大行其道：行走機(jī)械設(shè)計(jì)師工作指南

緒論001
0.1　行走機(jī)械進(jìn)化與發(fā)展001
0.2　行走機(jī)械基本功能解析002
0.3　行走機(jī)械設(shè)計(jì)003
第1章  功用特性005
1.1　行走機(jī)械功用與類型005
1.1.1　行走機(jī)械功用拓展005
1.1.2　行走機(jī)械驅(qū)動(dòng)演化006
1.1.3　行走機(jī)械工作任務(wù)008
1.2　機(jī)器行走的功能裝置009
1.2.1　機(jī)器行走功能的實(shí)現(xiàn)009
1.2.2　機(jī)器行走的關(guān)聯(lián)功能需求010
1.2.3　行走傳動(dòng)與基礎(chǔ)裝置012
1.3　機(jī)器行走的基本原理013
1.3.1　車輪滾動(dòng)與滾動(dòng)阻力013
1.3.2　車輪附著力與驅(qū)動(dòng)015
1.3.3　機(jī)器自驅(qū)動(dòng)行走實(shí)現(xiàn)條件017
1.4　機(jī)器行走的運(yùn)動(dòng)特性019
1.4.1　機(jī)器行走的阻力019
1.4.2　機(jī)器行走的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)020
1.4.3　機(jī)器行走的動(dòng)力性能021
1.4.4　行走機(jī)械的多向運(yùn)動(dòng)023
1.5　行走運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可控性024
1.5.1　機(jī)器行走操控與實(shí)現(xiàn)024
1.5.2　行走轉(zhuǎn)向操控性025
1.5.3　制動(dòng)操縱性027
1.6　動(dòng)力匹配與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行028
1.6.1　動(dòng)力輸出與功率匹配028
1.6.2　動(dòng)力傳遞方式與意義030
1.6.3　動(dòng)力裝置匹配經(jīng)濟(jì)性031
1.7　行走機(jī)械的通過能力033
1.7.1　機(jī)器形態(tài)與行走的關(guān)系033
1.7.2　幾何通過性033
1.7.3　越過障礙能力035
1.7.4　支承通過性036
1.7.5　傾斜行走能力037
1.8　行走機(jī)械的振動(dòng)特性038
1.8.1　行走機(jī)械的振動(dòng)系統(tǒng)038
1.8.2　行走激勵(lì)與機(jī)械振動(dòng)039
1.8.3　行走機(jī)械上的減振措施040
1.8.4　行走機(jī)械的宜人性設(shè)計(jì)042
1.9　行走機(jī)械工作安全性043
1.9.1　行走機(jī)械的安全特性043
1.9.2　主動(dòng)安全性045
1.9.3　被動(dòng)安全防護(hù)046
1.10　總結(jié)： 行走機(jī)械功用與特性048
1.10.1　機(jī)器行走的基礎(chǔ)048
1.10.2　行走機(jī)械的功用049
1.10.3　行走機(jī)械的評(píng)價(jià)050
第2章  行走裝置052
2.1　車輪的變遷與橡膠輪胎輪052
2.1.1　車輪的產(chǎn)生與進(jìn)化發(fā)展052
2.1.2　輪胎組合車輪053
2.1.3　橡膠輪胎055
2.1.4　輪胎的特征057
2.2　輪橋結(jié)構(gòu)行走裝置的類型058
2.2.1　輪橋行走裝置形式059
2.2.2　車橋結(jié)構(gòu)的變化061
2.2.3　機(jī)體鉸接車橋065
2.3　輪式行走機(jī)械的懸掛裝置066
2.3.1　懸掛裝置構(gòu)成與元件特點(diǎn)066
2.3.2　獨(dú)立懸掛結(jié)構(gòu)068
2.3.3　非獨(dú)立懸掛結(jié)構(gòu)070
2.4　主動(dòng)懸掛系統(tǒng)組成與特點(diǎn)072
2.4.1　主動(dòng)懸掛的形式與特點(diǎn)073
2.4.2　空氣懸掛系統(tǒng)073
2.4.3　氣液懸掛系統(tǒng)075
2.4.4　液壓均衡懸掛系統(tǒng)077
2.5　履帶行走原理與裝置形式079
2.5.1　履帶行走原理與特點(diǎn)079
2.5.2　履帶行走裝置布置形式080
2.5.3　履帶行走裝置支承結(jié)構(gòu)形式082
2.5.4　半履帶行走裝置083
2.6　履帶行走裝置的基本構(gòu)成084
2.6.1　履帶裝置中的輪履匹配084
2.6.2　金屬履帶087
2.6.3　橡膠履帶結(jié)構(gòu)089
2.7　彈性懸掛結(jié)構(gòu)的履帶裝置090
2.7.1　履帶行走裝置彈性懸掛結(jié)構(gòu)特點(diǎn)091
2.7.2　獨(dú)立懸架形式與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)091
2.7.3　平衡式彈性懸架特點(diǎn)095
2.8　傳統(tǒng)軌道車輛的行走裝置097
2.8.1　轉(zhuǎn)向架的組成與功用特點(diǎn)097
2.8.2　轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)形式099
2.8.3　轉(zhuǎn)向架與車體連接101
2.9　非常規(guī)行走與非傳統(tǒng)裝置103
2.9.1　連續(xù)軌跡非常規(guī)行走裝置103
2.9.2　懸浮行走裝置107
2.9.3　仿生行走裝置108
2.10　總結(jié)：機(jī)器行走的功能裝置109
2.10.1　機(jī)器行走功能需求109
2.10.2　行走功能裝置的構(gòu)成與功用111
2.10.3　行走裝置的形式111
第3章  能量轉(zhuǎn)化114
3.1　熱機(jī)形式及其應(yīng)用114
3.1.1　熱機(jī)類動(dòng)力裝置114
3.1.2　渦輪式內(nèi)燃機(jī)115
3.1.3　活塞往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)117
3.2　活塞往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)118
3.2.1　發(fā)動(dòng)機(jī)組成與特點(diǎn)119
3.2.2　發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)構(gòu)成119
3.2.3　系統(tǒng)匹配與配套裝置121
3.2.4　發(fā)動(dòng)機(jī)配套輔助裝置123
3.3　汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的特性125
3.3.1　汽油機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)125
3.3.2　傳統(tǒng)汽油機(jī)供給特點(diǎn)127
3.3.3　汽油機(jī)電噴系統(tǒng)128
3.4　柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的特性131
3.4.1　柴油發(fā)動(dòng)機(jī)供給系統(tǒng)131
3.4.2　調(diào)速器與調(diào)速特性132
3.4.3　電控噴射柴油機(jī)134
3.5　行走驅(qū)動(dòng)電力系統(tǒng)135
3.5.1　電力驅(qū)動(dòng)能量供給135
3.5.2　車載蓄電池供電系統(tǒng)137
3.5.3　電動(dòng)行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)139
3.6　行走驅(qū)動(dòng)電機(jī)特性140
3.6.1　電機(jī)的種類140
3.6.2　行走驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)141
3.6.3　分布式電機(jī)驅(qū)動(dòng)與輪轂電機(jī)144
3.7　車載電池電源系統(tǒng)146
3.7.1　儲(chǔ)能裝置與電源146
3.7.2　蓄電池與蓄電池組147
3.7.3　車載電源的管理149
3.8　燃料電池驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)152
3.8.1　燃料電池原理152
3.8.2　燃料電池裝置153
3.8.3　車載燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)155
3.8.4　燃料電池驅(qū)動(dòng)示例156
3.9　混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)157
3.9.1　聯(lián)合動(dòng)力與混合動(dòng)力技術(shù)157
3.9.2　動(dòng)力混合方式與策略158
3.9.3　混合動(dòng)力裝置示例160
3.10　總結(jié)：動(dòng)力裝置及工作特性162
3.10.1　能量來源與能量存儲(chǔ)162
3.10.2　動(dòng)力與動(dòng)力裝置164
3.10.3　行走機(jī)械動(dòng)力裝置的發(fā)展165
第4章  動(dòng)力傳遞167
4.1　機(jī)械傳動(dòng)基礎(chǔ)裝置167
4.1.1　機(jī)械傳動(dòng)形式與特點(diǎn)167
4.1.2　行走機(jī)械傳動(dòng)基礎(chǔ)168
4.1.3　動(dòng)力輸出裝置170
4.1.4　行走驅(qū)動(dòng)力輸入172
4.2　動(dòng)力通斷實(shí)現(xiàn)裝置173
4.2.1　離合器的工作原理與功用173
4.2.2　摩擦離合器的應(yīng)用174
4.2.3　自動(dòng)離合器176
4.3　手動(dòng)換擋變速裝置178
4.3.1　機(jī)械變速傳動(dòng)178
4.3.2　變速傳動(dòng)裝置基本結(jié)構(gòu)179
4.3.3　換擋執(zhí)行裝置181
4.3.4　換擋操縱機(jī)構(gòu)182
4.4　動(dòng)力換擋變速裝置183
4.4.1　動(dòng)力換擋變速裝置工作原理183
4.4.2　定軸式動(dòng)力換擋變速裝置184
4.4.3　行星式動(dòng)力換擋變速裝置185
4.4.4　雙離合器變速裝置186
4.4.5　動(dòng)力換擋與自動(dòng)變速187
4.5　液力傳動(dòng)與變矩器188
4.5.1　液力變矩器結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)特點(diǎn)189
4.5.2　液力變矩器特性190
4.5.3　變矩器與動(dòng)力裝置匹配192
4.5.4　液力傳動(dòng)裝置的應(yīng)用192
4.6　行走無(wú)級(jí)變速裝置194
4.6.1　傳動(dòng)無(wú)級(jí)變速原理194
4.6.2　帶傳動(dòng)無(wú)級(jí)變速裝置195
4.6.3　液壓無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)與裝置198
4.7　行走驅(qū)動(dòng)力分配199
4.7.1　行走驅(qū)動(dòng)中的分動(dòng)與差速199
4.7.2　普通齒輪差速器200
4.7.3　普通差速器限滑與鎖止201
4.7.4　其它限滑差速器203
4.8　機(jī)液雙流復(fù)合傳動(dòng)205
4.8.1　機(jī)液復(fù)合雙流傳動(dòng)基本形式205
4.8.2　機(jī)液復(fù)合雙流傳動(dòng)在輪式拖拉機(jī)上的應(yīng)用207
4.8.3　機(jī)液雙流傳動(dòng)在履帶行走傳動(dòng)上的應(yīng)用208
4.8.4　機(jī)液復(fù)合傳動(dòng)其它應(yīng)用209
4.9　行走驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)211
4.9.1　行走驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)的組成211
4.9.2　驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)的匹配特性212
4.9.3　行走驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)的形式213
4.9.4　全液壓行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)214
4.10　總結(jié)：動(dòng)力傳遞與傳動(dòng)系統(tǒng)216
4.10.1　傳動(dòng)系統(tǒng)的任務(wù)功能216
4.10.2　傳動(dòng)基本形式與特點(diǎn)218
4.10.3　行走驅(qū)動(dòng)力的傳遞219
第5章  運(yùn)動(dòng)操控222
5.1　行走機(jī)械的轉(zhuǎn)向操控222
5.1.1　基本機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)222
5.1.2　方向操控裝置224
5.1.3　轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動(dòng)力匹配225
5.2　轉(zhuǎn)向裝置與助力轉(zhuǎn)向227
5.2.1　機(jī)械轉(zhuǎn)向器227
5.2.2　液壓助力轉(zhuǎn)向器229
5.2.3　液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)230
5.2.4　電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)231
5.3　轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與隨動(dòng)轉(zhuǎn)向232
5.3.1　轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)基本形式與工作原理232
5.3.2　雙軸協(xié)同轉(zhuǎn)向235
5.3.3　多軸隨動(dòng)轉(zhuǎn)向237
5.4　全液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)239
5.4.1　全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成形式239
5.4.2　全液壓轉(zhuǎn)向器242
5.4.3　流量放大轉(zhuǎn)向系統(tǒng)243
5.4.4　雙轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向系統(tǒng)244
5.5　履帶行走轉(zhuǎn)向及裝置245
5.5.1　履帶行走裝置轉(zhuǎn)向原理246
5.5.2　單功率流機(jī)械傳動(dòng)中轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)機(jī)構(gòu)246
5.5.3　雙功率流轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)方式249
5.6　行走機(jī)械的制動(dòng)系統(tǒng)251
5.6.1　制動(dòng)系統(tǒng)組成與配置251
5.6.2　助力制動(dòng)253
5.6.3　全液壓動(dòng)力制動(dòng)255
5.7　制動(dòng)裝置形式與應(yīng)用256
5.7.1　制動(dòng)器類型與安裝位置256
5.7.2　鼓式制動(dòng)器258
5.7.3　盤式制動(dòng)器260
5.8　氣動(dòng)制動(dòng)與主從系統(tǒng)262
5.8.1　氣壓制動(dòng)系統(tǒng)及主要元件262
5.8.2　道路車輛主從制動(dòng)系統(tǒng)264
5.8.3　軌道列車氣動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)266
5.9　再生制動(dòng)與防滑技術(shù)267
5.9.1　輔助制動(dòng)與動(dòng)力制動(dòng)的應(yīng)用267
5.9.2　防滑制動(dòng)269
5.9.3　再生制動(dòng)270
5.10　總結(jié)：行走操向與制動(dòng)技術(shù)271
5.10.1　行走裝置狀態(tài)控制271
5.10.2　轉(zhuǎn)向原理與實(shí)現(xiàn)方式272
5.10.3　制動(dòng)原理與實(shí)現(xiàn)方式274
第6章  人機(jī)關(guān)系276
6.1　操縱裝置與人機(jī)工程276
6.1.1　行走機(jī)械基本操作需求276
6.1.2　行走機(jī)械操作方式的選擇277
6.1.3　人機(jī)工程的體現(xiàn)281
6.2　操控液壓技術(shù)與應(yīng)用282
6.2.1　液壓系統(tǒng)的功用與組成282
6.2.2　控制閥與操縱方式284
6.2.3　行走機(jī)械常用的液壓操縱裝置286
6.3　液壓控制基礎(chǔ)與原理288
6.3.1　液壓控制回路構(gòu)建289
6.3.2　液壓伺服與比例控制290
6.3.3　行走驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)自動(dòng)控制示例292
6.4　車載電器與控制基礎(chǔ)294
6.4.1　車載電器與電氣系統(tǒng)294
6.4.2　基本電氣系統(tǒng)組成295
6.4.3　電控與電氣系統(tǒng)的關(guān)系298
6.5　電動(dòng)行走的驅(qū)動(dòng)控制299
6.5.1　電動(dòng)行走機(jī)械的特性299
6.5.2　電機(jī)控制器300
6.5.3　多電機(jī)行走驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)302
6.5.4　多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的差速協(xié)調(diào)控制303
6.6　常規(guī)機(jī)動(dòng)行走的控制304
6.6.1　機(jī)動(dòng)行走控制需求304
6.6.2　電控發(fā)動(dòng)機(jī)的需求與特點(diǎn)305
6.6.3　傳動(dòng)裝置自動(dòng)控制307
6.6.4　行走驅(qū)動(dòng)控制308
6.7　行走機(jī)械的自動(dòng)控制310
6.7.1　控制器的基本構(gòu)成310
6.7.2　控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)311
6.7.3　控制系統(tǒng)硬件組成312
6.7.4　控制軟件的生成314
6.8　車載網(wǎng)絡(luò)與信息傳輸315
6.8.1　車載控制網(wǎng)絡(luò)的類型315
6.8.2　網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與多網(wǎng)絡(luò)連接316
6.8.3　車載網(wǎng)絡(luò)CAN 總線317
6.8.4　無(wú)線信息傳輸319
6.9　自動(dòng)駕駛實(shí)現(xiàn)之基礎(chǔ)320
6.9.1　自動(dòng)駕駛與人和環(huán)境的關(guān)系320
6.9.2　自動(dòng)駕駛的技術(shù)基礎(chǔ)321
6.9.3　循跡與識(shí)別322
6.9.4　定位與自動(dòng)導(dǎo)引324
6.10　總結(jié)：行走機(jī)械操縱與控制325
6.10.1　行走機(jī)械的操控需求325
6.10.2　操控與人機(jī)關(guān)系326
6.10.3　行走機(jī)械控制與關(guān)聯(lián)技術(shù)328
第7章  環(huán)境制約329
7.1　機(jī)器功用與形態(tài)適宜329
7.1.1　行走機(jī)械形態(tài)的基礎(chǔ)329
7.1.2　行走裝置與形態(tài)331
7.1.3　作業(yè)工藝與裝置的影響332
7.1.4　工作環(huán)境與對(duì)象的影響334
7.2　路況條件與應(yīng)對(duì)措施335
7.2.1　非常規(guī)路況行走的應(yīng)對(duì)措施336
7.2.2　支承條件變化與應(yīng)對(duì)336
7.2.3　支承面幾何特征影響與應(yīng)對(duì)337
7.2.4　空間支承特性339
7.3　在多向運(yùn)動(dòng)載體上行走340
7.3.1　載體運(yùn)動(dòng)環(huán)境中的行走機(jī)械340
7.3.2　搖擺路面行走特性341
7.3.3　穩(wěn)定與預(yù)防措施343
7.4　安全與防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)345
7.4.1　運(yùn)動(dòng)碰撞防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)345
7.4.2　安全作業(yè)駕駛室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)346
7.4.3　主動(dòng)安全設(shè)計(jì)347
7.5　機(jī)器系統(tǒng)熱平衡設(shè)計(jì)349
7.5.1　無(wú)效熱量的來源349
7.5.2　散熱與熱量平衡350
7.5.3　裝置的散熱冷卻351
7.5.4　整機(jī)系統(tǒng)熱平衡352
7.6　低溫環(huán)境作業(yè)適應(yīng)性353
7.6.1　低溫環(huán)境下的行走機(jī)械354
7.6.2　行走機(jī)械低溫適應(yīng)性設(shè)計(jì)354
7.6.3　動(dòng)力裝置冷起動(dòng)措施356
7.7　防爆設(shè)計(jì)與防爆改裝358
7.7.1　易燃易爆環(huán)境與防爆358
7.7.2　柴油發(fā)動(dòng)機(jī)防爆360
7.7.3　電氣系統(tǒng)防爆362
7.8　電磁兼容設(shè)計(jì)與驗(yàn)證364
7.8.1　電磁環(huán)境與電磁干擾364
7.8.2　干擾耦合與抑制365
7.8.3　電磁兼容應(yīng)對(duì)措施366
7.9　環(huán)境意識(shí)與環(huán)保措施368
7.9.1　發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒原理與尾氣成分368
7.9.2　排放控制措施369
7.9.3　柴油機(jī)的尾氣處理370
7.9.4　汽油機(jī)的氣體處理371
7.9.5　宏觀環(huán)保意識(shí)372
7.10　總結(jié)：環(huán)境對(duì)行走機(jī)械的影響373
7.10.1　行走機(jī)械的機(jī)器環(huán)境系統(tǒng)373
7.10.2　自然地理氣候條件影響374
7.10.3　行走支承面條件影響374
7.10.4　作業(yè)環(huán)境與工況影響375
7.10.5　人文社會(huì)與行走機(jī)械376
第8章  產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)377
8.1　產(chǎn)品設(shè)計(jì)及影響因素377
8.1.1　產(chǎn)品設(shè)計(jì)者的任務(wù)與要求377
8.1.2　產(chǎn)品設(shè)計(jì)方式379
8.1.3　產(chǎn)品設(shè)計(jì)影響因素380
8.2　總體方案與設(shè)計(jì)要點(diǎn)381
8.2.1　功能分解模型與總體設(shè)計(jì)方案381
8.2.2　系統(tǒng)構(gòu)建與裝置匹配383
8.2.3　主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)384
8.3　外觀形態(tài)產(chǎn)生與承載386
8.3.1　產(chǎn)品形態(tài)與外觀設(shè)計(jì)386
8.3.2　產(chǎn)品外觀的表達(dá)特性387
8.3.3　行走機(jī)械外觀形態(tài)的形成與優(yōu)化388
8.4　遵循規(guī)則及產(chǎn)權(quán)保護(hù)391
8.4.1　專利保護(hù)與避讓391
8.4.2　標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)用392
8.4.3　產(chǎn)品認(rèn)證與許可393
8.5　通用質(zhì)量特性及設(shè)計(jì)394
8.5.1　產(chǎn)品的通用質(zhì)量特性394
8.5.2　壽命與可靠性設(shè)計(jì)395
8.5.3　維修與測(cè)試性設(shè)計(jì)397
8.6　生產(chǎn)制造與質(zhì)量控制398
8.6.1　生產(chǎn)組織與工藝準(zhǔn)備399
8.6.2　行走機(jī)械制造流程400
8.6.3　生產(chǎn)過程質(zhì)量控制402
8.7　整機(jī)驗(yàn)證及試驗(yàn)設(shè)施403
8.7.1　產(chǎn)品試驗(yàn)內(nèi)容403
8.7.2　試驗(yàn)的節(jié)點(diǎn)與性質(zhì)404
8.7.3　試驗(yàn)室內(nèi)臺(tái)架試驗(yàn)406
8.7.4　實(shí)況試驗(yàn)與場(chǎng)地試驗(yàn)407
8.8　使用保障與技術(shù)支持408
8.8.1　產(chǎn)品選擇與使用注意事項(xiàng)408
8.8.2　產(chǎn)品使用保障410
8.8.3　使用手冊(cè)411
8.9　產(chǎn)品修復(fù)與后期處理413
8.9.1　產(chǎn)品修理413
8.9.2　產(chǎn)品維修保障414
8.9.3　產(chǎn)品大修415
8.9.4　報(bào)廢后處理415
8.10　總結(jié)：行走機(jī)械產(chǎn)品的生命過程417
8.10.1　產(chǎn)品規(guī)劃418
8.10.2　產(chǎn)品設(shè)計(jì)419
8.10.3　產(chǎn)品生成與功能實(shí)現(xiàn)420
8.10.4　產(chǎn)后支持與后續(xù)生產(chǎn)421
參考文獻(xiàn)422