履带式车辆差速转向机构设计(附件)【字数：12684】
摘 要本设计采用液压双驱动的差速转向机构，这种转向机构不仅能够弥补传统转向机构缺点，还使得车辆具备更好的行驶性和转向性。本设计涵盖了转向差速机构，液压泵，液压转向马达和转向控制器，双流驱动将发动机输出功率流分为两条路线，一条路线流经变速箱，再到差速转向机构，最后传到驱动履带，而另一条则是由液压转向机构负责实现转向。当车辆直线行驶时，变速器传动轴上的转矩直接带动两侧履带进行运转；如果车辆需要转向，此时转向液压马达参与工作，将转矩传递给行星排，通过行星排的动力传递形成两边履带的速度差，从而实现车辆转向。首先对转向系统的液压系统进行设计和分析，根据该液压系统的特点，计算控制系统所需参数，接着对动力差速转向机构进行设计，通过对车辆行走时的受力分析，计算行走驱动力矩，算出各轴转矩和转速。然后，根据前面的计算参数，分别对该机构的锥齿轮，太阳轮，行星轮，齿圈，以及轴和键进行设计和校核。
目 录
第一章 引言 1
1.1 履带车辆转向机构的国内外发展现状 1
1.2 履带车辆转向机构研究和设计内容 1
1.3 履带车辆转向机构的研究关键问题和难点 2
1.4 履带车辆转向机构的研究方法 2
第二章 液压控制系统设计 2
2.1 液压控制图的分析 2
2.2 液压双驱动系统的特点 3
2.3 转向液压控制系统的相关计算 3
2.4 小结 4
第三章 动力差速式转向机构设计 4
3.1 行走驱动力矩的计算 4
3.2各传动比的选择 5
3.3车辆运行时各轴转矩的计算 6
3.3.1车辆直线行驶 6
3.3.2车辆转弯时 6
3.4车辆工作时各轴转速的计算 6
3.5小结 7
第四章 零件设计与计算 7
4.1 计算相关齿轮转速 7
4.2分析各轴转矩 8
4.3分析功率 9
4.4齿轮的设计与校核 9
4.4.1变速箱轴上的锥齿轮 9
4.4.2液压马达轴上的锥齿轮 11
4.4.3行星排一、三的太阳轮和 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
行星轮 14
4.4.4行星排一、三的齿圈 16
4.4.5行星排二的太阳轮和行星轮 17
4.4.6行星排二的齿圈 19
4.5轴的设计与校核 20
4.5.1中间轴各段轴的设计与校核 20
4.5.2空心轴的设计与校核 20
4.6键的设计与校核 21
4.7小结 22
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
附录 24
第一章 引言
1.1 履带车辆转向机构的国内外发展现状
目前，国内外很多农业机械、工程机械、军事设施中的行走机械采用的是履带式装置，履带式车辆优点较为广泛，其中最为突出的是不仅可以提高车辆的负荷量，还能实现车辆在不平路面上平稳前进。一般来说，履带式车辆是通过离合器和制动器进行，使得摩擦组件与地面持续摩擦滑移，最终实现转向。但是这种转向方式只适用于低速时的转向，当车辆处于高速行驶状态下，需要更高的转向力矩和较大的转向半径，这样很有可能导致无法转向或转向困难。此外，驾驶员操纵困难，无法保障人车安全，就算实现转向，也会造成功率的大量损失，降低了有效功率，从而导致生产力下降。履带式车辆的转向性能直接反映了车辆的机动性和准确性，转向性能不仅受转向操纵盘、路况、车速的影响，其实还受车辆所装备的转向机构的局限。如今，有很多类型的转向机构层出不穷，其中包含了纯液压无级转向机构、液压机械转向机构和多种复合转向机构。
纯液压转向机构是泵双向对流量的改变与调节。但是，由于液压制造水平的落后，国内的液压元件的性能无法满足足够的功率。此外，纯液压系统的软肋在于其功率太小，因此，纯液压转向机构难以实现。人们为了解决纯液压转向机构的诸多问题，采用了各种机构已达到预期转向效果。第一，采用双泵双马达的机构，弥补了液压元件功率低的缺点。它采用与纯液压转向类似的原理，不同之处在于它采用两套液压元件并联的方式，这样虽然加强了液压功率，但是由于它采用两套液压元件，重量较大，这样大大的降低了工作效率。第二，采用机械液压复合机构，这种机构既有机械转向机构，又辅之以液压转向机构。小半径转向时，通过机械转向机构实现，而转向半径较大时，可通过液压转向机构实现。但是该机构无法完成在整个转向半径内的转向。第三，双半径液压转向是选取输出转速不同的液压马达，根据不同的路况，调整不同的转速。第四，液压液力复合转向机构，与纯液压转向不同的是，增加了助力偶合器，弥补转向时力矩不足。美国卡特公司推出了一种较之单功率流的转向机构更为先进的转向机构，这种机构由发动机输出大功率流，分别传递至液压和机械机构，机械机构用于直行，液压机构用于转向，液压差速转向机构的巨大优势必将取代单功率流的转向机构，这种转向机构不仅解决了履带式车辆行驶机动性差和工作效率低下的问题，还能提高机构的工作效率。此外，驾驶人员能够精确控制，人机结合较好，机动性强。在许多发达国家这种新型的转向机构得到了极为广泛的使用，不久的将来，将会推向全世界，提高世界各国的生产效率，造福人类。
转向机构的功能对履带车辆来说十分关键，转向机构的优良性严重制约着车辆整体的工作性能。人们研究先进转向机构的步伐一直没有停止。因为履带式车辆的转向方式具有特殊性，所以驾驶员操纵车辆使其按一定的转弯半径进行转向具有一定的难度。目前，履带式车辆，特别是农用履带车辆的速度及其运行时的输出功率越来越大，我们急需研究出新型的转向机构来提高车辆的转向机动性，机电和液压新技术的发展，为我们研究高机动型的新型转向机构奠定了科学基础。
1.2 履带车辆转向机构研究和设计内容
本设计总体是由三排行星排和两个圆锥齿轮副组成，其中一个圆锥齿轮副与变速箱动力输出机构相连，另一个则与转向液压马达相连，第一行星排的齿轮的齿圈与转向液压马达输出轴上的大锥齿轮相连，第二排行星排通过行星架与变速箱输出轴上的大锥齿轮相连，第三排行星排齿圈则通过紧固件连接在壳体上，三个行星系统的太阳轮分布于同一轴上。本设计由变速系统和液压马达分别输出动力，而变速系统负责主要输出，同时由转向液压泵的变量马达辅助转向。这个机构利用液压马达输入的功率差实现两侧的速度差，从而实现车辆的转向。若需要原地转向时，则只要让液压马达单独工作即可。这种机构制动时，功率的利用效率高，驾驶员的操控简单省力，提高了生产力。
1.3 履带车辆转向机构的研究关键问题和难点
需要解决的问题在于查阅履带式差速转向机构的基本结构和原理，通过原始参数以及查文献所得相关数据计算车辆转向行走驱动力矩。同时，对该转向机构进行详尽的分析（即转速分析，扭矩分析，功率分析）此还有采用液压双流驱动来设计动力驱动机构的液压控制系统。然而解决这些问题的难点在于完成对履带式差速转向机构的液压转向系统的设计和计算和完成齿轮副与变速箱和转向液压马达的连接设计，保证其可以相互配合，顺畅工作，对于行星架结构的设计以及根据履带式差速转向机构的要求，完成总装配图较困难。
目 录
第一章 引言 1
1.1 履带车辆转向机构的国内外发展现状 1
1.2 履带车辆转向机构研究和设计内容 1
1.3 履带车辆转向机构的研究关键问题和难点 2
1.4 履带车辆转向机构的研究方法 2
第二章 液压控制系统设计 2
2.1 液压控制图的分析 2
2.2 液压双驱动系统的特点 3
2.3 转向液压控制系统的相关计算 3
2.4 小结 4
第三章 动力差速式转向机构设计 4
3.1 行走驱动力矩的计算 4
3.2各传动比的选择 5
3.3车辆运行时各轴转矩的计算 6
3.3.1车辆直线行驶 6
3.3.2车辆转弯时 6
3.4车辆工作时各轴转速的计算 6
3.5小结 7
第四章 零件设计与计算 7
4.1 计算相关齿轮转速 7
4.2分析各轴转矩 8
4.3分析功率 9
4.4齿轮的设计与校核 9
4.4.1变速箱轴上的锥齿轮 9
4.4.2液压马达轴上的锥齿轮 11
4.4.3行星排一、三的太阳轮和 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
行星轮 14
4.4.4行星排一、三的齿圈 16
4.4.5行星排二的太阳轮和行星轮 17
4.4.6行星排二的齿圈 19
4.5轴的设计与校核 20
4.5.1中间轴各段轴的设计与校核 20
4.5.2空心轴的设计与校核 20
4.6键的设计与校核 21
4.7小结 22
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
附录 24
第一章 引言
1.1 履带车辆转向机构的国内外发展现状
目前，国内外很多农业机械、工程机械、军事设施中的行走机械采用的是履带式装置，履带式车辆优点较为广泛，其中最为突出的是不仅可以提高车辆的负荷量，还能实现车辆在不平路面上平稳前进。一般来说，履带式车辆是通过离合器和制动器进行，使得摩擦组件与地面持续摩擦滑移，最终实现转向。但是这种转向方式只适用于低速时的转向，当车辆处于高速行驶状态下，需要更高的转向力矩和较大的转向半径，这样很有可能导致无法转向或转向困难。此外，驾驶员操纵困难，无法保障人车安全，就算实现转向，也会造成功率的大量损失，降低了有效功率，从而导致生产力下降。履带式车辆的转向性能直接反映了车辆的机动性和准确性，转向性能不仅受转向操纵盘、路况、车速的影响，其实还受车辆所装备的转向机构的局限。如今，有很多类型的转向机构层出不穷，其中包含了纯液压无级转向机构、液压机械转向机构和多种复合转向机构。
纯液压转向机构是泵双向对流量的改变与调节。但是，由于液压制造水平的落后，国内的液压元件的性能无法满足足够的功率。此外，纯液压系统的软肋在于其功率太小，因此，纯液压转向机构难以实现。人们为了解决纯液压转向机构的诸多问题，采用了各种机构已达到预期转向效果。第一，采用双泵双马达的机构，弥补了液压元件功率低的缺点。它采用与纯液压转向类似的原理，不同之处在于它采用两套液压元件并联的方式，这样虽然加强了液压功率，但是由于它采用两套液压元件，重量较大，这样大大的降低了工作效率。第二，采用机械液压复合机构，这种机构既有机械转向机构，又辅之以液压转向机构。小半径转向时，通过机械转向机构实现，而转向半径较大时，可通过液压转向机构实现。但是该机构无法完成在整个转向半径内的转向。第三，双半径液压转向是选取输出转速不同的液压马达，根据不同的路况，调整不同的转速。第四，液压液力复合转向机构，与纯液压转向不同的是，增加了助力偶合器，弥补转向时力矩不足。美国卡特公司推出了一种较之单功率流的转向机构更为先进的转向机构，这种机构由发动机输出大功率流，分别传递至液压和机械机构，机械机构用于直行，液压机构用于转向，液压差速转向机构的巨大优势必将取代单功率流的转向机构，这种转向机构不仅解决了履带式车辆行驶机动性差和工作效率低下的问题，还能提高机构的工作效率。此外，驾驶人员能够精确控制，人机结合较好，机动性强。在许多发达国家这种新型的转向机构得到了极为广泛的使用，不久的将来，将会推向全世界，提高世界各国的生产效率，造福人类。
转向机构的功能对履带车辆来说十分关键，转向机构的优良性严重制约着车辆整体的工作性能。人们研究先进转向机构的步伐一直没有停止。因为履带式车辆的转向方式具有特殊性，所以驾驶员操纵车辆使其按一定的转弯半径进行转向具有一定的难度。目前，履带式车辆，特别是农用履带车辆的速度及其运行时的输出功率越来越大，我们急需研究出新型的转向机构来提高车辆的转向机动性，机电和液压新技术的发展，为我们研究高机动型的新型转向机构奠定了科学基础。
1.2 履带车辆转向机构研究和设计内容
本设计总体是由三排行星排和两个圆锥齿轮副组成，其中一个圆锥齿轮副与变速箱动力输出机构相连，另一个则与转向液压马达相连，第一行星排的齿轮的齿圈与转向液压马达输出轴上的大锥齿轮相连，第二排行星排通过行星架与变速箱输出轴上的大锥齿轮相连，第三排行星排齿圈则通过紧固件连接在壳体上，三个行星系统的太阳轮分布于同一轴上。本设计由变速系统和液压马达分别输出动力，而变速系统负责主要输出，同时由转向液压泵的变量马达辅助转向。这个机构利用液压马达输入的功率差实现两侧的速度差，从而实现车辆的转向。若需要原地转向时，则只要让液压马达单独工作即可。这种机构制动时，功率的利用效率高，驾驶员的操控简单省力，提高了生产力。
1.3 履带车辆转向机构的研究关键问题和难点
需要解决的问题在于查阅履带式差速转向机构的基本结构和原理，通过原始参数以及查文献所得相关数据计算车辆转向行走驱动力矩。同时，对该转向机构进行详尽的分析（即转速分析，扭矩分析，功率分析）此还有采用液压双流驱动来设计动力驱动机构的液压控制系统。然而解决这些问题的难点在于完成对履带式差速转向机构的液压转向系统的设计和计算和完成齿轮副与变速箱和转向液压马达的连接设计，保证其可以相互配合，顺畅工作，对于行星架结构的设计以及根据履带式差速转向机构的要求，完成总装配图较困难。
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