輪式車輛轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)的圖解解析

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1、輪式車輛轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)的圖解解析常州工業(yè)技術(shù)學(xué)院鎢華芝?????常州市政工程管理處魏曉靜??摘要介紹幾種簡(jiǎn)單實(shí)用的車輛轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)的圖解解析設(shè)計(jì)法。通過事先設(shè)定內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪實(shí)際特性曲線與理論特性的交點(diǎn)位置來控制轉(zhuǎn)角偏差的方法，選擇轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)參數(shù)，可以大大減少圖次數(shù)，提高工作效率，減小轉(zhuǎn)角誤差。??關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)解析圖解??1引言??輪式車輛一般都是依靠轉(zhuǎn)向車輪偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎或曲線行駛。轉(zhuǎn)向是的基本要求是保證所有車輪滾動(dòng)而不發(fā)生滑動(dòng)，這一要求通常由平面四桿機(jī)構(gòu)來達(dá)到。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)都采用圖解轉(zhuǎn)向梯形的方法。這種方法需要按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選擇機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)，然后作

2、圖校核該梯形機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角偏差是否大于允許偏差，若大于允許偏差，則重新選擇或調(diào)整幾何參數(shù)，再校核圖，直至轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)小于允許偏差為止。這實(shí)際上是一種試湊的方法，帶有較大的盲目性，工作量大。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，解析法得到了較好的應(yīng)用，但是傳統(tǒng)的圖解法仍有它直觀、方便的優(yōu)點(diǎn)，因此仍然被工程設(shè)計(jì)人員廣泛采用。本文介紹一種簡(jiǎn)單高效且實(shí)用的圖解解析設(shè)計(jì)法，可以大大減少作圖校核的次數(shù)，提高工作效率。??2轉(zhuǎn)向理論特性??機(jī)動(dòng)車輛或裝卸搬運(yùn)車輛的轉(zhuǎn)向大多采用雙軸線式轉(zhuǎn)向方式，見圖1。為了滿足純滾動(dòng)條件，轉(zhuǎn)向時(shí)所有車輪必須以不同的半徑圍繞同一轉(zhuǎn)向中心滾動(dòng)，各個(gè)車輪的軸線

3、交于瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心O點(diǎn)。雖然兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)的角度不同，但是兩個(gè)轉(zhuǎn)角之間應(yīng)滿足下列幾何關(guān)系：????ctg?-ctga=M/L???????（1）?式中?-外輪轉(zhuǎn)角a-內(nèi)輪轉(zhuǎn)角M-轉(zhuǎn)向軸兩主銷中心距L-車輛前后軸軸距??為了滿足運(yùn)動(dòng)學(xué)上的這一幾何關(guān)系，一般都是通過設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。式（1）稱為轉(zhuǎn)向理論特性。??3轉(zhuǎn)向梯形的圖解設(shè)計(jì)及其轉(zhuǎn)角誤差??轉(zhuǎn)向梯形四桿機(jī)構(gòu)中，固定件長(zhǎng)度（兩主銷中心距）M是由車輛總體設(shè)計(jì)給出的，兩梯形臂長(zhǎng)相等。因此只有兩個(gè)獨(dú)立變量有待確定，一個(gè)是連桿（橫拉桿）長(zhǎng)度，另一個(gè)是兩搖桿（梯形臂）長(zhǎng)度，這兩個(gè)參數(shù)還可以轉(zhuǎn)化為梯形底角O及梯形臂長(zhǎng)

4、m，見圖1。??通常設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)o和m值，用作圖法作出所選機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)（a

5、系，使初選梯形機(jī)構(gòu)的實(shí)際特性曲線與理論特性曲線逼近，則通過一兩次作圖就能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，大大提高工作效率。??轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計(jì)是給出兩連架桿對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角函數(shù)關(guān)系*=f（*）的四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題，有無窮多的近似解，每一種解的誤差不盡相同，其結(jié)果分三種情況（見圖3）：第一種情況，在最大轉(zhuǎn)角amax范圍內(nèi)，實(shí)際特性曲線與理論特性只有a=0一個(gè)交點(diǎn)，兩曲線相距較大；第二情況兩特性曲線在a1=0、a2=amax兩處有交點(diǎn)，誤差比第一種情況??；第三種情況，兩特性曲線在a1=0、a2

6、.5,amax=450,如果初選參數(shù)*=780，m/M=0.138,則實(shí)際特性曲線與理論特性將在a2=590有交點(diǎn)，a2>amax,最大轉(zhuǎn)角誤差?=2.60，屬于第一種情況；如果初選參數(shù)*=720，m/M=0.113，則交點(diǎn)a2=400，a2=0.89amax,厚大轉(zhuǎn)角誤差?=0.70，屬第三種情況。??通過分析可見，第三種情況，實(shí)際特性曲線與理論特性比較接近，所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)一般均能滿足轉(zhuǎn)角誤差要求。??5轉(zhuǎn)向梯形參數(shù)的確定??引入平面四桿機(jī)構(gòu)的圖解設(shè)計(jì)法，見圖4。設(shè)各桿長(zhǎng)度：固定構(gòu)件AD=M，是已確定的轉(zhuǎn)向軸主銷距；連架桿AB=CD=m為特定的轉(zhuǎn)向臂長(zhǎng)；

7、連桿BC=n特定。建立圖示坐標(biāo)系，并設(shè)AB轉(zhuǎn)向臂與X軸的夾角為*，轉(zhuǎn)向梯形底角為*，轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)輪轉(zhuǎn)角為a，外輪轉(zhuǎn)角為?，則有：??通過解析幾何的方法可以得到轉(zhuǎn)向梯形角位移方程式:??方程式（7）只有兩個(gè)未知數(shù)K1和K2。為了得到精確解，給出兩連架對(duì)應(yīng)的兩對(duì)角位移（*,*）和（*，*），由選取轉(zhuǎn)向輪滿足轉(zhuǎn)向理論特性ctg*-ctg=M/L關(guān)系式的兩組內(nèi)、外輪轉(zhuǎn)角（*，*）和（*，*）分別帶入式（2）計(jì)算*和*，然后帶入式（6），計(jì)算出對(duì)應(yīng)的a1,?1和a2?2，建立方程組???????????????????a1K1+K2=?1???????????????????

8、????a2K1+K2=