情况，本人愿意承担相应的责任。声明人签名年月日摘要多轴转向系统是为了提高重型汽车的机动性，减小其转弯半径。传统的汽车转向采用的是四连杆转向梯形机构，这种传统的转向系统具有结构简单，成本低廉的特点，但在车辆转向的过程中汽车的动力学响应特性受到汽车本身结构布置和外界条件的影响较大，汽车的机动性和操纵稳定性都不是很理想，因此多轴转向的研究意义重大。本文在分析国内外多轴转向研究现状和发展趋势的基础上，介绍和分析传统汽车转向梯形机构的原理，完成多轴转向系统的设计建模以及仿真。论文研究的内容主要包括多轴转向系统的操纵机构和多轴转向系统的传动机构的设计。分别采用和等软件完成了转向系统的尺寸优化三维建模和二维图纸绘制。本文设计的多轴转向系统是由操纵机构和传动机构这两大部分组成，其中操纵机构包括方向盘转向轴万向节齿轮等传动机构主要采用六连杆组来实现汽车在转弯时使所有的车轮都作纯滚动。通过转向系统仿真实验得出的结果瓦特二型六连杆组作为汽车的转向系统传动机构可以实现汽车在转弯时所有的车轮都作纯滚动。关键词多轴转向非线性不等式约束操纵机构传动机构六连杆组摘要第章绪论课题研究的背景及意义汽车转向系统的发展阿克曼原理与公式汽车多轴转向系统研究意义汽车多轴转向系统国内外研究现状及分析本课题研究的主要内容研究的主要内容拟解决的主要问题第章多轴转向系统传动部分结构确定瓦特二型六连杆组分析平面六杆机构常见的机构类型四轴转向系统传动机构分析平面连杆机构优化综合方法概述简介基于的约束非线性规划瓦特二型六连杆组优化第轴杆长优化第二轴杆长优化第三轴和第四轴杆长优化第轴和第二轴之间传动部分杆长优化第二轴和第三轴之间传动部分杆长优化第章多轴转向系统转传动部分结构设计多轴转向系统操纵部分总体方案设计主要部件的结构设计方向盘转向上轴和万向节转向下轴和扇形齿轮第章多轴转向系统运动学仿真软件简介软件建模和运动仿真第章总结和展望总结展望致谢附录清单本科毕业设计第章绪论课题研究的背景及意义汽车转向系统的发展用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的系列装置称为汽车转向系统。汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统的零件都称为保安件。其主要功能就是按照驾驶员的要求来控制汽车的行驶方向。多年前，汽车刚刚诞生初期，其转向操纵是仿造马车和自行车的转向方式，即用个操纵杆或手柄来使前轮偏转，以实现转向。由于操纵费力且不可靠，以致时常发生车毁人亡的事故。在世纪初，汽车已经是个沉重而又高速疾驰的车辆，充气轮胎代替了实心轮胎。由于转向柱直接与转向节连接，所以转动车轮是很费劲的。即使是个健壮的驾驶员，要控制转向仍然是很劳累的事情，因此，汽车常常冲出路边。于是要降低转向力的问题就变得比较迫切了。由于汽车各零部件的不断革新和发展，从而逐步形成了今日较为完备的转向系统。其中的很大部分突破就是转向梯形的使用。实现的转向的轻便性与准确性。以后随着重型车辆的生产与载重量的提高出现了双前桥机构，使得转向机构更为复杂，而这其中转向梯形充当着举足轻重的作用。汽车转向系统分为两大类机械转向系统和动力转向系统。机械转向系统是指完全靠驾驶员手力操纵的转向系统，而动力转向系统是指借助动力来操纵的转向系统。本文主要研究的是机械式转向系统。传统机械转向系统般是由转向操纵机构转向器和转向传动机构这三部分组成，如图所示。其中转向操纵机构由方向盘转向轴转向管柱以及转向万向节等组成，它的作用是将驾驶员转动方向盘的操纵力传给转向器。转向器主要作用是完成将方向盘的旋转运动转换成摇杆的摆动或近似直线运动，同时也是转向系中的减速传动装置。转向传动机构的功用是将转向器输出的力和运动传到转向桥两侧的转向节，使两侧转动轮偏转，且使二转动轮偏转角按定关系变化，以保证汽车转向时车轮与地面的相对多轴转向系统的设计滑动尽可能小。图传统汽车转向系统图是种机械式转向系统。驾驶员对转向盘施加的转向力矩通过转向轴输入转向器，从转向盘到转向传动轴这系列零件即属于转向操纵机构。作为减速传动装置的转向器中有级减速传动副，经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向横拉杆，再传给固定于转向节上的转向节臂，使转向节和它所支承的转向轮偏转，从而改变了汽车的行驶方向。这里转向横拉杆和转向节臂都属于转向传动机构。汽车转向系统设计要求汽车转弯行驶时，全部车轮应该绕瞬时转向中心旋转。转向车轮具有自动回正能力。在行驶状态下，转向轮不能产生自振，转向盘没有摆动。转向传动机构和悬架导向装置产生的运动不协调，应使车轮产生的摆动最小。转向灵敏，最小转弯直径要小。操纵轻便。转向轮传给转向盘的反冲力要尽可能小。转向器和转向传动机构中应有间隙调整机构。转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。转向盘转向方向与汽车行驶方向的改变相致。本科毕业设计阿克曼原理与公式转向梯形机构遵循阿克曼原理，阿克曼原理的基本观点是汽车在行驶直线行驶和转弯行驶过程中，每个车轮的运动轨迹都必须完全符合它的自然运动轨迹，即要求汽车在转弯时各车轮轴线都能汇交于点，此交点见图叫做转向中心，从而保证轮胎与地面间处于纯滚动而无滑移现象。图两轮转向理想的转角关系以图所示的汽车为例，阿克曼理论转向特性是以汽车前轮定位角都等于零行走系统为刚性汽车行驶过程中无侧向力为假设条件的，其特点为汽车直线行驶时，个车轮的轴线都互相平行，而且垂直于汽车纵向中心面。汽车在转向行驶过程中，全部车轮都必须绕个瞬时中心点做圆周滚动，而且前内轮与前外轮的转角应满足下面关系式式中表示汽车前外轮转角表示汽车前内轮转角表示两主销中心距表示汽车轴距这样才能保证各车轮在转向时均作纯滚动，以避免在汽车转向时轮胎与地面滑动而增大阻力和加快轮胎磨损。梯形机构是传统汽车转向系统的主要结构之，它使汽车转向时左右前轮得到合理的偏转角匹配，从而使车轮绕同瞬时转向中心，在不同的圆周上作纯滚动，以避免或减少轮胎侧滑，这对延长轮胎的使用寿命，提高车辆转弯时的稳多轴转向系统的设计定性非常重要。为此，人对梯形机构转角分析和结构优化进行较多研究，但是由于机构原理误差的存在，现在实际设计成的梯形机构都无法实现转弯时保证各车轮总能同瞬时转向中心滚动，即所谓的阿克曼理论转向性，而都只能使各轮偏转角的关系大体上符合理想系。汽车多轴转向系统研究意义随着大吨位重型车辆的不断出现，汽车所需要的承载轴数也在增多。为了提高重型汽车的机动性，必须减小其转弯半径。在不改变轮距和轴距的前提下，采用多轴转向，无疑是种最好的解决方案。因此，多轴转向成为衡量现代大型重载汽车发展水平的关键技术之，转向系统的性能直接决定了多轴汽车低速行驶的机动灵活性和高速运行的操纵稳定性行驶平顺性。现有的汽车前转向采用的都是四连杆转向梯形机构。这种传统的转向系布置结构及方式具有结构简单成本低廉的特点，但在车辆转向的过程中汽车的动力学响应特性却受到汽车本身结构布置和外界条件的影响程度较大，汽车的机动性和操纵稳定性都不是很理想。因此多轴转向的研究意义重大。多轴转向技术极大地提高了大型皮卡和卡车的操纵性及舒适性。首先，缩小了车辆低速转向时的转弯半径。在低速转向时，车辆因前后轮的反向转向，能够缩小转弯半径达。四轮转向技术使大型车辆具有如同小型车辆的操纵性及停车敏捷性。其次，明显改善了车辆高速行驶的稳定性。当车辆在高速行驶中转向时，四轮转向系统通过后轮与前轮的同向转向，有效地降低和消除了车辆侧滑事故的发生几率，明显改善了车辆的高速行驶稳定性及安全性，进而缓解了驾驶者在各种路况下尤其是风雨天气高速驾车的疲劳程度。最后，提高了车辆的挂车能力。通过转向后轴对挂车的转向牵引，四轮转向系统极大地提高了车辆挂车行驶的操纵性稳定性及安全性。汽车多轴转向系统国内外研究现状及分析多轮转向技术源于汽车的四轮转向，所谓四轮转向是指后轮也和前轮样具有定的转向功能。几十年前，人们就设想采用前后轮同时转向的办法本科毕业设计来减小汽车转向时的转弯半径。年，日本出现了种关于汽车四轮转向的专利，这种结构通过根轴将前后轮的转向机构联系起来。由于军用车辆和工程车辆行驶的路况比较恶劣，而且对车辆的机动性要求也比较高，所以很早以前人们就在这些车辆上使用种四轮转向机构来改善其低速时的机动性能。这种机构在汽车低速转向时让后轮与前轮反向转向来获得较小的转弯半径。然而，技术在客车上的应用却晚很多，直到近几年人们对车辆动力学的研究与分析日益深化，这项技术才逐渐在客车上得到广泛的应用。年，日本的公司在客车上应用了世界上第例实用的系统，它应用在该公司个车型上的高性能主动控制悬架上。这种悬架采用个电子控制的液压系统来主动控制后车轮的转向角度，因而比较明显的改善了车辆在中高速范围内的操纵性和稳定性。年，公司又推出了的二代产品，进步提高了它的性能。年，该公司设计出系统，主要为了获得对后轮反相角度的主动控制，以便获得更有效的动力响应特性。目前至少有六种不同的系统在不同的汽车制造商那里处于不同的投产和研制阶段。这些系统的主要区别在于驱动后轮转向的控制策略不同。近十几年来国外许多研究机构从不同的角度对四轮转向技术进行了大量研究，使这项技术日趋成熟，并发展出多于四轮的转向技术，多轮转向技术主要适用于非紧凑型汽车，如多功能运动型车卡车多轴重型特种车辆等。本课题研究的主要内容研究的主要内容由于本文多轴转向系统的传动机构是采用六连杆组来实现，基于这个特点，本文研究的多轴转向系统主要包括转向操纵机构和转向传动机构这两部分，而这两部分更侧重于传动机构六连杆组的尺寸优化，使汽车在转弯时所有车轮都绕转向中心旋转。从运动学角度来看，多轴转向传动机构的设计涉及到的关键技术主要是机构的形式设计，即确定能满足转向传动功能要求的机构结构组成