转向梯形机构设计报告

转向梯形机构设计

报告

采用齿轮齿条式转向器的

转向梯形机构优化设计报告

指导老师：罗虹

学生：黄志宇

学号： 6260

专业班级：车辆工程04班

重庆大学方程式赛车创新实践班

二〇一七年二月

一、赛车转向系概述

赛车转向系统是关系到赛车性能的主要系统，它是用来改变或恢复汽车行驶方向的系统的总称，一般，车手经过转向系统使转向轮偏转一定角度实现行驶方向改变。赛车转向系统一股由方向盘、快拆、转向轴、转向柱、万向节、转向器、转向拉杆、梯形臂等部分组成。其中，方向盘用于输入转向角度，快拆用于快速分离方向盘与转向柱，转向柱、转向轴、万向节共同将方向盘输入角度传递到转向器，转向器经过内部传动副机构将旋转运动转化为转向拉杆的直线运动，转向拉杆与梯形臂作用于转向节，实现车轮转向。图1展示了转向系梯形结构，图2展示了赛车转向系统构成。

图1转向梯形机构

图2赛车转向系统构成

二、赛车转向系选型

由于大赛组委会规则里面明确规定不允许使用线控或者电动转向，考虑到在赛车转向系统布置空间有限，且有严格的成本限制，以及轻量化的赛车设计目标，将赛车转向器范围限定机械式转向器。当前，国内外的大多数方程式赛车采用齿轮齿条式转向器和断开式转向梯形结构。

齿轮齿条式转向器

齿轮齿条式转向器的传动副为齿轮齿条，其中，齿轮多与转向柱做成一体，齿条多与转向横拉杆直接连接，连接点即为断开点位置。根据输出位置不同，分为两端输出式和中间输出式。

其主要优点是：结构简单，体积小，易于设计制作；转向器可选材料多样，壳体可选用招合金，质量轻；传动效率较高；容易实现调隙，当齿轮齿条或者齿条与壳体之间产生间隙时，能够经

过安装在齿条背部的挤压力可调的弹簧来消除间隙；转向角度大，制造成本低。

其主要缺点是：传动副釆用齿轮齿条，正效率非常髙的同时，逆效率非常高，能够到达当汽车在颠簸路面上行驶时，路感反馈强烈，来自路面的反冲力很容易传递到方向盘；转向力矩大，驾驶员操纵费力，对方向盘的反冲容易造成驾驶员精神紧张，过度疲劳。

断开式转向梯形结构

根据转向器和梯形的布置位置的不同，断开式转向梯形又分为四类，分别为：转向器前置梯形前置，转向器后置梯形后置，转向器前置梯形后置，转向节后置梯形前置。区分前后的分界线是赛车前轴。

当转向器和梯形分置于前轴两侧时，各杆件压力角较大，不利于提高转向效率，转向费力的同时增加了各杆件的长度；转向梯形前置还是后置主要取决于空间布置关系，本车队赛车前轮制动卡钳布置在卡盘后侧，如果将转向梯形布置在后面，会与卡钳、轮辋等部件干涉。综上所述，本文以齿轮齿条式转向器作为转向器和断开式转向梯形结构，布置形式为转向器前置转向梯形前置对赛车的转向系统进行研究和优化。