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1、转向梯形机构优化设计课程设计题目:汽车转向梯形臂优化设计指导老师:郭朋彦华北水利水电大学转向梯形得优化设计1.转向梯形机构概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32.整体式转向梯形结构方案分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯33.整体式转向梯形机构优化分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯44.整体式转向梯形程序编写⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯７5.转动传动机构强度计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯126.转向梯形得优化结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯１37.转向梯形结构设计图形⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
2、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯１38.结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15转向梯形机构优化设计方案一、转向梯形机构概述转向梯形机构用来保证汽车转弯行驶时所有车轮能绕一个瞬时转向中心,在不同得圆周上做无滑动得纯滚动。设计转向梯形得主要任务之一就是确定转向梯型得最佳参数与进行强度计算。一般转向梯形机构布置在前轴之后,但当发动机位置很低或前轴驱动时，也有位于前轴之前得。转向梯形有整体式与断开式两种，选择整体式或断开式转向梯形方案与悬架采用何种方案有联系。无论采用哪一种方案,必须正确选择转向梯形参数,做到汽车转弯
3、时,保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶，使在不同圆周上运动得车轮,作无滑动得纯滚动运动。同时，为达到总体布置要求得最小转弯直径值,转向轮应有足够大得转角。二、整体式转向梯形结构方案分析图5、1整体式转向梯形1—转向横拉杆2—转向梯形臂3-前轴整体式转向梯形就是由转向横拉杆1，转向梯形臂2与汽车前轴3组成,如图５、１所示。其中梯形臂呈收缩状向后延伸。这种方案得优点就是结构简单,调整前束容易,制造成本低；主要缺点就是一侧转向轮上、下跳动时，会影响另一侧转向轮。当汽车前悬架采用非独立悬架时，应当采用整体式转向梯形。
4、整体式转向梯形得横拉杆可位于前轴后或前轴前(称为前置梯形）.对于发动机位置低或前轮驱动汽车,常采用前置梯形。前置梯形得梯形臂必须向前外侧方向延伸，因而会与车轮或制动底板发生干涉,所以在布置上有困难.为了保护横拉杆免遭路面不平物得损伤，横拉杆得位置应尽可能布置得高些,至少不低于前轴高度。三、整体式转向梯形机构优化分析汽车转向行驶时,受弹性轮胎侧偏角得影响，所有车轮不就是绕位于后轴沿长线上得点滚动,而就是绕位于前轴与后轴之间得汽车内侧某一点滚动。此点位置与前轮与后轮得侧偏角大小有关.因影响轮胎侧偏角得因素很多,且
5、难以精确确定,故下面就是在忽略侧偏角影响得条件下,分析有关两轴汽车得转向问题.此时,两转向前轮轴线得延长线应交在后轴延长线上,如图5—2所示。设θi、θｏ分别为内、外转向车轮转角,L为汽车轴距，K为两主销中心线延长线到地面交点之间得距离。若要保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶，则梯形机构应保证内、外转向车轮得转角有如下关系：（1)图1理想得内、外车轮转角关系简图若自变角为θo,则因变角θｉ得期望值为：（2)现有转向梯形机构仅能近似满足上式关系.以图所示得后置梯形机构为例，在图上作辅助用虚线，利用余弦定理可推得
6、转向梯形所给出得实际因变角为K2coscos(0)cos2'sin(0)miarcsinarccos（3）22KKKK12cos(0)12cos(0)mmmm式中：m为梯形臂长;γ为梯形底角。所设计得转向梯形给出得实际因变角，应尽可能接近理论上得期望值.其偏差在最常使用得中间位置附近小角范围内应尽量小，以减少高速行驶时轮胎得磨损；而在不经常使用且车速较低得最大转角时，可适当放宽要求。因此，再引入加权因子,构成评价设计优劣得目标函数为（4）由以上可得：sin(0i)arcsin2KK12cos(0i)mmKar
7、ccotcotoiLomaxf(x)(oi)K100%(5)oi12coscos(0)cos2marccos2KK12cos(0i)mmKarccotcotoiL式中:ｘ为设计变量,；θｏｍａx为外转向车轮最大转角，由图2得（6)式中,Dｍｉn为汽车最小转弯直径;ａ为主销偏移距。考虑到多数使用工况下转角θo小于20°，且１0°以内得小转角使用得更加频繁，因此取：（７)建立约束条件时应考虑到：设计变量m及γ过小时,会使横拉杆上得转向力过大；当m过大时，将使梯形布置困难,故对ｍ得上、下限及对γ得下限应设置约束条件
8、。因γ越大，梯形越接近矩形，值就越大，而优化过程就是求得极小值,故可不必对γ得上限加以限制。综上所述，各设计变量得取值范围构成得约束条件为:(8）梯形臂长度ｍ设计时常取在mmiｎ＝0、１1K,ｍmax=0、1５K。梯形底角γmin=70°此外,由机械原理得知,四连杆机构得传动角δ不宜过小，通常取δ≥δmin＝40°。如图5-２所示,转向梯形机构在汽车向右转弯至极限位置时达到最小值，故只考虑右转弯时δ
