本技术涉及方程式赛车转向领域，具体涉及一种方程式赛车的机械式四轮转向系统。
背景技术：
1、为倡导自主创新，培育汽车产业人才，中国大学生方程式汽车大赛是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛，按照赛事要求，参赛人员需要在一年内自行设计和制造出一辆小型单人座赛车参与并完成比赛。
2、大学生方程式赛车大赛需要赛车以尽可能快的速度按规定路线完成比赛，为了能够顺利地完成比赛且取得好成绩，就需要一套操控性强的转向系统。现有赛车的转向系统基本都是采用前轮转向，后轮采用差速设计，前轮转向的赛车转弯半径大，转向操控性不强，赛车在大曲率弯道行驶速度慢，容易出现转向不足现象，这对其比赛成绩的影响非常大；此外，在赛车紧凑的车身内，转向系统所需的安装空间也是重要的研究方向；因此，本实用新型提出一种方程式赛车的机械式四轮转向系统。
技术实现思路
1、本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种方程式赛车的机械式四轮转向系统，通过设置啮合传动的前、后转向机构，以解决上述背景技术中提出的问题。
2、为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
3、一种方程式赛车的机械式四轮转向系统，包括车架和方向盘，还包括前转向机构和后转向机构，所述前转向机构和后转向机构之间通过传动轴传动；所述方向盘与转向柱的一端相连，所述转向柱的另一端通过万向节与转动轴连接，所述转动轴的中段设有第一齿轮，其末端设有第二齿轮；
4、所述前转向机构包括前转向齿条、前转向滑杆、前转向导轨和前转向横拉杆，所述前转向齿条与所述第一齿轮啮合，所述前转向滑杆设于前转向齿条左右两端，所述前转向滑杆远离前转向齿条的一端通过螺栓与前转向横拉杆连接，前转向横拉杆另一端与前轮轮毂内侧固定连接，所述前转向导轨与车架固定，包裹着所述前转向滑杆，限制前转向滑杆只可沿前转向导轨滑动；
5、所述传动轴一端设有第三齿轮，另一端设有第四齿轮，所述第三齿轮与转动轴末端的第二齿轮啮合，所述第四齿轮与后转向机构的后转向齿条啮合；
6、所述后转向机构包括后转向齿条、后转向滑杆、后转向导轨和后转向横拉杆，所述后转向滑杆一端与后转向齿条连接，另一端与后转向横拉杆通过螺栓连接，后转向横拉杆另一端与后轮轮毂内侧固定连接，后转向滑杆的中段外壁包裹着后转向导轨，所述后转向导轨与车架固定，限制后转向滑杆滑动。
7、进一步地，所述第一齿轮和前转向齿条的啮合方向为水平啮合，即第一齿轮和前转向齿条处于同一水平面上；所述第四齿轮和后转向齿条的啮合方向为垂直啮合，即第四齿轮和后转向齿条处于同一竖直面上。
8、进一步地，所述第二齿轮和第三齿轮之间的齿数比为1：2,所述第三齿轮与第四齿轮的直径比为2：1,使得前、后转向齿条的位移比为4：1,前轮转向角度在±40°之间，后轮转向角度在±10°之间。
9、进一步地，所述转向柱的中段与第一轴承的内圈固定，所述第一轴承的外圈通过连接杆与车架固定。
10、进一步地，所述传动轴中段与第二轴承、第三轴承的内圈固定，所述第二轴承和第三轴承的外圈通过连接杆与车架固定。
11、进一步地，所述前转向横拉杆另一端与前轮轮毂内侧的中心点前方固定连接，所述后转向横拉杆另一端与后轮轮毂内侧的中心点前方固定连接；
12、作为一种优选的方案，所述前转向齿条与其左右两端的前转向滑杆、所述后转向齿条与其左右两端的后转向滑杆为一体化设置；
13、工作原理：
14、方程式赛车在比赛时，面对不同的道路状况，驾驶员需要不断的转动方向盘以控制赛车按规定路线行驶。
15、本实用新型需要向左转向时，驾驶员逆时针转动方向盘，方向盘逆时针转时可带动转向柱逆时针旋转并通过万向节将旋转力传递给转动轴。转动轴上安装的第一齿轮与第二齿轮也随即逆时针旋转，第一齿轮与前转向齿条啮合，将带动前转向齿条向左移动，而前转向齿条的两边一体式固定连接有前转向滑杆，前转向齿条向左移动时，左边的前转向滑杆将受到来自前转向齿条的向左的推力，而右边的前转向滑杆则受到相应的拉力。左边的滑杆在受到来自前转向齿条的推力后，其已经是被前转向导轨所固定，只能沿着前转向导轨向左平移，进而可进一步将该力传递给与之固定连接的前转向横拉杆，而前转向横拉杆的另一端则是与左前轮内侧轮毂固定连接，在受到来自前转向横拉杆向左的推力后，左前轮将相应的向左偏转一定的角度。而在前转向齿条右端的前转向滑杆则受到来自前转向齿条的向左的拉力，同样的，由于前转向滑杆都是被前转向导轨所固定，故其在受到向左的拉力后只能沿着前转向导轨向左平移，而在该滑杆向左平移的同时，将带动与之固定连接的前转向横拉杆相应的向左平移，而该转向横拉杆的另一端则是通过螺栓与右前轮内侧轮毂固定连接，右前轮在受到向左的拉力后，也将相应的向左偏移同左前轮相同的角度，至此前轮的向左转向也就完成了。
16、与此同时，第二齿轮逆时针旋转，而与第二齿轮啮合的第三齿轮则可顺时针旋转，并通过传动轴将旋转力传递至第四齿轮。在第四齿轮顺时针旋转时，可带动第四齿轮同与之啮合的后转向齿条向右移动，位于后转向齿条右边的转向滑杆将受到来自后转向齿条向右的推力，位于后转向齿条左边的转向滑杆受到来自后转向齿条向右的拉力，从而带动两根后转向横拉杆沿后转向导轨向右平移，左后轮与右后轮偏转相同的角度。至此，赛车前轮向左转动，后轮向右转动也就同步实现了，可帮助赛车在向左转弯时以更小的转弯半径通过。同理，在向右打方向盘时，前轮可向右转动一定的角度，而后轮也将同步向左转动一定的角度。
17、与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
18、本实用新型中，整体采用纯机械结构实现，前转向机构和后转向机构之间通过传动轴传动实现后轮转向，所利用的零件数量少，结构简单且制造成本低，针对单人赛车紧凑的车身，大大节省转向机构的安装空间；其次，前、后轮的四轮同步转向所需要的力通过齿轮啮合传递，前后转向拉杆的响应速度更快，控制精度高，实用性强；此外，第二齿轮和第三齿轮之间的齿数比为1：2，第三齿轮与第四齿轮的直径比为2：1,使得前、后转向齿条的位移比为4：1,通过控制转动轴上的齿轮之间和传动轴首末两端的齿轮规格，实现前后轮同步不同向，转动不同的角度，使赛车转向更灵活，转向半径更小。
1.一种方程式赛车的机械式四轮转向系统，包括车身和方向盘，其特征在于，还包括前转向机构和后转向机构，所述前转向机构和后转向机构之间通过传动轴传动；所述方向盘与转向柱的一端相连，所述转向柱的另一端通过万向节与转动轴连接，所述转动轴的中段设有第一齿轮，其末端设有第二齿轮；
2.根据权利要求1所述的转向系统，其特征在于，所述第一齿轮和前转向齿条的啮合方向为水平啮合，即第一齿轮和前转向齿条处于同一水平面上；所述第四齿轮和后转向齿条的啮合方向为垂直啮合，即第四齿轮和后转向齿条处于同一竖直面上。
3.根据权利要求1所述的转向系统，其特征在于，所述第二齿轮和第三齿轮之间的齿数比为1：2,所述第三齿轮与第四齿轮的直径比为2：1,使得前、后转向齿条的位移比为4：1,前轮转向角度在±40°之间，后轮转向角度在±10°之间。
4.根据权利要求1所述的转向系统，其特征在于，所述转向柱的中段与第一轴承的内圈固定，所述第一轴承的外圈通过连接杆与车架固定。
5.根据权利要求1所述的转向系统，其特征在于，所述传动轴中段与第二轴承、第三轴承的内圈固定，所述第二轴承和第三轴承的外圈通过连接杆与车架固定。
6.根据权利要求1所述的转向系统，其特征在于，所述前转向横拉杆另一端与前轮轮毂内侧的中心点前方固定连接，所述后转向横拉杆另一端与后轮轮毂内侧的中心点前方固定连接。
7.根据权利要求1所述的转向系统，其特征在于，所述前转向齿条与其左右两端的前转向滑杆、所述后转向齿条与其左右两端的后转向滑杆为一体化设置。
