【正文】 上述缺陷，目前出現(xiàn)了多種采用功率較小的液壓元件的液壓復(fù)合轉(zhuǎn)向 方案。純液壓轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)通過(guò)泵的正反兩向無(wú)級(jí)變量調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)雙功率流傳動(dòng)轉(zhuǎn)向路 到匯流行星排間的無(wú)級(jí)變化的傳動(dòng)比，最終實(shí)現(xiàn)車輛向左右兩側(cè)的轉(zhuǎn)向半徑可連續(xù)無(wú)級(jí)變化。由于液壓泵和液壓馬達(dá)可以無(wú)級(jí)控制，因此使用這類轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)既可獲得車輛兩側(cè)的速度差來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)控制，有克服了機(jī)械式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的很多缺點(diǎn)。隨著機(jī)電液壓及人機(jī)工程技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)必將會(huì)在大功率拖拉機(jī)、推土機(jī)等工程車輛上遭到淘汰。此種轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)主要由兩個(gè)變速箱（一個(gè)主變速箱、一個(gè)分動(dòng)箱）、行星齒輪機(jī)構(gòu)、離合器和行星機(jī)構(gòu)制動(dòng)器組成，在轉(zhuǎn)向性能上較單功率流轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)有很大提高，但是它的轉(zhuǎn)向半徑仍然是有極限的。 單功率轉(zhuǎn)向的缺點(diǎn)是明顯，車輛僅有 幾個(gè)固定的轉(zhuǎn)向半徑，按非規(guī)定的轉(zhuǎn)向半徑轉(zhuǎn)向時(shí)，要靠摩擦元件的滑磨來(lái)實(shí)現(xiàn)，難以得到穩(wěn)定準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)向半徑；其次是在轉(zhuǎn)向過(guò)程中摩擦元件的劇烈滑磨會(huì)帶來(lái)發(fā)熱和磨損，使傳動(dòng)效率降低，特別是在較大功率的轉(zhuǎn)向工作狀態(tài)下，會(huì)存在較大的功率損失，以致常需降速轉(zhuǎn)向；另外，劇烈的摩擦也使機(jī)構(gòu)容易損壞，導(dǎo)致工作可靠性差，壽命降低。 行星轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)由一組行星輪系和制動(dòng)器組成。因此這種差速器轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)現(xiàn)在幾乎不再使用。轉(zhuǎn)向離合器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便，在早期的中小型履帶式拖拉機(jī)、推土機(jī)上得到了廣泛運(yùn)用。 單功率流轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 單功率流轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)一般構(gòu)造方法是在變速機(jī)構(gòu)后串聯(lián)某種轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，是構(gòu)成履帶車輛轉(zhuǎn)向傳動(dòng)的最為簡(jiǎn)單的方法。 履帶車輛的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀 履帶車輛的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是重要的總成之一 ,其性能的優(yōu)劣直接影響著車輛的轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)性和生產(chǎn)效率。純液壓轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)通過(guò)泵的正反兩向無(wú)級(jí)變量調(diào)節(jié) ,實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力流經(jīng)雙功率流傳動(dòng)轉(zhuǎn)向路到匯流行星排間的無(wú)級(jí)變化的傳動(dòng)比 ,最終實(shí)現(xiàn)推土機(jī)向左右兩側(cè)的轉(zhuǎn)向半徑可連續(xù)無(wú)級(jí)變化。在采用一套機(jī)械差速傳動(dòng)裝置的同時(shí)，利用液壓裝置的無(wú)級(jí)輸出轉(zhuǎn)速特性，研究開(kāi)發(fā)性能優(yōu)良的機(jī)械液壓連續(xù)無(wú)級(jí)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。 51 參考文獻(xiàn) 45 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組裝簡(jiǎn)圖 20 車輛 繞一側(cè)履帶中心轉(zhuǎn)向 20 車輛直線行駛 20 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 各零件運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 19 第 4 章 動(dòng)力差速式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 15 第 3 章 履帶理論轉(zhuǎn)向阻力矩分析 2 單功率流轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) Ⅰ Abstract 該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)主要包括一個(gè)轉(zhuǎn)向差速機(jī)構(gòu)、一個(gè)液壓泵、一個(gè)液壓轉(zhuǎn)向馬達(dá)和轉(zhuǎn)向控制器，它將轉(zhuǎn)向和差速合為一體，簡(jiǎn)化了機(jī)械的結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)械的使用性能。 履帶式工程機(jī)械的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)普遍采用單功率流的轉(zhuǎn)向離合器和制動(dòng)器，兩者相配合，使兩側(cè)履帶以不同速度行駛，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。s Degree Design of Dynamic Differential Steering Mechanism Candidate： Shi Chuanyang Specialty ： Mechanical Design and Manufacture amp。 Automation Class： 077 Supervisor： Associate Professor Chen Shuhai Heilongjiang Institute of Technology 202006這種結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，同時(shí)也易于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，但是要實(shí)現(xiàn)小半徑轉(zhuǎn)向時(shí)需借助摩擦元件 的打滑來(lái)實(shí)現(xiàn)，造成嚴(yán)重的功率浪費(fèi)，降低摩擦元件的使用壽命。該機(jī)構(gòu)具有差速的同時(shí)，還具有差速鎖的效果，并具有降速增扭的功能，大大提高了履帶車輛行駛通過(guò)性和轉(zhuǎn)向性能。 1 履帶車輛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀 4 純液壓無(wú)級(jí)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 4 復(fù)合轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 6 本文主要工作 9 轉(zhuǎn)矩分析 21 零件設(shè)計(jì) 30 行星排 Ⅱ 的設(shè)計(jì) 52 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 1 第 1 章 緒 論 履帶車輛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的選題背景目的及意義 選題背景 目前國(guó)內(nèi)履帶車輛轉(zhuǎn)向裝置大部分還是采用轉(zhuǎn)向離合式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，屬單 功率轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)，但僅有幾個(gè)固定的轉(zhuǎn)向半徑，按非規(guī)定的轉(zhuǎn)向半徑轉(zhuǎn)向時(shí)，要靠摩擦元件的滑摩來(lái)實(shí)現(xiàn)，難以得到穩(wěn)定準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)向半徑；其次是在轉(zhuǎn)向過(guò)程中摩擦元件的劇烈滑磨會(huì)帶來(lái)發(fā)熱和磨損，使傳動(dòng)效率降低，特別是在較大功率的轉(zhuǎn)向工作狀態(tài)下，會(huì)存在較大的功率損失，以致常需降速轉(zhuǎn)向；另外，劇烈的摩擦也使機(jī)構(gòu)容易損壞，導(dǎo)致工作可靠性差，壽命降低，所以有很多的轉(zhuǎn)向不便之處。它將發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率流在多檔變速箱的輸入軸上分流，一路流經(jīng)由液壓泵、液壓馬達(dá)組成的轉(zhuǎn)向調(diào)速系統(tǒng)；另一路流經(jīng)多檔變速箱，最后在行星排上合流，然后經(jīng)行星排中的某一部件傳到車輛的終傳動(dòng)軸上。直行時(shí) ,通過(guò)液壓泵和液壓馬達(dá)的閉鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向軸的閉鎖 ,從而保持穩(wěn)定的直行。因此對(duì)性能優(yōu)良的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的研究一直是車輛工程領(lǐng)域的重要課題。單功率流轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，其中最常用的有轉(zhuǎn)向離合器、單差速器、雙差速器轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等。但由于其操縱性差、生產(chǎn)效率低、能耗較大 ,隨著履帶車輛功率的不斷增大，轉(zhuǎn)向離合器的應(yīng)用將會(huì)受到一定的限制。 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 雙差速器轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)可使履帶車輛在轉(zhuǎn)向時(shí)慢速側(cè)履帶降低的速度等于快速側(cè)履帶增加的速度，因此車輛轉(zhuǎn)向時(shí)的平均速度與直線行駛的速度相同。操作行星機(jī)構(gòu)上的制動(dòng)器可以改變兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)力矩大小使車輛轉(zhuǎn)向。 雙功率流轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，將發(fā)動(dòng)機(jī)功率分成變速和轉(zhuǎn)向兩路并列傳遞，就是雙功率流轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。擋位越低，得到的轉(zhuǎn)向半徑越??；擋位越高，得到的轉(zhuǎn)向半徑越大。在機(jī)械系統(tǒng)上附加液壓泵 液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將逐漸得到應(yīng)用。若液壓馬達(dá)不工作，只有來(lái)自中央傳動(dòng)的功率流，車輛作直線行駛；若只有來(lái)自液壓馬達(dá)的功率流，車輛可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向半徑為零的原地轉(zhuǎn)向；若同時(shí)輸入兩路功率流，由于液壓馬達(dá)可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)控制 ，因此車輛兩側(cè)履帶驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速差可以有無(wú)窮盡多個(gè)，可得到無(wú)窮多個(gè)轉(zhuǎn)向半徑，既可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)轉(zhuǎn)向，駕駛員只要操縱轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)液壓裝置，就可使車輛穩(wěn)定地沿一定的圓弧行使。直駛時(shí)，通過(guò)液壓泵和液壓馬達(dá)的閉鎖 (變量泵的排量為零 )來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向零軸的閉鎖，從而保持穩(wěn)定的直駛。 雙泵雙馬達(dá)方案 此方案是解決液壓元件功率不足最直接、最簡(jiǎn)單的方案，其性能與純液壓轉(zhuǎn)向相同，但兩套液壓元件并聯(lián)使該機(jī)構(gòu)體積重量較大，效率仍較低。 雙半徑液壓轉(zhuǎn)向方案 該方案采用有兩種輸出速比的液壓馬達(dá)，在較好路面上轉(zhuǎn)向時(shí)采用較高的輸出轉(zhuǎn)速，當(dāng)?shù)孛媲闆r不好時(shí)則換用低速輸出以克服較大的 轉(zhuǎn)向阻力。 機(jī)械液壓連續(xù)無(wú)級(jí)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 機(jī)械液壓連續(xù)無(wú)級(jí)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是在簡(jiǎn)單液壓機(jī)械分流傳動(dòng)原理的基礎(chǔ)上，采用不同的機(jī)械機(jī)構(gòu)參數(shù)組合，并與液壓元件配合的一種最新型的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。 下面我們介紹的就是上述的一種機(jī)械液壓式雙功率流轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，如圖 所示。 行星排Ⅰ 行星排Ⅱ 行星排Ⅲ 圖 12 動(dòng)力差速式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 卡特公司 D8N 推土機(jī)的動(dòng)力 差速式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)克服了離合器式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的上述缺點(diǎn) , 使推土機(jī)的轉(zhuǎn)向靈活性 、 可 控性得到明顯改善 , 大大提高了轉(zhuǎn)向效率和行走機(jī)構(gòu)的使用壽命 。 設(shè)計(jì)動(dòng)力差速式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)當(dāng)保證：（ 1）當(dāng)馬達(dá)速度等于零時(shí)，左右輸出的速哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 7 度相等，以保證履帶式推土機(jī) 具有良好的直線行駛性能。該機(jī)構(gòu)利用多自由度的行星差速器把發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率分為液壓的和機(jī)械的兩股 ―功率流 ‖，利用液壓功率流的可控性，使這兩股功率流在重新匯合時(shí)可無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)總的輸出轉(zhuǎn)速。其次對(duì)動(dòng)力差速式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析，主要包括對(duì)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率的理論分析，充分了解了差速式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的性能，使得對(duì)該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)有了一定的運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)。本文以卡特彼勒 D8N 型履帶推土機(jī)為例，對(duì)差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的組成 ,原理和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析做一介紹。液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向決定了推土機(jī)轉(zhuǎn)向的方向，液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度決定了推土機(jī)轉(zhuǎn)向的急或緩。 當(dāng)兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪的負(fù)荷不相同時(shí)，動(dòng)力經(jīng)行星輪 7 仍進(jìn)入兩個(gè)方向 (齒圈 6 和太陽(yáng)輪16)，通過(guò)行星排 I 將轉(zhuǎn)矩從一側(cè)轉(zhuǎn)換至另一側(cè)，左、右端輸出軸轉(zhuǎn)矩不相等，但旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)速 保持相等。由于兩端輸出軸動(dòng)力的差異，機(jī)械將不嚴(yán)格繞其自身中心回轉(zhuǎn)。 根據(jù)行星傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性方程，建立運(yùn)動(dòng)特性方程組如下 ? ? 01 214118 ???? nanan （ ） ? ? 01 826216 ???? nanan （ ） ? ? 01 13311315 ???? nanan （ ） 式中： 1 8 1 6 1 5 8 4 1 2 6, , ,ABn n n n n n n n n n? ? ? ? ? ?， 1314 nn ? 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 解此聯(lián)立方程組并整理得 ? ?21121 11 aa nanan BA?? ??? （ ） ? ?? ?? ? )1(1 11213212114 aaa naanaan BA ??? ???? （ ） ? ?1322 28 1 nna an ??? （ ） ? ?1322 24 1 nna an ??? （ ） 當(dāng)變速箱輸入動(dòng)力至差速式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，而轉(zhuǎn)向液壓馬達(dá)無(wú)輸入動(dòng)力時(shí) , nB=0，此時(shí)若取 a 1= a 3，代入公式 ()、公式 ()，則有 n1=n14，可見(jiàn)只要將 Ⅰ 和 Ⅲ 行星排 參數(shù)設(shè)計(jì)相等，則可保證僅有變速箱輸入動(dòng)力時(shí)，機(jī)械直線行駛。另外通過(guò)控制轉(zhuǎn)向液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，可以控制兩側(cè)履帶的速度差，即決定推土機(jī)轉(zhuǎn)向的急或緩，從而使機(jī)械適應(yīng)不同轉(zhuǎn)向半徑的需要。 由機(jī)構(gòu)中旋轉(zhuǎn)構(gòu)件得靜力平衡方程 018 ?? AMiM （ ） 024 ?? BMiM （ ） 0621 ??? MMM （ ） 0181615 ??? MMM （ ） 01413 ?? MM （ ） 式中 MA——變速箱輸出軸輸出轉(zhuǎn)矩； MB——轉(zhuǎn)向液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩； i 1, i 2——錐齒輪副 9， 17 的傳動(dòng)比； M1 , M14——左、右輸出軸輸出轉(zhuǎn)矩。 若左、右兩側(cè)地面條件相同。 由公式（ ），（ ）得 AMiaaM 12111 1??? （ ） 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 13 因 a 1=a 21，故此時(shí)行星排 Ⅲ 齒圈固定連接處承受的轉(zhuǎn)矩 M? 11? i 1MA 由公式 ()、 ()、 ()、 ()知，此時(shí)機(jī)構(gòu)將變速箱輸入軸提供的轉(zhuǎn)矩扣除行星排 Ⅲ 齒圈連接處的轉(zhuǎn)矩部分而平均分配給左、右輸出軸，以實(shí)現(xiàn)最終傳動(dòng)，故該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)具有輪胎式機(jī)械中采用普通行星齒輪式差速器平均分配轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)。經(jīng)行星排 I 將轉(zhuǎn)矩從一端轉(zhuǎn)換到另一端，某一端減少的轉(zhuǎn)矩由另一端等量增加。與此同時(shí)，因 ? ? ,01121 ?? aMia B 則 ,0?BM 故此時(shí)轉(zhuǎn)向液壓馬達(dá)由動(dòng)力源轉(zhuǎn)化為負(fù)載。 由公式 ()得 BMiM 211 ??? （ ） 此時(shí)行星排 Ⅲ 齒圈連接處的力矩等于由液壓馬達(dá)提供給轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)輸人端的全部轉(zhuǎn)矩。動(dòng)力經(jīng)行星排 Ⅰ 從某一端傳遞到需