第七章总体动力学.ppt

第八章车辆总体动力学,车辆总体动力学主要研究汽车的动力性和拖拉机带机具作业时水平受力情况及力的转移变化、平衡规律。汽车的动力性是汽车各种性能中最基本、最重要的性能。汽车运输效率的高低主要取决于动力性。动力性好，汽车就会具有较高的行驶速度、较好的加速能力和上坡能力。拖拉机实际工作时必然带有农具，农具的各种作用力对拖拉机的性能产生一定影响。,第一节车辆行驶原理,车辆的行驶方程为：,汽车的行驶阻力有滚动阻力、空气阻力、加速阻力和坡度阻力。拖拉机牵引农机具作业时，速度较低，可忽略空气阻力，但要增加带动农机具工作所必须克服的阻力，即牵引阻力。,由于作用在车轮上的转矩Tt是由发动机产生并经过传动系统传递到车轮上的，因此有：,一、驱动力汽车的驱动力为：,对装有分动器、轮边减速器、液力传动等装置的车辆，上式中应计入相应的传动比和机械效率，因而驱动力为：驱动力的产生需要两个条件：1.依靠发动机提供转矩，经过传动系统改变大小和方向后，传递给驱动轮一定的驱动力矩，进而提供引发驱动力的沿轮胎切向方向的作用力，这是产生驱动力内部条件。2.依靠驱动轮与地面的相互作用，把驱动轮对地面的作用力转化为地面对驱动轮切向方向的反作用力，这是产生驱动力的外部条件。,二、行驶阻力汽车的行驶总阻力为：,车辆要加速行驶，驱动力必须大于滚动阻力、坡度阻力和空气阻力之和。,1.滚动阻力,车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域产生相应的轮胎和支承路面的变形。当弹性轮胎在硬路面（混凝土路、沥青路）上滚动时，轮胎的变形是主要的。此时由于轮胎有内部摩擦而产生弹性迟滞损失，使轮胎变形时对它所做的功不能全部收回。这种损失即称为弹性轮胎的迟滞损失。,轮胎径向变形曲线,滚动阻力等于滚动阻力系数与车轮负荷的乘积：,这种迟滞损失表现为阻碍车轮滚动的一种阻力偶，表现为对汽车行驶的一种阻力。,2、空气阻力汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向的分力。空气阻力分为压力阻力与摩擦阻力两部分。作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向的分力称为压力阻力；摩擦阻力是由于空气的粘性在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力。,压力阻力可分为四部分：形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力。形状阻力占压力阻力的大部分，与车身主体形状有很大关系，约58%；干扰阻力是车身表面凸起物如后视镜、门把、引水槽、悬架导向杆、驱动轴等引起的阻力，约14%；发动机冷却系、车身通风等所需空气流经车体内部时构成的阻力即为内循环阻力，约12%；诱导阻力是空气升力在水平方向的投影，约7%。,3、加速阻力,车辆加速行驶时，需要克服其质量加速运动时的惯性力，就是加速阻力Fj。车辆的质量分为平移质量和旋转质量两部分。,4、坡度阻力,汽车重力沿坡道的分力表现为汽车坡度阻力Fi,三、车辆行驶的驱动附着条件（一）驱动条件汽车行驶的第一个条件：也是必要条件。,不是汽车行驶的充分条件。只反映了汽车本身的行驶能力。可以采用增加发动机转矩、加大传动比等措施来增大汽车驱动力。但这些措施只有在驱动轮与路面不发生滑转现象时才有效。,（二）附着条件地面与驱动轮接地表面之间的摩擦作用称为附着作用。由此产生反力的极限值称为附着力。附着力被利用而表现出来的时候就成了驱动力。因此，驱动力的发挥受到附着力的限制，实际发出的驱动力，只能小于或等于附着力，而不能大于附着力。汽车行驶的第二个条件：也是充分条件。,汽车行驶的驱动附着条件（充分必要条件）,当附着力足够大时，驱动力的最大允许值由最低工作挡位上发动机标定转矩来决定，此时若行驶总阻力超过驱动力，则车辆由于发动机经常超载或频繁熄火而无法正常工作。当发动机转矩足以满足（即驱动力足够大）而附着力不足时，驱动力的最大允许值由附着力决定。若此时行驶总阻力超过附着力，则车辆由于驱动轮产生严重滑转而不能正常工作。,第二节拖拉机及其总体受力分析,一、轮式拖拉机总体受力分析（一）轮式拖拉机带牵引机具作业时的总体受力分析作用在拖拉机上的外力,（1）拖拉机的使用重量G（2）驱动力Ft:Ft可认为是驱动轮对土壤切向作用力的反作用力。（3）牵引阻力FD:牵引农具的总牵引阻力（图中未标出）作用在拖拉机的牵引装置上，并与地面成角。习惯上将水平分力FD称为挂钩牵引阻力，简称牵引阻力。（4）从动轮及驱动轮的土壤反作用力。,牵引平衡方程水平方向的受力平衡方程：,前后轮垂直载荷的分配,当拖拉机不带农具静止于水平面时，其前后轮上的垂直载荷为：,结论：1.拖拉机作业时，驱动轮增重，前轮减重。2.驱动轮增加的重量等于前轮减少的重量。3.驱动增重有利于提高拖拉机的附着性能。,（二）轮式拖拉机带悬挂机具时的受力分析作用在拖拉机上的外力,牵引平衡方程,前后轮垂直载荷的分配,结论：1.悬挂机组作业时，也存在驱动轮增重和从动轮减重现象。2.驱动轮增重大于从动轮减重。从动轮减重小意味着操纵性和稳定性较好，而驱动轮增重大，意味着拖拉机的附着性能较好。3.其它条件相同时，悬挂机组作业时的附着性能和稳定性能比牵引机组好。,二、四轮驱动拖拉机的受力特点四轮驱动拖拉机与两轮驱动拖拉机相比，在牵引附着性和机动性方面，具有很多优点。1.四轮驱动拖拉机的性能特点：）牵引附着性能显著提高；）减轻对土壤的压实和对土壤结构的破坏；）较好的操纵性和稳定性；）较好的通过性。,2.四轮驱动拖拉机的牵引动力学与寄生功率,在上述第四种情况下，由于前轮作用着与拖拉机行驶方向相反的制动力Fr，它所形成的力矩经分动器和中央传动等传给后轮。因此，传至后轮的动力有两条线路，一路是由发动机传来的，即正常的动力传递；另一路由前轮传来。,功率由前驱动轮分动器后驱动轮机体前驱动轮循环的现象称为功率循环，循环功率Nr称为寄生功率。,为了防止循环功率，采取以下措施：1.一个驱动桥的动力可以脱开。2.安装轴间差速器。3.安装自由轮机构。,三、履带式拖拉机总体受力分析履带式拖拉机机组在纵垂面内所受的外力牵引平衡方程式,压力中心及载荷在支承面上的分布,对牵引农具的履带式拖拉机则为：,分析：1.履带拖拉机和轮式拖拉机相同，作业时也存在力的转移情况，表现为压力中心的移动。2.压力中心不仅与质心位置有关，也与农具的作用力有关。履带拖拉机的质心布置在履带支承面中点之前。一般的履带拖拉机，a1/2L0xc。,第四节转向动力学1.为了方便分析车辆转向时的受力情况，假设：1）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；=2）车辆是低速转向，可以忽略离心惯性力。,2.轮式车辆在直行时的受力如图所示：,0.5Pfc,0.5Pfc,0.5Pfq,0.5Pfq,Pq1,Pq2,PT,3.等速转向行驶假定：1）车辆转向时各车轮的滚动阻力不变；2）两侧前轮的偏转角均为；,受力分析：,0.5Pfc,0.5Pfc,0.5Pfq,0.5Pfq,Pq1,Pq2,PT,PB,Pfc,力矩分析：,0.5Pfc,0.5Pfc,0.5Pfq,0.5Pfq,Pq1,Pq2,PT,PB,Mzc,Mzq,Pfc,根据稳定的条件，转向力矩和阻力矩相平衡有：即：,在装有差速器的车辆上，有：,所以：,由此可以求出车辆的转向力PB：,转向力PB是土壤对前轮产生的轴向反力，其大小取决于前轮和土壤间的附着性能。即：,前轮的侧向附着系数；,前轮对土壤的垂直作用力。,结论：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。,三、履带车辆转向理论分析,（一）运动学分析履带拖拉机的转向是因为其行走装置的两侧驱动力不同。,履带车辆转向过程,则，v1、v2分别为：车辆纵向对称轴中心的平均线速度为：,若两侧驱动轮的角速度分别是1、2，驱动轮节圆半径r，则有：此时车辆的转向角速度：,（二）动力学分析履带拖拉机转向时的阻力矩Mz可以看作由两部分组成：Mz1转向时地面摩擦产生的阻力矩；Mz2牵引力PT的横向分力相对转动中心形成的转向力矩。,1.无牵引负荷时PT=0,履带拖拉机的无牵引转向简图,dX,x,假设履带对地面的压力均匀分布，其值为：,式中Gs车辆重量；b单侧履带宽度；L0履带接地长度。,Pq2,Pq1,0.5Pf