《輪式機械行走系》輪式機械行走系是機械工程的重要分支，研究輪式車輛的行走機構和運動學。行走系是車輛的重要組成部分，決定了車輛的運動性能和行駛安全性。課程簡介深入淺出本課程以實際應用為導向，從基礎知識到技術應用，全面講解輪式機械行走系的工作原理、設計方法和關鍵技術。理論與實踐結合課程內容涵蓋理論知識、案例分析和實踐操作，培養學生理論與實踐相結合的能力。培養工程能力通過學習，學生將掌握輪式機械行走系的設計、分析和優化方法，為未來的工程實踐奠定堅實基礎。輪式機械的發展歷程1原始時代輪子誕生，人力或畜力驅動2古代車輪技術發展，應用于戰車和運輸3近代蒸汽機驅動，輪式機械開始應用于工業4現代內燃機和電力驅動，輪式機械廣泛應用輪式機械的發展歷程伴隨著人類文明的進步。從原始時代的人力或畜力驅動，到現代的內燃機和電力驅動，輪式機械不斷演化，應用范圍不斷擴大。輪式機械的分類與特點按用途分類輪式機械按用途可分為工程機械、農業機械、運輸機械等。工程機械包括挖掘機、裝載機、推土機等。按驅動方式分類輪式機械按驅動方式可分為機械驅動、液壓驅動、電力驅動等。機械驅動是最常見的，液壓驅動通常用于特殊場合，電力驅動則更環保。輪式機械的關鍵部件11.輪胎輪胎是輪式機械與地面接觸的重要部件，承擔著傳遞載荷、提供驅動力和制動力、保證行駛穩定性的功能。22.輪軸輪軸是連接輪胎和車架的部件，它負責傳遞動力并承受車輛的載荷，是保證車輛行駛的關鍵部件之一。33.減速器減速器將發動機輸出的轉速降低，并增大扭矩，為輪軸提供足夠的動力。44.轉向系統轉向系統通過轉向輪的轉動改變車輛行駛方向，保證車輛的行駛軌跡。輪胎的主要技術指標輪胎的主要技術指標包括尺寸、負荷等級、速度等級和花紋類型等。輪胎尺寸是指輪胎外徑、寬度和輪輞直徑。負荷等級是指輪胎在規定的充氣壓力下所能承受的最大負荷，用數字表示。速度等級是指輪胎在規定的充氣壓力下所能承受的最大行駛速度，用字母表示。花紋類型是指輪胎胎面花紋的設計，影響輪胎的抓地力和行駛性能。輪胎的結構和材料輪胎結構通常包含胎面、胎體、簾布層、胎圈、氣密層等。胎面主要負責與路面接觸，并提供抓地力。簾布層由尼龍、鋼絲、聚酯等材料制成，提供輪胎的強度和抗變形能力。胎圈使輪胎牢固地固定在輪輞上。氣密層用于防止輪胎漏氣。輪胎的選擇與配置負荷能力輪胎必須承受車輛的總重量，包括車身、發動機、貨物和乘客。速度等級輪胎的設計速度等級決定了它可以安全行駛的最大速度，應與車輛的最大設計速度相匹配。行駛條件輪胎的胎面花紋和材料要根據行駛路況進行選擇，如鋪裝路面、非鋪裝路面、泥濘路面等。經濟性輪胎的成本、使用壽命和燃油經濟性也是需要考慮的因素，選擇合適的輪胎可以降低運營成本。輪軸及減速器的設計輪軸設計輪軸作為輪式機械的重要承載部件，承受著車輛的重量以及行駛過程中的各種載荷。輪軸的設計需要考慮材料強度、尺寸、軸承的選擇以及軸承的潤滑和密封等方面。減速器設計減速器是輪式機械行走系統的重要組成部分，用于降低發動機輸出的轉速，增加扭矩，以滿足驅動輪的需要。減速器的設計需要考慮傳動比、傳動效率、結構強度、潤滑和散熱等方面。整體優化輪軸和減速器的設計需要綜合考慮，確保兩者之間的匹配性，以實現最佳的傳動效率和使用壽命。還需要考慮減速器的安裝位置、尺寸和重量等因素，以確保其與整個行走系統協調配合。轉向系統的原理與構造轉向輪轉向輪負責將駕駛員的操作指令轉換為轉向力，并傳遞給轉向機構。轉向柱轉向柱連接轉向輪和轉向機構，傳遞轉向力并保護轉向軸。轉向器轉向器將轉向輪的旋轉運動轉換為轉向軸的轉動，并提供轉向助力。轉向連桿轉向連桿連接轉向器和轉向節，將轉向器的運動傳遞到車輪。離合器的類型和選擇干式離合器干式離合器結構簡單，成本低廉，適用于小型機械。它具有摩擦系數高，散熱性能好等優點，但使用壽命較短。濕式離合器濕式離合器采用油液浸泡，摩擦系數低，散熱性能好，使用壽命長。但結構復雜，成本較高，油液污染會影響其使用壽命。電磁離合器電磁離合器利用電磁力控制離合器接合，響應速度快，控制精度高。但結構復雜，成本較高，不適用于大功率機械。液力離合器液力離合器利用油液傳遞動力，平穩接合，保護傳動系統。但效率低，體積大，成本高，不適用于高速機械。制動系統的工作原理1制動力產生摩擦力產生制動力2制動力傳遞通過液壓或氣壓傳遞制動力3制動器控制駕駛員控制制動系統制動系統是輪式機械的重要安全系統。當駕駛員踩下制動踏板時，制動系統會通過液壓或氣壓將制動力傳遞到制動器，使輪胎產生摩擦力并減速或停車。制動系統的效率和可靠性對于保證輪式機械的安全行駛至關重要。懸掛系統的功能與分類提高舒適性懸掛系統吸收路面顛簸，減緩沖擊，提供更舒適的行駛體驗。提升行駛性能懸掛系統調節車身姿態，改善操控穩定性，提高行駛安全。懸掛系統分類根據結構形式，懸掛系統分為非獨立懸掛和獨立懸掛兩種。氣囊懸掛的工作原理氣囊懸掛系統使用氣囊代替傳統的彈簧和減震器。氣囊充氣壓力可調節，影響懸掛剛度，實現車身高度調整和行駛舒適性調節。氣囊懸掛系統還可與電子控制系統結合，實現主動控制功能，提高車輛行駛穩定性和操控性能。液壓懸掛的特點可調節通過調節液壓油壓力，液壓懸掛可以改變車身高度，適應不同路況。舒適性高液壓懸掛能有效吸收顛簸和震動，提高車輛的舒適性。承載能力強液壓懸掛能承受較大的載荷，適合重型車輛和工程機械。維護方便液壓懸掛結構簡單，易于維護和保養，降低維護成本。雙A臂獨立懸掛分析結構優勢兩個A臂分別連接車輪，懸掛系統可獨立運作，提高操控性。運動控制A臂的運動控制車輪的上下移動，減少路面顛簸傳遞到車身，提高舒適性。轉向性能通過調整A臂長度和角度，優化轉向靈敏度和穩定性，提高操控性。轉向性能的影響因素11.輪胎參數輪胎尺寸、胎壓、花紋等影響著轉向的靈活性，如輪胎尺寸過大，轉向半徑會增大。22.轉向機構轉向機構的結構和參數影響轉向比、轉向精度等，如轉向軸的長度影響轉向靈敏度。33.懸掛系統懸掛系統決定了車輪與車身的連接方式，影響著轉向時的穩定性和舒適性。44.車身結構車身重心高度、軸距、輪距等影響著轉向穩定性和抗側翻能力。轉向性能的評價指標指標描述最小轉彎半徑車輛在不發生側滑的情況下能達到的最小轉彎半徑轉向靈敏度方向盤轉動角度與車輛轉向角度之間的比例轉向穩定性車輛在轉向過程中保持行駛方向的能力回正力矩轉向輪恢復到直線行駛位置所需的力矩轉向系統的動力學分析1轉向力矩轉向力矩是指作用在轉向軸上的力矩，它使車輛轉向。2轉向角速度轉向角速度是指轉向輪轉動速度，反映轉向系統響應速度。3轉向阻尼轉向阻尼是減緩轉向系統振動，確保穩定性和舒適性。4轉向系統傳遞函數轉向系統傳遞函數描述轉向力矩與轉向角速度之間關系，反映系統動態特性。5轉向系統仿真轉向系統仿真軟件可以模擬轉向系統工作過程，優化設計參數。輪式機械的穩定性分析重心高度重心高度越低，車輛越穩定。重心位置影響車輛的傾覆角和側翻風險。輪胎抓地力輪胎抓地力是影響車輛穩定性的關鍵因素，抓地力不足會導致車輛側滑或失控。懸掛系統懸掛系統可以吸收沖擊并控制車身姿態，對車輛的穩定性有重要影響。轉向系統轉向系統需要確保車輛能夠精確地轉向，同時防止過度轉向或不足轉向，影響車輛穩定性。輪式機械的抗側滑性能輪胎抓地力輪胎抓地力是影響抗側滑性能的關鍵因素。輪胎花紋、胎壓和路面摩擦系數等都會影響抓地力。懸掛系統懸掛系統的設計可以有效地抑制側傾，提高抗側滑性能。合理的懸掛參數設定可以提高車輛的穩定性。轉向系統轉向系統的設計要保證轉向靈敏度和響應速度，同時也要確保轉向穩定性，避免過度側滑。制動系統制動系統的性能對抗側滑性能有重要影響。制動系統要保證制動效率和制動穩定性，防止車輛在制動時發生側滑。輪式機械的通過性分析11.地面附著力輪胎與地面的摩擦力決定了車輛的牽引力，影響其爬坡能力和通過復雜地形的能力。22.輪胎尺寸更大尺寸的輪胎可以提供更大的接地面積，提高地面附著力，提升通過性能。33.底盤離地間隙更大的離地間隙可以避免車輛底盤在行駛中剮蹭地面，提高通過性能。44.懸掛系統合理的懸掛系統設計可以有效地提高車輛的通過性，使其能夠適應不同的路面情況。輪式機械的行駛阻力分析滾動阻力輪胎與路面之間的摩擦力，受輪胎形狀、材質和路面狀況影響。坡度阻力行駛在坡道上時，需要克服重力勢能的增加，坡度越大，阻力越大。空氣阻力車輛行駛時，空氣對車輛的阻力，受車身形狀、速度和空氣密度影響。輪式機械的驅動性能分析驅動性能指標驅動性能分析，主要評估輪式機械的加速性能、爬坡性能和牽引能力。這些指標反映了車輛在不同工況下的動力輸出和行駛效率。影響因素發動機功率、傳動系統效率、輪胎抓地力、車重等都會影響驅動性能。合理的傳動比匹配、高效的發動機和輪胎設計對于提高驅動性能至關重要。輪式機械的燃油經濟性分析燃油經濟性是輪式機械的重要性能指標之一，直接影響到機械的運營成本和使用效益。燃油經濟性分析主要包括以下幾個方面：10-20%燃油消耗不同型號的輪式機械，其燃油消耗量差異較大5-10%行駛阻力輪胎氣壓、路面狀況、載荷等因素影響行駛阻力15-25%驅動效率傳動系統效率、發動機功率等因素影響驅動效率10-15%發動機負荷發動機負荷率高，燃油經濟性較差輪式機械的動力系統選擇發動機選擇發動機類型根據機械的用途和工況確定。柴油發動機適用于重型機械，汽油發動機適用于輕型機械。傳動系統選擇傳動系統包括變速器、離合器、驅動橋等。手動變速器操作靈活，自動變速器操作便捷。輪式機械行走系統的設計1確定設計目標行駛速度、牽引力、通過性2選擇關鍵部件輪胎、發動機、傳動系統3系統集成優化各個部件之間協調性4性能測試與優化驗證設計目標是否達成輪式機械行走系統設計是一個復雜的過程，需要綜合考慮多種因素，例如行駛速度、牽引力、通過性等。設計人員需要選擇合適的關鍵部件，如輪胎、發動機、傳動系統等，并對其進行優化，以確保系統能夠滿足設計目標。此外，還需要進行性能測試，驗證設計是否合理。輪式機械行走系統的仿真建立模型根據實際機械設計參數，創建仿真模型。包括車輛幾何尺寸、質量分布、輪胎特性等。定義環境模擬車輛運行的環境，如路面類型、摩擦系數、坡度等。仿真測試設置仿真場景，例如加速、制動、轉向等，觀察車輛性能表現。結果分析分析仿真結果，驗證設計方案的可行性，優化機械設計。輪式機械行走系統的測試1道路測試評估性能和可靠性2臺架測試驗證組件性能3仿真測試預測系統行為測試是確保輪式機械行走系統安全可靠的關鍵步驟，包括臺架測試、仿真測試和道路測試。臺架測試用于驗證單個組件的性能，例如發動機、變速箱和輪胎。仿真測試使用軟件模型來預測系統在不同工況下的行為，例如加速、制動和轉向。道路測試是最終的測試階段，用于評估系統在真實環境中的性能和可靠性。輪式機械行走系統的優化1參數優化調整輪胎尺寸、懸掛