FSAE赛车转向系统的研究与设计
FSAE赛车转向系统的研究与设计
FSAE赛车转向系统的研究与设计大学生方程式大赛（FSAE）是为热爱赛车的在读大学生举办的一项竞赛。
汽车的转向系统是用来保持或者改变行驶方向的机构。
本文从该角度分析了赛车转向系统的作用、基本构成、要求和总体性能。
标签：FSAE赛车；齿轮齿条式转向器；设计一、研究意义FSAE旨在通过学生亲手设计制造一辆满足大赛要求的赛车，来提高学生对汽车设计知识的拓展应用能力和实际加工动脑动手能力。
大赛赛道设有转向半径较小的急转弯道和间距不等的障碍道，需要赛车转向系统灵敏、轻便、高效。
FSAE 赛车的转向系统设计能使车手在比赛时更好地高速避障、入弯出弯及紧急转向保证行车安全。
二、FSAE转向系统概述转向系统是用来保持或者改变车辆行驶方向并在车辆转向行驶时保证各转向轮之间有协调的转角关系的机构。
FSAE大赛规定仅使用机械转向系统，即依靠驾驶员的手力转动转向盘，经转向器和转向传动机构使转向轮偏转。
转向器作为改变汽车行驶方向及保持汽车稳定直线行驶的关键零部件，其性能至关重要。
转向系统的技术状况，对于保证行驶安全、减轻驾驶员劳动强度和延长车辆使用寿命均有很重要的作用。
如何改善赛车转向系统的操纵稳定性、灵敏性、可靠性和轻便性，应作为设计工作的重点。
另外，合适的转向器对转向系统也很重要。
比赛还规定：转向系統必须安装有效的转向限位块，以防止转向连杆结构反转；限位块可安装在转向立柱或齿条上，并且必须防止轮胎在转向行驶时接触悬架、车身或车架部件；转向系统的自由行程不得超过7°；方向盘必须安装在快拆器上，保证车手在正常驾驶坐姿并配戴手套时可以操作快拆器；方向盘轮廓必须为连续闭合的近圆形或近椭圆形。
三、FSAE赛车转向系统设计初始参数：1.转向盘总圈数≤3.02.转向盘直径≤200mm3.最大转向盘操纵力≤100N4.转向盘在上下方向的最大调节量≥50mm转向系统的设计要求：（1）保证汽车有较高的机动性；（2）汽车转向时，全部车轮应绕一个瞬时转向中心旋转，不应有侧滑；（3）传给转向盘的反冲要尽量小；（4）转向后转向盘应自动回正，并使汽车保持直线行驶状态；（5）发生车祸时，当转向盘和转向轴由于车架和车身变形后移时，转向系统最好有保护机构防止伤到乘员。
基于FSAE车辆动力学的转向系统设计
（1）
sin θo = L R
（2）
式中：θo 为外侧转向轮转角；θi 为内侧转向轮转
角；K 为对侧主销轴线与地面相交点之间的距离；L 为
汽车前后轴轴距；R 为转向半径。
上式所得阿克曼理论只适合低速、轮胎为刚体时
的理想状况。车辆实际转向时，轮胎必然产生侧滑，
尤其是高速转弯时，外轮负载变大，抓地力增大，侧偏
速不会太快，转向轮在低速、转角较大时实际转角比
较接近阿克曼转角关系。介于平行转向与阿克曼转
向之间初步选取 45%阿克曼转向。有关系式：
(θ θ － i0.45 o)/(θi－θo) = 45%
（3）
基金项目：江苏大学 2018 年度大学生实践创新训练项目；项目编号：201810299459W。 作者简介：苏禹帆（1999— ），男，云南曲靖人，本科生；研究方向：车辆工程。
1.1 内外轮转角
为保证赛车过弯性能，使赛车有足够大的角度进
入弯道，要考虑赛道最小转弯半径，根据襄阳梦想赛道
实际情况，且考虑可能出现的转向不足情况，将最小转
弯半径 R 定为 3 600 mm，赛车轴距 L 为 1 550 mm。根
FSAE 赛车转向系统CAD 与CAE 设计
科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·162·2021年第14期文章编号：2095－6835（2021）14－0162－03FSAE赛车转向系统CAD与CAE设计纪楚凡（武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉430000）摘要：在方程式赛车中，转向系统是最重要的组成部分之一，而齿轮齿条式转向器具有传动效率高、结构简单、制作成本低的优点，因此广泛应用于方程式赛车中。
为了使方程式赛车具有最优的转向性能，应用CAD/CAE软件对转向系统进行建模与仿真。
其中，利用CATIA建立转向系统的三维模型，利用ANSYS对其进行静力学分析，最后利用机械系统动力学分析软件ADAMS进行动力学分析。
最终获得了理想的阿克曼百分比，同时获得了理想的转向系统参数，从而使转向系统具有良好的操作稳定性和平顺性，使驾驶员获得最优的操作体验。
关键词：齿轮齿条；转向；方程式赛车；CAE分析中图分类号：U463.4文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2021.14.066中国大学生方程式汽车大赛是一项由中国汽车协会主办的，由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛。
各参赛车队按照赛事规则和赛车制造标准，在一年的时间内自行设计和制造出一辆在加速、制动、操控性等方面具有优异表现的小型单人座休闲赛车，能够成功完成全部或部分赛事环节的比赛。
在FSAE赛车的设计开发中，转向系统是车手与赛车进行联系与互动最紧密的系统。
转向系统性能的优劣直接决定着整车操纵稳定性和平顺性的好坏，在整个赛车的设计过程中占有非常重要的地位。
随着计算机的诞生与发展，计算机辅助设计工程技术即CAD/CAE技术在汽车行业获得了广泛的应用。
应用CAD/CAE技术对赛车转向器进行设计，提高了设计参数的准确性，降低了成本，大大提高了整车设计过程中的效率。
1转向器的三维建模FASE赛车的转向系统主要由齿轮、齿条、壳体、转向传动轴、横拉杆、万向节等组成。
SRTP汽车转向系统的设计优化与实验【FSAE技术组资料】
旗开得胜研究目的：设计并优化汽车的转向系统，提高汽车的转向安全性与准确性研究内容：本项目将重点开展以下四项工作：1 建立前悬架与转向系统的多刚体运动学简化平面模型。
根据汽车运行环境进行运动学分析，对汽车的转向梯形进行尺寸设计，并通过运动环境的分析，建立优化目标函数确立转向梯形的各个参数。
阿克曼角曲线的拟合与优化目标函数的确立是本项目的重点与难点。
2 建立转向系统空间运动模型。
在平面转向梯形的基础上，建立实际状况下的准确空间运动模型，进行进一步的拟合，确定转向系统的初步空间结构与尺寸。
此过程保证了转向梯形设计的准确性。
3 对转向梯形进行分体设计。
考虑实际汽车中转向系统的空间布置，对空间转向梯形进行等效分体设计，从而适应实际工作情况。
此过程保证了结构设计的合理性。
4 转向轴与齿轮齿条传动机构的设计。
设计方向盘到转向梯形的传动比，并进行齿轮齿条机构的设计与校核。
5 建模与仿真计算。
通过软件建立转向系统与悬架系统的三维模型。
i对车辆的转向与前轮的跳动进行运动仿真分析；ii对控制臂球头进行受力分析；iii分析整个传动链的总游隙。
此过程保证了结构设计的可靠性。
预期结果：设计制造出转向系统的最终实物，撰写转向梯形设计与优化的相关论文。
项目技术路线：汽车运行环境分析→确定最小转弯半径与转弯角度权重→平面转向梯形设计→转向结构空间设计→空间转向结构分体设计→转向轴与齿轮齿条传动机构设计→3D建模与仿真计算→实物制造与装配→综合调试1旗开得胜特色与创新体现：1 借助MATLAB建立优化目标函数实现阿克曼曲线的拟合。
2 在确立转向梯形结构数据后，进行分体式转向梯形的等效设计。
3 运用ADAMS/CAR进行运动仿真。
2。
FSAE汽车转向系统设计
FSAE汽车转向系统设计FSAE (Formula Society of Automotive Engineers)汽车转向系统是赛车设计中十分重要的部分。
转向系统的设计需要考虑到车辆的操控性、安全性和性能。
本文将详细介绍FSAE汽车转向系统的设计原理和关键要素。
首先，FSAE汽车转向系统主要包括方向盘、转向齿轮传动、转向杆、转向齿条和转向臂等部件。
方向盘是驾驶员与转向系统之间的接触面，通过方向盘的转动来控制车辆的方向。
转向齿轮传动通过齿轮的配对来将方向盘的转动传递给转向臂。
转向杆与转向臂连接，并通过转向齿条来实现车轮的转向。
其次，FSAE汽车转向系统设计中的一项关键要素是转向比。
转向比是方向盘转动时车轮转动的比例关系。
通常，转向比越小，驾驶员转动方向盘时车轮转动的角度就越大，操控性越敏感。
转向比的选择要根据赛车的具体需求以及赛道的类型来确定。
在一个狭窄、弯道多的赛道上，需要一个较小的转向比来提高操控性能。
而在一个直线较长的赛道上，可以选择一个较大的转向比来提高车辆的稳定性。
另一个重要的设计原理是转向系统的减震装置。
赛车在高速行驶时可能会受到颠簸、冲击等外力的影响，这可能会对车辆的转向系统造成负面影响。
为了降低这些外力对转向系统的影响，可以在转向齿条或转向杆上安装减震装置。
这些减震装置可以减少转向系统的振动和冲击，提高操控性和稳定性。
此外，转向系统的材料选择也是设计中的一个重要方面。
转向系统的部件通常会承受较大的力和扭矩，因此需要选择强度高、耐疲劳性好的材料。
常用的材料包括铝合金、钢和碳纤维等。
选择适当的材料可以提高转向系统的可靠性和寿命。
最后，FSAE汽车转向系统设计还需要考虑到安全性。
转向系统应该设计成可靠的并具备适当的安全装置，以确保驾驶员在高速行驶中的安全。
例如，应该安装刹车支撑杆和碰撞安全装置等，以减少事故时对转向系统的损坏。
总结起来，FSAE汽车转向系统设计需要考虑操控性、安全性和性能。
FSAE赛车转向系统CAD与CAE设计
FSAE赛车转向系统CAD与CAE设计FSAE（Formula SAE）赛车是一种由学生设计和制造的小型单座赛车，旨在评估学生的工程能力和创新能力。
赛车的转向系统是其关键组成部分之一，对性能和操控性起着至关重要的作用。
因此，转向系统的CAD（计算机辅助设计）和CAE（计算机辅助工程）设计是确保赛车操纵性和安全性的重要环节。
在进行CAD设计时，首先要进行车辆框架的建模和结构设计。
这涉及到车辆的尺寸、重量分布和重心位置等因素的考虑。
通过利用CAD软件，可以绘制三维模型，以便更好地进行设计和分析。
同时，转向系统所涉及到的各个部件也需要进行详细的建模和设计，如转向臂、连杆、转向柱和转向齿轮等。
通过CAD软件可以实现对这些部件的尺寸、布局和安装位置进行精确控制，以确保其在赛车运行中的稳定性和性能。
除了CAD设计，CAE分析也是必不可少的一部分。
CAE工具可以模拟赛车在不同工况下的运行状态，并预测转向系统的性能和强度。
其中，最常用的CAE工具之一是有限元分析（FEA）。
通过将转向系统的CAD模型导入到FEA软件中，可以对系统进行载荷分析、应力分析和振动分析，以评估部件的强度和刚度。
这有助于了解转向系统在各种工况下的性能，并进行必要的优化和改进。
此外，CAE还可以用于进行动力学模拟。
动力学模拟可以模拟赛车在转弯时的动力学特性，如悬挂系统的工作状态和车辆的侧向力分布。
这对于转向系统的设计和调整非常重要，可以确保赛车在高速转弯和紧急避让等情况下的操纵稳定性和安全性。
总之，FSAE赛车的转向系统CAD和CAE设计是确保赛车性能和操纵性的关键环节。
通过CAD设计和CAE分析，可以实现对转向系统的精确控制和优化，以确保赛车在竞技中取得最佳表现。
弯道模式下fsae赛车后轮随动转向特性研究
1 引言
后轮随动转向特性在一定程度上可以改善整车行驶平顺性 并兼顾稳定性袁主要体现在低速模式下转弯半径小袁高速模式下 入弯半径小袁出弯半径大遥 后轮随动转向特性相关文献较少袁检索 相关文献主要集中在两方面院渊 1冤 商用车后轮随动转向特性设计袁 商用车后驱动轮及挂车随动转向以减小整车及汽车列车转向半 径为目的袁不考虑整车瞬时转向特性及整车稳定性[1-4]曰渊 2冤 采用控 制算法设计控制后轮转向袁文献[5-11]研究的重心主要在于验证算法袁 并没有从理论上及结构模型特性上对随动转向特性进行系统分析袁 此类文献研究主旨本质上四轮转向遥 FSAE 赛车属于小型赛车袁设
第2期
机械设计与制造
圆园20 年 2 月
酝葬糟澡蚤灶藻则赠 阅藻泽蚤早灶 驭 酝葬灶怎枣葬糟贼怎则藻
129
弯道模式下 FSAE 赛车后轮随动转向特性研究
王孝鹏 1袁2
渊 1.三明学院机电工程学院袁福建 三明 365004曰2.机械现代设计制造技术福建省高校工程研究中心袁福建 三明 365004冤
摘 要：通过理论分析建立后轮瞬态随动转向系统数学模型袁分析得出摆臂旋转角度及摆臂与车身连接衬套刚度是影响 随动转向的主要因素曰为验证理论模型的正确性袁用 ADAMS 软件建立包含后轮随动转向特性的 FSAE 整车模型袁后轮随 动悬架模型设计为扭力梁悬架袁衬套刚度通过动静刚度试验机获取袁柔性扭转梁通过 ABAQUS 输出模态中性文件获取曰 反向车轮激振仿真表明院左右车轮中心可以获取随动转向位移袁与理论数模模型对比袁误差仅为 1.7%曰整车弯道仿真表 明院车辆入弯时为过渡转向袁出弯时为不足转向袁整车兼顾平顺与操稳性曰扭力梁安装位置 C 值变动时袁随着 C 值的增加袁 不足转向特性趋势减小袁整车稳定性便能变差曰衬套安装角度 兹 增加时不足转向特性趋势减小袁整车稳定性能提升遥 关键词：随动转向；衬套实验；扭转梁 MNF；弯道仿真；C 值因素；衬套角度 中图分类号：TH16曰TH12曰U270.1 文献标识码院A 文章编号院员园园员-3997渊 圆园20冤 02-0129-05
开题报告-fsae赛车转向系统设计及性能分析大学论文
附件一毕业设计任务书设计（论文）题目FSAE赛车转向系统设计及性能分析学院名称汽车与交通工程学院专业（班级）车辆工程姓名（学号）指导教师系（教研室）负责人一、毕业设计（论文）的主要内容及要求（任务及背景、工具环境、成果形式、着重培养的能力）背景：中国汽车工业已处于大国地位，但还不是强国。
从制造业大国迈向产业强国已成为中国汽车人的首要目标，而人才的培养是实现产业强国目标的基础保障之一。
中国大学生方程式汽车大赛（以下简称"FSAE"）是中国汽车工程学会及其合作会员单位，在学习和总结美、日、德等国家相关经验的基础上，结合中国国情，精心打造的一项全新赛事。
FSAE活动由各高等院校汽车工程或与汽车相关专业的在校学生组队参加。
FSAE要求各参赛队按照赛事规则和赛车制造标准，自行设计和制造方程式类型的小型单人座休闲赛车，并携该车参加全部或部分赛事环节。
比赛过程中，参赛队不仅要阐述设计理念，还要由评审裁判对该车进行若干项性能测试项目。
在比赛过程中，参赛队员能充分将所学的理论知识运用于实践中。
同时，还学习到组织管理、市场营销、物流运输、汽车运动等多方面知识，培养了良好的人际沟通能力和团队合作精神，成为符合社会需求的全面人才。
大学生方程式赛车活动将以院校为单位组织学生参与，赛事组织的目的主要有：一是重点培养学生的设计、制造能力、成本控制能力和团队沟通协作能力，使学生能够尽快适应企业需求，为企业挑选优秀适用人才提供平台；二是通过活动创造学术竞争氛围，为院校间提供交流平台，进而推动学科建设的提升；大赛在提高和检验汽车行业院校学生的综合素质，为汽车工业健康、快速和可持续发展积蓄人才,增进产、学、研三方的交流与互动合作等方面具有十分广泛的意义。
任务：调研国内外赛车转向系统结构及原理，遵循FSAE竞赛规则完成赛车转向系统设计，转向梯形优化，系统建模与转向性能分析。
工具环境：CATIA/UG AutoCAD ADAMS Visio MATLAB Office办公软件等成果形式：①翻译相关外文文献不少于5000字②优化设计说明书一份③赛车转向系统三维模型一份能力培养：培养和锻炼学生搜集相关资料，综合运用所学汽车设计知识解决实际问题的能力、提高学生软件应用能力、独立完成赛车转向系统设计及相关问题的能力，为从事本专业有关工作打下坚实基础。
FSAE汽车转向系统设计概述
樊睿本科毕业设计题 目 FSAE 汽车转向系统设计学 院 工业制造学院 _____________专 业 ______________ 车辆工程 ______________学生姓名 学 号 201010115107 年级 2010 级2014 年 4 月29 日FSAE气车转向系统设计专业：车辆工程学号：201010115107学生：樊睿指导教师：牛钊文摘要：本设计的题目是FSAE （大学生方程式汽车）汽车转向系统设计。
根据赛事主办方对转向系统的要求、结合所学知识、综合类似汽车转向系统的特点，设计出该汽车转向系统。
设计内容主要包括FSAE 汽车转向器选型、设计和计算，转向操纵机构设计，转向传动机构和转向梯形的设计。
选择合适的转向器类型，并设计出满足转向系统要求的转向器，保证汽车转向操作的轻便、并提供很好的操控。
并对相应的操纵机构和传动机构进行设计。
并且本设计在考虑上述要求和因素的基础上对相应机构进行优化设计。
从而实现转向器结构简单紧凑，轴向尺寸短，且零件数目少的优点，从而保证了汽车转向的稳定性、灵敏性和操作的轻便性。
在本文中主要进行了转向器齿轮、齿条、拉杆和节臂的校核，其结果满足FSAE 汽车转向系统强度要求。
本文主要方法和理论采用汽车设计等相关资料，并运用CATIA 进行设计与装配。
b5E2RGbCAP 关键词：FSAE ；转向系统；齿轮齿条转向器；转向梯形The Steering System Design of FSAE CarSpecialty：Vehicle Engineering Student Number：201010115107p1EanqFDPw Student：Fan Rui Supervisor：Niu Zhaowen DXDiTa9E3dAbstract ：This design is entitled FSAE (Formula SAE ) racing steering system design . According to event organizers, the steering system requirements, combined with the knowledge, comprehensive 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 compact 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 .RTCrpUDGiTKeywords ：FSAE; Steering System; Rack and pinion steering; Steering trapezoid 5PCzVD7HxA目录绪论 ................................................................ 1 jLBHrnAILg 1 汽车转向系统总述................................................... 2 xHAQX74J0X1.1 汽车转向系统概述............................................ 2LDAYtRyKfE1.2 转向系统类型与发展趋势...................................... 2Zzz6ZB2Ltk1.3 FSAE 汽车转向系统的要求..................................... 3 dvzfvkwMI12 转向系主要性能参数................................................. 5rqyn14ZNXI2.1 转向系的效率................................................ 5 EmxvxOtOco2.1.1 转向器的正效率......................................... 5 SixE2yXPq52.1.2 转向器的逆效率......................................... 66ewMyirQFL2.2 传动比变化特性.............................................. 7kavU42VRUs2.2.1 转向系传动比........................................... 7y6v3ALoS892.2.2 力传动比与转向系角传动比的关系......................... 7M2ub6vSTnP2.2.3 转向器角传动比的选择................................... 80YujCfmUCw2.3 转向器传动副的传动间隙...................................... 9eUts8ZQVRd2.4 转向盘的总转动圈数.......................................... 9 sQsAEJkW5T3 FSAE 汽车转向系统总体机构设计......................................10GMsIasNXkA3.1 参考数据的确定.............................................. 10 TIrRGchYzg3.2 转向系统类型选择........................................... 107EqZcWLZNX3.2.1 机械转向系............................................. 10lzq7IGf02E3.2.2 动力转向系............................................. 11zvpgeqJ1hk3.3 转向器类型选择.............................................. 13NrpoJac3v13.3.1 齿轮齿条转向器......................................... 13 1nowfTG4KI3.3.2 循环球式转向器......................................... 13 fjnFLDa5Zo3.3.3 蜗杆滚轮式转向器 ........................................ 14tfnNhnE6e53.3.4 蜗杆指销式转向器 ....................................... 15 HbmVN777sL3.4 转向轮侧偏角计算............................................ 15V7l4jRB8Hs4 转向器设计...................................................... 1783lcPA59W94.1 齿轮齿条式转向器的结构...................................... 17 mZkklkzaaP4.2 齿轮齿条式转向器形式........................................ 17AVktR43bpw4.3 齿轮齿条式转向器的布置形式................................. 18 ORjBnOwcEd4.4 齿轮齿条啮合传动的特点...................................... 19 2MiJTy0dTT4.5 转向器参数选取.............................................. 22 gIiSpiue7A4.6 选择齿轮齿条材料........................................... 25uEh0U1Yfmh4.7 齿轮的强度计算.............................................. 25 IAg9qLsgBX4.7.1 齿轮齿条传动的载荷计算................................ 26 WwghWvVhPE4.7.2 齿轮的受力分析.......................................... 26 asfpsfpi4k4.7.3 齿面接触强度计算........................................ 28ooeyYZTjj14.7.4 齿根弯曲强度计算...................................... 29 BkeGuInkxI4.8 齿条的强度计算............................................. 31PgdO0sRlMo4.8.1 齿条的受力分析........................................ 313cdXwckm154.8.2 齿条杆部受拉压的强度计算.............................. 32h8c52WOngM4.9 齿轮轴的结构设计........................................... 33v4bdyGious4.10 轴承的选择.................................................. 33J0bm4qMpJ94.11 转向器的润滑方式和密封类型的选择............................ 33 XVauA9grYP5 转向操纵与传动机构设计............................................ 33bR9C6TJscw5.1 方向盘设计................................................. 33 pN9LBDdtrd5.1.1 FSAE 汽车方向盘设计要求：............................. 33 DJ8T7nHuGT5.1.2 结构形式.............................................. 33 QF81D7bvUA5.2 转向轴设计................................................. 34 4B7a9QFw9h5.3 转向管柱设计................................................. 36ix6iFA8xoX5.4 转向节设计................................................. 36 wt6qbkCyDE5.5 转向横拉杆与球头销......................................... 37 Kp5zH46zRk6 转向梯形机构优化.................................................. 38Yl4HdOAA616.1 转向梯形机构概述............................................. 38ch4PJx4BlI6.2 整体式转向梯形结构方案分析................................. 38 qd3YfhxCzo6.3 整体式转向梯形机构优化分析................................. 39E836L11DO56.4 整体式转向梯形机构优化设计................................. 42S42ehLvE3M6.4.1 优化方法介绍 ............................................. 42501nNvZFis6.4.2 优化设计计算............................................ 43jW1viftGw97 结论............................................................. 45 xS0DOYWHLP 参考文献 ........................................................... 47LOZMkIqI0w 致谢 .............................................................. 48 ZKZUQsUJed绪论中国大学生方程式汽车大赛（以下简称"FSAE"）是中国汽车工程学会及其合作会员单位，在学习和总结美、日、德等国家相关经验的基础上，结合中国国情，精心打造的一项全新赛事。
FSAE不等长双横臂式悬架与转向系统的优化
FSAE不等长双横臂式悬架与转向系统的优化摘要：通过adams仿真分析各类悬架优劣，完善悬架结构，使其拥有更好的性能。
通过优化悬架参数，减少由不平路面传给车架或车身的冲击力引起的震动，保证车辆的平顺性和稳定性。
同时使用载荷提取，将提取到的载荷加之于CAE仿真中，用ansys进行拓扑优化，在保证整车安全性能的情况下，能降低整车质量，以达到轻量化。
关键词：adams仿真：载荷提取；拓扑优化一，绪论1.1研究目的悬架与转向系统是一辆车不可缺少的一部分，设计的最初目的是为了保证车辆具有良好的操纵稳定性以平顺性，考虑到赛事规则，为具有可靠性，调整便捷性，结构合理性以及轻量化等方面，通过CAE仿真来模拟运动，优化模型以获得相较车辆最优良的参数数据。
1.2研究方法及主要研究内容采取了Adams car和Ansys的联合仿真，首先通过Adams先建立模型和相应的运动副，通过静态分析、平行轮跳等一系列的运动仿真，作出一系列数据以及仿真图，并通过调节硬点位置悬臂长度和倾角等来使曲线达到相对预期数值。
同时，采用Adams car中的载荷提取功能，对悬架各关键连接部位进行力的提取，然后通过Ansys的静态力学分析对零件的危险工况进行受力分析，在保证强度的同时也兼具轻量化。
二，悬架参数计算及模型2.1数据计算根据方程式赛车的初步悬架参数，首先需要定下偏频侧倾梯度等数据。
后考虑到悬架的整体布置，需考虑到轮距轴距等。
悬架的刚度会较大的影响车辆的操作稳定性，同时良好的悬架性能能提高弯道灵活性。
根据空气动力学的仿真得出本赛车在v=16.67m/s的速度下会产生800N的下压力，将侧倾角控制在±1.2°，整车俯仰角控制在±0.75°，分别对应1.8g转向和1.15g制动的情况，对应侧倾0.6deg/g，线刚度0.65deg/g。
2.2，初步硬点确定在推拉杆的选取上，我们采用前悬拉杆后悬推杆，理由是在为符合车身的空气动力学，拉杆可位于车底，便于整体结构，而后悬为拥有足够的性能且对整体影响不像前悬一样大，通过分析后，推杆更能达到完美预期。
FSAE赛车转向系统CAD与CAE设计
FSAE赛车转向系统CAD与CAE设计FSAE（Formula SAE）是一项学生工程竞赛，由学生设计和建造一款Formula-style赛车，以参加一系列国际比赛。
FSAE赛车需要在各种挑战环境下运行，并需要具有高性能转向系统，以确保车辆在赛道上的准确操控。
因此，对FSAE赛车转向系统的CAD（计算机辅助设计）与CAE（计算机辅助工程）设计至关重要。
转向系统是FSAE赛车中至关重要的一个组成部分，直接影响到车辆的操控性能和安全性。
一个优秀的转向系统需要具有以下特点：具有良好的操控性和稳定性、轻量化设计、耐用性强、尽可能减小功耗和能耗等。
在进行CAD与CAE设计时，需要充分考虑这些特点，以确保转向系统的设计符合赛车的需求。
在进行CAD设计时，工程师们可以利用各种CAD软件，如SolidWorks、AutoCAD等，对转向系统进行三维建模。
在建模过程中，需要考虑各个零部件的尺寸、间隙以及安装位置等因素，并确保各个零部件之间的匹配性和协调性。
此外，CAD设计还可以帮助工程师们进行各种虚拟分析，如有限元分析（FEA）、动力学模拟等，以验证转向系统的强度和稳定性。
在进行CAE设计时，工程师们可以利用各种CAE软件，如ANSYS、ADAMS等，对转向系统进行模拟分析。
通过CAE分析，工程师们可以评估转向系统在各种工况下的性能表现，如转向灵活性、阻尼效果、响应时间等。
通过对模拟结果的分析，可以发现并解决转向系统中存在的问题，优化设计方案，提高系统的性能。
在CAD与CAE设计中，需要特别注意以下几个方面：1.转向系统的优化设计：在CAD设计中，需要充分考虑各个零部件的结构设计、材料选择和加工工艺等因素，以保证转向系统的性能表现。
在CAE设计中，需要对转向系统进行各种模拟分析，以找出系统存在的问题，并提出相应的解决方案。
2.转向系统的强度和稳定性：在CAD设计中，需要对各个零部件进行强度分析，以确保系统在高速运行时不会发生破裂或变形。
基于FSAE车辆动力学的转向系统设计
第16期2019年6月No.16June ，2019苏禹帆，杨伟，颜宇，李垚（江苏大学汽车与交通工程学院，江苏镇江212013）基金项目：江苏大学2018年度大学生实践创新训练项目；项目编号：201810299459W 。
作者简介：苏禹帆（1999—），男，云南曲靖人，本科生；研究方向：车辆工程。
江苏科技信息Jiangsu Science &Technology Information基于FSAE 车辆动力学的转向系统设计摘要：为保证FSAE 方程式赛车的操纵稳定性，文章综合车辆动力学建模仿真，设计出一套符合赛事并且性能优良的转向系统。
仿真结果表明：设计得到的转向系统消除了绝大部分轮跳转向，转向梯形的优化也达到较好的效果，有效提高整车操控性能。
关键词：操纵稳定性；轮跳转向；转向梯形；车辆动力学中图分类号：U270.1+1文献标志码：A0引言大学生方程式汽车大赛（Formula Student China ，FSC ），简称FSAE ，是面向大学生的综合性工程教育赛事，开办30多年来已遍及15个国家，赛事发展越来越专业化，赛车操纵性要求越来越高，对转向系统的设计要求也不断提高。
国内外对FSAE 转向系统的研究已取得很大进展，但其在杆系布置和传动比确定选取方面与传统汽车有很大区别，在确定转向传动比、优化转向梯形结构方面仍然存在缺陷，降低了赛车的操纵性能。
首先，本文以整车动力学/车辆动力学为基础，介绍了一种适用于FSAE 赛车的转向系传动比确定方案，为赛车传动比设计提供了更可靠的理论基础。
其次，结合FSAE 赛车特点介绍了赛车轮跳转向优化和转向梯形优化过程，并且利用Catia ，Matlab 等软件设计工具联合设计，提高设计的计算精度。
最后，根据设计参数建立三维模型，在Optimum Kinematics 中进行运动学仿真，分析其性能是否符合赛事要求。
由此建立一套完整的具有参考价值的FSAE 转向系统设计流程［1］。
FSAE转向系培训
转向系主要内容一、FSAE转向系开发流程二、汽车转向系的功能和结构三、关键零部件及注意事项一、FSAE 转向系开发流程明确和熟悉设计对象熟悉比赛规则、要求学习和借鉴他人方案确定初步方案并建模优化改进方案采购零件和原材料加工并装配确定最终方案试车并寻找问题优化方案大赛规则（转向部分）1转向系统必须至少能作用在两个车轮上。
2转向系统必须安装有效的转向限位块，以防止转向连杆结构反转（四 杆机构在一个节点处发生反转）。
限位块可安装在转向立柱或齿条上，并且必须防止轮胎在转向行驶时接触悬架、车身或车架部件。
3转向系统的自由行程不得超过7 度（在方向盘上测量）。
4允许使用后轮转向，但其转向角必须机械限位在±3 度（从正前方测 量）。
5方向盘必须与前轮机械连接。
禁止使用线控转向。
6方向盘必须安装在快拆器上，必须保证车手在正常驾驶坐姿并配戴手套时可以操作快拆器。
（车检时，转向柱也要可拆）7 方向盘轮廓必须为连续闭合的近圆形或近椭圆形。
例如：方向盘的外轮廓可以有一些部分趋向直线，但不可以有内凹的部分。
禁止使用H形，∞ 型或分开式方向盘。
二、汽车转向系的功能和结构类型1.汽车转向系的类型和组成2.转向操纵机构3.转向器4.转向传动机构1.汽车转向系的类型和组成 11）驾驶者通过转向盘控制前轮绕主销的转角，从而操纵汽车的运动方向。
22）凭借转向盘的反作用力， 将整车及轮胎的运动、受力状况反馈给驾驶者，以获得“路感”。
转向系的功能路感:指驾驶时候路面通过车身，方向盘对驾驶者作出的反馈。
一般运动型轿车和跑车的话，路感都很清晰，也就是说不用看，就能清晰感觉出自己刚才走过了一段什么路，你甚至能感受轮胎压过石子的感觉。
1.汽车转向系的类型和组成汽车转向系统按转向能源的不同分为机械转向系统和动力转向系统。
机械转向系统主要由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分构成。
动力转向系统液压助力电动助力气压助力动力转向系统电动助力转向系统是利用汽车上的直流电源驱动电动机对转向系统实施助力的。
某FSAE赛车整车设计
某FSAE赛车整车设计【摘要】本文以某大学生方程式（FSAE）赛车为例，介绍了其整车及部分关键子系统的设计方法。
在FSAE赛车的设计过程中首先需要遵守的就是严格的比赛规则，在此基础上提出了“轻量化设计、足够大gg附着椭圆、优异操纵性能”的设计要求，并基于此介绍了整车设计、动力传动系统设计、转向系统设计及悬架系统设计等流程。
论文可在一定程度上指导国内FSAE赛车设计。
【关键词】FSAE赛车；整车设计1.整车设计要求赛车圈速与赛道情况、车手水平等密切相关，不能以“开环”的性能参数来表达。
所以，工程师们在进行赛车设计时，往往难以提炼出明确的设计指标。
作者所在车队曾获得两届中国FSAE大赛冠军，结合多辆FSAE赛车设计经验，将FSAE赛车的整车设计要求概括为以下定性的三点。
1.1轻量化极限设计轻量化设计是赛车的首要设计要求。
基于牛顿第二定律，越小质量的物体在同等外力作用下的加速度越大。
并且，FSAE赛车不像传统汽车一样需要很高的耐久性。
故而，FSAE赛车整车零部件在满足强度、刚度的要求下应该尽可能采取轻量化设计。
1.2尽可能大的极限侧向加速度根据作者经验，一辆优秀FSAE赛车的极限侧向加速度不应该小于所用轮胎静载时的附着系数，一般在1.8g左右。
当然，轮胎的垂直载荷会影响到其附着系数的大小，一般应该以静载时为准。
1.3优异的操纵性能对于FSAE赛车而言，所谓优异的操纵性能主要关注赛车的瞬态响应能力以及各侧向加速度下的转向特性，其决定着车手是否可以“顺利”驾驶赛车并发挥赛车极限。
为保证赛车的绕桩速度以及进出弯道的响应速度，要求赛车具有优秀的瞬态响应能力。
换言之，希望其为近似临界阻尼系统，基于汽车动力学相关理论可知，其阻尼比主要由赛车轮距、质心位置、轮胎侧偏刚度等主要参数决定。
2.整车及其子系统设计2.1整车设计流程图1某FSAE赛车整车设计流程某FSAE赛车的整车设计流程如图1所示。
2.2动力传动系统及其设计考虑到轻量化及操纵性的整车设计要求，选择HondaCRF450发动机。
转向 规则研读【FSAE技术组资料】
1 1 中国大学生方程式汽车大赛宗旨中国大学生方程式汽车大赛旨在由各大学车队的本科生和研究生构想、设计、制造、开发并完成一辆小型方程式赛车并参加比赛。
1 1 1 为了给予参赛车队最大的设计灵活性和自由度以表达其创造力和想象力，赛事对于赛车的整体设计只有很少的限制。
参赛队所面临的挑战在于要制作出一辆能够顺利完成规则中所提及的所有条目的赛车。
比赛本身给了参赛车队一个同来自各地大学的车队同场竞技的机会，以展示和证明队员的创造力和工程技术水平。
1 2 赛车设计宗旨为了达到赛事宗旨，假定参赛车队是为一家设计公司设计、制造、测试并展示一辆目标市场为业余周末休闲赛车的原型车。
1 2 1 赛车必须在加速、制动和操控性方面具有非常优异的表现，同时又必须具有足够的耐久性以顺利完成规则中提及的及比赛现场进行的所有项目。
1 2 2 赛车必须适合从第5 百分位的女性到第95 百分位的男性车手驾驶，同时要满足中国大学生方程式汽车大赛规则中的要求。
1 2 3 其它附加的设计因素也需要予以考虑：美学、成本、人体工程学、可维护性、工艺性和可靠性。
1 2 4 在完成车辆并进行测试后，设计团队应努力向有意生产该赛车的公司“销售”该设计。
对于车队来说，其挑战在于开发一辆能最大程度满足中国FSC 赛车的设计目标且具有市场前景的样品车。
1 2 5 每辆赛车的设计都将与其它的赛车进行对比评价，以评定出最优秀的设计。
1 3 良好的工程实践参赛车辆应按照良好的工程实践惯例进行设计和制造。
1 4 测评内容参赛车辆将在一系列的静态和动态项目中进行测评，其中包括：技术检查、制造成本分析、营销报告、1赛车设计、单项性能测试和良好的赛道耐久性。
1 4 1 动态项目通过计分来评定赛车的表现。
每个动态项目都指定了性能等级下限，并在得分的计算公式中得以反映。
以下为各项分数：~ 2 ~静态项目营销报告75赛车设计150制造成本分析100动态项目直线加速测试758 字绕环测试50高速避障测试150耐久测试300效率测试100总分1,000第二章–通用技术规范第一节赛车的要求和限制1 1 技术检查下面的要求和限制将在技术检查过程中强制执行。
FSAE方程式赛车转向系统的仿真与优化
第２卷 第４ ８ 期
文 章 编 号 ：０ ６—９ ４ （０ １ ０ ０ ４ ０ １０ ３ ８ ２ １ ）４— ３９— ４
计
算
机
仿真 Biblioteka ２１年４ ０１ 月Ｆ ＡＥ 方 程 式 赛 车 转 系 的 仿 真 与 优 化 Ｓ 向 统
姚 汉波 ， 唐应 时 ， 焕 美 ， 建涛 王 林
（ 南 大 学 汽 车 车 身 先 进 设 计 制造 国 家重 点 实验 室 ， 南 长 沙 ４ ０ ８ ） 湖 湖 １０ ２ 摘 要 ： 究 赛 车 比赛 转 向系 统 动 特 性 优 化 问题 ， 于赛 车 高 速 和赛 道 特 殊 的 特 点 ， 车 的 转 向稳 定 性 问 题 和 轮 胎 的 单 侧 偏 磨 研 由 赛 问 题 一 直 困 扰 着 赛 车 设 计 者 。针 对 上 述 问题 ， 出 了 一 种 符 合 赛 车 赛 道 特 殊 设 计 的 断 开 式 转 向梯 形 机 构 设 计 方 案 。 利 用 提 ＭＡ Ｌ Ｂ计 算 软 件 ， 立 了空 间 转 向梯 形 运 动 学 模 型 ， ＴＡ 建 进行 优 化 设 计 ， 制 梯 形 的 Ａｃｅｍ ｎ与理 想 Ａ ｋｒ ａ 控 ｋｒ ａ ｃ ｅｍ ｎ的 误 差 ， 提 来 高 赛 车 的 转 向稳 定 性 。又 建 立 了赛 车 转 向系 统 和悬 架 系 统 动 力 学 模 型 并 进 行 了 仿 真 分 析 ， 车 轮 上 下 跳 动 时 ， 制 车 轮 前 在 控 进 变 化 量 的 大 小 ， 减 弱 轮 胎 的 单 侧 偏 磨 程 度 。结 果 表 明设 计 出 的转 向 梯 形 机 构 方 案 具 有 良好 的 转 向稳 定 性 ， 好 地 缓 解 可 很 了轮胎的单侧偏磨现象 。
方程式赛车转向系统设计(转向系统)讲解学习
方程式赛车转向系统设计(转向系统)毕业设计（论文）题目大学生方程式赛车设计(转向器设计)2013年 5 月 30 日方程式赛车转向系统设计（转向系统）摘要赛车转向系的设计对赛车转向行驶性能、操纵稳定性等性能都有较大影响。
在赛车转向系设计过程中首先通过转向系统受力计算和UG草图功能进行运动分析，确定转向系的传动比，确定了方向盘转角输入与轮胎转角输出之间的角传动比为3.67；运用空间机构运动学的原理,采用Matlab软件编制转向梯形断开点的通用优化计算程序,确定汽车转向梯形断开点的最佳位置,从而将悬架导向机构与转向杆系的运动干涉减至最小；然后采用UG运动分析的方法,分析转向系在转向时的运动,求解内外轮转角、拉杆与转向器及转向节臂的传动角、转向器的行程的对应关系,为转向梯形设计及优化提供数据依据。
完成结构设计与优化后我们对转向纵拉杆与横拉杆计算球铰的强度与耐磨性校核以及对一些易断的杆件进行了校核计算，确保赛车有足够的强度与寿命。
完成了对转向轻便性的计算，我们计算了转向轮的转向力矩M转，转向盘上作用力p手以及转向盘回转总圈数n，以确认是否达到赛车规则中所规定的要求以及转向的灵活性与轻便性。
最后我们建立三维模型数据进行预装配，在软件上检查我们设计的转向系是否存在干涉等现象以及检查我们的转向系是否满足我们的设计要求，对我们的设计进行改进。
关键词：赛车，转向，UG，转向梯形，运动分析，齿轮齿条The design of Formula front and rear suspension and steering system (steeringsystem)ABSTRACTSteering System Design of a car has a significant impact of driving performance, steering stability. In the car design process, first through the steering force calculations and the UG kinetic analysis we determine the ratio of steering system, the relationship between the wheel angle input and output; The principles of spatial mechanism kinetics and a related optimization program by using Matlabare applied to the calculation of the spatial motion of the ackerman steering linkage. By using the method,the interference between suspension guiding mechanism and steering linkage is minimized; then UG kinetic analysis is used to analysis the motion of steering system when turning and calculating the corresponding relation between the turningangle of inside and outside wheels, the transmission angle of steering linkage and steering box or steering linkage and track-rod, and steering box stroke. And it provides a theoretical basis for designing and optimizing the steering trapezoidal mechanism.After the work we calculate the balljoints tie rod strength and wear resistance, and some calculations was made on some dangerous bars, to ensure the car has enough strength and life. After carrying out a complete calculation of the portability, we calculate the torque of the wheel, the force of steering wheel on the hands and the total number of turns , to meet the requirements in the car rules. Finally, we set up pre-assembled three-dimensional model data, checking the steering we designed whetherthere is interference phenomena and to examine whether our steering meet our design requirements, to improve our design.KEY WORDS：FSAE，UG, steering trapezoid,motion analysis, rack and pinion目录第一章绪论 0§1.1 Formula SAE 概述 0§1.1.1 背景 0§1.1.2 发展和现状 (1)§1.2 中国FSAE发展概况 (2)§1.3 任务和目标 (3)第二章转向系设计方案分析 (4)§2.1 赛车转向系概述 (4)§2.2 转向系的基本构成 (4)§2.3 转向操纵机构 (5)§2.4 转向传动机构 (7)§2.5 机械式转向器方案分析 (7)§2.5.1 齿轮齿条式转向器 (7)§2.5.2 其他形式的转向器 (9)§2.5.3 转向器形式的选择 (10)§2.6 赛车转向系统传动比分析 (10)§2.7 转向梯形机构的分析与选择 (11)§2.7.1 转向梯形机构的选择 (11)§2.7.2 断开式转向梯形参数的确定 (12)§2.7.3 转向系内外轮转角的关系的确定 (13)§2.7.4 MATLAB内外轮转角关系曲线部分程序16第三章转向系主要性能参数 (19)§3.1 转向器的效率 (19)§3.1.1 转向器的正效率η+ (19)§3.1.2 转向器的逆效率η- (20)§3.2 传动比的变化特性 (21)§3.2.1 转向系传动比 (21)§3.2.2 力传动比与转向系角传动比的关系 (22)§3.2.3转向系的角传动比wo i (23)§3.2.4转向器角传动比及其变化规律 (23)§3.3 转向器传动副的传动间隙Δt (25)§3.3.1转向器传动间隙特性 (25)§3.3.2如何获得传动间隙特性 (26)§3.4 转向系传动比的确定 (27)第四章齿轮齿条式转向器设计与计算 (28)§4.1 转向系计算载荷的确定 (28)§4.1.1原地转向阻力矩MR的计算 (28)§4.1.2作用在转向盘上的手力Fh (28)§4.1.3转向横拉杆直径的确定 (29)§4.1.4初步估算主动齿轮轴的直径 (29)§4.2 齿轮齿条式转向器的设计 (30)§4.2.1 齿条的设计 (30)§4.2.2 齿轮的设计 (30)§4.2.3 转向横拉杆及其端部的设计 (31)§4.2.4齿条调整 (32)§4.2.5转向传动比 (33)§4.3齿轮轴和齿条的设计计算 (34)§4.3.1选择齿轮材料、热处理方式及计算许用应力 (34)§4.3.2初步确定齿轮的基本参数和主要尺寸.35§4.3.3确定齿轮传动主要参数和几何尺寸 (37)§4.4 齿轮齿条转向器转向横拉杆的需要全套设计请联系Q Q1537693694运动分析 (38)§4.5 齿轮齿条传动受力分析 (39)§4.6 齿轮轴的强度校核 (39)§4.6.1轴的受力分析 (39)§4.6.2判断危险剖面 (40)§4.6.3轴的弯扭合成强度校核 (40)§4.6.4轴的疲劳强度安全系数校核 (41)第五章转向梯形的优化设计 (43)§5.1目标函数的建立 (43)§5.2设计变量与约束条件 (44)§5.2.1保证梯形臂不与车轮上的零部件发生干涉 (45)§5.2.2保证有足够的齿条行程来实现要求的最大转角 (45)§5.2.3保证有足够大的传动角α (46)第六章基于UG运动仿真的转向梯形设计与优化 (49)§6.1建立UG三维模型 (49)§6.2 基于UG工程图模块的转向机动图 (50)§6.3 UG模型以及基于UG高级仿真的零部件校核 50§6.4 UG装配模型检查干涉问题 (51)第七章结论 (53)参考文献 (54)致谢 (56)第一章绪论§1.1 Formul a SAE 概述§1.1.1 背景Formula SAE 赛事由美国汽车工程师协会（the Society of Automotive Engineers 简称SAE）主办。
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FSAE赛车转向系统的研究与设计
大学生方程式大赛（FSAE）是为热爱赛车的在读大学生举办的一项竞赛。
汽车的转向系统是用来保持或者改变行驶方向的机构。
本文从该角度分析了赛车转向系统的作用、基本构成、要求和总体性能。
标签：FSAE赛车；齿轮齿条式转向器；设计
一、研究意义
FSAE旨在通过学生亲手设计制造一辆满足大赛要求的赛车，来提高学生对汽车设计知识的拓展应用能力和实际加工动脑动手能力。
大赛赛道设有转向半径较小的急转弯道和间距不等的障碍道，需要赛车转向系统灵敏、轻便、高效。
FSAE 赛车的转向系统设计能使车手在比赛时更好地高速避障、入弯出弯及紧急转向保证行车安全。
二、FSAE转向系统概述
转向系统是用来保持或者改变车辆行驶方向并在车辆转向行驶时保证各转向轮之间有协调的转角关系的机构。
FSAE大赛规定仅使用机械转向系统，即依靠驾驶员的手力转动转向盘，经转向器和转向传动机构使转向轮偏转。
转向器作为改变汽车行驶方向及保持汽车稳定直线行驶的关键零部件，其性能至关重要。
转向系统的技术状况，对于保证行驶安全、减轻驾驶员劳动强度和延长车辆使用寿命均有很重要的作用。
如何改善赛车转向系统的操纵稳定性、灵敏性、可靠性和轻便性，应作为设计工作的重点。
另外，合适的转向器对转向系统也很重要。
比赛还规定：转向系統必须安装有效的转向限位块，以防止转向连杆结构反转；限位块可安装在转向立柱或齿条上，并且必须防止轮胎在转向行驶时接触悬架、车身或车架部件；转向系统的自由行程不得超过7°；方向盘必须安装在快拆器上，保证车手在正常驾驶坐姿并配戴手套时可以操作快拆器；方向盘轮廓必须为连续闭合的近圆形或近椭圆形。
三、FSAE赛车转向系统设计
初始参数：
1.转向盘总圈数≤3.0
2.转向盘直径≤200mm
3.最大转向盘操纵力≤100N
4.转向盘在上下方向的最大调节量≥50mm
转向系统的设计要求：（1）保证汽车有较高的机动性；（2）汽车转向时，全部车轮应绕一个瞬时转向中心旋转，不应有侧滑；（3）传给转向盘的反冲要尽量小；（4）转向后转向盘应自动回正，并使汽车保持直线行驶状态；（5）发生车祸时，当转向盘和转向轴由于车架和车身变形后移时，转向系统最好有保护机构防止伤到乘员。
四、转向器结构型式方案的确定
齿轮齿条式转向器的主要优点是：结构简单、质量轻；传动效率高；可自动消除啮合间隙；制造成本低。
缺点是：逆效率高。
蜗杆滚轮式转向器主要优点是：结构简单；强度比较高、寿命长；逆效率低。
缺点是：正效率低；啮合间隙难调整；传动比不能变化。
循环球式转向器的主要优点是：耐磨、寿命长；转向系的传动比可变；间隙容易调整；布置方便，适合大、中型车辆。
由以上分析可知，我所要设计方程式赛车将采用齿轮齿条式转向器。
五、齿轮齿条的设计
齿轮轴是一根切有齿的轴，安装在转向器壳体上并与齿条上的齿相啮合，其上端与转向柱相连。
因此，转向盘的旋转使齿条横向移动来操纵前轮。
齿轮轴由安装在转向器壳体上的深沟球轴承支承。
转向器内的齿选用斜齿，斜齿的运转比直齿平稳，且传递更大动力，故采用斜齿圆柱齿轮。
假设齿轮有足够啮合长度，且齿轮在齿条上滚动。
当齿条不动齿轮啮合一周时，齿轮中心线移动了一定位移S。
我们通过计算可知，位移S=πd，即齿条实际移动距离（d是分度圆直径）。
对于一般汽车的齿轮齿条式转向器来说，齿轮的模数取值范围在2～3mm之间，主动小齿轮齿数在5～7范围变化，压力角取值20°，齿轮螺旋角多为9°～15°。
但考虑到赛车的方向盘转角不到一圈，而齿条总行程需要约160mm，且每啮合一次，齿条走过一个周节（t=πm）的距离，致使所需齿轮较大，所以初选齿数Z1为15。
齿条是在金属壳体内来回滑动的，转向器壳体是安装在车架前底板固定位置上的。
齿条的横向运动带动转向横拉杆，使前轮转向。
相互啮合的齿轮的齿距p1和齿条的齿距p2必须相等。
即：πm1cosα1=πm2cosα2
所以选定齿条模数m2为5mm，计算出齿条的压力角α2=20°。
选取齿条齿
数z=10，螺旋角β=13°，齿条断面形状选取为圆形。
六、结论
赛车转向系统对于保证赛车行驶安全、减轻驾驶员的劳动强度很重要。
改善汽车的操纵稳定性和提高转向系统的可靠性是比赛制胜的重要因素之一。
本文阐述了FSAE转向系统的设计匹配过程，得出以下结论：（1）齿轮齿条式转向器保证了较高的传动效率，操纵的轻便性及可靠性。
（2）较合理的转向梯形布置很好地满足了转向轻便和磨损较小的要求。
（3）方向盘转动圈数不到1圈，但转向轮最大摆角满足比赛转向要求，角传动比为4∶1，转向效率很高。
参考文献
[1]晋兵营，宁广庆，施国标.汽车电动助力转向系统发展综述[J].拖拉机与农用运输车，2010（01）.
[2]中国大学生方程式汽车大赛组委会.2011中国大学生方程式汽车大赛参赛手册[R].北京：中国汽车工程协会，2012.
作者简介：徐娇艳（1986.11—），女，汉族，湖北襄阳人，硕士，讲师，主研究方向：汽车专业、教育管理。