转向梯形机构设计报告.pdf

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采用齿轮齿条式转向器的

转向梯形机构优化设计报告

指导教师：罗虹

学生：黄志宇

学号

专业班级：车辆工程04班

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，通常，车手通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、梯形臂等局部组成。

其中，方向盘用于输入转向角度，快拆用于快速别离方向盘与转向柱，

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

器通过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展示了转向系梯形构

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造，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

由于大赛组委会规那么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，且有严格的本钱限制，以

及轻量化的赛车设计目标，将赛车转向器围限定机械式转向器。目前，

国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

构造。

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：构造简单，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，可以通过安装在齿

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条背部的挤压力可调的弹簧来消除间隙；转向角度大，制造本钱低。

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，可以到达当汽车在颠簸路面上行驶时，路感反应强烈，

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，过度疲劳。

断开式转向梯形构造

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。区分前后的分界限是赛车前轴。

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、轮辋等部件干预。

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构

造，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展研究

和优化。

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三、赛车转向系设计

3.1断开式转向梯形参数确实定

确定断开点的根本理念是：根据前悬架的构造特点和运动轨迹，

找到梯形臂与转向拉杆连接处的运动轨迹的瞬时运动中心，断开点的

位置与之重合。

图3利用三心定理确定断开点位置

本文根据三心定理，确定断开点。

如图3所示，、分别是上下控制臂与转向节的