图6.1 内、外转角的理想关系
现阶段梯形结构的运动关系大体能够满足理想的阿克曼理论曲线。因此赛车采用梯形结构。梯形结构又分为整体式和断开式两种，如图6.3、6.3 所示：
图6.2 整体式转向梯形结构
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图6.3 断开式转向梯形结构
赛车采用独立悬架结构，因此采用断开式梯形结构。转向梯形的横拉杆做成断开的，称之为断开式转向梯形。断开式转向梯形的主要优点是它与前轮采用独立悬架相配合，能够保证一侧车轮上、下跳动时，不会影响另一侧车轮；但与整体式转向梯形比较，由于杆系、球头增多，所以结构复杂，制造成本高，并且调整前束比较困难。同时考虑到转向器的空间布置问题，决定采用梯形臂后置的布置方式。
6.2 断开点位置的确定[4]
采用断开式梯形结构，首先要确定断开点的位置。横拉杆上断开点的位置与独立悬架形式有关。采用双横臂独立悬架，常用图解法(基于三心定理)确定断开点的位置。其求法如下图：
1)延长KBB与KAA，交于立柱AB的瞬心P点，由P点作直线PS。S点为转向节臂球销中心在悬架杆件(双横臂)所在平面上的投影。当悬架摇臂的轴线斜置时，应以垂直于摇臂轴的平面作为当量平面进行投影和运动分析。
2)延长直线AB与KAKB，交于QAB点，连PQAB直线。 3)连接S和B点，延长直线SB。
4)作直线PQBS，使直线PQAB与户QBS间夹角等于直线PKA与PS间的夹角。当S点低于A点时，PQBS线应低于PQAB线。
5)延长PS与QBSKB，相交于D点，此D点便是横拉杆铰接点(断开点)的理想
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的位置。
图6.4 断开式梯形结构断开点位置的确定
以上是在前轮没有转向的情况下，确定断开点D 位置的方法。此外，还要对车轮向左转和向右转的几种不同的工况进行校核。图解方法同上，但S 点的位置变了；当车轮转向时，可认为S 点沿垂直于主销中心线AB 的平面上画弧(不计主销后倾角)。如果用这种方法所得到的横拉杆长度在不同转角下都相同或十分接近，则不仅在汽车直线行驶时，而且在转向时，车轮的跳动都不会对转向产生影响。双横臂互相平行的悬架能满足此要求。
6. 3 转向梯形的设计优化[5]
与齿轮齿条式转向器配用的转向传动机构和传统的整体式转向梯形机构相比有其特殊之处, 以下介绍该转向传动机构的结构特点和优化设计方法,给出了优化设计的目标函数和设计变量的选择范围, 并进行计算。
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图6.5 与齿轮齿条式转向器配用的转向梯形
一般来说, 这种转向系统的结构大多如图6.5所示。转向轴1 的末端与转向器的齿轮轴2 直接相连或通过万向节轴相连, 齿轮2与装于同一壳体的齿条3 啮合, 外壳则固定于车身或车架上。齿条通过两端的球铰接头与两根分开的横拉杆4、7相连, 两横拉杆又通过球头销与左右车轮上的梯形臂5、6 相连。因此, 齿条3 既是转向器的传动件又是转向梯形机构中三段式横拉杆的一部分。
绝大多数齿轮齿条式转向器都布置在前轴后方, 这样既可避让开发动机的下部, 又便于与转向轴下端连接。安装时, 齿条轴线应与汽车纵向对称轴垂直, 而且当转向器处于中立位置时, 齿条两端球铰中心应对称地处于汽车纵向对称轴的两侧。 对于给定的汽车, 其轴距L、主销后倾角β以及左右两主销轴线延长线与地面交点之间的距离K 均为已知定值。对于选定的转向器, 其齿条两端球铰中心距M 也为已知定值。因而在设计转向传动机构时, 需要确定的参数为梯形底角? 、梯形臂长l1 以及齿条轴线到梯形底边的安装距离h。而横拉杆长l2则可由转向传动机构的上述参数以及已知的汽车参数K和转向器参数M来确定。其关系式为
l2?(K?M2?l1cos?)2?(l1sin??h)2 （1）
6.4 用解析法求内、外轮转角关系
转动转向盘时, 齿条便向左或向右移动,使左右两边的杆系产生不同的运动, 从而使左右车轮分别获得一个转角。以汽车左转弯为例, 此时右轮为外轮, 外轮一侧的杆系运动如图6.6所示。设齿条向右移过某一行程S, 通过右横拉杆推动右梯形
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臂, 使之转过?0。
图6.6 外轮一侧杆系的运动情况
取梯形右底角顶点O 为坐标原点,X、Y轴方向如图6.6所示, 则可导出齿条行程S 与外轮转角θ0的关系:
S?K?M2?l1cos(???0)?l2?[l1sin(???0)?h]2 (2)
另外, 由图2可知;
?0??????
?0?arccosl12?(K?M22?S)2?h2?l22?S)2?h2?arctan(2h)?? (3)
2l1(K?MK?M?2S
而内轮一侧的运动则如图6.7所示, 齿条右移了相同的行程S , 通过左横拉杆拉动左梯形臂转过θi。
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