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1、1,汽車拖拉機學,第四章 汽車拖拉機轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 第1課 轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理, QQ:1607357229,魯植雄 教授,第四章 汽車拖拉機轉(zhuǎn)向系統(tǒng),本章內(nèi)容安排,19:17,汽車拖拉機學課件,2,第1課 轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理 第2課 輪式車輛轉(zhuǎn)向系(1) 第3課 輪式車輛轉(zhuǎn)向系(2) 第4課 履帶拖拉機和手扶拖拉機轉(zhuǎn)向系,2020年7月26日,汽車拖拉機學課件,19:17,汽車拖拉機學課件,3,本節(jié)課的主要內(nèi)容,一、轉(zhuǎn)向方式 二、輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析 三、履帶車輛轉(zhuǎn)向理論分析 四、手扶拖拉機轉(zhuǎn)向理論分析,第四章 汽車拖拉機轉(zhuǎn)向系統(tǒng),2020年7月26日,汽車拖拉機學課件,一 轉(zhuǎn)向方式,2020/7
2、/26,4,轉(zhuǎn)向方式: 1、靠車輛的輪子相對車身偏轉(zhuǎn)一個角度來實現(xiàn) 2、靠改變行走裝置兩側(cè)的驅(qū)動力來實現(xiàn) 3、既改變兩側(cè)行走裝置的驅(qū)動力又使輪子偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)車輪轉(zhuǎn)向的實現(xiàn)方式:,,前輪偏轉(zhuǎn) 后輪偏轉(zhuǎn) 前后輪偏轉(zhuǎn) 折腰偏轉(zhuǎn),2020年7月26日,汽車拖拉機學課件,二 輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析,2020/7/26,5,(一)運動學分析: 轉(zhuǎn)向瞬心,,前輪轉(zhuǎn)向 四輪轉(zhuǎn)向,R,R,O,O,L,L,M,M,2020年7月26日,汽車拖拉機學課件,二 輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析,2020/7/26,6,為了滿足各車輪作純滾動,車輛在轉(zhuǎn)向時各車輪軸心線應(yīng)通過同一瞬心軸線,此軸線垂直于地
3、面,其投影點如圖中O點,水平投影車輛轉(zhuǎn)向時車身繞瞬心O點轉(zhuǎn)動。因車輛轉(zhuǎn)向時的轉(zhuǎn)彎半徑R隨前輪偏轉(zhuǎn)角的變化而變化,所以稱O點為瞬時轉(zhuǎn)向中心。,2020年7月26日,汽車拖拉機學課件,二 輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析,2020/7/26,7,,,轉(zhuǎn)向時必須滿足三個條件: 通過駕駛?cè)藛T的操縱來實現(xiàn)前輪的偏轉(zhuǎn),車輪的偏轉(zhuǎn)的程度決定了車輛的轉(zhuǎn)彎半徑。 兩前輪作純滾動,要求內(nèi)側(cè)前輪偏轉(zhuǎn)角比外側(cè)前輪偏轉(zhuǎn)角要大,且兩偏轉(zhuǎn)角滿足阿克曼公式。 轉(zhuǎn)向時兩驅(qū)動輪應(yīng)具有不同的轉(zhuǎn)速,且內(nèi)側(cè)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速慢,外側(cè)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速快,即差速行駛。,2020年7月26日,汽車拖拉機學課件,二 輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析,2020/7/26,8,重要幾
4、何參數(shù): 轉(zhuǎn)彎半徑R:轉(zhuǎn)向中心O到外轉(zhuǎn)向輪與地面接觸點之間的距離。 R=Lsin 阿克曼公式: 前輪轉(zhuǎn)向時 四輪轉(zhuǎn)向時 式中:M兩轉(zhuǎn)向節(jié)立軸與前輪軸心線交點之間距離; L 車輛前后軸距。 差速公式: 式中:n1、 n2分別為慢、快速側(cè)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速; R轉(zhuǎn)彎半徑; B后軸輪距。,2020年7月26日,汽車拖拉機學課件,二 輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析,2020/7/26,9,(二)動力學分析: 車輛在轉(zhuǎn)向時的受力比較復(fù)雜。為便于分析做以下假設(shè): 四輪車輛的兩前輪直接裝在同一前軸上,前軸中間與機體鉸接; 車輛是低速轉(zhuǎn)向,這樣可以不考慮離心慣性力的影響。,2020年7月26日,汽車拖拉機學課
5、件,二 輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析,2020/7/26,10,輪式車輛在水平地面上直行: 其牽引平衡方程為: 式中:Pq驅(qū)動輪的總推動力,即兩側(cè)驅(qū)動輪推力 Pq1與 Pq2之和 Pfc 前輪滾動阻力,每側(cè)前輪滾動阻力為0.5Pfc Pfq 驅(qū)動輪滾動阻力,每側(cè)驅(qū)動輪滾動阻力為0.5Pfq; PT 掛鉤牽引阻力。,,,2020年7月26日,汽車拖拉機學課件,二 輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析,2020/7/26,11,輪式拖拉機在等速轉(zhuǎn)向行駛受力: 轉(zhuǎn)向時牽引平衡方程為: 式中: 轉(zhuǎn)向時驅(qū)動輪的總推力,
6、 為兩側(cè)驅(qū)動輪推力 與 之和; 轉(zhuǎn)向時掛勾牽引力; 作用線與車輛縱向?qū)ΨQ 軸線間的夾角。,,土壤對前輪產(chǎn)生的反作用力分解為軸向分力PB(側(cè)向反作用力)和切向分力,即為Pfc,,2020年7月26日,汽車拖拉機學課件,二 輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析,2020/7/26,12,總轉(zhuǎn)向阻力矩的計算:車輛轉(zhuǎn)向時,土壤作用于車輛、并相對于O2點的總轉(zhuǎn)向阻力矩 為各項阻力矩之和,即,,,式中: 分別為前、后輪的轉(zhuǎn)向阻力矩; LTPT作用點至O2點的間距。,,2020
7、年7月26日,汽車拖拉機學課件,二 輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析,2020/7/26,13,車輛轉(zhuǎn)向時,地面作用于車輪的轉(zhuǎn)向力矩為,,,因輪式車輛后橋(驅(qū)動橋)裝有差速器,能將中央傳動傳來的力矩近似平均地分配給兩則驅(qū)動輪,所以可以假定 因而式上式可寫成:,,,,,2020年7月26日,汽車拖拉機學課件,二 輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析,2020/7/26,14,根據(jù)穩(wěn)定轉(zhuǎn)向的條件,轉(zhuǎn)向力矩與轉(zhuǎn)向阻力矩相平衡,即,,,由此可得轉(zhuǎn)向力PB為,,,,,,,,轉(zhuǎn)向力PB是土壤對偏轉(zhuǎn)的前輪產(chǎn)生的軸向反力,因而PB的大小取決于前輪和土壤間的側(cè)向附著性能。,,2020年7月26日,汽車拖拉機學課件,二 輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析
8、,2020/7/26,15,討論: 拖拉機在抗壓、抗剪強度弱的地面上(如水田土壤、沙灘及松軟地面)轉(zhuǎn)向時,因附著性能變差、轉(zhuǎn)向力PB不足而轉(zhuǎn)向困難 對于輪式拖拉機而言,這時可以采用慢速側(cè)驅(qū)動輪的適當制動以協(xié)助轉(zhuǎn)向 汽車、拖拉機等車輛轉(zhuǎn)向會使發(fā)動機的負荷增大。假定直線行駛時掛鉤牽引力PT ,比較車輛轉(zhuǎn)向與直線行駛時的牽引平衡方程式可知,轉(zhuǎn)向時內(nèi)側(cè)驅(qū)動輪推力需增大 ,即,,,,,,,,,,,,,車輛轉(zhuǎn)向時,因驅(qū)動輪的驅(qū)動力增大而需要發(fā)動機的功率相應(yīng)增大。,2020年7月26日,汽車拖拉機學課件,三、履帶式車輛轉(zhuǎn)向理論分析,2020/7/26,16,(一)運動學分析 履帶兩側(cè)驅(qū)動輪角速度差:若兩側(cè)
9、驅(qū)動輪的角速度分別是 ,驅(qū)動輪的節(jié)圓半徑為r,則線速度分別是:,,履帶車輛的轉(zhuǎn)向角速度W為,,,,,結(jié)論:拖拉機兩側(cè)驅(qū)輪的角速度差值( )越大, 拖拉機的轉(zhuǎn)向角速度W越大,轉(zhuǎn)向半徑R小。,2020年7月26日,汽車拖拉機學課件,三、履帶式車輛轉(zhuǎn)向理論分析,2020/7/26,17,(一)運動學分析 轉(zhuǎn)向原理:履帶拖拉機兩側(cè)驅(qū)動輪的驅(qū)動力矩不相等時兩側(cè)履帶所產(chǎn)生的驅(qū)動力也不同,這就會產(chǎn)生轉(zhuǎn)向力矩MB。當其大于所有轉(zhuǎn)向阻力矩,拖拉機便能繞轉(zhuǎn)向瞬心軸線O轉(zhuǎn)向。 快、慢側(cè)履帶的線速度:,,車輛縱向?qū)ΨQ平面中心處的平均線速度V為,,2020年7月26日,汽車拖拉機學課件,三、履帶式車輛轉(zhuǎn)向理論分析
10、,2020/7/26,18,(二)動力學分析: 履帶拖拉機轉(zhuǎn)向時的阻力矩Mz可以認為由兩部分組成: 一是履帶在地面上相對轉(zhuǎn)動時由摩擦作用產(chǎn)生的阻力矩Mz1; 二是由牽引力 的對相對轉(zhuǎn)動中心形成的轉(zhuǎn)向阻力矩Mz2。即: Mz=Mz1+Mz2,2020年7月26日,汽車拖拉機學課件,三 履帶式車輛轉(zhuǎn)向理論分析,2020/7/26,19,1無牽引負荷,,在水平地面上穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時,履帶的轉(zhuǎn)向阻力矩: Mz=Mz1 無牽引負荷時,履帶的相對轉(zhuǎn)動中心在履帶支持面中間,履帶車輛轉(zhuǎn)向時的阻力矩是由履帶與地面之間的摩擦、側(cè)向擠壓、剪切以及履帶滑轉(zhuǎn)、土壤推力作用線的橫向偏移等諸多因素引起的阻力矩的合成,單獨分
11、析和計算它們對轉(zhuǎn)向阻力矩的影響比較困難。 一般是通過實驗,測取轉(zhuǎn)向阻力系數(shù) 值,用轉(zhuǎn)向摩擦阻力矩Mz1的形式來反映無牽引負荷時履帶拖拉機轉(zhuǎn)向阻力矩,使分析簡化。,2020年7月26日,汽車拖拉機學課件,三 履帶式車輛轉(zhuǎn)向理論分析,2020/7/26,20,無牽引負荷,,設(shè)履帶的接地壓力均勻分布,其值為:0.5GsbL0 Gs為車輛使用重量,b為單側(cè)履帶寬度,L0為履帶接地長度,微小面積bdx上重量產(chǎn)生的摩擦力對轉(zhuǎn)動極線O1O2(履帶接地長度的中心連線)的力矩dM為,,兩條履帶轉(zhuǎn)向阻力矩之和Mz為,,結(jié)論:拖拉機越重,履帶接地長度L0越大,越向阻力矩Mz也越大。,2020年7月26日,汽車拖拉機
12、學課件,三 履帶式車輛轉(zhuǎn)向理論分析,2020/7/26,21,2有牽引阻力 在水平地面穩(wěn)定轉(zhuǎn)向,履帶拖拉機的轉(zhuǎn)向阻力矩為 ,由于牽引阻力的影響,履帶的相對轉(zhuǎn)動極線位置由原來在接地長度的中心,即0.5L0處向后移動距離為X0 摩擦阻力引起的轉(zhuǎn)向阻力矩Mz1為,,,,去掉較小項時,則得,,2020年7月26日,汽車拖拉機學課件,三 履帶式車輛轉(zhuǎn)向理論分析,2020/7/26,22,2有牽引阻力 牽引負荷的橫向分力引起的轉(zhuǎn)向阻力矩Mz2為,,,,討論:轉(zhuǎn)向力矩MB是由兩側(cè)履帶土壤推力不相等而形成的,當它足以克服轉(zhuǎn)向阻力矩時,即,,,總轉(zhuǎn)向阻力矩Mz為:,,,則,履帶拖拉機便能轉(zhuǎn)向。,202
13、0年7月26日,汽車拖拉機學課件,四 手扶拖拉機轉(zhuǎn)向理論分析,2020/7/26,23,直行時,兩側(cè)驅(qū)動輪的土壤推力相等,即Pq1=Pq2。 轉(zhuǎn)向時,內(nèi)側(cè)驅(qū)動輪動力被停止傳遞,驅(qū)動力矩為零,即Pq10,但驅(qū)動輪的滾動阻力仍為0.5Pf。 此時拖拉機的全部動力傳遞給外側(cè)驅(qū)動輪,其驅(qū)動輪驅(qū)動力矩為M0,驅(qū)動半徑為rq,其驅(qū)動力Pq2為:,,,轉(zhuǎn)向力矩MB:,,2020年7月26日,汽車拖拉機學課件,四 手扶拖拉機轉(zhuǎn)向理論分析,2020/7/26,24,尾輪偏轉(zhuǎn) 角時,土壤對尾輪作用一側(cè)向力PB,該力對驅(qū)動橋中心的作用力臂為 Lcos 、力矩PBLcos 有助于拖拉機轉(zhuǎn)向??傓D(zhuǎn)向力矩為,,,,,總轉(zhuǎn)
14、向阻力矩,,2020年7月26日,汽車拖拉機學課件,小結(jié),2020/7/26,25,,分析了車輛的幾種轉(zhuǎn)向方式 進行了輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析(運動學、動力學) 進行了履帶車輛轉(zhuǎn)向理論分析(運動學、動力學) 進行了手扶拖拉機轉(zhuǎn)向理論分析,2020年7月26日,汽車拖拉機學課件,思考題,2020/7/26,26,,汽車拖拉機的轉(zhuǎn)向方式有哪些種?其各自特點及適用場合是什么? 試進行輪式車輛轉(zhuǎn)向時的運動學分析和動力學分析。 試進行履帶拖拉機轉(zhuǎn)向時的運動學分析和動力學分析。 試進行手扶拖拉機轉(zhuǎn)向時的運動學分析和動力學分析。,2020年7月26日,汽車拖拉機學課件,本節(jié)內(nèi)容結(jié)束,27,2020/7/26,下一講,第2課 輪式車輛轉(zhuǎn)向系(1),第四章 汽車拖拉機的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),2020年7月26日,汽車拖拉機學課件,