(汽车行业)汽车转向梯形机构设计
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：xx2021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局部组成。
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=ML(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)−aMcos(β+β0−α−α0)+2a2−b2+M22Ma(2)且b=M−2acosα0(3)代人整理得：cos(α+α0)=−cos(β−α0)+aMcos(β−α−2α0)+2cosα0−2cos2α0M +aM(4)式中αβ为无侧滑状态下梯形臂转角的对应位置，可视为。
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确实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−14π](i=1,2)(5)式中，qq为外偏转角的最正确范围值，由计算机逐步搜索获得。
由汽车的最大转弯半径可得最大转角为度。
5非线性方程组的求解由梯形臂转角的两个对应位置确定的方程为cos(αi+α0)+cos(βi−α0)−aMcos(βi−αi−2α0)−2cosα0+2cos2α0M −aM=0 (i=1,2)可用最速下降法计算该方程。
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在汽车的转向系统中，梯形机构起着至关重要的作用。
它是将驾驶员的转向输入转化为车辆前轮的转向角度的关键部件。
梯形机构的设计涉及到多个参数的定义，这些参数直接影响着汽车的转向性能和安全性。
本文将围绕汽车转向梯形机构设计中的参数定义展开讨论，以期帮助读者更好地了解梯形机构的设计原理和优化方法。
1. 转向比（Steering Ratio）转向比是指驾驶员转动方向盘一定角度时，前轮转动的角度比例。
转向比的大小直接影响着汽车的转向灵活性和稳定性。
一般来说，转向比越大，驾驶员转动方向盘的力度越小，但转向的角度也相应较小。
而转向比较小的车辆则需要驾驶员施加更大的力量来完成转向操作，但转向的角度相对较大。
因此，在梯形机构的设计中，需要合理选择转向比，以平衡灵活性和稳定性的要求。
2. 转向机构总传动比（Total Steering Gear Ratio）转向机构总传动比是指从方向盘到前轮转角的传动比。
它由多个参数组成，包括转向机构内部的传动比和梯形机构的传动比等。
转向机构总传动比的大小决定了驾驶员转动方向盘的力度与前轮转动角度之间的关系。
通常情况下，总传动比越大，驾驶员需要施加的力量越小，但前轮转动的角度也相应较小。
因此，在设计中需要综合考虑驾驶员的操作习惯和车辆的转向需求，选择合适的总传动比。
3. 梯形机构长度比（Length Ratio）梯形机构长度比是指梯形机构各杆长的比值。
梯形机构的长度比直接影响着前轮的转向角度。
一般来说，长度比越大，前轮转向的角度也越大。
但同时，长度比的增大也会增加梯形机构的长度，增加了转向机构的复杂性和重量。
因此，在梯形机构的设计中，需要权衡转向角度和机构的尺寸，选择适当的长度比。
4. 梯形机构的安装角度（Installation Angle）梯形机构的安装角度是指梯形机构与车辆纵向轴线的夹角。
安装角度的大小直接影响着汽车的转向稳定性和操控性能。
一般来说，安装角度越小，转向的稳定性越好，但操控性能可能会受到一定的影响。
汽车转向梯形机构最佳方案的设计
K 0 —主动转臂两球头销中心的距离 Η与 Ε—任意位置专线梯形的底角 Η0 与 Ε0—中间位置转向梯形的底角 Α—内轮转角 Β—外轮转角 ΒL —理论外轮转角 ΒS—实际外轮转角 ∆—转向偏差
3 最佳方案的设计
最佳方案的设计用两步完成, 第一步: 用计算机 采用优选法确定最优区间。 第二步: 用计算机采用 公式法在最优区间内确定最佳方案。 如果只用公式 法, 计算太繁琐, 时间化费太长, 有的复杂问题要花 几十个小时, 才能出结果, 所以要用优选法确定最优 区间。 如果只采用优选法, 在变量多时有漏点的缺 点。优选法的结果并不是峰值、顶点。为了进一步提
x
3 i
x
y
2 i
i
i=
1至n
使实际特征线的斜率与理论特征线的斜率相差
最小,
即: ∆k= K (实) - K (理)
在偏差 ∆k 给定一个计算精度, 即可利用计算机 进行优化, 求出转向梯形机构各杠杆的尺寸和相应
的底角的数值系列, 从中选出最优杆件尺寸和底角
区间。
汽车整体式转向梯形机构仿真计算与优化
汽车整体式转向梯形机构仿真计算与优化首先，需要进行操纵性能仿真计算。
操纵性能是指车辆在转向过程中的稳定性、准确性和操纵力的大小。
通过建立车辆动力学模型，可以模拟车辆在不同转向输入下的行驶状态，并计算车辆的操纵性能参数，如转向响应时间、转向幅度和操纵力矩等。
通过对不同转向梯形机构参数的变化进行仿真计算，可以评估梯形机构对操纵性能的影响，并进行优化设计。
其次，还需要进行力学性能仿真计算。
力学性能是指转向机构在不同工况下的强度、刚度和耐久性等。
通过建立转向机构的有限元模型，可以分析转向机构在不同工况下的应力、应变和位移等力学参数，评估转向机构的设计是否满足强度和刚度要求，并进行优化调整。
同时，还可以通过应用疲劳分析方法，预测转向机构在长期使用过程中的损伤、疲劳寿命和可靠性等问题，以提高整体转向机构的耐久性。
最后，需要进行优化设计。
在进行仿真计算的基础上，可以通过参数优化和结构优化方法，对转向机构的参数和结构进行调整和改进。
例如，通过对齿条、滚珠丝杠、主动齿轮和从动齿轮等关键部件的几何参数进行优化，可以减小滚动摩擦和间隙，提高转向机构的机械效率和动力传递精度。
同时，还可以通过改变转向机构的布局和材料选择，减少转向机构的质量，并提高其刚度和强度，从而提升整体转向机构的性能。
综上所述，汽车整体式转向梯形机构的仿真计算与优化是确保汽车操纵性和稳定性的重要环节，能够通过操纵性能仿真计算、力学性能仿真计算和优化设计方法，对转向机构的性能进行评估和改进，提高汽车整体转向梯形机构的性能和可靠性。
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而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a应大于外侧车轮的转角庆当车轮被视为绝对刚体的假设条件下，左右转向轮转角a和卩应满足Ackermann 转向几何学要求，如式（1）所示。
c Bcottz = cot/7 ------ （1）其中：«一内侧转向轮转角；B—外侧转向轮转角；B-两侧主销轴线与地而相交点之间的距离：L 一汽车前后轴距：R—转弯半径。
根据式（1）可得理想的右轮转角，如式（2）otana (2) =arctan1 + — x tana L同理，当汽车右转向时，Ackermann转角关系如式（3）所示。
(3)cot a =cot/7 + —根据式（3）可得理想的右轮转角，如式4所示。
tana(4)=circtan1 - — x tan aL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。
图中：厶一转向机齿条左右球较中心的距离；L 2 一左右横拉杆的长度；厶一左右转向节臂的长度：厶•一车轮中心至转向主销的距离：S] —转向齿条从中心位置向左的位移量： s 2 一转向齿条从中心位宜向左的位移量：y —转向齿条左右球狡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: S 。
一直线行驶时，转向齿条左球钱中心和左转向主销的水平距离：一转向节骨与汽车纵轴线的夹角。
运用余弦泄理和三角函数变换公式，经推导可得: ______________________-Cv - S xcos a = cos （ZAOB + Z.BOY ）= 一;----- - ------------2厶（丁 +尸）A 点的坐标值为：v CxS-yx>jA 2 + B 2-C 2B2x （/+r ）2*…Cxy + SxyjA 2 + B 2-C 2 沧=_ ------------- —zn ----------2x （/+S'） 其中：A = -2LyxS,B = _2厶xy,C = 15,-1^-y 2-~s\ F —表示转向齿条弐球钱中心和左转向主销中心的实际距藹，对于直线行驶时，g = S 。
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三大参数定义汽车转向梯形机构是现代汽车生产中用于转向控制的一种重要机构，其设计中有三大关键参数需要定义，分别是梯形臂长度、中心距和转向角。
首先，梯形臂长度是指梯形机构两个臂的长度差，它的大小直接关系到车辆的转向灵活性和稳定性。
一般来说，梯形臂长度越大，转向灵活性越高，但车辆稳定性可能会受到影响。
在设计中，需要根据车身尺寸和转向要求来确定梯形臂长度。
其次，中心距是指车轮中心到转向梯形机构中心的距离，也是一个重要的参数。
中心距的大小决定了车辆转向半径，过大过小都会影响到车辆的稳定性。
因此，在设计中需要根据车轮轴距和转向灵活性要求来确定中心距。
最后，转向角是指车轮转动一定角度时，转向臂的角度变化。
转向角大小决定了车轮的转向范围，也是影响车辆稳定性的重要因素。
需要在设计中考虑车辆的转向要求来确定转向角大小。
综上所述，梯形臂长度、中心距和转向角是汽车转向梯形机构设计中三大关键参数，需要针对车身尺寸、转向灵活性和稳定性要求来进行定义和计算。
只有合理的参数设计，才能保证汽车在不同路况下的安全性和舒适性。
汽车转向梯形优化设计
转向梯形机构优化设计课程设计题目：汽车转向梯形臂优化设计指导老师：郭朋彦华北水利水电大学转向梯形的优化设计.1. 向梯形机构概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32.整体式向梯形构方案分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3整体式向梯形机构化分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4整体式向梯形程序写⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7转动传动机构强度计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12转向梯形的优化结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13转向梯形结构设计图形⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15;.转向梯形机构优化设计方案一、转向梯形机构概述转向梯形机构用来保证汽车转弯行驶时所有车轮能绕一个瞬时转向中心，在不同的圆周上做无滑动的纯滚动。
设计转向梯形的主要任务之一是确定转向梯型的最正确参数和进行强度计算。
一般转向梯形机构布置在前轴之后，但当发动机位置很低或前轴驱动时，也有位于前轴之前的。
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，为到达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。
二、整体式转向梯形结构方案分析图整体式转向梯形;.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，制造本钱低；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预，所以在布置上有困难。
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，“转向节中心”在车轴上的位置及其与车轮的相对位置是不会改变的。
因此，可以说在图1和图2中转向轮的回转中心只能是“转向节中心”在地面的投影而不可能是主销中心线延长线到地面的交点。
图3所表示的是在有主销内倾角的转向梯形机构中车轮转过一定角度后的情况。
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（汽车行业）汽车转向梯形机构设计
汽车转向梯形机构是汽车行业中非常重要的部件之一。
它将驾驶员的转向操作转换成前轮方向的运动，使车辆能够按照驾驶员的意愿进行转向。
因此，汽车转向梯形机构的设计非常重要，不仅需要考虑其机械结构的合理性，还需要考虑其动态特性和安全性能。
汽车转向梯形机构的设计要解决的一个重要问题是机构的传动比和传动精度问题。
传动比指的是驾驶员转动方向盘所能使车辆前轮转向的程度，而传动精度则是指机构传动过程中的误差大小。
通常情况下，传动比需要保证较大的转角与较小的转动力之间的关系，以提供足够的转向力，并使驾驶员的操作更为轻松顺畅。
传动精度则需要尽可能小，以确保转向的准确性和稳定性。
汽车转向梯形机构的设计需要考虑多个部件的合理组合和配置。
其中最主要的部件包括转向节、拉杆、摇臂、拉杆座等。
转向节是转向梯形机构的核心部件，它连接前轮和拉杆，并将前轮转向运动传递到拉杆上。
拉杆是连接前轮和转向节的杆状部件，摇臂则是连接转向节和转向柱的中间件。
拉杆座则是固定拉杆和转向柱的底座。
在设计汽车转向梯形机构时，还需要考虑到动态特性和安全性能。
动态特性主要指机构的响应速度、稳定性以及阻尼。
为了保证机构的响应速度和稳定性，一般需要提高机构的阻尼系数。
同时，还需要考虑防震和抗干扰能力，以确保机构在恶劣路况和异常干扰情况下能够正常运行。
安全性能则是汽车转向梯形机构最重要的考虑因素之一。
机构在运行过程中需要抵御较大的转向力和扭矩。
此外，在车辆发生碰撞时，转向梯形机构也需要能够提供足够的承载能力，以避免驾驶员和车辆受到过大的损伤。
在实际应用中，汽车转向梯形机构的设计需要满足多种使用条件和环境要求。
例如，机构必须在各种温度、湿度和油渍等环境下都能够正常工作，同时还要满足标准化和规范化的要求，以确保产品的质量和可靠性。
总之，汽车转向梯形机构的设计是汽车工程中至关重要的部分。
要实现合理的设计，需要考虑多种因素和要求，包括传动比、传动精度、机构的动态特性、安全性能、使用条件和环境要求等。
只有在这些要求的基础上，汽车转向梯形机构才能实现更高的性能和可靠性。