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转向梯形机构优化设计
课程设计题目:指导老师:汽车转向梯形臂优化设计
课程设计题目:
指导老师:
汽车转向梯形臂优化设计
郭朋彦
华北水利水电大学
转向梯形的优化设计
TOC \o 1-5 \h \z 转向梯耘机构概述 3
整体式转向梯形结构方案分析 3
\o Current Document 整体式转向梯形机构优化分析 4
4.整体式转向梯形程序编写
4.
整体式转向梯形程序编写
转动传动机构强度计算 12
转向梯形的优化结果 13
转向梯形结构设计图形 13
结论 15
转向梯形机构优化设计方案
一、转向梯形机构概述
转向梯形机构用来保证汽车转弯行驶时所有车轮能绕一个瞬时转向中心,在 不同的圆周上做无滑动的纯滚动。设计转向梯形的主要任务之一是确定转向梯型 的最佳参数和进行强度计算。一般转向梯形机构布責在前轴之后,但当发动机位 直很低或前轴驱动时,也有位于前轴之前的。转向梯形有整体式和断开式两种, 选择整体式或断开式转向梯形方案与悬架采用何种方案有联系。无论采用哪一种 方案,必须正确选择转向梯形参数,做到汽车转弯时,保证全部车轮绕一个瞬时 转向中心行驶,使在不同圆周上运动的车轮,作无滑动的纯滚动运动。同时,为 达到总体布貢要求的最小转弯直径值,转向轮应有足够大的转角。
二、整体式转向梯形结构方案分析
图5.1整体式转向梯形
1一转向横拉杆2一转向梯形臂3—前轴
整体式转向梯形是由转向横拉杆丨,转向梯形臂2和汽车前轴3组成,如图 5.1所示。其中梯形臂呈收缩状向后延伸。这种方案的优点是结构简单,调整前 束容易,制造成本低;主要缺点是一侧转向轮上、下跳动时,会影响另一侧转向 轮。
当汽车前悬架采用非独立悬架时,应当采用整体式转向梯形。整体式转向梯 形的横拉杆可位于前轴后或前轴前(称为前置梯形)。对于发动机位直低或前轮驱 动汽车,常采用前責梯形。前直梯形的梯形臂必须向前外侧方向延伸,因而会与 车轮或制动底板发生干涉,所以在布置上有困难。为了保护横拉杆免遭路面不平 物的损伤,横拉杆的位置应尽可能布宣得高些,至少不低于前轴高度。
三、整体式转向梯形机构优化分析
汽车转向行驶时,受弹性轮胎侧偏角的影响,所有车轮不是绕位于后轴沿长 线上的点滚动,而是绕位于前轴和后轴之间的汽车侧某一点滚动。此点位直与前 轮和后轮的侧偏角大小有关。因影响轮胎侧偏角的因素很多,且难以精确确定, 故下面是在忽略侧偏角影响的条件下,分析有关两轴汽车的转向问题。此时,两 转向前轮轴线的延长线应交在后轴延长线上,如图5-2所示。设9、。。分别 为、外转向车轮转角,L为汽车轴距,K为两主销中心线延长线到地面交点之间 的距离。若要保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶,则梯形机构应保证、外转 向车轮的转角有如下关系:
K
col。, -cotQ =—
L
(1)
图1理想的、外车轮转角关系简图
若自变角为e。,则因变角a的期望偵为:
q = = arc cot (cot 0()— K / L)
6
6
6
6
现有转向梯形机构仅能近似满足上式关系。以图所示的后直梯形机构为例,
在图上作辅助用虚线,利用余弦定理可推得转向梯形所给出的实际因变角S为
K
_ [2cos, _ cosg 8()) _ cos2,]-arcc : l (3)
K
+ 1-2—cos5 + j)
m
K
+ 1-2—cos(r + ^u)
ni
式中:m为梯形臂长;丫为梯形底角。
所设计的转向梯形给出的实际因变角饥,应尽可能接近理论上的期望值
叽 其偏差在最常使用的中间位直附近小角围应尽量小,以减少高速行驶时轮
胎的磨损;而在不经常使用且车速较低的最大转角时,可适当放宽要求。
因此,
再引入加权因子曲反),构成评价设计优劣的目标函数为
xlOO%
由以上可得:
/-arcsm〔 ?
J —I +1-2—cos(x + ^)
Y ”丿 刀
K
arc cot cot/
L
K
一[2cosy-cos(^ + ^(l)-cos2/] arc cos”
\( K
xlOO^
K
+ 1-2—cos 俨+ %j)
m
「 K
i/ncou cot^ .-—
1 °f L
式中:X为设计变量,
x
. L
=arcsm—
J,
2
;eomox为外转向车轮最大转角,
由图2
(6)
式中,Dmin为汽车最小转弯直径;。为主销偏移距。
考虑到多数使用工况下转角。。小于20° ,且10°以的小转角使用得更加
频繁,因此取:
1.51.00.5()° 10*10-
1.5
1.0
0.5
()° 10*
10- 0, 20-
2o. e0们林
(7)
建立约束条件时应考虑到:
设计变量m及丫过小时,会使横拉杆上的转向
(COS5m.n-COS7)COS,2m~K
(COS5m.n-COS7)C
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