第1課轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理

汽車拖拉機(jī)學(xué)Ⅱ第四章汽車拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第1課轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理luzx@QQ：1607357229魯植雄教授2023/2/312023/2/32第四章汽車拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)本章內(nèi)容安排第1課轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理

第2課輪式車輛轉(zhuǎn)向系（1）第3課輪式車輛轉(zhuǎn)向系（2）第4課履帶拖拉機(jī)和手扶拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向系本節(jié)課的主要內(nèi)容一、轉(zhuǎn)向方式二、輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析三、履帶車輛轉(zhuǎn)向理論分析四、手扶拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向理論分析第四章汽車拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2023/2/33一轉(zhuǎn)向方式轉(zhuǎn)向方式：1、靠車輛的輪子相對(duì)車身偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度來(lái)實(shí)現(xiàn)2、靠改變行走裝置兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)3、既改變兩側(cè)行走裝置的驅(qū)動(dòng)力又使輪子偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)車輪轉(zhuǎn)向的實(shí)現(xiàn)方式：

前輪偏轉(zhuǎn)后輪偏轉(zhuǎn)前后輪偏轉(zhuǎn)折腰偏轉(zhuǎn)第四章汽車拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第1課轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理2023/2/34二輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析（一）運(yùn)動(dòng)學(xué)分析：轉(zhuǎn)向瞬心

前輪轉(zhuǎn)向四輪轉(zhuǎn)向RROOLLMM第四章汽車拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第1課轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理2023/2/35二輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析

為了滿足各車輪作純滾動(dòng)，車輛在轉(zhuǎn)向時(shí)各車輪軸心線應(yīng)通過(guò)同一瞬心軸線，此軸線垂直于地面，其投影點(diǎn)如圖中O點(diǎn)，水平投影車輛轉(zhuǎn)向時(shí)車身繞瞬心O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。因車輛轉(zhuǎn)向時(shí)的轉(zhuǎn)彎半徑R隨前輪偏轉(zhuǎn)角的變化而變化，所以稱O點(diǎn)為瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心。第四章汽車拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第1課轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理2023/2/36二輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析轉(zhuǎn)向時(shí)必須滿足三個(gè)條件：通過(guò)駕駛?cè)藛T的操縱來(lái)實(shí)現(xiàn)前輪的偏轉(zhuǎn)，車輪的偏轉(zhuǎn)的程度決定了車輛的轉(zhuǎn)彎半徑。兩前輪作純滾動(dòng)，要求內(nèi)側(cè)前輪偏轉(zhuǎn)角α比外側(cè)前輪偏轉(zhuǎn)角β要大，且兩偏轉(zhuǎn)角滿足阿克曼公式。轉(zhuǎn)向時(shí)兩驅(qū)動(dòng)輪應(yīng)具有不同的轉(zhuǎn)速，且內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速慢，外側(cè)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速快，即差速行駛。第四章汽車拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第1課轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理2023/2/37二輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析重要幾何參數(shù)：轉(zhuǎn)彎半徑R：轉(zhuǎn)向中心O到外轉(zhuǎn)向輪與地面接觸點(diǎn)之間的距離。

R=L／sinβ阿克曼公式：前輪轉(zhuǎn)向時(shí)四輪轉(zhuǎn)向時(shí)

式中：M——兩轉(zhuǎn)向節(jié)立軸與前輪軸心線交點(diǎn)之間距離；

L——車輛前后軸距。差速公式：

式中：n1、

n2——分別為慢、快速側(cè)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速；

R——轉(zhuǎn)彎半徑；

B——后軸輪距。第四章汽車拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第1課轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理2023/2/38二輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析（二）動(dòng)力學(xué)分析：

車輛在轉(zhuǎn)向時(shí)的受力比較復(fù)雜。為便于分析做以下假設(shè)：四輪車輛的兩前輪直接裝在同一前軸上，前軸中間與機(jī)體鉸接；車輛是低速轉(zhuǎn)向，這樣可以不考慮離心慣性力的影響。第四章汽車拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第1課轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理2023/2/39二輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析輪式車輛在水平地面上直行：

其牽引平衡方程為：

式中：Pq—驅(qū)動(dòng)輪的總推動(dòng)力，即兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪推力

Pq1與

Pq2之和

Pfc——前輪滾動(dòng)阻力，每側(cè)前輪滾動(dòng)阻力為0.5PfcPfq——驅(qū)動(dòng)輪滾動(dòng)阻力，每側(cè)驅(qū)動(dòng)輪滾動(dòng)阻力為0.5Pfq；

PT——掛鉤牽引阻力。第四章汽車拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第1課轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理2023/2/310二輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析輪式拖拉機(jī)在等速轉(zhuǎn)向行駛受力：

轉(zhuǎn)向時(shí)牽引平衡方程為：

式中：

——轉(zhuǎn)向時(shí)驅(qū)動(dòng)輪的總推力，

為兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪推力

與

之和；

——轉(zhuǎn)向時(shí)掛勾牽引力；

——作用線與車輛縱向?qū)ΨQ

軸線間的夾角。第四章汽車拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第1課轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理土壤對(duì)前輪產(chǎn)生的反作用力分解為軸向分力PB（側(cè)向反作用力）和切向分力，即為Pfc2023/2/311二輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析總轉(zhuǎn)向阻力矩的計(jì)算：車輛轉(zhuǎn)向時(shí)，土壤作用于車輛、并相對(duì)于O2點(diǎn)的總轉(zhuǎn)向阻力矩為各項(xiàng)阻力矩之和，即第四章汽車拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第1課轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理式中：――分別為前、后輪的轉(zhuǎn)向阻力矩；

LT——PT作用點(diǎn)至O2點(diǎn)的間距。2023/2/312二輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析車輛轉(zhuǎn)向時(shí)，地面作用于車輪的轉(zhuǎn)向力矩為第四章汽車拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第1課轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理因輪式車輛后橋（驅(qū)動(dòng)橋）裝有差速器，能將中央傳動(dòng)傳來(lái)的力矩近似平均地分配給兩則驅(qū)動(dòng)輪，所以可以假定因而式上式可寫成：2023/2/313二輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析根據(jù)穩(wěn)定轉(zhuǎn)向的條件，轉(zhuǎn)向力矩與轉(zhuǎn)向阻力矩相平衡，即第四章汽車拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第1課轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理由此可得轉(zhuǎn)向力PB為轉(zhuǎn)向力PB是土壤對(duì)偏轉(zhuǎn)的前輪產(chǎn)生的軸向反力，因而PB的大小取決于前輪和土壤間的側(cè)向附著性能。2023/2/314二輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析討論：拖拉機(jī)在抗壓、抗剪強(qiáng)度弱的地面上（如水田土壤、沙灘及松軟地面）轉(zhuǎn)向時(shí)，因附著性能變差、轉(zhuǎn)向力PB不足而轉(zhuǎn)向困難．對(duì)于輪式拖拉機(jī)而言，這時(shí)可以采用慢速側(cè)驅(qū)動(dòng)輪的適當(dāng)制動(dòng)以協(xié)助轉(zhuǎn)向汽車、拖拉機(jī)等車輛轉(zhuǎn)向會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷增大。假定直線行駛時(shí)掛鉤牽引力PT，比較車輛轉(zhuǎn)向與直線行駛時(shí)的牽引平衡方程式可知，轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)輪推力需增大，即第四章汽車拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第1課轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理車輛轉(zhuǎn)向時(shí)，因驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力增大而需要發(fā)動(dòng)機(jī)的功率相應(yīng)增大。2023/2/315三、履帶式車輛轉(zhuǎn)向理論分析（一）運(yùn)動(dòng)學(xué)分析履帶兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪角速度差：若兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪的角速度分別是，驅(qū)動(dòng)輪的節(jié)圓半徑為r，則線速度分別是：第四章汽車拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第1課轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理履帶車輛的轉(zhuǎn)向角速度W為結(jié)論：拖拉機(jī)兩側(cè)驅(qū)輪的角速度差值（

）越大，拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向角速度W越大，轉(zhuǎn)向半徑R小。2023/2/316三、履帶式車輛轉(zhuǎn)向理論分析（一）運(yùn)動(dòng)學(xué)分析轉(zhuǎn)向原理：履帶拖拉機(jī)兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩不相等時(shí)兩側(cè)履帶所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力也不同，這就會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)向力矩MB。當(dāng)其大于所有轉(zhuǎn)向阻力矩，拖拉機(jī)便能繞轉(zhuǎn)向瞬心軸線O轉(zhuǎn)向?？?、慢側(cè)履帶的線速度：第四章汽車拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第1課轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理車輛縱向?qū)ΨQ平面中心處的平均線速度V為2023/2/317三、履帶式車輛轉(zhuǎn)向理論分析（二）動(dòng)力學(xué)分析：

履帶拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)的阻力矩Mz可以認(rèn)為由兩部分組成：一是履帶在地面上相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由摩擦作用產(chǎn)生的阻力矩Mz1；二是由牽引力

的對(duì)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)中心形成的轉(zhuǎn)向阻力矩Mz2。即：

Mz=Mz1+Mz2

第四章汽車拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第1課轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理2023/2/318三履帶式車輛轉(zhuǎn)向理論分析第四章汽車拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第1課轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理1．無(wú)牽引負(fù)荷在水平地面上穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時(shí)，履帶的轉(zhuǎn)向阻力矩:Mz=Mz1無(wú)牽引負(fù)荷時(shí)，履帶的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)中心在履帶支持面中間，履帶車輛轉(zhuǎn)向時(shí)的阻力矩是由履帶與地面之間的摩擦、側(cè)向擠壓、剪切以及履帶滑轉(zhuǎn)、土壤推力作用線的橫向偏移等諸多因素引起的阻力矩的合成，單獨(dú)分析和計(jì)算它們對(duì)轉(zhuǎn)向阻力矩的影響比較困難。一般是通過(guò)實(shí)驗(yàn)，測(cè)取轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)值，用轉(zhuǎn)向摩擦阻力矩Mz1的形式來(lái)反映無(wú)牽引負(fù)荷時(shí)履帶拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向阻力矩，使分析簡(jiǎn)化。2023/2/319三履帶式車輛轉(zhuǎn)向理論分析第四章汽車拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第1課轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理無(wú)牽引負(fù)荷設(shè)履帶的接地壓力均勻分布，其值為：0.5Gs／bL0Gs為車輛使用重量，b為單側(cè)履帶寬度，L0為履帶接地長(zhǎng)度微小面積bdx上重量產(chǎn)生的摩擦力對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)極線O1O2（履帶接地長(zhǎng)度的中心連線）的力矩dM為兩條履帶轉(zhuǎn)向阻力矩之和Mz為結(jié)論：拖拉機(jī)越重，履帶接地長(zhǎng)度L0越大，越向阻力矩Mz也越大。2023/2/320三履帶式車輛轉(zhuǎn)向理論分析第四章汽車拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第1課轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理2．有牽引阻力在水平地面穩(wěn)定轉(zhuǎn)向，履帶拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向阻力矩為，由于牽引阻力的影響，履帶的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)極線位置由原來(lái)在接地長(zhǎng)度的中心，即0.5L0處向后移動(dòng)距離為X0摩擦阻力引起的轉(zhuǎn)向阻力矩Mz1為去掉較小項(xiàng)時(shí)，則得2023/2/321三履帶式車輛轉(zhuǎn)向理論分析2023/2/322第四章汽車拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第1課轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理2．有牽引阻力牽引負(fù)荷的橫向分力引起的轉(zhuǎn)向阻力矩Mz2為討論：轉(zhuǎn)向力矩MB是由兩側(cè)履帶土壤推力不相等而形成的，當(dāng)它足以克服轉(zhuǎn)向阻力矩時(shí)，即總轉(zhuǎn)向阻力矩Mz為：則，履帶拖拉機(jī)便能轉(zhuǎn)向。2023/2/322四手扶拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向理論分析直行時(shí)，兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪的土壤推力相等，即Pq1=Pq2。轉(zhuǎn)向時(shí)，內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力被停止傳遞，驅(qū)動(dòng)力矩為零，即Pq1＝0，但驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)阻力仍為0.5Pf。此時(shí)拖拉機(jī)的全部動(dòng)力傳遞給外側(cè)驅(qū)動(dòng)輪，其驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)力矩為M0，驅(qū)動(dòng)半徑為rq，其驅(qū)動(dòng)力Pq2為：第四章汽車拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第1課轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理轉(zhuǎn)向力矩MB：2023/2/323四手扶拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向理論分析尾輪偏轉(zhuǎn)角時(shí)，土壤對(duì)尾輪作用一側(cè)向力PB，該力對(duì)驅(qū)動(dòng)橋中心的作用力臂為L(zhǎng)cosα

、力矩PBLcosα

有助于拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向?？傓D(zhuǎn)向力矩為第四章汽車拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第1課轉(zhuǎn)向方式與轉(zhuǎn)向原理總轉(zhuǎn)向阻力矩2023/2/324小結(jié)分析了車輛的幾種轉(zhuǎn)向方式進(jìn)行了輪式車輛轉(zhuǎn)向理論分析（運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)）進(jìn)行了履帶車輛轉(zhuǎn)向理論分析（運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)）進(jìn)行了手扶拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向理論分析第四章汽車拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)第1課轉(zhuǎn)向