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畢業(yè)設(shè)計 論文 開題報告 學(xué)生填表 學(xué)院 車輛與動力工程學(xué)院 年 4 月 15 日 課題名稱 大學(xué)生方程式賽車設(shè)計 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 課題類型 論文 指導(dǎo)教師 職稱 課題來源 生產(chǎn) 文獻綜述 1 課題研究的背景 大學(xué)生方程式賽車活動以院校為單位組織學(xué)生參與 賽事組織的目的主要有 一是重點培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計 制造能力 成本控制能力和團隊溝通協(xié)作能力 使學(xué) 生能夠盡快適應(yīng)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(xué)術(shù)競爭氛圍 為院校間提供交流平臺 進而推動學(xué)科建設(shè)的提升 大賽 在提高和檢驗汽車行業(yè)院校學(xué)生的綜合素質(zhì) 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(chǎn) 學(xué) 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(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)向操作機構(gòu) 轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)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(gòu) 在汽車轉(zhuǎn)向行駛時 保證各轉(zhuǎn)向 輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系 在賽車中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)占有重要的地位 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是任何車輛都不可或缺的組成 部分 其設(shè)計制造質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到車輛的操縱穩(wěn)定性 安全性等技術(shù)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(zhuǎn)向系的設(shè)計是如 此重要 通過對轉(zhuǎn)向系的優(yōu)化設(shè)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(jié)構(gòu)整體優(yōu)化 2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展歷程 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了純機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 電動 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 3 個基本階段 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為其發(fā)展趨勢 5 2 1 純機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 機械式的轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 由于產(chǎn)生轉(zhuǎn)動所需要的轉(zhuǎn)矩 完全由機械力來提供 所以為施加足 夠的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向系統(tǒng)顯得很 笨拙 而且駕駛?cè)藛T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(jié)構(gòu) 簡單 造價低廉 故障率低 目前在一部分轉(zhuǎn)向操縱力不大 對操控性能要求不高的微型 轎車 農(nóng)用機械上仍有使用 2 2 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 液壓助力轉(zhuǎn)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(xiàn)了變流量泵液壓動力轉(zhuǎn)向系 統(tǒng) Variable Displacement Power Steering Pump 和電動液壓助力轉(zhuǎn)向 Electric Hydraulic Power Steering 簡稱 EHPS 系統(tǒng) 7 變流量泵助力 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車 處于比較高的行駛速度或者不需要轉(zhuǎn)向的情況下 泵的流量會相應(yīng)地減 少 從 而有利于減少不必要的功耗 電動液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用電動機驅(qū)動轉(zhuǎn)向泵 由于電 機 的轉(zhuǎn)速可調(diào) 可以即時關(guān)閉 所以也能夠起到降低功耗的功效 液壓助力轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)降低了轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向系統(tǒng)變得更加靈敏 8 由于該類轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)成熟 能提供大的轉(zhuǎn)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(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)向技術(shù)得到迅速發(fā) 展 其應(yīng)用范圍已經(jīng)從微型轎車 向大型轎車和客車方向發(fā)展 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)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(gòu)等組成 汽車處于起動或者低速 行駛狀態(tài)操作轉(zhuǎn)向時 轉(zhuǎn)矩傳感器不斷檢測作用 于轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向 電動機將轉(zhuǎn) 矩傳 遞給牽引前輪轉(zhuǎn)向的橫拉桿 最終起到為駕駛?cè)藛T提供輔助轉(zhuǎn)向力的功效 9 當(dāng)車速 超過一定的臨界值或者出現(xiàn)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(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)入手動轉(zhuǎn)向模式 不轉(zhuǎn)向的情況下 電動機不工作 2 4 汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由方向盤模塊 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向系統(tǒng) 由于其取消了方向盤與轉(zhuǎn)向 車輪間的機械連接 通過軟件 協(xié)調(diào)它們之間的運動關(guān)系 可以實現(xiàn)一系列傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無 法實現(xiàn)的特殊功能 汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠減輕駕駛員的負(fù)擔(dān) 提高整車主動安全性 使汽車性 能適應(yīng)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(zhuǎn)向系統(tǒng)特點概述 轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變汽車行駛方向的機構(gòu) 在汽車轉(zhuǎn)向行駛時 保證 各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系 轉(zhuǎn)向系由轉(zhuǎn)向器 轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)和轉(zhuǎn)向傳動 機構(gòu)組成 轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)又包括方向盤 轉(zhuǎn)向軸 轉(zhuǎn)向管柱 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)包括 轉(zhuǎn)向搖臂 轉(zhuǎn)向橫拉桿 轉(zhuǎn)向節(jié)臂 3 1 賽車轉(zhuǎn)向系設(shè)計的具體要求 1 汽車轉(zhuǎn)彎行駛時 全部車輪應(yīng)繞瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn) 任何車輪不應(yīng)有側(cè)滑 2 汽車轉(zhuǎn)向行駛后 在駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤的條件下 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向輪不得產(chǎn)生自振 轉(zhuǎn)向盤沒有擺動 4 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置共同工作時 由運動不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生的擺動 應(yīng)最小 5 保證汽車有較高的機動性 具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力 6 同時兼顧操縱輕便性和靈敏性 7 轉(zhuǎn)向輪碰撞到障礙物以后 轉(zhuǎn)給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小 8 轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的球頭處 有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機構(gòu) 9 在車禍中 當(dāng)轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤由于車架或車身變形而共同后移時 轉(zhuǎn)向系應(yīng) 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(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動方向一致 4 設(shè)計思路 本課題在綜合考慮眾多因素的基礎(chǔ)上先從轉(zhuǎn)向系最基本的原理入手 經(jīng)過對 汽車的轉(zhuǎn)向系原理的認(rèn)真學(xué)習(xí) 來摸索著設(shè)計賽車的轉(zhuǎn)向系 設(shè)計過程中 先 是比較各個類型轉(zhuǎn)向系的優(yōu)缺點 并結(jié)合賽車對轉(zhuǎn)向系的一些特殊要求 最后決 定采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系 因為目前梯形結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向系的轉(zhuǎn)角關(guān)系較接近理想的 轉(zhuǎn)角關(guān)系 又鑒于賽車采用獨立懸架結(jié)構(gòu) 因此采用斷開式梯形結(jié)構(gòu) 斷開點 的選擇以及內(nèi) 外轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線的優(yōu)化方面 不但要考慮轉(zhuǎn)向本身的需要 同時 還要考慮轉(zhuǎn)向與車架的配合 首先斷開點應(yīng)該設(shè)在車架的兩側(cè) 并且轉(zhuǎn)向 過程中斷開點應(yīng)一直都在車架的外側(cè) 這樣便限定了橫拉桿的長度 與轉(zhuǎn)向 設(shè)計有關(guān)的主銷距 K 由懸架設(shè)計時確定 軸距由車架來確定 這樣一來 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(nèi) 外轉(zhuǎn)角的 關(guān)系曲線和理想的內(nèi) 外轉(zhuǎn)角的關(guān)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(shù)變量確定以后 要開始 設(shè)計轉(zhuǎn)向器 首先 根據(jù)最小半徑的要求計算出車輪的最大轉(zhuǎn)角 然后綜合各種 因素確定轉(zhuǎn)向器的傳動比 之后根據(jù)以上參數(shù)確定轉(zhuǎn)向器齒輪齒條的參數(shù) 轉(zhuǎn) 向器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 首先考慮到轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 首先考慮到轉(zhuǎn)向器的安裝空間 問題 根據(jù)空間確定了滿足功能的轉(zhuǎn)向器的總體尺寸模型的大小 再在這個模型 的基礎(chǔ)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(chǔ)上 設(shè)計出轉(zhuǎn) 向器的各個部件 研究目標(biāo) 運用所學(xué)的設(shè)計 結(jié)構(gòu) 理論等專業(yè)知識和基礎(chǔ)知識 通過查找相關(guān)資料 熟悉了解現(xiàn)有車型結(jié)構(gòu) 結(jié)合自己的構(gòu)思 設(shè)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(nèi)容 根據(jù)大學(xué)生方程式賽車的比賽規(guī)則及大學(xué)生方程式賽車設(shè)計具體參數(shù)要求 進行轉(zhuǎn)向系方案分析 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)確定 轉(zhuǎn)向器機構(gòu)強度設(shè)計 轉(zhuǎn)向梯 形機構(gòu)設(shè)計 繪制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)裝配及零件圖 5 實施計劃 4 1 4 12 調(diào)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(shè)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(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽字 年 月 日 教研室意見 教研室主任簽字 年 月 日