一種兩級(jí)傳動(dòng)的汽車自帶原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

黃強(qiáng)

摘 要：隨著汽車保有量的增加，道路交通狀態(tài)越來越復(fù)雜，為了更便捷的實(shí)現(xiàn)汽車原地轉(zhuǎn)向、掉頭、側(cè)位停車等功能，改善交通擁堵現(xiàn)象，本文創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了一種兩級(jí)傳動(dòng)的汽車自帶原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，并從其基本構(gòu)成、工作原理和特性分析等方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析，該機(jī)構(gòu)可以有效實(shí)現(xiàn)汽車的原地轉(zhuǎn)向，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作便捷、可靠耐用，具有廣闊的應(yīng)用前景。該原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)已申報(bào)國(guó)家專利。

關(guān)鍵詞：汽車 原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 方案分析

中圖分類號(hào)：TH112 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）04（c）-0240-02

當(dāng)前中國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展正面臨著來自環(huán)保、城市建設(shè)、交通安全等各方面的巨大壓力，保證自主開發(fā)產(chǎn)品的安全、環(huán)保、節(jié)能必須建立在全面掌握產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)的基礎(chǔ)之上[1]。自主開發(fā)汽車原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)這一汽車輔助系統(tǒng)將在一定程度上緩解汽車工業(yè)發(fā)展面臨的這些壓力。隨著國(guó)內(nèi)汽車市場(chǎng)的發(fā)展，汽車原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)市場(chǎng)也將快速增長(zhǎng)，良好的市場(chǎng)環(huán)境為國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)，同時(shí)也帶來了極高的競(jìng)爭(zhēng)性，若企業(yè)能在汽車輔助設(shè)備上取得領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)必能給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)收益，這也就給汽車原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供廣袤的發(fā)展空間。

1 汽車原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本構(gòu)成

該兩級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)主要由蝸輪蝸桿、齒輪、千斤頂、千斤頂活塞、齒輪軸、電動(dòng)機(jī)、上下支架、上下支架滑道總成、套圈夾等14個(gè)部件組成。各零部件協(xié)同配合，共同實(shí)現(xiàn)汽車原地轉(zhuǎn)向的功能。

2 汽車原地轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作原理

當(dāng)汽車在原地不需要進(jìn)行轉(zhuǎn)向的動(dòng)作時(shí)，汽車的原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就會(huì)呈現(xiàn)收起的狀態(tài)（如圖2）。而汽車原地系統(tǒng)處在收起狀態(tài)，并且不工作的時(shí)候，該系統(tǒng)就會(huì)置于汽車的底盤與底盤下鉸接，而在汽車底盤重心位置上則有上支架滑道總成在此固定，并且與底盤進(jìn)行鉸接固定。

當(dāng)汽車進(jìn)行原地轉(zhuǎn)向動(dòng)作時(shí)，該系統(tǒng)的整個(gè)工作過程分為三個(gè)步驟，分別為：放落過程、頂起過程、旋轉(zhuǎn)過程。經(jīng)過三個(gè)步驟的動(dòng)作后，汽車完成了原地任意角度的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能后該系統(tǒng)收起，恢復(fù)到收起狀態(tài)，此時(shí)原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)處于不工作的待命狀態(tài)。

（1）原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)放落過程。

當(dāng)汽車遇到堵車或駐車等需要轉(zhuǎn)向操作時(shí)，駕駛員只需按下汽車原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制開關(guān)，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的原地調(diào)頭和停車等動(dòng)作。

駕駛員啟動(dòng)汽車原地調(diào)頭轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的控制開關(guān)后，以千斤頂活塞與上支架滑道總成的鉸接處為軸線，由控制電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)千斤頂繞該軸線旋轉(zhuǎn)，圖3所示為旋轉(zhuǎn)45°時(shí)該系統(tǒng)所處的狀態(tài)。當(dāng)汽車原地調(diào)頭轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)90°后機(jī)構(gòu)即達(dá)到最大的旋轉(zhuǎn)角度，汽車原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)即從汽車底盤安全伸出，機(jī)構(gòu)停止旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，完成整個(gè)放落過程。

（2）原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)頂起過程。

當(dāng)機(jī)構(gòu)達(dá)到最大旋轉(zhuǎn)角度后即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，隨后千斤頂?shù)挠鸵嚎刂崎_關(guān)開啟，在千斤頂控制系統(tǒng)的控制下，使油液不斷的進(jìn)入千斤頂內(nèi)，由于重力與油液的作用使千斤頂與下支架滑道總成一起沿著垂直地面的方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)下支架滑道總成到達(dá)地面后千斤頂便沿著下支架滑道總成的滑道下降。電動(dòng)機(jī)總成通過套圈與千斤頂固定，于是當(dāng)千斤頂下降時(shí)電動(dòng)機(jī)總成和套圈一起隨著千斤頂下降，最終到達(dá)滑道最底端。

千斤頂活塞與從動(dòng)齒輪通過鍵連接，當(dāng)千斤頂下降到滑道的最底端后由于下支架已與地面接觸，使千斤頂不能再移動(dòng)，此時(shí)油液仍不斷的向千斤頂內(nèi)流進(jìn)，于是在油液的作用下使得千斤頂活塞開始在上支架滑道內(nèi)沿垂直于地面的方向向上運(yùn)動(dòng)，最終到達(dá)上支架滑道的最頂端，如圖4所示。

千斤頂活塞已到達(dá)上支架滑道的最頂端，但此時(shí)的油液仍不斷的進(jìn)入千斤頂內(nèi)從而使得千斤頂活塞被迫繼續(xù)向上移動(dòng)，由于上支架滑道總成與汽車底盤鉸接千斤頂活塞在滑道內(nèi)無法再繼續(xù)移動(dòng)，于是千斤頂活塞將頂起與汽車底盤鉸接的上支架滑道總成，從而頂起汽車，完成整個(gè)頂起過程，如圖4所示。

（3）原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)過程。

當(dāng)汽車被千斤頂頂起，汽車四輪懸空離地達(dá)到一定高度后，千斤頂控制開關(guān)關(guān)閉，千斤頂控制系統(tǒng)停止工作，于是油液不再流入千斤頂內(nèi)，千斤頂活塞停止上升。此時(shí)電動(dòng)機(jī)開關(guān)接通電動(dòng)機(jī)開始工作，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子與蝸桿連接，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在電動(dòng)機(jī)外殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)，蝸桿與齒輪副中的主動(dòng)嚙合，蝸輪旋轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)主動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪嚙合，從動(dòng)齒輪與千斤頂活塞相連接，千斤頂活塞與上支架滑道總成相連接，上支架滑道總成又與汽車底盤相連接，于是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)即可帶動(dòng)汽車的旋轉(zhuǎn)，即在水平面內(nèi)可使汽車在原地向任意角度方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)過180°后即實(shí)現(xiàn)了原地調(diào)頭轉(zhuǎn)向。

3 汽車原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特性分析

設(shè)計(jì)的汽車自帶原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以完成初始設(shè)計(jì)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)汽車原地轉(zhuǎn)向的幾個(gè)基本過程。通過具體分析，該設(shè)計(jì)方案具有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

（1）實(shí)現(xiàn)了汽車原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的緊湊性以及材料加工的最小化。減輕了汽車原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的質(zhì)量，在保持原有汽車參數(shù)的同時(shí)引入汽車原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)后不影響汽車的通過性和質(zhì)量分配等。

（2）實(shí)現(xiàn)了汽車原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，達(dá)到了原地轉(zhuǎn)向的目的。機(jī)械設(shè)計(jì)部分包括兩方面，一是汽車升降裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，二是汽車旋轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單、實(shí)用。

（3）實(shí)現(xiàn)了對(duì)汽車原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)各部件協(xié)調(diào)工作的控制。控制部分包括動(dòng)力的選擇、升降的控制以及旋轉(zhuǎn)的控制。通過對(duì)控制部分的合理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了各部件工作的有序進(jìn)行。

4 結(jié)語

文中對(duì)新型汽車原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的基本構(gòu)成、工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并對(duì)其特性進(jìn)行了分析。該原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用自動(dòng)化控制，可減少不必要的操作步驟，駕駛員不必再為復(fù)雜的調(diào)頭、轉(zhuǎn)向操作而煩惱。一方面，該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便快捷，不影響汽車的通過性；另一方面，該機(jī)構(gòu)不消耗汽車動(dòng)力且可將復(fù)雜操作簡(jiǎn)化，從而減少燃油消耗，提高燃油經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保功能。因此，該新型原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 王孫安.機(jī)械電子工程原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2] 盧耀祖.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2009.

[3] 葛文杰.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].7版.天津：天津大學(xué)出版社，2008.

[4] 王曉.汽車附屬裝置設(shè)計(jì)準(zhǔn)則[M].北京：人民交通出版社，2007.

[5] 寧貴欣.CATIA V5工業(yè)造型設(shè)計(jì)實(shí)例教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.endprint

摘 要：隨著汽車保有量的增加，道路交通狀態(tài)越來越復(fù)雜，為了更便捷的實(shí)現(xiàn)汽車原地轉(zhuǎn)向、掉頭、側(cè)位停車等功能，改善交通擁堵現(xiàn)象，本文創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了一種兩級(jí)傳動(dòng)的汽車自帶原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，并從其基本構(gòu)成、工作原理和特性分析等方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析，該機(jī)構(gòu)可以有效實(shí)現(xiàn)汽車的原地轉(zhuǎn)向，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作便捷、可靠耐用，具有廣闊的應(yīng)用前景。該原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)已申報(bào)國(guó)家專利。

關(guān)鍵詞：汽車 原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 方案分析

中圖分類號(hào)：TH112 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）04（c）-0240-02

當(dāng)前中國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展正面臨著來自環(huán)保、城市建設(shè)、交通安全等各方面的巨大壓力，保證自主開發(fā)產(chǎn)品的安全、環(huán)保、節(jié)能必須建立在全面掌握產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)的基礎(chǔ)之上[1]。自主開發(fā)汽車原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)這一汽車輔助系統(tǒng)將在一定程度上緩解汽車工業(yè)發(fā)展面臨的這些壓力。隨著國(guó)內(nèi)汽車市場(chǎng)的發(fā)展，汽車原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)市場(chǎng)也將快速增長(zhǎng)，良好的市場(chǎng)環(huán)境為國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)，同時(shí)也帶來了極高的競(jìng)爭(zhēng)性，若企業(yè)能在汽車輔助設(shè)備上取得領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)必能給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)收益，這也就給汽車原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供廣袤的發(fā)展空間。

1 汽車原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本構(gòu)成

該兩級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)主要由蝸輪蝸桿、齒輪、千斤頂、千斤頂活塞、齒輪軸、電動(dòng)機(jī)、上下支架、上下支架滑道總成、套圈夾等14個(gè)部件組成。各零部件協(xié)同配合，共同實(shí)現(xiàn)汽車原地轉(zhuǎn)向的功能。

2 汽車原地轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作原理

當(dāng)汽車在原地不需要進(jìn)行轉(zhuǎn)向的動(dòng)作時(shí)，汽車的原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就會(huì)呈現(xiàn)收起的狀態(tài)（如圖2）。而汽車原地系統(tǒng)處在收起狀態(tài)，并且不工作的時(shí)候，該系統(tǒng)就會(huì)置于汽車的底盤與底盤下鉸接，而在汽車底盤重心位置上則有上支架滑道總成在此固定，并且與底盤進(jìn)行鉸接固定。

當(dāng)汽車進(jìn)行原地轉(zhuǎn)向動(dòng)作時(shí)，該系統(tǒng)的整個(gè)工作過程分為三個(gè)步驟，分別為：放落過程、頂起過程、旋轉(zhuǎn)過程。經(jīng)過三個(gè)步驟的動(dòng)作后，汽車完成了原地任意角度的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能后該系統(tǒng)收起，恢復(fù)到收起狀態(tài)，此時(shí)原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)處于不工作的待命狀態(tài)。

（1）原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)放落過程。

當(dāng)汽車遇到堵車或駐車等需要轉(zhuǎn)向操作時(shí)，駕駛員只需按下汽車原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制開關(guān)，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的原地調(diào)頭和停車等動(dòng)作。

駕駛員啟動(dòng)汽車原地調(diào)頭轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的控制開關(guān)后，以千斤頂活塞與上支架滑道總成的鉸接處為軸線，由控制電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)千斤頂繞該軸線旋轉(zhuǎn)，圖3所示為旋轉(zhuǎn)45°時(shí)該系統(tǒng)所處的狀態(tài)。當(dāng)汽車原地調(diào)頭轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)90°后機(jī)構(gòu)即達(dá)到最大的旋轉(zhuǎn)角度，汽車原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)即從汽車底盤安全伸出，機(jī)構(gòu)停止旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，完成整個(gè)放落過程。

（2）原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)頂起過程。

當(dāng)機(jī)構(gòu)達(dá)到最大旋轉(zhuǎn)角度后即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，隨后千斤頂?shù)挠鸵嚎刂崎_關(guān)開啟，在千斤頂控制系統(tǒng)的控制下，使油液不斷的進(jìn)入千斤頂內(nèi)，由于重力與油液的作用使千斤頂與下支架滑道總成一起沿著垂直地面的方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)下支架滑道總成到達(dá)地面后千斤頂便沿著下支架滑道總成的滑道下降。電動(dòng)機(jī)總成通過套圈與千斤頂固定，于是當(dāng)千斤頂下降時(shí)電動(dòng)機(jī)總成和套圈一起隨著千斤頂下降，最終到達(dá)滑道最底端。

千斤頂活塞與從動(dòng)齒輪通過鍵連接，當(dāng)千斤頂下降到滑道的最底端后由于下支架已與地面接觸，使千斤頂不能再移動(dòng)，此時(shí)油液仍不斷的向千斤頂內(nèi)流進(jìn)，于是在油液的作用下使得千斤頂活塞開始在上支架滑道內(nèi)沿垂直于地面的方向向上運(yùn)動(dòng)，最終到達(dá)上支架滑道的最頂端，如圖4所示。

千斤頂活塞已到達(dá)上支架滑道的最頂端，但此時(shí)的油液仍不斷的進(jìn)入千斤頂內(nèi)從而使得千斤頂活塞被迫繼續(xù)向上移動(dòng)，由于上支架滑道總成與汽車底盤鉸接千斤頂活塞在滑道內(nèi)無法再繼續(xù)移動(dòng)，于是千斤頂活塞將頂起與汽車底盤鉸接的上支架滑道總成，從而頂起汽車，完成整個(gè)頂起過程，如圖4所示。

（3）原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)過程。

當(dāng)汽車被千斤頂頂起，汽車四輪懸空離地達(dá)到一定高度后，千斤頂控制開關(guān)關(guān)閉，千斤頂控制系統(tǒng)停止工作，于是油液不再流入千斤頂內(nèi)，千斤頂活塞停止上升。此時(shí)電動(dòng)機(jī)開關(guān)接通電動(dòng)機(jī)開始工作，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子與蝸桿連接，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在電動(dòng)機(jī)外殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)，蝸桿與齒輪副中的主動(dòng)嚙合，蝸輪旋轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)主動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪嚙合，從動(dòng)齒輪與千斤頂活塞相連接，千斤頂活塞與上支架滑道總成相連接，上支架滑道總成又與汽車底盤相連接，于是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)即可帶動(dòng)汽車的旋轉(zhuǎn)，即在水平面內(nèi)可使汽車在原地向任意角度方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)過180°后即實(shí)現(xiàn)了原地調(diào)頭轉(zhuǎn)向。

3 汽車原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特性分析

設(shè)計(jì)的汽車自帶原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以完成初始設(shè)計(jì)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)汽車原地轉(zhuǎn)向的幾個(gè)基本過程。通過具體分析，該設(shè)計(jì)方案具有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

（1）實(shí)現(xiàn)了汽車原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的緊湊性以及材料加工的最小化。減輕了汽車原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的質(zhì)量，在保持原有汽車參數(shù)的同時(shí)引入汽車原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)后不影響汽車的通過性和質(zhì)量分配等。

（2）實(shí)現(xiàn)了汽車原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，達(dá)到了原地轉(zhuǎn)向的目的。機(jī)械設(shè)計(jì)部分包括兩方面，一是汽車升降裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，二是汽車旋轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單、實(shí)用。

（3）實(shí)現(xiàn)了對(duì)汽車原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)各部件協(xié)調(diào)工作的控制。控制部分包括動(dòng)力的選擇、升降的控制以及旋轉(zhuǎn)的控制。通過對(duì)控制部分的合理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了各部件工作的有序進(jìn)行。

4 結(jié)語

文中對(duì)新型汽車原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的基本構(gòu)成、工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并對(duì)其特性進(jìn)行了分析。該原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用自動(dòng)化控制，可減少不必要的操作步驟，駕駛員不必再為復(fù)雜的調(diào)頭、轉(zhuǎn)向操作而煩惱。一方面，該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便快捷，不影響汽車的通過性；另一方面，該機(jī)構(gòu)不消耗汽車動(dòng)力且可將復(fù)雜操作簡(jiǎn)化，從而減少燃油消耗，提高燃油經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保功能。因此，該新型原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 王孫安.機(jī)械電子工程原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2] 盧耀祖.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2009.

[3] 葛文杰.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].7版.天津：天津大學(xué)出版社，2008.

[4] 王曉.汽車附屬裝置設(shè)計(jì)準(zhǔn)則[M].北京：人民交通出版社，2007.

[5] 寧貴欣.CATIA V5工業(yè)造型設(shè)計(jì)實(shí)例教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.endprint

摘 要：隨著汽車保有量的增加，道路交通狀態(tài)越來越復(fù)雜，為了更便捷的實(shí)現(xiàn)汽車原地轉(zhuǎn)向、掉頭、側(cè)位停車等功能，改善交通擁堵現(xiàn)象，本文創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了一種兩級(jí)傳動(dòng)的汽車自帶原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，并從其基本構(gòu)成、工作原理和特性分析等方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析，該機(jī)構(gòu)可以有效實(shí)現(xiàn)汽車的原地轉(zhuǎn)向，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作便捷、可靠耐用，具有廣闊的應(yīng)用前景。該原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)已申報(bào)國(guó)家專利。

關(guān)鍵詞：汽車 原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 方案分析

中圖分類號(hào)：TH112 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）04（c）-0240-02

當(dāng)前中國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展正面臨著來自環(huán)保、城市建設(shè)、交通安全等各方面的巨大壓力，保證自主開發(fā)產(chǎn)品的安全、環(huán)保、節(jié)能必須建立在全面掌握產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)的基礎(chǔ)之上[1]。自主開發(fā)汽車原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)這一汽車輔助系統(tǒng)將在一定程度上緩解汽車工業(yè)發(fā)展面臨的這些壓力。隨著國(guó)內(nèi)汽車市場(chǎng)的發(fā)展，汽車原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)市場(chǎng)也將快速增長(zhǎng)，良好的市場(chǎng)環(huán)境為國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)，同時(shí)也帶來了極高的競(jìng)爭(zhēng)性，若企業(yè)能在汽車輔助設(shè)備上取得領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)必能給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)收益，這也就給汽車原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供廣袤的發(fā)展空間。

1 汽車原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本構(gòu)成

該兩級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)主要由蝸輪蝸桿、齒輪、千斤頂、千斤頂活塞、齒輪軸、電動(dòng)機(jī)、上下支架、上下支架滑道總成、套圈夾等14個(gè)部件組成。各零部件協(xié)同配合，共同實(shí)現(xiàn)汽車原地轉(zhuǎn)向的功能。

2 汽車原地轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作原理

當(dāng)汽車在原地不需要進(jìn)行轉(zhuǎn)向的動(dòng)作時(shí)，汽車的原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就會(huì)呈現(xiàn)收起的狀態(tài)（如圖2）。而汽車原地系統(tǒng)處在收起狀態(tài)，并且不工作的時(shí)候，該系統(tǒng)就會(huì)置于汽車的底盤與底盤下鉸接，而在汽車底盤重心位置上則有上支架滑道總成在此固定，并且與底盤進(jìn)行鉸接固定。

當(dāng)汽車進(jìn)行原地轉(zhuǎn)向動(dòng)作時(shí)，該系統(tǒng)的整個(gè)工作過程分為三個(gè)步驟，分別為：放落過程、頂起過程、旋轉(zhuǎn)過程。經(jīng)過三個(gè)步驟的動(dòng)作后，汽車完成了原地任意角度的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能后該系統(tǒng)收起，恢復(fù)到收起狀態(tài)，此時(shí)原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)處于不工作的待命狀態(tài)。

（1）原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)放落過程。

當(dāng)汽車遇到堵車或駐車等需要轉(zhuǎn)向操作時(shí)，駕駛員只需按下汽車原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制開關(guān)，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的原地調(diào)頭和停車等動(dòng)作。

駕駛員啟動(dòng)汽車原地調(diào)頭轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的控制開關(guān)后，以千斤頂活塞與上支架滑道總成的鉸接處為軸線，由控制電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)千斤頂繞該軸線旋轉(zhuǎn)，圖3所示為旋轉(zhuǎn)45°時(shí)該系統(tǒng)所處的狀態(tài)。當(dāng)汽車原地調(diào)頭轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)90°后機(jī)構(gòu)即達(dá)到最大的旋轉(zhuǎn)角度，汽車原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)即從汽車底盤安全伸出，機(jī)構(gòu)停止旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，完成整個(gè)放落過程。

（2）原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)頂起過程。

當(dāng)機(jī)構(gòu)達(dá)到最大旋轉(zhuǎn)角度后即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，隨后千斤頂?shù)挠鸵嚎刂崎_關(guān)開啟，在千斤頂控制系統(tǒng)的控制下，使油液不斷的進(jìn)入千斤頂內(nèi)，由于重力與油液的作用使千斤頂與下支架滑道總成一起沿著垂直地面的方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)下支架滑道總成到達(dá)地面后千斤頂便沿著下支架滑道總成的滑道下降。電動(dòng)機(jī)總成通過套圈與千斤頂固定，于是當(dāng)千斤頂下降時(shí)電動(dòng)機(jī)總成和套圈一起隨著千斤頂下降，最終到達(dá)滑道最底端。

千斤頂活塞與從動(dòng)齒輪通過鍵連接，當(dāng)千斤頂下降到滑道的最底端后由于下支架已與地面接觸，使千斤頂不能再移動(dòng)，此時(shí)油液仍不斷的向千斤頂內(nèi)流進(jìn)，于是在油液的作用下使得千斤頂活塞開始在上支架滑道內(nèi)沿垂直于地面的方向向上運(yùn)動(dòng)，最終到達(dá)上支架滑道的最頂端，如圖4所示。

千斤頂活塞已到達(dá)上支架滑道的最頂端，但此時(shí)的油液仍不斷的進(jìn)入千斤頂內(nèi)從而使得千斤頂活塞被迫繼續(xù)向上移動(dòng)，由于上支架滑道總成與汽車底盤鉸接千斤頂活塞在滑道內(nèi)無法再繼續(xù)移動(dòng)，于是千斤頂活塞將頂起與汽車底盤鉸接的上支架滑道總成，從而頂起汽車，完成整個(gè)頂起過程，如圖4所示。

（3）原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)過程。

當(dāng)汽車被千斤頂頂起，汽車四輪懸空離地達(dá)到一定高度后，千斤頂控制開關(guān)關(guān)閉，千斤頂控制系統(tǒng)停止工作，于是油液不再流入千斤頂內(nèi)，千斤頂活塞停止上升。此時(shí)電動(dòng)機(jī)開關(guān)接通電動(dòng)機(jī)開始工作，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子與蝸桿連接，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在電動(dòng)機(jī)外殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)，蝸桿與齒輪副中的主動(dòng)嚙合，蝸輪旋轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)主動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪嚙合，從動(dòng)齒輪與千斤頂活塞相連接，千斤頂活塞與上支架滑道總成相連接，上支架滑道總成又與汽車底盤相連接，于是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)即可帶動(dòng)汽車的旋轉(zhuǎn)，即在水平面內(nèi)可使汽車在原地向任意角度方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)過180°后即實(shí)現(xiàn)了原地調(diào)頭轉(zhuǎn)向。

3 汽車原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特性分析

設(shè)計(jì)的汽車自帶原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以完成初始設(shè)計(jì)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)汽車原地轉(zhuǎn)向的幾個(gè)基本過程。通過具體分析，該設(shè)計(jì)方案具有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

（1）實(shí)現(xiàn)了汽車原地轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的緊湊性以及材料加工的最小化。減輕了汽車原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的質(zhì)量，在保持原有汽車參數(shù)的同時(shí)引入汽車原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)后不影響汽車的通過性和質(zhì)量分配等。

（2）實(shí)現(xiàn)了汽車原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，達(dá)到了原地轉(zhuǎn)向的目的。機(jī)械設(shè)計(jì)部分包括兩方面，一是汽車升降裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，二是汽車旋轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單、實(shí)用。

（3）實(shí)現(xiàn)了對(duì)汽車原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)各部件協(xié)調(diào)工作的控制。控制部分包括動(dòng)力的選擇、升降的控制以及旋轉(zhuǎn)的控制。通過對(duì)控制部分的合理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了各部件工作的有序進(jìn)行。

4 結(jié)語

文中對(duì)新型汽車原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的基本構(gòu)成、工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并對(duì)其特性進(jìn)行了分析。該原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用自動(dòng)化控制，可減少不必要的操作步驟，駕駛員不必再為復(fù)雜的調(diào)頭、轉(zhuǎn)向操作而煩惱。一方面，該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便快捷，不影響汽車的通過性；另一方面，該機(jī)構(gòu)不消耗汽車動(dòng)力且可將復(fù)雜操作簡(jiǎn)化，從而減少燃油消耗，提高燃油經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保功能。因此，該新型原地轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)具有廣泛的應(yīng)用前景。

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