某货车双前桥转向系统优化设计开题报告

本科毕业论文（设计）开 题 报 告论文题目 某货车双前桥转向系统优化设计 班 级姓 名 院（系）导 师开题时间- 1 -1课题研究的目的和意义随着汽车运输业的发展，人们对重型载货汽车的功率、承载能力提出了更高的要求。近年来，重型载货车的吨位逐渐增大，车辆的载货量不断增多，出现了一系列大型、重型载货车辆车型1。人们期望一种载货能力强，对路面破坏小的重型汽车。而这是难以通过单纯地增加单个轴的承载能力，降低整车质量来实现的。为此，在汽车设计上需要通过增加汽车的轴数来适应大吨位汽车的需求，于是出现了三轴甚至更多轴的车型2-3。多轴汽车为满足整车转向性能要求，往往采用两轴或多轴转向。在重型汽车领域，双前桥转向系统是一种较新型的机构，它不仅要保证左右转向轮间传动关系的梯形传动机构，还要使不同的转向桥之间也要满足一定的传动关系，而这一关系需要转向传动纵向机构来保证4。双前桥转向系统的汽车载货量大，转向稳定，转向阻力小，并且转向半径小。另外具备承载能力强、经济效益好、安全性高等特性。但是，在双前桥转向系统的运用越来越多的时候，却也带来一些比较典型的故障，该故障主要表现在双前桥的转向桥尤其是转向中桥的异常磨损问题上5-7。汽车轮胎价格约占汽车总价格的15%-20%，耗损费用又占运输成本的10%-20%,占全车维修费用的30%-50%。另外轮胎磨损除会直接增加汽车的使用成本外，还会影响汽车的功率消耗、轮胎与路面间的附着性能等8。本课题研究的目的是按照优化的要求，分析重型汽车双前桥转向系统的结构特点，利用计算机设计软件对某货车双前桥转向系统进行性能优化，并对转向系统的一些参数进行修正，匹配合适的转向传动方案，以达到尽量减小轮胎异常磨损的目的。对汽车双前桥转向研究的意义不仅在于为我国重型载货汽车的自主研发提供理论基础，同时也能为各类多轴拖车、挂车，以及军用运输车的设计提供参考。2国内外双前桥转向系统的研究现状2. 1 双前桥转向系统国外研究状况早在上世纪80年代，国外就对重型汽车双前桥转向系统进行了研究探索，提出了多种行之有效的设计方法。早期的设计方法以平面摄影设计方法为主，因为缺乏直接在空间中建立机构的运动方程的数学理论，所以通常将空间问题转化为平面问题来解决，把转向梯形机构看作是一个简单的四连杆机构，建立数学模型，通过以梯形底角、梯形臂长为参数，计算出一组数据，选择与阿克曼曲线最接近的一组值作为设计值9。众多的研究方法认为：对于双前桥转向机构，可以将整个系统拆分成几个独立的小系统进行分析和研究，即两前桥之间的运动协调关系通过摇臂机构来保证，每一个转向桥均可由一个转向梯形机构来保证左右转向轮按转向规律偏转。通常研究人员认为，梯形转向机构是无须进行优化的，左右车轮的关系完全可由独立的梯形机构来实现，主要影响双前桥转向特性的是摇臂机构，因此，大多数双前桥转向机构的研究将摇臂机构作为优化设计研究的重点，并根据优化理论编写了许多有效的计算软件。随着计算机性能的不断提高，出现了许多用于工程计算的专用软件，为工程技术人员的研究工作带来了方便，减少了工程开发中自己编程的麻烦，同时也使得许多优秀的数学理论得到了推广应用。在众多计算软件中，MATLAB软件应用比较广泛。2. 2 双前桥转向系统国内研究状况我国第一辆双前桥转向汽车是由一汽汽车技术中心于1998年开发，它主要是依据日本同类车型开发研制出来。由于很多用户用惯了2轴或3轴车，人们对这种双前桥转向汽车心里没底，不知道是否可靠，因此销量一般。2005年，中国重汽济南商用车公司成功研制出双转向前桥62重型牵引车。此车型比64车型多一根转向桥，少一根驱动桥。但是由于转向桥的价格远远低于驱动桥，使得双转向前桥62重型牵引车在承载能力与64车型基本相同的情况下，整车价格大大降低。近年来双前桥重型车的市场前景非常好10，我国其它的一些商用车公司也纷纷向市场投放双前桥重型汽车11-12。随着双前桥载重汽车在市场上的比例不断扩大，对双前桥转向系统方面的研究工作也越来越引起国内相关设计开发人员的关注，同时各个大专院校和整车的生产厂对双前桥转向系统提出了很多优化设计方法和相应的理论。湖南大学唐应时副教授及学生，同时运用Adams、MATLAB、及C+建立双前桥系统的数学模型，并对系统进行了优化。吉林大学郭孔辉教授运用空间坐标转换公式，编写转角关系程序对求解整车转弯过程中回转直径及回转中心相对于后轴的前置距。合肥工业大学张代胜教授及学生运用虚拟样机技术对双前桥转向系统关心的三大问题运动学、动力学及干涉进行了分析，对转向的刚度和强度进行了分析。但是，早期的研究大多数将前桥转向系统拆分成几个小系统来考虑，把摇臂机构作为优化设计的重点，或者把前桥的转向梯形简化为平面结构，这些方法虽然可以使计算方法大大化简，但也是计算精度受到了较大的影响，导致计算结果与实际偏差较大。并且许多研究采用了数学模型进行分析，数学模型复杂且出现的错误不易发现。另外，在优化过程中都是基于同一个转向定位系统的影响，仅仅考虑传动杆的优化不符合双前桥转向的现状。3. 本课题的研究内容及技术方案3. 1 研究目标本课题研究拟达到以下几个目标：1）分析各种转向机构的优缺点，针对一种特定的双前桥转向系统的模型，对其进行分析。2）在原有的技术参数的基础上，分析双前桥转向系统各个传动机构的功能机技术参数特点，分析其各种不同结构的利弊，在原有结构前提下，确定一套异常磨损最小的转向系统。3）运用分析软件对双前桥转向系统的技术参数进行优化，得到最优的双前桥转向系统相关参数。3. 2 关键问题双前桥转向系统的优化设计主要解决一下几个关键的技术难题：1） 双前桥转向系统模型的建立；2） 确立双前桥转向系统优化目标；3） 双前桥各个转向连接件的优化区间的确定；4） 对各个传递组件的结构参数进行优化，得到优化后的技术参数。3. 3 研究内容对于本次论文研究的转向系统，首先建立空间三维的模型。通过空间模型约束的设置来准确的描述转向梯形以及转向拉杆传递机构的各个铰接点的实际运动方式，进而可以较准确的描述每一个车轮的转角，并通过优化，可以使车轮转角关系更加接近理想转角关系，使车轮的横向滑移尽可能的小，以减少轮胎的磨损。总而言之主要包括以下几个方面的内容：1） 双前桥转向系统的结构影响分析；2） 双前桥转向系统传动路线的布置分析；3） 分析双前桥转向系统的杆系参数对磨损的影响；4） 对双前桥转向系统的参数及结构进行建模优化。4. 本设计的特色本课题针对重型汽车具体结构，借鉴前人的经验对汽车双前桥转向机构进行研究，建立重型汽车双前桥转向系统的整体空间数学模型转向梯形机构和纵向摇臂机构的统一空间数学模型，然后运用MATLAB语言工具编写优化程序对其进行机构优化。这样，相对前人的研究其优点很明显，可以消除由于将转向梯形机构和纵向摇臂机构分开采用不同方法建模而产生的匹配误差，达到更精确更合理更真实的效果，为下一步的 ADAMS 建模仿真分析做准备。另外，采用建模的方法可以完全参数化设计，模型运用灵活性强。研究机构中的任何一个部件、作用力、受力点、点的坐标都可以用参数表示，当机械结构发生改变时，只需更改相关的参数就可以获取需要的结果。5. 进度安排第13周：查阅相关资料，熟悉软件，撰写开题报告；第46周：确定双前桥转向系统总成部件的基本数据；第710周：建立双前桥转向系统数学模型并进行优化设计；第1116周：对双前桥转向系统结构进行设计；第17周：撰写毕业设计论文；第18周：复查设计内容，准备答辩。6. 参考文献 1 王志萍. 我国重型载货汽车及其市场变化浅谈J. 汽车工业研究，2005(7)：23-26.2 崔军华. 双前轴转向汽车的摇臂机构优化设计J. 专用汽车，1999(4)：4-9.3 郭长勇，杨青. 七车桥汽车底盘获专利发展形势趋好J. 石油机械，2001(5)：16-19.4B. C. Besselink. Development of a vehicle to study the tractive performance of integrated steering-drive systemsJ. Journal of Terra mechanics, (41)2004：187-198.5 谢峰，靳福. 双前桥车辆前轮“吃胎”的解决办法J. 汽车运用，2006(11)：48.6 赵金龙，孙昌旺，徐伟刚. 重型汽车双前桥转向系统分析优化研究J. 重型汽车，2010(3)：4-5.7 杨青龙，李献飞，汤海洋等. 重卡双前桥转向梯形机构的建模及设计J. 汽车科技，2012(3)：49-53.8 陈绍清，张新富. 汽车轮胎使用寿命和磨损状态的研究J. 西南农业大学学报，1996(4)：390-395.9 王定华，李龙银. 一种载货车双前桥转向机构的设计J. 合肥工业大学学报（自然科学版），2007，30(12)：73-76.10 朱敏. 我国双前桥转向货车使用状况分析研究D. 长安大学硕士论文，2012.11 王卫东. 2004年重卡新品支撑市场向量J. 商用汽车杂志，2005(2):58.12 黄应红. 聚焦62牵引车 这样火爆为哪般N. 机电商报，2007-6-18(C02).开题报告检查组意见： 组长（签字）： 年 月 日- 7 -