FSAE赛车转向系统零件设计及优化.doc

摘要:本文主要论述了设计一辆Formula SAE 赛车转向系统和部分零件的过程。该系统主要由方向盘部分、齿轮齿条部分和横拉杆部分组成；驾驶者操作方向盘，通过机械传动部件带动齿轮齿条运动拉动横拉杆移动，从而利用横拉杆连接立柱使轮胎绕主销发生转动来改变赛车的行驶路径。

由于赛车车身体积较小内部空间受限，很多地方不能按正常乘用车的设计方法进行设计，该设计选用体积小传动效率高的齿轮齿条式转向器，采取转向器前置梯形后置的布置方式；跟据赛车前舱的空间结构采用2个万向节传递方向盘输入的扭矩；系统结构结合赛车使用的实际情况而选定的方案。同时在最大受力下对几个危险截面的零件的强度进行分析、校核、优化，使其满足要求。利用CATIA软件进行零件结构建模装配，ANSYS进行有限元分析，以得到最优的设计方案。

关键词：赛车；FSAE；转向系统 ；零部件设计

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 大学生方程式赛车-1

1.2 转向系统的重要性-1

1.3 赛车转向系统的组成-2

1.4 研究意义-2

2 转向系统设计-2

2.1 转向系统设计要求及目的-2

2.2 赛车转向系统设计流程-3

2.3 转向器的选择-3

2.4 最大转向角的设计-4

2.5 转向角传动比-6

2.6 转向力矩传动比-6

2.7 齿条行程及梯形臂设计-7

2.8 转向系统载荷计算-7

2.9 转向梯形设计-9

3.0 标准阿克曼转向的关系-12

3.1 转向断开点-12

3.2 实际转角关系-14

4.0 转向系统部分零件的设计-15

4.1 转向节臂设计-15

4.2 转向节臂分析及优化-16

4.2.1分析策略-18

4.2.2 模型建立-18

4.2.3 网格划分-18

4.2.4 边界设定-18

4.2.5 分析结果-19

4.2.6 总结-21

4.3 齿轮齿条设计及校核-22

4.4 方向盘设计-27

4.5 转向机固定座设计-28

4.6 转向U叉设计-29

4.7 转向轴设计-30

5.0 转向系统装配设计-31

5.1 转向机部分装配-31

5.2 转向节臂横拉杆部分装配-31

5.3 万向节及方向盘部分装配-31

结    论-35

附录A 实物图-36

致    谢-38