汽車與前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)課件設(shè)計(jì)

1、韶關(guān)學(xué)院物電學(xué)院汽車系機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 設(shè)計(jì)者： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 時(shí) 間： 13目錄1、引言12、題目：汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)22.1設(shè)計(jì)題目22.1.1機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介22.1.2 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)32.2設(shè)計(jì)要求43、設(shè)計(jì)內(nèi)容43.1 求轉(zhuǎn)角43.2 解析法設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)53.3 解析法檢驗(yàn)74. 設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)優(yōu)化95.1 計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度105.2 運(yùn)動(dòng)分析115.3116、課程設(shè)計(jì)總結(jié)126.1 設(shè)計(jì)心得126.2 設(shè)計(jì)工作分工表136.3 參考文獻(xiàn)131、引言 改革開放以來(lái)，中國(guó)的汽車工業(yè)有著飛速的發(fā)展，據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，截止2006

2、年10月底，轎車?yán)塾?jì)銷售超過300萬(wàn)輛，達(dá)到304萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)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(guó)際汽車盛宴中嶄露頭角，無(wú)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(guó)外有著近百年發(fā)展歷史的國(guó)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。汽車工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，代表著一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)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(zhǎng)時(shí)間的演變。隨著私家車的越來(lái)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(duì)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(huì)汽車化而造成交通錯(cuò)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(wú)論是為滿足快速增長(zhǎng)的轎車市場(chǎng)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)。本課題以現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)轎車最常采用的齒輪齒條液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器為核心綜合設(shè)計(jì)轎車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。2、題目：汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)2.1設(shè)計(jì)題目2.1.1機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)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(lái)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

4、直線行駛時(shí)（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(shí)，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(zhǎng)線的交點(diǎn)P始終能落在后輪軸的延長(zhǎng)線上，這樣，整個(gè)車身就能繞P點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，使四個(gè)輪子都能與地面形成純滾動(dòng)，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(shí)，個(gè)車輪運(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)過不同的角度和，其關(guān)系如下： 如圖所示為汽車右拐時(shí) 所以和的函數(shù)關(guān)系為 同理，當(dāng)汽車右拐時(shí)，由于對(duì)稱性，有，故轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)ABCD的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量滿足以上轉(zhuǎn)角要求。 2.1.2 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)見下表。要求汽車沿直線行

5、駛時(shí)，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)左右對(duì)稱，以保證左右轉(zhuǎn)彎時(shí)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(jì)此鉸鏈四桿機(jī)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(hào)LBRd單 位mm型號(hào)途樂GRX290016056100400途樂GL290015556100400尼桑公爵2800150055005002.2設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)值。要求最少2組對(duì)應(yīng)值。 2）按給定兩聯(lián)架桿對(duì)應(yīng)位移，且盡可能滿足直線行駛時(shí)機(jī)架左右對(duì)稱的附加要求，用圖解法設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD。 3）機(jī)構(gòu)初始位置一般通過經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)來(lái)決定，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(yàn)機(jī)構(gòu)在常用轉(zhuǎn)角范圍0 時(shí)的最小轉(zhuǎn)動(dòng)角Y min3、設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)值。要求最少2組對(duì)應(yīng)值。 R=Rmin時(shí)， 0 =34.9780 R=10000mm時(shí)， 0 0 由公式已知， 時(shí)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(jì)機(jī)構(gòu) 用解析法設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD，滿足以下條件：最小轉(zhuǎn)彎半徑Rmin 所對(duì)應(yīng)的和滿足P點(diǎn)落在后軸延長(zhǎng)線上的要求;其他各組和盡可能是能使P點(diǎn)落在后軸延長(zhǎng)線上；盡可能滿足直線行駛時(shí)機(jī)構(gòu)左右對(duì)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(jiǎn)到X和Y軸： 對(duì)于一個(gè)梯形機(jī)構(gòu)，AD桿長(zhǎng)已知，再給定AB桿長(zhǎng)及出位置AB與AD夾角該機(jī)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(duì)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(jī)構(gòu)

8、L及對(duì)應(yīng)的實(shí)際值。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，與理論值最接近的一個(gè)。所對(duì)應(yīng)的L及即為最佳機(jī)構(gòu)。最后計(jì)算出選出的機(jī)構(gòu)當(dāng)在0到最大值之間時(shí)所對(duì)應(yīng)的的理論值和實(shí)際值。 L理論值實(shí)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(jī)構(gòu)L=0.1，所對(duì)應(yīng)的為68.84°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(dòng)時(shí)所對(duì)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(shí)際值03.066.259.613.1216.8420.825.0629.7234.95比較的理論值和實(shí)際值可知，改機(jī)構(gòu)的誤差較大，故改梯形機(jī)構(gòu)不是最理想的機(jī)構(gòu)。3.3 解析法檢驗(yàn)用解析法檢驗(yàn)者兩種機(jī)構(gòu)在常用轉(zhuǎn)角范圍時(shí)的最小傳動(dòng)角。機(jī)構(gòu)在任意位置圖示如下： 如上圖，

10、傳動(dòng)角，令0）。把L與為所選所對(duì)應(yīng)的值代入位移方程。計(jì)算出各轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的值。其中最小的即為最小傳動(dòng)角Y min。經(jīng)計(jì)算，我們發(fā)現(xiàn)，隨著的變化時(shí)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(shí)，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角最小，為35.39°。由機(jī)械原理易知，四連桿機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角不宜過小，一般取，而該機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角為35.39°，小于40°。因此該機(jī)構(gòu)并不理想.4. 設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)可行的必要條件是當(dāng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，前輪兩軸延長(zhǎng)線的交點(diǎn)P能落在后輪軸的延長(zhǎng)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(jī)構(gòu)為本次課程研究的機(jī)構(gòu)，由前面的計(jì)算結(jié)果可以知道，(a)機(jī)構(gòu)的是始終大于的，故a機(jī)構(gòu)是可行的。同理，對(duì)于(d)機(jī)構(gòu)，當(dāng)它右轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)構(gòu)的是始終大于的，故（d)機(jī)構(gòu)也是可行的。而對(duì)于(b)、(c)機(jī)構(gòu)，經(jīng)分析，當(dāng)這兩種機(jī)構(gòu)右轉(zhuǎn)時(shí)，大于，所以這兩種機(jī)構(gòu)是不可行的。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。結(jié)構(gòu)（a）（d）是平面四桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，雖然設(shè)計(jì)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(wú)法保證前輪兩軸延長(zhǎng)線的交點(diǎn)P能落在后軸上，所以不是最理想機(jī)構(gòu)。5、 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)優(yōu)化 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)用來(lái)保證汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)所有車輪能繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心，在不同的圓周上做無(wú)滑動(dòng)的純滾動(dòng)。設(shè)計(jì)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(jì)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(dòng)機(jī)位置很低或前軸驅(qū)動(dòng)時(shí)，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(wú)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(shí)，保證全部車輪繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心行駛，使在不同圓周上運(yùn)動(dòng)的車輪，

13、作無(wú)滑動(dòng)的純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，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(jī)械原理易知，平面四桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，雖然設(shè)計(jì)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(jì)過程，盡管在無(wú)數(shù)種機(jī)構(gòu)中找到了最佳機(jī)構(gòu)，但運(yùn)動(dòng)起來(lái)誤差依然較大，無(wú)法保證前輪兩軸延長(zhǎng)線的交點(diǎn)P能落在后軸上。因此，我考慮利用上圖所示的六桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。5.1 計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度： n=5; P1=6; Ph=0 自由度為1，運(yùn)動(dòng)確定5.2 運(yùn)動(dòng)分析列出位移方程：5.3 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法如第二題，滿足該機(jī)構(gòu)在最小轉(zhuǎn)彎半徑 Rmin 所對(duì)應(yīng)的和滿足P點(diǎn)落在后軸延長(zhǎng)線上的要求；并且其他各組和盡可能是能使P點(diǎn)落在后軸延長(zhǎng)

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(duì)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(jī)構(gòu)L及對(duì)應(yīng)的實(shí)際值。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，與理論值最接近的一個(gè)。所對(duì)應(yīng)的L及即為最佳機(jī)構(gòu)。6、課程設(shè)計(jì)總結(jié) 6.1 設(shè)計(jì)心得 我認(rèn)為我們的工作是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作，團(tuán)隊(duì)需要個(gè)人，個(gè)人也離不開團(tuán)隊(duì)，必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。某個(gè)人的離群都可能導(dǎo)致導(dǎo)致整項(xiàng)工作的失敗。課程設(shè)計(jì)中只有一個(gè)人知道原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須讓每個(gè)人都知道，否則一個(gè)人的錯(cuò)誤，就有可能導(dǎo)致整個(gè)工作失敗。團(tuán)結(jié)協(xié)作是我們成功的一項(xiàng)非常重要的保證。而這次也正好鍛煉我們這一點(diǎn)，這也是非常寶貴的。在以后的學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)中我們要謹(jǐn)記團(tuán)結(jié)的重要性，總計(jì)這次經(jīng)驗(yàn)，相信下次的課程設(shè)計(jì)能做的更好。 6.2 設(shè)計(jì)工作分工表 魏