節(jié)能賽車轉向系統(tǒng)設計【獨家畢業(yè)課程設計含任務書+開題報告+外文翻譯+中期報告+答辯PPT】

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轉向傳動機構 轉向傳動機構的作用是將轉向搖臂輸 出的力和運動傳到轉向節(jié) ,使兩側轉向輪偏轉 ,且使兩轉向輪偏轉的角度按一定關系變化 (內輪的轉角大于外輪 ),以保證汽車轉向車輪盡可能做到純滾動。轉向傳動機構在結構上最重要的組成部分是聯(lián)系左右車輪的梯形機構。轉向橫拉桿、轉向節(jié)臂和車架部分構成轉向梯形 ,直拉桿連接轉向搖臂和轉向節(jié)臂。 轉向節(jié)總成 目前節(jié)能大賽中有一半以上的賽車采用焊接一體式轉向節(jié) ,在焊接成型之后 ,轉向節(jié)的各項參數(shù) (主銷后傾角、主銷內傾角、車輪外傾角 、前輪前束 )中只要出現(xiàn)一項不合格 ,就會成為廢品而需要再次加工。在后期的賽車調試階段 ,根據(jù)賽車的情 況也無法對車輪的定位參數(shù)作進一步的改進。本文的設計較之以前的方案有一個比較 8 大的改進之處 ,就是將一體式轉向節(jié)設計改進為一體式活塞桿端轉向節(jié) ,可以通過調整轉向節(jié)兩端的活節(jié)螺栓的長度來實現(xiàn)定位參數(shù)的微量修改 ,也能夠彌補轉向機構零件出現(xiàn)的微小的彎曲變形。 3節(jié) 能車轉向機構零件的校核 對于給定的汽車 ,用上述公式計算出來的作用力是最大值 ,因此 ,可以用此值作為計算載荷進行下一步的計算。在零件的設計中 ,各零件必須首先滿足強度的要求 ,不能在賽車的行駛過程中發(fā)生斷裂及壓潰 ;其次 ,在滿足強度要求的前提之下還應具有較大的剛度 ,避 免產生過大的彎曲變形 ,影響車輪定位參數(shù)的可靠性 ,依據(jù)以前的參賽經驗 ,首先設計零件的各項參數(shù)、所用材料、加工工藝等 ,然后利用力學的知識對其強度與剛度進行校核。在計算校核的過程中 ,大部分的零件均能合格并能保證一定的安全系數(shù) ,個別零件出現(xiàn)強度滿足但剛度不足的情況 ,可選用彈性模量更大的材料來加工 ,或從另一個角度 ,對零件進行熱處理工藝來提高其剛性 ,使得剛度也能滿足要求。按照上述的方法 ,完成轉向裝置各零件的設計。 根據(jù)賽道的最小彎道的半徑設定轉向輪的極限轉角為 30 在進行運動模擬的過程中 ,利用文獻中介紹的最小轉彎半 徑的計算方法進行計算。精度得到保證。為了使得設計結果更加直觀清晰 ,利用三維軟件 現(xiàn)轉向機構三維模型的建立并進行運動模擬。按照由總體到局部零件的順序 ,在 零件功能模塊之下依次畫出了車架部分、轉向操縱機構 (包括轉向操縱桿、轉向軸、支承轉向軸的轉向軸承 )、轉向搖臂、轉向傳動機構 (包括轉向直拉桿、轉向橫拉桿、轉向節(jié)臂 )的模型 . 4 轉向裝置運動模擬 上面已經完成了對轉向裝置總成及各部分零件的分析與設計 ,對重要的受載零件利用材料力學知識進行了受力分析、強度以及剛度的計算校核。在計算過程中力學性能 均能保證較為充裕的余量 ,在實現(xiàn)轉向機構各項功能的同時 ,保證機構的強度及剛度滿足要求 ,同時也使得各項車輪位參數(shù)的在裝配過程中設置相互轉動的零件之間的約束為“銷釘冶約束 ,可以在完成裝配圖之后 ,操縱桿施加轉矩 ,來模擬真實的轉向工作過程 ,運動過程中觀察可以對轉向機構進行運動模擬 ,以觀察各部件的實際運動狀況 ,發(fā)現(xiàn)機構設計中的運動干涉及是否存在零件設計的不合理 ,已經設定轉向車輪的最大轉角為 30 再通過三維軟件的模擬 ,設定轉向輪最大轉角為 30 時 ,比較直觀地觀察了轉向裝置的運動過程 ,轉向裝置機構設計合理 ,各機構之間未發(fā)生運動 干涉 9 至此完成了對轉向裝置的三維建模以及運動分析 ,利用現(xiàn)代的設計方法模擬實際工作狀態(tài) ,通過這個過程對前面的各參數(shù)進行了檢查與確認 ,最終完成了轉向裝置的設計。 I 節(jié)能賽車轉向系統(tǒng)設計 摘要： 現(xiàn)在 的 能源 短缺 問題已 然成為了全球 經濟、 全球 政治 以及 公共決策 最嚴峻 的挑戰(zhàn)之一 。 中國 的 節(jié)能競技大賽 就是 在這 情況下產生的 。 需要參考 節(jié)能賽車 有關 易操控、輕量化 的 特點 。從而 對節(jié)能賽車的轉向裝置進行 分析 研究設計。轉向裝置 是由 轉向操縱機構、轉向傳動機構和轉向器 三部分組成 。確定轉向裝置總成方案、設計轉向節(jié)、轉向梯形的結構尺寸 。通過 增加輕量化材 料 的使用 。以達到 實現(xiàn)減輕賽車質量 從而 最終降低油耗的目的。本文 將 對參加節(jié)能競技大賽的 有關 車隊 起到 一定的指導 作用 。 關鍵詞： 節(jié)能 賽車 ； 轉向裝置 ； 轉向 梯形 ； 輕量化 ； 降低油耗 of s of of s is in to to of of of of In to of of In a in 錄 摘要 ................................................................. I ........................................................... 錄 ............................................... 錯誤 !未定義書簽。 1 緒論 ................................................................. 1 究背景 ........................................................... 1 能競技大賽的背景及規(guī)則 ..................................... 1 賽環(huán)境 .......................................................... 2 能競技大賽在國內的發(fā)展 ..................................... 3 題研究的意義 ..................................................... 4 2 節(jié)能車轉向機構總成的分析與計算 ..................................... 5 能車轉向機構介紹 ................................................ 6 能車輛轉向總成裝配方案的確定 ..................................... 8 能車轉向總成的分析與計算 ....................................... 10 克曼轉向系設計 ................................................. 11 3 節(jié)能車轉向機構零件的計算與校核 .................................... 14 4 轉向裝置運動模擬 .................................................. 16 5 結論 .............................................................. 18 參考文獻 ............................................................ 19 致謝 ................................................................ 20 1 1 緒論 究背景 在當今世界，石油資 源 干涸 ，石油 儲藏 飛快 下滑，中國的汽車數(shù)量年增加率卻達到了 使得中國的燃油消費需要呈快速增長態(tài)勢，然而燃油卻嚴重依賴進口。因而，汽車節(jié)約能源和環(huán)境保護問題十分重要，面對定量的石油資源與國家能源戰(zhàn)略碰到的威脅和需求，汽車節(jié)約能源與環(huán)境保護已變成汽車技術范圍的研究重點 [1]。 因為 能源 問題 日趨 惡化 ,節(jié)約能源減少排放 已 變成了 影響世界 全球 各國可持續(xù)發(fā)展的重要 難題 。 所以要 抓住 機會增加 創(chuàng)新 水平 和研發(fā)實力， 把握 節(jié)能汽車市場，研究和開發(fā)高效節(jié)能 的 汽車。 能競技大賽的背景及規(guī)則 在二十世 紀九十年代 ,本田公司在日本東京 資助舉行 第一屆“本田宗一郎杯”燃油 消耗 競技 比 賽。這個比賽的目的是利用現(xiàn) 在 的技術 與水平，尋找對付 能源 不斷減少與 環(huán)境 惡化 的 好 辦法 ， 提醒 我們 節(jié)約能源與環(huán)境保護 的重要性 。 競賽要求依靠相同的本田低油耗汽油發(fā)動機（ 125 毫升），而框架部分由各自隊伍自己制作，比賽時在規(guī)定的場地內跑完全程，比賽中使用燃油最少的隊伍獲勝 [4]。在日本，有從初中和高中與大學的學校隊伍、企業(yè)隊伍，與來自社會中的一共 500 個隊伍，制造出擁有獨特特點的賽車加入競賽。 2 式各樣的競技賽車 賽環(huán)境 比賽 位于 廣東國際賽車場，比賽時間是 2017 年 10 月 27 日，根據(jù)歷史氣象資料，平均氣溫 20° C 到 25° C。 3 圖 東國際賽車場 廣東國際賽車場 是一所頂級的賽車場 。 擁有數(shù) 個 不同速度的 彎道，使 的 賽道用最少的面積 通過賽道線行的 不同組合變化 ， 從而 滿足賽道 對于于可靠性和 運動性的 相關需要 。 無論 是對于 高 手 或菜鳥 都是一個不小的挑戰(zhàn)。廣東國際賽車場 面積為 550 多 畝， 比賽場地 長 約 米 ， 寬度 最 少為 12m，最 多為 15m， 它的 最大 速 度大約是 250km/h，可 以 容納 22 輛車同時發(fā)車。 擁有 13 處彎道，包括有 4個 左彎 賽 道 和 7 個 右彎 賽 道， 15 處 裁判點。 二三十 間維修車間 可以滿足 車隊 的大部分要求 。 二圈賽道長度： 5277m 四圈賽道長度： 10917m 直道長度： 718m 彎道最小曲線半徑： R=10m 彎角： 13 個 賽道落差： 3 米 平均速度： 25km/h 最高允許時速： 250km/h 賽道寬度： 12能競技大賽在國內的發(fā)展 本田節(jié)能競技比賽到目前為止已經有超過 34 年的歷史了，它在日本進行了 4 28 屆，在泰國進行了 8 屆，在中國舉辦 10 屆。 2007 年 11 月 11 日，在上海 舉辦了第一屆 中國 節(jié)能競技比賽。來自中國不同省市的三十多所院校 的隊伍、 體隊伍，和來自泰國與日本的特邀隊伍共七十七只車隊參與了這屆比賽。最終東風本田的隊伍獲得了冠軍。 2009 年 9 月 24— 26 日，第三次本田中國節(jié)能競技比賽的總決賽在上海 球賽場勝利舉行。有 130 支車隊參加了比賽，最終 首都 理工大學的隊伍奪得大學組冠軍，使汽車 用 一升油行駛 1331千米。 獎的賽車 題研究的意義 本田節(jié)能競技大賽旨在發(fā) 揚 節(jié)能減排的 好 風氣，它結合了如發(fā)動機的裝配和坐標變換， 汽車 設計，機械構造，材料力學的對應學識，讓隊伍經過努力提升一升汽油的潛力。同時，賽事給予了參與者設計經驗與生產賽車的快樂的機遇，增 5 加了動手水平。 隊合作 節(jié)能競技 比 賽 希望人們保持節(jié)約能源的思想 ，參 加比賽體會挑戰(zhàn)極限的 樂趣 ，知道保護環(huán)境 的 實際價值 。 一 立方分米 汽油 可以開 多少 如果 直接 按 百公里 行駛 油耗 計算 ，每百公里5 升， 算少了吧 ？ 所以 一升油能跑 二十千米 。但那樣， 你 就太 小瞧 賽車的潛力了，它的 最高記錄是 3435 公里！ 相當于 從太原至重慶 的 距離 。 車 輛節(jié)約能源減少排放十分 重要， 因為 當前我國 在 汽車 節(jié)約能源 上十分落后 。 所以 要努力開展 先進的混 合動力車和燃料電池車、 先進 柴油、乙醇 為標志 的新能源技術的開發(fā)和推廣 ，需要努力設計 和 制作 是汽車行業(yè)在當前技術 領域 的現(xiàn)狀，對 于 車輛的使用 需要很多具有 高 性價比 的 節(jié)能產品 【 6】 。 依靠材料 的 相關領域 知識 同時把握 節(jié)能競技賽車 關于的 易操縱、 重量輕的特點。將選用機械轉向機構作為思考與借鑒對象，對節(jié)能汽車轉向器、轉向梯形展開對應設計，使用輕質材料，來減少汽車重量，增加可操控性和降低燃料消耗量。 2 節(jié)能車轉向機構總成的分析與計算 6 能車轉向機構介紹 因為 節(jié)能競技 賽 車易操控 ， 輕量化的特點 。從而讓 其轉向機構 和如 今的 汽 車 上 使用的傳統(tǒng)轉向機構 擁有明顯不同，然而這些 轉向系統(tǒng)的 制造 方法 與 設計原理 給予 節(jié)能競技賽車的 有關 設計 以很大幫助 。 現(xiàn)在 汽車的轉向系統(tǒng) 都由 轉向操縱機構 與 轉向傳動機構 與 轉向器 構 成 。當要 轉向時 ，就給予 轉向 桿一定的 操舵力 ，轉向 桿就會給予 轉向軸 相應的 力矩 。這種 力矩 從 轉向傳動軸輸入 到 轉向器 里 。 再經 過 轉向器 的 放大 與 改變力矩 的 運動方向 ， 力矩傳 送到 轉向直拉桿 中讓 轉向傳動機構 的 左右轉向節(jié)轉向輪 發(fā)生改變，讓 汽車 的轉動 方向 變化 。 一般 汽車轉向技術包括各 種形式的轉向器 和 轉向助力技術 ，這些技術 都已經在 現(xiàn)實生活 中 有所體現(xiàn)。然而 節(jié)能競技 賽 車上使用 的 這些現(xiàn)有技術 都 是不可行的 。它只是借鑒了 汽車轉向系統(tǒng)的設計 思路與 方法 ，用來幫助 節(jié)能 賽 車轉向裝置的 相關 研究。方法和原理有 以下 幾點 ；第一， 轉向系統(tǒng) 需要留下 轉向操縱機構 與 轉向傳動機構 與 轉向器三部分。第二，讓 汽車 的 2 個 轉向前輪 滿足 一定 要求，就 要 由 轉向梯形機構來 確保。 阿克曼轉向廣泛的用于斜躺自行車，賽 車的重量和設計與斜倚自行車的重量和設計相似，因此許多部件可以直接從 斜躺 自行車上取出來。 阿克曼轉向系統(tǒng)可以在轉動時讓內輪胎比外輪胎轉角大。這種現(xiàn)象會使?jié)L動摩擦力最小化。滾動摩擦使輪胎轉彎減慢，這對節(jié)能運 動等事件非常不利?，F(xiàn)在 轉向梯形 都 用 電腦來設計， 利用 件對轉向梯形 的 進行分析 ， 優(yōu)化 ， 設計 。當今 汽車的輕 型 設計 思想 對節(jié)能 賽 車 的 轉向機構設計有 一定 的 幫助 。 7 2 工具圖 8 2 加工過程 能車輛轉向總成裝配方案的確定 節(jié)能 賽車 車轉向的設計是基于所選擇的框架方案來 確定的 ，使得車輪配置狀況 會左右 轉 向 制定方案。節(jié)能 賽車 可 以 自由 的 選擇車輪配置 與 轉向方式?，F(xiàn)有車輪配置主要是接下來的三個 。前面兩個輪后面一個輪是用后輪來驅動前輪轉向的，如 圖 面一個輪后面兩個輪是用后輪來驅動前輪轉向的 ，如 圖 后各兩輪是用后輪驅動的如圖 當我們考慮車輪安排時，我們先放棄四輪安排是由于車輛設備質量的提高 ， 輪胎滾動阻力增加 ， 節(jié)能效果不理想。 因為要提高 傳動 比，所以不用 前一后兩 的 差速驅動的 方法 ； 最后考慮前兩輪后一輪方案 ，它有 結構 不復雜 ，穩(wěn)定 良 好，易生產， 行駛阻力小 的好處 。 所以 采用圖 方案 ，認真對待 車輪 的 定位準確性 與 操縱的輕 巧 性 以 及機構的輕量化的研究。 9 圖 輪轉向圖 圖 輪驅動 圖 輪設計 圖 克曼轉向原理 如今選擇的 節(jié)能車轉向機構 大多是 阿克曼式結構如圖 示。 當車輛轉動時，為了減小阻力，它必須沿著一定的弧線軌跡行進。方向盤的延伸部位在非機動后橋的延伸部上，內輪的轉角大于外輪的轉角。 因為需要 車輪旋轉以 控制轉向 ，所以須要 轉向臂結構。 10 當前兩輪控制轉向時，車輪的轉向軸與側桿 的支點形成了梯形結構。通過設計轉轉向臂可以在設計中 達到 梯形形狀。 能車轉向總成的分析與計算 節(jié)能賽車轉向裝置由 3 個總成構成 轉向操縱機構與轉向傳動機構以及轉向器。轉向操縱機構由轉向車把和轉向軸以及支承轉向軸的轉向軸承組成。轉向器可以簡化為轉向搖臂，轉向傳動機構由轉向直拉桿、轉向橫拉桿以及轉向節(jié)臂構成。此外，還有連接轉向車輪與轉向傳動機構的轉向節(jié)總成。 ① 轉向操縱機構 見圖 圖 把受力圖 按照規(guī)定 ，使用現(xiàn)有的自行車 的 把手 就可以 直接 代替 轉動車把， 而 強度和剛度 都 滿足 了相關規(guī)定 要求。在節(jié)能競爭 賽 車中，轉向軸軸承 的 外圈 與 框架 連在一起 ，內壁 和 轉向軸 需要 用過盈配合，并 且用油 潤滑 ，使 的 轉向 光滑，還有 支撐轉向軸 與 車把的 效果 。 ②轉向器 可以影響 駕駛員的轉向力和轉向動作方向的裝置 ， 在車 中叫做 轉向器，在節(jié)能車中 叫做 轉向 搖 臂。轉向搖桿 用 不銹鋼板 來進行制造 ， 改變 厚度以 達到 扭轉強度。上 部用 半圓與轉向軸 相接， 下 部則轉出小 孔 ， 用螺栓 和 轉向直拉桿相連 ， 圖 。 11 ③轉向傳動機構 轉向機構的目的是將轉向搖臂上的力矩轉移到轉向節(jié)上去，用來改變方向桿的兩邊，使得兩個方向桿的角 度根據(jù)相應的關系（內輪角度大于外圓）偏轉，以確保汽車方向桿可以進行純粹的滾動。 見圖 圖 向節(jié)總成 圖 體轉向節(jié) 現(xiàn)在，許多節(jié)能車用焊接整體式轉向節(jié)，見圖 型以后轉向節(jié)的相關數(shù)據(jù)（主銷內傾角、主銷后傾角、前輪前束、車輪外傾角）只要有存在不達標，就會浪費并需要再次制造，在之后的階段，不能對車輪定位參數(shù)進行修改。本的設計比之前的設計有很大不同，那就是將整 體轉向節(jié)改進 成整 體式活塞 桿端轉向節(jié) ，能調整轉向節(jié)兩端的長度來達到實現(xiàn)少量的定位參數(shù)的改變 ,同時可以修正轉向機構部件的彎曲變形。 克曼轉向系設計 在互聯(lián)網上有一個阿克曼 速算表 ，它記載了許多 三輪車阿克曼轉向幾何 ，這有助于阿克曼轉移到關鍵的參數(shù)確定和設計，將使用它來設計賽車的阿克曼轉向系統(tǒng)。由兩個部分組成：一部分是輸入系統(tǒng)參數(shù)，另一部分則為精準的阿克曼幾何計算情況。首先，確定常量和變量。 圖表中的紅色標記是不變的。常數(shù) 底盤尺寸和車輪尺寸決定其他尺寸。當前變量為 d， f 和 j。 然 12 后，輸入變量值減小了 理想的阿克曼轉向誤差，導致阿克曼轉向適合 2的不同轉向半徑。圖 示了誤差范圍內 5轉向半徑的不同軸距。 圖 克曼轉向系速算表 13 圖 距的計算結果 14 3 節(jié)能車轉向機構零件的計算與校核 15 要確保開車的安全性，構成轉向系統(tǒng)的部件要有一定 的強度，在設計零件的結構時，要確保在低重量的條件下讓部件滿足保證強度與剛度需求。使用公式計算汽車轉向阻力矩 )。 即 313?(3F 滑動摩擦因數(shù)，是為 轉向軸載荷，等于和車把手上的變速、剎車以及駕駛員給予的力。駕駛員是 40向軸負荷為 100N(10P 為輪胎的氣壓 ,氣壓范圍是 27060于高胎壓會減小車輪滾動阻力，所以 P 是400? ? （ N* 車把上的手力等于轉向盤上手力的公式 ; ?? (3 式中 , 1L 為轉向搖臂的長 =65 2L 為轉向節(jié)臂的長 =75 為轉向盤直徑 ,現(xiàn)為轉向車把的長度為 450 ?I 為轉向角的傳動比 ,用轉向節(jié)臂長 2L 與搖臂臂長 1L 之比進行表示 ,即 12 2L 1L 的比值在 看作 1； ?? 是 轉向器角的傳動比，節(jié)能車不用轉向器，所以取 ?? =入公式； *45 0*70 *65*2 ?? 在車輛一定的條件下，以上的力是最大值。因此，該值可以用作計算加載下一步計算。在進行設計制作時，構件要滿足強度需求。不能在賽車的運動中產生了斷裂與破碎。接下來，在達到 強度要求的情況后，應當有更大的剛性。防止產生過度的彎曲變形，從而影響車輪定位參數(shù)的可靠性，根據(jù)以往的零件初始設計經驗，首先需要設計零件的各項參數(shù)，如所用材料，加工工藝等然后利用力學的相關知識對它的強度以及剛度進行考察。在檢查的過程中，大多數(shù)部件都是合格的，可以保證一定的安全系數(shù)。一些零件發(fā)生強度達到要求然而剛度不達標時， 16 要用彈性模量更大的材料進行制造，或者是，通過對零件進行熱處理的辦法來增加它的剛性，使得剛度也能達到標準。用這種辦法，對轉向裝置進行設計。根據(jù)曲線的最小曲線半徑，參見圖 定方向盤極限角 度 30°，根據(jù)移動模式在計算過程中，使用文獻中描述的最小轉彎半徑的計算。 最大轉角 ? =30°， 長度是 160車架決定），在三角形 2 030s 0s ?? ?, 向系參數(shù) 參數(shù)名稱 轉向系角傳動比 最大轉角 最小轉彎半徑 數(shù)值 30° 轉向裝置運動模擬 上文 已經完成 了 轉向裝置總成 以及 各部分零件的 計算 與設計 過程 ,關于 受載 17 零件 要用 材料力學 的資料 進行受力分析、強度以及剛度的計算。在計算 中 力學性能 要 保 持 超額余量，在實現(xiàn)各種功能的轉向機構的同時，確保強度和剛度達到要求，從而保證車輪定位參數(shù)的 精準 。 要讓 設計結果 合理 ，用三維軟件 作了三維模型的轉向和運動仿真。 ①從整體到部分，在 件 中繪出車架部分，轉向操縱機構（包 括轉向手柄，轉向軸，支承轉向軸的轉向軸承 ），轉向臂，轉向傳動機構（包括轉向直拉桿，轉向橫拉桿，轉向節(jié)）型號，見圖 ②在第一步完成后，利用 組件模塊，參見圖 作出轉向結構各部③ 用三維模型 來進行 模擬轉向裝置的工 況 ，觀察 對應 機構的運動是否 有 干 涉、轉向角 卡死 的 現(xiàn)象 ， 擴展 了各 部分 的設計 進程 。 圖 節(jié)螺栓三維圖 片 圖 向節(jié)總成三維圖 在進行加工時設定相互轉動的零件的約束是“銷 釘”約束，能在完成加工圖后，對圖 車把給予轉矩，可以模擬真實的轉向過程，在察看轉向機構進行的運動模擬，以便察看各部件的實際運動狀況，就可以知道機構設計里運動干涉有無零件設計不合理。 依靠在以上運算，轉向車輪的最大轉角是 30°，依靠三維軟件進行模擬，設置 30°為轉向輪的最大轉角，可以更直觀的看見轉向過程，轉向裝置設計標準，機構間無干涉，見圖 18 圖 向裝置運動模擬 此時，完成了轉向裝置的三維建模和運動分析，并 且用 現(xiàn)代設計 的 方法模擬 了 真實 工 的 作狀態(tài)。 查看 過程，確 定 以上 參數(shù)， 完成轉向設計。 5 結論 （ 1） 節(jié)能 賽 車 在 轉向裝置總成 中 的分析與計算 過程 。 可以 選 擇 的轉向總成方案 有不少，通過了解 節(jié)能賽車 框架 的設計 和 整 體規(guī)劃從而 確定轉向裝置的總成 可以對接下來的 工作 起到 指導 作用 。 19 （ 2）節(jié)能賽車在轉向裝置的各 部分 零件中 的 參數(shù)計算 過程 和強度和 強 度分析 經過 。關于車輪定位參數(shù)的相關計算，它將對節(jié)能競技賽車的滑行效果和駕駛員行駛的輕巧和舒適度有一定影響。 （ 3） a 轉向裝置在三維模型中的建立和工作情況的模擬。轉向機構在所有零件中的相互連接的選擇獨一無二，恰當?shù)南嗷ミB接會利于 實現(xiàn)設計目標。轉向裝置的輕型化可以減少汽車的重量減少油耗。 參 考 文 獻 [1]發(fā)改委 .“十二五”規(guī)劃綱要發(fā)布 [J]2011(4):24. 20 [2]黃金陵 M]機械工業(yè)出版社 ,2011:52. [3]陳家瑞 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社， 2012:13. [4]張啟明 J]2013， 25(8):43 [5]方國浩 ,范明志 ,盛利平 與趨勢 [J]汽 車 ,2008(10):94[6] 喬軍奎 . 能競技大賽 [J]2012,2(2):146 [7]李江濤 .《節(jié)能賽車設計及其 析優(yōu)化》 [J]2014(3). [8]姚喜貴 能競技大賽車的分析 與研制 [J]2010(4):18～ 19. [9]穆能伶 M]機械工業(yè)出版社 ,2011:167[10] A 225[11]of a 51～ 257 [12]趙聰 .《 節(jié)能 賽車轉向系統(tǒng)設計及性能分析 》 [J]. 太原科技大學學報 ,2012(1). [13]邵志剛 [J] 2010(6): 68～ 70. [14]f ]. 10): 910] [15]劉濤 M]．北京：北京大學出版社， 2012:10. [16]張文春 M]．北京： 機械工業(yè)出版社 ,2010:3. 致 謝 21 在這次設計完成之時，四年緊張而又充實的大學生活就要畫上句號了。大學的時光對我而言是一個非常美好的回憶，在這四年中，我學會了很多東西，我相信通過這四年的洗禮， 我在以后的工作和生活中可以走得更遠更好 ! 首先，感謝我的畢業(yè)設計指導老師。從論文的選題、提綱的議定、研究方法、篇章結構、理論指導、修改直至最后的各個環(huán)節(jié)都給予了極大的支持和幫助。 其次，在做設計的過程中，要感謝和我一起做畢業(yè)設計的同學。同學之間的相互學習和相互幫助最終克服了許多困難，我才能順利的完成此次畢業(yè)設計。 最后，感謝所有課程的授課老師。在四年的學習中，是他們的悉心教導才使我對專業(yè)的認識不斷加深，并最終完成我的大學四年求學生涯。在此，對所有老師表達最由衷的感謝。 中 期 報 告 系名 專業(yè) 學生姓名 班級 學號 論文（設計）題目： 節(jié)能賽車轉向系統(tǒng)設計 本人在該論文（設計）中具體 應完成的工作： 研究包括轉向操縱機構、轉向器和轉向傳動機構的設計。確定轉向裝置總成的方案、設計轉向梯形、轉向節(jié)的結構尺寸 。 計）開始以來所做的具體工作和取得的進展（要詳細內容） 一、具體工作 通過學習、調查、上網以及文獻檢索等多種有效方法，系統(tǒng)地收集有關 能競技大賽 的 背景及規(guī)則和 節(jié)能 賽車 轉向系統(tǒng) 的研究成果及 各構件參數(shù)； 在對國內外 節(jié)能 賽車 轉向系統(tǒng) 設計發(fā)展的技術現(xiàn)狀及研究方向，進行系統(tǒng)分析的基礎上確定設計策略，作為構思設計方案的指導思想； 查找與論文相關的英文文獻，完成外文翻譯工作； 根據(jù)上面所述，并結合指導老師的講解和要求，完成本 畢業(yè)設計 的中期報告 二、課題進展情況 對其展開了分析與研究 。 設計轉向梯 形、轉向節(jié)的結構尺寸 以及 研究包括轉向操縱機構、轉向器和轉向傳動機構的設計。 向系統(tǒng) 的受力情況 ,并進行簡單分析 。 向系統(tǒng) 的具體尺寸 ,學習并繪制三維圖 。 中 期 報 告 一步的主要研究任務，具體設想與安排（要詳細內容） 一、 目前存在的問題 件的使用還不太熟練，有待加強練習。 相關知識掌握還不夠全面，需要繼續(xù)學習。 稿有待繼續(xù)完善，將所做工作完整的展現(xiàn)出來。 據(jù)分析不夠，有些問題支撐不了。 可能錯一個地方就出不來結果，很難控制。 二 、 下一步的主要研究任務，具體 設想與安排 下一步的 主要研究任務是在已完成的基礎上給予完善，具體的方法是參 閱更多的相關研究文章，尤其是研究較為完整系統(tǒng)的書籍，深度提取其成果， 與自己的 研究方向 相結合 。 安排如下 真軟件，將已建立的模型進行網格劃分； 模型展開分析與計算； 業(yè)設計 答辯。 中 期 報 告 該學生前期研究工作的評價（是否同意繼續(xù)研究工作） 指導教師 親筆簽字 ： 年 月 日 備注： 1、本表由學生填寫，指導教師親筆簽署意見。 2、以上各項句間距可以根據(jù)實際內容需要調整。 任 務 書 一、畢業(yè)設計課題的任務和要求： 根據(jù) 第 11屆 賽 賽事規(guī)則和賽車制造標準要求 ， 結合節(jié)能賽車輕量化、易操控的特點 ， 對賽車的轉向裝置進行研究設計。研究內容包括轉向操縱機構、轉向器和轉向傳動機構的設計。確定轉向裝置總成的方案、設計轉向梯形、轉向節(jié)的結構尺寸 ， 實現(xiàn)減輕賽車質量最終降低油耗的目的。 二、畢業(yè)設計課題的具體工作內容（包括原始數(shù)據(jù)、技術要求、工作要求等）： 1、了解課題相關背景，熟悉 、 掌握汽車轉向系統(tǒng)的 組成及工作原理； 2、查閱相關技術文獻 15 篇以上，其中至少有 2 篇外文相關文獻，并將其中 1 篇不少于 2000 詞的外文資料翻譯成漢語 ； 3、確定轉向系統(tǒng)的布置方案（轉向梯形、轉向拉桿的布置，轉向機構的選擇）； 4、轉向系統(tǒng)部件的選型與匹配（轉向機、傳動軸、方向盤、橫拉桿）； 5、轉向系統(tǒng)的加工制作； 6、制作 節(jié)能 賽車、 撰寫畢業(yè)設計說明書 1 篇 ； 7、 論文答辯。 任 務 書 三、對畢業(yè)設計課題成果的要求〔包括畢業(yè)設計、圖紙、實物樣品等 )： 1、 節(jié)能 賽車一輛 ； 2、 畢業(yè)設計論文、論文電子文稿、答辯 一份； 3、外文翻譯一份。 四、畢業(yè)設計課題工作進度計劃： 起 迄 日 期 工 作 內 容 2017 年 2 月 13 日 ~ 3 月 3 日 3 月 4 日 ~ 5 月 10 日 5 月 11 日 ~5 月 19 日 調研、文獻檢索、制定方案，撰寫開題報告 組裝 節(jié)能 賽車 、 撰寫畢業(yè)設計說明書 準備和進行畢業(yè)設計 論文 答辯 學生所在 系 審查意見： 系主任 ： 年 月 日 開 題 報 告 文 獻 綜 述 題研究背景 在石油資源日益枯竭、全球石油儲藏量急劇下降的背景下，我國汽車保有量卻以平均每年 速度增加，使得我國對燃油的消費需求以驚人的快速度增長， 但 有很大一部分依賴進口。一方面，我國汽車節(jié)油技術的應用有限，燃油的使用效率普遍不高，汽車百公里耗油約比發(fā)達國家高 20%；另一方面，機動車排放污染已經成為我國污染物的主要來源之一 [1]。因此，汽車節(jié)油和環(huán)保問題日益突出，面對有限的石油資源和國家能源戰(zhàn)略遇到的威脅與挑戰(zhàn)，汽車節(jié)能與環(huán)保技術已成為汽車技術領域 的研發(fā)熱點 [2]。 隨著能源危機日趨嚴重 ,節(jié)能減排已成為影響當今世界各國可持續(xù)發(fā)展的重要課題。同時“十二五”規(guī)劃中 ,節(jié)能減排是經濟結構調整的重點 ,因此 ,應該抓住這個機遇 ,不斷提高創(chuàng)新能力和自身研發(fā)實力 ,把握節(jié)能車市場 ,研究和開發(fā)高效、節(jié)能、環(huán)保的節(jié)能車 ,具有重要的理論意義和廣闊的應用前景 [3]。 能競技大賽 的 背景及規(guī)則 1981年 ,本田公司在日本東京贊助舉辦了第一屆“本田宗一郎杯”燃油耗費競技大賽。（ 賽以本田公司創(chuàng)始人本田宗一郎的名字 命名。大賽的宗旨是利用現(xiàn)有的技術和能力，尋找應對能源危機和環(huán)境污染 的最佳途徑，喚醒人們的節(jié)能和環(huán)保意識， “大家行動起來，充分利用有限的地 球資源是參賽人員的一致心愿 ” [4]。 比賽要求參賽車輛使用統(tǒng)一的本田低油耗汽油發(fā)動機（ 125而車架和車身等部件完全由各車隊獨自創(chuàng)作，賽車在指定的賽道內跑完賽程，比賽消耗燃油最少 的獲勝 [5]。在日本，每年都有來自初中、高中和大學等的學校代表隊、企業(yè)代表隊，以及來自社會上的共約 500 支車隊，創(chuàng)作出具有新穎構思和創(chuàng)意的賽車參加比賽。同時，這項比賽也逐漸向海外擴展， 泰國、巴基斯坦、俄羅斯、韓國等的參賽者相繼參加了日本的比賽 [6]。 能競技大賽在國內的發(fā)展 4年歷史，在日本已經舉辦了 2屆，在泰國也已 經舉辦了 9屆。在中國已經成功舉辦 3屆 (包括一次試行 )[7]。 2007年 11月 11日，第一屆 國節(jié)能競技大賽在上海國際賽車場勝利舉辦。來自全國各地 30所高校的大學代表隊、 關企業(yè)代表隊、媒體代表隊，以及來自泰國和日本的特邀代表隊等共 77只車隊參加了本屆大賽。最終來自東風本田發(fā)動機有限公司的 成績獲得了本屆 能競技大賽的總冠軍 [8]。而最佳設計獎和最佳技術獎分別被中國農業(yè)大學的“農之魂代表隊”和汽車導報深圳職業(yè)技術學院的“汽車導報高職院代表隊”獲得。 2009 年 9月 25— 27日，第三屆 1國際賽場成功舉辦。參賽的 120支節(jié)能車隊的激烈角逐，最終北京理工大學翼升車隊以 1279 的成績打破 了 由同濟大學創(chuàng)造的 966的中國記錄，奪得大學組冠軍寶座，即一升油使自造節(jié)能汽車行駛 1279 公里。 題研究的意義 結合了關于發(fā)動機總成改造、車架和機械機構設計、車身空氣動力學、材料應用等的相關知識，讓參賽車隊通過各項技術挖掘一升汽油的無限潛能 [9]。同時，比賽也為參賽者提供體驗親手設計和制作賽車的樂趣的機會，提高實踐能力。 能競技大賽的宗旨在于“讓肩負著人類未來的年輕人通過思考和實踐來體會如何更有效地利用資源，如何把我們生存的這個星球更完好地傳遞給下一代?！?[10]。 參與者秉持“用最少的能源行駛更遠的距離”的想法，親身參與賽事感受“挑戰(zhàn)節(jié)能極限”樂趣、體驗“減排即是環(huán)?！钡睦砟?、認知“環(huán)保從我做起”的實際意義 [11]。自 2007年在中國舉辦首屆賽事以來，賽事在向社會廣泛普及環(huán)境保護理念和知識的同時，也喚起了中國年輕一代對節(jié)能環(huán)保事業(yè)的關注，吸引了越來越多的人參與到環(huán)保行動中 。 三十多年前殼牌（ 司向全世界的工程師提出挑戰(zhàn)：開發(fā)和研制用 1 公升汽油跑 100 公里的低消耗的節(jié)能車，這個提議讓所有的人都興奮不已 [12]。一升汽油能行駛多少公里？按照慣性思維， 您可能會直接根據(jù)百公里油耗換算，比如每百公里 5升，夠低了吧？如果您估計一升油能跑 20 公里，那您就太低估賽車的油耗潛力了，“本田節(jié)能大賽”目前的最高記錄是 3435 公里！相當于北京到重慶高速公路的往返里程 [13]。 汽車節(jié)能減排的重要性不言而喻，考慮到當前我國的汽車節(jié)能技術發(fā)展的實際情況 [14]。 除了要積極推進以混合動力、燃料電池、 先 進柴油 ,醇類汽車等為代表 的新能源汽車技術的發(fā)展外 ，另一個推進汽車節(jié)能減排工作的措施就是大力研究開發(fā)適合我國現(xiàn)階段汽車行業(yè)技術現(xiàn)狀，并適合大量在用汽車的高性能節(jié)能產品 [15]【 16】 。 參考文獻 ： [1]發(fā)改委 .“十二五”規(guī)劃綱要發(fā)布 [J]2011(4):24. [2]黃金陵 M]機械工業(yè)出版社 ,2011:52. [3]陳家瑞 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社， 2012:13. [4]張啟明 J]2013， 25(8):43 [5]方國浩 ,范明志 ,盛利平 J]汽 車 ,2008(10):94[6] 喬軍奎 . 能競技大賽 [J]2012,2(2):146 [7]李江濤 .《節(jié)能賽車設計及其 [J]2014(3). [8]姚喜貴 能競技大賽車的分析與研制 [J]2010(4):18～ 19. [9]穆能伶 M]機械工業(yè)出版社 ,2011:167[10] A 225[11] in a 1; 19712]趙聰 .《 節(jié)能 賽車轉向系統(tǒng)設計及性能分析 》 [J]. 太原科技大學學報 ,2012(1). [13]邵志剛 [J] 2010(6): 68～ 70. [14]f ]. 10): 910] [15]劉濤 M]．北京：北京大學出版社， 2012:10. [16]張文春 M]．北京： 機械工業(yè)出版社 ,2010:3. 開 題 報 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 傳統(tǒng)的汽車的轉向裝置包括轉向操縱機構、轉向器和轉向傳動機構三大部分組成。由于該系統(tǒng)結構復雜，適用于前兩輪的節(jié)能車。節(jié)能 賽車 是前一輪的配置形式 ,采用自行車的前叉來進行直接轉向，這樣不 僅構造簡單而且大大減輕了整車重量。 由于節(jié)能 賽車和賽道特殊的特點， 節(jié)能 賽車的操控性輪胎的單側偏磨 問 題一直困擾著參賽者 ,賽車的操控性和轉向穩(wěn)定性問題非常重要。賽道的摩擦系數(shù)可以達到 f=就意味著輪胎的溫度會很高，若出現(xiàn)單側偏磨現(xiàn)象，將會是一個很大的安全隱患。因此，提高轉向系統(tǒng)操作穩(wěn)定性和轉向穩(wěn) 定 十分重要 。 為了更好的了解所作題目，查閱已有文獻資料是十分重要的，由于資料很少。因此，在設計過程中，廣泛的搜集資料，并借鑒了 賽車 的一些數(shù)據(jù)資料對我的設計工作起了很大的幫助。在這些文獻 綜述中，詳細的介紹了 節(jié)能 賽車 的一般設計思路，如外形的設計，驅動方式如何，具體結構等等，都對我即將所作的設計提供了很大的幫助，此外，為了更好的設計 節(jié)能 賽車 ，在軸、帶、齒輪等重要元件的設計過程中保證其結構的準確性，又對機械設計等專業(yè)課本進行了系統(tǒng)的復習，但還是有很多關鍵技術是專利項目，不會公布在資料之中的。所以，我參考用的資料并不能解決我在設計過程中所遇到的所有難點，有許多的問題是根據(jù)我自己的想法來做的。因為我的這些想法并不成熟，沒有太多的實踐性，所以，在解決一些棘手問題時并不能夠很好的解決。在今后的設計中，還 需要通過實踐，對其一步一步的進行改進。 賽車轉向系統(tǒng)總體方案的確定 1 轉向系統(tǒng)方案的選型 大賽規(guī)定轉向系統(tǒng)為機械轉向系統(tǒng)，目前應用較廣泛的機械轉向系統(tǒng)有齒輪條 式轉向器、循環(huán)球式轉向器、蝸桿曲柄銷式轉向器?？紤]到比賽賽車體積較為緊湊 的 轉向系統(tǒng)安裝位置有限，對于轉向系統(tǒng)的靈敏性要求較高，而賽道道路條件較好，路 面不會對于車輪產生較大的沖擊等因素 ， 決定選擇該賽車的轉向系為齒輪齒條式轉向 系統(tǒng)。 2 齒輪齒條轉向系統(tǒng)的總體布置形式 1）輸入輸出型式：中間輸入兩端輸出 ( 結構簡單、制造 方便、成本低 )。 2）齒輪齒條選擇：斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合（重合度增加，運轉平穩(wěn)，沖擊與 噪聲均降低，而且齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角易于滿足總體設計 要 求）。 3）齒條斷面形狀：圓形（制造簡便）。最終的布置為：采用中間輸入兩端輸出的輸出形式，齒輪齒條采用斜齒，齒條斷面采用圓形斷面。 3 與齒輪齒條轉向器配用的傳動機構 一般來說，這種轉向系統(tǒng)的傳動結構大多 如圖 所示。轉向軸的末端與轉向器的齒輪 軸 1 直接相連或通過萬向節(jié)軸相連，齒輪與裝于同一殼體的齒條 2 嚙合，外殼則固 定于車身或車 架上。齒條通過兩端的轉向節(jié) 3、 4 與分開的橫拉桿 5、 6 相連，因 此，齒條 2 既是轉向器的傳動件，又是轉向梯形機構中三段式橫拉桿的一部分。 4 齒輪軸的確定 1）齒輪齒條傳動受力分析。若不考慮齒面之間的摩擦力，則節(jié)點 P 受法向力 分解為徑向力 F，分力 F 又可分解為軸向力 圓周力 2）齒輪軸最小軸徑確定。由于齒輪的基圓直徑 ，數(shù)值較小，若齒輪與軸之間采用 鍵連接必將對軸和齒輪的強度大大降低，因此，將其設計為齒輪軸。 5 轉向傳 動機構 1）轉向橫拉桿。轉向橫拉桿是轉向梯形的底邊。一般由橫拉桿體和旋裝在兩端的 橫拉桿接頭組成。橫拉桿接頭通過球頭銷與左右轉向梯形臂連接。兩接頭通過螺紋與 橫拉桿連接，接頭螺紋與橫拉桿體連接，接頭螺紋部分有切口，具有彈性。橫拉桿體 旋裝到接頭上后，用螺栓通過沖壓制成的卡箍將橫拉桿夾緊。橫拉桿兩端的螺紋一端 左旋，一端右旋。因此，在旋松卡箍上的螺栓后，轉動橫拉桿體，即可改變橫拉桿的 長度，從而可調整轉向輪前束。 2）球頭銷。球頭銷是聯(lián)接轉向橫拉桿和轉向梯形臂的重要零件。球頭銷的外形尺寸 是成比例的 ，所以在選定球頭直徑后可安比例確定其他尺寸。 6 結論 1賽 車車架的設計以及整車布局合理確定轉向裝置的總成對于下一步工作具有指導意義。 2定 位參數(shù)的合理確定，這對于節(jié)能競技車的滑行效果及車手操縱的輕便與舒適性影響較大。 3選 定較重要，合理的連接關系的選擇有利于達到設計目標。轉向 裝置的輕量化對于減少 整車質量，降低油耗有幫助。 開 題 報 告 指導教師意見 ： 指導教師： 年 月 日 所在系審查意見： 系主任： 年 月 日