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1、高等机械设计课程实践(设计报告)汽车前轮转向机构的分析与综合学院机械工程学院专业机械设计制造及其自动化学生姓名学号指导教师完成日期2015年6月 汽车前轮转向机构的分析与综合设计任务书1、本设计的目的、意义 机械原理课程设计是培养学生掌握机械系统运动方案设计能力的技术基础课程，它是机械原理课程学习过程中的一个重要实践环节。其目的是以机械原理课程的学习为基础，进一步巩固和加深所学的基本理论、基本概念和基本知识，培养学生分析和解决与本课程有关的具体机械所涉及的实际问题的能力，使学生熟悉机械系统设计的步骤及方法，其中包括选型、运动方案的确定、运动学和动力学的分析和整体设计等，并进一步提高计算、分析，
2、计算机辅助设计、绘图以及查阅和使用文献的综合能力。 2、学生应完成的任务 本课程设计的任务是对汽车前轮转向机构的选型；要求汽车沿直线行驶时，铰链四杆机构左右对称，保证左右轮转弯时有相同特性。该转向机构为等腰梯形双摇杆机构，设计此铰链四杆机构。对铰链四杆机构进行运动分析和动态静力分析。 目 录设计任务书设计任务书2目 录i第1章 绪论11.1问题的提出11.2设计背景11.3本文研究的主要内容、目标与方法1第2章 设计方案的确定32.1方案确定32.2方案设计步骤3第3章 设计内容53.1 =（）曲线43.2设计铰链四杆机构确定尺寸5第4章 运动分析及仿真84.1建立模形84.2数据分析9设计小
3、结11参考文献12第1章 绪论1.1问题的提出汽车行业发展到今天，汽车前轮定位参数的确定仍然是困扰汽车企业设计的难题。汽车前轮定位参数是汽车的重要指标，前轮定位参数的设计是否合理将直接影响到车辆的重要性能，从而影响到整车的优劣。例如柱销后倾角和内倾角将直接影响到车辆的回正性、直线行驶的稳定性和高速制动时的方向稳定性、转向轻便性；前轮的外倾角将影响到前轮的侧滑和磨损。因此前轮转向机构的设计十分的重要，否则就会影响整车的使用性能。1.2国内外发展研究现状 自从汽车发明以来，转向系统经历了纯机械式，液压助力式，电动液压助力式，电动助力式以及正在研究阶段的线控助力转向式。每一种转向系统都有自身的优点和
4、缺点，是社会发展的需要和客户使用需求综合要求的结果，汽车技术处于不断发展中，转向系统未来该向何种方式发展是汽车零部件厂商和整车厂所一直关心的问题。纯机械式转向系统是伴随着最早的蒸汽汽车一起出现的，局限于当时的科学技术水平，机械转向系统以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的。之后随着汽车保有量增多，液压助力转向系统应运而生。它有一个助力泵，油经助力泵形成高压，再分配到左右动力缸，推动活塞助力工作。液压助力转向系统解决了原地转向费力的问题，但是其动力来源于发动机，因此造成了机构无法兼顾车辆低速时的转向轻便性和高速时的转向稳定性，且成本高，耗能高。 目前随着全球经济形势的快速发展，计算
5、机芯片技术，控制理论，汽车传感器技术已经上升到了一定较高的水平，工程技术人员赋予转向系统更加灵活的布置方式，线控转向系统开始出现。1990年，奔驰公司研发了前轮线控转向系统，其转向盘和转向轮之间没有机械连接，是断开的，通过总线传输必要的信息。来自转向盘传感器和各种车辆当前状态的信息，发送给电子控制子系统后，利用计算机对这些信息进行控制运算，然后对车辆转子系统中的转向阻力传感器给出的信息也经过电子控制主系统，传给转向子系统中模拟路感的部件。 1.3本文研究的主要内容、目标与方法本文是对纯机械式的汽车转向机构的分析，即对汽车前轮转向系统铰链四杆机构的设计，保证汽车沿直线行驶时，铰链四杆机构左右对称
6、，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。根据已给的汽车轴距、轮距、最小转弯万半径等数据数据算出符合运动条件的等腰梯形铰链四杆机构。建立三维模型，并作运动分析，受力分析等。第2章 设计方案的确定2.1方案确定 本文选定上海理工大学高等机械设计课程设计中汽车前轮转向机构课程设计的设计数据中型号三的数据。 汽车前轮转向机构结构图 轴距 L=2900 轮距 B=1555 最小转弯半径 R=6100 轴销到车轮中心的距离 d=4002.2设计方案的确定 1. 作=（）曲线 根据转弯半径Rmin和Rmax=，求出理论上要求的转角和的对应值，作=（）曲线。 2.
7、设计铰链四杆机构ABCD 按给定两连架杆两队对应角位移，且尽可能满足直线行驶时，机构左右对称的附加要求，用图解法设计铰链四杆机构ABCD。 机构初始位置一般经过实验或经验决定，建议o取102o取78。 3. 用计算机对机构进行运动仿真分析 用常见的三维软件对机构进行建模仿真。根据运动仿真的结果，检验机构运动的可能性和合理性。 4. 检验机构的传动角 用图解法检验机构在常用转角范围20时的最小传动角rmin 。 第3章 设计内容已知条件：轴距L=2900mm； 轮距B=1555mm；最小转弯半径 Rmin=6100；轴销到车轮中心的距离d=400mm； o=102，o=78 3.1作=（）曲线
8、由公式 与以及和转弯半径R之间的关系 tan=L/(R-d-B) tan=L(R-d) 算出以下数据所对应与的曲线图如下3.2设计铰链四杆机构确定尺寸按给定两联架杆对应位移,且尽可能满足直线行驶时机构左右对称的附加要求,用图解法设计铰链四杆机构ABCD。 根据上图列唯一矢量方程： 化简到x和y轴： 对于该机构，AD杆长已知，再给定AB杆长及AB与AD夹角，该机构就确定了。令=34.978令=26.966。令l（0.1，0.5）代入位移方程中。得出一组l及对应的和。 令=10，将上面求得的l及值代入位移方程中，得出各种机构l及 对应的实际值。再利用公式得出的理论值。找出实际值中，与理论值最接近的
9、一个。所对应的l及即为最佳机构。最后计算出选出的机构当在0到最大值之间时所对应的的理论值和实际值。 不同l对应的理论值和实际值之差的数据如下：l理论值实际值差值0.121.47520.8680.6060.1521.47520.8540.6210.2021.47520.8410.6330.2521.47520.8310.6440.3021.47520.8130.6610.3521.47520.7980.6760.4021.47520.7820.6930.4521.47520.7620.7030.5021.47520.7420.733由表格数据可知，最佳机构为l=0.1，所对应的为68.84。选定
10、该机构后，检验其实际的可行性，让杆AB转过角度，算出该机构运动时所对应的-数据为：0369121518212426.93理论值03.096.359.8513.8418.2022.7725.9930.5334.91实际值03.066.279.7413.4017.8521.2325.3229.7634.95比较的理论值和实际值可知，该机构的误差较大，故该梯形机构不是最理想的机构。 用图解法检验机构在常用转角范围20时的最小转动角min。 机构在任意位置图示如下：如图所示，传动角=-=，令(0,26.966)。把l与为所选所对应的值代入位移方程。计算出各转角对应的值。则最小的值即为最小传动角min。
11、计算可知， 随着 的增加而单调递减，其 数据如下：03691215182068.6465.7462.7259.4056.0252.3748.5146.05 计算机构自由度： n=5 P1=6 Ph=0 F=3*5-2*6=1 自由度为1，运动确定运动分析下图为该机构在转过某角度的状态如下:列出位移方程：满足该机构在最小转弯半径 Rmin 所对应的和满足P点落在后轴延长线上的要求；并且其他各组和尽可能是能使P点落在后轴延长线上。经过分析，我们取=0.3m，=1.13m。令（0.1，0.5）,代入位移方程中，解得一组l对应的。再令=10，将上面求得的l及值代入位移方程中，得出各种机构l及对应的实际值。 为找出最佳机构，利用公式 得出的理论值。找出实际值中，与理论值最接近的一个。所对应的l及即为最佳机构。画图得： 第4章 运动分析及仿真4.1建模根据已知数据和求出的数据用solidworks建模如图 4.2分析数据 角加速度 角速度 线性速度 线性加速度设计小结 参考文献1. 高等机械设计课程设计 上海理工大学出版，20152. 周立新主编. 机械设计（机械设计基础）. 重庆：重庆大学出版社，19963. 朱龙根，黄雨华主编. 机械系统设计. 北京：机械工业出版社，19904. 黄靖远，龚剑霞，贾延林主编. 机械设计学. 北京：机械工业出版社， 1999
