汽車轉(zhuǎn)向設(shè)計與計算

1、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的計算設(shè)計：這次設(shè)計的電動車用的是麥弗遜式獨立懸架，采用分段式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)。對于采用獨立懸架的汽車轉(zhuǎn)向車輪，轉(zhuǎn)向梯形中的橫拉桿應(yīng)是分段式的，以避免運動干涉，防止一個車輪的上下跳動影響另一個車輪的跳動。7圖一）這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大多如圖1所示。轉(zhuǎn)向軸1的末端與轉(zhuǎn)向器的齒輪軸2直接相連或通過萬向節(jié)軸相連;齒輪圖2與同裝于一殼體內(nèi)的齒條3嚙合。外殼則固定于車身或車架上。齒條通過兩端的球鉸接頭與兩根分開的橫拉桿4相連,兩橫拉桿又通過球頭銷與左右車輪上的梯形臂5、6相連。這里齒條3既是轉(zhuǎn)向器的傳動件又是轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)中三段式橫拉桿的一部分。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊,制造工藝簡便等優(yōu)點,不僅

2、適用于整體式前軸也適用于前輪采用獨立懸架的斷開式前軸,目前廣泛地被采用于轎車輕型客貨車、微型汽車等車輛上。但與之相配的轉(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。故有必要加以研究和探討。絕大多數(shù)齒輪一齒條式轉(zhuǎn)向器都布置在前軸后方,這樣既可避讓發(fā)動機(jī)的下部,又便于與轉(zhuǎn)向軸下端連接。安裝時齒條中心線應(yīng)與汽車縱向?qū)ΨQ軸垂直;并且當(dāng)轉(zhuǎn)向器處于中立位置時,齒條兩端球鉸中心應(yīng)對稱地處于汽車縱向?qū)ΨQ軸的兩側(cè)。對于給定的汽車,其軸距L、主銷后傾角口以及左右兩主銷軸線延長線與地面交點間距離K均為已知定值。對于選定的轉(zhuǎn)向器,其齒條兩端中心距M也為已知定值故在設(shè)計中需確定的參數(shù)為梯形底角Y、梯形臂長l以

3、及齒條中心線到梯形底邊的安裝距離，而橫拉桿長度1可由上述參數(shù)確定其表達(dá)式為。(-w)2+(isinz2=2轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時,齒條便向左或向右移動,使左右兩邊的桿系產(chǎn)生不同的運動,從而使左右車輪分別獲得一個轉(zhuǎn)角。以汽車左轉(zhuǎn)彎為例,此時右輪為外輪,外輪一側(cè)的桿系運動如圖2所示。設(shè)齒條向右移過某一行程S,通過右橫拉桿推動右梯形臂,使之轉(zhuǎn)過0。J（圖二）取梯形右底角頂點O為坐標(biāo)原點,X、Y軸方向如圖2所示,則可導(dǎo)出齒條行程S與外輪轉(zhuǎn)角0。的關(guān)系:s=-w（+。）另外，有圖像可知：2rl1Tt+S)-h20。=申+屮-Y而申=arctg匹，屮=arccosl1+0El-L2K-M-2S2LXOE10。=ar

4、ccos営必直+arctanl(j-s)2+h2匹)-丫K-M-2S取梯形左底角頂點O為坐標(biāo)原點,X、Y軸方向如圖3所示，則同樣可導(dǎo)出齒條行程S與內(nèi)輪轉(zhuǎn)角%的關(guān)系，即：km2S=2+Jcos(y+0)屮2I1sin(y+0)h6.=yarccosc*+2TL2712h2J（羅S）2+h2arctan（業(yè)）K-M-2S眾所周知，在不計輪胎側(cè)偏時，實現(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)角具有如圖4所示的理想的關(guān)系，即ctgo-c昭0=式中T計及主銷后傾角夕時的計算軸距T=L+r.tgB主銷后傾角3計算得T=2800+693/2tan3=2818L汽車軸距2800mmr車輪滾動半徑346.5

5、mm由式可將理想的內(nèi)輪轉(zhuǎn)角民,表示為0江=arctg（ctg30-學(xué)設(shè)計變量：對于給定的汽車和選定的轉(zhuǎn)向器,轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)尚有梯形臂長11、底角y和安裝距離h三個設(shè)計變量。其中底角y可按經(jīng)驗公式先選一個初始值y=arctg（）,計算得y=68.713K第一,要保證梯形臂不與車輪上的零部件（如輪胎、輪輛或制動底板）發(fā)生干涉,故要滿足：.00yymm式中4O梯形臂球頭銷中心的Y坐標(biāo)值（見圖3）,ao=-cosy0y0y1A車輪上可能與梯形臂干涉部位的Y坐標(biāo)值ymm因為A-cosy0,所以可知當(dāng)一選定時的可取值上限為：Yarccos=r21第二，要保證有足夠的齒條行程來實現(xiàn)要求的最大轉(zhuǎn)角。即有S祝輕S

6、S式中幾口咒最大轉(zhuǎn)角所對應(yīng)的齒條行程，S轉(zhuǎn)向器的許用齒條行程為120mm，S=120mm。K_M772=Jcos(y)屮22sin(y)h所以有公式(1)或(3)可知：S機(jī)吐=-cos)cos+%噸丿+rl一2rl1sin(y)一h一Tt一2rl或5=zicos一犒J-cos(y)+Tt一22rl2ftTt1sin(y)-h一般來說內(nèi)的數(shù)值很小，故在估算齒條行程時可略去不計，即可粗略的=地認(rèn)為：5max=-COS(y)cos(y+0噸丿，S喚x=-cos(y0誠牡)一cos(y)所以當(dāng)Y選定時，一的可取值范圍為弘亠(12)根據(jù)轉(zhuǎn)向器的選型M取600mm,Scos(y)cos(y)-cos(y+

7、0Qmax)取120mm，A.=100mm。ymm計算得208Z140，但一般后置式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的amin都偏小。這是由于汽車正常行駛中多用小轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)向,約有80%以上的轉(zhuǎn)角在20以內(nèi);即使是大轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)向，也是從小轉(zhuǎn)角開始，而且速度較低，所以取00=23時的輪一側(cè)傳動角叫23作為控制參數(shù)。以勺2330作為約束條件，這樣一般均能保證在時6040。轉(zhuǎn)向器安裝距離h對傳動角的影響較大,h越小,8也小,可獲得較大的a。在選擇h時應(yīng)充分注意到這一點，但h過小會造成橫拉桿與齒條間夾角T過大。由z=arcsJiSin（y+00）川o-.ISsin（yq）h|T.=arcsm11i圖2、圖3可知J為保證傳動良好一

8、般希望q10,以此作為約束條件即要滿足聯(lián)立不等式:|Jsin（y+0。）hll2sin100|Jsin（y0.）h|l2sin100由此可解得：Jsin（y+0。）一2嚴(yán)“10hJsin（y+0。）+屮訊10Jsin(y0)2嚴(yán)“10hJsin(y0)+屮訊10因為在00和耳的全部取值范圍內(nèi)，sin(y+0)的最大值為1,sin(y0.)的最小值為sin(y0血丿。所以h的可取值范圍為J一號血0hQin-空丿+A10=寧-/吋l2=390mm由于轉(zhuǎn)向器處于中立狀態(tài)時(0。=2=0),、值較小，于是可得h的取值范圍：KMoJ（2Jcos（y）sin10h2KM。Ssin（y+zicos（y）sfn10h的取值范圍為150到250，為了不干涉