小车四轮转向系统设计及实现(附件)
中文中文在日常生活中，我们通常见到的是只有前轮转向，但是除了汽车前轮转向外，我们还有四轮转向。四轮转向有逆相位和同相位之分，当前轮与后轮转向相同时，称之为同相位，反之则为逆相位。而本文就是针对不常见的四轮转向进行探讨和设计及实现。本设计主要包括以下几方面：实现四轮转向所需的零件材料的选取和工艺性、加工分析，加工时候的加工方法经济性选择和solidworks在机械设计中的应用。主要通过机床的种类选取和操作，加工机械零件，将所设计的4WS系统小车进行实体制造。同时，通过三维软件SolidWorks对四轮转向小车系统进行建模和运动仿真。关键词：4WS系统小车设计；Solidworks建模；3D仿真；机械零件加工 目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题的目的和意义 1
1.2 目前常见的四轮转向机构形式以及发展 2
1.3 在现有条件基础上设计一套有意义的4ws系统 3
第二章 总体结构设计 5
2.1 总体设计思路 5
2.1.1 选取较为适合的机构 5
2.1.2 设计满足的基本要求 9
2.2 基本框架图及驱动机构图 11
2.3 小结 12
第三章 具体机构设计 13
3.1 总体结构布置 13
3.2 各个零件的选择 14
3.2.1 齿轮和齿条传动件的选取 14
3.2.2 链轮和链条的选择 15
3.2.3 轴的选择 16
3.2.4 轴承的选择 16
第四章 三维建模及运动仿真 18
4.1 引言 18
4.2 三维建模 18
4.2.1典型零件的具体建模过程 18
4.2.2装配 21
4.3 运动仿真分析 22
4.4 小结 24
第五章 具体加工 25
5.1 引言 25
5.2 具体的加工操作过程 25
5.2.1 板的加工 25
5.2.2 轴的加工 27
5.2.3 链条的加工 29
5.2.4 车轮和车轮架的加工
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
> 4.2.2装配 21
4.3 运动仿真分析 22
4.4 小结 24
第五章 具体加工 25
5.1 引言 25
5.2 具体的加工操作过程 25
5.2.1 板的加工 25
5.2.2 轴的加工 27
5.2.3 链条的加工 29
5.2.4 车轮和车轮架的加工 29
5.2.5 装配与焊接 30
5.3 加工小结 30
总结 31
致谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1 选题的目的和意义
近年来，居民的收入有较大的增加，生活质量较以前有大幅度的提高，人们的生活也越来越好。在这样的基础上，人们开始在“行”方面也较以前有更好的追求，越来越多的家庭买了属于自己的车。其结果导致了在世界各地都出现了道路拥挤、停车场紧张的状态出现。而四轮转向的研究发展可以较好的方便人们停车、掉头和转向，而且也更有利于节省可利用的有限停车面积，方便大众可以出行的时候简单快捷的找到停车位，降低了因停车位不足而出现的乱停乱放的现象发生[1]。同时，汽车在行驶时，两轮转向会因车速的增高，增加了汽车车身自转运动的不稳定性，容易使得汽车产生车辆的旋转和横滑[2]。四轮转向的汽车能弥补这样的不足，它可以利用后轮转向产生的滑动角使得与前轮旋转向心力平衡而抑制汽车的自转运动。这样就能保证汽车车身方向与车辆行进方向一致就可以期待稳定的旋转[3]。
众所周知，如今的大部分汽车都是前轮转向，这样就使得汽车的转弯半径比较大，需要一定程度的弧度转弯，这样就导致了汽车的使用性能有所降低。而四轮转向汽车就可以在汽车低速行驶时，使用其逆相转向就可以有效地提高小转弯性能，并且可以缩小内轮差；而当汽车行驶到快速的时候就可以利用四轮转向的同相转向性能，这样就可以改变汽车在中高速行驶时车的操纵稳定性[4]。在现实生活中，四轮转向小车使用在乘用车上是一个很大的挑战，不仅造价不便宜，而且结构复杂，因此四轮转向技术仅局限于在大型的一些卡车（如图1—1）和比较好的赛车上使用。
图1—1 多轮转向的卡车
若是有一套比较简单的，且安全性和可行性比较好的四轮转向系统，那么将大大改善现有的状况，可以使得汽车在未来又有一次比较大的革命。全球范围内，日本将四轮转向系统从上世纪的八十年代沿用至今，并采用电脑的技术加以控制，使得在很多方面得以加强，很好的控制了在转向时的转向过度和转向不足的问题。这项技术很好的应用于了日产GTR赛车（图1—2）上。
图1—2 日产GTR
四轮转向小车的实现，必须依靠加工，这就需要将大学所学的知识联系实际。在设计过后需要考虑加工的合理性，加工方法如何去选择，以及加工的经济性。在毕设条件的限制下，不能在学校完成相应的加工操作，需得去找相应的加工厂，考验了大学生的的综合素质及动手能力。
综上所诉，四轮转向汽车减弱了汽车的侧翻作用力，减少了侧滑，提高了汽车高速行驶时的稳定性，改善了在低速行驶的操纵的轻便性[5]；极大方便了驾驶员在泊位停车、横向停车、移库、掉头、转弯、倒车等操作。而且有利于学生的综合素质和能力的培养。
1.2 目前常见的四轮转向机构形式以及发展
传统的四轮转向装置的控制方式机械控制式、液压控制式、电子线传控制式和机电混合式等[6]。而传统的机械式控制4ws系统，驾驶员对车辆方向盘的转向操作需经过一系列的传动装置才能传递给后轮转向机构，响应时间长、传动比和转角位置的控制精度和灵活度差，采用电子线传控制四轮转向系统的电动车辆则由于需要设计复杂的控制算法分别控制前轮转向和后轮转向，而且需要在前轮转向中增加路感反馈电机，“路感”的算法比较复杂。在我国江苏徐州研究出了多轴转向的设备，但是其不能实现所有的轮可以转动。而国外在转向技术这一方面对我国是处于闭锁的状态，很少见到国外对转向系统的研究和相关的报道。目前，我过在4ws汽车的研究方面处于刚刚起步阶段，由于资金和技术的限制，在这方面的研究基本只限于部分高校的理论上的研究，在4ws系统车辆上，吉林大学和上海交通大学等高校在动力学方面进行了深入研究，提出了一些关于四轮转向系统的主动控制策略。北京理工大学车辆与交通工学院在2ws系统上进行改装和研究，将后桥改装成能转向的后桥，保留前轮的转向功能，其改装的一辆BJ130轻卡，获得较为理想的成绩。在江苏南京的东南大学在关于4ws系统在车辆操纵方面和鲁棒性研究方面也有投入。相比较而言，国外在这方面的研究已不仅仅拘泥于校园，很多汽车公司也进军4ws的开发与研究当中。
1.3 在现有条件基础上设计一套有意义的4ws系统
四轮转向
第一章 绪论 1
1.1 选题的目的和意义 1
1.2 目前常见的四轮转向机构形式以及发展 2
1.3 在现有条件基础上设计一套有意义的4ws系统 3
第二章 总体结构设计 5
2.1 总体设计思路 5
2.1.1 选取较为适合的机构 5
2.1.2 设计满足的基本要求 9
2.2 基本框架图及驱动机构图 11
2.3 小结 12
第三章 具体机构设计 13
3.1 总体结构布置 13
3.2 各个零件的选择 14
3.2.1 齿轮和齿条传动件的选取 14
3.2.2 链轮和链条的选择 15
3.2.3 轴的选择 16
3.2.4 轴承的选择 16
第四章 三维建模及运动仿真 18
4.1 引言 18
4.2 三维建模 18
4.2.1典型零件的具体建模过程 18
4.2.2装配 21
4.3 运动仿真分析 22
4.4 小结 24
第五章 具体加工 25
5.1 引言 25
5.2 具体的加工操作过程 25
5.2.1 板的加工 25
5.2.2 轴的加工 27
5.2.3 链条的加工 29
5.2.4 车轮和车轮架的加工
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
> 4.2.2装配 21
4.3 运动仿真分析 22
4.4 小结 24
第五章 具体加工 25
5.1 引言 25
5.2 具体的加工操作过程 25
5.2.1 板的加工 25
5.2.2 轴的加工 27
5.2.3 链条的加工 29
5.2.4 车轮和车轮架的加工 29
5.2.5 装配与焊接 30
5.3 加工小结 30
总结 31
致谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1 选题的目的和意义
近年来，居民的收入有较大的增加，生活质量较以前有大幅度的提高，人们的生活也越来越好。在这样的基础上，人们开始在“行”方面也较以前有更好的追求，越来越多的家庭买了属于自己的车。其结果导致了在世界各地都出现了道路拥挤、停车场紧张的状态出现。而四轮转向的研究发展可以较好的方便人们停车、掉头和转向，而且也更有利于节省可利用的有限停车面积，方便大众可以出行的时候简单快捷的找到停车位，降低了因停车位不足而出现的乱停乱放的现象发生[1]。同时，汽车在行驶时，两轮转向会因车速的增高，增加了汽车车身自转运动的不稳定性，容易使得汽车产生车辆的旋转和横滑[2]。四轮转向的汽车能弥补这样的不足，它可以利用后轮转向产生的滑动角使得与前轮旋转向心力平衡而抑制汽车的自转运动。这样就能保证汽车车身方向与车辆行进方向一致就可以期待稳定的旋转[3]。
众所周知，如今的大部分汽车都是前轮转向，这样就使得汽车的转弯半径比较大，需要一定程度的弧度转弯，这样就导致了汽车的使用性能有所降低。而四轮转向汽车就可以在汽车低速行驶时，使用其逆相转向就可以有效地提高小转弯性能，并且可以缩小内轮差；而当汽车行驶到快速的时候就可以利用四轮转向的同相转向性能，这样就可以改变汽车在中高速行驶时车的操纵稳定性[4]。在现实生活中，四轮转向小车使用在乘用车上是一个很大的挑战，不仅造价不便宜，而且结构复杂，因此四轮转向技术仅局限于在大型的一些卡车（如图1—1）和比较好的赛车上使用。
图1—1 多轮转向的卡车
若是有一套比较简单的，且安全性和可行性比较好的四轮转向系统，那么将大大改善现有的状况，可以使得汽车在未来又有一次比较大的革命。全球范围内，日本将四轮转向系统从上世纪的八十年代沿用至今，并采用电脑的技术加以控制，使得在很多方面得以加强，很好的控制了在转向时的转向过度和转向不足的问题。这项技术很好的应用于了日产GTR赛车（图1—2）上。
图1—2 日产GTR
四轮转向小车的实现，必须依靠加工，这就需要将大学所学的知识联系实际。在设计过后需要考虑加工的合理性，加工方法如何去选择，以及加工的经济性。在毕设条件的限制下，不能在学校完成相应的加工操作，需得去找相应的加工厂，考验了大学生的的综合素质及动手能力。
综上所诉，四轮转向汽车减弱了汽车的侧翻作用力，减少了侧滑，提高了汽车高速行驶时的稳定性，改善了在低速行驶的操纵的轻便性[5]；极大方便了驾驶员在泊位停车、横向停车、移库、掉头、转弯、倒车等操作。而且有利于学生的综合素质和能力的培养。
1.2 目前常见的四轮转向机构形式以及发展
传统的四轮转向装置的控制方式机械控制式、液压控制式、电子线传控制式和机电混合式等[6]。而传统的机械式控制4ws系统，驾驶员对车辆方向盘的转向操作需经过一系列的传动装置才能传递给后轮转向机构，响应时间长、传动比和转角位置的控制精度和灵活度差，采用电子线传控制四轮转向系统的电动车辆则由于需要设计复杂的控制算法分别控制前轮转向和后轮转向，而且需要在前轮转向中增加路感反馈电机，“路感”的算法比较复杂。在我国江苏徐州研究出了多轴转向的设备，但是其不能实现所有的轮可以转动。而国外在转向技术这一方面对我国是处于闭锁的状态，很少见到国外对转向系统的研究和相关的报道。目前，我过在4ws汽车的研究方面处于刚刚起步阶段，由于资金和技术的限制，在这方面的研究基本只限于部分高校的理论上的研究，在4ws系统车辆上，吉林大学和上海交通大学等高校在动力学方面进行了深入研究，提出了一些关于四轮转向系统的主动控制策略。北京理工大学车辆与交通工学院在2ws系统上进行改装和研究，将后桥改装成能转向的后桥，保留前轮的转向功能，其改装的一辆BJ130轻卡，获得较为理想的成绩。在江苏南京的东南大学在关于4ws系统在车辆操纵方面和鲁棒性研究方面也有投入。相比较而言，国外在这方面的研究已不仅仅拘泥于校园，很多汽车公司也进军4ws的开发与研究当中。
1.3 在现有条件基础上设计一套有意义的4ws系统
四轮转向
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