課程設(shè)計---三軸車轉(zhuǎn)向設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p>　　一 《機械原理》課程設(shè)計任務(wù)書1</p><p>　　二 阿克曼原理及其應(yīng)用3</p><p>　　2.1 阿克曼理論轉(zhuǎn)向特性3</p><p>　　2.2 阿

2、克曼梯形4</p><p>　　三 給定設(shè)計數(shù)據(jù)及設(shè)計分析5</p><p>　　3.1 給定數(shù)據(jù)及計算5</p><p>　　3.2給定數(shù)據(jù)的阿克曼原理值5</p><p>　　3.3 目標(biāo)函數(shù)6</p><p>　　3.3設(shè)計數(shù)據(jù)分析6</p><p>　　四 四桿轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計及

3、誤差分析6</p><p>　　4.1 軸Ⅰ四桿機構(gòu)的設(shè)計及誤差分析6</p><p>　　4.2 軸Ⅱ四桿機構(gòu)的設(shè)計及誤差分析6</p><p>　　五 運用Creo建模軟件進(jìn)行分析驗證6</p><p>　　5.1 驗證轉(zhuǎn)向機構(gòu)誤差6</p><p>　　5.2 運用Creo作圖計算出對應(yīng)的連桿長d6&

4、lt;/p><p>　　5.3 最優(yōu)佳設(shè)計參數(shù)和尺寸6</p><p><b>　　六 設(shè)計總結(jié)6</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)6</b></p><p>　　附錄一 軸Ⅰ四桿機構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)分析表（Excel數(shù)據(jù)表）6</p><p>　　附錄二 軸Ⅱ

5、四桿機構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)分析表（Excel數(shù)據(jù)表）6</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　機械原理課程設(shè)計的主要目的是為學(xué)生在完成課堂教學(xué)基本內(nèi)容后提供一個較完整的從事機械設(shè)計初步實踐的機會，此次課程設(shè)計，老師給我們的題目為汽車（三軸車）轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計，機械原理課程設(shè)計重在培養(yǎng)學(xué)生的“初步具有確定機構(gòu)運動方案、分析和設(shè)計機械能力”。通過機械傳動方案總

6、體設(shè)計，機構(gòu)分析和綜合，進(jìn)一步鞏固掌握課堂教學(xué)知識，并結(jié)合實際得到工程設(shè)計方面的初步訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用技術(shù)資料，提高繪圖、運算的能力。同時，注重學(xué)生創(chuàng)新意識的開發(fā)。</p><p>　　汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設(shè)計一直是汽車優(yōu)化設(shè)計的一個點，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計參數(shù)的是否合理直接影響到汽車的很多性能，參數(shù)的合理，要考慮的方面很多，比如轉(zhuǎn)彎時車架內(nèi)部空間的限制，最小轉(zhuǎn)彎半徑的限制，和阿克曼原理轉(zhuǎn)彎誤差最小化。&l

7、t;/p><p>　　課程設(shè)計對于學(xué)生來說，可以學(xué)到初步的設(shè)計思路，初步認(rèn)識設(shè)計的步驟和提高自身設(shè)計的綜合素質(zhì)。機械原理課程設(shè)計要求學(xué)生具有良好的機械原理知識，熟悉機構(gòu)的一些傳動和計算。</p><p>　　本課程設(shè)計采用了傳統(tǒng)的計算方法，通過對汽車轉(zhuǎn)向梯形的腰長m和梯形底角θ的計算，通過Excel計算出的實際轉(zhuǎn)角和阿克曼原理計算的理論轉(zhuǎn)角進(jìn)行比較，得到了誤差小，比較合理的梯形機構(gòu)。同時采用C

8、reo 1.0（Pro/E的升級版）進(jìn)行模擬。</p><p>　　關(guān)鍵詞：阿克曼原理 轉(zhuǎn)向梯形 最小誤差 </p><p>　　一 《機械原理》課程設(shè)計任務(wù)書</p><p>　　二 阿克曼原理及其應(yīng)用</p><p>　　阿克曼原理的基本觀點是：汽車在行駛（直線行駛和轉(zhuǎn)彎行駛）過程中，每個車輪的運動軌跡，都必須完全符合它的自然運

9、動軌跡，從而保證輪胎與地面間處于純滾動而無滑移現(xiàn)象。</p><p>　　2.1 阿克曼理論轉(zhuǎn)向特性</p><p>　　以圖一所示的三軸車為例，阿克曼理論轉(zhuǎn)向特性是以汽車前兩輪定位角等于零、行走系統(tǒng)為剛性為假設(shè)條件的。</p><p>　　該轉(zhuǎn)向特性的特點為：①汽車直線行駛時，6個輪的軸線都是互相平行，而且垂直于汽車的縱向中心面；②汽車在轉(zhuǎn)向行駛過程中，全部車輪都

10、必須繞一個瞬時中心點做圓周滾動，而且軸Ⅰ和軸Ⅱ外輪和內(nèi)輪的轉(zhuǎn)角應(yīng)分別滿足下面關(guān)系式：</p><p>　　此外，不考慮轉(zhuǎn)角梯形，只考慮轉(zhuǎn)角傳遞，軸Ⅰ和軸Ⅱ外輪有如下關(guān)系：</p><p><b>　　最小轉(zhuǎn)彎半徑：</b></p><p><b>　　2.2 阿克曼梯形</b></p><p>　　

11、阿克曼梯形即為滿足阿克曼理論轉(zhuǎn)向特性的四連桿機構(gòu)，其底角θ有下式確定</p><p>　　其梯形臂的作用長度m=（0.11～0.15）B</p><p>　　但在實際情況下，轉(zhuǎn)向梯形僅能近似滿足阿克曼原理，根據(jù)上述角度關(guān)系，運用余弦定理可以推算出實際內(nèi)轉(zhuǎn)角β＇：</p><p><b>　　其中，</b></p><p>

12、;<b>　　α——為外輪轉(zhuǎn)角</b></p><p><b>　　B――四桿梯形底邊</b></p><p>　　M——為梯形作用臂長</p><p><b>　　θ——為梯形底角</b></p><p>　　三 給定設(shè)計數(shù)據(jù)及設(shè)計分析</p><p>

13、;　　3.1 給定數(shù)據(jù)及計算</p><p>　　取阿克曼梯形底邊B=K-2d=1950-2x125=1700mm</p><p>　　由阿克曼原理計算得：</p><p>　　軸Ⅰ外輪最大轉(zhuǎn)角α1max=arcsin =63.5°</p><p>　　軸Ⅱ外輪最大轉(zhuǎn)角α2max=arccot =54°</p>

14、<p>　　軸Ⅰ軸Ⅱ和進(jìn)行設(shè)計的梯形機構(gòu)的常規(guī)約束條件是：</p><p>　　計算中我選取的約束條件是：</p><p>　　3.2給定數(shù)據(jù)的阿克曼原理值</p><p><b>　　3.3 目標(biāo)函數(shù)</b></p><p>　　為了減小車輪側(cè)滑，延長輪胎使用壽命，轉(zhuǎn)向機構(gòu)應(yīng)使兩前輪轉(zhuǎn)角在整個轉(zhuǎn)向過程中盡

15、可能精確的滿足阿克曼原理中α與β的關(guān)系，即轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)設(shè)計的實質(zhì)是使轉(zhuǎn)向梯形實際內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)角和理想內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)角盡可能的一致。本文在設(shè)計和優(yōu)化時的目標(biāo)函數(shù)就是在0～30°度變化范圍內(nèi)，最大的理論外轉(zhuǎn)角與實際外輪轉(zhuǎn)向角的偏差最小化，即</p><p><b>　　(1)</b></p><p>　　又由于這個偏差在最常用的中間位置附近小轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)應(yīng)盡量小，而在不常用的最

16、大轉(zhuǎn)角附近時則可以適當(dāng)放寬要求。因此，引入一個加權(quán)因子，構(gòu)成的目標(biāo)函數(shù)為：</p><p><b>　　(2)</b></p><p><b>　　3.3設(shè)計數(shù)據(jù)分析</b></p><p>　　計算的原理就是運用Excel軟件編輯出公式，得出目標(biāo)函數(shù)的值，然后比較得出相對的最優(yōu)值，取得最優(yōu)值時的梯形底角和梯形臂長即為所設(shè)

17、計的最終設(shè)計結(jié)果。</p><p>　　經(jīng)過數(shù)據(jù)分析得到：軸Ⅰ和軸Ⅱ四桿機構(gòu)在m取不同值下符合要求的最小底角θ1和θ2：</p><p>　　故在設(shè)計范圍內(nèi)，四桿機構(gòu)梯形底角應(yīng)該大于等于在各m取值下的最小梯形底角。</p><p>　　四 四桿轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計及誤差分析</p><p>　　4.1 軸Ⅰ四桿機構(gòu)的設(shè)計及誤差分析</p>

18、<p>　　在所做的Excel中，兩主銷中心距B=1700，軸距L=L1+L2=7160，θ1在變化范圍內(nèi)變化，外輪轉(zhuǎn)角從從1°變化到30°，然后計算理論內(nèi)轉(zhuǎn)角和實際內(nèi)轉(zhuǎn)角，進(jìn)而求的目標(biāo)函數(shù)值。最后對目標(biāo)函數(shù)值求和，進(jìn)而得到表一。</p><p>　　表一：軸Ⅰ中m1=190mm, θ1=86.39°時：</p><p>　　根據(jù)以上的Excel

19、更換不同的梯形底角和梯形臂長，就可以得到一系列的目標(biāo)函數(shù)值。下面分析各底角θ1，臂長m1取值下的目標(biāo)函數(shù)值：</p><p>　　由上表中計算的目標(biāo)函數(shù)值得到：</p><p>　　給定一個m1，隨著四桿機構(gòu)梯形底角θ1的漸漸變大，目標(biāo)函數(shù)值逐漸變大，即誤差越來越大。</p><p>　　給定一個四桿機構(gòu)梯形底角θ1，隨著四桿機構(gòu)腰長m1的逐漸變大，目標(biāo)函數(shù)值逐漸減

20、小，即誤差減小。</p><p>　　軸Ⅰ：m1與θ1的關(guān)系</p><p>　　根據(jù)誤差分析比較得到軸Ⅰ四桿機構(gòu)m1=190mm, θ1=86.39°時誤差最小。</p><p>　　4.2 軸Ⅱ四桿機構(gòu)的設(shè)計及誤差分析</p><p>　　對于軸Ⅱ在所做的Excel中，兩主銷中心距B=1700，軸距L= L2=5200，θ2在變

21、化范圍內(nèi)變化，伴隨著外輪轉(zhuǎn)角α1從1°變化到30°軸Ⅱ外輪轉(zhuǎn)角α2從0.72629183轉(zhuǎn)到22.7485315，然后計算理論內(nèi)轉(zhuǎn)角和實際內(nèi)轉(zhuǎn)角，進(jìn)而求的目標(biāo)函數(shù)值。最后對目標(biāo)函數(shù)值求和，進(jìn)而得到表二。</p><p>　　表二：軸Ⅱm2=190mm, θ2=82.97°時：</p><p>　　伴隨著外輪轉(zhuǎn)角α1從1°變化到30°軸Ⅱ外輪

22、轉(zhuǎn)角α2從0.72629183轉(zhuǎn)到22.7485315，下面分析軸梯形底角θ2，m2取值下的目標(biāo)函數(shù)值：</p><p><b>　　由上表可得：</b></p><p>　　給定一個m2，隨著四桿機構(gòu)梯形底角θ2的漸漸變大，目標(biāo)函數(shù)值逐漸變大，即誤差越來越大。</p><p>　　給定一個四桿機構(gòu)梯形底角θ2，隨著四桿機構(gòu)腰長m的逐漸變大，目

23、標(biāo)函數(shù)值逐漸減小，即誤差減小。</p><p>　　軸Ⅱ：m2與θ2的關(guān)系</p><p>　　根據(jù)誤差分析比較得到軸Ⅱ四桿機構(gòu)m2=190mm, θ2=82.97°時誤差最小。</p><p>　　五 運用Creo建模軟件進(jìn)行分析驗證</p><p>　　Creo是美國PTC公司推出CAD設(shè)計軟件包。Creo是整合了PTC公司的三

24、個軟件Pro/Engineer的參數(shù)化技術(shù)、CoCreate的直接建模技術(shù)和ProductView的三維可視化技術(shù)的新型CAD設(shè)計軟件包，此軟件擁有強大的自適應(yīng)功能。本次驗證依據(jù)Creo的自適應(yīng)功能做出相應(yīng)的角度變化，得到相應(yīng)的誤差驗證。</p><p>　　5.1 驗證轉(zhuǎn)向機構(gòu)誤差</p><p>　　取m1=190，θ1=86.39°；m2=190，θ2=82.97°

25、;運用Creo對四桿機構(gòu)進(jìn)行誤差分析驗證得到：</p><p>　　（1）當(dāng)外輪轉(zhuǎn)角α1=10°時，圓心處距離為1032mm </p><p>　　（2）當(dāng)外輪轉(zhuǎn)角α1=20°時，圓心處距離為1095mm</p><p>　?。?）當(dāng)外輪轉(zhuǎn)角α1=30°時，圓心處距離為1125mm</p><p>　　根據(jù)Cre

26、o分析驗證，和前邊的Excel數(shù)據(jù)分析誤差得到的結(jié)果相同。此桿符合設(shè)計范圍內(nèi)最小誤差要求，同時符合在小轉(zhuǎn)角時誤差小的實際應(yīng)用條件。</p><p>　　5.2 運用Creo作圖計算出對應(yīng)的連桿長d</p><p><b>　　軸Ⅰ：</b></p><p>　　腰長m1=190，梯形底角θ1=86.39°，梯形連桿d1=1476.07

27、34</p><p><b>　　軸Ⅱ</b></p><p>　　腰長m2=190，梯形底角θ2=82.97°，梯形連桿d2=1453.4922</p><p>　　5.3 最優(yōu)佳設(shè)計參數(shù)和尺寸</p><p>　　綜上所述：現(xiàn)選擇出最佳設(shè)計參數(shù)和尺寸為：</p><p><b&

28、gt;　　六 設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計是我進(jìn)入大學(xué)以來第一次對自己所學(xué)知識的綜合思考去完成的一門課程設(shè)計。對設(shè)計要考慮的問題，使我感覺到設(shè)計者的素質(zhì)之高。</p><p>　　首先，通過這次課程設(shè)計，讓我學(xué)會了，無論什么事，不僅要敢于想，而且要善于動手去做。本次課程設(shè)計剛開始的時候感覺無從下手，通過老師的講解，在查了一些資料后漸漸的開始有了思路。此次

29、課程設(shè)計，進(jìn)一步鞏固了課本上所學(xué)的基本理論和基本知識，培養(yǎng)了自己分析問題和解決問題的能力。學(xué)習(xí)到了汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)的分類與具體設(shè)計準(zhǔn)則，懂得了設(shè)計一個機械產(chǎn)品時的具體設(shè)計步驟，學(xué)會如何寫設(shè)計說明書，除此之外，在課程中也鍛煉了自己的綜合能力。但此次課程設(shè)計也暴露了自己在學(xué)習(xí)中的一些不足，基礎(chǔ)知識不牢固，對所學(xué)的四桿機構(gòu)圖解法存在一定的生疏。</p><p>　　其次，在此次課程設(shè)計中，使我了解到了合作的重要性，同學(xué)們互

30、相討論，團(tuán)結(jié)合作，一同探討不懂的問題，互相學(xué)習(xí)，共同奮進(jìn)，最終各自完成自己的課程設(shè)計，這是我在本次課程設(shè)計中最好的收獲。同時，在機械原理課程設(shè)計的過程中我同時也鞏固了一些設(shè)計軟件的使用，比如Creo(Pro/E的升級版)和Excel等軟件。</p><p>　　此外，感覺到這樣的課程設(shè)計對我們來說課本知識的實踐，希望以后有更多的機會去參與這樣的課程設(shè)計，使自己的設(shè)計能力和動手能力得到進(jìn)一步提升。</p>

31、;<p>　　最后，衷心感謝孟逵老師的悉心教導(dǎo)和鼓勵，只要有問題，孟老師都會耐心的講解，感謝孟老師帶領(lǐng)我們進(jìn)入機械課程設(shè)計的美妙世界。在孟老師的耐心指導(dǎo)下，我們才能完成了此次汽車（三軸車）轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計，并從中學(xué)到了更多的知識。</p><p>　　結(jié)束了本次課程設(shè)計的學(xué)習(xí)，我體會到機械設(shè)計是一個很嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^程，設(shè)計者要對自己所設(shè)計的機構(gòu)負(fù)責(zé)，機構(gòu)中每一個尺寸數(shù)據(jù)的得出都應(yīng)是有理有據(jù)的，在保證機構(gòu)能完成

32、所規(guī)定的運動的同時，更應(yīng)使所設(shè)計的機構(gòu)安全可靠，這是每一個設(shè)計者的責(zé)任。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 羅洪田.機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書.北京:高等教育出版社.2011.12 </p><p>　　[2] 姜明國、陸波.阿克曼原理與矩形化轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計.長春汽車研究所. 1944</p>&

33、lt;p>　　[3] 何滿才. Pro/ENGNEER Wildfire 3.0三維造型設(shè)計.北京:人民郵電出版社 </p><p>　　[4] 謝進(jìn)、萬朝燕、杜立杰.機械原理（第二版）. 北京:高等教育出版社，2002</p><p>　　[5] 王望予.汽車設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.</p><p>　　[7] 康展權(quán).汽車工程手冊[M]

34、.北京：人民交通出版社，2000.</p><p>　　[8] 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.</p><p>　　附錄一 軸Ⅰ四桿機構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)分析表（Excel數(shù)據(jù)表）</p><p>　　m1=190, θ1=86.6°時，該Excel所顯示數(shù)據(jù)</p><p>　　m1=190, θ1=87

35、6;時，該Excel所顯示數(shù)據(jù)</p><p>　　m1=190, θ1=87.4°時，該Excel所顯示數(shù)據(jù)</p><p>　　m1=190, θ1=87.8°時，該Excel所顯示數(shù)據(jù)</p><p>　　m1=190, θ1=88.2°時，該Excel所顯示數(shù)據(jù)</p><p>　　m1=210 ，θ1=

36、86.6°時，該Excel所顯示數(shù)據(jù)</p><p>　　m1=210 ，θ1=87°時，該Excel所顯示數(shù)據(jù)</p><p>　　m1=210 ，θ1=87.4°時，該Excel所顯示數(shù)據(jù)</p><p>　　m1=210 ，θ1=87.8°時，該Excel所顯示數(shù)據(jù)</p><p>　　m1=21

37、0 ，θ1=88.2°時，該Excel所顯示數(shù)據(jù)</p><p>　　m1=230 ，θ1=86.6°時，該Excel所顯示數(shù)據(jù)</p><p>　　m1=230 ，θ1=87°時，該Excel所顯示數(shù)據(jù)</p><p>　　m1=230 ，θ1=87.4°時，該Excel所顯示數(shù)據(jù)</p><p>　

38、　m1=230 ，θ1=87.8°時，該Excel所顯示數(shù)據(jù)</p><p>　　m1=230 ，θ1=88.2°時，該Excel所顯示數(shù)據(jù)</p><p>　　附錄二 軸Ⅱ四桿機構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)分析表（Excel數(shù)據(jù)表）</p><p>　　m2=190 ，θ2=84°時，該Excel所顯示數(shù)據(jù)</p><p>　

39、　m2=190，θ2=86°時，該Excel所顯示數(shù)據(jù)</p><p>　　m2=190 ，θ2=88°時，該Excel所顯示數(shù)據(jù)</p><p>　　m2=210 ，θ2=84°時，該Excel所顯示數(shù)據(jù)</p><p>　　m2=210 ，θ2=86°時，該Excel所顯示數(shù)據(jù)</p><p>