四轮转向梯形机构优化设计及目标函数选取

四轮转向梯形机构优化设计及目标函数选取
四轮转向梯形机构优化设计及目标函数选取

汽车转向梯形机构图解解析

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。

转向梯形优化设计matlab程序

优化计算MATLAB程序 首先,将目标函数写成M文件,其程序语句如下; function f = fun (x) global K L thetamax alpha for i=1:61 f = 0 betae = atan(tan(alpha(i)/(1-(K/L)*tan(alpha(i)))); A(i)=2*x(1).^2*sin(x(2)+alpha(i)); B(i)=2*K*x(1)-2*x(1).^2*cos(x(2)+alpha(i)); C(i)=2*x(1).^2-4*x(1).^2*(cos(x(2)).^2+4*K*x(1)*cos(x(2))-2*K*x(1)* cos(x(2)+alpha(i)); theta3(i)= 2*acot((A(i)+sqrt(A(i).^2+B(i).^2-C(i).^2))/(B(i)+C(i))); beta(i)=x(2)+theta3(i)-pi; if alpha(i)<=pi/18 f(i)=1.5*abs(beta(i)-betae3(i)); elseif alpha>=pi/18,alpha(i)<=pi/9;f(i)=abs(betaa(i)-betae3(i)); elsef(i)=0.5*abs(beta(i)-betae3(i)); global K L thetamax alpha K=input L=input thetamax=input x0(1)=input

x0(2)=input thetamax = thetamax*pi/180; x0(2)=x0(2)*pi/180;lb(1)=0.17K; lb(2)=0.17*K; ub(1)=acot(K/(1.2*L))ub(2)=pi/2; alpha=linspace (0, theamax ,61); lb=[lb(1),lb(2)]; ub=[ub(1),ub(2)];x(0)=[x0(1),x0(2)]; options = optimset ( ‘TolFun’,‘le-10’,‘TolCon’,‘le-6’) [x,resnorm] = lsqnonlin(‘fun’,x0,lb,ub,options) g lobal K L thetamax alpha K = input L= input thetamax= input x ( 1) = input x ( 2) = input thetamax = thetamax * pi/ 180; x ( 2) = x ( 2) * pi/ 180; alpha= linspace( 0, thetamax , 61) ; fo r i= 1∶61 betae= atan( tan( alpha( i) ) / (( 1- K/ L) * tan( alpha( i) ) ) ) ; A ( i) = 2* ( x ( 1) ) .∧2* sin ( x ( 2) + alpha( i) ) ; B( i) = 2* K* x( 1) - 2* ( x ( 1) ) . ∧2* cos( x( 2) + alpha( i) ) ) ;

转向梯形机构设计报告

采用齿轮齿条式转向器的转向梯形机构优化设计报告 指导老师:罗虹 学生:黄志宇 学号:20156260 专业班级:车辆工程04班 重庆大学方程式赛车创新实践班 二〇一七年二月

赛车转向系统是关系到赛车性能的主要系统,它是用来改变或恢复汽车行驶方向的系统的总称,通常,车手通过转向系统使转向轮偏转一定角度实现行驶方向改变。赛车转向系统一股由方向盘、快拆、转向轴、转向柱、万向节、转向器、转向拉杆、梯形臂等部分组成。其中,方向盘用于输入转向角度,快拆用于快速分离方向盘与转向柱,转向柱、转向轴、万向节共同将方向盘输入角度传递到转向器,转向器通过内部传动副机构将旋转运动转化为转向拉杆的直线运动,转向拉杆与梯形臂作用于转向节,实现车轮转向。图1展示了转向系梯形结构,图2展示了赛车转向系统构成。 图1转向梯形机构 图2赛车转向系统构成

由于大赛组委会规则里面明确规定不允许使用线控或者电动转向,考虑到在赛车转向系统布置空间有限,且有严格的成本限制,以及轻量化的赛车设计目标,将赛车转向器范围限定机械式转向器。目前,国内外的大多数方程式赛车采用齿轮齿条式转向器和断开式转向梯形结构。 ●齿轮齿条式转向器 齿轮齿条式转向器的传动副为齿轮齿条,其中,齿轮多与转向柱做成一体,齿条多与转向横拉杆直接连接,连接点即为断开点位置。根据输出位置不同,分为两端输出式和中间输出式。 其主要优点是:结构简单,体积小,易于设计制作;转向器可选材料多样,壳体可选用招合金,质量轻;传动效率较高;容易实现调隙,当齿轮齿条或者齿条与壳体之间产生间隙时,可以通过安装在齿条背部的挤压力可调的弹簧来消除间隙;转向角度大,制造成本低。 其主要缺点是:传动副釆用齿轮齿条,正效率非常髙的同时,逆效率非常高,可以到达当汽车在颠簸路面上行驶时,路感反馈强烈,来自路面的反冲力很容易传递到方向盘;转向力矩大,驾驶员操纵费力,对方向盘的反冲容易造成驾驶员精神紧张,过度疲劳。 ●断开式转向梯形结构 根据转向器和梯形的布置位置的不同,断开式转向梯形又分为四类,分别为:转向器前置梯形前置,转向器后置梯形后置,转向器前置梯形后置,转向节后置梯形前置。区分前后的分界线是赛车前轴。 当转向器和梯形分置于前轴两侧时,各杆件压力角较大,不利于提高转向效率,转向费力的同时增加了各杆件的长度;转向梯形前置还是后置主要取决于空间布置关系,本车队赛车前轮制动卡钳布置在卡盘后侧,如果将转向梯形布置在后面,会与卡钳、轮辋等部件干涉。 综上所述,本文以齿轮齿条式转向器作为转向器和断开式转向梯形结构,布置形式为转向器前置转向梯形前置对赛车的转向系统进行研究和优化。

遗传算法多目标函数优化

多目标遗传算法优化 铣削正交试验结果 说明: 1.建立切削力和表面粗糙度模型 如: 3.190.08360.8250.5640.45410c e p z F v f a a -=(1) a R =此模型你们来拟合(上面有实验数据,剩下的两个方程已经是我帮你们拟合好的了)(2) R a =10?0.92146v c 0.14365f z 0.16065a e 0.047691a p 0.38457 10002/c z p e Q v f a a D π=-????(3) 变量约束范围:401000.020.080.25 1.0210c z e p v f a a ≤≤??≤≤??≤≤? ?≤≤? 公式(1)和(2)值越小越好,公式(3)值越大越好。π=3.14 D=8 2.请将多目标优化操作过程录像(同时考虑三个方程,优化出最优的自变量数值),方便我后续进行修改;将能保存的所有图片及源文件发给我;将最优解多组发给我,类似于下图(黄色部分为达到的要求)

遗传算法的结果:

程序如下: clear; clc; % 遗传算法直接求解多目标优化 D=8; % Function handle to the fitness function F=@(X)[10^(3.19)*(X(1).^(-0.0836)).*(X(2).^0.825).*(X(3).^0.564).*(X(4).^0. 454)]; Ra=@(X)[10^(-0.92146)*(X(1).^0.14365).*(X(2).^0.16065).*(X(3).^0.047691).*( X(4).^0.38457)]; Q=@(X)[-1000*2*X(1).*X(2).*X(3).*X(4)/(pi*D)];

基于MATLAB的断开式转向梯形的优化设计

华北水利水电大学 《汽车设计》课程设计任务书 设计题目:乘用车整车设计 转向系统——转型梯形的优化设计 专业:机械设计制造及其自动化 班级学号:201108207 姓名:刘鹏飞 指导教师:郭朋彦 设计期限:2014年12 月29日开始 2015年1 月9日结束 机械学院 2014年12月26日

一.设计的目的和意义 课程设计题目——乘用车整车设计是针对2011级汽车方向《汽车设计》课程设计而设置的。设置本选题具有以下的目的和意义: 1.通过对轻型乘用车的设计,可以使我们的理论知识更扎实,加深我们对于《汽车构造》、《汽车理论》、《汽车设计》等专业知识的理解,同时使我们学到的理论知识得以应用。 2.在设计的过程中,需要对参考车型的零部件进行了解、分析、设计、建模与装配、验证等这个过程,可以使我们了解产品的研发过程,位我们步入工作岗位,快速适应工作打下良好的基础。 3.本次设计运用三维设计软件CATIA、UG、Pro-E、Solidworks、Solidedge进行建模和仿真,使我们有机会学习和应用目前三维软件领域最为领先的软件的具体操作,了解行业最前沿,同时使用三维软件进行设计可以缩短产品开发周期,提高设计质量。 二、设计参数 1. 加速时间(0—100 km/h):11.8s; 2. 最小转弯半径:5.3m; 3. 整备质量:1457kg; 4. 满载质量:1940kg; 5. 最高车速:190km/h; 6.外形尺寸(长X宽X高):4850mmX 1795mmX 1475mm; 7 轴距:2775mm; 8.前轮距:1560mm; 9.后轮距:1560mm; 10. 最小离地间隙:135mm; 11. 行李箱容积:506L; 12. 燃油箱容积:70L; 13.驱动方式:前置前驱,发动机横置; 14:供油方式:多点电喷; 15.发动机排量、燃油、气缸排列型式、进气型式:2000mL、汽油93号(北京92号)、L型、自然吸气式;

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]2 K M S l r θθ-=-+-+- S M K h 22arctan +-=? (2) 2 212 2 2221)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。在计算过程中,以梯形底角r 代替横拉杆长l 1作为设计变量,再代入式(1)得到l 1。底角r 可按经验公式先选一个初始值 43r arctan()67.88L K ==,进行优化搜索。 12

多目标优化问题

多目标优化方法 基本概述 几个概念 优化方法 一、多目标优化基本概述 现今,多目标优化问题应用越来越广,涉及诸多领域。在日常生活与工程中,经常要求不只一项指标达到最优,往往要求多项指标同时达到最优,大量的问题都可以归结为一类在某种约束条件下使多个目标同时达到最优的多目标优化问题。例如:在机械加工时,在进给切削中,为选择合适的切削速度与进给量,提出目标:1)机械加工成本最低2)生产率低3)刀具寿命最长;同时还要满足进给量小于加工余量、刀具强度等约束条件。 多目标优化的数学模型可以表示为: X=[x1,x2,…,x n ]T----------n维向量 min F(X)=[f1(X),f2(X),…,f n(X)]T----------向量形式的目标函数s、t、g i(X)≤0,(i=1,2,…,m) h j(X)=0,(j=1,2,…,k)--------设计变量应满足的约束条件多目标优化问题就是一个比较复杂的问题,相比于单目标优化问题,在多目标优化问题中,约束要求就是各自独立的,所以无法直接比较任意两个解的优劣。 二、多目标优化中几个概念:最优解,劣解,非劣解。 最优解X*:就就是在X*所在的区间D中其函数值比其她任何点的函数

值要小即f(X*)≤f(X),则X*为优化问题的最优解。 劣解X*:在D中存在X使其函数值小于解的函数值,即f(x)≤f(X*), 即存在比解更优的点。 非劣解X*:在区间D中不存在X使f(X)全部小于解的函数值f(X*)、 如图:在[0,1]中 X*=1为最优解 在[0,2]中 X*=a为劣解 在[1,2]中 X*=b为非劣解 多目标优化 问题中绝对最优 解存在可能性一般很小,而劣解没有意义,所以通常去求其非劣解来解决问题。 三、多目标优化方法 多目标优化方法主要有两大类: 1)直接法:直接求出非劣解,然后再选择较好的解 将多目标优化问题转化为单目标优化问题。 2)间接法如:主要目标法、统一目标法、功效系数法等。 将多目标优化问题转化为一系列单目标优化问题。 如:分层系列法等。

转向梯形机构计算及优化案.doc

转向梯形机构确定、计算及优化 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。 5.5.1转向梯形结构方案分析 1.整体式转向梯形 图5-14 整体式转向梯形 1—转向横拉杆2—转向梯形臂3—前轴 整体式转向梯形是由转向横拉杆1,转向梯形臂2和汽车前轴3组成,如图5-14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5-15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5-15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5-16b): 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。 2)延长直线AB 与B A K K ,交于AB Q 点,连AB PQ 直线。 3)连接S 和B 点,延长直线SB 。 4)作直线BS PQ ,使直线AB PQ 与BS PQ 间夹角等于直线A PK 与PS 间的夹角。当S 点低于A 点时,BS PQ 线应低于AB PQ 线。 5)延长PS 与B BS K Q ,相交于D 点,此D 点便是横拉杆铰接点(断开点)的理想的位 置。

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。 2)延长直线AB 与B A K K ,交于AB Q 点,连AB PQ 直线。 3)连接S 和B 点,延长直线SB 。 4)作直线BS PQ ,使直线AB PQ 与BS PQ 间夹角等于直线A PK 与

遗传算法程序代码--多目标优化--函数最值问题

函数最值问题:F=X2+Y2-Z2, clear clc %%初始化 pc=0.9; %交叉概率 pm=0.05; %变异概率 popsize=500; chromlength1=21; chromlength2=23; chromlength3=20; chromlength=chromlength1+chromlength2+chromlength3; pop=initpop(popsize,chromlength);% 产生初始种群 for i=1:500 [objvalue]=calobjvalue(pop); %计算目标函数值 [fitvalue]=calfitvalue(objvalue);%计算个体适应度 [newpop]=selection(pop,fitvalue);%选择 [newpop1]=crossover(newpop,pc) ; %交叉 [newpop2]=mutation(newpop1,pm) ;%变异 [newobjvalue]=newcalobjvalue(newpop2); %计算最新代目标函数值 [newfitvalue]=newcalfitvalue(newobjvalue); % 计算新种群适应度值[bestindividual,bestfit]=best(newpop2,newfitvalue); %求出群体中适应值最大的个体及其适应值 y(i)=max(bestfit); %储存最优个体适应值 pop5=bestindividual; %储存最优个体 n(i)=i; %记录最优代位置 %解码 x1(i)=0+decodechrom(pop5,1,21)*2/(pow2(21)-1); x2(i)=decodechrom(pop5,22,23)*6/(pow2(23)-1)-1; x3(i)=decodechrom(pop5,45,20)*1/(pow2(20)-1); pop=newpop2; end %%绘图 figure(1)%最优点变化趋势图 i=1:500; plot(y(i),'-b*') xlabel('迭代次数'); ylabel('最优个体适应值'); title('最优点变化趋势'); legend('最优点');

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= 2 100 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:

汽车转向梯形机构设计

设计题目:汽车转向梯形机构的设计 班级:机自 xx 姓名: xxx 指导老师: xx 2010年10月10日 西安交通大学

汽车转向梯形机构设计 机自84班李亚敏 08011098 设计要求: (1)设计实现前轮转向梯形机构; (2)转向梯形机构在运动过程中有良好的传力性能。 原始数据: 车型:无菱兴旺,转向节跨距M:1022mm,前轮距D:1222mm,轴距L:1780mm,最小转弯半径R:4500mm。 前言: 汽车转向系统是用来改变或恢复其行驶方向的专设机构,由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三部分组成。转向操纵机构主要由方向盘、转向轴、转向管柱等组成:转向器将方向盘的转动变为转向摇臂的摆动或齿条轴的往复运动,并对转向操纵力进行放大的机构:转向传动机构将转向器输出的力和运动传给车轮,并使左右车轮按一定关系进行偏转运动的机构。 设计过程: 一、设计原理简介 1采用转向梯形机构转向的机动车辆,左右转弯时应具有相同的特征,因此左右摇臂是等长的。 2内外侧转向轮偏转角满足无侧滑条件时的关系式为:

cotα?cotβ=M L (1) 3.转向过程中转向梯形机构应满足的方程为 cos(α+α0)=cos(β+β0)?a M cos(β+β0?α? α0)+2a2?b2+M2 2Ma (2) 且 b=M?2acosα0 (3) 代人整理得: cos(α+α0)=?cos(β?α0)+a M cos(β?α?2α0)+2cosα0? 2cos2α0 M +a M (4) 式中αβ为无侧滑状态下梯形臂转角的对应位置,可视为已知。由(1)式算出来,因此,方程中有两个独立的未知量需求解,要梯形臂转角的两个对应位置即两个方程来求解。 4梯形臂转角的两个对应位置的确定 由函数逼近理论确定梯形臂转角的两个对应位置的方程为:αi= qq 2[1?cos2i?1 4 π](i=1,2) (5)式中, qq为外偏转角的最佳范围值,由计算机逐步搜索获得。由汽车的最

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面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α应大于外侧车轮的转角β。当车轮被视为绝对刚体的假设条件下,左右转向轮转角α和β应满足Ackermann 转向几何学要求,如式(1)所示。 L B - =βαcot cot (1) 其中: α-内侧转向轮转角; β-外侧转向轮转角; B -两侧主销轴线与地面相交点之间的距离; L -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)。 0t a n a r c t a n 1t a n B L αβα=+ ? (2) 同理,当汽车右转向时,Ackermann 转角关系如式(3)所示。 L B + =βαcot cot (3) 根据式(3)可得理想的右轮转角,如式4所示。 0tan arctan 1tan B L αβα =- ? (4) 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。 v α β β α B L R 图1 汽车转向示意图

图2 由齿轮齿条转向机驱动的断开式转向梯形机构 图中: 1L -转向机齿条左右球铰中心的距离; 2L -左右横拉杆的长度; 3L -左右转向节臂的长度; w L -车轮中心至转向主销的距离; 1S -转向齿条从中心位置向左的位移量; 2S -转向齿条从中心位置向左的位移量; y -转向齿条左右球铰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; 0S -直线行驶时,转向齿条左球铰中心和左转向主销的水平距离; 0α-转向节臂与汽车纵轴线的夹角。 运用余弦定理和三角函数变换公式,经推导可得: 23cos cos()2() AO B BO Y L S y α=∠+∠= + A 点的坐标值为: 222 22()2()B Xa y S C y S Ya y S ?=???+? ?+?? =-??+? 其中: 32A L S =-?,32B L y =-?,2 2 22 2 3 C L L y S =---; S -表示转向齿条左球铰中心和左转向主销中心的实际距离, 对于直线行驶时,0S S =; 转向时,对于左转向轮:0S S S =- 右转向轮:0S S S =+。 由此得到左转向轮转角随齿条运动的方程,如式(5)所示;右转向轮如式(6)所示。 当A 点位于O 点的左侧——即Xa> 2 B 时: 02 32() L y S απα=+??+ (5a ) 当A 点位于O 点的右侧——即Xa> 2 B 时:

汽车转向梯形机构图解解析

汽车转向梯形机构图解解析

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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: 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。

转向梯形图解

转向发飘往往是由行驶中前轮“摆状”引起的。当车辆行驶达到某一高速时,出现转向盘发抖或摆振的原因有:垫补轮胎或轮辋修补造成前轮总成动平衡被破坏;传动轴总成有零件松动,传动轴总成动平衡被破坏;减振器失效;钢板弹簧钢度不一致;转向系机件磨损松旷等。 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。

转向梯形机构设计报告

转向梯形机构设计 报告

采用齿轮齿条式转向器的 转向梯形机构优化设计报告 指导老师:罗虹 学生:黄志宇 学号: 6260 专业班级:车辆工程04班 重庆大学方程式赛车创新实践班 二〇一七年二月

一、赛车转向系概述 赛车转向系统是关系到赛车性能的主要系统,它是用来改变或恢复汽车行驶方向的系统的总称,一般,车手经过转向系统使转向轮偏转一定角度实现行驶方向改变。赛车转向系统一股由方向盘、快拆、转向轴、转向柱、万向节、转向器、转向拉杆、梯形臂等部分组成。其中,方向盘用于输入转向角度,快拆用于快速分离方向盘与转向柱,转向柱、转向轴、万向节共同将方向盘输入角度传递到转向器,转向器经过内部传动副机构将旋转运动转化为转向拉杆的直线运动,转向拉杆与梯形臂作用于转向节,实现车轮转向。图1展示了转向系梯形结构,图2展示了赛车转向系统构成。 图1转向梯形机构

图2赛车转向系统构成 二、赛车转向系选型 由于大赛组委会规则里面明确规定不允许使用线控或者电动转向,考虑到在赛车转向系统布置空间有限,且有严格的成本限制,以及轻量化的赛车设计目标,将赛车转向器范围限定机械式转向器。当前,国内外的大多数方程式赛车采用齿轮齿条式转向器和断开式转向梯形结构。 齿轮齿条式转向器 齿轮齿条式转向器的传动副为齿轮齿条,其中,齿轮多与转向柱做成一体,齿条多与转向横拉杆直接连接,连接点即为断开点位置。根据输出位置不同,分为两端输出式和中间输出式。 其主要优点是:结构简单,体积小,易于设计制作;转向器可选材料多样,壳体可选用招合金,质量轻;传动效率较高;容易实现调隙,当齿轮齿条或者齿条与壳体之间产生间隙时,能够经

多目标函数的优化设计方法

第9章 多目标函数的优化设计方法 Chapter 9 Multi-object Optimal Design 在实际的机械设计中,往往期望在某些限制条件下,多项设计指标同时达到最优,这类问题称为多目标优化设计问题。与前面单目标优化设计不同的是,多目标优化设计有着多种提法和模式,即数学模型。因此,解决起来要比单目标问题复杂的多。 9.1 多目标最优化模型 9.1.1 问题举例 例9-1 生产计划问题 某工厂生产n (2≥n )种产品:1号品、2号品、...、n 号品。 已知:该厂生产)...,,2,1(n i i =号品的生产能力是i a 吨/小时; 生产一吨)...,,2,1(n i i =号品可获利润i α元; 根据市场预测,下月i 号品的最大销售量为)...,,2(n i b i =吨; 工厂下月的开工能力为T 小时; 下月市场需要尽可能多的1号品。 问题:应如何安排下月的生产计划,在避免开工不足的条件下,使 工人加班时间尽可能的地少; 工厂获得最大利润; 满足市场对1号品尽可能多地要求。 为制定下月的生产计划,设该厂下月生产i 号品的时间为)...,,1(n i x i =小时。 9.1.2 基本概念 如图9.1所示,两个目标函数f 1,f 2中的若干个设计中,3,4称为非劣解,若 )(min{)(*x f x f j j ≤ S.t .0)(≤x g u u=1,2,………….m 成立,则称* x 为非劣解。若不存在一个方向,同时满足: 0)(*≤*?s x f (目标函数值下降0)(*≤*?s x g (不破坏约束) 图9.1 则称* x 为约束多目标优化设计问题的K-T 非劣解。这样,多目标优化设计问题的求解过程为:先求出满足K-T 条件的非劣解,再从众多的非劣解确定一个选好解。 多目标优化的数学模型: T r x f x f x f X F V )](),........(),([)(m in 21=--

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

多目标优化的求解方法

多目标优化的求解方法 多目标优化(MOP)就是数学规划的一个重要分支,就是多于一个的数值目标函数在给定区域上的最优化问题。 多目标优化问题的数学形式可以描述为如下: 多目标优化方法本质就是将多目标优化中的各分目标函数,经处理或数学变换,转变成一个单目标函数,然后采用单目标优化技术求解。目前主要有以下方法: (1)评价函数法。常用的方法有:线性加权与法、极大极小法、理想点法。评价函数法的实质就是通过构造评价函数式把多目标转化为单目标。 (2)交互规划法。不直接使用评价函数的表达式,而就是使决策者参与到求解过程,控制优化的进行过程,使分析与决策交替进行,这种方法称为交互规划法。常用的方法有:逐步宽容法、权衡比替代法,逐次线性加权与法等。 (3)分层求解法。按目标函数的重要程度进行排序,然后按这个排序依次进行单目标的优化求解,以最终得到的解作为多目标优化的最优解。 而这些主要就是通过算法来实现的, 一直以来很多专家学者采用不同算法解决多目标优化问题, 如多目标进化算法、多目标粒子群算法与蚁群算法、模拟退火算法及人工免疫系统等。 在工程应用、生产管理以及国防建设等实际问题中很多优化问题都就是多目标优化问题, 它的应用很广泛。 1)物资调运车辆路径问题 某部门要将几个仓库里的物资调拨到其她若干个销售点去, 在制定调拨计划时一般就要考虑两个目标, 即在运输过程中所要走的公里数最少与总的运输费用最低, 这就是含有两个目标的优化问题。利用首次适配递减算法与标准蚁群算法对救灾物资运输问题求解, 求得完成运输任务的最少时间, 将所得结果进行了比较。 2)设计 如工厂在设计某种新产品的生产工艺过程时, 通常都要求产量高、质量好、成本低、消耗少及利润高等, 这就就是一个含有五个目标的最优化问题; 国防部门在设计导弹时, 要考虑导弹的射程要远、精度要最高、重量要最轻以及消耗燃料要最省等,这就就是一个含有四个目标的最优化问题。Jo等人将遗传算法与有限元模拟软件结合

有关多目标优化设计完整过程

有关多目标优化设计完整过程 由于做项目,我在仿真论坛上搜索过N次,只是查到说多目标要用加权和方法。但是没有具体步骤,经过一些时间郁闷,看了几天的help,终于搞出来了。 我的经验如下,不一定正确(我个人感觉是正确的),我用的是9.0版。我只是把我发现在问题,解决问题的过程说出来,可能语句不太通顺。 1. 我们用optistruct时只能有一个objective.如下图: 我只用过min,其他三个我没有用过。特别是后两个,谁用过说一下。 2.我们可以设置多个response,可以把很多response用dconstraint约束,但是只能有一个objective。有时我们需要同时满足某几个response的最小值或是最大值。但是deconstraint 只能设置response的上限或是下,不能设置为min或是max。(听说可以将上限和下限设置成相近的值可以使约束近似定为某一确定的值)。 3.多目标其实在help里有说明,如下。 DRESP2 – Design Response via equations for design optimization Description When a desired response is not directly available from OptiStruct, it may be calculated using DRESP2. This response can be a functional combination of any set of responses that are the result of a design analysis iteration. These responses can be used as a design objective or as design constraints. The DRESP2 card identifies the equation to use for the response relationship and the input values to evaluate the response function. 我看过一些论文,现在还没有什么新的理论可以实现多目标(可能我没有发现),现在对多目标的处理情况是response用函数关联起来,将不同的response设置为函数的变量,把多目标处理成为一个单目标。方程形式如下:f=w1*response1+w2*response2 W1,w2 为权值。

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