行驶理论基础

1、首页上页下页末页结束1-1 轮式行走机构的运动学1-2 轮式行走机构的动力学 1-3 轮式车辆的行驶阻力1-4 轮式车辆的传动功率损失与行驶功率损失 1-5 轮式车辆的附着性能1-6 双桥驱动车辆的运动学和动力学1-7 轮式车辆的牵引性能 1-8 轮式车辆的动力性能 重点：牵引性能、动力性能、静态稳定性计算。难点：驱动力、附着力、牵引力三者之间的关系。学时：6首页上页下页末页结束q车轮的分类q车轮的三种运动情况q几个重要定义首页上页下页末页结束根据产生运动的力学原因来分、驱动轮:驱动轮上有发动机传来的扭矩MK ，在MK 的作用下驱使车轮滚动向前。、从动轮:从动轮上无扭矩作用，它的滚动是驱动轮上

2、的力经车架传至从动轮的轮轴上而产生运动。 3、自由轮根据车轮受力方向来分、驱动轮:车轮受到和运动方向一致的地面反作用力。、从动轮:车轮受到和运动方向相反的地面反作用力。首页上页下页末页结束q 动力半径rd：轮心到驱动力Pk之间的垂直距离 轮胎径向变形系数 b轮胎宽度in d轮辋直径in 标准、宽断面轮胎 0.10.16 超低压拱形轮胎 0.20.3q 滚动半径rk ：瞬心轮心(有效滚动半径)q 理论速度vT： 车轮转动的角速度 q 实际速度v：q 滑转率 ：车轮或履带相对于地面滑动程度 dKdKKKdKTTrrrrr1dKTrKKrK)()1 (2025. 0mbdrd首页上页下页末页结束、纯

3、滚动（b）；、滚动时带有滑移（c）；、滚动时带有滑转（a）。首页上页下页末页结束滑转率随牵引力变化的关系曲线TK 0TTT)1 ( PKPKTmaxPK maxmax当 = 0时，作纯滚动，当=1时， = 0机械原地不动(但 ，车轮在转车轮在转)，当0 1时， ，作滑转，当当 ，作滑移（产生循环功率的条件）。作滑移（产生循环功率的条件）。同时得到同时得到 从图上看出当越大时T(或)亦越大，从理论上当= 1时，T(或 )达到 （或 ），但实际上当 =1时，路面被破坏反而使T下降，因此在一般行驶条件下， 不应超过3%5%，作业中允许的最大滑转率 不超过15%30%，设计 H30%。 (或首页上页下

4、页末页结束q驱动轮力矩平衡方程式 q自由轮力矩平衡方程式 q从动轮的力矩平衡方程 首页上页下页末页结束弹性迟滞损失克服轮胎内部各部分之间相互摩擦 转化为热量（不是变形）aaaa图1-4 弹性车轮在硬性路面上滚动对称点 , 处于加载过程Pa（CF）处于卸载过程Pa（DF） Pa Pa 地面反力分布不均匀，不对称（前大后小） 合力R作用点相对中心线向前移动一个距离，形成滚动阻力矩Mf 。首页上页下页末页结束驱动轮力矩平衡方程式q参看下图 MKFrK Ra =0式中：Ra滚动阻力矩； R地面垂直反力，R=Q。首页上页下页末页结束q 参看下图q 所谓自由轮是指在车轮上只作用有轴负荷Q和仅用以克服滚动阻

5、力矩所需要的驱动力矩MK，它不具有牵引任何负荷的能力，因此有：q MK=Ra 首页上页下页末页结束q参看下图q从动轮被机架推着前进，其力矩平衡方程为：qFcrKRa=0qFc机架对从动轮的推力.首页上页下页末页结束q 车辆在行驶过程中需要不断克服各种阻力，这些阻力有的来车辆在行驶过程中需要不断克服各种阻力，这些阻力有的来自空气的阻力，有的来自道路摩擦力，有的来自汽车上坡行自空气的阻力，有的来自道路摩擦力，有的来自汽车上坡行驶时产生的阻力，有的来自汽车变速行驶时克服惯性的阻力，驶时产生的阻力，有的来自汽车变速行驶时克服惯性的阻力，这些阻力可以分为这些阻力可以分为滚动阻力滚动阻力、空气阻力空气阻力

6、、道路阻力道路阻力、惯性阻惯性阻力力、工作阻力工作阻力，下面分述之。，下面分述之。首页上页下页末页结束 一、滚动阻力 kffQP fKQfPffPfPfPf1车轮滚动阻力 式中 滚动阻力系数，为路面变形，轮胎变形，轮胎与路面摩擦，造成能量损失的综合反映 车轮对路面的垂直载荷。2方向 沿地面，与V方向相反。3影响滚动阻力大小的因素 不变Q则 Q不变 则与胎压有关 坚实路面，路面不变形胎压P胎变形 松软路面，轮胎不变形胎压P路面变形 车轮的布置 等距，不等距首页上页下页末页结束各类路面滚动阻力系数各类路面滚动阻力系数f值值 首页上页下页末页结束首页上页下页末页结束2KSvPW对农用车、大卡车等，w

7、P可忽略不计。 对农用车、大卡车等， 首页上页下页末页结束 15.21/2KSVPW首页上页下页末页结束sinsGsinsGP 首页上页下页末页结束itg siniGPs首页上页下页末页结束ifGPsR首页上页下页末页结束首页上页下页末页结束agGmaPsI1dtdIPI2dtd首页上页下页末页结束 0）（NagGPsj首页上页下页末页结束22101ki222201riiIGgrIGgogfwIw车轮的转动惯量，If 飞轮的转动惯量。 首页上页下页末页结束xjfWRPPPPPP五、工作阻力工作阻力xP是机械行驶中，由工作装置部分所需克服的力。首页上页下页末页结束主要损失部件主要损失部件 变速器

8、和主减速器变速器和主减速器( (含差速器含差速器) )主要损失形式主要损失形式 液力损失和机械摩擦损失。液力损失和机械摩擦损失。 液力损失液力损失,如搅动和磨擦。它与润滑油品种、温如搅动和磨擦。它与润滑油品种、温度、转速、油面高度等有关度、转速、油面高度等有关。%100)1 (%1002PPPPPTeTeT1-4 1-4 轮式车辆的传动功率损失与行驶功率损失轮式车辆的传动功率损失与行驶功率损失首页上页下页末页结束一、传动损失 对机械传动部分，用传动效率 来反映。 332211nmnmnmmm1m2m3m在设计中，传动效率 一般只计算由齿轮啮合引起的摩擦损失。一般对每对直齿轮传动取 =0.98，

9、对每对斜齿轮传动取 =0.97，对每对锥齿轮传动取 =0.96。因此机械传动效率为：式中：n1直齿轮啮合对数； n2斜齿轮啮合对数； n3锥齿轮啮合对数。 首页上页下页末页结束二、行走损失二、行走损失 在水平路面等速行驶时，工程机械的行走损失由轮胎或履带的滑转滑转造成功率损失和滚动阻力滚动阻力造成功率损失这两部分组成。 由滑转造成功率损失，可用滑转效率 表示： 由滚动阻力造成功率损失，可用滚动效率 表示： 行走效率：1TTKKPPKfKKPKKPfPPPPPP1ffTKKPkkpxPPNN首页上页下页末页结束KPmaxKPKPOPoKPmaxo 左图可知，牵引效率随牵引力的变化而变化，但有一个

10、最大值 ，与最大牵引效率相对应的牵引力 称为最佳牵引力；与之相对应的滑转率称为最佳滑转率设计目标为 ，并不是Pk越大越好，0.20.3。首页上页下页末页结束q汽车传动系总成机械效率q46档变速器T =0.96q68档变速器T =0.95q传动轴T = 0.98q主减速器T = 0.96 (单级)q T = 0.92(双级)q汽车传动系机械效率 轿车T=0.900.92商用车T=0.820.85越野车T=0.800.85首页上页下页末页结束一、牵引力 驱动轮在路面上运动时，牵引力T是地面对驱动轮切线方向的反作用力。T由两部分组成部分：一部分是由于轮胎向后挤压路面而产生的反作用力T；另一部分是由于

11、轮胎与路面相摩擦而产生的反作用力T，即 TT T 。而 T cpF 式中cp 路面受剪面积上的剪应力； F 路面受剪面积。 T = Ap 式中 轮胎与路面的摩擦系数； A轮胎与路面的摩擦面积； p摩擦面积上的比压。 首页上页下页末页结束q从图1-6可知，土壤不同的变形量可得到不同的剪应力，但有一个最大的剪应力cpmax ，因此T 有最大值T max cpmaxF ，而T 为常数，所以牵引力有最大值Tmax=T max+T 。图1-6 土壤的剪切应力 剪切位移曲线换句话说，当驱动转矩Mk产生的剪应力大于土壤最大的抗剪应力cpmax时，土壤的剪应力cp不但不增加，甚至减小，而土壤变形继续增大直至剪

12、断，所以牵引力受地面条件限制，存在极限值。首页上页下页末页结束q地面的抗滑转能力，地面这种抗滑转的能力称为附着性能。 附着力： 规定在容许滑转率时，驱动轮所发挥的牵引力称为附着力P。 由地面条件决定的最大牵引力Tmax=Pkmax-Pfk称为附着力。 附着系数： 附着力与附着重量之比值称为附着系数。GPmax首页上页下页末页结束驱动力Pk、牵引力T、附着力P之间的关系minPk、 P 对多桥驱动： (不存在循环功率时)， 当10， 2 0，Pk2=Pf1+Pf2+Pj+Pk1， Mk因循环功率不易确定。 对负牵引力，通过力的平衡计算。demkriMPTkdkkvNPrMP,idkikiPrMP

13、首页上页下页末页结束q1土壤条件q2路面条件q3附着重量q4轮胎充气压力q5轮胎尺寸q6轮胎花纹q7轮胎结构首页上页下页末页结束四、提高附着力的措施1G一定时，地面条件越好， 值越高，则P 值越大。2 一定时，提高整机重量Gs，会使附着重量G增大，则值增大，但同时动力功率Ne也必须增大。在不增大整机重量Gs(即不增大动力功率Ne)前提下,采用多桥驱动,可使附着重量G增大，则P 值增大，是提高轮式机械附着性能的最有效方法之一。值得一提是采用多桥驱动后，会产生循环功率，必须装有脱桥机构或轴间离合器加以消除。3增大支承面积(即降低轮胎或履带的接地比压) 首页上页下页末页结束q1牵引附着性有显著的改善

14、q2较好的操纵性和纵向稳定性q3较好的通过性首页上页下页末页结束q 双桥驱动车辆的动力学方程 Fx=F1+F2 q 双桥驱动车辆的运动学方程q 或212111TTvv212111ddrr首页上页下页末页结束q参看图1首页上页下页末页结束 = = = = xjwfKPPPPPP 研究牵引力平衡和牵引功率平衡是为了分析机械在行驶中，其牵引力是如何利用的以及动力的功率是怎样消耗的。一、牵引力平衡 是指机械在行驶中的任何瞬间，其牵引力恒等于所有阻力之和。即二、牵引功率平衡 是指机械在行驶中的任何瞬间，其动力输出功率恒等于所消耗功率之和。 工程机械在水平地段上作等速直线运动时，其动力的功率Ne可表示为：

15、对于轮式 KPfmPKPfKmPKPfKmPKmPTKmPKmPKmPeNNNNNPPPNNPPPNNPNNPNNMNNNNNN)()(首页上页下页末页结束三、牵引特性曲线 牵引特性曲线是反映工程机械在一定土质条件下，在水平地段上以各挡稳定速度工作时，其牵引性能指标和经济指标随牵引力变化规律曲线。q 通常用三条： 牵引功率 Nkp,实际行驶速度 v,整机的耗油率 gkp随牵引力Pkp变化的曲线来表示，也即用各挡的(Nkp,v,gkp)=f(Pkp)的关系曲线来表示。 首页上页下页末页结束 1.理论牵引特性曲线的绘制 （1）绘制出与各个排挡牵引力相对应的发动机特性曲线工程机械某一挡的驱动力与发动

16、机转矩的关系式如下：KieqmKiriMP首页上页下页末页结束（2）作 曲线 工程机械某一挡的实际速度为：)(1KPPfiKeTiiirn377. 0首页上页下页末页结束（3）作 曲线 根据牵引功率的计算公式： )(2KPKPPfN6 . 3KPKPPN 比较各挡的牵引功率曲线，则可见各挡最大牵引功率并不相等。对于轮式工程机械，最大牵引功率往往在中间挡位出现，这是由于高挡滚动损失大（Nf ），低挡滑转损失大（N ），这都使最大牵引功率下降。附着性能愈好（ ），最大牵引功率便移向愈低的挡位。履带式械由于附着性能好，最大牵引功率往往在低挡位出现。P首页上页下页末页结束（4）作 曲线 工程机械的油耗

17、率gkp，表示的是每千瓦牵引功率每小时所消耗的燃油的质量，是评价整机燃料经济性的一个重要指标。油耗率gkp可通过下式计算：1000KPTKPNGg)(3KPKPPfg首页上页下页末页结束2.牵引特性曲线的应用 判断变速器排挡分布的合理性，即能否在整个使用的牵引力范围内，依靠换挡使工程机械处于较高的牵引功率下工作（平均），这就要求各挡的牵引功率曲线的连接没有凹陷的“深谷”。如有，说明档位数不够。 合理的牵引特性曲线，还必须具备下列条件： （1）为了不使发动机熄火，挡所能发挥的最大牵引力应低于由发动机最大转矩点所决定的牵引力，即地面打滑界限值应在挡最大驱动力点的下方。 （2）挡的最大牵引功率点（N

18、kpmax对应的Pkp），应在地面打滑界限值(P)的附近或在该界限值下方，保证Nkpmax的有效性。 （3）各个挡的最大牵引力（Nkpmax）应处在其较低挡特性曲线的下方，并保持各挡特性曲线的使用区域相互衔接，否则发动机容易熄火，行驶性变坏。 （4）经济性：各挡的值要小，且曲线变化要平缓，即低耗油区要宽（成形，而不要形）。 deriMP1maxkpN 首页上页下页末页结束=首页上页下页末页结束jwfKPPPPP行驶阻力为:wfPPPP)(sincos2ssGvAKGfPR=首页上页下页末页结束jRWkPPPPWkPP首页上页下页末页结束agGifGPPssWkagifGPPsWksWkGPPD首页上页下页末页结束agifDGG 式中：式中：海拔系数；海拔系数； G满载时车辆的总重力满载时车辆的总重力 (N) ； G实际装载时车辆的总重力实际装载时车辆的总重力 (N)首页上页下页末页结束sincosfif首页上页下页末页结束首页上页下页末页结束(km/h) 377. 0maxmaxirnV 在每一排挡下，车