拖拉机转向系

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。汽车与大多数轮式拖拉机采用第一种转向方式，履带拖拉机和无尾轮手扶拖拉机采用第二种转向方式，有尾轮手扶拖拉机及轮式拖拉机在某种情况下（如在田间作业时）采用第三种转向方式。偏转车轮转向的几种型式a-偏转前轮b-偏转后轮c-偏转前后轮d-折腰二、轮式车辆转向理论分析（一）运动学分析轮式车辆顺利完成转向的基本要求：各车轮作纯滚动。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OOa-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。两轮偏转角的关系该式即为阿克曼公式。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：LMctgctg（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：2LMctgctg（3-1）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5.05.012BRBRnn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。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。轮式拖拉机等速直线行驶受力Pq2Pq1PT0.5Pfc0.5Pfq0.5Pfc0.5Pfq21TfqfcqqqPPPPPP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。轮式拖拉机等速转向行驶受力q2LTTO2O1PBMzqMzc0.5Pfq0.5Pfq0.5Pfc0.5PfcO转向时的牵引平衡方程为：cossincosTBfcfqqPPPPP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。qPTPTP总转向阻力矩sinsinfcTTzqzcLPLpMMM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：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、车轮的转向力矩cos)(5.012BqqBLPPPBM车辆转向时，地面作用于车轮的转向力矩为：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1qP2qPcosBBLPM转向时力矩的平衡根据稳定转向的条件，转向力矩与转向阻力矩相平衡，即：MMBsinsincosfcTTzqzcBLPLpMMLPtgPLPLMMPfcTTzqzcBcossin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。ccBGP—前轮侧向附着系数。前轮胎面的纵向环状条形花纹可增大值；Gc―前轮对土壤的垂直作用力。cc13.2轮式车辆转向系一、偏转车轮式转向系统基本组成转向操纵机构转向器转向传动机构分类机械转向系转向盘转向轴转向万向节转向器转向摇臂转向直拉杆转向节臂转向节梯形臂横拉杆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杆转向节梯形臂转向横拉杆转向油罐转向油泵转向控制阀转向动力缸二、转向操纵机构及转向器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（一）转向操纵机构方向盘操纵杆两类轮式车辆方向盘的自由行程为20o～30o。（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。（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。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。第一级螺杆螺母传动副第二级齿条齿扇传动副2.螺杆螺母循环球式转向器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。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－转向轮齿轮齿条式转向器的工作过程特点：与蜗杆扇形齿轮等其它类型的转向机构比较，省去了转向摇臂和转向纵拉杆，简化传动机构，具有构件简单，传动效率高的优点。而且它的逆传动效率也高，在车辆行驶时可以保证偏转车轮的自动回正，驾驶者的路感性强。应用：上海桑塔纳、天津夏利、南京依维柯轻型货车三、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5643211-转向器2-摇臂3-纵拉杆4-节臂5-梯形臂6-横拉杆配合独立悬架转向传动机构1249857631-摇臂2-直拉杆3、4左右横拉杆5、6-左右梯形臂7-摇杆8、9-悬架左右摆臂配独立悬架的转向传动机构1—转向摇臂；2—转向直拉杆；3—左转向横拉杆；4—右转向横拉杆；5—左梯形臂；6—右梯形臂；7—摇杆；8—悬架左摆管；9—悬架独立悬架转向传动机构的特点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要对正记号，以保证摇臂从中间向两边摆动时摆角大致相同。2、转向主拉杆在转向轮偏转而且因悬架弹性变形而相对于车架跳动时，转向直拉杆与转向摇臂及转向节臂的相对运动都是空间运动。因此，为了不发生运动干涉，三者之间的连接件都是球形铰链。接转向节臂螺塞调弹簧6的预紧度油嘴球头销直拉杆接转向摇臂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，来调节前轮前束四、差速器功用：使左右车轮可以不同的转速进行纯滚动或直线行驶。将主减速器传来的扭矩平均分给两半轴，使两侧的车轮驱动力相等。分类：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213564BCA12ACB0rACB3r30rr33333r31、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1、运动学分析差速器工作原理A、运动特性：直线行驶时：n1=n2=nk直线行驶时当行星齿轮3只随行星架绕差速器旋转轴线公转时，处在同一半径r上的A、B、C三点的圆周速度都相等（图3-17b），其值为r。于是有：0021即差速器不起差速作用，两半轴角速度等于差速器壳的角速度。转弯行驶时由于自转力矩的产生，行星齿轮与行星齿轮轴之间产生摩擦力矩。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。△P△P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的圆周速度为啮合点B的圆周速度为3301rrr3302rrr)()(33033021rrrrrr＋02102122nnn或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：0215.0MMM＝＝扭矩分配转向时行星齿轮孔与行星齿轮轴间以及齿轮背部与差速器壳之间都产生摩擦。行星齿轮所受的摩擦力矩MT方向与其转速n4方向相反；此摩擦力矩使行星齿轮分别对左右半轴齿轮附加作用了大小相等两方向相反的两个圆周力F1和F2。F1使传到转得快的半轴上的转矩M1减小，而F2却使传到转得慢的右半轴上的转矩M2增加。因此，当左右驱动车轮存在转速差时，)(5.001TMMM)(5.002TMMM快速侧：慢速侧：12/MMK锁紧系数K:扭矩特性直线行驶时，行星齿轮没有自转，转矩平均分配给左、右半轴。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。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：1、公转2、自转直线行驶时的差速器转弯行驶时的差速器（二）防滑差速器1、强制锁住式差速器在路况不好时，通过使用差速锁，使两根半轴连成一体，防止一侧车轮打滑使另一侧车轮不能驱动。2、自锁式差速器在两半轴转速不等时，行星齿轮自转，差速器所受摩擦力矩与快转半轴旋向相反，与慢转半轴旋向相同，故能够自动地向慢转一方多分配一些转矩。差速锁结构简图差速锁差速锁a-半轴与差速器壳联接b-两半轴联接差速锁差速锁牙嵌自由轮式差速器1、2-差速器壳体3-主动环4-从动环5-弹簧6-垫圈7-花键毂8-消声环9-中心环10-卡环11-中心环装配孔牙嵌自由轮式差速器工作原理3498A1、2-差速器壳体3-主动环4-从动环5-弹簧6-垫圈7-花键毂8-消声环9-中心环10-卡环11-中心环装配孔2．滑块凸轮式差速器1-外凸轮2、7-左、右差速器壳体3、4-卡环5-滑块6-内凸轮12ff126滑块凸轮式差速器工作原理五、转向加力装置采用动力转向的车辆转向所需的能量，在正