。比賽過(guò)程中，參賽隊(duì)不僅要闡述設(shè)計(jì)理念，還要由評(píng)審裁判對(duì)該車進(jìn)行若干項(xiàng)性能測(cè)試項(xiàng)目。
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(jì)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(jì)是如此重要。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向系的優(yōu)化設(shè)計(jì)，來(lái)為賽車其他零部件分析優(yōu)化提供思路，以達(dá)到對(duì)賽車的結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化。
FSAE賽車的轉(zhuǎn)向總成包括：方向盤，快拆器，轉(zhuǎn)向柱，齒輪齒條轉(zhuǎn)向器，橫拉桿，轉(zhuǎn)向節(jié)臂。此次設(shè)計(jì)主要完成總成各個(gè)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算及它們之間的連接固定。

關(guān)鍵詞：FSAE；賽車；轉(zhuǎn)向；穩(wěn)定性；總成設(shè)計(jì)
Abstract
Formula SAE is the activity by the higher institutions and automotive engineering or related professional car team at school students. FSAE requirements in accordance with the rules of every team event and the car manufacturing standard, to design and manufacture equations type of small single a leisure car, a
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2.4 總成布置 6
第3章 轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì) 8
3.1 轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式方案的確定 8
3.2 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的介紹 9
3.3 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù) 10
3.4 齒輪齒條的設(shè)計(jì) 13
3.5 轉(zhuǎn)向器外殼的設(shè)計(jì) 19
第4章 橫拉桿的設(shè)計(jì) 20
4.1 轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計(jì)要求 20
4.2 轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)方案確定 20
4.3 斷開式轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計(jì) 22
4.4 橫拉桿的設(shè)計(jì) 27
第5章 轉(zhuǎn)向節(jié)臂的設(shè)計(jì) 30
5.1轉(zhuǎn)向節(jié)臂的設(shè)計(jì)要求 30
5.2方案分析確定 17
5.3設(shè)計(jì)步驟 19
第6章 轉(zhuǎn)向柱的設(shè)計(jì) 32
6.1 轉(zhuǎn)向柱的設(shè)計(jì)要求 32
6.2 方案分析確定 33
6.3 設(shè)計(jì)步驟 34
第7章 快拆器的選型 35
7.1 方案比較 35
7.2 方案確定 36
第8章 方向盤的設(shè)計(jì) 37
8.1方向盤的設(shè)計(jì)要求 38
8.2方向盤的設(shè)計(jì) 38
第9章 轉(zhuǎn)向總成的固定連接設(shè)計(jì) 39
9.1 轉(zhuǎn)向器的固定 39
9.2 拉桿與齒條的連接 39
9.3 轉(zhuǎn)向柱的固定連接 40
9.4 快拆器的固定連接 41
第10章 結(jié)束語(yǔ) 43
致 謝 44
參 考 文 獻(xiàn) 45
附 錄 46
附錄1：各個(gè)零件設(shè)計(jì)圖紙 46
附錄2：3D裝配圖 46


第1章 緒論
1.1 課題來(lái)源
Formula SAE ---------中國(guó)大學(xué)生方程式賽車賽事
圖1-1 2011賽季fsc中國(guó)大學(xué)生方程式賽車大賽

Formula SAE，是由各國(guó)SAE，即汽車工程師協(xié)會(huì)舉辦的面向在讀或畢業(yè)7個(gè)月以內(nèi)的本科生或研究生舉辦的一項(xiàng)學(xué)生方程式賽車比賽，要求在一年的時(shí)間內(nèi)制造出一輛在加速、剎車、操控性方面有優(yōu)異的表現(xiàn)并且足夠穩(wěn)定耐久，能夠成功完成規(guī)則中列舉的所有項(xiàng)目業(yè)余休閑賽車。自1981年創(chuàng)辦以來(lái)，F(xiàn)SAE已發(fā)展成為每年由7個(gè)國(guó)家舉辦的9場(chǎng)賽事所組成，并有數(shù)百支來(lái)自全球頂級(jí)高校的車隊(duì)參與的青年工程師盛會(huì)�！�
中國(guó)大學(xué)生方程式汽車大賽（以下簡(jiǎn)稱"FSAE"）是中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)及其合作會(huì)員單位，在學(xué)習(xí)和總結(jié)美、日、德等國(guó)家相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國(guó)國(guó)情，精心打造的一項(xiàng)全新賽事。 　　
FSAE活動(dòng)由各高等院校汽車工程或與汽車相關(guān)專業(yè)的在校學(xué)生組隊(duì)參加。FSAE要求各參賽隊(duì)按照賽事規(guī)則和賽車制造標(biāo)準(zhǔn)，自行設(shè)計(jì)和制造方程式類型的小型單人座休閑賽車，并攜該車參加全部或部分賽事環(huán)節(jié)。比賽過(guò)程中，參賽隊(duì)不僅要闡述設(shè)計(jì)理念，還要由評(píng)審裁判對(duì)該車進(jìn)行若干項(xiàng)性能測(cè)試項(xiàng)目。

1.2 課題簡(jiǎn)介
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(jì)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(jì)是如此重要。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向系的優(yōu)化設(shè)計(jì)，來(lái)為賽車其他零部件分析優(yōu)化提供思路，以達(dá)到對(duì)賽車的結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化。
目前，國(guó)內(nèi)外大學(xué)生車隊(duì)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，因?yàn)橘愂乱?guī)則要求，國(guó)內(nèi)車隊(duì)的賽車上沒(méi)有見到助力轉(zhuǎn)向等輔助系統(tǒng)。
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(dòng)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(shí)，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。
課題目的：在于研究滿足中國(guó)FSC大學(xué)生方程式賽車規(guī)則和技術(shù)要求的賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相關(guān)結(jié)構(gòu)零件的使用情況及趨勢(shì)，并選擇某個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步的設(shè)計(jì)，完成總體設(shè)計(jì)報(bào)告，相關(guān)的裝配圖，并可以對(duì)部分零件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)與相關(guān)性能校核。
1.3 課題意義
綜合運(yùn)用本科階段相關(guān)知識(shí)，完成某個(gè)總成件或者零件的設(shè)計(jì)。
1）鞏固和擴(kuò)大專業(yè)理論知識(shí)，并把所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去；
2）培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)能力，及運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)和查閱有關(guān)技術(shù)資料和編寫技術(shù)文件等能力；
3）培養(yǎng)觀察、分析、研究、解決實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題的能力；
4）同時(shí)鍛煉自己制定并執(zhí)行相關(guān)計(jì)劃的能力；
5）可以了解國(guó)內(nèi)外大學(xué)生方程式賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主流技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)。

1.4 賽車中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本情況

圖1-2
上圖是傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向總成結(jié)構(gòu)圖，其中包括：1—方向盤，2—轉(zhuǎn)向柱，7、8—齒輪齒條轉(zhuǎn)向器，6—橫拉桿，5—轉(zhuǎn)向節(jié)臂。

圖1-3
FSAE賽車的轉(zhuǎn)向總成基本和傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向總成相似，由于有逃生項(xiàng)目的比賽要求，賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)多了快拆器。如上圖，包括：1—方向盤，2—快拆器，3—轉(zhuǎn)向柱，4—齒輪齒條轉(zhuǎn)向器，5—橫拉桿，6—轉(zhuǎn)向節(jié)臂。
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的作用是改變汽車的行駛方向和使汽車保持穩(wěn)定的直線行駛，保證汽車能按駕駛員的意志而進(jìn)行轉(zhuǎn)向行駛。
1.5 設(shè)計(jì)軟件
本次設(shè)計(jì)中主要采用了AutoCAD2004、UG7.0等計(jì)算機(jī)輔助軟件進(jìn)行賽車轉(zhuǎn)向的設(shè)計(jì)計(jì)算。
AutoCAD（Auto Computer Aided Design）是美國(guó)Autodesk公司首次于1982年生產(chǎn)的自動(dòng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，用于二維繪圖、詳細(xì)繪制、設(shè)計(jì)文檔和基本三維設(shè)計(jì)。現(xiàn)已經(jīng)成為國(guó)際上廣為流行的繪圖工具。.dwg文件格式成為二維繪圖的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)格式。具有易于掌握、使用方便、體系結(jié)構(gòu)開放等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、建筑、電子、航天、造船、石油化工、土木工程、冶金、農(nóng)業(yè)、氣象、紡織、輕工業(yè)等領(lǐng)域。
UG從CAM發(fā)展而來(lái)。20世紀(jì)70年代，美國(guó)麥道飛機(jī)公司成立了解決自動(dòng)編程系統(tǒng)的數(shù)控小組，后來(lái)發(fā)展成為CAD/CAM一體化的UG1軟件。90年代被EDS公司收并，為通用汽車公司服務(wù)。2007年5月正式被西門子收購(gòu)；因此，UG有著美國(guó)航空和汽車兩大產(chǎn)業(yè)的背景。 是一個(gè)比較強(qiáng)大的三維建模軟件。
















第2章 賽事規(guī)則對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求及總成布置
2.1 賽事規(guī)則對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求
1) 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須至少能作用在兩個(gè)車輪上。
2) 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須安裝有效的轉(zhuǎn)向限位塊，以防止轉(zhuǎn)向連桿結(jié)構(gòu)反轉(zhuǎn)（四桿機(jī)構(gòu)在一 個(gè)節(jié)點(diǎn)處發(fā)生反轉(zhuǎn)）。限位塊可安裝在轉(zhuǎn)向立柱或齒條上，并且必須防止輪胎在轉(zhuǎn)向行駛時(shí)接觸懸架、車身或車架部件。
3) 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的_行程不得超過(guò)7 度（在方向盤上測(cè)量）。
4) 允許使用后輪轉(zhuǎn)向，但其轉(zhuǎn)向角必須機(jī)械限位在±3 度（從正前方測(cè)量）。
5) 方向盤必須與前輪機(jī)械連接。禁止使用線控轉(zhuǎn)向。
6) 方向盤必須安裝在快拆器上，必須保證車手在正常駕駛坐姿并配戴手套時(shí)可以操作快拆器。
7) 方向盤輪廓必須為連續(xù)閉合的近圓形或近橢圓形。例如 ……（未完，全文共19848字，當(dāng)前僅顯示3570字，請(qǐng)閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文：方程式賽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算》）