汽車轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、.齒輪齒條式轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化設(shè)計(jì)學(xué)院：車輛與能源學(xué)院專業(yè)：2012級車輛工程 學(xué)號：S12085234009 姓名：劉建霞日期：2014年4月15日齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器（如圖1）具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊，制造工藝簡便等優(yōu)點(diǎn)，不僅適用于整體式前軸也適用于前輪采用獨(dú)立懸架的斷開式前軸，目前被廣泛地用于轎車、輕型客貨車、微型汽車等車輛上。與該轉(zhuǎn)向器相匹配的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)與傳統(tǒng)的整體式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)相比有其特殊之處，下面舉一實(shí)例加以說明。 圖1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)運(yùn)動實(shí)體模型題目：已知某微型汽車（如圖2所示）各參數(shù)如下：，由最小轉(zhuǎn)彎半徑得最大外輪轉(zhuǎn)角為28o，許用齒條行程,選用參數(shù)，試設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)。要求：（1）

2、用優(yōu)化方法設(shè)計(jì)此轉(zhuǎn)向梯形傳動機(jī)構(gòu)。（2）優(yōu)化后校驗(yàn)，壓力角。（3）計(jì)算出l1長度，齒條左右移動最大距離。圖2 齒輪齒條轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)一 建模由轉(zhuǎn)向基本要求可知，在不計(jì)輪胎側(cè)偏時(shí)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向輪純滾動、無側(cè)滑轉(zhuǎn)向的條件是內(nèi)、外輪轉(zhuǎn)角符合Arckerman理想轉(zhuǎn)角關(guān)系：，如圖3所示。圖3 理想的內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系（1）設(shè)計(jì)變量：選取變量 12圖4 外輪一側(cè)桿系運(yùn)動情況由圖4內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系得： (1) (2) (3) (4)聯(lián)立上式可得的函數(shù)關(guān)系式。對于給定的汽車和選定的轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)有橫拉桿長l1和梯形臂長m兩個(gè)設(shè)計(jì)變量。在計(jì)算過程中，以梯形底角r代替橫拉桿長l1作為設(shè)計(jì)變量，再代入式(1)得到l1

3、。底角r可按經(jīng)驗(yàn)公式先選一個(gè)初始值，進(jìn)行優(yōu)化搜索。（2）目標(biāo)函數(shù)： (實(shí)際內(nèi)輪轉(zhuǎn)角與理想內(nèi)輪轉(zhuǎn)角之差)（3）約束條件：第一，要保證梯形臂不與車輪上的零部件發(fā)生干涉。第二，要保證有足夠的齒條行程來實(shí)現(xiàn)要求的最大轉(zhuǎn)角。第三，要保證有足夠大的傳動角。傳動角是指轉(zhuǎn)向梯形臂與橫拉桿所夾的銳角。傳動角過小會造成有效力過小，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向沉重或回正不良。所以壓力角40作為約束條件。第四，為了保證傳動良好還希望橫拉桿與齒條間夾角比較小，一般為。將這些約束條件表示為下述的約束方程：S.TBoycos-l10; l1-Scos-cos（+omax）0; =arccos(Boyl1); l1-(K-M)/2-l1*cos

4、)sin10-h0；h-l1*sin(-omax)+(K-M)/2-l1*cos)sin100)&(Qo110)&(Qo120)&(Qo10)&(Qo110)&(Qo120)&(Qo1=28);Wo=0.5;endP0(j)=(Qii(j)*180/pi-Qi(j)*180/pi)2*Wo; j=j+1;if j=c-1 H=h; I=i; L1=l;endendendendendl2=sqrt(K-M)/2-L1*cos(I)2+(L1*sin(I)-H)2); %橫拉桿長度j=1;for Qo1=1:28Qo=Qo1*pi/180; S1(j)=(K-M)/2-L1*cos(I+Qo)-s

5、qrt(l22-(L1*sin(I+Qo)-H)2);%齒條行程 Qlii(j)=I-atan(2*H/(K-M+2*S1(j)-acos(L12+H2+(K-M)/2+S1(j)2-l22)/(2*L1*sqrt(H2+(K-M)/2+S1(j)2);%實(shí)際的內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系Qsi(j)=acot(cot(Qo)-0.5419);%理想的內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系 j=j+1;endplot(Qlii,r);hold onplot(Qsi);legend(計(jì)算內(nèi)輪轉(zhuǎn)角,理想內(nèi)輪轉(zhuǎn)角);三 計(jì)算結(jié)果：F(X)= 3.38*10-6l1=129.875=67.88h=112.91四 驗(yàn)證壓力角OF=sqrt(H2+(K-M)/2+S1(23)2); G=acos(L12+H2+(K-M)/2+S1(23)2-l22)/(2*L1*sqrt(H2+(K-M)/ 2+S1(23)2); a23=asin(OF*sin(G)/l2)