斯太尔SX3400汽车双前轴转向机构分析综述Word文档格式.docx

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，——第Ⅰ，Ⅱ转向轴外轮转角；

，——第Ⅰ，Ⅱ转向轴内轮转角；

，——第Ⅰ，Ⅱ转向轴与过转向中心且垂直于汽车轴线的直线间的距离；

满足了上述三个关系，则既保证了内外轮转角间的匹配，又保证了前后轮间的转角匹配，理论上就保证了各车轮绕着一个瞬时转向中心旋转，避免了车轮的横向滑移。

1双轴转向理论转角的计算

由式

（1）、

（2）和（3）我们可以得到以下的公式：

（4）

（5）

（6）

其中，为一轴内轮转角，实际计算中给定初始值；

分别为一轴外轮转角，二轴内轮转角和二轴外轮转角，可由（4）、（5）和（6）式得出。

2转向主销中心距B的确定：

图

（2）主销中心距分析图

B——两主销中心线的延长线到地面交点之间的距离。

3最小转弯半径计算

由图

（1），设瞬时转向中心位于O点，δ1、δ2、δ3、δ4分别为前轴Ⅰ、前轴Ⅱ和后轴Ⅰ、后轴Ⅱ的侧偏角，而θ1、θ2分别是前轴Ⅰ、前轴Ⅱ转向轮转角的平均值。

各轴中点的速度方向由向量V1、V2、V3、V4来决定。

轴的侧偏角对于双后轴的车轴决定于V3和V4的方向同汽车纵轴线间的角度，而对于前轴Ⅰ、前轴Ⅱ则决定于转向轮转角平均值θ1、θ2和速度V1、V2的方向之间的角度。

根据作用于汽车上的力平衡条件，可以列出以下公式：

侧向力与偏离角有下列关系：

式中K1、K2、K3、K4是相应轴上车轮侧偏系数。

在许多情况下，可认为K1=K2=K3=K4。

求解以上方称，可以得到如下的瞬时转弯半径，过转向中心且垂直于汽车轴线的直线距后轴Ⅱ距离C值及最小转弯半径的公式：

（7）

（8）

（9）

式中：

为车轮转臂，指主销延长线至地面的交点到轮胎接地中心的距离；

为前轴Ⅰ、前轴Ⅱ转向轮最大转角的平均值。

三SX3400双轴转向机构分析

图

（2）双轴转向传动机构运动简图

图

（2）为斯太尔重型车双轴转向传动机构运动简图。

在斯太尔双前轴转向机构中，双前轴的内外轮之间的转角匹配关系是靠转向梯形来保证的，而左侧前后轮之间的转角匹配则是靠转向连杆机构来保证。

由

（2）图示，双前轴转向的连杆机构靠中间摇臂和，摆臂和，纵拉杆、和来把转向机的摇臂传出的转角传递到第Ⅱ转向前轴的左轮上，从而保证双轴转向汽车转向车轮之间的转角匹配关系。

由于转向机摇臂的运动是通过第一中间摇臂传递到前轴Ⅰ转向节臂上的，前轴Ⅰ和前轴Ⅱ轮间转角的匹配关系的研究中不再考虑从转向机摇臂到第一中间摇臂之间的传动过程。

（一）右转向传动分析

理论转角分析

右转向时左轮为外轮，由式

（1）

（2）（3）中，1轴左轮转角为已知，可得：

1从前轴Ⅰ转向节臂到第一中间摇臂传动分析

设计中我们为保证轴间的转角匹配，把从前轴Ⅰ转向节臂出发经过转向机摇臂和两个中间摇臂到前轴Ⅱ转向节臂的传动作为一个传动链来进行研究，通过给定各中间摇臂一定的位置、长度和初始转角，来达到使前轴Ⅰ、前轴Ⅱ轮间转角的匹配。

图（3）前轴Ⅰ内轮到第一中间摇臂的传动机构简化图

图（3）为第一中间摇臂到前轴Ⅰ转向节臂的传动分析图，为第一中间摇臂的初始位置角，分别为某一时刻前轴Ⅰ转向节臂和第一中间摇臂的转角。

设：

铅锤面中：

（10）

水平面中：

（11）

而：

（12）

令，，

，

则

2前轴Ⅰ转向梯形传动分析

图（4）为前轴Ⅰ转向梯形的分析图，为前轴Ⅰ转向梯形底角，转向梯形臂的转角即为前轴Ⅰ转向节臂的转角，由此可以计算出转向梯形臂的转角，也就是前轴Ⅰ外轮的转角。

图（4）前轴Ⅰ转向梯形分析图

（14）

3从第一中间摇臂到第二中间摇臂分析

图（5）第一中间摇臂到第二中间摇臂分析图

图（5）为从第一中间摇臂到第二中间摇臂的传动分析图，其中为第一中间摇臂初始位置角，为第二中间摇臂初始位置角，第二中间摇臂的转角可由第一中间摇臂的转角计算得出：

（16）

4从第二中间摇臂到前轴Ⅱ转向节臂传动分析

图（7）为从第二中间摇臂到前轴Ⅱ内轮的转向角传动分析图，其中为第二中间摇臂的初始位置角，由第二中间摇臂转角，可以推出前轴Ⅱ转向节臂的转角，此即前轴Ⅱ内轮转角。

图（7）第二中间摇臂到前轴Ⅱ内轮传动分析图

（18）

5前轴Ⅱ转向梯形传动分析

图（7）为前轴Ⅱ转向梯形的分析图，为前轴Ⅱ的转向梯形底角，转向梯形臂的转角即为前轴Ⅱ转向节臂的转角，由此可以计算转向梯形臂的转角，也就是前轴Ⅱ外轮的转角。

图（8）前轴Ⅱ转向梯形分析图

（20）

6第一中间摇臂到转向机摇臂传动

图（11）为从第一中间摇臂到转向机摇臂的传动分析图，其中为转向机摇臂初始位置角，为第一中间摇臂初始位置角，转向机摇臂的转角可由第一中间摇臂的转角计算得出：

图第一中间摇臂到转向机摇臂的转角传动分析图

，

（二）左转传动分析

理论转角计算

1从前轴Ⅰ转向节臂到转向摇臂传动分析

图（9）前轴Ⅰ内轮到第一中间摇臂的传动机构左转简化图

图（9）为第一中间摇臂到前轴Ⅰ转向节臂的传动分析图，为第一中间摇臂的初始位置角，分别为某一时刻前轴Ⅰ转向节臂和第一中间摇臂的转角。

图（10）为前轴Ⅰ转向梯形的分析图，为前轴Ⅰ转向梯形底角，转向梯形臂的转角即为前轴Ⅰ转向节臂的转角，由此可以计算出转向梯形臂的转角，也就是前轴Ⅰ外轮的转角。

图（10）前轴Ⅰ转向梯形分析图

3从转向机摇臂到第一中间摇臂分析

图（11）第一中间摇臂到第二中间摇臂分析图

图（11）为从第一中间摇臂到第二中间摇臂的传动分析图，其中为第一中间摇臂初始位置角，为第二中间摇臂初始位置角，第二中间摇臂的转角可由第一中间摇臂的转角计算得出：

图（13）为从第二中间摇臂到前轴Ⅱ内轮的转向角传动分析图，其中为第二中间摇臂的初始位置角，由第二中间摇臂转角，可以推出前轴Ⅱ转向节臂的转角，此即前轴Ⅱ内轮转角。

图（13）第二中间摇臂到前轴Ⅱ内轮传动分析图

图（14）为前轴Ⅱ转向梯形的分析图，为前轴Ⅱ的转向梯形底角，转向梯形臂的转角即为前轴Ⅱ转向节臂的转角，由此可以计算转向梯形臂的转角，也就是前轴Ⅱ外轮的转角。

图（14）前轴Ⅱ转向梯形分析图

四参数化程序设计及结果分析

1程序流程图

根据双前轴转向的设计要求，我们通过调整中间摇臂的位置及结构参数来保证前轴Ⅰ、前轴Ⅱ内外轮转向角的匹配关系，编制程序框图如下：

图（8）双轴转向程序框图

1各轮转角结果分析

这里我们采用功能强大的数学计算软件MATLAB6.1来进行程序的编制，避免了用传统编程工具如FORTRAN，BASIC等需要编写大量函数的繁琐，使得程序更为简练、高效。

表

（1）列出了前轴Ⅰ、前轴Ⅱ内外轮理论转角、实际设计转角及其差值的比较：

前轴Ⅰ内轮理论转角

5

10

15

20

25

28

30

前轴Ⅰ外轮理论转角

4.8656

9.4800

13.8717

18.0706

22.1068

24.4628

26.0099

前轴Ⅰ外轮实际转角

4.9014

9.6089

14.1220

18.4325

22.5259

24.8690

26.3805

-

0.0358

0.1289

0.2503

0.3619

0.4191

0.4062

0.3706

前轴Ⅱ内轮理论转角

3.6216

7.2695

10.9704

14.7517

18.6415

21.0396

22.6691

前轴Ⅱ内轮实际转角

3.8830

7.7817

11.6914

15.6098

19.5375

21.9

23.4785

0.2614

0.5122

0.721

0.8581

0.896

0.8604

0.8094

前轴Ⅱ外轮理论转角

3.5240

6.8880

10.1292

13.2813

16.3758

18.2175

19.4430

前轴Ⅱ外轮实际转角

3.7907

7.4171

10.8779

14.1704

17.2907

19.0781

20.2337

0.2667

0.5291

0.7487

0.8891

0.9149

0.8606

0.7907

表

（1）理论转角与实际转角的比较

32

35

37

40

42

27.5403

29.8085

31.3049

33.5302

35.0021

27.8493

29.9676

31.3196

33.2508

34.4693