总体动力学PPT学习教案

1、会计学1总体动力学总体动力学第一节第一节 车辆行驶原理车辆行驶原理车辆的车辆的行驶方程行驶方程为：为：,ttFFFF驱动力行驶阻力之和汽车的行驶阻力有汽车的行驶阻力有滚动阻力滚动阻力、空气阻力空气阻力、加速阻力加速阻力和和坡度阻力坡度阻力。拖拉机牵引农机具作业时，速度较低，。拖拉机牵引农机具作业时，速度较低，可可忽略空气阻力忽略空气阻力，但要增加带动农机具工作所必须克服，但要增加带动农机具工作所必须克服的阻力，即的阻力，即牵引阻力牵引阻力。 第1页/共47页N m ,mtttTFrTr作用在驱动轮上的转矩（）车轮半径（ ） 由于作用在车轮上的转矩由于作用在车轮上的转矩T Tt t是由发是由发动

2、机产生并经过传动系统传递到车轮动机产生并经过传动系统传递到车轮上的，因此有：上的，因此有：传动系的机械效率。主减速器的传动比；变速器的传动比；发动机转矩；TgtqTgtqtiiTiiTT00一、驱动力一、驱动力汽车的汽车的驱动力驱动力为：为：第2页/共47页 对装有分动器、轮边减速器、液力传动等装置的对装有分动器、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：而驱动力为： 驱动力的产生需要驱动力的产生需要两个条件两个条件： 1.依靠发动机提供转矩依靠发动机提供转矩，经过传动系统改变大小，经过传动系统改变大小和方向

3、后，传递给驱动轮一定的驱动力矩，进而提和方向后，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，供引发驱动力的沿轮胎切向方向的作用力，这是产这是产生驱动力内部条件生驱动力内部条件。 2.依靠驱动轮与地面的相互作用依靠驱动轮与地面的相互作用，把驱动轮对地，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面的作用力转化为地面对驱动轮切向方向的反作用力，力，这是产生驱动力的外部条件这是产生驱动力的外部条件。0tqgTtTiiFr第3页/共47页二、行驶阻力二、行驶阻力汽车的汽车的行驶总阻力行驶总阻力为：为：加速阻力。坡度阻力；空气阻力；滚动阻力；jiwfjiwfFFF

4、FFFFFF)57(tFF)(iwftjFFFFF车辆要加速行驶，驱动力必须车辆要加速行驶，驱动力必须大于大于滚动阻力、坡度阻滚动阻力、坡度阻力和空气阻力之和。力和空气阻力之和。 第4页/共47页1.1.滚动阻力滚动阻力车轮滚动时，轮胎与路车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域产生相应面的接触区域产生相应的轮胎和支承路面的变的轮胎和支承路面的变形。当弹性轮胎在硬路形。当弹性轮胎在硬路面（混凝土路、沥青路面（混凝土路、沥青路）上滚动时，轮胎的变）上滚动时，轮胎的变形是主要的。此时由于形是主要的。此时由于轮胎有内部摩擦而产生轮胎有内部摩擦而产生弹性迟滞损失弹性迟滞损失，使轮胎，使轮胎变形时对它所做的功不

5、变形时对它所做的功不能全部收回。这种损失能全部收回。这种损失即称为弹性轮胎的即称为弹性轮胎的迟滞迟滞损失损失。 轮胎径向变形曲线轮胎径向变形曲线 第5页/共47页第6页/共47页WfFf滚动阻力等于滚动阻力系数与车轮负荷的乘积：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，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。表现为对汽车行驶的一种阻力。 raf 第7页/共47页路面类型滚动阻力系数良好的沥青或混凝土路面0.0100.018一般的沥青或混凝土路面0.0180.020碎石路面0.0200.025良好的卵石路面0.0250.

6、030坑洼的卵石路面0.0350.050压紧土路：干燥的雨后的0.0250.0350.0500.150泥泞土路（雨季或解冻期）0.1000.250干 砂0.1000.300湿 砂0.0600.150结冰路面0.0150.030压紧的雪道0.0300.050第8页/共47页2、空气阻力、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。 空气阻力分为空气阻力分为压力阻力压力阻力与与摩擦阻力摩擦阻力两部分。作用在汽车两部分。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；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；

7、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。驶方向的分力。第9页/共47页n诱导阻力诱导阻力是空气升力在水平方是空气升力在水平方向的投影，约向的投影，约7%。第10页/共47页3、加速阻力、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，车辆加速行驶时，需要克服其质量加速运动时的惯性力，就是加速阻力就是加速阻力F Fj j 。车辆的质量分为车辆的质量分为平移质量平移质量和和旋转质量旋转质量两部分。两部分。第11页/共47页4、坡度阻力、坡度阻力sintansintaniiFGih/sFGGGi汽车重力沿

8、坡道的分汽车重力沿坡道的分力表现为汽车坡度阻力力表现为汽车坡度阻力F Fi i 第12页/共47页三、车辆行驶的驱动三、车辆行驶的驱动附着条件附着条件（一）驱动条件（一）驱动条件汽车行驶的第一个条件：汽车行驶的第一个条件：也是也是必要条件必要条件。iFFFFwft 不是不是汽车行驶的汽车行驶的充分条件充分条件。 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。只有在驱动轮与路面不发生滑转现象时才有效。 第13页

9、/共47页；驱动轮上支撑的重力附着系数；zztFFFF第14页/共47页ztwfFFFFFi当附着力足够大时，驱动力的最大允许值由最低工作当附着力足够大时，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。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

10、，则车辆由于驱动轮产生严重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。滑转而不能正常工作。 第15页/共47页第二节第二节 拖拉机及其总体受力分析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（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作用在拖拉机上的外力第16页/共47页n（4 4作用力。作用力。第17页/共47页牵引平衡方程牵引平衡方程水平方向的受力平衡方程：水平方向的受力平衡方程：D21D21FFFFFFFFFFftffffft则有：代替用前后轮垂直载荷的分配前后轮垂直

11、载荷的分配LTThFaLGFLTThFGaFffDDzffDDz212211)(第18页/共47页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：LaLGFLGaFzz)(21LTThFaLGFLTThFGaFffDDzffDDz212211)(结论：结论：1.1.拖拉机作业时，驱动轮增重，前轮减重。拖拉机作业时，驱动轮增重，前轮减重。2.2.驱动轮增加的重量等于前轮减少的重量。驱动轮增加的重量等于前轮减少的重量。3.3.驱动增重有利于提高拖拉机的附着性能。驱动增重有利于提高拖拉机的附着性能。第19页/共47页（二）轮式拖拉机带悬挂

12、机具时的受力分析（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作用在拖拉机上的外力牵引平衡方程牵引平衡方程12DtffxfFFFRFF第20页/共47页前后轮垂直载荷的分配前后轮垂直载荷的分配121122()()()()LLyffzLLyffzGaGR aTTFLG LaGRaLTTFL结论：结论：1.1.悬挂机组作业时，也存在驱动轮增重和从动轮减重现象。悬挂机组作业时，也存在驱动轮增重和从动轮减重现象。2.2.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和稳定性较好，而驱

13、动轮增重大，意味着拖拉机的附着性能较好。较好。 3.3.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。比牵引机组好。12()zzGaFLG LaFL第21页/共47页二、四轮驱动拖拉机的受力特点二、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。着性和机动性方面，具有很多优点。1.1.四四轮驱动拖拉机的轮驱动拖拉机的性能特点性能特点 ：） 牵引附着性能显著提高；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；）减轻对土壤

14、的压实和对土壤结构的破坏；） 较好的操纵性和稳定性；较好的操纵性和稳定性；）较好的通过性。）较好的通过性。第22页/共47页2121220（ ）当时，这时后驱动轮发挥的驱动力大于前驱动轮。当后轮滑转率达到容许值时，前轮尚未达到，因此前轮的附着力没有得到充分利用。121122121212(1)(1),1如果前后轮的滑转率分别为 、则应有：假设则在行驶过程中会出现以下几种情况（ ）当时，即前、后驱动轮的滑转率相等。在这种情况下，前后驱动轮的附着力得到充分利用，所以拖拉机可以发挥最大的驱动力，这是理想状态的情况。2121300（ ）当时，这时只有后轮产生驱动力，而前驱动轮作纯滚动，相当于两轮驱动拖拉

15、机。2121400（ ）当时，这时后驱动轮产生驱动力而前轮在拖拉机机体的推动下出现滑移，并产生与运动方向相反的驱动力即制动力。这种情况出现在前、后轮理论速度差别较大，土壤较坚实、而牵引负荷又较小的情况下。2. 2. 四轮驱动拖拉机的牵引动力学与寄生功率四轮驱动拖拉机的牵引动力学与寄生功率 第23页/共47页功率由前驱动轮功率由前驱动轮分动器分动器后驱动轮后驱动轮机体机体前驱动轮前驱动轮循环的现象称为循环的现象称为功率循环功率循环，循环功率循环功率NrNr称为寄生功率。称为寄生功率。 第24页/共47页为了防止循环功率为了防止循环功率，采取以下措施：，采取以下措施：1.一个驱动桥的动一个驱动桥的

16、动力可以脱开。力可以脱开。2.安装轴间差速器安装轴间差速器。3.安装自由轮机构安装自由轮机构。第25页/共47页三、履带式拖拉机总体受力分析三、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履带式拖拉机机组在纵垂面内所受的外力受的外力牵引平衡方程式牵引平衡方程式DFFFFFFftxft或yzcyzzcyyFGMLxFGaFMLxFGax)21()21(00压力中心及载荷在支承面上的分布压力中心及载荷在支承面上的分布GhFGaxTDy对牵引农具的履带式对牵引农具的履带式拖拉机则为：拖拉机则为：第26页/共47页分析：分析：1.1.履带拖拉机和轮式拖拉机相同，作业时也存履带拖拉机和轮式拖拉机

17、相同，作业时也存在力的转移情况，表现为压力中心的移动。在力的转移情况，表现为压力中心的移动。2.2.压力中心不仅与质心位置有关，也与农具的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。承面中点之前。一般的履带拖拉机，一般的履带拖拉机，a1/2L0a1/2L0 x xc c 。第27页/共47页心惯性力。心惯性力。第28页/共47页123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:2-May-2007 Sheet of File:D:Documents and S

18、ettingsAdministrator桌面转向系统.ddbDrawn By:0.5Pfc0.5Pfc0.5Pfq0.5PfqPq1Pq2PTTfqfcqqqPPPPPP21第29页/共47页123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:2-May-2007 Sheet of File:D:Documents and SettingsAdministrator桌面转向系统.ddbDrawn By:第30页/共47页受力分析：受力分析：123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:2-May-

19、2007 Sheet of File:D:Documents and SettingsAdministrator桌面转向系统.ddbDrawn By:LBLtoo1o20.5Pfc0.5Pfc0.5Pfq0.5PfqPq1Pq2PTPBcossincosTBfcfqqPPPPPPfc第31页/共47页力矩分析：力矩分析：123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:2-May-2007 Sheet of File:D:Documents and SettingsAdministrator桌面转向系统.ddbDrawn By:LBLtoo1o2

20、0.5Pfc0.5Pfc0.5Pfq0.5PfqPq1Pq2PTPBMzcMzqsinsinfcTTZQZCLPLPMMMcos)(5 . 021BqqBLPBPPMPfc第32页/共47页21qqPPcosBBLPM MMBsinsincosfcTTzqzcBLPLPMMLP在装有差速器的车辆上在装有差速器的车辆上，有：，有：所以：所以：cos)(5 . 021BqqBLPBPPM第33页/共47页tancossinfcTTzqzcBPLPLMMP第34页/共47页ccBGPccG前轮的侧向附着系数；前轮的侧向附着系数；前轮对土壤的垂直作用力。前轮对土壤的垂直作用力。结论：结论：拖拉机在抗压

21、、抗剪强度弱的地面上（如水田拖拉机在抗压、抗剪强度弱的地面上（如水田土壤、沙滩及松软地面）转向时，因附着性能土壤、沙滩及松软地面）转向时，因附着性能变差、转向力变差、转向力P PB B不足而转向困难。不足而转向困难。 第35页/共47页第36页/共47页 履带车辆转向过程履带车辆转向过程123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:2-May-2007 Sheet of File:D:Documents and SettingsAdministrator桌面转向系统.ddbDrawn By:V2VV1BR)5 . 0()5 . 0(12BRv

22、BRvRv 第37页/共47页)5 . 0()5 . 0(1122BRrvBRrvBr)(12123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:2-May-2007 Sheet of File:D:Documents and SettingsAdministrator桌面转向系统.ddbDrawn By:V2VV1BR若两侧驱动轮的角速若两侧驱动轮的角速度分别是度分别是1、2，驱动轮节圆半径驱动轮节圆半径r，则有：则有：此时车辆的转向角速此时车辆的转向角速度度：第38页/共47页21zzzMMM第39页/共47页1zzMM 履带拖拉机的无牵引转向简图123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:3-May-2007 Sheet of File:D:Documents and SettingsAdministrator桌面转向系统.ddbDrawn By:L0Qoo12bdXx第40页/共47页假设履带对地面的假设履带对地面的压力均匀分布，压力均匀分布，其值为：其值为：02/ bLG