汽车设计实指导书2014.doc

淮 阴 工 学 院 汽车设计 实验指导书 交通工程系 2012年1月3日 实验一 整体式转向梯形参数优化设计? 一、实验目的： 通过本实验的学习，使学生掌握汽车设计参数化的理念，为学生今后从事汽车设计和改装工作打下基础。 二、实验要求： 在学习有关理论知识的基础上，用VB计算机语言编制整体式汽车转向梯形机构的设计程序，该程序应能达到如下要求：根据给定的转向梯形参数和形式，能通过程序给出转向梯形的梯形臂长和梯形底角。 三、实验内容 转向梯形机构的设计 要求：用VB编程求解 已知参数：汽车主销中心距 K, 轴距 L ： 车型 1 K= 1420mm L= 3300mm 车型 2 K= 1480mm L= 4000mm 车型 3 K= 1575mm L= 4144mm 车型 4 K= 1175mm L= 2700mm 要求：从上述车型中任选一车型，涉及整体式后置转向梯形，确定梯形臂长和梯形底角 ，画出实际特性曲线，他与理论特性曲线在 15250以内相交 (内轮共转 40)在 25以内的实际特性曲线尽量与理论特性曲线接近。 图1 整体式转向梯形 1—转向横拉杆 2—转向梯形臂 3—前轴另一侧转向轮。 当汽车前悬架采用非独立悬架时，应当采用整体式转向梯形。整体式转向梯形的横拉杆可位于前轴后或前轴前(称为前置梯形)。对于发动机位置低或前轮驱动汽车，常采用前置梯形。前置梯形的梯形臂必须向前外侧方向延伸，因而会与车轮或制动底板发生干涉，所以在布置上有困难。为了保护横拉杆免遭路面不平物的损伤，横拉杆的位置应尽可能布置得高些，至少不低于前轴高度。 转向梯形机构的几何尺寸参数有：两转向主销中心线与地面交点间的距离K，转向横拉杆两端球铰接中心间的距离n，转向梯形臂长m和梯形底角。根据汽车的总体布置或转向桥的位置图，首先可找出汽车的轴距L及转向主销间距K，再求其他参数。 2、整体式转向梯形机构优化设计 汽车转向行驶时，受弹性轮胎侧偏角的影响，所有车轮不是绕位于后轴沿长线上的点滚动，而是绕位于前轴和后轴之间的汽车内侧某一点滚动。此点位置与前轮和后轮的侧偏角大小有关。因影响轮胎侧偏角的因素很多，且难以精确确定，故下面是在忽略侧偏角影响的条件下，分析有关两轴汽车的转向问题。此时，两转向前轮轴线的延长线应交在后轴延长线上，如图2所示。设、。分别为内、外转向车轮转角，L为汽车轴距，K为两主销中心线延长线到地面交点之间的距离。若要保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶，则梯形机构应保证内、外转向车轮的转角有如下关系 (1) 若自变角为，则因变角的期望值为 (2) 图2 理想的内、外车轮转角关系简图 现有转向梯形机构仅能近似满足上式关系。以图2所示的后置梯形机构为例，在图上作辅助用虚线，利用余弦定理可推得转向梯形所给出的实际因变角为 (3) 式中，m为梯形臂长；γ为梯形底角。 所设计的转向梯形给出的实际因变角，应尽可能接近理论上的期望值。其偏差在最常使用的中间位置附近小角范围内应尽量小，以减少高速行驶时轮胎的磨损；而在不经常使用且车速较低的最大转角时，可适当放宽要求。因此，再引入加权因子，构成评价设计优劣的目标函数为 (4) 将式(2)、式(3)代入式(7-26)得 (5) 式中，x为设计变量，；为外转向车轮最大转角，由图2得 式中，为汽车最小转弯直径；a为主销偏移距。 考虑到多数使用工况下转角小于20o，且10o以内的小转角使用得更加频繁，因此取 (6) 建立约束条件时应考虑到：设计变量m及γ过小时，会使横拉杆上的转向力过大；当m过大时，将使梯形布置困难，故对m的上、下限及对γ的下限应设置约束条件。因γ越大，梯形越接近矩形，值就越大，而优化过程是求的极小值，故可不必对γ的上限加以限制。综上所述，各设计变量的取值范围构成的约束条件为 (7) (8) (9) 梯形臂长度m设计时常取在=0.11K，=O.15K。梯形底角=70o。 此外，由机械原理得知，四连杆机构的传动角δ不宜过小，通常取=40o。如图7-33所示，转向梯形机构在汽车向右转弯至极限位置