汽车设计实验指导书2014

淮阴工学院

汽车设计实验指导书

交通工程系2012年1月3日

实验

整体式转向梯形参数优化设计

一、实验目的:

通过本实验的学习，使学生掌握汽车设计参数化的理念， 为学生今后从事汽车设计和改 装工作打

下基础。

二、实验要求:

在学习有关理论知识的基础上，用

VB 计算机语言编制整体式汽车转向梯形机构的设计

程序，该程序应能达到如下要求： 根据给定的转向梯形参数和形式, 形的梯形臂长和梯形底角。

三、实验内容

转向梯形机构的设计 要求：用VB 编程求解 已知参数：汽车主销中心距

K,轴距L :

要求：从上述车型中任选一车型， 涉及整体式后置转向梯形, 了，画出实际特性曲线，他与理论特性曲线在 15〜250

以内相交（

的实际特性曲线尽量与理论特性曲线接近。

四、实验理论

转向梯形机构用来保证转弯行驶时汽车的车轮均能绕同一瞬时转向中心在不同半径的 圆周上作无滑动

的纯滚动。为此，转向梯形应保证内、外转向车轮的理想转角关系。因此, 在设计中首先是要确定转向梯形机构的几何尺寸参数，其次是进行零件的强度计算。

转向梯形机构由整体式的和分段式的两种。

整体式的用于非独立悬架的转向轮；

分段式

的用于独立悬架的转向轮。通常是将转向梯形机构布置在前转向桥之后， 且高度不低于前桥 横梁或其他防按件；当布置在前桥之后有困难时.例如当发动机价置很低或汽车前驱动时, 也可以布置在前桥之前。

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

能通过程序给出转向梯

车型 1 : K= 1420mm L= 3300mm 车型 2 : K= 1480mm L= 4000mm 车型 3 : K= 1575mm L= 4144mm 车型 4 : K= 1175mm L= 2700mm

确定梯形臂长和梯形底角

内轮共转40 0

）在25 0

以内

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。

1整体式转向梯形结构方案分析

整体式转向梯形是由转向横拉杆

I ，转向梯形臂2和汽车前轴3组成，如图1所示。其

制造成本低；主

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。

转向梯形机构的几何尺寸参数有：两转向主销中心线与地面交点间的距离

K,转向横

拉杆两端球铰接中心间的距离 n 转向梯形臂长 m 和梯形底角。根据汽车的总体布置或转向 桥的位置图，首先可找出汽车的轴距

L 及转向主销间距 K ,再求其他参数。

2、整体式转向梯形机构优化设计

汽车转向行驶时，受弹性轮胎侧偏角的影响，所有车轮不是绕位于后轴沿长线上的点 滚动，而是绕位

于前轴和后轴之间的汽车内侧某一点滚动。 此点位置与前轮和后轮的侧偏角

大小有关。因影响轮胎侧偏角的因素很多， 且难以精确确定，故下面是在忽略侧偏角影响的 条件下，分析有关两轴汽车的转向问题。

此时，两转向前轮轴线的延长线应交在后轴延长线

上，如图2所示。设3、氏。分别为内、外转向车轮转角， L 为汽车轴距，K 为两主销中

心线延长线到地面交点之间的距离。

若要保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶，

则梯形机

构应保证内、外转向车轮的转角有如下关系

(1)

若自变角为曳，则因变角q 的期望值为

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,

q = f (日0 ) = arccot(cot 日0 - K/L)

总max

K

TJ

K

bcos Y —coS Y+qj —cosz Y

arc cot

X100%

arc cot

_K 1

L

」

图2理想的内、外车轮转角关系简图

现有转向梯形机构仅能近似满足上式关系。

以图2所示的后置梯形机构为例， 在图上作

辅助用虚线，利用余弦定理可推得转向梯形所给出的实际因变角

6 = Y -arcsin ”

监〔+1

-

2

討心）

式中，m 为梯形臂长；丫为梯形底角。

K

2cos Y_cos (Y+T 。)_cos2Y] —arccos m

_

-

sin C + Q,)

I

所设计的转向梯形给出的实际因变角

3

，应尽可能接近理论上的期望值 。其偏差在 最常使用的中间位置附近小角范围内应尽量小, 以减少高速行驶时轮胎的磨损; 而在不经常

使用且车速较低的最大转角时，可适当放宽要求。 因此，再引入加权因子

价设计优劣的目标函数 f （x ）为

日max

fa (8 .

『

f (x )=5：祇i 『八

2 L

日i W oi )

勺00%

将式⑵、式⑶ 代入式（7-26）得

Y-arcsin

_単竺

J ______

瞪〕轴

K

+1-2—coc (Y +& } m ' '