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0履帶式推土機(jī)變速傳動系統(tǒng)設(shè)計摘 要變速箱使推土機(jī)可以變換排檔，以不同的牽引力和行駛速度工作，實現(xiàn)進(jìn)退行駛，以及在掛空檔時切斷發(fā)動機(jī)傳給驅(qū)動輪的動力。變速箱有不同的結(jié)構(gòu)類型，基本上分為兩大類，即與摩擦離合器配套的機(jī)械式變速箱和與液力變矩器配套的動力換檔變速箱(有定軸式與行星式兩種)，前者是在切斷傳動系動力的情況下?lián)Q檔的，后者則利用變速箱中的換檔離合器在不一切斷傳動系動力的情況下?lián)Q檔。不論采用何種傳動方式，最大限度地提高推土機(jī)動力性和經(jīng)濟(jì)性，保證推土機(jī)有最大生產(chǎn)率都是其最終目的。推土機(jī)作為牽引式工程機(jī)械的典型代表，僅追求速度與負(fù)荷之間的自適應(yīng)能力，充分利用發(fā)動機(jī)功率,提高作業(yè)生產(chǎn)率，降低比油耗，即追求最大的動力性、經(jīng)濟(jì)性、作業(yè)生產(chǎn)率，也就是說發(fā)動機(jī)功率應(yīng)得到充分發(fā)揮，傳動系統(tǒng)應(yīng)有較高的效率，整機(jī)應(yīng)有較好的作業(yè)生產(chǎn)率，而上述三者都與推土機(jī)傳動系統(tǒng)有著密切的關(guān)系。此次設(shè)計通過參照典型的幾款工程機(jī)械結(jié)構(gòu)，如 Z435 裝載機(jī)、小松 D155A履帶推土機(jī)、TY180 推土機(jī)等，設(shè)計了配合液力變矩器的定軸式動力換擋變速箱、轉(zhuǎn)向離合器及行星式雙級終轉(zhuǎn)動，并對齒輪進(jìn)行了計算及校核。關(guān)鍵字：履帶式推土機(jī)； 變速箱； 行星式； 牽引式。1AbstractBy way of sub-transmission, bulldozers can be divided into mechanical bulldozer,hydrostatic bulldozers and hydraulic mechanical bulldozer. No matter what transmission mode to maximize power and economy bulldozers, to ensure maximum productivity bulldozers are the ultimate goal. Bulldozers, construction machinery, as Traction typical of speed and load only between the pursuit of adaptive capacity, full use of engine power, improve operational productivity, reduce the specific fuel consumption, that maximize the power, economy, job productivity, that is, that should be full engine power, transmission efficiency should be higher, the whole operation should have better productivity, but these three are with the bulldozer is closely related to transmission. The design of several projects by reference to typical mechanical structure, such as the Z435 loaders, Komatsu D155A bulldozer, C5-6-type transport bulldozers, crawler shovel is designed with a fixed axis torque converter power shift transmission box, turned to two-stage clutch and planetary final rotation, and gear for the calculation and checking. Keywords: crawler tractors, fixed-axis gearbox, dual-stage planetary final drive.2目 錄第一章 緒論 11.1 選題的背景及課題研究意義 11.2.1 國內(nèi)研制現(xiàn)狀 21.2.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀 21.3 本課題擬解決的問題 4第二章 傳動系統(tǒng)的確定 42.1 傳動系概述 42.2 幾種典型的傳動系統(tǒng) 52.3 變速箱 82.4 離合器 .122.5 最終傳動 .14第三章 傳動系統(tǒng)參數(shù)的確定 .173.1 檔位與傳動路線 .173.2 變速箱主要參數(shù)的確定 .183.3 斜齒圓柱齒輪的計算及校核 .213.4 轉(zhuǎn)軸計算 .28第四章 結(jié)論 .33參考文獻(xiàn) .33致謝 .350第一章 緒 論1.1 選題的背景及課題研究意義推土機(jī)是一種工程車輛，前方裝有大型的金屬推土刀，使用時放下推土刀，向前鏟削并推送泥、沙及石塊等，推土刀位置和角度可以調(diào)整。推土機(jī)能單獨完成挖土、運土和卸土工作，具有操作靈活、轉(zhuǎn)動方便、所需工作面小、行駛速度快等特點。其主要適用于一至三類土的淺挖短運，如場地清理或平整，開挖深度不大的基坑以及回填，推筑高度不大的路基等。變速箱是推土機(jī)的重要組成部分，它能實現(xiàn)增扭減速，降低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，增大扭矩；變扭變速，工程機(jī)械作業(yè)時，牽引阻力變化范圍大，而內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩的變化范圍不大，即使用夜里機(jī)械式傳動，采用了液力變矩器也不能滿足要求，因此必須通過變換變速箱排擋以改變傳動系的傳動比，改變工程機(jī)械的牽引力和運行速度，以適應(yīng)阻力的變化；也能實現(xiàn)空檔，以利于發(fā)動機(jī)啟動和發(fā)動機(jī)不熄火的情況下停車；還能實現(xiàn)倒檔，以改變運行方向。隨著推土機(jī)行業(yè)高速發(fā)展，推土機(jī)零部件制造商面臨著嚴(yán)格的技術(shù)法規(guī)約束以及降低成本等壓力，因此，質(zhì)量最輕、體積最小等輕量化指標(biāo)已經(jīng)成為考核變速器生產(chǎn)企業(yè)競爭力的重要依據(jù)，所以它也是影響整車性能的重要因素之一。變速器的質(zhì)量一直也是推土機(jī)行業(yè)競爭的焦點，對變速器的研究開放也越來越顯得舉足輕重。計算機(jī)虛擬現(xiàn)實技術(shù)，為汽車專業(yè)教學(xué)中出現(xiàn)的實訓(xùn)設(shè)備投入不足提供了某種技術(shù)手段。因此本論文將通過 solidworks、ADAMS 等軟件對 T160型推土機(jī)變速箱進(jìn)行建模與仿真，將變速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可視化，提供先導(dǎo)性的實訓(xùn)手段和工具,減少實訓(xùn)設(shè)施的投入,減少原材料的消耗和浪費。11.2 國內(nèi)外推土機(jī)發(fā)展概況1.2.1 國內(nèi)研制現(xiàn)狀近年來,隨著工程建筑施工和露天礦物開采規(guī)模的不斷擴(kuò)大,土石方工程作業(yè)量的增加使我國履帶式推土機(jī)得到迅速發(fā)展。但我國輪式裝載機(jī)行業(yè)起步較晚，其制造技術(shù)是陸續(xù)從美國、德國和日本等國家引進(jìn)的?？傮w表現(xiàn)為：（1）缺乏高科技含量，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，檔次低；（2）設(shè)備的靈活性、舒適性較差；（3）用途單一，產(chǎn)品規(guī)格中間大兩頭小。隨著近年來先進(jìn)技術(shù)的不斷引進(jìn)，我國推土機(jī)行業(yè)的發(fā)展持續(xù)進(jìn)步，其作業(yè)性能、可靠性、維修性、安全性及燃料經(jīng)濟(jì)性有了明顯的提高,微電子技術(shù)正在向推土機(jī)滲透,向機(jī)電一體化方向發(fā)展。1.2.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀50 年代履帶式推土機(jī)功率只有 74kW,品種規(guī)格不全,發(fā)展不快,70 年代初出現(xiàn)了 301.5kW 的推土機(jī).隨著資源開發(fā)和大型建筑工程提高生產(chǎn)率的需要,圍繞高效率、低成本為核心開發(fā)了大型化、液壓化和機(jī)電一體化的履帶式推土機(jī)。（1）美國卡特彼勒公司1977 年末該公司推出 522kW 的 D10 型推土機(jī)后相繼又推出 574kW 的D11N 型推土機(jī),使該公司來自地面的沖擊和振動附加載荷對履帶式行走機(jī)構(gòu)所帶來的不良影響,然后繼續(xù)開發(fā)了新型的非等腰三角形式，高架驅(qū)動鏈輪式應(yīng)用于履帶布置的推土機(jī),繼而抬高了驅(qū)動輪,最后將彈性懸掛式行走裝置作用于傳動機(jī)構(gòu)，取代了傳統(tǒng)“四輪一帶”這種布置結(jié)構(gòu)形式。其主要特點是履帶接地面積大,使單個鏈節(jié)所受沖擊力減少 50% ;驅(qū)動輪高架所受負(fù)荷由行走裝置擺架和樞軸吸收而不傳給終傳動系統(tǒng);防止由于驅(qū)動鏈輪夾帶泥砂碎石而產(chǎn)生附加磨損; 使得它的承載能力更高,并且有較高且較好的穩(wěn)定性和運作機(jī)動靈活性; 履帶和傳動系統(tǒng)檢修迅速、方便。從21978 年到 1992 年末共生產(chǎn) 5 萬多臺。目前從 D4H 到 D11N 形成 L、H、N 三大系列,并在此基礎(chǔ)上發(fā)展了 HⅡ系列的新產(chǎn)品,采用模塊式結(jié)構(gòu)動力傳動系差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、EMS 電子操作系統(tǒng),舒適的駕駛室和較少的潤滑點。在當(dāng)時國際工程機(jī)械行業(yè)居主導(dǎo)地位。（2）日本小松公司1975 年推出 56kW 的 D455A 型推土機(jī); 緊接著又在 1981 年展出 755kW的 D555A 型推土機(jī)，地點為美國世界工程機(jī)械博覽會上;552kW 的 D475A-1型推土機(jī)在 1986 年推圖,產(chǎn)品的不斷更新，使得日本小松公司的推土機(jī)名聲遠(yuǎn)揚，隨著 574kW 的 D475- 2 型推土機(jī)的推出，半剛性履帶行走裝置也得以應(yīng)用, 大容量的推土鏟和大型的松土器也安裝上來,裝有電子監(jiān)測系統(tǒng)更是得以首次使用,履帶打滑的問題也減少了,牽引力也得到加強,生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率也不斷加強,可靠性的加強便不言而喻。小松的美國公司在最近更是推出了超大型的推土機(jī),功率達(dá)到了驚人的 845.8kW、機(jī)重為142.6t,機(jī)身裝有推土鏟為 68.5m,這種推土機(jī)的問世，更是進(jìn)一步擴(kuò)大了了生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率。（3）德國利勃海爾公司靜液壓履帶推土機(jī)是該公司的主打產(chǎn)品。這種推土機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、維修簡化的特點;它將柴油發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行改進(jìn)從而能過對行走液壓泵電子進(jìn)行控制,它將發(fā)動機(jī)功率的利用率達(dá)到最大化,從而防止了發(fā)動機(jī)過載運作,避免發(fā)動機(jī)過載而損壞，所有履帶都是通過電子控制的，履帶經(jīng)變量柱塞的馬達(dá)單獨驅(qū)動,進(jìn)而提高了推土機(jī)的機(jī)動性;行走臺架采用最減震懸掛技術(shù),安裝在樞軸上的彈性結(jié)構(gòu)裝置和平衡梁能夠有效地吸收掉震動效果,從而使得機(jī)身運轉(zhuǎn)平穩(wěn);重心較低,行駛穩(wěn)定性也較好;它的工作裝置外形設(shè)計較為合理,結(jié)構(gòu)十分堅固;電子智能控制裝置對整個液壓3和系統(tǒng)進(jìn)行自動操控。無論是把它作為松土作業(yè)工作還是轉(zhuǎn)移物料來使用，該款機(jī)器始終都保證最優(yōu)的傳動效率，不僅降低了燃油消耗，減小了環(huán)境污染，同時延長了發(fā)動機(jī)的使用壽命。該級別的推土機(jī)中多年來唯一的靜液壓驅(qū)動的機(jī)型，豐富的實踐經(jīng)驗，PR 764 1.3 本課題擬解決的問題本文首先確定變速器主要部件的結(jié)構(gòu)型式和主要設(shè)計參數(shù)，在分析變速器各部分結(jié)構(gòu)形式、發(fā)展過程及其以往形式的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，確定了總體設(shè)計方案，采用傳統(tǒng)設(shè)計方法對變速器齒輪和軸進(jìn)行設(shè)計計算，設(shè)計出一種基本符合要求的前 5 擋后 4 擋定軸式變速器。本文主要完成下面一些主要工作：1.查閱相關(guān)文獻(xiàn)，完成開題報告；2.草擬變速器傳動方案；3.確定變速器的主要參數(shù)；4.計算各檔位齒數(shù)參數(shù)；5.進(jìn)行變速器主要零部件的強度校核；6.繪制裝配。第二章 傳動系統(tǒng)的確定42.1 傳動系概述傳動系統(tǒng)的類型有：機(jī)械式、液力機(jī)械式、全液壓式和電動輪式。在一般鏟運機(jī)械中，大多數(shù)為機(jī)械式和液力機(jī)械式傳動系統(tǒng)，挖掘機(jī)有用全液壓式傳動該系統(tǒng)。機(jī)械式、液力式機(jī)械傳動系統(tǒng)一般包括：離合器、液力變矩器（機(jī)械式傳動系統(tǒng)沒有） 、變速箱、分動箱、萬向傳動裝置、驅(qū)動橋、最終傳動等部分。但并非所有的傳動系統(tǒng)都包括這些部分。如 TY180 推土機(jī)傳動系統(tǒng)中只有離合器、變速箱、驅(qū)動橋和最終傳動；CL7 自行式液壓鏟運機(jī)傳動系統(tǒng)中沒有離合器和分動箱。從分析不同機(jī)械的傳動系統(tǒng)可知，傳動系的組成和布置型式，取決于工程機(jī)械的總體結(jié)構(gòu)形式及傳動系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)形式等許多因素。2.2 幾種典型的傳動系統(tǒng)2.2.1 履帶推土機(jī)機(jī)械式傳動系統(tǒng)如圖 2.2.1 所示為TY180 履帶推土機(jī)傳動系統(tǒng)，它代表了一般履帶推土機(jī)機(jī)械式傳動系統(tǒng)布置形式。從圖中可看到，柴油機(jī) 1縱向前置，與之相連接的是主離合器 2。通過聯(lián)軸節(jié)3 把動力從主離合器傳給了變速箱 4，變速箱是斜齒輪常嚙合、滑套換檔機(jī)械式變速箱，前進(jìn)五檔，后退四檔。變速箱輸出軸和5主傳動器(也稱中央傳動)主動錐齒輪做成一體，動力經(jīng)過一對 圖 2.2.1常嚙合錐齒輪 5，旋轉(zhuǎn)了 90°后，經(jīng)轉(zhuǎn)向離合器 6、最終傳動 7 傳給了驅(qū)動鏈輪 8。由圖中可見，主傳動器、轉(zhuǎn)向離臺器都裝在一個殼體里，稱為驅(qū)動橋。從圖中也可看到，變速箱輸入軸后端可把動力直播輸出，是用來驅(qū)動附件的動力輸出處。2.2.2 輪胎裝載機(jī)液力機(jī)械式傳動系統(tǒng)圖 2.2.2 所示為 ZL50 輪胎裝載機(jī)液力機(jī)械式傳動系統(tǒng)，它是這種型式傳動系統(tǒng)的典型布置?？v向后置柴油機(jī) 1 通過液力變矩器 9 將動力傳給變速箱 3，變速箱是行星式動力換檔變速箱，有二個行星排，變速箱 3 經(jīng)萬向傳動裝置 4、6 將動力傳給前、后驅(qū)動橋 5、7，通過最終傳動（也稱輪邊圖 2.2.2減速器） 。在圖中可以看到，變速箱 3 的動力是通過一對常嚙合齒輪 10將動力分別傳給前、后驅(qū)動，輪這對常嚙合齒輪及其所在殼體稱為分動箱，一般都與變速箱連成一體，在分動箱中，可以根據(jù)需要把變速箱動力傳給6前、后驅(qū)動橋或只傳給前橋。圖中11 所表示的幾個齒輪傳動副稱為“三合一”機(jī)構(gòu)，用來解決拖起動、柴油機(jī)熄火后轉(zhuǎn)向和制動等問題。2.2.3 全液壓式傳動系統(tǒng)全液壓式傳動系統(tǒng)具有：結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、操縱輕便、工作效率高、容易改進(jìn)變型等優(yōu)點。圖 2.2.3 所示為一臺小型液壓裝載機(jī)傳動示意圖。柴油機(jī) 1 通過分動箱 2 直接帶動 5 個液壓泵，其中兩個雙向變量柱塞泵 8 供行走裝 置中柱塞馬達(dá) 4 用，兩個輔助齒輪 圖 2.2.3泵 9 作為行走裝置液壓系統(tǒng)補油用，另一個齒輪泵 5 供工作裝置用。從圖中可看到，行走裝置是由柱塞馬達(dá) 4 通過減速箱 7 來驅(qū)動四個行走輪 6。有的工程機(jī)械，也有液壓馬達(dá)直接帶動行走輪，從而進(jìn)一步簡化傳動系統(tǒng)。全液壓傳動系統(tǒng)預(yù)計在液壓元件有新的發(fā)展情況卜，會有更大的突破。綜上所述，此次設(shè)計最終參照 TY180 型履帶式推土機(jī)變速系統(tǒng)，其傳送系統(tǒng)圖如圖 2.2.4 所示。7圖 2.2.4圖中 1-柴油機(jī)，2-液力變矩器，3-變速箱，4 、5-油泵，6- 轉(zhuǎn)向離合器，7-終傳動。2.3 變速箱工程機(jī)械上廣泛采用的柴油機(jī)(活塞式內(nèi)燃機(jī))，其扭矩變化范圍較小，而工程機(jī)械使用情況則十分復(fù)雜。為了解決這種矛盾，在傳動系統(tǒng)中設(shè)置變速箱。變速箱分類方法很多，除上述根據(jù)檔數(shù)多少分為有級式和無級式以外，還可根據(jù)換擋方法分成機(jī)械換檔(或稱非動力換檔)變速箱和動力換檔變速箱。在動力換檔變速箱中，又可根據(jù)齒輪傳動型式分為定軸式(或稱軸線固定式或多鈾多片離合器式)和行星齒輪式(或稱軸線旋轉(zhuǎn)式)兩種。變速箱檔數(shù)越多，表示這種工程機(jī)械對不同作業(yè)或行駛條件的適應(yīng)性就越好。能使傳動比在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化為任意值，即傳動比在一定范圍內(nèi)為無限多的變速箱，稱為無級變速。鏟土運輸機(jī)械上使用的無級變速8箱大多為動液傳動的液力變矩器。2.3.1 非動力換擋變速箱圖 2.3.1 所示為 TY120 推土機(jī)變速傳動機(jī)構(gòu)，TY120 推土機(jī)變速箱為非動力換檔變速箱，用移動齒輪的方法進(jìn)行換檔，具有五個前進(jìn)檔和四個倒退檔。變速箱殼體固定在后橋殼上，其上部有加油口和量油尺，下部擰有放油螺塞 13。主動軸 21 前端由凸緣和離合器軸相連，動力即由此輸入。后端伸出變速箱外，上面固定著小齒輪 8，用來驅(qū)動液壓操縱器的機(jī)油泵，花鍵部分連接動力輸出機(jī)構(gòu)。主動軸 21 中間花鍵部分套有三個齒輪：前進(jìn)檔主動齒輪 3、倒檔主動齒輪 4 和五檔主動齒輪 8。齒輪 3、4 固裝在軸上而齒輪 6 可沿軸向移動。前進(jìn)檔主動齒輪 3 和惰輪( 中間齒輪)18 為常嚙合齒輪副。圖 2.3.19中間軸 17 上用花鍵套裝著15、11、12、29 和 30 等五個滑動齒輪。齒輪 15 為中間軸的主動齒輪，它能改變推土機(jī)的行駛方向，故稱為換向齒輪。齒輪 11和 12 及齒輪 29 與 30 各用螺紋連成一體形成塔輪(或稱雙聯(lián)齒輪)，移動時一起沿軸作軸向移動。從動軸 10 位于變速箱右側(cè)，與后橋主動錐齒輪制成一體，增減調(diào)整墊片 22 數(shù)量時，可使軸作軸向移動，用以調(diào)整中央傳動裝置錐齒輪的嚙合間隙。從動軸上用花鍵固裝著齒輪28、27、26、25 和 24。上述變速箱是屬于滑動齒輪換檔式變速箱，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率高。缺點是換檔時，因系撥動齒輪嚙合，操縱較重和移動距離長，所以換擋較困難；齒輪既是傳動齒又是嚙合齒，且進(jìn)入嚙合只是一對齒，換檔時的沖擊只由一對齒承受，所以齒輪易損壞而影響傳動；不能采用斜齒輪，結(jié)構(gòu)不緊湊。2.3.2 定軸式動力換擋變速箱動力換擋變速箱根據(jù)齒輪傳動形式又可分為定軸式（或稱軸線固定式）和行星齒輪式（或稱軸線旋轉(zhuǎn)式）兩種。圖 2.3.2 所示為 Z435 裝載機(jī)定軸式動力換擋變速箱。變速箱系平行五軸常嚙齒掄式，結(jié)構(gòu)近似于普通機(jī)械式換檔變速箱，不問點在于采用了四個多片摩擦離合器來傳遞軸和齒輪間的動力。當(dāng)離合器接合時，與該離合器軸相連接的齒輪和軸成為一體。在離合器分離時，齒輪成為空套在軸上，它與軸互相分離，不能傳遞動力。離合器采用液壓操縱，故10換檔時較機(jī)械式換擋機(jī)構(gòu)輕便。由于摩擦離合器的軸向尺寸較大， 因此兩軸之間就不可能實現(xiàn)多檔變速，一般在兩軸之間，只能實現(xiàn)兩檔變速，所以這種變速箱是一個多軸式變速箱，以適應(yīng)多檔變速。大部分工程機(jī)械定軸式動力換擋變速箱全部采用摩擦式離合器進(jìn)行換擋，這樣就做到了全部在負(fù)載情況下進(jìn)行換擋，因而提 圖 2.3.2高了車輛的機(jī)動性和生產(chǎn)率，但這種變速箱結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，摩擦離合器的數(shù)量相應(yīng)地也會要增加些。2.3.3 行星式動力換擋變速器上述幾種結(jié)構(gòu)變速箱可以看出當(dāng)檔數(shù)增加時，特別在重型鏟運運輸機(jī)械上，變速箱將會做得很大，操縱不使。因此，近年來在鏟土運輸機(jī)械傳動系統(tǒng)中，大量使用行星齒輪式動力換檔變速箱，不僅在重型車輛上廣泛采用，而且在中小型鏟土運輸機(jī)械上，也日益增多地采用行星齒輪式動力換檔變速箱。圖 2.3.3 所示為 CL7 自行式液壓鏟運機(jī)傳動系簡圖。前行星排：太陽輪 11 和活塞 15 連成一體，齒圈 12 用花鍵和中間軸 II 相連，行星架 13 和11輸入軸 I 做成一體，是變速箱的主動件。當(dāng)離合器 C1 接合時，行星架13、活塞 15 和太陽輪 11 連成一體和軸 I 一起旋轉(zhuǎn)。而當(dāng)摩擦片式制動器T1 接合時，活塞 15 和太陽輪 11 就被鎖住不能轉(zhuǎn)動。離合器和制動器具有液壓操縱有關(guān)活塞進(jìn)行接合，當(dāng)油壓去除后，在回位彈簧作用下，離合器和制動器便分離。圖 2.3.3第一行星排：太陽輪 16 和活塞室 20 分別以花鍵和中間軸 II 相連，齒圈 17 外面有摩擦片式制動器 T2，在需要時制動器 T2 可將齒圈 17 制動住。行星架 18 和第二行星排齒圈 22 連成一體，而后者又和第三行行星排太陽輪 25 連成一體。在需要時離合器 C2 接合后，行星架 18 通過和活塞室 20接合而與中間軸 II 一起旋轉(zhuǎn)第二行星排：太陽輪 21 用花鍵和中間軸 II 相連，行星架 23 則與輸出軸制成一體，為變速箱的從動件。齒圈 22 如上所述和第一行星排行星架18、第三行星排太陽輪 25 連成一體，它和太陽輪 25 的連接部分是套在輸出軸 III 外面（互不接觸） ，通過連接部分的花鍵和太陽輪 25 連成一體。在需要時，齒圈 22 可由摩擦片式制動器 T3 將其鎖住。第三行星排：行星架 27 和輸出軸 III 用花鍵相連，和第二行星架 23一樣，為變速箱的從動件。在需要時，摩擦片式制動器 T4 可將齒圈 26 鎖住2.4 離合器離合器的功用有以下幾點：第一，能迅速、徹底地把內(nèi)燃機(jī)的動力和傳動系統(tǒng)分離，以防止在變速箱換擋時齒輪產(chǎn)生沖擊；第二，能把內(nèi)燃機(jī)動力和傳動系柔和地接合使鏟土運輸機(jī)械平穩(wěn)地起步；第三，當(dāng)外界負(fù)荷急劇增加時可以利用離舍器打滑，以防止傳動系統(tǒng)和內(nèi)燃機(jī)零件超載；12第四，利用離合器分離可以使鏟土運輸機(jī)械短時間停車。2.4.1 TY180 推土機(jī)多片溫式主離合器圖 2.4.1 所示為 TY180 推土機(jī)上用的多片濕式主離合器。主離合器的主動部分有飛輪 6、壓盤 5 和主動片 4。飛輪帶毛凸沿，在凸沿上加工有內(nèi)齒，主動片 4 和壓盤 5 的外齒與飛輪內(nèi)齒相嚙合，既可以與飛輪一起旋轉(zhuǎn)，又可以沿齒作軸向移動，以保證其接合與分離。從動部分有主離合器軸 1、從動輪轂 2 和從動片 3 等零件。圖 2.4.1飛輪中間固定有軸承座，從動輪轂 2 以內(nèi)花鍵套在軸 l 的前端，以軸承支承在飛輪中間的軸承座中。離合器軸 1 的帶凸緣一端由一滾柱軸承支撐，在該軸承旁裝有油封，以防止外部泥水進(jìn)入，并阻止?jié)櫥屯庑孤?。從動輪?2 的外緣有外齒與三個從動片 3 的內(nèi)齒相嚙合，二個從動片3 可以沿著從動輪毅 2 的外齒旋轉(zhuǎn)和作軸向移動。從動輪轂 2 的輪緣制成13槽形，以便聚集冷卻油，在沿槽的圓周上鉆有小孔，這樣在槽內(nèi)聚集的冷卻油經(jīng)小孔流向離合器從動片 3 起冷卻作用。離合器軸 1 的中心鉆有油道，從液壓助力器 15 來的油經(jīng)散熱器冷卻后，從離合器殼體上的油孔，進(jìn)入離合器軸 1 內(nèi)油道，去潤滑各運動件，并冷卻離合器從動片 3。從動片由兩塊燒結(jié)有銅基粉末冶金的鋼板鉚接而成，在鋼板之間有 6個碟形彈簧，均布在摩擦片平均半徑的圓周上，因此，從動片的表面不是一個平整的平面，而是形成有 6 個波峰波谷的凹凸表面，其作用是當(dāng)主離合器接合時，比較平穩(wěn)、柔和。在從動片上還開有徑向槽，冷卻從動片的油液經(jīng)此槽流出，由于離心力，油向外甩出，使主動片 4 周邊的齒得到潤滑，然后因重力滴落到離合器殼底部。2.4.2 活塞缸旋轉(zhuǎn)式離合器擋板 7 和油缸體 3 都緊固在離合器體 1 上，壓力油經(jīng)軸孔進(jìn)入缸體油腔，推動活塞 4 壓縮彈簧 2 并壓緊內(nèi)、外摩擦片 5 和 6，使離合器接合；壓力油釋放后，裝在離合器體內(nèi)的彈簧 2 推動活塞 4 復(fù)位。軸的另一個進(jìn)油孔是用來冷卻和潤滑摩擦片的。外片連接件 8 通過滾動軸承裝在傳動軸14上，與齒輪等傳動件連接，以傳遞扭矩。這種結(jié)構(gòu)拆裝方便，此次設(shè)計就采用這種結(jié)構(gòu)離合器。2.5 最終傳動最終傳動的功用是將主傳動器傳來的動力再一次降低轉(zhuǎn)速，增大扭矩后傳給驅(qū)動輪，使鏟運機(jī)械行駛或進(jìn)行各種作業(yè)。2.5.1 TY180 履帶推土機(jī)最終傳動圖 2.5.1 所示為 TY180 履帶推土機(jī)采用平行軸式最終傳動，它是由兩圖 2.5.1對圓柱齒輪、輪轂、驅(qū)動輪（鏈輪） 、橫軸、外殼體等主要零件組成。第一級主動齒輪 9 與軸做成一體，通過軸端的錐形花鍵與驅(qū)動盤 11 連接，15外端則通過軸承 8 支撐在外殼體 18 上，與它相嚙合的第一級從動齒輪 13用三個平鍵固定在第二級主動齒輪 7 上而組成第一級齒輪組。第二級主動齒輪 7 通過軸承 6 與 12 分別支撐在外殼體和驅(qū)動橋箱體上，與第二級主動齒輪相嚙合的第二級從動齒圈 14 用螺栓固定在輪轂 17 上，輪轂是通過軸承 3 與 15 安裝在橫軸 16 上；鏈輪齒圈 5 用螺栓固定在鏈輪輪轂 4 上，一起用 6 個平鍵和 1:10 的錐度固定在輪轂 17 上。橫軸 16 的另一端通過外殼體壓入驅(qū)動橋箱體，牢牢地固定在驅(qū)動橋箱體中部下方，橫軸 16 的另一端（外端）通過支架固定在臺車架上。橫軸 16 和輪轂 17 的外軸承 3 采用球面滾柱軸承，其余均采用滾柱軸承。鏈輪輪轂 4 和外殼體 18 及支架 19 之間的間隙，分別安裝兩組浮動油封 1 和2 防止?jié)櫥屯饴┖屯獠磕嗨M(jìn)入最終傳動殼體中。2.5.2 行星式雙級終傳動16圖 2.5.2 中，1-驅(qū)動盤，2-一級減速主動齒輪，3-一級減速從動齒輪齒圈，4-一級減速從動齒輪轂，5、6-軸承，7-半軸，8-一級減速齒輪罩，9-外端面浮動油封，10-軸承，11-二級減速太陽輪，12-二級減速行星輪，13-二級減速固定齒圈，14-驅(qū)動輪，15-軸承，16-內(nèi)端面浮動油封。圖 2.5.2平行軸式最終傳動和行星輪式最終傳動相比，在一定的傳動比下，平行軸式最終傳動的體積較大，不夠緊湊。另外，因為平行軸式最終傳動只有一對輪齒參與傳遞動力，而行星輪式最終傳動則同時有幾對（與行星輪數(shù)相同）輪齒參與傳遞動力，故平行軸式最終傳動的輪齒受力較大。但行星輪式最終傳動得結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造和調(diào)整的要求都較高。17第三章 傳動系統(tǒng)參數(shù)的確定3.1 檔位與傳動路線前進(jìn)/倒退 檔位 變速箱I 輸入軸→1-9→10-11→16-4→輸出軸II 輸入軸→1-9→10-11→15-5→輸出軸III 輸入軸→1-9→10-11→14-6→輸出軸IV 輸入軸→1-9→10-11→13-8→輸出軸前進(jìn)V 輸入軸→3-7→輸出軸I 輸入軸→2-12→16-4→輸出軸II 輸入軸→2-12→15-5→輸出軸III 輸入軸→2-12→14-6→輸出軸倒退IV 輸入軸→2-12→13-8→輸出軸3.2 變速箱主要參數(shù)的確定3.2.1 壓力角我國和許多國家都把齒輪的標(biāo)準(zhǔn)壓力角規(guī)定為 20°。對于轎車考慮到較小噪音是一個主要要求，高檔齒輪多采用較小的壓力角，例如：14.5°、前進(jìn)/倒退檔位 傳動比I i=(Z9/Z1)×(Z11/Z10)×(Z4/Z16) 2.230 II i=(Z9/Z1)×(Z11/Z10)×(Z5/Z15) 1.465 III i=(Z9/Z1)×(Z11/Z10)×(Z6/Z14) 1.033 IV i=(Z9/Z1)×(Z11/Z10)×(Z8/Z13) 0.720 前進(jìn)V i=(Z7/Z3) 0.535I i=(Z12/Z2)×(Z4/Z16) 1.715 II i=(Z12/Z2)×(Z5/Z15) 1.127 III i=(Z12/Z2)×(Z6/Z14) 0.735 倒退IV i=(Z12/Z2)×(Z8/Z13) 0.554 1815°、16°、16.5°等。中、重型汽車的倒檔為了提高其承載能力，采用了22.5°或 25°。故選取法面壓力角 αn = 22.5°端面壓力角 αt = actan（tanα n /cosβ）= actan（tan22.5°/cos15°）= 23.2°3.2.2 螺旋角轎車和輕型貨車螺旋角 β 的選取范圍為 20°-35°；中、重型貨車取 10°-30° 故可取 β = 15°基圓柱螺旋角 βb = actan（tanβcosα t）= actan（tan15°× cos23.2°）= 13.8°3.2.3 齒輪模數(shù)變速器所用模數(shù)的大致范圍是：轎車和輕型貨車 2.5-3.5；中型貨車3.5-4.5；重型貨車 4.5-6根據(jù) GB/T 1357-1987 可由下表選取漸開線圓柱齒輪模數(shù)：第一系列 4 5 6 8 10…第二系列 4.5 5.5 6.5 7 9…綜上選取模數(shù) mn = 6端面模數(shù) mt = mn/cosβ = 6/cos15°= 6.21173.2.4 齒寬齒輪寬度 b 的大小直接影響著齒輪的承載能力，b 加大，齒的承載能力增高。但試驗表明，在齒寬增大到一定數(shù)值后，由于載荷分配不均勻，反而使齒輪的承載能力降低。所以，在保證齒輪的強度條件下，盡量選取較小的齒寬，以有利于減輕變速器的重量和縮短其軸向尺寸。通常根據(jù)齒輪模數(shù)的大小來選定齒寬：19直齒 b=(4.5~8.0)m，mm斜齒 b=(6.0~8.5)m，mm第一軸常嚙合齒輪副齒寬的系數(shù)值可取大一些，使接觸線長度增加，接觸應(yīng)力降低，以提高傳動的平穩(wěn)性和齒輪壽命。3.2.5 齒數(shù)分配根據(jù)檔位與傳動路線分配齒輪齒數(shù)如下表:齒輪代號Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8齒數(shù) 19 23 26 27 23 19 14 15齒輪代號Z9 Z10 Z11 Z12 Z13 Z14 Z15 Z16齒數(shù) 21 19 23 22 27 23 19 153.2.6 各檔齒輪的幾何參數(shù)表經(jīng)上訴計算求得各檔齒輪齒數(shù)后，由機(jī)械原理所學(xué)知識：法面頂隙系數(shù) cn = 0.25 法面齒頂高系數(shù) han = 1當(dāng)量齒數(shù) Zv = Z/cos3β 分度圓直徑 d= Zmn/cosβ基圓直徑 db= dcosαt 齒頂高 ha = mnhan 齒根高 hf = mn（h an+cn） 齒頂圓直徑 da = d + 2ha齒根圓直徑 df = d - 2hf 法面齒厚 sn = （π/2）m n 端面齒厚 st = （π/2）m t 齒寬 b =（6-8.5）mn參數(shù) Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8齒數(shù) 19 23 26 27 23 19 14 15模數(shù) 6 6 6 6 6 6 6 6齒頂高系數(shù) 1 1 1 1 1 1 1 1分度圓直徑 118 142.9 161.5 167.7 142.9 118 87 93.2齒頂高 6 6 6 6 6 6 6 620齒根高 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5齒寬 42 42 42 42 42 42 42 42齒根圓直徑 103 127.9 146.5 152.7 127.9 103 72 78.2齒頂圓直徑 130 154.9 173.5 179.7 154.9 130 99 105.2參數(shù) Z9 Z10 Z11 Z12 Z13 Z14 Z15 Z16齒數(shù) 21 19 23 22 27 23 19 15模數(shù) 6 6 6 6 6 6 6 6齒頂高系數(shù) 1 1 1 1 1 1 1 1分度圓直徑 130.4 118 142.9 136.7 167.7 142.9 118 93.2齒頂高 6 6 6 6 6 6 6 6齒根高 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5齒寬 42 42 42 42 42 42 42 42齒根圓直徑 115.4 103 127.9 121.7 152.7 127.9 103 78.2齒頂圓直徑 142.4 130 154.9 148.7 179.7 154.9 130 105.23.2.6 動力參數(shù)計算（1）.各軸轉(zhuǎn)速軸 1 =1800r/minn軸 2 =1345.3r/min1 z901???軸 3 =1045.5r/min246?（2）.各傳動副效率主離合器傳動效率 =0.961?每對圓柱斜齒輪的傳動效率 =0.972每對滾動軸承的傳動效率 =0.983聯(lián)軸器的傳動效率 =0.98421（3）.各軸的傳遞功率輸入軸 1 kw126)98.06(134p1 ?????P中間軸 2 3722輸出軸 3 23213?（4）.各軸傳遞轉(zhuǎn)矩0.66×106 N·mm???161059nPT0.80×106 N·mm262.1.03×106 N·mm???36305.9nT3.3 斜齒圓柱齒輪的計算及校核3.3.1 齒輪 Z1（1）幾何尺寸的計算：法面頂隙系數(shù) cn = 0.25法面齒頂高系數(shù) han = 1齒數(shù) Z1 = 19當(dāng)量齒數(shù) Zv = Z1/cos3β = 19/cos315°=21.08分度圓直徑 d = zmn/cosβ =19×6/ cos15°=118.0215mm基圓直徑 db = dcosαt = 118.0215×cos23.2°= 108.45mm齒頂高 ha = mnhan = 6×1 = 6 mm齒根高 hf = mn（h an+cn）= 6×（1+0.25 ）= 7.5 mm齒頂圓直徑 da = d + 2ha = 118.0 + 2×6 = 130.0 mm齒根圓直徑 df = d - 2hf = 118.0 - 2×7.5 = 103 mm法面齒厚 sn = （π/2 ）m n = （π/2）×6 = 9.4 mm端面齒厚 st = （π/2）m t = （π/2）×6.2117 = 9.8 mm齒寬 b =（6-8.5）mn = 7×6 = 42 mm22（2）材料：根據(jù)《機(jī)械設(shè)計》P191 頁表 10-1 選取齒輪材料為 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度 250 HBS；材料品質(zhì)要求為 MQ；由 P208 圖 10-20 查取其彎曲疲勞強度極限 σFE = 590 MPa；由 P209頁圖 10-21 查取其接觸疲勞強度 σHlim = 700MPa。（3）強度校核：由發(fā)動機(jī)經(jīng)主離合器，聯(lián)軸器傳至軸 I 的扭矩為發(fā)動機(jī)最大扭矩的80%： TI = 85×0.8 =68 N·m分度圓上的圓周力 Ft = 2000TI/d = 2000×68/118 =1152.54 N節(jié)圓上的圓周力Ft＇= 2000T I/db = 2000×68/108.45 = 1254.03 N徑向力Fr = Fttanαn/cosβ = 1152.54×tan22.5°/cos15°= 494.2 N軸向力Fa = Fttanβ = 1152.54×tan15°= 308.8 N 已知 z1 =19 z9= 21，由《機(jī)械設(shè)計》P215 頁圖 10-26 查得：εα1 =0.74 εα9 = 0.75故端面重合度 εα = εα1 + εα2 = 1.49斜齒輪的縱向重合度 εβ = bsinβ/（πmn ）= 42×sin15°/（π×6）= 0.577①按齒根彎曲疲勞強度計算：σF = KFtYFaYSaYβ/（bm nεα）≤ [σ F]載荷系數(shù) K = KAKVKαKβ由《機(jī)械設(shè)計》P193 頁表 10-2 查得使用系數(shù) KA = 1.5根據(jù)圓周速度 ν = πd n/(60×1000)= π×118×1800/6000023= 11.1m/s7 級精度，由《機(jī)械設(shè)計》P194 頁圖 10-8 查得，動載系數(shù) KV = 1.2 由《機(jī)械設(shè)計》P195 頁表 10-3 查得齒間載荷分配系數(shù) KHα = KFα = 1.2由《機(jī)械設(shè)計》P196 頁表 10-4 查得齒向載荷分配系數(shù) KHβ = 1.161由《機(jī)械設(shè)計》P198 頁圖 10-13 查得 KFβ = 1.188故 K = 1.5×1.2×1.2×1.188 = 2.41由《機(jī)械設(shè)計》P200 頁表 10-5 查得：齒形系數(shù) YFa = 2.85；應(yīng)力校正系數(shù) YSa = 1.54由《機(jī)械設(shè)計》P217 頁圖 10-28 查得：螺旋角影響系數(shù) Yβ = 0.93 σF = 2.41×1152.54×2.85×1.54×0.93/（42×6×1.49）= 30.2 MPaσF ≤ [σF] = σFE/S = 590/1.5 = 393.3 MPa，所以強度足夠。②按齒面接觸強度計算：σH = ZHZE ≤ [σH]由《機(jī)械設(shè)計》P217 頁圖 10-30 查得：區(qū)域系數(shù) ZH = 2.42由《機(jī)械設(shè)計》P201 頁表 10-6 查得：彈性影響系數(shù) ZE = 189.8載荷系數(shù) K = KAKVKHαKHβ= 1.5×1.2×1.2×1.161 = 2.50u = z9/z1 = 21/19 = 1.1σH = ZHZE= 2.42×189.8×√2.5×1152.54×2.1/（42×118×1.49×1.1）= 396.43 MPaσH ≤ [σH] = σHlim/S = 700/1 = 700 MPa，所以強度足夠。3.3.2 齒輪 Z11（1）幾何尺寸的計算：法面頂隙系數(shù) cn = 0.25法面齒頂高系數(shù) han = 1齒數(shù) z 11= 23當(dāng)量齒數(shù) Zv = Z11/cos3β = 23/cos315°=25.5224分度圓直徑 d = zmn/cosβ =23×6/ cos15°=142.87mm基圓直徑 db = dcosαt = 142.87×cos23.2°= 131.31mm齒頂高 ha = mnhan = 6×1 = 6 mm齒根高 hf = mn（h an+cn）= 6×（1+0.25 ）= 7.5 mm齒頂圓直徑 da = d + 2ha = 142.87 + 2×6 = 154.87 mm齒根圓直徑 df = d - 2hf = 142.87- 2×7.5 = 127.87 mm法面齒厚 sn = （π/2 ）m n = （π/2）×6 = 9.4 mm端面齒厚 st = （π/2）m t = （π/2）×6.2117 = 9.8 mm齒寬 b =（6-8.5）mn = 7×6 = 42 mm（2）材料：根據(jù)《機(jī)械設(shè)計》P191 頁表 10-1 選取齒輪材料為 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度 250 HBS；材料品質(zhì)要求為 MQ；由 P208 圖 10-20 查取其彎曲疲勞強度極限 σFE = 590 MPa；由 P209頁圖 10-21 查取其接觸疲勞強度 σHlim = 700MPa。（3）強度校核TII = TI = 68 N·m分度圓上的圓周力 Ft = 2000TII/d = 2000×68/142.87 = 951.9 N節(jié)圓上的圓周力Ft＇ = 2000T II/db = 2000×68/131.31= 1035.7 N徑向力Fr = Fttanαn/cosβ = 951.9×tan22.5°/cos15°= 408.2 N軸向力Fa = Fttanβ = 951.9×tan15°= 254.82 N 已知 z10 = 19 z11 = 23，由《機(jī)械設(shè)計》P215 頁圖 10-26 查得：εα10 =0.74 εα11 = 0.765故端面重合度 εα = εα1 + εα2 = 1.505斜齒輪的縱向重合度 εβ = bsinβ/（πmn ）25= 42×sin15°/（π×6）= 0.577①按齒根彎曲疲勞強度計算：σF = KFtYFaYSaYβ/（bmnεα）≤ [σ F]載荷系數(shù) K = KAKVKαKβ由《機(jī)械設(shè)計》P193 頁表 10-2 查得使用系數(shù) KA = 1.5根據(jù)圓周速度 ν = πd n/(60×1000)= π×142.87×1800/60000= 13.47m/s7 級精度，由《機(jī)械設(shè)計》P194 頁圖 10-8 查得，動載系數(shù) KV = 1.2由《機(jī)械設(shè)計》P195 頁表 10-3 查得齒間載荷分配系數(shù) KHα = KFα = 1.2由《機(jī)械設(shè)計》P196 頁表 10-4 查得齒向載荷分配系數(shù) KHβ = 1.161由《機(jī)械設(shè)計》P198 頁圖 10-13 查得 KFβ = 1.112故 K = 1.5×1.2×1.2×1.112 = 2.40由《機(jī)械設(shè)計》P200 頁表 10-5 查得：齒形系數(shù) YFa = 2.69；應(yīng)力校正系數(shù) YSa = 1.575由《機(jī)械設(shè)計》P217 頁圖 10-28 查得：螺旋角影響系數(shù) Yβ = 0.93σF=2.40×951.9×2.69×1.575×0.93/（42×6×1.505）= 23.73 MPaσF ≤ [σF] = σFE/S = 590/1.5 = 393.3 MPa，所以強度足夠。②按齒面接觸強度計算：σH = ZHZE≤ [σH]由《機(jī)械設(shè)計》P217 頁圖 10-30 查得：區(qū)域系數(shù) ZH = 2.42 由《機(jī)械設(shè)計》P201 頁表 10-6 查得：彈性影響系數(shù) ZE = 189.8載荷系數(shù)K = KAKVKHαKHβ= 1.5×1.2×1.2×1.161= 2.51u = z10/z11= 19/23 = 0.83σH= ZHZE26= 2.42×189.8×√2.51×951.9×1.83/（42×142.87×1.505×0.83）= 350.81MPaσH ≤ [σH] = σHlim/S = 700/1 = 700 MPa，所以強度足夠。3.3.3 齒輪 Z16（1）幾何尺寸的計算：法面頂隙系數(shù) cn = 0.25法面齒頂高系數(shù) han = 1齒數(shù) z 16= 15當(dāng)量齒數(shù) Zv = Z16/cos3β = 15/cos315°=16.64分度圓直徑 d = zmn/cosβ =15×6/ cos15°=93.17mm基圓直徑 db = dcosαt = 93.17×cos23.2°= 85.64mm齒頂高 ha = mnhan = 6×1 = 6 mm齒根高 hf = mn（h an+cn）= 6×（1+0.25 ）= 7.5 mm齒頂圓直徑 da = d + 2ha = 93.17 + 2×6 = 105.17 mm齒根圓直徑 df = d - 2hf = 93.17- 2×7.5 = 78.17 mm法面齒厚 sn = （π/2 ）m n = （π/2）×6 = 9.4 mm端面齒厚 st = （π/2）m t = （π/2）×6.2117 = 9.8 mm齒寬 b =（6-8.5）mn = 7×6 = 42 mm（2）材料：根據(jù)《機(jī)械設(shè)計》P191 頁表 10-1 選取齒輪材料為 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度 250 HBS；材料品質(zhì)要求為 MQ；由 P208 圖 10-20 查取其彎曲疲勞強度極限 σFE = 590 MPa；由 P209頁圖 10-21 查取其接觸疲勞強度 σHlim = 700MPa。（3）強度校核TII = TI = 68 N·m分度圓上的圓周力 Ft = 2000TII/d = 2000×68/93.17 = 1459.7 N節(jié)圓上的圓周力