拖拉机是我国农业生产的主要机械设备,它具有操作简单、牵引力强及维修方便等优点,目前仍作为农业生产、运输及田间作业的主要工具。自1851年世界上第一辆拖拉机问世以来,轮式拖拉机技术已经发展较为成熟,它所使用的前轮转向系统,一直是科研人员及高校致力研究的课题。根据自己的观察,并查阅大量的国内外资料,发现有如下问题值得探讨:(1)拖拉机在田间地头或者其它地形比较恶劣的环境作业时,经常出现不能一次性顺利掉头、反复碾压农作物等情况;(2)拖拉机在转向时不能满足阿克曼转向定理的几何约束,使轮胎磨损加剧,使用寿命缩短;(3)拖拉机在陡坡等地方作业时,拖拉机的稳定性降低,极易发生侧翻等危险情况。现有拖拉机的转向性能已经不能完全满足操作者的需要,因此希望改进一款拖拉机,能够减小转弯半径,提高灵活性。四轮转向技术的发展将打破这一个难题。目前,国内外对于四轮转向技术的研究飞速发展,但是多集中在控制理论方面,相比较而言,对于后轮转向机构的研究显得十分薄弱和欠缺。在此基础上,本文拟借助计算机辅助软件进行设计、分析以及模拟实验过程。在前轮转向机构的基础之上,提出了齿轮齿条双梯形转向机构和断开式转向梯形机构,通过MATLAB和ADAMS软件进行仿真试验,得出转向梯形的合理参数。同时为保证拖拉机的转向稳定性,对其前、后悬架系统的车轮定位参数进行优化设计,使拖拉机灵活性、稳定性和安全性得到提升。本文主要研究内容如下:(1)基于阿克曼转向几何定理,分析了四轮转向系统在低速和中高速两种状态下的转向特性;通过作图比较了前轮转向与四轮转向在理想条件下的左右转向轮转角关系与转弯半径之比。通过分析比较几种不同的四轮转向系统,提出使用电机直驱式设计后轮转向机构的设计思路。(2)提出转向梯形机构的设计要求,对影响转向梯形的主要参数进行分析;推导横拉杆长度与转向梯形转角,梯形臂长度与与转向梯形转角之间的关系。(3)建立齿轮齿条双梯形转向机构数学模型。通过约束条件选择梯形底角在65°附近、梯形臂在142~178mm范围内多次取值行优化设计,得出在不同梯形臂长度、不同梯形底角下的各个设计变量的取值。鉴于断开式转向梯形的优越性和齿轮齿条转向器的空间局限性,将齿轮齿条转向器替换为转向拉杆,提出断开式转向机构的设计思路。(4)通过旋转矩阵法推导断开式转向机构输入角与输出角之间的关系。以转向梯形底角和梯形臂长度为设计变量,左转向臂实际转角与理论转角绝对值差值的最小值作为评价精度指标,在满足约束条件下进行优化设计,优化得到梯形臂长度为137mm,转向梯形的底角为69°,并得出左右转向臂转角关系曲线和角度误差曲线。在ADAMS中进行运动学仿真,在左转向臂-10~10°范围内,右转向臂转角为-9.57~10.33°,验证了设计与仿真结果相符合,所提出的后轮断开式转向机构满足设计需求。(5)基于后轮转向机构,对四轮转向拖拉机转向稳定性进行研究,分析了传动机构和转向器、轮胎以及前、后悬架参数对转弯稳定性的影响,得出改善拖拉机转弯稳定性的主要途径。(6)为增强拖拉机转弯稳定性,在ADAMS中进行前、后悬架系统仿真,通过轮跳仿真试验对拖拉机前、后悬架的车轮定位参数进行分析。对不符合设计要求的悬架参数,在ADAMS/Insight建立多目标函数优化分析。通过修改硬点坐标,后轮外倾角变化范围由原来的4.5°变为1.8°;主销后倾角变化范围由原来的6.7°变为2.5°;后轮前束角变化范围由4.0°变为0.49°,车轮变动量的变化范围由14.7mm变为6.1mm,试验结果全部符合设计要求,完成了悬架系统的优化,使悬架系统能更好的适应后轮转向机构。