转向梯形机构优化设计
工程机械梯形转向机构最优设计
35° 291080 291006 01073 291114 01035
40° 321632 321026 01606 321157 01457
41° 331334 321588 01747 321723 01611
42° 341035 331134 01901 331274 01761
在程序中对 Η、K 作一些限制条件, 其计算方 法、优化思想是相同的。
在图2所示梯形机构中建立直角坐标系, 当 内轮转过 Βp 角时, 外轮实际转过 Αp1角。设 Υ= Η
《建筑机械》1996年 (11)
- Βp , <= Η+ Αp , 此时 A ’、B ’坐标分别为 A ’ 根据
(N co sΥ, N sinΥ) , B ’(M - N co s<, N sin<)。
(5)
图3 转向梯形实际特性曲线
解三角方程 (5) 得
<= a rcco s〔2x z - 4x 2z 2+ 4 (x 2+ y 2) (z 2- y 2) 2 (x 2+ y 2) 〕
(6)
则 Αp1= <- Η
312 理论转向角的确定
利 用方程 (1) 不难计算出当内轮转过 Βp 时, 外轮的理论要求转向角 Αp2为
关键词: 工程机械 梯形 转向装置 优选设计
1 前言 轮式底盘工程机械其转向通常采用三种方
式: 偏转车轮转向、铰接转向和滑移转向。对载 重汽车、汽车吊等行驶速度较快的机种大多采 用第一种转向方式。在偏转车轮转向系设计中, 最为重要的是连杆转向机构参数的确定。如图1 所示, 理想的转向机构应能保证车辆转向时, 内 外两侧转向轮无侧滑, 即内、外转向轮的转向角 Βp , Αp1能够满足理论特性方程 (1) :
某型电动微型汽车转向梯形的优化设计
(4)
阿克曼梯形即为满足阿克曼转向理论特性的四连杆机构， 其底角 γ（见图 3）可由下式（5）确定：
（5）
3.2 内轮解析式
2020.01 科学技术创新 -161-
（Байду номын сангаас）
图 2 理想的内、外轮转角关系图
图 6 内轮一侧杆系运动情况 由图 6 可知：
（8）
图 3 底角 γ 其梯形臂的作用长度 m=(0.11K～0.15K)； 阿克曼梯形是一个如图 4 所示的平面梯形，其特性为：（1）
；（2）梯形上底长度 AB 与两主销中心距及两主销中 心线穿地点完全一致。
因此，利用上面的公式可得出函数： 为保证梯形机构合适的传动角，应满足 l1 与 l2 的夹角
（9）
（10） （11）
以此作为约束条件，因为在 的最大值为 1，
所以 h 的取值范围为：
（12）
的全部范围内，
的最小值为
。
图 4 阿克曼梯形 3 优化设计及结果 3.1 外轮解析式
1266/1296 1867 825 475/475 337.5/412.5 155/60 R15
175/55 R15
2.2 转向盘及转向轮内外最大转角的确定 汽车转向盘应汽车转向运动完成后，具有自主保持直线行 驶的能力。根据《汽车设计》知不同汽车方向盘的直径 D 如表 2 所示[3]。
表 2 不同汽车方向盘直径
则可导出转向横拉杆 l2 表达式，齿条行程 S 与外轮转角 的 关系：
（17）
W0 为加权因子，因为在不同转角所用到的频率各不相同， （6） 故要设定一个加权因子。
由图中几何关系可得到：
（18）
-162- 科学技术创新 2020.01
转向梯形驱动机构的运动分析及优化设计
V ol 121 N o 18公 路 交 通 科 技2004年8月JOURNA L OF HIGHWAY AND TRANSPORT ATION RESEARCH AND DEVE LOPMENT文章编号:1002Ο0268(2004)08Ο0124Ο05收稿日期:2003Ο07Ο03作者简介:李玉民(1969-),男,河南南阳人,东南大学博士研究生,主要研究方向为载运工具运用工程1转向梯形驱动机构的运动分析及优化设计李玉民1,李旭宏1,过学迅2(11东南大学交通学院,江苏 南京 210096;21武汉理工大学,湖北 武汉 430070)摘要:转向梯形驱动机构的空间布置对汽车的操纵稳定性影响很大。
本文以常见的非独立悬架结构为例,建立空间几何模型进行运动分析,提出同时满足“与前悬架运动协调”和“左右转向力均匀”两方面要求的转向梯形驱动机构优化设计方法。
实践应用表明该方法可行。
关键词:汽车转向;空间连杆机构;运动分析;优化设计中图分类号:U46312 文献标识码:AK inematics Analysis and Optimal De sign of Driving Mechanismsof Ackerman Steering LinkageLI Yu Οmin 1,LI Xu Οhong 1,G UO Xue Οxun2(11T ransportation C ollege ,S outheast University ,Jiangsu Nanjing 210096,China ;21Wuhan University of T echnology ,Hubei Wuhan 430070,China )Abstract :The spatial position of driving mechanisms of Ackerman steering linkage quite in fluences the stability of vehicle maneuvering characteristics 1T aking non Οindependent suspension as an example ,this paper establishes spatial geometric analysis m odel ,then puts forward an optimal design method which meets the coordinated m otion of steering driving linkage and front suspension ,at the same time meets the uniformity of left Οand Οright steering force 1Application shows that the method is feasible 1K ey words :Autom otive steering ;S patial linkage mechanisms ;K inematics analysis ;Optimal design 如图1示,汽车转向传动机构包括转向梯形和转向梯形驱动机构,其中转向梯形驱动机构是指由转向摇臂OA 、直拉杆AB 和转向节臂BC 等组成的驱动转向梯形完成转向任务的连杆机构。
赛车转向梯形优化设计
曼警 ●１
！ 』 量 童圣
ｌ¨ ｌ
！
Ｉ ｆ ｒｃ ｉ ｎ ｃ ｃ ｑ ＝ ￣ｃ ｒ ｇ ｕ￣ｔ ｏ ｉ ． ｅ ］ ｌ ａ ｔ ） ｙ （ ｉ２一 ｘ Ｉ０ ． ．￣ ＝ ０ｓ ａ＝ ２ Ｏ １８ｆ ｆ ￣ ． ｘ ２ ． ｍ ｍ
｝ ｜３一 ｃ ｓ ｆ １ 卜 ｃ ０ ｍ ｎ 驰 “ｊ ｏ ， ｃ ，扭（ ， ｔ＋蠊 ｌ ， 缸
３ 外观 结构 设计
在设 计汽油发电机组的外观结构时 ，我们 充分考虑和 追 求产品的差异化 。产 品差异化 ， 是增强产 品竞争 力、 占领市 场
Ｌ ５ ０ Ｙ单相 汽油发 电机 组在与 同类 发电机组相 比 ，具有 Ｗ５ ０ Ｃ
性 能优越 、 外观精美等 优点 ， 是一款具有相 当市场竞争力 的汽 油发 电机组 产品。该款发 电机组 自上市 以来 ， 深受客户欢迎 ，
式中 ， 为最小传 动角 ， ６ 为设计变量 ／及 ７的函数１ ７ ／ ， ＂ ２ １ 。
在 Ｍ ＴＡ Ａ Ｌ Ｂ软件上 编辑 目标 函数 的优化 约束 条件 的 Ｍ ７ ２
赛 车优化前后理 想和实际 的汽车左 右车轮转角 的关 系 曲 线如 图 ６所示 ， 当外轮转 角为虽大 ２ 。时 。 ２ 出现最大理论 与实 际 Ａ ｋ ｒ ｎ转角偏差 ， ３８ ， ｅｅｍａ 为 ．。 存在轮胎 的磨 损 ， 但是在外 轮
（ 下转 第 ８ ０页 ）
Ｅｑ ｉｍｅ ｔ ｕｐ ｎ Ｍａ ｕａ ｔ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙＮｏ６，０１ ｎ ｆｃｒ ｇＴ ｃ ｎ ｌｇ ． ２ ０ ｉ
到 ２ ０ｈ ０ 。
襄 ３ 可 靠性、 耐久性试验表
的一种有效方式 。朗沃德 Ｌ ５ ０ Ｙ单相汽油发电机组 由汽 Ｗ５ ０ Ｃ 油发动机 、 单相发 电机 、 框架 、 面板 、 电器 仪表 、 隔热板 、 减震软 垫等零部 件组成 ， 减震 性能和发 电机隔热效果非常好 ， 而且采 用 目前市场上 少有的圆弧 面板 设计 ，把一些影 响外 观的螺栓 紧固件完全 隐藏起来 ， 工精细 ， 做 外型饱满 、 圆滑 ， 获得中华 并 人 民共和 国国家知识产权局两项专利保护 。
汽车整体式转向梯形机构仿真计算与优化
汽车整体式转向梯形机构仿真计算与优化首先，需要进行操纵性能仿真计算。
操纵性能是指车辆在转向过程中的稳定性、准确性和操纵力的大小。
通过建立车辆动力学模型，可以模拟车辆在不同转向输入下的行驶状态，并计算车辆的操纵性能参数，如转向响应时间、转向幅度和操纵力矩等。
通过对不同转向梯形机构参数的变化进行仿真计算，可以评估梯形机构对操纵性能的影响，并进行优化设计。
其次，还需要进行力学性能仿真计算。
力学性能是指转向机构在不同工况下的强度、刚度和耐久性等。
通过建立转向机构的有限元模型，可以分析转向机构在不同工况下的应力、应变和位移等力学参数，评估转向机构的设计是否满足强度和刚度要求，并进行优化调整。
同时，还可以通过应用疲劳分析方法，预测转向机构在长期使用过程中的损伤、疲劳寿命和可靠性等问题，以提高整体转向机构的耐久性。
最后，需要进行优化设计。
在进行仿真计算的基础上，可以通过参数优化和结构优化方法，对转向机构的参数和结构进行调整和改进。
例如，通过对齿条、滚珠丝杠、主动齿轮和从动齿轮等关键部件的几何参数进行优化，可以减小滚动摩擦和间隙，提高转向机构的机械效率和动力传递精度。
同时，还可以通过改变转向机构的布局和材料选择，减少转向机构的质量，并提高其刚度和强度，从而提升整体转向机构的性能。
综上所述，汽车整体式转向梯形机构的仿真计算与优化是确保汽车操纵性和稳定性的重要环节，能够通过操纵性能仿真计算、力学性能仿真计算和优化设计方法，对转向机构的性能进行评估和改进，提高汽车整体转向梯形机构的性能和可靠性。
齿轮齿条式转向器双梯形转向机构的优化设计
齿轮齿条式转向器双梯形转向机构的优化设计李睿扬（学号：02000404）（东南大学机械工程系）汽车转向系统需精确地实现阿克曼转向条件，这与转向传动机构的设计密切关联。
在本文，将以与齿轮齿条式转向器配用的转向传动机构为实例，讨论机构的优化设计。
1.设计模型与要求已知与齿轮齿条转向器配用的双梯形转向机构如图1所示。
其中梯形臂O1A=OB的长为l3，横拉杆AD=BC的长为l2，E为齿条滑块，长M=624mm，齿条E的许用行程[S]=62.3mm，轮距K=1274.24mm，轴距L=2340mm，车轮的滚动半径r=266mm，主销后倾角φ=2.5o（图中未示出），考虑此角后的计算轴距，梯形臂BO在前轴上的许用投影长[]= 42.12mm，根据最小转弯半径的要求，最大外轮转角。
要求用优化方法设计此转向传动机构。
2.结构概述与条件分析对于给定的汽车，其轴距L、左右两主销轴线延长线与地面交点之间的距离K均为已知定植。
对于选定的转向器，其齿条两端球铰中心距M也为已知定植。
因而在设计转向传动时，需要确定的参数是横拉杆长、梯形臂长以及齿条轴线到梯形底边的安装距离。
而梯形底角则可由转向传动机构的上述参数以及已知的汽车参数K和转向器参数M来确定。
其关系式为：（1）3.用解析法求内外轮转角关系转动转向盘时，齿条便向左或右移动，使左右两边的杆系产生不同的运动，从而使左右车轮车轮分别获得一个转角。
以汽车左转弯为例，此时右轮为外轮，外轮一侧的杆系的杆系运动如图所示。
设齿条向右移过某一行程S，通过右横拉杆推动右梯形臂，使之转过。
图2 转向传动机构几何关系如图2所示，取梯形右底角顶点O为坐标原点，则可导出齿条行程S与外轮转角的关系：（2）另外，由图可知：（3）而，（4）（5）将（4）、（5）表达式代入（3）式。
因此，利用（2）式便可求出对应于任一外轮转角的齿条行程S，再将S代入公式（3）（4）（5），即可求相应的内轮转角。
将上述公式结合起来便可将表示为的函数，记作。
汽车断开式转向梯形机构的优化设计
1.断开式转向梯形数学模型推导理想的左右转向轮转角关系图1为汽车前轮转向示意图。
为了避免在汽车转向时产生的路而对汽车行驶的附加阻力和轮胎磨损过快，要求转向系统即可能保证在汽车转向时，所有的车轮均作纯滚动。
显然，这只有在所有车轮的轴线都相交于一点时方能实现。
此交点被称为转向中心。
如图所示，汽车左转弯时.内侧转向轮转角a应大于外侧车轮的转角庆当车轮被视为绝对刚体的假设条件下，左右转向轮转角a和卩应满足Ackermann 转向几何学要求，如式（1）所示。
c Bcottz = cot/7 ------ （1）其中：«一内侧转向轮转角；B—外侧转向轮转角；B-两侧主销轴线与地而相交点之间的距离：L 一汽车前后轴距：R—转弯半径。
根据式（1）可得理想的右轮转角，如式（2）otana (2) =arctan1 + — x tana L同理，当汽车右转向时，Ackermann转角关系如式（3）所示。
(3)cot a =cot/7 + —根据式（3）可得理想的右轮转角，如式4所示。
tana(4)=circtan1 - — x tan aL实际的左右转向轮转角关系图2是一种含有驱动滑块的常用断开式转向梯形机构。
轮齿条转向机构将方向盘的旋转运动转化成齿条（滑块）的直线运动，继而驱动转向梯形机构实现左右前轮转向。
图中：厶一转向机齿条左右球较中心的距离；L 2 一左右横拉杆的长度；厶一左右转向节臂的长度：厶•一车轮中心至转向主销的距离：S] —转向齿条从中心位置向左的位移量： s 2 一转向齿条从中心位宜向左的位移量：y —转向齿条左右球狡中心连线与左右转向主销中心连线之偏距，图示位置取正值，反之取负值: S 。
一直线行驶时，转向齿条左球钱中心和左转向主销的水平距离：一转向节骨与汽车纵轴线的夹角。
运用余弦泄理和三角函数变换公式，经推导可得: ______________________-Cv - S xcos a = cos （ZAOB + Z.BOY ）= 一;----- - ------------2厶（丁 +尸）A 点的坐标值为：v CxS-yx>jA 2 + B 2-C 2B2x （/+r ）2*…Cxy + SxyjA 2 + B 2-C 2 沧=_ ------------- —zn ----------2x （/+S'） 其中：A = -2LyxS,B = _2厶xy,C = 15,-1^-y 2-~s\ F —表示转向齿条弐球钱中心和左转向主销中心的实际距藹，对于直线行驶时，g = S 。
拖拉机转向梯形机构优化设计的一种方法
,
、
`
一
.
、
.
_
_
织
一
!
尽
:
}
`
“”
` “
( 5)
该式 能 较 真 实地 反 映 出 实 际 使 用 中拖 拉 机 轮 胎 转 向时 的 磨 损情况
L Z
。
约柬 亲 件
[ j 2 望里 竺 一 0
.
M
0
.
`
18
<
0
12 一
望垫 卫 <
M
,
0
(6 )
y 。。 一 2 0
<
O
一 y
<
0
集
Jou
美
rn
航
o
海
学
院
学
报1 3
1
)
11
,
19 95
(
:
8~
l a
f
Jim e i
N a 讨 ga t i o n
I n s t lt u t e
拖 拉 机 转 向 梯 形 机 构 优 化
设 计 的 一 种 方 法
陈启 发
( 轮机系 )
脚要
本文分析 了 复合 形 法 在 拖拉 机 转 向梯 形 机 构 参数 设 计中出 现
材
s
s n
i
n
(y +
a
)
创M 式中
:
+
m
Z
士 ZM m i
(y +
)
;
`
(2)
m
是转 向梯形臂 长
。
;
y
汽车转向梯形优化设计
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的优化设计.1. 向梯形机构概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32.整体式向梯形构方案分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3整体式向梯形机构化分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4整体式向梯形程序写⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7转动传动机构强度计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12转向梯形的优化结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13转向梯形结构设计图形⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13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，在不同的圆周上做无滑动的纯滚动。
设计转向梯形的主要任务之一是确定转向梯型的最正确参数和进行强度计算。
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，也有位于前轴之前的。
转向梯形有整体式和断开式两种，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的车轮，作无滑动的纯滚动运动。
同时，为到达总体布置要求的最小转弯直径值，转向轮应有足够大的转角。
二、整体式转向梯形结构方案分析图整体式转向梯形;.1—转向横拉杆2—转向梯形臂3—前轴整体式转向梯形是由转向横拉杆1，转向梯形臂2和汽车前轴3组成，如图所示。
其中梯形臂呈收缩状向后延伸。
这种方案的优点是结构简单，调整前束容易，制造本钱低；主要缺点是一侧转向轮上、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。
整体式转向梯形的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。
前置梯形的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预，所以在布置上有困难。
整体式转向梯形机构优化设计-2014
整体式转向梯形机构优化设计SGA3550型自卸式非公路用汽车采用整体式转向梯形机构(如图1所示) ,由转向横拉杆、转向梯形臂和汽车前轴组成。
图中,为K主销中心距,L为轴距,为转向梯形底角, W为转向臂长,为内侧车轮转角,为外侧车轮转角(以下符号意义相同) 。
这种方案的优点是结构简单,调整容易,制造成本低;主要缺点是一侧转向轮上、下跳动时,会影响另一侧转向轮。
车辆转向时,内侧车轮被迫沿着比外侧车轮小的弧线行进,因此,转向梯形应使汽车在转向时两前轮产生不同的转向角,并沿着各自的弧线滚动,同时前后四个车轮又绕着同一圆心滚动 ,从而消除轮胎的滑动。
若忽略车轮的侧偏角,车辆转向时内外轮理想转角应保持以下关系：若忽略车轮的侧偏角，车辆转向时内外轮理想转角应保持以下关系：cot-cot=K/L (1)若自变角为，则因变角的期望值为=arccot(cot-K/L) (2)现有转向梯形机构仅能近似满足上式关系。
利用余弦定理可推得转向梯形的实际因变角如下：图2(3)(4)(5)（6）由（4）（5）（6）式得出（7）（8）由（3）（7）（8）式得出：实际因变角要求：（1） 列出转向机构的优化数学模型（2） 已知轮距2900mm；轴距L= 3800 mm；主销中心距K= 2100 mm；用Matlab中lsqcurvefit(……)函数或lsqnonlin(……)函数进行优化，求取设计变量梯形底角的值（要求底角范围在60-90度之间），转向梯形臂长度的值（要求在250-450mm之间）以满足设计需求。
该优化问题可以看作是将理想的内外转向轮曲线同待优化的内外转向轮角度关系进行拟合，MATLAB优化工具箱中提供了几种可供选择的优化函数：(1) [x,resnorm]=lsqcurvefit（fun,x0,xdata,ydata,lb,ub），该函数是进行非线性曲线的二次拟合。
其中F(x)为待优化的函数，数学模型为：(2) [x,resnorm]=lsqnonlin(……)，该函数求解非线性最小二乘问题，包括非线性数据拟合问题。
汽车转向梯形的优化设计
齿轮齿条式转向梯形的优化设计学院：车辆与能源学院专业：2012级车辆工程学号：S12085234009姓名：刘建霞日期：2014年4月15日齿轮齿条式转向器(如图1）具有结构简单紧凑,制造工艺简便等优点，不仅适用于整体式前轴也适用于前轮采用独立悬架的断开式前轴,目前被广泛地用于轿车、轻型客货车、微型汽车等车辆上。
与该转向器相匹配的转向梯形机构与传统的整体式转向梯形机构相比有其特殊之处，下面举一实例加以说明.图1 齿轮齿条式转向梯形机构运动实体模型题目:已知某微型汽车(如图2所示）各参数如下:1274.24K mm =，0()=2.5β主销后倾角，L(轴距)=2340mm ，=mm r （车轮滚动半径）266，=oy B y 梯形臂球头销中心的（）42坐标.12mm ，由最小转弯半径得最大外轮转角为28o ，许用齿条行程[]62.3S mm =，选用参数624M mm =,试设计转向传动机构。
要求：（1)用优化方法设计此转向梯形传动机构。
(2）优化后校验,压力角40o α≤。
（3）计算出l 1长度,齿条左右移动最大距离。
图2 齿轮齿条转向梯形机构一 建模由转向基本要求可知，在不计轮胎侧偏时，实现转向轮纯滚动、无侧滑转向的条件是内、外轮转角符合Arckerman 理想转角关系:cot cot /O i k L θθ-=,如图3所示.图3 理想的内外轮转角关系（1)设计变量：选取变量 1(,,)X l h γ=图4 外轮一侧杆系运动情况由图4内外轮转角的关系得：221o 21o l cos(r )l [sin()h]2K M S l r θθ-=-+-+-(1） S M K h 22arctan +-=ϕ （2）221222221)2(2)2(arccos h S M K l l h S M K l ++--++-+=γ （3) i r θφγ=-- （4)联立上式可得o ()i g θθ=的函数关系式.对于给定的汽车和选定的转向器,转向梯形机构有横拉杆长l 1和梯形臂长m 两个设计变量。
四轮转向梯形机构优化设计及目标函数选取
引言
本文是基于自主研发的四轮独立驱动智能车，对其转向
作者简介：段亚斌 (1991-)，男，硕士研究生，就读于西安工业大 学机电工程学院。主要研究方向为转向系统。董皓 (1985-)，男， 博士研究生，讲师，就职于西安工业大学机电工程学院。研究方向 为机械设计和机械传动。经费资助：西安工业大学科研创新团队建 设计划资助，中国博士后基金资助项目（2016M602937XB）。
对转向梯形机构进行优化设计时，大多学者都是以外转
2017 年第 14 期
段亚斌 等：四轮转向梯形机构优化设计及目标函数选取
80
向轮转角理论值与实际值差值作为目标函数。其中，文献文 献[2-3]以转向系实际内外轮与理想阿克曼转角关系之差最小 为优化目标。文献[4-5]利用 MATLAB 优化工具箱对车辆的转 向梯形机构进行了优化设计。
车的转弯半径的误差会很大，所以研究车辆-7988.2017.14.027
四轮转向梯形机构优化设计及目标函数选取
段亚斌，董皓，张君安
（西安工业大学机电工程学院，陕西 西安 710021）
摘 要：针对智能车的转向梯形机构，对其空间结构及一些参数进行了合理的简化。提出了新的优化目标函数，利 用 MATLAB 优化工具箱，采用遗传算法，调用 Ga 模块对转向梯形的目标函数进行最优化设计，并与常见的目标 函数进行对比分析，找出瞬时回转中心变化的基本规律。结果表明：当转向轮转向角在较小范围内变化时，转向瞬 心基本上在一条直线上波动，与 Akermann 原理特征相符；在大转向角范围内，瞬时回转中心偏离这条线越来越远， 基本不符合 Akermann 原理。为转向梯形机构优化设计提供了更精确的方法。 关键词：四轮转向；梯形机构；优化设计；目标函数 中图分类号：S463.2 文献标志码：A 文章编号：1671-7988 (2017)14-79-04
转向梯形机构设计报告
采用齿轮齿条式转向器的转向梯形机构优化设计报告指导老师：***学生：黄志宇学号：********专业班级：车辆工程04班重庆大学方程式赛车创新实践班二〇一七年二月赛车转向系统是关系到赛车性能的主要系统，它是用来改变或恢复汽车行驶方向的系统的总称，通常，车手通过转向系统使转向轮偏转一定角度实现行驶方向改变。
赛车转向系统一股由方向盘、快拆、转向轴、转向柱、万向节、转向器、转向拉杆、梯形臂等部分组成。
其中，方向盘用于输入转向角度，快拆用于快速分离方向盘与转向柱，转向柱、转向轴、万向节共同将方向盘输入角度传递到转向器，转向器通过内部传动副机构将旋转运动转化为转向拉杆的直线运动，转向拉杆与梯形臂作用于转向节，实现车轮转向。
图1展示了转向系梯形结构，图2展示了赛车转向系统构成。
图1转向梯形机构图2赛车转向系统构成由于大赛组委会规则里面明确规定不允许使用线控或者电动转向，考虑到在赛车转向系统布置空间有限，且有严格的成本限制，以及轻量化的赛车设计目标，将赛车转向器范围限定机械式转向器。
目前，国内外的大多数方程式赛车采用齿轮齿条式转向器和断开式转向梯形结构。
●齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器的传动副为齿轮齿条，其中，齿轮多与转向柱做成一体，齿条多与转向横拉杆直接连接，连接点即为断开点位置。
根据输出位置不同，分为两端输出式和中间输出式。
其主要优点是：结构简单，体积小，易于设计制作；转向器可选材料多样，壳体可选用招合金，质量轻；传动效率较高；容易实现调隙，当齿轮齿条或者齿条与壳体之间产生间隙时，可以通过安装在齿条背部的挤压力可调的弹簧来消除间隙；转向角度大，制造成本低。
其主要缺点是：传动副釆用齿轮齿条，正效率非常髙的同时，逆效率非常高，可以到达当汽车在颠簸路面上行驶时，路感反馈强烈，来自路面的反冲力很容易传递到方向盘；转向力矩大，驾驶员操纵费力，对方向盘的反冲容易造成驾驶员精神紧张，过度疲劳。
●断开式转向梯形结构根据转向器和梯形的布置位置的不同，断开式转向梯形又分为四类，分别为：转向器前置梯形前置，转向器后置梯形后置，转向器前置梯形后置，转向节后置梯形前置。
整体式转向梯形机构的优化设计
整体式转向梯形机构的优化设计随着机械设备的不断发展，对于机构的优化设计也变得越来越重要。
其中，整体式转向梯形机构是一种常见的机构类型，它在工业领域中具有重要的应用价值。
本文将探讨整体式转向梯形机构的优化设计。
整体式转向梯形机构是一种通过摆动约束框架来实现转向功能的机构。
目前，其主要应用领域为车辆转向系统。
通常情况下，该机构由主动轮、从动轮、转向架以及梯形连杆等部件组成。
其中，主动轮和从动轮通过梯形连杆相互连接，转向架则通过约束框架连接至主动轮和从动轮上，以实现车轮的转向功能。
整体式转向梯形机构的优化设计主要从以下几个方面展开：首先，对于梯形连杆的设计要求。
梯形连杆是整个机构的核心部件，其尺寸和形状对机构的性能起着至关重要的作用。
因此，在进行设计时，应根据机构的具体使用环境和转向要求，合理确定梯形连杆的尺寸和形状，以保证机构的工作稳定性和可靠性。
其次，对于转向架的设计要求。
转向架主要起到连接主动轮和从动轮的作用。
在优化设计中，应考虑到转向架的稳定性、刚度以及连接方式等因素，以确保转向架的性能达到要求。
再次，对于摆动约束框架的设计要求。
摆动约束框架用于约束转向架的转向运动，使车轮能够良好的适应路面的起伏和承受各种路况下的压力。
因此，在设计时，应考虑到摆动约束框架所承受的载荷和力矩的大小，以提高机构的适应性和稳定性。
最后，对于轮胎的选择要求。
整体式转向梯形机构的性能也受到轮胎的影响，因此，在进行优化设计时，应选择具有优良性能的轮胎，以提高车辆的使用寿命和行驶安全性。
综上所述，整体式转向梯形机构的优化设计应从多个方面展开，在具体应用中，根据不同情况灵活调整优化方案。
相信通过更加精细的优化，整体式转向梯形机构将能更好地满足工业生产和社会发展的需求，为推动机械设备的高质量发展做出更大的贡献。
数据分析是对大量数据进行分析和解释的过程，以发现潜在的模式、预测趋势或寻找关联性。
在现代社会，数据分析已经成为各个领域的重要部分。
汽车整体式转向梯形机构仿真计算与优化
汽车整体式转向梯形机构仿真计算与优化
1汽车整体式转向梯形机构
汽车整体式转向梯形机构是汽车转向系统的重要组成部分，将驱动轴连接到车轮，形成一个梯形的整体机构，具有尺寸小、重量轻、安装容易、结构稳定等优点。
汽车整体式转向梯形机构可以显著改善汽车的行驶及操纵性能，从而提高汽车的安全性能。
2相关仿真计算
为了计算汽车整体式转向梯形机构的性能，使用计算机辅助工程软件进行仿真计算，获取梯形机构在不同载荷下的结构变形、动态参数和响应频谱，综合参数判断汽车整体式转向梯形机构的安全性和可靠性。
进一步用实验计算模型，模拟汽车实际行驶中的结构响应，更好地分析转向系统整体性能。
3优化设计
计算机仿真计算结果可以及时反馈至优化设计，使汽车整体式转向梯形机构得到不断改进。
基于多目标优化，可以改变机构的参数，同时充分考虑机构的性能指标和视觉外观，得到更合理的设计。
4结论
汽车整体式转向梯形机构是汽车转向系统的重要组成部分，可以大大改善汽车的行驶及操纵性能，提高汽车的安全性能。
针对汽车整
体式转向梯形机构，可以通过计算机仿真计算获取参数，从而进行多目标优化设计，得到更合理优化的结果。
车辆转向梯形优化设计研究
致
谢
s.t.
2 0.135 cos2 74 2 cos74 cos(74 ) g1 ( x) cos 140 0 1 2 0.135cos74
1
g2 ( x) 0.135 0.15 0
4 g 4 ( x) 74 tan1 1.89 5 0 3 4 g 5 ( x) 74 tan1 1.89 5 0 3
35 数据采样点 理论期望外角β 车 轮 实 际 外 角 β'
30
25
车轮外角（因变角）β
20
15Leabharlann 10500
5
10
15 20 25 车轮内角（自变角）α
30
35
40
结
论
• (1) 本文用复合形法计算出来的梯形臂长 和转角偏差数值准确，因此能提高轮胎的 使用寿命。 • (2) 无论在转向梯形的设计还是改进过程 中,都有必要对转向梯形进行运动分析,使实 际梯形特性和理论转向特性近似程度最大, 设计结果最优。 • (3) 本文进行运动分析和优化设计所使用 的方法,适合于所有采用整体式转向梯形机 构的车辆,如汽车、农用运输车、拖拉机、 工程机械等。
车辆转向示意图
转向梯形示意图
1）通过车辆转向示意图导出转向梯形理想外 导向轮转角函数 2）通过转向梯形示意图导出转向梯形实际外 导向轮转角函数 3）转向梯形的目标函数 4）设计变量 5）约束条件 • 由以上条件可以导出转向梯形机构优化设 计的数学模型
转向梯形机构优化设计的数学模型为：
( i ) ( i ) min f ( x) ( i ) 100% ( i ) 1
车辆转向梯形优化设计研究
整体式转向梯形机构的优化设计
、
愚 架 侧 倾和
,
,
前轮 定 位 等 主
建 立 了汽 车 整 体 式转 向 梯 形 机 构 的 优 化 数 学 模 型
。
从 四 个 方 面 对梯 形
机 构 进 行 优 化 设计
通 过时这 些 结 果 的 分析 对比
,
得 出 了具 有实 用 价 值 的 结
论
关健 词
. 脚润 卜
-
悬 架侧倾
前轮定位
E ` x 一 “一
`
’ “` x
,
。
“一 `
,
’
“
c
`
“`
,
“’
“
,
`
,
,
“,
” ,
,
( x c ,
。
“一 `
,
’
。
”`
,
玩
, ,
“一 “ ’ 夕。
,
通(x
夕
。
,
:
)
丑
(二
:
。
)
{ 左右梯 形臂 旋转 坐标 { 左右梯 形臂 与横拉 杆联 接的球 头 销中 1 1 车轮 中 旋转 中心 坐标 点
的 中。
占,
:
一
气Байду номын сангаас
代弃共华占 干 (
山 十
毛g 八 七
K t g (a
,
一
:
一
。: 一
)〕 叻
a :
:
一t-g
)
+
一
-
(占
.
1
+
一
。
一
-
,
协一
整体式转向梯形优化设计
整体式转向梯形优化设计前言汽车工业发展的关键是汽车设计的更新和提高。
近几年来，随着用户对产品需求的日益多样化，汽车产品开发竞争也越来越激烈，特别是随着以计算机为代表的信息技术的出现。
汽车设计方法有了新的飞跃，设计过程彻底改变，并进入一个新的阶段——计算机辅助设计阶段，计算机辅助设计可以明显提高设计效率，降低设计成本，使得设计周期大大缩短。
目前，世界上发达国家的不少汽车公司已经大量采用计算机技术对汽车进行辅助设计，设计质量和设计效益有了很大的提高，加快了产品更新换代，提高了产品的竞争力，并正朝着智能型计算机辅助设计发展。
而我国汽车设计长期处于传统的低效的手工设计阶段，尽管近今年来我国汽车工业发展迅速，前后引进了许多国家的先进技术和产品，形成了批量生产汽车的能力。
但是在汽车设计方面，尤其是在汽车的优化设计方面还与国外存在着相当大的差距。
利用计算机进行最优化设计，是在六十年代才发展起来的一门新技术。
国内在近几年才开始从事这方面的研究与应用。
值得注意的是，虽然在汽车设计中采用最优化技术的历史时间很短，但其进展的速度确实十分惊人的。
无论在机构综合，通用机械零部件设计方面，还是在各种专业机械和工艺装备的设计方面都由于采用了最优化技术而取得了显著成果。
发展速度如此迅猛的原因，一方面是由于生产实践中有大批最优化的问题等待人们去解决，另一方面是由于计算机日益广泛的使用，为采用最优化技术提供了一个得力的计算工具。
运用计算机进行汽车最优化设计，对整个汽车设计学科产生了十分深刻的影响，使许多过去无法解决的关键性问题，获得了重大突破，可以说它正在引起机械设计领域里的一场革命。
优化设计作为一种新兴的技术，尽管目前还不很成熟和完善，但正在日益广泛的受到人们的重视。
转向梯形机构是汽车转向传动机构中很关键的一部分，在汽车转向系统中为了减少轮胎磨损，减小转向力，保证汽车转向时的内、外转向轮尽可能作纯滚动，这一要求由转向梯形机构的几何性能来实现。
基于Matlab的转向梯形机构优化设计
基于Matlab的转向梯形机构优化设计摘要：通过分析转向梯形机构的运动特性，建立数学模型，确定以误差平方和的平方根最小为目标的优化目标函数。
并结合实例，应用Matlab优化工具箱进行优化分析，通过优化前后的误差对比可以看出优化效果明显。
车辆的转向机构对车辆操纵的稳定性、行驶的安全性、以及轮胎的寿命有着直接的影响。
而四连杆转向梯形机构因其结构简单，加工制造方便而被广泛用于车辆转向机构中。
本文从车辆行驶要求入手，通过对转向梯形机构进行运动特性分析，以Matlab软件为优化工具，对车辆转向梯形机构进行优化设计，尽可能保证车辆在转向过程中各车轮的轴线终交于瞬时转向中心。
1转向梯形机构的基本特性为了避免在车辆转向时产生路面对车辆行驶的附加阻力和轮胎过快磨损，要求转向机构能保证在车辆转向时所有车轮均作纯滚动。
由机械原理可知，只有所有车轮的轴线都交于一点时才能实现。
此交点称为转向中心。
由此可得内外轮转向角的理论关系为：式中：M为两侧主销轴线与地面相交点之间的距离；L为车辆轴距。
为了得到实际的内外轮转角关系，建立了图1所示坐标系，当内轮转过角时，外轮实际转过角。
则此时、两点的的坐标为。
转向梯形机构由原始位置转到图示位置时由于杆AB的长度不变所以有：2转向梯形机构的优化设计3Matlab优化工具箱简介及实例分析Matlab的优化工具箱提供了对各种优化问题的一个完整的解决方案。
涵盖了线性规划、非线性规划、二次规划、最小二乘问题、非线性方程求解、多目标决策、最小最大问题等优化设计计算方法。
具有函数表达简洁、多种优化算法可任意选择、对算法参数可自由设置等一系列的优点，可使用户方便灵活地使用优化函数进行优化设计。
其中的fmincon函数专门是求解多维约束优化问题的优化函数，它的语法如下：输入参数：fun是调用目标函数的函数文件名；x0是初始点；设计变量X的下界向量Lb和上界向量Ub；‘Nlc’是定义非线性约束条件的函数名；options是设置优化选项参数；P1，P2等是传递给的fun附加参数。