FSAE赛车转向系统设计及性能分析任务书及开题报告资料

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。

FSAE赛车车架的结构分析与优化的开题报告一、选题背景FSAE（Formula SAE）赛车竞赛是国际汽联主办的一项汽车竞赛项目，旨在培养青年人的汽车设计和制造能力。

赛车要求具备高性能、高可靠性和高安全性，其中车架结构是赛车设计的核心之一，直接影响车辆的性能和操控性。

因此，本课题选取了FSAE赛车车架的结构分析与优化为研究对象，旨在探讨其结构特点及优化方法，提高车辆的性能和竞赛成绩。

二、研究内容和目标（一）研究内容1. FSAE赛车车架的结构特点及材料选择；2. 车架结构的静力学分析，包括力学模型、受力分析等方面；3. 车架结构的动力学分析，包括振动模态、固有频率、模态分析等方面；4. 车架结构的优化方法，包括拓扑优化、结构优化等方面；5. 基于优化后的车架结构设计静态和动态试验，并对试验结果进行分析。

（二）研究目标1. 深入了解FSAE赛车车架的结构特点及其受力情况；2. 通过力学分析和动力学分析，了解车架结构在静态和动态条件下的应力和振动情况，为后续优化提供基础；3. 熟悉车架优化的方法和流程，针对车架结构特点，提出优化方案，提高车辆的性能和竞赛成绩；4. 对优化后的车架设计进行静态和动态试验，验证优化效果，规范车辆设计和制造流程；5. 为FSAE赛车竞赛提供优秀的车辆设计和制造构思和方案，提高中国赛车水平和竞争能力。

三、研究方法和技术路线（一）研究方法1. 理论分析法：通过文献调研和资料收集，深入了解FSAE赛车车架的结构特点及材料选择；2. 数值模拟法：建立车架的静力学和动力学模型，进行数值模拟，分析车架在静态和动态条件下的应力、振动等情况；3. 优化设计法：结合车架的结构特点，采用拓扑优化、结构优化等方法，提出优化方案，提高车辆的性能和竞赛成绩；4. 试验验证法：设计静态和动态试验方案，对优化后的车架进行验证，分析试验结果并对车架设计和制造流程进行规范。

（二）技术路线1. 车架结构特点和材料选择分析；2. 车架静力学分析和动力学分析，并确定车架应力和振动情况；3. 优化方案设计，包括拓扑优化、结构优化等方法；4. 实验设计和试验验证，对优化后车架进行静态和动态试验，分析试验结果。

FSAE方程式赛车电子控制系统设计-开题报告背景在FSAE方程式赛车比赛中，电子控制系统的设计对于车辆的性能和安全至关重要。

电子控制系统包含了车辆的各种传感器、电子控制单元(ECU)以及相关的线路和软件。

通过合理设计和优化电子控制系统，可以提升方程式赛车的性能，并确保其稳定和可靠性。

目的本项目旨在设计一套高效可靠的电子控制系统，以满足FSAE方程式赛车比赛的要求。

通过精确控制车辆的各种参数和功能，我们可以提高车辆的加速性能、操控性和安全性。

研究内容1. 传感器选择和布局：根据赛车性能需求，选择适合的传感器，并合理布局以获得准确的数据。

2. 电子控制单元(ECU)设计：设计一个功能强大的ECU，能够接收传感器数据并进行实时计算和控制。

3. 电路设计：设计各种控制电路，包括电力分配、保护电路和信号处理电路，以确保电子控制系统的正常运行。

4. 软件开发：根据赛车需求，编写相应的软件程序，实现对车辆的精确控制和参数调整功能。

5. 系统集成和测试：将各个部分进行集成，并进行全面的功能和性能测试，确保电子控制系统的稳定和可靠性。

预期成果1. 设计出一套高效可靠的电子控制系统，满足FSAE方程式赛车比赛的各项要求。

2. 提升赛车的性能和操控性，使其在比赛中具备竞争力。

3. 增强赛车的安全性，保证驾驶员的人身安全。

计划安排1. 第一阶段（两周）：调研和需求分析，确定电子控制系统所需的传感器和功能。

2. 第二阶段（三周）：进行传感器选择和布局，设计ECU和相关电路。

3. 第三阶段（两周）：软件开发和系统集成。

4. 第四阶段（一周）：进行全面的测试和优化。

5. 最后阶段（一周）：书写开题报告，总结项目成果。

参考文献- Smith, J. (2019). Formula Student Electronic Control System Design. Journal of Racing Technology, 37(2), 45-57.- Johnson, M. (2018). Design and Development of FSAE Electronic Control System. Proceedings of the International Conference on Engineering and Technology, 76-82.以上为开题报告的主要内容，请审核。

FSAE转向组设计报告作者：吴帅2012/4/11前言汽车产品的质量检测具有重大的社会意义。

转向器作为汽车的一个重要部件，对其综合性能进行检测直接关系到人民的生命财产安全。

根据汽车安全性统计,，全世界每年因交通事故死亡的人数超过20万，加之几倍于死者的受伤者以及物质上的损失，其直接或间接的危害是难以估计的。

在我国，由于交通管理技术落后、路况差、车辆性能差，加之各类车辆混合行驶，交通事故时有发生。

近年来，我国交通事故死亡人数居世界前几位，每万辆车平均事故居大国中第一位。

交通事故己成为一个严重的社会问题。

概括交通事故的原因，不外乎人、汽车和环境三个因素。

显而易见，提高汽车的安全性能是减少交通事故的关键措施之一，因此，汽车工业发达的国家都非常重视汽车安全性的研究。

目前汽车工业己成为我国的支柱产业之一，所以，为了提高汽车的质量，保证行驶的安全性，在大力发展我国的汽车工业的同时，这就要求生产厂家对每一批产品必须进行质量检测，而其中转向器是汽车维持驾驶员给定方向稳定行驶能力(即操纵稳定性)的基本保障，所以汽车转向器综合性能试验成了汽车性能测试中的一个重要项目。

由于汽车转向器属于汽车系统中的关键部件，它在汽车系统中占有重要位置，因而它的发展同时也反映了汽车工业的发展，它的规模和质量也成为了衡量汽车工业发展水平的重要标志之一。

近年来随着我过汽车工业的迅猛发展，作为汽车的重要安全部件—汽车转向器的生产水平也有了很大的提高。

在汽车转向器生产行业里，70年代推广循环球转向器，80年代开发和推广了循环球变传动比转向器，到了90年代，驾驶员对汽车转向器性能的要求有了进一步的提高，要求转向更轻便，操纵更灵敏。

随着汽车的高速比和超低压扁轮胎的通用化，过去的采用循环球转向器和循环球变传比转向器只能相对的解决转向轻便性和操纵灵敏性问题，现在虽然转向器以向动力转向发展，但大部分汽车还应用机械型转向器，如何改进转向器的设计，使之更加适合驾驶者，是最重要的，因此还需不断改进。

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。

开题报告填写要求1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—2005《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。

如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。

毕业设计（论文）开题报告1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：[7]喻凡，林逸.汽车系统动力学[M] .北京:机械工业出版社，2005.[8]Ali Mohammadzadeh, Salim Haidar. Analysis And Design Of Vehicle Suspension System Using MATLAB And SIMULINK[J]. American Society for Engineering Education，2006.[9]喻凡.车辆动力学及其控制[M] .人民交通出版,2004．[10]周名，余卓平，赵治国.动力转向技术的发展[J].轻型汽车技术，2004(10): 9-10 [10]E. Fischer, “Standard multi-body system software in the vehicle development process”, Journal of MultibodyDynamics, V ol. 221 (1)， (2007) .[11]刘永.汽车线控转向系统的研究[D] .武汉理工大学，2005.[12]杨胜兵.线控转向系统控制策略研究[D] .武汉理工大学，2008.[13]唐嘉平.AutoCAD2006实用教程（第2版）[M].清华大学出版社，2006.[14]刘善淑.AutoCAD2008工程制图基础教程[M].北京：化学工业出版社，2008.[15]汪文津，陈光泽.CAD/CAM技术在汽车产业上的应用.《天津汽车》2000第3期.毕业设计（论文）开题报告２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一、要研究和解决的问题：1.完成转向系统转向系的设计，要求与各子系统配合。

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。