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1 汽车拖拉机学 第四章 汽车拖拉机转向系统 第1课 转向方式与转向原理 QQ：1607357229 鲁植雄 教授 第四章 汽车拖拉机转向系统 本章内容安排 *汽车拖拉机学课件 2 第1课 转向方式与转向原理 第2课 轮式车辆转向系（1） 第3课 轮式车辆转向系（2） 第4课 履带拖拉机和手扶拖拉机转向系 *汽车拖拉机学课件 *汽车拖拉机学课件 3 本节课的主要内容 一、转向方式 二、轮式车辆转向理论分析 三、履带车辆转向理论分析 四、手扶拖拉机转向理论分析 第四章 汽车拖拉机转向系统 *汽车拖拉机学课件 一 转向方式 *4 转向方式： 1、靠车辆的轮子相对车身偏转一个角度来实现 2、靠改变行走装置两侧的驱动力来实现 3、既改变两侧行走装置的驱动力又使轮子偏转 偏转车轮转向的实现方式： 前轮偏转 后轮偏转 前后轮偏转 折腰偏转 第四章 汽车拖拉机 的转向系统 第1课 转向方式与转向原理 *汽车拖拉机学课件 二 轮式车辆转向理论分析 *5 （一）运动学分析： u 转向瞬心 前轮转向 四轮转向 R R O O LL MM 第四章 汽车拖拉机 的转向系统 第1课 转向方式与转向原理 *汽车拖拉机学课件 二 轮式车辆转向理论分析 *6 为了满足各车轮作纯滚动，车辆在转向时各车轮轴 心线应通过同一瞬心轴线，此轴线垂直于地面，其投影 点如图中O点，水平投影车辆转向时车身绕瞬心O点转动 。因车辆转向时的转弯半径R随前轮偏转角的变化而变化 ，所以称O点为瞬时转向中心。 第四章 汽车拖拉机 的转向系统 第1课 转向方式与转向原理 *汽车拖拉机学课件 二 轮式车辆转向理论分析 *7 转向时必须满足三个条件： 通过驾驶人员的操纵来实现前轮的偏 转，车轮的偏转的程度决定了车辆的 转弯半径。 两前轮作纯滚动，要求内侧前轮偏转 角比外侧前轮偏转角要大，且两 偏转角满足阿克曼公式。 转向时两驱动轮应具有不同的转速， 且内侧驱动轮转速慢，外侧驱动轮转 速快，即差速行驶。 第四章 汽车拖拉机 的转向系统 第1课 转向方式与转向原理 *汽车拖拉机学课件 二 轮式车辆转向理论分析 *8 重要几何参数： 转弯半径R：转向中心O到外转向轮与地面接触点之间的距离。 R=Lsin 阿克曼公式： 前轮转向时 四轮转向时 式中：M两转向节立轴与前轮轴心线交点之间距离； L 车辆前后轴距。 差速公式： 式中：n1、 n2分别为慢、快速侧驱动轮转速； R转弯半径； B后轴轮距。 第四章 汽车拖拉机 的转向系统 第1课 转向方式与转向原理 *汽车拖拉机学课件 二 轮式车辆转向理论分析 *9 （二）动力学分析： 车辆在转向时的受力比较复杂。为便于分析做以下假设： 四轮车辆的两前轮直接装在同一前轴上，前轴中间与机体铰接； 车辆是低速转向，这样可以不考虑离心惯性力的影响。 第四章 汽车拖拉机 的转向系统 第1课 转向方式与转向原理 *汽车拖拉机学课件 二 轮式车辆转向理论分析 *10 轮式车辆在水平地面上直行： 其牵引平衡方程为： 式中：Pq驱动轮的总推动力，即两侧驱动轮推 力 Pq1与 Pq2之和 Pfc 前轮滚动阻力，每侧前轮滚动阻 力为0.5Pfc Pfq 驱动轮滚动阻力，每侧驱动轮滚 动阻力为0.5Pfq； PT 挂钩牵引阻力。 第四章 汽车拖拉机 的转向系统 第1课 转向方式与转向原理 *汽车拖拉机学课件 二 轮式车辆转向理论分析 *11 轮式拖拉机在等速转向行驶受力： 转向时牵引平衡方程为： 式中： 转向时驱动轮的总推力， 为两侧驱动轮推力 与 之和； 转向时挂勾牵引力； 作用线与车辆纵向对称 轴线间的夹角。 第四章 汽车拖拉机 的转向系统 第1课 转向方式与转向原理 土壤对前轮产生的反作用力分解为 轴向分力PB（侧向反作用力）和切 向分力，即为Pfc *汽车拖拉机学课件 二 轮式车辆转向理论分析 *12 总转向阻力矩的计算：车辆转向时，土 壤作用于车辆、并相对于O2点的总转向 阻力矩 为各项阻力矩之和，即 第四章 汽车拖拉机 的转向系统 第1课 转向方式与转向原理 式中： 分别为前、后轮的 转向阻力矩； LTPT作用点至O2点的间距。 *汽车拖拉机学课件 二 轮式车辆转向理论分析 *13 车辆转向时，地面作用于车轮的转向力 矩为 第四章 汽车拖拉机 的转向系统 第1课 转向方式与转向原理 因轮式车辆后桥（驱动桥）装有差速器 ，能将中央传动传来的力矩近似平均地 分配给两则驱动轮，所以可以假定 因而式上式可写成： *汽车拖拉机学课件 二 轮式车辆转向理论分析 *14 根据稳定转向的条件，转向力矩与转向 阻力矩相平衡，即 第四章 汽车拖拉机 的转向系统 第1课 转向方式与转向原理 由此可得转向力PB为 转向力PB是土壤对偏转的前轮产生的轴 向反力，因而PB的大小取决于前轮和土 壤间的侧向附着性能。 *汽车拖拉机学课件 二 轮式车辆转向理论分析 *15 讨论： u 拖拉机在抗压、抗剪强度弱的地面上（如水田土壤、沙滩及松软地面 ）转向时，因附着性能变差、转向力PB不足而转向困难 u 对于轮式拖拉机而言，这时可以采用慢速侧驱动轮的适当制动以协助 转向 u 汽车、拖拉机等车辆转向会使发动机的负荷增大。假定直线行驶时挂 钩牵引力PT ，比较车辆转向与直线行驶时的牵引平衡方程式可知，转 向时内侧驱动轮推力需增大 ，即 第四章 汽车拖拉机 的转向系统 第1课 转向方式与转向原理 车辆转向时，因驱动轮的驱动力增大而需要发动机的功率相应增大。 *汽车拖拉机学课件 三、履带式车辆转向理论分析 *16 （一）运动学分析 u 履带两侧驱动轮角速度差：若两侧驱动轮的 角速度分别是 ，驱动轮的节圆半径为r ，则线速度分别是： 第四章 汽车拖拉机 的转向系统 第1课 转向方式与转向原理 履带车辆的转向角速度W为 结论：拖拉机两侧驱轮的角速度差值（ ）越大， 拖拉机的转向角速度W越大，转向半径R小。 *汽车拖拉机学课件 三、履带式车辆转向理论分析 *17 （一）运动学分析 u 转向原理：履带拖拉机两侧驱动轮的驱动力 矩不相等时两侧履带所产生的驱动力也不同 ，这就会产生转向力矩MB。当其大于所有转 向阻力矩，拖拉机便能绕转向瞬心轴线O转 向。 u 快、慢侧履带的线速度： 第四章 汽车拖拉机 的转向系统 第1课 转向方式与转向原理 车辆纵向对称平面中心处的平均线速度V为 *汽车拖拉机学课件 三、履带式车辆转向理论分析 *18 （二）动力学分析： 履带拖拉机转向时的阻力矩Mz可以认为由两部分组成： 一是履带在地面上相对转动时由摩擦作用产生的阻力矩Mz1； 二是由牵引力 的对相对转动中心形成的转向阻力矩Mz2。即： Mz=Mz1+Mz2 第四章 汽车拖拉机 的转向系统 第1课 转向方式与转向原理 *汽车拖拉机学课件 三 履带式车辆转向理论分析 *19 第四章 汽车拖拉机 的转向系统 第1课 转向方式与转向原理 1无牵引负荷 u 在水平地面上稳定转向时，履带的转向阻力矩: Mz=Mz1 u 无牵引负荷时，履带的相对转动中心在履带支持面中间，履带车辆 转向时的阻力矩是由履带与地面之间的摩擦、侧向挤压、剪切以及 履带滑转、土壤推力作用线的横向偏移等诸多因素引起的阻力矩的 合成，单独分析和计算它们对转向阻力矩的影响比较困难。 u 一般是通过实验，测取转向阻力系数 值，用转向摩擦阻力矩Mz1的 形式来反映无牵引负荷时履带拖拉机转向阻力矩，使分析简化。 *汽车拖拉机学课件 三 履带式车辆转向理论分析 *20 第四章 汽车拖拉机 的转向系统 第1课 转向方式与转向原理 无牵引负荷 设履带的接地压力均匀分布，其值为：0.5GsbL0 Gs为车辆使用重量，b为单侧履带宽度，L0为履带接 地长度 微小面积bdx上重量产生的摩擦力对转动极线 O1O2（履带接地长度的中心连线）的力矩dM为 两条履带转向阻力矩之和Mz为 结论：拖拉机越重，履带接地长度L0越大， 越向阻力矩Mz也越大。 *汽车拖拉机学课件 三 履带式车辆转向理论分析 *21 第四章 汽车拖拉机 的转向系统 第1课 转向方式与转向原理 2有牵引阻力 u在水平地面稳定转向，履带拖拉机的转向阻 力矩为 ，由于牵引阻力的影响 ，履带的相对转动极线位置由原来在接地长 度的中心，即0.5L0处向后移动距离为X0 u摩擦阻力引起的转向阻力矩Mz1为 去掉较小项时，则得 *汽车拖拉机学课件 三 履带式车辆转向理论分析 *22 第四章 汽车拖拉机 的转向系统 第1课 转向方式与转向原理 2有牵引阻力 u牵引负荷的横向分力引起的转向阻力矩Mz2为 u讨论：转向力矩MB是由两侧履带土壤推力不相 等而形成的，当它足以克服转向阻力矩时，即 u总转向阻力矩Mz为： 则，履带拖拉机便能转向。 *汽车拖拉机学课件 四 手扶拖拉机转向理论分析 *23 u 直行时，两侧驱动轮的土壤推力相等，即 Pq1=Pq2。 u 转向时，内侧驱动轮动力被停止传递，驱 动力矩为零，即Pq10，但驱动轮的滚动 阻力仍为0.5Pf。 u 此时拖拉机的全部动力传递给外侧驱动轮 ，其驱动轮驱动力矩为M0，驱动半径为rq ，其驱动力Pq2为： 第四章 汽车拖拉机 的转向系统 第1课 转向方式与转向原理 转向力矩MB： *汽车拖拉机学课件 四 手扶拖拉机转向理论分析 *24 u 尾轮偏转 角时，土壤对尾轮作用一侧向力 PB，该力对驱动桥中心的作用力臂为 Lcos 、力矩PBLcos 有助于拖拉机转 向。总转向力矩为 第四章 汽车拖拉机 的转向系统 第1课 转向方式与转向原理 u 总转向阻力矩 *汽车拖拉机学课件 小结 *25 1.分析了车辆的几种转向方式 2.进行了轮式车辆转向理论分析（运动学、动力学） 3.进行了履带车辆转向理论分析（运动学、动力学） 4.进行了手扶拖拉机转向理论分析 第四章 汽车拖拉机 的转向系统 第1课 转向方式与转向原理 *汽车拖拉机学课件 思考题 *26 1.汽车拖拉机的转向方式有哪些种？其各自