專利名稱：汽車轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及汽車的方向控制裝置，具體涉及該裝置的轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
汽車轉(zhuǎn)向時，理論上要求各車輪只滾動不滑動，各車輪必須圍繞同一中心 點(diǎn)滾動，顯然，這個中心點(diǎn)必然落在后軸中心線的延長線上，并且，左、右前 輪也必須以該點(diǎn)為圓心滾動。但是，現(xiàn)有汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是采用等腰梯形雙搖 桿機(jī)構(gòu)——阿克曼機(jī)構(gòu)，它不能保證任意轉(zhuǎn)向角度轉(zhuǎn)向輪軸線的交點(diǎn)都落在后 輪軸線的延長線上，即它沒有轉(zhuǎn)彎中心，轉(zhuǎn)彎不精準(zhǔn)，輪胎與路面要產(chǎn)生側(cè)向 滑動，這種滑動成為安全隱患，當(dāng)車速較快時，汽車可能顛覆，并且，滑動也 加劇輪胎磨損，降低使用壽命。上述背景情況見清華大學(xué)汽車工程系二零零八
年三月出版的教材《汽車構(gòu)造——底盤工程》第252頁。
M贈
本實用新型的目的，是提供一種汽車轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)能使汽車轉(zhuǎn)向 時，轉(zhuǎn)向輪軸線的交點(diǎn)落在后輪軸線延長線兩側(cè)狹窄區(qū)域內(nèi)，交點(diǎn)與后輪軸線 延長線的距離很小，汽車轉(zhuǎn)向時，輪胎滑動量很小。
本實用新型的技術(shù)解決方案是
一種汽車轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架及布置在該機(jī)架上的輸入齒軸、中間 齒輪、齒條、 一對伸縮套合搖桿及其輸出軸、 一套平行四邊形雙搖桿機(jī)構(gòu)； 所述輸入齒軸、中間齒輪、齒條順序嚙合；所述機(jī)架具有齒條的導(dǎo)向槽，所 述齒條與該導(dǎo)向槽縱向滑動配合；所述齒條的背面具有一鉸座，該鉸座位于 齒條的中點(diǎn)，所述機(jī)架上有一對輸出軸鉸座，相對于機(jī)架中心線對稱布置，其中心連線與齒條平行；所述兩伸縮套合搖桿的一端同軸鉸接于齒條背面的 鉸座上、另一端分別鉸接于機(jī)架上的兩鉸座上，其鉸軸為輸出軸，該輸出軸 與伸縮套合搖桿固定連接；當(dāng)汽車直線行駛時，三個鉸點(diǎn)的連線呈等腰三角 形，該等腰三角形滿足關(guān)系式-
a/b=0. 5 2A/B 式中a—等腰三角形底邊長度；
b—等腰三角形的高；
A""汽車兩轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向鉸點(diǎn)中心距；
B""汽車前后車輪軸距；
所述平行四邊形雙搖桿機(jī)構(gòu)由順序鉸接的輸入搖桿、連桿、輸出搖桿組 成，其輸入搖桿的輸入端固定連接在伸縮套合搖桿的輸出軸上，輸出搖桿的 輸出端連接車輪。
所述等腰三角形的最佳比例關(guān)系式a/b=A/B 。
本實用新型的另一種方案是
一種汽車轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架及布置在該機(jī)架上的輸入齒軸、中間
齒輪、齒條、 一對伸縮套合搖桿及其輸出軸、 一套平行四邊形雙搖桿機(jī)構(gòu)； 所述輸入齒軸、中間齒輪、齒條順序嚙合；所述機(jī)架具有齒條的導(dǎo)向槽，所 述齒條與該導(dǎo)向槽縱向滑動配合；所述齒條的背面具有一對鉸座，相對于齒 條中點(diǎn)對稱布置；所述機(jī)架上有一對輸出軸鉸座，相對于機(jī)架中心線對稱布 置，其中心連線與齒條平行；所述兩伸縮套合搖桿的一端分別鉸接于齒條背
面的兩鉸座上，另一端分別鉸接于機(jī)架上的兩鉸座上，其鉸軸為輸出軸，該 輸出軸與伸縮套合搖桿固定連接，當(dāng)汽車直線行駛時，四個鉸點(diǎn)的連線呈等 腰梯形，該等腰梯形的兩腰延長相交形成的等腰三角形滿足關(guān)系式
a/b=0. 5 2A/B 式中a—等腰三角形底邊長度；
b—等腰三角形的高；A—汽車兩轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向鉸點(diǎn)中心距； B—汽車前后車輪軸距；
所述平行四邊形雙搖桿機(jī)構(gòu)由順序鉸接的輸入搖桿、連桿、輸出搖桿組 成，其輸入搖桿的輸入端固定連接在伸縮套合搖桿的輸出軸上，輸出搖桿的 輸出端連接車輪。
所述等腰三角形的最佳比例關(guān)系式a/b=A/B 。 本實用新型的有益效果
上述結(jié)構(gòu)的汽車轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向輪軸線的交點(diǎn)落在后輪軸線延長線兩 側(cè)狹窄區(qū)域內(nèi)，交點(diǎn)與后輪軸線延長線的距離很小，汽車轉(zhuǎn)向時，輪胎滑動量 很小。當(dāng)a/b: A/B時轉(zhuǎn)向輪軸線的交點(diǎn)始終落在后輪軸線的延長線上，使四 只輪胎在路面上只是滾動，不會滑動。


圖l是本汽車轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)圖 圖2是圖1的左視圖
圖3是本汽車轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的另一種結(jié)構(gòu)圖 圖4是圖3的左視圖
圖5是本汽車轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的原理圖(圖中A點(diǎn)沿L線移動；AC與AE為可
伸縮連接；AC與CH為剛性連接；AE與EH為剛性連接) 圖6是圖l本汽車轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)與前車輪的裝配關(guān)系圖 圖6-1是圖6中I部分放大圖
圖9是圖3本汽車轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)與前車輪的裝配關(guān)系圖 圖9-l是圖9中I部分放大圖
圖7、圖8、圖10、圖ll、圖12、圖13是本機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)圖 圖7-l是圖7中I部分放大圖圖8-1是圖8中I部分放大圖 圖10-l是圖iO中I部分放大圖 圖11-1是圖11中I部分放大圖 圖12-1是圖12中I部分放大圖 圖13-1是圖13中I部分放大圖
具體實施方式實例一
參見圖l、圖2、圖6:本汽車轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架l及布置在該機(jī)架l
上的輸入齒軸2、中間齒輪3、齒條4、 一對伸縮套合搖桿6及其輸出軸8、 一套
平行四邊形雙搖桿機(jī)構(gòu)。
輸入齒軸2、中間齒輪3、齒條4順序嚙合；機(jī)架1具有齒條4的導(dǎo)向槽，齒 條4與該導(dǎo)向槽縱向滑動配合；齒條4的背面具有一鉸座5，該鉸座5位于齒條4 的中點(diǎn)，機(jī)架1上有一對輸出軸鉸座7，相對于機(jī)架中心線對稱布置，其中心 連線與齒條4平行;兩伸縮套合搖桿6的一端同軸鉸接于齒條背面的鉸座5上， 另一端分別鉸接于機(jī)架上的兩鉸座7上，其鉸軸為輸出軸8，該輸出軸8與伸縮 套合搖桿6固定連接，當(dāng)汽車直線行駛時，三個鉸點(diǎn)的連線呈等腰三角形。該 等腰三角形滿足關(guān)系式
a/b=0. 5 2A/B 式中a—等腰三角形底邊長度； b^腰三角形的高；
A""汽車兩轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向鉸點(diǎn)中心距；
B""汽車前后車輪軸距。 平行四邊形雙搖桿機(jī)構(gòu)由順序鉸接的輸入搖桿9、連桿IO、輸出搖桿ll組 成,其輸入搖桿9的輸入端固定連接在伸縮套合搖桿的輸出軸8上，輸出搖桿 ll的輸出端連接車輪。上述結(jié)構(gòu)的汽車轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向輪軸線的交點(diǎn)落在后輪軸線延長線兩 側(cè)狹窄區(qū)域內(nèi)，交點(diǎn)與后輪軸線延長線的距離很小，汽車轉(zhuǎn)向時，輪胎滑動量
很小；當(dāng)a/b二 A/B時轉(zhuǎn)向輪軸線的交點(diǎn)始終落在后輪軸線的延長線上，使四 只輪胎在路面上只是滾動，不會滑動。 其工作過程如下
當(dāng)轉(zhuǎn)向盤帶動輸入齒軸2轉(zhuǎn)動時，輸入齒軸2通過中間齒輪3(中間齒輪3的 功能是讓汽車的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向一至，符合人們的駕駛習(xí)慣)帶動齒條4移 動，齒條4上移動鉸點(diǎn)沿平行于兩轉(zhuǎn)動鉸點(diǎn)連線的直線移動，帶動兩根伸縮套 合搖桿6擺動，其輸出軸8隨之偏轉(zhuǎn)，再經(jīng)輸入搖桿9、連桿IO、輸出搖桿ll傳 動，將兩輸出軸8的轉(zhuǎn)角分秒不變地傳遞給兩轉(zhuǎn)向輪，實現(xiàn)對兩轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向 控制。圖7、圖8、圖ll、圖12、圖13分別示出本機(jī)構(gòu)的幾種工作狀態(tài)。
在a/b二A/B的條件下，兩轉(zhuǎn)向輪的軸線交點(diǎn)始終落在非轉(zhuǎn)向輪的軸線的延 長線上(汽車直行時四輪軸線交點(diǎn)在無限遠(yuǎn))。確保四輪的軸線始終交于一 點(diǎn)，即轉(zhuǎn)彎中心。這樣可使汽車的轉(zhuǎn)向精準(zhǔn)，四只輪胎都與路面作純滾動轉(zhuǎn) 向。本實用新型使汽車在轉(zhuǎn)彎時的控制穩(wěn)定性大大提高，尤其是在濕滑路面上 轉(zhuǎn)彎時不易打滑失去方向控制，避免交通事故。同時減少了汽車轉(zhuǎn)彎時的輪胎 磨損和能量損失。
其傳動關(guān)系的數(shù)學(xué)證明見圖5:
在直角三角形cra中
btan a =a+x ① 在直角三角形EGH中
btan P =x ②
①一②
tan a -tan P =a/b ——汽車四輪純滾動轉(zhuǎn)向的數(shù)學(xué)表達(dá)式
在直角三角形ABC中
tan(9(T - a + 0 ) = (a+y)/b/[l—tan(90° — a ) tan 0 ] = (a+y)/b(cota+a/2b)/[l- (a/2b) cot a ] = (a+y)/b
cot a +a/2b=[(a+y)/b][1-(a/2b)cot a]
cot a +a/2b=(a+y)/b-[a(a+y)/2b2]cot acot a =(a+y)/b-a/2b cot a = (a+2y) /2b
cot a = [ (a+2y) /2b] [2b2 / (2b2 +a2 +ay)]
cot a = (ab+2by) / (a2 +2b2 +ay)
t肌a = (a2 +2b2 +ay) / (ab+2by) ③
在直角三角形ADE中
tan(90° -9)=y/b/[l+tan(90。 -0)tan0]=y/b
(cot 0 -a/2b)/[1+(a/2b)cot P]=y/b
cot P -a/2b=(y/b)[l+(a/2b)cot P]
cot e -a/2b=y/b+(ay/2b2)cot P
(l-ay/2b2)cot 3 =y/b+a/2bcotP =(a+2y)/2b
cot P = [ (a+2y) /2b] [2b2 / (2b2 -ay)]
cotP=(ab+2by)/(2b2-ay)
tan P 二 (2b2 -ay) / (ab+2by)
③一④
tan a -tan 0 = (a2 +2b2 +ay) / (ab+2by) - (2b2 —ay) / (ab+2by) tan a-tan P= ( a2+2b2+ay-2b2+ay ) /(ab+2by) tan a-tanP= (a2+2ay) /(ab+2by) tan ct -tan 3 =a (a+2y) /b (a+2y) tan a -tan P =a/b
結(jié)論該機(jī)構(gòu)滿足汽車四輪純滾動轉(zhuǎn)向條件——四輪的軸線交于一點(diǎn)。將上述機(jī)構(gòu)及其原理應(yīng)用在汽車上時，除可用轉(zhuǎn)向盤對所述機(jī)構(gòu)輸入齒軸 進(jìn)行控制外，也可用轉(zhuǎn)向盤對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的任一構(gòu)件輸入動力來進(jìn)行方向控 制。也可利用上述機(jī)構(gòu)對現(xiàn)有汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行改造，使之達(dá)到四輪純滾動 轉(zhuǎn)向。
實例二
參見圖3、圖4、圖9:與實例一的區(qū)別是，齒條4的背面具有一對鉸座5， 相對于齒條中點(diǎn)對稱布置；兩伸縮套合搖桿6的一端分別鉸接于齒條背面的兩 鉸座5上，另一端分別鉸接于機(jī)架上的兩鉸座7上，其鉸軸為輸出軸8，該輸出 軸8與伸縮套合搖桿6固定連接，當(dāng)汽車直線行駛時，四個鉸點(diǎn)的連線呈等腰 梯形，該等腰梯形的兩腰延長相交形成的等腰三角形同樣滿足關(guān)系式a/b= 0.5 2A/B。其余與實例一相同。從圖5、圖9、圖10看出，本例的功能和原理 也與實例一相同。
權(quán)利要求1.一種汽車轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)，其特征在于包括機(jī)架及布置在該機(jī)架上的輸入齒軸、中間齒輪、齒條、一對伸縮套合搖桿及其輸出軸、一套平行四邊形雙搖桿機(jī)構(gòu)；所述輸入齒軸、中間齒輪、齒條順序嚙合；所述機(jī)架具有齒條的導(dǎo)向槽，所述齒條與該導(dǎo)向槽縱向滑動配合；所述齒條的背面具有一鉸座，該鉸座位于齒條的中點(diǎn)，所述機(jī)架上有一對輸出軸鉸座，相對于機(jī)架中心線對稱布置，其中心連線與齒條平行；所述兩伸縮套合搖桿的一端同軸鉸接于齒條背面的鉸座上、另一端分別鉸接于機(jī)架上的兩鉸座上，其鉸軸為輸出軸，該輸出軸與伸縮套合搖桿固定連接；當(dāng)汽車直線行駛時，三個鉸點(diǎn)的連線呈等腰三角形，該等腰三角形滿足關(guān)系式a/b＝0.5～2A/B式中a-等腰三角形底邊長度； b-等腰三角形的高； A-汽車兩轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向鉸點(diǎn)中心距； B-汽車前后車輪軸距；所述平行四邊形雙搖桿機(jī)構(gòu)由順序鉸接的輸入搖桿、連桿、輸出搖桿組成，其輸入搖桿的輸入端固定連接在伸縮套合搖桿的輸出軸上，輸出搖桿的輸出端連接車輪。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)，其特征在于所述等腰三角 形滿足關(guān)系式a/b= A/B 。
3. —種汽車轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)，其特征在于包括機(jī)架及布置在該機(jī)架上的 輸入齒軸、中間齒輪、齒條、 一對伸縮套合搖桿及其輸出軸、 一套平行四邊 形雙搖桿機(jī)構(gòu)；所述輸入齒軸、中間齒輪、齒條順序嚙合；所述機(jī)架具有齒 條的導(dǎo)向槽，所述齒條與該導(dǎo)向槽縱向滑動配合；所述齒條的背面具有一對 鉸座，相對于齒條中點(diǎn)對稱布置；所述機(jī)架上有一對輸出軸鉸座，相對于機(jī) 架中心線對稱布置，其中心連線與齒條平行；所述兩伸縮套合搖桿的一端分別鉸接于齒條背面的兩鉸座上、另一端分別鉸接于機(jī)架上的兩鉸座上，其鉸 軸為輸出軸，該輸出軸與伸縮套合搖桿固定連接，當(dāng)汽車直線行駛時，四個 鉸點(diǎn)的連線呈等腰梯形，該等腰梯形的兩腰延長相交形成的等腰三角形滿足 關(guān)系式a/b=0. 5 2A/B 式中a—等腰三角形底邊長度； b—等腰三角形的高； A—汽車兩轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向鉸點(diǎn)中心距； B—汽車前后車輪軸距；所述平行四邊形雙搖桿機(jī)構(gòu)由順序鉸接的輸入搖桿、連桿、輸出搖桿組 成，其輸入搖桿的輸入端固定連接在伸縮套合搖桿的輸出軸上，輸出搖桿的 輸出端連接車輪。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的汽車轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)，其特征在于所述等腰三角 形滿足關(guān)系式a/b= A/B 。
專利摘要一種汽車轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架及布置在該機(jī)架上的輸入齒軸、中間齒輪、齒條、一對伸縮套合搖桿及其輸出軸、一套平行四邊形雙搖桿機(jī)構(gòu)；輸入齒軸、中間齒輪、齒條順序嚙合；機(jī)架具有齒條的導(dǎo)向槽，齒條與該導(dǎo)向槽縱向滑動配合；齒條的背面具有一個或兩個鉸座，機(jī)架上有一對輸出軸鉸座，相對于機(jī)架中心線對稱布置，其中心連線與齒條平行；兩伸縮套合搖桿的一端鉸接于齒條背面的鉸座上、另一端分別鉸接于機(jī)架上的兩鉸座上，其鉸軸為輸出軸，該輸出軸與伸縮套合搖桿固定連接，當(dāng)汽車直線行駛時，所有鉸點(diǎn)的連線呈等腰三角形或等腰梯形。它可使轉(zhuǎn)向輪軸線的交點(diǎn)始終落在后輪軸線的延長線上，使四只輪胎在路面上滾動，不滑動。
文檔編號B62D3/12GK201371854SQ20092007987
公開日2009年12月30日 申請日期2009年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月30日
發(fā)明者閆成貴 申請人:閆成貴