节能车转向装置设计 - 中国汽车工程学会

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1、作者：陆春*节能车转向装置设计陆春南京理工大学机械工程学院车辆工程系【摘要】能源问题已经成为当今世界政治、经济和公共决策最严峻的挑战之一，中国节能竞技大赛在这一背景之下应运而生。结合节能赛车轻量化、易操控的特点，对赛车的转向装置进行了研究设计。研究内容包括转向操纵机构、转向器和转向传动机构的设计。确定了转向装置总成的方案、设计了转向梯形、转向节的结构尺寸，增加了轻量化材质的使用，实现了减轻赛车质量最终降低油耗的目的。本文对于参加节能竞技大赛的车队具有一定的指导意义。【关键词】节能,转向装置，轻量化,转向梯形DesignoftheSteeringSys

2、temintheEcono-PowerRacingCarLuchunDepartmentofVehicularEngineering,SchoolofMechanicalEngineering,NanjingUniversityofScienceandTechnologyAbstract：Energyproblemhasbecomeoneofthemostseriouschallengesintheworld'spolitical,economicandpublicdecision-making;itisinsuchabackgroundthatth

3、eChineseEcono-PowerRacingcameintobeing.ThispaperdesignedthesteeringsystemintheEcono-PowerRacingCar.Itdeterminedthesteeringassembly,designedthestructureandsizeofthesteeringsystem.Ithasalsoincreasedtheuseoflightweightmaterialsinordertoreducethefuelconsumption.Thispaperhascertains

4、ignificancetotheteamswhichparticipateintheEcono-PowerRacing.Keywords:Energy-saving,SteeringSystem,SteeringTrapeze,LightWeight1引言在可以预见的未来，能源问题将进一步成为制约世界社会、经济发展的主要“瓶颈”,并将演变为政治、经济和公共决策最严峻的挑战之一[1]。对于正在谋划以科学发展观指导可持续发展的中国来说，这个问题具有特别现实的意义。在中国，汽车的石油消耗量占石油消耗总量的40%。汽车的石油消耗比例非常高。中国目前是世界第二

5、大石油消耗国，也是世界第二大石油净进口国，我国的石油已经大量依赖进口[2]。正是在这样的一个背景之下，本田节能竞技大赛于2006年由日本引入到中国并更名为本田中国节能竞技大赛。目的是为了提高社会的节能、环保意识，并向参赛者提供体验和享受创造乐趣的机会。比赛要求参赛车辆搭载统一规定的汽油发动机，在指定的赛道内行驶，比赛消耗的汽油最少。在日本每年都有来自高中、大学以及社会上的将近500支车队，创作出具有新颖构思和创意的赛车参加比赛。该项赛事对普及日本国民的环保节能意识推动建立节能型社会都起到了巨大的作用。从现有文献资料的理论知识，结合节能竞技赛车轻量化、

6、易操纵的特点，本文选择机械式转向机构作为设计研究对象，着重对节能车转向装置的转向器、转向梯形进行设计，并增加轻量化材质的使用，以实现减轻赛车重量，提高操控性并最终降低油耗的目的。2节能车转向机构总成的分析与计算2.1节能车转向机构介绍节能竞技车轻量化，易操控的特点，使得其转向机构与现有汽车上使用的传统转向机构有很大的区别，但是现有的转向系统的设计原理和方法对于节能赛车的设计又具有很大的借鉴意义。传统汽车的转向系统一般由转向操纵机构、转向器和转向传动机构3个部分组成，需要转向时，驾驶员对转向盘施加操舵力，转向盘对转向轴产生一个力矩，该力矩通过转向传动轴

7、输入给转向器。经转向器放大和改变运动方向后，该力矩传到转向直拉杆，再通过转向传动机构使左右转向节及由它所支承的转向轮发生偏转，从而改变汽车的行驶方向[3]。传统汽车上的转向技术，例如多种形式的转向器与转向助力技术等，都已经在实践中证明了是非常合理的[4，5]，但是节能竞技车上直接使用这些现有的技术是不可行的，而是借鉴了现有汽车转向系统的设计原理和方法，以指导节能车转向装置的研究。可以借鉴的原理和方法有下述几点：首先转向系统保留一般转向操纵机构、转向器和转向传动机构3个组成部分；其次为了使汽车转向前两轮满足一定的关系，要通过转向梯形机构来保证，现代汽车

8、大部分采用的就是“阿克曼式转向机构”[6，7]；再者，现代转向梯形的设计，已经大规模采用计算机作为辅助设计工