汽車轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)圖解解析

1、輪式車輛轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)的圖解解析工業(yè)技術(shù)學(xué)院鎢華芝市政工程管理處曉靜摘要介紹幾種簡(jiǎn)單實(shí)用的車輛轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)的圖解解析設(shè)計(jì)法。通過(guò)事先設(shè)定、外轉(zhuǎn)向輪實(shí)際特性曲線與理論特性的交點(diǎn)位置來(lái)控制轉(zhuǎn)角偏差的方法，選擇轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)參數(shù)，可以大大減少圖次數(shù)，提高工作效率， 減小轉(zhuǎn)角誤差。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向 梯形機(jī)構(gòu) 解析 圖解1引言輪式車輛一般都是依靠轉(zhuǎn)向車輪偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎或曲線行駛。轉(zhuǎn)向是的根本要 保證所有車輪滾動(dòng)而不發(fā)生滑動(dòng)，這一要求通常由平面四桿機(jī)構(gòu)來(lái)到達(dá)。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)都采用 圖解轉(zhuǎn)向梯形的方法。這種方法需要按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選擇機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)，然后作圖校核該梯形 機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角偏差是否大于允許偏差

2、，假設(shè)大于允許偏差，那么重新選擇 或調(diào)整幾何參數(shù)，再校核圖，直至轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)小于允許偏差為止。這實(shí)際上是一種試湊的方法， 帶有較大的盲目性，工作量大。隨著計(jì)算機(jī)的開(kāi)展，解析法得到了較好的應(yīng)用，但是傳統(tǒng)的 圖解法仍有它直觀、方便的優(yōu)點(diǎn)，因此仍然被工程設(shè)計(jì)人員廣泛采用。本文介紹一種簡(jiǎn)單高 效且實(shí)用的圖解解析設(shè)計(jì)法，可以大大減少作圖校核的次數(shù)，提高工作效率。2轉(zhuǎn)向理論特性機(jī)動(dòng)車輛或裝卸搬運(yùn)車輛的轉(zhuǎn)向大多采用雙軸線式轉(zhuǎn)向方式，見(jiàn)圖1。為了滿足純滾動(dòng)條件，轉(zhuǎn)向時(shí)所有車輪必須以不同的半徑圍繞同一轉(zhuǎn)向中心滾動(dòng)，各個(gè)車輪的軸線交于瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心0點(diǎn)。雖然兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)的角度不同，但是兩個(gè)轉(zhuǎn)角之間應(yīng)滿足以下幾何關(guān)系：

3、ctg?-ctga=M/L 1 式中?-外輪轉(zhuǎn)角a-輪轉(zhuǎn)角M-轉(zhuǎn)向軸兩主銷中心距L-車輛前后軸軸距為了滿足運(yùn)動(dòng)學(xué)上的這一幾何關(guān)系，一般都是通過(guò)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。式1稱為轉(zhuǎn)向理論特性。3轉(zhuǎn)向梯形的圖解設(shè)計(jì)與其轉(zhuǎn)角誤差轉(zhuǎn)向梯形四桿機(jī)構(gòu)中，固定件長(zhǎng)度兩主銷中心距M是由車輛總體設(shè)計(jì)給出的，兩梯形臂長(zhǎng)相等。因此只有兩個(gè)獨(dú)立變量有待確定，一個(gè)是連桿橫拉桿長(zhǎng)度，另一個(gè)是兩搖桿梯形臂長(zhǎng)度，這兩個(gè) 參數(shù)還可以轉(zhuǎn)化為梯形底角o與梯形臂長(zhǎng) m見(jiàn)圖1。通常設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù) o和m值，用作圖法作出所選機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角圍aamax，、外轉(zhuǎn)角a和？的一組實(shí)際對(duì)應(yīng)值，并將這組對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角ai,?i按圖2所示作出實(shí)際特性曲線

4、 GE與理論特性 GF比較，得到轉(zhuǎn)角的偏差值 ？。如兩條特性接近，那么*小于允許偏差，說(shuō)明轉(zhuǎn)向梯形幾何參數(shù)合理；如果 ？大于允 許偏差，那么須重新選擇梯形參數(shù)，重復(fù)作圖。對(duì)于工程機(jī)械，amax=45,?不大于13。4實(shí)際特性曲線分析采用轉(zhuǎn)向梯形圖解法時(shí)，為了滿足轉(zhuǎn)角誤差的要求，常常需要屢次重復(fù)作圖，初選梯形參數(shù)之前，如果能分析初底角 o和梯形臂長(zhǎng)m兩個(gè)參數(shù)與轉(zhuǎn)角誤差之間的關(guān)系，使初選梯形機(jī)構(gòu)的實(shí)際特性曲線與理論特性曲線逼近，那么通過(guò)一兩次作圖就能到達(dá)設(shè)計(jì)要求，大大提高工作效率。轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計(jì)是給出兩連架桿對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角函數(shù)關(guān)系*=f *丨的四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)問(wèn)題，有無(wú)窮多的近似解，每一種解的誤差不盡一

5、樣，其結(jié)果分三種情況見(jiàn)圖3：第一種情況，在最大轉(zhuǎn)角amax圍，實(shí)際特性曲線與理論特性只有a=0 一個(gè)交點(diǎn)，兩曲線相距較大；第二情況兩特性曲線在ai=O、a2=amax兩處有交點(diǎn)，誤差比第一種情況小；第三種情況，兩特性曲線在ai=O、a2amax,最大轉(zhuǎn)角誤差？=2.6，屬于第一種情況；如果初選參數(shù)*=72 ，m/M=.113,那么交點(diǎn)a2=40，a2=.89a max,厚大轉(zhuǎn)角誤差 ？=0.7，屬第三種情況。通過(guò)分析可見(jiàn)，第三種情況，實(shí)際特性曲線與理論特性比較接近，所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)一般均能滿足轉(zhuǎn)角誤差要求。5轉(zhuǎn)向梯形參數(shù)確實(shí)定引入平面四桿機(jī)構(gòu)的圖解設(shè)計(jì)法，見(jiàn)圖4。設(shè)各桿長(zhǎng)度：固定構(gòu)件 AD

6、=M是已確定的轉(zhuǎn)向軸主銷距；連架桿AB=CD=m特定的轉(zhuǎn)向臂長(zhǎng)；連桿 BC=n特定。建立圖示坐標(biāo)系，并設(shè) AB轉(zhuǎn)向臂與X軸的夾角為* 轉(zhuǎn)向梯形底角為*，轉(zhuǎn)向時(shí)輪轉(zhuǎn)角為 a,外輪轉(zhuǎn)角為？，那么有：通過(guò)解析幾何的方法可以得到轉(zhuǎn)向梯形角位移方程式方程式7只有兩個(gè)未知數(shù) Ki和K2。為了得到準(zhǔn)確解，給出兩連架對(duì)應(yīng)的兩對(duì)角位移*,*和*，*，由選取轉(zhuǎn)向輪滿足轉(zhuǎn)向理論特性ctg*-ctg=M/L關(guān)系式的兩組、外輪轉(zhuǎn)角*，*和*，*分別帶入式2計(jì)算*和*，然后帶入式6，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的ai,?i和a2?2，建立方程組a iKi+&=?ia 2Kl + K2=?2解得由式4得到連桿轉(zhuǎn)向臂與連桿橫拉桿長(zhǎng)假設(shè)所取a2

7、m/M0.15時(shí)，可以在第一次初選的0角附近改變其值，再作計(jì)算見(jiàn)設(shè)計(jì)方法舉例其規(guī)律是：m/M值偏大，那么 0減??；反之 m/M值偏小或出現(xiàn)負(fù)值，那么0增加。6設(shè)計(jì)方法舉例以裝卸搬運(yùn)車輛轉(zhuǎn)向軸主銷中心距M與軸距L之比M/L=0.41，輪最大轉(zhuǎn)角amax450,要求轉(zhuǎn)角誤差*2為便，轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法如下。為了控制所設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角誤差，在a2=400.89a max設(shè)計(jì)一個(gè)準(zhǔn)確點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的 *=31.977 ，顯然a1=0,*=0也是一個(gè)準(zhǔn)確點(diǎn)。初選底角，取*=76,然后有公式2、 6、 9和10計(jì)算*、*、a、？、K1、K2、m/M n/M計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)附表。因?yàn)?m/M偏大，故減小底角*，取*=75。，再作計(jì)算，結(jié)果 m/M=0.1217,通過(guò)作圖校核最大轉(zhuǎn)角誤差*=0.9 0,滿足要求。表 1=計(jì)尊:冷昭ff=75raem(C0a)egt-M)3l. 977*)40*31- 977*5、如IgJUJ(75MO5)4咖(3it7Z. 023)OT7L amL43S440,