【正文】 ， 轉(zhuǎn)矩傳感器通過不斷檢測駕駛者作用于轉(zhuǎn)向柱上的扭矩，并將車速信號與此信號同時輸入ECU，ECU對輸入的信號進(jìn)行處理運(yùn)算，確定助力扭矩輸出的大小與方向，從而控制電動機(jī)的電流與轉(zhuǎn)向，電動機(jī)將轉(zhuǎn)矩傳遞給轉(zhuǎn)向操作機(jī)構(gòu)中的橫拉桿。但是，液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在系統(tǒng)安裝、密封性、布置、操縱靈敏度、磨損能量、噪聲與消耗等方面存在一定不足。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)降低了轉(zhuǎn)向盤操縱力，方向盤的直徑可以做的較小，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。變流量泵助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理是在汽車處于不需要轉(zhuǎn)向或者比較高的行駛速度的情況下，泵的流量將會相應(yīng)地減少，有利于減少不必要的功耗。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)首次使用于1953年通用汽車公司。 純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)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(jī)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。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車底盤的重要組成部分，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的好壞直接影響到汽車行駛的安全性、操縱穩(wěn)定性和駕駛舒適性，它對于確保車輛的行駛安全、減少交通事故以及保護(hù)駕駛員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要作用。在轉(zhuǎn)向技術(shù)方面汽車和普通汽車一樣，只是由于汽車的速度快，對轉(zhuǎn)向性的靈敏度要求高，要求響應(yīng)要足夠快。本次10級車輛工程的畢業(yè)設(shè)計一部分同學(xué)的設(shè)計便是與FSAE汽車相關(guān)的各系統(tǒng)的設(shè)計，本文則主要研究設(shè)計FSAE汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計。大學(xué)生方程式汽車活動將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(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計、制造能力、成本控制能力和團(tuán)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(jìn)而推動學(xué)科建設(shè)的提升；大賽在提高和檢驗(yàn)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(jìn)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。目前，中國汽車工業(yè)已處于大國地位，但還不是強(qiáng)國。在比賽過程中，參賽隊員能充分將所學(xué)的理論知識運(yùn)用于實(shí)踐中。FSAE要求各參賽隊按照賽事規(guī)則和汽車制造標(biāo)準(zhǔn)，自行設(shè)計和制造方程式類型的小型單人座休閑汽車，并攜該車參加全部或部分賽事環(huán)節(jié)。 Steering trapezoid目 錄緒論 11 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總述 2 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述 2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)類型與發(fā)展趨勢 2 FSAE汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求 32 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù) 5 轉(zhuǎn)向系的效率 5 轉(zhuǎn)向器的正效率 5 轉(zhuǎn)向器的逆效率 6 傳動比變化特性 7 轉(zhuǎn)向系傳動比 7 力傳動比與轉(zhuǎn)向系角傳動比的關(guān)系 7 轉(zhuǎn)向器角傳動比的選擇 8 轉(zhuǎn)向器傳動副的傳動間隙 9 轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動圈數(shù) 93 FSAE汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總體機(jī)構(gòu)設(shè)計 10 參考數(shù)據(jù)的確定 10 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)類型選擇 10 機(jī)械轉(zhuǎn)向系 10 動力轉(zhuǎn)向系 11 轉(zhuǎn)向器類型選擇 13 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器 13 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 13 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器 14 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器 15 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計算 154 轉(zhuǎn)向器設(shè)計 17 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu) 17 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器形式 17 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的布置形式 18 齒輪齒條嚙合傳動的特點(diǎn) 19 轉(zhuǎn)向器參數(shù)選取 21 選擇齒輪齒條材料 25 齒輪的強(qiáng)度計算 25 齒輪齒條傳動的載荷計算 25 齒輪的受力分析 26 齒面接觸強(qiáng)度計算 27 齒根彎曲強(qiáng)度計算 29 齒條的強(qiáng)度計算 30 齒條的受力分析 30 齒條桿部受拉壓的強(qiáng)度計算 31 齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 32 軸承的選擇 32 轉(zhuǎn)向器的潤滑方式和密封類型的選擇 325 轉(zhuǎn)向操縱與傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計 33 方向盤設(shè)計 33 FSAE汽車方向盤設(shè)計要求： 33 結(jié)構(gòu)形式 33 轉(zhuǎn)向軸設(shè)計 34 轉(zhuǎn)向管柱設(shè)計 36 轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計 36 轉(zhuǎn)向橫拉桿與球頭銷 376 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)優(yōu)化 38 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)概述 38 整體式轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)方案分析 38 整體式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)優(yōu)化分析 39 整體式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 42 優(yōu)化方法介紹 42 優(yōu)化設(shè)計計算 437 結(jié)論 45參考文獻(xiàn) 47致謝 48緒論 中國大學(xué)生方程式汽車大賽（以下簡稱FSAE）是中國汽車工程學(xué)會及其合作會員單位，在學(xué)習(xí)和總結(jié)美、日、德等國家相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國國情，精心打造的一項全新賽事。 Steering System。本文主要方法和理論采用汽車設(shè)計等相關(guān)資料，并運(yùn)用CATIA進(jìn)行設(shè)計與裝配。從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡單緊湊，軸向尺寸短，且零件數(shù)目少的優(yōu)點(diǎn)，從而保證了汽車轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性、靈敏性和操作的輕便性。并對相應(yīng)的操縱機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。設(shè)計內(nèi)容主要包括FSAE汽車轉(zhuǎn)向器選型、設(shè)計和計算，轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計，轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計。 本科畢業(yè)設(shè)計題 目 FSAE汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 院 工業(yè)制造學(xué)院 專 業(yè) 車輛工程 　 學(xué)生姓名 樊睿 　 學(xué) 號 201010115107 年級 2010級 指導(dǎo)教師 牛釗文 職稱 講師 2014年4月29日48 / 54FSAE汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計專 業(yè)：車輛工程 學(xué) 號：201010115107學(xué) 生：樊睿 指導(dǎo)教師：牛釗文摘要：本設(shè)計的題目是FSAE（大學(xué)生方程式汽車）汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計。根據(jù)賽事主辦方對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求、結(jié)合所學(xué)知識、綜合類似汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計出該汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。選擇合適的轉(zhuǎn)向器類型，并設(shè)計出滿足轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要求的轉(zhuǎn)向器，保證汽車轉(zhuǎn)向操作的輕便、并提供很好的操控。并且本設(shè)計在考慮上述要求和因素的基礎(chǔ)上對相應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。在本文中主要進(jìn)行了轉(zhuǎn)向器齒輪、齒條、拉桿和節(jié)臂的校核，其結(jié)果滿足FSAE汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)強(qiáng)度要求。關(guān)鍵詞：FSAE；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；齒輪齒條轉(zhuǎn)向器；轉(zhuǎn)向梯形The Steering System Design of FSAE Car Specialty：Vehicle Engineering Student Number：201010115107Student：Fan Rui Supervisor： Niu ZhaowenAbstract：This design is entitled FSAE (Formula SAE ) racing steering system design . According to event organizers, the steering system requirements, bined with the knowledge, prehensive racing steering system similar characteristics , the car steering system design . Design elements include FSAE racing steering selection, design and calculation , steering mechanism design , steering rotation mechanism and steering trapezoid design. Select the appropriate type of steering gear and steering systems designed to meet the requirements of the steering gear to ensure lightweight racing steering operations and provide good control . And to design appropriate controls and rotating mechanism . In consideration of the above , and the design requirements and the factors on the basis of appropriate institutions to optimize the design . In order to achieve steering simple and pact structure , short axial dimension , and the advantages of the small number of parts , thus ensuring the stability of the racing steering , agility and operational portability . In this paper conducted a check of the main steering gear, rack, tie rods and knuckle arm , the result FSAE car steering systems meet the strength requirements . In this paper, the use of car design methods and theories and other related information , and the use of CATIA for design and assembly .Keywords：FSAE。 Rack and pinion steering。FSAE活動由各高等院校汽車工程或與汽車相關(guān)專業(yè)的在校學(xué)生組隊參加。比賽過程中，參賽隊不僅要闡述設(shè)計理念，還要由評審裁判對該車進(jìn)行若干項性能測試項目。同時，還學(xué)習(xí)到組織管理、市場營銷、物流運(yùn)輸、汽車運(yùn)動等多方面知識，培養(yǎng)了良好的人際溝通能力和團(tuán)隊合作精神，成為符合社會需求的全面人才。從制造業(yè)大國邁向產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國已成為中國汽車人的首要目標(biāo)，而人才的培養(yǎng)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國目標(biāo)的基礎(chǔ)保障之一。毫無疑問，對于對汽車的了解僅限于書本和個人駕乘體驗(yàn)的大學(xué)生而言，組成一個團(tuán)隊設(shè)計一輛純粹而高性能的汽車并將它制造出來，是一段極具挑戰(zhàn)，同時也受益頗豐的過程。1 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總述 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來保持或者改變汽車行駛方向的機(jī)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。但該汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和通常汽車在轉(zhuǎn)向原理，轉(zhuǎn)向要求和轉(zhuǎn)向效果上都是基本相通的。 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)類型與發(fā)展趨勢汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了3個基本階段，分別為純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，而線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)成為其發(fā)展趨勢。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(jī)械上仍有使用。上世紀(jì)80年代后期，液壓助力轉(zhuǎn)向系得到進(jìn)一步優(yōu)化，出現(xiàn)了變流量泵液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Variable Displace ment Power Steering Pump) 和電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Hydraulic Power Steering，簡稱 EHPS)。電動液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向泵由電動機(jī)驅(qū)動，與直接由發(fā)動機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)向泵相比，電機(jī)的轉(zhuǎn)速可調(diào)，也可以隨時關(guān)閉，所以也能夠起到降低功耗的功效。由于液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)很成熟、能提供大的轉(zhuǎn)向操縱助力，目前在大部分商用車、部分乘用車，特別是重型車輛上應(yīng)用廣泛。 汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)EPS由日本鈴木公司在 1988 年首次開發(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。最終，起到為駕駛?cè)藛T提供輔助轉(zhuǎn)向力的功效，當(dāng)車速達(dá)到一定的臨界車速時或出現(xiàn)故障時，為保證汽車高速時具有良好操控穩(wěn)定性，EPS 系統(tǒng)將退出助力工作模式，電動機(jī)將停止工作，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)切換到機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 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