大学生方程式赛车组合式转向齿条设计

赵德阳，白鸿飞

（辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121001）

大学生方程式赛车组合式转向齿条设计

赵德阳，白鸿飞

（辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121001）

为了进一步实现电动方程式赛车转向齿条轻量化和提高抗弯强度，设计了一种组合式转向齿条，其包括第一构件和第二构件两部分。第一构件为具有齿形区域和安装区域半圆形杆体，设计了不同形状的齿条安装齿来满足不同使用需求，第二构件为中间设有凹槽的铝制柱状杆体，减轻了整体质量，两个构件均设计了安装斜面，采用螺栓进行连接，安装布置方便、灵活。

车辆工程；方程式赛车；转向齿条；机械设计

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

前言

转向系统是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构[1]。对大学生方程式赛车转向系统合理的设计能保证赛车在高速行驶和转弯过程中转向的敏捷性和稳定性。在大学生方程式赛车转向系统设计中大多数都着重对转向梯形的结构进行了分析和优化[2-3]。由于大学生方程式赛车转向系统采用齿轮齿条式转向器，所以转向齿条是齿轮齿条式转向器中必不可少的零部件。齿轮齿条式转向器由于具有结构简单、紧凑、传动效率高以及能自动消除齿间磨损造成的间隙等优点被大学生方程式赛车所采用[4]。在大学生方程式赛车大赛中，大多数赛车采用圆形钢制实心棒材制作转向齿条，这种齿条质量较大，不利于赛车的轻量化，这种齿条齿形部分的横截面具有“D”字形，并且齿形部分抗弯强度较弱。因此针对上述问题对方程式赛车转向齿条改进设计是迫切需要的。

1、设计方案

转向齿条的设计采用两个构造件相结合的方式。将第一构造件和第二构造件接触面涂覆胶结剂后，应用螺栓沉头孔和螺栓安装孔将第一构造件和第二构造件连接为一体，即成为组合式转向齿条，如图1所示。

图1 组合式转向齿条的结构示意图

第一构造件由一根钢制棒料加工而成，其为半圆形杆体，其横截面为“D”形，包括：齿形区域，其位于第一构造件的弧形面中间位置，具有等间距分布的安装齿，安装齿的横截面为梯形、三角形或者两斜边为弧形的不规则梯形[5]；安装区域，其位于所述第一构造件的弧形面两端，并在所述安装区域设置有螺栓沉头孔，如图2所示。

图2 第一构造件的结构示意图

第二构造件，采用质量较轻，强度较钢材稍弱的铝材来制作杆部。能够充分减轻转向系统的质量。第二构件中间位置具有凹槽，用于容纳所述第一构造件，所述凹槽两端具有螺栓安装孔，如图3所示。

第一构造件的两端和所述凹槽两端具有单边安装斜面，以使第一构造件与所述第二构造件形成完整的柱状杆体。其中，安装斜面分为：垂直切面，其为所述第一构造件和所述凹槽的端面；单边斜面，其与垂直面和第二构造件的底面相交。

图3 第二构造件的结构示意图

2、结论

（1）设计的组合式转向齿条，杆部和齿形部分具有安装斜面并采用螺栓进行连接，提高了的抗弯强度。

（2）第二构造件采用铝制材料充分减轻转向系统的质量，实现赛车的轻量化。

（3）齿条的安装齿设计了不同的形状，可满足不同使用需求，延长转向齿条使用寿命。

[1]王望予,张建文.汽车设计[M].第四版.北京：机械工业出版社,2013.

[2]张凯,陈盼.FSAE方程式赛车转向梯形的联合优化设计[J].汽车使用技术.2015,4：72-75.

[3]李君,邓正俊,郑维炜,邹仲书.FSAE方程式赛车转向梯形优化[J].农业装备与车辆工程.2014,12：10-13.

[4]蔡兴旺,付晓光.汽车构造与原理[M].第二版.北京：机械工业出版,2011.

[5]闻邦椿.机械设计手册[M].第二版.北京：机械工业出版社,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

赵德阳，（1991-），男，就读于辽宁工业大学汽车与交通工程学院。专业：车辆工程。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.02.032