汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)課程設(shè)計

1、<p>　　機(jī)械原理課程設(shè)計說明書</p><p>　　題 目：汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)</p><p>　　學(xué) 院：車輛工程學(xué)院</p><p><b>　　姓 名：</b></p><p><b>　　班 級：</b></p><p><b

2、>　　學(xué) 號：</b></p><p><b>　　指導(dǎo)老師：</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1、背景.1</b></p><p>　　2、題目：汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3</p><p&g

3、t;<b>　　2.1設(shè)計題目3</b></p><p>　　2.1.1轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)簡介3</p><p>　　2.1.2 轉(zhuǎn)向梯形4</p><p>　　2.1.3計算機(jī)構(gòu)自由度.................................................................5</p><

4、p>　　2.1.4機(jī)構(gòu)設(shè)計.............................................................................6</p><p>　　2.1.5 數(shù)據(jù)設(shè)計..............................................................。..........8</p><p&g

5、t;<b>　　2.2設(shè)計要求8</b></p><p><b>　　3、設(shè)計內(nèi)容9</b></p><p><b>　　3.1 求轉(zhuǎn)角9</b></p><p>　　3.2 解析法設(shè)計機(jī)構(gòu)9</p><p>　　3.3 解析法檢驗(yàn)11</p>&

6、lt;p>　　4. 設(shè)計結(jié)構(gòu)分析12</p><p>　　4.1 四種類型梯形結(jié)構(gòu)的選擇12</p><p>　　5、 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)優(yōu)化14</p><p>　　5.1 計算機(jī)構(gòu)自由度15</p><p>　　5.2 運(yùn)動分析15</p><p>　　5.3機(jī)構(gòu)設(shè)計方法16</p>&

7、lt;p>　　6、課程設(shè)計總結(jié)17</p><p><b>　　1、背景</b></p><p>　　在汽車行業(yè)迅速發(fā)展的今天，汽車前輪定位參數(shù)的確定仍然是困擾汽車企業(yè)設(shè)計的難題，。汽車前輪定位參數(shù)是汽車的重要性能參數(shù)，前輪定位參數(shù)的設(shè)計是否合理，將直接影響到車輛的很多重要性能，從而影響到整車的優(yōu)劣。例如注銷后傾角和內(nèi)傾角將直接影響到車輛的回正性、直線行駛穩(wěn)定

8、性和高速制動時方向穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向輕便性；前輪的外傾角和前束值的合理匹配將直接影響到前輪的策劃和異常磨耗，同時也間接地影響車輛的動力性和燃油的經(jīng)濟(jì)性。后傾角和前束值設(shè)計的是否合理還將影響這屆影響到前輪的擺振，導(dǎo)致車輛操縱穩(wěn)定性變壞，增加了有關(guān)零件載荷，從而降低行駛安全性和可靠性，擺振嚴(yán)重時會影響到車輛的行駛平順性和安全性。因此，如果前輪定位參數(shù)不合理，就會大大降低汽車使用性能，但由于前輪定位參數(shù)的確定必須考慮多種因素的影響，而且前輪定位各參

9、數(shù)對汽車使用性能的影響不是完全獨(dú)立的，這給前輪定位參數(shù)的確定增加了困難。 </p><p>　　汽車的轉(zhuǎn)向傳遞機(jī)構(gòu)的主要作用就是使用汽車在轉(zhuǎn)向時期內(nèi)、外輪具有正確的轉(zhuǎn)角關(guān)系，它對汽車輪胎的磨損、轉(zhuǎn)向半徑和轉(zhuǎn)向力都有重要的影響。汽車在轉(zhuǎn)向時，由于主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角的存在，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的運(yùn)動并不是在一個平面內(nèi)，這增加了轉(zhuǎn)向的難度。而一般貨車和拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是使用整體式的專項(xiàng)梯形機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳遞。傳統(tǒng)的整體式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

10、分析采用近似的平面運(yùn)動分析方法，而實(shí)際上轉(zhuǎn)向梯形的運(yùn)動并不是在一個平面內(nèi)。這樣就必然存在著誤差。 </p><p>　　改革開放以來，中國的汽車工業(yè)有著飛速的發(fā)展，據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，截止2006年10月底，轎車?yán)塾嬩N售超過300萬輛，達(dá)到304萬輛，同比增長40%，2006年11月的北京車展，自主品牌：奇瑞、吉利、比亞迪、哈飛等自主品牌紛紛亮相，在國際汽車盛宴中嶄露頭角，無論從參展規(guī)模還是產(chǎn)品所展示的品質(zhì)和

11、技術(shù)含量上，都不得不讓人折服，但和國外有著近百年發(fā)展歷史的國外汽車工業(yè)相比，我們的自主品牌汽車在行車性能和舒適體驗(yàn)方面仍有差距。</p><p>　　汽車工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，代表著一個國家的綜合國力，汽車工業(yè)隨著機(jī)械和電子技術(shù)的發(fā)展而不斷前進(jìn)。到今天，汽車已經(jīng)不是單純機(jī)械意義上的汽車了，它是機(jī)械、電子、材料等學(xué)科的綜合產(chǎn)物。汽車轉(zhuǎn)向系也隨著汽車工業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了長時間的演變。</p><p

12、>　　隨著私家車的越來越普遍，各式各樣的高中低檔轎車進(jìn)入了人們的生活中。快節(jié)奏高效率的生活加上人們對高速體驗(yàn)的不斷追求，也要求著車速的不斷提高。由于汽車保有量的增加和社會汽車化而造成交通錯綜復(fù)雜，是轉(zhuǎn)向盤的操作頻率增大，這要求減輕駕駛疲勞。</p><p>　　所以，無論是為滿足快速增長的轎車市場還是為給駕車者更舒適更安全的駕車體驗(yàn)，都需要一種高性能、低成本的大眾化的轎車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。</p>&

13、lt;p>　　本課題以現(xiàn)在國產(chǎn)轎車最常采用的齒輪齒條液壓動力轉(zhuǎn)向器為核心綜合設(shè)計轎車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。</p><p>　　題目：汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)</p><p><b>　　2.1設(shè)計題目</b></p><p>　　2.1.1轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)簡介 </p><p><b>　　1、功用： </b>&l

14、t;/p><p>　　1）將轉(zhuǎn)向器輸出的力傳給轉(zhuǎn)向輪，且使二轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角按一定的關(guān)系變化，以實(shí)現(xiàn)汽車順利轉(zhuǎn)向； </p><p>　　2）轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)除傳力外，還要承受沖擊和振動。設(shè)有減振緩沖裝置，并能自動消除磨損后的間隙。為避免發(fā)生運(yùn)動干涉，采用球鉸鏈連接。 </p><p>　　2、轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的一般組成： </p><p>　　1）主要由轉(zhuǎn)

15、向直拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、向橫拉桿、左右梯形臂等機(jī)件構(gòu)成。前軸的兩端和轉(zhuǎn)向節(jié)由主銷鉸接在一起，轉(zhuǎn)向節(jié)上連有左右梯形臂，兩臂鉸接在轉(zhuǎn)向橫拉桿上； </p><p>　　2）當(dāng)—個轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)動時，另一個轉(zhuǎn)向節(jié)也隨著變位，使汽車實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向； </p><p>　　3）兩個車輪轉(zhuǎn)動的角度不同，因?yàn)榍拜S、轉(zhuǎn)向橫拉桿、左右梯形臂及所形成的四邊形不是矩形而是梯形。</p><p>　　汽車

16、轉(zhuǎn)向系（1-轉(zhuǎn)向盤；2-轉(zhuǎn)向軸；3-轉(zhuǎn)向萬向節(jié)；4-轉(zhuǎn)向傳動軸；5-轉(zhuǎn)向器；6-轉(zhuǎn)向搖臂；7-轉(zhuǎn)向直拉桿；8-轉(zhuǎn)向節(jié)臂；9、13-轉(zhuǎn)向節(jié)；10、12-轉(zhuǎn)向梯形臂；11-轉(zhuǎn)向直拉桿）</p><p>　　2.1.2轉(zhuǎn)向梯形 </p><p>　　車輛轉(zhuǎn)向梯形根據(jù)車輛懸架所采用的方案分為整體轉(zhuǎn)向梯形和斷開式轉(zhuǎn)向梯形兩種。 </p><p>　　與非獨(dú)立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動

17、機(jī)構(gòu)主要包括轉(zhuǎn)向搖臂2、轉(zhuǎn)向直拉桿3、轉(zhuǎn)向節(jié)臂4和轉(zhuǎn)向梯形。 </p><p>　?。?）整體式轉(zhuǎn)向梯形 ：</p><p>　　在前橋僅為轉(zhuǎn)向橋的情況下，由轉(zhuǎn)向橫拉桿6和左、右梯形臂5組成的轉(zhuǎn)向梯形一般布置在前橋之后，如上圖（a）所示。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪處于與汽車直線行駛相應(yīng)的中立位置時，梯形臂5與橫拉桿6在與道路平行的平面(水平面)內(nèi)的交角＞90。 </p><p>　　

18、在發(fā)動機(jī)位置較低或轉(zhuǎn)向橋兼充驅(qū)動橋的情況下，為避免運(yùn)動干涉，往往將轉(zhuǎn)向梯形布置在前橋之前，此時上述交角＜90，如上圖（b）所示。 </p><p>　　若轉(zhuǎn)向搖臂不是在汽車縱向平面內(nèi)前后擺動，而是在汽車的橫向左右擺動，則可將轉(zhuǎn)向直拉桿3橫置，并借球頭銷直接帶動轉(zhuǎn)向橫拉桿6，從而推使兩側(cè)梯形臂轉(zhuǎn)動，如上圖（c）所示。 </p><p>　?。?）斷開式轉(zhuǎn)向梯形 </p><

19、;p>　　2.1.3計算機(jī)構(gòu)自由度：</p><p>　　機(jī)構(gòu)簡圖如圖所示。轉(zhuǎn)向直拉桿是用以帶動CE運(yùn)動的構(gòu)件，在分析自由度時不應(yīng)把轉(zhuǎn)向直拉桿和轉(zhuǎn)動副E計入，所以本設(shè)計機(jī)構(gòu)的自由度為 :</p><p>　　F=3n-2Pl-Ph=3×3-2×4=1 </p><p>　　2.1.4機(jī)構(gòu)設(shè)計 </p><p>　　

20、汽車的前輪轉(zhuǎn)向，是通過等腰梯形結(jié)構(gòu)ABCD驅(qū)使前輪轉(zhuǎn)到來實(shí)現(xiàn)的。其中，兩前輪分別與兩搖桿AB、CD相連，如附圖所示，當(dāng)汽車沿直線行駛時（轉(zhuǎn)彎半斤R=∞），左右兩輪軸線與機(jī)架AD成一條直線：當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時，要求左右兩輪（或搖桿AB和CD）轉(zhuǎn)過不同的角度。理論上希望前輪兩軸延長線的交點(diǎn)P始終能落在后輪軸的延長線上，這樣，整個車身就能繞P點(diǎn)轉(zhuǎn)動，使四個輪子都能與地面形成純滾動，以減少輪胎的磨損，因此，根據(jù)不同的轉(zhuǎn)彎半徑R（汽車轉(zhuǎn)向行駛時，個車輪

21、運(yùn)行軌跡中最外側(cè)車輪滾出的圓軸半徑），要求左右兩輪軸線(AB、CD)分別轉(zhuǎn)過不同的角度α和β，其關(guān)系如下：</p><p>　　如圖所示為汽車右拐時 </p><p>　　所以α和β的函數(shù)關(guān)系為 </p><p>　　同理，當(dāng)汽車右拐時，由于對稱性，有，故轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)ABCD的設(shè)計應(yīng)盡量滿足以上轉(zhuǎn)角要求。</p><p><

22、b>　　2.1.5設(shè)計數(shù)據(jù)</b></p><p>　　設(shè)計數(shù)據(jù)見下表。要求汽車沿直線行駛時，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)左右對稱，以保證左右轉(zhuǎn)彎時具有相同的特征。該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)為等腰梯形雙搖桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計此鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。 </p><p><b>　　2.2設(shè)計要求</b></p><p>　　1）根據(jù)轉(zhuǎn)彎半徑Rmin和Rmax＝∞（直線行駛），

23、求出理論上要求的轉(zhuǎn)角α和β的對應(yīng)值。要求最少2組對應(yīng)值。</p><p>　　2）按給定兩聯(lián)架桿對應(yīng)位移，且盡可能滿足直線行駛時機(jī)架左右對稱的附加要求，用圖解法設(shè)計鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD。</p><p>　　3）機(jī)構(gòu)初始位置一般通過經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)來決定，一般可在下列數(shù)值范圍內(nèi)選取0 =960~1030,，β0=770~840。建議0取1020，β0取780 。</p><p

24、>　　4） 用圖解法檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)在常用轉(zhuǎn)角范圍0 時的最小轉(zhuǎn)動角Y min</p><p>　　3、設(shè)計內(nèi)容 </p><p><b>　　3.1 求轉(zhuǎn)角</b></p><p>　　根據(jù)轉(zhuǎn)彎半徑R min 和R max＝∞（直線行駛），求出理論上要求的轉(zhuǎn)角α和β的對應(yīng)值。要求最少2組對應(yīng)值。</p><p&

25、gt;　　R=Rmin時， 0</p><p><b>　　β=34.9780</b></p><p>　　R=10000mm時，</p><p><b>　　0 </b></p><p><b>　　0</b></p><p>　　由公式已知，

26、 時隨著R的增大而單調(diào)遞減的.</p><p>　　3.2 解析法設(shè)計機(jī)構(gòu)</p><p>　　用解析法設(shè)計鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD，滿足以下條件：①最小轉(zhuǎn)彎半徑Rmin 所對應(yīng)的α和β滿足P點(diǎn)落在后軸延長線上的要求;②其他各組α和β盡可能是能使P點(diǎn)落在后軸延長線上；③盡可能滿足直線行駛時機(jī)構(gòu)左右對稱的附加要求。</p><p>　　根據(jù)上圖列唯一矢量方程： L

27、AB+LBC+LCD+LAD=0</p><p>　　化簡到X和Y軸： </p><p>　　對于一個梯形機(jī)構(gòu)，AD桿長已知，再給定AB桿長及出位置AB與AD夾角該機(jī)構(gòu)就確定了。</p><p>　　為滿足條件①，令β=34.9780，α=26.9660.令，代入位移方程式中，得出一組L和對應(yīng)的φ和θ。</p><p>　　為滿足條件

28、②，令α=100，將上面求得的L和φ值代入位移方程中，得出各機(jī)構(gòu)L及φ對應(yīng)β的實(shí)際值。</p><p>　　為找出最佳機(jī)構(gòu)，利用公式 得出β的理論值。找出實(shí)際值中，與β理論值最接近的一個。所對應(yīng)的L及φ即為最佳機(jī)構(gòu)。</p><p>　　最后計算出選出的機(jī)構(gòu)當(dāng)α在0到最大值之間時所對應(yīng)的β的理論值和實(shí)際值。</p><p>　　由表格數(shù)據(jù)可知，最佳機(jī)構(gòu)L=0.1，所

29、對應(yīng)的φ為68.84°</p><p>　　選定該機(jī)構(gòu)后，為檢驗(yàn)其實(shí)際的可行性，讓桿AB轉(zhuǎn)過角度，畫出的該機(jī)構(gòu)運(yùn)動時所對應(yīng)的數(shù)據(jù)為：</p><p>　　比較β的理論值和實(shí)際值可知，改機(jī)構(gòu)的誤差較大，故該梯形機(jī)構(gòu)不是最理想的機(jī)構(gòu)。</p><p>　　3.3 解析法檢驗(yàn)</p><p>　　用解析法檢驗(yàn)者兩種機(jī)構(gòu)在常用轉(zhuǎn)角范圍時的

30、最小傳動角。機(jī)構(gòu)在任意位置圖示如下：</p><p>　　如上圖，傳動角，令0）。把L與φ為所選所對應(yīng)的值代入位移方程。計算出各轉(zhuǎn)角對應(yīng)的值。其中最小的即為最小傳動角Y min。</p><p>　　經(jīng)計算，我們發(fā)現(xiàn)，隨著α的變化時單調(diào)的，其數(shù)據(jù)位：</p><p>　　因此當(dāng)α取最大值時，機(jī)構(gòu)的傳動角最小，為35.39°。</p><

31、p>　　由機(jī)械原理易知，四連桿機(jī)構(gòu)的最小傳動角不宜過小，一般取，而該機(jī)構(gòu)的最小傳動角為35.39°，小于40°。因此該機(jī)構(gòu)并不理想.</p><p><b>　　設(shè)計結(jié)構(gòu)分析</b></p><p>　　4.1 四種類型梯形結(jié)構(gòu)的選擇：</p><p>　　汽車轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)如下圖所示共有4種可能的類型</p>

32、;<p>　　（a） （b）</p><p>　?。╟) (d)</p><p>　　機(jī)構(gòu)可行的必要條件是當(dāng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動時，前輪兩軸延長線的交點(diǎn)P能落在后輪軸的延長線上。由于本次研究車輛右轉(zhuǎn)的情況，即左邊連架

33、桿的轉(zhuǎn)角α小于右邊連架桿的轉(zhuǎn)角β。</p><p>　　其中(a)機(jī)構(gòu)為本次課程研究的機(jī)構(gòu)，由前面的計算結(jié)果可以知道，(a)機(jī)構(gòu)的β是始終大于α的，故a機(jī)構(gòu)是可行的。</p><p>　　同理，對于(d)機(jī)構(gòu)，當(dāng)它右轉(zhuǎn)時，機(jī)構(gòu)的β是始終大于α的，故（d)機(jī)構(gòu)也是可行的。</p><p>　　而對于(b)、(c)機(jī)構(gòu)，經(jīng)分析，當(dāng)這兩種機(jī)構(gòu)右轉(zhuǎn)時，α大于β，所以這兩種機(jī)

34、構(gòu)是不可行的。</p><p>　　綜上所述：四種可能的機(jī)構(gòu)中，(a)、(d)兩種機(jī)構(gòu)是可行的；(b)、(c)是不可行的。</p><p>　　結(jié)構(gòu)（a）（d）是平面四桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，雖然設(shè)計制造比較方便，但其性能有著較大的局限性，上面我們已研究過，誤差較大，無法保證前輪兩軸延長線的交點(diǎn)P能落在后軸上，所以不是最理想機(jī)構(gòu)。</p><p>　　5、 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)優(yōu)化

35、</p><p>　　轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)用來保證汽車轉(zhuǎn)彎行駛時所有車輪能繞一個瞬時轉(zhuǎn)向中心，在不同的圓周上做無滑動的純滾動。設(shè)計轉(zhuǎn)向梯形的主要任務(wù)之一是確定轉(zhuǎn)向梯形的最佳參數(shù)和進(jìn)行強(qiáng)度計算。一般轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)布置在前軸之后，但當(dāng)發(fā)動機(jī)位置很低或前軸驅(qū)動時，也有位于前軸之前的。轉(zhuǎn)向梯形有整體式和斷開式兩種，選擇整體式或斷開式轉(zhuǎn)向梯形方案與懸架采用何種方案有聯(lián)系，無論采用哪一種方案，必須正確選擇轉(zhuǎn)向梯形參數(shù)，做到汽車轉(zhuǎn)彎時，

36、保證全部車輪繞一個瞬時轉(zhuǎn)向中心行駛，使在不同圓周上運(yùn)動的車輪，作無滑動的純滾動運(yùn)動。同時，為達(dá)到總體布置要求的最小轉(zhuǎn)彎直徑值，轉(zhuǎn)向輪應(yīng)有足夠大的轉(zhuǎn)角。</p><p>　　由機(jī)械原理易知，平面四桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，雖然設(shè)計制造比較方便，但其性能有著較大的局限性。如上面的設(shè)計過程，盡管在無數(shù)種機(jī)構(gòu)中找到了最佳機(jī)構(gòu)，但運(yùn)動起來誤差依然較大，無法保證前輪兩軸延長線的交點(diǎn)P能落在后軸上。</p><p&g

37、t;　　因此，我考慮設(shè)計六桿轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。</p><p>　　5.1 計算機(jī)構(gòu)自由度：</p><p>　　n=5; P1=7; Ph=0</p><p>　　F=3n-2Pl-Ph=3×5-2×7=1 </p><p>　　自由度為1，運(yùn)動確定</p><p><b>　　5.2 運(yùn)動

38、分析</b></p><p><b>　　列出位移方程：</b></p><p><b>　　5.3機(jī)構(gòu)設(shè)計方法</b></p><p>　　為了滿足該機(jī)構(gòu)在最小轉(zhuǎn)彎半徑 Rmin 所對應(yīng)的α和β滿足P點(diǎn)落在后軸延長線上的要求；并且其他各組α和β盡可能是能使P點(diǎn)落在后軸延長線上。</p><

39、p>　　經(jīng)過分析，我們?nèi)2=0.3m，L3=1.13m。令L1（0.1，0.5）代入位移方程中，解得一組l對應(yīng)的θ。</p><p>　　再令α=100，將上面求得的L及θ值代入位移方程中，得出各種機(jī)構(gòu)L及θ對應(yīng)的實(shí)際值。</p><p>　　為找出最佳機(jī)構(gòu)，利用公式 得出的理論值。找出實(shí)際值中，與β理論值最接近的一個。所對應(yīng)的L及φ即為最佳機(jī)構(gòu)。</p><p

40、>　　6、課程設(shè)計總結(jié) </p><p>　　通過這次課程設(shè)計讓我深刻理解到理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有通過實(shí)踐才能使自己學(xué)到的知識發(fā)揮作用。從實(shí)踐中得出結(jié)論，才能真正使自己懂得了理論。在設(shè)計過程中遇到的問題也是很多，但是在設(shè)計過程中也發(fā)現(xiàn)了自己的許多不足之處，除了對理論知識的掌握不夠深刻以外，動手能力也有些欠缺。希望以后能有更多的機(jī)會來提高自己的能力。</p>