拖拉机转向系

Pfctg
前轮和土壤间的侧向附着性能
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。
PB cGc
c —前轮侧向附着系数。前轮胎面的纵向环状 条形花纹可增大 c 值；
Gc ―前轮对土壤的垂直作用力。
13.2 轮式车辆转向系
一、偏转车轮式转向 系统基本组成
4．齿轮齿条式转向器
➢齿轮齿条转向机构由方向盘、转向轴、方向节、 转动轴、转向器、转向传动杆和转向轮等组成。 ➢方向盘操纵转向器内的齿轮转动，齿轮与齿条 紧密啮合，推动齿条左、右移动，通过传动杆带 动转向轮摆动，从而改变轿车行驶的方向。
齿轮齿条式转向器图示
转向过程： 转向盘－转向轴－万向 节－转向器－转向轮
△P
路面对车轮的附 加力△P使行星齿 轮受力不平衡， 产生自转力矩。
△P △P
由于行星齿轮的公转与自转同时发生，转弯时外 轮快转，内轮慢转，两轮产生差速。
转弯行驶时转速关系
当行星齿轮除公转外，还绕本身的行星齿轮
轴以角速度 3自转时，
啮合点A的圆周速度为 1r 0r 3r3 啮合点B的圆周速度为 2r 0r 3r3
ctg ctg M
该式即为阿克曼公式。
L
（3-1）
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。
若为前、后轮同时异相位偏转转向，如图3-2b则式3-1为：
ctg ctg M
2L
两侧驱动轮的转速关系
转向时，两个驱动轮在同一时间内走过的路程 是不相等的，外侧驱动轮转得要快，而内侧驱动轮 转得慢，即
三、转向传动机构
功用： 将转向器输出的力传给转向轮，且使二转向 轮偏转角按一定的关系变化，实现汽车顺利转向。
要求： 较大的刚度和强度 吸收振动、缓冲
分类： 前置式、后置式 非独立悬架配用转向传动机构、独立悬架配
用转向传动机构、
配合非独立悬架的转向传动机构
4
5 3 2
6 1
1-转向器 2-摇臂 3-纵拉杆 4-节臂 5-梯形臂 6-横拉杆
1-下盖 2-壳体 3-球面蜗杆 4-锥轴承 5-转向轴 6-滚轮轴 7-滚针 8-三齿滚轮 9-调整垫片 10-U型垫圈 11-螺母 12-铜套 13-摇臂 14-摇臂轴
2.螺杆螺母循环球式转向器
结构：有两级传动副：第一级是螺杆螺母循环球，因
钢球夹入螺杆螺母之间，变滑动摩擦为滚动摩擦，
提高了传动效率。
前轮滚动阻力为0．5Pfc Pfq ——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。
Pq1
PT
Pq2
轮式拖拉机等速转向行驶受力
0.5Pfc
Mzc
0.5Pfq
P
B
O1
Mzq
0.5Pfc 0.5Pfq
O2 O
LT q2
T
转向时的牵引平衡方程为：
Pq Pfq Pfc cos PB sin PT cos
1r＋2r (0r 3r3 ) (0r 3r3 )
1 2 20或n1 n2 2n0
2．动力学分析
在上述差速器中，由中央传动或主减速器传来 的转矩M0经差速器壳、行星齿轮轴和行星齿轮传 给半轴齿轮。行星齿轮相当一个等臂杠杆，而两个 半轴齿轮半径也是相等的。因此当行星齿轮没有自 转时，总是将转矩M0平均分配给左、右两半轴齿 轮，即：
n2 R 0.5B n1 R 0.5B
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。
（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。
为了满足这一要求，车辆在转向时各车轮轴心 线应通过同一瞬心轴线，其投影点如图3-2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。
转向演示
轮式车辆转向过程
O O
a-前轮转向
b-四轮异相位转向
后轮驱动的4×2轮式车辆转向
第十三章 转向系
主要内容： 13.1 转向方式与转向原理转向器 13.2 轮式车辆转向系 重点：转向系统的基本组成及其工作原理 难点： 车辆转向原理；各种转向方式的工作原理；
13.1 转向方式与转向原理
一、转向方式（有三种） 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。
当转向轮独立悬挂时，每个转向轮都需要相 对于车架作独立运动，因而转向桥必须是断开式 的。与此相应，转向传动机构中的转向梯形也必 须分成两段或三段，并且由在平行于路面的平面 中摆动的转向摇臂直接带动或通过转向直拉杆和 转向节臂带动。
转向传动机构部件
1、转向摇臂 大端与转向摇臂轴相
连，小端与转向拉杆绞接。 摇臂与摇臂轴安装时
轮式车辆在水平地面上直行和低速稳定转向时的 受力如图3-3、图3-4所示。
0.5Pfc
0.5Pfc
0.5Pfq
0.5Pfq
轮式拖拉机等速直线行驶受力
Pq Pq1 Pq2 Pfc Pfq PT
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
第一级螺杆螺
母传动副
第二级齿条齿 扇传动副
循环球式转向器工作过程
特点： 正传动效率很高， 操纵轻便，使用 寿命长。但逆效 率也高，容易将 路面冲击力传到 转向盘上。
3．螺杆曲柄指销式转向器
该转向器的传动副以转向蜗杆5为主动件，其从动件是 装在摇臂轴2上曲柄4端部的指销。曲柄销插在蜗杆的螺旋槽 中。转向时蜗杆转动，使曲柄销绕摇臂轴作圆弧运动，同时 带动摇臂轴转动。
式中：
M zc、M zq―分别为前、后轮的转向阻力矩；
LT—PT作用点至O2点的间距。
车轮的转向力矩
车辆转向时，地面作用于车轮的转向力矩为 ：
M B 0.5B(Pq2 Pq1) LPB cos
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 成
1、轮间差速器 轴间差速器 2、普通差速器 防滑差速器
（一） 简单（普通）差速器
1、运动学分析
A6
5C
B
3 3r
3 3r
0r
0r
C
C
A
r3 B
A
3
B
1
2
1
2
3
3
3
4
1、2-半轴齿轮 3-行星齿轮 4-行星齿轮轴 5-差速器壳体 6主减速器从动齿轮
差速器工作原理
A、运动特性：
直线行驶时： n1=n2=nk
的自由行程为20o～30o。
1-转向节臂 2-横拉杆 3-转向拉杆 4-前轴 5-纵拉杆 6-转向摇臂 7-转向器 8-方向盘
（二）转向器
功用：
增大转向盘传到转向节的力，并改变力的传递方 向。
概念：
正向传动：作用力从转向盘传到转向摇臂的过程。 逆向传动：转向摇臂将地面的冲击力传到转向盘 的过程。
直线行驶时，行 星齿轮没有自转， 转矩平均分配给 左、右半轴。
普通差速器结构
行星锥齿轮差速器
桑塔纳轿车差速器分解图
差速器工作情况
行星齿轮运动：
➢转向操纵机构 ➢转向器 ➢转向传动机构
分类
转向摇臂
转向直拉杆 转向节臂
转向器
转向轴
转向万向节
转向盘
转向节
梯形臂
横拉杆
机械转向系
转向梯形
机械式转向系的工作过程
动力转向系
机械转向器 转向摇臂 转向拉
梯形臂
转向横拉杆
二、转向操纵机构及转向器
（一）转向操纵机构 方向盘 操纵杆两类 轮式车辆方向盘
快速侧：
慢速侧：
M1 0.5(M 0 M T ) M 2 0.5(M 0 M T )
锁紧系数K :
K M2 / M1
扭矩特性
右转弯时，行星齿轮自转，产生摩擦转矩 M4，使转速快的半轴1的转矩减小，使转 速快的半轴2的转矩增大，但由于M4，很 小，半轴1、2的转矩几乎不变，仍为平均 分配。
（二）转向器
概念：
极限可逆式转向系：当地面冲击力很大时，冲击 力才能传到转向盘上，即正效率远大于逆效率的 转向器。 转向盘由行程：转动转向盘消除传动副之间的间 隙后，车轮才偏转，此时转向盘转过的角度为转 向盘自由行程。
1．球面蜗杆滚轮式转向器
其传动副 是一个球 面蜗杆和 带有几个 齿的滚轮 构成。
式中：
Pq —转向时驱动轮的总推力，为两侧驱动轮推
力与之和；
PT —转向时挂勾牵引力；
— PT 作用线与车辆纵向对称轴线间的夹
角。
总转向阻力矩
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：
M
Mzc Mzq pT LT sin LPfc sin
对于后轮驱动的4×2轮式车辆，转向时必须满足 以下三个条件： （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； （3）两后轮作纯滚动。
两轮偏转角的关系
（2）两前轮作纯滚动，要求内侧前轮偏转角 比外
侧前轮偏转角 要大，内、外侧前轮偏转角的关系为：
3、转向横拉杆
两接头借螺纹与横拉杆体连接。接头旋装到横 拉杆体上后，用夹紧螺栓夹紧。横拉杆体两端的螺 纹，一为右旋，一为左旋。因此，在旋松夹紧螺栓 以后，转动横拉杆体，可改变横拉杆的总长度，来 调节前轮前束