设计说明书 “梦想4.0号”赛车转向系设计 学生姓名： 学号： 学 院： 专 业： 指导教师： 20 年 月第 1 页 共 67 页 “梦想4.0号”赛车转向系设计摘要赛车转向系统是大学生方程式赛车底盘设计中重要的一环，也是车辆底盘的四大系统之一，作为多弯赛道的竞速类比赛赛车，转向系统的性能决定了车辆在赛道弯道中的车身姿态、过弯速度等诸多性能表现本毕业设计根据比赛规则要求及车队设计目标，对2017赛季中北大学行知车队赛车“梦想4.0号”赛车转向系统进行设计，结合2016赛车车队赛车转向设计的设计流程与方法，零件加工制造的材料与工艺，以及最后总装的经验，对新赛季的赛车转向系统设计过程和方法进行改进和优化文中通过对赛车和传统乗、商用车转向系统的对比，根据规则与实际需求确定新赛车转向系统的设计目标与流程对比不同类型的转向机，选定赛车转向机类型为齿轮齿条式转向机；对赛车转向系统的参数与载荷进行了计算与校核；讨论了主销定位参数与轮胎定位参数对车辆转向的影响，并确定其具体参数；根据整车设计需求，确定转向梯形结构方案与梯形布置形式；相比较上赛季转向系统设计，引入轮胎侧偏角对转向的影响，建立带有阿克曼校正系数的目标关系，并利用MATLAB软件进行实际梯形的优化；在运动学仿真软件ADAMS/Car中建立模型，进行车轮跳动分析;利用CATIA进行相关部件三维建模设计；利用ANSYS对零部件进行力学分析。
关键词：大学生方程式赛车，转向梯形MATLAB优化，转向机设计，轮芯立柱设计Design of the "Dream 4.0" Racing Steering SystemOf North University Of ChinaAbstractThe car steering system is an important part of Formula Student chassis design, also it is one of the four systems of the car chassis, as a multi-curved track racing car,the performance of the steering system determines the performance of the vehicle in the track corner of the body posture, cornering speed and many other performance. The graduation design is based on the rules of the competition and the design goals of the fleet. It is designed for the NUC Racing Team "Dream 4.0" racing steering system for the 2017 season tour.Combined with 2016 racing car racing steering design process and methods, parts processing materials and technology, as well as the final assembly experience, the new season of the car steering system design process and methods to improve and optimize. In this paper, the design goals and processes of the new car steering system are determined according to the rules and the actual demand by comparing the car and the traditional and commercial vehicle steering system.The parameters and load of the steering system are calculated and checked. The main pin positioning parameters and the tire positioning parameters are discussed for the steering of the vehicle. The steering type of the steering gear is different from that of the steering wheel. And to determine the specific parameters; according to the vehicle design needs to determine the steering trapezoidal structure of the program and trapezoidal layout form; compared to last season steering system design, the introduction of tire deflection angle on the impact of the establishment of Ackermann correction coefficient And then use the software to carry out the actual trapezoidal optimization. The model is established in the kinematic simulation software Adams / Car, and the wheel beating analysis is carried out. The three-dimensional modeling of the relevant parts is carried out by using CATIA. The mechanical analysis of the parts is carried out by ANSYS.Keywords:Formula Student,MATLAB optimization of steering trapezoid, Steering machine design,Wheel core column design目 录1 绪论 11.1 Formula SAE介绍 11.1.1 比赛起源 11.1.2 中国大学生方程式汽车大赛 11.2 国内、外大学生方程式汽车大赛转向系统研究现状 31.3 历年中北大学行知车队及车队赛车转向系统发展 41.3.1 2013赛季 41.3.2 2014赛季 41.3.3 2015赛季 51.3.4 2016赛季 61.4 本毕业设计各章内容及意义 62 大学生方程式赛车转向系统概述 82.1 赛车转向系统的构成 82.2 赛车转向系统与乘、商用车的差异 82.3 赛车转向系统的设计目标 92.4 本章小结 103 大学生方程式赛车转向系统设计 113.1 转向机结构及选型 113.1.1 转向机结构分类及优缺点 113.1.2 转向机方案选型 123.2 转向系统主要性能参数设计 133.2.1 外侧车轮最大偏转角度 133.2.2 转向系统角传动比 163.2.3 转向系统转矩传动比 173.3 转向系统计算参数设计 183.3.1 齿轮齿条参数及齿条行程 183.3.2 转向梯形梯形臂长度 203.3.3 转向系相关计算载荷确定 203.4 主销定位参数及前轮轮胎定位参数的确定 223.4.1 主销定位参数 223.4.2 前轮轮胎定位参数 233.4.3 参数的确定 243.5 本章小结 244 大学生方程式赛车转向梯形优化 254.1 转向梯形结构方案 254.2 转向梯形布置形式 264.3 转向关系优化 274.3.1 标准阿克曼转向几何学 274.3.2 侧偏角存在时的内、外侧车轮转角关系 284.3.3 目标转向关系优化 324.4 转向梯形优化 344.4.1 杆系结构所确定的转角关系 344.4.2 根据三心定理确定转向横拉杆断开点 354.4.3 转向梯形参数优化结果 364.5 本章小结 405 转向系统相关动力学分析 415.1 ADAMS/Car介绍 415.2 前悬及转向系统建模 415.3 车轮轮跳分析 425.3.1 前轮外倾角变化 425.3.2 前轮前束角变化 435.3.3 前轮主销内倾角 435.3.4 前轮主销后倾角 445.4 本章小结 446 转向系统相关部件设计建模及分析 456.1 CATIA简介 456.2 ANSYS简介 456.3 方向盘设计 456.4 转向机设计与分析 466.4.1 转向机齿轮设计与分析 466.4.2 转向机齿条设计与分析 506.5 轮芯立柱设计与分析 516.5.1 轮芯设计与分析 526.5.2 立柱设计及分析 556.6 本章小结 597 2016赛季总结 607.1 2016赛季总结 607.2 本章小结 628 总结与展望 638.1 总结 638.2 展望 63参 考 文 献 65致 谢 6711 绪论1.1 Formula SAE介绍1.1.1 比赛起源Formula SAE（简称：FSAE）赛事起源于1978年美国波斯顿，第一次比赛举办时，13支队伍中有11支队伍完赛，当时的比赛用车是一辆木制5马力赛车。
Formula SAE赛事意在挑战在校本科生，研究生团队的创新、设计与制造小型方程式赛车的能力在与来自世界各地的大学生车队的较量中，大赛给了参赛人员与车队证明和展示自己创造力与制造技术的机会Formula SAE赛事历经逐年的发展与演变到现在，已经发展都世界各地，成为了车辆、机械等相关专业在校大学生的一场技术与制造的狂欢盛典第一届中国大学生方程式大赛（简称：FSC）于2010年在中国汽车工程学会、易车集团和各大学汽车院校联合发起举办中国FSC大赛得到了社会各界多方的关注，各大国内知名汽车企业基于对汽车后备人才的培养，纷纷踊跃赞助大赛开展各大企业不仅在在资金上赞助大赛，并在比赛中派出近百位汽车研发和实验的技术专家担任赛事现场裁判，与各参赛队进行交流与指导1.1.2 中国大学生方程式汽车大赛中国大学生方程式大赛旨在为中国汽车产业培养后备人才，各大学参赛队被假设为一家汽车制造公司，队员有在读大学生与研究生组成，车队被要求在一年的时间内，严格遵守组委会所制定并颁布的最新比赛技术规则，自主完。