工程机械设计课件：轮式工程机械转向系 -

轮式工程机械转向系轮式工程机械是建筑和基础设施建设中不可或缺的重要设备。其转向系统是关键部件之一,确保机械灵活机动、高效运转。本节课将深入探讨轮式工程机械转向系的设计要点和关键技术。byJerryTurnersnull绪论工程机械概述工程机械是用于建筑、挖掘、运输等领域的大型机械设备。它们通常具有强大的动力和复杂的结构。轮式工程机械特点轮式工程机械灵活性强、机动性好、公路行驶能力强。在复杂的施工环境中表现优异。转向系统重要性转向系统是确保轮式工程机械高效安全运转的关键部件。合理的转向系统设计对提高机械性能至关重要。1.轮式工程机械的特点高机动性：拥有出色的越野性能和灵活的转向能力,可以在复杂地形上高效作业。大载重能力：轮式机械通常具有更大的载重量和更高的稳定性,可以承担更重的工作任务。高速性能：相比履带式机械,轮式工程机械在平坦地面上具有更高的行驶速度,提高了工作效率。转向系统的重要性轮式工程机械的转向系统是确保其行驶安全和操作稳定的关键部件。良好的转向性能可以提高工程机械的机动性和操纵性，增强驾驶员的控制能力。优化设计的转向系统可以降低燃油消耗和维护成本，提高整机的使用寿命。转向系统的组成工程机械的转向系统由三大部分组成:转向机构、转向传动机构和转向控制系统。转向机构负责实现转向动作,转向传动机构将转向动作传递到前轮,转向控制系统则实现对转向机构的精确控制。这三部分协同工作,共同保证了工程机械的灵活转向性能。转向机构转向机构是轮式工程机械转向系统的核心部件，主要由转向轮和转向机构总成组成。转向轮承担着转向驱动的作用，通过与地面接触实现机械的转向。转向机构总成则负责控制转向轮的转向角度和转向速度。转向机构的设计要考虑转向半径、最大转向角、转向阻力等性能指标，确保机械能在狭小空间内灵活转向。转向传动机构转向传动轴：将转向盘的转动通过联轴节传递到转向液压缸或转向齿轮箱。采用钢制结构，设计时需考虑扭转刚度和强度。转向齿轮箱：将转向盘的转动通过齿轮啮合传递至驱动轮。常见的结构包括蜗杆-蜗轮、斜齿轮等。需要计算传动比和设计合理的齿形。转向液压缸：推拉式或摆动式设计，带来转动输出。液压传动能够提供大推力和控制柔性。需要匹配合适的液压系统参数。转向控制系统转向控制系统的组成包括操纵装置、转向执行机构和转向控制器。操纵装置用于接收操作员的转向指令，转向执行机构用于执行转向动作，而转向控制器负责对整个转向系统进行协调和控制。转向控制系统的工作原理是：操作员通过操纵装置输入转向指令，控制器接收指令后会根据实时状态信息调整转向执行机构的动作，从而实现机械设备的转向。这种闭环控制确保转向过程安全可靠。转向控制系统的设计需要考虑响应速度、转向精度、能耗效率等关键指标，以优化整体转向性能。同时还需要与整机的电气和液压系统进行协调配合。转向机构的设计转向机构作为轮式工程机械转向系统的核心部件，其设计关乎整机的操控性、稳定性和安全性。设计时需充分考虑工作环境、载荷条件等因素，以确保转向机构能可靠、高效地执行转向动作。转向轮的结构转向轮是轮式工程机械转向系统的核心组件。其结构主要包括轮胎、轮辋和转向轴。轮胎提供良好的操纵性和刚性,轮辋则传输转向力矩,转向轴与转向机构连接,实现转向动作。转向轮的结构设计需要考虑载荷、强度、刚性、耐用性等因素,确保转向操作的安全性和稳定性。2.转向轮的尺寸设计确定转向轮的轮胎和轮圈尺寸：根据工程机械的载重能力、运行速度等参数,合理选择轮胎的外径、宽度和轮圈的直径。设计合理的转向角度：考虑机械的转弯要求,确定前轮最大转向角度,通常不超过35度,以确保车身不会过度磨损。计算转向半径：根据机械的尺寸和转向角度,计算出最小转向半径,确保操作灵活、转弯方便。3.转向轮的材料选择轮式工程机械转向轮常用材料包括铸钢、合金钢和铝合金等。铸钢具有高强度和耐磨性，适用于大型重型工程机械。合金钢则能提供更好的抗疲劳性能，适用于中型机械。铝合金轻质耐腐蚀，适用于小型机械和移动机械。转向传动机构的设计转向传动机构是轮式工程机械转向系统的核心部件,其设计关系到整个机械的转向性能。主要包括转向传动轴、转向传动齿轮和转向液压缸的设计。转向传动轴的设计转向传动轴是连接转向机构和传动系统的关键部件。其设计需要考虑承受载荷、传递力矩、耐疲劳性等因素。转向传动轴常采用中空轴设计,以减轻重量并提高刚度。材料选择需要兼顾强度、刚性和抗腐蚀性能。转向传动轴的连接处采用球面轴承或万向节,以提高转向灵活性,同时也需要设计防护措施避免灰尘侵入。转向传动齿轮的设计转向传动齿轮是转向系统中重要的传动部件之一。其设计需要考虑传动比、承载能力和强度等因素。合理的齿轮尺寸和材料选择可以确保转向系统的可靠性和高效性。选择合适的传动比以匹配转向机构的运动特性计算齿轮的承载能力,确保其能承受转向过程中的冲击载荷选用合适的齿轮材料,如合金钢,以提高齿轮的强度和耐磨性3.转向液压缸的设计选择合适的液压缸尺寸：根据机械臂的承载能力、转向角度和转向速度等参数,选择合适的液压缸直径和行程。确定液压缸的安装位置：根据整机布局,确定液压缸的最佳安装位置,以达到最佳的力传递效果。设计液压缸的固定支架：制作专门的固定支架,确保液压缸安装稳固可靠。支架材料应选用高强度钢材。选择合适的液压油管和接头：保证液压油路畅通无阻,确保转向操作灵活顺畅。液压系统的调试和试验：调试各项功能参数,进行转向性能试验,确保转向系统工作可靠。转向控制系统的设计转向控制系统是轮式工程机械转向系统的核心部分,负责实现对轮式工程机械转向角度和速度的精确控制,从而保证机械的转向灵活性和操作稳定性。转向控制系统的组成转向电控单元：负责接收操纵杆信号、处理数据并控制转向执行机构。转向执行机构：包括转向液压缸、转向电机等执行部件，根据控制指令进行转向动作。转向传感器：监测转向状态并反馈给电控单元，如转向角度传感器、转向油压传感器等。转向操纵装置：为操作者提供转向控制接口，如转向操纵杆、转向手轮等。2.转向控制系统的工作原理转向控制系统通过传感器检测方向盘转动角度和转速,将信号转换成电子信号传递给电子控制单元(ECU)。ECU根据接收的信号计算出所需的转向角度和转向速度,并指令转向执行机构(如转向液压缸)执行相应的转向动作。转向执行机构在ECU的控制下转动转向轮,从而实现车辆的转向。整个过程是实时动态调节的闭环控制系统。3.转向控制系统的参数设计控制系统参数的主要包括:转向角度、转向角速度、转向加速度等。这些参数需要根据工程机械的功能和作业环境进行合理的选择和设计。转向角度的设计需要考虑工程机械的最小转弯半径要求,同时还要兼顾驾驶员的操作舒适性。转向角速度和加速度则需要满足机械快速稳定转向的需求。此外,转向控制系统还需要设计相应的传感器、电子控制器、液压执行机构等,确保转向控制的精度、灵敏度和响应性。转向系统的性能评价转向系统的性能评价是确保轮式工程机械在复杂工况下可靠性和安全性的关键。从转向性能指标、试验方法和优化设计三个方面全面评估转向系统的设计可靠性。转向性能指标转向半径(TurningRadius):工程机械在狭小空间中的转弯能力，体现了转向系统的灵活性。转向角(SteeringAngle):前轮最大转向角度，反映了转向系统的转向能力。转向响应时间(SteeringResponseTime):操纵转向装置到前轮实际转向的时间延迟，表示转向系统的快速性。2.转向性能试验进行转向性能试验可以全面评估轮式工程机械的转向性能。包括:最小转弯半径:测试机械在最小转弯半径下的转弯性能。转向阻力:测试转向机构的操纵力矩与转向角度的关系。转向响应时间:测试转向控制系统的响应速度。转向稳定性:观察转向过程中的稳定性和可控性。3.转向系统的优化设计优化转向系统的关键指标，包括转向半径、转向力矩、转向稳定性等。利用