汽車與前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)課件設(shè)計

1、韶關(guān)學(xué)院物電學(xué)院汽車系機械原理課程設(shè)計說明書 設(shè)計者： 班 級： 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師： 時 間： 13目錄1、引言12、題目：汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)22.1設(shè)計題目22.1.1機構(gòu)簡介22.1.2 設(shè)計數(shù)據(jù)32.2設(shè)計要求43、設(shè)計內(nèi)容43.1 求轉(zhuǎn)角43.2 解析法設(shè)計機構(gòu)53.3 解析法檢驗74. 設(shè)計結(jié)構(gòu)分析84.1 四種類型梯形結(jié)構(gòu)的選擇85、 轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)優(yōu)化95.1 計算機構(gòu)自由度105.2 運動分析115.3116、課程設(shè)計總結(jié)126.1 設(shè)計心得126.2 設(shè)計工作分工表136.3 參考文獻(xiàn)131、引言 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

2、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方面仍有差距。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)不是單純機械意義上的汽車了，它是機械、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。隨著私家車的越來越普遍，

3、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。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，都需要一種高性能、低成本的大眾化的轎車轉(zhuǎn)向機構(gòu)。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)向機構(gòu)。2、題目：汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)2.1設(shè)計題目2.1.1機構(gòu)簡介 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

4、直線行駛時（轉(zhuǎn)彎半斤R=），左右兩輪軸線與機架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，個車輪運行軌跡中最外側(cè)車輪滾出的圓軸半徑），要求左右兩輪軸線(AB、CD)分別轉(zhuǎn)過不同的角度和，其關(guān)系如下： 如圖所示為汽車右拐時 所以和的函數(shù)關(guān)系為 同理，當(dāng)汽車右拐時，由于對稱性，有，故轉(zhuǎn)向機構(gòu)ABCD的設(shè)計應(yīng)盡量滿足以上轉(zhuǎn)角要求。 2.1.2 設(shè)計數(shù)據(jù) 設(shè)計數(shù)據(jù)見下表。要求汽車沿直線行

5、駛時，鉸鏈四桿機構(gòu)左右對稱，以保證左右轉(zhuǎn)彎時具有相同的特征。該轉(zhuǎn)向機構(gòu)為等腰梯形雙搖桿機構(gòu)，設(shè)計此鉸鏈四桿機構(gòu)。 參 數(shù)軸 距輪 距最小轉(zhuǎn)彎半徑銷軸到車輪中心的距離符 號LBRd單 位mm型號途樂GRX290016056100400途樂GL290015556100400尼桑公爵2800150055005002.2設(shè)計要求 1）根據(jù)轉(zhuǎn)彎半徑Rmin和Rmax（直線行駛），求出理論上要求的轉(zhuǎn)角和的對應(yīng)值。要求最少2組對應(yīng)值。 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架左右對稱的附加要求，用圖解法設(shè)計鉸鏈四桿機構(gòu)ABCD。 3）機構(gòu)初始位置一般通過經(jīng)驗或?qū)嶒瀬頉Q定，一般可在下列數(shù)值范圍內(nèi)

6、選取0 =9601030,，0=770840。建議0取1020，0取780 。 4） 用圖解法檢驗機構(gòu)在常用轉(zhuǎn)角范圍0 時的最小轉(zhuǎn)動角Y min3、設(shè)計內(nèi)容 3.1 求轉(zhuǎn)角 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)角和的對應(yīng)值。要求最少2組對應(yīng)值。 R=Rmin時， 0 =34.9780 R=10000mm時， 0 0 由公式已知， 時隨著R的增大而單調(diào)遞減的. R(M) 1016.80819.823208.4169.130305.5965.904404.1884.359503.3463.454602.7862.860702.3862.440802.0862.218

7、901.8541.8871001.6681.694 3.2 解析法設(shè)計機構(gòu) 用解析法設(shè)計鉸鏈四桿機構(gòu)ABCD，滿足以下條件：最小轉(zhuǎn)彎半徑Rmin 所對應(yīng)的和滿足P點落在后軸延長線上的要求;其他各組和盡可能是能使P點落在后軸延長線上；盡可能滿足直線行駛時機構(gòu)左右對稱的附加要求。根據(jù)上圖列唯一矢量方程： LAB+LBC+LCD+LAD=0化簡到X和Y軸： 對于一個梯形機構(gòu)，AD桿長已知，再給定AB桿長及出位置AB與AD夾角該機構(gòu)就確定了。為滿足條件，令=34.9780，=26.9660.令，代入位移方程式中，得出一組L和對應(yīng)的和。為滿足條件，令=100，將上面求得的L和值代入位移方程中，得出各機構(gòu)

8、L及對應(yīng)的實際值。為找出最佳機構(gòu)，利用公式 得出的理論值。找出實際值中，與理論值最接近的一個。所對應(yīng)的L及即為最佳機構(gòu)。最后計算出選出的機構(gòu)當(dāng)在0到最大值之間時所對應(yīng)的的理論值和實際值。 L理論值實際值差值 0.121.47520.8680.606 0.1521.47520.8540.621 0.2021.47520.8410.633 0.2521.47520.8310.644 0.3021.47520.8130.661 0.3521.47520.7980.676 0.4021.47520.7820.693 0.4521.47520.7620.703 0.5021.47520.7420.733

9、由表格數(shù)據(jù)可知，最佳機構(gòu)L=0.1，所對應(yīng)的為68.84°選定該機構(gòu)后，為檢驗其實際的可行性，讓桿AB轉(zhuǎn)過角度，畫出的該機構(gòu)運動時所對應(yīng)的數(shù)據(jù)為：02.995.988.9811.9714.9617.9520.9423.9426.93理論值03.086.349.7913.4517.3221.4125.7130.2234.91實際值03.066.259.613.1216.8420.825.0629.7234.95比較的理論值和實際值可知，改機構(gòu)的誤差較大，故改梯形機構(gòu)不是最理想的機構(gòu)。3.3 解析法檢驗用解析法檢驗者兩種機構(gòu)在常用轉(zhuǎn)角范圍時的最小傳動角。機構(gòu)在任意位置圖示如下： 如上圖，

10、傳動角，令0）。把L與為所選所對應(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。經(jīng)計算，我們發(fā)現(xiàn)，隨著的變化時單調(diào)的，其數(shù)據(jù)位： 03691215182023.9426.93 68.6465.7462.7259.456.0252.348.8344.7840.3535.39因此當(dāng)取最大值時，機構(gòu)的傳動角最小，為35.39°。由機械原理易知，四連桿機構(gòu)的最小傳動角不宜過小，一般取，而該機構(gòu)的最小傳動角為35.39°，小于40°。因此該機構(gòu)并不理想.4. 設(shè)計結(jié)構(gòu)分析 4.1 四種類型梯形結(jié)構(gòu)的選擇： 汽車轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)如下圖所示共有4種可能

11、的類型 （a） （b）（c) (d)機構(gòu)可行的必要條件是當(dāng)機構(gòu)轉(zhuǎn)動時，前輪兩軸延長線的交點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，即左邊連架桿的轉(zhuǎn)角小于右邊連架桿的轉(zhuǎn)角。其中(a)機構(gòu)為本次課程研究的機構(gòu)，由前面的計算結(jié)果可以知道，(a)機構(gòu)的是始終大于的，故a機構(gòu)是可行的。同理，對于(d)機構(gòu)，當(dāng)它右轉(zhuǎn)時，機構(gòu)的是始終大于的，故（d)機構(gòu)也是可行的。而對于(b)、(c)機構(gòu)，經(jīng)分析，當(dāng)這兩種機構(gòu)右轉(zhuǎn)時，大于，所以這兩種機構(gòu)是不可行的。綜上所述：四種可能的機構(gòu)中，(a)、(d)兩種機構(gòu)是可行的；(b)、(c)是不可行的。結(jié)構(gòu)（a）（d）是平面四桿機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，雖然設(shè)計制造比較方便

12、，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P能落在后軸上，所以不是最理想機構(gòu)。5、 轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)優(yōu)化 轉(zhuǎn)向梯形機構(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)行強度計算。一般轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)布置在前軸之后，但當(dāng)發(fā)動機位置很低或前軸驅(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，保證全部車輪繞一個瞬時轉(zhuǎn)向中心行駛，使在不同圓周上運動的車輪，

13、作無滑動的純滾動運動。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。由機械原理易知，平面四桿機構(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)種機構(gòu)中找到了最佳機構(gòu)，但運動起來誤差依然較大，無法保證前輪兩軸延長線的交點P能落在后軸上。因此，我考慮利用上圖所示的六桿機構(gòu)設(shè)計轉(zhuǎn)向機構(gòu)。5.1 計算機構(gòu)自由度： n=5; P1=6; Ph=0 自由度為1，運動確定5.2 運動分析列出位移方程：5.3 機構(gòu)設(shè)計方法如第二題，滿足該機構(gòu)在最小轉(zhuǎn)彎半徑 Rmin 所對應(yīng)的和滿足P點落在后軸延長線上的要求；并且其他各組和盡可能是能使P點落在后軸延長

14、線上。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。再令=100，將上面求得的L及值代入位移方程中，得出各種機構(gòu)L及對應(yīng)的實際值。為找出最佳機構(gòu)，利用公式 得出的理論值。找出實際值中，與理論值最接近的一個。所對應(yīng)的L及即為最佳機構(gòu)。6、課程設(shè)計總結(jié) 6.1 設(shè)計心得 我認(rèn)為我們的工作是一個團(tuán)隊的工作，團(tuán)隊需要個人，個人也離不開團(tuán)隊，必須發(fā)揚團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。某個人的離群都可能導(dǎo)致導(dǎo)致整項工作的失敗。課程設(shè)計中只有一個人知道原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導(dǎo)致整個工作失敗。團(tuán)結(jié)協(xié)作是我們成功的一項非常重要的保證。而這次也正好鍛煉我們這一點，這也是非常寶貴的。在以后的學(xué)習(xí)，設(shè)計中我們要謹(jǐn)記團(tuán)結(jié)的重要性，總計這次經(jīng)驗，相信下次的課程設(shè)計能做的更好。 6.2 設(shè)計工作分工表 魏