齿轮齿条式转向梯形的优化设计

学院：车辆与能源学院 专业：2012级车辆工程

学号：S12085234009 姓名：刘建霞

日期：2014年4月15日

齿轮齿条式转向器（如图1）具有结构简单紧凑，制造工艺简便等优点，不仅适用于整体式前轴也适用于前轮采用独立悬架的断开式前轴，目前被广泛地用于轿车、轻型客货车、微型汽车等车辆上。与该转向器相匹配的转向梯形机构与传统的整体式转向梯形机构相比有其特殊之处，下面举一实例加以说明。

图1 齿轮齿条式转向梯形机构运动实体模型

题目：已知某微型汽车（如图2所示）各参数如下：K?1274.24mm，

?(主销后倾角)=2.50，L(轴距)=2340mm，（车轮滚动半径）r=266mm，

Boy（梯形臂球头销中心的y坐标）=42.12mm，由最小转弯半径得最大外轮转角为

28o，许用齿条行程?S??62.3mm,选用参数M?624mm，试设计转向传动机构。 要求：

（1）用优化方法设计此转向梯形传动机构。 （2）优化后校验，压力角??40o。

（3）计算出l1长度，齿条左右移动最大距离。

图2 齿轮齿条转向梯形机构

一 建模

由转向基本要求可知，在不计轮胎侧偏时，实现转向轮纯滚动、无侧滑转向的条件是内、外轮转角符合Arckerman理想转角关系：cot?O?cot?i?k/L，如图3所示。

图3 理想的内外轮转角关系

（1）设计变量：

l,h?, )选取变量 X?(112

图4 外轮一侧杆系运动情况

由图4内外轮转角的关系得：

K?MS??l1cos(r??o)?l22?[l1sin(r??o)?h]2 (1)

2??arctan2h (2)

K?M?2SK?M22l1?(?S)2?h2?l22??arccos (3) K?M222l1(?S)?h2?i?r???? (4)

联立上式可得?i?g(?o)的函数关系式。

对于给定的汽车和选定的转向器，转向梯形机构有横拉杆长l1和梯形臂长m两个设计变量。在计算过程中，以梯形底角r代替横拉杆长l1作为设计变量，

L再代入式(1)得到l1。底角r可按经验公式先选一个初始值r?arctan(43K)?67.88，

进行优化搜索。