动力差速式转向机构设计

1、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

2、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

3、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 w

4、ill 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,

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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

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