汽车前轮转向机构说明书

机械原理与设计训练I ——汽车前轮转向机构说明书

目录

设计题目 (2)

设计要求 (2)

设计内容（原始数据） (3)

第一题 (3)

第二题 (3)

思考题 (7)

第三题 (9)

第四题 (10)

参考资料 (12)

机构简介

汽车的前轮转向，是通过等腰梯形机构ABCD 驱使前轮转动来实现。其中，两前轮分别与两摇杆AB 、CD 相连，如下图所示。

当汽车沿直线行驶时（转弯半径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 与CD ）转过不同的角度αβ、。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，各车轮运行轨迹中最外侧车轮滚出的圆周半径），就要求左右两轮轴线（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 /()L R d B β=-- , tan /()L R d α=- 所以α和β的函数关系为: cot cot /B L αβ-=

同理，当汽车左拐时，由于对称性，有cot cot /B L βα-=，故转向机构ABCD 的设计应尽量满足以上转角要求。

二、设计要求

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性。该转向机构为等腰梯形双摇杆机构，设计此铰链四杆机构。

设计数据

参数 轴距 轮距 最小转弯半径 销轴到车轮中心的距离

符号 L B min R d

单位 mm mm mm mm 型号 涂乐GRX 2900 1605 6100 400

涂乐GL 2900 1555 6100 400

尼桑公爵 2800 1500 5500 500

现选择第二组数据进行解答

1）根据转弯半径min R 和max R =∞（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。

解： 当L=2900，B=1555，R min =6100，d=400时， 根据公式 tan /()L R d B β=-- tan /()L R d α=-

解得：⎩⎨

⎧=︒==︒=0.61rad

34.9847rad

.097.26min min βα

当L=2900，B=1555，R ∞=9000，d=400时， 根据公式 tan /()L R d B β=-- tan /()L R d α=-

解得：⎩⎨⎧=︒==︒=0.39rad 37.2233rad

.063.189000

9000βα

2）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min R 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。 解：1.利用公式求出当R 在[6100，9000]变化时的α与β值

将R 区间平分成200份，求出200组α与β值

数据表格：

2.

根据机构画图：

得到公式：

用已知的αmin 与βmin 值求出θ

将杆长L 从100到500平分成200份，求出200组θ和θ2，根据此时的θ与L ， 代入α9000，求出200组β，计算此时的β值与β9000的差值，找出最小差值，则该 值下的L 和θ构成的机构为最优机构。

α与β值随着R 的变化

分组 R/m α/度

β/度 分组 R/m α/度

β/度 1 6.10 26.97 34.98 110 7.69 21.70 26.83 10 6.23 26.44 34.14 120 7.83 21.31 26.26 20 6.38 25.88 33.26 130 7.98 20.94 25.70 30 6.52 25.34 32.41 140 8.13 20.57 25.17 40 6.67 24.83 31.60 150 8.27 20.23 24.66 50 6.81 24.33 30.83 160 8.42 19.89 24.17 60 6.96 23.85 30.09 170 8.56 19.56 23.70 70 7.11 23.39 29.38 180 8.71 19.24 23.24 80 7.25 22.94 28.70 190 8.94 18.75 22.54 90 7.40 22.51 28.05 200 9.00 18.63 22.37 100

7.54

22.10

27.43

⎩⎨

⎧+=+-=-+++)

sin(sin )cos 2-B ()sin()cos(

)cos 2-(B cos )(cos 22αθθθβθβθθθαθl l l B l l l

由图可清楚看出当L=0.1m 时有最优解，θ=68.63º=1.2rad

利用最优解的条件，根据刚开始时α的200组取值，求出200组β‘ 角

θ、β和Δβ随着L 值的变化

分组 L/m θ/度 β/度 Δβ

/rad

分组

L/m θ/度 β/度 Δβ

/rad 1 0.1 68.63 22.13 0.0038 110 0.32 70.97 22.06 0.0050 10 0.12 68.85 22.12 0.0039 120 0.34 71.16 22.05 0.0052 20 0.14 69.07 22.12 0.0040 130 0.36 71.35 22.04 0.0053 30 0.16 69.30 22.11 0.0041 140 0.38 71.54 22.04 0.0054 40 0.18 69.52 22.10 0.0042 150 0.40 71.72 22.03 0.0055 50 0.20 69.73 22.10 0.0043 160 0.42 71.91 22.02 0.0057 60 0.22 69.95 22.09 0.0045 170 0.44 72.09 22.01 0.0058 70 0.24 70.16 22.08 0.0046 180 0.46 72.26 22.01 0.0059 80 0.26 70.36 22.08 0.0047 190 0.48 72.44 22.00 0.0060 90 0.28 70.57 22.07 0.0048 200 0.5 72.61 21.99 0.0062 100

0.30

70.77 22.06 0.0049