CN112855788B - 一种可控制活动端轨迹曲率变化的万向节 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可控制活动端轨迹曲率变化的万向节，包括固定端支臂、活动端支臂、十字基座、第一铰接臂和第二铰接臂，所述固定端支臂的尾部设置有安装座，所述十字基座与所述安装座铰接，所述活动端支臂的首部设置有连杆基座，所述第一铰接臂的首部与所述连杆基座铰接，所述第一铰接臂的尾部与所述十字基座铰接，所述第二铰接臂的首部与所述连杆基座铰接，所述第二铰接臂的尾部与所述十字基座铰接，所述第一铰链臂、所述第二铰接臂、所述十字基座和所述连杆基座构成铰链四杆机构。本发明提供的一种可控制活动端轨迹曲率变化的万向节，能够提高汽车的行驶稳定性，减小车轮的磨损。

Description

一种可控制活动端轨迹曲率变化的万向节

技术领域

本发明涉及万向节结构技术领域，具体涉及一种可控制活动端轨迹曲率变化的万向节。

背景技术

汽车转向系统横拉杆的作用是将转向运动传递到车轮上，并在车轮跳动过程中对两车轮的前束进行约束，使车轮前束在转向及上下跳动过程中适应车轮跳动而变化，从而提高汽车行驶稳定性的同时，减少车轮行驶过程中的磨损。目前汽车转向系统横拉杆与转向器的连接为球头式连接，其车轮端球头中心运动轨迹为一球面，使车轮在上下跳动过程中外球头中心的横向跳动量始终为圆弧弧高在YZ面的投影，若要减小其横向跳动量，只有通过增大车轮的X向的附加运动量，这不仅会增大能量消耗，同时也会增加车轮的磨损，只能说纵向磨损量比横向磨损量小而已。再者，横拉外球头轨迹为球面，车轮上下跳动时，在横拉杆长度一定的情况下，其前束变化梯度便确定，其与悬架系统的匹配性不好调校。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种可控制活动端轨迹曲率变化的万向节，能够应用于转向横拉杆，能够通过万向节的特征尺寸及装配角度控制活动端轨迹曲率变化，从而从设计上有效控制车轮转向及上下跳动时横拉杆外球头中心轨迹面，使其与悬架合理匹配，从而减小汽车行驶过程中前束变化量，提高汽车的行驶稳定性，并减小车轮的磨损。

本发明的一种可控制活动端轨迹曲率变化的万向节，包括固定端支臂、活动端支臂、十字基座、第一铰接臂和第二铰接臂，所述固定端支臂的尾部设置有安装座，所述十字基座以可绕第一旋转轴线转动的方式与所述安装座铰接，所述活动端支臂的首部设置有连杆基座，所述第一铰接臂的首部以可绕第二旋转轴线转动的方式与所述连杆基座铰接，所述第一铰接臂的尾部以可绕第三旋转轴线转动的方式与所述十字基座铰接，所述第二铰接臂的首部以可绕第四旋转轴线转动的方式与所述连杆基座铰接，所述第二铰接臂的尾部以可绕第五旋转轴转动的方式与所述十字基座铰接，所述第一铰链臂、所述第二铰接臂、所述十字基座和所述连杆基座构成铰链四杆机构，其中，所述第一铰链臂和所述第二铰接臂为连架杆，所述十字基座为机架，所述连杆基座为连杆；所述第二旋转轴线、所述第三旋转轴线、所述第四旋转轴线和所述第五旋转轴线均不与所述第一旋转轴线平行。

进一步，所述第二旋转轴线、所述第三旋转轴线、所述第四旋转轴线和所述第五旋转轴线互相平行，所述第一旋转轴线垂直于所述第二旋转轴线。

进一步，所述安装座上设置有用于容纳所述十字基座的安装槽，所述安装槽的两个侧壁上均分别设置有第一铰接孔，所述十字基座上对应所述第一铰接孔的位置设置有朝向所述侧壁凸出的第一转轴，所述第一铰接孔的轴线、所述第一转轴的轴线以及所述第一旋转轴线共线。

进一步，所述第二旋转轴线与所述第四旋转轴线之间的间距小于所述第三旋转轴线与所述第五旋转轴线之间的间距，所述第二旋转轴线和所述第四旋转轴线均位于靠近所述固定端支臂一侧，所述第三旋转轴线和所述第五旋转轴线均位于靠近所述活动端支臂一侧，所述十字基座的内部设置有用于供所述活动端支臂穿过的让位孔。

进一步，所述第一铰接臂包括第二转轴，所述连杆基座上设置有用于与所述第二转轴配合的第二铰接孔，所述第二转轴的轴线、所述第二铰接孔的轴线以及所述第二旋转轴线共线。

进一步，所述第一铰接臂还包括两个第一连架杆，两个所述第一连架杆的首部分别与所述第二转轴的两侧连接，两个所述第一连架杆的尾部均伸入所述让位孔内，并且两个所述第一连架杆的尾部分别设置有向远离所述活动端支臂的方向凸出的第三转轴，所述十字基座上设置有用于与所述第三转轴配合的第三铰接孔，所述第三转轴的轴线、所述第三铰接孔的轴线以及所述第三旋转轴线共线。

进一步，所述第二铰接臂包括第四转轴，所述连杆基座上设置有用于与所述第四转轴配合的第四铰接孔，所述第四转轴的轴线、所述第四铰接孔的轴线以及所述第四旋转轴线共线。

进一步，所述第二铰接臂还包括两个第二连架杆，两个所述第二连架杆的首部分别与所述第四转轴的两侧连接，两个所述第二连架杆的尾部均伸入所述让位孔内，并且两个所述第二连架杆的尾部分别设置有向远离所述活动端支臂的方向凸出的第五转轴，所述十字基座上设置有用于与所述第五转轴配合的第五铰接孔，所述第五转轴的轴线、所述第五铰接孔的轴线以及所述第五旋转轴线共线。

本发明的有益效果是：本发明公开的一种可控制活动端轨迹曲率变化的万向节，能够应用于转向横拉杆，能够通过万向节的特征尺寸及装配角度控制活动端轨迹曲率变化，从而从设计上有效控制车轮转向及上下跳动时横拉杆外球头中心轨迹面，使其与悬架合理匹配，从而减小汽车行驶过程中前束变化量，提高汽车的行驶稳定性，并减小车轮的磨损。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的固定端支臂的结构示意图；

图3为本发明的活动端支臂的结构示意图；

图4为本发明的十字基座的结构示意图；

图5为本发明的第一铰接臂的结构示意图；

图6为本发明的第二铰接臂的结构示意图；

图7为本发明的在YZ平面的简化平面机构示意图；

图8为本发明的横拉杆外球头的球心轨迹线与普通球头式万向节的横拉杆外球头的球心轨迹线的对比示意图(r₁＝r₂＝50、a＝60、b＝40、R＝400、θ＝90°)；

图9为本发明的横拉杆外球头的球心轨迹线与普通球头式万向节的横拉杆外球头的球心轨迹线的局部对比示意图(r₁＝r₂＝50、a＝60、b＝40、R＝400、θ＝90°)；

图10为β角任意变化时本发明的横拉杆外球头所形成的轨迹面与传统的普通球头式万向节所形成的轨迹球面的对比示意图。

附图标记说明：1-固定端支臂，11-安装座，12-第一铰接孔，2-活动端支臂，21-连杆基座，211-第二铰接孔，212-第四铰接孔，3-十字基座，31-第一转轴，32-让位孔，33-第三铰接孔，34-第五铰接孔，4-第一铰接臂，41-第二转轴，42-第一连架杆，43-第三转轴，5-第二铰接臂，51-第四转轴，52-第二连架杆，53-第五转轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

如图1-图7所示，本实施例中的一种可控制活动端轨迹曲率变化的万向节，包括固定端支臂1、活动端支臂2、十字基座3、第一铰接臂4和第二铰接臂5，所述固定端支臂1的尾部设置有安装座11，所述十字基座3以可绕第一旋转轴线转动的方式与所述安装座11铰接，所述活动端支臂2的首部设置有连杆基座21，所述第一铰接臂4的首部以可绕第二旋转轴线转动的方式与所述连杆基座21铰接，所述第一铰接臂4的尾部以可绕第三旋转轴线转动的方式与所述十字基座3铰接，所述第二铰接臂5的首部以可绕第四旋转轴线转动的方式与所述连杆基座21铰接，所述第二铰接臂5的尾部以可绕第五旋转轴转动的方式与所述十字基座3铰接，所述第一铰链臂4、所述第二铰接臂5、所述十字基座3和所述连杆基座21构成铰链四杆机构，其中，所述第一铰链臂4和所述第二铰接臂5为连架杆，所述十字基座3为机架，所述连杆基座21为连杆；所述第二旋转轴线、所述第三旋转轴线、所述第四旋转轴线和所述第五旋转轴线均不与所述第一旋转轴线平行，优选所述第二旋转轴线、所述第三旋转轴线、所述第四旋转轴线和所述第五旋转轴线互相平行，所述第一旋转轴线垂直于所述第二旋转轴线。

本实施例中，所述安装座11上设置有用于容纳所述十字基座3的安装槽，所述安装槽的两个侧壁上均分别设置有第一铰接孔12，所述十字基座3上对应所述第一铰接孔12的位置设置有朝向所述侧壁凸出的第一转轴31，所述第一铰接孔12的轴线、所述第一转轴31的轴线以及所述第一旋转轴线共线。

本实施例中，所述第二旋转轴线与所述第四旋转轴线之间的间距小于所述第三旋转轴线与所述第五旋转轴线之间的间距，所述第二旋转轴线和所述第四旋转轴线均位于靠近所述固定端支臂1一侧，所述第三旋转轴线和所述第五旋转轴线均位于靠近所述活动端支臂2一侧，所述十字基座3的内部设置有用于供所述活动端支臂2穿过的让位孔32。

本实施例中，所述第一铰接臂4包括第二转轴41，所述连杆基座21上设置有用于与所述第二转轴41配合的第二铰接孔211，所述第二转轴41的轴线、所述第二铰接孔211的轴线以及所述第二旋转轴线共线；所述第一铰接臂4还包括两个第一连架杆42，两个所述第一连架杆42的首部分别与所述第二转轴41的两侧连接，两个所述第一连架杆42的尾部均伸入所述让位孔32内，并且两个所述第一连架杆42的尾部分别设置有向远离所述活动端支臂2的方向凸出的第三转轴43，所述十字基座3上设置有用于与所述第三转轴43配合的第三铰接孔33，所述第三转轴43的轴线、所述第三铰接孔33的轴线以及所述第三旋转轴线共线。

本实施例中，所述第二铰接臂5包括第四转轴51，所述连杆基座21上设置有用于与所述第四转轴51配合的第四铰接孔212，所述第四转轴51的轴线、所述第四铰接孔212的轴线以及所述第四旋转轴线共线；所述第二铰接臂5还包括两个第二连架杆52，两个所述第二连架杆52的首部分别与所述第四转轴51的两侧连接，两个所述第二连架杆52的尾部均伸入所述让位孔32内，并且两个所述第二连架杆52的尾部分别设置有向远离所述活动端支臂2的方向凸出的第五转轴53，所述十字基座3上设置有用于与所述第五转轴53配合的第五铰接孔34，所述第五转轴53的轴线、所述第五铰接孔34的轴线以及所述第五旋转轴线共线。

本实施例中将可控制活动端轨迹曲率变化的万向节应用于转向横拉杆(当然，不仅限于应用于转向横拉杆)，固定端支臂1与转向器输出端连接，活动端支臂2与悬架的减震器连接(即为横拉杆)，活动端支臂2远离固定端支臂1一端设置有横拉杆外球头，第二铰接孔211和第四铰接孔212以活动端支臂2的轴线为中心对称。活动端支臂2的轴线与固定端支臂1的轴线在XY平面上投影的夹角为β，首先，将β定在一任意角度，在该β角度上，万向节只能做平面运动，其横拉杆外球头的运动可通过如图7中所表示的简化平面机构来求得，第二旋转轴线、第三旋转轴线、第四旋转轴线和第五旋转轴线在YZ平面上的投影依次为点O、点M、点P和点N，活动端支臂2的轴线与OP的夹角为θ，活动端支臂2的轴线与OM的夹角为ω，MN的长度为a，OP的长度为b，OM的长度为r₁，PN的长度为r₂，活动端支臂2的长度(即横拉杆外球头的球心与OP的中点之间的距离)为R，点O的坐标为(y₁，z₁)，点P的坐标为(y₂，z₂)，横拉杆外球头的球心的坐标为(y，z)。根据特定汽车的布置空间及匹配需要，初步确定R值，根据R值及总布置空间要求，初步确定r₁、r₂、a、b，r₁与r₂尽可能接近，并初定θ角。根据上述确定的的已知条件，则图7所示运动机构中，横拉杆外球头的球心的坐标(y，z)的轨迹线方程可通过以下公式求得：

y₁＝-r₁ cosω……………………(1)

(y₂-y₁)²+(z₂-z₁)²＝b²……………(4)

横拉杆外球头的球心的坐标(y，z)的轨迹线是一复杂的二次曲线，在各常数量确定的条件下利用以上方程式是可以求得的，不过最简单的办法是在初步确定r₁、r₂、a、b、R、θ等条件的情况下，可以在绘图软件下进行仿真，求得已知条件下的任意β角度平面内带可控制活动端轨迹线曲率变化的万向节的横拉杆外球头的仿真曲线全图，再根椐需要的横拉杆外球头运动轨迹，截取横拉杆外球头所需轨迹段，确定十字基座3的布置角度及固定端支臂1的布置角度，并调整初始条件进行反复修正，以达到理想的横拉杆外球头运动轨迹。

以r₁＝r₂＝50、a＝60、b＝40、R＝400、θ＝90°为例，β为任意值，利用绘图软件绘制出的本发明的横拉杆外球头的球心轨迹线如图8中的实线所示，图8中虚线为传统的普通球头式万向节的横拉杆外球头的球心轨迹线作为对比。设计时可以根据匹配需要选择横拉杆外球头的运动轨迹线段，图9为根据图8所选择的横拉杆外球头运动轨迹线段，从图9中可以看出，本发明的横拉杆外球头轨迹线曲率是变化的，并且在图示的T区域，基本接近线性变化，这就使采用本发明的横拉杆外球头有更大的Y向梯度选择范围，甚至如果需要，可以匹配成线性变化，从而使车轮前束梯度能更好地与悬架系统相匹配，从而最大限度的提高汽车的行驶稳定性，减小车轮的磨损，提高车轮的使用寿命。图10为β角任意变化时本发明的横拉杆外球头所形成的轨迹面与传统的普通球头式万向节所形成的轨迹球面的对比图，可以看出，在r₁＝r₂＝50、a＝60、b＝40、R＝400、θ＝90°的情况下，本发明提供的可控制活动端轨迹曲率变化的万向节可使前束单边变化量减少4mm左右，左右两边加起来可减少变化量8mm左右，故使用本发明可大大提升转向横拉杆与悬架之间的适应性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种可控制活动端轨迹曲率变化的万向节，其特征在于：包括固定端支臂（1）、活动端支臂（2）、十字基座（3）、第一铰接臂（4）和第二铰接臂（5），所述固定端支臂（1）的尾部设置有安装座（11），所述十字基座（3）以可绕第一旋转轴线转动的方式与所述安装座（11）铰接，所述活动端支臂（2）的首部设置有连杆基座（21），所述第一铰接臂（4）的首部以可绕第二旋转轴线转动的方式与所述连杆基座（21）铰接，所述第一铰接臂（4）的尾部以可绕第三旋转轴线转动的方式与所述十字基座（3）铰接，所述第二铰接臂（5）的首部以可绕第四旋转轴线转动的方式与所述连杆基座（21）铰接，所述第二铰接臂（5）的尾部以可绕第五旋转轴线转动的方式与所述十字基座（3）铰接，所述第一铰接臂（4）、所述第二铰接臂（5）、所述十字基座（3）和所述连杆基座（21）构成铰链四杆机构，其中，所述第一铰接臂（4）和所述第二铰接臂（5）为连架杆，所述十字基座（3）为机架，所述连杆基座（21）为连杆；所述第二旋转轴线、所述第三旋转轴线、所述第四旋转轴线和所述第五旋转轴线均不与所述第一旋转轴线平行。

2.根据权利要求1所述的可控制活动端轨迹曲率变化的万向节，其特征在于：所述第二旋转轴线、所述第三旋转轴线、所述第四旋转轴线和所述第五旋转轴线互相平行，所述第一旋转轴线垂直于所述第二旋转轴线。

3.根据权利要求1所述的可控制活动端轨迹曲率变化的万向节，其特征在于：所述安装座（11）上设置有用于容纳所述十字基座（3）的安装槽，所述安装槽的两个侧壁上均分别设置有第一铰接孔（12），所述十字基座（3）上对应所述第一铰接孔（12）的位置设置有朝向所述侧壁凸出的第一转轴（31），所述第一铰接孔（12）的轴线、所述第一转轴（31）的轴线以及所述第一旋转轴线共线。

4.根据权利要求1所述的可控制活动端轨迹曲率变化的万向节，其特征在于：所述第二旋转轴线与所述第四旋转轴线之间的间距小于所述第三旋转轴线与所述第五旋转轴线之间的间距，所述第二旋转轴线和所述第四旋转轴线均位于靠近所述固定端支臂（1）一侧，所述第三旋转轴线和所述第五旋转轴线均位于靠近所述活动端支臂（2）一侧，所述十字基座（3）的内部设置有用于供所述活动端支臂（2）穿过的让位孔（32）。

5.根据权利要求4所述的可控制活动端轨迹曲率变化的万向节，其特征在于：所述第一铰接臂（4）包括第二转轴（41），所述连杆基座（21）上设置有用于与所述第二转轴（41）配合的第二铰接孔（211），所述第二转轴（41）的轴线、所述第二铰接孔（211）的轴线以及所述第二旋转轴线共线。

6.根据权利要求5所述的可控制活动端轨迹曲率变化的万向节，其特征在于：所述第一铰接臂（4）还包括两个第一连架杆（42），两个所述第一连架杆（42）的首部分别与所述第二转轴（41）的两侧连接，两个所述第一连架杆（42）的尾部均伸入所述让位孔（32）内，并且两个所述第一连架杆（42）的尾部分别设置有向远离所述活动端支臂（2）的方向凸出的第三转轴（43），所述十字基座（3）上设置有用于与所述第三转轴（43）配合的第三铰接孔（33），所述第三转轴（43）的轴线、所述第三铰接孔（33）的轴线以及所述第三旋转轴线共线。

7.根据权利要求4所述的可控制活动端轨迹曲率变化的万向节，其特征在于：所述第二铰接臂（5）包括第四转轴（51），所述连杆基座（21）上设置有用于与所述第四转轴（51）配合的第四铰接孔（212），所述第四转轴（51）的轴线、所述第四铰接孔（212）的轴线以及所述第四旋转轴线共线。

8.根据权利要求7所述的可控制活动端轨迹曲率变化的万向节，其特征在于：所述第二铰接臂（5）还包括两个第二连架杆（52），两个所述第二连架杆（52）的首部分别与所述第四转轴（51）的两侧连接，两个所述第二连架杆（52）的尾部均伸入所述让位孔（32）内，并且两个所述第二连架杆（52）的尾部分别设置有向远离所述活动端支臂（2）的方向凸出的第五转轴（53），所述十字基座（3）上设置有用于与所述第五转轴（53）配合的第五铰接孔（34），所述第五转轴（53）的轴线、所述第五铰接孔（34）的轴线以及所述第五旋转轴线共线。

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