第1课 转向方式与转向原理

《汽车拖拉机学Ⅱ》课件汽车拖拉机学Ⅱ第四章汽车拖拉机转向系统第1课转向方式与转向原理[e-mail]：1607357229鲁植雄教授2020/3/31《汽车拖拉机学Ⅱ》课件2020/3/32第四章汽车拖拉机转向系统本章内容安排第1课转向方式与转向原理第2课轮式车辆转向系（1）第3课轮式车辆转向系（2）第4课履带拖拉机和手扶拖拉机转向系《汽车拖拉机学Ⅱ》课件本节课的主要内容一、转向方式二、轮式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第四章汽车拖拉机转向系统2020/3/33《汽车拖拉机学Ⅱ》课件一转向方式转向方式：1、靠车辆的轮子相对车身偏转一个角度来实现2、靠改变行走装置两侧的驱动力来实现3、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2020/3/34《汽车拖拉机学Ⅱ》课件二轮式车辆转向理论分析（一）运动学分析：转向瞬心前轮转向四轮转向RROOLLMM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2020/3/35《汽车拖拉机学Ⅱ》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O点，水平投影车辆转向时车身绕瞬心O点转动。因车辆转向时的转弯半径R随前轮偏转角的变化而变化，所以称O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2020/3/36《汽车拖拉机学Ⅱ》课件二轮式车辆转向理论分析转向时必须满足三个条件：①通过驾驶人员的操纵来实现前轮的偏转，车轮的偏转的程度决定了车辆的转弯半径。②两前轮作纯滚动，要求内侧前轮偏转角α比外侧前轮偏转角β要大，且两偏转角满足阿克曼公式。③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2020/3/37《汽车拖拉机学Ⅱ》课件二轮式车辆转向理论分析重要几何参数：转弯半径R：转向中心O到外转向轮与地面接触点之间的距离。R=L／sinβ阿克曼公式：前轮转向时四轮转向时式中：M——两转向节立轴与前轮轴心线交点之间距离；L——车辆前后轴距。差速公式：式中：n1、n2——分别为慢、快速侧驱动轮转速；R——转弯半径；B——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2020/3/38《汽车拖拉机学Ⅱ》课件二轮式车辆转向理论分析（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：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，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2020/3/39《汽车拖拉机学Ⅱ》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：其牵引平衡方程为：式中：Pq—驱动轮的总推动力，即两侧驱动轮推力Pq1与Pq2之和Pfc——前轮滚动阻力，每侧前轮滚动阻力为0.5PfcPfq——驱动轮滚动阻力，每侧驱动轮滚动阻力为0.5Pfq；PT——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21TfqfcqqqPPPPPP2020/3/310《汽车拖拉机学Ⅱ》课件二轮式车辆转向理论分析轮式拖拉机在等速转向行驶受力：转向时牵引平衡方程为：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反作用力分解为轴向分力PB（侧向反作用力）和切向分力，即为PfccossincosTBfcfqqPPPPP2020/3/311《汽车拖拉机学Ⅱ》课件二轮式车辆转向理论分析总转向阻力矩的计算：车辆转向时，土壤作用于车辆、并相对于O2点的总转向阻力矩为各项阻力矩之和，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fcTTzqzcLPLpMMM式中：――分别为前、后轮的转向阻力矩；LT——PT作用点至O2点的间距。zqzcMM、2020/3/312《汽车拖拉机学Ⅱ》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矩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配给两则驱动轮，所以可以假定因而式上式可写成：cos)(5.012BqqBLPPPBM'21qPqPcosBBLPM2020/3/313《汽车拖拉机学Ⅱ》课件二轮式车辆转向理论分析根据稳定转向的条件，转向力矩与转向阻力矩相平衡，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由此可得转向力PB为MMBsinsincosfcTTzqzcBLPLpMMLPtgPLPLMMPfcTTzqzcBcossin转向力PB是土壤对偏转的前轮产生的轴向反力，因而PB的大小取决于前轮和土壤间的侧向附着性能。ccBGP2020/3/314《汽车拖拉机学Ⅱ》课件二轮式车辆转向理论分析讨论：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．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以协助转向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PT，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，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ccBGPfcBqqqPPPPP)cos1(sinqP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。2020/3/315《汽车拖拉机学Ⅱ》课件三、履带式车辆转向理论分析（一）运动学分析履带两侧驱动轮角速度差：若两侧驱动轮的角速度分别是，驱动轮的节圆半径为r，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ω)B5.0R(ωrVω)B5.0R(ωrV1122BrBRrBRrW)(5.05.01212结论：拖拉机两侧驱轮的角速度差值（）越大，拖拉机的转向角速度W越大，转向半径R小。122020/3/316《汽车拖拉机学Ⅱ》课件三、履带式车辆转向理论分析（一）运动学分析转向原理：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，这就会产生转向力矩MB。当其大于所有转向阻力矩，拖拉机便能绕转向瞬心轴线O转向。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ω)B5.0R(Vω)B5.0R(V12车辆纵向对称平面中心处的平均线速度V为ωRV2020/3/317《汽车拖拉机学Ⅱ》课件三、履带式车辆转向理论分析（二）动力学分析：履带拖拉机转向时的阻力矩Mz可以认为由两部分组成：①一是履带在地面上相对转动时由摩擦作用产生的阻力矩Mz1；②二是由牵引力的对相对转动中心形成的转向阻力矩Mz2。即：Mz=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2020/3/318《汽车拖拉机学Ⅱ》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TP在水平地面上稳定转向时，履带的转向阻力矩:Mz=Mz1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。一般是通过实验，测取转向阻力系数值，用转向摩擦阻力矩Mz1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。2020/3/319《汽车拖拉机学Ⅱ》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：0.5Gs／bL0Gs为车辆使用重量，b为单侧履带宽度，L0为履带接地长度微小面积bdx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dM为xdxLGbxdxbLGdMss005.05.0两条履带转向阻力矩之和Mz为05.0000145.04LsszzLGxdxLGMM结论：拖拉机越重，履带接地长度L0越大，越向阻力矩Mz也越大。2020/3/320《汽车拖拉机学Ⅱ》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在水平地面稳定转向，履带拖拉机的转向阻力矩为，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的中心，即0.5L0处向后移动距离为X0摩擦阻力引起的转向阻力矩Mz1为21zzzMMM00005.002005.000001214)5.05.02xLxLssszLxLGxdxLGxdxLGM（去掉较小项时，则得4LGμ0s1zM2020/3/321《汽车拖拉机学Ⅱ》课件三履带式车辆转向理论分析2020/3/322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牵引负荷的横向分力引起的转向阻力矩Mz2为讨论：转向力矩MB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)(sin02xlPMTz总转向阻力矩Mz为：)(sin40021xlPLGMMMTszzzzqqBMPPM)(5.012＝则，履带拖拉机便能转向。2020/3/322《汽车拖拉机学Ⅱ》课件四手扶拖拉机转向理论分析直行时，两侧驱动轮的土壤推力相等，即Pq1=Pq2。转向时，内侧驱动轮动力被停止传递，驱动力矩为零，即Pq1＝0，但驱动轮的滚动阻力仍为0.5Pf。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M0，驱动半径为rq，其驱动力Pq2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qqrMP02转向力矩MB：qqqqBrMBBPPPBM02125.05.0)(5.02020/3/323《汽车拖拉机学Ⅱ》课件四手扶拖拉机转向理论分析尾轮偏转角时，土壤对尾轮作用一侧向力PB，该力对驱动桥中心的作用力臂为Lcosα、力矩PBLcosα有助于拖拉机转向。总转向力矩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cos5.00LPrMBMBqB＋总转向阻力矩sin)(TTzqzcLLPMMM2020/3/324《汽车拖拉机学Ⅱ》课件小结1.分析了车辆的几种转向方式2.进行了轮式车辆转向理论分析（运动学、动力学）3.进行了履带车辆转向理论分析（运动学、动力学）4.进行了手扶拖拉机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2020/3/325《汽车拖拉机学Ⅱ》课件思考题1.汽车拖拉机的转向方式有哪些种？其各自特点及适用场合是什么？2.试进行轮式车辆转向时的运动学分析和动力学分析。3.试进行履带拖拉机转向时的运动学分析和动力学分析。4.试进行手扶拖拉机转向时的运动学分析和动力学分析。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2020/3/326《汽车拖拉机学Ⅱ》课件本节课内容结束下一讲第2课轮式车辆转向系（1）第四章汽车拖拉机的转向系统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2020/3/327