转向梯形机构的分析

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拖拉机转向梯形机构的分析

　本文仅限于拖拉机转向梯形机构的分析，至于主销
后倾、主销内倾、前轮外倾等对拖拉机转向产生的影响
本文不作分析。
一
、拖拉机转向原理
1、拖拉机的转向原理
根据汽车、拖拉机理论，当拖拉机转向时．四个轮子
应同时绕0点作圆周运动(如图1)，由于内、外前轮的
旋转半径不同，又不在同一条直线上，所以内、外前轮的
转向角是不同的，称之为角差。根据三角函数公式得：
ctan~-ctanet=M／H
其中：轴距为H，两主销轴线与地面交点间的距离
为M；因为在一辆拖拉机上H和M是定数，所以外前轮
转向角(B)与内前轮转向角( )的函数关系表达为：
B：f( )
2、拖拉机“吃胎”原理
拖拉机在转弯的过程中．当内前轮A的转角为
时，若外前轮B的转角符合上述函数关系B=f( )，则拖
拉机将绕0点作圆周运动；若外前轮B的转角不符合
上述函数关系，而是B (B ≠13)。那么，拖拉机可能绕0
点作圆周运动；也可能绕0 点作圆周运动。拖拉机绕哪
一点运动取决于它所受的各种大小不等、方向不同的力
的作用的综合效果。
(1)如图1所示，当拖拉机绕0点作圆周运动时：则
外前轮B在做滚动的同时，还从B 点滑动至B点．此滑
图1
动造成该轮子与地面发生磨擦，磨擦就造成了轮胎的磨
损，俗称“吃胎”；
(2)如图1所示，当拖拉机绕0 点作圆周运动时：则
内前轮A从A 点滑动至A点，(图1中箭头所示)．造成
内前轮A“吃胎”。
设B 和B的差值为 。则：
=B 一B
． 越大，拖拉机“吃胎”越重； 越小，拖拉机“吃胎”
越轻。
3、转向梯形机构的分析方法
拖拉机的转向通常由梯形机构来完成。梯形机构分
为前置式和后置式，但原理一样。本文仅以后置式为例
加以阐述。
如图2所示，当内前轮为 角时．梯形机构所完成
的外前轮B的实际转角B ，计算如下：
L=N-2xRxsin0
其中：转向节臂与轮胎面的夹角为0．转向横拉杆
长度为L，转向节臂长度为R，左前轮转轴与左转向节臂
的交点和右前轮转轴与右转向节臂的交点间的距离为
N。因为R和N是常数，所以0和L的函数关系为：
L= (0)
以内前轮转轴与转向节臂的交点A为0点A(0．
0)，前轴线为Y轴，拖拉机的纵轴线为X轴，建立坐标。
当内前轮的转角为 时．左转向节臂的转角为：
图2
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·开发s研究· 福建农机 2005年第4期
EAC =cx+O
左转向节臂C 点的坐标为：
a=Rxcos(ct+0)
b=Rxsin(et+0)
分别以左转向节臂C (a，b)点为圆心、转向横拉杆
L为半径、以外前轮转轴与转向节臂的交点B点为圆心
B(0，M)、转向节臂R为半径建立圆的方程：
(x—a) (y—b)
X2+(y-M)Z=R!
从上述联立方程中可以求得合乎题意的右转向节
臂的坐标为：D’(x，Y)。
由右转向节臂D (x，Y)和右前轮转轴B(0。M)的坐
标，求得右转向节臂的转角：
FBD =artan[(y—M)／(0-x)]
则右前轮的转角B 为：
B = FBD +O
按照以上方法，一旦确定L和a，就能求得D ；即
L、a与B 的函数关系为：
p =f，(L，a)， L=lf，(O)
其中，当0=0或L=N时，上述梯形机构成为平行四
杆机构。
二、拖拉机转向梯形机构分析
1、拖拉机“吃胎”情况分析
以某拖拉机后置式转向梯形机构为例。
其轴距为H=278cm，M=10．3cm，L=89cin．N：89cm．
R=17cm。当拖拉机转向时，若拖拉机内前轮的转角a：
4O。，根据p=f(a)，计算得：外前轮的转角为13=32．6233。；
因为L=N=89cm，所以根据平行四杆机构原理．B'=a-_40~
(经测量13 亦为40。)。则 =p 一13-40。32．6233。=
7．3767。，拖拉机“吃胎”较重。
2、不同型号拖拉机所要求的外前轮转角是不同的。
选定拖拉机内前轮转角a-40。，根据13=f(ct)，分别求得
13(~n表1所示)。显然，同～结构尺寸的转向梯形机构是
不能满足各型号拖拉机的转向要求。
表1某拖拉机诸车型理论转角和实际转角的比较一览表
轴距H 275cm 278cm 28lcm 287．6cm 306cm
内前轮角a 40。 40。 40。 40。 40。
外前轮实际角B 40。 40。 40。 40。 40'
外前轮理论角B 32．5561。 32．6233。 32．6893。 32．83O4。 33．1967。
=p 一p 7．4439。 7．3767。 7．3107。 7．1696。 6．8033。
三、拖拉机梯形机构的改进
还以上述拖拉机为例。
1、内前轮在某一转角下，各种长度的横拉杆所完成
的外前轮转角情况选定拖拉机内前轮的最大转角0~--
4O。。令0分别为1。、2。、3。⋯⋯15。，根据13=f(et)，B’=f
(L，a)， (0)，经计算当 为最小时，得：Oi=13．0931。、
L =81．2978em。同理当内前轮的转角为ct=37。时，Oz=
13．7096。、k =80．9420；or=35。时，03=14．1068。、 ：
80．7132。
2、横拉杆在某一长度下，拖拉机全程转向情况当横
拉杆的长度为① L =81．2978时．令a分别为1。、2。、3o
⋯ ⋯ 4O。，根据13=f(o0，B =f (L，a)，L= (O)，经分别
计算，得： 的最大值为0．6127；la, 的平均绝对值为
0．3370；② 同理，I_ 80．9420时， 的最大值为0．4671；
的平均绝对值为0．2533；③ L~=80．7132时， 的最大
值为0．5412： 的平均绝对值为0．2224；
3、横拉杆长度的优化选择
如表2所示，从表上简单的比较q，我们选择L
80．9420(O 13．7096。)，这样轮胎的磨批是较小的。
表2拖拉机各横拉杆转向效果比较一览表
L1：81．298 ：0．613(最大) 的平均值0．337(最大) 均值太大(淘汰)
L’=8O．942 !：0．467(最小) № 的平均值0．253(中等) 均值适中(选中)
L 8O．713 一0．541(中等) 的平均值0．222(最小) 均值较大(淘汰)
四、结论：
1、上述某拖拉机没计的转向梯形机构不能较好地
满足转向要求。
2、拖拉机各转角均有一相适应的横拉杆长度。从这
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些横拉杆中综合比较，才能选定某一横拉杆，以达到拖
拉机各转角下。合计最小的轮胎磨损的目的。
3、不同型号的拖拉机要分别设计相应尺寸的梯形
机构，才能满足拖拉机的转向要求。

清水

顶 我刚好要做转向梯形结构的分析优化！谢谢了！

瑜城鬼魅

楼主能把这个完整的发到我邮箱吗?跪谢
leevale@sina.com

zhuhc08

没图，而且没说明白，兄弟还是要多费点时间才行

骑驴逛超市

拖拉机不是平行转向吗