大巴哈赛车转向系统的设计与仿真分析(附件)【字数：7468】
摘 要本次毕业设计计划设计出某型巴哈赛车的转向系统，设计出该转向系统能够为以后我们学校参加巴哈大赛，建立自己的赛车车队积累相关经验。根据比赛的规定要求，选择传统的机械式系统结构，使用齿轮齿条式转向器，利用已知的设计参数，确定转向轮定位参数，使用SolidWorks软件绘制齿轮齿条等零件图，并对其进行有限元分析。结合adams等仿真软件，建立转向系统、悬架系统的模型，分析其结构性能是否满足要求。最终设计能够使巴哈赛车在陡坡、泥潭等恶劣地形行驶转向，并且能够取得优秀的成绩。
目 录
第一章 绪论 1
1.1背景介绍与研究意义 1
1.2国内外研究的现状 1
1.3本课题研究的主要目标 2
第二章 赛车转向系统设计 3
2.1赛车转向系统的设计 3
2.1.1转向器类型的选择 3
2.2转向系统参数设计 6
2.2.1赛车参数介绍 6
2.2.2 计算转向轮最大偏转角 6
2.2.3原地转向阻力矩 7
2.2.4转向器角传动比计算 7
2.2.5确定前轮定位参数 7
2.3齿轮齿条转向器的结构设计 9
2.4转向器的校核 11
2.4.1齿轮受力分析 11
2.4.2齿面接触疲劳强度校核 12
2.4.3齿根弯曲疲劳强度校核 13
2.4.4齿条强度校核 13
2.5齿轮轴的设计 14
2.5.1齿轮齿条传动受力分析 14
2.5.2齿轮轴最小轴径确定 14
2.5.3齿轮轴建模 15
2.5.4齿条建模 15
2.6转向梯形臂的设计 16
2.7横拉杆的设计与校核 16
2.7.1横拉杆的设计 16
2.7.2横拉杆的校核 16
2.8球头销的选择与校核 17
2.9转向系统总体结构图 17
第三章 转向器零件的有限元分析 18
3.1齿轮轴的有限元分析 19
3.2齿条的有限元分析 20 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
第四章 四轮定位参数仿真分析 21
4.1悬架仿真模型 21
4.2仿真分析 22
结束语 23
致谢 24
参考文献 25
附录A................................................................ 26
第一章 绪论
1.1背景介绍与研究意义
巴哈大赛的比赛项目包括实车行驶与静态项目测试，实车行驶包括爬陡坡、耐力比赛等，静态项目包括技术检查、赛车设计、成本与制造、商业营销等[1]。与大学生方程式比赛相比，巴哈大赛把比赛场地从铺装赛道改成非铺装的砂石赛道，其中包含了陡坡、深坑、泥潭及障碍物等多种恶劣地形[2]。转向系统的性能优劣直接对比赛的最终成绩带来巨大的影响，同时良好的转向系统更有利于比赛项目的完成，例如爬陡坡项目时就能够通过操纵转向系统减少地形产生的干扰，使赛车成功登顶。
转向系统是汽车底盘四大构成系统之一。赛车转向系统的作用是驾驶员操纵转向盘按照自己的意志控制赛车行驶方向。赛车在各种工况下行驶时，转向系统可以将当前路面的信息通过反馈传递给驾驶员，使驾驶员得到现实的“路感”，能够有效的对行驶的车辆进行控制，减少复杂路面对驾驶员产生的反冲击，保证驾驶员操纵汽车转向的稳定性和轻便安全性。通过对当前广泛使用的转向系统类型的研究，设计出一种能够满足对燃油消耗率低、环保效益高、操纵稳定性好、安全系数高的新型赛车转向系统。
1.2国内外研究的现状
2005年，日本捷太格特（JTEKT）公司与丰田汽车联合开发出雷克萨斯LS460齿条式电动助力转向“IFS”系统（智能前转向），这是一种集成高效率齿条式电动助力转向“RDEPS”与电控式齿轮比可变机构“EVGR”的系统如图11所示，并且可以降低行驶时的燃油消耗量，提高了驾驶员的操控性以及行驶的稳定性。RDEPS通过采用内置型高效无刷直流电机及多分割齿，可以改善线圈工作时的效率。另外，采用了超精密的滚珠丝杠及螺母，优化了间隙率，提高了零件的精度和配置，降低了23%以上的噪音。EVGR可以根据车速的变化而改变齿轮比，在停车或低速行驶工况时，只需转动几下方向盘即可获得获得较大的轮胎转角。反之高速行驶时，该系统会抑制方向盘的转角，提高操纵稳定性[3]。2016年，采埃孚在中型SUV电动转向系统中加入双小齿轮，齿条独立运行的转向小齿轮与驱动小齿轮部分构成双小齿轮，节省了4%的燃油消耗量，减少了温室气体排放，同时提升了车辆舒适性与操纵性。
现今中国，广泛使用在汽车上的转向系统由机械转向系统、液压动力转向系统、电液助力转向系统、电动助力转向系统四种构成。2000年，昌河公司首先在北斗星上安装了电动助力转向系统，CEPS系统技术成熟广泛应用于国内车型，如北斗星、本田飞度、哈飞路宝等。2007年，江门兴江转向器有限公司研发出国内第一台基于携带电子控制单元的液压动力转向器，使用旁通阀改变转向泵的流量，根据当前车速的高低变化改变流量，低速或停驶时降低流量方便转向，高速时增加流量稳定转向。同年，山东豪迈机械科技有限公司研发出TBSS爆胎稳向系统，这个稳向系统是由液压动力转向装置、轮胎压力转向器、电子控制单元和方向锁定阀等组成，当汽车轮胎突然爆裂时，它会通过传感器指令激活方向锁阀锁止功能，有效防止汽车突然转向。[4]
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图11 IFS智能前转向系统
1.3本课题研究的主要目标
目 录
第一章 绪论 1
1.1背景介绍与研究意义 1
1.2国内外研究的现状 1
1.3本课题研究的主要目标 2
第二章 赛车转向系统设计 3
2.1赛车转向系统的设计 3
2.1.1转向器类型的选择 3
2.2转向系统参数设计 6
2.2.1赛车参数介绍 6
2.2.2 计算转向轮最大偏转角 6
2.2.3原地转向阻力矩 7
2.2.4转向器角传动比计算 7
2.2.5确定前轮定位参数 7
2.3齿轮齿条转向器的结构设计 9
2.4转向器的校核 11
2.4.1齿轮受力分析 11
2.4.2齿面接触疲劳强度校核 12
2.4.3齿根弯曲疲劳强度校核 13
2.4.4齿条强度校核 13
2.5齿轮轴的设计 14
2.5.1齿轮齿条传动受力分析 14
2.5.2齿轮轴最小轴径确定 14
2.5.3齿轮轴建模 15
2.5.4齿条建模 15
2.6转向梯形臂的设计 16
2.7横拉杆的设计与校核 16
2.7.1横拉杆的设计 16
2.7.2横拉杆的校核 16
2.8球头销的选择与校核 17
2.9转向系统总体结构图 17
第三章 转向器零件的有限元分析 18
3.1齿轮轴的有限元分析 19
3.2齿条的有限元分析 20 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
第四章 四轮定位参数仿真分析 21
4.1悬架仿真模型 21
4.2仿真分析 22
结束语 23
致谢 24
参考文献 25
附录A................................................................ 26
第一章 绪论
1.1背景介绍与研究意义
巴哈大赛的比赛项目包括实车行驶与静态项目测试，实车行驶包括爬陡坡、耐力比赛等，静态项目包括技术检查、赛车设计、成本与制造、商业营销等[1]。与大学生方程式比赛相比，巴哈大赛把比赛场地从铺装赛道改成非铺装的砂石赛道，其中包含了陡坡、深坑、泥潭及障碍物等多种恶劣地形[2]。转向系统的性能优劣直接对比赛的最终成绩带来巨大的影响，同时良好的转向系统更有利于比赛项目的完成，例如爬陡坡项目时就能够通过操纵转向系统减少地形产生的干扰，使赛车成功登顶。
转向系统是汽车底盘四大构成系统之一。赛车转向系统的作用是驾驶员操纵转向盘按照自己的意志控制赛车行驶方向。赛车在各种工况下行驶时，转向系统可以将当前路面的信息通过反馈传递给驾驶员，使驾驶员得到现实的“路感”，能够有效的对行驶的车辆进行控制，减少复杂路面对驾驶员产生的反冲击，保证驾驶员操纵汽车转向的稳定性和轻便安全性。通过对当前广泛使用的转向系统类型的研究，设计出一种能够满足对燃油消耗率低、环保效益高、操纵稳定性好、安全系数高的新型赛车转向系统。
1.2国内外研究的现状
2005年，日本捷太格特（JTEKT）公司与丰田汽车联合开发出雷克萨斯LS460齿条式电动助力转向“IFS”系统（智能前转向），这是一种集成高效率齿条式电动助力转向“RDEPS”与电控式齿轮比可变机构“EVGR”的系统如图11所示，并且可以降低行驶时的燃油消耗量，提高了驾驶员的操控性以及行驶的稳定性。RDEPS通过采用内置型高效无刷直流电机及多分割齿，可以改善线圈工作时的效率。另外，采用了超精密的滚珠丝杠及螺母，优化了间隙率，提高了零件的精度和配置，降低了23%以上的噪音。EVGR可以根据车速的变化而改变齿轮比，在停车或低速行驶工况时，只需转动几下方向盘即可获得获得较大的轮胎转角。反之高速行驶时，该系统会抑制方向盘的转角，提高操纵稳定性[3]。2016年，采埃孚在中型SUV电动转向系统中加入双小齿轮，齿条独立运行的转向小齿轮与驱动小齿轮部分构成双小齿轮，节省了4%的燃油消耗量，减少了温室气体排放，同时提升了车辆舒适性与操纵性。
现今中国，广泛使用在汽车上的转向系统由机械转向系统、液压动力转向系统、电液助力转向系统、电动助力转向系统四种构成。2000年，昌河公司首先在北斗星上安装了电动助力转向系统，CEPS系统技术成熟广泛应用于国内车型，如北斗星、本田飞度、哈飞路宝等。2007年，江门兴江转向器有限公司研发出国内第一台基于携带电子控制单元的液压动力转向器，使用旁通阀改变转向泵的流量，根据当前车速的高低变化改变流量，低速或停驶时降低流量方便转向，高速时增加流量稳定转向。同年，山东豪迈机械科技有限公司研发出TBSS爆胎稳向系统，这个稳向系统是由液压动力转向装置、轮胎压力转向器、电子控制单元和方向锁定阀等组成，当汽车轮胎突然爆裂时，它会通过传感器指令激活方向锁阀锁止功能，有效防止汽车突然转向。[4]
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图11 IFS智能前转向系统
1.3本课题研究的主要目标
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