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
目录
第一章绪论 (1)
§1.1 Formula SAE 概述 (1)
§1.1.1 背景 (1)
§1.1.2 发展和现状 (2)
§1.2 中国FSAE发展概况 (2)
§1.3 任务和目标 (3)
第二章转向系设计方案分析 (4)
§2.1 赛车转向系概述 (4)
§2.2 转向系的基本构成 (4)
§2.3 转向操纵机构 (4)
§2.4 转向传动机构 (6)
§2.5 机械式转向器方案分析 (6)
§2.5.1 齿轮齿条式转向器 (6)
§2.5.3 转向器形式的选择 (9)
§2.6 赛车转向系统传动比分析 (9)
§2.7 转向梯形机构的分析与选择 (10)
§2.7.1 转向梯形机构的选择 (10)
§2.7.2 断开式转向梯形参数的确定 (10)
§2.7.3 转向系内外轮转角的关系的确定 (12)
§2.7.4 MATLAB内外轮转角关系曲线部分程序 (14)
第三章转向系主要性能参数 (16)
§3.1 转向器的效率 (16)
§3.1.1 转向器的正效率η+ (16)
§3.1.2 转向器的逆效率η- (17)
§3.2 传动比的变化特性 (17)
§3.2.1 转向系传动比 (17)
§3.2.2 力传动比与转向系角传动比的关系 (18)
§3.2.3转向系的角传动比iwo (19)
§3.2.4转向器角传动比及其变化规律 (19)
§3.3 转向器传动副的传动间隙Δt (20)
§3.3.1转向器传动间隙特性 (20)
§3.3.2如何获得传动间隙特性 (21)
§3.4 转向系传动比的确定 (22)
第四章齿轮齿条式转向器设计与计算 (23)
§4.1 转向系计算载荷的确定 (23)
§4.1.1 原地转向阻力矩MR的计算 (23)
§4.1.2 作用在转向盘上的手力Fh (23)
§4.1.3转向横拉杆直径的确定 (24)
§4.1.4初步估算主动齿轮轴的直径 (24)
§4.2 齿轮齿条式转向器的设计 (24)
§4.2.1 齿条的设计 (25)
§4.2.2 齿轮的设计 (25)
§4.2.3 转向横拉杆及其端部的设计 (26)
§4.2.4齿条调整 (26)
§4.2.5转向传动比 (27)
§4.2.6 齿轮齿条式转向器的设计要求 (27)
§4.3齿轮轴和齿条的设计计算 (28)
§4.3.1选择齿轮材料、热处理方式及计算许用应力 (28)
§4.3.2初步确定齿轮的基本参数和主要尺寸 (29)
§4.3.3确定齿轮传动主要参数和几何尺寸 (30)
§4.4 齿轮齿条转向器转向横拉杆的运动分析 (30)
§4.5 齿轮齿条传动受力分析 (31)
§4.6 齿轮轴的强度校核 (32)
§4.6.1轴的受力分析 (32)
§4.6.2判断危险剖面 (33)
§4.6.3轴的弯扭合成强度校核 (33)
§4.6.4轴的疲劳强度安全系数校核 (33)
§4.7 齿轮轴轴承的校核 (35)
第五章转向梯形的优化设计 (36)
§5.1目标函数的建立 (36)
§5.2设计变量与约束条件 (37)
§5.2.1保证梯形臂不与车轮上的零部件发生干涉 (37)
§5.2.2保证有足够的齿条行程来实现要求的最大转角.38
§5.2.3保证有足够大的传动角α (38)
第六章基于UG运动仿真的转向梯形设计与优化 (41)
§6.1建立UG三维模型 (41)
§6.2建立连杆特性 (41)
§6.3建立运动副 (42)
§6.4运动驱动 (42)
§6.5 参数设定及输出 (43)
§6.6 试验验证效果 (43)
§6.7 基于UG工程图模块的转向机动图 (45)
§6.8 UG模型以及基于UG高级仿真的零部件校核 (46)
§6.9 UG装配模型检查干涉问题 (47)
第七章结论 (48)
参考文献 (49)
致谢 (50)
第一章绪论
§1.1 Formula SAE 概述
§1.1.1 背景
Formula SAE 赛事由美国汽车工程师协会（the Society of AutomotiveEngineers 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。比赛由三个主要部分组成：工程设计、成本以及静态评比；多项单独的性能试验；高性能耐久性测试。
Formula SAE 发展的初衷是想创立一个小型的道路赛车比赛，而现在已经发展成为一个拥有大约20个竞赛因素的大型比赛，参与者包括赛车和车队。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现实的工程经历。Formula SAE 队员在这个过程中将会经受考验，面对挑战，培养创造性思维和实践能力。出于此项比赛的宗旨，参赛学生们是被一个假象的制造公司雇佣，让他们制造一辆原型车，用于量产前的各项评估。目标市场就是那些会在周末去参加高速穿障比赛（Autocross）的非专业车手。因此，这些赛车在加速、制动、和操控性方面要有非常好的表现。它们要造价低廉、便于维修并且足够可靠。另外，这些赛车的市场竞争力会因为一些附加因素，比如美观、舒适性和零件的兼容性而得到提升。制造公司日产能力要达到 4 辆，并且原型车的造价要低于25,000 美元。对于设计团队来说，挑战在于要在一定的时间和一定的资金限制下，设计和制造出最能满足这些目的的原型车。每一项设计将会与其他的设计一起参与比较和评估从而决出最佳整车。
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 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 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。
石家庄科技信息职业学院顶岗实习岗位技术工作论文 汽车转向器的故障分析 学号:131208038 姓名: 李鹤 专业:汽车检测与维修技术 年级:13 级 企业指导老师:王振华 校内指导老师:乔晓英
转向系是汽车行驶的指南针，它的好坏关系着汽车能否安全行驶。本文首先讲述了汽车动力转向系的整体结构；具体介绍了它的功用；分类和工作原理。然后具体对轿车动力转向系统常见的几种故障：一转向沉重，二转向时有噪声, 三方向盘自由行程过大，四左右转向时轻重不一，五转向时转向盘强烈抖动，六汽车直线行驶时，转向盘发飘或跑偏。最后讲述了轿车动力转向系中转向盘的自由行程，转向储液罐的液面高度，液压泵的泵送压力，液压系统的密封性, 转向柱的检查方法以及通过轿车动力转向系的故障现象进行了诊断分析和检修。对使用和维护汽车有着很现实的意义。 关键词轿车，转向器，故障分析，检查维修
引言 (4) 1汽车转向系统的简介 (5) 1.1汽车动力转向系的组成 (5) 1.2汽车动力转向系的工作原理 (6) 2轿车动力转向系故障诊断分析 (9) 2.1转向沉重 (9) 2.2 转向时有噪声 (10) 2.3方向盘自由行程过大 (10) 2.4左右转向时轻重不一 (11) 2.5转向时转向盘强烈抖动 (11) 2.6汽车直线行驶时，转向盘发飘或跑偏 (12) 3轿车动力转向系的检查与维修 (12) 3.1转向盘的自由行程的检查 (12) 3.2转向储液罐的液面高度的检查 (13) 3.3液压泵的泵送压力的检查 (13) 3.4液压系统的密封性的检查 (13) 3.5转向柱的检修 (13) 4 汽车故障事例分析 (14) 4.1故障事例一 (14) 4.2故障事例二 (15) 结论 (15) 参考文献 (16)
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 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
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；
摘要 本课题的题目是转向系的设计。以齿轮齿条转向器的设计为中心，一是汽车总体构架参数对汽车转向的影响；二是机械转向器的选择；三是齿轮和齿条的合理匹配，以满足转向器的正确传动比和强度要求；四是动力转向机构设计；五是梯形结构设计。因此本课题在考虑上述要求和因素的基础上研究利用转向盘的旋转带动传动机构的齿轮齿条转向轴转向，通过万向节带动转向齿轮轴旋转，转向齿轮轴与转向齿条啮合，从而促使转向齿条直线运动，实现转向。实现了转向器结构简单紧凑，轴向尺寸短，且零件数目少的优点又能增加助力，从而实现了汽车转向的稳定性和灵敏性。在本文中主要进行了转向器齿轮齿条的设计和对转向齿轮轴的校核，主要方法和理论采用汽车设计的经验参数和大学所学机械设计的课程容进行设计，其结果满足强度要求，安全可靠。 关键词：转向系；机械型转向器；齿轮齿条；液压式助力转向器 1.绪论 1.1汽车转向系统概述 转向系统是汽车底盘的重要组成部分，转向系统性能的好坏直接影响到汽车行驶的安全性、操纵稳定性和驾驶舒适性，它对于确保车辆的行驶安全、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件起着重要作用。随着现代汽车技术的迅速发展，汽车转向系统已从纯机械式转向系统、液压助力转向系（HPS）、电控液压助力转向系统（EHPS），发展到利用现代电子和控制技术的电动助力转向系统（EPS）及线控转向系统（SBW）。 按转向力能源的不同，可将转向系分为机械转向系和动力转向系。 机械转向系的能量来源是人力，所有传力件都是机械的，由转向操纵机构(方向盘)、转向器、转向传动机构三大部分组成。其中转向器是将操纵机构的旋转运动转变为传动机构的直线运动(严格讲是近似直线运动)的机构，是转向系的核心部件[2]。 动力转向系除具有以上三大部件外，其最主要的动力来源是转向助力装置。由于转向助力装置最常用的是一套液压系统，因此也就离不开泵、油管、阀、活
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 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
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 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
目录 汽车转向系统故障诊断与维修 (2) 摘要 (2) 绪论 (3) 1 概述 (4) 1.1 什么是汽车转向系统 (4) 1.2 汽车转向系统概述 (4) 1.3 转向系统简介及工作原理 (4) 2 汽车转向系统的故障诊断 (7) 2.1 机械转向系故障诊断 (7) 2.2 动力转向系故障诊断 (10) 2.3 转向系仪器检测 (13) 3对汽车转向系统的故障进行维修 (16) 3.1机械转向系的维修 (16) 3.2动力转向系的维修 (19) 4结论 (22) 谢辞 (23) 参考文献 (24)
摘要 本文阐述了汽车转向系统各个部分的作用、组成、主要构造、工作原理、及可能出现的故障，同时提出了对出现的故障进行维修的可行方案；采用了理论与实际相结合的方法，对每个问题都有良好的认识，对所学内容进行了良好的总结归纳，以此进一步熟悉掌握汽车转向系统的各方面知识，深化巩固所学知识，做到理论与实际相结合，在理论学习的前提下，用实际更好的理解所学内容。 关键词：汽车转向系统，工作原理，故障，维修。
绪论 汽车转向系统是用于改变或保持汽车行驶方向的专门机构。起作用是使汽车在行驶过程中能按照驾驶员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汽车意外地偏离行驶方向时，能与行驶系统配合共同保持汽车继续稳定行驶。因此，转向系统的性能直接影响着汽车的操纵稳定性和安全性。
1 概述 1.1什么是汽车转向系统 用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置称为汽车转向系统(steering system)。汽车转向系统的功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统的零件都称为保安件。汽车转向系统和制动系统都是汽车安全必须要重视的两个系统。 1.2汽车转向系统概述 汽车在行驶的过程中,需按驾驶员的意志改变其行驶方向。就轮式汽车而言,实现汽车转向的方法是, 驾驶员通过一套专设的机构,使汽车转向桥(一般是前桥)上的车轮(转向轮)相对于汽车纵横线偏转一定角度。这一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，即称为汽车转向系统。 汽车转向系统分为两大类：机械转向系统和动力转向系统。 机械转向系统：完全靠驾驶员手力操纵的转向系统。 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。 1.3转向系统简介及工作原理 机械转向系以驾驶员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1-1）。
汽车动力转向系的原理与检修???????????????? 2 摘要???????????????????????????2 绪论???????????????????????????3 1 概述??????????????????????????4 1.1什么是汽车转向系统?????????????????4 1.2汽车动力转向系统概述????????????????4 1.3转向动力系统工作原理????????????????8 2汽车动力转向系统的故障诊断??????????????10 2.1动力转向系故障诊断????????????????10 2.2转向系仪器检测??????????????????13 3对汽车动力转向系统的故障进行维修???????????16 4结论?????????????????????????22 谢辞 ??????????????????????????23 参考文献???????????????????????? 24 摘要 本文阐述了汽车动力转向系统各个部分的作用、组成、主要构造、工作原理、及可能出现的故障，同时提出了对出现的故障进行维修的可行方案；采用了理论与实际相结合的方法，对每个问题都有良好的认识，对所学内容进行了良好的总结归纳，以此进一步熟悉掌握汽车转向系统的各方面知识，深化巩固所学知识，做到理论与实际相结合，在理论学习的前提下，
用实际更好的理解所学内容。 关键词：汽车动力转向系统，工作原理，故障，维修。 绪论 汽车转向系统是用于改变或保持汽车行驶方向的专门机构。起作用是使汽车在行驶过程中能按照驾驶员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汽车意外地偏离行驶方向时，能与行驶系统配合共同保持汽车继续稳定行驶。因此，转向系统的性能直接影响着汽车的操纵稳定性和安全性。
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
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
开题报告 一、背景、现状及发展趋势 转向系统：用来改变或保持汽车行驶方向的机构称为汽车转向系统(steering system)。汽车转向系统的功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统的零件都称为保安件。 汽车转向系统分为两大类：机械转向系统和动力转向系统。 完全靠驾驶员手力操纵的转向系统称为机械转向系统。 借助动力来操纵的转向系统称为动力转向系统。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。 随着产业布局、产品结构的调整，就业结构也将发生变化。企业对较高层次的第一线应用型人才的需求将明显增加，培养相当数量的具有高等文化水平的职业人才，成为迫切要求。据统计，目前，我国技术工人中，高级技工占3.5℅，中级工占35℅，初级工占60℅。而发达国家技术工人中，高级技工占35℅，中级工占50℅，初级工占15℅。这表明，我们的高级技工在未来5—10年仍会有大量的人才缺口。因此熟悉汽车转向系统，熟练掌握现代化汽车转向系统的设计、操作和维护的应用型高级技术人才成为社会较紧缺、企业最需要的人才。 随着汽车工业的迅速发展，转向装置的结构也有很大变化。现代汽车转向装置的设计趋势主要向适应汽车高速行驶的需要、充分考虑安全性、轻便性、低成本、低油耗、大批量专业化生产发展。 通过本次毕业论文对转向系统进行进一步的了解，并且结合通过实习了解的知识对转向系统的可能出现的问题进行分析和解决方法，从而提高自身对转向系统的深入认识 二、设计目的 通过本次毕业设计使自己对汽车转向系统在故障诊断和维修方面有更为充分、细致的理解，进一步掌握转向系统的原理、应用和CAD/CAM软件应用。 三、设计工作 1、概述 2、转向系统现阶段的主要类型 3、汽车转向系统可能出现的问题和分析 4、汽车转向系统的新发展---整体式、半分置式及联阀式动力转向结构