汽车转向梯形机构图解解析
汽车转向系统各部分结构作用图解（二）
欢迎访问e展厅5转向系统/传动系统展厅...汽车转向系统各部分结构作用图解（二）四.转向传动机构汽车转向时，要使各车轮都只滚动不滑动，各车轮必须围绕一个中心点O转动，如图d-zx-07所示。
显然这个中心要落在后轴中心线的延长线上，并且左、右前轮也必须以这个中心点O为圆心而转动。
为了满足上述要求，左、右前轮的偏转角应满足如下关系：与非独立悬架配用的转向传动机构主要包括转向摇臂2、转向直拉杆3转向节臂4和转向梯形。
在前桥仅为转向桥的情况下，由转向横拉杆6和左、右梯形臂5组成的转向梯形一般布置在前桥之后，如图d-zx-08a所示。
当转向轮处于与汽车直线行驶相应的中立位置时，梯形臂5与横拉杆6在与道路平行的平面(水平面)内的交角＞90。
在发动机位置较低或转向桥兼充驱动桥的情况下，为避免运动干涉，往往将转向梯形布置在前桥之前，此时上述交角＜90，如图d-zx-08b所示。
若转向摇臂不是在汽车纵向平面内前后摆动，而是在与道路平行的平面向左右摇动，则可将转向直拉杆3横置，并借球头销直接带动转向横拉杆6，从而推使两侧梯形臂转动。
1.转向器2.转向摇臂3.转向直拉杆4.转向节臂5.梯形臂6.转向横拉杆当转向轮独立悬挂时，每个转向轮都需要相对于车架作独立运动，因而转向桥必须是断开式的。
与此相应，转向传动机构中的转向梯形也必须是断开式的。
1.转向摇臂2.转向直拉杆3.左转向横拉杆4.右转向横拉杆5.左梯形臂6.右梯形臂7.摇杆8.悬架左摆臂9.悬架右摆臂 10.齿轮齿条式转向器转向直拉杆的作用是将转向摇臂传来的力和运动传给转向梯形臂(或转向节臂)。
它所受的力既有拉力、也有压力，因此直拉杆都是采用优质特种钢材制造的，以保证工作可靠。
直拉杆的典型结构如图十所示。
在转向轮偏转或因悬架弹性变形而相对于车架跳动时，转向直拉杆与转向摇臂及转向节臂的相对运动都是空间运动，为了不发生运动干涉，上述三者间的连接都采用球销。
1.螺母2.球头销3.橡胶防尘垫4.螺塞5.球头座6.压缩弹簧7.弹簧座8.油嘴9.直拉杆体 10.转向摇臂球头销随着车速的提高，现代汽车的转向轮有时会产生摆振（转向轮绕主销轴线往复摆动，甚至引起整车车身的振动），这不仅影响汽车的稳定性，而且还影响汽车的舒适性、加剧前轮轮胎的磨损。
模块三 汽车转向系
模块三 汽车转向系
Hale Waihona Puke 一、转向器操纵机构汽车转向操纵机构主要有转向盘、转向轴及转向管柱等机件 组成。如图3-3-1所示为东风EQ1090E 型汽车转向操纵机构。
模块三 汽车转向系
图3-3-1 东风EQ1090E 型汽车转向操纵机构
1-转向盘 2-转向柱管 3-橡胶垫 4-转向柱管支架 5-转向柱管支座 6-转向操纵机构支架 7-转向轴限位弹簧 8-上万向节 9-转向传动轴 10-花键防护套 11-下万向节 12-转向器 13-转向摇臂 14-转向直拉杆 15-转向轴 16-转向节衬套 17-电喇叭按钮盖 18-搭铁接触板组件
3. 可分离式安全转向操纵机构
上海桑塔纳轿车采用了可分离式安全转向操纵机构，如图3-
3-3a所示。3-3-3b为转向盘受撞击时，安全元件被折叠、压缩和
安全连轴节脱开使转向柱产生轴向移动的情形。一汽红旗、奥迪 轿车的转向操纵机构与此类似，如图3-3-4 所示，只是无可折叠
的安全元件。
模块三 汽车转向系
4. 缓冲吸能式转向操纵机构 （1）网状管柱变形式
这种转向操纵机构的转向轴分为上下两段，如图3-3-5a所示。 当转向管柱受到来自上端的冲击力后，会再次被轴向压缩变形并 消耗冲击能量，如图3-3-5b所示。
（2）钢球滚压式形式
图3-3-6a所示为一种用钢球连接的分开式转向柱。当发生第 一次碰撞时，将连接上、下转向轴的塑料销钉切断，下转向轴便
模块三 汽车转向系
2. 工作过程
工作过程如图3-2-5所示。
3. 特点
采用齿轮齿条式转向
器可以使转向传动机构简 化（不需转向摇臂和转向 直拉杆等），转向传动机 构简单，齿轮齿条无间隙
图3-2-5 转向系工作过程
汽车转向梯形机构设计中的参数定义
汽车转向梯形机构设计中的参数定义1.汽车转向梯形机构的几何关系在汽车以低速转弯行驶忽略离心力影响和轮胎侧偏影响的情况下,两轴汽车转向轴的理想内、外轮转角关系如图1所示.此时各车轮绕同一瞬时中心进行转弯行驶,两转向前轮轴线的延长线交于后轴的延长线上，这一几何学关系称为阿克曼几何学，可用公式（1）表示。
图2所示为整体式后置转向梯形示意图.2.汽车转向梯形机构参数定义分析对于公式(1）和图1，图2中各参数符号的意义,在《汽车工程手册》和吉林工业大学所编的《汽车设计》两本书中是如下定义的：O为瞬时转向中心；θ0为转向轮外轮转角；θi为转向轮内轮转角;K为两主销中心线延长线到地面交点之间的距离;L为汽车轴距;α为车轮转臂（在《汽车设计》第4版中，α为主销偏移距）;D为转弯直径；γ为梯形底角；m为梯形臂。
本人认为两本书对参数符号“K"和“α”的定义是不准确或错误的。
说它不准确是因为这样的定义唯一只适用于主销内倾角和后倾角为零时，也就是主销垂直于地面时的状态，对于汽车的转向梯形机构来说这只是一种理想化的状态。
说它是错误的,因为现有汽车的转向节主销都是有内倾角的（多数汽车还有后倾角），转向梯形机构也并不一定处于水平面和只在一个平面内运动。
所以，实际上图1和图2反映的都只是转向梯形机构中各个构件在地面的投影。
在这种情况下，只要车轮转过一个角度，两本书对参数符号“K"和“α"的定义就有问题了。
首先对车轮的转向过程进行简单的运动分析.在这个过程中车轮一边绕其自身的轴线旋转，一边绕主销轴线作公转，而车轮轴线与主销轴线始终都相交于一点，这个交点且称为“转向节中心”或“主销中心"。
在转向过程中，“转向节中心”在车轴上的位置及其与车轮的相对位置是不会改变的。
因此，可以说在图1和图2中转向轮的回转中心只能是“转向节中心"在地面的投影而不可能是主销中心线延长线到地面的交点.图3所表示的是在有主销内倾角的转向梯形机构中车轮转过一定角度后的情况。
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 。
转向梯形分析
第六节转向梯形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，为达到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。
一、转向梯形结构方案分析1、整体式转向梯形整体式转向梯形是由转向横拉杆l，转向梯形臂2和汽车前轴3组成，如图7-30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，制造成本低；主要缺点是一侧转向轮上、下跳动时，会影响图7—30 整体式转向梯形1—转向横拉杆 2—转向梯形臂 3—前轴另一侧转向轮。
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涉，所以在布置上有困难。
为了保护横拉杆免遭路面不平物的损伤，横拉杆的位置应尽可能布置得高些，至少不低于前轴高度。
2、断开式转向梯形转向梯形的横拉杆做成断开的，称之为断开式转向梯形。
断开式转向梯形方案之一如图7-31所示。
断开式转向梯形的主要优点是它与前轮采用独立悬架相配合，能够保证一侧车轮上、下跳动时，不会影响另一侧车轮；与整体式转向梯形比较，由于杆系、球头增多，所以结构复杂，制造成本高，并且调整前束比较困难。
图7—31 断开式转向梯形横拉杆上断开点的位置与独立悬架形式有关。
采用双横臂独立悬架，常用图解法(基于三心定理)确定断开点的位置。
其求法如下(图7-32b)：1)延长B K B 与A K A ，交于立柱AB 的瞬心P 点，由P 点作直线PS 。
S 点为转向节臂球销中心在悬架杆件(双横臂)所在平面上的投影。
当悬架摇臂的轴线斜置时，应以垂直于摇臂轴的平面作为当量平面进行投影和运动分析。
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。
汽车转向梯形机构设计
汽车转向梯形机构设计及matlab/simMechanics 仿真汽车转向梯形机构设计及matlab/simMechanics 仿真Trapezoidal steering mechanism design matlab simMechanics Simulation 一、汽车转向梯形机构设计1.设计模型与要求:已知汽车梯形转向机构如下图所示。
该车车型为沃尔沃，转向节跨距M 为1305mm ，前轮距D 为1535mm ，轴距L 为2640mm 。
该车最小的转弯半径R 为5300mm ，并且具有良好的传力性能。
2．结构概述与条件分析根据题目条件，转向节跨距M ，前轮距D ，轴距L 均已知，则设计梯形转向机构只需要确定连架杆a ，连杆b 和轮与连架杆之间的夹角0α即可。
由于aM b 2cos 0-=α 根据最小转弯半径R=11000，以及公式：)(21sin max M D R L--=α求出m ax α=30.61313．两侧转向轮偏转角之间的理想关系式为了避免在汽车转向时产生的路面对汽车行驶的附加阻力和轮胎过快磨损，要求车轮作纯滚动。
显然只有在车轮轴线交于O 点才能实现。
此时的α和β满足以下关系式：LM +=βαcot cot 为此要精心地确定转向梯形机构的参数。
实际设计中，所有汽车的转向梯形都只能设计得再一定的车轮偏转角范围内，使两侧车轮偏转角的关系大体上接近于理想关系。
4．转向传动机构的优化设计4.1 传动机构连架杆与车轮轴线夹角0α的确定根据经验公式：︒±=5)34arctan(0ML α 带入数据得 0α=67.4161︒～77.4161︒，初步设计取的是72︒。
4.2 理论曲线与实际曲线焦点位置的确定以及连架杆a 的确定根据经验得交点一般发生在0.8m ax α～0.95m ax α=24.49°～29.0824°之间，实验中取α=26︒。
此时实际理论ββ==)tan tan arctan(ααM L L -=32.728°，带入实际公式，则可以确定连架杆a 值。
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。
第十四章汽车转向系
12—
13—转向柱夹箍 14—安全转向柱 15—橡胶衬套
16—塑料衬套 17—
18—夹箍 19—自锁螺母 20—法兰套管
1．转向盘 转向盘的结构见图14－7，它主要由轮毂3、轮辐2和轮圈1组成。
图14－7汽车转向盘 ａ）侧视图 1—轮圈 2—轮辐 3—轮毂理
2．转向轴 转向轴将转向盘的转向操纵力传给转向器的传 力轴。图14－10为一种转向轴倾斜调整机构。
图14－2
1—转向减振器 2—转向直拉杆
3—
4—转向摇臂
5—转向横拉杆 6—
7—转向油罐 8—转向液压泵
9—
10—转向中间轴
11—转向轴 12—转向盘
三、转向系术语
1．转向中心与转弯半径 汽车转向时，要求所有车轮轴线都应相交于一点，此 交点Ｏ叫做转向中心（图14－3）。
图14－3 汽车转向示意图
2．转向梯形与前展
图14－37 1—前轮偏转控制阀 2—后轮偏转控制阀 3—电控单元 4—电磁阀 5—动力缸
图14－38 1—接控制阀 2—放气孔 3—弹簧
二、机械液压四轮转向系
机械液压四轮转向系的组成见图14－41。
图14－41 1—转向液压泵 2—第二车速传感器 3—转向盘 4— 5—后轮偏转机构 6—电控单元 7—第一车速传感器 8—前轮偏转机构
图14－29
1—转向摇臂轴 2—转向螺母（齿条—活塞） 3—壳体 4—循环球导管
5—侧盖 6—
7—调整螺母 8—止推轴承 9—定位销 10—锁销
11—止回阀 12—进油口 13—
14—滚针轴承 15—卡环 16—锁销
17—短轴 18—扭杆 19—调整螺塞 20—
21—O形密封圈
22—阀芯 23—阀体 24—下端轴盖 25—转向螺杆
汽车转向梯形机构图解解析
汽车转向梯形机构图解解析————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：轮式车辆转向梯形结构的图解解析常州工业技术学院钨华芝常州市政工程管理处魏晓静摘要介绍几种简单实用的车辆转向梯形结构的图解解析设计法。
通过事先设定内、外转向轮实际特性曲线与理论特性的交点位置来控制转角偏差的方法，选择转向梯形机构参数，可以大大减少图次数，提高工作效率，减小转角误差。
关键词：转向梯形机构解析图解1 引言轮式车辆一般都是依靠转向车轮偏转一个角度来实现转弯或曲线行驶。
转向是的基本要求是保证所有车轮滚动而不发生滑动，这一要求通常由平面四杆机构来达到。
传统的设计都采用图解转向梯形的方法。
这种方法需要按经验数据选择机构的几何参数，然后作图校核该梯形机构在运动过程中转向轮的转角偏差是否大于允许偏差，若大于允许偏差，则重新选择或调整几何参数，再校核图，直至转角偏转小于允许偏差为止。
这实际上是一种试凑的方法，带有较大的盲目性，工作量大。
随着计算机的发展，解析法得到了较好的应用，但是传统的图解法仍有它直观、方便的优点，因此仍然被工程设计人员广泛采用。
本文介绍一种简单高效且实用的图解解析设计法，可以大大减少作图校核的次数，提高工作效率。
2 转向理论特性机动车辆或装卸搬运车辆的转向大多采用双轴线式转向方式，见图1。
为了满足纯滚动条件，转向时所有车轮必须以不同的半径围绕同一转向中心滚动，各个车轮的轴线交于瞬时转向中心O点。
虽然两个转向轮偏转的角度不同，但是两个转角之间应满足下列几何关系：ctgß-ctga=M/L （1）式中ß-外轮转角 a-内轮转角 M-转向轴两主销中心距 L-车辆前后轴轴距为了满足运动学上的这一几何关系，一般都是通过设计转向梯形机构来实现的。
式（1）称为转向理论特性。
3 转向梯形的图解设计及其转角误差转向梯形四杆机构中，固定件长度（两主销中心距）M是由车辆总体设计给出的，两梯形臂长相等。
汽车转向系统各部分结构作用图解
汽车转向系统各部分结构作用图解一.机械转向系统l.转向盘2.安全转向轴3.转向节4.转向轮5.转向节臂6.转向横拉杆7.转向减振器8.机械转向器上图是一种机械式转向系统。
驾驶员对转向盘1施加的转向力矩通过转向轴2输入转向器8。
从转向盘到转向传动轴这一系列零件即属于转向操纵机构。
作为减速传动装置的转向器中有1、2级减速传动副（右图所示转向系统中的转向器为单级减速传动副）。
经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向横拉杆6，再传给固定于转向节3上的转向节臂5，使转向节和它所支承的转向轮偏转，从而改变了汽车的行驶方向。
这里，转向横拉杆和转向节臂属于转向传动机构。
二.转向操纵机构转向操纵机构由方向盘、转向轴、转向管柱等组成，它的作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。
三.机械转向器齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器分两端输出式和中间（或单端）输出式两种。
1.转向横拉杆2.防尘套3.球头座4.转向齿条5.转向器壳体6.调整螺塞7.压紧弹簧8.锁紧螺母9.压块10.万向节11.转向齿轮轴12.向心球轴承13.滚针轴承两端输出的齿轮齿条式转向器如图d-zx-5所示，作为传动副主动件的转向齿轮轴11通过轴承12和13安装在转向器壳体5中，其上端通过花键与万向节*10和转向轴连接。
与转向齿轮啮合的转向齿条4水平布置，两端通过球头座3与转向横拉杆1相连。
弹簧7通过压块9将齿条压*在齿轮上，保证无间隙啮合。
弹簧的预紧力可用调整螺塞6调整。
当转动转向盘时，转向器齿轮11转动，使与之啮合的齿条4沿轴向移动，从而使左右横拉杆带动转向节左右转动，使转向车轮偏转，从而实现汽车转向。
中间输出的齿轮齿条式转向器如图d-zx-6所示，其结构及工作原理与两端输出的齿轮齿条式转向器基本相同，不同之处在于它在转向齿条的中部用螺栓6与左右转向横拉杆7相连。
在单端输出的齿轮齿条式转向器上，齿条的一端通过内外托架与转向横拉杆相连。
（d-zx-6）1.万向节*2.转向齿轮轴3.调整螺母4.向心球轴承5.滚针轴承6.固定螺栓7.转向横拉杆8.转向器壳体9.防尘套10.转向齿条11.调整螺塞12.锁紧螺母13.压紧弹簧14.压块循环球式转向器循环球式转向器是目前国内外应用最广泛的结构型式之一，一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。
汽车转向梯形机构图解解析
汽车转向梯形机构图解解析(总6页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除轮式车辆转向梯形结构的图解解析常州工业技术学院钨华芝常州市政工程管理处魏晓静摘要介绍几种简单实用的车辆转向梯形结构的图解解析设计法。
通过事先设定内、外转向轮实际特性曲线与理论特性的交点位置来控制转角偏差的方法，选择转向梯形机构参数，可以大大减少图次数，提高工作效率，减小转角误差。
关键词：转向梯形机构解析图解1 引言轮式车辆一般都是依靠转向车轮偏转一个角度来实现转弯或曲线行驶。
转向是的基本要求是保证所有车轮滚动而不发生滑动，这一要求通常由平面四杆机构来达到。
传统的设计都采用图解转向梯形的方法。
这种方法需要按经验数据选择机构的几何参数，然后作图校核该梯形机构在运动过程中转向轮的转角偏差是否大于允许偏差，若大于允许偏差，则重新选择或调整几何参数，再校核图，直至转角偏转小于允许偏差为止。
这实际上是一种试凑的方法，带有较大的盲目性，工作量大。
随着计算机的发展，解析法得到了较好的应用，但是传统的图解法仍有它直观、方便的优点，因此仍然被工程设计人员广泛采用。
本文介绍一种简单高效且实用的图解解析设计法，可以大大减少作图校核的次数，提高工作效率。
2 转向理论特性机动车辆或装卸搬运车辆的转向大多采用双轴线式转向方式，见图1。
为了满足纯滚动条件，转向时所有车轮必须以不同的半径围绕同一转向中心滚动，各个车轮的轴线交于瞬时转向中心O点。
虽然两个转向轮偏转的角度不同，但是两个转角之间应满足下列几何关系：ctg-ctga=M/L （1）式中 -外轮转角 a-内轮转角 M-转向轴两主销中心距 L-车辆前后轴轴距为了满足运动学上的这一几何关系，一般都是通过设计转向梯形机构来实现的。
式（1）称为转向理论特性。
3 转向梯形的图解设计及其转角误差转向梯形四杆机构中，固定件长度（两主销中心距）M是由车辆总体设计给出的，两梯形臂长相等。
汽车转向系统各部分结构作用图解73447
一.机械转向系统l.转向盘2.安全转向轴3.转向节4.转向轮5.转向节臂6.转向横拉杆7.转向减振器8.机械转向器上图是一种机械式转向系统。
驾驶员对转向盘1施加的转向力矩通过转向轴2输入转向器8。
从转向盘到转向传动轴这一系列零件即属于转向操纵机构。
作为减速传动装置的转向器中有1、2级减速传动副（右图所示转向系统中的转向器为单级减速传动副）。
经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向横拉杆6，再传给固定于转向节3上的转向节臂5，使转向节和它所支承的转向轮偏转，从而改变了汽车的行驶方向。
这里，转向横拉杆和转向节臂属于转向传动机构。
二.转向操纵机构转向操纵机构由方向盘、转向轴、转向管柱等组成，它的作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。
三.机械转向器齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器分两端输出式和中间（或单端）输出式两种。
1.转向横拉杆2.防尘套3.球头座4.转向齿条5.转向器壳体6.调整螺塞7.压紧弹簧8.锁紧螺母9.压块10.万向节11.转向齿轮轴12.向心球轴承13.滚针轴承两端输出的齿轮齿条式转向器如图d-zx-5所示，作为传动副主动件的转向齿轮轴11通过轴承12和13安装在转向器壳体5中，其上端通过花键和万向节*10和转向轴连接。
和转向齿轮啮合的转向齿条4水平布置，两端通过球头座3和转向横拉杆1相连。
弹簧7通过压块9将齿条压*在齿轮上，保证无间隙啮合。
弹簧的预紧力可用调整螺塞6调整。
当转动转向盘时，转向器齿轮11转动，使和之啮合的齿条4沿轴向移动，从而使左右横拉杆带动转向节左右转动，使转向车轮偏转，从而实现汽车转向。
中间输出的齿轮齿条式转向器如图d-zx-6所示，其结构及工作原理和两端输出的齿轮齿条式转向器基本相同，不同之处在于它在转向齿条的中部用螺栓6和左右转向横拉杆7相连。
在单端输出的齿轮齿条式转向器上，齿条的一端通过内外托架和转向横拉杆相连。
（d-zx-6）1.万向节*2.转向齿轮轴3.调整螺母4.向心球轴承5.滚针轴承6.固定螺栓7.转向横拉杆8.转向器壳体9.防尘套10.转向齿条11.调整螺塞12.锁紧螺母13.压紧弹簧14.压块循环球式转向器循环球式转向器是目前国内外使用最广泛的结构型式之一，一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。
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轮式车辆转向梯形结构的图解解析
常州工业技术学院钨华芝常州市政工程管理处魏晓静
摘要介绍几种简单实用的车辆转向梯形结构的图解解析设计法。
通过事先设定内、外转向轮实际特性曲线与理论特性的交点位置来控制转角偏差的方法，选择转向梯形机构参数，可以大大减少图次数，提高工作效率，减小转角误差。
关键词：转向梯形机构解析图解
1 引言
轮式车辆一般都是依靠转向车轮偏转一个角度来实现转弯或曲线行驶。
转向是的基本要求是保证所有车轮滚动而不发生滑动，这一要求通常由平面四杆机构来达到。
传统的设计都采用图解转向梯形的方法。
这种方法需要按经验数据选择机构的几何参数，然后作图校核该梯形机构在运动过程中转向轮的转角偏差是否大于允许偏差，若大于允许偏差，则重新选择或调整几何参数，再校核图，直至转角偏转小于允许偏差为止。
这实际上是一种试凑的方法，带有较大的盲目性，工作量大。
随着计算机的发展，解析法得到了较好的应用，但是传统的图解法仍有它直观、方便的优点，因此仍然被工程设计人员广泛采用。
本文介绍一种简单高效且实用的图解解析设计法，可以大大减少作图校核的次数，提高工作效率。
2 转向理论特性
机动车辆或装卸搬运车辆的转向大多采用双轴线式转向方式，见图1。
为了满足纯滚动条件，转向时所有车轮必须以不同的半径围绕同一转向中心滚动，各个车轮的轴线交于瞬时转向中心O点。
虽然两个转向轮偏转的角度不同，但是两个转角之间应满足下列几何关系：
ctgß-ctga=M/L （1）式中ß-外轮转角 a-内轮转角 M-转向轴两主销中心距 L-车辆前后轴轴距
为了满足运动学上的这一几何关系，一般都是通过设计转向梯形机构来实现的。
式（1）称为转向理论特性。
3 转向梯形的图解设计及其转角误差
转向梯形四杆机构中，固定件长度（两主销中心距）M是由车辆总体设计给出的，两梯形臂长相等。
因此只有两个独立变量有待确定，一个是连杆（横拉杆）长度，另一个是两摇杆（梯形臂）长度，这两个参数还可以转化为梯形底角O及梯形臂长m，见图1。
通常设计时，根据o和m值，用作图法作出所选机构在转向轮转角范围内（a<a max），内、外转角a和ß的一组实际对应值，并将这组对应的转角（a I,ßI）按图2所示作出实际特性曲线GE，与理论特性GF比较，得到转角的偏差值ß。
如两条特性接近，则*小于允许偏差，说明转向梯形几何参数合理；如果ß大于允许偏差，则须重新选择梯形参数，重复作图。
对于工程机械，a max=450，ß不大于10~30。
4 实际特性曲线分析
采用转向梯形图解法时，为了满足转角误差的要求，常常需要多次重复作图，初选梯形参数之前，如果能分析初底角o和梯形臂长m两个参数与转角误差之间的关系，使初选梯形机构的实际特性曲线与理论特性曲线逼近，则通过一两次作图就能达到设计要求，大大提高工作效率。
转向梯形的设计是给出两连架杆对应转角函数关系*=f（*）的四连杆机构的设计问题，有无穷多的近似解，每一种解的误差不尽相同，其结果分三种情况（见图3）：第一种情况，在最大转角a max范围内，实际特性曲线与理论特性只有a=0一个交点，两曲线相距较大；第二情况两特性曲线在a1=0、a2=a max两处有交点，误差比第一种情况小；第三种情况，两特性曲线在a1=0、a2<a max两处有交点，显然，交点K取得合适，则转角误差比前两种情况均小。
例如，转向梯形参数M/L=0.5,a max=450,如果初选参数*=780，m/M=0.138,则实际特性曲线与理论特性将在a2=590有交点，a2>a max,最大转角误差ß=2.60，属于第一种情况；如果初选参数*=720，m/M=0.113，则交点a2=400，a2=0.89a max,厚大转角误差ß=0.70，属第三种情况。
通过分析可见，第三种情况，实际特性曲线与理论特性比较接近，所设计的转向梯形结构一般均能满足转角误差要求。
5 转向梯形参数的确定
引入平面四杆机构的图解设计法，见图4。
设各杆长度：固定构件AD=M，是已确定的转向轴主销距；连架杆AB=CD=m为特定的转向臂长；连杆BC=n特定。
建立图示坐标系，并设AB转向臂与X轴的夹角为*，转向梯形底角为*，转向时内轮转角为a，外轮转角为ß，则有：
通过解析几何的方法可以得到转向梯形角位移方程式:
方程式（7）只有两个未知数K1和K2。
为了得到精确解，给出两连架对应的两对角位移（*,*）和（*，*），由选取转向轮满足转向理论特性ctg*-ctg=M/L关系式的两组内、外轮转角（*，*）和（*，*）分别带入式（2）计算*和*，然后带入式（6），计算出对应的a1,ß1和a2ß2，建立方程组
a1K1+K2=ß1
a2K1+K2=ß2
解得
由式（4）得到连杆（转向臂）及连杆（横拉杆）长
若所取a2<a max，那么，按上述方法所设计的转向梯形实际特性曲线，在0~a max范围内必定与理论特性有两个交点，即满足转角关系的精确点。
为确保车辆直线行驶，在a1=0，ß1=0设置一个精确点（a1,ß1）就是另一个精确点。
A2点的选取要适当，取得过小，在a1接近a max时，实际特性曲线将在反方向中偏离理论特性较大，使转角误差增大，取a2=(0.8~0.95)a max较合适。
底角O初选。
当车身较长，M/L较小时，O应偏大，例如M/L=0.33，取O=78.50较理想；而当车身短，M/L较大时，O应偏小，例如M/L=0.5，取O=720能满足设计要求。
底角初选还可以用公式*来确定，S是与d2点及转角误差有关的系数，运用本文介绍的设计方法时，S取1.56。
当用初选的底角O及选定的精确点d2代入公式设计出的m/M不能满足工程设计要求时，即
0.11>m/M>0.15时，可以在第一次初选的O角附近改变其值，再作计算（见设计方法举例）其规律是：m/M 值偏大，则O减小；反之m/M值偏小或出现负值，则O增加。
6 设计方法举例
以装卸搬运车辆转向轴主销中心距M与轴距L之比M/L=0.41，内轮最大转角a max<450，要求转角误差*<20为便，转向梯形机构设计方法如下。
为了控制所设计转向梯形机构转角误差，在a2=400（0.89a max）设计一个精确点，对应的*=31.9770，显然a1=0,*=0也是一个精确点。
初选底角，取*=760，然后有公式（2）、（6）、（9）和（10）计算*、*、a、ß、K1、K2、m/M、n/M（计算数据见附表）。
因为m/M偏大，故减小底角*，取*=750，再作计算，结果m/M=0.1217,通过作图校核最大转角误差*=0.90，满足要求。