CN2915631Y - 单轮控制的车辆双轮转向机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单轮控制的车辆双轮转向机构，它包括转向盘、转向轴、转向器以及转向传动机构，转向盘通过转向轴与转向器相连，所述转向传动机构包括一控制转向节和一自由转向节，该控制转向节一端与控制转向轮相连，另一端支承于车架或悬架上并与转向器相连；所述自由转向节一端与自由转向轮相连，另一端支承于车架或悬架上。本实用新型的单轮控制的车辆双轮转向机构转向时只需控制所在侧的转向轮，具有转向可靠、急转轻便、缓转灵敏、自动回正性好等优点，且结构简单、制造容易。

Description

单轮控制的车辆双轮转向机构

技术领域

本实用新型主要涉及到车辆的转向机构领域，特指一种单轮控制的车辆双轮转向机构。

背景技术

现有技术中，如图11所示，传统的车辆双轮转向机构主要包括转向盘1、转向轴2、上万向节17、转向传动轴39、下万向节19、转向器40、转向摇臂41、主拉杆42、转向节臂43、左转向节44、梯形臂45、47、横拉杆46、右转向节48以及前桥49，其中转向轴2上端与转向盘1相连，下端通过上万向节17、转向传动轴39和下万向节19与转向器40相连，转向器40依次通过转向摇臂41、主拉杆42和转向节臂43与左转向节44相连，左转向节44和右转向节48分别固定于前桥49的两端，左、右车轮则安装于左转向节44和右转向节48上，左转向节44通过梯形机构与右转向节48相连。梯形机构包括两根梯形臂45、47、横拉杆46和前桥49。当车辆需要转向时，驾驶员往左、右转动转向盘1，依次通过转向机构上的各传动部件，带动左转向节44和右转向节48以及安装其上的左、右转向轮完成左、右偏转以达到车辆左、右转向的目的。

在实际工作过程中，现有结构存在以下不足：

1、转向盘1必须通过梯形机构来控制左、右转向轮偏转。由图12可知，为了车辆转向时车轮作纯滚动，各轮的轴线必须相交于瞬时转向中0，同时内外转向轮的偏转角α和β必须保持以下关系：

cotα＝cotβ+B/L

式中：α——外转向轮偏转角；

β——内转向轮偏转角；

B——左右转向节44、48的主销距离；

L——车辆前后轴距

但是转向梯形机构只是一种近似机构，加上制造时的误差和使用中的变形和磨损，转向时不可能保证上述理想关系，左右转向时不可避免地要产生侧向滑动和额外磨损。

2、车辆转向时转向盘1需控制左、右两转向轮偏转，受到的转向阻力矩大，与相当的三轮车只控制一转向轮相比，阻力矩约大一倍；

3、由转向盘1到左转向节44和右转向节48之间有多次转动与移动的转换，不仅使机构复杂，同时转动件的转动中心至移动件的垂直距离也不断变化，从而使所传递力矩的力臂和速比也不断变化；

4、为了使转向机构获得变速比传动，让车辆低速急转弯时速比大，操纵轻便；高速缓转弯时速比小，反应灵敏，需要对转向器进行额外修正。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构简单、价格低廉，转向时只需控制转向盘所在侧的转向轮，并具有转向时转向轮无侧滑、转向轻便、可靠、自动回正性好等优点的单轮控制的车辆双轮转向机构。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出的解决方案为：一种单轮控制的车辆双轮转向机构，它包括转向盘、转向轴、转向器以及转向传动机构，转向盘通过转向轴与转向器相连，其特征在于：所述转向传动机构包括一控制转向节和一自由转向节，该控制转向节一端与控制转向轮相连，另一端支承于车架或悬架上并与转向器相连；所述自由转向节一端与自由转向轮相连，另一端支承于车架或悬架上。

所述控制转向节和自由转向节分别与其控制转向节主销和自由转向节主销相连或制成刚固的整体，控制转向节主销和自由转向节主销以及主销轴承分别设置于控制转向轮和自由转向轮的上方，主销轴承支承于车架或悬架上。

所述控制转向节主销的前移距E≥0或E≤0或E＞0，自由转向节主销的前移距 $E=(\frac{1}{3}~\frac{2}{3})R$ ，其中E为主销轴线向前偏离转向轮中心的垂直距离，R为自由转向轮的半径；所述控制转向节的控制转向节主销的后倾角为0～15°，自由转向节的自由转向节主销的后倾角为0°，控制转向节主销和自由转向节主销的内倾角为0°，控制转向轮和自由转向轮的外倾角为0°，控制转向轮和自由转向轮的前束为0。

所述控制转向节和自由转向节下端与转向轮轴左右端用铰销以连杆连接；控制转向节和自由转向节横肩左右侧与转向轮轴左右端以筒式减振器连接和支撑，减振器的上下端设有托盘以安装缓冲弹簧。

所述转向器包括小链轮、链条以及大链轮，小链轮固装于转向轴下端，并通过链条与大链轮相连，大链轮与转向节主销相连。

所述转向器采用一级定轴圆柱——一级少齿差行星齿轮减速器，转向轴与小圆柱齿轮相连，并依次通过大圆柱齿轮与偏心轴、中心内齿轮与行星齿轮以及销轴轮与输出轴相连，输出轴依次通过上万向节、转向传动轴、下万向节、花键连接与控制转向节主销相连；转向轴位于转向器中心的右侧，转向器输出轴靠近控制转向节主销。

所述用来支承主销轴承的悬架采用杠杆式双纵臂螺旋弹簧悬架，该杠杆式双纵臂螺旋弹簧悬架包括上纵臂、下纵臂、连杆、减振器以及螺旋弹簧，上纵臂和下纵臂用铰销和支架支承于车架上用以连接主销轴承与车架，连杆的两端分别连接于上纵臂和下纵臂的内端；减振器安装于上纵臂与车架之间，螺旋弹簧安装于下纵臂与车架之间。

所述用来支承主销轴承的悬架采用Z形双纵臂扭杆弹簧悬架，该Z形双纵臂扭杆弹簧悬架包括上Z形纵臂和下Z形纵臂以及纵臂轴，上Z形纵臂和下Z形纵臂一端与主销轴承铰接，另一端分别与纵臂轴的外端垂直刚性连接，所述纵臂轴的内端轴径增大，外圆内方，其方孔内安装有由薄钢片叠成的扭杆弹簧，其外圆与外方内圆的衬套配合，衬套安装于车架方横梁的外端，扭杆弹簧内端以螺钉固定于方横梁中部。

所述转向器依次通过上万向节、转向传动轴、下万向节与控制转向节相连，下万向节的输出套与控制转向节的速比为1∶1，转向传动轴的上下两端所装设的不等速上万向节和下万向节的叉平面必须互相垂直。

所述下万向节通过花键连接与控制转向节主销连接，下万向节的输出套为花键孔，控制转向节主销上端为花键轴。

与现有技术相比，本实用新型的优点就在于：

1、本实用新型的单轮控制的车辆双轮转向机构，在使用过程中，二轴车的全部车轮将自然绕瞬时转向中心O滚动，因此，无侧滑及其所引起的磨损。因转向时控制转向轮必然与两后轮轴线相交于瞬时转向中心O，而自由转向轮在自由转向节主销轴承的牵导下，自然取向阻力最小的方向，即纯滚动无侧滑的方向，这就是其轴线过瞬时转向中心O的方向；

2、本实用新型的单轮控制的车辆双轮转向机构，在车辆转向时，转向盘只需控制所在侧的转向轮，转向盘受到的阻力矩小，约为相当车辆双轮控制机械转向系的1/2；

3、本实用新型的单轮控制的车辆双轮转向机构，转向系各传动件间的运动传递均为转动运动，没有转动与移动的互换，除转向器和万向节外，没有力臂和速比的变化，而且省去了主拉杆、转向梯形，因此结构简单，价格低廉；

4、本实用新型的单轮控制的车辆双轮转向机构，其转向轮具有足够的稳定力矩力臂，自动回正性好，车辆直行稳定；

5、本实用新型的单轮控制的车辆双轮转向机构，上万向节——转向传动轴——下万向节经花键连接直接驱动控制转向节主销，转向器无需修正即可由转向传动轴叠加上下万向节的不等速性而获得变速比传动，达到车辆低速急转弯时速比大，操纵轻便；高速缓转弯时速比小，反映灵敏；

6、本实用新型的单轮控制的车辆双轮转向机构转向时只需控制所在侧的转向轮，具有转向可靠、急转轻便、缓转灵敏、自动回正性好等优点，且结构简单、制造容易。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的结构示意图；

图2是图1中控制转向部分的左视示意图；

图3是图1中自由转向部分的右视示意图；

图4是本实用新型实施例2的结构示意图；

图5是图4中控制转向部分的左视示意图；

图6是图5中的A-A剖视示意图；

图7是图4中自由转向部分的右视示意图；

图8是本实用新型实施例3的结构示意图；

图9是图8中控制转向部分的左视示意图；

图10是图8中自由转向部分的右视示意图；

图11是现有技术中车辆转向机构的结构示意图；

图12是双轴汽车转向时理想的内外转向轮偏转角关系图。

图例说明

1、转向盘             2、转向轴        3、小链轮

4、大链轮             5、主销轴承      51、深沟球轴承

52、深沟球轴承        53、推力轴承     6、控制转向节

61、控制转向节主销    7、自由转向节    71、自由转向节主销

8、连杆               9、筒式减振器    10、缓冲弹簧

11、转向轮轴          12、车架         13、控制转向轮

14、自由转向轮        15、转向器       151、小圆柱齿轮

152、大圆柱齿轮       153、偏心轴      154、中心内齿轮

155、行星齿轮         156、销轴轮      16、转向器输出轴

17、上万向节    18、转向传动轴    19、下万向节

20、花键连接    24、上纵臂        25、下纵臂

26、连杆        27、减振器        28、螺旋弹簧

30、上Z形纵臂   31、下Z形纵臂     34、车架方横梁

35、衬套        36、纵臂轴        37、扭杆弹簧

38、螺钉        39、转向传动轴    40、转向器

41、转向摇臂    42、主拉杆        43、转向节臂

44、左转向节    45、梯形臂        46、横拉杆

47、梯形臂      48、右转向节      49、前桥

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明。

实施例1：如图1、图2和图3所示，本实用新型的一种单轮控制的车辆双轮转向机构，它包括转向盘1、转向轴2、转向器15以及转向传动机构，转向盘1通过转向轴2与转向器15相连，转向传动机构包括一控制转向节6和一自由转向节7，该控制转向节一端与控制转向轮13相连，另一端支承于车架12上并与转向器15相连；自由转向节7一端与自由转向轮14相连，另一端支承于车架12上。本实施例中，转向器15包括小链轮3、链条以及大链轮4，小链轮3固装于转向轴2下端，并通过链条与大链轮4相连，大链轮4与控制转向节主销61相连。转向传动机构的控制转向节6和自由转向节7分别与其控制转向节主销61和自由转向节主销71相连或制成刚固的整体，控制转向节主销61和自由转向节主销71与其主销轴承5设置于控制转向轮13和自由转向轮14的上方。主销轴承5由车架12支承，主销轴承5中安装三个滚动轴承：上为深沟球轴承51，中为深沟球轴承52，下为推力轴承53；控制转向节6和自由转向节7的双腿下端与转向轮轴11左右端用铰销以连杆8连接；控制转向节6和自由转向节7横肩左右侧与转向轮轴11左右端用铰销以筒式减振器9连接和支撑；减振器9的上下端设有托盘以安装缓冲弹簧10。控制转向节主销61的前移距E≥0或E≤0，转向节主销71的前移距 $E=(\frac{1}{3}~\frac{2}{3})R,$ 其中E——主销轴线向前偏离转向轮中心的垂直距离，R——转向轮半径。控制转向节6的控制转向节主销61的后倾角为0～15°，而自由转向节7的自由转向节主销71的后倾角为0°，控制转向节主销61和自由转向节主销71的内倾角为0°，同时控制转向轮13和自由转向轮14的外倾角为0°，控制转向轮13和自由转向轮14的前束为0。本实施例的单轮控制的车辆双轮转向机构主要用于人力三轮车、摩托三轮车和电动三轮车四轮化的车辆。人力三轮车四轮化车辆转向轴可与控制转向节主销61直接连接，而且共一轴线，省去转向器15；控制转向节6和自由转向节7的下端可直接与转向轮轴11连接，省去连杆8、筒式减振器9和缓冲弹簧10。

工作原理：当车辆需要转向时，驾驶员用手操作转向盘1左、右偏转，即可操纵控制转向节6以及控制转向轮13左、右偏转，并通过车架12和主销轴承5带动自由转向节7和自由转向轮14协调配合偏转，从而实现车辆左、右转向行驶。

实施例2：如图4、图5、图6和图7所示，本实用新型的单轮控制的车辆双轮转向机构，它包括转向盘1、转向轴2、转向器15、上万向节17、转向传动轴18、下万向节19、花键连接20、主销轴承5、控制转向节6、自由转向节7、控制转向轮13、自由转向轮14以及杠杆式双纵臂螺旋弹簧悬架。转向盘1通过转向轴2与转向器15的输入轴相连，转向器15的输出轴通过上万向节17、转向传动轴18、下万向节19、花键连接20与控制转向节主销61相连，花键连接20用来允许控制转向节6和轴承5有一定上下跳动。传动时，传动路线为转向轴2——转向器15——上万向节17——转向传动轴18——下万向节19——花键连接20，然后传动至控制转向节主销61。本实施例中，转向器15采用一级定轴圆柱——一级少齿差行星齿轮减速器，其传动关系为：转向轴2与小圆柱齿轮151——大圆柱齿轮152与偏心轴153——中心内齿轮154与行星齿轮155——销轴轮156与输出轴16。转向轴2位于转向器15中心的右侧，输出轴16靠近控制转向节主销61。转向传动轴18上装设的不等速上万向节17和下万向节19的叉平面互相垂直安装，总装时将转向传动轴18所叠加出的不等速周期的大速比段对应于车辆急转弯行驶状态，小速比段对应于直线和缓转弯行驶状态。控制转向节6和自由转向节7分别与其控制转向节主销61和自由转向节主销71相连或制成刚固的整体，控制转向节主销61和自由转向节主销71与其主销轴承5设置于控制转向轮13和自由转向轮14的上方。主销轴承5用杠杆式双纵臂螺旋弹簧悬架支承，该杠杆式双纵臂螺旋弹簧悬架包括上纵臂24、下纵臂25、连杆26、减振器27和螺旋弹簧28。上纵臂24和下纵臂25用铰销和支架支承于车架12上用以连接主销轴承5与车架12，连杆26以铰销连接上纵臂24和下纵臂25的内端，减振器27以铰销安装于上纵臂24与车架12之间，螺旋弹簧28安装于下纵臂25与车架12之间。控制转向节主销61的前移距E＞0，转向节主销71的前移距 $E=(\frac{1}{3}~\frac{2}{3})R,$ 其中E——主销轴线向前偏离转向轮中心的垂直距离，R——转向轮半径。控制转向节6的控制转向节主销61和自由转向节7的自由转向节主销71的后倾角为0°，控制转向节主销61和自由转向节主销71的内倾角均为0°，同时控制转向轮13和自由转向轮14的外倾角为0°，控制转向轮13和自由转向轮14的前束为0。本实施例单轮控制的车辆双轮转向机构主要用于大型机动三轮车四轮化的车辆和一般汽车。

工作原理：当车辆需要转向时，驾驶员用手操作转向盘1左、右偏转，即可操纵控制转向节6以及控制转向轮13左、右偏转，并通过车架12、悬架和主销轴承5带动自由转向节7和自由转向轮14协调配合偏转，从而实现车辆左、右转向行驶。

实施例3：如图8、图9和图10所示，本实施例与实施例2的结构基本一致，区别在于，本实施例的主销轴承5用Z形双纵臂扭杆弹簧悬架支承，该Z形双纵臂扭杆弹簧悬架包括上Z形纵臂30、下Z形纵臂31、衬套35、纵臂轴36、扭杆弹簧37以及螺钉38，上Z形纵臂30和下Z形纵臂31一端与主销轴承5铰接，另一端分别与纵臂轴36的外端垂直刚性连接，纵臂轴36的内端轴径增大，外圆内方，其方孔内安装有由薄钢片叠成的扭杆弹簧37，其外圆与外方内圆的衬套35配合，衬套35安装于车架方横梁34的外端，扭杆弹簧37内端以螺钉38固定于方横梁34中部。其他结构均与实施例2相同，不再赘述。

工作原理：本实用新型，使用时车辆驾驶员用手转动转向盘1左、右偏转，即可操纵控制转向节6和控制转向轮13左、右偏转，并通过车架12和主销轴承5带动自由转向节7和自由转向轮14协调配合偏转，从而实现车辆左、右转向行驶。

Claims (10)

1、一种单轮控制的车辆双轮转向机构，它包括转向盘(1)、转向轴(2)、转向器(15)以及转向传动机构，转向盘(1)通过转向轴(2)与转向器(15)相连，其特征在于：所述转向传动机构包括一控制转向节(6)和一自由转向节(7)，该控制转向节一端与控制转向轮(13)相连，另一端支承于车架(12)或悬架上并与转向器(15)相连；所述自由转向节(7)一端与自由转向轮(14)相连，另一端支承于车架(12)或悬架上。

2、根据权利要求1所述的单轮控制的车辆双轮转向机构，其特征在于：所述控制转向节(6)和自由转向节(7)分别与其控制转向节主销(61)和自由转向节主销(71)相连或制成刚固的整体，控制转向节主销(61)和自由转向节主销(71)以及主销轴承(5)分别设置于控制转向轮(13)和自由转向轮(14)的上方，主销轴承(5)支承于车架(12)或悬架上。

3、根据权利要求1或2所述的单轮控制的车辆双轮转向机构，其特征在于：所述控制转向节主销(61)的前移距E≥0或E≤0或E＞0，自由转向节主销(71)的前移距 $E=(\frac{1}{3}~\frac{2}{3})R,$ 其中E为主销轴线向前偏离转向轮中心的垂直距离，R为自由转向轮(14)的半径；所述控制转向节(6)的控制转向节主销(61)的后倾角为0～15°，自由转向节(7)的自由转向节主销(71)的后倾角为0°，控制转向节主销(61)和自由转向节主销(71)的内倾角为0°，控制转向轮(13)和自由转向轮(14)的外倾角为0°，控制转向轮(13)和自由转向轮(14)的前束为0。

4、根据权利要求1或2所述的单轮控制的车辆双轮转向机构，其特征在于：所述控制转向节(6)和自由转向节(7)下端与转向轮轴(11)左右端用铰销以连杆(8)连接；控制转向节(6)和自由转向节(7)横肩左右侧与转向轮轴(11)左右端以筒式减振器(9)连接和支撑，减振器(9)的上下端设有托盘以安装缓冲弹簧(10)。

5、根据权利要求1或2所述的单轮控制的车辆双轮转向机构，其特征在于：所述转向器(15)包括小链轮(3)、链条以及大链轮(4)，小链轮(3)固装于转向轴(2)下端，并通过链条与大链轮(4)相连，大链轮(4)与转向节主销(61)相连。

6、根据权利要求1或2所述的单轮控制的车辆双轮转向机构，其特征在于：所述转向器(15)采用一级定轴圆柱——一级少齿差行星齿轮减速器，转向轴(2)与小圆柱齿轮(151)相连，并依次通过大圆柱齿轮(152)与偏心轴(153)、中心内齿轮(154)与行星齿轮(155)以及销轴轮(156)与输出轴(16)相连，输出轴(16)依次通过上万向节(17)、转向传动轴(18)、下万向节(19)、花键连接(20)与控制转向节主销(61)相连；转向轴(2)位于转向器(15)中心的右侧，转向器输出轴(16)靠近控制转向节主销(61)。

7、根据权利要求6所述的单轮控制的车辆双轮转向机构，其特征在于：所述用来支承主销轴承(5)的悬架采用杠杆式双纵臂螺旋弹簧悬架，该杠杆式双纵臂螺旋弹簧悬架包括上纵臂(24)、下纵臂(25)、连杆(26)、减振器(27)以及螺旋弹簧(28)，上纵臂(24)和下纵臂(25)用铰销和支架支承于车架(12)上用以连接主销轴承(5)与车架(12)，连杆(26)的两端分别连接于上纵臂(24)和下纵臂(25)的内端；减振器(27)安装于上纵臂(24)与车架(12)之间，螺旋弹簧(28)安装于下纵臂(25)与车架(12)之间。

8、根据权利要求6所述的单轮控制的车辆双轮转向机构，其特征在于：所述用来支承主销轴承(5)的悬架采用Z形双纵臂扭杆弹簧悬架，该Z形双纵臂扭杆弹簧悬架包括上Z形纵臂(30)和下Z形纵臂(31)以及纵臂轴(36)，上Z形纵臂(30)和下Z形纵臂(31)一端与主销轴承(5)铰接，另一端分别与纵臂轴(36)的外端垂直刚性连接，所述纵臂轴(36)的内端轴径增大，外圆内方，其方孔内安装有由薄钢片叠成的扭杆弹簧(37)，其外圆与外方内圆的衬套(35)配合，衬套(35)安装于车架方横梁(34)的外端，扭杆弹簧(37)内端以螺钉(38)固定于方横梁(34)中部。

9、根据权利要求1或2所述的单轮控制的车辆双轮转向机构，其特征在于：所述转向器(15)依次通过上万向节(17)、转向传动轴(18)、下万向节(19)与控制转向节(6)相连，下万向节(19)的输出套与控制转向节(6)的速比为1∶1，转向传动轴(18)的上下两端所装设的不等速上万向节(17)和下万向节(19)的叉平面必须互相垂直。

10、根据权利要求9所述的单轮控制的车辆双轮转向机构，其特征在于：所述下万向节(19)通过花键连接(20)与控制转向节主销(61)连接，下万向节(19)的输出套为花键孔，控制转向节主销(61)上端为花键轴。

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