一种两级传动的汽车自带原地转向机构设计

黄强

摘 要：随着汽车保有量的增加，道路交通状态越来越复杂，为了更便捷的实现汽车原地转向、掉头、侧位停车等功能，改善交通拥堵现象，本文创新性地设计了一种两级传动的汽车自带原地转向机构，并从其基本构成、工作原理和特性分析等方面进行了详细的分析，该机构可以有效实现汽车的原地转向，结构简单、操作便捷、可靠耐用，具有广阔的应用前景。该原地转向机构已申报国家专利。

关键词：汽车 原地转向系统 机构设计 方案分析

中图分类号：TH112 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0240-02

当前中国汽车工业的发展正面临着来自环保、城市建设、交通安全等各方面的巨大压力，保证自主开发产品的安全、环保、节能必须建立在全面掌握产品开发技术的基础之上[1]。自主开发汽车原地转向系统这一汽车辅助系统将在一定程度上缓解汽车工业发展面临的这些压力。随着国内汽车市场的发展，汽车原地转向系统市场也将快速增长，良好的市场环境为国内汽车企业的发展奠定了良好的基础，同时也带来了极高的竞争性，若企业能在汽车辅助设备上取得领先优势必能给企业带来巨大的经济收益，这也就给汽车原地转向系统提供广袤的发展空间。

1 汽车原地转向系统基本构成

该两级传动系统主要由蜗轮蜗杆、齿轮、千斤顶、千斤顶活塞、齿轮轴、电动机、上下支架、上下支架滑道总成、套圈夹等14个部件组成。各零部件协同配合，共同实现汽车原地转向的功能。

2 汽车原地转系统工作原理

当汽车在原地不需要进行转向的动作时，汽车的原地转向系统就会呈现收起的状态（如图2）。而汽车原地系统处在收起状态，并且不工作的时候，该系统就会置于汽车的底盘与底盘下铰接，而在汽车底盘重心位置上则有上支架滑道总成在此固定，并且与底盘进行铰接固定。

当汽车进行原地转向动作时，该系统的整个工作过程分为三个步骤，分别为：放落过程、顶起过程、旋转过程。经过三个步骤的动作后，汽车完成了原地任意角度的自动旋转，实现相应功能后该系统收起，恢复到收起状态，此时原地转向系统处于不工作的待命状态。

（1）原地转向系统放落过程。

当汽车遇到堵车或驻车等需要转向操作时，驾驶员只需按下汽车原地转向系统的控制开关，即可实现自动化的原地调头和停车等动作。

驾驶员启动汽车原地调头转向机构的控制开关后，以千斤顶活塞与上支架滑道总成的铰接处为轴线，由控制电动机带动千斤顶绕该轴线旋转，图3所示为旋转45°时该系统所处的状态。当汽车原地调头转向机构旋转90°后机构即达到最大的旋转角度，汽车原地转向系统即从汽车底盘安全伸出，机构停止旋转运动，完成整个放落过程。

（2）原地转向系统顶起过程。

当机构达到最大旋转角度后即停止转动，随后千斤顶的油液控制开关开启，在千斤顶控制系统的控制下，使油液不断的进入千斤顶内，由于重力与油液的作用使千斤顶与下支架滑道总成一起沿着垂直地面的方向运动，当下支架滑道总成到达地面后千斤顶便沿着下支架滑道总成的滑道下降。电动机总成通过套圈与千斤顶固定，于是当千斤顶下降时电动机总成和套圈一起随着千斤顶下降，最终到达滑道最底端。

千斤顶活塞与从动齿轮通过键连接，当千斤顶下降到滑道的最底端后由于下支架已与地面接触，使千斤顶不能再移动，此时油液仍不断的向千斤顶内流进，于是在油液的作用下使得千斤顶活塞开始在上支架滑道内沿垂直于地面的方向向上运动，最终到达上支架滑道的最顶端，如图4所示。

千斤顶活塞已到达上支架滑道的最顶端，但此时的油液仍不断的进入千斤顶内从而使得千斤顶活塞被迫继续向上移动，由于上支架滑道总成与汽车底盘铰接千斤顶活塞在滑道内无法再继续移动，于是千斤顶活塞将顶起与汽车底盘铰接的上支架滑道总成，从而顶起汽车，完成整个顶起过程，如图4所示。

（3）原地转向系统旋转过程。

当汽车被千斤顶顶起，汽车四轮悬空离地达到一定高度后，千斤顶控制开关关闭，千斤顶控制系统停止工作，于是油液不再流入千斤顶内，千斤顶活塞停止上升。此时电动机开关接通电动机开始工作，电动机转子与蜗杆连接，电动机转子在电动机外壳内旋转，从而带动蜗杆旋转，蜗杆与齿轮副中的主动啮合，蜗轮旋转从而带动主动齿轮旋转，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮与千斤顶活塞相连接，千斤顶活塞与上支架滑道总成相连接，上支架滑道总成又与汽车底盘相连接，于是电动机转子的旋转即可带动汽车的旋转，即在水平面内可使汽车在原地向任意角度方向旋转，当转过180°后即实现了原地调头转向。

3 汽车原地转向系统特性分析

设计的汽车自带原地转向系统可以完成初始设计目标，实现汽车原地转向的几个基本过程。通过具体分析，该设计方案具有以下三个优点。

（1）实现了汽车原地转向系统结构的紧凑性以及材料加工的最小化。减轻了汽车原地转向机构的质量，在保持原有汽车参数的同时引入汽车原地转向机构后不影响汽车的通过性和质量分配等。

（2）实现了汽车原地转向机构的结构设计，达到了原地转向的目的。机械设计部分包括两方面，一是汽车升降装置的结构设计，二是汽车旋转装置的结构设计，这些结构设计较为简单、实用。

（3）实现了对汽车原地转向机构各部件协调工作的控制。控制部分包括动力的选择、升降的控制以及旋转的控制。通过对控制部分的合理设计实现了各部件工作的有序进行。

4 结语

文中对新型汽车原地转向机构的基本构成、工作原理进行了详细的介绍，并对其特性进行了分析。该原地转向机构采用自动化控制，可减少不必要的操作步骤，驾驶员不必再为复杂的调头、转向操作而烦恼。一方面，该机构结构紧凑，操作方便快捷，不影响汽车的通过性；另一方面，该机构不消耗汽车动力且可将复杂操作简化，从而减少燃油消耗，提高燃油经济性和环保功能。因此，该新型原地转向机构具有广泛的应用前景。

参考文献

[1] 王孙安.机械电子工程原理[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2] 卢耀祖.机械结构设计[M].上海：同济大学出版社，2009.

[3] 葛文杰.机械结构设计原理[M].7版.天津：天津大学出版社，2008.

[4] 王晓.汽车附属装置设计准则[M].北京：人民交通出版社，2007.

[5] 宁贵欣.CATIA V5工业造型设计实例教程[M].北京：清华大学出版社，2004.endprint

摘 要：随着汽车保有量的增加，道路交通状态越来越复杂，为了更便捷的实现汽车原地转向、掉头、侧位停车等功能，改善交通拥堵现象，本文创新性地设计了一种两级传动的汽车自带原地转向机构，并从其基本构成、工作原理和特性分析等方面进行了详细的分析，该机构可以有效实现汽车的原地转向，结构简单、操作便捷、可靠耐用，具有广阔的应用前景。该原地转向机构已申报国家专利。

关键词：汽车 原地转向系统 机构设计 方案分析

中图分类号：TH112 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0240-02

当前中国汽车工业的发展正面临着来自环保、城市建设、交通安全等各方面的巨大压力，保证自主开发产品的安全、环保、节能必须建立在全面掌握产品开发技术的基础之上[1]。自主开发汽车原地转向系统这一汽车辅助系统将在一定程度上缓解汽车工业发展面临的这些压力。随着国内汽车市场的发展，汽车原地转向系统市场也将快速增长，良好的市场环境为国内汽车企业的发展奠定了良好的基础，同时也带来了极高的竞争性，若企业能在汽车辅助设备上取得领先优势必能给企业带来巨大的经济收益，这也就给汽车原地转向系统提供广袤的发展空间。

1 汽车原地转向系统基本构成

该两级传动系统主要由蜗轮蜗杆、齿轮、千斤顶、千斤顶活塞、齿轮轴、电动机、上下支架、上下支架滑道总成、套圈夹等14个部件组成。各零部件协同配合，共同实现汽车原地转向的功能。

2 汽车原地转系统工作原理

当汽车在原地不需要进行转向的动作时，汽车的原地转向系统就会呈现收起的状态（如图2）。而汽车原地系统处在收起状态，并且不工作的时候，该系统就会置于汽车的底盘与底盘下铰接，而在汽车底盘重心位置上则有上支架滑道总成在此固定，并且与底盘进行铰接固定。

当汽车进行原地转向动作时，该系统的整个工作过程分为三个步骤，分别为：放落过程、顶起过程、旋转过程。经过三个步骤的动作后，汽车完成了原地任意角度的自动旋转，实现相应功能后该系统收起，恢复到收起状态，此时原地转向系统处于不工作的待命状态。

（1）原地转向系统放落过程。

当汽车遇到堵车或驻车等需要转向操作时，驾驶员只需按下汽车原地转向系统的控制开关，即可实现自动化的原地调头和停车等动作。

驾驶员启动汽车原地调头转向机构的控制开关后，以千斤顶活塞与上支架滑道总成的铰接处为轴线，由控制电动机带动千斤顶绕该轴线旋转，图3所示为旋转45°时该系统所处的状态。当汽车原地调头转向机构旋转90°后机构即达到最大的旋转角度，汽车原地转向系统即从汽车底盘安全伸出，机构停止旋转运动，完成整个放落过程。

（2）原地转向系统顶起过程。

当机构达到最大旋转角度后即停止转动，随后千斤顶的油液控制开关开启，在千斤顶控制系统的控制下，使油液不断的进入千斤顶内，由于重力与油液的作用使千斤顶与下支架滑道总成一起沿着垂直地面的方向运动，当下支架滑道总成到达地面后千斤顶便沿着下支架滑道总成的滑道下降。电动机总成通过套圈与千斤顶固定，于是当千斤顶下降时电动机总成和套圈一起随着千斤顶下降，最终到达滑道最底端。

千斤顶活塞与从动齿轮通过键连接，当千斤顶下降到滑道的最底端后由于下支架已与地面接触，使千斤顶不能再移动，此时油液仍不断的向千斤顶内流进，于是在油液的作用下使得千斤顶活塞开始在上支架滑道内沿垂直于地面的方向向上运动，最终到达上支架滑道的最顶端，如图4所示。

千斤顶活塞已到达上支架滑道的最顶端，但此时的油液仍不断的进入千斤顶内从而使得千斤顶活塞被迫继续向上移动，由于上支架滑道总成与汽车底盘铰接千斤顶活塞在滑道内无法再继续移动，于是千斤顶活塞将顶起与汽车底盘铰接的上支架滑道总成，从而顶起汽车，完成整个顶起过程，如图4所示。

（3）原地转向系统旋转过程。

当汽车被千斤顶顶起，汽车四轮悬空离地达到一定高度后，千斤顶控制开关关闭，千斤顶控制系统停止工作，于是油液不再流入千斤顶内，千斤顶活塞停止上升。此时电动机开关接通电动机开始工作，电动机转子与蜗杆连接，电动机转子在电动机外壳内旋转，从而带动蜗杆旋转，蜗杆与齿轮副中的主动啮合，蜗轮旋转从而带动主动齿轮旋转，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮与千斤顶活塞相连接，千斤顶活塞与上支架滑道总成相连接，上支架滑道总成又与汽车底盘相连接，于是电动机转子的旋转即可带动汽车的旋转，即在水平面内可使汽车在原地向任意角度方向旋转，当转过180°后即实现了原地调头转向。

3 汽车原地转向系统特性分析

设计的汽车自带原地转向系统可以完成初始设计目标，实现汽车原地转向的几个基本过程。通过具体分析，该设计方案具有以下三个优点。

（1）实现了汽车原地转向系统结构的紧凑性以及材料加工的最小化。减轻了汽车原地转向机构的质量，在保持原有汽车参数的同时引入汽车原地转向机构后不影响汽车的通过性和质量分配等。

（2）实现了汽车原地转向机构的结构设计，达到了原地转向的目的。机械设计部分包括两方面，一是汽车升降装置的结构设计，二是汽车旋转装置的结构设计，这些结构设计较为简单、实用。

（3）实现了对汽车原地转向机构各部件协调工作的控制。控制部分包括动力的选择、升降的控制以及旋转的控制。通过对控制部分的合理设计实现了各部件工作的有序进行。

4 结语

文中对新型汽车原地转向机构的基本构成、工作原理进行了详细的介绍，并对其特性进行了分析。该原地转向机构采用自动化控制，可减少不必要的操作步骤，驾驶员不必再为复杂的调头、转向操作而烦恼。一方面，该机构结构紧凑，操作方便快捷，不影响汽车的通过性；另一方面，该机构不消耗汽车动力且可将复杂操作简化，从而减少燃油消耗，提高燃油经济性和环保功能。因此，该新型原地转向机构具有广泛的应用前景。

参考文献

[1] 王孙安.机械电子工程原理[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2] 卢耀祖.机械结构设计[M].上海：同济大学出版社，2009.

[3] 葛文杰.机械结构设计原理[M].7版.天津：天津大学出版社，2008.

[4] 王晓.汽车附属装置设计准则[M].北京：人民交通出版社，2007.

[5] 宁贵欣.CATIA V5工业造型设计实例教程[M].北京：清华大学出版社，2004.endprint

摘 要：随着汽车保有量的增加，道路交通状态越来越复杂，为了更便捷的实现汽车原地转向、掉头、侧位停车等功能，改善交通拥堵现象，本文创新性地设计了一种两级传动的汽车自带原地转向机构，并从其基本构成、工作原理和特性分析等方面进行了详细的分析，该机构可以有效实现汽车的原地转向，结构简单、操作便捷、可靠耐用，具有广阔的应用前景。该原地转向机构已申报国家专利。

关键词：汽车 原地转向系统 机构设计 方案分析

中图分类号：TH112 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0240-02

当前中国汽车工业的发展正面临着来自环保、城市建设、交通安全等各方面的巨大压力，保证自主开发产品的安全、环保、节能必须建立在全面掌握产品开发技术的基础之上[1]。自主开发汽车原地转向系统这一汽车辅助系统将在一定程度上缓解汽车工业发展面临的这些压力。随着国内汽车市场的发展，汽车原地转向系统市场也将快速增长，良好的市场环境为国内汽车企业的发展奠定了良好的基础，同时也带来了极高的竞争性，若企业能在汽车辅助设备上取得领先优势必能给企业带来巨大的经济收益，这也就给汽车原地转向系统提供广袤的发展空间。

1 汽车原地转向系统基本构成

该两级传动系统主要由蜗轮蜗杆、齿轮、千斤顶、千斤顶活塞、齿轮轴、电动机、上下支架、上下支架滑道总成、套圈夹等14个部件组成。各零部件协同配合，共同实现汽车原地转向的功能。

2 汽车原地转系统工作原理

当汽车在原地不需要进行转向的动作时，汽车的原地转向系统就会呈现收起的状态（如图2）。而汽车原地系统处在收起状态，并且不工作的时候，该系统就会置于汽车的底盘与底盘下铰接，而在汽车底盘重心位置上则有上支架滑道总成在此固定，并且与底盘进行铰接固定。

当汽车进行原地转向动作时，该系统的整个工作过程分为三个步骤，分别为：放落过程、顶起过程、旋转过程。经过三个步骤的动作后，汽车完成了原地任意角度的自动旋转，实现相应功能后该系统收起，恢复到收起状态，此时原地转向系统处于不工作的待命状态。

（1）原地转向系统放落过程。

当汽车遇到堵车或驻车等需要转向操作时，驾驶员只需按下汽车原地转向系统的控制开关，即可实现自动化的原地调头和停车等动作。

驾驶员启动汽车原地调头转向机构的控制开关后，以千斤顶活塞与上支架滑道总成的铰接处为轴线，由控制电动机带动千斤顶绕该轴线旋转，图3所示为旋转45°时该系统所处的状态。当汽车原地调头转向机构旋转90°后机构即达到最大的旋转角度，汽车原地转向系统即从汽车底盘安全伸出，机构停止旋转运动，完成整个放落过程。

（2）原地转向系统顶起过程。

当机构达到最大旋转角度后即停止转动，随后千斤顶的油液控制开关开启，在千斤顶控制系统的控制下，使油液不断的进入千斤顶内，由于重力与油液的作用使千斤顶与下支架滑道总成一起沿着垂直地面的方向运动，当下支架滑道总成到达地面后千斤顶便沿着下支架滑道总成的滑道下降。电动机总成通过套圈与千斤顶固定，于是当千斤顶下降时电动机总成和套圈一起随着千斤顶下降，最终到达滑道最底端。

千斤顶活塞与从动齿轮通过键连接，当千斤顶下降到滑道的最底端后由于下支架已与地面接触，使千斤顶不能再移动，此时油液仍不断的向千斤顶内流进，于是在油液的作用下使得千斤顶活塞开始在上支架滑道内沿垂直于地面的方向向上运动，最终到达上支架滑道的最顶端，如图4所示。

千斤顶活塞已到达上支架滑道的最顶端，但此时的油液仍不断的进入千斤顶内从而使得千斤顶活塞被迫继续向上移动，由于上支架滑道总成与汽车底盘铰接千斤顶活塞在滑道内无法再继续移动，于是千斤顶活塞将顶起与汽车底盘铰接的上支架滑道总成，从而顶起汽车，完成整个顶起过程，如图4所示。

（3）原地转向系统旋转过程。

当汽车被千斤顶顶起，汽车四轮悬空离地达到一定高度后，千斤顶控制开关关闭，千斤顶控制系统停止工作，于是油液不再流入千斤顶内，千斤顶活塞停止上升。此时电动机开关接通电动机开始工作，电动机转子与蜗杆连接，电动机转子在电动机外壳内旋转，从而带动蜗杆旋转，蜗杆与齿轮副中的主动啮合，蜗轮旋转从而带动主动齿轮旋转，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮与千斤顶活塞相连接，千斤顶活塞与上支架滑道总成相连接，上支架滑道总成又与汽车底盘相连接，于是电动机转子的旋转即可带动汽车的旋转，即在水平面内可使汽车在原地向任意角度方向旋转，当转过180°后即实现了原地调头转向。

3 汽车原地转向系统特性分析

设计的汽车自带原地转向系统可以完成初始设计目标，实现汽车原地转向的几个基本过程。通过具体分析，该设计方案具有以下三个优点。

（1）实现了汽车原地转向系统结构的紧凑性以及材料加工的最小化。减轻了汽车原地转向机构的质量，在保持原有汽车参数的同时引入汽车原地转向机构后不影响汽车的通过性和质量分配等。

（2）实现了汽车原地转向机构的结构设计，达到了原地转向的目的。机械设计部分包括两方面，一是汽车升降装置的结构设计，二是汽车旋转装置的结构设计，这些结构设计较为简单、实用。

（3）实现了对汽车原地转向机构各部件协调工作的控制。控制部分包括动力的选择、升降的控制以及旋转的控制。通过对控制部分的合理设计实现了各部件工作的有序进行。

4 结语

文中对新型汽车原地转向机构的基本构成、工作原理进行了详细的介绍，并对其特性进行了分析。该原地转向机构采用自动化控制，可减少不必要的操作步骤，驾驶员不必再为复杂的调头、转向操作而烦恼。一方面，该机构结构紧凑，操作方便快捷，不影响汽车的通过性；另一方面，该机构不消耗汽车动力且可将复杂操作简化，从而减少燃油消耗，提高燃油经济性和环保功能。因此，该新型原地转向机构具有广泛的应用前景。

参考文献

[1] 王孙安.机械电子工程原理[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2] 卢耀祖.机械结构设计[M].上海：同济大学出版社，2009.

[3] 葛文杰.机械结构设计原理[M].7版.天津：天津大学出版社，2008.

[4] 王晓.汽车附属装置设计准则[M].北京：人民交通出版社，2007.

[5] 宁贵欣.CATIA V5工业造型设计实例教程[M].北京：清华大学出版社，2004.endprint