汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)秀大學(xué)畢業(yè)論文-資料下載頁

　　

【正文】 點(diǎn)滾動，而是繞位于前軸和后軸之間的汽車內(nèi)側(cè)某一點(diǎn)滾動。此點(diǎn)位置與前輪和后輪的側(cè)偏角大小有關(guān)。因影響輪胎側(cè)偏角的因素很多，且難以精確確定，故下面是在忽略側(cè)偏角影響的條件下，分析有關(guān)兩軸汽車的轉(zhuǎn)向問題。此時，兩轉(zhuǎn)向前輪軸線的延長線應(yīng)交在后軸延長線上，如圖5－2所示。設(shè)θi、θo分別為內(nèi)、外轉(zhuǎn)向車輪轉(zhuǎn)角，L為汽車軸距，K為兩主銷中心線延長線到地面交點(diǎn)之間的距離。若要保證全部車輪繞一個瞬時轉(zhuǎn)向中心行駛，則梯形機(jī)構(gòu)應(yīng)保證內(nèi)、外轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)角有如下關(guān)系： （51） 理想的內(nèi)、外車輪轉(zhuǎn)角關(guān)系簡圖若自變角為θo，則因變角θi的期望值為: （52）現(xiàn)有轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)僅能近似滿足上式關(guān)系。以圖所示的后置梯形機(jī)構(gòu)為例，在圖上作輔助用虛線，利用余弦定理可推得轉(zhuǎn)向梯形所給出的實際因變角為 （53）式中：m為梯形臂長；γ為梯形底角。所設(shè)計的轉(zhuǎn)向梯形給出的實際因變角，應(yīng)盡可能接近理論上的期望值。其偏差在最常使用的中間位置附近小角范圍內(nèi)應(yīng)盡量小，以減少高速行駛時輪胎的磨損；而在不經(jīng)常使用且車速較低的最大轉(zhuǎn)角時，可適當(dāng)放寬要求。因此，再引入加權(quán)因子，構(gòu)成評價設(shè)計優(yōu)劣的目標(biāo)函數(shù)為 （54）由以上可得： （55）式中：x為設(shè)計變量，；θomax為外轉(zhuǎn)向車輪最大轉(zhuǎn)角，由圖52得 （56）式中，Dmin為汽車最小轉(zhuǎn)彎直徑；a為主銷偏移距。考慮到多數(shù)使用工況下轉(zhuǎn)角θo小于20176。，且10176。以內(nèi)的小轉(zhuǎn)角使用得更加頻繁，因此取： （57）建立約束條件時應(yīng)考慮到：設(shè)計變量m及γ過小時，會使橫拉桿上的轉(zhuǎn)向力過大；當(dāng)m過大時，將使梯形布置困難，故對m的上、下限及對γ的下限應(yīng)設(shè)置約束條件。因γ越大，梯形越接近矩形，值就越大，而優(yōu)化過程是求的極小值，故可不必對γ的上限加以限制。綜上所述，各設(shè)計變量的取值范圍構(gòu)成的約束條件為： （58）梯形臂長度m設(shè)計時常取在mmin=，mmax=。梯形底角γmin=70176。此外，由機(jī)械原理得知，四連桿機(jī)構(gòu)的傳動角δ不宜過小，通常取δ≥δmin＝40176。如圖52所示，轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)在汽車向右轉(zhuǎn)彎至極限位置時達(dá)到最小值，故只考慮右轉(zhuǎn)彎時δ≥δmin即可。利用該圖所作的輔助用虛線及余弦定理，可推出最小傳動角約束條件為： （59）式中：δmin為最小傳動角。δmin=40176。，故由式可知，δmin為設(shè)計變量m及γ的函數(shù)。由式（56）、式（57）、式（58）和式（59）四項約束條件所形成的可行域，如圖53所示的幾種情況。圖53b適用于要求δmin較大，而γmin可小些的車型；圖53c適用于要求γmin較大，而δmin小些的車型；圖53a適用介于圖53b、c之間要求的車型。 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的可行域 整體式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 優(yōu)化方法介紹由上述數(shù)學(xué)模型可知，轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計問題，是一個小型的約束非線性規(guī)劃問題，可用復(fù)合形法來求解，不過，由于需要大量的復(fù)雜計算，而且優(yōu)化值不能一步到達(dá)，所以很難用手工方法無法求得最優(yōu)解。現(xiàn)代計算機(jī)的廣泛靈活應(yīng)用使轉(zhuǎn)向梯形優(yōu)化計算變的很容易，一般只需輸入相應(yīng)參數(shù)，再做略微調(diào)整，即能得到滿意的最優(yōu)解。常用的有MATLAB程序優(yōu)化、excel比較優(yōu)化、計算機(jī)語言編程求解、還有一些專用優(yōu)化程序。MATLAB程序優(yōu)化是基于MATLAB優(yōu)化工具箱的“整體式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)”的優(yōu)化設(shè)計計算程序。利用該程序，用戶可以交互式輸入結(jié)構(gòu)基本參數(shù)即可獲得優(yōu)化計算結(jié)果，并自動繪制出實際輸出角和輸出角期望值隨輸入角的變化曲線，以便用戶分析、比較與選擇。Excel比較較優(yōu)化是利用excel強(qiáng)大的公式計算功能，通過表格輸入已知數(shù)據(jù)，調(diào)整后得到的數(shù)據(jù)群求得數(shù)據(jù)，再通過對這些數(shù)據(jù)反復(fù)進(jìn)行比較，最終得出最優(yōu)解。計算機(jī)語言編程求解是臨時用高級語言如C語言、VB等編程，求出最優(yōu)解。雖然在許多資料中，都可以找到復(fù)合形法的計算程序框圖，但對于非專業(yè)從事編程的工程技術(shù)人員來說，要用C語言或其它高級程序語言對某一具體設(shè)計問題編程進(jìn)行計算，是極為不易的。本課題采用最后一種簡單的優(yōu)化方法，利用專門的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)優(yōu)化軟件求解。它是一款專門用于轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)優(yōu)化的軟件，使用方便，數(shù)據(jù)直接，只需要通過文檔框輸入基本數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行比較優(yōu)化。 程序啟動界面 優(yōu)化設(shè)計計算：軸距：L=2750mm輪距：K=1440mm主銷偏移距：a=50mm轉(zhuǎn)向梯形臂：m=200mm計算可得底邊長：L2*a=1340mm由以上數(shù)據(jù)可知：底邊長：1340；兩腰長：200；輪距：1440；軸距：2750。將上面的數(shù)據(jù)輸入程序相應(yīng)文本框。點(diǎn)擊“開始、下一步”按鈕。然后不斷點(diǎn)擊該按鈕會發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向梯形底邊與頂邊差不斷增大，內(nèi)輪轉(zhuǎn)角誤差平均值也不斷變化。由式311，312可知轉(zhuǎn)角都小于30度。所以我們只需關(guān)注30度以內(nèi)的誤差值變化，當(dāng)向梯形底邊與頂邊差到160和170之間時發(fā)現(xiàn)誤差平均值最小。再點(diǎn)擊“微進(jìn)”，這時仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)向梯形底邊與頂邊差為163左右時誤差最小，此時我們將該值附近的都帶入評價設(shè)計優(yōu)劣函數(shù) 運(yùn)行界面考慮到多數(shù)使用工況下轉(zhuǎn)角θo小于20176。，且10176。以內(nèi)的小轉(zhuǎn)角使用得更加頻繁，因此取：帶入程序輸出數(shù)據(jù)：F(162)= *+*1+*=F(163)=*+*1+*=F(164)=*+*1+*= 當(dāng)平均值最小時，轉(zhuǎn)向梯形底邊與頂邊差也正是我們優(yōu)化所得到的值，所以優(yōu)化所得轉(zhuǎn)向梯形底邊與頂邊差為163為最優(yōu)值。可求得梯形頂邊長為:1340163=1177mm結(jié) 論轉(zhuǎn)向系是汽車行駛中必不可少的系統(tǒng)，本次設(shè)計一開始對汽車轉(zhuǎn)向系很陌生，但本著對汽車轉(zhuǎn)向的強(qiáng)烈興趣和此次設(shè)計的責(zé)任感，通過大量的想關(guān)文獻(xiàn)參考和網(wǎng)絡(luò)搜索，使我逐漸認(rèn)識并最終了解了汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中，轎車使用的一般都是齒輪齒條式。所以本文主要以齒輪齒條式液動助力轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向器為中心。按照任務(wù)書的要求對轎車助力轉(zhuǎn)向進(jìn)行了分析和一些的設(shè)計，包括齒輪齒條轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)的原理以及相關(guān)零件的校核等等。還對汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一些重要參數(shù)進(jìn)行了分析，尤其像轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的正逆效率、傳動比、最小轉(zhuǎn)彎半徑等。但是由于相關(guān)轉(zhuǎn)向設(shè)計所需的基本參數(shù)本人我法獲得，還有時間限制，以及篇幅所限，所以對一些重要參數(shù)只進(jìn)行分析未能進(jìn)行設(shè)計。由于轉(zhuǎn)向梯形優(yōu)化是本設(shè)計的獨(dú)立部分故被放入最后一章。為保證轎車轉(zhuǎn)向后的自動回正能力，轉(zhuǎn)向系的主銷一般都是向內(nèi)傾和向后傾的，但為計算簡單，本優(yōu)化把傾角都設(shè)計為零，即設(shè)計主銷垂直。由于水平限制和相關(guān)數(shù)據(jù)的缺乏，本設(shè)計難免有諸多不足之處，肯請老師批評指正。致 謝短短的半個學(xué)期畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，我的大學(xué)生活也即將畫上了圓滿的句號。在這次設(shè)計過程中得到了許多老師和同學(xué)的熱心指導(dǎo)，尤其是康博老師在百忙之中多次給與指導(dǎo)，在此表示衷心的謝意！通過這次畢業(yè)設(shè)計，使自己更加清醒地認(rèn)識到知識的無窮無盡以及自己所學(xué)的微小。在實習(xí)中學(xué)到了許多書上所沒有的東西，知識面得到了極大的擴(kuò)展和豐富，讓我了解了以前想知道但沒有弄清楚的東西，如為什么大汽車那么重面駕駛員卻不用費(fèi)力的就可以撥動方向盤。畢業(yè)設(shè)計是對我們大學(xué)四年所學(xué)知識的一次總結(jié)，同時也是對我們各種能力的一次考驗。設(shè)計過程中通過初步嘗試、發(fā)現(xiàn)問題、尋找解決方法、確定方案的步驟，逐漸培養(yǎng)了我們獨(dú)立思考問題的能力和創(chuàng)新能力，同時也是我們更加熟悉了一些基本的機(jī)械設(shè)計知識。本次設(shè)計幾乎運(yùn)用了我們所學(xué)的全部機(jī)械課程，內(nèi)容涉及到機(jī)械設(shè)計、機(jī)械材料、力學(xué)、液壓傳動、機(jī)械圖學(xué)等知識，以及一些生產(chǎn)實際方面的知識。通過設(shè)計鞏固了理論知識，接觸了實際經(jīng)驗，提高了設(shè)計能力和查閱文獻(xiàn)的能力，為今后工作最后一次在學(xué)校充電。在我結(jié)束畢業(yè)設(shè)計的同時，也結(jié)束了我的大學(xué)生活。這意味著我進(jìn)入了人生新的起點(diǎn)，我會用我在學(xué)校所學(xué)到的知識在嶄新的生活中不斷進(jìn)取，發(fā)奮圖強(qiáng)。用我的事業(yè)成就來報答學(xué)校和老師對我的栽培，回報社會對我的關(guān)愛！參考文獻(xiàn)[1] [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.[2] 胡建軍，[J].液壓與氣動，.[3] 高建春，[J].上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報，.[4] [OL].，.[5] 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