CN1045416C - 四轮小车转向机构 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种四轮小车转向机构，转向梯形部件是由两个梯臂万向球销总成分别与转向轮前叉管及横拉杆连接，操纵部件采用方向盘、转向轴管及齿片构成，放大力矩部件是用两个以上的齿片和链条齿合放大力矩传动。具有可调使用长度的空间梯形臂和可调梯形内角，与独立悬挂配用，梯形机构可不分段。并且有小游间自动回正、经济耐用等优点。

Description

四轮小车转向机构

本发明创造涉及一种四轮小车的转向机构，由操作部件、放大力矩部件及转向梯形部件组成。

现有四轮车辆转向技术理论和机构，只要与独立悬挂配用的转向传动机构中，转向梯形都必须分为两段或三段，结构复杂；梯形臂的长度在使用中是不可调的，梯形臂与横拉杆在道路平面内的交角亦是设计定的，因此该种转向机构只运用于设计的某一种基本车型，局限了转向部件的通用化和制造的系列化；另外各转向传动件都需有一定的装配间隙，这些间隙随着零件的磨损而增大，使游间也增大，甚至使转向轮摆动，丧失行车的稳定性。

本发明创造的目的是提供一种可调使用长度的空间梯形臂和可调梯形内角，与独立悬挂配合不分段，小游间，自动回正，经济耐用的四轮小车转向机构。

本发明创造的目的是通过以下措施实现的：转向梯形部件采用两个梯臂万向球销总成分别连接左和右侧转向轮前叉管和横拉杆，这样构成可调使用长度的空间梯形臂和可调梯形内角，以及可以独立悬挂配用，而不需要分段的转向梯形机构。两个梯臂万向球销总成的节点是无间隙铰链，操作部件由Ω形状的方向盘，转向轴管及齿片构成。放大力矩部件采用两个以上的齿片，都是140°～180°包角和链条相齿合，达到游间较小。

本发明创造的附图图面说明如下：

图1是本发明创造的原理图。

图2是梯臂万向球销总成剖面图。

图3是图2沿B-O₁-B的剖面图。

图4是Ω形方向盘结构图。

图5是图4侧视和剖面图。

图6是本发明创造的实用曲线和理想直线误差判断图。

下面结合附图对本发明创造作进一步叙述：如图1所示，当车转向时，驾驶员对Ω形方向盘(101)施加转向力矩，带动固定安装在转向轴(102)上的18牙齿片(103)偏转，经链条(104)传动18～36牙的齿片(105)，并且连动固定安装在减速短轴(106)上的18牙齿片(107)，再经链条(108)带动固定安装在左侧转向轮前叉管(109)上的18～24牙的齿片(110)。转向力矩经过齿片链条配合2级减速放大的力矩，拉动左转向轮偏转，相对于方向盘偏转角缩小了相应角度。选用18～36不同牙数的齿片与链条组合2级减速，可调角传动比讠=1～2.66，使本转向系机构，通用于大小不同转向力矩的各种四轮小车。经放大后的转向力矩的另一部份，经过固定安装在左侧转向轮前叉管(109)上的梯臂万向球销总成(111)，传给横拉杆(112)，再传给固定安装在右侧转向轮前叉管(109)上的梯臂万向球销总成(111)，转向力矩通过两个梯臂万向球销总成与横拉杆组成的转向梯形的简谐运动作用后，推动右侧转向轮随之偏转一个相应的角度，使车辆转弯行驶。前叉管(109)一端连接转向轮、另一端连接减振储能弹性悬挂器(113)，减振储能弹性悬挂器(113)的结构在1989年7月本发明人已于申请号89104793×和89213965×.名为“多驱动源四轮车”的说明书中，已有叙述。其内有两个旋转活塞和悬挂弹簧。转向轮前叉管(109)的坡度为35mm，翘度为65mm，翘度具有自动产生回正力矩作用。坡度的定义是指前叉管中心线到叉嘴中心(即连接转向车轮的转轴的中心)的垂直距离称为坡度；翘度的定义是指前叉管中心线延长到水平地面上的交点到该转向轮的着地点之间的水平距离称为翘度，计算单位为毫米。两术语坡度翘度定义的出处是参照书《自行车维修300问》的叙述。减振储能弹性悬挂器(113)调整为前倾角69°，与转向轮外倾角为1°～2.5°，用弯管(114)固定在车架上，转向轮前束为3～7mm，用横拉杆(112)整定前束为3～7mm。如图2和图3所示，梯臂万向球销总成(111)是综合多功能设计为一体的机构。它构成可调使用长度的空间梯形臂；可调转向梯形内角Q；转向梯形空间运动限位；万向滑动无间隙球铰链；自动消除配合件磨损的间隙；并可配用于独立悬挂的车辆，而且梯形机构不需分段等多功能特征。图中梯形臂管(201一端有内螺纹，用螺杆(210)垂直连接前叉管(109)，功能是是可调梯形管的使用长度，梯形臂管(201)的另一端压扁，开一螺孔，与球头销(202)垂直连接，功能是可调球头销的使用长度。球头销(202)一端是园球体，另一端是园螺杆，中间段开成长9mm，厚度为对应球体大园心O₁平面角为20度的楔形柱体颈部，它是和万向滑道座管(209)配合限定最大转向角度。本梯形臂管(201)设计可调的使用长度u范围是125.25～119mm，球头销(202)设计可调使用长度V范围是32.26～64mm，两者垂直连接，构成可调使用长度W的空间梯形臂。即是转向实用梯形臂的可调长度。计算公式为 $W=\sqrt{u^2+V^2}$ 本实施例W=125～135mm。相应可调梯形的内角Q的范围是105～118度，梯形外角θ为15°～28°，轮距G=640～900mm，轴距L=950～1050mm，用理想转向方程式： $\cot A=\cot B+\frac{G}{L}$ ，其中A是外侧角。B是内侧角，内侧角的定义是对车辆转弯行驶对两个转向轮的瞬时转弯中心而言，内侧转向轮偏转的角度称为内侧角，外侧角的定义：亦是对车辆转弯时的瞬时转弯中心而言，外侧转向轮相应偏转的角度称为外侧角。使用理想转向方程式计算和用转向几何作图。实用曲线证明：本转向系机构，可以通用于 0.673～0.875范围内的各种小车。偏心园柱滑道副(207)有对称的两块，它的外壁园心O₂和内腔园心O₁有偏心距为4mm，在两端部各开有一个φ2.5mm，长15mm的孔(208)，插入安装伸张弹簧(312)使偏心园柱滑道副(207)可自动伸张，消除球头磨损的间隙实现转向梯形的节点都是无间隙铰链。在万向滑道座管(209)上安装两个螺丝钉(204)，防止偏心园柱滑道副(207)旋转变位。万向滑道座管(209)在外管壁中间垂直焊接一根螺杆，连接横拉杆(112)。它的中间和上段管壁开有长为78mm，宽为对应球头销的球头的园心O₁的园心角为100°的管壁，形成一个长方形管壁孔，它和球头销(202)的颈部配合，限定球头销最大转向角为向左、向右均为40°，并对球头销(202)转向运动限位。四角螺帽(203)限制防尘盖(205)不旋转。防尘盖(205)兼作缓冲车轮振动的滑轨和万向空间运动限位。防尘弹簧(206)使防尘盖(205)等贴在(209)管壁上运作。球头销(202)的园球体上下都装一根定位弹簧(311)。它功能是整定当车在平面上停止时，园球体在中间位置。当转向时若恰遇某转向轮振动，球头可沿偏心园柱滑道副(207)的内腔上下振动都有20mm滑动行程，弹性缓冲外来的振动冲击力，并使振动力不会经过横拉杆(112)迫使另一个转向轮同步振动，因此，转向梯形不需分段。另外从事故情况当转向时恰遇某转向轮上下振动达到最大振幅20mm，假设横拉杆一端球头不能上下滑动，而另一端球头滑动瞬时速度又跟不上的最坏双重事故重叠的暂态过程计算，后果是造成横拉杆的有效转向长度等于缩短了。极限最大数字为0.259mm，横拉杆长为772mm，缩短比为：0.259÷772=0.0003，即0.03％，故不影响转向轮偏转的准确性。如图4、图5所示，Ω形方向盘(101)是用薄钢管弯成形，表面镀铬抛光，长直径为242mm，椭园一侧有两个手把，最大总宽为392mm，旋转最大直径为488mm。椭园和手把展开长度为932mm。方向盘中间有三根支持短管(401)，连接安装螺帽(402)。Ω形状方向盘比现有车的手把可传动较大的转向力短，又方便手力刹车，调速和控制灯光音响讯号。图6中箭头是车转向的方向，

是内侧角，

是外侧角，两术语内侧角外侧角定义的出处是参照书《汽车构造》《地面车辆原理》的叙述，

                                   轴距CF=DE=1050mm，轮距CD=900mm，梯形内角118°，外角28°，梯形臂长CN=DK=135mm，横拉杆长NK=772mm,MF是理想转向直线，本机构用曲线MP证实接近理想转向。

以上叙述是本发明创造的最佳实施例，但在不超出本发明创造的构思范围内，还可有其他改进和变形。

本发明创造与现有技术相比，在转向技术和理论上有所突破，并采用多功能设计构件、具有可调使用长度的空间梯形臂和可调梯形内角，与独立悬挂配用、梯形机构不分段，小游间，自动回正、经济耐用等优点。

Claims (10)

1、一种四轮小车转向机构，由操纵部件，放大力矩部件及转向梯形部件组成，其特征在于：

a、转向梯形部件是由两个梯臂万向球销总成(111)的一端分别与左右侧转向轮前叉管(109)连接，另一端与横拉杆(112)连接；

b、操纵部件是由Ω形状的方向盘(101)、转向轴管(102)及齿片(103)构成；

c、放大力矩部件包括两组齿轮的齿片和链条相啮合传动。

2、根据权利要求1所述的转向机构，其特征在于梯臂万向球销总成(111)中的梯形臂管(201)一端有内螺纹，用螺杆(210)垂直连接前叉管(109)，梯形臂管(201)另一端压扁，开一螺孔，与球头销(202)垂直连接。

3、根据权利要求2所述的转向机构，其特征在于球头销(202)一端是圆球体，另一端是圆螺杆，中间段有一楔形柱体颈部，圆球体上下都装有一根定位弹簧(311)。

4、根据权利要求3所述的转向机构，其特征在于楔形柱体颈部长9mm，厚度为对应球体大圆心O₁平面角为20度。

5、根据权利要求3所述的转向机构，其特征在于球头销(202)的圆球体外有两块对称的偏心圆柱滑道副(207)，其外壁圆心O₂和内腔圆心O₁有偏心距4mm，在两偏心圆柱滑道副(207)的端部开有φ2.5mm，长15mm的孔(208)，可插入安装伸张弹簧(312)。

6、根据权利要求5所述的转向机构，其特征在于两偏心圆柱滑道副(207)外套有万向滑道座管(209)，在外管壁中间垂直焊接一螺杆连接横拉杆(112)，万向滑道座(209)的中间和上段壁开有长为78mm，宽为对应球头销(202)球头圆心O₁的圆心角为100°的长方形管壁孔。

7、根据权利要求6所述的转向机构，其特征在于万向滑道座(209)管壁上紧贴一防尘盖(205)，防尘盖(205)内有四角螺帽(203)，外套有防尘弹簧(206)。

8、根据权利要求1所述的转向机构。其特征在于Ω形方向盘(101)是薄钢管弯成，中间有三根支持短管(401)连接安装螺帽(402)。

9、根据权利要求1所述的转向机构，其特征在于转向轴(102)上安装18牙的齿片(103)，齿片(103)经链条(104)传动18～36牙的齿片(105)，齿片(105)装在减速短轴(106)上。

10、根据权利要求9所述的转向机构，其特征在于减速短轴(106)两端装有滚珠轴承，按前倾角69°固定安在车架上，上端装有18牙齿片(107)，并经链条(108)带动固定安装在左侧转向轮前叉管(109)上的18～24牙的齿片(110)。

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