汽车前轮转向机构原理课件设计

机械原理课程设计说明书

汽车前轮转向机构

学 号 2510140632 姓 名 班 级 指导教师 李 旭

2016年5月 31日

目录

题目：汽车前轮转向机构 ................................... 1 1. 机构简介 ............................................ 1 2. 设计数据 ............................................ 2 3. 设计要求 ............................................ 3 2. 设计内容 ............................................... 3 2.1求转角 ............................................ 3 2.2解析法设计机构 . .................................... 4 2.3解析法检验 ........................................ 6 3. 设计结构分析 ........................................... 7 3.1四种类型梯形结构的选择： . .......................... 7 4. 课程设计总结 ........................................... 8 4.1设计心得 .......................................... 8 4.2设计工作分工表 . .................................... 9 4.3参考文献 .......................................... 9

题目：汽车前轮转向机构

1. 机构简介

汽车的前轮转向，是通过等腰梯形结构ABCD 驱使前轮转到来实现的。其中，两前轮分别与两摇杆AB 、CD 相连，如附图所示，当汽车沿直线行驶时（转弯半斤R =∞），左右两轮轴线与机架AD 成一条直线：当汽车转弯时，要求左右两轮（或摇杆AB 和CD ）转过不同的角度。理论上希望前轮两轴延长线的交点P 始终能落在后轮轴的延长线上，这样，整个车身就能绕P 点转动，使四个轮子都能与地面形成纯滚动，以减少轮胎的磨损，因此，根据不同的转弯半径R （汽车转向行驶时，个车轮运行轨迹中最外侧车轮滚出的圆轴半径），要求左右两轮轴线(AB、CD) 分别转过不同的角度α和β，其关系如下：

如图所示为汽车右拐时

tan α=

L L

t a n β=

R -d -B R -d

L

所以α和β的函数关系为 cot β-cot α=B

同理，当汽车右拐时，由于对称性，有ctg α-ctg β=

B

，故L

转向机构ABCD 的设计应尽量满足以上转角要求。

2. 设计数据

设计数据见下表。要求汽车沿直线行驶时，铰链四杆机构

左右对称，以保证左右转弯时具有相同的特征。该转向机构为等腰梯形双摇杆机构，设计此铰链四杆机构。

3. 设计要求

1）根据转弯半径R min 和R max ＝∞（直线行驶），求出理论上

要求的转角α和β的对应值。要求最少2组对应值。

2）按给定两联架杆对应位移，且尽可能满足直线行驶时机架左右对称的附加要求，用图解法设计铰链四杆机构ABCD 。 3）机构初始位置一般通过经验或实验来决定，一般可在下列数值范围内选取α0 =960~1030, ，β0=770~840。建议α0取1020，β0取780 。

4） 用图解法检验机构在常用转角范围α≤200 时的最小转动角Y min

2. 设计内容

2.1求转角

根据转弯半径R min 和R max ＝∞（直线行驶），求出理论上要求的转角α和β的对应值。要求最少2组对应值。 R=Rmin 时，

tan α=

L

R -d -B

tan α=2900/(6100-400-1555)=0.7 α=34.9780

tan β=

L R -d

tan β=2900/(6100-1555)=0.509

β=26.9660

R=10000mm时，

tan α=

L

R -d -B L R -d

α=19.8230

β=16.8080 由公式已知， 时随着R 的增大而单调递减的.

tan β=

2.2解析法设计机构

用解析法设计铰链四杆机构ABCD ，满足以下条件：①最小转弯半径R min 所对应的α和β满足P 点落在后轴延长线上的要求; ②其他各组α和β尽可能是能使P 点落在后轴延长线上；③尽可能满足直线行驶时机构左右对称的附加要求。

根据上图列唯一矢量方程： L AB +LBC +LCD +LAD =0 化简到X 和Y 轴：

L ⨯cos(α+ϕ) +(B -2L cos ϕ) ⨯cos θ-B +L cos(ϕ-β) =0 L ⨯sin(α+ϕ) +(B -2L cos ϕ)sin θ-L sin （α-β）=0

对于一个梯形机构，AD 杆长已知，再给定AB 杆长及出位置AB 与AD 夹角该机构就确定了。

（0.1,0.5）为满足条件①，令α=34.9780，β=26.9660. 令L ∈，代

入位移方程式中，得出一组L 和对应的φ和θ。

为满足条件②，令α=100，将上面求得的L 和φ值代入位移方程中，得出各机构L 及φ对应β的实际值。

为找出最佳机构，利用公式cot β-cot α=B 得出β的理论值。

L

找出实际值中，与β理论值最接近的一个。所对应的L 及φ即为最佳机构。

最后计算出选出的机构当α在0到最大值之间时所对应的β的理论值和实际值。

由表格数据可知，最佳机构L=0.1，所对应的φ为68.84° 选定该机构后，为检验其实际的可行性，让杆AB 转过角度，画出的该机构运动时所对应的数据为：

比较β的理论值和实际值可知，改机构的误差较大，故改梯形机构不是最理想的机构。 2.3解析法检验

用解析法检验者两种机构在常用转角范围时的最小传动角。

机构在任意位置图示如下：

（0,26.966）如上图，传动角γ=ϕ-β-θ，令α∈。把L 与φ为所选所

对应的值代入位移方程。计算出各转角对应的γ值。其中最小的即为最小传动角Y min 。

经计算，我们发现，γ随着α的变化时单调的，其α——γ数据位：

因此当α取最大值时，机构的传动角γ最小，为35.39°。 由机械原理易知，四连杆机构的最小传动角不宜过小，一般取，而该机构的最小传动角为35.39°，小于40°。因此该机构并不理想.

3. 设计结构分析

3.1四种类型梯形结构的选择：

汽车转向梯形结构如下图所示共有4种可能的类型

（a ） （b ）

（c) (d)

机构可行的必要条件是当机构转动时，前轮两轴延长线的交点P 能落在后轮轴的延长线上。由于本次研究车辆右转的情况，即左边连架杆的转角α小于右边连架杆的转角β。 其中(a)机构为本次课程研究的机构，由前面的计算结果可以知道，(a)机构的β是始终大于α的，故a 机构是可行的。 同理，对于(d)机构，当它右转时，机构的β是始终大于α的，故（d) 机构也是可行的。

而对于(b)、(c)机构，经分析，当这两种机构右转时，α大于β，所以这两种机构是不可行的。

综上所述：四种可能的机构中，(a)、(d)两种机构是可行的；(b)、(c)是不可行的。

结构（a ）（d ）是平面四杆机构结构简单，虽然设计制造比较方便，但其性能有着较大的局限性，上面我们已研究过，误差较大，无法保证前轮两轴延长线的交点P 能落在后轴上，所以不是最理想机构。

4. 课程设计总结 4.1设计心得

我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离

不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。课程设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。而这次也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。在以后的学习，设计中我们要谨记团结的重要性，总计这次经验，相信下次的课程设计能做的更好。

4.2设计工作分工表

4.3参考文献

[1] 陆凤仪. 机械原理课程设计. 北京：机械工业出版社，2002.6

[2] 王淑仁. 机械原理课程设计. 北京：科学出版社，2006

[3] 孙江洪. Pro/ENGNEER Wildfire 3.0 典型事例、专业 9

精讲. 北京：电子工业出版社

[4] 谢进，万朝燕，杜立杰. 机械原理（第二版）. 北京：高等教育出版社

[5] 冯晋祥等. 汽车构造. 北京：人民交通出版社

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