【正文】 在此，我還要感謝和我一起度過實(shí)驗(yàn)生活的各位同學(xué)，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)個(gè)困難和疑惑，直至本文的順利完成。首先感謝我的導(dǎo)師，此次論文的順利完成離不開他的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。考慮到機(jī)構(gòu)的變形對車輛轉(zhuǎn)角的影響，在優(yōu)化時(shí)應(yīng)將剛體構(gòu)件柔性化，減少誤差，擴(kuò)大車輛轉(zhuǎn)向的角度范圍。最后進(jìn)行了多軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的三維建模，仿真以及二維圖的繪制。多軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是衡量現(xiàn)代大型重載汽車發(fā)展水平的關(guān)鍵技術(shù)之一，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能直接決定了多軸汽車低速行駛的機(jī)動靈活性和高速運(yùn)行的操縱穩(wěn)定性、行駛平順性。 ，所以該系統(tǒng)只需外加一個(gè)驅(qū)動力就能在汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)實(shí)現(xiàn)多軸轉(zhuǎn)向。靜力學(xué)分析，靜力學(xué)分析將模型移動到平衡位置，并輸入運(yùn)動副上的反作用力。 Pro/E軟件建模和運(yùn)動仿真Pro/E基本建模過程可歸納為四個(gè)高級步驟：* j2 F0 r f4 S1 w4 F準(zhǔn)備零件模型設(shè)計(jì)；創(chuàng)建新零件模型；通過裝配零件模型創(chuàng)建新組建；創(chuàng)建新零件模型的繪圖。基于特征建模，Pro/E是基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過的簡易和靈活。表31 小齒輪和扇形齒輪傳動幾何尺寸名稱代號小齒輪扇形齒輪模數(shù)齒數(shù)Z壓力角分度圓直徑/mm齒頂高/mm齒根高/mm齒頂圓直徑/mm齒根圓直徑/mm基圓直徑/mm傳動比 第4章 多軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)仿真 Pro/E軟件簡介Pro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。所以兩齒輪傳動比≈40。圖32 轉(zhuǎn)向上軸為了將方向盤的轉(zhuǎn)動傳遞給第一根軸連桿機(jī)構(gòu)中的三副桿，本文將轉(zhuǎn)向下軸設(shè)計(jì)為一齒輪軸，如圖33所示。在十字軸軸頸和萬向節(jié)叉孔間裝有滾針軸承，滾針軸承外圈靠卡環(huán)軸向定位。由于轉(zhuǎn)向輸入軸與轉(zhuǎn)向輸出軸兩軸線具有一定夾角，要實(shí)現(xiàn)動力和運(yùn)動的傳遞，就得用到聯(lián)軸器。輪輻為三根輻條，轉(zhuǎn)向盤輪轂孔具有細(xì)牙內(nèi)花鍵，借此與轉(zhuǎn)向軸連接。表24第二軸和第三軸之間傳動部分桿長優(yōu)化連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)函數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)最優(yōu)解桿1長度 桿2長度 桿3長度 角3大小 角4大小 輸出角平方誤差之和 f* =優(yōu)化結(jié)果分析：第二軸與第三軸之間傳動部分中連桿OD長度，連桿DE長度，連桿OE長度，連桿OD與二軸中三副桿的右腰的夾角大小以及連桿OE與三軸中三副桿的左腰的夾角大小，桿BC從初始角度開始在～區(qū)間內(nèi)轉(zhuǎn)向時(shí)，連桿機(jī)構(gòu)的直角桿GHI中的GH段實(shí)際輸出角與期望輸出角函數(shù)的平方偏差之和是。這是一個(gè)五維優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。4 MATLAB優(yōu)化結(jié)果優(yōu)化結(jié)果如表23所示。第二根軸外車輪和內(nèi)車輪最大轉(zhuǎn)角分別為。 1 確定設(shè)計(jì)變量如圖213所示，本節(jié)將確定第一軸與第二軸之間傳動部分的桿長以及相關(guān)的角度。 如圖212所示，由于第二軸連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與第一軸連桿機(jī)構(gòu)相同，所以分析過程與上一節(jié)相同，只需將程序中改成，圖212第二根軸相關(guān)尺寸改成，改成， 改為 ，運(yùn)行程序即可得出第二根軸連桿機(jī)構(gòu)的直角桿BCH中的BC段長度，和連桿AB的長度， 以及三副桿AOD的頂角大小。的求法如下：令 輪1順時(shí)針轉(zhuǎn)過角度為（），則由幾何關(guān)系可得直角桿BCH的BC段的角度為，如圖由阿克曼公式可得：(其中為輪2的轉(zhuǎn)角)，再由幾何關(guān)系可得直角桿EFG中EF部分的期望輸出角：。如圖29所示，圖29 車輪最大角度關(guān)系根據(jù)阿克曼原理，可求得汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)第二根軸內(nèi)車輪的最大轉(zhuǎn)角，以及第一根軸外車輪和內(nèi)車輪的最大轉(zhuǎn)角分別為，過程如下： （21） （22） （23）由（21）（22）（23）式可得1 確定設(shè)計(jì)變量如圖210所示，由于汽車左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎車輪轉(zhuǎn)角情況是一樣，所以三副桿OAD左右連桿結(jié)構(gòu)相同。如要求它的輸入函數(shù)與預(yù)定運(yùn)動函數(shù)在給定運(yùn)動范圍內(nèi)的誤差最小，同時(shí)兼顧動力學(xué)方面的一些特性。解析法設(shè)計(jì)具有精度較高的特點(diǎn)，但是設(shè)計(jì)過程復(fù)雜。求解六連桿未知桿長屬于約束非線性規(guī)劃問題，而在MATLAB軟件中解決此類問題主要是用到fmincon函數(shù)，約束非線性規(guī)劃問題的數(shù)學(xué)模型表示為：該函數(shù)完整調(diào)用格式如下： 該函數(shù)的參數(shù)比較復(fù)雜，輸入?yún)?shù)的含義：參數(shù)Fu表示的是優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，表示的是優(yōu)化的初始值，參數(shù)A表示的是滿足線性關(guān)系式的系數(shù)矩陣和結(jié)果矩陣，參數(shù)b表示的是滿足線性等式的矩陣，參數(shù)lb、ub表示滿足參數(shù)取值范圍的上限和下限；參數(shù)nonlcon表示需要參數(shù)滿足的非線性關(guān)系式和優(yōu)化情況，參數(shù)options就是進(jìn)行優(yōu)化的屬性設(shè)置。功能性工具箱主要用來擴(kuò)充其符號計(jì)算功能、圖示建模仿真功能、文字處理功能以及與硬件實(shí)時(shí)交互的功能。強(qiáng)大的繪圖能力，便于數(shù)據(jù)可視化。其特點(diǎn)概括有以下幾點(diǎn)：語言簡潔，編程效率高。 MATLAB簡介MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。函數(shù)機(jī)構(gòu)所發(fā)生的實(shí)際函數(shù)與給定函數(shù)一般來說不可能做到完全一致，而只能在工作區(qū)間之內(nèi)做到一定的逼近。機(jī)構(gòu)函數(shù)綜合要求輸出構(gòu)件相對輸入構(gòu)件滿足給定的函數(shù)關(guān)系，而能夠?qū)崿F(xiàn)這種要求的機(jī)構(gòu)就稱為函數(shù)發(fā)生機(jī)構(gòu)。另一類則是按動力學(xué)要求建立數(shù)學(xué)模型。機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般步驟是：建立最優(yōu)化綜合的數(shù)學(xué)模型。圖27六連桿三維建模圖機(jī)構(gòu)優(yōu)化綜合是幾十年來發(fā)展起來的一種新的綜合方法。本文將采用瓦特二型六連桿組來實(shí)現(xiàn)四軸轉(zhuǎn)向全輪轉(zhuǎn)向這種模式，結(jié)構(gòu)簡圖如圖26所示。Watt型 Stephenson型 圖22 六桿鏈的類型取上述兩類運(yùn)動鏈的不同桿件作為固定桿(機(jī)架)，可以得到五種不同型式的六桿機(jī)構(gòu)。桿數(shù)多于5的連桿機(jī)構(gòu)（如六桿機(jī)構(gòu)、八桿機(jī)構(gòu)等），可以形成多個(gè)封閉的矢量多邊形，故稱為“多環(huán)連桿機(jī)構(gòu)”。慣性力不容易平衡，不適合高速傳動。在連桿機(jī)構(gòu)，在原動件的運(yùn)動規(guī)律不變的下，可用改變各桿件的相對長度來使從動件得到不同的運(yùn)動規(guī)律。完成四軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的三維仿真。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要完成的內(nèi)容包括：四軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的方案確定以及相關(guān)尺寸的優(yōu)化。近十幾年來國外許多研究機(jī)構(gòu)從不同的角度對四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)進(jìn)行了大量研究，使這項(xiàng)技術(shù)日趨成熟，并發(fā)展出多于四輪的轉(zhuǎn)向技術(shù)，多輪轉(zhuǎn)向技術(shù)主要適用于非緊湊型汽車，如多功能運(yùn)動型車、卡車、多軸重型特種車輛等。1987年，Nissan公司又推出了HICAS的二代產(chǎn)品，進(jìn)一步提高了它的性能。這種機(jī)構(gòu)在汽車低速轉(zhuǎn)向時(shí)讓后輪與前輪反向轉(zhuǎn)向來獲得較小的轉(zhuǎn)彎半徑。多輪轉(zhuǎn)向技術(shù)源于汽車的四輪轉(zhuǎn)向(4WS)，所謂四輪轉(zhuǎn)向是指后輪也和前輪一樣具有一定的轉(zhuǎn)向功能。其次，明顯改善了車輛高速行駛的穩(wěn)定性。多軸轉(zhuǎn)向技術(shù)極大地提高了大型皮卡和卡車的操縱性及舒適性。因此，多軸轉(zhuǎn)向成為衡量現(xiàn)代大型重載汽車發(fā)展水平的關(guān)鍵技術(shù)之一，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能直接決定了多軸汽車低速行駛的機(jī)動靈活性和高速運(yùn)行的操縱穩(wěn)定性、行駛平順性。為此，人對梯形機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行較多研究，但是由于機(jī)構(gòu)原理誤差的存在，現(xiàn)在實(shí)際設(shè)計(jì)成的梯形機(jī)構(gòu)都無法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎時(shí)保證各車輪總能同一瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心滾動，即所謂的阿克曼理論轉(zhuǎn)向性，而都只能使各輪偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系大體上符合理想系[2]。 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)遵循阿克曼原理，阿克曼原理的基本觀點(diǎn)是：汽車在行駛(直線行駛和轉(zhuǎn)彎行駛)過程中，每個(gè)車輪的運(yùn)動軌跡都必須完全符合它的自然運(yùn)動軌跡，即要求汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)各車輪軸線都能匯交于一點(diǎn)，此交點(diǎn)O(見圖12)叫做轉(zhuǎn)向中心，從而保證輪胎與地面間處于純滾動而無滑移現(xiàn)象。 　　轉(zhuǎn)向輪傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。 　　在行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不能產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動。作為減速傳動裝置的轉(zhuǎn)向器中有級減速傳動副，經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大后的力矩和減速后的運(yùn)動傳到轉(zhuǎn)向橫拉桿，再傳給固定于轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂，使轉(zhuǎn)向節(jié)和它所支承的轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，從而改變了汽車的行駛方向。轉(zhuǎn)向器主要作用是完成將方向盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成搖桿的擺動(或近似直線運(yùn)動)，同時(shí)也是轉(zhuǎn)向系中的減速傳動裝置。機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是指完全靠駕駛員手力操縱的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，而動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是指借助動力來操縱的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。其中的很大一部分突破就是轉(zhuǎn)向梯形的使用。由于轉(zhuǎn)向柱直接與轉(zhuǎn)向節(jié)連接，所以轉(zhuǎn)動車輪是很費(fèi)勁的。其主要功能就是按照駕駛員的要求來控制汽車的行駛方向。 nonlinear inequality constraints。關(guān)鍵詞：多軸轉(zhuǎn)向；非線性