汽車(chē)轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)與計(jì)算

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的計(jì)算設(shè)計(jì)：這次設(shè)計(jì)的電動(dòng)車(chē)用的是麥弗遜式獨(dú)立懸架，采用分段式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)。對(duì)于采用獨(dú)立懸架的汽車(chē)轉(zhuǎn)向車(chē)輪，轉(zhuǎn)向梯形中的橫拉桿應(yīng)是分段式的，以避免運(yùn)動(dòng)干涉，防止一個(gè)車(chē)輪的上下跳動(dòng)影響另一個(gè)車(chē)輪的跳動(dòng)。 （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(guò)萬(wàn)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(chē)身或車(chē)架上。齒條通過(guò)兩端的球鉸接頭與兩根分開(kāi)的橫拉桿4相連,兩橫拉桿又通過(guò)球頭銷(xiāo)與左右車(chē)輪上的梯形臂5、6相連。這里齒條3既是轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)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(jiǎn)單緊

2、湊,制造工藝簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn),不僅適用于整體式前軸也適用于前輪采用獨(dú)立懸架的斷開(kāi)式前軸,目前廣泛地被采用于轎車(chē)、輕型客貨車(chē)、微型汽車(chē)等車(chē)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(dòng)機(jī)的下部,又便于與轉(zhuǎn)向軸下端連接。安裝時(shí)齒條中心線應(yīng)與汽車(chē)縱向?qū)ΨQ(chēng)軸垂直;并且當(dāng)轉(zhuǎn)向器處于中立位置時(shí),齒條兩端球鉸中心應(yīng)對(duì)稱(chēng)地處于汽車(chē)縱向?qū)ΨQ(chēng)軸的兩側(cè)。對(duì)于給定的汽車(chē),其軸距L、主銷(xiāo)后傾角口以及左右兩主銷(xiāo)軸線延長(zhǎng)線與地面交點(diǎn)間距離K均為已知定值。對(duì)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(jì)中需確定

3、的參數(shù)為梯形底角、梯形臂長(zhǎng)l1以及齒條中心線到梯形底邊的安裝距離，而橫拉桿長(zhǎng)度l2可由上述參數(shù)確定其表達(dá)式為。l2=K-M2-l1cos2+l1sin-h2轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí),齒條便向左或向右移動(dòng),使左右兩邊的桿系產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng),從而使左右車(chē)輪分別獲得一個(gè)轉(zhuǎn)角。以汽車(chē)左轉(zhuǎn)彎為例,此時(shí)右輪為外輪,外輪一側(cè)的桿系運(yùn)動(dòng)如圖2所示。設(shè)齒條向右移過(guò)某一行程S,通過(guò)右橫拉桿推動(dòng)右梯形臂,使之轉(zhuǎn)過(guò)0。 （圖二）取梯形右底角頂點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn),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=K-M2-l1cos+0-l22-l1sin+0-h2另外，有圖像可知：0=+-而=arctg2hK-M-2S

4、,=arccosl12+OE12-L222L1×OE120=arccosl12+K-M2-S2+h2-l222l1K-M2-S2+h2+arctan2hK-M-2S- （圖三）取梯形左底角頂點(diǎn)O1為坐標(biāo)原點(diǎn),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i的關(guān)系,即:S=-K-M2+l1cos+0-l22-l1sin+0-h2i=-arccosl12+K-M2-S2+h2-l222l1K-M2-S2+h2-arctan2hK-M-2S眾所周知,在不計(jì)輪胎側(cè)偏時(shí),實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向輪純滾動(dòng)、無(wú)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 （圖四）ctg0-ctgi0=KT

5、(6)式中T計(jì)及主銷(xiāo)后傾角夕時(shí)的計(jì)算軸距T=L+r.tg主銷(xiāo)后傾角3°計(jì)算得T=2800+693/2tan3=2818L汽車(chē)軸距2800mmr車(chē)輪滾動(dòng)半徑346.5mm由(6)式可將理想的內(nèi)輪轉(zhuǎn)角民,表示為it=arctg(ctg0-KT)(7)設(shè)計(jì)變量：對(duì)于給定的汽車(chē)和選定的轉(zhuǎn)向器,轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)尚有梯形臂長(zhǎng)11、底角y和安裝距離h三個(gè)設(shè)計(jì)變量。其中底角y可按經(jīng)驗(yàn)公式先選一個(gè)初始值=arctg(4T3K),計(jì)算得=68.71°第一,要保證梯形臂不與車(chē)輪上的零部件(如輪胎、輪輛或制動(dòng)底板)發(fā)生干涉,故要滿(mǎn)足: A0y-Aymin>0式中A0y梯形臂球頭銷(xiāo)中心的Y坐標(biāo)值(

6、見(jiàn)圖3), A0y=l1cosAymin車(chē)輪上可能與梯形臂干涉部位的Y坐標(biāo)值因?yàn)锳0y-l1cos<0，所以可知當(dāng)l1選定時(shí)的可取值上限為：<arccosAyminl1第二，要保證有足夠的齒條行程來(lái)實(shí)現(xiàn)要求的最大轉(zhuǎn)角。即有SmaxS式中Smax最大轉(zhuǎn)角所對(duì)應(yīng)的齒條行程，S轉(zhuǎn)向器的許用齒條行程為120mm，S=120mm。K-M2=l1cos-l22-l1sin-h2所以有公式（1）或（3）可知：Smax=l1cos-cos+0max+l22-l1sin-h2-l22-l1sin+0-h2或Smax=l1cos-imax-cos+l22-l1sin+0-h2-l22-l1sin-h2

7、一般來(lái)說(shuō)內(nèi)的數(shù)值很小，故在估算齒條行程時(shí)可略去不計(jì)，即可粗略的=地認(rèn)為：Smax=l1cos-cos+0max，Smax=l1cos-imax-cos所以當(dāng)選定時(shí)，l1的可取值范圍為Aymincos<l1<Scos-cos+0max（12）根據(jù)轉(zhuǎn)向器的選型M取600mm，S取120mm，Aymin=100mm。計(jì)算得208<l1<250mm，取l1=220mm。第三,要保證有足夠大的傳動(dòng)角a。傳動(dòng)角a是指轉(zhuǎn)向梯形臂與橫拉桿所夾的銳角。隨著車(chē)輪轉(zhuǎn)角增大,傳動(dòng)角漸漸變小。而且對(duì)應(yīng)于同一齒條行程,內(nèi)輪一側(cè)的傳動(dòng)角ai是比外輪一側(cè)的傳動(dòng)角ao要小。由圖2可知：0=180

8、6;-0 i=180°-i最小傳動(dòng)角min發(fā)生在內(nèi)輪一側(cè),當(dāng)i到最大值時(shí), i也達(dá)到最大值,故此 i為最小值。傳動(dòng)角過(guò)小會(huì)造成有效分力過(guò)小表現(xiàn)為轉(zhuǎn)向沉重或回正不良。對(duì)于一般平面連桿機(jī)構(gòu),為了保證機(jī)構(gòu)傳動(dòng)良好,設(shè)計(jì)時(shí)通常應(yīng)使min40°，但一般后置式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的min都偏小。這是由于汽車(chē)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?xún)?nèi);即使是大轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)向,也是從小轉(zhuǎn)角開(kāi)始,而且速度較低,所以取0=23°時(shí)的輪一側(cè)傳動(dòng)角i23作為控制參數(shù)。以i2330°作為約束條件,這樣一般均能保證在時(shí)020°時(shí)i40°。轉(zhuǎn)向器安裝距

9、離h對(duì)傳動(dòng)角的影響較大,h越小, 也小,可獲得較大的a。在選擇h時(shí)應(yīng)充分注意到這一點(diǎn),但h過(guò)小會(huì)造成橫拉桿與齒條間夾角過(guò)大。由圖2、圖3可知0=arcsinl1sin+0-hl2i=arcsinl1sin-i-hl2為保證傳動(dòng)良好一般希望i10°,以此作為約束條件即要滿(mǎn)足聯(lián)立不等式:l1sin+0-h-l2sin100l1sin-i-h-l2sin100由此可解得：l1sin+0-l2sin10<hl1sin+0+l2sin10°l1sin-0-l2sin10<hl1sin-0+l2sin10°因?yàn)樵?和i的全部取值范圍內(nèi)，sin+0的最大值為1，sin-i的最小值為sin-imax。所以h的可取值范圍為l1-l2sin10<hl1sin-imax+l2sin10° l2l2cos = K-M 2-l1cosl2=390mm。由于轉(zhuǎn)向器處于中立狀態(tài)時(shí)（0=i=0°），0值較小，于是可得h的取值范圍：l1-K-M2-l1cossin10°hl1sin-imax+K-M2-l1cossin10°h的取值范圍為150到250，為了不干涉麥弗遜