第1课转向方式与转向原理

1、汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件 汽车拖拉机学 第四章第四章 汽车拖拉机转向系统汽车拖拉机转向系统 第第1 1课课 转向方式与转向原理转向方式与转向原理 QQ：1607357229 鲁植雄鲁植雄 教授教授 2021-7-12 1 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件 2021-7-12 2 第四章 汽车拖拉机转向系统 本章内容安排 第第1 1课课 转向方式与转向原理转向方式与转向原理 第第2 2课课 轮式车辆转向系（轮式车辆转向系（1 1） 第第3 3课课 轮式车辆转向系（轮式车辆转向系（2 2） 第第4 4课课 履带拖拉机和手扶拖拉机转向系履带拖拉机和手扶拖拉机转向系 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课

2、件课件 本节课的主要内容 一、转向方式一、转向方式 二、轮式车辆转向理论分析二、轮式车辆转向理论分析 三、履带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四、手扶拖拉机转向理论分析 第四章 汽车拖拉机转向系统 2021-7-12 3 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件 一 转向方式 转向方式：转向方式： 1 1、靠车辆的轮子相对车身偏转一个角度来实现、靠车辆的轮子相对车身偏转一个角度来实现 2 2、靠改变行走装置两侧的驱动力来实现、靠改变行走装置两侧的驱动力来实现 3 3、既改变两侧行走装置的驱动力又使轮子偏转、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

3、式：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 2021-7-12 4 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件 二 轮式车辆转向理论分析 （一）运动学分析：（一）运动学分析： u 转向瞬心转向瞬心 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 2021-7-12 5 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件 二 轮式车辆转向理论分析 为了满足各车轮作纯滚动，车辆在转向时各车轮轴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，

4、其投影心线应通过同一瞬心轴线，此轴线垂直于地面，其投影 点如图中点如图中O O点，水平投影车辆转向时车身绕瞬心点，水平投影车辆转向时车身绕瞬心O O点转动。点转动。 因车辆转向时的转弯半径因车辆转向时的转弯半径R R随前轮偏转角的变化而变化，随前轮偏转角的变化而变化， 所以称所以称O O点为瞬时转向中心。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 2021-7-12 6 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件 二 轮式车辆转向理论分析 转向时必须满足三个条件：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通过驾驶人员的操纵来实现前轮的偏 转，车轮的偏转

5、的程度决定了车辆的转，车轮的偏转的程度决定了车辆的 转弯半径。转弯半径。 两前轮作纯滚动，要求两前轮作纯滚动，要求内侧前轮偏转内侧前轮偏转 角角比外侧前轮偏转角比外侧前轮偏转角要大要大，且两，且两 偏转角满足偏转角满足阿克曼公式阿克曼公式。 转向时两驱动轮应具有不同的转速，转向时两驱动轮应具有不同的转速， 且内侧驱动轮转速慢，外侧驱动轮转且内侧驱动轮转速慢，外侧驱动轮转 速快，即差速行驶。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 2021-7-12 7 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件 二 轮式车辆转向理论分析 重要几何参数：重要几何参数： 转弯半径转弯半

6、径R：转向中心转向中心O O到外转向轮与地面接触点之间的距离。到外转向轮与地面接触点之间的距离。 R=LR=Lsinsin 阿克曼公式：阿克曼公式： 前轮转向时前轮转向时 四轮转向时四轮转向时 式中： 式中：MM两转向节立轴与前轮轴心线交点之间距离；两转向节立轴与前轮轴心线交点之间距离； L L 车辆前后轴距车辆前后轴距。 差速公式：差速公式： 式中：式中：n1n1、 n2n2分别为慢、快速侧驱动轮转速；分别为慢、快速侧驱动轮转速； RR转弯半径；转弯半径； BB后轴轮距。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 2021-7-12 8 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课

7、件课件 二 轮式车辆转向理论分析 （二）动力学分析：（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：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；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。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 2021-7-12 9 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件 二 轮式车辆转向理论分析 轮式车辆在水平地面上直行轮式车辆在水平地面上直行： 其牵引平衡方程为

8、其牵引平衡方程为： 式中：式中：PqPq驱动轮的总推动力，即两侧驱动轮推驱动轮的总推动力，即两侧驱动轮推 力力 Pq1Pq1与与 Pq2Pq2之和之和 Pfc Pfc 前轮滚动阻力，每侧前轮滚动阻前轮滚动阻力，每侧前轮滚动阻 力为力为0.5Pfc 0.5Pfc Pfq Pfq 驱动轮滚动阻力，每侧驱动轮滚驱动轮滚动阻力，每侧驱动轮滚 动阻力为动阻力为0.5Pfq0.5Pfq； PT PT 挂钩牵引阻力。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 21Tfqfcqqq PPPPPP 2021-7-12 10 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件 二 轮式车辆转向理论分

9、析 轮式拖拉机在等速转向行驶受力：轮式拖拉机在等速转向行驶受力： 转向时转向时牵引平衡方程为牵引平衡方程为： ： 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 土壤对前轮产生的土壤对前轮产生的反作用力反作用力分解为分解为 轴向轴向分力分力PB（侧向反作用力）和（侧向反作用力）和切切 向向分力，即为分力，即为Pfc cossincos TBfcfqq PPPPP 2021-7-12 11 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件 二 轮式车辆转向理论分析 总转向阻力矩的计

10、算：总转向阻力矩的计算：车辆转向时，土车辆转向时，土 壤作用于车辆、并相对于壤作用于车辆、并相对于O2点的点的总转向总转向 阻力矩阻力矩 为各项阻力矩之和，即为各项阻力矩之和，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 sinsin fcTTzqzc LPLpMMM 式中：式中： 分别为前、后轮的分别为前、后轮的 转向阻力矩；转向阻力矩； LTPT作用点至作用点至O2点的间距。点的间距。 zqzc MM 、 2021-7-12 12 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件 二 轮式车辆转向理论分析 车辆转向时，地面作用于车轮的转向力车辆转向时，地面作用于车轮的转向力 矩为矩为 第

11、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，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，所以可以假定配给两则驱动轮，所以可以假定 因而式上式可写成：因而式上式可写成： cos)(5 . 0 12BqqB LPPPBM 21q P q P cos BB LPM 2021-7-12 13 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件 二 轮式车辆转向理论分析 根据稳定转向的条件，转向力矩与转向根据稳定转向的条件，转向力矩与转向 阻力矩相平衡，即阻力矩相平衡，即 第四章 汽车拖拉机

12、的转向系统 第1课 转向方式与转向原理 由此可得转向力由此可得转向力PB为为 MMB sinsincos fcTTzqzcB LPLpMMLP tgP L PLMM P fc TTzqzc B cos sin 转向力转向力PB是土壤对偏转的前轮产生的轴是土壤对偏转的前轮产生的轴 向反力，因而向反力，因而PB的大小取决于前轮和土的大小取决于前轮和土 壤间的侧向附着性能。壤间的侧向附着性能。 ccB GP 2021-7-12 14 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件 二 轮式车辆转向理论分析 讨论：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）拖拉机在抗压、抗剪强度弱的地

13、面上（如水田土壤、沙滩及松软地面） 转向时，因附着性能变差、转向力转向时，因附着性能变差、转向力PB不足而转向困难不足而转向困难 u 对于轮式拖拉机而言，这时可以采用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慢速侧驱动轮的适当制动以协助以协助 转向转向 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，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向时内侧驱动轮推力需增大 ，即，即 第四章 汽车拖拉机 的转

14、向系统 第1课 转向方式与转向原理 ccB GP fcBqqq PPPPP)cos1 (sin q P 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。 2021-7-12 15 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件 三、履带式车辆转向理论分析 （一）运动学分析（一）运动学分析 u 履带两侧驱动轮角速度差：履带两侧驱动轮角速度差：若两侧驱动轮的若两侧驱动轮的 角速度分别是角速度分别是 ，驱动轮的节圆半径为，驱动轮的节圆半径为r， 则线速度分别是：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 12 和 )B5 . 0R(rV )B

15、5 . 0R(rV 11 22 B r BR r BR r W )( 5 . 05 . 0 1212 结论：结论：拖拉机两侧驱轮的角速度差值（拖拉机两侧驱轮的角速度差值（ ）越大，）越大， 拖拉机的转向角速度拖拉机的转向角速度W越大，转向半径越大，转向半径R小。小。 12 2021-7-12 16 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件 三、履带式车辆转向理论分析 （一）运动学分析（一）运动学分析 u 转向原理：转向原理：履带拖拉机两侧驱动轮的驱动力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，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这就会产生转向力矩MB

16、。当其大于所有转向。当其大于所有转向 阻力矩，拖拉机便能绕转向瞬心轴线阻力矩，拖拉机便能绕转向瞬心轴线O转向。转向。 u 快、慢侧履带的线速度：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 )B5 . 0R(V )B5 . 0R(V 1 2 车辆纵向对称平面中心处的平均线速度V为 RV 2021-7-12 17 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件 三、履带式车辆转向理论分析 （二）动力学分析：（二）动力学分析： 履带拖拉机转向时的阻力矩履带拖拉机转向时的阻力矩MzMz可以认为由两部分组成：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

17、矩一是履带在地面上相对转动时由摩擦作用产生的阻力矩Mz1Mz1； 二是由牵引力二是由牵引力 的对相对转动中心形成的转向阻力矩的对相对转动中心形成的转向阻力矩Mz2Mz2。即：。即： Mz=Mz1+Mz2Mz=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 2021-7-12 18 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件 三 履带式车辆转向理论分析 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 1无牵引负荷 0 T P u 在水平地面上稳定转向时，履带的转向阻力矩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

18、带支持面中间，履带车辆无牵引负荷时，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。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，测取转向阻力系数一般是通过实验，测取转向阻力系数 值，用转向摩擦阻力矩值，用转向摩擦阻力矩Mz1的的 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

19、。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。 2021-7-12 19 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件 三 履带式车辆转向理论分析 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 无牵引负荷 设履带的接地压力均匀分布，其值为：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，为车辆使用重量，b为单侧履带宽度，为单侧履带宽度，L0为履带为履带 接地长度接地长度 微小面积微小面积bdx上重量产生的摩擦力对转动极线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（履带接地长度的中心连线）的力矩dM为为 xdx L G bxdx

20、bL G dM ss 00 5 . 0 5 . 0 两条履带转向阻力矩之和两条履带转向阻力矩之和Mz为为 0 5 . 0 0 0 0 1 4 5 . 04 L ss zz LG xdx L G MM 结论结论：拖拉机越重，履带接地长度拖拉机越重，履带接地长度L0越大，越大， 越向阻力矩越向阻力矩Mz也越大。也越大。 2021-7-12 20 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件 三 履带式车辆转向理论分析 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 2有牵引阻力有牵引阻力 u在水平地面稳定转向，履带拖拉机的转向阻在水平地面稳定转向，履带拖拉机的转向阻 力矩为力矩为 ，由于牵引阻力的

21、影响，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履带的相对转动极线位置由原来在接地长度 的中心，即的中心，即0.5L0处向后移动距离为处向后移动距离为X0 u摩擦阻力引起的转向阻力矩摩擦阻力引起的转向阻力矩Mz1为为 21zzz MMM 0000 5 . 0 0 2 0 0 5 . 0 0 0 00 1 2 1 4 ) 5 . 05 . 0 2 xLxL sss z L xLG xdx L G xdx L G M （ 去掉较小项时，则得 4 LG 0s 1z M 2021-7-12 21 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件 三 履带式车辆转向理论分析 2021-7-1222 第

22、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有牵引阻力有牵引阻力 u牵引负荷的横向分力引起的转向阻力矩牵引负荷的横向分力引起的转向阻力矩Mz2为为 u讨论：转向力矩讨论：转向力矩MB是由两侧履带土壤推力不相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，即等而形成的，当它足以克服转向阻力矩时，即 )(sin 02 xlPM Tz u总转向阻力矩总转向阻力矩Mz为：为： )(sin 4 0 0 21 xlP LG MMM T s zzz zqqB MPPM)(5 . 0 12 则，履带拖拉机便能转向。 2021-7-12 22 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件 四

23、 手扶拖拉机转向理论分析 u 直行时直行时，两侧驱动轮的土壤推力相等，即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，驱转向时，内侧驱动轮动力被停止传递，驱 动力矩为零，即动力矩为零，即Pq10，但驱动轮的滚动，但驱动轮的滚动 阻力仍为阻力仍为0.5Pf。 u 此时拖拉机的全部动力传递给外侧驱动轮，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其驱动轮驱动力矩为M0，驱动半径为，驱动半径为rq， 其其驱动力驱动力Pq2为：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 q q r M P 0 2 转向力矩转向力矩MB： q qqqB r M BBPPPBM 0 212 5 . 05 . 0)(5 . 0 2021-7-12 23 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件 四 手扶拖拉机转向理论分析 u 尾轮偏转尾轮偏转 角时，土壤对尾轮作用一角时，土壤对尾轮作用一