摘要:大学生方程式赛车转向系统的设计对赛车的行驶性能、操纵稳定性等性能都有较大的影响，转向系统与整车安全密不可分。在设计过程中首先要明确转向系统的意义，来自悬架系统的参数对于转向系统的影响、转向器的选取、正逆效率的意义与应用、传动比的变化特性、转向梯形的分析与确定，再构思一个大的框架来逐步设计计算，主要在于齿轮齿条转向器的计算；通过空间运动学分析，得到断开点的位置，再与悬架硬点相结合，得到转向横拉杆的长度、齿条长度；在通过分析转向系统在转向系的运动，得到内外轮转角、转向横拉杆、转向器、转向节臂之间的关系。

完成这些工作之后，我们开始进行具体的计算：力的计算、齿轮轴与齿条强度校核计算，以确保整车的强度与寿命可以符合参赛要求。之后开始应用三维软件CATIA进行建模，开始模拟装配，以确定转向系统与其他系统之间的相对位置关系是否合理，再进行实体装配与整车调试。

关键词：大学生方程式赛车；转向系统设计；齿轮齿条转向器；运动学分析；CATIA软件

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 FSAE概述-1

1.2发展与现状-2

2 转向系统设计方案与分析-2

2.1 2016年中国大学生电动方程式大赛转向部分规则-3

2.2 赛车转向系统的概述-4

2.3 转向系统的基本构成-4

2.4 转向操纵机构与传动机构-5

2.5 转向器方案分析-6

2.5.1 转向器形式选择-6

2.5.2 转向器形式选择-7

2.6 转向梯形的分析与选择-7

2.6.1 转向梯形的选择-7

2.6.2 断开点的确定方法-8

3 转向系统主要性能参数-10

3.1 转向器的效率-10

3.1.1 转向器的正效率η+-10

3.1.2 转向器的逆效率η--10

3.2 传动比的变化特性-11

3.2.1 转向系传动比-11

3.2.2 转向系角传动比与里传动比的关系-11

3.2.3 转向系的角传动比iwo-12

3.2.4 转向器角传动比及其变化规律-12

3.2.5 转向系传动比的确定-12

4 齿轮齿条转向器的设计与计算-13

4.1 最大转向角、齿条行程及转向节臂长度的确定-13

4.1.1 最大转向角-13

4.1.2 齿条行程-13

4.1.3 转向节臂长度-13

4.2 转向系计算载荷的确定-14

4.2.1 原地转向力矩MR的计算-14

4.2.2 作用在方向盘上的上手力Fh-14

4.3 齿轮齿条式转向器的设计-14

4.3.1 齿条的设计-14

4.3.2 齿轮轴的设计-15

4.3.3 转向横拉杆的设计-16

4.3.4 齿轮齿条转向器的设计要求-16

4.4齿轮轴和齿条的设计计算-16

4.4.1 选择齿轮材料、热处理方式及计算许用应力-16

4.4.2 初步确定齿轮的基本参数和主要尺寸-17

4.4.3 确定齿轮传动主要参数和几何尺寸-17

4.4.4 齿轮强度校核-18

4.4.5 齿轮齿条的传动受力分析-19

4.4.6 轴的受力分析-19

4.4.7 齿轮轴轴承的校核-20

4.5 转向系统参数的确定-21

5 转向系统的装配与调试-22

5.1 基于CATIA的仿真装配-22

5.2 实体装配-24

5.3 调试-25

结    论-26

参 考 文 献-27

致    谢-28