輪式車輛轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)的圖解解析

引言
輪式車輛一般都是依靠轉(zhuǎn)向車輪偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎或曲線行駛。轉(zhuǎn)向是的基本要求是保證所有車輪滾動(dòng)而不發(fā)生滑動(dòng)，這一要求通常由平面四桿機(jī)構(gòu)來達(dá)到。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)都采用圖解轉(zhuǎn)向梯形的方法。這種方法需要按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選擇機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)，然后作圖校核該梯形機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角偏差是否大于允許偏差，若大于允許偏差，則重新選擇或調(diào)整幾何參數(shù)，再校核圖，直至轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)小于允許偏差為止。這實(shí)際上是一種試湊的方法，帶有較大的盲目性，工作量大。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，解析法得到了較好的應(yīng)用，但是傳統(tǒng)的圖解法仍有它直觀、方便的優(yōu)點(diǎn)，因此仍然被工程設(shè)計(jì)人員廣泛采用。本文介紹一種簡單高效且實(shí)用的圖解解析設(shè)計(jì)法，可以大大減少作圖校核的次數(shù)，提高工作效率。
2 轉(zhuǎn)向理論特性
機(jī)動(dòng)車輛或裝卸搬運(yùn)車輛的轉(zhuǎn)向大多采用雙軸線式轉(zhuǎn)向方式，見圖1。為了滿足純滾動(dòng)條件，轉(zhuǎn)向時(shí)所有車輪必須以不同的半徑圍繞同一轉(zhuǎn)向中心滾動(dòng)，各個(gè)車輪的軸線交于瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心O點(diǎn)。雖然兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)的角度不同，但是兩個(gè)轉(zhuǎn)角之間應(yīng)滿足下列幾何關(guān)系：
ctg?-ctga=M/L （1） 式中 ?-外輪轉(zhuǎn)角 a-內(nèi)輪轉(zhuǎn)角 M-轉(zhuǎn)向軸兩主銷中心距 L-車輛前后軸軸距
為了滿足運(yùn)動(dòng)學(xué)上的這一幾何關(guān)系，一般都是通過設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。式（1）稱為轉(zhuǎn)向理論特性。

3 轉(zhuǎn)向梯形的圖解設(shè)計(jì)及其轉(zhuǎn)角誤差
轉(zhuǎn)向梯形四桿機(jī)構(gòu)中，固定件長度（兩主銷中心距）M是由車輛總體設(shè)計(jì)給出的，兩梯形臂長相等。因此只有兩個(gè)獨(dú)立變量有待確定，一個(gè)是連桿（橫拉桿）長度，另一個(gè)是兩搖桿（梯形臂）長度，這兩個(gè)參數(shù)還可以轉(zhuǎn)化為梯形底角O及梯形臂長m，見圖1。
通常設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)o和m值，用作圖法作出所選機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)（a<amax），內(nèi)、外轉(zhuǎn)角a和?的一組實(shí)際對(duì)應(yīng)值，并將這組對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角（aI,?I）按圖2所示作出實(shí)際特性曲線GE，與理論特性GF比較，得到轉(zhuǎn)角的偏差值?。如兩條特性接近，則*小于允許偏差，說明轉(zhuǎn)向梯形幾何參數(shù)合理；如果?大于允許偏差，則須重新選擇梯形參數(shù)，重復(fù)作圖。對(duì)于工程機(jī)械，amax=450，?不大于10~30。