方程式賽車的轉向系統(tǒng)設計(編輯修改稿)
2024-12-08 05:22 本頁面
【文章內容簡介】 略軸承和其它地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，則逆效率可用下式計算 00tantan ? ??? ）（ ??? （ ） 式 ()和式 ()表明：增加導程角 α o,正、逆效率均增大。受 η 增大的影響， α o不宜取得過大。 當導程角小于或等于摩擦角時，逆效率為負值或者為零，此時表明該轉向器是不可逆式轉向器。為此，導程角必須大于摩擦角。通常螺線導程角選在 8176。～ 10176。之間。 傳動比的變化特性 轉向系的傳動比包括轉向系的角傳動比 woi 和轉向系的力傳動比 pi 從輪胎接地面中心作用在兩個轉向輪上的合力 2Fw與作用在轉向盤上的手力Fh之比，稱為力傳動比，即 ip=2Fw／ Fh 。 轉向盤轉動角速度 ω w 與同側轉向節(jié)偏轉角速度 ω k 之比，稱為轉向系角傳動比 woi ，即；kkkwwo dddtd dtdi ?????? ??? 式中， dφ 為轉向盤轉角增量； dβ k 為轉向節(jié)轉角增量； dt為時間增量。它又由轉向器角傳動比 iw 和轉向傳動機構角傳動比 iw′ 所組成，即 iwo=iw iw′ 。 轉向盤角速度 ω w與搖臂軸轉動角速度 ω K之比，稱為轉向器角傳動比 iw′, 即pppww dddtd dtdi ?????? ??? 。 式中 ,dβ p為搖臂軸轉角增量。此定義適用于除齒輪齒條式之外的轉向器。 搖臂軸轉動角速度 ω p與同側轉向節(jié)偏轉角速度 ω k之比，稱為轉向傳動機構的角傳動比 iw′ ， 即kkkpkpw dddtd dtdi ?????? ???’ 。 2．力傳動比與轉向系角傳動比的關系 輪胎與地面之間的轉向阻力 Fw和作用在轉向節(jié)上的轉向阻力矩 Mr 之間有如下關系 aMF rW ? （ ） 式中， α 為主銷偏移距，指從轉向節(jié)主銷軸線的延長線與支承平面的交點至車輪中心平面與支承平面交線間的距離。 作用在轉向盤上的手力 Fh可用下式表示 SWhh DMF 2? （ ） 式中， Mh為作用在轉向盤 上的力矩； Dsw為轉向盤直徑。 將式 ()、式 ()代入 ip=2Fw／ Fh 后得到 aMDMi h swrP ? （ ） 分析式 ()可知，當主銷偏移距 a小時，力傳動比 ip 應取大些才能保證轉向輕便。通常轎車的 a 值在 0． 4～ 0． 6倍輪胎的胎面寬度尺寸范圍內選取，而貨車的 d值在 40～ 60mm范圍內選取。轉向盤直徑 Dsw 根據車型不同在 JB4505— 86轉向盤尺寸標準中規(guī)定的系列內選取。 如果忽略摩擦損失，根據能量守恒原理， 2Mr／ Mh可用下式表示 wokhr iddMM ?? ??2 （ ） 將式 ()代人式 ()后得到 aDii swwoP 2? （ ） 當 α 和 Dsw 不變時，力傳動比 ip 越大，雖然轉向越輕，但 iwo 也越大，表明轉向不靈敏。 根據相互嚙合齒輪的基圓齒距必須相等， 即 Pbl=Pb2。其中齒輪基圓齒距Pbl=π mlcosα 1，齒條基圓齒距 Pb2=π m2cosα 2 。由上述 兩式可知：當齒輪具有標準模數 m1和標準壓力角 α 1與一個具有變模數 m變壓力角 α 2的齒條相嚙合，并始終保持 m1cosoα l=m2cosoα 2時，它們就可以嚙合運轉。如果齒條中部 (相當汽車直線行駛位置 )齒的壓力角最大，向兩端逐漸減小 (模數也隨之減小 )，則主動齒輪嚙 合半徑也減小，致使轉向盤每轉動某同一角度時，齒條行程也隨之減小。 初步設計其角傳動比為 1:5 4 齒輪齒條的設計步驟 轉向系計算載荷的確定 為了保證行駛安全，組成轉向系的各零件應有足夠的強度。欲驗算轉向系零件的強度，需首先確定作用在各零件 上的力。影響這些力的主要因素有轉向軸的負荷、路面阻力和輪胎氣壓等。為轉動轉向輪要克服的阻力，包括轉向輪繞主銷轉動的阻力、車輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉向系中的內摩擦阻力等。 精確地計算出這些力是困難的。為此用足夠精確的半經驗公式來計算汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉向阻力矩 MR(Nmm)。 表 41 原地轉向阻力矩 MR 的計算 設計計算和說明 計算結果 331 ????RM 式中 f—— 輪胎和路面間的滑動摩擦因數； 1G —— 轉向軸負荷，單位為 N； P—— 輪胎氣壓，單位為 MPa 。 f= 1G =1705N p= RM =mmN? 作用在轉向盤上的手力 Fh 為： 表 42 轉向盤手力 Fh 的計算 設計計算和說明 計算結果 NF iDL MLWSWRh %9015265 21 ??????? ? 式中 1L —— 轉向搖臂長 , 單位為 mm； RM —— 原地轉向阻力矩 , 單位為 Nmm 2L —— 轉向節(jié)臂長 , 單位為 mm； SWD —— 為轉向盤直徑 ,單位為 mm； Iw—— 轉向器角傳動比； η+—— 轉向器正效率。 因齒輪齒條式轉向傳動機構無轉向搖臂和轉向節(jié)臂，故1L 、 2L 不代入數值。 RM =mmN? SWD =265mm iw=15 ?? =% hF = 齒輪軸和齒條的設計計算 根據 《汽車設計》中 機械 式轉向器的設計與計算一節(jié)，轉向小齒輪模數取值范圍多在 2～ 3mm之間，設計轉向系角傳動比為 1： ，車輪最大轉角為 30176。 （其后有說明） ，因此轉向盤最大 單側 轉角約為 150176。，由轉向梯形優(yōu)化設計結果可得齒條單向行程 約 為 37mm，也即轉向小齒輪轉過 150176。齒條單向運動 37mm。 有公式： Lmz ??? *3 60 （ ） 式中 ? =150176。， L=37mm， m=2mm。 計算得 ： Z= 取整得 Z=15 壓力角 ? 的選取，
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