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1、支持教育 回报未来 让我们共同成就大学生的精彩！11. 本次设计的要求及设计设想本次设计的要求及设计设想1.1本次设计的要求1.1.1 转向系统必须至少能作用在两个车轮上。1.1.2 转向系统必须安装有效的转向限位块，以防止转向连杆结构反转（四杆机构在一个节点处发生反转）。限位块可安装在转向立柱或齿条上，并且必须防止轮胎在转向行驶时接触悬架、车身或车架部件。1.1.3 转向系统的自由行程不得超过7 度（在方向盘上测量）。1.1.4 允许使用后轮转向，但其转向角必须机械限位在3 度（从正前方测量）。1.1.5 方向盘必须与前轮机械连接。禁止使用线控转向。1.1.6 方向盘必须安装在快拆器上，必须
2、保证车手在正常驾驶坐姿并配戴手套时可以操作快拆器。1.1.7 方向盘轮廓必须为连续闭合的近圆形或近椭圆形。例如：方向盘的外轮廓可以有一些部分趋向直线，但不可以有内凹的部分。禁止使用H 形，8 型或分开式方向盘。1.2转向系设计设想1.2.1 最小转弯半径为3.5m1.2.2 采用齿轮齿条转向器，无助力。1.2.3 确定后倾6度，内倾3度1.2.4 自行设计制造方向盘快拆装置。1.2.5 控制转向盘转角在180度内。1.2.6 控制转向盘手力在60N之内。支持教育 回报未来 让我们共同成就大学生的精彩！22. 转向盘布置与设计转向盘布置与设计2.1 转向盘的尺寸及布局 转向盘有轮毂、轮缘和轮辐组
3、成。若采用大直径的转向盘，会使驾驶人员在驾驶室里感到拘束，与其他机构干涉；若采用小直径的转向盘，则在转向时要求驾驶员施加较大的力量。转向布置过高会影响人对道路和仪表盘的视野；转向盘布置过低、则在操纵油门、制动踏板时影响影响驾驶人员脚部的动作。在选择转向盘直径时，应考虑与赛车的类型和大小相适应。并要充分考虑驾驶室空间。在设计转向轴的时候要充分考虑人机工程学，要满足驾驶员的最佳驾驶姿势，使驾驶员操作轻便顺畅。针对这次转向盘设计，分为轮毂、轮缘、轮辐三部分。其中轮毂与快拆装置整合，轮缘与轮辐焊为一体。规则要求如下：支持教育 回报未来 让我们共同成就大学生的精彩！3根据驾驶舱确定转向盘参数截图如下：图
4、 2-1-1 车架、驾驶舱三维图支持教育 回报未来 让我们共同成就大学生的精彩！4图 2-1-2 转向盘位置与尺寸的测量图 2-1-3 三维图考虑充分利用驾驶室空间，满足赛事规则要求，方便驾驶操作，减小转向盘手力原则。初步确定转向盘轮缘直径在 260mm。采用三辐式轮辐，转向轴倾支持教育 回报未来 让我们共同成就大学生的精彩！5角初步确定为 20 度。2.2转向盘设计2.2.1 轮缘设计考虑加工方便减少成本把轮缘做成圆环状，这样可以一次弯管成型。材料采用 16mm1mm 的钢管，充分减轻质量且成型容易。方向盘手力计算：NFiDLMLWSWR h3 .57%908 . 32602 .254862
5、221式中 转向摇臂长, 单位为 mm；1L原地转向阻力矩, 单位为 NmmRM转向节臂长, 单位为 mm；2L为转向盘直径,单位为 mm；SWDIw转向器角传动比；+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、不代入数值。1L2L此力在设计要求的范围内，符合设计要求。很好的减轻的驾驶员的负担，操纵比较轻便，灵活。对于轮辐设计主要考虑与轮缘、轮毂的连接方式，加工的简便和减轻质量。现考虑用薄钢板线切割定型。尽量减少不必要的部分。与轮缘的连接采用焊接形式。与轮毂连接采用螺栓固定，这样最大的优点是拆卸方便，便于更换转向盘。在此次设计时，也考虑过将轮辐设计一定的内凹角度。使受碰撞冲
6、击时，生一定的内凹变形，吸收一定的冲击能量。减少对驾驶员的伤害。但由于此加工难度较大，成本较高。综合考虑后放弃的该设计方案。支持教育 回报未来 让我们共同成就大学生的精彩！6图 2-2-1 工程图绘制图 2-2-2 加工图轮毂的设计因为与快拆装置融为一体，所以在此不做过多介绍。将在支持教育 回报未来 让我们共同成就大学生的精彩！7下节与快拆装置一起集中介绍。最后在轮辐上面贴碳纤纸装饰起装饰防锈作用，在轮缘上缠翻毛皮，增加驾驶员驾驶手感，防止打滑。图 2-2-3 方向盘快拆实际图支持教育 回报未来 让我们共同成就大学生的精彩！83 3 快拆装置的设计快拆装置的设计3.1 快拆装置设计意义及要求快
7、拆装置的主要目的是赛车发生意外时，驾驶员能及时逃离驾驶舱。因为赛车驾驶舱一般都较紧凑，转向盘一般位于人体躺姿上方。驾驶员若要从驾驶舱出来，必须把转向盘拆下，否则很难出去。故必须装配一款快速可靠的快拆装置，保证赛车遇险时驾驶员能及时离开驾驶舱。现在市场上也有一些快拆装置，价格也挺贵。并且并不是针对我们这类赛车设计的。所以通用性不是很好。需要做一些改装。为了更好的锻炼我们自己的设计动手能力，做一个更适合自己的快拆，我们决定亲自设计制造。需要做出一个性能优良的快拆装置需要有如下几点需要做到的：1、在与转向轴结合和分离过程中要快捷顺畅。2、当快拆与转向轴结合后，要保证结合紧密，传力稳定。有很好的锁止机
8、构，要保证不会因驾驶员误操作或突然的冲击而使快拆装置与转向轴分离。3、需要有足够的强度防止变形或破坏失效。3.2 设计思想的确定在设计前也了解了一些快拆结构，吸取了一些设计经验。一些参考图如下所示：支持教育 回报未来 让我们共同成就大学生的精彩！9图 3-2-1 参考设计图结合现有的一些快拆结构及现实情况，发挥自己的想象，利用一些机械设计方法初步设计了一些样品三维模型：支持教育 回报未来 让我们共同成就大学生的精彩！10方案一图 3-2-2 三维造型装配图 a图 3-2-3 三维造型剖面图 a方案二：支持教育 回报未来 让我们共同成就大学生的精彩！11图 3-2-4 三维造型图 第三种方案：支
9、持教育 回报未来 让我们共同成就大学生的精彩！12图 3-2-4 三维造型图综合考虑最终选择第一种方案作为执行方案。因为第一种设计更为可靠，材料容易取得，没有过于复杂的机构。3.3 零件的三维造型设计与工程图考虑加工与装配情况，现将快拆装置分成 5 个部分分别制造。分别为：快拆后座、快拆外套、花键套筒、转向轴、预紧弹簧。3.3.1 快拆后座方向盘通过螺栓与结构连为一体，从而保证方向盘与快拆固连。另一方面此结构作为预紧弹簧的基座，与花键套筒通过焊接固连，从而限制快拆外套的移动范围。支持教育 回报未来 让我们共同成就大学生的精彩！13图 3-3图 3-3-2 快拆后座工程图3.3.2 快拆外套支持
10、教育 回报未来 让我们共同成就大学生的精彩！14此零件套在花键套筒外，并处于花键套筒与快拆后座之间，能在外力与弹 簧的相互作用下在花键套筒与快拆后座限制空间内前后运动。当外套处于弹簧 的预紧力作用下时，花键套筒导槽中的钢珠就会压入花键套筒内，并锁住花键 轴。当外力压缩弹簧时外套对钢珠的压力将卸去，钢珠只要一受到转向轴的径 向分力就会落出，使转向轴可自由拔出。此材料采用 45 钢，内壁加工光滑，减少摩擦。成品通过发黑处理保证长 时间不生锈。图 3-3-3 快拆外套三维造型图 3-3-4 快拆外套工程图 3.3.3 花键套筒支持教育 回报未来 让我们共同成就大学生的精彩！15此零件既是转向盘的轮毂
11、也是快拆的重要组成部分，既要保证要保证结 合紧密，传力稳定。又要保证与转向轴结合和分离过程中要快捷顺畅。使用较密集的花键，保证了与转向轴之间的较小间隙。加工材料是 45 钢 经过调质处理，提高了零件强度，发黑处理防止生锈。此零件的内外表面粗糙 度都比较低，使与转向轴的相对运动比较顺畅。在花键下面加工有 4 个球面孔 放置钢珠，同时起到导槽作用。与外套配合起到锁止转向轴作用。在最下面的 斜面与外套的斜面相配合，从而限制外套运动范围。图 3-3-5 花键套筒三维造型图 3-3-6 花键套筒工程图3.3.4 转向轴支持教育 回报未来 让我们共同成就大学生的精彩！16加工与花键套筒配合的花键。在相应位
12、置车一个环槽使快拆装置运作时， 钢珠能很好的压入贴紧环槽，保证转向盘无法前后移动。在转向轴后端加工一 环形槽的作用是插入钢片限制转向轴的轴向运动。图 3-3-7 转向轴三维造型图 3-3-8 转向轴工程图3.3.5 预紧弹簧产生预紧力使快拆外套斜面与花键套筒斜面贴紧。支持教育 回报未来 让我们共同成就大学生的精彩！17图 3-3-9 预紧弹簧三维造型图 3-3-10 预紧弹簧工程图加工出的零件实物支持教育 回报未来 让我们共同成就大学生的精彩！18图 3-3-11 部分加工零件图 3-3-12 零件成品支持教育 回报未来 让我们共同成就大学生的精彩！19图 3-3-12 快拆总成支持教育 回报未来 让我们共同成就大学生的精彩！204 传动机构的设计传动机构的设计首先通过作草图确定转向柱的位置及长度。图 3-4-1转向柱两头采用十字万向节连接，适当调整转向柱角度，尽量避免不等速 的情况发生。 万向节与转向柱通过连接销相连，连接销的一端与万向节焊接，另一端通 过螺栓与转向柱连接。支持教育 回报未来 让我们共同成就大学生的精彩！21图 3-4-2图 3-4-3支持教育 回报未来 让我们共同成就大学生的精彩！22图 3-4-4图 3-4-5 装配效果图
