某中型载货汽车转向系统的分析研究与改进设计

论文摘要

虚拟样机作为一项新技术,在各个领域显示出了巨大的技术优势。该文中应用了机械系统动力学自动分析软件(ADAMS),以某型号汽车双前桥系统及转向系统为研究对象,建立包括车身、转向盘、循环球式转向器、双前桥、双摇臂、悬架、主销、转向轮等在内的双前桥系统多体模型,对现有双前桥汽车转向系统设计进行优化设计。依据建立的虚拟模型和仿真结果,对转向系统进行相关的运动学分析、干涉校核分析和动力学分析,并运用ADAMS软件对双摇臂机构进行了优化设计。通过改变悬架及转向系统的有关几何参数,进行运动学及动力学仿真计算,得到有关性能参数与车轮定位参数的结果曲线,从而为汽车的设计和制造提供理论依据。双前桥转向载货汽车在如今社会中发挥的作用越来越显著,双前桥转向载货汽车需求不断增加,但是关于双前桥转向载货汽车技术研究很少,相关的理论不够深入。为此,本课题主要进行研究双前桥转向车辆的转向系统。本文对双前桥转向的转向理论、转向系统结构模型及优化、转向系统的动力学分析进行了研究。本文对多轴桥转向理论国内、外的研究现状进行阐述;并且重点指出了多桥转向中还未解决的难题。然后介绍了双前桥转向载货汽车的转向结构和转向理论:其中重点对双前桥汽车在转向过程中的理想运动学特征进行了阐明,推导出了转向轮和转角两者之间的相互关系。同时建立双前桥转向系统整体数学模型以及双前桥转向系统优化模型。将双前桥转向系分成转向梯形、垂臂—节臂一直拉杆、双摆杆机构这三部分,为便了对该系统的分析与建模,由局部到整体建立起了完整的数学模型,对双前桥转向汽车的转向过程进行深入地剖析,对双前桥转向汽车在转向过程中理想化的内、外轮转角和实际操作过程中的差异进行了分析,并结合约束条件对目标函数进行了原始优化,引申出一种实用、简单的可行性方案。之后将汽车模型理论应用在双前桥转向汽车上,分析了双前桥转向汽车的运动。该论文中主要是以牛顿力学原理做为基础,结合各种参量间几何、动力学的关系,以绕车辆坐标系z轴的转矩和汽车转向过程中Y轴方向受力平衡为切入点,进而推导出了双前桥转向载货汽车的运动学的微分方程组;并对运动学的微分方程组进行了适当推广,得出了适用于现在多轴转向车辆的微分运动学方程组。本文最后对双前桥转向车辆横摆角速度的表达式,同时考虑以横摆角增益为对象考察双前桥转向的稳态转向特性,基于运动学微分方程组进行了推导。杆系合理匹配对多轴转向汽车来说的是十分重要的,不仅同一轴两车轮转角之间应互相匹配,而且不同的转向轴同侧车轮之间的转角也应很好的匹配。这一点是多轴转向汽车与单轴转向汽车的根本区别。本文以双桥转向汽车为例,分析了多轴转向汽车数学模型的建立方法,并对两转向轴之间的摇臂机构进行运动分析,然后进行优化设计、仿真模拟,仿真结果验证了该方法的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.3 论文主要研究内容
• 第2章 多体系统动力学及其软件Adams 简介
• 2.1 多体系统动力学
• 2.1.1 多体系统动力学研究的发展
• 2.1.2 多体系统动力学建模与求解一般过程
• 2.2 Adams 简介
• 第3章 汽车双前桥和转向系统结构选型与分析
• 3.1 转向系统的结构形式
• 3.1.1 转向系统概述
• 3.1.2 转向器结构形式及选择
• 3.2 转向梯形概述
• 3.2.1 转向梯形的提出
• 3.2.2 转向梯形的发展现状及未来趋势
• 3.2.3 转向梯形的作用
• 3.3 转向梯形
• 3.3.1 转向梯形的分类
• 3.3.2 转向梯形的结构
• 3.3.3 转向梯形机构遵循的转向原理
• 3.3.4 双前桥转向机构的作用与基本原理
• 3.3.5 双前桥转向机构的布置
• 第4章 双前桥及转向系统的设计计算
• 4.1 转向系计算载荷的确定
• 4.2 循环球式转向器的设计与计算
• 4.2.1 环球式转向器各参数如下表所示
• 4.2.2 钢球直径d 及数量n
• 4.2.3 滚道截面
• 4.2.4 接触角
• 4.2.5 齿条齿扇传动副设计
• 4.2.6 循环球式转向器零件强度的计算
• 4.2.7 齿的弯曲应力
• 4.3 双前桥转向机构分析
• 4.3.1 车辆转向轮胎的理想运动关系
• 4.3.2 车辆悬架与转向系统的干涉
• 4.3.3 转向系与悬架的运动干涉在虚拟样机中的处理
• 4.3.4 物理样机的传动关系
• 4.4 转向梯形在双前桥转向系统中的空间处理
• 第五章 双前桥及转向系统优化与改进
• 5.1 双前桥转向系统转向梯形的优化模型
• 5.1.1 建立双前桥转向系统转向梯形数学模型
• 5.1.2 优化模型的建立
• 5.1.3 小结
• 5.2 双前桥转向系统 ADAMS 模型的建立
• 5.2.1 建立虚拟样机模型
• 5.3 车辆双前桥转向拉杆设计计算
• 5.3.1 有限元模型的建立
• 5.3.2 分析计算结果
• 总结
• 结论
• 参考文献
• 致谢