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履带装置行走系统概述结构设计第1章 履带装置行走系统概述履带式行走装置的功用是支承机体及机械的全部质量，将发动机传到驱动轮上的扭矩转变成机械行驶和进行作业所需的牵引力，传递、承受各种力、力矩，缓和路面不平引起的冲击、振动。履带式行走装置有结构完全相同的两部分，分别装在机械的两侧，主要由支重轮、托链轮、引导轮、缓冲装置及履带等组成。图 a 图a 为履带行走装置的结构图，其中5支重轮总成；6密封履带总成；7行走梁机构；8导向轮总成；9张紧装置护罩；10车辆型液压油缸；11油缸支架；12托链轮总成；13轴系统总成；14驱动轮支座；15牵引支架；16张紧装置。1.1 履带式行走装置的特点橡胶履带是一种橡胶与金属或纤维材料复合而成的环形橡胶带，主要适用于农业机械、工程机械和运输车辆等的行走部分。橡胶履带行走机构不破坏路面，具有接地比压小、通过性好、越野能力强、结构简单及无需维护等特点。橡胶履带为无接缝整体式设计，行走阻力比普通金属履带小15% 左右，并且有吸振作用，可以减轻机器的震动，延长机器使用寿命。履带中部厚、两侧渐薄的结构设计使其转向更为灵活。使用橡胶履带能改善农业机械与建筑机械等机械的行驶性能，扩大其使用范围。1.2果园机械发展历史 果园农机与农艺孤立， 未能有机融合 国内外实践表明，农机农艺融合，相互适应，相互促进，是建设现代果业的内在要求和必然选择。目前，我国农机与农艺专家之间缺乏交流， 果树种植和栽培管理模式与机械装备不能相互配套问题特别突出。 果园标准化主要是从农艺角度开展， 缺乏对机械装备和设施的考虑， 没有预留机械装备和设施的安装及使用空间；同时果园机械装备的研发缺乏针对性，严重影响果树机械化生产的推广应用， 大规模机械化作业实现十分困难。橡胶履带(rubber track)是为了适应近代各种机械技术发展，模拟金属履带而研发的跨机械、橡胶专业的新型行走部件。橡胶履带的发展历史是橡胶制品不断配合和满足各种机械发展的历史。在上世纪 60 年代日本一家农业机械制造公司(ISEKI)的工程师提出设想，委托橡胶企业(BRIDGE STONE)开发了第一条替代金属履带的橡胶履带，并应用在水稻收割机械上。由于橡胶履带比重轻，机器的接地比压较小，收割机可以在泥水的稻田中工作，从而使水稻机械化收割得以推广。经几十年的发展，日本发展成为橡胶履带的主要生产国家，以 BRIDGE STONE(BS)、FUKUYAMA(FRC)为代表的橡胶履带制造厂，在产品品质、规格品种、市场知名度及份额上都占有排头的地位在世界上发达国家使用橡胶履带作为行走部件较为普遍，使用橡胶履带多的国家和地区依次是日本、北美、欧洲。 我国橡胶履带开发研制工作始于 20 世纪 80 年代末期，是利用日本 BS 和 FRC 技术发展起来的。BS 在中国等国家均有工厂生产橡胶履带。FRC 与中国杭州橡胶（集团）公司永固橡胶厂建立技术合作关系，永固厂现己发展成大型橡胶履带生产基地，向全世界供应橡胶履带。我国先后在杭州、镇江、沈阳、开封及上海等地成功开发了多种橡胶履带，用于农业机械、工程机械和输送车辆等，并形成了批量生产能力。目前，估计全国新机械橡胶履带特别是农用橡胶履带的用量为10万条/年，销后服务市场10万条/年，从总数上看，我国己成为世界上橡胶履带生产使用大国，但由于产品品质及知名度的关系，还多属于低端产品，在国际上廉价销售。由于采用了橡胶履带行走系统噪声低、振动小、乘坐舒适。目前，我国橡胶履带的品质与国外的产品差距甚小，而且还具有一定的价格优势。但我国在橡胶履带使用范围较窄，工程机械仍多采用金属履带。国内工程机械主机厂装配橡胶履带的产品也多数销售到海外市场。 表 1.1 橡胶履带的应用应用领域应用产品工程机械挖掘机、装载机、钻机、压实机、起重机农用机械大型拖拉机、多功能机械运输机械运输车辆、装甲运兵车雪地机械除雪机、雪地摩托特种机械全路面坦克 起重机械 推土机 橡胶履带的使用极大地扩展了履带式和轮式行走运输机械的应用范围，克服了各种不利地形条件对机械作业的制约，其在拖拉机、各种农业和工程及运输机械中的应用必将进一步扩大。其发展趋势是在改进结构、采用新材料和新技术基础上提高寿命，并向轻量化、大型化、高强化、多品种、多功能与可调换化方向发展，进一步满足在各种恶劣气候与地形条件下使用和大吨位工程机械运输车辆使用的要求。随着科学技术的发展和完善，橡胶履带将由易损件演变为功能件，其使用寿命的极大提高是完全可以实现的。第三章 运输机行走装置的总体方案设计3.1橡胶履带结构设计特点橡胶履带设计的前提是对相关机械车辆类型、车轮结构、功率、速度、用途和工作条件进行了解，设计范围包括驱动方式、承载与牵引强度的计算、结构材料品种型号的选择，断面结构的布置、花纹形态和高度及胶料配方性能等方面的工作。芯金用于传递驱动轮的动力或者保持橡胶履带的刚度，为防止脱轮一般设有防脱离突起。材质使用锻钢(相当于 SSOC),铸钢(相当于 FCD45)。芯金的设计应保证使用中抗弯、耐磨、抗剪切、抗扭转和横向支撑的能力，不会出现裂纹和断齿。芯金在受弯曲力时，保持弹性变形的最大应力不小于机重的 0.5 倍。强力层用以保持橡胶履带的张力，一般使用钢丝帘线，也使用聚芳基酞胺纤维等。为提高刚度有时加入 12 层斜裁帘线。强力层设计要能保证履带的拉伸强度，保持履带节距的稳定。对材料强度的计算应考虑到超载和使用中外力与环境造成的机械和化学的腐蚀破坏作用。履带的纵向拉力设计应大于机重的 5 倍以上，按公式(2-1)计算：F = fC(2-1) 式中：F 履带的纵向拉力，N；f 单根钢丝线(绳)破断力，N；C 履带的纵向单根钢丝线(绳)的总根数。 在牵引材料的结构层次布置上，要考虑到不同纤维材料间的合理组合。在保证拉伸强度与节距稳定的同时，提高履带的纵向柔顺性、耐用性和减小产品质量。 钢丝帘线(绳)与橡胶的粘合强度指标应符合表 2.3 的规定。钢丝帘线（绳）直径/mm粘合强度/kN.m-1钢丝帘线（绳）直径/mm粘合强度/kN.m-11.0 104.15.0701.12.0 205.16.0802.13.0 406.17.0903.14.0 60 缓冲层用以包覆芯金和补强带，接地面一侧带有凸缘。所用橡胶具有耐割裂性、振动性、啮合性和耐久性等性能。而这些性能在很大程度上取决于履带与机身的匹配、用途、行驶路面等。缓冲层的选材与布置不仅要能对强力层牵引件起到增强和保护作用。履带的外层胶花纹块的选型与高度设计应以适应地形条件和提高牵引力为前提，当然也需顾及成本。花纹的构型应避免应力集中，改善抗裂口增长性及减少碎石挤压入花纹内造成橡胶的早期损坏。 目前多数橡胶履带制造企业采取实物测绘、解剖分析的方式进行橡胶履带的结构设计。橡胶履带的理论力学、材料力学及有限元分析与应用尚在起步阶段。花纹侧胶用来防止带体受机械损伤穿洞和穿孔和早期磨损，向路面传递车辆的牵引力和制动力，增加与路面的附着力，以及吸收与传递履带在运动时的振荡。其行驶部分是由不同形状的花纹块、花纹沟所构成的表面。橡胶履带表面的花纹形状则是根据其用途精心设计，有平行、单梯、双梯、三角、蝶型、雪花、锯齿、导轨等各种类型。花纹侧胶应具备良好的耐磨、耐穿刺、抗撕裂、抗崩花掉块、耐屈挠龟裂、抗裂口增长性、耐空气中氧、臭氧、日光老化，以及耐拉伸永久变形性能和动态疲劳性能等。橡胶履带应在-25+55范围内使用。底胶在花纹侧胶下层是基部胶，用来缓冲振荡和冲击。底胶在多次变形下，因摩擦作用而放出大量的热。因此，底胶应具备生热低、有良好的导热性、具有高弹性、与缓冲层胶粘合性能佳等特点。钢丝帘线胶应有与钢丝良好的粘合强度、具有较高的弹性与柔软性、良好的导热性、良好的气密性，在多次变形下生热性应当极小，应有高度的疲劳强度、有高度的耐热性能、耐多次剪切变形性能。 布层胶应具有耐热、弹性高、耐老化、耐多次变形性能、抗撕裂、永久变形小等特点。与帘布、钢丝帘线胶有良好的附着力，有良好的压延工艺性能。齿胶应具有与芯金良好的粘合强度、与轮侧胶有良好的粘合性、较高的强度与刚性，未硫化状态的流动性要低，硫化状态流动性要好。轮侧胶应具有较高的弹性、抗撕裂性、耐空气中氧、臭氧、日光老化，耐屈挠龟裂、抗烈日增长性，较好的回弹性、耐压缩永久变形性和动态疲劳性能等。最 大 适 应 重 量 = 本 机 重 量 + 可 能 装 载 的 最 大 重 量 ( 包 括 人 、 物 质 零 件 、燃料等)当用于运输车辆时，因超载总是难免的，所以在选用橡胶履带时可将超载量也计算在内。所需的规格要求也可根据上述格式由供需双方协商而定。根据具体的使用情况，履带生产厂可向需方提出机械链轮配置图(详见图 2-7)所示的传动方式作为推荐方案。关于与橡胶履带配套的机械链轮，可按实际行驶情况对直径和齿形进行调整。机械链轮节径如图 2-8。 图 2-8 机械链轮节径示意图 链轮节径；链轮根径； P 橡胶履带的节距； n 链轮齿数；C 从橡胶履带的内周面到芯部中心的距离。 图 2-9 橡胶履带使用张力示意图 橡胶履带的张力的大小是衡量橡胶履带在使用过程中极重要的一个性能指标，如果张力太小，在行过程中易导致脱轮(即橡胶履带脱落现象)，成为故障的原因。橡胶履带张力的确定，应按配套机械使用说明书的规定进行校正。在一般情况下可参考图 2-9 所示的方法进行调正。图 2-10 橡胶履带花纹结构3.1.1履带车辆的接地比压通常所说的履带车辆接地比压均指平均接地比压一般地说，q 值愈小，履带车辆在松软地面及泥泞地面的沉陷也愈小，从而使行驶阻力降低，同时也不易破坏岩土的抗剪强度而保证车辆附着力的充分发挥。而实际上，由于支重轮的间距与数目不同，各支重轮所承受机重不同，以及履带支承面下方岩土的不均匀性等因素的影响，履带接地段各点的接地压力是不同的，同时，由于整机重心相对两条履带对称中心线的偏移，也使两条履带的接地压力不同，甚至在接地压力分布上也不同。 图2-11橡胶履带模型3.1.2行走机构主要尺寸参数的确定名义接地压力即平均接地比压或平均单位压力, 为整车重量除以履带接地面积，此指标为履带车辆设计总体参数选择的依据。履带接地长度L、轨距B和履带宽度b应合理匹配，使平均接地比压、附着性能和转弯性能符合要求。履带式车辆的自重和工作载荷通过履带传递到地面上，履带的接地比压决定了机械的通过性，履带的条数和总接地面积由机器重量和地面所能承受的接地比压所决定。按行走装置的工作环境允许的平均接地比压值p50kPa。根据履带数和平均接地比压确定总接地面积：AG/P 总接地面积 A=2Lb 其中： L行走装置的接地长度，单位为 m；G机体的重量，单位为 kN；b履带的宽度，单位为 m。根据果园作业平台的实际工况，取 G=10kN，由公式可得：2Lb(10/50=0.2) 履带行走装置的接地长度和履带轨距的比值对履带行走机构的转向性能和转向所需的功率影响很大，如果比值超过 1.7，履带行走装置很难转向，如果比值小于 1，行走机构的直线行走能力较差，必须频繁的转向一般L/B=1.2-1.4 取L/B=1.3 根据新型果园多采用低矮密植型种植模式，考虑果树的行距，且要求作业平台具有良好的通过性和转向性能，取履带轨距为 0.7m。 所以 L = 0.7 1.3 =0.91m 又由经验公式： b/L=0.180.22 取 b/L=0.2 b = L 0.2 =0.182ma)履带板结构的选择履带板的型式很多，标准化后规定采用重量轻、强度高、结构简单和价格较低的轧制履带板。履带板有单筋、双筋和三筋数种。本机采用三筋式普通履带板，这种履带板筋稍短易于转向，且由于筋多使履带板的强度和刚度提高，承重能力大,主要用于小型工程机械。三筋板上有四个连接孔，中间有两个清泥孔。当链轨绕过驱动轮时可借助轮齿自动清除链轨节上的淤泥。相邻两履带板制成有搭接部分，防止履带板之间夹进石块而产生高的应力。b)履带节距履带节距，随自重的增大而线性增大根据节距 t0与机器重量 G 的关系： t0= (15- 17.5) G = (15- 17.5) 100mm c)履带的强度计算（1）履带的计算工况整机在斜坡上工作时，一侧履带所能传递的最大驱动力，取决于土壤的附着条件，即： (5-4)取自工程机械底盘构造与设计P314式中：附着系数，取； 考虑在斜坡上工作时，整机重量在一侧履带上分配系数，取。所以：（2）强度验算 由于履带的主要破坏形式是磨损，因此只需要校核履带销的剪切强度： （5-5）取自工程机械底盘构造与设计P315式中：履带销直径；所以履带销采用50Mn，履带销套采用20 Mn，履带板的材料采用40Mn2Si。 50Mn的剪切强度：275Mpa所以，履带销的强度满足要求。（3）校核轨链节的抗拉强度对于钢制履带，履带板应验算其拉伸应力，危险截面是销孔的最窄处： (5-6)取自工程机械底盘构造与设计P314式中：履带销套半径，； 履带销半径，； 一块履带板一端的各销孔宽度之和， 。 需用拉伸应力，所以所以，履带的抗拉强度满足要求。d)橡胶履带的选择对于设计所需的橡胶履带及其参数可根据相关履带生产厂家来确定，这里选型杭州德卡橡胶有限公司的履带,其履带宽度为230mm，与所设计的刚履带同宽，履带参数如表如表3所示。类型如下：表 3 履带参数项 目参 数履带类型可更换型履带宽度b（m）0.23节 距t0（m）0.096花纹类型V2/C钢丝绳高度（m）0.018内轨宽度（m）0.022外轨宽度（m）0.076最大机体质量（kg）2300导轨类型B3.1.3履带条数 履带条数主要根据履带行走装置所服务的设备质量来确定。设备质量与履带条数关系一般如表4 所示。 表 4 设备质量与履带条数关系设备质量 /t1 0001 5006 00012 000履带数量 / 条23612履带与底座的连接方式双履带行走装置中履带架与底座的连接，可以是刚性连接，也可以是摆动铰接。（1） 两条履带均与底座刚性连接，如图 2-12（a）所示。刚性连接的履带装置，其各个零件的载荷分布是不静定的，设计时应考虑到最不利情况，即载荷仅通过两点传递；该连接方式具有很高的防倾翻能力，允许上部结构的重心位置有较大的偏移，主要用于小型机器，最大承重量一般不超过 5 000 kN。（2） 一条履带与底座刚性连接，另一条铰接。该连接方式的优点在于载荷可以静定地分配到各履带的零件上，部分零件设计时比较简单，但其防倾翻能力相对较差，如图 2（b）所示。（3） 两条履带均与底座铰接，如图 2-12（c）所示。该连接方式允许履带架相对于底座摆动，底座在履带架上的安装条件是不稳定的，需要第三个支承点，该点由安装在两履带间的横向平衡梁支承。底座与履带架铰接点的位置，必须位于履带的中点上。这种连接方式是大型双履带行走装置的主要应用形式，最大承重量一般不超过 10 000 kN。 图 2-12 履带与底座的连接方式（a） 两端刚性连接 （b） 一端刚性连接，一端铰接 (c) 两端铰接3.1.4双履带转向方式双履带行走装置通过调整两条履带的驱动力来克服转向阻力矩，其转弯方式可分为 3 种：1）两条履带以不同速度同时向前运行，按一定的转弯半径向低速侧转弯；2） 一条履带正常驱动，另一条履带制动，向制动侧转弯，称为单边转弯；3） 两条履带以相反的方向同时驱动，整机绕履带装置的形心回转，称为原地转弯。第一种转弯方式，转弯半径较大，并需配置无级变频调速装置，成本较高。大多数情况下，双履带行走装置采用单边或原地转弯方式。当地面条件较差时，也可采用折线式转弯，即多次急转弯与直线运行相结合。由于每次转弯角度小，对地面破坏较轻，可减轻履带的下陷程度，避免转弯附加阻力的急剧增加。3.1.5结构布置及参数(1)履带支承长度L，轨距B 和履带板宽度b 应合理匹配，使接地比压，附着性能和转弯性能均符合要求；(2)履带节距t0 和驱动轮齿数z 应在满足强度、刚度的情况下尽可能取较小值以降低履带高度；(3)驱动轮齿数一般为奇数，z=1923。为使H0 不致过大，又兼顾履带运动的平稳性，当t0 取小值时则z 取大值，当t0 取大值时z 取小值。 图 2-13 履带式行走机构示意图（4）计算后再圆整。式中： 履带全长， （2-4）根据橡胶履带驱动轮的节距计算公式:D= t0/sin(180/n)其中：D驱动轮直径； t0履带节距； n驱动轮齿数。选择 n=9，经计算 D=0.28m。导向轮直径比驱动轮直径略小，一般D/ Dk=0.80.9取 Dk=0.25考虑减小摩擦，选择托带轮个数为每边 1 个。根据上述计算分析，最终确定行走机构形式为，2 条橡胶履带，多支点，支撑轮与履带架为刚性连接。参数如表 5。表 5参数项确定值单边履带接地长度（m）0.96履带轨距（m）0.7驱动轮齿数（个）25驱动轮分度圆直径（m）0.178导向轮外圆直径（m）0.145支重轮外圆直径（m）0.188单边支重轮数量（个）4支重轮间距（m）0.24单边托带轮数量（个）1托带轮外圆直径（m）0.13.1.6张紧力的调整履带的张紧方式一般有固定张紧和弹簧张紧。在履带的预张紧力的计算上，一般都采用经验公式计算，以机器重量乘以一个经验数就作为履带的预张紧力，往往不能适应不同的履带行走机械，张力太大, 功率损失大，并使履带产生非常大的张力，导致履带伸长，节距发生变化，会加快各部零件的磨损。张力偏小, 履带又变得很松，行走时会发生跳齿，转向失灵，履带容易脱轨。两条履带张力的明显差异还会使行走方向产生偏移, 当支重轮、导向轮发生脱轨现象时, 行走方向的偏转最后直接导致脱轨事故的发生。履带的静态张紧度是按履带松边(上方区段)的下垂量 h 的值进行确定,下垂量 h 一般取: h(0.0150.03)L0其中： h履带的下垂量。 L0张紧轮与驱动轮间中心距。履带行走装置使用一段时间后由于链轨销轴的磨损会使节距增大，使整个履带伸长，导致摩擦履带架、脱轨等，影响行走性能。因此每条履带必须设有张紧装置，使履带保持一定张紧度，一般要保证履带的下挠度不超过 2040mm。张紧装置的行程应大于履带节距的 1/2，以便在履带因磨损而造成节距伸长时，可拆去一块而继续使用3.2驱动轮的设计驱动轮介绍驱动轮用来将行走机构的动力传递给履带，因此对驱动轮的主要要求是啮合平稳，并在履带因销套磨损而伸长时，仍能很好啮合，不得有“跳齿”现象。履带行走装置的驱动轮通常放在后部，这样既可缩短履带张紧段的长度，减少功率损失，又可提高履带的使用寿命。图3-1驱动轮驱动轮，工程机械挖掘机与推土机的动力传输者，在运输机上，因为整体是铸造加工的，所以叫“驱动轮”，推土机因为是分开几块铸造或者说锻造的，所以称为“驱动齿块”。驱动轮一般直接是与驱动马达相接，直接把动力传给履带，从而带动整个底盘前进。驱动轮的材料主要是以铸造为主，但大功率的推土机的驱动齿块以锻造为多，那样的产品会承受住更大的驱动力，从而保证产品的质量。无论是何种材料，产品都要经过毛坯铸造（锻造）、机械加工、齿部淬火等工艺，最终交给客户使用。 运输机驱动轮主要是铸造产品，材料一般是ZG40Mn，齿部的淬火硬度与推土机相近，HCR46-56，因为轮子是整体加工，所以工艺上比较简单，保证加工精度与尺寸精度就可以。运输机的齿块以锻造为主，因为是一块块的三齿或两齿，最后要拼成一个轮子，所以在加工工艺与技术要求上更是严格了许多。运输机齿块要求：齿块用钢应符合GB/T 3077中规定的40MnB或35MnB合金钢材料，也允许采用力学性能不低于上述牌号的其它材料；齿块用钢的含碳量应符合GB/T 3077中的规定；其含硫、磷量应小于0.035%。钢的非金属夹杂物、脆性夹杂物、塑性夹杂物的含量应符合GB/T 105611989中规定的2.5级要求；齿块的热处理硬度要求HCR46-56；齿块的锻造比应大于或等于2，起模斜度为35；锻件齿形精度相对于标准齿形样板的极限偏差，应控制在0.7 mm以内。3.2.1驱动轮磨损驱动轮轮齿的磨损常发生轮齿的根部、前后侧面、左右侧面和轮齿顶部。当推土机向前行驶，轮齿托起履带销套时，磨损发生在轮齿的前侧面；反之，当推土机向后行驶时，磨损发生在轮齿的后侧面。当履带太松，产生履带偏斜，轮齿冲击链轨节的侧面时将造成驱动轮轮齿侧面的磨损。 驱动轮轮齿的另一磨损形式是顶部磨损。顶部磨损发生在履带与驱动轮轮齿被粘性物质填塞，驱动轮轮齿与履带销套的啮合关系被改变时。当推土机向前行驶时，就会在驱动轮驱动侧的齿背面的顶点和销套的侧面划下印痕。驱动轮的谁主要包括齿形的设计，驱动轮尺寸的确定以及强度校核。a) 驱动轮的齿形设计 发动机的动力通过驱动轮传给履带，因此，对驱动轮的要求是与履带啮合正确，传动平稳，并且当履带因销套磨损而伸长后仍能很好啮合。按齿面形状，驱动轮齿形可分为凸形，直线形和凹形齿形三种。目前履带工程机械多采用后两种。履带的驱动轮通常置于挖掘机的后部，这样能使履带的张紧段较短，减少磨损和功率损失。驱动轮用来驱动履带，轮齿工作时受履带销套反作用的弯曲压应力，并且轮齿与销套之间有磨料磨损。因此驱动轮应选用淬透性好的钢材，通常用50Mn，45SiMn，中频淬火、低温回火，硬度应达到HRC5558。一般来讲，对驱动轮齿形的要求为：1）使履带节销顺利地进入和退出啮合，减少接触面的冲击应力；2）齿面接触应力应小，以减少磨损；3)当履带节距因磨损而增大时，履带节销与驱动轮齿仍能保持工作，不至脱链。本设计采用典型的“三圆弧一直线”型齿形。b) 驱动轮主要参数的确定驱动轮轮齿的节距根据前述的相应的履带板的节距确定，。绕在驱动轮上的履带板数目（即当量齿数）增加，使履带运动速度均匀性较好，铰链摩擦损失减少，但使驱动轮直径增大，引起底盘高度及重量增加。驱动轮齿数一般为奇数，z=1925。为使H0 不致过大，又兼顾履带运动的平稳性，当t0 取小值时,则z 取大值，当t0 取大值时z 取小值。这里选择驱动轮齿数Z=25。这里驱动轮的齿数一般为奇数，这是因为工程机械上的链条在驱动轮上是隔一个齿啮合的，这样自动清除泥土的效果好。这种间齿啮合的的驱动轮的Z是实际齿数的Z的一半；所以这样实际齿数Z最好为奇数，这样每转动两圈，驱动轮的所有齿都啮合一次，使用寿命长。所以名义齿数Z=12.5。驱动轮节圆半径 （5-7） 取自工程机械底盘构造与设计P316 这里取=178mm驱动轮的节圆直径为 履带销套直径：则驱动轮齿根圆直径为：驱动轮齿顶圆直径：（0.30.4）d齿谷半径为：谷齿距离为：图3-2 驱动轮轮体c) 驱动轮的强度计算驱动轮需要校核其弯曲强度和挤压强度。1).弯曲强度计算驱动轮的计算载荷与履带一样，取一侧所传递的最大驱动力，因地面附着条件所限制，取，并假定扭矩只有一个齿传递。驱动轮轮齿抗弯强度为： (5-8)取自工程机械底盘构造与设计P317式中：齿高（假定力完全作用在齿顶）， 抗弯截面系数，其中 为驱动轮的宽度，取； 许用弯曲应力。所以： 所以，驱动轮的弯曲强度满足要求。2).挤压应力计算驱动轮轮齿齿面挤压强度： (5-9) 取自工程机械设计P141式中 驱动轮轮齿宽度，； 履带销外套直径，； 需用挤压应力，。所以 所以，驱动轮的挤压强度满足要求。3.3支重轮的设计支重轮，是运输机机底盘四轮一带中的一种，它的主要作用是支撑着运输机机的重量，让履带沿着轮子前进。支重轮的主要结构：轮体、支重轮轴、轴套、密封圈、端盖等相关部件构成。支重轮可分为单边支重轮与双边支重轮；挖掘机用支重轮与推土机用支重轮，挖掘机用支重轮一般是黑色油漆，推土机支重轮一般是黄色油漆。支重轮轮体材料一般45钢、40Mn2、等材料，主要工艺铸造或锻造，机械加工，然后进行热处理，轮子表面淬火后的硬度要达到HRC38左右，以增加轮子表面的耐磨性。支重轮轴的加工精度要求比较高，一般是需要数控机床进行加工才能达到要求。材料以40Mn2较多，加工后也要进行淬火热处理，硬度达到HRC42左右。 支重轮容易出现在问题是：A、轮体磨损。出现这种情况的原因是采用的钢材不合格或者说材料热处理时的硬度较低，耐磨性不足；B、漏油。支重轮轴通过轴套一直在旋转，轮体内要加油来润滑，但如果说密封圈不好的话，很容易产生漏油的现象，这样轴与轴套在无润滑的情况下，很容易磨损，造成产品无法进行使用。因此，支重轮密封的好坏是作为衡量生产公司产品质量的一个很重要的标准。图3-3支重轮分解图片 图3-4 展会上支重轮图3-5 双边支重轮样品支重轮的设计主要包括支重轮外形尺寸的确定及其强度校核。a) 支重轮外形尺寸的选择挖掘机重量通过支重轮传给地面，工作时如地面不平它将经常受到冲击，所以支重轮所受载荷较大。支重轮的工作条件也较恶劣，经常处于尘土中有时还浸泡于泥水之中，故要求密封可靠、轮圈耐磨。支重轮轮体常用35Mn或者50Mn制造。轮面淬火硬度应达到HRC48-57。采用滑动轴承较多，并用浮动油封防尘。目前国内，外履带工程机械支重轮的结构形式，有直轴式和凸肩式两种，直轴式结构简单，零件少，工艺性好，但承受轴向力稍差，适用于挖掘机类工况。支重轮轴是不转动的，通过两端轴座固定在履带架上。支重轮轮体分两段焊接而成，轮外端面中心设有油孔，用以加入润滑油，润滑轴承。支重轮轮内压装有轴套，其轴套是双金属式的，即耐磨、强度又高。轴两端有密封轴圈。根据履带支重轮传递压力的情况，可以将其分为多支点和少支点两种。多支点的履带行走装置是指与地面接触的履带节数和其上的支重轮之比小于 2，支重轮的直径较小，数目较多，相距较近。农业用行走机构工作多在山区或丘陵地区，路面多为土路，履带装置需要较小的平均接地比压，支重轮的压力要分配均匀，所以应采用多支点结构。在橡胶履带内有与驱动轮配合的铁齿，两铁齿之间的距离即为节距。在两铁齿之间仅有橡胶，结构如图 2 所示。如果支重轮排列得不好，支重轮在履带上滚动到两铁齿之间的橡胶段时，在重力作用下下压连接橡胶，造成机器行走时一起一伏，影响机器行走的平稳性，增大机器的行走阻力。因此，支重轮的排列应考虑机器的平稳性，两支重轮间的距离 s 一般为1. 5p，2 5p 或 3 5p，不能是 2p 或 3p。其目的是保证行走装置在任何时候都有支重轮作用在履带的铁齿上，从而减小或消除机器行走过程中的起伏落差，提高机器行走的平稳性，减小行驶阻力。支重轮直径越小，个数越多，履带对地面的压力就越均匀，但会增加滚动阻力。一般取支重轮的直径和橡胶履带节距关系为 d=( 1 5 3) p，每边支重轮的个数通常是 3 5个。支重轮工作条件较恶劣，经常处于尘土中，有时也处于泥水中，所以为防止泥沙被挤入轴承中，支重轮多采用两个背对背的油封密封，既防止润滑油外泄，又防止泥沙的侵入。1螺塞 2端盖 3轴 4轴套 5浮动油封 6浮动油封环 7O 形圈 8销 9轮体 图3-6 支重轮的典型结构及其组成 取支重轮轴间距 。支重轮直径为: 取。托链轮踏面直径dt(0.81.0)t支重轮踏面直径dz(0.81.0)t因为履带的支撑面宽度，考虑到滚动阻力的大小和接地比压的均匀性，每侧支重轮通常为35个，具体数量随机重的增加而增多。，取支重轮的数量为4个。a) 支重轮的强度计算为了减少支重轮的磨损，轮缘对履带的接触应力应按下式计算： (5-12)参看工程机械底盘构造与设计P318式中 支重轮轮缘宽度，； 支重轮半径，； 支重轮个数，；所以，支重轮与链轨节间的接触应力满足要求。b) 支重轮轴的校核支重轮的最大径向载荷使挖掘机跨越障碍时的工况，此时每侧的一个支重轮承受整机总重量，即一支重轮上的最大径向载荷为整机重量的一半，支重轮轴按此时计算弯曲强度。（轴的直径为）支重轮轴的内力分析图如图3-7所示：3.575KN3.575KN3.575KN3.575KN3.575KN3.575KN图3-7支重轮的受力和应力图 （5-13）取自材料力学上册P174.式中：支重轮轴最大弯矩；抗弯截面系数。；需用弯曲强度，支重轮轴采用40Cr钢，。所以：所以支重轮轴满足强度要。3.4托链轮的设计托轮用来承托上部履带，防止其过度下垂，减少上方履带的跳动和下垂量，并防止履带从侧向滑脱。拖链轮的结构与支重轮类似，如图3-8所示，但其所受载荷要比支重轮小得多，工作时少受泥水侵蚀，因此尺寸可较小。 图3-8托轮结构图托轮轴固定在履带架上，论体内压装有耐磨轴套，并耐磨轴套套装在轴上，可自由转动。托轮的外侧端盖用螺栓安装在轮体上，轴的一端装有浮动油封。其结构如图5.5所示。托带轮的功用是托住履带,防止履带下垂过大,以减小履带在运动中的振跳现象,并防止履带侧向滑落。托链轮与支重轮相似,但其所承受的载荷较小,工作条件较支重轮要好,所以尺寸较小。拖带轮的位置应稍靠近驱动轮端，一般为每边 12 ,，。轴距在2 m 以下的一般采用1 个, 轴距在2 m 以上的一般采用2 个。对于小型履带式作业机械来说, 上方区段履带下垂量不大, 可不装托链轮。选择托带轮个数为每边 1 个。考虑减小摩擦,托带轮外圆直径 d=100mm。3.5导向轮的设计（1）导向轮的参数设定 导向轮的功用是支撑履带和引导履带正确的卷绕，可以防止跑偏或者越轨，有些导向轮同时起到支重轮的作用，可以增加履带对地面的接触面积，减少比压。导向轮的轮面大多做成光面，中间有挡肩环作为导向用，两侧的环面则能起支重轮的作用。导向轮的中间挡肩环应有足够的高度，两侧边的斜度要小。导向轮与最靠近的支重轮距离愈小则导向性能愈好。图3-9引导轮统一结构形式左图一挖掘机类;右图一推土机类驱动轮的节圆直径为 导向轮工作面直径(mm) Dd(0.80.9) =(0.80.9)355.8=284.64320.22这里取Dd=290mm（2）导向轮轴的强度计算 导向轮的材料一般是40或45铸钢，轮缘通常不加工，表面淬火硬度HRC45以上。导向轮轴常用40、40Cr钢制造，调质处理硬度HB285321，轴通常不转动，采用滑动轴承。导向轮的材料轴按整机倒档行使条件计算弯曲应力。整机发出的为地面附着条件所允许的驱动力（按履带计算工况），可近似地认为导向轮上、下两处履带平行，则导向轮轴的计算载荷为：。；需用弯曲强度，。所以： 由上可知，导向轮轴的弯曲应力满足强度要求。第2章履带结构2.1履带定义花纹：橡胶履带外层所呈现的几何形状；花纹侧胶：橡胶履带的外侧胶，行走时与地而相对的部分；轮侧胶：橡胶履带的内侧胶，行走时与转轮相对的部分。橡胶应具有耐磨、耐气 候、耐屈挠等性能；芯金：橡胶履带中传递动力、导向及横向支撑的部分，应为铸造品或锻造品；强力层：橡胶履带中承受张力和传递动力的骨架层，通常为钢丝帘线(绳)等材料；节距：橡胶履带平直部分相邻两芯金的中心距离；导向角：橡胶履带行走时起导向作用的凸起部分；轨道：限定轮系行走方向的导向角特定部位；履带宽：橡胶履带的外缘宽度；节数：一条橡胶履带的传动件个数；花纹代号：橡胶履带的花纹类型，以代号表示；金属传动件类型：金属传动件凸起的形状，以代号表示。2.2橡胶履带的构造 橡胶履带(见图 2-1)通常是由橡胶主体、芯金、帘线骨架材料通过模压硫化而形成的环形体。为了保持张力，内设钢丝帘线。为了补强带体，将突出的金属传动件包了覆盖胶。图2-1 橡胶履带结构图 强力层（图 2-1 中 A）是牵引件，是橡胶履带的纵向抗拉体，承受牵引力并保持履带节距的稳定性。使用材料主要有钢丝帘线、镀锌钢丝、不锈钢钢丝、玻璃纤维、芳纶（或其它高强度低伸长合成纤维线绳）或帘布。 芯金（图 2-1 中 B）是传动承载件，起动力传递导向与横向支撑作用，使用材料主要有球墨铸铁、铸铁锻钢、铝合金与合金钢板材冲压成型组合件等，有些履带可使用塑料。 缓冲层（图 2-1 中 C）是承受带体强烈的振荡和冲击，承受履带行驶中径向力、侧向力和切向力所引起的多次变形。同时也是牵引件保护层，保护牵引件不受外力作用而破坏，防止强力层的钢丝与芯金磨擦。使用材料主要有锦纶帘子布、锦纶帆布以及其它纤维材料。橡胶履带（图 2-1 中 D）由强力层、芯金、缓冲层和橡胶弹性体四大部分组成。其中橡胶弹性体又分为花纹侧胶、底胶、钢丝帘线胶与缓冲层胶、布层胶、齿胶和轮侧胶。橡胶弹性体把其它部件紧密地结合为一个整体，提供行走能力及整体的缓冲、减震和降噪功能。橡胶材料一般以 NR 为主的 NR/SBR、NR/SBR/BR 和 NR/BR 并用体系，以及加用聚氨酯弹性材料等。2.3橡胶履带的分类方法橡胶履带的分类方法有多种。（1） 橡胶履带按结构可分为以下类型： 专用型(图 2-2、图 2-3) 专用型 履带更换型A 履带更换型B图2-2 下部滚轮的类型橡胶履带金属传动件按凸起类型不同传动方式可分为轮孔式和轮齿式两种。轮孔式是机械驱动轮，像一个平皮带轮并有与履带节距对应的孔，履带金属传动件凸齿插入孔内靠驱动轮与履带之间的吻合摩擦传动。细分又有单行孔和双行孔。而轮齿式则是机械链轮与履带金属传动件齿啮合传动。 专用型 履带更换型B1、2、3、4放脱离凸起 5接地面 6内周面 7启动轮机 8凸起 图2-3橡胶履带的结构 无芯金型 是用橡胶凸起齿替代金属传动件，无噪声，振动小。履带内表面与驱动轮而接触，磨擦传动。 履带更换型(图 2-2、图 2-3) 可根据工作地形条件需要，橡胶履带与金属履带替换使用。 摩擦型 橡胶履带按驱动方式分类及各类型的特征和缺点如表 2.1 所示。 表 2.1 按驱动方式的分类及其特征和缺点驱动方式 特征与缺点链轮驱动型由链轮驱动芯金；驱动牢靠，可用于轻负荷至重负荷的驱动。橡胶突起驱动型由橡胶突起代替芯金驱动型，可用于轻负荷驱动。有的与摩擦驱动并用；需注意链轮的设计。缺点为易咬入石子和脱轮等摩擦驱动型橡胶履带内面由带轮驱动的类型；无驱动且耐久性好，但依条件不同其有产生滑动和易咬入石子的缺点。(2)按用途可分为五类 农机橡胶履带：用于各种联合收割机、中小型田园耕作机械和农田输送机械；工程机械橡胶履带：用于挖掘机、推土机、自卸车、高空作业机械和各种道路建筑机械；运输车辆橡胶履带：用于森林、水草、沼泽、湿地、深雪、冰川、冻土等难以通行环境下的运输车辆；军用车橡胶履带：用于军用特种车辆。目前，橡胶履带的宽度多为 180920mm，节距一般为 72109mm，节数多为 2974。在选择理想的橡胶履带规格、花纹类型时,可根据图 2.5 所示的各部位尺寸(具体尺寸暂缺)并参考最大适应重量来选定(履带宽节数节距)。图2-4 橡胶履带各部位尺寸示意图2.4橡胶履带的标记方法1标记方法 橡胶履带的规格通常以带宽、节距、花纹形式代号和传动件代号组合来表示。 图 2-5 橡胶履带规格表示 以 CRT40072.5A80-050 为例，CRT 代表轮齿式橡胶履带，通常可不标注。其它类别必须标注。40072.5A80050 表示履带宽度为 400mm、节距为 72.5mm、轨道为 A型、节数为 80 的橡胶履带，适用机重为 5000kg 以下。2.5 橡胶履带基本性能 橡胶履带的基本性能要求有：牵引能力、不脱轮性、抗振性和耐久性。 1牵引能力：牵引性能受行驶路面影响。作业时，与橡胶履带的拉伸强度、剪切强度、带宽、横向刚性、节距和花纹块高度有关，也受路面状况和载荷的影响。直线型花纹和侧面拉长间距花纹效果较好。工程机械车辆在较硬路面上行驶时，牵引性能与花纹块刚度和花纹高度有关系。 2不脱轮性：取决于驱动转轮直径、转轮的配置、橡胶履带刚度、履带突起高度、接地长度和履带的导向长度。脱轮多发生在主动轮或张紧轮与转轮之间。最好将该部分的长度减小到最小程度。保持履带具有一定的张紧度是十分必要的。橡胶履带的扭曲刚度、横向刚性、纵向柔顺性、节距与凸缘高度也对不脱轮性有重要影响。 3抗振性：消除振源是减轻振动和降低噪声的最好办法。橡胶履带振动与其节距、转轮数及其配置、重心位置、胶料性能和花纹构形有关。设计时要对这些因素进行最佳匹配，且花纹块节距小且高度低的较好。 4耐久性：表现为橡胶履带耐磨损切割、穿刺、龟裂和碎裂的能