含间隙转向机构运动精度的可靠性稳健设计

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1、l设计计算lDEsIGN＆cA。CuLATl。N含间隙转向机构运动精度的可靠性稳健设计王磊，梁晓捷，纪鹏(太原科技大学机械工程学院，山西太原030024)[摘要]针对双前桥转向机构，应用具有正态分布的设计参数与噪声因素的稳健设计理论，分析了可控因素与噪声因素对转向精度的影响，并将可靠性优化与稳健设计方法相结合，建立了含间隙影响的双fii『桥转向机构可靠性稳健优化数学模型。实例优化结果表明，考虑制造误差、运动副间隙等不确定因素的影响，可靠性稳健优化设计方法能有效保证转向机构的运动精度和可靠性。[关键词]双前桥转向机构；可靠性优化；稳健设

2、计[中图分类号]U463．42[文献标识码]B[文章编号]1001—554X(2014)01—0090—04Reliability-basedrobustoptimizationondouble-front-axlesteeringmechanismoftruckswithclearancesWANGLei，LIANGXiao-jie，儿Peng车辆行驶过程中，由于转向杆系如转向梯形、转向摇臂、转向横拉杆之间具有相对运动，连{【c。o0ta1。2-一co。otfl∥~2=：=BB／／LLI2(1)接杆系的运动副需要一定的间隙，而设计、

3、制造、~Fii1误差及磨损、变形等外部因素使问隙增大，因Ltana2tan／~2fi——：——：——，)、此转向机构的输出运动必然存在误差¨。目前，L2tana1tanfll减小误差主要有两种方法：一是通过提高制造精度式中Of，、——第1、2轴外轮转角；消除间隙，但从成本角度考虑这种方法不现实；二卢。、卢——第1、2轴内轮转角；是分析影响转向机构运动精度的主要因素，设法减，、L——第l、2轴轴线到后桥转向中心线小这些因素对转向机构运动精度及其可靠性的影的距离；响，从而保证转向质量J。本文应用现代稳健设转向主销的轴线延长线与面交点之计理

4、论，以某型4轴双前桥汽车起重机为例，考虑问的距离。可控因素与不可控因素(运动副间隙)对转向机构考虑转向梯形机构的运动副问隙影响时，将运动精度的影响，建立了含间隙影响的双前桥转向其设想为连续接触模型3J，认为运动副保持连续机构可靠性稳健优化数学模型，并运用该模型进行接触，即把间隙看成一无质量的假想杆J，长度了可靠性稳健优化设计实例研究。等于(=1，2，⋯，8)，方向与相连的构件一l转向机构运动分析致，且左右间隙对称。其中为主销中心距，z为转向梯形臂长度，0为梯形底角，如图l所示。转向过程中，双前桥转向车辆为了实现所有理想的转向梯形机构中

5、，内、外侧车轮转角车轮纯滚动，要求各转向轮绕理想转向中心做圆周关系为运动。对于四轴双前桥车辆来说，除了应满足前轴左右车轮轴线的延长线交于后轴的瞬时转向中心线[收稿日期]2013—07—14卜-，还应保证不同转向轴同侧车轮之间的转角有如[通讯地址]王磊，太原市万柏林区瓦流路66号太原科技下理论关系：大学94号信箱90建械20141J‘一一占一／／、／／、()()I图1含间隙的转向梯形机构示意图lI，V1)02(，V2)TlIl。=fo(，，Si，)(3)含运动副间隙影响的转向梯形机构中，内、图2转向轴瞬时转向中心区域约束示意图外侧车轮转

6、角关系为为了使转向机构获得尽可能接近理想状态的特性，分目标函数二设计为汽车转向过程中1、2轴jl。-，，++，‘++)、(4)转向轮延长线的交点始终坐落于规定区域内并且尽02=厂(，o2，-I-r5-I-r7，f2-I-rs-I-r6)量重合，即两交点间距离最小。式中。『__一外侧车轮理论转角；——。『_一内侧车轮理论转角，f_1，2。minf3(Gy)=min√(。一)+(—v2)(7)式中的参量U，U，v，v为1、2轴转向轮延2转向机构的可靠性稳健优化设计长线的交点坐标，且都是基于1、2轴内外轮转角2．1设计变量和噪声因素及整体模

7、型推导得来。．、、、选择主销中心距、轴距、转向梯形臂长度、梯形底角作为设计变量，=(，X，⋯，)甜=——————————。一=(1，L1，Z1，01，2，L2，Z2，02)；噪声因锄1-tanfl~(8)Btan~ltanfix+、素作为设计参数，y=(Y，Y，⋯，Y)=(r。，：——tanal—tan⋯)。各设计变量和设计参数均服从正态，，分布且相互独立。2．2目标函数tant~2-tan／72(由于转向梯形机构难以满足阿克曼原理的要9)Btana2tan,82⋯求，因此转向机构的分目标函数一为：同一轴内侧v：——tan2一tan车

8、轮从0。转到最大极限转角，外侧车轮实际输出转角与理想转角相差最小，即另外，要求转向机构运动精度的可靠度对设计变量均值的灵敏度最小]，则分目标函数三三为min(，)=min∑n(一‰)(5)j=lminf4(，)=min(