摘 要

随着汽车工业的高速发展以及相关的技术越来越成熟和完善，双前桥转向重型载货汽车因为它的运输的费用低、运输效率大的好处，慢慢的成为了公路运输的首选。但是双前桥转向的重型货车在实际的使用过程中通常会存在轮胎会磨损的非常严重、转向的时候车轮容易发现跑偏现象以及驾驶员操纵转向盘太过沉重，并且与这些问题为何会发生的研究比较少或者不够完善；因而在这个背景下，本论文对双前桥转向汽车的转向系统进行了较为周全的研究。

本文关注于对双前桥转向系统的结构进行了介绍，其是由转向盘、一桥摇臂、一桥直拉杆、车轮、一桥转向节、一桥转向梯形、中间连杆、转向助力装置、二桥直拉杆、二桥转向梯形组成；也叙述了其双前桥转向理论，其关键是要让各个转向轮之间满足阿克曼原理；介绍了ADAMS软件的相关知识，并了解了三维坐标变换理论，以为后面建模时的参数化设计提供了基础；对转向传动机构进行了优化设计，主要通过Matlab求出了梯形臂和梯形底角最优解；另外通过参数化设计建立转向系统的数学模型，并在空载下的静止转向、满载下的静止转向和匀速转向三种工况的情况下，对其一二桥直拉杆、一二桥横拉杆和中间连杆进行了受力分析。

关键词：双前转向理论、优化设、阿曼转角、参化

Abstract

With the rapid development of auto-industry and related technology being more and more mature and perfect, the dual-front- axle steering heavy truck slowly become the best highway transportation choice, because of the low cost of transportation, transport efficiency benefits . But the dual-front-axle steering heavy truck in the actual use usually exists some problems: tyres’ wearing is very serious, wheel is easy deviation when steering, and the driver's steering wheel is too heavy, and the research for the reasons of these problems were few or not perfect; Thus under this background, this paper studied comprehensively for steering system of dual- front- axle steering vehicle.

This paper focused on the introduction of the steering system of dual-front-axle structure, it was formed of the steering wheel, A bridge arm, A bridge straight rod, wheels, A bridge steering knuckle, A trapezoidal steering bridge, intermediate link, steering assist device, B bridge straight rod and B bridge steering trapezoidal; it also introduced the theory of dual-front-axle steering, the key is to let each steering wheel to catch the Ackerman principle; and it introduced related knowledge of ADAMS software and the three-dimensional coordinate transformation theory, which provided the foundation for the parametric design of the future modeling; the optimization design of steering drive mechanism was carried out, mainly through the Matlab calculated the trapezoid arm and corner solution; in addition, the mathematical model of the steering system was established by parametric design, and under the three kinds of working conditions of static steering at no-load, at full load and uniform steering, the stress analysis was carried out on the A/B bridge straight rod, , the A/B bridge tie rod and the intermediate link.

Key Words: Double front axle steering theory、The optimization design、Mr Ackermann Angle、parameterized

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究的目的、意义 1

1.2 当前国内外的研究状况 2

1.3 研究的主要内容 2

1.4 本章小结 3

第2章 双前桥转向系统的结构及工作原理 4

2.1 转向系统设计的设计要求 4

2.1.1 转向系统的功能和基本要求 4

2.1.2转向系的性能要求 4

2.2重型载货汽车双前桥转向的基本机构 5

2.3转向系统的组成 5

2.4双前桥转向汽车的转向理论 7

2.4.1转向轮之间的理想运动关系 7

2.5 本章小结 9

第3章ADAMS软件的介绍 10

3.1 ADAMS软件 10

3.2 有关ADAMS分析功能的特点 10

3.3 ADAMS分析原理 11

3.4 有关ADAMS的优化仿真及其工作流程 11

3.5 三维坐标变换理论的叙述 12

3.6 本章小结 16

第4章 转向传动机构的设计 17

4.1设计转向梯形机构 17

4.1.1 整体式转向梯形的介绍 17

4.2 设计双前桥转向梯形 18

4.2.1 双前桥转向系统转向梯形机构的数学模型 18

4.2.2 对设计变量进行优化 22

4.2.3 确定目标函数 23

4.2.4 确定约束条件 23

4.2.5 基于Matlab的转向梯形机构设计程序 23

4.2.6 对γ的最优解进行求解 26

4.2.7 对m 的最优解进行求解 28

4.3 基于ADAMS的传动机构的分析 30

4.3.1 优化步骤 30

4.3.2 目标函数 31

4.3.3 分析结果 32

4.4 本章小结 33

第5章 动力转向系设计 34

5.1 动力转向的结构型式 35

5.2 常流式液压动力转向的工作原理 35

5.3 转向液压系统液压元件参数的计算 36

5.3.1 计算动力缸的性能参数 36

5.3.2 计算助力缸的性能参数 38

5.4 本章小结 40

第6章 双前桥转向系统的运动学分析 41

6.2 求解转向系统的运动关系 43

6.2.1 求解4～8点的坐标 43

6.2.2 求解2～3 点的坐标 44

6.2.3 求解9～10 点的坐标 45

6.2.4 求解 12～16 点的坐标 46

6.2.5 求解 17～19 点的坐标 48

6.2.6 求解 20～22 点的坐标 50

6.3 利用ADAMS建立模型 51

6.3.1 点的创建设计 51

6.3.2 22个点的参数化坐标 51

6.3.3 约束条件 52

6.3.4 验证建立的模型 53

6.4 本章小结 53

第7章 双前桥转向机构的动力学分析 54

7.1 计算转向轮的转向阻力矩MR 54

7.2 建立钢板弹簧的模型 54

7.3 分析转向轮的三种工况 56

7.3.1 汽车空载情况下的静止转向 56

7.3.2 汽车满载情况下的静止转向 57

7.3.3 汽车满载情况下的恒定车速转向 59

7.4 结果分析 61

7.5 本章小结 61

第8章 总结与展望 62

8.1 总结 62

8.2 展望 62

参考文献 63

附录A 65

致谢 67

第1章 绪论

1.1 研究的目的、意义

这些年来，我国在与汽车有关的运输行业的成长越来越快，更的重型载汽车的功率、装运货物能力是人们所需求的。各种大吨位的货车被人们所制造出来，人们期望这种大吨位的货车有着载货能力强及对路面破坏力小，但这是很难通过单个轴来实现的，为此，汽车的轴数增加也就是汽车设计中所需要考虑的，通过增加数来满足那些装载质量大的汽车的需求；也就说明三轴乃至更多轴的车型被我们所需要了。

多轴汽车为了使转弯的半径小、轮胎的磨损更低等整车转向机能，大多是选用两轴或者多轴来实现汽车的转功能。汽车多轴转设计中比较特别的是双前桥转设计，它是通过将两转向轴汇合到一起从而达到空间上的两者之间的距离降低，使得它拥有布局简单紧凑、转向反响快、耐久等特性，大多重型载货汽车都是采取双前转向。可是随着汽车轴数越来越多，转机构也就变得越来越复杂，有关转向机能的条件需求也就更加严厉，而且转向机能直接影响到车辆的用起来的经济性、操控时的稳定性和及其运转的灵活性，所以我们在关于转系统的设计也就必须设置更严厉的要求来满足。

同样的，我国国民经济的迅速发展，使得全各地区间的物流量不停提高，双桥重型汽车在物资交换这个市场的位也就越高，人们所需要这种类型车的需要也越多；此外我国对于重型载货汽车的科研和开拓也需要双前桥转方面的研究论的支撑；因此，我国着重于研究汽车双前桥转方面对于缓解我在运送物资的交通压力，调和东西部的共同发展和其物资交换，减除沿海和地货物的互相交换都有着非常大的重要意义^[1]。