汽車轉向梯形機構圖解解析

汽車轉向梯形機構圖解解析輪式車輛轉向梯形結構的圖解解析常州工業(yè)技術學院鎢華芝

常州市政工程管理處魏曉靜

摘要介紹幾種簡單實用的車輛轉向梯形結構的圖解解析設計法。通過事先設定內、外轉向輪實際特性曲線與理論特性的交點位置來控制轉角偏差的方法，選擇轉向梯形機構參數(shù)，可以大大減少圖次數(shù)，提高工作效率，減小轉角誤差。

關鍵詞：轉向梯形機構解析圖解

1引言

輪式車輛一般都是依靠轉向車輪偏轉一個角度來實現(xiàn)轉彎或曲線行駛。轉向是的基本要求是保證所有車輪滾動而不發(fā)生滑動，這一要求通常由平面四桿機構來達到。傳統(tǒng)的設計都采用圖解轉向梯形的方法。這種方法需要按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選擇機構的幾何參數(shù)，然后作圖校核該梯形機構在運動過程中轉向輪的轉角偏差是否大于允許偏差，若大于允許偏差，則重新選擇或調整幾何參數(shù)，再校核圖，直至轉角偏轉小于允許偏差為止。這實際上是一種試湊的方法，帶有較大的盲目性，工作量大。隨著計算機的發(fā)展，解析法得到了較好的應用，但是傳統(tǒng)的圖解法仍有它直觀、方便的優(yōu)點，因此仍然被工程設計人員廣泛采用。本文介紹一種簡單高效且實用的圖解解析設計法，可以大大減少作圖校核的次數(shù)，提高工作效率。

2轉向理論特性

機動車輛或裝卸搬運車輛的轉向大多采用雙軸線式轉向方式，見圖1。為了滿足純滾動條件，轉向時所有車輪必須以不同的半徑圍繞同一轉向中心滾動，各個車輪的軸線交于瞬時轉向中心O點。雖然兩個轉向輪偏轉的角度不同，但是兩個轉角之間應滿足下列幾何關系：

ctg?-ctga=M/L

（1）

式中?-外輪轉角a-內輪轉角M-轉向軸兩主銷中心距L-車輛前后軸軸距

為了滿足運動學上的這一幾何關系，一般都是通過設計轉向梯形機構來實現(xiàn)的。式（1）稱為轉向理論特性。

3轉向梯形的圖解設計及其轉角誤差

轉向梯形四桿機構中，固定件長度（兩主銷中心距）M是由車輛總體設計給出的，兩梯形臂長相等。因此只有兩個獨立變量有待確定，一個是連桿（橫拉桿）長度，另一個是兩搖桿（梯形臂）長度，這兩個參數(shù)還可以轉化為梯形底角O及梯形臂長m，見圖1。

通常設計時，根據(jù)o和m值，用作圖法作出所選機構在轉向輪轉角范圍內（a<amax），內、外轉角a和?的一組實際對應值，并將這組對應的轉角（aI,?I）按圖

a2K1+K2=?

解得由式（4）得到連桿（轉向臂）及連桿（橫拉桿）長

若所取a2<amax，那么，按上述方法所設計的轉向梯形實際特性曲線，在0~amax范圍內必定與理論特性有兩個交點，即滿足轉角關系的精確點。為確保車輛直線行駛，在a1=0，?1=0設置一個精確點（a1,?1）就是另一個精確點。A2點的選取要適當，取得過小，在a1接近amax時，實際特性曲線將在反方向中偏離理論特性較大，使轉角誤差增大，取a2=(0.8~0.95)amax較合適。

底角O初選。當車身較長，M/L較小時，O應偏大，例如M/L=0.33，取O=78.50較理想；而當車身短，M/L較大時，O應偏小，例如M/L=0.5，取O=720能滿足設計要求。底角初選還可以用公式*來確定，S是與d2點及轉角誤差有關的系數(shù)，運用本文介紹的設計方法時，S取1.56。

當用初選的底角O及選定的精確點d2代入公式設計出的m/M不能滿足工程設計要求時，即0.11>m/M>0.15時，可以在第一次初選的O角附近改變其值，再作計算（見設計方法舉例）其規(guī)律是：m/M值偏大，則O減??；反之m/M值偏小或出現(xiàn)負值，則O增加。

6設計方法舉例

以裝卸搬運車輛轉向軸主銷中心距M與軸距L之比M/L=0.41，內輪最大轉角amax<450，要求轉角誤差*<20為便，轉向梯形機構設計方法如下。

為了控制所設計轉向梯形機構轉角誤差，在a2=400（0.89amax）設計一個精確點，對應的*=31.9770，顯然a1=0,*=0也是一個精確點。初選底角，取*=760，然后有公式（2）、（6）、（9）和（10）計算*、*、a、