【正文】 大學(xué)生方程式賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì) 概述 汽車產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)具有重大的社會(huì)意義。轉(zhuǎn)向器作為汽車的一個(gè)重要部件，對(duì)其綜 合性能進(jìn)行檢測(cè)直接關(guān)系到人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。根據(jù)汽車安全性統(tǒng)計(jì) ,，全世界每年因交通事故死亡的人數(shù)超過 20萬，加之幾倍于死者的受傷者以及物質(zhì)上的損失，其直接或間接的危害是難以估計(jì)的。在我國，由于交通管理技術(shù)落后、路況差、車輛性能差，加之各類車輛混合行駛，交通事故時(shí)有發(fā)生。近年來，我國交通事故死亡人數(shù)居世界前幾位，每萬輛車平均事故居大國中第一位。交通事故己成為一個(gè)嚴(yán)重的社會(huì)問題。概括交通事故的原因，不外 乎人、汽車和環(huán)境三個(gè)因素。顯而易見，提高汽車的安全性能是減少交通事故的關(guān)鍵措施之一，因此，汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的國家都非常重視汽車安全性的研究。目前汽車工業(yè)己成為我國的支柱產(chǎn)業(yè)之一，所以，為了提高汽車的質(zhì)量，保證行駛的安全性，在大力發(fā)展我國的汽車工業(yè)的同時(shí)，這就要求生產(chǎn)廠家對(duì)每一批產(chǎn)品必須進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，而其中轉(zhuǎn)向器是汽車維持駕駛員給定方向穩(wěn)定行駛能力 (即操縱穩(wěn)定性 )的基本保障，所以汽車轉(zhuǎn)向器綜合性能試驗(yàn)成了汽車性能測(cè)試中的一個(gè)重要項(xiàng)目。 由于汽車轉(zhuǎn)向器屬于汽車系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，它在汽車系統(tǒng)中占有重要位置，因而它的發(fā) 展同時(shí)也反映了汽車工業(yè)的發(fā)展，它的規(guī)模和質(zhì)量也成為了衡量汽車工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。 近年來隨著我過汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，作為汽車的重要安全部件 — 汽車轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)水平也有了很大的提高。在汽車轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)行業(yè)里， 70 年代推廣循環(huán)球轉(zhuǎn)向器， 80 年代開發(fā)和推廣了循環(huán)球變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向器，到了 90 年代，駕駛員對(duì)汽車轉(zhuǎn)向器性能的要求有了進(jìn)一步的提高，要求轉(zhuǎn)向更輕便，操縱更靈敏。隨著汽車的高速比和超低壓扁輪胎的通用化，過去的采用循環(huán)球轉(zhuǎn)向器和循環(huán)球變傳比轉(zhuǎn)向器只能相對(duì)的解決轉(zhuǎn)向輕便性和操縱靈敏性問題，現(xiàn)在雖然轉(zhuǎn)向器以向動(dòng)力 轉(zhuǎn)向發(fā)展，但大部分汽車還應(yīng)用機(jī)械型轉(zhuǎn)向器，如何改進(jìn)轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)，使之更加適合駕駛者，是最重要的，因此還需不斷改進(jìn)。 Formula SAE 賽事由美國汽車工程師協(xié)會(huì)（ the Society of Automotive Engineers 簡(jiǎn)稱 SAE）主辦。 SAE 是一個(gè)擁有超過 60000 名會(huì)員的世界性的工程 協(xié)會(huì)，致力與海、陸、空各類交通工具的發(fā)展進(jìn)步。 Formula SAE 是一項(xiàng)面對(duì)美國汽車工程師學(xué)會(huì)學(xué)生會(huì)員組隊(duì)參與的國際賽事，于 1980 年在美國舉辦了第一屆賽事。比賽的目的是設(shè)計(jì)、制造一輛小型的高性 能賽車。目前美國、歐洲和澳大利亞每年都會(huì)定期舉辦該項(xiàng)賽事。 設(shè)計(jì)初始參數(shù) 及基本要求 初 始 參數(shù) ： 轉(zhuǎn)向盤總?cè)?shù) ≤ ； 轉(zhuǎn)向盤直徑 ≤ 200mm； 最大轉(zhuǎn)向盤操縱力 ≤ 100N； 轉(zhuǎn)向盤在上下方向上的最大調(diào)節(jié)量 ≥ 50mm。 賽車的一些具體參數(shù)如下： 整車裝備質(zhì)量： 250kg 整車重量： 310kg（加駕駛員） 軸距： 1650mm 前輪距： 1195mm 后輪距： 1145 mm 最小離地間隙： 50mm 整車重心高度： 260mm 整車中心縱向位置： 160 制動(dòng)力分配系數(shù)： 55/45 輪胎型號(hào)：輪輞 —— 6 13，即輪輞名義斷面寬度： 輪輞直徑名義尺寸： 輪胎 —— 7 13 即輪胎名義斷面寬度： 輪胎外徑： 轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)要求： (1)保證汽車有較高的機(jī)動(dòng)性，在有限的場(chǎng)地面積內(nèi)，具有迅速和小半徑轉(zhuǎn)彎的能力，同時(shí)操作輕便 。 (2) 汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，全部車輪應(yīng)繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，不應(yīng)有側(cè)滑 。 (3)傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖要盡可能的小 。 (4) 轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向盤應(yīng)自動(dòng)回正，并應(yīng)使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài) 。 (5) 發(fā)生車禍時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向軸由于車架和車身變形一起后移時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最好有保護(hù)機(jī)構(gòu)防止傷及乘員 [3]. 轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)型式方案的 確定 機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的方案分析 齒輪齒條式 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、緊湊、體積小、質(zhì)量輕；傳動(dòng)效率高達(dá) 90%；可自動(dòng)消除齒間間隙；沒有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角可以增大；制造成本低。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：逆效率高（ 60%~70%）。因此，汽車在不平路面上行駛時(shí)，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間的沖擊力，大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于微型、普通級(jí)、中級(jí)和中高級(jí)轎車上。裝載量不大、前輪采用獨(dú)立懸架的貨車和客車也 有采 用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器由蝸桿和滾輪嚙合而構(gòu)成。主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；制造容易 ；強(qiáng)度比較高、工作可靠、壽命長；逆效率低。主要缺點(diǎn)是：正效率低；調(diào)整嚙合間隙比較困難；傳動(dòng)比不能變化。 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器有固定銷式和旋轉(zhuǎn)銷式兩種形式。根據(jù)銷子數(shù)量不同，又有單銷和雙銷之分。蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是：傳動(dòng)比可以做成不變的或者變化的；工作面間隙調(diào)整容易。固定銷式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易。但銷子的工作部位磨損快、工作效率低。旋轉(zhuǎn)銷式轉(zhuǎn)向器的效率高、磨損慢，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。要求搖臂軸有較大的轉(zhuǎn)角時(shí)，應(yīng)采用雙銷式結(jié)構(gòu)。雙銷式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸和質(zhì)量大，并且對(duì)兩主銷間的位置精度、螺紋槽的形狀及尺寸精 度等要求高。此外，傳動(dòng)比的變化特性和傳動(dòng)間隙特性的變化受限制。 蝸桿滾輪式和蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器應(yīng)用較少 。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由螺桿和螺母共同形成的螺旋槽內(nèi)裝鋼球構(gòu)成的傳動(dòng)副，以及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動(dòng)副。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是：在螺桿和螺母之間因?yàn)橛锌梢匝h(huán)流動(dòng)的鋼球，將滑動(dòng)摩擦變成滾動(dòng)摩擦，因而傳動(dòng)效率可以達(dá)到 75%— 85%；在結(jié)構(gòu)和工藝上采取措施后，包括提高制造精度，改善工作表面的表面粗糙度和螺母、螺桿上的螺旋槽經(jīng)淬火和磨削加工，使之有足夠的硬度和耐磨損性能，可保證有 足夠的使用壽命；轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比可以變化；齒條和齒扇之間的間隙調(diào)整工作容易進(jìn)行；適合用來做整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。 布置方便 ， 特別適合大、中型車輛和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配合使用 ，目前 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要是用于商用車上。