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1、-本科毕业设计题 目 FSAE汽车转向系统设计学 院 工业制造学院 专 业 车辆工程 学生* 樊睿 学 号 7 年级 2021级指导教师 牛钊文 职称 讲师 2021年4月29日. z.-FSAE汽车转向系统设计专 业：车辆工程 学 号：7学 生：樊睿 指导教师：牛钊文摘要：本设计的题目是FSAE大学生方程式汽车汽车转向系统设计。根据赛事主办方对转向系统的要求、结合所学知识、综合类似汽车转向系统的特点，设计出该汽车转向系统。设计内容主要包括FSAE汽车转向器选型、设计和计算，转向操纵机构设计，转向传动机构和转向梯形的设计。选择适宜的转向器类型，并设计出满足转向系统要求的转向器，保证汽车转向操作
2、的轻便、并提供很好的操控。并对相应的操纵机构和传动机构进展设计。并且本设计在考虑上述要求和因素的根底上对相应机构进展优化设计。从而实现转向器构造简单紧凑，轴向尺寸短，且零件数目少的优点，从而保证了汽车转向的稳定性、灵敏性和操作的轻便性。在本文中主要进展了转向器齿轮、齿条、拉杆和节臂的校核，其结果满足FSAE汽车转向系统强度要求。本文主要方法和理论采用汽车设计等相关资料，并运用CATIA进展设计与装配。关键词：FSAE；转向系统；齿轮齿条转向器；转向梯形The Steering System Design of FSAE Car Specialty：Vehicle Engineering Stu
3、dent Number：7Student：Fan Rui Supervisor： Niu ZhaowenAbstract：This design is entitled FSAE (Formula SAE ) racing steering system design . According to event organizers, the steering system requirements, bined with the knowledge, prehensive racing steering system similar characteristics , the car stee
4、ring system design . Design elements include FSAE racing steering selection, design and calculation , steering mechanism design , steering rotation mechanism and steering trapezoid design. Select the appropriate type of steering gear and steering systems designed to meet the requirements of the stee
5、ring gear to ensure lightweight racing steering operations and provide good control . And to design appropriate controls and rotating mechanism . In consideration of the above , and the design requirements and the factors on the basis of appropriate institutions to optimize the design . In order to
6、achieve steering simple and pact structure , short a*ial dimension , and the advantages of the small number of parts , thus ensuring the stability of the racing steering , agility and operational portability . In this paper conducted a check of the main steering gear, rack, tie rods and knuckle arm
7、, the result FSAE car steering systems meet the strength requirements . In this paper, the use of car design methods and theories and other related information , and the use of CATIA for design and assembly .Keywords：FSAE; Steering System; Rack and pinion steering; Steering trapezoid. z.-目录绪论11汽车转向系
8、统总述21.1 汽车转向系统概述21.2 转向系统类型与开展趋势21.3 FSAE汽车转向系统的要求32转向系主要性能参数52.1 转向系的效率52.1.1 转向器的正效率52.1.2 转向器的逆效率62.2 传动比变化特性72.2.1 转向系传动比72.2.2 力传动比与转向系角传动比的关系72.2.3 转向器角传动比的选择82.3 转向器传动副的传动间隙92.4 转向盘的总转动圈数93FSAE汽车转向系统总体机构设计103.1 参考数据确实定103.2 转向系统类型选择103.2.1 机械转向系103.2.2 动力转向系113.3 转向器类型选择133.3.1 齿轮齿条转向器133.3.2
9、 循环球式转向器133.3.3 蜗杆滚轮式转向器143.3.4 蜗杆指销式转向器153.4 转向轮侧偏角计算154 转向器设计174.1 齿轮齿条式转向器的构造174.2 齿轮齿条式转向器形式174.3 齿轮齿条式转向器的布置形式184.4 齿轮齿条啮合传动的特点194.5 转向器参数选取214.6 选择齿轮齿条材料254.7 齿轮的强度计算254.7.1 齿轮齿条传动的载荷计算254.7.2 齿轮的受力分析264.7.3 齿面接触强度计算274.7.4 齿根弯曲强度计算294.8 齿条的强度计算304.8.1 齿条的受力分析304.8.2 齿条杆部受拉压的强度计算314.9 齿轮轴的构造设计
10、324.10 轴承的选择324.11 转向器的润滑方式和密封类型的选择325 转向操纵与传动机构设计335.1 方向盘设计335.1.1 FSAE汽车方向盘设计要求：335.1.2 构造形式335.2 转向轴设计345.3 转向管柱设计365.4 转向节设计365.5 转向横拉杆与球头销376 转向梯形机构优化386.1 转向梯形机构概述386.2 整体式转向梯形构造方案分析386.3 整体式转向梯形机构优化分析396.4 整体式转向梯形机构优化设计426.4.1 优化方法介绍426.4.2 优化设计计算437 结论45参考文献47致谢48. z.-绪论中国大学生方程式汽车大赛以下简称FSAE
11、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、德等国家相关经历的根底上，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汽车制造标准，自行设计和制造方程式类型的小型单人座休闲汽车，并携该车参加全部或局部赛事环节。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展假设干项性能测试工程。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。目前，中国
12、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根底保障之一。大学生方程式汽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、本钱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气氛，为院校间提供交流平台，进而推动学科建立的提升；大赛在提高和检验汽车行业院校学生的综合素质，为汽车工业安康、快速和可持续开展积蓄人才,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。毫无疑问，对于对汽车的了解仅限于书本和个人驾乘
13、体验的大学生而言，组成一个团队设计一辆纯粹而高性能的汽车并将它制造出来，是一段极具挑战，同时也受益颇丰的过程。本次10级车辆工程的毕业设计一局部同学的设计便是与FSAE汽车相关的各系统的设计，本文则主要研究设计FSAE汽车转向系统的设计。1 汽车转向系统总述1.1 汽车转向系统概述转向系统是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。在转向技术方面汽车和普通汽车一样，只是由于汽车的速度快，对转向性的灵敏度要求高，要求响应要足够快。但该汽车的转向系统和通常汽车在转向原理，转向要求和转向效果上都是根本相通的。转向系统是汽车底盘的重要组成局部，转向系统性能
14、的好坏直接影响到汽车行驶的平安性、操纵稳定性和驾驶舒适性，它对于确保车辆的行驶平安、减少交通事故以及保护驾驶员的人身平安、改善驾驶员的工作条件起着重要作用。1.2 转向系统类型与开展趋势汽车转向系统的开展经历了3个根本阶段，分别为纯机械式转向系统、液压助力转向系统和电动助力转向系统，而线控转向系统成为其开展趋势。1、 纯机械式转向系统机械式的转向系统， 由于产生转动所需要的转矩完全由机械力来提供， 所以为施加足够的转矩而不得不适用大直径的方向盘，因此占用了很大的驾驶空间而使转向系统显得很 笨拙，而且驾驶人员操作起来也比较吃力，故适用范围有很大局限性。但是由于其构造 简单、造价低廉、故障率低，目前在一局部转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用机械上仍有使用。2、液压助力转向系统液压助力转向系统首次使用于1953年通用汽车公司。上世纪80年代后期，液压助力转向系得到进一步优化，出现了变流量泵液压动力转向系统(Variable Displace- ment Power Steering Pump) 和电动液压助力转向系统(Electric Hydraulic Power Steering，简称 EHPS)。变流量泵助力转向系统的工作原理是在汽车处于不需要转向或者比较高的行驶速度的情况下，泵的流量将会相应地减少，有利于减少不必要的
