一種汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

劉通

重慶電訊職業(yè)學(xué)院 重慶 402247

1 技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種汽車的轉(zhuǎn)向裝置，具體是與汽車的非獨(dú)立懸架配用的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。

2 背景技術(shù)

汽車機(jī)械轉(zhuǎn)向系是由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。根據(jù)轉(zhuǎn)向器位置和轉(zhuǎn)向輪懸架類型不同，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的組成和布置分為與非獨(dú)立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和與獨(dú)立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。這里討論的是與非獨(dú)立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是將轉(zhuǎn)向器輸出的力和運(yùn)動(dòng)傳給轉(zhuǎn)向橋兩側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)，使兩側(cè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，并使兩轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)按一定的關(guān)系變化，以保證汽車轉(zhuǎn)向時(shí)車輪與地面的相對(duì)滑動(dòng)盡可能小。

汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是控制左、右前輪轉(zhuǎn)角的部件。它使汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)，左、右前輪得到合理的偏轉(zhuǎn)角匹配，從而使得各車輪繞同一瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心，所有車輪與地之間均做純滾動(dòng)而不產(chǎn)生滑移，即阿克曼原理轉(zhuǎn)向特性。目前各類汽車上使用的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，由于機(jī)構(gòu)原理的誤差，都無法保證左、右前輪的轉(zhuǎn)角關(guān)系完全符合阿克曼原理，從而導(dǎo)致汽車在轉(zhuǎn)向過程中，車輪與地面之間存在著一定的滑移，影響汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的穩(wěn)定性，降低車輪使用壽命。

現(xiàn)有技術(shù)的汽車轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，如圖1中左右兩側(cè)車輪偏轉(zhuǎn)角α和β的理想關(guān)系為：

cotα=cotβ+B/L

式中：α表示汽車前外輪轉(zhuǎn)角，β表示汽車前內(nèi)輪轉(zhuǎn)角，B表示兩主銷中心距，L表示汽車軸距。

因此轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向梯形的幾何參數(shù)需要優(yōu)化確定，但是，目前只用桿作為轉(zhuǎn)向的汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，無法保證左、右前輪的轉(zhuǎn)角關(guān)系完全符合阿克曼原理，從而導(dǎo)致汽車在轉(zhuǎn)向過程中，車輪與地面之間存在著一定的滑移，影響汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的穩(wěn)定性，降低車輪使用壽命。

3 發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)無法保證左、右前輪的轉(zhuǎn)角關(guān)系完全符合阿克曼原理，從而導(dǎo)致汽車在轉(zhuǎn)向過程中，車輪與地面之間存在著一定的滑移，影響汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的穩(wěn)定性，降低車輪使用壽命等不足，提供一種新型的汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，以使車輛在轉(zhuǎn)向過程中，左、右前輪轉(zhuǎn)角完全符合阿克曼轉(zhuǎn)向特性，實(shí)現(xiàn)純滾動(dòng)，提高汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的穩(wěn)定性、延長輪胎壽命。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，包括方向盤、轉(zhuǎn)向直拉桿，轉(zhuǎn)向直拉桿的一端與方向盤連接；其特征在于：轉(zhuǎn)向直拉桿的另一端與轉(zhuǎn)向節(jié)臂的一端可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，轉(zhuǎn)向節(jié)臂的另一端與左梯形臂之間可轉(zhuǎn)動(dòng)連接；左梯形臂、右梯形臂的一端都與機(jī)架可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，左梯形臂、右梯形臂的另一端可轉(zhuǎn)動(dòng)式連接轉(zhuǎn)向橫拉桿，轉(zhuǎn)向橫拉桿、右梯形臂、機(jī)架、左梯形臂之間構(gòu)成一個(gè)梯形結(jié)構(gòu)或矩形結(jié)構(gòu)；

在右梯形臂上設(shè)置一個(gè)可滑動(dòng)的套筒，在套筒上設(shè)置滾子；設(shè)置一固定的滑槽，滾子設(shè)置在滑槽內(nèi)；滾子在滑槽內(nèi)移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)套筒、右梯形臂相應(yīng)移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。

進(jìn)一步的特征是：所述的滑槽固定在機(jī)架上。

本發(fā)明的汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下特點(diǎn)：

1、通過滾子在滑槽中受限的運(yùn)動(dòng)，可以保證在轉(zhuǎn)向過程中，左、右前輪轉(zhuǎn)角完全符合阿克曼轉(zhuǎn)向特性，理論誤差為零，實(shí)現(xiàn)純滾動(dòng)。

2、提高汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的穩(wěn)定性，延長輪胎壽命。

3、本轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用桿件完成，與目前其他采用齒輪等線接觸高副機(jī)構(gòu)相比，運(yùn)動(dòng)副為面接觸，可以承受更大的力，且結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。

4 附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)車輪轉(zhuǎn)向關(guān)系示意圖；

圖中，1—轉(zhuǎn)向橫拉桿，2—套筒，3—滾子，4—滑槽，5—右梯形臂，6—機(jī)架，7—左梯形臂，8—轉(zhuǎn)向節(jié)臂，9—轉(zhuǎn)向直拉桿，10—方向盤。

5 具體實(shí)施方式

如圖2中，本發(fā)明的汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，包括方向盤10、轉(zhuǎn)向直拉桿9，轉(zhuǎn)向直拉桿9的運(yùn)動(dòng)方向固定，通常垂直于機(jī)架6，轉(zhuǎn)向直拉桿9的一端與方向盤10連接，方向盤10與轉(zhuǎn)向直拉桿9之間采用現(xiàn)有的齒輪齒條機(jī)構(gòu)連接（未畫出），使轉(zhuǎn)向直拉桿9得到一個(gè)沿桿方向的推力。

轉(zhuǎn)向直拉桿9的另一端與轉(zhuǎn)向節(jié)臂8的一端可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，轉(zhuǎn)向節(jié)臂8的另一端與左梯形臂7之間可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，轉(zhuǎn)向直拉桿9與轉(zhuǎn)向節(jié)臂8之間、轉(zhuǎn)向節(jié)臂8與左梯形臂7之間均形成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，以傳遞轉(zhuǎn)向時(shí)（轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤10）產(chǎn)生的推力；左梯形臂7、右梯形臂5的一端都與機(jī)架6可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，左梯形臂7、右梯形臂5的另一端可轉(zhuǎn)動(dòng)式連接轉(zhuǎn)向橫拉桿1，轉(zhuǎn)向橫拉桿1、右梯形臂5、機(jī)架6、左梯形臂7之間構(gòu)成一個(gè)梯形結(jié)構(gòu)或矩形結(jié)構(gòu)（圖中所示為梯形結(jié)構(gòu)）。在右梯形臂5上設(shè)置一個(gè)可滑動(dòng)的套筒2，兩者之間構(gòu)成移動(dòng)副；在套筒2上設(shè)置滾子3，圖中滾子3是固定在套筒2上的，套筒2與右梯形臂5之間構(gòu)成滑動(dòng)移動(dòng)副；設(shè)置一固定的滑槽4，圖中滑槽4與機(jī)架6固定設(shè)置，滾子3設(shè)置在滑槽4內(nèi)，能在滑槽4內(nèi)移動(dòng)（滑動(dòng)）；滾子3在滑槽4內(nèi)移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)套筒2、右梯形臂5相應(yīng)移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。

在右轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員右轉(zhuǎn)方向盤10，通過方向盤10與轉(zhuǎn)向直拉桿9之間的齒輪齒條機(jī)構(gòu)（未畫出），使轉(zhuǎn)向直拉桿9得到一個(gè)沿桿方向的推力；轉(zhuǎn)向直拉桿9經(jīng)轉(zhuǎn)向節(jié)臂8、左梯形臂7傳遞轉(zhuǎn)向推力，使得左梯形臂7繞其與機(jī)架6的連接點(diǎn)（圖中的A鉸鏈點(diǎn)）順時(shí)針轉(zhuǎn)，帶動(dòng)左前輪右轉(zhuǎn)；左梯形臂7與轉(zhuǎn)向橫拉桿1之間由轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，由于左梯形臂7的順時(shí)針轉(zhuǎn)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向橫拉桿1向左運(yùn)動(dòng)；從而使得滾子3隨著轉(zhuǎn)向橫拉桿1運(yùn)動(dòng)；由于滾子3放置在滑槽4中，因此滾子的運(yùn)動(dòng)軌跡沿著滑槽向左滾動(dòng)，其中滑槽4固定在機(jī)架6上；在這個(gè)過程中，由于滾子3是固定在套筒2上的，套筒2與右梯形臂5之間構(gòu)成滑動(dòng)副，所以套筒2在右梯形臂5上滑動(dòng)，從而帶動(dòng)右梯形臂5繞其與機(jī)架6的連接點(diǎn)（圖中的B鉸鏈點(diǎn)）順時(shí)針轉(zhuǎn)，而右前輪右轉(zhuǎn)。這樣整個(gè)過程就實(shí)現(xiàn)了汽車的右轉(zhuǎn)，且能保證左前輪與右前輪的轉(zhuǎn)角關(guān)系完全符合阿克曼轉(zhuǎn)向特性。

在汽車左轉(zhuǎn)時(shí)的情形與右轉(zhuǎn)相類似。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)原理分析：

本發(fā)明轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的理論誤差可以為零，左、右前輪轉(zhuǎn)角關(guān)系可完全符合阿克曼轉(zhuǎn)向特性，實(shí)現(xiàn)車輪繞同一瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心純滾動(dòng)的新轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，且轉(zhuǎn)向功能完全由桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。

在右梯形臂上增加一個(gè)套筒，兩者之間構(gòu)成移動(dòng)副；套筒與轉(zhuǎn)向橫拉桿之間通過固定在套筒上的滾子構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接。設(shè)置一個(gè)固定滑槽，將滾子置于其中，即固定滾子運(yùn)動(dòng)軌跡。其中滑槽特征在于：運(yùn)用Solidworks的建模及COSMOSMotion的運(yùn)動(dòng)仿真功能，在左梯形臂上，添加一個(gè)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方式為角位移α，右梯形臂也添加一個(gè)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方式為阿克曼公式得到的轉(zhuǎn)角β，自變量α為：α=1Xtime

β=Atan(1/(1/Tan(α)-B/L))

這樣，左、右梯形臂轉(zhuǎn)角關(guān)系完全符合阿克曼原理。