汽车前轮转向机构

1、机械原理与设计培训说明机械工程与自动化，机械工程与应用电子技术学院卓悦银行设计师鲁斌教官赵静2012年6月26日目录1.设计主题.(2)二、设计要求.(3)三.基本设计内容.(4)四.设计结果分析.(10)V.改进制度设计.(12)一、设计主题1.组织简介汽车前轮转向是通过等腰梯形机构ABCD驱动前轮转动来实现的。两个前轮分别与两个摇杆AB和CD连接，如图所示。汽车直线行驶时(转弯半径R=)，左右轮轴线与车架AD成直线；当汽车转弯时，左右车轮(或摇杆AB和CD)需要转过不同的角度和。理论上，希望两个前轮的延长线的交点P总是落在后轮的延长线上。这样，整个车身可以绕P点转动，使四个车轮都可以与地面

2、形成纯滚动，从而减少轮胎磨损。因此，根据不同的转弯半径r(每个车轮运行轨迹中最外侧车轮滚动的圆周半径)，要求左右车轮轴线(AB，CD)分别转过不同的角度和，其关系如下：如图所示，当汽车右转时所以和之间的函数关系是同样，当汽车右转时，由于对称，转向机构的ABCD设计应尽可能满足上述要求。2.设计数据设计数据见下表。要求汽车沿直线行驶时，铰接四杆机构左右对称，以保证左右转弯时具有相同的特性。转向机构为等腰梯形双摇杆机构，设计了铰链四杆机构。参数编号轴距离车轮间距最小转弯半径销轴到车轮中心的距离标志LBrd单比特毫米类型数字杜尔GRX290016056100400乐途冰川29001555610040

3、0日产公爵280015005500500二、设计要求1)根据转弯半径Rmin和rmax=(直线行驶)，计算理论要求的转弯角度和的相应值。至少需要2组相应的值。2)用解析法设计了四杆铰链机构的ABCD，满足以下条件：最小转弯半径Rmin对应的和满足P点落在后桥延长线上的要求；其他组的和能使P点尽可能落在后轴延长线上；直线行驶时，尽量满足机构左右对称的附加要求。3)用解析法检验了该机构在共转角30范围内的最小传动角min。4)尽量设计梯形机构，当角度范围为1030时，P点尽可能落在后桥的延长线上。5)如何改进梯形机构(如采用多杆机构)？仿真计算证明了新方案的有效性。思考问题：如果机构在R=Ri(R

4、min)时准确满足转角关系，那么机构在其他转角下的转角误差是多少？(与Rmin相比)三.基本设计内容1.根据转弯半径Rmin和rmax=(直线行驶)，计算理论要求的转弯角度和的相应值。至少需要2组相应的值。R=Rmin，tan=lr-d=29006100-400=0.509=26.966tan=LR-d-B=29006100-400-1555=0.70=34.978当R=8000mm毫米时，tan=lr-d=29008000-400=0.382=20.886tan=LR-d-B=29008000-400-1555=0.48=25.629根据公式，和随r的增加而单调减小。数据如下：r6.126.

5、9734.9816.5310.1911.2526.976.236.6137.44.484.6847.833.53.6258.272.872.9568.72.432.4979.132.112.1589.571.861.91001.671.69制作一条变化曲线，如下图所示：2.铰链四杆机构的ABCD采用解析法设计，满足以下条件：最小转弯半径Rmin对应的和满足P点落在后桥延长线上的要求；其他组的和能使P点尽可能落在后轴延长线上；直线行驶时，尽量满足机构左右对称的附加要求。AD x-CBy从上图可以看出，位移矢量方程如下：lAB lBC lCD lAD=0简化为x轴和y轴：lcosB-2coscos

6、-B lcos(-)lsinB-2cossin-lsin(-)a)算法描述：对于梯形机构，动平衡杆的长度是已知的，给定动平衡杆的长度和动平衡杆与动平衡杆之间的夹角，机构就确定了。满足条件，=34.978，=26.966。l(0.1，0.5)。代入位移方程。得到一组l及其对应的和。为了满足条件(2)，让=10，将上面得到的L和值代入位移方程，得到对应于各种机构的L和的的实际值。为了找到最佳机理，利用公式求出了的理论值。找出哪个实际值最接近的理论值。l和是最好的机制。最后，计算出当在0和最大值之间时，对应于所选机构的的理论值和实际值。绘制-曲线。b)、结果和图像：经过计算，不同L对应的的理论值与实

7、际值之差的数据如下：l的理论值的实际值差值 0.121.47520.8680.6060.1421.47520.8560.6190.1921.47520.8420.6320.2321.47520.8290.6460.2821.47520.8150.6590.3221.47520.8010.6730.3721.47520.7870.6880.4121.47520.7720.7020.4621.47520.7570.7170.521.47520.7420.733制作一条变化曲线，如下图所示：从上图可以很容易地知道，最佳机制l=0.1，对应的是68.84。选择机构后，为了测试其实际可行性，将杆AB转动

8、一个角，对应于机构运动的-数据绘制如下：02.995.988.9811.9714.9617.9520.9423.9426.93的理论值03.086.349.7913.4517.3221.4125.7130.2234.91的实际值03.066.259.613.1216.8420.825.0629.7234.95制作一条变化曲线，如下图所示：从上图不难发现，两条曲线的拟合度并不是很高，所以机构误差仍然很大，梯形机构并不是最理想的机构。3.用解析法校核了两种机构在共转角30范围内的最小传动角min。任何位置的机构如下所示： CDAB-如上所示，透射角=- 使(0，26.966)。l和是选定的值。代入

9、位移方程。计算对应于每个旋转角度的伽马值。最小的一个是最小传输角。经过计算，我发现随单调变化，它的-数据位：()02.995.988.9811.9714.9617.9520.9423.9426.93()68.6465.7362.6959.556.1452.648.8344.7840.3535.39制作一条变化曲线，如下图所示：因此，当取最大值时，机构的传动角最小，min为35.39。根据力学原理，四杆机构的最小传动角不宜过小，一般min=40，而该机构的最小传动角为35.39，小于40。因此，这种机制并不理想。4.尝试设计一个梯形机构，当角度范围为1030时，P点尽可能落在后桥的延长线上。a)

10、算法描述：当取所有值时，为了满足机构的P点尽可能在后桥的延长线上，它不能只满足机构的P点在某一转角的后桥的延长线上。让l0.1，0.5，(60，90)，0，26.966分别构成三重循环。求解相应的实际值。并将这些实际值与理论值进行比较。对应于每组L和的机构的差异累积的总和被定义为机构的。最好的机构是所有机构中增量最小的机构。b)、数据和图像通过程序运算，最佳机构为l=0.1053，=67.3684。制作l、曲线，如下图所示：5.思考问题：如果机甲(1)、为了使机构在某个R值时准确满足转角关系，让R6.1，20，l(0.1，0.5)。将tan =LR-d，tan =LR-d-B和位移方程代入，分

11、别得到一组l和相应的和。(2)设=18，将上面得到的L和值代入位移方程，得到对应于各种机构的L和的的实际值。为了找出机构精确满足R=Ri时的最佳机构，利用公式求出的理论值。找出哪个实际值最接近的理论值。当R=Ri完全满足时，对应的l和群是最佳机制。(4)当在0和最大值之间时，计算每个机构对应的的理论值和实际值之间的差值，并计算每个机构的差值之和。最后，画一条精确符合R值的曲线每个旋转角度的误差之和。找出其中的最小值。b)、数据和图像：完全满意R(m)总角度误差(rad)选择机构杆长度l(m)选择机构的夹角()6.10.0520.168.77.370.0370.167.177.640.0470.

12、166.739.190.0670.165.6210.730.0870.164.9512.280.1020.164.5213.820.1130.164.2315.370.1210.164.0316.910.1280.163.8818.460.1330.163.76200.1360.163.68制作一条变化曲线，如下图所示：c)结果分析：通过图像，我们发现当精确测量的转弯半径不是拐角半径时，得到的机构误差可能小于最小转弯半径。当R=7.3636 m时，误差最小.精确满足该R值的最佳机制是：l=0.1m=67.145四.设计结果分析1.四种梯形机构的选择：汽车转向梯形机构有四种可能的类型，如下图所示

13、：(b)(a)(d)(c)通过分析，这四个机构中有两个是可行的，而另外两个则不可行。机构可行性的必要条件是，当机构转动时，前轮两个轴延长线的交点P会落在后轴延长线上。在本研究中，车辆右转，即左连杆的转角小于右连杆的转角。其中，(一)制度是本课程所研究的制度。从前面的计算结果可知，(A)制度的总是大于，因此制度A是可行的。类似地，对于(d)机制，当它向右转弯时，该机制的总是大于，所以(d)机制也是可行的。对于(b)和(c)机制，经过分析，当这两个机制向右转时，大于，所以这两个机制是不可行的。总而言之：在四种可能的机构中，(a)和(d)是可行的；(b)和(c)不可行。2.以上计算的三种机构的比较。通过第二个问题、第四个问题和思考问题，得出三个最佳制度。其中，第二个问题中的最佳机构是l=0.1m，对应的=68.84；第四个问题中的最佳机制是l=0.1053，对应的=67.3684；思考问题的最佳机构是：l=0.1m米；相应的=67.145找出三个机构中最合理的一个。我让他们的从0变化到最大值。计算并求和每个机构在每个旋转角度的的理论值和实际值之间的差值。最好的机制是总和最小的机制。经过计算：机构杆长l初始角度三种机构产生的误差第二个问题0.168.840.275359第四个问题0.105367.36840.185906思考