某貨車雙前橋轉向系統(tǒng)優(yōu)化設計開題報告

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本科畢業(yè)論文（設計） 開 題 報 告 論文題目 某貨車雙前橋轉向系統(tǒng)優(yōu)化設計 班 級 姓 名 院（系） 導 師 開題時間 - 1 - 1．課題研究的目的和意義 隨著汽車運輸業(yè)的發(fā)展，人們對重型載貨汽車的功率、承載能力提出了更高的要求。近年來，重型載貨車的噸位逐漸增大，車輛的載貨量不斷增多，出現(xiàn)了一系列大型、重型載貨車輛車型[1]。人們期望一種載貨能力強，對路面破壞小的重型汽車。而這是難以通過單純地增加單個軸的承載能力，降低整車質量來實現(xiàn)的。為此，在汽車設計上需要通過增加汽車的軸數(shù)來適應大噸位汽車的需求，于是出現(xiàn)了三軸甚至更多軸的車型[2-3]。 多軸汽車為滿足整車轉向性能要求，往往采用兩軸或多軸轉向。在重型汽車領域，雙前橋轉向系統(tǒng)是一種較新型的機構，它不僅要保證左右轉向輪間傳動關系的梯形傳動機構，還要使不同的轉向橋之間也要滿足一定的傳動關系，而這一關系需要轉向傳動縱向機構來保證[4]。雙前橋轉向系統(tǒng)的汽車載貨量大，轉向穩(wěn)定，轉向阻力小，并且轉向半徑小。另外具備承載能力強、經(jīng)濟效益好、安全性高等特性。但是，在雙前橋轉向系統(tǒng)的運用越來越多的時候，卻也帶來一些比較典型的故障，該故障主要表現(xiàn)在雙前橋的轉向橋尤其是轉向中橋的異常磨損問題上[5-7]。 汽車輪胎價格約占汽車總價格的15%-20%，耗損費用又占運輸成本的10%-20%,占全車維修費用的30%-50%。另外輪胎磨損除會直接增加汽車的使用成本外，還會影響汽車的功率消耗、輪胎與路面間的附著性能等[8]。 本課題研究的目的是按照優(yōu)化的要求，分析重型汽車雙前橋轉向系統(tǒng)的結構特點，利用計算機設計軟件對某貨車雙前橋轉向系統(tǒng)進行性能優(yōu)化，并對轉向系統(tǒng)的一些參數(shù)進行修正，匹配合適的轉向傳動方案，以達到盡量減小輪胎異常磨損的目的。對汽車雙前橋轉向研究的意義不僅在于為我國重型載貨汽車的自主研發(fā)提供理論基礎，同時也能為各類多軸拖車、掛車，以及軍用運輸車的設計提供參考。 2．國內外雙前橋轉向系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 2. 1 雙前橋轉向系統(tǒng)國外研究狀況 早在上世紀80年代，國外就對重型汽車雙前橋轉向系統(tǒng)進行了研究探索，提出了多種行之有效的設計方法。早期的設計方法以平面攝影設計方法為主，因為缺乏直接在空間中建立機構的運動方程的數(shù)學理論，所以通常將空間問題轉化為平面問題來解決，把轉向梯形機構看作是一個簡單的四連桿機構，建立數(shù)學模型，通過以梯形底角、梯形臂長為參數(shù)，計算出一組數(shù)據(jù)，選擇與阿克曼曲線最接近的一組值作為設計值[9]。 眾多的研究方法認為：對于雙前橋轉向機構，可以將整個系統(tǒng)拆分成幾個獨立的小系統(tǒng)進行分析和研究，即兩前橋之間的運動協(xié)調關系通過搖臂機構來保證，每一個轉向橋均可由一個轉向梯形機構來保證左右轉向輪按轉向規(guī)律偏轉。通常研究人員認為，梯形轉向機構是無須進行優(yōu)化的，左右車輪的關系完全可由獨立的梯形機構來實現(xiàn)，主要影響雙前橋轉向特性的是搖臂機構，因此，大多數(shù)雙前橋轉向機構的研究將搖臂機構作為優(yōu)化設計研究的重點，并根據(jù)優(yōu)化理論編寫了許多有效的計算軟件。 隨著計算機性能的不斷提高，出現(xiàn)了許多用于工程計算的專用軟件，為工程技術人員的研究工作帶來了方便，減少了工程開發(fā)中自己編程的麻煩，同時也使得許多優(yōu)秀的數(shù)學理論得到了推廣應用。在眾多計算軟件中，MATLAB軟件應用比較廣泛。 2. 2 雙前橋轉向系統(tǒng)國內研究狀況 我國第一輛雙前橋轉向汽車是由一汽汽車技術中心于1998年開發(fā)，它主要是依據(jù)日本同類車型開發(fā)研制出來。由于很多用戶用慣了2軸或3軸車，人們對這種雙前橋轉向汽車心里沒底，不知道是否可靠，因此銷量一般。2005年，中國重汽濟南商用車公司成功研制出雙轉向前橋62重型牽引車。此車型比64車型多一根轉向橋，少一根驅動橋。但是由于轉向橋的價格遠遠低于驅動橋，使得雙轉向前橋62重型牽引車在承載能力與64車型基本相同的情況下，整車價格大大降低。近年來雙前橋重型車的市場前景非常好[10]，我國其它的一些商用車公司也紛紛向市場投放雙前橋重型汽車[11-12]。 隨著雙前橋載重汽車在市場上的比例不斷擴大，對雙前橋轉向系統(tǒng)方面的研究工作也越來越引起國內相關設計開發(fā)人員的關注，同時各個大專院校和整車的生產廠對雙前橋轉向系統(tǒng)提出了很多優(yōu)化設計方法和相應的理論。湖南大學唐應時副教授及學生，同時運用Adams、MATLAB、及C++建立雙前橋系統(tǒng)的數(shù)學模型，并對系統(tǒng)進行了優(yōu)化。吉林大學郭孔輝教授運用空間坐標轉換公式，編寫轉角關系程序對求解整車轉彎過程中回轉直徑及回轉中心相對于后軸的前置距。合肥工業(yè)大學張代勝教授及學生運用虛擬樣機技術對雙前橋轉向系統(tǒng)關心的三大問題——運動學、動力學及干涉進行了分析，對轉向的剛度和強度進行了分析。 但是，早期的研究大多數(shù)將前橋轉向系統(tǒng)拆分成幾個小系統(tǒng)來考慮，把搖臂機構作為優(yōu)化設計的重點，或者把前橋的轉向梯形簡化為平面結構，這些方法雖然可以使計算方法大大化簡，但也是計算精度受到了較大的影響，導致計算結果與實際偏差較大。并且許多研究采用了數(shù)學模型進行分析，數(shù)學模型復雜且出現(xiàn)的錯誤不易發(fā)現(xiàn)。另外，在優(yōu)化過程中都是基于同一個轉向定位系統(tǒng)的影響，僅僅考慮傳動桿的優(yōu)化不符合雙前橋轉向的現(xiàn)狀。 3. 本課題的研究內容及技術方案 3. 1 研究目標 本課題研究擬達到以下幾個目標： 1）分析各種轉向機構的優(yōu)缺點，針對一種特定的雙前橋轉向系統(tǒng)的模型，對其進行分析。 2）在原有的技術參數(shù)的基礎上，分析雙前橋轉向系統(tǒng)各個傳動機構的功能機技術參數(shù)特點，分析其各種不同結構的利弊，在原有結構前提下，確定一套異常磨損最小的轉向系統(tǒng)。 3）運用分析軟件對雙前橋轉向系統(tǒng)的技術參數(shù)進行優(yōu)化，得到最優(yōu)的雙前橋轉向系統(tǒng)相關參數(shù)。 3. 2 關鍵問題 雙前橋轉向系統(tǒng)的優(yōu)化設計主要解決一下幾個關鍵的技術難題： 1） 雙前橋轉向系統(tǒng)模型的建立； 2） 確立雙前橋轉向系統(tǒng)優(yōu)化目標； 3） 雙前橋各個轉向連接件的優(yōu)化區(qū)間的確定； 4） 對各個傳遞組件的結構參數(shù)進行優(yōu)化，得到優(yōu)化后的技術參數(shù)。 3. 3 研究內容 對于本次論文研究的轉向系統(tǒng)，首先建立空間三維的模型。通過空間模型約束的設置來準確的描述轉向梯形以及轉向拉桿傳遞機構的各個鉸接點的實際運動方式，進而可以較準確的描述每一個車輪的轉角，并通過優(yōu)化，可以使車輪轉角關系更加接近理想轉角關系，使車輪的橫向滑移盡可能的小，以減少輪胎的磨損?？偠灾饕ㄒ韵聨讉€方面的內容： 1） 雙前橋轉向系統(tǒng)的結構影響分析； 2） 雙前橋轉向系統(tǒng)傳動路線的布置分析； 3） 分析雙前橋轉向系統(tǒng)的桿系參數(shù)對磨損的影響； 4） 對雙前橋轉向系統(tǒng)的參數(shù)及結構進行建模優(yōu)化。 4. 本設計的特色 本課題針對重型汽車具體結構，借鑒前人的經(jīng)驗對汽車雙前橋轉向機構進行研究，建立重型汽車雙前橋轉向系統(tǒng)的整體空間數(shù)學模型——轉向梯形機構和縱向搖臂機構的統(tǒng)一空間數(shù)學模型，然后運用MATLAB語言工具編寫優(yōu)化程序對其進行機構優(yōu)化。這樣，相對前人的研究其優(yōu)點很明顯，可以消除由于將轉向梯形機構和縱向搖臂機構分開采用不同方法建模而產生的匹配誤差，達到更精確更合理更真實的效果，為下一步的 ADAMS 建模仿真分析做準備。另外，采用建模的方法可以完全參數(shù)化設計，模型運用靈活性強。研究機構中的任何一個部件、作用力、受力點、點的坐標都可以用參數(shù)表示，當機械結構發(fā)生改變時，只需更改相關的參數(shù)就可以獲取需要的結果。 5. 進度安排 第1~3周：查閱相關資料，熟悉軟件，撰寫開題報告； 第4~6周：確定雙前橋轉向系統(tǒng)總成部件的基本數(shù)據(jù)； 第7~10周：建立雙前橋轉向系統(tǒng)數(shù)學模型并進行優(yōu)化設計； 第11~16周：對雙前橋轉向系統(tǒng)結構進行設計； 第17周：撰寫畢業(yè)設計論文； 第18周：復查設計內容，準備答辯。 6. 參考文獻 [1] 王志萍. 我國重型載貨汽車及其市場變化淺談[J]. 汽車工業(yè)研究，2005(7)：23-26. [2] 崔軍華. 雙前軸轉向汽車的搖臂機構優(yōu)化設計[J]. 專用汽車，1999(4)：4-9. [3] 郭長勇，楊青. 七車橋汽車底盤獲專利發(fā)展形勢趨好[J]. 石油機械，2001(5)：16-19. [4] B. C. Besselink. Development of a vehicle to study the tractive performance of integrated steering-drive systems[J]. Journal of Terra mechanics, (41)2004：187-198. [5] 謝峰，靳福. 雙前橋車輛前輪“吃胎”的解決辦法[J]. 汽車運用，2006(11)：48. [6] 趙金龍，孫昌旺，徐偉剛. 重型汽車雙前橋轉向系統(tǒng)分析優(yōu)化研究[J]. 重型汽車，2010(3)：4-5. [7] 楊青龍，李獻飛，湯海洋等. 重卡雙前橋轉向梯形機構的建模及設計[J]. 汽車科技，2012(3)：49-53. [8] 陳紹清，張新富. 汽車輪胎使用壽命和磨損狀態(tài)的研究[J]. 西南農業(yè)大學學報，1996(4)：390-395. [9] 王定華，李龍銀. 一種載貨車雙前橋轉向機構的設計[J]. 合肥工業(yè)大學學報（自然科學版），2007，30(12)：73-76. [10] 朱敏. 我國雙前橋轉向貨車使用狀況分析研究[D]. 長安大學碩士論文，2012. [11] 王衛(wèi)東. 2004年重卡新品支撐市場向量[J]. 商用汽車雜志，2005(2):58. [12] 黃應紅. 聚焦62牽引車 這樣火爆為哪般[N]. 機電商報，2007-6-18(C02). 開題報告檢查組意見： 組長（簽字）： 年 月 日 - 7 -