【摘 要】
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转向轮系统在运动时容易在外界干扰下出现摆振现象,这种现象不仅仅发生在汽车、飞机、实际工程机械上,日常生活中使用的小型推车、残疾人代步使用的轮椅、路边的自行车、行李箱上的转向轮……,它们的摆动现象也时常发生,转向轮系统的自激振动是普遍存在的问题之一。摆振的现象的发生会使得汽车、飞机的控制变得困难,驾驶员难以保持其稳定性,严重时甚至会发生大的事故。而近年来,个人代步机器的兴起,安装动力设备的轮椅,代步
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转向轮系统在运动时容易在外界干扰下出现摆振现象,这种现象不仅仅发生在汽车、飞机、实际工程机械上,日常生活中使用的小型推车、残疾人代步使用的轮椅、路边的自行车、行李箱上的转向轮……,它们的摆动现象也时常发生,转向轮系统的自激振动是普遍存在的问题之一。摆振的现象的发生会使得汽车、飞机的控制变得困难,驾驶员难以保持其稳定性,严重时甚至会发生大的事故。而近年来,个人代步机器的兴起,安装动力设备的轮椅,代步车等越来越常见,人们对这些装有转向轮的机械设备的安全性与稳定性的要求越发看重,因此在设计和生产的过程中转向轮系统的摆振应当尽力避免发生。本文以转向轮系统的动力学模型为研究对象,使用拉格朗日方法推导了它的微分方程式,并将微分方程得出来的时程图与ADAMS软件的结果对比,验证了方程的正确性。此外还用IHB方法研究了转向轮的三自由度系统的非线性分析,得到了在一些参数变化下系统的运动稳定区间、振动区间以及系统特性发生变化的临界点,并得到转向轮系统的基频幅值、振幅以及频率随参数变化的关系图,对得到的运动稳定区间进行了验证。分析结果表明摆叉拖距太短会导致转向轮系统出现振动现象,弹簧阻尼系数超过一定的数值可以抑制振动,而弹簧的刚度系数可以在较低的数值时抑制振动的发生,也可以在较高的数值上使系统保持运动的稳定。这给工程上的转向轮系统参数设计提出了一些理论基础。由于传统IHB方法无法直接对含有三角函数的微分方程进行非线性分析,因此在非线性分析时,常常将微分方程中的三角函数进行泰勒近似。本文对转向轮系统微分方程中的三角函数进行泰勒展开,分析了三角函数泰勒展开前后对转向轮三自由度系统的非线性影响,将两种非线性的结果进行对比,发现在进行非线性分析时三角函数的泰勒展开与不进行泰勒展开会出现很大的差别,包括但不限于系统振动区间的改变,得到的数值结果的浮动,系统振幅、频率变化趋势的不同,这些差异的结果用在工程实际中会出现很大的问题,甚至会导致大的事故发生。因此在进行转向轮系统的非线性分析时,三角函数应该直接代入微分方程。
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