CN102975764B - 一种阿克曼转向机构 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提出一种能全程满足阿克曼理论的阿克曼转向机构，以最大限度的降低磨胎和转向操作力。本发明的阿克曼转向机构包括按传统方式连接在一起的转向臂、左转向横杆、右转向横杆、安装有左转向节的左轮、安装有右转向节的右轮，关键在于前轴的中部固定有一个转向机壳体，转向机壳体固定有一个阿克曼凸轮板，所述阿克曼凸轮板设有曲线槽；转向机壳体与一个具有贯通腔体的转向导轨通过转向销轴转动连接，转向臂穿过所述转向导轨的贯通腔体，转向臂的前端活动卡接入所述曲线槽内；转向导轨接收到来自方向盘的转向输入后，绕转向销轴转动，从而迫使转向臂在随转向导轨转动的同时，在曲线槽的导向作用下，相对于转向导轨滑动。

Description

一种阿克曼转向机构

技术领域

 本发明属于汽车零部件制造技术领域，特别涉及到一种阿克曼转向机构。

背景技术

对于四轮汽车，在转弯的过程中，理论上两个前轮的转角度应不同，内侧车轮的转角应大于外侧车轮。举例说明，左转弯时，左前轮转角大于右前轮转角；而且这种差值并不是固定值，而是随整体转向角度增大而增大。如果左右两个转向轮的车轴线延长线的交点始终在后轴轴线上，我们称这种转向系统为阿克曼（ackermann）转向系统（如图1所示）。如果满足这一条件，车辆在转弯时将没有轮胎发生滑转，转向力也最小。这是以这一理论的提出者 Rudolph Ackermann 的名字命名。

 目前的各类转向系统，都在致力于设计出满足阿克曼理论的转向机构，但只能得到一个近似的结果，或者只能在某一点得到一个理想值。归其原因，目前齿轮齿条式转向机、循环球转向机、涡轮蜗杆转向机等的输出端（转向垂臂或齿条）的运动都是单一的运动，要么是直线运动（齿条），要么就是绕输出轴的圆弧运动（循环球、涡轮蜗杆转向机），所以无法全行程的满足阿克曼理论。

发明内容

本发明的目的是提出一种能全程满足阿克曼理论的阿克曼转向机构，以最大限度的降低磨胎和转向操作力。

本发明的阿克曼转向机构包括转向臂、左转向横杆、右转向横杆、安装有左转向节的左轮、安装有右转向节的右轮，所述左转向节、右转向节分别通过销轴活动安装于前轴的两端；所述左转向横杆的左端通过球销与左转向节连接，所述右转向横杆的右端通过球销与右转向节连接；所述左转向横杆的右端、右转向横杆的左端、转向臂的后端通过转向球销连接；关键在于所述前轴的中部固定有一个转向机壳体，所述转向机壳体固定有一个阿克曼凸轮板，所述阿克曼凸轮板设有曲线槽；所述转向机壳体与一个具有贯通腔体的转向导轨通过转向销轴转动连接，所述转向臂穿过所述转向导轨的贯通腔体，转向臂的前端活动卡接入所述曲线槽内；所述转向导轨接收到来自方向盘的转向输入后，绕转向销轴转动，从而迫使转向臂在随转向导轨转动的同时，在曲线槽的导向作用下，相对于转向导轨滑动。

上述阿克曼转向机构将传统的转向机的输出运动由单一的圆弧运动，通过凸轮+转动方式合成为圆弧运动与直线运动相结合的平面运动，可以在整个转向过程中全行程内精确实时地实现两个转向轮按理想转角进行转向。

上述曲线槽的制作方法包括如下步骤：首先以左轮和右轮的理想转向角度变化作为输入，得到转向球销的运动轨迹曲线，然后将转向球销的运动轨迹曲线作为输入，结合转向导轨的最大转动角度，得出曲线槽的形状。具体来说，所述曲线槽左右对称且曲线槽的宽度一致。因为整个过程是可逆的，所以加工出的曲线槽完全可以驱动车轮实现阿克曼转向。

进一步地，所述转向臂的前端通过销钉卡接入所述曲线槽内。在长期使用后，销钉可能会出现磨损，此时只需要更换销钉即可，而无需更换整个转向臂，从而降低了维修成本。

进一步地，所述转向导轨的上端面和下端面设有突出的柱体，以形成所述的转向销轴。通过将转向销轴与转向导轨一体化生产，可以保证转向销轴与转向导轨的连接可靠性。

进一步地，所述转向导轨通过转向销轴、减速机构与方向盘连接，来自方向盘的转向输入作用于转向销轴上，从而驱动转向导轨转动。

本发明的阿克曼转向机构结构简单，采用纯机械结构进行控制，因此可靠性高，而且针对不同车型只需更换相应的阿克曼凸轮板即可，可移植性强，具有很好的实用性。

附图说明

图1是阿克曼（Ackermann）转向原理的示意图。

图2是本发明的阿克曼转向机构的整体结构示意图。

图3是本发明的阿克曼转向机构的分体结构示意图。

图4是本发明的阿克曼转向机构的转向导轨处的局部结构剖视图。

图5、6是本发明的阿克曼转向机构的工作原理图（图中箭头为受力及运动方向）。

图7 是阿克曼凸轮板的曲线槽结构示意图。

图中标示：转向臂1、左转向横杆2、右转向横杆3、左转向节4、左轮5、右转向节6、右轮7、前轴8、转向球销9、转向机壳体10、阿克曼凸轮板11、曲线槽12、转向导轨13、转向销轴14、

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。

实施例1：

如图所示，本实施例的阿克曼转向机构包括转向臂1、左转向横杆2、右转向横杆3、安装有左转向节4的左轮5、安装有右转向节6的右轮7，左转向节4、右转向节6分别通过销轴活动安装于前轴8的两端；左转向横杆2的左端通过球销与左转向节4连接，右转向横杆3的右端通过球销与右转向节6连接；左转向横杆2的右端、右转向横杆3的左端、转向臂1的后端通过转向球销9连接。

前轴8的中部固定有一个转向机壳体10，转向机壳体10固定有一个阿克曼凸轮板11，阿克曼凸轮板11设有曲线槽12；转向机壳体10与一个具有贯通腔体的转向导轨13通过转向销轴14转动连接，转向销轴14为转向导轨13的上端面和下端面所设有突出的柱体；转向臂1穿过转向导轨13的贯通腔体，转向臂1的前端通过销钉卡活动卡接入所述曲线槽12内；转向导轨13接收到来自方向盘的转向输入后，绕转向销轴14转动，从而迫使转向臂1在随转向导轨13转动的同时，在曲线槽12的导向作用下，相对于转向导轨13滑动。

上述曲线槽12的制作方法包括如下步骤：首先以左轮5和右轮7的理想转向角度变化作为输入，得到转向球销9的运动轨迹曲线，然后将转向球销9的运动轨迹曲线作为输入，结合转向导轨13的最大转动角度，得出曲线槽12的形状。具体来说，曲线槽12左右对称且曲线槽12的宽度一致。因为整个过程是可逆的，所以加工出的曲线槽12完全可以驱动车轮实现阿克曼转向。

在车辆直行时，左轮5和右轮7相互平行，纯滚动前进。转向时（比如左转向）驾驶员转动方向盘通过减速机构直接驱动了转向导轨13，转向导轨13绕转向销轴14转动，由于转向臂1和转向导轨13存在滑动连接，所以转向臂1也开始转动，并由于转向臂1的前端通过销钉卡接于在阿克曼凸轮板11的曲线槽12内，由于曲线槽12各点距离转向销轴14的距离不同，所以转向臂1在转动的同时，又沿转向导轨13做滑动，结果就使得转向臂1既随着转向导轨13做转动，同时又做直线运动，二者的合成运动便使得转向球销9做平面运动，拉动左转向横杆2、右转向横杆3，最终迫使左转向节4、右转向节6绕各自端部的销轴转动，并使得左轮5的转向角度大于右轮7，从而实现阿克曼转向。

Claims (7)

1.一种阿克曼转向机构，包括转向臂、左转向横杆、右转向横杆、安装有左转向节的左轮、安装有右转向节的右轮，所述左转向节、右转向节分别通过销轴活动安装于前轴的两端；所述左转向横杆的左端通过球销与左转向节连接，所述右转向横杆的右端通过球销与右转向节连接；所述左转向横杆的右端、右转向横杆的左端、转向臂的后端通过转向球销连接；其特征在于所述前轴的中部固定有一个转向机壳体，所述转向机壳体固定有一个阿克曼凸轮板，所述阿克曼凸轮板设有曲线槽；所述转向机壳体与一个具有贯通腔体的转向导轨通过转向销轴转动连接，所述转向臂穿过所述转向导轨的贯通腔体，转向臂的前端活动卡接入所述曲线槽内；所述转向导轨接收到来自方向盘的转向输入后，绕转向销轴转动，从而迫使转向臂在随转向导轨转动的同时，在曲线槽的导向作用下，相对于转向导轨滑动。

2.根据权利要求1所述的阿克曼转向机构，其特征在于所述曲线槽的制作方法包括如下步骤：首先以左轮和右轮的理想转向角度变化作为输入，得到转向球销的运动轨迹曲线，然后将转向球销的运动轨迹曲线作为输入，结合转向导轨的最大转动角度，得出曲线槽的形状。

3.根据权利要求1或2所述的阿克曼转向机构，其特征在于所述曲线槽左右对称。

4.根据权利要求1或2所述的阿克曼转向机构，其特征在于所述曲线槽的宽度一致。

5.根据权利要求1或2所述的阿克曼转向机构，其特征在于所述转向臂的前端通过销钉卡接入所述曲线槽内。

6.根据权利要求1或2所述的阿克曼转向机构，其特征在于所述转向导轨的上端面和下端面设有突出的柱体，以形成所述的转向销轴。

7.根据权利要求6所述的阿克曼转向机构，其特征在于所述转向导轨通过转向销轴、减速机构与方向盘连接。