方程式賽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)-資料下載頁
2024-11-02 05:22本頁面
【導(dǎo)讀】汽車產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)具有重大的社會(huì)意義。轉(zhuǎn)向器作為汽車的一個(gè)重要部。件，對(duì)其綜合性能進(jìn)行檢測(cè)直接關(guān)系到人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。及物質(zhì)上的損失，其直接或間接的危害是難以估計(jì)的。在我國，由于交通管理技。術(shù)落后、路況差、車輛性能差，加之各類車輛混合行駛，交通事故時(shí)有發(fā)生。年來，我國交通事故死亡人數(shù)居世界前幾位，每萬輛車平均事故居大國中第一位。交通事故己成為一個(gè)嚴(yán)重的社會(huì)問題。顯而易見，提高汽車的安全性能是減少交通事故的關(guān)鍵措施之一，因此，汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的國家都非常重視汽車安全性的研究。Engineers簡(jiǎn)稱SAE）主辦。SAE是一個(gè)擁有超過60000名會(huì)員的世界性的工程。比賽的目的是設(shè)計(jì)、制造一輛小型的高性能賽車。大利亞每年都會(huì)定期舉辦該項(xiàng)賽事。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于微型、普通級(jí)、中級(jí)和中高級(jí)轎車上。前輪采用獨(dú)立懸架的貨車和客車也有采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。統(tǒng)配合使用，目前循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要是用于商用車上。
【正文】 梯形的設(shè)計(jì)要求： 1）正確選擇轉(zhuǎn)向梯形參數(shù)，保證汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)全部車輪繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心行駛。 2）滿足最小轉(zhuǎn)彎直徑的要求，轉(zhuǎn)向輪應(yīng)有足夠大的轉(zhuǎn)角。 、轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)方案分析 整體式轉(zhuǎn)向梯形是由轉(zhuǎn)向橫拉桿 1，轉(zhuǎn)向梯形臂 2 和汽車前軸 3 組成，如圖51 所示。 圖 51 整體式轉(zhuǎn)向梯形 1— 橫拉桿 2— 梯形臂 3— 前軸 這種方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整前束容易，制造成本低；主要缺點(diǎn)是一側(cè)轉(zhuǎn)向輪上、下跳動(dòng)時(shí)，會(huì)影響另一側(cè)轉(zhuǎn)向輪。 轉(zhuǎn)向梯形的橫拉桿做成斷開的，稱之為斷開式轉(zhuǎn)向梯形。斷開式轉(zhuǎn)向梯形方案之一如圖 715 所示。 斷開式轉(zhuǎn)向梯形的主要特點(diǎn)： 1）能夠保證一側(cè)車輪上、下 跳動(dòng)時(shí)，不會(huì)影響另一側(cè)車輪； 2）由于桿系、球頭增多，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，并且調(diào)整前束比較困難。 橫拉桿上斷開點(diǎn)的位置與獨(dú)立懸架形式有關(guān)。采用雙橫臂獨(dú)立懸架，常用圖解法（基于三心定理）確定斷開點(diǎn)的位置。 圖 52 斷開式轉(zhuǎn)向梯形 基于以上分析，考慮成本 及我所設(shè)計(jì)的賽車要求等 因素，所以采用 斷開式 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu) 、 斷開式 式轉(zhuǎn)向梯 形機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) 1 理想的左右轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角關(guān)系 為了避免在汽車轉(zhuǎn)向時(shí)產(chǎn)生的路面對(duì)汽車行駛的附加阻力和輪 胎磨損過快，要求轉(zhuǎn)向系統(tǒng)盡可能地保證在汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，所有的車輪均作純滾動(dòng)。顯然，這只有在所有車輪的軸線都相交于一點(diǎn)時(shí)方能實(shí)現(xiàn)，此交點(diǎn)被稱為轉(zhuǎn)向中心。如圖 l所示，汽車左轉(zhuǎn)彎時(shí)，內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角 ? 應(yīng)大于外側(cè)車輪的轉(zhuǎn)角 ? 。當(dāng)車輪被視為絕對(duì)剛體的假設(shè)條件下 ，左右轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角 ? 和 ? 應(yīng)滿足 Ackenmnn轉(zhuǎn)向幾何學(xué)要求， 式 (1) 式中： ? —— 左 側(cè)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角； ? —— 右側(cè)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角； B—— 對(duì)側(cè)主銷軸線與地面相交點(diǎn)之間的距離； L—— 汽車前后軸距； R—— 轉(zhuǎn)彎半徑。 根據(jù)式 (1)可得理想的右輪轉(zhuǎn)角，如式 (2)， L 同理，當(dāng)汽車右轉(zhuǎn)向時(shí) ， Ackenmnn轉(zhuǎn)角關(guān)系如式 (3)， 根據(jù)式 (3)可得理想的右輪轉(zhuǎn)角，如式 (4)所示， 2 實(shí)際的左右轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角關(guān)系 圖 2是一種含有驅(qū)動(dòng)滑塊的常用斷開式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)。齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)將方向盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成齒條 (滑塊 )的直線運(yùn)動(dòng)，繼而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)左右前輪轉(zhuǎn)向。 這與本設(shè)計(jì)的基本原理差不多，只是本設(shè)計(jì)中采用的是中間輸入兩端輸出的結(jié)構(gòu)。 其大概示意圖是 圖中： L1 — 轉(zhuǎn)向機(jī)齒條左右球鉸中心的距離； L2— 左右橫拉桿的長(zhǎng)度； L3 — 左右轉(zhuǎn)向節(jié)臂的長(zhǎng)度； L4 — 廠車輪中心至轉(zhuǎn)向主銷的距離； S— 轉(zhuǎn)向 齒條從中心位置的位移量，向左移動(dòng)時(shí)，取正值 ,反之取負(fù)值； y— 轉(zhuǎn) 向齒條左右球鉸中心連線與左右轉(zhuǎn)向主銷中心連線之偏距，圖示位置取正值，反之取負(fù)值； S0— 直線行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向齒條左球鉸中心和左轉(zhuǎn)向主銷的水平距離； 0? — 轉(zhuǎn)向節(jié)臂 與汽車縱軸線的夾角。 運(yùn)用余弦定理和三角函數(shù)變換公式，經(jīng)推導(dǎo)可得： A 點(diǎn)的坐標(biāo)值為： S 表示轉(zhuǎn)向齒條左 (右 )球鉸中心和左 (右 )轉(zhuǎn)向主銷中心的動(dòng)態(tài)距離， 對(duì)于直線行駛時(shí)， S = S0；轉(zhuǎn)向時(shí)對(duì)于左轉(zhuǎn)向輪： S = S0S；右轉(zhuǎn)向輪： S = S0+S； 由此得到左轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角隨齒條運(yùn)動(dòng)的方程，如式 (5)所示； 右轉(zhuǎn)向輪如式 (7)所示 。 當(dāng) A點(diǎn)位于 O1 點(diǎn)的左側(cè) —— 即 Xa2B時(shí) ： 當(dāng) A 點(diǎn)位于 O1 點(diǎn)的右側(cè) —— 即 Xa2B時(shí) ： 當(dāng) D 點(diǎn)位于 O2 點(diǎn)的右側(cè) —— 即 Xa2B時(shí)： 當(dāng) D 點(diǎn)位于 O2 點(diǎn)的 左 側(cè) —— 即 Xa2B時(shí)： 由于現(xiàn)有的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)并不能夠完全滿足 Ackenmnn 轉(zhuǎn)向幾何學(xué)要求，實(shí)際上只能在一定的車輪轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，使兩側(cè)車輪偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系大體上接近于理想關(guān)系 。 因此 ，本著最大限度地逼近理想的阿克曼轉(zhuǎn)角的原則， 給出了優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)為 ： ? ? ? ? ? ??? ?? m a x0 0?? ????xf 100% ? ???? ， 0176。＜ ? ≤ 10176。 ? ???? 1， 10176。＜ ? ≤ 20176。 ? ???? ， 20176。＜ ? ≤ max? ? —— 右側(cè)轉(zhuǎn)向輪的實(shí)際轉(zhuǎn)角； ? 0 —— 右側(cè)轉(zhuǎn)向輪的理想轉(zhuǎn)角； 當(dāng) ??xf 取得最小值時(shí)，即車輪實(shí)際轉(zhuǎn)角與理想值最為接近，優(yōu)化結(jié)果最為理想。 對(duì)于方程式賽車，起方向盤的最大行程不能太大，大約取 1500 轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)角約為 27到 45度，依據(jù)該車的設(shè)計(jì)要求， 初定其轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)角設(shè)計(jì)為 30度左右，而齒條行程為 ? 38mm，方向盤的總轉(zhuǎn)角是 300度 。由于橫拉桿和轉(zhuǎn)向節(jié)臂之間主要是傳遞力的作用關(guān)系 ， 因此，在傳動(dòng)過程中，兩桿間應(yīng)該盡可能地保持小的壓力角，以保證系統(tǒng)效率。 根據(jù)一些相關(guān)資料初步確定了一下三種初始 方 案 ： 方案一 S0=400 L2= L3 =76 y=15 方案 二 S=396 L2=425 L3 =72 y=12 方案三 S0=390 L2= L3 =64 y=20 將上述的三種方案數(shù)據(jù)代入之前說明的各項(xiàng)計(jì)算式中，在算出對(duì)應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)可知 ??1xf =%， ??2xf =%， ??3xf =% 經(jīng)過以上的分許可知方案二的數(shù)據(jù)最合理，則此設(shè)計(jì)的基本數(shù)據(jù)為 S=396 L2=425 L3 =72 y=12 即梯形臂為 72 其與主銷的夾角為 73o 其大概示意圖為下圖所示， 根據(jù)以上的優(yōu)化數(shù)據(jù)，又有轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)向角約為 30 度，有三角形的余弦定理很容易得出轉(zhuǎn)向齒條的總行程為 74mm
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