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1、汽车前轮转向机构的分析摘要：以阿克曼理论为基础，对现行汽车前轮梯形转向四杆机构进行了分析，指出现行状态下汽车转向时四车轮均实现纯滚动是不可能的，本文着重介绍并分析了一种新型的车辆转向机构。关键词： 阿克曼转向原理 汽车前轮梯形转向四杆机构 纯滚动 新型的车辆转向机构 前言：车辆在通过弯道时由于惯性力的作用，车辆必须通过轮胎与地面的横向摩擦力才能保持车身侧向平衡从而安全过弯。但是对于传统的车辆转向机构，前轮转弯时转过的角度是相同的，从而轮胎与地面间不可能处于纯滚动而无滑移现象，这大大地增大了轮胎与地面之间的磨损，同时，也增加了车辆在转弯时的油耗和高速转弯时的危险性。而本文所研究的新型车辆转向机构
2、很好地解决了这一难题，且有着很大的研究和使用价值。主体：一阿克曼原理简介 汽车在行驶( 直线行驶和转弯行驶) 过程中， 每个车轮的运动轨迹， 都必须完全符合它的自然运动轨迹，从而保证轮胎与地面间处于纯滚动而无滑移现象 。二现行汽车前轮梯形转向四杆机构运动分析现行汽车前轮梯形转向四杆机构为一等腰梯形的平面铰链四杆机构，如图1所示。该机构在一定角度范围内运动时，杆AB转动一定角度1后杆CD同时摆动一定角度3，如图2所示汽车两前轮分别转过不同角度使汽车进入转向行驶状态。图1 转向机构 图2 转向时的机构现行汽车前轮梯形转向四杆机构在汽车进行转向行驶时，前轮中有一轮与地面总存在横向滑行移动，轮胎与地面
3、产生滑动摩擦，如图3所示。轴II为汽车后轮轴轴一为汽车前轮轴，汽车在转向行驶时，若要汽车的四个车轮在地面上均作纯滚动，则要求前两轮盘轴心线与后轴线汇交于一点E，而实际上前两轮盘轴心线与后轴线不总汇交于一点。如图3中实线所示，当两后轮与前轮D做纯滚动转向行驶时即整车绕E点转动，此时A点前轮的实际运动速度方向为垂直于直线AF的速度VA,与要求作纯滚动的运动方向VA(垂直于直线AE)不重合，其相对滑动速度：V=VA -VA因此，汽车在进行左、右转向行驶时，车前轮中有一轮要在地面上产生沿车轮轴向的横向滑动。三可倾斜式的车辆转向系统这种转向机构在传统的梯形四杆机构作为平面转向机构的基础上，增加了垂直地面
4、的拉杆，使得转向轮除了可以做水平方向转动之外还可以同时做竖直方向一上一下的平动，此时车身重力和地面给予车轮的支持力的合力便会提供额外的向心力，从而令车辆可以以更高的速度过弯，并保证安全性。1.原理 图1 直行状态 图2 转向状态 如上图所示：图1表示车辆直行时转向机构的状态。而在车辆进行转向时，在这种新型可倾斜转向机构的作用下，车轮便会带动车身向弯道内侧倾斜一定角度，如图2所示。此时车身重力和地面给予车轮的支持力的合力便会提供除地面与轮胎的摩擦力之外的向心力，从而令车辆可以在保证安全性的前提下，以更高的速度过弯，从而避免了入弯前的减速或者制动。2.可倾斜式车辆转向机构的功能要求 上面阐述了可倾
5、斜转向机构工作的基本原理，但为了在车辆进行水平偏转时实现车身向弯道内侧的倾斜，可倾斜转向机构还应该同时实现车辆的水平偏转和沿车身轴线方向的倾斜。针对这两大功能要求，下面给出了初步的实现方法。2.1水平偏转采用传统的梯形转向机构实现车辆水平偏转。梯形转向机构由车架前端、横拉杆、梯形臂、控制杆组成。通过方向盘的转动带动控制杆，控制杆末端位移输入到转向梯形的一顶点，从而实现梯形形状的变化，最终使车辆前轮做符合条件的偏转。2.2沿车身轴线方向的横滚倾斜三角支架、锥齿轮、T形杆组成了实现车身沿轴线方向的横滚倾斜。由方向盘两侧的前后推拉带动一组锥齿轮运动，传递给T形杆，T形杆再带动两三角支架上下移动，从而
6、实现车辆的倾斜。 图3 转向机构机构简图由图3可知，车辆的前转向轮是通过同时完成水平面的转动和竖直面的上下平动来达到可倾斜转向的目地的。但是，转向机构是通过对左、右转向轮不同转向角之间的合理匹配来保证汽车能按着理想的轨迹进行运动的机构。为了避免在转向时路面对汽车的附加阻力和轮胎的过快磨损，转向机构必须能保证所有车轮均做纯滚动。这便对转向机构各部分的尺寸提出了精确的要求。图3 车轮转向运动分析总结：本文介绍了新型的车辆前轮转向系统，新型的车辆前轮转向机构基于阿克曼原理，实现了前面的两车轮在转弯时转过的角度不同，从而实现轮胎与地面间处于纯滚动而无滑移现象，又分析了可倾斜式的车辆转向系统，使得转向轮
7、除了可以做水平方向转动之外还可以同时做竖直方向一上一下的平动，因此保证了车轮总与地面接触，从而保证轮胎与地面间处于纯滚动而无滑移现象，从而令车辆可以以更高的速度过弯，提高了车辆高速过弯的安全性，减小了轮胎的磨损，同时，也减少了以前过弯前制动带来的额外油耗。参考文献：1 肖永清,杨忠敏.汽车前桥及转向系统结构与维修M.国防大学出版社, 20042 孙志礼,冷兴聚,魏严刚等主编.机械设计M.东北大学出版社,20003李玉民,过学迅,王文家,徐锐良.整体式转向梯形的运动分析及优化设计J 4 姚明龙,王福林.车辆转向梯形优化设计及其求解方法的研究J. 机械设计与制造，20075姜明国,陆波.阿克曼原理与矩形化转向梯形设计J ,1994 6冯永伟,钱瑞明. 纯滚动汽车转向机构设计J
