“梦想4.0号”赛车转向系设计 摘要 赛车转向系统是大学生方程式赛车底盘设计中重要的一环，也是车辆底盘的四大系统之一，作为多弯赛道的竞速类比赛赛车，转向系统的性能决定了车辆在赛道弯道中的车身姿态、过弯速度等诸多性能表现。本设计根据比赛规则要求及车队设计目标，对2017赛季中北大学行知车队赛车“梦想4.0号”赛车转向系统进行设计，结合2016赛车车队赛车转向设计的设计流程与方法，零件加工制造的材料与工艺，以及最后总装的经验，对新赛季的赛车转向系统设计过程和方法进行改进和优化。 文中通过对赛车和传统、商用车转向系统的对比，根据规则与实际需求确定新赛车转向系统的设计目标与流程。对比不同类型的转向机，选定赛车转向机类型为齿轮齿条式转向机；对赛车转向系统的参数与载荷进行了计算与校核；讨论了主销定位参数与轮胎定位参数对车辆转向的影响，并确定其具体参数；根据整车设计需求，确定转向梯形结构方案与梯形布置形式；相比较上赛季转向系统设计，引入轮胎侧偏角对转向的影响，建立带有阿克曼校正系数的目标关系，并利用MATLAB软件进行实际梯形的优化；在运动学仿真软件ADAMS/Car中建立模型，进行车轮跳动分析;利用CATIA进行相关部件三维建模设计；利用ANSYS对零部件进行力学分析。 关键词：大学生方程式赛车，转向梯形MATLAB优化，转向机设计，轮芯立柱设计 目录 1绪论1 1.1 Formula SAE介绍1 1.1.1比赛起源1 1.1.2中国大学生方程式汽车大赛1 1.2国内、外大学生方程式汽车大赛转向系统研究现状3 1.3历年中北大学行知车队及车队赛车转向系统发展4 1.3.1 2013赛季4 1.3.2 2014赛季4 1.3.3 2015赛季5 1.3.4 2016赛季6 1.4本设计各章内容及意义6 2大学生方程式赛车转向系统概述8 2.1赛车转向系统的构成8 2.2赛车转向系统与乘、商用车的差异8 2.3赛车转向系统的设计目标9 2.4本章小结10 3大学生方程式赛车转向系统设计11 3.1转向机结构及选型11 3.1.1转向机结构分类及优缺点11 3.1.2转向机方案选型12 3.2转向系统主要性能参数设计13 3.2.1外侧车轮最大偏转角度13 3.2.2转向系统角传动比16 3.2.3转向系统转矩传动比17 3.3转向系统计算参数设计18 3.3.1齿轮齿条参数及齿条行程18 3.3.2转向梯形梯形臂长度20 3.3.3转向系相关计算载荷确定20 3.4主销定位参数及前轮轮胎定位参数的确定22 3.4.1主销定位参数22 3.4.2前轮轮胎定位参数23 3.4.3参数的确定24 3.5本章小结24 4大学生方程式赛车转向梯形优化25 4.1转向梯形结构方案25 4.2转向梯形布置形式26 4.3转向关系优化27 4.3.1标准阿克曼转向几何学27 4.3.2侧偏角存在时的内、外侧车轮转角关系28 4.3.3目标转向关系优化32 4.4转向梯形优化34 4.4.1杆系结构所确定的转角关系34 4.4.2根据三心定理确定转向横拉杆断开点35 4.4.3转向梯形参数优化结果36 4.5本章小结40 5转向系统相关动力学分析41 5.1 ADAMS/Car介绍41 5.2前悬及转向系统建模41 5.3车轮轮跳分析42 5.3.1前轮外倾角变化42 5.3.2前轮前束角变化43 5.3.3前轮主销内倾角43 5.3.4前轮主销后倾角44 5.4本章小结44 6转向系统相关部件设计建模及分析45 6.1 CATIA简介45 6.2 ANSYS简介45 6.3方向盘设计45 6.4转向机设计与分析46 6.4.1转向机齿轮设计与分析46 6.4.2转向机齿条设计与分析50 6.5轮芯立柱设计与分析51 6.5.1轮芯设计与分析52 6.5.2立柱设计及分析55 6.6本章小结59 7 2016赛季总结60 7.1 2016赛季总结60 7.2本章小结62 8总结与展望63 8.1总结63 8.2展望63 参考文献65 致谢67