汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　高等機(jī)械設(shè)計(jì)課程實(shí)踐</p><p><b>　　(設(shè)計(jì)報(bào)告)</b></p><p>　　汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的分析與綜合</p><p>　學(xué)　　院機(jī)械工程學(xué)院</p><p>　?！　I(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化</p><p>　學(xué)生姓名</p><p&g

2、t;　學(xué)　　號(hào)</p><p>　指導(dǎo)教師</p><p>　完成日期2015年6月</p><p>　　《汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的分析與綜合》</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　　1、本設(shè)計(jì)的目的、意義 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)能力的技術(shù)基礎(chǔ)

3、課程，它是機(jī)械原理課程學(xué)習(xí)過(guò)程中的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。其目的是以機(jī)械原理課程的學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步鞏固和加深所學(xué)的基本理論、基本概念和基本知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決與本課程有關(guān)的具體機(jī)械所涉及的實(shí)際問(wèn)題的能力，使學(xué)生熟悉機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟及方法，其中包括選型、運(yùn)動(dòng)方案的確定、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析和整體設(shè)計(jì)等，并進(jìn)一步提高計(jì)算、分析，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、繪圖以及查閱和使用文獻(xiàn)的綜合能力。

4、 </p><p>　　2、學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù) 本課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是對(duì)汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的選型；要求汽車沿直線行駛時(shí)，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)左右對(duì)稱，保證左右輪轉(zhuǎn)彎時(shí)有相同特性。該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)為等腰梯形雙搖桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)此鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。對(duì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)靜力分析。 </p><p><b>　　目 錄</b></

5、p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2</b></p><p><b>　　目 錄i</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1問(wèn)題的提出

6、1</p><p><b>　　1.2設(shè)計(jì)背景1</b></p><p>　　1.3本文研究的主要內(nèi)容、目標(biāo)與方法1</p><p>　　第2章 設(shè)計(jì)方案的確定3</p><p><b>　　2.1方案確定3</b></p><p>　　2.2方案設(shè)計(jì)步驟3&l

7、t;/p><p>　　第3章 設(shè)計(jì)內(nèi)容5</p><p>　　3.1 β=β（α）曲線4</p><p>　　3.2設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)確定尺寸5</p><p>　　第4章 運(yùn)動(dòng)分析及仿真8</p><p><b>　　4.1建立模形8</b></p><p><

8、b>　　4.2數(shù)據(jù)分析9</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)小結(jié)11</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)12</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1問(wèn)題的提出</b&g

9、t;</p><p>　　汽車行業(yè)發(fā)展到今天，汽車前輪定位參數(shù)的確定仍然是困擾汽車企業(yè)設(shè)計(jì)的難題。汽車前輪定位參數(shù)是汽車的重要指標(biāo)，前輪定位參數(shù)的設(shè)計(jì)是否合理將直接影響到車輛的重要性能，從而影響到整車的優(yōu)劣。例如柱銷后傾角和內(nèi)傾角將直接影響到車輛的回正性、直線行駛的穩(wěn)定性和高速制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向輕便性；前輪的外傾角將影響到前輪的側(cè)滑和磨損。因此前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)十分的重要，否則就會(huì)影響整車的使用性能。<

10、;/p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展研究現(xiàn)狀</p><p>　　自從汽車發(fā)明以來(lái)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了純機(jī)械式，液壓助力式，電動(dòng)液壓助力式，電動(dòng)助力式以及正在研究階段的線控助力轉(zhuǎn)向式。每一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都有自身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，是社會(huì)發(fā)展的需要和客戶使用需求綜合要求的結(jié)果，汽車技術(shù)處于不斷發(fā)展中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)未來(lái)該向何種方式發(fā)展是汽車零部件廠商和整車廠所一直關(guān)心的問(wèn)題。</p><p>

11、;　　純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是伴隨著最早的蒸汽汽車一起出現(xiàn)的，局限于當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)水平，機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，其中所有傳力件都是機(jī)械的。之后隨著汽車保有量增多，液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。它有一個(gè)助力泵，油經(jīng)助力泵形成高壓，再分配到左右動(dòng)力缸，推動(dòng)活塞助力工作。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)解決了原地轉(zhuǎn)向費(fèi)力的問(wèn)題，但是其動(dòng)力來(lái)源于發(fā)動(dòng)機(jī)，因此造成了機(jī)構(gòu)無(wú)法兼顧車輛低速時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時(shí)的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，且成本高，耗能高。</p>

12、;<p>　　目前隨著全球經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)芯片技術(shù)，控制理論，汽車傳感器技術(shù)已經(jīng)上升到了一定較高的水平，工程技術(shù)人員賦予轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更加靈活的布置方式，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開(kāi)始出現(xiàn)。1990年，奔馳公司研發(fā)了前輪線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向輪之間沒(méi)有機(jī)械連接，是斷開(kāi)的，通過(guò)總線傳輸必要的信息。來(lái)自轉(zhuǎn)向盤(pán)傳感器和各種車輛當(dāng)前狀態(tài)的信息，發(fā)送給電子控制子系統(tǒng)后，利用計(jì)算機(jī)對(duì)這些信息進(jìn)行控制運(yùn)算，然后對(duì)車輛轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向阻力傳感

13、器給出的信息也經(jīng)過(guò)電子控制主系統(tǒng)，傳給轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)中模擬路感的部件。</p><p>　　1.3本文研究的主要內(nèi)容、目標(biāo)與方法</p><p>　　本文是對(duì)純機(jī)械式的汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的分析，即對(duì)汽車前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，保證汽車沿直線行駛時(shí)，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)左右對(duì)稱，保證左右轉(zhuǎn)彎時(shí)具有相同的特性。該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)為等腰梯形雙搖桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)此鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。</p><p>

14、　　根據(jù)已給的汽車軸距、輪距、最小轉(zhuǎn)彎萬(wàn)半徑等數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)算出符合運(yùn)動(dòng)條件的等腰梯形鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。建立三維模型，并作運(yùn)動(dòng)分析，受力分析等。</p><p>　　第2章 設(shè)計(jì)方案的確定</p><p><b>　　2.1方案確定</b></p><p>　　本文選定上海理工大學(xué)高等機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中型號(hào)三的數(shù)據(jù)。

15、</p><p>　　汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　軸距 L=2900 </p><p>　　輪距 B=1555</p><p>　　最小轉(zhuǎn)彎半徑 R=6100</p><p>　　軸銷到車輪中心的距離 d=400&l

16、t;/p><p>　　2.2設(shè)計(jì)方案的確定</p><p>　　1. 作β=β（α）曲線</p><p>　　根據(jù)轉(zhuǎn)彎半徑Rmin和Rmax=∞，求出理論上要求的轉(zhuǎn)角α和β的對(duì)應(yīng)值，作β=β（α）曲線。</p><p>　　2. 設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD</p><p>　　按給定兩連架桿兩隊(duì)對(duì)應(yīng)角位移，且盡可能滿足直線行

17、駛時(shí)，機(jī)構(gòu)左右對(duì)稱的附加要求，用圖解法設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD。</p><p>　　機(jī)構(gòu)初始位置一般經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)決定，建議αo取102°βo取78°。</p><p>　　3. 用計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析</p><p>　　用常見(jiàn)的三維軟件對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模仿真。根據(jù)運(yùn)動(dòng)仿真的結(jié)果，檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的可能性和合理性。</p>&l

18、t;p>　　4. 檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角</p><p>　　用圖解法檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)在常用轉(zhuǎn)角范圍α≦20°時(shí)的最小傳動(dòng)角rmin 。</p><p><b>　　第3章 設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　已知條件：軸距L=2900mm； 輪距B=1555mm；最小轉(zhuǎn)彎半徑 Rmin=6100；軸銷到車輪中心的距離d=400mm； αo

19、=102°，βo=78° </p><p>　　3.1作β=β（α）曲線</p><p>　　由公式 α與β以及和轉(zhuǎn)彎半徑R之間的關(guān)系</p><p>　　tanα=L/(R-d-B) </p><p>　　tanβ=L(R-d

20、)</p><p><b>　　算出以下數(shù)據(jù)</b></p><p>　　所對(duì)應(yīng)α與β的曲線圖如下</p><p>　　3.2設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)確定尺寸</p><p>　　按給定兩聯(lián)架桿對(duì)應(yīng)位移,且盡可能滿足直線行駛時(shí)機(jī)構(gòu)左右對(duì)稱的附加要求,用圖解法設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD。</p><p>　　

21、根據(jù)上圖列唯一矢量方程：</p><p><b>　　化簡(jiǎn)到x和y軸：</b></p><p>　　對(duì)于該機(jī)構(gòu)，AD桿長(zhǎng)已知，再給定AB桿長(zhǎng)及AB與AD夾角，該機(jī)構(gòu)就確定了。令β=34.978°令α=26.966°。令l∈（0.1，0.5）代入位移方程中。得出一組l及對(duì)應(yīng)的和β。</p><p>　　令α=10°，

22、將上面求得的l及值代入位移方程中，得出各種機(jī)構(gòu)l及 對(duì)應(yīng)的β實(shí)際值。</p><p>　　再利用公式得出β的理論值。找出實(shí)際值中，與β理論值最接近的一個(gè)。所對(duì)應(yīng)的l及即為最佳機(jī)構(gòu)。</p><p>　　最后計(jì)算出選出的機(jī)構(gòu)當(dāng)α在0到最大值之間時(shí)所對(duì)應(yīng)的β的理論值和實(shí)際值。</p><p>　　不同l對(duì)應(yīng)的β理論值和實(shí)際值之差的數(shù)據(jù)如下：</p><

23、;p>　　由表格數(shù)據(jù)可知，最佳機(jī)構(gòu)為l=0.1，所對(duì)應(yīng)的為68.84°。</p><p>　　選定該機(jī)構(gòu)后，檢驗(yàn)其實(shí)際的可行性，讓桿AB轉(zhuǎn)過(guò)α角度，算出該機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)所對(duì)應(yīng)的α--β數(shù)據(jù)為：</p><p>　　比較β的理論值和實(shí)際值可知，該機(jī)構(gòu)的誤差較大，故該梯形機(jī)構(gòu)不是最理想的機(jī)構(gòu)。</p><p>　　用圖解法檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)在常用轉(zhuǎn)角范圍α≤20

24、76;時(shí)的最小轉(zhuǎn)動(dòng)角γmin。</p><p>　　機(jī)構(gòu)在任意位置圖示如下：</p><p>　　如圖所示，傳動(dòng)角γ=-β=θ，令α∈(0,26.966°)。把l與為所選所對(duì)應(yīng)的值代入位移方程。計(jì)算出各轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的γ值。則最小的值即為最小傳動(dòng)角γmin。</p><p>　　計(jì)算可知， γ隨著 α 的增加而單調(diào)遞減，其α—γ 數(shù)據(jù)如下：</p>

25、<p><b>　　計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度：</b></p><p>　　n=5 P1=6 Ph=0</p><p>　　F=3*5-2*6=1</p><p>　　自由度為1，運(yùn)動(dòng)確定</p><p><b>　　運(yùn)動(dòng)分析</b></p><p>　　下圖為該

26、機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)過(guò)某角度的狀態(tài)如下:</p><p><b>　　列出位移方程：</b></p><p>　　滿足該機(jī)構(gòu)在最小轉(zhuǎn)彎半徑 Rmin 所對(duì)應(yīng)的α和β滿足P點(diǎn)落在后軸延長(zhǎng)線上的要求；并且其他各組α和β盡可能是能使P點(diǎn)落在后軸延長(zhǎng)線上。</p><p>　　經(jīng)過(guò)分析，我們?nèi)?0.3m，=1.13m。令∈（0.1，0.5）,代入位移方程中，解得一

27、組l對(duì)應(yīng)的θ。</p><p>　　再令α=10°，將上面求得的l及θ值代入位移方程中，得出各種機(jī)構(gòu)l及θ對(duì)應(yīng)β的實(shí)際值。</p><p>　　為找出最佳機(jī)構(gòu)，利用公式 得出的理論值。找出實(shí)際值中，與β理論值最接近的一個(gè)。所對(duì)應(yīng)的l及即為最佳機(jī)構(gòu)。</p><p><b>　　畫(huà)圖得：</b></p><p>

28、　　第4章 運(yùn)動(dòng)分析及仿真</p><p><b>　　4.1建模</b></p><p>　　根據(jù)已知數(shù)據(jù)和求出的數(shù)據(jù)用solidworks建模如圖</p><p><b>　　4.2分析數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　角加速度</b></p><

29、;p><b>　　角速度</b></p><p><b>　　線性速度</b></p><p><b>　　線性加速度</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)小結(jié)</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></

30、p><p>　　1. 高等機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 上海理工大學(xué)出版，2015</p><p>　　2. 周立新主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)（機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)Ⅱ）. 重慶：重慶大學(xué)出版社，1996</p><p>　　3. 朱龍根，黃雨華主編. 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990</p><p>　　4. 黃靖遠(yuǎn)，龔劍霞，賈延林主編. 機(jī)