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畢業(yè)設計 論文 開題報告 學生填表 學院 車輛與動力工程學院 年 4 月 15 日 課題名稱 大學生方程式賽車設計 轉向系統(tǒng)設計 學生姓名 專業(yè)班級 課題類型 論文 指導教師 職稱 課題來源 生產 文獻綜述 1 課題研究的背景 大學生方程式賽車活動以院校為單位組織學生參與 賽事組織的目的主要有 一是重點培養(yǎng)學生的設計 制造能力 成本控制能力和團隊溝通協作能力 使學 生能夠盡快適應企業(yè)需求 為企業(yè)挑選優(yōu)秀適用人才提供平臺 二是通過活動 創(chuàng)造學術競爭氛圍 為院校間提供交流平臺 進而推動學科建設的提升 大賽 在提高和檢驗汽車行業(yè)院校學生的綜合素質 為汽車工業(yè)健康 快速和可持續(xù)發(fā) 展積蓄人才 增進產 學 研三方的交流與互動合作等方面具有十分廣泛的意義 機械轉向系統(tǒng)主要由轉向操作機構 轉向器和轉向傳動機構三大部分組成 它的作用 保持或者改變汽車行駛方向的機構 在汽車轉向行駛時 保證各轉向 輪之間有協調的轉角關系 在賽車中轉向系統(tǒng)占有重要的地位 轉向系統(tǒng)是任何車輛都不可或缺的組成 部分 其設計制造質量的優(yōu)劣直接關系到車輛的操縱穩(wěn)定性 安全性等技術性能 汽車操縱穩(wěn)定性又被人們稱為 高速車輛的生命線 由此 轉向系的設計是如 此重要 通過對轉向系的優(yōu)化設計 來為賽車其他零部件分析優(yōu)化提供思路 以 達到對賽車的結構整體優(yōu)化 2 轉向系統(tǒng)的發(fā)展歷程 汽車轉向系統(tǒng)的發(fā)展經歷了純機械式轉向系統(tǒng) 液壓助力轉向系統(tǒng) 電動 助力轉向系統(tǒng) 3 個基本階段 線控轉向系統(tǒng)為其發(fā)展趨勢 5 2 1 純機械式轉向系統(tǒng) 機械式的轉向系統(tǒng) 由于產生轉動所需要的轉矩 完全由機械力來提供 所以為施加足 夠的轉矩而不得不適用大直徑的方向盤 因此占用了很大的駕駛空間而使轉向系統(tǒng)顯得很 笨拙 而且駕駛人員操作起來 也比較吃力 故適用范圍有很大局限性 6 但是由于其結構 簡單 造價低廉 故障率低 目前在一部分轉向操縱力不大 對操控性能要求不高的微型 轎車 農用機械上仍有使用 2 2 液壓助力轉向系統(tǒng) 液壓助力轉向系統(tǒng)于 1953 年通用汽車公司首次使 用 80 年代后期 這一系統(tǒng)進一步 得到優(yōu)化 出現了變流量泵液壓動力轉向系 統(tǒng) Variable Displacement Power Steering Pump 和電動液壓助力轉向 Electric Hydraulic Power Steering 簡稱 EHPS 系統(tǒng) 7 變流量泵助力 轉向系統(tǒng)在汽車 處于比較高的行駛速度或者不需要轉向的情況下 泵的流量會相應地減 少 從 而有利于減少不必要的功耗 電動液壓轉向系統(tǒng)采用電動機驅動轉向泵 由于電 機 的轉速可調 可以即時關閉 所以也能夠起到降低功耗的功效 液壓助力轉 向系統(tǒng)降低了轉向操縱力 從而大大減少了方向盤所占用的駕駛室空間 同時 也使轉向系統(tǒng)變得更加靈敏 8 由于該類轉向系統(tǒng)技術成熟 能提供大的轉向 操縱助 力 目前在部分乘用車 大部分商用車特別是重型車輛上廣泛應用 但 是該系統(tǒng)在系統(tǒng)布 置 安裝 密封性 操縱靈敏度 能量消耗 磨損與噪聲等 方面存在不足 2 3 汽車電動助力轉向系統(tǒng) EPS EPS 在 1988 年由日本鈴木公司首次開 發(fā)出來 此后 電動助力轉向技術得到迅速發(fā) 展 其應用范圍已經從微型轎車 向大型轎車和客車方向發(fā)展 電動助力轉向系統(tǒng)由轉矩傳感器 車速傳感器 電子控制器 電動機 電磁離合器和 減速機構等組成 汽車處于起動或者低速 行駛狀態(tài)操作轉向時 轉矩傳感器不斷檢測作用 于轉向柱扭桿上的扭矩 并 將此信號與車速信號同時輸入電子控制器 處理器對輸入信號 進行運算處理 確定助力扭矩的大小和方向 從而控制電動機的電流和轉向 電動機將轉 矩傳 遞給牽引前輪轉向的橫拉桿 最終起到為駕駛人員提供輔助轉向力的功效 9 當車速 超過一定的臨界值或者出現故障時 為保持汽車高速時的操控穩(wěn)定性 EPS 系統(tǒng)退出助力 工作模式 轉向系統(tǒng)轉入手動轉向模式 不轉向的情況下 電動機不工作 2 4 汽車線控轉向系統(tǒng) 線控轉向系統(tǒng)由方向盤模塊 轉向執(zhí)行模塊和主 控制器 3 個主要部分以及自動防故障 系統(tǒng) 電源等輔助模塊組成 它是一種全 新概念的轉向系統(tǒng) 由于其取消了方向盤與轉向 車輪間的機械連接 通過軟件 協調它們之間的運動關系 可以實現一系列傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)無 法實現的特殊功能 汽車線控轉向系統(tǒng)能夠減輕駕駛員的負擔 提高整車主動安全性 使汽車性 能適應更 多非職業(yè)駕駛員的需求 對廣大消費者有著巨大的吸引力 10 但是 由于可靠性要求及制造 成本較高 該系統(tǒng)距離普及仍有一段距離 3 賽車轉向系統(tǒng)特點概述 轉向系是用來保持或者改變汽車行駛方向的機構 在汽車轉向行駛時 保證 各轉向輪之間有協調的轉角關系 轉向系由轉向器 轉向操縱機構和轉向傳動 機構組成 轉向操縱機構又包括方向盤 轉向軸 轉向管柱 轉向傳動機構包括 轉向搖臂 轉向橫拉桿 轉向節(jié)臂 3 1 賽車轉向系設計的具體要求 1 汽車轉彎行駛時 全部車輪應繞瞬時轉向中心旋轉 任何車輪不應有側滑 2 汽車轉向行駛后 在駕駛員松開轉向盤的條件下 轉向輪能自動返回到直線 行駛位置 并穩(wěn)定行駛 3 汽車在任何行駛狀態(tài)下 轉向輪不得產生自振 轉向盤沒有擺動 4 轉向傳動機構和懸架導向裝置共同工作時 由運動不協調使車輪產生的擺動 應最小 5 保證汽車有較高的機動性 具有迅速和小轉彎行駛能力 6 同時兼顧操縱輕便性和靈敏性 7 轉向輪碰撞到障礙物以后 轉給轉向盤的反沖力要盡可能小 8 轉向器和轉向傳動機構的球頭處 有消除因磨損而產生間隙的調整機構 9 在車禍中 當轉向軸和轉向盤由于車架或車身變形而共同后移時 轉向系應 有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置 10 進行運動校核 保證轉向盤和轉向輪轉動方向一致 4 設計思路 本課題在綜合考慮眾多因素的基礎上先從轉向系最基本的原理入手 經過對 汽車的轉向系原理的認真學習 來摸索著設計賽車的轉向系 設計過程中 先 是比較各個類型轉向系的優(yōu)缺點 并結合賽車對轉向系的一些特殊要求 最后決 定采用齒輪齒條式轉向系 因為目前梯形結構的轉向系的轉角關系較接近理想的 轉角關系 又鑒于賽車采用獨立懸架結構 因此采用斷開式梯形結構 斷開點 的選擇以及內 外轉角關系曲線的優(yōu)化方面 不但要考慮轉向本身的需要 同時 還要考慮轉向與車架的配合 首先斷開點應該設在車架的兩側 并且轉向 過程中斷開點應一直都在車架的外側 這樣便限定了橫拉桿的長度 與轉向 設計有關的主銷距 K 由懸架設計時確定 軸距由車架來確定 這樣一來 轉向 系的優(yōu)化過程中只需優(yōu)化梯形臂長 m 梯形底角和主銷連線到橫拉桿的水平距 離 h h 值越大 轉向越省力 但又考慮到安裝的空間問題 h 值不能過大 對 梯形臂長 m 和梯形底角的優(yōu)化時 采用曲線比擬的方法 將實際內 外轉角的 關系曲線和理想的內 外轉角的關系曲線畫在同一張圖上 比較兩個曲線的接近 程度 優(yōu)化出兩個變量的最好組合值 各個桿件的參數變量確定以后 要開始 設計轉向器 首先 根據最小半徑的要求計算出車輪的最大轉角 然后綜合各種 因素確定轉向器的傳動比 之后根據以上參數確定轉向器齒輪齒條的參數 轉 向器的結構設計 首先考慮到轉向器的結構設計 首先考慮到轉向器的安裝空間 問題 根據空間確定了滿足功能的轉向器的總體尺寸模型的大小 再在這個模型 的基礎上分割出各個零件的尺寸要求 在保證各個功能要求的基礎上 設計出轉 向器的各個部件 研究目標 運用所學的設計 結構 理論等專業(yè)知識和基礎知識 通過查找相關資料 熟悉了解現有車型結構 結合自己的構思 設計出符合題目要求的賽車及其零部 件 達到提高畢業(yè)生綜合能力的目的 論文要求 20000 字左右 繪制平面布置和工藝布局圖一張 A0 中文摘要 300 500 字 附英文摘要 計算機打印 外文翻譯 10000 字符以上 查詢資料 20 篇以上 附資料名稱 研究內容 根據大學生方程式賽車的比賽規(guī)則及大學生方程式賽車設計具體參數要求 進行轉向系方案分析 轉向系主要性能參數確定 轉向器機構強度設計 轉向梯 形機構設計 繪制轉向系統(tǒng)裝配及零件圖 5 實施計劃 4 1 4 12 調研 收集資料 4 13 4 26 確定方案 4 27 6 9 完成零 部件圖 總裝圖設計 并完成機繪圖 6 10 6 18 撰寫說明書 整理圖紙 6 19 6 26 互評 答辯 指導教師意見 指導教師簽字 年 月 日 教研室意見 教研室主任簽字 年 月 日