摘 要

本篇文章选择商用车的转向传动机构作为研究对象，对商用车中的轻型货车进行设计分析。汽车的转向传动机构是在转向系统中起着传动的作用，它会对汽车的转向性能造成直接的影响，因此对转向传动机构的研究设计就十分有意义，设计之后进行优化更是符合时代的潮流。本文首先对转向传动机构在汽车中的作用以及其结构组成进行介绍，然后对转向梯形进行选型，选择了整体式转向梯形。之后以阿克曼转向定理为理论基础建立了转向传动机构的数学模型，计算出了所设计的轻型货车的转向梯形重要参数，紧接着借助MATLAB这种现代工具通过其中的函数工具对转向梯形进行优化。最后对该机构中的重要零件进行材料选用、尺寸设计以及进行校核计算。

关键词：转向传动机构；整体式转向梯形机构；MATLAB.

Abstract

In this paper, the steering mechanism of commercial vehicle is chosen as the research object, and the light truck in commercial vehicle is designed and analyzed. The steering mechanism of the automobile plays a driving role in the steering system, it will have a direct impact on the steering performance of the automobile, so the research and design of the steering transmission mechanism is of great significance. Optimization after the design is in line with the trend of the times. In this paper, the function of steering mechanism in automobile and its structure composition are introduced, then the steering trapezoid is selected and the integral steering trapezoid is selected. Then, based on Ackermann's turning theorem, the mathematical model of steering transmission mechanism is established, and the important parameters of steering trapezoid of the designed light truck are calculated. Then the steering trapezoid is optimized with the help of MATLAB, a modern tool. Finally, material selection, dimension design and checking calculation are carried out for the important parts of the mechanism.

Key words: steering driving mechanism；Integral steering trapezoid mechanism；MATLAB.

目录

第1章 绪论 1

1.1选题意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3论文研究的主要内容 2

第2章 转向传动机构的选型 3

2.1转向传动机构的简介 3

2.2转向传动机构的类型 3

2.3商用车转向梯形的选型 4

2.3.1商用车与乘用车 4

2.3.2商用车的转向梯形选型 4

第3章 整体式转向梯形的设计与优化分析 5

3.1转向传动机构的优化原理 6

3.2整体式转向梯形优化分析 6

3.3整体式转向梯形设计实例 8

第4章 基于MATLAB的优化设计 9

4.1 MATLAB的简介 9

4.2基于MATLAB的整体式转向梯形机构优化分析 10

第5章 转向传动机构部件的设计 11

5.1球头销设计 11

5.2转向拉杆设计 13

5.2.1转向直拉杆设计 13

5.2.2转向横拉杆设计 14

5.3转向摇臂设计 15

第6章 总结与展望 17

参考文献 18

附录 20

致谢 21

第1章 绪论

1.1选题意义

众所周知，汽车这种交通工具在当今社会中所占据的地位越来越重要，汽车转向性能是好还是坏又是汽车整体性能中的一个较大研究部分，也与驾驶者乘客的汽车使用舒适性有很大的关联。最近二十年来，汽车产业的发展和变化有目共睹，人们的生活和出行也变得更加便捷,如今汽车已经走进普通老百姓的家里面。在汽车的行驶过程之中，转向运动是最常见的一种基本运动形式。我们都知道，汽车底盘中如此多的零件相互连接配合构成了汽车底盘这一个协调高效的大系统，转向系统又是其中的一个较大的系统，转向系统的作用是使得汽车转向行驶中的各转向轮按照一定的预先设计进行前进或者左右转向，这也是设计转向系统的初衷和最初的设想。而当今汽车的转向性能，作为一个汽车性能中的越来越突出的性能，越来越受到用户的重视。我们都知道，每个汽车的系统都有一个最核心的部件，而对于转向系统来说，那就是转向器。汽车转向器又被我们称作转向机，它的作用相当于转向盘与转向传动机构中间的传递中转作用，改变的是所传递的力的大小以及方向。当今汽车生产实际中，商用车的生产厂家对于转向器大多数采用整体式循环球式转向器。循环球式转向器的主要部件有螺杆、螺母、转向器壳体以及小钢球^[1]，其中的循环球的滚动作用我们可以从物体摩擦的角度分析，即可以将滑动摩擦转变为刚体之间阻力更小的滚动摩擦。

汽车这个大机器整个结构可分为四个部分，底盘又在汽车中占据最大的空间。对于汽车的底盘中的转向系统来说，在汽车刚刚被创造时，对其转向控制是利用操纵杆直接来控制完成的。然而随着汽车行驶速度的迅速加快，这种操作方式不仅耗费大量的体力，而且工作不可靠，被时代与人们渐渐弃用。正因为如此，一种全新的转向传动机构应运而生，它既节省体力又能提高汽车转向的准确星能，许多的人们开始进行研究。首先，早在十九世纪的德国，林肯斯潘杰极富探索精神和创造力，发明了一种带有转向节的梯形机构，可实现最早的独立转向性能，这便是转向梯形机构最早形态与来源。当今基本的转向传动机构包括：其一转向摇臂；其二转向直拉杆；其三转向节臂；其四转向梯形和转向横拉杆等组成。转向传动机构可以将转向器输出的力和运动的变化，通过其中的几个部件的刚性传递，传送到车辆前轴两侧，即左右两个方向的转向节上面^[2]，让两侧车轮能够偏转，我们对汽车进行预先设计，如此一来转向功能就可以在较长的部件上一次次的传递到车轮，通过操纵方向盘，车轮就可以做出转动或者继续直线行驶的回应，从而保证汽车转向时，车轮能够与地面尽可能贴近，即车轮与地面相对滑动应尽可能的小。这一汽车中的转向运动的要求，就要由转向梯形精确的尺寸和角度两大元素的设计来实现。传统的转向机构又由于机械工程零件的问题，转向拉杆的空间布置和空间布置问题，存在一定程度的缺陷。当为保证汽车前桥部分与汽车转向直拉杆之间在汽车运动时不发生空间位置影响时，轴距较长的车辆则无法实现生产。

在汽车的设计过程中，转向传动机构设计一直都是至关重要的一部分，具有极大的研究意义，设计是好是坏就会直接影响着车辆的操纵稳定性，还有乘坐人员的舒适性体验以及车辆使用者的人身安全性。故本文选择转向传动机构作为研究对象具有重要的现实意义。