与齿轮齿条式转向器配用的转向传动机构优化设计

与齿轮齿条式转向器配用的转向传动机构优化设计

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江苏工学院那

张敏中,

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【摘要】齿轮齿条式转向器配用的转向传动机构和传统的整体式转向梯形机构相比有其特与

殊之处本文介绍了该转向传动机构的结构特点和优化设计方法给出了优化设计的目标函数和,,

设计变量的选择范围并进行了实例计算,

。

主题词转向传动机构

优化,

设计,

一结构与布置概述齿轮齿条式转向器具有结构简单紧凑制造工艺简便等优点既适用于整体式前轴,,、、、

、

一一一一一州一一一一

一

一,

也适用于采用独立悬架的断开式前轴被广泛地应用在轿车轻型客货车微型汽车等车辆上其中与之配用的转向传动机构同传统,。

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产

踌

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一

州

的整体式转向梯形机构相比有其特殊之处,

。

一般来说这种转向系统的结构大多如图

所示

。

争图

转向轴

的末端与转向器的齿轮,

转向系统结构简图

轴

直接相连或通过万向节轴相连齿轮啮合外壳则固定,。

转向轴左横拉杆右梯形臂

齿轮

齿条

与装于同一壳体的齿条于车身或车架上

左梯形臂右横拉杆,

齿条通过两端的球铰接头、

与两根分开的横拉杆

相连两横拉杆又,、

汽车纵向对称轴垂直而且当转向器处于中立位置时齿条两端球铰中心应对称地处于,

通过球头销与左右车轮上的梯形臂

相

连因此齿条,

。

既是转向器的传动件又是转。

汽车纵向对称轴的两侧,

。

向梯形机构中三段式横拉杆的一部分,

对于给定的汽车其轴距间的距离,。。

、

主销后倾角

绝大多数齿轮齿条式转向器都布置在前

夕以及左右两主销轴线延长线与地面交点之

轴后方这样既可避让开发动机的下部又便,

均为已知定值对于选定的转向也为已知定,

于与转向轴下端连接安装时齿条轴线应与年第期

。

,

器其齿条两端球铰中心距

值因而在设计转向传动机构时需要确定的一一

与齿轮齿条式转向器配用的转向传动机构优化设计

参数为梯形底角梯形臂长以及齿条轴而横拉杆长八线到梯形底边的安装距离。

、

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、

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气夕

则可由转向传动机构的上述参数以及已知的汽车参数系式为,

而内轮一侧的运动则如图

所示齿条

和转向器参数

来确定

。

其关

右移了相同的行程梯形臂转过民。。

,

通过左横拉杆拉动左入

一

、

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二用解析法求内外轮转角关系‘、

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、

转动转向盘时齿条便向左或向右移动,,

,

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料汾

一

上偿

使左右两边的杆系产生不同的运动从而使左右车轮分别获得一个转角,,。

以汽车左转弯图内轮一侧杆系运动情况,

为例此时右轮为外轮外轮一侧的杆系运动如图

所示设齿条向右移过某一行程,。

。

通

取梯形左底角顶点

为坐标原点,

,

、

过右横拉杆推动右梯形臂使之转过

轴方向如图,

所示则同样可导出齿条行程,

一

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与内轮转角氏的关系即一民一‘价毛〔,,一民一,〕

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图

外轮一侧杆系运动情况

取梯形右底角顶点轴方向如图,

为坐标原点

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。

所示则可导出齿条行程的关系一一

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一

‘

十

‘

外轮转角

因此利用公式

便可求出对应于任一,

外轮转角和

的齿条行程

再将。

代入公式的函数,

即可求出相应的内轮转角民把公式

结合起来便可将氏表示为氏一

另外由图

,

可知一沪甲一

记作反之也可利用公式,

而

奸沪

求出对应于任一,

一

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内轮转角氏的齿条行程登和

再将。

代入公式将公式,

只

即可求出相应的外轮转角氏

结合起来可将

表示为民的函数记中

作。’,

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一

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三转向传动机构的优化设计目标函数的建立汽

一

一

车

技

术

与齿轮齿条式转向器配用的转向传动机构优化设计

众所周知在不计轮胎侧偏时实现转向,,

两式中的加权因子‘。·

。、

‘

为‘’

轮纯滚动无侧滑转向的条件是内外轮转角具有如图所示的理想的关系即,

、

、

。

。

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,

了

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两式是等价的可根据具体情。

,

式中

—距一

计及主销后倾角夕时的计算轴·

况任取其中之一作为极小化目标函数

设计变月

与约束条件,、

对于给定的汽车和选定的转向器转向梯形机构尚有梯形臂长

由

轴距—车滚动半径—车轮理想的内轮转角民表示为式可将,

汽

底角

‘

和安装距

离

三个设计变量

。

其中底角,

可按经验公·

式先选一个初始值,

、

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氏的函数即,、

一

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“

,

然

后再增加或减小进行优化搜索

而

,

及

氏,

氏

一

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一带巴氏一“,

的选择则要结合约束条件来考虑,、

反之取内轮转角叹为自变量时理想的外轮转角久也可表示为民的函数即,

第一要保证梯形臂不与车轮上的零部件如轮胎轮辆或制动底板发生干涉故要,

允

抓民

民

一

满足。,

一

。

式中

。

—值一

梯形臂球头销中心的见图,

坐标

。

州

攻因

七

‘。

—车轮位的,‘

上可能与梯形臂干涉部坐标值,

所以可知当

,

选定

时

的可取值上限为

图

理想的内外轮转角关系、

、

第二要保证有足够的齿条行程来实现,

一赞即有二

而由转向梯形机构所提供的内外实际

要求的最大转角式中二

。

转角关系为前述的民一,

氏或氏一中民

,

镇〔〕二

因此转向梯形机构优化设计的目标就是要

在规定的转角范围内使实际的内或外轮转角尽量地接近对应的理想的内或外轮转〔〕

—的齿条行程一