动力差速式转向机构设计

本科学生毕业设计动力差速式转向机构设计院系名称： 机电工程学院 专业班级： 机械设计制造及其自动化四班学生姓名： 王来 指导教师： 陈树海 职 称： 副教授 二一四年五月二十四日The Graduation Design for Bachelors DegreeDesign of Dynamic Differential Steering MechanismCandidate：Shi ChuanyangSpecialty：Mechanical Design and Manufacture & AutomationClass：07-7Supervisor：Associate Professor Chen Shuhai Heilongjiang Institute of Technology2011-06Harbin哈尔滨远东理工学院学士学位论文摘 要履带车辆的转向机构是重要的总成之一，其性能的优劣直接影响着车辆的转向机动性和生产效率。因此对性能优良的转向机构的研究一直是车辆工程领域的重要研究课题。履带式工程机械的转向机构普遍采用单功率流的转向离合器和制动器，两者相配合，使两侧履带以不同速度行驶，实现转向。这种结构非常简单，同时也易于实现转向，但是要实现小半径转向时需借助摩擦元件的打滑来实现，造成严重的功率浪费，降低摩擦元件的使用寿命。同时驾驶操作费力，还不好准确把握车辆的转向半径。本设计为推土机设计采用的一套动力差速式转向装置。该转向机构主要包括一个转向差速机构、一个液压泵、一个液压转向马达和转向控制器，它将转向和差速合为一体，简化了机械的结构，提高了机械的使用性能。该机构具有差速的同时，还具有差速锁的效果，并具有降速增扭的功能，大大提高了履带车辆行驶通过性和转向性能。关键词：差速式转向机构；转向离合器；转向半径；履带车辆；转向控制器ABSTRACTThe steering mechanism of tracked vehicle is one important part of the unit, and its performance will directly affect the mobility and productivity of the vehicle. Therefore, the research on steering mechanism is an important subject in the field of vehicle engineering. The marching project machinery rotation gear generally uses the steering clutch and the brake which the single power flows, two coordinates which cause two sides caterpillar bands with the different speed to change the direction. This kind of structure is extremely simple, and will be also easy to realize changes, however, if you want to realize the changes of the small radius, you have to do it with the aid of rub parts slipping and it will cause the serious power waste, reduces the service life of rub parts. Simultaneously it will be in great trouble to take the operation and hold the radial turning of vehicles.The design is a set of diverting device with difference speed which uses for the bulldozer design. The steering mechanism mainly includes the differential steering mechanism, a hydraulic pump, a motor of hydraulic pressure and a steering clutch. It can make the changing direction and the difference speed into one body, simplify the machinery structure, enhanced the machinery operational performance. This structure not only has different speed, but also has the effect of differential lock, and has the function which reduces speed and increases turns and enhances passing nature of the tracked vehicle and the performance of changing direction.Key words: Differential Steering Mechanism；Steering Clutch；Radial Turning；Tracked Vehicle；Steering Controller II目 录摘 要Abstract第1章 绪 论11.1 履带车辆转向机构的选题背景目的及意义11.2 履带车辆转向机构研究现状21.2.1 单功率流转向机构21.2.2 双功率流转向机构31.3 履带车辆转向机构发展趋势41.3.1 纯液压无级转向机构41.3.2 复合转向机构51.3.3 机械液压连接无级转向机构51.4 差速式转向机构的主要构成61.5 本文主要工作7第2章 动力差速式转向机构运动学分析82.1 差速式转向机构的组成与工作原理82.2 差速式转向机构的运动学分析92.2.1 转速分析92.2.2 转矩分析112.2.3 功率分析142.3 本章小结15第3章 履带理论转向阻力矩分析163.1 履带与路面摩擦引起的力163.2 履带侧面推土产生的力173.3 本章小结19第4章 动力差速式转向机构的设计204.1 各传动比的选择204.2 各零件运动参数的计算204.2.1 车辆直线行驶204.2.2 车辆绕一侧履带中心转向214.3 零件设计224.3.1 行走驱动锥齿轮的设计224.3.2 转向马达锥齿轮的设计264.3.3 行星排与行星排的设计304.3.4 行星排的设计344.3.5 轴的设计394.3.6 键的设计454.4 传动机构组装简图484.5 本章小结49结论50致谢51参考文献52第1章 绪 论1.1履带车辆转向机构的选题背景目的及意义1、选题背景目前国内履带车辆转向装置大部分还是采用转向离合式转向机构，属单功率转向机构，其结构简单容易实现，但仅有几个固定的转向半径，按非规定的转向半径转向时，要靠摩擦元件的滑摩来实现，难以得到稳定准确的转向半径；其次是在转向过程中摩擦元件的剧烈滑磨会带来发热和磨损，使传动效率降低，特别是在较大功率的转向工作状态下，会存在较大的功率损失，以致常需降速转向；另外，剧烈的摩擦也使机构容易损坏，导致工作可靠性差，寿命降低，所以有很多的转向不便之处。因此需要一种新型的转向机构来克服以上转向机构的缺点，为此设计一种新型转向机构成为必然。2、目的及意义 一种新型的机械液压式双功率流转向机构，它是由有发动机、变量泵、控制泵、定量马达、多档变速箱以及后桥转向差动机构组成。在采用一套机械差速传动装置的同时，利用液压装置的无级输出转速特性，研究开发性能优良的机械液压连续无级转向机构。它将发动机的机械功率流在多档变速箱的输入轴上分流，一路流经由液压泵、液压马达组成的转向调速系统；另一路流经多档变速箱，最后在行星排上合流，然后经行星排中的某一部件传到车辆的终传动轴上。由于液压泵和液压马达可以无级控制，因此使用这类转向机构可获得车辆两侧的速度差来实现无级控制，又克服了光机械式转向机构的很多缺点。要实现履带式拖拉机转向半径可控且连续无级变化的转向性能,采用容积式液压泵和液压马达无级变速元件是较现实可行的方法。纯液压转向机构通过泵的正反两向无级变量调节,实现发动机动力流经双功率流传动转向路到汇流行星排间的无级变化的传动比,最终实现推土机向左右两侧的转向半径可连续无级变化。直行时,通过液压泵和液压马达的闭锁来实现转向轴的闭锁,从而保持稳定的直行。本设计的目的便是提高履带式推土机驱动、改进行走装置，提高履带式推土机的作业能力。这种转向机构不但具有结构性好、没有摩擦元件、寿命长、效率高、工作可靠、布置简便、维修调整次数少及降低能耗等特点外，而且在工作性能上它不是通过部分或全部切断一侧履带的动力来制动一侧驱动轮来实现转向的，而是两侧履带始终传递动力，这样可很好地实现动力转向，基本上消除了履带的打滑现象，充分利用了发动机输出能量。1.2 履带车辆的转向机构研究现状履带车辆的转向机构是重要的总成之一,其性能的优劣直接影响着车辆的转向机动性和生产效率。因此对性能优良的转向机构的研究一直是车辆工程领域的重要课题。依据不同的分类方法，履带车辆转向机构可根据车辆在转向过程中功率流的传递方式分为单功率流转向机构和双功率流转向机构，也可根据在转向过程中两侧履带的运动有无关联而分为独立式转向机构和差速式转向机构。目前国内主要采用单功率转向机构，而国外多采用双功率转向机构。1.2.1 单功率流转向机构单功率流转向机构一般构造方法是在变速机构后串联某种转向机构，是构成履带车辆转向传动的最为简单的方法。单功率流转向机构是最简单的转向机构，其中最常用的有转向离合器、单差速器、双差速器转向机构等。转向离合器都是多片式摩擦离合器，靠摩擦表面的摩擦力传递力传递转矩，当分离某一侧的转向离合器时，就可以减少或切断该侧驱动轮所传递的转矩使车辆转向。转向半径的大小由驱动轮所传递转矩的减少量即离合器分离的程度所决定。转向离合器由于结构简单、制造方便，在早期的中小型履带式拖拉机、推土机上得到了广泛运用。但由于其操纵性差、生产效率低、能耗较大,随着履带车辆功率的不断增大，转向离合器的应用将会受到一定的限制。当要小半径转向时，还需借助制动器单边制动，如图1.1所示。图 1-1 转向离合器转向机构单差速器转向机构可使车辆几何中心位置的速度在转向过程中仍保持原直线行驶速度，但当一侧完全制动时，转向半径过小，而另一侧履带速度过高、转向角速度过大，因此所需转向功率很大，会超出一般发动机的功率限制，驾驶员若持续转向，稍有不慎就会使发动机熄火，因而只能靠滑磨，用较大的半径转向，或极不稳定地以小半径继续转向。因此这种差速器转向机构现在几乎不再使用。双差速器转向机构可使履带车辆在转向时慢速侧履带降低的速度等于快速侧履带增加的速度，因此车辆转向时的平均速度与直线行驶的速度相同。但由于双差速器不能完全制动一侧履带，车辆不能原地转向，且转向半径的变化范围没有使用转向离合器的大，转向平顺性较差，转向时快速侧履带加速，因此发动机的附加载荷比采用转向离合器的大。双差速器是由齿轮组成的转向机构，与转向离合器相比零件数目少、耐磨性好、寿命较长。行星转向机构由一组行星轮系和制动器组成。操作行星机构上的制动器可以改变两侧驱动轮驱动力矩大小使车辆转向。该类转向机构相对于转向离合器转向机构能传递较大的转向力矩，能够实现单自由度运动的固定轴齿轮机构所不能实现的二自由度的速度分解与合成，行星机构的行星架、太阳轮、齿圈三元件之间具有差速关系；转向机构多点传递动力，并且机构内部径向力相互平衡。但由于其结构复杂，仅在大功率的工业拖拉机、推土机及其它重型车辆上应用。单功率转向的缺点是明显，车辆仅有几个固定的转向半径，按非规定的转向半径转向时，要靠摩擦元件的滑磨来实现，难以得到稳定准确的转向半径；其次是在转向过程中摩擦元件的剧烈滑磨会带来发热和磨损，使传动效率降低，特别是在较大功率的转向工作状态下，会存在较大的功率损失，以致常需降速转向；另外，剧烈的摩擦也使机构容易损坏，导致工作可靠性差，寿命降低。1.2.2 双功率流转向机构在发动机启动后，将发动机功率分成变速和转向两路并列传递，就是双功率流转向机构。双功率流转向机构将用于直驶推进的变速机构与造成左、右侧履带速度差的转向机构在传动系中并列，转向机构在车辆直驶时不造成两侧履带的速度差，在转向时，变速流提供各档不同的直线行驶造成的两侧履带的速度差汇流，实现车辆的转向。1、机械式双功率流转向机构在单功率流转向机构的基础上最早出现的是直驶和转向两功率流均由机械装置来实现机械式双功率流转向机构。此种转向机构主要由两个变速箱（一个主变速箱、一个分动箱）、行星齿轮机构、离合器和行星机构制动器组成，在转向性能上较单功率流转向机构有很大提高，但是它的转向半径仍然是有极限的。挡位越低，得到的转向半径越小；挡位越高，得到的转向半径越大。仍然不能适应车辆在所有不同曲率的道路上用圆滑轨迹转向行驶的需要，也不能排除部分按合摩擦元件进行滑摩擦转向及由滑摩擦所带来的一系列问题。2、机械液压式双功率流转向机构机械式转向机构的转向性能容易受到驾驶员的驾驶技术、体力条件和离合器、制动器磨损的影响，并且容易给驾驶员带来疲劳。随着机电液压及人机工程技术的发展，机械式转向机构必将会在大功率拖拉机、推土机等工程车辆上遭到淘汰。在机械系统上附加液压泵-液压马达驱动的机械-液压转向系统将逐渐得到应用。机械液压式双功率流转向机构 ，有发动机、变量泵、控制泵、定量马达、多档变速箱以及后桥转向差动机构组成。它将由发动机穿来的机械功率流在多档变速箱的输入轴上分流，一路流经由液压泵-液压马达组成的转向调速系统；另一路流经多档变速箱，最后在行星排上合流，然后经行星排中的某一部件（如行星架）传到车辆的终传动轴上。由于液压泵和液压马达可以无级控制，因此使用这类转向机构既可获得车辆两侧的速度差来实现无级控制，有克服了机械式转向机构的很多缺点。若液压马达不工作，只有来自中央传动的功率流，车辆作直线行驶；若只有来自液压马达的功率流，车辆可实现转向半径为零的原地转向；若同时输入两路功率流，由于液压马达可实现无级控制，因此车辆两侧履带驱动轮转速差可以有无穷尽多个，可得到无穷多个转向半径，既可实现无级转向，驾驶员只要操纵转向盘转动液压装置，就可使车辆稳定地沿一定的圆弧行使。这种转向机构不但具有结构性好、没有摩擦元件、寿命长、效率高、工作可靠、布置简便、维修和调整方便及降低能耗等特点外，而且在工作性能上它不是通过部分或全部切断一侧履带的动力来制动一侧驱动轮来实现转向的，而是两侧履带始终传递动力，这样可很好地实现动力转向，基本上消除了履带的打滑现象，适用与进行偏载推土和切除树根作业；在坡地转向时不会出现逆转向现象，提高了车辆的安全性；由于转向时不切断动力，因此车辆的平均车速不降低；履带不停驶，对土壤破坏少，在松软土壤上的通过性能好；转向半径的大小可任意控制，提高了履带车辆的机动性，转向平稳；转向时车辆能发挥与直线行驶同样高的作业性能；容易实现一根操纵杆来控制进退和转向。1.3 履带车辆的转向机构发展趋势1.3.1 纯液压无级转向机构要实现履带车辆转向半径可控且连续无级变化的转向性能，采用容积式液压泵和液压马达等无级变速元件是较现实可行的方法。纯液压转向机构通过泵的正反两向无级变量调节，实现发动机动力经双功率流传动转向路到汇流行星排间的无级变化的传动比，最终实现车辆向左右两侧的转向半径可连续无级变化。直驶时，通过液压泵和液压马达的闭锁(变量泵的排量为零)来实现转向零轴的闭锁，从而保持稳定的直驶。在变速机构挂空档转向的情况下，发动机所发出的功率全部由转向路的液压元件传递，可实现车辆原地转向。 目前的液压工业水平还难以得到功率足够大且性能优良的液压元件，并且液压系统的效率低，这是纯液压无级转向技术发展的最大障碍。 1.3.2 复合转向机构 为克服纯液压转向机构的上述缺陷，目前出现了多种采用功率较小的液压元件的液压复合转向方案。 1、双泵双马达方案此方案是解决液压元件功率不足最直接、最简单的方案，其性能与纯液压转向相同，但两套液压元件并联使该机构体积重量较大，效率仍较低。 2、机械液压复合方案该方案在采用双流液压转向的同时，保留一套机械转向机构。利用功率不大的液压元件实现大半径转向的连续无级变化；利用机械转向机构实现有级的小半径转向。这种转向机构不能实现整个半径范围的无级变化。3、双半径液压转向方案该方案采用有两种输出速比的液压马达，在较好路面上转向时采用较高的输出转速，当地面情况不好时则换用低速输出以克服较大的转向阻力。4、液压液力复合转向方案该方案是以有限功率的液压元件进行无级转向，助力偶合器在转向液压马达力矩不足时及时提供助力矩。该方案虽减少了液压元件但效率会更低。 总之，采用液压元件的无级变速特性来实现履带车辆的无级转向是较佳的选择，解决液压元件功率不足和效率低则是该方向研究的重点。1.3.3 机械液压连续无级转向机构机械液压连续无级转向机构是在简单液压机械分流传动原理的基础上，采用不同的机械机构参数组合，并与液压元件配合的一种最新型的转向机构。它能保证在连续无级输出转速的前提下应用较小的液压元件大幅度提高车辆的输出总功率，并且其传动效率远远超过纯液压转向机构的传动效率。它代表着履带车辆转向机构的发展方向。研究开发性能优良的机械 液压连续无级转向机构、优化匹配该类转向机构的结构参数是目前车辆工程领域的重点课题。下面我们介绍的就是上述的一种机械液压式双功率流转向机构，如图1.2所示。它是由美国卡特公司开发的一种新型差速式转向机构。图中A为变速器伞齿轮轴（输入动力）,B为转向马达。此种转向机构由三个行星排（，）与变速箱动力输出连接的锥齿轮副及转向液压马达动力输出轴连接的圆锥齿轮副组成，其中与变速箱动力输出轴连接的大锥齿轮与行星排的行星架连接为一体，而与转向液压马达动力输出端连接的大锥齿轮与行星排的齿轮的齿圈连接为一体，行星排B齿圈与行星排的行星架及左端输出连接为一体顺向转向；行星排的行星架与右端输出轴连接为一体逆向转动，行星排的齿圈固定在转动机构的壳体上，且三个行星排的太阳轮安装在共用轴上。图 1-2 动力差速式转向机构卡特公司D8N推土机的动力差速式转向机构克服了离合器式转向机构的上述缺点, 使推土机的转向灵活性、可控性得到明显改善, 大大提高了转向效率和行走机构的使用寿命。1.4 动力差速式转向机构的主要构成本设计采用国外的行星转向机构，它是由美国卡特公司开发的一种新型差速式转向机构。此种转向机构由三个行星排与变速箱动力输出连接的锥齿轮副及转向液压马达动力输出轴连接的圆锥齿轮副组成，其中与变速箱动力输出轴连接的大锥齿轮与行星排的行星架连接为一体，而与转向液压马达动力输出端连接的大锥齿轮与行星排的齿轮的齿圈连接为一体，行星排B齿圈与行星排的行星架及左端输出连接为一体顺向转向；行星排的行星架与右端输出轴连接为一体逆向转动，行星排的齿圈固定在转动机构的壳体上，且三个行星排的太阳轮安装在共用轴上。若液压马达不工作，只有来自变速箱的功率流，车辆作直线行驶；若只有来自液压马达的功率流，车辆可实现转向半径为零的原地转向；若同时输入两路功率流，由于液压马达可实现无级控制，因此车辆两侧履带驱动论转速差可以有无穷多个，可得到无穷多个转向半径，既可实现无级转向，驾驶员只要操纵转向盘转动液压装置，就可使车辆稳定地沿一定的圆弧行使。设计动力差速式转向机构时应当保证：（1）当马达速度等于零时，左右输出的速度相等，以保证履带式推土机具有良好的直线行驶性能。（2）当变速箱的速度等于零时，转向液压马达使左右输出的速度相等但方向相反，此时履带式推土机围绕其中心实现原地转向，即。（3）由于液压马达可以无级变速和双向旋转，实现了左右输出速度差的无级精确控制，使履带式推土机的转向半径可无级调整，且转向平稳，改善了转向性能，实现了无功率损失。由于我国的液压水平有限，液压元件质量还比较差，光纯液压驱动转向机械开发利用还特别少。该机构利用多自由度的行星差速器把发动机输出的功率分为液压的和机械的两股“功率流”，利用液压功率流的可控性，使这两股功率流在重新汇合时可无级调节总的输出转速。在这种系统中，人们力图把纯机械传动的高效率和液压传动的无级调速能力结合起来发挥各自的优点。即提高了液压传动装置效率，又优化了机械的转向性能。1.5 本文主要工作本文首先对动力差速式转向机构的工作原理进行分析，了解该转向机构的工作过程。其次对动力差速式转向机构的动力学分析，主要包括对转速、转矩、功率的理论分析，充分了解了差速式转向机构运动学的性能，使得对该机构的设计有了一定的运动学基础。最后通过履带理论转向阻力矩分析及锥齿轮、行星排、轴等具体零件的设计计算及校核，最终完成对整个机构的设计。第2章 动力差速式转向机构运动学分析美国卡特彼勒公司近年来推出的大中型液压推土机，采用了许多新的设计制造技术，其中差速转向技术就是改进之一。该机构有较大的优越性，在履带式机械特别是大型机械上将日益受到重视。本文以卡特彼勒D8N型履带推土机为例，对差速转向机构的组成,原理和运动学分析做一介绍。2.1 差速式转向机构的组成与工作原理 D8N型履带式推土机的差速式转向机构由3个行星排、变速箱输入的锥齿轮副9、转向液压马达输入的锥齿轮副17以及左、右端输出轴1、14(与终端传动连接驱动履带转动)等组成，如图2.1所示。图 2-1 差速式转向机构示意图差速式转向机构有两路功率输入，一路来自变速箱(包括速度和方向)，另一路来自转向液压马达(含左转和右转)。差速式转向机构用液压马达的功率输入来增加一侧履带的速度，同时减小另一侧履带的速度，结果导致两侧履带产生速度差，使推土机转向。液压马达的旋转方向决定了推土机转向的方向，液压马达的旋转速度决定了推土机转向的急或缓。通过差速式转向机构传递的功率可以分成3种工作情况，从变速箱来的行驶功率传递、来自转向液压马达的转向功率传递及前两种功率传递的复合。具体传动情况如下： 1、当变速箱输入动力，而转向液压马达无输入动力时，动力经锥齿轮副9行星架8行星轮7分两个方向：其一，动力经齿圈6(低速大转矩)行星架2左端输出轴1；另一路经太阳轮16(高速小转矩)轴10太阳轮15行星轮12行星架13(低速大转矩) 右端输出轴14。左、右两端输出轴的动力和转速相等、旋转方向也相同，机械直线行驶。 当两侧驱动轮的负荷不相同时，动力经行星轮7仍进入两个方向(齿圈6和太阳轮16)，通过行星排I将转矩从一侧转换至另一侧，左、右端输出轴转矩不相等，但旋转方向与转速保持相等。 2、当转向液压马达输入动力，而变速箱在空挡时，动力由转向液压马达齿轮副17(增加转矩)齿圈4行星轮3分为两路：一路由行星架2(低速大转矩)至左端输出轴；另一路经太阳轮18(高速小转矩，其旋转方向与齿圈相反)轴10太阳轮15行星轮12行星架13(低速大转矩)右端输出轴14。此时左、右端输出轴转矩和转速相等，但旋转方向相反，机械绕其自身中心回转(原地转向)。如果两侧地面阻力不同，则两侧驱动轮的负荷不同，通过行星排I可将动力转矩从一侧转换至需要动力较多的另一侧。由于两端输出轴动力的差异，机械将不严格绕其自身中心回转。 3、动力由变速箱和转向液压马达同时输入时，则动力传递情况是上述两种情况的综合。视变速箱和转向液压马达两者功率输入的大小确定推土机转弯半径的大小和转向速度的快慢。2.2 差速式转向机构的运动学分析 2.2.1 转速分析设n18, n4, n2为行星排太阳轮、齿圈和行星架的转速；n16, n6, n8为行星排太阳轮、齿圈和行星架的转速；n15, n11, n13为行星排太阳轮、齿圈和行星架的转速；1, 2, 3为、行星排参数，其值等于齿圈齿数和太阳轮齿数之比；nA为由变速箱输入的大锥齿轮转速；nB为由转向液压马达输入的大锥齿轮转速；n1为左端输出轴转速；n14为右端输出轴转速。根据行星传动的运动特性方程，建立运动特性方程组如下 （2.1） （2.2） （2.3）式中： ， 解此联立方程组并整理得 （2.4） （2.5） （2.6） （2.7）当变速箱输入动力至差速式转向机构，而转向液压马达无输入动力时, nB=0，此时若取1=3，代入公式(2.4)、公式(2.5)，则有n1=n14，可见只要将和行星排参数设计相等，则可保证仅有变速箱输入动力时，机械直线行驶。此时从变速箱输入的大锥齿轮至左、右端输出轴的速比为 （2.8）当变速箱在空挡，仅有转向液压马达输入动力时，此时nA=0，若取2=1+3，代入公式(2.4)、公式(2.5)，则有n1=n14，可见只要将、和行星排参数取为1=3=2-1，则当仅有转向液压马达输入动力时，机械绕其自身中心原地转向。此时从转向液压马达输入的大锥齿轮至左、右端输出轴的速比为 （2.9）当变速箱及转向液压马达同时向差速转向机构输入动力时，此时nA0, nB，根据前面对、行星排参数的限定，1=3=2-1，将其代入公式(2.4)、公式(2.5)，则有 （2.10）若设转向液压马达输入的大锥齿轮逆时针转动时，此时的n8为正，则有n1n14，机械向右转向；反之，大锥齿轮顺时针转动时，此时的n8为负，则有n1n14，机械向左转向。可见液压马达的旋转方向决定了推土机转向的方向。另外通过控制转向液压马达的转速，可以控制两侧履带的速度差，即决定推土机转向的急或缓，从而使机械适应不同转向半径的需要。2.2.2 转矩分析1、理论内转矩分析 由三个行星排得到理论内转矩关系 （2.11） （2.12） （2.13）式中M18，M4，M2行星排中行星轮分别对太阳轮、齿圈、行星架作用的理论内转矩。式中M16，M6，M8行星排中行星轮分别对太阳轮、齿圈、行星架作用的理论内转矩。式中M15，M11，M13行星排中行星轮分别对太阳轮、齿圈、行星架作用的理论内转矩1，2，3分别为行星排、的特性参数(行星排齿圈齿数与太阳轮齿数之比)1=3=2-1。由机构中旋转构件得静力平衡方程 （2.14） （2.15） （2.16） （2.17） （2.18）式中 MA变速箱输出轴输出转矩； MB转向液压马达输出转矩； 1, 2锥齿轮副9，17的传动比；M1 , M14左、右输出轴输出转矩。在上述方程组中，输入转矩MA , MB已知，解方程组可求出所有转矩值。 这里着眼于讨论两输入转矩MA , MB对于左、右两输入端转矩的分配情况，附带给出行星排齿圈与壳体固定连接处的转矩。 解此联立方程组并整理得 （2.19） （2.20） （2.21） （2.22） （2.23） （2.24） （2.25）外转矩分析 （2.26）式中 (行星排齿圈与壳体固定连接处的转矩)2、转向机构各种工况分析（1）行驶动力源单独工作 当变速箱输入转矩M1，而转向液压马达无转矩输入(即MB)时、行走装置直线行驶。若左、右两侧地面条件相同。由公式(2.19)，(2.20)得知。此时M1=M14，机构左、右两端的输出转矩数值相等，方向相同。 由公式（2.11），（2.15）得M2 , M16 , M4=0，此时行星排不参与传动。 由公式（2.21），（2.26）得 （2.27） 因1=2-1，故此时行星排齿圈固定连接处承受的转矩111MA由公式(2.19)、(2.20)、(2.26)、(2.27)知，此时机构将变速箱输入轴提供的转矩扣除行星排齿圈连接处的转矩部分而平均分配给左、右输出轴，以实现最终传动，故该转向机构具有轮胎式机械中采用普通行星齿轮式差速器平均分配转矩的特点。 若左、右路面条件存在明显差异时，由于驱动轮受附着条件限制，两侧驱动轮负荷不等。势必影响到转向机构输出转矩的改变，使得M1M14，左、右输出转矩不等。此时行星排参与传动、动力经行星轮7传递给齿圈6。经行星排I将转矩从一端转换到另一端，某一端减少的转矩由另一端等量增加。由公式（2.19）、（2.20）得若 则M1M14；反之M1M14。由于这一特点，当一侧地面附着条件差时，可使地面附着条件好的一侧获得较大转矩，提高了机械的通过性能。故该转向机构具有差速性能并能起到差速锁的效果。与此同时，因则故此时转向液压马达由动力源转化为负载。 （2）转向动力源单独工作 当变速箱处于空挡位置(即MA)，液压马达输入转矩MB时，行驶装置原地转向：若左、右两侧地面条件相同时，由公式(2.19)、(2.20)得M1M14。左、右两侧输出转矩数值相等，方向相反，机械绕自身中心原地转向。 由公式(2.12)、(2.14)知行星排不参与传动 。由公式(2.23)得 （2.28）此时行星排齿圈连接处的力矩等于由液压马达提供给转向机构输人端的全部转矩。若左、右路面条件存在明显差异时，基于前工况所述相同原因。M1与M14数值不等。此时行星排参与传动。动力经行星排从某一端传递到需要动力较大的另一端。一端减少的数量等于另一端增加的数量。由公式(2.19)、(2.20)得若则反之，则。由于左右两侧输入转矩的差异、机械将不严格绕其自身中心回转。与此同时、由于行星排参与转动。行星排的行星架将输出一转矩。通过大锥齿轮向变速箱输出轴传递，此时变速箱由动力源转化为负载。 （3）两动力源同时工作 当变速箱输入力矩MA，液压马达输入力矩MB时，行驶装置转向行驶。 由公式(2.19)+(2.20)得因2,所以M1+M141MA。由此可知，总输出力矩大于输入力矩，故该转向机构具有一定降速增扭的功能。 根据变速箱输出轴的转速大小和旋转方向的不同。MA的数值和方向也不同。由公式(2.19)、(2.20)知，通过改变变速箱输出轴的转速大小和旋转方向，可实现行驶装置以不同的速度前进和倒车。 根据液压马达输出轴的转速大小和旋转方向的不同，MB的大小和方向也不同，由公式(2.19)、(2.20)知，将使M1,M14中的一个增加，而另一个减少，但增加量和减少量数值相等。控制液压马达转速大小和旋转方向。可实现行驶装置不同的半径左转和右转。2.2.3 功率分析 左侧：，将（2.4）、（2.17）代入 ，得： （2.29）右侧：将 (2-5)、(2-18)代入 ，得 ： （2.30）其中，M8n8为变速器输出功率，M4n4为转向马达输出功率，其余两项为耦合项。 由公式(2.6)、(2.24)得，变速器的输出功率为： （2.31）由公式(2.7)、(2.25)得，转向马达的输出功率为： （2.32） 当直线行驶(n2=n13)或两侧附着力相等(M1=M14)时，PT=P1+P14,PM=0，变速器的输出功率为两侧输出功率之和，转向马达不输出功率。 原地转向时，将M8=0,M1=M14代入公式(2.29)、(2.30)、(2.31)、(2.32)，可得： （2.33） （2.34） （2.35） （2.36）2.3 本章小结本章通过对动力差速式转向机构的组成和工作原理的介绍，了解差速式转向机构的构成及采用的主要原件，明确三个行星排之间所起到的相互作用。通过对差速式转向机构的转速、转矩、功率的分析，充分了解差速式转向机构的运动学性能。 第3章 履带理论转向阻力矩分析履带在软路面上所受的力主要由两部分构成：一是履带与路面间摩擦引起的力，二是由于履带下陷侧面推土产生的力。3.1 履带与路面摩擦引起的力以履带接地面瞬心Osi为原点，Osi与Os的连线为yi轴，过Osi平行于履带纵向轴线的直线为xi轴，建立直角坐标系，履带接地面的每一个微元dxdy上有微小摩擦力作用，方向与该点绝对速度方向相反，有： （3.1）式中： 履带与地面的摩擦系数； P接地比压，； 作用在第i条履带上的载荷。dFi在轴和轴的分量为 （3.2） （3.3）由此可得牵引力及侧向力为 （3.4） （3.5）地面对履带的转向阻力矩（绕履带接地面中心）为 （3.6）3.2 履带侧面推土产生的力 根据Bekker推荐的压力沉陷关系，履带的沉陷量Z为： （3.7）式中：土壤的变形系数； 土壤的内聚模量；土壤的摩擦变形模量。履带两侧任一单位长度上的推土阻力R可从力的平衡式中得到 （3.8）式中：土壤容重。由上式解得 （3.9）由于R是的函数，R的最小值Rmin对应着一定的值，在此值时地面破坏，故侧面推土阻力产生的转向阻力矩为 （3.10）式中：侧面推土产生的测向力。 （3.11）所以由公式（3.6）、（3.11）得履带在软路面上行驶时的转向阻力为 （3.12）利用一台单履带试验装置，通过试验测试数据，我们得出一以横向偏心距为x轴，以回转阻力矩为y轴坐标曲线，如图3-1。 图 3.1 转向阻力矩的偏心距 由理论和实验，我们可以得知履带最大的转向阻力矩应该发生在履带绕一侧履带中心位置转向时。为方便计算，我们可以借鉴经验公式： 式中：转向阻力矩系数； 履带接地长度。如下图3.2、图3.3，我们把转向半径大于二分之一、小于二分之一分别考虑。 图 3-2 转向半径大于B/2 图 3-3 转向半径小于B/2 当转向半径R大于B/2时，两侧履带都向前运动，此时两侧履带受地面摩擦阻力朝同一方向（即行驶的反方向）左右履带受力分别为： （3.13） （3.14）当转向半径R小于B/2时，此时两侧履带受地面摩擦阻力朝反方向，左右履带受力分别为： （3.15） （3.16） 其中：分别为左轮前进阻力和驱动力； 为右轮前进阻力和驱动力； 转向阻力矩。为简便计算，我们考虑机械的重心在中心位置，此时履带的前进阻力为： （3.17）式中：G为机械总质量； f履带滚动阻力系数。将公式(3.13)、(3.14)、(3.15)、(3.16)式分别代入公式(2.22)、(2.23)式得： （3.18） （3.19）其中：为履带与驱动轮之间的传动效率，取0.92。 （取0.7） （3.20）3.3 本章小结本章通过对动力差速式转向机构履带理论转向阻力矩的分析，了解了履带与路面摩擦引起的力及履带侧面推土产生的力，明确了该机构工作时