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湖 南 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué)
全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
丘陵山區(qū)履帶式行走系統(tǒng)設(shè)計(jì)
HILLY CRAWLER WALKING OF SYSTEM DESIGN
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
年級(jí)專(zhuān)業(yè)及班級(jí)：2009級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)
化(3)班
指導(dǎo)老師及職稱(chēng)： 副教授
學(xué) 院：工學(xué)院
湖南·長(zhǎng)沙
提交日期：2013 年 5 月
目 錄
摘要 1
關(guān)鍵詞 1
1 引言 2
1.1目的、意義 2
2 行駛系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 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(jì)內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù) 3
3技術(shù)任務(wù)書(shū) 3
3.1總體設(shè)計(jì)依據(jù) 3
3.2設(shè)計(jì)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) 4
3.5 考慮到的若干方案的比較 4
3.6 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題及其解決方法 4
4 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)(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(pán)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(pán)總體的設(shè)計(jì) 5
4.5結(jié)構(gòu)組成及其工作原理 6
4.6 主要技術(shù)參數(shù) 6
5履帶車(chē)輛性能計(jì)算 6
5.1牽引性計(jì)算 7
6 轉(zhuǎn)向最大驅(qū)動(dòng)力矩的分析與計(jì)算 8
6.1行駛驅(qū)動(dòng)力矩 8
6.2履帶轉(zhuǎn)向時(shí)驅(qū)動(dòng)力說(shuō)明 10
6.3轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 10
7傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算 11
7.1履帶的選擇 11
7.2驅(qū)動(dòng)輪的計(jì)算 15
7.3傳動(dòng)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(jì) 19
10底盤(pán)的類(lèi)型 19
10.1底盤(pán)的轉(zhuǎn)向性能分析 19
10.2底盤(pán)的穩(wěn)定性分析 20
10.3履帶前角 28
11履帶的行駛阻力計(jì)算 29
11.1外部阻力 29
11.2內(nèi)部阻力 30
12液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 30
12.1液壓系統(tǒng)及其動(dòng)力計(jì)算力 31
12.2主要液壓元件選型計(jì) 33
13行走速度范圍推薦 34
14張緊裝置 35
15結(jié)束語(yǔ) 35
參考文獻(xiàn) 36
致謝 37
丘陵山區(qū)履帶式行走系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 生：
指導(dǎo)老師：
（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，長(zhǎng)沙410128）
摘 要：目前履帶行駛系統(tǒng)基本上分為兩大類(lèi)：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(duì)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(duì)履帶丘陵山區(qū)等復(fù)雜地形的行駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)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
Student：Hu Haiyin
Tutor:Li Ming
(College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)
Abstract:The crawler 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 in 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 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 system
1 引言
1.1 目的、意義
履帶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(shì)。目前農(nóng)用機(jī)械基本上分為兩大類(lèi)：：輪式行駛系統(tǒng)和履帶行駛系統(tǒng),輪式系統(tǒng)多用于北方旱地收割作業(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(qiáng)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(shì)，輪式行駛系統(tǒng)履帶的接地比壓相對(duì)較低，不適合泥濘的土壤上面作業(yè)。在我國(guó)水稻種植區(qū)，輪式拖拉機(jī)作業(yè)時(shí)經(jīng)常發(fā)生打滑,輪陷等問(wèn)題，導(dǎo)致拖拉機(jī)動(dòng)力難以有效利用，同時(shí)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(jī)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(jī)在水田,山地作業(yè)更具有優(yōu)勢(shì)，針對(duì)我國(guó)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(jī)械行走困近山區(qū)的大部分耕地坡度較大,而輪式系統(tǒng)在坡地作業(yè)時(shí)穩(wěn)定性差、不安全、作業(yè)質(zhì)量也差。綜合考慮本設(shè)計(jì)圍繞履帶式行走底盤(pán)的相關(guān)資料對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)及創(chuàng)新。目前我國(guó)正致力于建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化，農(nóng)業(yè)機(jī)械的實(shí)現(xiàn)是社會(huì)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(shì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的關(guān)鍵。目前為止我國(guó)的農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平已從初級(jí)水平進(jìn)入中級(jí)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(wú)法在田間作業(yè)，解決好這一難題隊(duì)農(nóng)機(jī)在南方推廣有著不可估量的作用，因此對(duì)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(jì)
然而人們最初研制的的履帶行駛系統(tǒng)，就是用于農(nóng)機(jī)。履帶行駛系統(tǒng)進(jìn)入農(nóng)機(jī)史上至今已近一個(gè)世紀(jì)有余，目前多設(shè)計(jì)的履帶主要是針對(duì)于丘陵山區(qū)作業(yè)。目前國(guó)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(jī)的80%質(zhì)量分布在前輪，所以都采用前驅(qū)動(dòng)輪，后輪轉(zhuǎn)向。行走裝置由無(wú)極變速器，驅(qū)動(dòng)輪橋，轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)和行走輪等組成，多用于旱地作業(yè)。
輪式農(nóng)機(jī)采用的輪胎為低壓充氣胎和超低壓充氣胎，行走無(wú)極變速器：行走裝置有V型帶無(wú)極變速器，變速器由液壓操縱，可在作業(yè)中不停車(chē)無(wú)極變速。其調(diào)速比即為被動(dòng)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(guò)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，從輪式行走的驅(qū)動(dòng)輪軸上卸下輪子，裝上半履帶裝置，使機(jī)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(jī)換用半履帶裝置后，接地壓力為15-2-KPa。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是操作性能好，急轉(zhuǎn)彎時(shí)移動(dòng)的土量少，隊(duì)地面的仿形能力強(qiáng)。
2.3 履帶行走系統(tǒng)
全履帶行走裝置由履帶，驅(qū)動(dòng)輪，支重輪，導(dǎo)向輪，托輪，支重臺(tái)架，張緊裝置，懸架等等。履帶安裝形狀采用驅(qū)動(dòng)輪與支重輪同水平高度的設(shè)計(jì)方法，僅能解決防沉陷問(wèn)題，而越障能力還沒(méi)有很好的改良。
總而言之，目前無(wú)論是哪一種行駛系統(tǒng)，在這一方面 都沒(méi)有很好的改進(jìn)。
2.4 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)
（1）設(shè)計(jì)任務(wù)
a. 履帶底盤(pán)結(jié)構(gòu)分析及確定；
b. 產(chǎn)品的用途估計(jì)；
c．主要的技術(shù)參數(shù)和性能參數(shù)的確定；
d．履帶車(chē)輛相關(guān)性能的計(jì)算及其；
e. 張緊裝置設(shè)計(jì)和計(jì)算。
（2）關(guān)鍵的技術(shù)
首先本設(shè)計(jì)采用的是現(xiàn)在相關(guān)工業(yè)機(jī)械上的一些底盤(pán)設(shè)計(jì)與實(shí)物作為參考，綜合考慮底盤(pán)結(jié)構(gòu)，使其可以在不同的地域都可較好的支撐機(jī)體使其可以正常的工作。本設(shè)計(jì)對(duì)驅(qū)動(dòng)輪、支重輪、導(dǎo)向輪的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是整個(gè)底盤(pán)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(shū)(JR)
履帶式行走裝置由履帶驅(qū)動(dòng)輪，支重輪，導(dǎo)向輪，托輪，之重臺(tái)架，張緊裝置懸架等組成。履帶安裝形狀采用驅(qū)動(dòng)輪和支重輪同水平高度設(shè)計(jì)的方法，僅能解決防沉陷的問(wèn)題，而越障能力沒(méi)有較好的改良。與輪式相比履帶具有以下優(yōu)點(diǎn):觸地面積大，觸底壓力小，對(duì)于丘陵山區(qū)適應(yīng)能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)彎比較靈活。
3.1 總體設(shè)計(jì)依據(jù)
履帶式底盤(pán)是機(jī)器的重要部件，它對(duì)整個(gè)裝置起著支撐作用。所以根據(jù)現(xiàn)有工業(yè)的履帶機(jī)械結(jié)合農(nóng)用的履帶對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行較完整的配合和加工一系列的設(shè)計(jì)。
3.2 設(shè)計(jì)要求
在現(xiàn)有的機(jī)械資料的基礎(chǔ)上，充分考慮到實(shí)際的要求，應(yīng)滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)的緊湊及其配合的合理。同時(shí)，要對(duì)應(yīng)該計(jì)算的部分進(jìn)行必要的計(jì)算，但是實(shí)際的情況有所不同，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際作為標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合考慮，爭(zhēng)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(jì)的履帶底盤(pán)是對(duì)相應(yīng)大型功率農(nóng)用機(jī)械使用的。
3.4 考慮到的若干方案的比較
底盤(pán)可以分為履帶式與輪式，輪式底盤(pán)運(yùn)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(pán)牽引附著性能好，單位機(jī)寬、牽引力大、接地比壓低、越遠(yuǎn)性能強(qiáng)、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(pán)可更加適應(yīng)山西多山的地貌特征。
3.5 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題及其解決方法
設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題是在保證正常工作下，其結(jié)構(gòu)盡可能的簡(jiǎn)單方便。同時(shí)，要注意結(jié)構(gòu)的合理性與正確性。
本次設(shè)計(jì)采用圓螺母的定位方法，使其在結(jié)構(gòu)上基本一致，同時(shí)結(jié)構(gòu)也緊湊的連接，初步達(dá)到設(shè)計(jì)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(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題及其解決方法
設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題是在保證正常工作下，其結(jié)構(gòu)盡可能的簡(jiǎn)單方便。同時(shí)，要注意結(jié)構(gòu)的合理性與正確性。
本次設(shè)計(jì)采用圓螺母的定位方法，使其在結(jié)構(gòu)上基本一致，同時(shí)結(jié)構(gòu)也緊湊的連接，初步達(dá)到設(shè)計(jì)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(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)(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(dòng)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(jī)構(gòu)組成。
機(jī)械行走時(shí),驅(qū)動(dòng)輪在履帶緊邊產(chǎn)生一個(gè)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(dòng)輪卷繞履帶向前滾動(dòng)，導(dǎo)向輪把履帶鋪設(shè)到地面，從而使機(jī)體借支重輪沿履帶軌道向前運(yùn)行。
“四輪一帶”在我國(guó)已經(jīng)基本標(biāo)準(zhǔn)化，尤其是在大型、重型機(jī)械方面。
因此，本設(shè)計(jì)還是采用傳統(tǒng)模式的設(shè)計(jì)方法[3]。
表1農(nóng)用機(jī)型主要技術(shù)指標(biāo)表
Table 1 Agricultural o model, main technical index table
序 號(hào)
項(xiàng) 目
單 位
參 數(shù)
1
整機(jī)重量
kg
1000
2
型號(hào)
農(nóng)用機(jī)械地盤(pán)
3
行走速度
km/h
2-5
4
爬坡能力
<左右
5
接地比壓
kpa
0.3148
6
驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑
mm
約228
7
發(fā)動(dòng)機(jī)的功率
馬力
40左右
8
履帶高度
mm
468
9
底盤(pán)軸距
mm
1500
10
底盤(pán)軌距
mm
1300
11
履帶板寬
mm
353
12
底盤(pán)高度
mm
638
4.2 履帶式與輪式底盤(pán)的比較
金屬履帶 牽引力大, 適合重負(fù)荷作業(yè)( 如耕、耙等) , 接地比壓小, 對(duì)農(nóng)田壓實(shí)、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(jī), 綜合利用程度較高。但其主要缺點(diǎn)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(chēng)三輪一板) 磨損較快, 維修費(fèi)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(jī)轉(zhuǎn)移越發(fā)困難, 使用不便。
橡膠履帶拖拉機(jī)采用方向盤(pán)操縱的差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu),可控性強(qiáng),機(jī)動(dòng)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(duì)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(dá)到6000小時(shí),三輪壽命延長(zhǎng)一倍, 每臺(tái)可節(jié)約維修保養(yǎng)費(fèi)用和轉(zhuǎn)移運(yùn)輸費(fèi)用7000～10000 元, 僅此一項(xiàng)每年社會(huì)效益就有560～800 萬(wàn)元[4]。在開(kāi)荒、改造中低產(chǎn)田、沙壤土質(zhì)地區(qū), 顯示出極強(qiáng)的優(yōu)越性。其缺點(diǎn)是初置成本高。大功率輪式拖拉機(jī)具有輪距調(diào)整方便、軸距長(zhǎng)、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(dòng)小、運(yùn)輸速度快,綜合利用率高等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是不適于低濕地作業(yè)。而且, 引進(jìn)國(guó)外的具有世界先進(jìn)技術(shù)水平的大功率輪式,大功率輪式拖拉機(jī)接地壓力大,易形成土壤硬底層,大功率輪式拖拉機(jī)機(jī)重一般在5500~8500kg, 接地面積比履帶拖拉機(jī)小,因此接地壓力較大。經(jīng)數(shù)年耕作后,在土壤的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(zhǎng)。即使經(jīng)過(guò)深度翻耙,依然會(huì)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(yàn),大功率輪式拖拉機(jī)與五鏵犁配套作業(yè)時(shí), 在土壤平均含水率30%、堅(jiān)實(shí)度0.3MPa、機(jī)組前進(jìn)速度7.2km/ h 左右的情況下, 滑轉(zhuǎn)率一般在10~20%,有的達(dá)25%, 輪胎對(duì)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(jī)械的特點(diǎn)，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(pán)總體的設(shè)計(jì)
根據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)、拖拉機(jī)汽車(chē)學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等理論，對(duì)履帶式行走底盤(pán)的驅(qū)動(dòng)行走系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析與研究，完成了履帶底盤(pán)主要工作參數(shù)的確定和力學(xué)的計(jì)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(dòng)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(jī)構(gòu)組成。
機(jī)械行走時(shí),驅(qū)動(dòng)輪在履帶緊邊產(chǎn)生一個(gè)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(dòng)輪卷繞履帶向前滾動(dòng)，導(dǎo)向輪把履帶鋪設(shè)到地面，從而使機(jī)體借支重輪沿履帶軌道向前運(yùn)行。
“四輪一帶”在我國(guó)已經(jīng)基本標(biāo)準(zhǔn)化，尤其是大型、重型機(jī)械方面，見(jiàn)圖1
履帶與地面接觸, 驅(qū)動(dòng)輪不與地面接觸。驅(qū)動(dòng)輪在減速器驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用下, 通過(guò)驅(qū)動(dòng)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。接地那部分履帶給地面一個(gè)向后的作用力, 而地面相應(yīng)地給履帶一個(gè)向前的反作用力, 這個(gè)反作用是推動(dòng)機(jī)器向前行駛的驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力足以克服行走阻力時(shí), 支重輪就在履帶上表面向前滾動(dòng), 從而使機(jī)器向前行駛。
履帶與地面接觸,驅(qū)動(dòng)輪不與地面接觸。驅(qū)動(dòng)輪在減速器驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用下,通過(guò)驅(qū)動(dòng)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(gè)向后的作用力,而地面相應(yīng)地給履帶一個(gè)向前的反作用力,這個(gè)反作用是推動(dòng)機(jī)器向前行駛的驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力足以克服行走阻力時(shí),支重輪就在履帶上表面向前滾動(dòng),從而使機(jī)器向前行駛。
4.6 主要技術(shù)參數(shù)
表2 主要技術(shù)參數(shù)表
Table 2 Main technical parameter table
序 號(hào)
項(xiàng) 目
單 位
參 數(shù)
1
整機(jī)重量
kg
3000
2
型號(hào)
農(nóng)用機(jī)械地盤(pán)
3
行走速度
km/h
2-5
4
爬坡能力
<左右
5
接地比壓
kpa
0.3148
6
驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑
mm
約228
7
發(fā)動(dòng)機(jī)的功率
馬力
40左右
8
履帶高度
mm
468
9
底盤(pán)軸距
mm
1500
10
底盤(pán)軌距
mm
1300
11
履帶板寬
mm
353
12
底盤(pán)高度
mm
638
5 履帶車(chē)輛性能計(jì)算
履帶機(jī)械整機(jī)參數(shù)初步確定以后，一般應(yīng)進(jìn)行下列計(jì)算，以估計(jì)該履帶機(jī)械的基本性能是否滿(mǎn)足預(yù)期要求，整機(jī)參數(shù)選擇是否合理。
5.1 牽引性能計(jì)算
計(jì)算時(shí)所用的工況一般為：在使用重量狀態(tài)自愛(ài)，與水平區(qū)段的茬地上
1-帶；2-驅(qū)動(dòng)輪；3-機(jī)架；4-拖帶輪；5-導(dǎo)向輪；6-支重輪
圖 1 履帶底盤(pán)結(jié)構(gòu)圖
Fig 2 Crawler of chassis structure
圖2 拖拉機(jī)受力示意圖
Fig 2 The tractor force diagram
計(jì)算時(shí)所用的工況一般為：在使用重量狀態(tài)自愛(ài)，與水平區(qū)段的茬地上（對(duì)旱地是適耕適度的茬地，對(duì)水田是中等泥腳深度的茬地），帶牽引負(fù)荷（牽引線(xiàn)與地面平行）全油門(mén)等速行駛。如圖2
(1) 履帶式機(jī)械的驅(qū)動(dòng)力
(2) 履帶機(jī)械= kgf （1）
式中: ——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 kgf；
——各檔總傳動(dòng)比；
——各檔總傳動(dòng)效率；
——驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑 m；
——履帶驅(qū)動(dòng)段半徑效率，計(jì)算時(shí)一般去取=0.95。
( =2b; =1.5; =（1.1-1.2）。
式中：——最大使用重量；
——履帶接地長(zhǎng)度；
b——履帶板寬度；
——一般為0.35～0.5 kgf/；
——額定牽引力；
——牽引力。
根據(jù)(2)中的活動(dòng)阻力，經(jīng)計(jì)算即可得)
經(jīng)計(jì)算后得結(jié)果=24.45KN.
(2) 履帶式機(jī)械的活動(dòng)阻力
=f kgf （2）
式中: ——使用重量 (kgf)；
f ——履帶式一般取0.1。
經(jīng)計(jì)算后得結(jié)果=3.45KN
(3) 行駛速度
理論速度 =0.377 km/h （3）
實(shí)際速度 =(1-) km/h （4）
式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；
——驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑；
——驅(qū)動(dòng)輪輪滑轉(zhuǎn)率（履帶式一般取0.07）。
經(jīng)計(jì)算后得結(jié)果=（2.5~5）km/h
（4）履帶式機(jī)械的牽引效率
= （5）
式中: ——各檔的總傳動(dòng)效率；
——滾動(dòng)效率；
——滑轉(zhuǎn)效率；
——履帶驅(qū)動(dòng)帶效率（一般取0.95）。
經(jīng)計(jì)算后得結(jié)果=0.65
(5) 履帶機(jī)械的附著力（要求：附著力應(yīng)大于或等于履帶行走機(jī)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(jì)算后得結(jié)果=25.875KN (符合要求)
6 轉(zhuǎn)向最大驅(qū)動(dòng)力矩的分析與計(jì)算
6.1 行駛驅(qū)動(dòng)力矩
此機(jī)器在同一情況下均可以勻速行駛，其行駛阻力保持不變，只能驅(qū)動(dòng)力克服行駛力阻就可以正常行駛。設(shè)此機(jī)器正常行走時(shí)的驅(qū)動(dòng)輪輸出的驅(qū)動(dòng)力矩為M:
M=F×R
其中，F(xiàn)-牽引力，R-驅(qū)動(dòng)輪半徑。從上式可見(jiàn)，行駛驅(qū)動(dòng)力矩與驅(qū)動(dòng)半徑成正比。驅(qū)動(dòng)輪半徑越大，驅(qū)動(dòng)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(dòng)輪就應(yīng)該盡量取小值[6]。所以驅(qū)動(dòng)輪直徑應(yīng)該綜合考慮。履帶行走機(jī)構(gòu)的最小牽引力應(yīng)滿(mǎn)足最大路面設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)爬坡不得與機(jī)器作業(yè)同時(shí)進(jìn)行，路面爬坡時(shí)設(shè)為其所需的最大牽引力，而且移動(dòng)速度低，空氣阻力也可以忽略不計(jì)，所以履帶行走幾個(gè)牽引力的計(jì)算可以以上公式作為標(biāo)準(zhǔn)。支重輪軸通過(guò)支重臺(tái)架與底盤(pán)機(jī)架剛性連接在一起，這種底盤(pán)稱(chēng)為剛性底盤(pán)。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于制造，成本低。但是因?yàn)槠錄](méi)有緩沖作用，所以工作時(shí)候，行駛機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的振動(dòng)不經(jīng)過(guò)緩沖就由底盤(pán)傳給機(jī)身，使機(jī)組上個(gè)連接件易于振動(dòng)，駕駛易疲勞，因此，這種底盤(pán)只適用于低速行駛的普通機(jī)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(shí)驅(qū)動(dòng)力說(shuō)明:
履帶行走裝置在轉(zhuǎn)向時(shí), 需要切斷一邊履帶的動(dòng)力并對(duì)該履帶進(jìn)行制動(dòng), 使其靜止不動(dòng), 靠另一邊履帶的推動(dòng)來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)向, 或者將兩條履帶同時(shí)一前一后運(yùn)動(dòng), 實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向, 但兩種轉(zhuǎn)向方式所需最大驅(qū)動(dòng)力一樣。因此以機(jī)器單條履帶制動(dòng)左轉(zhuǎn)為例, 見(jiàn)圖3（示意圖）。左邊的履帶處于制動(dòng)狀態(tài), 在右邊履帶的推動(dòng)下, 整臺(tái)機(jī)器繞左邊履帶的中心C1 點(diǎn)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(zhǎng)度L 和履帶軌距B 的比值L/ B≤1.6,。同時(shí), L/ B 值也直接影響轉(zhuǎn)向阻力的大小,在不影響機(jī)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(zhǎng)度,可以降低行走機(jī)構(gòu)所需驅(qū)動(dòng)力。
6.3 轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算
轉(zhuǎn)向阻力矩是履帶繞其本身轉(zhuǎn)動(dòng)中心O1（或O2）作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，地面對(duì)履帶產(chǎn)生的阻力矩，如圖所示，O1、O2 分別為兩條履帶的瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心。
為便于計(jì)算轉(zhuǎn)向阻力矩的數(shù)值，作如下兩點(diǎn)假設(shè)：(1)機(jī)體質(zhì)量平均分配在兩條履帶上，且單位履帶長(zhǎng)度上的負(fù)荷為：
（7）
式中: 車(chē)身總質(zhì)量（kg）；
履帶接地長(zhǎng)度(m)。
經(jīng)過(guò)計(jì)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(jī)牽引負(fù)荷在轉(zhuǎn)向時(shí)存在橫向分力，在橫向分力的影響下，車(chē)輛的轉(zhuǎn)向軸線(xiàn)將由原來(lái)通過(guò)履帶接地幾何中心移至，移動(dòng)距離為[10]。根據(jù)上述假設(shè)，轉(zhuǎn)向時(shí)地面對(duì)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(diǎn)到轉(zhuǎn)動(dòng)中心的距離為x，則微小單元長(zhǎng)度為dx，分配在其上的車(chē)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(jì)算：式中: 車(chē)輛作急轉(zhuǎn)彎時(shí)轉(zhuǎn)彎的向阻力系數(shù)； B—履帶軌距。）
將式（3—6）代入上式積分得并簡(jiǎn)化得：
（9）
即：N.m
根據(jù)上述假設(shè)，轉(zhuǎn)向時(shí)地面對(duì)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(diǎn)到轉(zhuǎn)動(dòng)中心的距離為x，則微小單元長(zhǎng)度為dx，分配在其上的車(chē)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(jì)算：
式中: 車(chē)輛作急轉(zhuǎn)彎時(shí)轉(zhuǎn)彎的轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)； B—履帶軌距。）
將式（3—6）代入上式積分得并簡(jiǎn)化得：（3—8）
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(dòng)力矩(假設(shè)機(jī)器重心與履帶行走裝置幾何中心相重合)把轉(zhuǎn)向半徑分別考慮[13]。
1)當(dāng)轉(zhuǎn)向半徑如圖5所示，兩側(cè)履帶都向前運(yùn)動(dòng)，此時(shí)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(shí)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(jìn)阻力和驅(qū)動(dòng)力；
分別為外側(cè)前進(jìn)阻力和驅(qū)動(dòng)力。
考慮機(jī)體的重心在中心位置，所以履帶的前進(jìn)阻力
為：
（12）
式中: — 履帶滾動(dòng)阻力系數(shù)
（ 即）
轉(zhuǎn)向時(shí)的最大驅(qū)動(dòng)力矩為：
式中：r—驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓直徑。
3）大半徑區(qū)轉(zhuǎn)向行駛時(shí)主動(dòng)輪上的力：
（13）
小半徑區(qū)轉(zhuǎn)向行駛時(shí)主動(dòng)輪上的力：
（14）
式中：—轉(zhuǎn)向比，。
轉(zhuǎn)向時(shí)的最大驅(qū)動(dòng)力矩為：
經(jīng)過(guò)以上介紹及公式計(jì)算得：=506.25N.m；
分別計(jì)算轉(zhuǎn)向半徑的情況：
得到：.
與根據(jù)文獻(xiàn)“履帶車(chē)輛行駛力學(xué)”，得主動(dòng)輪上的最大的驅(qū)動(dòng)力及力矩為：所得結(jié)果相同
圖5 此時(shí)轉(zhuǎn)向示意圖
Fig 5 At this point to sketch
7 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算
7.1 履帶的選擇
履帶支承長(zhǎng)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(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，確定履帶的主要參數(shù)為整機(jī)的重量。本機(jī)的初定整機(jī)重量為：3t.
令表示為接地長(zhǎng)度，單位m，表示履帶的高度，單位m，G表示機(jī)器整機(jī)重量，單位為t。則有經(jīng)驗(yàn)公式知：
；
；
即;；
即。
履帶節(jié)距和驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)z應(yīng)該滿(mǎn)足強(qiáng)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。
根據(jù)節(jié)距與整機(jī)重量的關(guān)系：其中的單位為mm,G的單位為kg.
（說(shuō)明：此處的驅(qū)動(dòng)輪方面在驅(qū)動(dòng)輪計(jì)算部分再詳細(xì)說(shuō)明。）
則
根據(jù)計(jì)算的與實(shí)際的資料：
選型號(hào)為23048 的履帶。
圖6 此時(shí)轉(zhuǎn)向示意圖
Fig 6 At this point to sketch
7.2 驅(qū)動(dòng)輪的計(jì)算
目前, 履帶嚙合副的設(shè)計(jì)還停留在經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段, 沒(méi)有相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn), 各種齒形的設(shè)計(jì)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(shí), 履帶嚙合副是多齒傳動(dòng), 履帶牽引力由嚙合各齒分擔(dān), 各個(gè)齒所受的負(fù)荷較小, 此時(shí)嚙合平穩(wěn)、沖擊振動(dòng)小, 使用壽命較長(zhǎng)[15]。但在實(shí)際中, 等節(jié)距嚙合只是一個(gè)理論概念, 因?yàn)榧词乖谠O(shè)計(jì)上使履帶與鏈輪節(jié)距相等, 履帶在使用過(guò)程中將產(chǎn)生節(jié)距變化(如彈性伸長(zhǎng), 履帶銷(xiāo)和銷(xiāo)孔磨損伸長(zhǎng)等), 嚙合實(shí)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(dòng), 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(shí)際上很難存在于嚙合過(guò)程中。在亞節(jié)距嚙合過(guò)程中, 鏈輪與履帶銷(xiāo)之間力的傳遞僅由即將退出嚙合的一個(gè)鏈輪齒來(lái)完成, 但對(duì)于頻繁改變方向的機(jī)器, 在減輕啟動(dòng)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(shí), 履帶銷(xiāo)處于遲滯狀態(tài), 嚴(yán)重時(shí)甚至由于運(yùn)動(dòng)干涉而不能退出嚙合。因此, 在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)根據(jù)工作工況, 靈活采取相適應(yīng)的設(shè)計(jì)方法, 使履帶銷(xiāo)順利進(jìn)入和退出嚙合, 減少接觸面的沖擊; 使齒面接觸應(yīng)力滿(mǎn)足要求, 減小磨損; 使履帶節(jié)距因磨損而增大時(shí)仍能保持工作而不掉鏈等。因此，綜上考慮驅(qū)動(dòng)輪選用鏈輪的設(shè)計(jì)方案。
a. 確定驅(qū)動(dòng)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(dòng)輪圖
Fig 7 Driving wheel figure
b. 確定驅(qū)動(dòng)輪齒槽形狀
試驗(yàn)和使用表明，齒槽形狀在一定范圍內(nèi)變動(dòng)，在一般工況下對(duì)鏈傳動(dòng)的性能不會(huì)有很大影響。這樣安排不僅為不同使用要求情況時(shí)選擇齒形參數(shù)留有了很大余地。同時(shí)，各種標(biāo)準(zhǔn)齒形的鏈輪之間也可以進(jìn)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(dòng)方案的確定
履帶支承長(zhǎng)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(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，確定履帶的主要參數(shù)為整機(jī)的重量。本機(jī)的初定整機(jī)重量為：3t.
令表示為接地長(zhǎng)度，單位m，表示履帶的高度，單位m，G表示機(jī)器整機(jī)重量，單位為t。則有經(jīng)驗(yàn)公式知：
即
即
履帶節(jié)距和驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)z應(yīng)該滿(mǎn)足強(qiáng)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(jī)重量的關(guān)系：其中的單位為mm,G的單位為kg.
（說(shuō)明：此處的驅(qū)動(dòng)輪方面在驅(qū)動(dòng)輪計(jì)算部分再詳細(xì)說(shuō)明。）
則
根據(jù)計(jì)算的與實(shí)際的資料：
選型號(hào)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(dòng)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(dòng)到倆鐵齒之間時(shí)候，由于鐵齒剛性作用之重輪下壓的倆根小，倆者會(huì)有一定落差。這樣會(huì)加劇機(jī)器行走時(shí)的震動(dòng)，影響機(jī)器的平穩(wěn)性。而且支重輪在壓落橡膠面時(shí)，支重輪的滾動(dòng)阻力也會(huì)增大，從而增大機(jī)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(shí)間前后個(gè)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 支重輪結(jié)構(gòu)
支重輪在履帶上滾動(dòng)，將整臺(tái)機(jī)器的質(zhì)量傳給地面，承載著整臺(tái)機(jī)器的質(zhì)量。機(jī)器經(jīng)常在山地地區(qū)和水田地區(qū)作業(yè)，支重輪長(zhǎng)期帶有泥水，工作環(huán)境惡劣，若進(jìn)入支重輪軸承的話(huà)，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(gè)方面考慮：第一是盡量減少活動(dòng)的密封面，減低水泥進(jìn)入軸承的機(jī)會(huì)，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(gè)。密封方式主要有油封和機(jī)械密封兩種。采用油封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但效果不佳且不長(zhǎng)久，基本上用一個(gè)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 軸的設(shè)計(jì)
(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(kāi)有一個(gè)鍵槽，所以應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度的削弱；再者直徑小于100 mm，因此。
聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，查表，考慮到轉(zhuǎn)矩變化和沖擊載荷大（如織布機(jī)、挖掘機(jī)、起重機(jī)、碎石機(jī)），故取，則：
按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩的條件并且考慮到補(bǔ)償兩軸綜合位移，查表，選用GICL1鼓形齒式聯(lián)軸器，其公稱(chēng)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(zhǎng)度為82 mm[18]。
（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于此軸是裝有聯(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(bǔ)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(zhǎng)度
1）段裝GICL1聯(lián)軸器，因此。半聯(lián)軸器與軸配合的孔徑長(zhǎng)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(zhǎng)度應(yīng)比82略小一些，現(xiàn)取。
2）為了滿(mǎn)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（由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)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(dòng)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?？紤]到軸承與齒輪潤(rùn)滑方式不一樣，因此需要以擋油環(huán)將其隔開(kāi)，可取擋油環(huán)的寬度為20 mm，因此。
4）為了滿(mǎn)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(jì)，可取。
5）根據(jù)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)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(rùn)滑方式不一樣，因此需要以擋油環(huán)將其隔開(kāi)，可取擋油環(huán)的寬度為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(zhǎng)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(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6[19]。
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）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(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)，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(qiáng)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(dòng)循環(huán)應(yīng)力，取，軸的計(jì)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(qiáng)度
1)判斷危險(xiǎn)截面
段只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過(guò)渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕確定的，因此此段均無(wú)需校核。
從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看，齒輪兩端處過(guò)盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重；從受載的情況來(lái)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(shí)軸徑也較大，故不必做強(qiáng)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)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(qiáng)化處理，即強(qiáng)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(jì)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(guò)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)的強(qiáng)度也是足夠的[20]。
（10）按靜強(qiáng)度條件進(jìn)行校核
靜強(qiáng)度校核的目的在于評(píng)定軸對(duì)塑性變形的抵抗能力。由于起重機(jī)存在瞬時(shí)過(guò)載，因此需要校核危險(xiǎn)截面的強(qiáng)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(qiáng)度設(shè)計(jì)的安全系數(shù)為。
1）危險(xiǎn)截面右側(cè)
只考慮彎矩和軸向力時(shí)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(shí)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(xiǎn)截面靜強(qiáng)度的計(jì)算安全系數(shù)為
故其安全。
2）危險(xiǎn)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(jì)算
1）軸的彎曲剛度校核計(jì)算
由于此軸為階梯軸，，則需算出其當(dāng)量直徑，即
由于載荷作用于兩支承之間，則有L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(mǎn)足軸的彎曲剛度條件。
2）軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件校核計(jì)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(zhǎng)度，即；由于此軸的扭矩沒(méi)變，則有；在段和段不受扭矩作用；對(duì)于圓軸，
對(duì)于精密傳動(dòng)軸，可取，顯然，故滿(mǎn)足條件[21]。
10 底盤(pán)的類(lèi)型
對(duì)于履帶行駛底盤(pán)，一般可以分為三類(lèi)，即是：彈性地盤(pán)，半剛性底盤(pán)，剛性底盤(pán)。
1. 彈性地盤(pán)
支重輪軸通過(guò)杠桿和彈簧連接然后和主機(jī)架相連接。因此底盤(pán)的緩沖作用非常好，對(duì)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(jī)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(jī)械。
2. 半剛性底盤(pán)
支重輪固定在支重臺(tái)架上，而支重臺(tái)架則通過(guò)鉸鏈在后部和機(jī)構(gòu)相連接，在前部則采用彈性件和機(jī)架相連，此種底盤(pán)稱(chēng)為半剛性底盤(pán)。其特點(diǎn)是支重臺(tái)架可以相對(duì)于主機(jī)架做縱向擺動(dòng)，著就使行駛機(jī)構(gòu)的振動(dòng)不至于不傳給主機(jī)架。但是這種底盤(pán)的支架要附設(shè)支重架導(dǎo)向裝置，以防主機(jī)架發(fā)生橫向擺動(dòng)，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本較高。
3.剛性底盤(pán)
支重輪軸通過(guò)支重臺(tái)架與底盤(pán)機(jī)架剛性連接在一起，這種底盤(pán)稱(chēng)為剛性底盤(pán)。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于制造，成本低。但是因?yàn)槠錄](méi)有緩沖作用，所以工作時(shí)候，行駛機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的振動(dòng)不經(jīng)過(guò)緩沖就由底盤(pán)傳給機(jī)身，使機(jī)組上個(gè)連接件易于振動(dòng)，駕駛易疲勞，因此，這種底盤(pán)只適用于低速行駛的普通機(jī)械。
10.1 底盤(pán)的轉(zhuǎn)向性能分析
差速是轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是目前履帶行駛系統(tǒng)最為普通的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)向性能是車(chē)輛改變運(yùn)動(dòng)方向的一種能力，是車(chē)輛整車(chē)性能的一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。
轉(zhuǎn)向半徑R和相對(duì)轉(zhuǎn)向半徑P：轉(zhuǎn)向中心O到縱向軸線(xiàn)的距離叫轉(zhuǎn)向半徑R，相對(duì)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(chē)Pmin=0，周轉(zhuǎn)向時(shí)間t=2π/w。
平均旋轉(zhuǎn)角度w：轉(zhuǎn)向過(guò)程中轉(zhuǎn)過(guò)角度與時(shí)間的比值，w=α/t。規(guī)定轉(zhuǎn)向半徑，旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，車(chē)輛內(nèi)側(cè)摩擦原件被完全制動(dòng)，沒(méi)有制動(dòng)功率損失，倆側(cè)主動(dòng)輪和發(fā)動(dòng)機(jī)之間的傳動(dòng)比都是定值，著時(shí)候的理論轉(zhuǎn)向半徑稱(chēng)為規(guī)定轉(zhuǎn)向半徑。規(guī)定轉(zhuǎn)向半徑?jīng)Q定了機(jī)器的能持續(xù)進(jìn)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(jī)構(gòu)的車(chē)輛各檔具無(wú)極規(guī)定轉(zhuǎn)向半徑，車(chē)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(chē)輛轉(zhuǎn)向所需單位牽引力表示了轉(zhuǎn)向時(shí)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(pán)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(lái)說(shuō)，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(pán)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(jī)架的幾何形狀，轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)架的空氣力學(xué)性能，底盤(pán)零件安裝座的剛度及其底盤(pán)零件的剛度，底盤(pán)零件安裝鏈接襯套的動(dòng)剛度和靜剛度的特性等等。
10.3 履帶前角
履帶的前角A的大小也是影響行走裝置的一個(gè)因素。前角增大，可以增加履帶的接地長(zhǎng)度，減小接地壓力，但是前角增大，履帶鐵齒與驅(qū)動(dòng)輪齒合的齒數(shù)就會(huì)減少，造成履帶鐵齒和驅(qū)動(dòng)輪的局部受力增大，加快鐵齒和驅(qū)動(dòng)輪的磨損，所以履帶的前角一般不宜超過(guò)45度。
11 履帶行駛阻力計(jì)算
履帶行駛系統(tǒng)的阻力包括履帶與地面之間的阻力和履帶與滾輪之間的阻力 在此分別之為外部阻力和內(nèi)部阻力。
11.1 外部阻力
履帶外部阻力主要是地面對(duì)履帶產(chǎn)生的阻力，這是履帶行駛系統(tǒng)的主要組成部分，起滾動(dòng)阻力系數(shù)與土壤的性質(zhì)直接相關(guān)，不同性質(zhì)的路面的滾動(dòng)阻力系數(shù)不同，具體數(shù)據(jù)如表3：
表3 不同性質(zhì)地面的滾動(dòng)阻力系數(shù)
Fig3 The rolling resistance coefficient of the ground with different properties
路面土質(zhì) 滾動(dòng)阻力系數(shù)
混凝土 0.05
凍結(jié)冰雪地 0.03-0.04
堅(jiān)實(shí)土壤 0.07
酥松土壤 0.1
泥濘地、砂地 0.10-0.15
11.2 內(nèi)部阻力
內(nèi)部阻力主要有支重輪、托輪與履帶之間的摩擦和各軸承、密封件內(nèi)部產(chǎn)生摩擦力以及驅(qū)動(dòng)力與履帶鐵條齒合時(shí)的摩擦力等。其內(nèi)部阻力與地面土壤性質(zhì)無(wú)關(guān)，與其質(zhì)量大小、支重輪和導(dǎo)向輪的機(jī)構(gòu)有關(guān)。支重輪數(shù)量越多，內(nèi)部磨擦力就越大，而支重輪的滾動(dòng)摩擦力與支重輪的直徑成反比，直徑越大，則支重輪的滾動(dòng)摩擦力就越小。因此，設(shè)計(jì)履帶行駛系統(tǒng)時(shí)，在條件允許的情況下，應(yīng)當(dāng)盡量增大支重輪的直徑和減少支重輪的數(shù)量。一般其內(nèi)摩擦阻力系數(shù) 為0.05-0.07。 Fr=（+）×G
式中為內(nèi)摩擦阻力系數(shù)，為滾動(dòng)阻力系數(shù)，G為機(jī)器重量。
由此可以計(jì)算出次機(jī)器行駛時(shí)的最大阻力Fr(max)=（0.07+0.15）×3000×9.8=6468N。
12 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
履帶機(jī)械全液壓式行走系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要滿(mǎn)足如下要求：
(1) 正常行走速度在0.83～1.4m/s范圍內(nèi)，空載最大