【正文】 雙功率流傳動轉(zhuǎn)向路 到匯流行星排間的無級變化的傳動比，最終實現(xiàn)車輛向左右兩側(cè)的轉(zhuǎn)向半徑可連續(xù)無級變化。在變速機構(gòu)掛空檔轉(zhuǎn)向的情況下，發(fā)動機所發(fā)出的功率全部由轉(zhuǎn)向路的液壓元件傳遞，可實現(xiàn)車輛原地轉(zhuǎn)向。 復(fù)合轉(zhuǎn)向機構(gòu) 為克服純液壓轉(zhuǎn)向機構(gòu)的上述缺陷，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。 機械液壓復(fù)合方案 該方案在采用雙流液壓轉(zhuǎn)向的同時，保留一套機械轉(zhuǎn)向機構(gòu)。這種轉(zhuǎn)向機構(gòu)不能實現(xiàn)整個半徑范圍的無級變化。 液壓液力復(fù)合轉(zhuǎn)向方案 該方案是以有限功率的液壓元件進行無級轉(zhuǎn)向，助力偶合器在轉(zhuǎn)向液壓馬達力矩不足時及時提供助力矩。 總之，采用液壓元件的無級變速特性來實現(xiàn)履帶車輛的無級轉(zhuǎn)向是較佳的選擇，解決液壓元件功率不足和效率低則是該方向研究的重點。它能保證在連續(xù)無級輸出轉(zhuǎn)速的前提下應(yīng)用較小的液壓元件 大幅度提高車輛的輸出總功率，并且其傳動效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過純液壓轉(zhuǎn)向機構(gòu)的傳動效率。研究開發(fā)性能優(yōu)良的機械 液壓連續(xù)無級轉(zhuǎn)向機構(gòu)、優(yōu)化匹配該類轉(zhuǎn)向機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)是目前車輛工程領(lǐng)域的重點課題。它是由美國卡特公司開發(fā)的一種新型差速式轉(zhuǎn)向機構(gòu)。此種轉(zhuǎn)向機構(gòu)由三個行星排（ Ⅰ ， Ⅱ ， Ⅲ ）與變速箱動力輸出連接的錐齒輪副及轉(zhuǎn)向液壓馬達動力輸出軸連接的圓錐齒輪副組成，其中與變 速箱動力輸出軸連接的大錐齒輪與行星排 Ⅱ 的行星架連接為一體，而與轉(zhuǎn)向液壓馬達動力哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 輸出端連接的大錐齒輪與行星排 Ⅰ 的齒輪的齒圈連接為一體，行星排 B 齒圈與行星排Ⅰ 的行星架及左端輸出連接為一體順向轉(zhuǎn)向；行星排 Ⅲ 的行星架與右端輸出軸連接為一體逆向轉(zhuǎn)動，行星排 Ⅲ 的齒圈固定在轉(zhuǎn)動機構(gòu)的殼體上，且三個行星排的太陽輪安裝在共用軸上。 動力差速式轉(zhuǎn)向機構(gòu)的主要構(gòu)成 本設(shè)計采用國外的行星轉(zhuǎn)向機構(gòu)，它是由美國卡特公司開發(fā)的一種新型差速式轉(zhuǎn)向機構(gòu)。若液壓馬達不工作，只有來自變速箱的功率流，車輛作直線行駛；若只有來自液壓馬達的功率流，車輛可實現(xiàn)轉(zhuǎn)向半徑為零的原地轉(zhuǎn)向；若同時輸入兩路功率流，由于液壓馬達可實現(xiàn)無級控制，因此車輛兩側(cè)履帶驅(qū)動論轉(zhuǎn)速差可以有無窮多個，可得到無窮多個轉(zhuǎn)向半徑，既可實現(xiàn)無級轉(zhuǎn)向，駕駛員只要操縱轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動液壓裝置，就可使車輛穩(wěn)定地沿一定的圓弧行使。（ 2）當(dāng)變速箱的速度等于零時，轉(zhuǎn)向液壓馬達使左右輸出的速度相等但方向相反，此時履帶式推土機圍繞其中心實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，即 2/BR? 。 由于我國的液壓水平有限，液壓元件質(zhì)量還比較差，光純液壓驅(qū)動轉(zhuǎn)向機械開發(fā)利用還特別少。在這種系統(tǒng)中，人們力圖把純機械傳動的高效率和液壓傳動的無級調(diào)速能力結(jié)合起來發(fā)揮各自的優(yōu)點。 本文主要工作 本文首先對動力差速式轉(zhuǎn)向機構(gòu)的工作原理進行分析，了解該轉(zhuǎn)向機構(gòu)的工作過程。最后通過履帶理論轉(zhuǎn)向阻力矩分析及錐齒輪、行 星排、軸等具體零件的設(shè)計計算及校核，最終完成對整個機構(gòu)的設(shè)計。該機構(gòu)有較大的優(yōu)越性，在履帶式機械特別是大型機械上將日益受到重視。 差速式轉(zhuǎn)向機構(gòu)的組成與工作原理 D8N 型履帶式推土機的差速式轉(zhuǎn)向機構(gòu)由 3 個行星排、變速箱輸入的錐齒輪副 轉(zhuǎn)向液壓馬達輸入的錐齒輪副 17 以 及左、右端輸出軸 14(與終端傳動連接驅(qū)動履帶轉(zhuǎn)動 )等組成，如圖 所示。差速式轉(zhuǎn)向機構(gòu)用液壓馬達的功率輸入來增加一側(cè)履帶的速度，同時減小另一側(cè)履帶的速度，結(jié)果導(dǎo)致兩側(cè)履帶產(chǎn)生速度差，使推土機轉(zhuǎn)向。通過差速式轉(zhuǎn)向機構(gòu)傳 遞的功率可以分成 3 種工作情況，從變速箱來的行駛功率傳遞、來自轉(zhuǎn)向液壓馬達的轉(zhuǎn)向功率傳遞及前兩種功率傳遞的復(fù)合。左、右兩端輸出軸的動力和轉(zhuǎn)速相等、旋轉(zhuǎn)方向也相同，機械直線行駛。 當(dāng)轉(zhuǎn)向液壓馬達輸入動力，而變速箱在空擋時，動力由轉(zhuǎn)向液壓馬達 ? 齒輪副 17(增加轉(zhuǎn)矩 )? 齒圈 4? 行星輪 3 分為兩路：一路由行星架 2(低速大轉(zhuǎn)矩 )至左端輸出軸；另一路經(jīng)太陽輪 18(高速小轉(zhuǎn)矩，其旋轉(zhuǎn)方向與齒圈相反 )? 軸 10? 太陽輪 15?行星輪 12? 行星架 13(低速大轉(zhuǎn)矩 )? 右端輸出軸 14。 如果兩側(cè)地面阻力不同，則兩側(cè)驅(qū)動輪的負(fù)荷不同，通過行星排 I 可將動力轉(zhuǎn)矩從一側(cè)轉(zhuǎn)換至需要動力較多的另一側(cè)。 動力由變速箱和轉(zhuǎn)向液壓馬達同時輸入時，則動力傳遞情況是上述兩種情況的綜合。 差速式轉(zhuǎn)向機構(gòu)的運動學(xué)分析 轉(zhuǎn)速分析 設(shè) n18, n4, n2為 Ⅰ 行星排太陽輪、齒圈和行星架的轉(zhuǎn)速； n16, n6, n8為 Ⅱ 行星排太陽輪、齒圈和行星架的轉(zhuǎn)速； n15, n11, n13為 Ⅲ 行星排太陽輪、齒圈和行星架的轉(zhuǎn)速； a 1, a 2, a 3為 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 行星排參數(shù)，其值等于齒圈齒數(shù)和太陽 輪齒數(shù)之比； nA 為由變速箱輸入的大錐齒輪轉(zhuǎn)速； nB為由轉(zhuǎn)向液壓馬達輸入的大錐齒輪轉(zhuǎn)速； n1為左端輸出軸轉(zhuǎn)速； n14 為右端輸出軸轉(zhuǎn)速。此時從變速箱輸入的大錐齒輪至左、右端輸出軸的速比為 221141 11 a aaii AA ? ???? （ ） 當(dāng)變速箱在空擋，僅有轉(zhuǎn)向液壓馬達輸入動力時，此時 nA=0，若取 a 2=1+a 3，代入公式 ()、公式 ()，則有 n1= ? n14，可見只要將 Ⅰ 、 Ⅱ 和 Ⅲ 行星排參數(shù)取為a 1= a 3= a 21，則當(dāng)僅有轉(zhuǎn)向液壓馬達輸入動力時，機械繞其自身中心原地轉(zhuǎn)向?？梢娨簤厚R達的旋轉(zhuǎn)方向決定了推土機轉(zhuǎn)向的方向。 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 11 轉(zhuǎn)矩分析 理論內(nèi) 轉(zhuǎn)矩分析 由三個行星排得到理論內(nèi)轉(zhuǎn)矩關(guān)系 ? ?121418 11 aMaMM ???? （ ） ? ?282616 11 aMaMM ???? （ ） ? ?31331115 11 aMaMM ???? （ ） 式中 M18， M4， M2——行星排 Ⅰ 中 行星輪分別對太陽輪、齒圈、行星架作用的理論內(nèi)轉(zhuǎn)矩。 式中 M15， M11， M13——行星排 Ⅲ 中行星輪分別對太陽輪、齒圈、行星架作用的理論內(nèi)轉(zhuǎn)矩 a 1， a 2， a 3——分別為行星排 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 的特性參數(shù) (行星排齒圈齒數(shù)與太陽輪齒數(shù)之比 )a 1=a 3=a 21。 在上述 方程組中，輸入轉(zhuǎn)矩 MA , MB 已知，解方程組可求出所有轉(zhuǎn)矩值。 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 解此聯(lián)立方程組并整理得 BA Mia aMiaaM 21 11221 11 ???? （ ） BA Mia aMiaaM 21 112214 11 ???? （ ） BA MiMiaaM 212211 1 ??? （ ） ? ?14112 221 MMia aM A ??? （ ） ? ?14121 121 MMia aM B ??? （ ） ? ?141228 2 1 MMaaM ??? （ ） ? ?141224 2 1 MMaaM ??? （ ）外轉(zhuǎn)矩分析 01121141 ?????? MMiMiMM BA （ ） 式中 1111 MM ??? (行星排 Ⅲ 齒圈與殼體固定連接處的轉(zhuǎn)矩 ) 轉(zhuǎn)向機構(gòu)各種工況分析 （ 1） 行駛動力源單獨工作 當(dāng)變速箱輸入轉(zhuǎn)矩 M1，而轉(zhuǎn)向液壓馬達無轉(zhuǎn)矩輸入 (即 MB 0? )時、行走裝置直線行駛。由公式 ()， ()得知。 由公式（ ），（ ）得 M2 , M16 , M4=0，此時行星排 Ⅰ 不參與傳動。 若左、右路面條件存在明顯差異時，由于驅(qū)動輪受附著條件限制，兩側(cè)驅(qū)動輪負(fù)荷不等。此時行星排 Ⅰ 參與傳動、動力經(jīng)行星輪 7 傳遞給齒圈 6。由公式（ ）、（ ）得 ? ? ,01 211 ?? BMia a 若 ? ? 01 211 ?? BMia a 則 M1? M14；反之 M1? M14。故該轉(zhuǎn)向機構(gòu)具有差速性能并能起到差速鎖的效果。 （ 2） 轉(zhuǎn)向動力源單獨工作 當(dāng)變速箱處于空擋位置 (即 MA 0? )，液壓馬達輸入轉(zhuǎn)矩 MB時，行駛裝置原地轉(zhuǎn)向：若左、右兩側(cè)地面條件相同時，由公式 ()、 ()得 M1??M14。 由公式 ()、 ()知行星排 Ⅱ 不參與傳動 。 若左、右路面條件存在明顯差異時，基于前工況所述相同原因。此時行星排 Ⅱ 參與傳動。一端減少的數(shù)量等于另一端增加的數(shù)量。 由于左右兩側(cè)輸入轉(zhuǎn)矩的差異、機械將不嚴(yán)格繞其自身中心回轉(zhuǎn)。行星排 Ⅱ 的行星架將輸出一轉(zhuǎn)矩。 （ 3）兩動力源同時工作 當(dāng)變速箱輸入力矩 MA，液壓馬達輸入力矩 MB時，行駛裝置轉(zhuǎn)向行駛。由此可知，總輸出力矩大于輸入力矩，故該轉(zhuǎn)向機構(gòu)具有一定降速增扭的功能。 MA 的數(shù)值和方向也不同。 根據(jù)液壓馬達輸出軸的轉(zhuǎn)速大小和旋轉(zhuǎn)方向的不同， MB的大小和方向也不同，由公式 ()、 ()知，將使 M1,M14 中的一個增加，而另一個減少，但增加量和減少量數(shù)值相等。可實現(xiàn)行駛裝置不同的半徑左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)。 由公式 ()、 ()得，變速器的輸出功率為： 8 8 1 2 1 4 1 3 1 1 3 1 4 211( ) ( )22TP M n M n M n M n M n? ? ? ? ? 1 1 4 1 1 3 1 4 211( ) ( )22P P M n M n? ? ? ? （ ） 由公式 ()、 ()得，轉(zhuǎn)向馬達的輸出功率為： 4 4 1 2 1 4 1 3 1 1 3 1 4 211( ) ( )22MP M n M n M n M n M n? ? ? ? ? 1 1 4 1 1 3 1 4 211( ) ( )22P P M n M n? ? ? ? （ ） 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 15 當(dāng)直線行駛 (n2=n13)或兩側(cè)附著力相等 (M1=M14)時， PT=P1+P14,PM=0，變速器的輸出功率為兩側(cè)輸出功率之和，轉(zhuǎn)向馬達不輸出功率。通過對差速式轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率的分析，充分了解差速式轉(zhuǎn)向機構(gòu)的運動學(xué)性能。 履帶與路面摩擦引起的力 以履帶接地面瞬心 Osi為原點， Osi與 Os 的連線為 yi軸，過 Osi平行于履帶縱向軸線的直線為 xi軸，建立直角坐標(biāo)系，履帶接地面的每一個微元 dxdy 上有微小摩擦力 dFi作用，方向與該點絕對速度方向相反，有： PdxdydFi ?? （ ） 式中： μ——履帶與地面的摩擦系數(shù)； P——接地比壓， bLFP Zi? ； ZiF ——作用在第 i 條履帶上的載荷。 （ ）