丘陵山區(qū)履帶式行走系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、目 錄 摘要1 關(guān)鍵詞11 引言2 1.1目的、意義2 2 行駛系統(tǒng)方案設(shè)計 2 2.1輪式行走系統(tǒng)2 2.2半履帶式行走系統(tǒng)2 2.3履帶行走系統(tǒng)3 2.4主要設(shè)計內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)3 3技術(shù)任務(wù)書3 3.1總體設(shè)計依據(jù)3 3.2設(shè)計要求3 3.3產(chǎn)品用途4 3.4產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)與主要技術(shù)參數(shù)43.5 考慮到的若干方案的比較4 3.6 設(shè)計的關(guān)鍵問題及其解決方法4 4 設(shè)計計算說明書(ss)4 4.1 結(jié)構(gòu)方案分析與確定5 4.2 履帶式與輪式底盤的比較5 4.3 結(jié)構(gòu)方案的確定5 4.4 履帶式行走底盤總體的設(shè)計54.5結(jié)構(gòu)組成及其工作原理6 4.6 主要技術(shù)參數(shù)65履帶車輛性能計算65.1

2、牽引性計算7 6 轉(zhuǎn)向最大驅(qū)動力矩的分析與計算8 6.1行駛驅(qū)動力矩8 6.2履帶轉(zhuǎn)向時驅(qū)動力說明10 6.3轉(zhuǎn)向驅(qū)動力矩計算10 7傳動裝置的設(shè)計與計算11 7.1履帶的選擇11 7.2驅(qū)動輪的計算15 7.3傳動方案的確定15 8.1支重輪排列16 8.2支重輪結(jié)構(gòu)18 9軸的設(shè)計19 10底盤的類型1910.1底盤的轉(zhuǎn)向性能分析1910.2底盤的穩(wěn)定性分析20 10.3履帶前角28 11履帶的行駛阻力計算29 11.1外部阻力2911.2內(nèi)部阻力3012液壓系統(tǒng)的設(shè)計3012.1液壓系統(tǒng)及其動力計算力3112.2主要液壓元件選型計33 13行走速度范圍推薦34 14張緊裝置35 15結(jié)束

3、語35 參考文獻36 致謝37 丘陵山區(qū)履帶式行走系統(tǒng)設(shè)計 摘 要：目前履帶行駛系統(tǒng)基本上分為兩大類：輪式行走系統(tǒng)、履帶行駛系統(tǒng)。輪式行駛系統(tǒng)多用于旱地平原地區(qū)作業(yè)，該行駛系統(tǒng)調(diào)速范圍較大，在公路行駛和田間作業(yè)有很好的適應(yīng)性，而履帶行駛系統(tǒng)多用于丘陵山區(qū)等比較復(fù)雜的地形，因其接地面積大、質(zhì)量大對于路況差，道路崎嶇的地形履帶式行走系統(tǒng)適應(yīng)能力比較好，因此本次課題是針對履帶丘陵山區(qū)等復(fù)雜地形的行駛系統(tǒng)的設(shè)計，對農(nóng)業(yè)的發(fā)展也有著非常重要的意義。關(guān)鍵詞：丘陵山區(qū)；履帶；行駛系統(tǒng) ； the hilly crawler walking system design abstract:the crawler

4、 drive system basically is divided into two categories: walking wheel system, caterpillar driving system. wheel drive system used in upland plain area more homework, speed range is larger, the driving system in highway and field work has a good adaptability, paddy field and track drive system used i

5、n mountainous area, such as complex terrain, with their large ground area is large, the quality for poor road conditions and road rugged topography and crawler type walking system ability to adapt is better, so this topic is in view of the track in the mountains paddy field of complex terrain, such

6、as system design, for the mountain area cultivated farmland homework has immeasurable role, also has the very vital significance to the development of agriculture. key words:hilly mountain area;caterpillar;driving system1 引言1.1 目的、意義 履帶的結(jié)構(gòu)特點和性能決定了它在丘陵山區(qū)耕作業(yè)中具有明顯優(yōu)勢。目前農(nóng)用機械基本上分為兩大類：輪式行駛系統(tǒng)和履帶行駛系統(tǒng),輪式系統(tǒng)多用于

7、北方旱地收割作業(yè)，該形式系統(tǒng)調(diào)試范圍較大，在公路行駛和田間作業(yè)都有很強的適應(yīng)性，而履帶行駛系統(tǒng)多用于南方丘陵山區(qū)作業(yè)，在泥濘的泥土上面具有防沉陷的優(yōu)勢，輪式行駛系統(tǒng)履帶的接地比壓相對較低，不適合泥濘的土壤上面作業(yè)。在我國水稻種植區(qū)，輪式拖拉機作業(yè)時經(jīng)常發(fā)生打滑,輪陷等問題，導(dǎo)致拖拉機動力難以有效利用，同時還嚴(yán)重破壞了土壤結(jié)構(gòu)在山地地面坡度較大地區(qū)，普通拖拉機的爬坡能力有限，自身行走或掛接農(nóng)具作業(yè)影響其穩(wěn)定性和牽引效率的發(fā)揮，因此，履帶式或半履帶式拖拉機在水田,山地作業(yè)更具有優(yōu)勢，針對我國大部分種植區(qū)分布在山區(qū)和丘陵地區(qū)，尤其是南方地區(qū)，山區(qū)和丘陵約占60%以上，道路路況差，機械行走困近山區(qū)的大

8、部分耕地坡度較大,而輪式系統(tǒng)在坡地作業(yè)時穩(wěn)定性差、不安全、作業(yè)質(zhì)量也差。綜合考慮本設(shè)計圍繞履帶式行走底盤的相關(guān)資料對其進行相應(yīng)的設(shè)計及創(chuàng)新。目前我國正致力于建設(shè)社會主義現(xiàn)代化，農(nóng)業(yè)機械的實現(xiàn)是社會主義現(xiàn)代化的前提和保證，而水稻和小麥現(xiàn)在花生產(chǎn)優(yōu)勢農(nóng)業(yè)機械化的關(guān)鍵。目前為止我國的農(nóng)業(yè)機械化水平已從初級水平進入中級水平，而在丘陵山區(qū)履帶式行走系統(tǒng)確逐漸占有重要地位而普通的輪式系統(tǒng)根本無法在田間作業(yè)，解決好這一難題隊農(nóng)機在南方推廣有著不可估量的作用，因此對于丘陵山區(qū)履帶行走系統(tǒng)的研究有著深遠(yuǎn)的意義1。2 行駛系統(tǒng)方案設(shè)計 然而人們最初研制的的履帶行駛系統(tǒng)，就是用于農(nóng)機。履帶行駛系統(tǒng)進入農(nóng)機史上至今已

9、近一個世紀(jì)有余，目前多設(shè)計的履帶主要是針對于丘陵山區(qū)作業(yè)。目前國內(nèi)的行走系統(tǒng)有輪式，半履帶式，全履帶式三種。2.1 輪式行走系統(tǒng) 目前很多農(nóng)機的80%質(zhì)量分布在前輪，所以都采用前驅(qū)動輪，后輪轉(zhuǎn)向。行走裝置由無極變速器，驅(qū)動輪橋，轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)和行走輪等組成，多用于旱地作業(yè)。 輪式農(nóng)機采用的輪胎為低壓充氣胎和超低壓充氣胎，行走無極變速器：行走裝置有v型帶無極變速器，變速器由液壓操縱，可在作業(yè)中不停車無極變速。其調(diào)速比即為被動軸的最大轉(zhuǎn)速與最小轉(zhuǎn)速之比i=2.5-3.0。帶輪槽采用寬型v帶，帶速不超過25-30/s.2.2 半履帶行走系統(tǒng)半履帶式行走裝置用于提高在濕軟地上的通用能力，防止沉陷，打滑，

10、從輪式行走的驅(qū)動輪軸上卸下輪子，裝上半履帶裝置，使機器的平均接地壓力降低。半履帶裝置的履帶板有普通型，三角形加寬型等整體式金屬履帶板。半履帶和輪式行走裝置可以互換。小型農(nóng)機換用半履帶裝置后，接地壓力為15-2-kpa。該裝置的優(yōu)點是操作性能好，急轉(zhuǎn)彎時移動的土量少，隊地面的仿形能力強。2.3 履帶行走系統(tǒng) 全履帶行走裝置由履帶，驅(qū)動輪，支重輪，導(dǎo)向輪，托輪，支重臺架，張緊裝置，懸架等等。履帶安裝形狀采用驅(qū)動輪與支重輪同水平高度的設(shè)計方法，僅能解決防沉陷問題，而越障能力還沒有很好的改良。 總而言之，目前無論是哪一種行駛系統(tǒng)，在這一方面 都沒有很好的改進。2.4 主要設(shè)計內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù) （1）設(shè)計

11、任務(wù)a. 履帶底盤結(jié)構(gòu)分析及確定；b. 產(chǎn)品的用途估計；c主要的技術(shù)參數(shù)和性能參數(shù)的確定；d履帶車輛相關(guān)性能的計算及其；e. 張緊裝置設(shè)計和計算。 （2）關(guān)鍵的技術(shù)首先本設(shè)計采用的是現(xiàn)在相關(guān)工業(yè)機械上的一些底盤設(shè)計與實物作為參考，綜合考慮底盤結(jié)構(gòu)，使其可以在不同的地域都可較好的支撐機體使其可以正常的工作。本設(shè)計對驅(qū)動輪、支重輪、導(dǎo)向輪的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計，是整個底盤結(jié)構(gòu)很好的適應(yīng)于丘陵山區(qū)環(huán)境2。3 技術(shù)任務(wù)書(jr)履帶式行走裝置由履帶驅(qū)動輪，支重輪，導(dǎo)向輪，托輪，之重臺架，張緊裝置懸架等組成。履帶安裝形狀采用驅(qū)動輪和支重輪同水平高度設(shè)計的方法，僅能解決防沉陷的問題，而越障能力沒有較好的改良。與輪

12、式相比履帶具有以下優(yōu)點:觸地面積大，觸底壓力小，對于丘陵山區(qū)適應(yīng)能力強，轉(zhuǎn)彎比較靈活。3.1 總體設(shè)計依據(jù)履帶式底盤是機器的重要部件，它對整個裝置起著支撐作用。所以根據(jù)現(xiàn)有工業(yè)的履帶機械結(jié)合農(nóng)用的履帶對整個裝置進行較完整的配合和加工一系列的設(shè)計。3.2 設(shè)計要求在現(xiàn)有的機械資料的基礎(chǔ)上，充分考慮到實際的要求，應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)的緊湊及其配合的合理。同時，要對應(yīng)該計算的部分進行必要的計算，但是實際的情況有所不同，應(yīng)該根據(jù)實際作為標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合計算的數(shù)據(jù)進行綜合考慮，爭取找到比較好的方案和結(jié)構(gòu)。3.3 產(chǎn)品的用途本次設(shè)計的履帶底盤是對相應(yīng)大型功率農(nóng)用機械使用的。3.4 考慮到的若干方案的比較底盤可以分為履帶式與

13、輪式，輪式底盤運用較廣，但是它的牽引附著性能較差，在坡地、粘重、潮濕地及沙土地的使用受到一定的限制；履帶式底盤牽引附著性能好，單位機寬、牽引力大、接地比壓低、越遠(yuǎn)性能強、穩(wěn)定性好，在坡地、粘重、潮濕地及沙土地的使用具有更好的性能。兩者比較采用履帶式底盤可更加適應(yīng)山西多山的地貌特征。3.5 設(shè)計的關(guān)鍵問題及其解決方法設(shè)計的關(guān)鍵問題是在保證正常工作下，其結(jié)構(gòu)盡可能的簡單方便。同時，要注意結(jié)構(gòu)的合理性與正確性。本次設(shè)計采用圓螺母的定位方法，使其在結(jié)構(gòu)上基本一致，同時結(jié)構(gòu)也緊湊的連接，初步達到設(shè)計的目的。還有，采用的支重輪與導(dǎo)向輪的軸承放入輪里的方案。3.6 設(shè)計的關(guān)鍵問題及其解決方法設(shè)計的關(guān)鍵問題是

14、在保證正常工作下，其結(jié)構(gòu)盡可能的簡單方便。同時，要注意結(jié)構(gòu)的合理性與正確性。本次設(shè)計采用圓螺母的定位方法，使其在結(jié)構(gòu)上基本一致，同時結(jié)構(gòu)也緊湊的連接，初步達到設(shè)計的目的。還有，采用的支重輪與導(dǎo)向輪的軸承放入輪里的方案。4 設(shè)計計算說明書(ss)4.1 結(jié)構(gòu)方案分析與確定履帶行走裝置有“四輪一帶”（驅(qū)動輪，支重輪，導(dǎo)向輪，拖帶輪或張緊輪，以及履帶），張緊裝置和緩沖彈簧，行走機構(gòu)組成。機械行走時,驅(qū)動輪在履帶緊邊產(chǎn)生一個拉力，力圖把履帶從支重輪下拉出。出于支重輪下的履帶與地面有足夠的附著力，阻止履帶的拉出，迫使驅(qū)動輪卷繞履帶向前滾動，導(dǎo)向輪把履帶鋪設(shè)到地面，從而使機體借支重輪沿履帶軌道向前運行?！?/p>

15、四輪一帶”在我國已經(jīng)基本標(biāo)準(zhǔn)化，尤其是在大型、重型機械方面。 因此，本設(shè)計還是采用傳統(tǒng)模式的設(shè)計方法3。 表1農(nóng)用機型主要技術(shù)指標(biāo)表 table 1 agricultural o model, main technical index table 序 號項 目單 位參 數(shù)1整機重量kg10002型號農(nóng)用機械地盤3行走速度km/h2-54爬坡能力左右5接地比壓kpa0.31486驅(qū)動輪動力半徑mm約2287發(fā)動機的功率馬力40左右8履帶高度mm4689底盤軸距mm150010底盤軌距mm130011履帶板寬mm35312底盤高度mm6384.2 履帶式與輪式底盤的比較金屬履帶 牽引力大, 適合重

16、負(fù)荷作業(yè)( 如耕、耙等) , 接地比壓小, 對農(nóng)田壓實、破壞程度輕, 特別適合在低、濕地作業(yè), 而且除田間作業(yè)外, 還在農(nóng)田基本建設(shè)和小型水利工程中用作推土機, 綜合利用程度較高。但其主要缺點是在潮濕和砂性土壤上行走裝置,如支重輪、導(dǎo)向輪、托帶輪及履帶板( 俗稱三輪一板) 磨損較快, 維修費用高,作業(yè)速度較慢，隨著公路網(wǎng)發(fā)展,金屬履帶拖拉機轉(zhuǎn)移越發(fā)困難, 使用不便。橡膠履帶拖拉機采用方向盤操縱的差速轉(zhuǎn)向機構(gòu),可控性強,機動靈活, 轉(zhuǎn)彎更省力,履帶接地面積大,并有減振效果,乘坐舒適,由于比壓低,對地面破壞程度輕, 尤其適于低濕地作業(yè), 并可大大提高作業(yè)速度, 改善道路轉(zhuǎn)移適應(yīng)性。橡膠履帶壽命可達

17、到6000小時,三輪壽命延長一倍, 每臺可節(jié)約維修保養(yǎng)費用和轉(zhuǎn)移運輸費用700010000 元, 僅此一項每年社會效益就有560800 萬元4。在開荒、改造中低產(chǎn)田、沙壤土質(zhì)地區(qū), 顯示出極強的優(yōu)越性。其缺點是初置成本高。大功率輪式拖拉機具有輪距調(diào)整方便、軸距長、質(zhì)量分配均勻、充氣輪胎有減振性, 行駛中地面仿形性好, 振動小、運輸速度快,綜合利用率高等優(yōu)點。不足之處是不適于低濕地作業(yè)。而且, 引進國外的具有世界先進技術(shù)水平的大功率輪式,大功率輪式拖拉機接地壓力大,易形成土壤硬底層,大功率輪式拖拉機機重一般在55008500kg, 接地面積比履帶拖拉機小,因此接地壓力較大。經(jīng)數(shù)年耕作后,在土壤的

18、耕層下面將生成硬底層,不利于土壤的蓄水保墑和作物的生長。即使經(jīng)過深度翻耙,依然會保持碎小的板結(jié)硬塊,土壤的顯微結(jié)構(gòu)遭到了破壞。附著性能差,滑轉(zhuǎn)率高。經(jīng)試驗,大功率輪式拖拉機與五鏵犁配套作業(yè)時, 在土壤平均含水率30%、堅實度0.3mpa、機組前進速度7.2km/ h 左右的情況下, 滑轉(zhuǎn)率一般在1020%,有的達25%, 輪胎對土壤的剪切作用,使耕層土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞。4.3 結(jié)構(gòu)方案的確定依據(jù)輪式與履帶機械的特點，以其以上所敘述的比較分析，綜合考慮后得出了履帶的結(jié)構(gòu)和所采取的安裝方法和連接方案。4.4 履帶式行走底盤總體的設(shè)計根據(jù)農(nóng)業(yè)機械學(xué)、拖拉機汽車學(xué)、機械設(shè)計、機械原理等理論，對履帶式行走

19、底盤的驅(qū)動行走系統(tǒng)進行了理論分析與研究，完成了履帶底盤主要工作參數(shù)的確定和力學(xué)的計算。4.5 結(jié)構(gòu)組成及其工作原理履帶行走裝置有“四輪一帶”（驅(qū)動輪，支重輪，導(dǎo)向輪，拖帶輪或張緊輪，以及履帶），張緊裝置和緩沖彈簧，行走機構(gòu)組成。機械行走時,驅(qū)動輪在履帶緊邊產(chǎn)生一個拉力，力圖把履帶從支重輪下拉出。出于支重輪下的履帶與地面有足夠的附著力，阻止履帶的拉出，迫使驅(qū)動輪卷繞履帶向前滾動，導(dǎo)向輪把履帶鋪設(shè)到地面，從而使機體借支重輪沿履帶軌道向前運行?！八妮喴粠А痹谖覈呀?jīng)基本標(biāo)準(zhǔn)化，尤其是大型、重型機械方面，見圖1履帶與地面接觸, 驅(qū)動輪不與地面接觸。驅(qū)動輪在減速器驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的作用下, 通過驅(qū)動輪上的輪齒和

20、履帶鏈之間的嚙合, 連續(xù)不斷地把履帶從后方卷起。接地那部分履帶給地面一個向后的作用力, 而地面相應(yīng)地給履帶一個向前的反作用力, 這個反作用是推動機器向前行駛的驅(qū)動力。當(dāng)驅(qū)動力足以克服行走阻力時, 支重輪就在履帶上表面向前滾動, 從而使機器向前行駛。 履帶與地面接觸,驅(qū)動輪不與地面接觸。驅(qū)動輪在減速器驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的作用下,通過驅(qū)動輪上的輪齒和履帶鏈之間的嚙合,連續(xù)不斷地把履帶從后方卷起5。接地那部分履帶給地面一個向后的作用力,而地面相應(yīng)地給履帶一個向前的反作用力,這個反作用是推動機器向前行駛的驅(qū)動力。當(dāng)驅(qū)動力足以克服行走阻力時,支重輪就在履帶上表面向前滾動,從而使機器向前行駛。4.6 主要技術(shù)參數(shù)

21、表2 主要技術(shù)參數(shù)表table 2 main technical parameter table 序 號項 目單 位參 數(shù)1整機重量kg30002型號農(nóng)用機械地盤3行走速度km/h2-54爬坡能力左右5接地比壓kpa0.31486驅(qū)動輪動力半徑mm約2287發(fā)動機的功率馬力40左右8履帶高度mm4689底盤軸距mm150010底盤軌距mm130011履帶板寬mm35312底盤高度mm6385 履帶車輛性能計算履帶機械整機參數(shù)初步確定以后，一般應(yīng)進行下列計算，以估計該履帶機械的基本性能是否滿足預(yù)期要求，整機參數(shù)選擇是否合理。5.1 牽引性能計算計算時所用的工況一般為：在使用重量狀態(tài)自愛，與水平區(qū)

22、段的茬地上 1-帶；2-驅(qū)動輪；3-機架；4-拖帶輪；5-導(dǎo)向輪；6-支重輪 圖 1 履帶底盤結(jié)構(gòu)圖 fig 2 crawler of chassis structure 圖2 拖拉機受力示意圖fig 2 the tractor force diagram 計算時所用的工況一般為：在使用重量狀態(tài)自愛，與水平區(qū)段的茬地上（對旱地是適耕適度的茬地，對水田是中等泥腳深度的茬地），帶牽引負(fù)荷（牽引線與地面平行）全油門等速行駛。如圖2 此處省略nnnnnnnnnnnn字。如需要完整說明書和設(shè)計圖紙等.請聯(lián)系扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機械畢業(yè)設(shè)計下載！該論文已經(jīng)通過答辯(3) 行駛速度 理論速度

23、 =0.377 km/h （3） 實際速度 =(1-) km/h （4）式中：發(fā)動機轉(zhuǎn)速； 驅(qū)動輪動力半徑；驅(qū)動輪輪滑轉(zhuǎn)率（履帶式一般取0.07）。經(jīng)計算后得結(jié)果=（2.55）km/h（4）履帶式機械的牽引效率 = （5）式中: 各檔的總傳動效率；滾動效率；滑轉(zhuǎn)效率；履帶驅(qū)動帶效率（一般取0.95）。經(jīng)計算后得結(jié)果=0.65(5) 履帶機械的附著力（要求：附著力應(yīng)大于或等于履帶行走機構(gòu)的牽引力且大于等于各阻力之和。） = （6）式中: 一般取0.75；取3000千克。經(jīng)計算后得結(jié)果=25.875kn (符合要求)6 轉(zhuǎn)向最大驅(qū)動力矩的分析與計算6.1 行駛驅(qū)動力矩 此機器在同一情況下均可以勻速

24、行駛，其行駛阻力保持不變，只能驅(qū)動力克服行駛力阻就可以正常行駛。設(shè)此機器正常行走時的驅(qū)動輪輸出的驅(qū)動力矩為m: m=fr其中，f-牽引力，r-驅(qū)動輪半徑。從上式可見，行駛驅(qū)動力矩與驅(qū)動半徑成正比。驅(qū)動輪半徑越大，驅(qū)動力矩越大，反而則小。而從提高變速箱的受力情況，減小變速箱載荷，驅(qū)動輪就應(yīng)該盡量取小值6。所以驅(qū)動輪直徑應(yīng)該綜合考慮。履帶行走機構(gòu)的最小牽引力應(yīng)滿足最大路面設(shè)計坡度上作業(yè)，爬坡和轉(zhuǎn)彎等工況的要求，最大牽引力應(yīng)該小于在水平路面履帶的附著力，一般情況下，履帶行走機構(gòu)爬坡不得與機器作業(yè)同時進行，路面爬坡時設(shè)為其所需的最大牽引力，而且移動速度低，空氣阻力也可以忽略不計，所以履帶行走幾個牽引力

25、的計算可以以上公式作為標(biāo)準(zhǔn)。支重輪軸通過支重臺架與底盤機架剛性連接在一起，這種底盤稱為剛性底盤。其特點是結(jié)構(gòu)簡單易于制造，成本低。但是因為其沒有緩沖作用，所以工作時候，行駛機構(gòu)產(chǎn)生的振動不經(jīng)過緩沖就由底盤傳給機身，使機組上個連接件易于振動，駕駛易疲勞，因此，這種底盤只適用于低速行駛的普通機械。 圖3 履帶轉(zhuǎn)左向示意圖fig 3 caterpillar turn left to the sketch 6.2 履帶轉(zhuǎn)向時驅(qū)動力說明:履帶行走裝置在轉(zhuǎn)向時, 需要切斷一邊履帶的動力并對該履帶進行制動, 使其靜止不動, 靠另一邊履帶的推動來進行轉(zhuǎn)向, 或者將兩條履帶同時一前一后運動, 實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向, 但

26、兩種轉(zhuǎn)向方式所需最大驅(qū)動力一樣。因此以機器單條履帶制動左轉(zhuǎn)為例, 見圖3（示意圖）。左邊的履帶處于制動狀態(tài), 在右邊履帶的推動下, 整臺機器繞左邊履帶的中心c1 點旋轉(zhuǎn), 產(chǎn)生轉(zhuǎn)向阻力矩mr, 右邊履帶的行走阻力fr/ 2 。一般情況, 履帶接地長度l 和履帶軌距b 的比值l/ b1.6,。同時, l/ b 值也直接影響轉(zhuǎn)向阻力的大小,在不影響機器行走的穩(wěn)定性及接地比壓的要求下, 應(yīng)盡量取小值, 也就是盡量縮短履帶的長度,可以降低行走機構(gòu)所需驅(qū)動力。6.3 轉(zhuǎn)向驅(qū)動力矩的計算轉(zhuǎn)向阻力矩是履帶繞其本身轉(zhuǎn)動中心o1（或o2）作相對轉(zhuǎn)動時，地面對履帶產(chǎn)生的阻力矩，如圖所示，o1、o2 分別為兩條履帶

27、的瞬時轉(zhuǎn)向中心。為便于計算轉(zhuǎn)向阻力矩的數(shù)值，作如下兩點假設(shè)：(1)機體質(zhì)量平均分配在兩條履帶上，且單位履帶長度上的負(fù)荷為： （7）式中: 車身總質(zhì)量（kg）； 履帶接地長度(m)。經(jīng)過計算：。形成轉(zhuǎn)向阻力矩 的反力都是橫向力且是均勻分布的。履帶拖拉機牽引負(fù)荷在轉(zhuǎn)向時存在橫向分力，在橫向分力的影響下，車輛的轉(zhuǎn)向軸線將由原來通過履帶接地幾何中心移至，移動距離為10。根據(jù)上述假設(shè)，轉(zhuǎn)向時地面對履帶支承段的反作用力的分布為矩形分布。在履帶支承面上任何一點到轉(zhuǎn)動中心的距離為x，則微小單元長度為dx，分配在其上的車體重力為qdx，總轉(zhuǎn)向阻力矩可按下式： （8）式中: 轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)。（經(jīng)查表計算：式中: 車

28、輛作急轉(zhuǎn)彎時轉(zhuǎn)彎的向阻力系數(shù)； b履帶軌距。）將式（36）代入上式積分得并簡化得： （9）即：n.m根據(jù)上述假設(shè)，轉(zhuǎn)向時地面對履帶支承段的反作用力的分布為矩形分布。在履帶支承面上任何一點到轉(zhuǎn)動中心的距離為x，則微小單元長度為dx，分配在其上的車體重力為qdx，總轉(zhuǎn)向阻力矩可按下式： 式中: 轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)。（經(jīng)查表計算： 式中: 車輛作急轉(zhuǎn)彎時轉(zhuǎn)彎的轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)； b履帶軌距。）將式（36）代入上式積分得并簡化得：（38）即：n.m圖4 履帶轉(zhuǎn)向受力圖fig 4 caterpillar tries to turn to （3） 轉(zhuǎn)向驅(qū)動力矩(假設(shè)機器重心與履帶行走裝置幾何中心相重合)把轉(zhuǎn)向半徑分

29、別考慮13。1)當(dāng)轉(zhuǎn)向半徑如圖5所示，兩側(cè)履帶都向前運動，此時兩側(cè)履帶受地面摩擦阻力朝同一方向（即行駛的反方向），外側(cè)、內(nèi)側(cè)履帶受力分別為： （10）2)當(dāng)轉(zhuǎn)向半徑，如圖所示，此時兩側(cè)履帶受地面摩擦阻力朝反方向，外側(cè)、內(nèi)側(cè)履帶受力分別為： （11）式中: 分別為內(nèi)側(cè)前進阻力和驅(qū)動力； 分別為外側(cè)前進阻力和驅(qū)動力?？紤]機體的重心在中心位置，所以履帶的前進阻力為： （12） 式中: 履帶滾動阻力系數(shù)（ 即）轉(zhuǎn)向時的最大驅(qū)動力矩為： 式中：r驅(qū)動輪節(jié)圓直徑。3）大半徑區(qū)轉(zhuǎn)向行駛時主動輪上的力： （13）小半徑區(qū)轉(zhuǎn)向行駛時主動輪上的力： （14）式中：轉(zhuǎn)向比，。轉(zhuǎn)向時的最大驅(qū)動力矩為：經(jīng)過以上介紹及公

30、式計算得：=506.25n.m； 分別計算轉(zhuǎn)向半徑的情況：得到：.與根據(jù)文獻“履帶車輛行駛力學(xué)”，得主動輪上的最大的驅(qū)動力及力矩為：所得結(jié)果相同 圖5 此時轉(zhuǎn)向示意圖 fig 5 at this point to sketch 7 傳動裝置的設(shè)計與計算7.1 履帶的選擇履帶支承長度l，軌距b和履帶板掛寬度b應(yīng)合理匹配，使接地比壓，附著性能和轉(zhuǎn)彎性能符合要求14。根據(jù)本機的設(shè)計參數(shù)，確定履帶的主要參數(shù)為整機的重量。本機的初定整機重量為：3t.令表示為接地長度，單位m，表示履帶的高度，單位m，g表示機器整機重量，單位為t。則有經(jīng)驗公式知： ； 即;； 即。履帶節(jié)距和驅(qū)動輪齒數(shù)z應(yīng)該滿足強度、剛度要

31、求。在此情況下，盡量選擇小的數(shù)值，以降低履帶高度。根據(jù)節(jié)距與整機重量的關(guān)系：其中的單位為mm,g的單位為kg.（說明：此處的驅(qū)動輪方面在驅(qū)動輪計算部分再詳細(xì)說明。）則根據(jù)計算的與實際的資料： 選型號為23048 的履帶。 圖6 此時轉(zhuǎn)向示意圖fig 6 at this point to sketch 7.2 驅(qū)動輪的計算目前, 履帶嚙合副的設(shè)計還停留在經(jīng)驗設(shè)計階段, 沒有相關(guān)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn), 各種齒形的設(shè)計方法很多, 極不統(tǒng)一, 主要有等節(jié)距嚙合方式、亞節(jié)距嚙合方式和超節(jié)距嚙合方式。等節(jié)距嚙合主要指履帶節(jié)距與鏈輪節(jié)矩相等。在等節(jié)距嚙合時, 履帶嚙合副是多齒傳動, 履帶牽引力由嚙合各齒分擔(dān), 各個齒

32、所受的負(fù)荷較小, 此時嚙合平穩(wěn)、沖擊振動小, 使用壽命較長15。但在實際中, 等節(jié)距嚙合只是一個理論概念, 因為即使在設(shè)計上使履帶與鏈輪節(jié)距相等, 履帶在使用過程中將產(chǎn)生節(jié)距變化(如彈性伸長, 履帶銷和銷孔磨損伸長等), 嚙合實際上為超節(jié)距嚙合。且因圖紙標(biāo)注公差、制造誤差等使履帶在一定范圍內(nèi)波動, 履帶與鏈輪的嚙合要么是超節(jié)距, 要么是亞節(jié)距, 等節(jié)距嚙合實際上很難存在于嚙合過程中。在亞節(jié)距嚙合過程中, 鏈輪與履帶銷之間力的傳遞僅由即將退出嚙合的一個鏈輪齒來完成, 但對于頻繁改變方向的機器, 在減輕啟動沖擊方面很有利, 而且隨著亞節(jié)距量的增加,作用更加明顯。但在退出嚙合時, 履帶銷處于遲滯狀態(tài)

33、, 嚴(yán)重時甚至由于運動干涉而不能退出嚙合。因此, 在設(shè)計過程中應(yīng)根據(jù)工作工況, 靈活采取相適應(yīng)的設(shè)計方法, 使履帶銷順利進入和退出嚙合, 減少接觸面的沖擊; 使齒面接觸應(yīng)力滿足要求, 減小磨損; 使履帶節(jié)距因磨損而增大時仍能保持工作而不掉鏈等。因此，綜上考慮驅(qū)動輪選用鏈輪的設(shè)計方案。a. 確定驅(qū)動輪主要尺寸（則根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)得）：齒頂圓直徑 ：齒根圓直徑： 分度圓弦高： 最大齒根距離 齒側(cè)凸緣 。圖7 驅(qū)動輪圖 fig 7 driving wheel figure b. 確定驅(qū)動輪齒槽形狀試驗和使用表明，齒槽形狀在一定范圍內(nèi)變動，在一般工況下對鏈傳動的性能不會有很大影響。這樣安排不僅為不同使用要

34、求情況時選擇齒形參數(shù)留有了很大余地。同時，各種標(biāo)準(zhǔn)齒形的鏈輪之間也可以進行互換。齒面圓弧半徑: 齒溝圓弧半徑: 齒溝角： 則根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)得：齒面圓弧半徑： 齒溝圓弧半徑： 齒溝角： 。7.3 傳動方案的確定履帶支承長度l，軌距b和履帶板掛寬度b應(yīng)合理匹配，使接地比壓，附著性能和轉(zhuǎn)彎性能符合要求。根據(jù)本機的設(shè)計參數(shù)，確定履帶的主要參數(shù)為整機的重量。本機的初定整機重量為：3t.令表示為接地長度，單位m，表示履帶的高度，單位m，g表示機器整機重量，單位為t。則有經(jīng)驗公式知： 即 即履帶節(jié)距和驅(qū)動輪齒數(shù)z應(yīng)該滿足強度、剛度要求。在此情況下，盡量選擇小的數(shù)值，以降低履帶高度16。根據(jù)節(jié)距與整機重量的關(guān)系

35、：其中的單位為mm,g的單位為kg.（說明：此處的驅(qū)動輪方面在驅(qū)動輪計算部分再詳細(xì)說明。）則根據(jù)計算的與實際的資料： 選型號為23048 的履帶。8 支重輪8.1 支重輪排列在履帶內(nèi)層嵌有與驅(qū)動輪配合的鐵齒，倆鐵齒之間距離既是節(jié)距。如果支重輪排列的不好，之重輪在履帶上滾動到倆鐵齒之間時候，由于鐵齒剛性作用之重輪下壓的倆根小，倆者會有一定落差。這樣會加劇機器行走時的震動，影響機器的平穩(wěn)性。而且支重輪在壓落橡膠面時，支重輪的滾動阻力也會增大，從而增大機器行駛能耗。因而不能為偶數(shù)被。其目的是保證行走裝置在任何時間前后個支重輪都落在履帶鐵齒上，消除支重起伏落差，提高行走平穩(wěn)性，減小行走阻力。8.2 支

36、重輪結(jié)構(gòu) 支重輪在履帶上滾動，將整臺機器的質(zhì)量傳給地面，承載著整臺機器的質(zhì)量。機器經(jīng)常在山地地區(qū)和水田地區(qū)作業(yè)，支重輪長期帶有泥水，工作環(huán)境惡劣，若進入支重輪軸承的話，軸承很容易破損，從而影響了其行駛。因此支重輪的密封性要求很高。要提高支重輪軸承部分的密封性，主要從倆個方面考慮：第一是盡量減少活動的密封面，減低水泥進入軸承的機會，二是提高密封件的可靠性和使用壽命。采用懸臂固定方式是減少支重輪密封面的方法之一，他可以是支重輪的密封面僅有的一個。密封方式主要有油封和機械密封兩種。采用油封結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但效果不佳且不長久，基本上用一個季節(jié)就損壞了，需要更換。采用接卸密封方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也高。9

37、 軸的設(shè)計(1) 材料及熱處理 考慮到是高速軸以及材料后，選此軸材料為q235-a，調(diào)質(zhì)處理。（2）初步確定軸的最小直徑 按式初步估算軸的最小直徑。根據(jù)軸的材料和表，取，所以根據(jù)公式有：即 由于此軸上開有一個鍵槽，所以應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對軸的強度的削弱；再者直徑小于100 mm，因此。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩，查表，考慮到轉(zhuǎn)矩變化和沖擊載荷大（如織布機、挖掘機、起重機、碎石機），故取，則：按照計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件并且考慮到補償兩軸綜合位移，查表，選用gicl1鼓形齒式聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為。半聯(lián)軸器的孔徑為30 mm，故取，半聯(lián)軸器與軸配合的長度為82 mm18。（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計由于此

38、軸是裝有聯(lián)軸器的齒輪軸，所以結(jié)構(gòu)采用外伸梁布局，外伸部分裝聯(lián)軸器，兩軸承布置在齒輪的兩端，軸系采用兩端單向固定布置，為避免因溫度升高而卡死，軸承端蓋與軸承外圈端面留出的熱補償間隙，軸的初步結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖 8 軸的結(jié)構(gòu) fig 8 shaft structure （4）根據(jù)軸向定位要求確定各軸段直徑和長度 1）段裝gicl1聯(lián)軸器，因此。半聯(lián)軸器與軸配合的孔徑長度為82 mm，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，因此段的長度應(yīng)比82略小一些，現(xiàn)取。 2）為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，段的左端需要制出一軸肩，軸肩高度，即，取，因此。軸承端蓋的總寬度為20 mm（由減速器及軸承

39、端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離，故取。3) 初步選擇滾動軸承。因軸承主要承受徑向載荷作用，故選用深溝球軸承。根據(jù)，選擇6308型軸承其尺寸為，因此。考慮到軸承與齒輪潤滑方式不一樣，因此需要以擋油環(huán)將其隔開，可取擋油環(huán)的寬度為20 mm，因此。4）為了滿足擋油環(huán)的軸向定位要求，段的左邊需制出一軸肩，軸肩高度，即，取，因此；考慮到箱體和箱座的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可取。5）根據(jù)齒輪傳動的設(shè)計可知，6）根據(jù)4）可知，；軸環(huán)寬度，即，取，則有。7）根據(jù)3）可知，；考慮到軸承與齒輪潤滑方式不一樣，因此需要以擋油環(huán)將其隔開，可取擋油環(huán)的寬度

40、為14.5 mm，因此。半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。根據(jù)，查表，有平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長度為70 mm；半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為，半聯(lián)軸器與軸的配合為；滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m619。 圖8.2 扭矩結(jié)構(gòu) fig 8.2 torque structure 其中 1) 求水平面支反力 如上圖所示有：； 式中： 代入數(shù)據(jù)有： 2）繪制水平面的彎矩圖 圖8.3 水平面的彎矩 fig 8.3 the horizontal plane bending moment 其中3）求水平面支反力 如上圖所示有：； 式中： 代入數(shù)據(jù)有： 4）

41、繪制垂直面的彎矩圖5）求總彎矩 圖8.4垂直面的彎矩 fig 8.4 vertical bending moment 其中6）繪制扭矩圖 圖 8.5 扭矩示意圖 fig 8.5 schematic diagram of torque 其中（8）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即齒輪的中心截面）的強度。根據(jù)式及上述數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)應(yīng)力，取，軸的計算應(yīng)力 前已選定軸的材料為q235-a，調(diào)質(zhì)處理，由表查得，因此，故安全。（9）精確校核軸的疲勞強度1)判斷危險截面段只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸

42、的疲勞強度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強度較為寬裕確定的，因此此段均無需校核。從應(yīng)力集中對軸的疲勞強度的影響來看，齒輪兩端處過盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重；從受載的情況來看，齒輪中心處的應(yīng)力最大。齒輪兩端的應(yīng)力集中影響相近，但靠近軸承端蓋的截面（即的右端）不受扭矩，同時軸徑也較大，故不必做強度校核。齒輪中心上雖然應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大，而且這里軸的直徑最大，因此此處也不必校核。的左端和的右端顯然更不必校核，因此該軸只需校核齒輪右端的截面左右兩側(cè)即可。2) 齒輪右端的截面左側(cè)抗彎截面系數(shù) 抗牛截面系數(shù) 截面左側(cè)的彎矩為截面上的扭矩為 截面上的彎曲應(yīng)力截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力軸的材料為q235-a，調(diào)質(zhì)

43、處理。由表查得： 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按附表查取。由于，經(jīng)插值后可查得 又由附圖可得軸的材料敏性系數(shù)為 故有效應(yīng)力集中系數(shù)按式附表為由附圖的尺寸系數(shù)；由附圖的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)。軸按磨削加工，由附圖得表面質(zhì)量系數(shù)為軸未經(jīng)表面強化處理，即強化系數(shù)，則按式及式得綜合系數(shù)為：據(jù)軸的材料，得鋼的特性系數(shù)，取，而，則于是，計算安全系數(shù)值，按式、則得故可知其安全。3）齒輪右端的截面右側(cè)抗彎截面系數(shù) 抗牛截面系數(shù) 彎矩m及彎曲應(yīng)力為扭矩及扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 過盈配合處的，由附表，用插值法求出，并取，則有 軸按磨削加工，由附圖得表面質(zhì)量系數(shù)為故得綜合系數(shù)為：所以軸在截面右側(cè)的安全系數(shù)為：故該軸在截面右側(cè)

44、的強度也是足夠的20。（10）按靜強度條件進行校核靜強度校核的目的在于評定軸對塑性變形的抵抗能力。由于起重機存在瞬時過載，因此需要校核危險截面的強度。 根據(jù)軸的材料，查表得 由于，軸的材料屬于高塑性材料，則有按屈服強度設(shè)計的安全系數(shù)為。1）危險截面右側(cè)只考慮彎矩和軸向力時的安全系數(shù)為根據(jù)以上數(shù)據(jù)有， ，代入數(shù)據(jù)有只考慮扭矩時的安全系數(shù)為根據(jù)以上數(shù)據(jù)有，代入數(shù)據(jù)有危險截面靜強度的計算安全系數(shù)為故其安全。2）危險截面左側(cè)從上式可以看出，與和成正比，而截面左側(cè)的和均比其右側(cè)大，既然右側(cè)安全，那截面左側(cè)肯定安全。（11）軸的剛度校核計算1）軸的彎曲剛度校核計算由于此軸為階梯軸，則需算出其當(dāng)量直徑，即

45、由于載荷作用于兩支承之間，則有l(wèi)為支承跨距，即，代入系列的尺寸和系列尺寸，有 根據(jù)圖且，則有根據(jù)式得此軸的最大轉(zhuǎn)角和最大撓度為 根據(jù)軸的材料和表得： 由于，因此取 代入上述數(shù)據(jù)有 根據(jù)表，查得 顯然 故滿足軸的彎曲剛度條件。 2）軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件校核計算 由于此軸是階梯軸，根據(jù)式則有其圓軸扭轉(zhuǎn)角為由于此軸的材料為鋼材，則有剪切彈性模量；l為階梯軸承受扭矩作用的長度，即；由于此軸的扭矩沒變，則有；在段和段不受扭矩作用；對于圓軸，對于精密傳動軸，可取，顯然，故滿足條件21。10 底盤的類型 對于履帶行駛底盤，一般可以分為三類，即是：彈性地盤，半剛性底盤，剛性底盤。1. 彈性地盤 支重輪軸通過杠桿和

46、彈簧連接然后和主機架相連接。因此底盤的緩沖作用非常好，對地面的適應(yīng)性也很好，適用于較高速度駕駛舒適性要求高的機械。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量大，而且成本高，一般不使用于農(nóng)用機械。2. 半剛性底盤 支重輪固定在支重臺架上，而支重臺架則通過鉸鏈在后部和機構(gòu)相連接，在前部則采用彈性件和機架相連，此種底盤稱為半剛性底盤。其特點是支重臺架可以相對于主機架做縱向擺動，著就使行駛機構(gòu)的振動不至于不傳給主機架。但是這種底盤的支架要附設(shè)支重架導(dǎo)向裝置，以防主機架發(fā)生橫向擺動，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本較高。3.剛性底盤 支重輪軸通過支重臺架與底盤機架剛性連接在一起，這種底盤稱為剛性底盤。其特點是結(jié)構(gòu)簡單易于制造，成本低。但是因

47、為其沒有緩沖作用，所以工作時候，行駛機構(gòu)產(chǎn)生的振動不經(jīng)過緩沖就由底盤傳給機身，使機組上個連接件易于振動，駕駛易疲勞，因此，這種底盤只適用于低速行駛的普通機械。10.1 底盤的轉(zhuǎn)向性能分析 差速是轉(zhuǎn)向機構(gòu)是目前履帶行駛系統(tǒng)最為普通的轉(zhuǎn)向機構(gòu)。轉(zhuǎn)向性能是車輛改變運動方向的一種能力，是車輛整車性能的一個重要評價指標(biāo)。 轉(zhuǎn)向半徑r和相對轉(zhuǎn)向半徑p：轉(zhuǎn)向中心o到縱向軸線的距離叫轉(zhuǎn)向半徑r，相對轉(zhuǎn)向半徑p是轉(zhuǎn)向半徑r與倆側(cè)履帶中心距b的比值，p=r/b，具有中心轉(zhuǎn)向的履帶車pmin=0，周轉(zhuǎn)向時間t=2/w。 平均旋轉(zhuǎn)角度w：轉(zhuǎn)向過程中轉(zhuǎn)過角度與時間的比值，w=/t。規(guī)定轉(zhuǎn)向半徑，旋轉(zhuǎn)過程中，車輛內(nèi)側(cè)摩擦

48、原件被完全制動，沒有制動功率損失，倆側(cè)主動輪和發(fā)動機之間的傳動比都是定值，著時候的理論轉(zhuǎn)向半徑稱為規(guī)定轉(zhuǎn)向半徑。規(guī)定轉(zhuǎn)向半徑?jīng)Q定了機器的能持續(xù)進行轉(zhuǎn)向的可能性，規(guī)定轉(zhuǎn)向半徑越大，以規(guī)定轉(zhuǎn)向半徑轉(zhuǎn)向的可能性越大，轉(zhuǎn)向性能好。裝備有差速式轉(zhuǎn)向機構(gòu)的車輛各檔具無極規(guī)定轉(zhuǎn)向半徑，車輛可以在大于該檔最小規(guī)定轉(zhuǎn)向半徑的任意轉(zhuǎn)向半徑轉(zhuǎn)向。 轉(zhuǎn)向所需單位牽引力：車輛轉(zhuǎn)向所需單位牽引力表示了轉(zhuǎn)向時所守的內(nèi)阻力的大小，其值越小，轉(zhuǎn)向越容易，轉(zhuǎn)向性能越好22。10.2 底盤的穩(wěn)定性分析 影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素有很多，所以所以這些反饋一般來說，隨具體結(jié)構(gòu)和使用情況不同而不同，既可能是負(fù)反饋也可能是正反饋。歸根結(jié)底，影響底盤操縱的穩(wěn)定性因素大致有：各零部件的重量分配，軸距和輪距，重心高度，機架的幾何形狀，轉(zhuǎn)動慣性，減速器的衰減力，履帶，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能，機架的