大學生方程式賽車組合式轉向齒條設計

趙德陽，白鴻飛

（遼寧工業大學汽車與交通工程學院，遼寧 錦州 121001）

大學生方程式賽車組合式轉向齒條設計

趙德陽，白鴻飛

（遼寧工業大學汽車與交通工程學院，遼寧 錦州 121001）

為了進一步實現電動方程式賽車轉向齒條輕量化和提高抗彎強度，設計了一種組合式轉向齒條，其包括第一構件和第二構件兩部分。第一構件為具有齒形區域和安裝區域半圓形桿體，設計了不同形狀的齒條安裝齒來滿足不同使用需求，第二構件為中間設有凹槽的鋁制柱狀桿體，減輕了整體質量，兩個構件均設計了安裝斜面，采用螺栓進行連接，安裝布置方便、靈活。

車輛工程；方程式賽車；轉向齒條；機械設計

CLC NO.:U462.1Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)02-97-02

前言

轉向系統是用來保持或者改變汽車行駛方向的機構[1]。對大學生方程式賽車轉向系統合理的設計能保證賽車在高速行駛和轉彎過程中轉向的敏捷性和穩定性。在大學生方程式賽車轉向系統設計中大多數都著重對轉向梯形的結構進行了分析和優化[2-3]。由于大學生方程式賽車轉向系統采用齒輪齒條式轉向器，所以轉向齒條是齒輪齒條式轉向器中必不可少的零部件。齒輪齒條式轉向器由于具有結構簡單、緊湊、傳動效率高以及能自動消除齒間磨損造成的間隙等優點被大學生方程式賽車所采用[4]。在大學生方程式賽車大賽中，大多數賽車采用圓形鋼制實心棒材制作轉向齒條，這種齒條質量較大，不利于賽車的輕量化，這種齒條齒形部分的橫截面具有“D”字形，并且齒形部分抗彎強度較弱。因此針對上述問題對方程式賽車轉向齒條改進設計是迫切需要的。

1、設計方案

轉向齒條的設計采用兩個構造件相結合的方式。將第一構造件和第二構造件接觸面涂覆膠結劑后，應用螺栓沉頭孔和螺栓安裝孔將第一構造件和第二構造件連接為一體，即成為組合式轉向齒條，如圖1所示。

圖1 組合式轉向齒條的結構示意圖

第一構造件由一根鋼制棒料加工而成，其為半圓形桿體，其橫截面為“D”形，包括：齒形區域，其位于第一構造件的弧形面中間位置，具有等間距分布的安裝齒，安裝齒的橫截面為梯形、三角形或者兩斜邊為弧形的不規則梯形[5]；安裝區域，其位于所述第一構造件的弧形面兩端，并在所述安裝區域設置有螺栓沉頭孔，如圖2所示。

圖2 第一構造件的結構示意圖

第二構造件，采用質量較輕，強度較鋼材稍弱的鋁材來制作桿部。能夠充分減輕轉向系統的質量。第二構件中間位置具有凹槽，用于容納所述第一構造件，所述凹槽兩端具有螺栓安裝孔，如圖3所示。

第一構造件的兩端和所述凹槽兩端具有單邊安裝斜面，以使第一構造件與所述第二構造件形成完整的柱狀桿體。其中，安裝斜面分為：垂直切面，其為所述第一構造件和所述凹槽的端面；單邊斜面，其與垂直面和第二構造件的底面相交。

圖3 第二構造件的結構示意圖

2、結論

（1）設計的組合式轉向齒條，桿部和齒形部分具有安裝斜面并采用螺栓進行連接，提高了的抗彎強度。

（2）第二構造件采用鋁制材料充分減輕轉向系統的質量，實現賽車的輕量化。

（3）齒條的安裝齒設計了不同的形狀，可滿足不同使用需求，延長轉向齒條使用壽命。

[1]王望予,張建文.汽車設計[M].第四版.北京：機械工業出版社,2013.

[2]張凱,陳盼.FSAE方程式賽車轉向梯形的聯合優化設計[J].汽車使用技術.2015,4：72-75.

[3]李君,鄧正俊,鄭維煒,鄒仲書.FSAE方程式賽車轉向梯形優化[J].農業裝備與車輛工程.2014,12：10-13.

[4]蔡興旺,付曉光.汽車構造與原理[M].第二版.北京：機械工業出版,2011.

[5]聞邦椿.機械設計手冊[M].第二版.北京：機械工業出版社,2010.

Design of Steering Gear Rack for College Student Formula Car

Zhao Deyang, Bai Hongfei
（Automobile & Transportation Engineering College, Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121001）

In order to further realize the electric formula car steering rack light weight and improve the bending strength,a combined steering gear rack is designed, which comprises a first component and a second component.The first component is provided with a tooth shaped region and a half circular rod body, and the rack mounting teeth of different shapes are designed to meet different needs.The second component is provided with a groove in the middle of the aluminum column shaped rod body, and the integral quality is reduced.The two components are designed to install the inclined plane, the bolt is connected,.The installation is convenient and flexible.

Vehicle engineering; formula car; steering gear rack; mechanical design

U462.1

A

1671-7988(2017)02-97-02

趙德陽，（1991-），男，就讀于遼寧工業大學汽車與交通工程學院。專業：車輛工程。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.02.032