工程機械設計-陳海虹課件第5章-輪式工程機械轉向系

第五章輪式工程機械轉向系功能：根據(jù)需要使車輛靈活的改變行駛方向；保持車輛直線行駛的穩(wěn)定性。組成：轉向器，轉向傳動裝置，以及動力轉向裝置。設計要求：1.工作可靠。轉向系對車輛的行駛安全性關系極大，其零部件應有足夠的強度、剛度和壽命，可通過合理的選擇材料和結構來保證。2.

操縱輕便靈活。方向盤操縱力要小，方向盤回轉圈數(shù)不宜過多。3.方向盤上有路感且能夠自動回正。車輛轉向時，駕駛員應能從方向盤上感覺到路面的不平度，轉向結束后轉向輪應能自動回正。4.行駛時系統(tǒng)應該穩(wěn)定。工程機械行駛時，方向盤不能有嚴重的抖動和擺動；要減少通過轉向操縱系統(tǒng)傳到方向盤上的路面沖擊力。5.轉向時車輪側向滑動小，從而減少輪胎磨損，實現(xiàn)轉向輕便。6.轉向半徑小，以提高車輛的機動性。7.結構合理。轉向系的調(diào)整應盡量少而簡便。第一節(jié)轉向方式的選擇1.偏轉車輪轉向：整體式車架，其轉向是通過車輪相

對車架偏轉來實現(xiàn)。2.鉸接轉向：鉸接式車架，其轉向是通過前、后

車架相對偏轉來實現(xiàn)。3.滑移轉向：整體式車架，其轉向是通過改變左

右兩側車輪的轉速來實現(xiàn)。

類型

偏轉前輪式偏轉后輪式全輪轉向式蟹行轉向1.偏轉車輪轉向偏轉后輪式：工作裝置前置的機器。有利于簡化結構，提高作業(yè)性能。全輪轉向一般用于機身較長，常在狹窄場地工作的機器。可提高作業(yè)時的整體穩(wěn)定性斜行轉向機械的橫坡行駛示意圖2.鉸接轉向

優(yōu)點：可用非轉向橋?qū)崿F(xiàn)全橋驅(qū)動；結構簡單，轉向靈活缺點：行駛穩(wěn)定性差；轉向后不能自動回正；轉向過程可能產(chǎn)生循環(huán)功率；前后車架間的傳動布置困難。鉸接轉向一般用于驅(qū)動力較大、速度較低的工程機械上。3.滑移轉向

特點：整體剛性車架；轉向時兩側車輪角速度有速差。優(yōu)、缺點：轉向靈活，可原地轉向；轉向時輪胎有側滑現(xiàn)象?；妻D向一般用于要求結構緊湊的小型工程機械上。不同轉向方式的比較序號項目偏轉前輪偏轉后輪偏轉前后輪鉸接轉向滑移轉向12345678轉向半徑對準工作面駕駛路線判斷轉向時輪胎磨損結構復雜程度轉向系與傳動系的關系整機縱向穩(wěn)定性整機橫向穩(wěn)定性大一般方便一般復雜不相關良好一般大方便較差一般復雜不相關良好一般小一般方便較小最復雜不相關良好一般較小方便方便小簡單不相關較差略差最小方便方便最大簡單相關差一般第二節(jié)車輪轉向時的受力分析一、車輪轉向時的受力分析1.單個從動輪沿直線滾動時的受力分析滾動阻力：滑動阻力：車輪沿直線方向滾動的條件為：車輪不產(chǎn)生滑動的條件為：2.單個從動輪轉向時的受力分析車輪滾動條件為車輪在推力P方向不產(chǎn)生側滑的條件為：所以，時的β角應該為車輪偏轉角的極限值，即3.單個驅(qū)動輪轉向時的受力分析

不論在直線或彎道上行駛，只要驅(qū)動輪與地面之間有足夠的附著力，驅(qū)動力總可以使車輪滾動。二、轉向阻力矩計算

轉向阻力矩Mz與轉向橋負荷、輪胎結構和氣壓、前輪定位、地面狀況等許多因素有關，因此精確計算轉向阻力矩有困難。轉向系統(tǒng)的設計是按照原地轉向阻力矩進行的。1.塔布萊克推薦公式2.雷索夫推薦公式二、轉向阻力矩計算1.塔布萊克推薦公式二、轉向阻力矩計算2.雷索夫推薦公式第三節(jié)偏轉車輪轉向系設計設計原則：

偏轉車輪轉向時，要保證所有車輪都作純滾動，即應使轉向時所有車輪均繞一個共同的瞬時中心作弧形滾動。轉向半徑：車輪偏轉角：一、轉向連桿機構（轉向梯形機構）轉向橋轉向驅(qū)動橋轉向梯形前置式轉向梯形后置式(優(yōu)先)轉向梯形機構分四連桿和六連桿兩大類轉向四連桿機構轉向橫拉桿梯形臂

轉向機構實際為空間機構，設計時簡化為平面機構計算。轉向梯形的結構設計采用相似理論和優(yōu)化理論。對于B與L比值相同的一類機械，α與β的關系是相同的；根據(jù)幾何相似原理，這一類機械只要知道一組橫拉桿長度a、梯形臂長度c的最優(yōu)值，其它情況可以按比例得出。軸距系數(shù)：橫拉桿長度系數(shù)：梯形臂長度系數(shù)：主銷距離為一個單位長度（kb＝1）的輪式機械，其軸距為kL，求橫拉桿長度ka、梯形臂長度kc。理論偏轉角β：由偏轉角關系式計算得到。實際偏轉角β’：由轉向梯形結構的平面幾何關系得到。優(yōu)化目標：在梯形臂長度系數(shù)kc給定時，調(diào)整橫拉桿長度系數(shù)ka

，總能找到一個ka值，滿足△βmax最小，也就是該kc下的最優(yōu)ka值。

轉向梯形后置時橫拉桿長度系數(shù)ka的最優(yōu)值kL

kc1.41.61.82.02.22.42.62.83.03.23.43.60.100.90490.91360.92090.92720.93270.93740.94150.94510.94840.95130.95390.95620.120.88790.89800.90660.91390.92030.92580.93070.93500.93880.94210.94520.94790.140.87140.88290.89270.90110.90830.91460.92010.92500.92930.93320.93670.93990.160.85550.86840.87920.88860.89660.90370.90980.91530.92010.92450.92840.93190.180.84020.85430.86620.87640.88530.89300.89980.91580.91120.91590.92030.92420.200.82550.84070.85360.86470.87430.88260.89000.89650.90240.90760.91230.91650.220.81130.82750.84140.85320.86350.87250.88050.88750.89380.89940.90440.90900.240.79760.81480.82950.84210.85310.86270.87110.87860.88530.89140.89680.90170.260.78430.80250.81800.83140.84300.85310.86210.87000.87710.88350.88930.8945實際設計中，四連桿機構的最小傳動角不能太小。傳動角γ越大，有效分力越大，徑向壓力越小，對機構的傳動越有利。在機構運動過程中，傳動角的大小是變化的；為了保證機構的傳動性能良好，設計時應使γmin

≥30°。γ三、對頂曲柄機構

對頂曲柄機構是另一種常用的機械式轉向機構。它與全液壓轉向系統(tǒng)結合后，結構緊湊，容易實現(xiàn)較大的偏轉角。

轉向節(jié)臂

連桿連桿雙出桿油缸四、多轉向橋的轉向機構

多轉向橋的偏轉車輪轉向原理與單轉向橋相同，即盡量使各輪軸線在地面的投影交于一點。

每個轉向橋都布置轉向梯形機構轉向橋間布置橋間連桿機構第四節(jié)鉸接式車架轉向系設計一、鉸接式機械轉向時的轉彎半徑(1)K＜0.5時，R

1－R

2＞0，前外輪的轉向半徑為機器的轉向半徑。(2)K＞0.5時，R

1－R

2＜0，后外輪的轉向半徑為機器的轉向半徑。(3)K=0.5時，R1=R2

，前后輪的轉向半徑相等。二、鉸接式機械轉向時的轉向阻力矩計算

鉸接式機械的轉向阻力矩與單雙橋驅(qū)動、車輪負荷、輪胎寬度、路面狀況、轉向速度、轉向角等諸多因素有關，因此準確計算十分困難。方法1——試驗測定

根據(jù)轉向阻力矩和油缸轉向力矩平衡的關系，通過測定轉向角和轉向油缸各腔的油壓來計算原地轉向阻力矩。方法2——經(jīng)驗公式

第五節(jié)滑移轉向的設計計算一、滑移轉向機器中心的運動半徑機器中心OT的速度為機器轉動的角速度為中心的運動半徑R為二、滑移轉向過程的力學分析Pk：驅(qū)動力Pf：滾動阻力Pr：側向阻力P’kp：作業(yè)阻力1）將輪胎與地面的接觸看作點接觸，接觸點就是輪胎的接地面中心。2）轉向時機器速度較低，離心力忽略不計,切向加速度略去不計。3）機器的重心位于四個輪胎所形成四邊形的中心OT，四個輪胎的附著重量相同。四個輪胎所產(chǎn)生的最大驅(qū)動力（即附著力）數(shù)值相同。4）轉向時，輪胎所受的滾動阻力數(shù)值相等，并且與直線行駛時的相同。5）轉向時，四個輪胎所受的側向阻力數(shù)值相等，與其附著重量成正比。6）機器所受的作業(yè)阻力在機器的縱向中心平面內(nèi)。1．假設

2．力學分析四個輪胎所受的側向阻力對中心OT的力矩形成了轉向阻力矩（1）轉向阻力矩計算2．力學分析（2）轉向過程分析A.單邊輪胎制動，轉向動力矩MK為：在外側打滑時，PK1=PK3=GSφ/4，設輪胎2、4制動，機器繞O’轉動，PK2=Pf2=PK4=Pf4=0。2．力學分析（2）轉向過程分析B.兩邊輪胎驅(qū)動方向相反，設輪胎1、3前進，2、4后退，機器繞OT點轉動。轉向動力矩MK為：在輪胎打滑時，要使機器在行駛中能夠轉向，必須滿足：——滑移轉向機器行駛時正常轉向應滿足的幾何條件。三、設計要點

1.一般采用全液壓驅(qū)動，左右兩側驅(qū)動輪各用一套泵-馬達閉式系統(tǒng)。

2.兩側驅(qū)動輪要分別采用機械（鏈條、齒輪等）聯(lián)動，以保證轉速相等。第六節(jié)轉向操縱系統(tǒng)機械式轉向系統(tǒng)：球面蝸桿滾輪式；循環(huán)球齒條齒扇式動力轉向系統(tǒng)：機械反饋式；全液壓式微機控制轉向系統(tǒng)一機械式轉向系統(tǒng)

轉向器

轉向傳動裝置轉向垂臂轉向軸蝸桿齒扇式轉向器：傳動效率低，目前很少使用。1．球面蝸桿滾輪式轉向器2．循環(huán)球齒條齒扇式轉向器二機械反饋式動力轉向器轉動方向盤－方向桿軸向移動－開閥－壓力油進入轉向油缸－前后車架偏轉轉向－隨動桿推動轉向垂臂－螺母帶動螺桿回位－關閥－轉向停隨動閥循環(huán)球齒條齒扇轉向器隨動桿三全液壓轉向器全液壓轉向的典型回路單路穩(wěn)定分流閥全液壓轉向器組合閥塊1)全液壓轉向器2）單路穩(wěn)定分流閥分流型恒流型1-溢流閥：出口通向油箱，用來保護轉向回路。2-穩(wěn)流閥：保證節(jié)流孔兩端壓差不變，使通向全液壓轉向器的流量不變。a-分流型：穩(wěn)流閥排出的液壓油可為其他回路供油，實現(xiàn)一泵