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1、汽车转向梯形机构设计及 matlab/simMechanics 仿真汽车转向梯形机构设计及matlab/simMechanics仿真Trapezoidal steering mechanism design matlab simMechanics Simulation 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。 一、汽车转向梯形机构设计1.设计模型与要求：已知汽车梯形转向机构如下图所示。该车车型为沃尔沃，转向节跨距M为1305mm, 前轮距D为1535mm，轴距L为2640mm。该车最小的转弯半径R为5300mm，并且具有良 好的传力性能。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。2结构概述与条件分析根据题目条件，转向节跨距M,前轮
2、距D,轴距L均已知，则设计梯形转向机构只需要确定连架杆a，连杆b和轮与连架杆之间的夹角Q即可。由于残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。0b - Mcos a =02a根据最小转弯半径R=11000，以及公式：Lsin a =max1 ,、R - 2（ D - M）求出 a=30.6131max3.两侧转向轮偏转角之间的理想关系式为了避免在汽车转向时产生的路面对汽车行驶的附加阻力和轮胎过快磨损，要求车轮作纯滚 动。显然只有在车轮轴线交于O点才能实现。此时的a和0满足以下关系式：酽锕极額閉镇桧cot a= cot 卩+ ML为此要精心地确定转向梯形机构的参数。实际设计中，所有汽车的转向梯形都只能设计得再一定的车
3、轮偏转角范围内，使两侧车轮偏转角的关系大体上接近于理想关系。4转向传动机构的优化设计4.1传动机构连架杆与车轮轴线夹角a的确定04L根据经验公式：a = arctan( ) 土 5。03 M。带入数据得a =67.4161。77.4161，初步设计取的是72。04.2理论曲线与实际曲线焦点位置的确定以及连架杆a的确定根据经验得交点一般发生在 0.8a 0.95a=24.49 29.0824之间， 实验中取maxmaxa=26。此时卩理论=卩实际=arctan(dMma)=32.728实际带入实际公式，则可以确定连架杆a值。謀养抟箧飆鐸怼类蒋薔 根据平面四杆机构的运动方程式acos(兀一a +
4、P) + bcos5 -ccos(a +a)一M = 000asin(兀一a + P) + bsin5 -asin(a +a) = 000b - M消去5，代入cosa 0 = 2 得:cos(a +a) + cos(a - P) 一 2 cos aa =000 M =-296.4960mmcos2a -cos(2a +a - P)00b = M + 2a cos a = 1305 - 2 x 296.496cos 72 = 1121.8 mm 0说明：a0，表示该机构为后置式转向机构。根据经验公式0.11 flronmeri1EnvRewluteTs WokapaElJoint Aduato
5、r%Cand:intrma ini SanzDrUizpl 占 y1和.65 |XY GraphReiroluiel35 22 |Jo Ini Senso2BCfimoutDisplayTo VMrttSpm 威Revalue D八ResoluteD图5仿真模型框图2.2仿真结果设定仿真时钟和仿真步长，得到仿真图6 Tvchiin fvs xidl; xucjq.13回区Ejla 111 t 型畧 SiifiqclruiLis Insart Lools 14 :):.：! tLaJsw Ulp匕姿h m. s 口如：心一二总9：:： n : Q-UClick On OtysctTD Displ
6、ay Iribnnilion-b04200204Kt3KI5图7外转角和内转角的关系曲线图X轴代表梯形机构中的外转角，Y轴代表梯形机构中的外转角。单位是度 2.3误差分析将仿真结果输出到Matlab的工作区间，在Matlab中编写相关程序-3101520SEO35J010賦-:-倏聲孟.图8理论与实际内外转角比较图从图8中可以得出,理论内转角和实际外转角相差很小，表明在机构设计中计算的合理性和正确性。将仿真动画输出外AVI格式的播放文件。即可随时播放展示。下图为机械仿真软件ADAMS 仿真结果。图9 ADAMS仿真将两个软件的仿真结果对比，得出相同的结论。即可，进行adams和matlab联合
7、仿真。将 二者联合和在一起应用在机械设计里，是现在的一个热门话题。鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。小结：首先，采用传统的设计方法，计算出各个杆长，然后采用matlab自带机构仿真工具 箱SimMechanics,搭建仿真模块。籟丛妈羥为贍债蛏练淨。在机构的设计中，初步想采用优化设计的方法，同样是利用Matlab编写目标函数和约束函 数，不料目标函数过于复杂，特别是函数里含有大量的三角函数，不利与编程优化，实际操 作中很难得到稳定的数值解。相反的是，采用常规的解放，如试算法到可以的得到比较满意 的结果。預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。在仿真中，主要采用SimMechanics这个功能比较强大的工具箱。采用Matla
8、b/Simulink中信 号模块和输出模块等可以搭建我们需要输出的任何结果，包括位移、角位移、力、力矩、动 能等。渗釤呛俨匀谔鳖调硯錦。心得体会：通过这次机构设计，我感到收获很大。老师把题目布置下来，我们就从各个方面 收集资料，知道了多种机构设计方法，这极大的锻炼了我们快速搜集资料的能力。我还对 Matlab的仿真工具箱有了进一步的了解。以前只是知道有这个关于机构SimMechanics工具 箱，但是，matlab方面的书籍介绍SimMechanics的资料非常少甚至根本就不涉及，毕竟有 点专业。幸运的是,matlab里有强大的帮助，我就照这例子做了几遍，才把模块搭建的物理 意义搞清楚。铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。总之，本人从这次作业中受益非浅，建议老师多布置这方面的作业。
