现如今中国有三千万公顷左右的水稻种植面积与两亿多吨的水稻总产量,随着水稻单产量的增加,履带式联合收获机逐渐往大型化、高承载量以及轻量化的趋势发展。为了克服传统履带式联合收获机在重黏土水田作业时因单边制动转向所引起的转向效率低下、使用寿命与可靠性降低、破坏土壤质量等问题,本文拟设计一种与满载重量7吨的收获机相匹配、能实现原地转向和自由半径转向的差速转向变速箱,主要研究工作如下:(1)设计了一种履带式联合收获机差速转向变速箱,经运动学仿真后验证了传动原理的正确性。基于收获机满载7t承载能力和转向模式的要求设计了传动原理,完成了传动比和各级齿轮齿数的分配,校核后,齿轮的疲劳强度在安全范围内。然后抽取变速箱端面的拓扑结构,以传动系统端面面积最小为目标函数进行优化设计,使得端面面积减小了15.4%。对行星轮系差速机构的运动特性进行了理论分析,运动学仿真后的结果表明:直行静液压传动装置(Hydrostatic Transmission,HST)单独工作时,收获机直线行驶,输出转速与直行路输入转速成正比;转弯HST单独工作时,收获机原地转向行驶,输出转速大小随转弯路输入转速的增大而增大,且左、右半轴的输出转速等速反向;当直行HST和转弯HST同时工作时,收获机自由半径转向,且两路输入转速的大小影响收获机的转弯半径,两路输入转速的方向影响收获机的转弯方向。(2)对差速转向变速箱箱体进行了结构优化设计与静力学分析。对箱体进行了参数化建模,以箱体质量最小、最大变形量最小和所受最大应力最小为优化目标进行基于响应曲面法的尺寸优化,分析了拟合度曲线、灵敏度关联与响应面参数,得出壁厚对目标函数影响最大,最后对优化前后的有限元模型进行了静力学分析,结果表明:箱体质量降低了12.7%,最大变形量减小了17.8%,最大应力减小了7.6%,不仅使箱体强度与刚度得到提高,还实现了轻量化设计。(3)对行星轮系差速机构中的关键齿轮进行了微观修形。在Romax Designer中建立了行星轮系差速机构的概念模型与详细模型,根据收获机不同工况定义并设置功率流与载荷谱,仿真分析后对太阳轮和输出齿轮进行了齿向和齿廓修形,修形后轮齿表面单位啮合长度上的最大载荷分别降低了51.5%和47%,传动误差分别降低了34.8%和31.8%,使得传动更加平稳,齿轮的承载能力也得到了增强。(4)对履带式联合收获机差速转向变速箱进行了试制、装配与台架试验。以3D打印的方式,应用光敏树脂材料对变速箱进行1:1的试制,装配后安装于试验台架上,设计了试验方案,验证了直行、转弯路输入端和左、右半轴输出端的转速关系,并对试验数据进行了分析,证明了履带式联合收获机差速转向变速箱原理的正确性。