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1、汽车转向梯形机构设计及matlab/simMechanics仿真汽车转向梯形机构设计及matlab/simMechanics仿真TrapezoidalsteeringmechanismdesignmatlabsimMechanicsSimulation一、汽车转向梯形机构设计1.设计模型与要求:已知汽车梯形转向机构如下图所示。该车车型为沃尔沃，转向节跨距M为1305mm，前轮距D为1535mm，轴距L为2640mm。该车最小的转弯半径R为5300mm，并且具有良好的传力性能。2．结构概述与条件分析根据题目条件，转向节跨距M
2、，前轮距D，轴距L均已知，则设计梯形转向机构只需要确定连架杆，连杆b和轮与连架杆之间的夹角即可。由于根据最小转弯半径R=11000，以及公式：求出=30.61313．两侧转向轮偏转角之间的理想关系式为了避免在汽车转向时产生的路面对汽车行驶的附加阻力和轮胎过快磨损，要求车轮作纯滚动。显然只有在车轮轴线交于O点才能实现。此时的和满足以下关系式：为此要精心地确定转向梯形机构的参数。实际设计中，所有汽车的转向梯形都只能设计得再一定的车轮偏转角范围内，使两侧车轮偏转角的关系大体上接近于理想关系。4．转向传动机构的优化设计4.1传动机
3、构连架杆与车轮轴线夹角的确定根据经验公式：带入数据得=67.4161～77.4161，初步设计取的是72。4.2理论曲线与实际曲线焦点位置的确定以及连架杆的确定根据经验得交点一般发生在0.8～0.95=24.49°～29.0824°之间，实验中取=26。此时==32.728°，带入实际公式，则可以确定连架杆值。根据平面四杆机构的运动方程式：消去，代入得：=-296.4960mm说明：a<0,表示该机构为后置式转向机构。根据经验公式得出，显然过大，不合适。其中，当偏大时，应增大值当偏小时，应减少值重新设计，取=71°，得出，
4、a=203.4495mm，b=1172.5mm，=26°，32.728°。二汽车转向梯形机构的Matlab仿真及误差分析1 数学模型平面四连杆机构设计如图1。整个连杆机构的几何尺寸在图中给出。从该机构运动简图可见，整个运动系统有两个固定机构,三个刚体的连杆通过四个单自由度转动副和这两个固定机构相连[1],假设连杆AD沿A轴以W的角速度旋转,可以取其为正选信号。图1 平面四连杆机构设A、B固定基架坐标为,则A=(-652.5,0,0),B=(652.5,0,0)。AD杆:A端以基架为参照,AD上其余点以A端为参照。则杆AD的
5、A端坐标为A=(-652.5,0,0)AD的重心的中点坐标为ADCG=(-619.4,-92.1826,0)AD的D端坐标为D=(-586.25,-192.3653,0)BC杆:B端以连接端为参照,BC上其余点以B端为参照。则杆BC的B端坐标为B=(652.5,0,0)BC的重心的中点坐标为BCCG=(619.4,-92.1826,0)BC的C端坐标为C=(586.25,-192.3653,0)CD杆:C端以连接端为参照,CD上其余点以C端为参照。则杆CD的C端坐标为C=(586.25,-192.3653,0)CD的重心的
6、中点坐标为CDCG=(10,-10,0)CD的D端坐标为D=(-586.25,-192.3653,0)2 仿真模型2.1 仿真框图绘制及参数设定在Matlab的命令窗口键入simulink,在simulink中打开一个新的模型,利用simulink/simMechanics的各个模块建立仿真模型图如图2。图2固定在地面A点坐标设定图3固定在地面B点坐标设定图4连杆AD的初始位置设定图5仿真模型框图2.2仿真结果设定仿真时钟和仿真步长，得到仿真图6图7外转角和内转角的关系曲线图X轴代表梯形机构中的外转角，Y轴代表梯形机构中的
7、外转角。单位是度2.3误差分析将仿真结果输出到Matlab的工作区间，在Matlab中编写相关程序图8理论与实际内外转角比较图从图8中可以得出,理论内转角和实际外转角相差很小，表明在机构设计中计算的合理性和正确性。将仿真动画输出外AVI格式的播放文件。即可随时播放展示。下图为机械仿真软件ADAMS仿真结果。图9ADAMS仿真将两个软件的仿真结果对比，得出相同的结论。即可，进行adams和matlab联合仿真。将二者联合和在一起应用在机械设计里，是现在的一个热门话题。小结：首先，采用传统的设计方法，计算出各个杆长，然后采用m
8、atlab自带机构仿真工具箱SimMechanics,搭建仿真模块。在机构的设计中，初步想采用优化设计的方法，同样是利用Matlab编写目标函数和约束函数，不料目标函数过于复杂，特别是函数里含有大量的三角函数，不利与编程优化，实际操作中很难得到稳定的数值解。相反的是，采用常规的解放，如试算法到可以的得到
