外文翻译--履带车辆悬浮和传动系统 中文版

第 5章 履带车辆悬浮和传动系统 长期以来 ,有一种想法 ,如果打算设计一个高机动性的车辆 ,为了比任何车辆具有更好的流动性应使用履带式车辆 . 虽然履带会不断变化，其中车轮会颠簸，只有少数障碍和特殊地形的时候会阻止六个轮子的摇杆转向架车辆前行，但不能阻止类似大小的履带式车辆。在一些很软的地形上，比方说：松散的沙子，深泥，薄雪。一定尺寸的障碍物会被卡在轮子之间的缝隙 通过这个更加复杂和更低的传动效率，他们可以得到更高的移动性 ,，因此履带是针对这些情况较好的选择，但不是比任何情况都要好 履带 式车辆第一次开始出现在 20 世纪初，在第一次世界大战中广泛使用。当时所用的基本布局今天仍然使用在重型施工设备，在其一端的驱动链轮，另一端的惰轮，通常被作为张紧轮使用，他们之间的一些机械来支撑地面上履带。这个基本的简单的布局强大并且易于控制。即使在其最简单的形式中，该履带布局较先前已经做了全面的改进。 连续不断的与地表接触会对履带带来益处。地面上会有很大的长度宽度类似于履带尺寸大小的印迹，由于较低的触地压力，允许他可以在比较柔软的地面上行驶。他也给踏板提供了更大的面积，和抓地的齿数。 连续不断的触地， 消除了轮式车辆的一旁的轮子之间会变成高居中的问题，一个一定尺寸的障碍物会卡在在轮子的一边，履带停留在上面，轮式车辆会被卡住的这些情况，履带式轨道能够轻易的翻滚过障碍物。 也许最重要的性能是能够连续不断的触地，轮子的悬浮力无法匹配，这是跨越障碍物的能力。一个六轮或 8 轮车可以添加悬挂组件，以增加其裂缝宽度。但这些增加了复杂性的轮式车辆固有的简单性。履带要有跨越裂缝的能力 ，基于他们的设计。添加一个机械装置来移动他的重心，一辆轮式车辆能跨过裂痕能力比一半长度的车辆更强大的。 大多数类型有许多移动部件比轮式布局， 所有趋于增加滚动摩擦，但一个精心设计的履带事实上比一个在非常柔软的地面上的轮式车辆更加高效。大多数的移动部件也变得更加复杂，履带设计的主要问题是防止履带被揭去悬浮系统，完全不能使车辆停止下来。 轨道系统由轨道，驱动链轮，托辊 /张力 车轮，悬架系统，并且，有时，支撑辊。有该轨道系统的几种变化，每个都有它自己的一组两个 流动性和稳定性的优点和缺点。 履带设计本身（钢环节的设计，连续的橡胶，胎面的形状） 保持履带在车上的方法（针入孔，导刀， V 形槽） 支持履带在地面上的悬浮系统（装了弹簧和没有装弹簧的轮子，固定导轨 ） 一端的形状或履带系统的两端（圆的或者倾斜的） 惰轮和 /或驱动链轮的相对大小 大多数这些系统布局的变化已经试过了，一些大获成功，其他的一些在流动性方面没有显著的改善。 也有许多品种的履带布局和不同履带数量的布局，这些不同的布局有彼此之间有一定的优势和劣势。 一个履带与一种单独的操纵发发 基本的并排是双履带 两个履带和一种单独的操纵方法 两个纵向履带 使用四条履带的几种设计 一个六履带布局包括两个主要的履带和两套次要履带和每端 六履带设计可能过度重合，因为有一个专门的履带设计，他有真正令人印象 深刻的机动性，他有四个履带并且只是用三个机械装置。 机器人正慢慢的被人们在家里普遍使用，在其他良性室内环境需求也在不断攀升。重要的是使用任何滚动驱动系统来爬阶梯不是很难，甚至只使用一条履带，履带简化 比起轮式传动系统爬阶梯更加平稳，可以有更快的速度，但是他们很难和阶梯保持一致，他们能够迅速的变得倾斜，即使是人工操作，修正车辆行驶方向的是棘手的。在写这篇文章的时候有没有已知的自主车型，可以爬阶梯的完整飞行无人工输入。 本章覆盖了所有已知用于生产的车辆履带布局正在从 30 厘米大小不等，长（约一英尺），超过 45 米 （城市街区） 。履带 对小型车辆良好的使用效果，由于履带材料的刚度 ,问题都可以发展变化。只 10 厘米长的玩具使用的履带，以及至少一个机器人研究者已建微型机器人与约 25 毫米长的履带。这些全自主机器人大约有四分之一的大小。 Inuktun（ ）使履带单位在管道爬行机器人的使用约 25 厘米长。 另一个极端是大型施工设备和军事坦克像 M1A2 艾布拉姆斯。在 M1A2 的履带是宽0.635 米（一个舒适的椅子的宽度） 4.75 米长（长于大多数汽车）并在一起，包括悬挂部件，补将近四分之一罐的总重量计。 一个更大的追踪车辆 NASA 的履带式运输车用于移动手机启动垫航天飞机计划。该履带的单链路转运的轨道是近 2 米长，重达近八千牛顿（约等于一个中型汽车） 。每个磁道有 57 链接并安装在双八条轨道是世界上最大的车辆。虽然这个庞然大物的迁移率是有限的，这是旨在攀登等级达发射场百分之五，同时举行航天飞机完全垂直的可调螺距平台。它大火沿一个缓慢的散步整个行程。多数大型车辆，如这些使用，因为在履带上的金属连接轨道有非常大的力量 在一个更实际的规模为移动机器人，用聚氨酯皮带 模内钢筋的驱动链轮和模内钢齿 牵引正逐渐取代全金属 履带。较小的尺寸可以使用固体聚氨酯皮带，没有钢可言。聚氨酯皮带重量更轻，更耐用，如果大小合适。他们造成较大规模的硬质表面的道路损坏极小。如果设计得当，并尺寸，它们可以是非常有效的，虽然不像机械效率的轮式车辆。他们不舒展，生锈，或需要象金属连结履带似的任何保养。 更大的表面积在与地面接触的情况下，允许较重的同样大小的车辆，而不增加地面的压力，这有利于更重的载荷或更多变形。即使是很重的 M1A2 有大约 82 公斤帕斯卡地面压力（大致相同压力大的人站在一英尺）。在标尺的相对端的 BV2064-履带车具有 只有十千帕斯卡地 面的压力。这种低接地比压允许 BV206 也赶了过来，并通过沼泽，沼泽，或软雪 即使人们陷入麻烦。然而，本 BV206 不具有的最低压力。保留用于车辆 专门为在细雪地上的使用而设计的。这些车辆有压力低至 5 千帕。这是比压力更一点 由一个一升瓶可乐施加在一个表中。 相较于轮式传动系统，履带驱动装置可以似乎是该车辆的相对大的部分。链轮，托辊，和履带内侧车轮离开任何小体积的部件。这里有点误导，因为与传动系的轮式车辆缩放判断同样大小的障碍，作为一个跟踪装置，悬挂组件占用几乎相同的体积。在事实上，一个 6轮式摇臂转向架悬挂的体积 大约是相同履带单元时可转让的障碍高度是基线参数。 履带车轮上的优势是可转让的裂缝宽度。在这种情况下，履带显然是更好的。长期接触面允许车辆延伸出了一个裂缝的边缘，直到前履带接触的相反侧为止。轮式车辆，即使有八个轮子，只会掉入裂缝的之间的差距 车轮不能支持车辆的中间的裂缝的边缘。纳入一个六轮摇臂转向架悬挂聪明的机制在第四章中所示是一个解决这个问题，但需要更多的运动部件和另一个驱动器。 为了简化构建履带机器人，还有一些制造企业建造设备的底盘。所有这些功能于一身的驱动装置，只需要把电源和控制系统添加到驱动单元。他们 是非常强大的，并提出了大量的各种款式，作出了钢铁和橡胶履带。几乎所有都是液压驱动的，但也有少数几个旋转抽可由电动机电动输入。制造出来的尺寸不小于 1m，但对于较大的机器人，他们应该在设计中予以考虑 因为设计他们的公司了解履带设计和起落架，它们是强大的，它们构成一个螺栓固定的解决方案 ，他们所述的履带式移动机器人的有更复杂的系统。 转向履带车辆 履带式车辆的转向基本上是一个简单的概念，带动一个履带比其他车辆转弯速度更快。这跟一个滑移转向的轮式车辆是完全一样的。它也被称为差速转向。该在履带式车辆侧滑的功率要求是大 致相同的，或许有点高，作为一个四轮滑移布局。由于在早期版本履带式车辆的就有刹车的使用要求，最简单的方式是通过降低一个轨道引导该侧制动。 几个新的布局改善这种驱动和制动转向系统。控制每个履带的速度直接添加第二主驱动源，但精细的转向和速度由人控制。第二改善驱动和制动转向使用一个极其复杂的系统，第二差动驱动由它自己的马达驱动。这方面的一个输出差被直接连接到主差的输出 ；另一种是交叉连接到主差的另一个输出轴。不同的转向电机的速度变化的两个履带的相对速度。这就达到精细的转向控制，但是相当复杂。 用于转向履带车的另一种方 法是使用一些外部导向装置。使用这种类型的系统是最熟悉车辆是常见的雪移动。这是一个跟踪单独控制布局。用于空气净化不仅仅是雪，滑雪板可以被车轮替换。 一个指导方法，它可以改善流动性，这叫挂接转向系统。这种布局有两个主要的部分，都是履带，这是通过一个接头，该接头允许控制运动中至少有一个连接方向。它合并弯曲车辆在中间，使其转了一个弯。这是因为用于轮式前端装载机相同的系统。这样可以进一步有助于系统的移动性，如果自由的第二度，它允许对横向支点共同控制。或被动运动在几乎相同的位置转向接头。 同样的方法，减少转向动力上防滑 转向轮式车辆可以应用于履带，即，降低了悬浮液轨道的中间位置。这具有提高的端部的作用，减少了需要打开电源时他们周围的打滑。因此这降低了履带的主要履带，有更多的地面接触面面积，这不经常被纳入履带式车辆的。 各种履带的制作方法 履带的制作有许多不同的方式。早期的履带几乎是全钢结构，因为这是所有是可利用的和足够强大的。由于聚氨酯等非常坚硬的橡胶的出现，履带就不用钢制作了。全钢履带是非常沉重和装在更小的车辆上，这可能是一个很大的问题。较大的车辆或车辆去高负荷的承载，钢联履带可能是最好的解决方案。有至少六个不同的的履带 制作技术。 所有钢铰链接 带有可拆卸聚氨酯垫路钢铰链式链接 固体聚氨酯 聚氨酯与预埋钢筋受拉构件 聚氨酯与预埋钢筋受拉构件和外部钢 鞋（有时称为夹板） 聚氨酯与预埋钢筋受拉构件和预埋钢板 横向驱动梯级带整体导牙 全不锈钢铰链连接的履带（图 5-1）似乎是最坚韧最难被击败的设计，但这种设计有几个缺点。碎片可以被夹履带移动连接的地方，可以卡住履带。一个解决此问题的方法尽可能使安装的铰链点就在履带上。这降低了履带的外部表面开启，该值与关闭，减少压带卷的大小。这是一个微妙而重要的钢轨道设计的 一部分。这降低了支点如图 5-2 所示。 履带式车辆，甚至自主机器人，某个时刻会在一些已经修好的路上的行驶，全钢制履带损坏路面。安装聚氨酯垫中的链接履带已经解决了这个问题。这些垫被设计，容易被更换。这些垫在履带上用链接螺栓或胶粘剂连接的特殊连接当用坏的时候能够拆掉和替换 。图 5-3 显示了一个额外的口袋为降低的枢轴连接聚氨酯车轮 完全去除夹点的方法是是履带成一片。这和聚氨酯履带是一样的。没有夹点 ；履带是一个踏板或不带踏板的连续的环带，将履带由成聚氨酯制作是在路上最多用的 ，。这是非常艰难的，相对高的摩擦 相比，钢，而且价格便宜。同时，它也 不损坏道路。讽刺的是，如果需要更高的牵引力，钢 夹板可以用螺栓固定到氨基甲酸乙酯。就像钢聚氨酯垫路 轨道，钢的链接通常设计为可移除的。 大多数聚氨酯履带的使用本身太有弹性。这 弱点是由在钢电缆上制作聚氨酯来克服的。该钢被氨基甲酸酯完全覆盖，所以没有腐蚀的问题。钢消除拉伸，并且给系统增加了一点重量。甚至有了更高的强度，淬火钢横杆被模制到履带。这些杆的形状和位置，有利于在驱动器上的齿链轮可以直接在他们上面推动。这给出了聚氨酯履带较大的拉力强度，并延长其使用寿命。系统的又 一变型，是在这些棒伸向轨道的外侧加强胎面。这是用于聚氨酯中最常见的布局 跟踪工业车辆。如图 5-4 所示的横截面 这种布局 履带形状 由驱动链轮，惰轮和车轮的作品形成的基本履带在使用中工作的很好，但也有可以做简单的事情 修改此长方形的形状，以增加其流动性和稳定性。流动性可以通过升高前面的履带来提高，这有助于前面 能够跨越更高的障碍。稳定性可以通过移动易损部件来增强 ，如驱动链轮，远离可能不利的位置。这些改进可以应用到任何履带设计，但并非必要用在变量或重新配置的履带。 提高流通障碍高度最简单的方法是使该系统较 大的前轮。该方法一点也不不增加系统的复杂性，并且事实上可以通过消除履带返回路径的托索轮组来简化。此布局，当带定位于前轴驱动链轮，还结合提高了驱动系统。这减小了损坏的几率驱动链轮及相关零部件。第一次世界大战的许多早期的坦克用这个履带形状 另一种提高履带的端部方法是使他们进入坡道。加入坡道可以增加车轮的数量和移动部分的数量，但是它们可以大大增加流动性。斜坡前面是常见的，具有明显的优势，抬高背在狭小的空间需要备份运行时，可以帮助移动越过障碍。如图 5-5（ A-D），坡道是通过提高驱动器和 /或惰轮轮齿来比车轮高儿创建 的。一些这样的设计增加轨道系统内的体积，但这种量有可能用于由机器人的其它部件。 多个公司已经设计并且建立了形状可以改变的履带系统，可以改变形状。这些可变几何形状履带系统上使用的履带比大部分履带更加灵活，这使得它可以使弯曲周围较小的链轮和惰轮更灵活 ，并在两个方向上弯曲。车轮通常通过一些常用的悬浮系统直接安装在底座，但是惰轮安装在一个臂，这样可通过改变前斜坡的形状弧移动。第二张紧主臂的所有位置，惰轮必须纳入履带系统保持张力 当系统高度被包含在方程中时，这种差异会产生非常好的机动性。因为存放高 度相比于转让障碍物高度比较小。在有效延长履带，除了一个重心移动机构，使车辆有跨越更宽的裂缝的能力。有了这个概念，简单的实现中，可变几何形状的履带系统是用于移动机器人驱动系统的好选择图 5-6（ A-B）示出一种布局的可变几何形状履带系统。还有许多人是可能的。 因为它可以同时传输拉力的履带和驱动扭矩，驱动链轮（和相关的驱动机构）是最脆弱的移动的履带系统的一部分。它们可以位于履带的前面或后面，然而它们通常是在后向这样让他们远离难免和前面的车辆发生碰撞。当被路面上的一些东西撞击时，提高链轮离地的高度，脱掉链轮 避免有可能造成的损害，这些修改都将导致在一个共同的履带的形状，如图在图 5-5C。 扩展履带式车辆的移动性的简单方法是，让汽车的底盘或车身有一个斜度。静斜坡延伸了在前面和上面的履带滑动设置障碍，这样就比履带高了。这使得该车的跨越障碍的能力比使用非移动的移动性系统部分更高 ，一个巧妙的方法。 履带悬挂系统 驱动链轮和从动轮之间的空间必须是均匀地支撑在地面上，以实现最大的履带最大的价值。这可以以几种方式之一来完成。这些方法之间的主要差别是传动效率，复杂性和。对于特别长的履带的行驶特性，顶板也必须被支撑。但是，这通 常是一个简单的被滚子，或者是驱动链轮和惰轮之间的均匀间隔。 主要类型的地面支撑方法 导向叶片 固定车轮 摇臂车轮对 安装在弹簧车轴车轮 导向叶片是简单的轨道，通常是设计成履带上的链接，骑在 V 形导向接收器。他们可以不断延伸从一端到另一端，因此沿其整个长度支撑的履带是最有效的。不幸的是，它们也相当低效的，因为有长的滑动表面，其不能实际意义上的润滑。对于剩下的车辆，他们也产生了刺耳的行驶。 一步从导向叶片是固定车轮（图 5-7）。这些都是对短截线，轴车轮牢固地安装到机器人的底盘。车轮可以相对于履带较小 ，因为继续前行的东西只是履带光滑的内表面。他们也产生刺耳的行驶，更何况比导向叶片，但他们更高效。固定滚轮对于一个机器人身上强大的履带系统是一个不错的选择因为乘坐的舒适性并不那么重要，在较低的速度，因为在车辆上只载着一个人。 颠簸不会妨碍履带的效率，但是，由于在崎岖地形，底盘上下移动。想减少这种情况，在高速行驶时是特别有益的，和摇杆布局轮式车辆的使用几乎是在履带上一样有效。滚筒是成对安装在驱动链轮和惰轮之间的摇滚轮。摇滚轮（图 5-8）允许履带走崎岖不平的地形 ，降低了机器人底盘的垂直运动。履带的仔细张紧是 与可动车轮必不