機(jī)械設(shè)計(jì)課程實(shí)踐設(shè)計(jì)報(bào)告汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)課程設(shè)計(jì)

1、高等機(jī)械設(shè)計(jì)課程實(shí)踐(設(shè)計(jì)報(bào)告)汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的分析與綜合學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué)生姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師完成日期2015年6月 汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的分析與綜合設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1、本設(shè)計(jì)的目的、意義 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)能力的技術(shù)基礎(chǔ)課程，它是機(jī)械原理課程學(xué)習(xí)過(guò)程中的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。其目的是以機(jī)械原理課程的學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步鞏固和加深所學(xué)的基本理論、基本概念和基本知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決與本課程有關(guān)的具體機(jī)械所涉及的實(shí)際問(wèn)題的能力，使學(xué)生熟悉機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟及方法，其中包括選型、運(yùn)動(dòng)方案的確定、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析和整體設(shè)計(jì)等，并進(jìn)一步提高計(jì)算、分析，

2、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、繪圖以及查閱和使用文獻(xiàn)的綜合能力。 2、學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù) 本課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是對(duì)汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的選型；要求汽車沿直線行駛時(shí)，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)左右對(duì)稱，保證左右輪轉(zhuǎn)彎時(shí)有相同特性。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)。對(duì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)靜力分析。 目 錄設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2目 錄i第1章 緒論11.1問(wèn)題的提出11.2設(shè)計(jì)背景11.3本文研究的主要內(nèi)容、目標(biāo)與方法1第2章 設(shè)計(jì)方案的確定32.1方案確定32.2方案設(shè)計(jì)步驟3第3章 設(shè)計(jì)內(nèi)容53.1 =（）曲線43.2設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)確定尺寸5第4章 運(yùn)動(dòng)分析及仿真84.1建立模形84.2數(shù)據(jù)分析9設(shè)計(jì)小

3、結(jié)11參考文獻(xiàn)12第1章 緒論1.1問(wèn)題的提出汽車行業(yè)發(fā)展到今天，汽車前輪定位參數(shù)的確定仍然是困擾汽車企業(yè)設(shè)計(jì)的難題。汽車前輪定位參數(shù)是汽車的重要指標(biāo)，前輪定位參數(shù)的設(shè)計(jì)是否合理將直接影響到車輛的重要性能，從而影響到整車的優(yōu)劣。例如柱銷后傾角和內(nèi)傾角將直接影響到車輛的回正性、直線行駛的穩(wěn)定性和高速制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向輕便性；前輪的外傾角將影響到前輪的側(cè)滑和磨損。因此前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)十分的重要，否則就會(huì)影響整車的使用性能。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展研究現(xiàn)狀 自從汽車發(fā)明以來(lái)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了純機(jī)械式，液壓助力式，電動(dòng)液壓助力式，電動(dòng)助力式以及正在研究階段的線控助力轉(zhuǎn)向式。每一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都有自身的優(yōu)點(diǎn)和

4、缺點(diǎn)，是社會(huì)發(fā)展的需要和客戶使用需求綜合要求的結(jié)果，汽車技術(shù)處于不斷發(fā)展中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)未來(lái)該向何種方式發(fā)展是汽車零部件廠商和整車廠所一直關(guān)心的問(wèn)題。純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是伴隨著最早的蒸汽汽車一起出現(xiàn)的，局限于當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)水平，機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，其中所有傳力件都是機(jī)械的。之后隨著汽車保有量增多，液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。它有一個(gè)助力泵，油經(jīng)助力泵形成高壓，再分配到左右動(dòng)力缸，推動(dòng)活塞助力工作。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)解決了原地轉(zhuǎn)向費(fèi)力的問(wèn)題，但是其動(dòng)力來(lái)源于發(fā)動(dòng)機(jī)，因此造成了機(jī)構(gòu)無(wú)法兼顧車輛低速時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時(shí)的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，且成本高，耗能高。 目前隨著全球經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的快速發(fā)展，計(jì)算

5、機(jī)芯片技術(shù)，控制理論，汽車傳感器技術(shù)已經(jīng)上升到了一定較高的水平，工程技術(shù)人員賦予轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更加靈活的布置方式，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開(kāi)始出現(xiàn)。1990年，奔馳公司研發(fā)了前輪線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向輪之間沒(méi)有機(jī)械連接，是斷開(kāi)的，通過(guò)總線傳輸必要的信息。來(lái)自轉(zhuǎn)向盤(pán)傳感器和各種車輛當(dāng)前狀態(tài)的信息，發(fā)送給電子控制子系統(tǒng)后，利用計(jì)算機(jī)對(duì)這些信息進(jìn)行控制運(yùn)算，然后對(duì)車輛轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向阻力傳感器給出的信息也經(jīng)過(guò)電子控制主系統(tǒng)，傳給轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)中模擬路感的部件。 1.3本文研究的主要內(nèi)容、目標(biāo)與方法本文是對(duì)純機(jī)械式的汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的分析，即對(duì)汽車前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，保證汽車沿直線行駛時(shí)，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)左右對(duì)稱

6、，保證左右轉(zhuǎn)彎時(shí)具有相同的特性。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)。根據(jù)已給的汽車軸距、輪距、最小轉(zhuǎn)彎萬(wàn)半徑等數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)算出符合運(yùn)動(dòng)條件的等腰梯形鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。建立三維模型，并作運(yùn)動(dòng)分析，受力分析等。第2章 設(shè)計(jì)方案的確定2.1方案確定 本文選定上海理工大學(xué)高等機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中型號(hào)三的數(shù)據(jù)。 汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖 軸距 l=2900 輪距 b=1555 最小轉(zhuǎn)彎半徑 r=6100 軸銷到車輪中心的距離 d=4002.2設(shè)計(jì)方案的確定 1. 作=（）曲線 根據(jù)轉(zhuǎn)彎半徑rmin和rmax=，求出理論上要求的轉(zhuǎn)角和的對(duì)應(yīng)值，作=（）曲線。 2.

7、設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)abcd 按給定兩連架桿兩隊(duì)對(duì)應(yīng)角位移，且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，用圖解法設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)abcd。 機(jī)構(gòu)初始位置一般經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)決定，建議o取102o取78。 3. 用計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析 用常見(jiàn)的三維軟件對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模仿真。根據(jù)運(yùn)動(dòng)仿真的結(jié)果，檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的可能性和合理性。 4. 檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角 用圖解法檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)在常用轉(zhuǎn)角范圍20時(shí)的最小傳動(dòng)角rmin 。 第3章 設(shè)計(jì)內(nèi)容已知條件：軸距l(xiāng)=2900mm； 輪距b=1555mm；最小轉(zhuǎn)彎半徑 rmin=6100；軸銷到車輪中心的距離d=400mm； o=102，o=78 3.1作=（）曲線

8、由公式 與以及和轉(zhuǎn)彎半徑r之間的關(guān)系 tan=l/(r-d-b) tan=l(r-d) 算出以下數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)與的曲線圖如下3.2設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)確定尺寸按給定兩聯(lián)架桿對(duì)應(yīng)位移,且盡可能滿足直線行駛時(shí)機(jī)構(gòu)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。 根據(jù)上圖列唯一矢量方程： 化簡(jiǎn)到x和y軸： 對(duì)于該機(jī)構(gòu)，ad桿長(zhǎng)已知，再給定ab桿長(zhǎng)及ab與ad夾角，該機(jī)構(gòu)就確定了。令=34.978令=26.966。令l（0.1，0.5）代入位移方程中。得出一組l及對(duì)應(yīng)的和。 令=10，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。再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

9、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。 不同l對(duì)應(yīng)的理論值和實(shí)際值之差的數(shù)據(jù)如下：l理論值實(shí)際值差值0.121.47520.8680.6060.1521.47520.8540.6210.2021.47520.8410.6330.2521.47520.8310.6440.3021.47520.8130.6610.3521.47520.7980.6760.4021.47520.7820.6930.4521.47520.7620.7030.5021.47520.7420.733由表格數(shù)據(jù)可知，最佳機(jī)構(gòu)為l=0.1，所對(duì)應(yīng)的為68.84。選定

10、該機(jī)構(gòu)后，檢驗(yàn)其實(shí)際的可行性，讓桿ab轉(zhuǎn)過(guò)角度，算出該機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)所對(duì)應(yīng)的-數(shù)據(jù)為：0369121518212426.93理論值03.096.359.8513.8418.2022.7725.9930.5334.91實(shí)際值03.066.279.7413.4017.8521.2325.3229.7634.95比較的理論值和實(shí)際值可知，該機(jī)構(gòu)的誤差較大，故該梯形機(jī)構(gòu)不是最理想的機(jī)構(gòu)。 用圖解法檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)在常用轉(zhuǎn)角范圍20時(shí)的最小轉(zhuǎn)動(dòng)角min。 機(jī)構(gòu)在任意位置圖示如下：如圖所示，傳動(dòng)角=-=，令(0,26.966)。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。則最小的值即為最小傳動(dòng)角min。

11、計(jì)算可知， 隨著 的增加而單調(diào)遞減，其 數(shù)據(jù)如下：03691215182068.6465.7462.7259.4056.0252.3748.5146.05 計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度： n=5 p1=6 ph=0 f=3*5-2*6=1 自由度為1，運(yùn)動(dòng)確定運(yùn)動(dòng)分析下圖為該機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)過(guò)某角度的狀態(tài)如下:列出位移方程：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)線上。經(jīng)過(guò)分析，我們?nèi)?0.3m，=1.13m。令（0.1，0.5）,代入位移方程中，解得一組l對(duì)應(yīng)的。再令=10，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)。畫(huà)圖得： 第4章 運(yùn)動(dòng)分析及仿真4.1建模根據(jù)已知數(shù)據(jù)和求出的數(shù)據(jù)用solidworks建模如圖 4