趙德陽，白鴻飛

（遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

大學(xué)生方程式賽車組合式轉(zhuǎn)向齒條設(shè)計

趙德陽，白鴻飛

（遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

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

車輛工程；方程式賽車；轉(zhuǎn)向齒條；機(jī)械設(shè)計

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

前言

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來保持或者改變汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)[1]。對大學(xué)生方程式賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)合理的設(shè)計能保證賽車在高速行駛和轉(zhuǎn)彎過程中轉(zhuǎn)向的敏捷性和穩(wěn)定性。在大學(xué)生方程式賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計中大多數(shù)都著重對轉(zhuǎn)向梯形的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和優(yōu)化[2-3]。由于大學(xué)生方程式賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，所以轉(zhuǎn)向齒條是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中必不可少的零部件。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器由于具有結(jié)構(gòu)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(yōu)點被大學(xué)生方程式賽車所采用[4]。在大學(xué)生方程式賽車大賽中，大多數(shù)賽車采用圓形鋼制實心棒材制作轉(zhuǎn)向齒條，這種齒條質(zhì)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(qiáng)度較弱。因此針對上述問題對方程式賽車轉(zhuǎn)向齒條改進(jìn)設(shè)計是迫切需要的。

1、設(shè)計方案

轉(zhuǎn)向齒條的設(shè)計采用兩個構(gòu)造件相結(jié)合的方式。將第一構(gòu)造件和第二構(gòu)造件接觸面涂覆膠結(jié)劑后，應(yīng)用螺栓沉頭孔和螺栓安裝孔將第一構(gòu)造件和第二構(gòu)造件連接為一體，即成為組合式轉(zhuǎn)向齒條，如圖1所示。

圖1 組合式轉(zhuǎn)向齒條的結(jié)構(gòu)示意圖

第一構(gòu)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(qū)域，其位于第一構(gòu)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(guī)則梯形[5]；安裝區(qū)域，其位于所述第一構(gòu)造件的弧形面兩端，并在所述安裝區(qū)域設(shè)置有螺栓沉頭孔，如圖2所示。

圖2 第一構(gòu)造件的結(jié)構(gòu)示意圖

第二構(gòu)造件，采用質(zhì)量較輕，強(qiáng)度較鋼材稍弱的鋁材來制作桿部。能夠充分減輕轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的質(zhì)量。第二構(gòu)件中間位置具有凹槽，用于容納所述第一構(gòu)造件，所述凹槽兩端具有螺栓安裝孔，如圖3所示。

第一構(gòu)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(gòu)造件與所述第二構(gòu)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(gòu)造件和所述凹槽的端面；單邊斜面，其與垂直面和第二構(gòu)造件的底面相交。

圖3 第二構(gòu)造件的結(jié)構(gòu)示意圖

2、結(jié)論

（1）設(shè)計的組合式轉(zhuǎn)向齒條，桿部和齒形部分具有安裝斜面并采用螺栓進(jìn)行連接，提高了的抗彎強(qiáng)度。

（2）第二構(gòu)造件采用鋁制材料充分減輕轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的質(zhì)量，實現(xiàn)賽車的輕量化。

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

[1]王望予,張建文.汽車設(shè)計[M].第四版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2013.

[2]張凱,陳盼.FSAE方程式賽車轉(zhuǎn)向梯形的聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計[J].汽車使用技術(shù).2015,4：72-75.

[3]李君,鄧正俊,鄭維煒,鄒仲書.FSAE方程式賽車轉(zhuǎn)向梯形優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程.2014,12：10-13.

[4]蔡興旺,付曉光.汽車構(gòu)造與原理[M].第二版.北京：機(jī)械工業(yè)出版,2011.

[5]聞邦椿.機(jī)械設(shè)計手冊[M].第二版.北京：機(jī)械工業(yè)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(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院。專業(yè)：車輛工程。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.02.032