520 履帶拖拉機(jī)無級(jí)變速器設(shè)計(jì)（換檔離合器設(shè)計(jì)）（有cad圖）,520,履帶拖拉機(jī)無級(jí)變速器設(shè)計(jì)（換檔離合器設(shè)計(jì)）（有cad圖）,履帶,拖拉機(jī),無級(jí),變速器,設(shè)計(jì),換檔,離合器,cad 多段分流傳動(dòng)傳動(dòng)比連續(xù)變化的條件 苑士華，胡紀(jì)濱，楊文正 （北京理工大學(xué) 車輛傳動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081） 摘 要：通過對(duì)多段分流傳動(dòng)構(gòu)成框圖的分析，建立傳動(dòng)比變化方程；以傳動(dòng)比連續(xù)變化為條件，推導(dǎo)了系統(tǒng)各部分傳動(dòng)比之間的一般變化規(guī)律，確定多段分流傳動(dòng)比連續(xù)變化的條件；并兩個(gè)例子進(jìn)行驗(yàn)證。 關(guān) 鍵 詞：分流傳動(dòng)；無級(jí)傳動(dòng)；多段分流傳動(dòng)； 多段分流傳動(dòng)（MRST）的典型實(shí)例是多段分流傳輸（MRHMT）。他們是構(gòu)成汽車和履帶式拖拉機(jī)一致地元件的動(dòng)力傳動(dòng)系或轉(zhuǎn)向系，他們通常由四個(gè)基本部分構(gòu)成,i.e分流機(jī)構(gòu)、機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)，匯合機(jī)構(gòu)。在這種傳輸方式中，分離機(jī)構(gòu)和匯合機(jī)構(gòu)的自由度總和是三。這就是說，唯一的機(jī)械有一個(gè)自由度，其他的有兩個(gè)。有一個(gè)自由度的機(jī)構(gòu)和有兩個(gè)的機(jī)構(gòu)都可以在最后自由的進(jìn)出。當(dāng)有一個(gè)自由的機(jī)構(gòu)位于輸入端的末端時(shí)，MRHMT被稱為扭矩速度分離匯合。當(dāng)一個(gè)自由度的機(jī)構(gòu)位于輸出端的末端時(shí)，MRHMT被稱為速度分離扭矩匯合。所以，多段分流傳動(dòng)關(guān)鍵的一點(diǎn)是選擇工作的變化范圍和規(guī)定的變化比。本文利用數(shù)學(xué)分析的方法，使多段分流傳動(dòng)的連續(xù)變化比的論證。 1、 等 式 分流傳動(dòng)的基本組成部分可以由圖1顯示，G開始于機(jī)構(gòu)的一個(gè)自由度；M作為一個(gè)單項(xiàng)元件，H可以作為另一條傳輸元件；D可以作為兩條元件的合成，A作為后面的傳動(dòng)構(gòu)件。 圖1 分流傳動(dòng)的基本組成部分 他們之間的關(guān)系比可以有以下公式表示：  (1) 式中是分流傳動(dòng)的傳動(dòng)比，為后面的傳動(dòng)比；為M的傳動(dòng)比；為H的傳動(dòng)比；是微分參數(shù)，他的值為0或1， 式（1）是計(jì)算分流傳動(dòng)比的基本公式，常微分方程可以了解改變是與式（1）的參數(shù)的區(qū)別， （2） 由于連續(xù)的傳動(dòng)比、強(qiáng)大的功率以及較高的效率。假定改變，i、e，他們保持恒定在各范圍和變化唯一的接近范圍變化，而且也在這范圍連續(xù)的變化。所以公式（2）能化簡為： （3） 角標(biāo) k=1,2,3,……n, j=1,2,……v和l=1,2,……w。這里v和w分別為常數(shù)而n是此刻或工作范圍的數(shù)目。多量程的意思是 超過一種價(jià)值并且制造了倍數(shù)群。 2、 傳動(dòng)比連續(xù)變化的情況 多段分流傳動(dòng)希望當(dāng)在的范圍內(nèi)變化，則傳動(dòng)比連續(xù)的變化并且參數(shù)單一變化。他可以用下式表示： （4） （5） 式子（4）是傳動(dòng)比在多段分流傳動(dòng)的工作范圍內(nèi)連續(xù)的變化，而式子（5）傳動(dòng)比單調(diào)的變化。 從式子（3）可知，傳動(dòng)比和不同的參數(shù)值之間的關(guān)系是： 這里的是比從到 從式子（4）、（6），決定傳動(dòng)比的功能可以得到： （7） 式子（7）是多段分流傳動(dòng)構(gòu)成連續(xù)變化的情況。 3、 兩個(gè)例子 第一個(gè)例子，我們已知，根據(jù)公式（7），機(jī)械構(gòu)件的傳動(dòng)比由式（8）決定 （8） 多段分流傳動(dòng)的傳動(dòng)比是： （9） 傳動(dòng)比變化曲線由圖（2）表示，他給出了的傳動(dòng)比連續(xù)性和線性變化。 圖（2） 多段分流傳動(dòng)傳動(dòng)比變化曲線 第二個(gè)例子是取相同的常數(shù)，并且。這樣的話多段分流傳動(dòng)個(gè)元件的間的關(guān)系由下面表示： （10） 多段分流傳動(dòng)比： （11） 傳動(dòng)比變化曲線在圖（3）顯示的范圍中變化，它是一非線性曲線，但是在各段中他是線性直線。 圖（3） 多段分流傳動(dòng)比非線性曲線 4、 結(jié) 論 貫穿上邊理論分析，可以得到以下的結(jié)論，第一，當(dāng)獨(dú)自路線元件改為和后面連續(xù)的在意范圍變化時(shí)，傳動(dòng)比和微分參數(shù)之間的關(guān)系，那分置式傳動(dòng)裝置會(huì)做成多段的，可以由式子（6）表示。當(dāng)多段分流傳動(dòng)的傳動(dòng)比可以在那部分級(jí)的表格方面的變化時(shí)，傳動(dòng)比和參數(shù)之間的關(guān)系可以由式子（7）表示，用式子(7)描述個(gè)元件的關(guān)系。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（ 論 文 ）任 務(wù) 書 （指導(dǎo)教師填表） 填表時(shí)間：2007年3月16日 學(xué)生姓名 胡 昊 專業(yè)班級(jí) 車輛031 指導(dǎo)教師 徐立友 課題類型 工程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)（論文）題目 履帶拖拉機(jī)無級(jí)變速器設(shè)計(jì)（換檔離合器設(shè)計(jì)） 主要研 究內(nèi)容 設(shè)計(jì)履帶拖拉機(jī)無級(jí)變速器，作業(yè)速度范圍為：前進(jìn)擋3～20km/h，倒車擋2～6km/h。 變速方式：液壓機(jī)械雙功率流傳動(dòng) 發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率：Ne＝106kW，發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速：ne=2300r/min。 對(duì)履帶拖拉機(jī)無級(jí)變速器的換擋元件，即換擋離合器進(jìn)行設(shè)計(jì)。 主要技 術(shù)指標(biāo)(或研究目標(biāo)) 根據(jù)無級(jí)變速器的總體設(shè)計(jì)方案，對(duì)其中的主要部件之一換擋離合器進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算；繪制換擋離合器部裝圖；繪制總量不低于AO號(hào)的圖紙3張，其中計(jì)算機(jī)圖紙2張；不低于12000字的論文說明書，10000外文字符資料翻譯。 進(jìn)行步驟：①課題調(diào)研，查閱文獻(xiàn)資料，明確任務(wù)；②方案設(shè)計(jì)；③總圖設(shè)計(jì)；④ 撰寫論文：③畢業(yè)論文答辯。 進(jìn)度計(jì)劃 ①調(diào)查研究，熟悉設(shè)計(jì)內(nèi)容，收集文獻(xiàn)資料，時(shí)間占20％～25％（約2.0～3周）； ②設(shè)計(jì)任務(wù)分析與實(shí)施方案的確定，寫出開題報(bào)告；時(shí)間占3％～5％（約1周）； ③實(shí)施設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖，論文起草時(shí)間占45％～50％（約6周）； ④整理論文，時(shí)間占5％～8％（約1.5周）； ⑤畢業(yè)論文答辯，時(shí)間占3％～5％（約1.5周）。 主要參 考文獻(xiàn) ①拖拉機(jī)底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖冊(cè)；②機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)；③拖拉機(jī)設(shè)計(jì)；④拖拉機(jī)理論；⑤拖拉機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)。⑥東方紅1302R／1302RA拖拉機(jī)設(shè)計(jì)、使用說明書⑦工程機(jī)械底盤設(shè) 計(jì),⑧車輛傳動(dòng)系統(tǒng)分析。 研究所（教研室）主任簽字： 2007年3月16日 履帶拖拉機(jī)無級(jí)變速器設(shè)計(jì)（換檔離合器設(shè)計(jì)） 摘 要 本文介紹了設(shè)計(jì)的內(nèi)容和設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想，本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是設(shè)計(jì)履帶拖拉機(jī)無級(jí)變速器—換檔離合器設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹和分析研究了離合器，并在設(shè)計(jì)中根據(jù)不同的工況進(jìn)行的設(shè)計(jì)，特別介紹了一種新型的無級(jí)變速裝置—液壓機(jī)械無級(jí)傳動(dòng)，也是一種雙功率流無級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)，具有無級(jí)調(diào)速、高效率的特性，是大功率車輛較理想的傳動(dòng)方式。液壓機(jī)械無級(jí)變速器是一種液壓功率流與機(jī)械功率流并聯(lián)的新型傳動(dòng)裝置，通過機(jī)械傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)高效率，通過液壓傳動(dòng)的可控調(diào)速與機(jī)械傳動(dòng)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。該裝置的采用能大幅度地提高車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和操作自動(dòng)化水平。濕式多片離合器是動(dòng)力換檔拖拉機(jī)傳動(dòng)裝置中主要部件之一。濕式多片換檔離合器是動(dòng)力換檔拖拉機(jī)傳動(dòng)裝置中主要部件之一。對(duì)該離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)做了系統(tǒng)地論述，對(duì)摩擦片、回位彈簧、快速排油閥等關(guān)鍵部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)冷卻潤滑的實(shí)現(xiàn)及密封裝置的選擇，并對(duì)離合器的扭矩容量、熱容量及其壽命進(jìn)行了分析計(jì)算。 關(guān)鍵詞：拖拉機(jī)，液壓機(jī)械傳動(dòng)，負(fù)載換擋，濕式多片離合器 I DESIGN OF CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION OF TRACKED TRACTOR (DESIGN OF WET SHIFT CLUTCH) ABSRACT The design content and the design guiding ideology are introduced in this paper. This design content is the design wet shift clutch of tracked tractor stepless transmission gearbox. The hydro-mechanical continuously variable transmission (HMCVT) is a new type transmission device, which consists of a mechanical transmission (MT) combined in parallel with a hydrostatic transmission (HST) featuring a pair of hydraulic units. The HMCVT has a continuously variable shifting ratio by the combination of HST and MT and achieves high efficiency by MT. This device can greatly improve power and fuel economy characteristics and operation automation level of vehicle. The wet multi-disk shifting clutch is one of main parts of power-shift tractor’ gearing. This paper discusses systematically the structural design features of this clutch, including the design of key parts such as friction plate, return spring and quick draining oil valve, the implementation of cooling and lubrication and the selection of sealing devices. The analysis and calculation of torque capacity, heat capacity and service life of this clutch are also carried out. Key words: tractor, hydo-mechanical stepless transmission, load shift, wet multiple disc shift clutch 目 錄 第一章 前 言.......................................................1 第二章 液壓無級(jí)變速器傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)...............3 §2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及已知條件 .......................3 §2.2 液壓無級(jí)變速傳動(dòng)方案的選擇................3 §2.3 傳動(dòng)參數(shù)的確定 ...........................4 §2.3.1 中心距和各對(duì)齒輪傳動(dòng)比的確定..........4 §2.3.2 離合器的狀態(tài)..........................5 §2.3.3 液壓泵及液壓馬達(dá)的選擇................6 §2.4 無級(jí)調(diào)速特性..............................7 第三章 液壓無級(jí)變速器換檔機(jī)構(gòu)—離合器的設(shè)計(jì) ......9 §3.1離合器概論 ................................9 §3.1.1 離合器的功用與分類 ...................9 §3.1.2 影響離合器選擇的因素 ................10 §3.2 離合器的設(shè)計(jì)要求和選型 ..................11 §3.2.1 離合器的設(shè)計(jì)要求 ....................11 §3.2.2 離合器的選型 ........................11 §3.2.3 濕式摩擦式離合器潤滑油的選擇 ........12 §3.2.4 濕式摩擦式離合器的潤滑方式...........12 §3.3 濕式多片離合器主要參數(shù)的選擇 ............13 §3.4 濕式多片換檔離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算 ............15 §3.4.1 摩擦片的設(shè)計(jì)計(jì)算.....................15 §3.4.2 回位彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 ... . . .. . ........21 §3.4.3 快速排油閥的設(shè)計(jì)計(jì)算 ................30 第四章 結(jié) 論 ...................................36 參考文獻(xiàn) ........................................37 致 謝...........................................39 第一章 前 言 液壓式無級(jí)變速器是由液壓傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)有機(jī)的結(jié)合而成，兼有液壓傳動(dòng)與無級(jí)調(diào)速的特點(diǎn)。液壓機(jī)械無級(jí)傳動(dòng)作為一種新型的傳動(dòng)技術(shù)自20世紀(jì)70年代以來取得了較大的進(jìn)展，已開始成功地運(yùn)用于車輛上，液壓機(jī)械無級(jí)傳動(dòng)具有可控的無級(jí)調(diào)速特性、以小功率的液壓元件傳遞大功率的率比特性、高效率特性，是車輛無級(jí)傳動(dòng)的理想方法。 車輛傳動(dòng)系的功用是將發(fā)動(dòng)機(jī)的功率傳至驅(qū)動(dòng)輪，并按車輛行駛的要求改變車速與牽引力。無級(jí)傳動(dòng)被認(rèn)為是最理想的車輛傳動(dòng)形式，目前世界主要機(jī)械無級(jí)變速器的生產(chǎn)國家有日本、美國、意大利和俄國等。產(chǎn)品有摩擦式、鏈?zhǔn)健郊懊}動(dòng)式等30多種結(jié)構(gòu)形式。中國是在20世紀(jì)60年代前后起步，目前能夠初步滿足社會(huì)生產(chǎn)的要求。 液壓機(jī)械無級(jí)傳動(dòng)是一種多流傳動(dòng)系統(tǒng)，他將功率分為液壓和機(jī)械兩路傳遞，分流機(jī)構(gòu)分流后液壓馬達(dá)在正向和反向最大速度之間來回?zé)o級(jí)變速，其每一個(gè)行程與行星齒輪有一個(gè)工況配合最后兩路匯成由若干無級(jí)調(diào)速段相銜接并逐段升高的全程無級(jí)變化輸出速度。液壓元件只負(fù)擔(dān)最大功率的一部分，其他功率都是由機(jī)械路傳遞。這相當(dāng)于將液壓無級(jí)變速功率擴(kuò)大，傳動(dòng)總效率相對(duì)于液壓傳動(dòng)也明顯提高了。 目前國際上大功率履帶拖拉機(jī)以及部分工程車輛的傳動(dòng)系廣泛采用液力變矩器與動(dòng)力換檔變速器組合的形式，即我們常標(biāo)的動(dòng)力機(jī)械傳動(dòng)。還有部分先進(jìn)機(jī)械采用了全液壓傳動(dòng)技術(shù)，其操縱已由手動(dòng)電液控制或微電腦控制技術(shù)方面發(fā)展，并取得非常好的效果，大大提高了整機(jī)行駛平順和作業(yè)性能，雖然他們都具有無級(jí)變速的功能，操縱輕便，整機(jī)動(dòng)力性好，可靠性高，但由于傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率較低，直接影響了整機(jī)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性。為此，開發(fā)設(shè)計(jì)既具有良好的動(dòng)力性，又有較高傳動(dòng)效率的傳動(dòng)系統(tǒng)一直是國內(nèi)外廣大工程技術(shù)人員長期潛心研究攻關(guān)的重點(diǎn)項(xiàng)目。近幾年來，日本小松公司成功地研制出了世界上最先進(jìn)的液壓機(jī)械傳動(dòng)變速箱，并率先將其應(yīng)用于推土機(jī)、裝載機(jī)等工程車輛，在車輛傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域取得重大的突破。同期，許多國外著名公司也成功地將液壓機(jī)械傳動(dòng)應(yīng)到履帶拖拉機(jī)差速轉(zhuǎn)向系中。在我國，該項(xiàng)技術(shù)正式開始應(yīng)用于大功率履帶式拖拉機(jī)，隨著我國機(jī)械制造技術(shù)的高速發(fā)展，相信液壓機(jī)械出動(dòng)技術(shù)必將得到廣泛的應(yīng)用，使國產(chǎn)履帶式拖拉機(jī)、推土機(jī)的技術(shù)性能達(dá)到國際化先進(jìn)水平。 在我國拖拉機(jī)產(chǎn)品中，換檔多采用手動(dòng)式的滑動(dòng)齒輪和嚙合齒輪來實(shí)現(xiàn)的，換檔前先分離主離合器切斷發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，這樣不僅增加了操縱人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且換檔時(shí)間長，換檔平順性差，降低了拖拉機(jī)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。借助于幾組摩擦元件（濕式摩擦片離合器和制動(dòng)器）實(shí)行動(dòng)力換檔，拖拉機(jī)在從一個(gè)檔位換到另一個(gè)檔位時(shí)，無須切斷發(fā)動(dòng)機(jī)到變速箱的動(dòng)力，直接進(jìn)行換檔，從而大大提高了拖拉機(jī)的動(dòng)力性能。摩擦元件是拖拉機(jī)動(dòng)力換檔裝置中主要部件之一，其性能的好壞，直接影響著拖拉機(jī)動(dòng)力換檔品質(zhì)。 41 第二章 液壓無級(jí)變速器傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) §2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及已知條件 設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)履帶拖拉機(jī)無極變速器， 其作業(yè)速度范圍為：前進(jìn)擋3~20kkm/h，倒車擋2~6km/h。 變速方式：液壓機(jī)械雙功率流傳動(dòng)。 發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率：Ne =106 kw 發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速： 對(duì)履帶拖拉機(jī)無極變速器的換檔元件，即換檔離合器進(jìn)行設(shè)計(jì)。 §2.2液壓無極變速器傳遞方案的選擇 §2.2.1幾種液壓機(jī)械無級(jí)傳動(dòng)形式 液壓機(jī)械無級(jí)變速器有多行星排式和單行星排。多行星排式結(jié)構(gòu)如圖（2—1）所示。單行星排式是由單個(gè)行星排和一個(gè)機(jī)械自動(dòng)變速器組成。其傳動(dòng)方案如圖（2—2）所示。 圖2—1 多行星排液壓機(jī)械無級(jí)傳動(dòng)方案 以上兩種無級(jí)變速傳動(dòng)形式的方案，其基本原理是行星輪三自由度中的兩個(gè)輸入中的一個(gè)發(fā)生變化，那么輸出的那個(gè)就發(fā)生變化。從兩圖中可以看出多行星排形式的比較結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。單行星排形式的結(jié)構(gòu)比較簡單，而且也能滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書中的要求。所以本設(shè)計(jì)采用單行星排形式的液壓機(jī)械無級(jí)傳遞方案。下面我們將進(jìn)行參數(shù)的選擇。 圖2—2 單個(gè)行星排液壓機(jī)械無級(jí)傳動(dòng)原理圖 §2.3 傳動(dòng)參數(shù)的確定 §2.3.1中心矩和各對(duì)齒輪傳動(dòng)比的確定 為了盡可能地應(yīng)用原來的生產(chǎn)線和原來的部件總成，并且根據(jù)拖拉機(jī)變速器中心距設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式： （2-1） 輸入軸和輸出軸的中心距繼續(xù)采用原來的中心距（A=157.5mm）。為了使得本變速器的軸向距離盡可能的減少，我們把低速段（擋）離合器與高速段（擋）離合器布置在同一徑向位置，所以去其他兩中心距為=185 mm,= 210 mm （A 表示多擋自動(dòng)變速部分的輸入軸與輸出軸的中心距； 表示多擋自動(dòng)變速部分的輸入軸與中間軸的中心距；表示多擋自動(dòng)變速部分的中間軸與輸出軸的中心距）。 根據(jù)拖拉機(jī)變速器齒輪模數(shù)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)公式： （2-2） 式中：T為變速器的輸入轉(zhuǎn)矩 代入數(shù)據(jù)得出齒輪的最大模數(shù)m，為了設(shè)計(jì)方便以及盡量降低變速器的軸向尺寸，所以將所有齒輪的模數(shù)選為m=5。 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)常用行星輪系的各齒輪的齒數(shù)關(guān)系以及行星輪的個(gè)數(shù)，選取k為2.9。根據(jù)所查閱的有關(guān)材料，把選在0.35左右，根據(jù)液壓泵以及參數(shù)把、、的齒數(shù)取得如下：，，，，，。則，可以滿足前面所選。在保證中心距的同時(shí)還要不發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉，得到其他傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)以及傳動(dòng)比，如表2-1 表2-1 第4對(duì)到第8對(duì)齒輪的齒數(shù)和傳動(dòng)比 4 5 6 7 8 主動(dòng)齒數(shù) 30 42 26 22 39 從動(dòng)齒數(shù) 54 42 37 5 45 傳動(dòng)比 =1.8 =1 =1.423 =2.2174 =1.1 §2.3.2 離合器的狀態(tài) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，前進(jìn)分為四段，倒車分為兩段。（見表2-2） 假設(shè)、、、、、分別為變速器的出入軸、輸出軸、太陽輪、齒圈、行星架、多擋變速器輸出軸的轉(zhuǎn)速。 k為行星排特性參數(shù): （2-3） 式中： 為齒圈的齒數(shù)，為太陽輪的齒數(shù)。 由行星齒輪各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系： （2-4） 可以推導(dǎo)出各段的速度特性。 1）HM段 （2-5） 2）HM段 （2-6） 3) 其他各段的計(jì)算 由圖2-1及表2-1可以看出，HM段與HM段傳動(dòng)形式相同，計(jì)算其速度時(shí)將（2-1）中的用代換就可以了。同理（2-2）中的用代換，即 表2-2 離合器結(jié)合狀態(tài)表 段（擋）位 前 進(jìn) HM + – + – + – – M + – – + + – – HM – + – + + – – HM + – + – – + – M + – – + – + – HM – + – + – + – 倒 車 HM + – + – – – + M + – + – – – + HM – + – + – – + §2.3.3 液壓泵及液壓馬達(dá)的選擇 1、液壓馬達(dá)的選擇 1) 發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù) KW, 轉(zhuǎn)/min， 2) 行星機(jī)構(gòu)各個(gè)構(gòu)建的扭矩比 =1:2.9:3.9 由此可知，當(dāng)行星架輸出是太陽輪上的扭矩較大。由結(jié)構(gòu)可知當(dāng)變速器為純機(jī)械傳動(dòng)時(shí)，太陽輪上的扭矩最大。其最大值為： 此時(shí)馬達(dá)所需要的轉(zhuǎn)矩為： 254.21 根據(jù) 取，則 根據(jù)現(xiàn)有的產(chǎn)品選用90系列型號(hào)為042的柱塞馬達(dá)。此種馬達(dá)的參數(shù)如下： 表2-3 90系列型號(hào)為042的定量馬達(dá)參數(shù) 參數(shù) 排量 額定壓力 最高壓力 最低轉(zhuǎn)數(shù) 額定轉(zhuǎn)數(shù) 最高轉(zhuǎn)數(shù) 定量馬達(dá) 42 42 48 0 4200 4600 2、液壓泵的選擇 由于上面所計(jì)算液壓泵排量時(shí)，是把液壓泵的額定排量和液壓馬達(dá)的額定排量當(dāng)著一樣來計(jì)算的，所以現(xiàn)在選擇的液壓泵與液壓馬達(dá)對(duì)應(yīng)。即選擇90系列型號(hào)為042的柱塞泵。此種馬達(dá)的參數(shù)如下： 表2-4 90系列型號(hào)為042的定量泵參數(shù) 參數(shù) 排量 額定壓力 最高壓力 最低轉(zhuǎn)數(shù) 額定轉(zhuǎn)數(shù) 最高轉(zhuǎn)數(shù) 定量泵 42 42 48 500 4200 4600 §2.4 無級(jí)調(diào)速特性 由（2-5）、(2-6)反映了液壓機(jī)械無級(jí)變速器的無級(jí)調(diào)速特性。把各齒輪副的傳動(dòng)比和行星特性參數(shù)代入，就可以得到液壓機(jī)械無級(jí)變速器各段（擋）速比隨變量泵和定量馬達(dá)排量比變化特性曲線。計(jì)算的輸出轉(zhuǎn)速與如下表： 表2-5 輸出轉(zhuǎn)速與e 排量比 -0.352836 0.352836 0.002755 0.352836 -0.692794 輸出轉(zhuǎn)速 437.44 897.897 1205.1 1616.3 3268 并且畫出他們的關(guān)系圖（2-4）。 圖2-4 輸出轉(zhuǎn)速與e的關(guān)系 由圖可知，當(dāng)變量泵和定量馬達(dá)排量比在-1倒+1范圍內(nèi)變化時(shí)，變速器的速度是連續(xù)無級(jí)變化。圖中水平線表示速比不隨變化的兩個(gè)純機(jī)械擋。 第三章 液壓無級(jí)變速器換檔機(jī)構(gòu)—離合器的設(shè)計(jì) §3.1 離合器概論 對(duì)于以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的拖拉機(jī)，離合器在機(jī)械傳動(dòng)系中是作為一個(gè)獨(dú)立的總成而存在的，它是傳動(dòng)系中直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接的總成。目前，拖拉機(jī)采用的多為摩擦式離合器。離合器用來傳遞或切斷發(fā)動(dòng)機(jī)傳給傳動(dòng)系的動(dòng)力并限制傳動(dòng)系過載。濕式離合器用黏度較低的油液冷卻摩擦表面，故散熱好、磨損小，能適應(yīng)惡劣的工作條件，用于大功率拖拉機(jī)上。濕式離合器的摩擦系數(shù)小，故采用雙邊或多片，且需要的較大的壓緊力，往往用液壓操縱。液壓壓緊式離合器制造精度要求高，主要作用在動(dòng)力換檔的變速箱中，也有用作離合器。濕式離合器工作性能穩(wěn)定，長期使用后壓緊力和摩擦系數(shù)變化不大，多用于作業(yè)負(fù)荷大的農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)上，操縱頻繁的工業(yè)拖拉機(jī)上和動(dòng)力換檔變速箱中。 §3.1.1 離合器的功用與分類 離合器是一種可以通過各種操縱方式，實(shí)現(xiàn)主、從動(dòng)部分在同軸線上傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力時(shí)具有接合或分離功能的裝置。離合器有各種不同的用途，根據(jù)原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間或機(jī)械中各部件之間的工作要求，離合器可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)起動(dòng)或停止，以及改變傳動(dòng)件的工作狀態(tài)，達(dá)到改變傳動(dòng)比，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)件之間相互同步或超越運(yùn)動(dòng)。此外，離合器還可以作為起動(dòng)或過載時(shí)控制傳遞轉(zhuǎn)矩大小的安全保護(hù)裝置等。 按離合器機(jī)和元件傳動(dòng)的工作原理，可以分為嵌合式離合器和摩擦式離合器；按實(shí)現(xiàn)離、合動(dòng)作的過程可分為操縱式和自控式；按離合器的操縱方式，則可分為機(jī)械式、氣壓式、液壓式和電磁式等。 §3.1.2 影響離合器選擇的因素 一、原動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性 對(duì)于用三相籠式異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)，由于其最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩間的比值較大，離合器在接合加載過程中，轉(zhuǎn)速不會(huì)有明顯下降。因此，可以允許有較大的超載范圍，故可選用較大容量的離合器，以便在加載結(jié)合時(shí)有可能迅速驅(qū)動(dòng)，不至于出現(xiàn)長時(shí)間的打滑現(xiàn)象，造成摩擦發(fā)熱，使摩擦加劇。對(duì)于內(nèi)燃機(jī)等原動(dòng)機(jī)，在接合加載過程中，原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)有顯著下降，為了避免原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過分下降，應(yīng)采用工作容量儲(chǔ)備較小的離合器。 二、離合器的受載特性 對(duì)于工作載荷穩(wěn)定，而起動(dòng)時(shí)從動(dòng)部分的慣性也很小的傳動(dòng)系統(tǒng)，可選用較小容量和較小尺寸的離合器。而對(duì)于在受沖擊載荷的離合器或從動(dòng)部分具有很大慣性以及需要在高轉(zhuǎn)差率下工作的離合器，如無有效的緩沖和減振裝置時(shí)，應(yīng)選用容量較大的離合器，以避免離合器嚴(yán)重打滑或接合時(shí)間過長。當(dāng)軸系有可能出現(xiàn)扭振時(shí)，為防止離合器或其他傳動(dòng)元件損壞，保證離合器正常運(yùn)轉(zhuǎn)，除了考慮離合器的容量外，更重要的是進(jìn)行扭振計(jì)算，通過改變工作轉(zhuǎn)速，遠(yuǎn)離軸系的臨界轉(zhuǎn)速，避開共振區(qū)，或者在接合元件間增設(shè)減震裝置，改變軸系剛度，消除共振。 三、接合元件的性質(zhì) 嵌合式接合元件傳遞轉(zhuǎn)矩能力大，外形尺寸小，可以保證接合后主從動(dòng)件之間的轉(zhuǎn)速完全同步，而且沒有發(fā)熱和溫升，但因接合元件為金屬制成，剛性大，在有轉(zhuǎn)速差下接合的瞬時(shí)，主從動(dòng)件上將產(chǎn)生相當(dāng)大的沖機(jī)，引起陡振和噪聲，特別是在有載荷情況下高速結(jié)合，有可能損壞嵌合元件。因此，有種接合元件的使用限于靜止或相對(duì)轉(zhuǎn)速差較小，在空載或輕載情況下接合的傳動(dòng)系統(tǒng)。摩擦式接合元件，由于在接合過程，可以容許中從動(dòng)接合元件間存在一定的滑差，因此，雖然滑動(dòng)會(huì)引起能能量的損耗和發(fā)熱，但卻可使主從動(dòng)接合件能在較大轉(zhuǎn)速差下進(jìn)行接合，而且接合是具有柔性無沖擊。 四、操縱方式 依靠人力的各種機(jī)械操縱離合器操縱力（<400N），反應(yīng)慢，接合效率低，主要用于中、小功率的機(jī)械設(shè)備上。氣壓操縱具有比較大的操縱力（0.4~0.8MPa），離、合迅速，操縱效率較高，而且排氣無污染，適宜用于各種容量的離合器和遠(yuǎn)距離操縱的離合器，特別是各種大型離合器的操縱。液壓操縱能產(chǎn)生很大的操縱力（0.7~3.5MPa），而且有良好的潤滑和散熱條件，適宜用于有潤滑裝置和不泄露的機(jī)械設(shè)備，操縱體積小而傳遞轉(zhuǎn)矩大的離合器。電磁操縱比較方便，接合迅速，時(shí)間短，可以并入控制電路系統(tǒng)實(shí)行自動(dòng)控制，且易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，特別適合于各種操縱頻率高的中、小型以及微型離合器。 五、環(huán)境條件 開式結(jié)構(gòu)可用于寬敞無污染的環(huán)境，而封閉式的結(jié)構(gòu)則能適應(yīng)有粉塵和存在污染的場合。對(duì)于有防爆要求的環(huán)境，不宜采用普通的電磁式離合器，要求保持環(huán)境嚴(yán)格清潔的場合，不宜選用液壓操縱離合器。此外，不希望有噪聲的環(huán)境，最好選用有消聲器，則應(yīng)考慮環(huán)境溫度和有害的介質(zhì)對(duì)它的影響。 §3.2 離合器的設(shè)計(jì)要求和選型 §3.2.1 離合器的設(shè)計(jì)要求 1 、能可靠的傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，且傳遞的轉(zhuǎn)矩有一定儲(chǔ)備，離合器結(jié)合后不產(chǎn)生滑磨； 2 、分離徹底、迅速； 3 、結(jié)合平順柔和，以減少機(jī)械起步過程中的沖擊載荷； 4 、從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，以減輕換檔時(shí)換檔齒輪的沖擊并便于換檔； 5 、散熱良好，使用壽命要長； 6 、操縱輕便，以減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 §3.2.2 離合器的選型 設(shè)計(jì)離合器的時(shí)候，主要根據(jù)工程機(jī)械的作業(yè)特點(diǎn)、功率大小、負(fù)荷狀況以及操縱方式等要求與條件，選擇合適的離合器結(jié)構(gòu)形式。 根據(jù)前面的分析，設(shè)計(jì)的要求，需要選擇濕式多片摩擦式離合器。多片離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩大，也可以降低離合器的壓緊力，但在結(jié)構(gòu)上必須保證分離時(shí)的徹底性和良好性；另外，濕式離合器因有油液的潤滑和冷卻作用，有效地控制了摩擦表面的溫度并能顯著減少摩擦表面的磨損，因此它對(duì)提高離合器的可靠性和使用壽命有顯著的效果，使用壽命可達(dá)到干式離合器的5-6倍。所以濕式離合器能適應(yīng)惡劣的工作條件（頻繁接合、重載荷下起步等） §3.2.3濕式摩擦式離合器潤滑油的選擇 對(duì)于在濕式下工作的摩擦元件，不但要保證潤滑充分，而且對(duì)潤滑劑的性能也有一定的要求，對(duì)潤滑油的要求有以下幾點(diǎn)： 1、摩擦性能好，與摩擦表面的粘附力大油膜強(qiáng)度高，既防止兩摩擦面直接接觸，又具有高的摩擦系數(shù)： 2、適當(dāng)?shù)恼扯群驼硿刂笖?shù)，使其在低速時(shí)，不知因粘度過大，油膜厚度增加，延長離合器的接合時(shí)間；高速時(shí)，不會(huì)因粘度過大而增加空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和發(fā)熱，也不會(huì)因粘度太低不容易形成油膜而發(fā)生干摩擦，降低使用壽命； 3、耐熱性好，抗氧化性高，不產(chǎn)生泡沫，不容易老化變質(zhì)，使用壽命長； 4、化學(xué)性能穩(wěn)定，不與摩擦元件發(fā)生腐蝕作用 摩擦式離合器采用的潤滑油，當(dāng)工作溫度在40~70攝氏度之間時(shí)，可用變壓器油，當(dāng)工作溫度在70~100攝氏度之間時(shí)，可用汽輪機(jī)油。對(duì)于更高的工作溫度則宜用合成潤滑油。 §3.2.4 濕式摩擦式離合器的潤滑方式 1、頻繁時(shí)，則不易得到充分的潤滑。 2、浸油潤滑 將離合器僅在油中，進(jìn)入深度，一般為外徑的10%，由于攪動(dòng)油產(chǎn)生阻力使離合器的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩增加，接合時(shí)間延長，一般用于線速度小于2m/s的離合器。 3、滴油或噴油潤滑 將潤滑油直接滴入或加壓噴入離合器，但當(dāng)離合器線速度大于5m/s時(shí)，潤滑油就難以進(jìn)入離合器，故一般用于線速度小于5m/s的場合。 4、軸心潤滑 潤滑油通過離合器軸的中心孔，依靠油壓或離合力流到摩擦元件的摩擦面上，這種潤滑方式比較合理，摩擦元件的使用壽命長，但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 §3.3 濕式多片離合器主要參數(shù)的選擇 片式摩擦離合器的主要參數(shù)有摩擦轉(zhuǎn)矩、儲(chǔ)備系數(shù)、摩擦副數(shù)量和摩擦襯片的內(nèi)外徑等。前兩個(gè)參數(shù)主要表征離合器的工作能力，可稱之為性能參數(shù)，后兩個(gè)參數(shù)則說明離合器的一些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可稱之為結(jié)構(gòu)參數(shù)。這兩類參數(shù)之間具有內(nèi)在聯(lián)系和相互影響。 1、離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩對(duì)于摩擦式離合器： （3-1） 式中： — 計(jì)算轉(zhuǎn)矩 — 儲(chǔ)備系數(shù) —離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩 2、比壓q： 為了使離合器有足夠的使用壽命，壓緊力Q應(yīng)有足夠的摩擦面積來承受，即單位面積上的壓力比壓不能過大： （3-2） 式中：F為摩擦片工作表面積的當(dāng)量面積，即摩擦面扣除溝槽后的凈面積， 由式（3-2）可知，壓緊力Q增大，轉(zhuǎn)矩容量 隨Q成正比增大，若q值過大，將引起摩擦片工作表面迅速磨損和發(fā)熱，從而導(dǎo)致摩擦片損壞。反之，q值減小，離合器尺寸將加大，若q過小時(shí)，則摩擦偶片之間可能被油膜隔開，形成液體摩擦，使摩擦系數(shù)降低。比壓q 一般取2~3.5MPa（按凈面積計(jì)算不超過4MPa） 3、儲(chǔ)備系數(shù) 儲(chǔ)備系數(shù)在扭轉(zhuǎn)容量計(jì)算中是一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)。選擇時(shí)要結(jié)合換檔離合器本身的熱損傷強(qiáng)度和拖拉機(jī)換檔性能之間的關(guān)系，既要使離合器工作在安全的范圍內(nèi)，還要使拖拉機(jī)換檔迅速、平穩(wěn)。過小，會(huì)增加換擋的磨損時(shí)間，滑磨功大，導(dǎo)致摩擦片溫度升高，摩擦系數(shù)下降。摩擦片燒毀，翹曲變形；過大，滑磨時(shí)間短，會(huì)引起拖拉機(jī)在換擋過程中傳動(dòng)系出現(xiàn)較大的沖擊，同時(shí)也不利阻止過載，影響作業(yè)過程中車輛和人身的安全，而且還會(huì)使離合器的尺寸和重量增加。對(duì)于拖拉機(jī)離合器，建議值在1.5~2.5之間選取，當(dāng)換檔離合器做主離合器使用時(shí)，值應(yīng)取較大值。 表3-1摩擦離合器工作儲(chǔ)備系數(shù) 機(jī) 械 類 型 值 拖拉機(jī) 1.5~3.5 4、壓緊力損失系數(shù) 在多片摩擦離合器中，考慮到壓緊力在逐片順次傳遞的過程中要克服花鍵連接處的滑動(dòng)摩擦阻力而漸次減小所造成的損失，稱為壓緊力損失系數(shù)，其近似計(jì)算公式：  (3-3) 式中：— 離合器的導(dǎo)向花鍵與摩擦片（或摩擦盤）內(nèi)面間的摩擦系數(shù) 5、摩擦片內(nèi)、外徑比c 在設(shè)計(jì)摩擦片時(shí)，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)膬?nèi)、外徑比c。c值取得過小，摩擦片內(nèi)部的結(jié)構(gòu)布置往往有困難；另外c值小內(nèi)、外徑差值大，內(nèi)、外徑圓周速度之差大，滑磨時(shí)，溫升不一致，摩擦片易產(chǎn)生翹曲變形，摩擦片的磨損也不均勻；同時(shí)c值小，在外徑不變的情況下，等效半徑減小，同樣的壓緊力所傳遞的轉(zhuǎn)矩也將減小。但是c值也不能取得過大，因?yàn)樵趬壕o力不變的條件下，c值大將使摩擦片受壓面積減小，比壓增加且可能超過其需用范圍，這也是不希望看到的。拖拉機(jī)換擋離合器的c值一般取0.6~0.85。 §3.4 濕式多片換檔離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算 §3.4.1 摩擦片的設(shè)計(jì)計(jì)算 摩擦片是換檔離合器中的核心零件，對(duì)整個(gè)離合器的性能起著決定性的作用。因此選擇性能良好的摩擦材料和進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是離合器設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。 一 、摩擦材料的選擇 拖拉機(jī)換檔離合器裝在密封著的變速箱內(nèi)，工作時(shí)散熱條件差，因此要求摩擦材料具有良好的導(dǎo)熱性、耐磨、耐熱、耐燒蝕性。拖拉機(jī)在實(shí)際作業(yè)中換檔頻繁，要求離合器在接合時(shí)應(yīng)平穩(wěn)、柔和，而在分離時(shí)要迅速、徹底，因此在設(shè)計(jì)離合器時(shí)要求摩擦片具有足夠的摩擦系數(shù)和穩(wěn)定性，以保證在給定的條件下可靠的工作。由于粉末冶金摩擦材料主要成分為金屬，導(dǎo)熱性好、強(qiáng)度高，且承受負(fù)荷能力比非金屬材料大，故在工程機(jī)械、拖拉機(jī)動(dòng)力換檔離合器中廣泛運(yùn)用。所以此次設(shè)計(jì)選擇的摩擦副材料為銅基粉末冶金和鋼45。 二、 摩擦偶件數(shù)量 在保證傳遞轉(zhuǎn)矩的條件下，應(yīng)盡量減少摩擦偶件數(shù)，摩擦偶件少，磨損小，接合時(shí)壓緊力和功率損失少，且各片的間隙分布均勻，不僅要能充分冷卻，而且還不易產(chǎn)生滯排的現(xiàn)象。片數(shù)越多，分離時(shí)片與片之間越易被潤滑油粘住，克服粘液的扭矩越大，越易產(chǎn)生滯排現(xiàn)象。但實(shí)際的離合器，由于外廓尺寸受到結(jié)構(gòu)限制，為了滿足傳遞轉(zhuǎn)矩的要求，不得不設(shè)計(jì)成多片式的結(jié)構(gòu)。對(duì)于拖拉機(jī)換檔離合器，其摩擦片一般取3~6片。 三、 摩擦片表面溝槽 為了提高摩擦片的工作性能，在摩擦片表面上常開有溝槽，其主要作用有兩個(gè)：（1）潤滑油流過離合器摩擦表面時(shí)，能更好地冷卻和潤滑摩擦片表面，同時(shí)油流過還可將摩擦表面上磨損下來的磨削帶走，起到清潔摩擦片的作用。（2）主、從片接合時(shí)，這些溝槽有助于摩擦表面上又匯集到溝槽中流走，當(dāng)兩片相對(duì)滑摩時(shí)，還可以起到刮油和破壞油膜的作用，從而建立半液體和臨界摩擦，提高摩擦系數(shù)。 摩擦表面的溝槽形式通常有徑向槽、旋轉(zhuǎn)槽、弧形菱狀槽、方形槽、復(fù)合槽（旋轉(zhuǎn)槽加徑向槽）。對(duì)于同一形狀的溝槽，其深度、寬度和密度對(duì)摩擦性能都有影響。因此在計(jì)算比壓和摩擦力矩時(shí)，必須扣除溝槽的面積。 四、摩擦片的主要尺寸計(jì)算 表3-2 摩擦副材料性能 摩 擦 副 摩擦因數(shù) 許用壓強(qiáng) 許用溫度/ 摩擦材料 對(duì)偶材料 濕 式 濕 式 濕 式 銅基粉末冶金 45鋼 0.05~0.1 120~400 <120 1、低速離合器摩擦片的計(jì)算： 儲(chǔ)備系數(shù)： 計(jì)算轉(zhuǎn)矩： 根據(jù)結(jié)構(gòu)選擇摩擦片工作面的外徑： 根據(jù)摩擦片的內(nèi)徑與外徑的比值c在0.6~0.85之間，摩擦片工作面內(nèi)徑： 摩擦盤的工作面的平均直徑： 由表3-2，選取摩擦因數(shù)： 選擇摩擦副材料為銅基粉末冶金和鋼45，則由表3-2，查得許用壓強(qiáng)：。 計(jì)算摩擦片工作面的平均圓周速度： 式中： — 摩擦片工作面的平均直徑 cm n — 軸的轉(zhuǎn)速 rad/s 查表6-3-22，用差值法求得速度修正系數(shù)： 因?yàn)闈袷诫x合器有足夠的潤滑油潤滑，所以查表6-3-22取接合次數(shù)修正系數(shù)： 摩擦片的對(duì)數(shù)： （3-4） 式中：— 計(jì)算轉(zhuǎn)矩； — 摩擦片工作面平均直徑， cm； — 摩擦片工作面外徑，cm； — 摩擦片工作面內(nèi)徑，cm； — 摩擦片的許用壓強(qiáng)，MPa； — 摩擦片的摩擦因數(shù)。 初選取摩擦片對(duì)數(shù)：，所以z=m+1==14+1=15 根據(jù)z查表6-3-22，選取摩擦片修正系數(shù)： 所以許用計(jì)算轉(zhuǎn)矩： （3-5） 式中： — 摩擦片數(shù)修正系數(shù)； — 速度修正系數(shù)； — 接合次數(shù)修正系數(shù)； — 摩擦片對(duì)數(shù)。 因?yàn)?，所以許用計(jì)算轉(zhuǎn)矩滿足要求，摩擦片對(duì)數(shù)m=14滿足要求。 摩擦片的壓緊力： 摩擦片壓強(qiáng)： 因?yàn)槟Σ疗膲簭?qiáng) ，所以摩擦片滿足壓強(qiáng)的要求。 2、高速離合器摩擦片的計(jì)算 儲(chǔ)備系數(shù)： 計(jì)算轉(zhuǎn)矩： 根據(jù)結(jié)構(gòu)選擇摩擦片工作面的外徑： 根據(jù)摩擦片的工作面的內(nèi)徑與外徑的比值c在0.6~0.85之間，所以摩擦片的工作面內(nèi)徑： 摩擦盤的工作面的平均直徑： 查表3-2，選取摩擦因數(shù)： 選擇摩擦副材料為銅基粉末冶金和鋼45，則由表3-2，查得許用壓強(qiáng)： 計(jì)算摩擦片的平均圓周速度： 式中： — 摩擦片工作面的平均直徑，cm； n — 軸的轉(zhuǎn)速，rad/s 查表6-3-22，用差值法求得速度修正系數(shù)： 因?yàn)闈袷诫x合器有足夠的潤滑油潤滑，所以查表6-3-22取接合次數(shù)修正系數(shù)： 摩擦片的對(duì)數(shù)由式（3-4）得： 式中： — 計(jì)算轉(zhuǎn)矩； — 摩擦片工作面平均直徑，cm； — 摩擦片工作面外徑，cm； — 摩擦片工作面內(nèi)徑，cm； — 摩擦片的許用壓強(qiáng) ，MPa； — 摩擦片的摩擦因數(shù)。 初選取摩擦副對(duì)數(shù)： ，所以z=m+1==8+1=9 則查表6-3-22,查得摩擦片修正系數(shù)： 所以許用計(jì)算轉(zhuǎn)矩由式（3-5）得： 式中： — 摩擦片數(shù)修正系數(shù)； — 速度修正系數(shù)； — 接合次數(shù)修正系數(shù)； — 摩擦片對(duì)數(shù) ； 因?yàn)?，所以許用計(jì)算轉(zhuǎn)矩滿足要求，摩擦片對(duì)數(shù)m=8滿足要求。 摩擦片的壓緊力： 摩擦片壓強(qiáng)： 因?yàn)槟Σ疗膲簭?qiáng) ，所以摩擦片滿足壓強(qiáng)的要求。 3、倒檔離合器摩擦片的計(jì)算 儲(chǔ)備系數(shù)： 摩擦片的計(jì)算轉(zhuǎn)矩： 根據(jù)結(jié)構(gòu)選擇摩擦片工作面的外徑： 因?yàn)槟Σ疗ぷ髅娴膬?nèi)徑與外徑的比值c在0.6-0.85之間，所以摩擦片工作面的內(nèi)徑： 摩擦片工作面平均直徑： 查表3-2，選取摩擦因數(shù)： 選擇摩擦副的材料為銅基粉末冶金和鋼45，則由表3-2查得摩擦片的許用壓強(qiáng)： 計(jì)算摩擦片的平均圓周速度： 式中： — 摩擦片工作面的平均直徑，cm； n — 軸的轉(zhuǎn)速，rad/s。 查表6-3-22，用差值法求得速度修正系數(shù)： 因?yàn)闈袷诫x合器有足夠的潤滑油潤滑，所以查表6-3-22取接合次數(shù)修正系數(shù)： 摩擦片的對(duì)數(shù)由式（3-4）得： 式中： — 計(jì)算轉(zhuǎn)矩； — 摩擦片工作面平均直徑，cm； — 摩擦片工作面外徑，cm； — 摩擦片工作面內(nèi)徑，cm； — 摩擦片的許用壓強(qiáng)，MPa； — 摩擦片的摩擦因數(shù)。 初選摩擦片對(duì)數(shù)為：，所以z=m+1==12+1=13，則查表6-3-21,可以得到摩擦片修正系數(shù)： 所以許用計(jì)算轉(zhuǎn)矩由式（3-5）可得： 式中： — 摩擦片數(shù)修正系數(shù)； — 速度修正系數(shù)； — 接合次數(shù)修正系數(shù)； — 摩擦片對(duì)數(shù)。 因?yàn)樵S用計(jì)算轉(zhuǎn)矩，所以摩擦片片數(shù)可以滿足要求，即m=12 摩擦片的壓緊力： 摩擦片壓強(qiáng)： 因?yàn)槟Σ疗膲簭?qiáng) ，所以摩擦片滿足壓強(qiáng)的要求。 §3.4.2 回位彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 從結(jié)構(gòu)形式上看，回位彈簧有螺旋彈簧和碟形彈簧兩種，當(dāng)離合器內(nèi)鼓徑向尺寸較小，螺旋彈簧與離合器摩擦片不能沿軸線方向重疊布置時(shí)，為了不增加離合器軸向尺寸，可能采用尺寸最短的碟形彈簧。 在換檔離合器中，回位彈簧對(duì)離合器的整體性能有很大的影響，當(dāng)彈簧力過大時(shí)，雖然可以縮短離合器的分離時(shí)間，但同時(shí)會(huì)增大壓力油作用到離合器活塞上的壓力，在活塞面積一定的情況下，需要提高壓力油的比壓；當(dāng)彈簧力過小時(shí)，離合器分離不徹底?；匚粡椈膳c往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封裝置的摩擦阻力、壓緊力損失對(duì)活塞的阻力及油缸中油液離心力對(duì)活塞的阻力有關(guān)： (3-6) 式中：； N； ； 1、低速擋換檔離合器回位彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 儲(chǔ)備系數(shù)： 計(jì)算轉(zhuǎn)矩： 摩擦片的外徑： 摩擦片內(nèi)徑： 每個(gè)摩擦副的面積： 每個(gè)摩擦片扣除溝槽后的凈面積： 摩擦片上的總壓緊力： 油缸的轉(zhuǎn)速（取最大轉(zhuǎn)速）： 活塞的內(nèi)徑： 活塞的外徑： 旋轉(zhuǎn)軸的外徑： 排油需要的壓力： 油缸的工作壓力： 密封圈摩擦阻力： 壓力損失對(duì)活塞的阻力： （3-7） 離心力對(duì)活塞的阻力： （3-8） 由（3-6）得到，彈簧的回位彈簧力： 選擇9個(gè)回位彈簧，假設(shè)每個(gè)彈簧所受的力是一樣的，則：每個(gè)彈簧的最大載荷： 每個(gè)彈簧的最小載荷： 根據(jù)結(jié)構(gòu)，取實(shí)際的工作行程： 回位彈簧的材料直徑： （3-9） 式中：； 或由表3-3 表3-3 圓柱彈簧計(jì)算用系數(shù) C K 4 1.404 5 1.311 取材料直徑： 表11-2-9（彈簧中徑系列尺寸）中查得中徑： 所以彈簧的外徑： 彈簧的內(nèi)徑： 查表11-2-19查得參數(shù)： 表3-4 圓柱螺旋壓縮彈簧計(jì)算表 材料直徑 彈簧中徑 許用壓強(qiáng) 工作極限載荷 單圈變形量 單圈剛度 d=2.5mm D=16mm 830MPa Pj=257.73N 根據(jù)結(jié)構(gòu)，取實(shí)際行程h=3mm，得到： 所以彈簧的有效圈數(shù)： 查表11-2-10，取彈簧的有效圈數(shù)：n=7，彈簧兩端磨平，則彈簧的總?cè)?shù)： 彈簧的節(jié)距： 彈簧的自由高度： 查表11-2-12彈簧自由高度，將彈簧的自由高度元整： 彈簧的最小載荷時(shí)的高度： 彈簧的最大載荷時(shí)的高度： 彈簧的極限載荷時(shí)的高度： 高徑比： ，所以不用進(jìn)行彈簧穩(wěn)定性試驗(yàn)。 2、高速擋離合器回位彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 儲(chǔ)備系數(shù)： 計(jì)算轉(zhuǎn)矩： 摩擦片的外徑： 摩擦片的內(nèi)徑： 每個(gè)摩擦副的面積： 每個(gè)摩擦片扣除溝槽后的凈面積： 摩擦片上的總壓緊力： 油缸的轉(zhuǎn)速（取最大轉(zhuǎn)速）： 活塞的內(nèi)徑： 活塞的外徑： 旋轉(zhuǎn)軸的外徑： 排油需要的壓力： 油缸的工作壓力： 密封圈摩擦阻力： 壓力損失對(duì)活塞的阻力，由（3-7）得： 離心力對(duì)活塞的阻力，由（3-8）得： 由式（3-6）得到彈簧的回位彈簧力： 選擇12個(gè)回位彈簧，設(shè)每個(gè)彈簧所受的彈簧力相同，即 每個(gè)彈簧的最大載荷： 每個(gè)彈簧的最小載荷： 根據(jù)結(jié)構(gòu)取彈簧的實(shí)際的工作行程： 回位彈簧的材料直徑由（3-9）得： 式中：； 或由表3-3查得 在表中取材料直徑： 由表11-2-9（彈簧中徑系列尺寸）中查得中徑： 所以彈簧的外徑： 彈簧的內(nèi)徑： 查表11-2-19查得參數(shù)： 表3-5 圓柱螺旋壓縮彈簧計(jì)算表 材料直徑 彈簧中徑 許用壓強(qiáng) 工作極限載荷 單圈變形量 單圈剛度 d=2.5mm D=14mm 830MPa Pj=285.73N 因?yàn)閺椈傻膶?shí)際行程h=3m，得到： 彈簧的有效圈數(shù)： 查表11-2-10，取彈簧的有效圈數(shù)：n=8，兩端磨平，彈簧的總?cè)?shù)： 彈簧的節(jié)距： 彈簧的自由高度： 查彈簧自由高度表11-2-12表，將彈簧的自由高度元整為： 彈簧的最小載荷時(shí)的高度： 彈簧的最大載荷時(shí)的高度： 彈簧的極限載荷時(shí)的高度： 彈簧的高徑比： 彈簧的高徑比較大，軸向載荷達(dá)到一定值會(huì)產(chǎn)生側(cè)向彎曲而失去穩(wěn)定性。為保證不至失去穩(wěn)定性，在彈簧中加導(dǎo)桿，可以使彈簧達(dá)到穩(wěn)定。 3、倒擋離合器回位彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 儲(chǔ)備系數(shù)： 計(jì)算轉(zhuǎn)矩： 摩擦片的工作面外徑： 摩擦片的工作面內(nèi)徑： 每個(gè)摩擦副的面積： 每個(gè)摩擦片扣除溝槽后的凈面積： 摩擦片上的總壓緊力： 油缸的轉(zhuǎn)速（取最大轉(zhuǎn)速）： 活塞的內(nèi)徑： 活塞的外徑： 旋轉(zhuǎn)軸的外徑： 排油需要的壓力： 油缸的工作壓力： 密封圈摩擦阻力： 壓力損失對(duì)活塞的阻力，由（3-7）得： 離心力對(duì)活塞的阻力，由（3-8）得： 由（3-6）得到，倒速當(dāng)離合器回位彈簧力： 選擇9個(gè)回位彈簧，分擔(dān)回位彈簧力，則每個(gè)彈簧的最大載荷： 每個(gè)彈簧的最小載荷： 根據(jù)結(jié)構(gòu)取彈簧的實(shí)際的工作行程： 回位彈簧的材料直徑由（3-7）得到： 式中：； 或由表3-3查得 取材料直徑： 由表11-2-9（彈簧中徑系列尺寸）中查得中徑： 所以彈簧的外徑：，彈簧的內(nèi)徑： 查表11-2-19查得參數(shù)如下表： 表3-6 圓柱螺旋壓縮彈簧計(jì)算表 材料直徑 彈簧中徑 許用壓強(qiáng) 工作極限載荷 單圈變形量 單圈剛度 d=2.5mm D=14mm 830MPa Pj=257.73N 因?yàn)閺椈傻膶?shí)際行程h=3mm，得到： 所以彈簧的有效圈數(shù)： 查表11-2-10，取彈簧的圈數(shù)：n=8 ，兩端磨平，彈簧的總?cè)?shù)： 彈簧的節(jié)距： 彈簧的自由高度： 查彈簧自由高度表11-2-12，將彈簧的自由高度要原整，所以彈簧的自由高度： 彈簧的最小載荷時(shí)的高度： 彈簧的最大載荷時(shí)的高度： 彈簧的極限載荷時(shí)的高度： 彈簧的高徑比： 彈簧的高徑比較大，軸向載荷達(dá)到一定值會(huì)產(chǎn)生側(cè)向彎曲而失去穩(wěn)定性。為保證不至失去穩(wěn)定性，在彈簧中加導(dǎo)桿，可以使彈簧達(dá)到穩(wěn)定。 §3.4.3 快速排油閥的設(shè)計(jì)計(jì)算 工業(yè)拖拉機(jī)廣泛應(yīng)用動(dòng)力換檔變速箱，為了提高換檔的可靠性和接合的平順性，應(yīng)合理設(shè)計(jì)換檔離合器的快速排油閥，使其工作性能最佳。 對(duì)換檔離合器快速排油閥的要求是：當(dāng)換檔離合器在高轉(zhuǎn)速下工作時(shí)換檔，換檔離合器液壓缸接通壓力油，油壓力應(yīng)克服相應(yīng)的鋼球離心力，使快速排油閥自動(dòng)迅速關(guān)閉，以保證換檔離合器液壓缸的供油壓力在駕駛員的控制之下，減少換檔沖擊，提高換檔平順性；當(dāng)換檔離合器在低轉(zhuǎn)速下?lián)Q檔時(shí)，泄去操縱油壓，快速排油閥應(yīng)能依靠該工況下鋼球離心力自動(dòng)迅速打開，保證換檔離合器迅速徹底分離，以減少摩擦片的磨損，提高換檔離合器和壽命。 一、快速排油閥的力分析 （1）鋼球的離心力 F： （3-10） 鋼球的離心力軸向分力： （3-11) 鋼球的離心力軸向分力的油壓值： （3-12） 式中：—鋼球密度，kg/m — 鋼球直徑， m — 旋轉(zhuǎn)液壓缸角速度，rad/s — 鋼球關(guān)閉面積， 則 — 球坐夾角， — 鋼球旋轉(zhuǎn)半徑， m 。 （2）支點(diǎn)反力N 支點(diǎn)反力通過球心垂直于支撐面 （3）油壓作用于鋼球上的合力P，由旋轉(zhuǎn)油液對(duì)鋼球產(chǎn)生的動(dòng)壓力，油液工作壓力對(duì)鋼球產(chǎn)生的靜壓力，鋼球與泄油孔之間的油壓作用于鋼球上的作用力，以及快速排油閥開啟時(shí)，油液通過鋼球和錐形孔之間，節(jié)油產(chǎn)生的油壓作用于鋼球上的力 的合力所組成。 即： （3-13） 1、旋轉(zhuǎn)油液對(duì)鋼球產(chǎn)生的動(dòng)壓力為： （3-14） 式中 — 油的密度，kg/m； — 油的入口半徑，m 2、油液工作壓力對(duì)鋼球產(chǎn)生的靜壓力 當(dāng)接通壓力油時(shí)，==2MPa 當(dāng)操縱壓力油泄去時(shí)，油的靜壓力為彈簧回位液壓油產(chǎn)生的靜壓力 = （3-15） 式中：— 彈簧的回復(fù)力 ，N； — 活塞外圓半徑，m； — 活塞內(nèi)圓半徑，m 3、鋼球與泄油孔之間的油壓作用于鋼球上的作用力 當(dāng)快速排油閥開啟時(shí)： （3-16） 式中： — 排油孔的斷面面積，； —球和錐形孔之間的間隙面積， ； — 泄油孔的阻抗系數(shù)； — 球和錐形孔間間隙的阻抗系數(shù)； — 泄油孔直徑，m； — 排油口大段直徑，m 當(dāng)快速排油閥關(guān)閉時(shí)： =0 4、節(jié)油產(chǎn)生的油壓作用于鋼球上的力 當(dāng)快速排油閥開啟時(shí)： （3-17） 當(dāng)快速排油閥關(guān)閉時(shí)：=0 二、低速檔的快速排油閥的計(jì)算 鋼球的直徑： 泄油孔直徑： 排油口大段直徑： 油的入口半徑： 活塞外半徑： 活塞內(nèi)半徑： 鋼球的旋轉(zhuǎn)半徑： 鋼球密度： 油的密度： 球坐夾角（度）： 球坐夾角（弧度）： 旋轉(zhuǎn)液壓鋼角速度： 泄油孔的阻抗系數(shù)： 球和錐形孔間間隙的阻抗系數(shù)： 球和錐形孔之間的流速系數(shù)： 排油孔的斷面面積： 球和錐形孔之間的間隙面積： 鋼球關(guān)閉面積： 1、鋼球離心力F的計(jì)算 鋼球的離心力： 鋼球的離心力軸向分力： 鋼球的離心力軸向分力的油壓值： 2、油壓作用與鋼球上的合力P的計(jì)算： （1）、旋轉(zhuǎn)油液對(duì)鋼球產(chǎn)生的動(dòng)壓力Pd 2004.2N （2）、油液工作壓力對(duì)鋼球產(chǎn)生的靜壓力 == =1219- =1217.9N （3）、鋼球與泄油孔之間的油壓作用于鋼球上的作用力 : ==1762.1N （4）、節(jié)油產(chǎn)生的油壓作用于鋼球上的力 = = 300 N 所以 =2004.2+1217.9+300-1762.1=1760 N （其他離合器的方法一樣，在此就不進(jìn)行具的計(jì)算） 第四章 結(jié) 論 經(jīng)過近兩個(gè)月的緊張工作，在指導(dǎo)老師徐老師的親自指導(dǎo)下，通過自己的不懈努力在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成了老師布置的設(shè)計(jì)任務(wù)。 下面從幾個(gè)方面總結(jié)一下這次設(shè)計(jì)： （1） 這次設(shè)計(jì)涉及的是比較先進(jìn)的技術(shù)，也是老師的科研項(xiàng)目，對(duì)于我來也是新接觸的事物，所以在前期的收集資料的時(shí)候有一些困難，但是在老師的幫助下，大家在一起共同研究、協(xié)商，最后確定了總體的方案。在這期間進(jìn)行過多次的修改，力求得到最佳方案。 （2） 濕式離合器的設(shè)計(jì)分為摩擦片的選擇、回位彈簧的計(jì)算以及快速排油閥的計(jì)算。摩擦片的選擇又分為摩擦材料的選擇、摩擦偶件數(shù)量、摩擦片表面溝槽、摩擦片的主要尺寸計(jì)算；回位彈簧的計(jì)算分為回位彈簧力的計(jì)算、彈簧材料的選擇以及彈簧長度的確定；快速排油閥的選擇分為尺寸的選擇、鋼球離心力的計(jì)算以及油壓作用在鋼球上的作用力。 （3） 在這次設(shè)計(jì)中計(jì)算相對(duì)較大，大部分設(shè)計(jì)計(jì)算都是參照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的設(shè)計(jì)公式來進(jìn)行的，每個(gè)公式可以做到有據(jù)可依。其它設(shè)計(jì)資料均由參考文獻(xiàn)中得到。 （4）這次設(shè)計(jì)時(shí)間較短并且參考材料有限，有些設(shè)計(jì)還沒有做到最完善，例如離合器的滑磨功、溫升以及壽命計(jì)算等沒有進(jìn)行具體的計(jì)算說明。 本次設(shè)計(jì)是四個(gè)人共同完成的，大家在近兩個(gè)月的設(shè)計(jì)中一起商討研究，集體合作，在緊張的氣氛中完成了這次設(shè)計(jì)，雖然已經(jīng)完成 但是其中還有可能有一些缺陷希望老師可以指出，我可以加以改正。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 成大先主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第四版（全四卷）[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 [2] 張光裕，許純新主編. 工程機(jī)械地盤設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工程出版社，1988 [3] 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院 編.實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（上下冊(cè)）[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1985 [4] 王望矛 主編. 汽車設(shè)計(jì) 第4版[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006 [5] 臧杰，閻巖 主編. 汽車構(gòu)造（下冊(cè)）[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 [6] 西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室 編著. 機(jī)械設(shè)計(jì) 第七版[M]. 北京：高等教育出版社，2002 [7] 張明柱，周志立，徐立友．農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)用多段液壓機(jī)械無級(jí)變速器設(shè)計(jì)[J] ．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2003，19(6):118—121 [8] 田全忠． 液壓機(jī)械傳動(dòng)在大功率拖拉機(jī)上的應(yīng)用分析[J] ．拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2001，2：31—33 [9] 郭曉林，苑士華，張銀彩，胡紀(jì)濱，楊樹軍． 等比式液壓機(jī)械無級(jí)變速器設(shè)計(jì)與仿真[J]. 機(jī)床與液壓，2006，8 [10] 徐立友,周志立，張明柱，李言．拖拉機(jī)液壓機(jī)械無級(jí)變速器設(shè)計(jì).農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2006， [11] 侯國勇，苑士華．液壓機(jī)械無級(jí)變速器的速比調(diào)節(jié)規(guī)律研究[J]．工程機(jī)械,2004,(6) [12] 田全忠，陳樹聲，查正維，史金鐘．液壓機(jī)械無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算和分析[J]．拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2005，6 [13] 徐立友, 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